JPH1047351A - Air bearing spindle - Google Patents
Air bearing spindleInfo
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- JPH1047351A JPH1047351A JP20015096A JP20015096A JPH1047351A JP H1047351 A JPH1047351 A JP H1047351A JP 20015096 A JP20015096 A JP 20015096A JP 20015096 A JP20015096 A JP 20015096A JP H1047351 A JPH1047351 A JP H1047351A
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
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- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は空気軸受スピンド
ルに関し、特に、空気軸受を含む流体軸受によって主軸
をハウジング内で支持するスピンドルにおいて、主軸の
変位を検出するような空気軸受スピンドルに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an air bearing spindle, and more particularly, to an air bearing spindle for detecting a displacement of a spindle in a spindle in which a spindle is supported in a housing by a fluid bearing including the air bearing.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、小型の孔開けでは工具の径が小さ
いため、加工時に折損しやすいという問題点がある。こ
のため、従来から加工状態を監視することにより、工具
に加わる過負荷を防止したり、工具の折損を検出あるい
は予知しようとする試みがなされており、その1つにス
ピンドルにセンサを組込み、加工反力を主軸の変位によ
って検出するものがある。特に、主軸を静圧軸受によっ
て支持する場合には、軸受に起因する回転時の振動が非
常に小さくできるので、微小な加工反力でも軸の変位と
して検出することが可能である。2. Description of the Related Art Conventionally, there is a problem that a small hole is easily broken during machining because the diameter of a tool is small. For this reason, attempts have conventionally been made to monitor the machining state to prevent overload applied to the tool, or to detect or predict the breakage of the tool. Some devices detect a reaction force by displacement of a main shaft. In particular, when the main shaft is supported by a hydrostatic bearing, vibration during rotation caused by the bearing can be extremely reduced, so that even a minute machining reaction force can be detected as a displacement of the shaft.
【0003】図3はそのようなスピンドルの一例を示す
第図である。図3において、主軸1は静圧軸受2によっ
てハウジング3に軸支され、モータ4によって回転駆動
される。主軸1の一端には変位計5が設けられ、他端に
はドリル6が取付けられる。変位計5は主軸の変位を検
出し、変位検出回路部7を介して外部に出力される。FIG. 3 is a diagram showing an example of such a spindle. In FIG. 3, a main shaft 1 is supported by a housing 3 by a hydrostatic bearing 2, and is driven to rotate by a motor 4. A displacement gauge 5 is provided at one end of the main shaft 1, and a drill 6 is attached to the other end. The displacement meter 5 detects the displacement of the main shaft, and outputs the displacement to the outside via the displacement detection circuit unit 7.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】図3に示したような小
径孔開け加工が可能な空気軸受スピンドルでは、高速回
転で運用されることが多いため、回転時のモータ4の発
熱,回転時における軸受部からの摩擦損失による発熱,
ハウジング3の冷却液などの温度変化の影響などによ
り、スピンドルにセンサを内蔵した場合、センサは多少
なりとも温度の影響を受けたり、主軸の熱膨張などの影
響を受ける。従来、センサ部のこの熱的変化は検出感度
に対し、それほど大きくないということもあり、特に問
題とはならなかった。The air bearing spindle capable of forming a small-diameter hole as shown in FIG. 3 is often operated at a high speed, so that the motor 4 generates heat during rotation and generates heat during rotation. Heat generation due to friction loss from bearings,
When a sensor is built into the spindle due to the effect of temperature change of the coolant of the housing 3 or the like, the sensor is affected to some extent by the temperature or thermal expansion of the spindle. Conventionally, this thermal change of the sensor section is not so large as to the detection sensitivity, and thus has not been a problem.
【0005】しかしながら、内蔵センサにおいて、さら
に高い検出感度が要求される場合や、より高速回転で使
用する場合には、センサの温度による出力ドリフトが問
題視されるようになってきた。However, when the built-in sensor requires higher detection sensitivity or is used at a higher rotation speed, the output drift due to the temperature of the sensor has been regarded as a problem.
【0006】それゆえに、この発明の主たる目的は、温
度によるセンサ出力のドリフトを除去し得る空気軸受ス
ピンドルを提供することである。[0006] It is, therefore, a primary object of the present invention to provide an air bearing spindle that can eliminate drift in sensor output due to temperature.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
空気軸受によって主軸をハウジング内で支持するスピン
ドルの主軸の変位を検出する空気軸受スピンドルにおい
て、スピンドルに設けられ、主軸の変位を検出する変位
センサと、変位センサの近傍に設けられ、変位センサの
温度ドリフトを除去するための疑似センサと、疑似セン
サの出力に基づいて変位センサの出力から温度ドリフト
を除去して主軸の変位を示す信号を出力する検出回路と
を備えて構成される。The invention according to claim 1 is
In an air bearing spindle for detecting a displacement of a main shaft of a spindle which supports a main shaft in a housing by an air bearing, a displacement sensor provided on the spindle and detecting displacement of the main shaft, and a displacement sensor provided near the displacement sensor and having a temperature of the displacement sensor A pseudo sensor for removing the drift and a detection circuit for removing a temperature drift from an output of the displacement sensor based on an output of the pseudo sensor and outputting a signal indicating a displacement of the main shaft are provided.
【0008】請求項2に係る発明では、請求項1の疑似
センサに対向してダミーターゲットが設けられる。According to the second aspect of the present invention, a dummy target is provided to face the pseudo sensor of the first aspect.
【0009】請求項3に係る発明では、請求項1の検出
回路はハウジングに内蔵される。In the invention according to claim 3, the detection circuit of claim 1 is built in the housing.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】図1はこの発明の一実施形態のス
ピンドルを示す断面図であり、図2はセンサ回路のブロ
ック図である。図1において、主軸1と静圧軸受2とハ
ウジング3とモータ4は図3と同様にして構成され、さ
らに主軸1の一端側にはセンサコア8がハウジング3に
取付けられている。このセンサコア8には、主軸1の変
位を検出するためのセンサコイル9と、そのセンサコイ
ル9の温度ドリフトをキャンセルするためのダミーコイ
ル10が取付けられている。また、ダミーコイル10に
はそれに対向した位置にダミーターゲット11と呼ばれ
る電気的に主軸1とほぼ同等の部材がセンサコア8に固
定設置されている。それぞれのコイルは変位検出回路部
12に接続されており、変位検出回路部12では各コイ
ル9,10のターゲット11との距離を直流電圧に変換
し、2つの直流電圧の差を出力する。FIG. 1 is a sectional view showing a spindle according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram of a sensor circuit. 1, a main shaft 1, a hydrostatic bearing 2, a housing 3, and a motor 4 are configured in the same manner as in FIG. 3, and a sensor core 8 is attached to the housing 3 at one end of the main shaft 1. A sensor coil 9 for detecting displacement of the main shaft 1 and a dummy coil 10 for canceling a temperature drift of the sensor coil 9 are attached to the sensor core 8. In addition, a member called a dummy target 11, which is substantially equivalent to the main spindle 1, is fixedly installed on the sensor core 8 at a position facing the dummy coil 10. Each coil is connected to a displacement detection circuit unit 12, which converts the distance between each coil 9, 10 with the target 11 into a DC voltage and outputs a difference between the two DC voltages.
【0011】変位検出回路部12は図2に示すように構
成されている。すなわち、発振回路13は正弦波を発振
してセンサ部14に与える。センサ部14は図1に示し
たセンサコイル9とダミーコイル10がそれぞれコンデ
ンサに並列接続された2つの共振回路15,16で構成
されており、各コイル9,10に与えられた正弦波によ
ってセンサに対向したターゲット11に渦電流が発生
し、ターゲットとコイルの距離や周辺の温度によってそ
のインダクタンスが変化する。The displacement detection circuit section 12 is configured as shown in FIG. That is, the oscillation circuit 13 oscillates a sine wave and supplies the sine wave to the sensor unit 14. The sensor section 14 is composed of two resonance circuits 15 and 16 in which the sensor coil 9 and the dummy coil 10 shown in FIG. An eddy current is generated in the target 11 facing the target, and its inductance changes depending on the distance between the target and the coil and the temperature around the coil.
【0012】この発明の一実施形態では、センサコイル
9のターゲットを主軸1とし、ダミーコイル10に対し
てはこれに固定されたダミーターゲット11を用いてい
る。これにより、センサコイル9のインダクタンスは主
軸1の位置と温度の2要因で変化し、ダミーコイル10
のインダクタンスは温度のみで変化することになる。こ
れらのインダクタンスの変化により各共振回路15,1
6の共振点が変化し、それに伴い各共振回路15,16
において正弦波の振幅が変化する。In one embodiment of the present invention, the target of the sensor coil 9 is the main shaft 1, and the dummy coil 10 has a dummy target 11 fixed thereto. As a result, the inductance of the sensor coil 9 changes due to two factors, the position of the main shaft 1 and the temperature, and the dummy coil 10
Will change only with temperature. Due to the change of these inductances, each resonance circuit 15, 1
6, the resonance points of the respective resonance circuits 15, 16 change accordingly.
Changes the amplitude of the sine wave.
【0013】振幅が変化した正弦波は後段の整流回路1
7,18で直流電圧に変換され、差動回路19によって
センサ側の出力とダミー側の出力の差が出力される。こ
れにより、センサコイル9によるインダクタンスの変化
は軸の変化によるもののみとなり、温度に対して安定し
た主軸1の変化を出力することが可能となる。差動回路
19の後段には高周波ノイズを除去するためのローパス
フィルタ20が設けられおり、主軸1の変位に不要な高
周波ノイズが除去された後、外部に出力される。The sine wave whose amplitude has changed is supplied to the rectifier circuit 1 in the subsequent stage.
The voltage is converted into a DC voltage by 7 and 18, and the difference between the output on the sensor side and the output on the dummy side is output by the differential circuit 19. As a result, the change in inductance due to the sensor coil 9 is caused only by the change in the axis, and it is possible to output a stable change in the main shaft 1 with respect to temperature. A low-pass filter 20 for removing high-frequency noise is provided at the subsequent stage of the differential circuit 19, and after high-frequency noise unnecessary for displacement of the main shaft 1 is removed, the low-pass filter 20 outputs the noise to the outside.
【0014】なお、図1に示した例では、ダミーターゲ
ット11はダミーコイル10の先端に固定されているた
め、ダミーターゲット部の加工寸法によってコイルとタ
ーゲット間の隙間が定まり、製品間のばらつきを少なく
できる。In the example shown in FIG. 1, since the dummy target 11 is fixed to the tip of the dummy coil 10, the gap between the coil and the target is determined by the processing size of the dummy target portion, and variation between products is reduced. Can be reduced.
【0015】なお、図2に示した変位検出回路部はハウ
ジング3内に収納するようにし、センサ部とのケーブル
の距離を短くするようにすれば、ケーブルによるインダ
クタンスの変化の影響を防止できる。If the displacement detection circuit shown in FIG. 2 is housed in the housing 3 and the distance between the sensor and the sensor is shortened, the influence of the change in inductance due to the cable can be prevented.
【0016】[0016]
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、スピ
ンドルの一端に変位センサを設けて主軸の変位を検出す
るとともに、この変位センサの近傍に疑似センサを設
け、疑似センサの出力に基づいて変位センサの出力から
温度ドリフトを除去して主軸の変位を示す信号を出力す
るようにしたので、温度による変化がキャンセルされ、
主軸の変位のみを取出すことができる。As described above, according to the present invention, the displacement sensor is provided at one end of the spindle to detect the displacement of the main shaft, and the pseudo sensor is provided near the displacement sensor, and the pseudo sensor is provided based on the output of the pseudo sensor. The temperature drift is removed from the output of the displacement sensor to output a signal indicating the displacement of the spindle, so that the change due to temperature is canceled,
Only the displacement of the main shaft can be taken out.
【図1】この発明の一実施形態のスピンドルの断面図で
ある。FIG. 1 is a sectional view of a spindle according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1に示した変位検出回路部の概略ブロック図
である。FIG. 2 is a schematic block diagram of a displacement detection circuit unit shown in FIG.
【図3】従来の空気軸受スピンドルの縦断面図である。FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a conventional air bearing spindle.
1 主軸 2 静圧軸受 3 ハウジング 4 モータ 6 ドリル 8 センサコア 9 センサコイル 10 ダミーコイル 11 ダミーターゲット 12 変位検出回路部 13 発振回路 14 センサ部 15,16 共振回路 17,18 整流回路 19 差動回路 20 ローパスフィルタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main shaft 2 Hydrostatic bearing 3 Housing 4 Motor 6 Drill 8 Sensor core 9 Sensor coil 10 Dummy coil 11 Dummy target 12 Displacement detection circuit part 13 Oscillation circuit 14 Sensor part 15, 16 Resonance circuit 17, 18 Rectification circuit 19 Differential circuit 20 Low pass filter
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G01B 21/00 G01B 21/00 A ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Agency reference number FI Technical display location G01B 21/00 G01B 21/00 A
Claims (3)
支持するスピンドルの前記主軸の変位を検出する空気軸
受スピンドルにおいて、 前記スピンドルに設けられ、主軸の変位を検出する変位
センサ、 前記変位センサの近傍に設けられ、前記変位センサの温
度ドリフトを除去するための疑似センサ、および前記疑
似センサの出力に基づいて、前記変位センサの出力から
温度ドリフトを除去して前記主軸の変位を示す信号を出
力する検出回路を備えた、空気軸受スピンドル。1. An air bearing spindle for detecting a displacement of the main shaft of a spindle that supports the main shaft in a housing by an air bearing, a displacement sensor provided on the spindle and detecting a displacement of the main shaft, a vicinity of the displacement sensor. A pseudo sensor for removing a temperature drift of the displacement sensor, and a detection of removing a temperature drift from an output of the displacement sensor and outputting a signal indicating a displacement of the main shaft based on an output of the pseudo sensor. Air bearing spindle with circuit.
ーターゲットが設けられることを特徴とする、請求項1
の空気軸受スピンドル。2. The method according to claim 1, wherein a dummy target is provided to face the pseudo sensor.
Air bearing spindle.
れることを特徴とする、請求項1の空気軸受スピンド
ル。3. The air bearing spindle according to claim 1, wherein said detection circuit is built in said housing.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20015096A JPH1047351A (en) | 1996-07-30 | 1996-07-30 | Air bearing spindle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20015096A JPH1047351A (en) | 1996-07-30 | 1996-07-30 | Air bearing spindle |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1047351A true JPH1047351A (en) | 1998-02-17 |
Family
ID=16419628
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20015096A Withdrawn JPH1047351A (en) | 1996-07-30 | 1996-07-30 | Air bearing spindle |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1047351A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010112792A (en) * | 2008-11-05 | 2010-05-20 | Nippon Soken Inc | Collision detector |
| JP2019158798A (en) * | 2018-03-16 | 2019-09-19 | 株式会社Ihi | Axial position detection device |
| CN110976925A (en) * | 2019-10-21 | 2020-04-10 | 湖北工业大学 | A double vertical wall type full gas static pressure vertical lathe |
| CN118046243A (en) * | 2024-03-13 | 2024-05-17 | 珠海格力电器股份有限公司 | A CNC machine tool spindle thermal expansion measurement structure, measurement system and compensation system |
-
1996
- 1996-07-30 JP JP20015096A patent/JPH1047351A/en not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010112792A (en) * | 2008-11-05 | 2010-05-20 | Nippon Soken Inc | Collision detector |
| JP2019158798A (en) * | 2018-03-16 | 2019-09-19 | 株式会社Ihi | Axial position detection device |
| CN110976925A (en) * | 2019-10-21 | 2020-04-10 | 湖北工业大学 | A double vertical wall type full gas static pressure vertical lathe |
| CN110976925B (en) * | 2019-10-21 | 2020-11-03 | 湖北工业大学 | A double vertical wall type full gas static pressure vertical lathe |
| CN118046243A (en) * | 2024-03-13 | 2024-05-17 | 珠海格力电器股份有限公司 | A CNC machine tool spindle thermal expansion measurement structure, measurement system and compensation system |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20031007 |