JPH09201744A - 工作機械の測定工具および測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】消費電力が小さく自動計測作業を能率良く行う
ことのできる工作機械の測定工具を提供する。 【構成】工作機械の主軸に設けられた工具装着孔に着脱
可能に装着される測定工具は、工作物に接触させてその
接触位置を検出するための測定子と、前記測定子と工作
物との接触を検出する接触検出手段２８と、空気中を伝
搬する空間伝搬波を発信する少なくとも１つの発信素子
１０４と、前記空間伝搬波の複数個のパルスから成るパ
ルス群を所定の時間間隔で発信し、前記接触検出手段か
らの接触検出信号により前記所定の時間間隔にかかわり
なく即座に接触検出データを含むパルス群を発信するよ
うに前記発信素子を駆動する送信回路２５と、測定工具
に設けられた各回路に電源電力を供給する電池１０３と
を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械の主軸に
交換可能に装着され工作物の基準面の位置や加工後の工
作物の寸法等を測定するための測定工具およびその測定
工具を使用した測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】マシニングセンタ等の工作機械は、主軸
の工具装着孔に着脱自在に装着される測定工具を有して
おり、数値制御により工作物の基準面の位置や加工後の
工作物の寸法等を自動的に測定することが一般的であ
る。この自動計測のための測定工具は、電源用電池を内
蔵し、測定信号を無線で伝達できるものが有利である。
というのも、電源用ケーブルと信号伝達用ケーブルが不
要であり、ケーブルの接続作業が必要ないため、取扱い
が容易であるからである。電源用電池としては、通常の
化学電池を使用するものと、特公平２−２３３００号公
報のように太陽電池を使用するものがあった。特公平２
−２３３００号公報に記載された測定工具は、赤外線の
ＰＦＭ信号により測定信号を伝達するものであり、電源
スイッチがオンになっている間はずっと赤外線ＰＦＭ信
号を発信している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の測
定工具では電源スイッチがオンになっている間はずっと
無線信号を発信しているため、消費電力が大きく、化学
電池を使用しているものでは電池の交換期間が短く、太
陽電池を使用しているものでは必要とする照度が大きか
った。したがって、電池の交換作業が頻繁になり作業能
率が低下したり、照度不足のために計測作業が中断して
加工の続行が不可能になったりすることがあった。

【０００４】そこで、本発明は、消費電力が小さく自動
計測作業を能率良く行うことのできる工作機械の測定工
具および測定装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の工作機械の測定工具は、工作機械の主軸に
設けられた工具装着孔に着脱可能に装着される測定工具
であって、工作物に接触させてその接触位置を検出する
ための測定子と、前記測定子と工作物との接触を検出す
る接触検出手段と、空気中を伝搬する空間伝搬波を発信
する少なくとも１つの発信素子と、前記空間伝搬波の複
数個のパルスから成るパルス群を所定の時間間隔で発信
し、前記接触検出手段からの接触検出信号により前記所
定の時間間隔にかかわりなく即座に接触検出データを含
むパルス群を発信するように前記発信素子を駆動する送
信回路と、測定工具に設けられた各回路に電源電力を供
給する電池とを有する。

【０００６】また、上記工作機械の測定工具において、
前記空間伝搬波による動作指令パルスを受信する少なく
とも１つの受信素子と、前記受信素子の受信信号により
送信回路の動作開始および動作停止を制御する動作制御
手段とを有することが好ましい。

【０００７】また、上記工作機械の測定工具において、
前記空間伝搬波は赤外線であり、前記発信素子は赤外線
の発光素子であり、前記受信素子は赤外線の受光素子で
あることが好ましい。

【０００８】また、上記工作機械の測定工具において、
測定工具の主軸装着部分に設けられ、測定工具が工作機
械主軸の工具装着孔に装着されたことを検出する装着検
出手段と、装着検出手段からの検出信号により送信回路
の動作開始および動作停止を制御する動作制御手段とを
設けることができる。

【０００９】また、上記工作機械の測定工具において、
前記電池は、太陽電池とし、前記太陽電池の出力電圧を
定電圧化して測定工具に設けられた各回路に電源電力を
供給する定電圧回路を有することが好ましい。

【００１０】また、前項の工作機械の測定工具におい
て、前記太陽電池から供給される電流を蓄積する蓄積手
段を有することが好ましい。

【００１１】また、上記工作機械の測定工具において、
前記パルス群は３パルス以上から成り、最初のパルスお
よび最後のパルスはデータの同期および保護のためのパ
ルスであり、中間のパルスが情報を表すデータビットで
あって、中間のパルスの１つが前記接触検出データを表
すデータビットであることが好ましい。

【００１２】また、上記工作機械の測定工具において、
前記電池の出力電圧を第１の参照電圧と比較して、前記
電池の出力電圧が第１の参照電圧よりも小さければ、前
記送信回路の動作を停止させる動作停止手段と、前記電
池の出力電圧を第１の参照電圧よりも大きい第２の参照
電圧と比較して、前記電池の出力電圧が第２の参照電圧
よりも小さければ、電圧低下信号を出力する電圧低下検
出手段とを有し、前記パルス群は４パルス以上から成
り、最初のパルスおよび最後のパルスはデータの同期お
よび保護のためのパルスであり、中間のパルスが情報を
表すデータビットであって、中間のパルスの１つが前記
接触検出データを表すデータビットであり、中間のパル
スの他の１つが前記電圧低下信号データを表すデータビ
ットであることが好ましい。

【００１３】また、上記工作機械の測定工具において、
前記太陽電池の出力電圧を第１の参照電圧と比較して、
前記太陽電池の出力電圧が第１の参照電圧よりも小さけ
れば、前記送信回路の動作を停止させる動作停止手段
と、前記太陽電池の出力電圧を第１の参照電圧よりも大
きい第２の参照電圧と比較して、前記太陽電池の出力電
圧が第２の参照電圧よりも小さければ、照度不足信号を
出力する照度不足検出手段とを有し、前記パルス群は４
パルス以上から成り、最初のパルスおよび最後のパルス
はデータの同期および保護のためのパルスであり、中間
のパルスが情報を表すデータビットであって、中間のパ
ルスの１つが前記接触検出データを表すデータビットで
あり、中間のパルスの他の１つが前記照度不足信号デー
タを表すデータビットであることが好ましい。

【００１４】本発明の工作機械の測定装置は、工作機械
の主軸に設けられた工具装着孔に着脱可能に装着される
測定工具と、工具交換位置の近傍に設けられ前記測定工
具を所定時間照明する照明手段とを有する工作機械の測
定装置であって、前記測定工具は、工作物に接触させて
その接触位置を検出するための測定子と、前記測定子と
工作物との接触を検出する接触検出手段と、空気中を伝
搬する空間伝搬波を発信する少なくとも１つの発信素子
と、前記空間伝搬波の複数個のパルスから成るパルス群
を所定の時間間隔で発信し、前記接触検出手段からの接
触検出信号により前記所定の時間間隔にかかわりなく即
座に接触検出データを含むパルス群を発信するように前
記発信素子を駆動する送信回路と、測定工具に設けられ
た各回路に電源電力を供給する太陽電池と、前記太陽電
池から供給される電流を蓄積する蓄積手段と、前記蓄積
手段の出力電圧を定電圧化して測定工具に設けられた各
回路に電源電力を供給する定電圧回路を有する。

【００１５】また、上記工作機械の測定装置において、
前記測定工具は、前記太陽電池の出力電圧を第１の参照
電圧と比較して、前記太陽電池の出力電圧が第１の参照
電圧よりも小さければ、前記送信回路の動作を停止させ
る動作停止手段と、前記太陽電池の出力電圧を第１の参
照電圧よりも大きい第２の参照電圧と比較して、前記太
陽電池の出力電圧が第２の参照電圧よりも小さければ、
照度不足信号を出力する照度不足検出手段とを有し、前
記送信回路の発信する前記パルス群は４パルス以上から
成り、最初のパルスおよび最後のパルスはデータの同期
および保護のためのパルスであり、中間のパルスが情報
を表すデータビットであって、中間のパルスの１つが前
記接触検出データを表すデータビットであり、中間のパ
ルスの他の１つが前記照度不足信号データを表すデータ
ビットであることが好ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を参照して説明する。図１に本発明の測定工具および測
定装置を使用した工作機械として、横型マシニングセン
タ全体の構成を示す。第１ベッド１の上には、テーブル
２が水平方向の主軸軸線方向（Ｚ軸）に摺動可能に載置
されている。また、テーブル２上には、割出テーブル３
が垂直軸線の回り（Ｂ軸回転）に回転割り出し可能に載
置されている。工作物Ｗは割出テーブル３上に取り付け
られ、測定および加工作業が行われる。第１ベッド１に
連結された第２ベッド４の上にはコラム５が水平方向で
あってＺ軸と直交する方向（Ｘ軸）に摺動可能に載置さ
れている。そして、コラム５には垂直方向（Ｙ軸）に移
動可能に主軸頭６が設置されており、主軸頭６には主軸
６１が主軸軸線の回りに回転可能に軸承されている。

【００１７】主軸６１の先端には、切削加工等の加工工
具および測定工具を交換可能に装着する工具装着孔が設
けられており、自動工具交換装置により自動的に工具交
換される各工具が工具装着孔に装着される。自動工具交
換装置は、主軸頭６の上面に設けられ回転割り出し可能
な工具マガジン７と、所望の工具を挿入保管している工
具ソケットを工具マガジンから取り外し、搬送して主軸
軸線と平行に位置決めする中間搬送装置８と、主軸６１
に装着された工具と中間搬送装置８によって交換位置に
位置決めされている工具とを交換する工具交換アーム９
とから成っている。測定工具１０は、通常時は工具マガ
ジン７上の工具ソケットに他の加工工具等と並んで貯蔵
されているが、測定作業時には自動工具交換装置によっ
て主軸６１の工具装着孔に装着される。

【００１８】測定工具１０は後に詳述するように、太陽
電池を電源として動作し、赤外線パルスを発信する発光
素子を有している。中間搬送装置８の近傍には照明手段
１５が設けることができ、測定工具１０が主軸に装着さ
れる前に所定時間測定工具１０に照明光を照射して太陽
電池の出力電流を蓄積手段に予め充電しておくことがで
きる。スプラッシュガードＳの天井部等の適宜の位置に
受信ユニット１６が設けられており、測定工具１０から
の赤外線パルスによる信号を受信して、その情報を数値
制御装置側に伝達する。測定作業は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の制
御により測定工具１０の測定子１１を工作物Ｗに接触さ
せ、接触した時点で測定工具１０から接触信号を送出す
る。接触信号発生時の主軸６１と工作物Ｗとの相対位置
を、Ｘ軸リニアスケール１２およびＸ軸スライダ１３、
Ｙ軸リニアスケール１４およびＹ軸スライダ（図示せ
ず）、第１ベッド１とテーブル２間のＺ軸リニアスケー
ル（図示せず）およびＺ軸スライダ（図示せず）によっ
て測定する。

【００１９】第２図は、測定工具１０の構成および受信
ユニット１６から数値制御装置１９までの信号の授受を
表している。測定工具１０は、測定子１１を有し、測定
子１１と工作物Ｗとの接触を検出する。測定工具１０の
テーパシャンク１０１は、主軸６１の工具装着孔にちょ
うど嵌合する形状である。必要ならば、このテーパシャ
ンク１０１の嵌合面から突出するように装着検出スイッ
チの操作部材１０５を設け、測定工具１０が工具装着孔
に装着されたことを装着検出スイッチにより検出して、
内部の回路を動作させるようにすることができる。測定
工具１０の外面には太陽電池１０３が設けられている。
太陽電池１０３は、測定工具１０の外周を取り囲むよう
に１２枚の単位電池が直列に接続されて設けられてい
る。この太陽電池１０３によって内部の回路に電源を供
給している。測定工具１０の外面にはさらに、１個の受
光素子１０２と、外周上に均一に分散した８個の発光素
子１０４が設けられている。

【００２０】主軸６１に装着された測定工具１０が測定
開始位置に位置決めされ、主軸６１の割出機能（主軸オ
リエンテーション機能）を使用して受光素子１０２が受
信ユニット１６の方向を向くように割り出しが行われ
る。測定工具１０の動作指令信号は数値制御装置１９か
ら送受信回路１８に伝達され、さらに、送受信回路１８
からツイストペアケーブル等の通信ケーブル１７を介し
て受信ユニット１６に伝達される。受信ユニット１６に
も発光素子と受光素子が設けられており、数値制御装置
１９からの動作指令信号を受けて発光素子から赤外線の
動作指令パルスが測定工具１０に発信される。測定工具
１０の内部の送信回路はこの動作指令パルスを受信する
ことによって動作を開始する。受光素子１０２はこのよ
うに１個で十分であるが、もちろん複数個設けられてい
てもよい。特に、外周上に均一に分散して８個程度設け
るようにすれば、測定作業開始時の主軸６１の割り出し
動作を不要にすることが可能である。

【００２１】また、測定作業が開始され、測定工具１０
の測定子１１が工作物Ｗに接触した瞬間に、接触信号が
測定工具１０の発光素子１０４から赤外線パルスとして
発信される。発光素子１０４は測定工具１０がどのよう
な姿勢でも赤外線が受信ユニット１６に到達するように
測定工具１０の外周上に均一に分散して８個設けられて
いる。ここでは、空間伝搬波として赤外線を利用してい
るが、超音波や電波等の波長が長くほぼ無指向性のもの
を利用する場合には、空間伝搬波を発信する発信素子は
１個でもよい。接触信号は、受信ユニット１６から通信
ケーブル１７を通して送受信回路１８に送られ、さら
に、数値制御装置１９にスキップ信号として伝達され
る。数値制御装置１９はこの瞬間にＸ，Ｙ，Ｚ各軸のリ
ニアスケールの値を読みとり、接触面の座標値を得る。
動作指令パルスを構成する赤外線と接触信号を構成する
赤外線とは、互いに干渉することを防止するために波長
の異なるものを使用することができるが、受光素子およ
び発光素子の指向性等によって互いに干渉しないように
配置すれば同じ波長のものでもよい。

【００２２】図３は、測定工具１０に内蔵された回路の
構成を表すブロック図である。太陽電池１０３の出力電
圧Ｖｃは、定電圧回路２４によって定電圧化されＶｃｃ
として、この図の各回路に供給される。また、太陽電池
１０３の出力電圧Ｖｃは、動作停止手段２２により第１
の参照電圧Ｖ１と比較され、Ｖｃ＜Ｖ１ならばラッチ回
路２１にリセット信号を送る。さらに、太陽電池１０３
の出力電圧Ｖｃは、照度不足検出手段２３により第１の
参照電圧Ｖ１より大きい第２の参照電圧Ｖ２と比較さ
れ、Ｖｃ＜Ｖ２ならば送信回路２５に照度不足信号を送
る。

【００２３】送信回路２５の動作は、受光素子１０２に
動作指令パルスが受信されることにより、開始される。
受光素子１０２により受信された動作指令パルスは増幅
回路２０を通り、ラッチ回路２１によってラッチされ
る。動作指令パルスがラッチされたラッチ信号がオンの
間送信回路２５は動作を継続する。受光素子１０２がも
う１つの動作指令パルスを受信するとラッチ回路２１の
ラッチ信号はオフになり、送信回路２５の動作は停止す
る。また、太陽電池１０３の出力電圧が小さくてＶｃ＜
Ｖ１となり、動作停止手段２２からリセット信号がラッ
チ回路２１に与えられている場合は、ラッチ回路２１は
リセットされ、動作指令パルスが受信されてもラッチ動
作はせず、送信回路２５は動作停止状態を継続すること
になる。

【００２４】太陽電池１０３の出力電圧がＶ１≦Ｖｃ＜
Ｖ２となる場合は、照度不足検出手段２３から照度不足
信号が送信回路２５に出力され、送信回路２５は照度不
足信号の情報を駆動回路２６、発光素子１０４を介して
数値制御装置１９側に伝達する。ここで、通常動作に必
要な太陽電池１０３の出力電圧は、太陽電池１２枚を直
列にして６Ｖ程度であるから、Ｖ１は４Ｖ、Ｖ２は５Ｖ
程度に設定しておけばよい。送信回路２５が動作中は、
３００ｍｓｅｃ毎に４パルスから成るパルス群を赤外線
の発光素子１０４から発信させている。測定工具１０の
測定子１１が工作物に接触してタッチスイッチ２７が閉
状態から開状態に変化したときには、割り込みが発生し
３００ｍｓｅｃの休止期間中であっても送信回路２５か
ら直ちに接触情報を含むパルス群が発信される。

【００２５】図４は、受信ユニット１６の構成を表すブ
ロック図である。通信ケーブル１７からの動作指令パル
スは、ラインレシーバ１６５により受信され駆動回路１
６６を介して発光素子１６７からの赤外線パルスとして
発信される。また、測定工具１０からの赤外線パルス群
は受光素子１６１により受信され、増幅回路１６２、波
形整形回路１６３を通り、ラインドライバ１６４を介し
て通信ケーブル１７に出力され、数値制御装置１９側に
伝達される。動作指令パルスは単発のパルスであるが、
接触情報等を含む測定工具１０からのパルス群は後で詳
述するような４つのパルスから成るパルス群である。

【００２６】図５は、送受信回路１８の構成を表すブロ
ック図である。数値制御装置１９からの動作指令は、イ
ンターフェース回路１８７を通りパルス信号に変換さ
れ、さらに単安定マルチバイブレータ回路１８８によっ
て一定パルス幅のパルスとされ、ラインドライバ１８９
によって通信ケーブル１７に出力される。また、手動ス
イッチ１８６を押すことにより、動作指令パルスを手動
で発信することもできる。測定工具１０からの情報パル
ス群は、通信ケーブル１７からラインレシーバ１８１に
よって受信され、受信回路１８２によって後述する各デ
ータビットの内容を取り出し、接触データビットが
「０」ならばインターフェース回路１８３を介してスキ
ップ信号を、照度不足データビットが「０」ならば照度
不足信号を数値制御装置１９に送出する。また、情報パ
ルス群が後述する定められた形式に従っていない場合
は、受信回路１８２からエラー信号が出力され、一定の
時間例えば４００ｍｓｅｃの間、全くパルスが受信され
ない場合には、受信監視タイマ１８４からタイムアウト
信号が出力される。このエラー信号とタイムアウト信号
はＯＲゲート１８５に入力され、これらの論理和をとっ
て伝送異常信号として数値制御装置１９に出力される。

【００２７】同様に、化学電池を使用している場合にお
いても、電池の出力電圧Ｖｃと参照電圧Ｖ１，Ｖ２との
比較により、化学電池の交換指示、電池寿命到達の有無
の検出を行うことができる。Ｖ１≦Ｖｃ＜Ｖ２の状態に
なったときには、照度不足信号の代わりに、化学電池の
電圧低下信号を送信回路２５を介して、数値制御装置側
に伝達する。数値制御装置１９側では、電池交換のメッ
セージを表示する。また、Ｖｃ＜Ｖ１の状態になったと
きには、太陽電池の場合と同様に、動作停止手段２２が
ラッチ回路２１をリセットするので、送信回路２５は動
作停止状態となり、伝送異常信号が数値制御装置１９に
出力される。

【００２８】図６に測定工具１０から発信される情報パ
ルス群の形式の具体例を示す。パルス群は４パルスから
成り、それぞれのパルスを最初の方からＰ１，Ｐ２，Ｐ
３，Ｐ４とする。各パルスのパルス幅Ｔ１は４μｓｅ
ｃ、パルス休止時間Ｔ２は１６μｓｅｃ程度とする。パ
ルス群と次のパルス群との時間間隔すなわち送信休止時
間Ｔ３は３００ｍｓｅｃ程度とする。パルス群の最初の
パルスＰ１は、スタートパルスすなわち後続のデータビ
ットの同期を取るためのパルスである。次のパルスＰ２
は、データ用パルスであり接触信号の情報を割り当て
る。このパルスＰ２が「１」すなわちパルスＰ２が存在
すれば測定子１１と工作物Ｗが接触しておらず、パルス
Ｐ２が「０」すなわちパルスＰ２が存在しなくなったと
きが測定子１１と工作物Ｗが接触した瞬間であることを
表している。

【００２９】次のパルスＰ３も、データ用パルスであり
照度不足信号の情報を割り当てる。このパルスＰ３が
「１」すなわちパルスが存在すれば、照度不足信号がオ
フすなわち太陽電池１０３の出力電圧Ｖｃが第２の参照
電圧Ｖ２以上であり、パルスＰ３が「０」すなわちパル
スが存在しなければ、照度不足信号がオンすなわち太陽
電池１０３の出力電圧Ｖｃが第２の参照電圧Ｖ２よりも
低下したことを表している。最後のパルスＰ４はエンド
パルスであって、情報パルス群の形式を確認し、データ
の正当性を保証するためのパルスである。ここではパル
ス群を４パルスから成るものとしたが、パルス数をこれ
より多くしても少なくしても良い。少なくする場合はエ
ンドパルスを省略することができるし、多くする場合は
パリティビット等の誤り検出や誤り訂正用のビットを付
加してデータの安全性を高くすることができる。

【００３０】図６のように一定周期のパルス列から成る
パルス群により発光素子を駆動することにより、信号光
と外乱光との区別が可能となり、実質的なＳ／Ｎ比を大
きくすることができる。このため、伝送距離を長くする
ことができ、情報の信頼性も高くすることができる。ま
た、送信休止時間を設けることにより、回路の消費電力
を極めて小さくすることができるため、化学電池を使用
した場合は電池寿命を延ばすことができ、太陽電池を使
用した場合は低照度の環境でも動作させることが可能と
なる。例えば、発光素子全体に流れる電流Ｉｐを２Ａと
し、前述のようにパルスの各時間設定値をＴ１＝４μｓ
ｅｃ，Ｔ２＝１６μｓｅｃ，Ｔ３＝３００ｍｓｅｃとす
ると、発光素子を流れる平均電流Ｉａｖは Ｉａｖ＝Ｉｐ×４×Ｔ１／（４×Ｔ１＋４×Ｔ２＋Ｔ
３）＝約０．１ｍＡ となり、送信休止時間Ｔ３がない場合（Ｔ３＝０の場
合）に比較して消費電力が非常に小さくなる。

【００３１】図７は、測定工具１０の送信回路２５の動
作を示すフローチャートである。この動作はラッチ回路
２１のラッチ出力がオンになることにより開始される。
まず、フローＦ０１でパルスＰ１を駆動回路２６に送出
して発光素子１０４に赤外線パルスを発信させる。パル
スＰ１のパルス幅はＴ１でありパルスＰ１の送出によ
り、時間Ｔ１が経過する。フローＦ０２は休止時間Ｔ２
を経過させる処理である。フローＦ０３でタッチスイッ
チ２７の状態をみて、タッチスイッチ２７がオンかどう
かを判断する。タッチスイッチ２７は常閉接点であって
通常はオン状態であり、測定子１１が工作物Ｗに接触す
るとオフになる。タッチスイッチ２７がオンすなわち未
接触の状態であれば、フローＦ０５でパルス幅Ｔ１のパ
ルスＰ２を送出する。タッチスイッチ２７がオフすなわ
ち接触状態であればフローＦ０４で単に時間Ｔ１の経過
待ちを行う。この場合はパルスＰ２が「０」すなわち存
在しない状態となる。

【００３２】さらに、フローＦ０６で休止時間Ｔ２の経
過待ちを行い、その後パルスＰ３についてパルスＰ２と
同様の処理を行う。フローＦ０７で照度不足信号がオン
かどうか判断する。照度不足でない通常の場合はフロー
Ｆ０９に進み、パルスＰ３を送出する。照度不足信号が
オンの場合フローＦ０８で単に時間Ｔ１の経過待ちを行
う。この場合はパルスＰ３が「０」すなわち存在しない
状態となる。そして、フローＦ１０で休止時間Ｔ２の経
過待ちを行い、その後フローＦ１１でパルスＰ４を送出
し、さらにフローＦ１２で休止時間Ｔ２の経過待ちを行
う。

【００３３】次に、フローＦ１３とフローＦ１４のルー
プにより送信休止時間Ｔ３の経過待ちを行うが、その間
フローＦ１３でタッチスイッチ２７の状態を監視し、タ
ッチスイッチ２７がオンからオフに変化した時点、すな
わち測定子１１が工作物Ｗに接触した瞬間に割り込み処
理に入り、送信休止時間Ｔ３の経過を待つことなくフロ
ーＦ０１に戻り情報パルス群Ｐ１〜Ｐ４の送出処理を行
う。フローＦ１４で送信休止時間Ｔ３の経過が判定され
れば、フローＦ１５でラッチ回路２１のラッチ出力がオ
ンであるかどうか判断する。ラッチ出力がオンであれば
動作を継続しフローＦ０１に戻る。ラッチ出力がオフで
あれば処理を終了し動作を停止する。

【００３４】図８は、送受信回路１８中の受信回路１８
２の動作を説明する図である。受信パルスとして情報パ
ルス群のパルスＰ１〜Ｐ４が受信回路１８２に到達す
る。パルスＰ１は同期用のスタートパルスであり、受信
回路１８２はこのパルスＰ１を受信することにより内部
のタイマをクリアし計時を開始する。それから時間軸上
に検出窓Ｗ１〜Ｗ４を開き、パルスＰ１〜Ｐ４の有無、
パルス幅等を検出して各パルスが所定の形式に従ったも
のかどうかをチェックする。

【００３５】検出窓Ｗ１〜Ｗ４の時間幅ＷＷ１〜ＷＷ４
と開始時間ＴＷ２〜ＴＷ４とはそれぞれパルスＰ１〜Ｐ
４を含む範囲のものとし、発信側と受信側とのクロック
の誤差、受信回路１８２等の動作の時間遅れ等を考慮し
て後ろの検出窓の時間幅を少しずつ広く設定する。すな
わち、ＷＷ１＜ＷＷ２＜ＷＷ３＜ＷＷ４とする。パルス
幅Ｔ１が４μｓｅｃ、パルス休止時間Ｔ２が１６μｓｅ
ｃの場合は、ＷＷ１＝６μｓｅｃ，ＷＷ２＝７μｓｅ
ｃ，ＷＷ３＝８μｓｅｃ，ＷＷ４＝１０μｓｅｃ，ＴＷ
２＝１８μｓｅｃ，ＴＷ３＝３８μｓｅｃ，ＴＷ４＝５
７μｓｅｃ程度に設定すればよい。受信回路１８２は、
検出窓Ｗ２，Ｗ３でのパルスの有無のデータを、検出窓
Ｗ４が終了して検出窓Ｗ１のスタートパルスＰ１と検出
窓Ｗ４のエンドパルスＰ４の両方を確認した時点でラッ
チする。ラッチした信号に従ってスキップ信号と照度不
足信号を出力し、検出窓Ｗ４でエンドパルスＰ４が検出
できなければエラー信号を出力する。

【００３６】図９は、測定工具１０の太陽電池１０３に
コンデンサ２９を付加して太陽電池１０３の出力電流を
蓄積するようにした回路である。太陽電池１０３の出力
電流はダイオード２８を介してコンデンサ２９に充電さ
れる。照度が低下して太陽電池１０３の出力電圧が低下
しても、ダイオード２８の作用によりコンデンサ２９か
ら太陽電池側に電流が逆流して放電することはない。コ
ンデンサ２９の出力電圧は図３の定電圧回路２４に接続
され、各回路に動作電力を供給しつつ放電する。この測
定工具１０は工具交換位置等において照明手段等により
測定動作に必要な量だけ充電しておくことにより、実際
の測定時の照度が低い場合でも測定作業が可能である。

【００３７】この場合には、図１のように自動工具交換
装置の中間搬送装置８の近傍に照明手段１５を設けてお
き、測定工具１０が主軸に装着される前に所定時間測定
工具１０に照明光を照射して太陽電池１０３の出力電流
をコンデンサ２９に充電する。コンデンサ２９の端子電
圧Ｖｃｏは、図１０のように変化する。縦軸はコンデン
サ２９の端子電圧Ｖｃｏ、横軸は照明手段１５による照
明開始時点Ｃ０からの時間を表す。照明開始時点Ｃ０の
端子電圧Ｖｃｏが０Ｖであるとすると、照明開始ととも
に端子電圧Ｖｃｏは直線的に増加し、時間とともに太陽
電池１０３の出力電圧に飽和しながら近づくような曲線
を描く。コンデンサ２９が測定工具１０の測定作業中に
必要な十分な電気量を充電する時間、すなわち端子電圧
Ｖｃｏが充電完了電圧Ｖ３に達する時間Ｔ１０だけ、照
明を継続する。照明終了時点Ｃ１から測定作業の動作開
始時点Ｃ２までは、測定工具１０を主軸６１の工具装着
孔に装着する時間等があり、その間に測定工具１０内部
の回路による僅かな電力消費により端子電圧Ｖｃｏも僅
かに減少する。

【００３８】動作開始時点Ｃ２の動作指令パルスにより
測定工具１０が赤外線の情報パルス群を発信し始めるの
で、端子電圧Ｖｃｏは電力の消費量に応じて減少し始め
る。端子電圧Ｖｃｏが減少して第２の参照電圧Ｖ２に達
する時点をＣ３とすると、時点Ｃ３の直後に照度不足信
号がオンになるから、数値制御装置１９は照度不足信号
により時点Ｃ３を知ることができる。端子電圧Ｖｃｏが
減少して第１の参照電圧Ｖ１に達する時点をＣ４とする
と、時点Ｃ４の直後に動作停止手段２２が働き送信回路
２５の動作が停止してしまうので、時点Ｃ４までが測定
工具１０の動作可能時間である。

【００３９】時点Ｃ３から時点Ｃ４までの時間すなわち
動作限界時間Ｔ１１は、コンデンサ２９の容量、測定工
具１０の回路の消費電力、第２の参照電圧Ｖ２の設定値
等から計算あるいは実測することができる。動作限界時
間Ｔ１１が実際の測定作業に十分な時間となるようにコ
ンデンサ２９の容量、第２の参照電圧Ｖ２等を設定して
おけばよい。また、時点Ｃ３に達したという情報は照度
不足信号として情報パルス群に含まれているので、数値
制御装置１９は時点Ｃ３から時間を計測することにより
測定工具１０の動作可能限界の時点Ｃ４を予測すること
ができ、測定工具１０の動作停止以前に的確な処置を行
うことが可能となる。例えば、測定作業を一時中断して
再び照明手段１５による充電を行うこともできる。この
ようにして、測定作業の途中における突然の動作停止を
防止し、無人運転等の自動測定および自動加工を可能に
する。

【００４０】なお、この実施の形態では、動作指令パル
スをラッチ回路によりラッチして測定工具の送信回路の
動作を制御するようにしたが、測定工具の装着状態を検
出する装着検出スイッチを設け、測定工具の主軸装着に
より送信回路を動作させ、主軸から取り外すことにより
送信回路の動作を停止させるようにしてもよい。また、
電池としては太陽電池を使用した測定工具に本発明を適
用することで最大の効果を奏するが、化学電池を使用し
た測定工具でも電池の交換サイクルを長くして電池交換
作業を減少させ作業能率を高める等の効果を奏する。さ
らに、空間伝搬波としては、赤外線の他に電波や超音波
が利用できる。

【００４１】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下のような効果を奏する。

【００４２】一定周期のパルス列から成るパルス群によ
り発光素子を駆動することにより、信号光と外乱光との
区別が可能となり、実質的なＳ／Ｎ比を大きくすること
ができる。このため、伝送距離を長くすることができ、
情報の信頼性も高くすることができる。

【００４３】送信休止時間を設けることにより、回路の
消費電力を極めて小さくすることができるため、化学電
池を使用した場合は電池寿命を延ばすことができ、太陽
電池を使用した場合は低照度の環境でも動作させること
が可能となる。

【００４４】測定子と工作物の接触信号を割り込み処理
により、即座に発信するようにしたので測定誤差の無い
正確な測定作業が可能となる。

【００４５】情報パルス群に照度不足信号の情報を含ん
でいるので、数値制御装置が照度不足や測定工具の残り
の動作可能時間を知ることができ、突然の動作停止を防
止し、動作停止前に的確な処置を行うことを可能とす
る。

【００４６】化学電池を使用した場合は、情報パルス群
に照度不足信号の代わりに電圧低下信号の情報を含んで
いるので、数値制御装置が電池の電圧低下を知ることが
でき、突然の動作停止を防止し、動作停止前に電池交換
指示等の的確な処置を行うことを可能とする。

【００４７】情報パルス群のスタートパルスとエンドパ
ルスによって、信頼性の高い中間のデータビットを伝送
することが可能となる。

【００４８】工具交換位置近傍で照明することにより太
陽電池の出力を充電するようにした場合には、測定作業
を行う環境が低照度であっても動作可能であり、夜間の
無人運転等を可能とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の測定工具および測定装置を使
用した横型マシニングセンタの側面図である。

【図２】第２図は、測定工具１０の構成および受信ユニ
ット１６から数値制御装置１９までの信号の授受を表す
図である。

【図３】図３は、測定工具１０に内蔵された回路の構成
を表すブロック図である。

【図４】図４は、受信ユニット１６の構成を表すブロッ
ク図である。

【図５】図５は、送受信回路１８の構成を表すブロック
図である。

【図６】図６は、測定工具１０から発信される情報パル
ス群の形式を表す波形図である。

【図７】図７は、送信回路２５の動作を示すフローチャ
ートである。

【図８】図８は、受信回路１８２の動作を説明する図で
ある。

【図９】図９は、太陽電池１０３にコンデンサ２９を付
加した回路の回路図である。

【図１０】図１０は、コンデンサ２９の端子電圧の変化
を示す図である。

【符号の説明】

１…第１ベッド ２…テーブル ３…割出テーブル ４…第２ベッド ５…コラム ６…主軸頭 ７…工具マガジン ８…中間搬送装置 ９…工具交換アーム Ｓ…スプラッシュガード Ｗ…工作物 １０…測定工具 １１…測定子 １２…Ｘ軸リニアスケール １３…Ｘ軸スライダ １５…照明手段 １６…受信ユニット ２１…ラッチ回路 ２２…動作停止手段 ２３…照度不足検出手段 ２４…定電圧回路 ２５…送信回路 ６１…主軸 １０２…受光素子 １０３…太陽電池 １０４…発光素子

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】工作機械の主軸（６１）に設けられた工具
   装着孔に着脱可能に装着される測定工具（１０）であっ
   て、 工作物（Ｗ）に接触させてその接触位置を検出するため
   の測定子（１１）と、 前記測定子（１１）と工作物（Ｗ）との接触を検出する
   接触検出手段（２７）と、 空気中を伝搬する空間伝搬波を発信する少なくとも１つ
   の発信素子（１０４）と、 前記空間伝搬波の複数個のパルスから成るパルス群を所
   定の時間間隔で発信し、前記接触検出手段（２７）から
   の接触検出信号により前記所定の時間間隔にかかわりな
   く即座に接触検出データを含むパルス群を発信するよう
   に前記発信素子（１０４）を駆動する送信回路（２５）
   と、 測定工具（１０）に設けられた各回路に電源電力を供給
   する電池（１０３）とを有する工作機械の測定工具。
2. 【請求項２】請求項１に記載した工作機械の測定工具で
   あって、 前記空間伝搬波による動作指令パルスを受信する少なく
   とも１つの受信素子（１０２）と、 受信素子（１０２）の受信信号により送信回路（２５）
   の動作開始および動作停止を制御する動作制御手段（２
   １）とを有する工作機械の測定工具。
3. 【請求項３】請求項２に記載した工作機械の測定工具で
   あって、 前記空間伝搬波は赤外線であり、前記発信素子は赤外線
   の発光素子（１０４）であり、前記受信素子は赤外線の
   受光素子（１０２）である工作機械の測定工具。
4. 【請求項４】請求項１に記載した工作機械の測定工具で
   あって、 測定工具（１０）の主軸装着部分（１０１）に設けら
   れ、測定工具（１０）が工作機械主軸（６１）の工具装
   着孔に装着されたことを検出する装着検出手段と、 装着検出手段からの検出信号により送信回路の動作開始
   および動作停止を制御する動作制御手段とを有する工作
   機械の測定工具。
5. 【請求項５】請求項１〜４のいずれか１つに記載した工
   作機械の測定工具であって、 前記電池は、太陽電池（１０３）であり、 前記太陽電池（１０３）の出力電圧を定電圧化して測定
   工具（１０）に設けられた各回路に電源電力を供給する
   定電圧回路（２４）を有する工作機械の測定工具。
6. 【請求項６】請求項５に記載した工作機械の測定工具で
   あって、 前記太陽電池（１０３）から供給される電流を蓄積する
   蓄積手段（２９）を有する工作機械の測定工具。
7. 【請求項７】請求項１〜６のいずれか１つに記載した工
   作機械の測定工具であって、 前記パルス群は３パルス以上から成り、最初のパルス
   （Ｐ１）および最後のパルス（Ｐ４）はデータの同期お
   よび保護のためのパルスであり、中間のパルス（Ｐ２，
   Ｐ３）が情報を表すデータビットであって、中間のパル
   ス（Ｐ２，Ｐ３）の１つが前記接触検出データを表すデ
   ータビットである工作機械の測定工具。
8. 【請求項８】請求項１〜４のいずれか１つに記載した工
   作機械の測定工具であって、 前記電池（１０３）の出力電圧（Ｖｃ）を第１の参照電
   圧（Ｖ１）と比較して、前記電池（１０３）の出力電圧
   （Ｖｃ）が第１の参照電圧（Ｖ１）よりも小さければ、
   前記送信回路（２５）の動作を停止させる動作停止手段
   （２２）と、 前記電池（１０３）の出力電圧（Ｖｃ）を第１の参照電
   圧（Ｖ１）よりも大きい第２の参照電圧（Ｖ２）と比較
   して、前記電池（１０３）の出力電圧（Ｖｃ）が第２の
   参照電圧（Ｖ２）よりも小さければ、電圧低下信号を出
   力する電圧低下検出手段（２３）とを有し、 前記パルス群は４パルス以上から成り、最初のパルス
   （Ｐ１）および最後のパルス（Ｐ４）はデータの同期お
   よび保護のためのパルスであり、中間のパルスが情報を
   表すデータビットであって、中間のパルスの１つ（Ｐ
   ２）が前記接触検出データを表すデータビットであり、
   中間のパルスの他の１つ（Ｐ３）が前記電圧低下信号デ
   ータを表すデータビットである工作機械の測定工具。
9. 【請求項９】請求項５〜６のいずれか１つに記載した工
   作機械の測定工具であって、 前記太陽電池（１０３）の出力電圧（Ｖｃ）を第１の参
   照電圧（Ｖ１）と比較して、前記太陽電池（１０３）の
   出力電圧（Ｖｃ）が第１の参照電圧（Ｖ１）よりも小さ
   ければ、前記送信回路（２５）の動作を停止させる動作
   停止手段（２２）と、 前記太陽電池（１０３）の出力電圧（Ｖｃ）を第１の参
   照電圧（Ｖ１）よりも大きい第２の参照電圧（Ｖ２）と
   比較して、前記太陽電池（１０３）の出力電圧（Ｖｃ）
   が第２の参照電圧（Ｖ２）よりも小さければ、照度不足
   信号を出力する照度不足検出手段（２３）とを有し、 前記パルス群は４パルス以上から成り、最初のパルス
   （Ｐ１）および最後のパルス（Ｐ４）はデータの同期お
   よび保護のためのパルスであり、中間のパルスが情報を
   表すデータビットであって、中間のパルスの１つ（Ｐ
   ２）が前記接触検出データを表すデータビットであり、
   中間のパルスの他の１つ（Ｐ３）が前記照度不足信号デ
   ータを表すデータビットである工作機械の測定工具。
10. 【請求項１０】工作機械の主軸（６１）に設けられた工
    具装着孔に着脱可能に装着される測定工具（１０）と、
    工具交換位置の近傍に設けられ前記測定工具を所定時間
    照明する照明手段（１５）とを有する工作機械の測定装
    置であって、 前記測定工具（１０）は、 工作物（Ｗ）に接触させてその接触位置を検出するため
    の測定子（１１）と、 前記測定子（１１）と工作物（Ｗ）との接触を検出する
    接触検出手段（２７）と、 空気中を伝搬する空間伝搬波を発信する少なくとも１つ
    の発信素子（１０４）と、 前記空間伝搬波の複数個のパルスから成るパルス群を所
    定の時間間隔で発信し、前記接触検出手段（２７）から
    の接触検出信号により前記所定の時間間隔にかかわりな
    く即座に接触検出データを含むパルス群を発信するよう
    に前記発信素子（１０４）を駆動する送信回路（２５）
    と、 測定工具（１０）に設けられた各回路に電源電力を供給
    する太陽電池（１０３）と、 前記太陽電池（１０３）から供給される電流を蓄積する
    蓄積手段（２９）と、 前記蓄積手段（２９）の出力電圧を定電圧化して測定工
    具（１０）に設けられた各回路に電源電力を供給する定
    電圧回路（２４）を有するものである工作機械の測定装
    置。
11. 【請求項１１】請求項１０に記載した工作機械の測定装
    置であって、 前記測定工具（１０）は、 前記太陽電池（１０３）の出力電圧（Ｖｃ）を第１の参
    照電圧（Ｖ１）と比較して、前記太陽電池（１０３）の
    出力電圧（Ｖｃ）が第１の参照電圧（Ｖ１）よりも小さ
    ければ、前記送信回路（２５）の動作を停止させる動作
    停止手段（２２）と、 前記太陽電池（１０３）の出力電圧（Ｖｃ）を第１の参
    照電圧（Ｖ１）よりも大きい第２の参照電圧（Ｖ２）と
    比較して、前記太陽電池（１０３）の出力電圧（Ｖｃ）
    が第２の参照電圧（Ｖ２）よりも小さければ、照度不足
    信号を出力する照度不足検出手段（２３）とを有し、 前記送信回路（２５）の発信する前記パルス群は４パル
    ス以上から成り、最初のパルス（Ｐ１）および最後のパ
    ルス（Ｐ４）はデータの同期および保護のためのビット
    であり、中間のパルスが情報を表すデータビットであっ
    て、中間のパルスの１つ（Ｐ２）が前記接触検出データ
    を表すデータビットであり、中間のパルスの他の１つ
    （Ｐ３）が前記照度不足信号データを表すデータビット
    である工作機械の測定装置。