JPH0738810Y2 - プローブを用いて工作物の検査を行なう装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、工作物検査システムに
関し、特に工作物と接触して、この工作物に関する情報
を提供する自動工作機械におけるプローブの使用技術に
関する。

【０００２】

【従来の技術】自動化された工作機械装置は、工作物の
表面の位置決めを行なう精巧な装置を必要とする。最も
一般的な方法の１つは、工作機械をしてプローブを工作
物と接触させて、接触が行われる時プローブの位置を記
録することである。この種のプローブは接触プローブと
して示されている。これらプローブは一般に、工作物と
接触するための突起部と、この突起部が所定部分と接触
する時電気的信号を生じるよう作用する回路とを含んで
いる機械の制御装置は、突起部の接触が電気信号を生じ
る時プローブのＸ，ＹおよびＺ軸の位置のデータから部
品の形状または位置についての情報を計算することがで
きる。

【０００３】これらの形式の検査システムの多くの使用
方法において遭遇する問題の１つは、プローブによる接
触状態を表示する信号が制御装置に対して送戻される方
法にある。この方法はしばしば、電線が通常の加工作業
と干渉するおそれがあるため、信号を送るため従来の電
線に依存することは実用的ではない。

【０００４】特許文献は、プローブが工具マガジン内に
一時的な格納され、自動工具交換機構によってスプンド
ルに関して着脱される自動加工センターにおいて使用さ
れるためのいくつかのプローブ構造について開示してい
る。これらのプローブを開示する特許の典型的な事例と
しては、Ｅｌｌｉｓの米国特許第４，３３９，７１４
号、Ｋｉｒｋｈａｍの同第４，１１８，８７１号、およ
び本考案の譲受人に対して譲渡された１９８１年４月３
０日出願のＪｕｅｎｇｅｌの米国特許出願第２５９，２
５７号「工作物に関するプローブの位置を検出するため
の装置」が含まれる。

【０００５】上記のＫｉｒｋｈａｍの試みは、その無線
周波数の信号が電磁波の影響を受け易く、比較的短いプ
ローブと受信機関の距離以内で使用されなければならな
いため不利である。Ｅｌｌｉｓの特許のプローブ・シス
テムにおける問題としては、その間の無効結合が適正に
作動するためにはプローブとスピンドル・ヘッドにおけ
る特殊な構造の検出装置との整合のため非常な注意を必
要とすることである。上記のＪｕｅｎｇｅｌの特許にお
いて開示された赤外線を透過させる試みは遙かに有利な
ものである。しかし、これも多くの場合プローブがそれ
自体の電源を保有することを必要とする。

【０００６】また、加工センターにおけると同様に、旋
盤の如き旋削センターにおいて接触プローブを使用する
ことが提言されてきた。旋削センターは、工作物が工具
の代りに旋回される点において加工センターまたはフラ
イス・センターとは異なっている。ほとんどの旋削セン
ターにおいては、工具ホルダーは、工作物の加工を行な
うため工作物に対して工具の１つを選択的に前送するよ
うに作動するターレットの周囲に隔てられた場所に取付
けられている。一般に、工作物に対する外形寸法加工作
業を行なうための工具はターレット内のスロット内に収
容されるが、中ぐり棒の如き内孔工具はターレットに対
して取付けられたアダプタ内に保持されている。

【０００７】旋削センターにおいて使用される接触プロ
ーブは、制御装置に対してプローブ信号を返送する方法
もまだ一般的な関心を維持しているが、加工センターに
おいて用いられるプローブとはいくらか異なる克服すべ
き多くの問題を有する。旋削センターにおける用途に特
有の問題の１つは、プローブが使用する必要のある時の
みスピンドルに挿入される加工センターにおける状態と
は異なって使用されない場合でさえ、プローブがターレ
ットに対して固定された状態のままであることである。
その結果、内部の電子回路を付勢するためプローブ挿入
操作に依存することはできない。

【０００８】旋削センターにおける従来の１つの接触プ
ローブ技術は、ターレットを介して制御装置に対しプロ
ーブ信号を送出するため誘導伝達モジュールを使用する
ことである。例えば、Ｒｅｎｉｓｈａｗ Ｅｌｅｃｔｒ
ｉｃａｌ社のＬＰ２型プローブ・システムの文献を参照
されたい。不都合なことには、この技術はシステムを使
用するためにターレットの実質的な修正を必要とする。
その結果、この試みは、改修作業を行なうため経費およ
び機械の稼動停止を必要とすることなく現存する機械に
おいて容易に使用することを可能にするものではない。

【０００９】また、本考案とはそれ程直接的ではないが
関連するものとしては、Ｆｏｕｇｅｒｅの米国特許第
３，６７０，２４３号、Ａｍｓｂｕｒｙの同第４，１３
０，９４１号およびＪｕｅｎｇｅｌ等の同第４，３２
８，６２３号に開示された如き寸法測定データの無線伝
送に関する従来技術がある。

【００１０】

【考案の概要】本考案は、これらの形式のプローブにお
いて使用される電源の寿命を延長するような方法で工作
物の検査作業を行なうための装置に対するものである。
本考案の一実施例によれば、プローブは、検出装置があ
る信号を受取る時プローブ信号送出回路に対して電源を
接続するように作用する検出装置が設けられている。こ
の「投入」信号を生成してこれをプローブにおける検出
装置に対して無線により送出するための装置がプローブ
から遠く離れて設置されている。この信号は、工作物の
検査を行なうためプローブの予期される使用に先立って
生成され、自動化された工作機械における制御装置によ
り開始することができる。その後、この電源は遮断され
る。このように、電力は必要な時のみ電源から流れる。
このような試みは、例え検査作業のため常に使用されな
い場合でさえターレットに対して固定された状態のまま
である旋削センターにおいてプローブが使用される場合
に特に有利である。しかし、本考案の広い概念は、他の
広範囲の工作機械装置の用途においても適用性を有する
ものである。

【００１１】望ましい実施態様においては、工作機械の
制御装置は、工作機械のある便利な位置に取付けられた
ヘッドから赤外線の閃光を発する。その結果、プローブ
送信回路が付勢され、ある周波数の赤外線信号を生じて
プローブが適正に作動して使用する用意があることを表
示する。次いで制御装置は、検査工程に進む。プローブ
の突起部が工作物と接触すると、赤外線の周波数は変化
する。この周波数の変化は遠方において検出され、工作
物に関する有用な情報を得るため制御装置によって用い
られる。プローブ回路は、ある予め定めた期間が最初の
投入サイクルまたは突起部の接触から経過した後に回路
の構成要素に対する電力の供給を遮断するタイマーを含
むことが望ましい。

【００１２】前記ヘッドは、フラッシュ投入信号を生じ
かつプローブからの赤外線を受取るという二重の目的に
役立つことが望ましい。ヘッドは、内蔵された閃光装置
と光検出装置を含んでいる。ヘッド・ハウジングの外表
面には、赤外線フイルタを備えたレンズを有することが
望ましい。赤外線フイルタは、プローブ投入手順の間閃
光から可視スペクトル中の光を除去するように作用す
る。前記レンズは、プローブからの赤外線をヘッドにお
ける光検出装置に対して収束するように作用する。

【００１３】別の実施態様においては、前記突起部が基
準面に接触する時に初めてプローブ回路に対して電力が
供給される。使用においては、突起部が基準面に接触し
てパワー・アップ・サイクルを開始するように本装置は
プローブを運動させる。次に、プローブを用いて工作物
の検査を行なうが、プローブはこれに関する信号を遠隔
位置の受信装置のヘッドに対して返送するように作用す
るのである。

【００１４】本考案の上記および他の色々な長所につい
ては、当業者ならば以下の記述および図面を照合すれば
明らかになるであろう。

【００１５】

【実施例】（１．概要） 図１は、簡素化された形態において以下に述べる進歩性
を有する色々な特質を用いた曲型的な旋盤装置を示して
いる。数値制御による旋削センター１０は、その内部に
おいてプログラムされた命令に従って工作物１４に対す
る旋削作業を自動的に制御するための制御部１２と共に
示されている。旋削センター１０は、一般に、工作物１
４を保持するための顎部１８をその上に有する回転チャ
ック１６を有する。ターレット２０に対しては、工作物
１４の内径（ＩＤ）部に対する作業を行なうための複数
の工具２２乃至２４が取付けられている。一般に、この
種の内径工具は、アダプタ２６乃至２８によりターレッ
ト２０の所定位置に保持される長い柄部を有する。本考
案によれば、工作物挿入プローブ３０が工具２２乃至２
４と同じ方法でターレット２０に対して取付けられる。
本実施例においては、プローブ３０は、アダプタ２６乃
至２８と同じアダプタ３２によってターレット２０に対
して取付けられる。

【００１６】当技術において周知の如く、制御部１２
は、就中、ターレット２０を回転させて所要の工具を適
当な作業位置に置き、次いで工具が工作物と接触してそ
の所要の加工作業を行なうまでターレット２０を移動さ
せるように作用する。一方、プローブ３０は、工作物１
４の検査のため使用される。本実施例においては、プロ
ーブ３０は、プローブの突起部が工作物その他の対象物
の表面と接触する時出力信号を生成する接触プローブと
して当業界において周知である。プローブ３０の位置を
表示する信号を制御部１２に対して提供するため適当な
分離器、ディジタイザ等が用いられる。その結果、プロ
ーブ３０からの信号が工作物との接触状態を表示する
時、制御部１２は工作物の寸法、チャック内のその適当
な位置決め等に関する有用な情報を得ることができる。

【００１７】（Ａ．フラッシュ投入法） プローブ３０は、その信号伝送回路に対してエネルギを
供給するためそれ自体のバッテリ電源を有する。不都合
にも、バッテリは有効寿命が限られている。このため、
バッテリの寿命をできるだけ長く維持するなんらかの手
段に対する現実の需要が存在する。このことは、旋削セ
ンターにおいて使用される小型のプローブの場合に特に
妥当する。小型のプローブはまたこれが使用できるバッ
テリ寸法でも制約され、このためエネルギの保存は非常
に重要となる。

【００１８】本考案の一つの特質は、プローブ３０とフ
ラッシュ／受信ヘッド４０間に２つの光学的な通信を提
供する。ヘッド４０は、インターフエース４２を介して
制御部１２に対して接続されている。制御部１２は検出
操作のためプローブ３０を使用する時であることを判定
すると、インターフエース４２に対する回線４４上に信
号を生成し、これが更に回線４６上に制御信号を生成し
てヘッド４０をしてある光学的信号をプローブ３０に対
して送出させる。望ましい実施態様においては、この光
信号は赤外線の強いフラッシュ即ち閃光である。このフ
ラッシュは、プローブ３０における適当な検出装置４８
（図２参照）によって検出される。このフラッシュは、
検出装置４８をしてバッテリの電力をプローブ伝送回路
に対して接続させる。プローブ３０は、発光ダイオード
（ＬＥＤ）５０乃至５４を介してある周波数の赤外線を
ヘッド４０に対し伝送することによりフラッシュに応答
する。この赤外線はフラッシュ／受信ヘッド４０により
受取られ、このヘッドは更にインターフエース４２を介
し制御部１２に対してプローブ３０が適正に作動してお
りかつその検査動作を行なう用意がある旨の信号を与え
る。

【００１９】次に、制御部１２は突起部５６が工作物１
４と接触するまでプローブ３０を前送させる。プローブ
３０は、ＬＥＤ５０乃至５４によって送られる赤外線の
周波数における変化を生じることによって突起部の接触
に対し応答する。この周波数の変化はインターフエース
４２によって検出されて、制御部１２に対して送られ
る。工作物の検査操作は必要に応じて継続し、突起部が
接触する度にプローブ３０が周波数の変化した赤外線を
フラッシュ／受信ヘッド４０に対して送出する。プロー
ブ３０は、予め定めた期間経過後にバッテリ電源を伝送
回路から遮断するタイミング装置を含んでいる。この期
間は、バッテリ電力が最初に前記回路に対して与えられ
る時開始し、突起部が工作物と接触する毎にリセットさ
れる。このように、検出操作が完了した後この期間は経
過し、バッテリ電力は伝送回路から遮断される。従っ
て、バッテリ電力は予期されるプローブの使用期間中の
み使用されるのである。プローブが使用されない時は常
にバッテリ電力は遮断され、このためエネルギの節減を
行なってバッテリ交換期間を延長することになる。

【００２０】（Ｂ．接触投入法） 図３は、別のバッテリ寿命の延長法を示している。本実
施例においては、バッテリ電力は、プローブの突起部５
６を既知の基準面６０に対して接触させることによりプ
ローブ伝送回路に対して最初に接続される。基準面６０
は、その位置は制御部１２にとって既知である機械１０
の内部のどの固定点でもよい。面６０とのプローブの接
触は、パッテリをプローブ伝送回路に対して接続させ、
ＬＥＤ５０乃至５４からフラッシュ／受信ヘッド４０に
対する伝送を開始する。フラッシュ／受信ヘッド４０′
は、内部にフラッシュ装置を必要とせずあるいはプロー
ブ３０′も光検出装置４８を必要としない点を除いて、
前に述べたフラッシュ／受信ヘッド４０と類似してい
る。この点を除けば、２つの実施例は略々同様な作動を
行なう。初期動作の後、プローブは工作物１４を検査す
るための位置に移動され、プローブ３０′は突起部の接
触が行なわれる時は常にフラッシュ／受信ヘッド４０′
に対して周波数が変化した信号を伝送する。最後の突起
部の接触から予め定めた期間の後、バッテリはプローブ
伝送回路から遮断される。

【００２１】（II．プローブの構造） 図４乃至図６は、プローブ３０の構造を詳細に示してい
る。プローブ・ハウジングは、略々円錐形状の中間部分
７０と、小さな断面径の後方に突出する柄部即ち円筒状
部分７２とを特徴とする。本実施例においては、円筒状
部分７２は長さが約１０８ｍｍ（４¹/₄ インチ）で外径
が約３６ｍｍ（１．４インチ）の寸法の中空のものであ
る。

【００２２】円筒状部分７２の外形寸法は、工具２２乃
至２４の胴部即ち柄部の寸法と略々対応するように選択
されている。その結果、プローブ３０はターレット２０
内部の工具の１つの代りに使用することができ、また同
様にアダプタ３２に保持される。図４に最も明瞭に示さ
れるように、これはハウジング部７０の後壁面７６がア
ダプタ３２の前面７８と当接するまでアダプタのポケッ
ト７４内に円筒状部分７２を滑り込ませることによって
行なうことができる。この手順はこれにより、突起５６
の尖端部がターレット２０に対して既知の位置に隔てら
れることを保証する。その結果、プローブ検査操作の間
制御部１２は突起部５６の位置に正確に静置することが
できる。無論、突起部の尖端部５６を適当な間隔を置い
て定置するため他の従来周知の手段を使用することもで
きる。例えば、ある工作機械装置は突起部の間隔の調整
を行なうためポケット７４の後部内に固定ねじ（図示せ
ず）または他の手段を使用する。

【００２３】円筒状部分７２は、バッテリ領域を提供す
ると共に取扱いの容易な支持部材を提供するという二重
の目的に役立つことが望ましい。部分７２の長い円筒形
状は、プローブ伝送回路を付勢するため形状が典型的な
懐中電灯と類似する長寿命の「円筒状の」バッテリの使
用を可能にする。２個の「Ｃ」型リチウム・バッテリ８
０，８２を用いることが望ましい。ボタン型もしくは円
板型電池の如き比較的小さなバッテリの代りに円筒状の
バッテリを使用することができるため、プローブに低コ
ストで非常に長い有効寿命を提供する。

【００２４】バッテリ８０，８２は部分７２の内側に滑
らせて挿入される。次にばねが装填したキャップ８４を
部分７２の端部に螺合され、ばね８６が正即めすターミ
ナル８８を板９０に対して押付ける。板９０の下面は丸
い導電層９２を有する。板９０は、ねじ９６により壁面
７６の内側面の凹部９４内に固定される。絶縁されたリ
ード線９８が板９０のメッキを施した貫通孔によって導
通層９２との電気的接続を行なう。リード線９８の反対
側端部はプローブ回路を含む回路板１００に対して接続
されている。この回路に対する電気的な概要説明は以下
本文において行なうことにする。回路板１００は形状が
略々円形であり、その両面に取付けられた電気的構成要
素を保有する。回路板１００は、隔離脚１０４を貫通す
る適当な固定具１０２により中間部分７０の内側に取付
けられる。板１００もまた、その内部に種々のリード線
が通過することができる中心部に位置して回路板１００
の適当な部分に対する接続を容易にする開口１０６を有
する。

【００２５】光検出装置４８およびその関連する小組立
体が中間ハウジング部分７０の外側の傾斜面１１０に取
付けられる。本例においては、光検出装置４８はＴｅｌ
ｅｆｕｎｋｅｎ社から入手可能な部品番号ＤＰ１０４の
如きＰＩＮ型ダイオードである。検出装置４８は、もみ
下げ穴内に嵌合し、窓部を有する斜面１１２により所定
位置に保持される。斜面１１２と検出装置４８間には、
透明プラスチック層１１４と、赤外線フイルタ層１１６
と、Ｏリング１１８が挿入されている。適当な固定具１
２０がこれら全ての構成要素をもみ下げ穴内に取付けら
れた小組立体に挟持する。検出装置４８からのリード線
は開口１０６を貫通して、回路板１００上の適当な位置
に接続される。

【００２６】ＬＥＤ５０乃至５４は検出装置４８に隣接
する位置に取付けられる。ＬＥＤ５０乃至５４は赤外線
帯域内即ち人間の目にとって通常見ることのできない光
の信号を発するように構成されている。例えば、ＬＥＤ
５０乃至５４はＴＲＷ社から入手可能な部品番号ＯＰ２
９０でよい。ここにおいて、ＬＥＤ５０乃至５４および
検出装置４８の構成は、これらが取付けられる傾斜した
プローブ面の形態と共に、いくつかの重要な長所を最適
化するように組合わされることを留意されたい。例え
ば、ＬＥＤ５０乃至５４をプローブの傾斜面１１０に対
して取付けることによって、これにより発光される赤外
線はこれがフラッシュ／受信ヘッド４０の色々な位置に
おいて容易に検出することができる角度においてターレ
ット２０の前方に指向される。このプローブの構造は、
ユーザがＬＥＤ５０乃至５４および検出装置４８が略々
フラッシュ／受信ヘッド４０の方向に向けられる位置に
プローブを回転することを可能にする。このため、フラ
ッシュ／受信ヘッド４０をプローブ３０に対して絶対的
な空間位置に取付けことは必要でなく、異なる工作機械
装置における使用においてシステムの大きな柔軟性を提
供するものである。プローブ３０とフラッシュ／受信ヘ
ッド４０間の信頼度の大きな光学的通信がこれにより得
られると同時に、プローブ３０内の発光素子数を最少限
度に抑えるものである。発光素子を最少限度に抑えるこ
とにより、バッテリからのエネルギ・ドレーンができる
だけ小さく維持され、これによってバッテリの寿命を更
に延長するものである。

【００２７】中間部分７０の組立体の全周にわたり、壁
面７６は適当な固定具１２２によって部分７０の後方部
分に対し取付けられている。リング１２４の如きＯリン
グは、プローブ３０の内部をプローブが工作機械装置に
おける使用の間遭遇するおそれがある何等かの悪条件か
ら封止するため使用されることが望ましい。

【００２８】環状のノーズピース１３０は、中間ハウジ
ング部分７０の前面の内孔１３４に形成されたねじ部と
螺合するおすねじ部１３２を有する。封止の目的のため
Ｏリング１３６が再び用いられる。ノーズピース１３０
は、必要に応じて突起部の尖端部５６の相互の空間を増
減するため種々の長さにすることができる。中間ハウジ
ング部７０との螺合状態のため、色々なこのようなノー
ズピースを作って、異なる用途のため互に交換すること
ができる。

【００２９】スイッチ装置１４０がノーズピース１３０
に対して取外し自在に取付けられている。スイッチ装置
１４０は、ノーズピース１３０の内部通路１４５に対し
て締り嵌めとなる周囲のＯリング１４６を含む円形の鉤
状の端部構造部１４２を有する。ノーズピース１３０に
対して直角方向に貫通する１本以上の固定ねじ１４８が
前記スイッチ装置１４０を所定位置に緊締する。スイッ
チ装置１４０は、突起部５６がその静置位置から動かさ
れる時、１つ以上の電気的な接点を開路する即ち遮断す
るように作用する色々な構造部とすることができる。当
業者ならば、このような一般的な目的を果す色々な構造
について知るところであろう。１つの適当なスイッチ構
造については、本考案の譲受人に譲渡されたＲ．Ｆ．Ｃ
ｕｓａｃｋの１９８２年６月１４日出願の米国特許出願
第３８８，１８７号において詳細に開示されている。こ
の特許出願については本文に参考のため触れておく。要
約すれば、この構造は、3 個の等間隔に隔てられたボー
ル接点を有する揺れ板を使用している。この揺れ板は、
ボールが３個の対応する通電用挿入子に対して常に押圧
されるようにばねにより偏倚されている。この３個のボ
ールを有する挿入子対がスイッチ（以下本文において
は、スイッチＳ１〜Ｓ３と呼ぶ）として作用し、相互に
直列に接続されている。この揺れ板は突起部５６によっ
て接続される。突起部５６が運動する時は常に、揺れ板
は傾斜して前記ボール接点をその対応する挿入子から揚
上させることにより、その間の電気的接続を遮断する。

【００３０】装置１４０における３個のスイッチは、電
線１５０により板１００上の回路に接続されている。電
線１５０の他端部は、交換可能なスイッチ装置１４０の
端部におけるコネクタと係合する小型の同軸コネクタ１
５２または他の適当なコネクタを有する。当業者なら
ば、これらの形式のスイッチ装置が非常に感度が高く、
交換を必要とする場合があり得る。本考案の構造は、こ
のような交換を迅速かつ容易に行なうことを可能にする
ものである。

【００３１】色々な形状および寸法の突起部がプローブ
３０との関連において使用することができる。例えば、
図面に示される直線状の突起部５６の代りに、その先端
部がプローブ３０の主な長手方向軸心から反れた突起部
を使用することもできる。色々な突起部がスイッチ装置
１４０と交換可能であり、またこれに対して固定ねじの
如き適当な固定具の使用により取付けることができる。

【００３２】（III.フラッシュ投入法） Ａ．フラッシュ／受信ヘッド フラッシュ／受信ヘッド４０の機械的な構造の詳細は図
７乃至図９において最も明瞭に示されている。フラッシ
ュ／受信ヘッド４０は、その前面１６４に検出された開
口を有する略々矩形状の容器１６０を使用する。１つ以
上の回路板１６６が容器１６０内に取付けられている。
回路板１６６は、以下に詳細に述べる諸機能を実施する
ための色々な電気的構成要素をその上に具有する。２つ
の最も重要な構成要素がこれらの図に示されている。こ
れらの要素とは、キセノン閃光管１６８および光検出装
置１７０である。前述の如く、閃光管１６８の目的はプ
ローブの作動を開始するため短い期間強い光パルスを生
じることである。キセノンは赤外線に富んだ光を生じる
ため望ましい。望ましい実施態様においては、閃光管１
６８はＳｉｅｍｅｎｓ社から入手可能な部品番号ＢＵＢ
０６４１である。これは、１００ワット／秒の強さで５
０μ秒間継続する閃光即ち光パルスを生じることができ
る。無論、他の形式の適当な光源も使用することができ
る。

【００３３】絶対に必要ではないが、閃光管１６８によ
り生成される可視光は、工作機械１０が使用されつつあ
る作業場内のオペレータその他の人員の混乱を避けるた
め排除することが望ましい。このためには、開口１６２
を覆う赤外線フイルタ１７２が使用される。赤外線フイ
ルタ１７２は、可視光は遮断するが、閃光管１６８によ
り生成される赤外線はこれを透過させるものである。

【００３４】一方、光検出装置１７０の目的は、プロー
ブ３０により伝送される赤外線を検出することである。
本実施例においては、光検出装置１７０はＰＩＮ型ダイ
オードであり、プローブ３０における検出装置４８と同
様に作動する。凸レンズ１７４は、プローブ３０からの
赤外線をこのレンズ１７４の焦点に配置される光検出装
置１７０に対して収束するため開口１６２において使用
されることが望ましい。フラッシュ／受信ヘッド４０の
構造の締めくくりとして、透明な面板１７６が設けられ
ている。面板１７６は開口１６２を覆い、その間にガス
ケット１７８を挟持して前面部１６４に対して適当に取
付けられている。

【００３５】Ｂ．フラッシュ／受信ヘッド回路 図１０は、望ましい実施態様のフラッシュ／受信ヘッド
４０において使用される回路を示している。前述の如
く、ヘッド４０は、照合番号４６で全体的に示される一
本以上の電線上のインターフエース４２に対して接続さ
れている。

【００３６】２６ボルトの交流（ＡＣ）信号が昇圧変成
器Ｔ１の一次側に与えられる。変成器Ｔ１からのエネル
ギは、更にキセノン閃光管１６８の正と負の電極の両端
に接続されるコンデンサＣ８およびＣ９において蓄えら
れる。本実施例においては、コンデンサＣ８およびＣ９
は、完全に充電された時は約２５０乃至３００ボルトＤ
Ｃを蓄える。

【００３７】管１６８を閃光させるため、制御装置１２
はインターフエース４２を介して「制御」と表わされた
回線上に適当な信号レベルを生じて、ＬＥＤ１７１を導
通状態にして発光させる。ＬＥＤ１７１は、シリコン制
御整流器（ＳＣＲ）１７３を含む遮光パッケージの一部
である。ＳＣＲ１７３は変成器Ｔ２の一次側とコンデン
サＣ１０に対して直列回路をなすように接続されてい
る。コンデンサＣ１０は、コンデンサＣ８およびＣ９と
同様に、変成器Ｔ１の作用のため充電される。ＬＥＤ１
７１が付勢状態になると、ＳＣＲ１７３は導通状態とな
って、変成器Ｔ２の一次側にコンデンサＣ１０の電荷を
放出させる。この電荷は変成器Ｔ２によって約４，００
０ボルトまで昇圧され、その二次側は閃光管１６８のト
リガー電極１７５に対して接続されている。このトリガ
ー電極１７５は管１６８に対して容量結合され、その高
電圧は管内のガスを無視するに充分である。イオン化さ
れたガスは、コンデンサＣ８とＣ９からのエネルギが正
と負の電極間で放電して短期間の非常に強い閃光を生じ
ることを許容するに充分な導通状態となる。管１６８が
閃光した後、コンデンサは制御信号を開始する別の閃光
がインターフエース４２から与えられる時まで再び充電
を開始する。

【００３８】プローブ３０は、フラッシュ／受信ヘッド
４０における光検出装置１７０により取上げられる赤外
線信号を伝送することにより閃光に対して応答する。光
検出装置１７０は、可変誘導子Ｌ１およびコンデンサＣ
２からなる同調タンク回路に対して接続されている。特
定の事例として、プローブ３０は、プローブの接点が対
象物と接触してこの時周波数が約１３８ＫＨｚに変更す
るまで、約１５０ＫＨｚの周波数でパルスする赤外線を
生じることになる。フラッシュ／受信ヘッド４０におけ
る前記タンク回路はこれら２つの周波数の略々平均値に
同調され、その結果ヘッドの回路がこれらプローブの周
波数のいずれか一方を検出することはできるが、ある予
め選択された帯域巾から外れた無関係の周波数を除去す
ることになる。

【００３９】図１０における残りの回路は、「出力」回
線上でインターフエース４２に対して接続されるプロー
ブ３０から伝送される検出された信号を増幅するため使
用される。要約すれば、ヘッド増幅回路は、その高い入
力インピーダンスが同調された回路のそれと整合してロ
ーディング問題を避ける電界効果トランジスタＱ１を使
用する。トランジスタＱ２はトランジスタＱ１と共働し
て受取った信号を増幅し、これをトランジスタＱ３を使
用するエミッタ・フォロワ回路に対して接続する。増幅
された信号は、トランジスタＱ３のエミッタと接続され
たＤＣフィルタ・コンデンサＣ６および抵抗Ｒ７を介し
て出力回線上でインターフエース４２と接続される。

【００４０】インターフエース４２は、これらの選択さ
れたプローブ信号周波数を検出するよう作用してこれに
応答して制御部１２に対して出力を生じることになる回
路を内蔵している。プローブが適正に作動しつつあるこ
とを表示する第１の信号が生成され、プローブの突起部
がある対象物と接触する時第２の信号が生成される。周
波数の変移を検出するため適当な回路については、本考
案の譲受人に譲渡されたＪｕｅｎｇｅｌの１９８２年９
月３日発行の米国特許第４１４，７３４号「赤外線テレ
ーメータリングを使用する機械装置」において開示され
ている。この特許出願は参考のため本文に触れる。要約
すれば、このような回路は受取った信号に対する周波数
変移キー操作を行なうため位相固定ループ回路を使用
し、接触された周波数のいずれか一方の検出と同時にリ
レーを付勢する。しかし、色々な他のプローブ信号の検
出方法が通常の実施者の技術範囲内に含まれよう。

【００４１】Ｃ．プローブ回路 図１１は、プローブ３０内の回路の配線図である。ＰＮ
Ｐ型トランジスタＱ１０は電力をバッテリ８０，８２か
ら赤外線をＬＥＤ５０〜５４から生成するため使用され
る構成要素に対する電力を選択的に断続するスイッチと
して作用する。トランジスタＱ１０は通常は非導通状態
にあり、このためバッテリ８０，８２はエネルギがバッ
テリからドレーンされないように開路状態の回路を有効
に監視する。しかし、閃光の継続中にフラッシュ／受信
ヘッド４０がその赤外線閃光を生じる時、検出装置４８
は電流をバッテリから誘導子Ｌ１０に流れさせる。

【００４２】キセノン閃光管からの光パルスと関連する
非常に速い立上り時間が工作機械の分野における他の光
源とは容易に識別できる独特な光を生じる。フラッシュ
／受信ヘッド４０における赤外線フイルタは、閃光が見
えず付近の人員に対するいらだちの原因となり得ないよ
うに可視光スペクトルのほとんどを排除する。速い立上
り時間の光パルスが検出装置４８に達すると、このパル
スは誘導子即ちインダクタのコイルＬ１０の両端におい
て電気的信号に変換される。このコイルＬ１０は高域フ
イルタとして作用し、領域内の蛍光が生じる如き安定状
態即ち低い周波数光パルスを排除する。

【００４３】閃光の間検出装置４８に流れる電流サージ
は、当技術において周知の如く誘導子Ｌ１０における
「リンギング」現象を生じる。このリンギング現象は、
基本的には約５０μ秒の閃光パルスに応答して約５００
μ秒継続する減衰状態の振動である。誘導子Ｌ１０から
の振動は増幅され、反転増幅器２００によって反転され
る。増幅器２００の出力はトランジスタＱ１０のベース
と接続される。閃光により生じる誘導子Ｌ１０における
瞬間的なリンギングは、トランジスタＱ１０のベース／
エミッタ接合点の両側の順バイアスを生じてこれを導通
状態にさせる。トランジスタＱ１０の導通状態により、
電力をバッテリ８０，８２から図面において＋Ｖと表わ
された回路要素の入力側に接続する。電力が発振器２０
２に対して加えられる時、この発振器はパルス時間切れ
カウンタ２０４に対して供給を開始する。カウンタ２０
４は、閃光がフラッシュ／受信ヘッド４０から受取られ
ると、その時間切れ期間を開始するためリセットされ
る。これは、増幅器２０２の出力を正の信号に反転する
インバータ２０６によりなされる。この正の信号は、コ
ンデンサＣ２０および抵抗Ｒ２０のＲＣの時定数により
１つのパルスに整形される。このパルスは、ＯＲゲート
装置２０８を介してカウンタ２０４のリセット入力側に
接続される。以下において明らかになるように、プロー
ブの突起部５６がスイッチＳ１乃至Ｓ３の１つの開路に
より表わされる対象物との接触が生じる時常に、時間切
れカウンタ２０４もまたリセットされる。

【００４４】時間切れカウンタ２０４は、カウント中で
ある即ち時間切れの状態にない限りその出力回線２１０
に対して論理レベルのローの状態の信号を与えるように
構成されている。この回線２１０上の論理値ローの信号
はインバータ２１２によって反転され、このインバータ
は更にダイオードＤ２０を介して増幅器２００の入力側
に接続される。その結果、増幅器２００の出力はローの
状態にラッチされ、これによりトランジスタＱ１０を導
通状態に維持して、カウンタ２０４が時間切れとなる時
まで回路構成要素に対して給電する。カウンタ２０４に
おける満了期間は、制御部１２が工作物と接触するプロ
ーブによる実際の検査過程を開始することを許容するに
充分な長さになるように選択されている。一般に、この
ような目的のためには数分間の長さで充分である。満了
期間は、時間遅延発振器２０２に対する発振周波数を規
定するポテンショメータＰ２０により調整することがで
きる。発振器２０２からのこれより高い周波数の発振
は、カウンタ２０４をして更に速くカウントさせること
になり、このため時間切れが速く起り、また反対の場合
はその逆となる。無論、色々な時間間隔を生成すること
は、充分に通常の技術の習熟者の能力の範囲内にあるこ
とである。

【００４５】搬送波発振器２２０および分周器２２２は
共働して、ＬＥＤ５０〜５４がその赤外線をフラッシュ
／受信ヘッド４０に対して返送する周波数を規定する。
これまでは、発振器２２０はマスター・クロックとして
既知の共振周波数を有するクリスタル２２４を使用す
る。発振器２２０は、クリスタル２２４からの発振状態
を分周器２２２の如き従来周知のディジタル分割器に対
してクロック・パルスを与えるのに好適な形態に整形す
るように作用する。本実施例においては、分周器２２２
は、搬送波発振器２２０からの１．８ＭＨｚのパルスを
数１２で除すように作用し、これによりその出力信号の
周波数を約１５０ＫＨｚとする。分周器２２２の出力
は、分周器の出力により規定される周波数においてＬＥ
Ｄ５０〜５４を付勢するための駆動トランジスタＱ１２
または他の適当な回路に対して接続されている。このよ
うに、本例においては、フラッシュ／受信ヘッド４０が
フラッシュ投入シーケンスを開始する時、プローブ３０
はある周波数における赤外線の送出を開始することによ
り応答する。プローブの送出状態はフラッシュ／受信ヘ
ッド４０における光検出装置１７０により検出され、こ
のヘッドは更に、プローブ３０が適正に作動中であって
検出シーケンスを開始する用意があることを制御部１２
に対して表示を与える。もしプローブ３０がこのように
応答しなければ、適当な警告手段を用いることができ
る。

【００４６】プローブ突起部５６が対象物と接触する
時、プローブ装置１４０の３個のスイッチＳ１〜Ｓ３の
１つが開路する。スイッチＳ１〜Ｓ３の１つの開路の状
態は、２つの事柄を生じさせる。第１に、この状態は時
間切れカウンタ２０４をその時間切れシーケンスの初め
にリセットする。第２に、この状態は、ＬＥＤ５０〜５
４によって伝送される周波数における変移を生じる。こ
れは、色々な方法で行なわれる。しかし、望ましい実施
態様においては、スイッチＳ１〜Ｓ３の１つの開路状態
はコンパレータ２２８をしてハイの状態に行かせる。コ
ンパレータ２２８の出力は、ＯＲゲート２０８を介して
カウンタ２０４のリセット入力側に対して接続され、こ
のためカウンタをリセットする。更に、コンパレータ２
２８の出力は回線２２９上の分周器２２２の周波数変移
キー（ＦＳＫ）入力側に対して接続されて、これを異な
る数、本例においては１３により搬送波発振器２２０か
らのクロック・パルスを除算させる。分周器２２２から
の出力信号は、これにより周波数において約１３８ＫＨ
ｚに変移される。このため、ＬＥＤ５０〜５４により伝
送される赤外線の周波数は、プローブが最初に投入され
た時伝送される周波数と比較して変移させられる。この
周波数の変移は光検出装置１７０によって検出されて制
御部１２に対して伝送され、対象物、通常は工作物の表
面に対する突起部の接触を表示する。制御部１２は、こ
の信号が受取られる時、突起部５６の位置を知ることに
よって、工作物の寸法を正確に計算するかあるいは他の
有効な情報を得ることができる。

【００４７】プローブがこれから伝送された赤外線にお
ける変移により応答する毎に、制御部１２は、プローブ
３０を運動させて他の工作物の表面と接触させることが
できる。時間切れカウンタ２０４の時間満了期間は、突
起部が接触する間に経過する期間よりも長くなるように
選択される。検出操作が完了した時、制御部１２は必要
に応じて他の加工操作により前方に進むことができる。
バッテリからのエネルギは一旦カウンタ２０４が時間切
れになると自動的に遮断されるため、プローブの遮断の
ためこれ以上の信号を生じる必要はない。このような場
合には、その出力回線２１０は最後にハイの状態となっ
て、トランジスタＱ１０のベース／エミッタ接合点の逆
バイアスを生じる結果となる。このため、トランジスタ
Ｑ１０を非導通状態に置く。このように、バッテリ８
０，８２におけるドレーンのみが半導体の漏洩電流およ
び光検出装置の光電流となる。一般に、この電流は非常
に小さく、しばしば３００μアンベア以下であり得る。
その結果、実際に予期されるプローブの使用のため必要
とされるまで、バッテリ電源から更に電流を要する構成
要素が切離される。これらの要素は、更に使用の際バッ
テリにおいてドレーンを節減するため、ＣＭＯＳ型半導
体技術により作られることが望ましい。

【００４８】限定されない事例においては、搬送波発振
器２２０は水晶制御トランジスタ素子２Ｎ２２２２によ
り形成されるが、分周器２２２はＮａｔｉｏｎａｌ Ｓ
ｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社から入手可能なＬＭ４５２
６であり、発振器２０２はＮａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉ
ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社から入手可能な集積回路ＬＭ２９
０３の半分から形成され、時間切れカウンタ２０４はこ
れもまたＮａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏ
ｒ社から入手できるＬＭ４０４０である。

【００４９】（IV. 接触投入法) 図３に関連して前に説明された接触投入法は、III 章に
おいて記述したフラッシュ投入法に代るものとして使用
することができる。両方の手法は共に同じ共通の目的即
ちバッテリ寿命の延長という目的を有する。これら両手
法のためのプローブ構造および回路は著しく類似する。
接触投入法のためのプローブ回路の概略図は図１２にお
いて示されている。この回路は図１１の場合と類似し、
このため共通の構成要素の照合には同じ照合番号が使用
される。

【００５０】上記の２つの図を比較すれば、抵抗Ｒ５０
およびコンデンサＣ５０のため、主な相違は検出装置４
８および関連する誘導コイルＬ１０を欠くことである。

【００５１】この回路はまた、これがプローブ・スイッ
チＳ１〜Ｓ３と反転増幅器２００の入力側に接続された
節点Ｎ１との間に接続された回線２３１を含む点で異な
っている。突起部５６の基準面６０（図３）との接触の
結果スイッチＳ１〜Ｓ３の１つが開路する如き時まで、
トランジスタＱ１０は非導通状態に保持される。これ
は、スイッチＳ１〜Ｓ３が閉路される限り、即ちプロー
ブ突起部が何に対しても接触していない限り、これらス
イッチが増幅器２００に対する入力を略々接地レベルに
維持するためである。しかし、突起部５６が基準面６０
と接触する時、スイッチＳ１〜Ｓ３の１つは開路してコ
ンデンサＣ５０に充電を開始させる。抵抗Ｒ５０および
Ｒ１８、ならびにコンデンサＣ５０の値は、増幅器２０
０によって反転された後にコンデンサＣ５０がトランジ
スタＱ１０をＯＮにするため充分な電圧まで充電される
時間を遅らせるＲＣ時定数を提供するように選択される
ことが望ましい。このためには、制御部１２がプローブ
突起部５６をある特定の時間、例えば約１秒間基準面６
０に対して押付けることを必要とする。この手順は、プ
ローブの突起部に対する偶発的な衝突もしくは電気的ノ
イズの如き他の余計な要因が誤ってプローブの作動を開
始することのないように保証することになる。一旦コン
デンサＣ５０が充分に充電された後、トランジスタＱ１
０がＯＮの状態となり、バッテリ８０，８２からプロー
ブ伝送要素に対する電力の供給を行なう。カウンタ２０
４がリセットされ、トランジスタＱ１０を導通状態にラ
ッチするためその出力信号を回線２１０上に供給する。
本実施例においては、プローブの突起部５６が基準面と
接触中のコンパレータ２２８のトリップ動作の故に、分
周器は最初に２つの出力周波数の内低い方を生じること
になる。しかし、制御部１２は、プローブが適正に投入
されかつ工作物の検査に進む用意がある旨の指標として
この初期のプローブ信号を見做すように適当にプログラ
ムすることができる。

【００５２】プローブ３０′が適正に作動中であるもの
として、制御部１２はこの時工作物検査工程に進み、突
起部５６が工作物の表面と接触する。一旦突起部５６が
基準面６０から遠去かると、スイッチＳ１〜Ｓ３は閉路
して分周器２２２をしてＬＥＤ５０〜５４を他の周波数
で駆動させる。突起部が工作物の表面に接触すると直ち
に、スイッチＳ１〜Ｓ３の１つが再び開路してコンパレ
ータ２２８をトリップする。その結果、時間切れカウン
タ２０４のリセット状態をもたらす。コンパレータ２２
８のトリップ動作はまた回線２２９上を分周器２２２に
対して出力を送ってその出力を、また従ってＬＥＤ５０
〜５４の出力の周波数の変移を生じる。この手順は、工
作物検査工程が完了し、一旦タイマー２０４が時間切れ
となると、バッテリ電源が自動的にプローブの回路から
遮断されるような時まで継続する。

【００５３】（まとめ） 以上の記述を読めば、当業者ならば本文が工作物の検査
技術においていくつかの重要な改善を開示するものであ
ることが明らかであろう。各実施態様は、その考案思想
を実施するため現在考えられる最善の方法に関連して記
述した。しかし、本考案の全般的な概念に対する代替例
または変更例の全てを列挙する試みは行なわなかった。
かかる変更例即ち改善は、当業者にとっては、図面、本
文および頭書の実用新案登録請求の範囲を検討すれば明
らかとなるであろう。例えば、フラッシュ投入法または
接触投入法は本文に示したもの以外の異なる形式のプロ
ーブを用いて行なうことができるであることは明らかで
あろう。従って、本考案についてはその特定の事例に関
して記述したが、その真の範囲は頭書の実用新案登録請
求の範囲およびその相等内容に照して計られるべきもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】自動旋盤において使用される本考案の教示内容
に従って提供される検出システムを示す使用環境図であ
る。

【図２】本考案の一実施例によるフラッシュ投入手法を
用いる検出システムを示す斜視図である。

【図３】別の実施例による接触投入手法による検出シス
テムの使用方法を示す斜視図である。

【図４】一実施例によるプローブ構造の図２の線４−４
に関する断面図である。

【図５】図４の線５−５に関する断面図である。

【図６】図４に示されたプローブの分解斜視図である。

【図７】本考案の一実施例において使用されるフラッシ
ュ／受信ヘッドの斜視図である。

【図８】図７の線８−８に関する断面図である。

【図９】図７のフラッシュ／受信ヘッドにおいて使用さ
れる回路板を示す平面図である。

【図１０】フラッシュ／受信ヘッドにおいて使用される
回路の概略図である。

【図１１】フラッシュ投入法を使用する本考案の一実施
例のプローブにおいて使用される回路の概略図である。

【図１２】接触投入法を使用するプローブにおいて使用
される回路の概略図である。

【符号の説明】

１０…旋削センター、１２…制御部、１４…工作物、１
６…回転チャック、１８…顎部、２０…ターレット、２
２〜２４…工具、２６〜２８…アダプタ、３０…プロー
ブ、３２…アダプタ、４０…フラッシュ／受信ヘッド、
４２…イインターフエース、４４，４６…回線、４８…
光検出装置、５０…ＬＥＤ、５２…ＬＥＤ、５４…ＬＥ
Ｄ、５６…突起部、６０…基準面、７０…中間ハウジン
グ部分、７２…円筒状部分、７４…ポケット、７６…後
壁面、７８…前面、８０，８２…バッテリ、８４…キャ
ップ、８６…ばね、８８…ターミナル、９０…板、９２
…導電層、９４…凹部、９６…ねじ、９８…リード線、
１００…回路板、１０２…固定具、１０４…隔離脚、１
０６…開口、１１０…傾斜面、１１２…斜面、１１４…
透明プラスチック層、１１６…赤外線フイルタ層、１１
８…Ｏリング、１２０，１２２…固定具、１２４…リン
グ、１３０…ノーズピース、１３２…おすねじ部、１３
４…内孔、１３６…Ｏリング、１４０…スイッチ装置、
１４２…鉤状の端部構造部、１４５…通路、１４６…Ｏ
リング、１５０…電線、１５２…同軸コネクタ、１６０
…矩形状の容器、１６２…開口、１６４…前面部、１６
６…回路板、１６８…キセノン閃光管、１７０…光検出
装置、１７１…ＬＥＤ、１７２…赤外線フイルタ、１７
３…ＳＣＲ、１７４…凸レンズ、１７５…トリガー電
極、１７６…透明な面板、２００…反転増幅器、２０
１，２０４…時間切れカウンタ、２０２…発振器、２０
６，２１２…インバータ、２０８…ＯＲゲート装置、２
１０…出力回線、２２０…搬送波発振器、２２２…分周
器、２２４…クリスタル、２２８…コンパレータ、２２
９，２３１…回線

Claims (6)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作物との接触状態を検出するため工作
   機械装置において使用される装置において、 工作物に接触するための突起部と、遠隔位置の受信装置
   に対して突起部の接触状態と関連する情報を無線により
   送信する回路手段と、バッテリ電源と、該バッテリ電源
   から前記回路手段に対して電力を供給して所与の光学的
   信号の受信と同時に前記回路手段の作動を可能にするよ
   う作動する検出手段とを含むプローブ手段と、 該プローブ手段から離れた位置に配置されて、予期され
   る使用に先立って前記所与の光学的信号を前記検出手段
   に送出することにより前記バッテリ電源からの電力の放
   出を最小にする第１の手段とを備え、 該第１の手段は、閃光管と、該閃光管を付勢する手段
   と、前記閃光管からの可視光を阻止する赤外線光学フィ
   ルタとを含むことにより前記閃光管の付勢でもって前記
   所与の光学的信号を赤外線の短時間で高強度の閃光の形
   態で発生し、 前記検出手段は、光に応答する電気的特性を有する光検
   出手段と、該光検出手段に結合した電気的フィルタ手段
   であって、前記検出手段をして前記閃光に応答させて前
   記バッテリ電源の電力を前記回路手段に供給させる一
   方、前記検出手段をして前記プローブ手段の領域に配置
   されうる他の光源に実質応答させない電気的フィルタ手
   段とを含むことを特徴とする装置。
2. 【請求項２】 前記回路手段が、前記所与の信号の生成
   から、または前記工作物との突起部の接触から、予め定
   めた期間が経過した後、前記バッテリ電源からの電力の
   供給を遮断するタイマーを含むことを特徴とする請求項
   １に記載の装置。
3. 【請求項３】 前記プローブ手段が更に、前記回路手段
   に接続されて、前記工作物に対する突起部の接触を表示
   する赤外線信号を送信するよう作動する光送信手段を含
   むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 【請求項４】 前記第１の手段は更に、 前記閃光管と、前記プローブ手段からの信号を受け取る
   光検出器と、ハウジングの壁の開口に配置された前記赤
   外線光学フィルタとを有するハウジングを備えることを
   特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 【請求項５】 前記ハウジングは更に、前記プローブ手
   段からの赤外線放射を前記光検出器に対して収束させる
   レンズを含むことを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 【請求項６】 前記回路手段は、前記バッテリ電源から
   の電力が最初に供給される時前記光送信手段を付勢する
   ため所与の周波数を生成し、かつ前記突起部が工作物と
   接触する時該周波数のシフトを生じるよう作動すること
   を特徴とする請求項５に記載の装置。