JPS6215076A - グラインダ砥石摩耗量検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、グラインダ砥石摩耗量検出装置に関し、特に
、研磨・研削ロボットの作業を停止させることなく、そ
れらに取り付けたグラインダ砥石の摩耗量を検出する装
置に関する。

「従来技術」 一般の研削等に用いられるロボットの場合、取り付けら
れるグラインダ砥石の外径は新品の状態では例えば１７
０ｗｍ程度であるが、使用するにつれて徐々に摩耗によ
り外径が縮小し、最終的には例えば１２０閣輪程度にな
ることが知られている。

そこで、このようなグラインダ砥石の外径変化を補償す
るようにロボットの制御を行う必要がある。

このため、例えば特開昭５８−１３１８４号公報や特開
昭５８−１５９９１号公報において、グラインダ砥石の
摩耗量を検出し、グラインダの追い込み量を補正する装
置が提案されている。

かかる装置では、発光器から出た光ビームがグラインダ
砥石の周端部で遮断されることを受光器で検出して、グ
ラインダ砥石の周端部の位置を知り、その位置の変化に
基づいてグラインダ砥石の摩耗量を検出する光学式のグ
ラインダ砥石摩耗量検出装置が使用されている。

「従来技術の問題点」 上記従来の光学式のグラインダ砥石摩耗量検出装置では
、発光器から出た光ビーム以外の光たとえば研削火花や
照明光を受光器が検出して誤動作を生じる問題点がある
。

すなわち、発光器から出た光ビームがグラインダ砥石の
周端部で遮断されているにもかかわらず、研削火花の如
き外乱光が受光器に入射することでその遮断を検出でき
ないことがあり、このためにグラインダ砥石の周端部の
位置を誤認し、摩耗量を正確に検出できなくなる場合が
ある。

「発明の目的」 本発明の目的とするところは、研削火花の如き外乱光に
よる誤動作を防止し、研削作業中でも高い信頼性を保持
しつるようにしたグラインダ砥石摩耗量検出装置を提供
することにある。

「発明の構成」 本発明のグラインダ砥石摩耗量検出装置は、グラインダ
砥石の周端部を光学的に検知するための発光手段と受光
手段とを存するグラインダ砥石摩耗量検出装置において
、発光手段の発光に所定の周波数で周波数変調をかける
発光変調手段と、受光手段の受光信号から前記所定の周
波数成分を抽出する周波数成分抽出手段とを備え、これ
により研削火花の如き外乱光から発光手段の光を弁別可
能としたことを構成上の特徴とするものである。

「作用」 外乱光の種類は様々であるが、代表的なものは第１に研
削火花、第２に照明光、第３に自然光がある。

これらの光の強弱変化に着目すると、短時間内では、研
削火花については実質的に連続して火花が発生するので
ほとんど変化がないと考えられ、照明光については電源
周波数（５０Ｈｚ又は６（１１（ｚ）による変化があり
、自然光については変化がないと考えられる。

そこで、発光手段の発光を前記外乱光の変化周波数と離
れた所定の周波数たとえば数ｋＨｚで断続させ、受光手
段の受光信号からかかる周波数成分のみを取り出せば、
外乱光の影響を抑制しうろこととなる。

「実施例」 以下、図に示す実施例に基づいて本発明をさらに詳しく
説明する。ここに第１図は本発明の一実施例のグライン
ダ砥石摩耗量検出装置の構成説明図、第２図は第１図に
示す装置の部分的断面図を含む外観図、第３図は検出ヘ
ッドの変形構成例を示す断面図、第４図は検出ヘッドの
他の構成例を示す断面図、第５図は本発明の他の実施例
の第１図相当図である。なお、これらの実施例により本
発明が限定されるものではない。

第１図に示すように、グラインダ砥石摩耗量検出装置１
は、その検出ヘッド２において、微少間隙を開けて並べ
設けられた２対のフォトカプラを有している。そのフォ
トカプラの発光側のＬＥＤ３．４は直列に接続され、ト
ランジスタ５を介して電源を供給される。

トランジスタ５は、発振器６によりドライブされ、その
発振器６の周波数は例えば１０ｋＨｚである。

そこで、ＬＥＤ３，４は、例えば１０ｋＨｚの周波数で
断続的に発光することとなる。

上記ＬＥＤ３に対向する受光側のフォトトランジスタ７
は、バンドパスフィルタ９に接続され、そのバッドパス
フィルタ９の通過させる周波数帯域は、発光側の周波数
に合わせて１０ｋＨｚ前後に設定されている。

また、上記ＬＥＤ４に対向する受光側のフォトトランジ
スタ８も同様に、バンドパスフィルタｌＯに接続されて
いる。

フォトトランジスタ７．８にはＬＥＤ３．４からの光ビ
ーム以外の外乱光たとえば研削火花や照明光等が混入す
るが、これらの外乱光は１０ｋＨｚの周波数成分を実質
的に有しないため、バンドパスフィルタ９．１０を介す
ることにより、ＬＥＤ３．４からの信号成分だけが取り
出され、外乱光の影響は除去されることとなる。

バンドパスフィルタ９．１０の出力は、それぞれ整流・
事情回路１１．１２に接続され、直流化される。

これら整流・平滑回路１１．１２の出力は、それぞれヒ
ステリシスを持つコンパレータ１３，１４に入力される
。

整流・平滑回路１１．１２の出力値が上昇して所定の上
限値ｖｕを越えると、コンパレータ１３．１４の出力は
それぞれ「Ｈ」レベルとなり、一方、前記整流・平滑回
路１１．１２の出力値が下降して所定の下限値Ｖ、以下
となると、コンパレータ１３，１４の出力はそれぞれｒ
ＬＪとなる。

これらコンパレータ１３，１４の出力が共に「Ｈ」のと
き、正入力アンドゲート１５はｒＨＪを出力し、それ以
外では「Ｌ」を出力する。

また、コンパレータ１３，１４の出力が共に「Ｌ」であ
るとき、負入力アンドゲート１６は「Ｈ」を出力し、そ
れ以外のときはｒＬＪを出力する。

正入力アンドゲート１５の出力は、Ｊ−にフリップフロ
ップ１７のＪ入力に入力され、負入力アンドゲート１６
の出力は、Ｊ−にフリップフロップ１７のに入力に入力
されている。

Ｊ−にフリップフロップ１７のクロック入力には連続的
にクロックが供給されている。そこで、このＪ−にフリ
ップフロップ】７はＲ−Ｓフリップフロップのように働
く。

Ｊ−にフリップフロップ１７のＱ出力は、バッファアン
プ１８を介し、また切換スイッチ１９を介して、サーボ
アンプ２０に入力される。

サーボアンプ２０は、サーボモータ２１を駆動する。

サーボモータ２１が駆動されると、第２図に示すように
、その回転運動がボールねじ２２で摺動軸２３の直線運
動に変換される。

摺動軸２３の先端にはボールジヨイント２４を介して駆
動軸２５が取り付けられており、その駆動軸２５の先端
に前記検出ヘッド２が取り付けられている。

摺動軸２３の移動量は、ボテンシ町メータ２６で読み取
られ、そのボテンシッメータ２６の出力はグラインダ砥
石Ｔの周端部位置信号ａとして外部（例えばロボットの
制御装置）へ出力されている。また、偏差アンプ２７の
負入力に接続されて。

いる。

偏差アンプ２７の正入力には、外部から初期位ｌ信号す
が入力されている。

偏差アンプ２７の出力は、前記切換スイッチ１９を介し
て前記サーボアンプ２０に入力される。

切換スイッチ１９はサーボアンプ２０への入力信号を選
択するものであり、その切換は外部から切換信号Ｃを与
えられることで行われる。

次に、このグラインダ砥石摩耗量検出装置１の作動につ
いて説明する。

まず、外部から初期位置信号すが与えられると共に切換
信号Ｃによって切換スイッチ１９が偏差アンプ２７側に
切換えられる。

これによりサーボアンプ２０はサーボモータ２１を駆動
し、検出ヘッド２を初期位置に移動させて停止する。こ
の位置では、通常、グラインダ砥石Ｔの周端部がＬＥＤ
３，４のいずれの光ビームをも遮断しない。

ＬＥＤ３，４の光ビームが遮断されなければ、フォトト
ランジスタ７．８は共に　　光ビームで駆動される。そ
こで、バンドパスフィルタ９．１０からは１０ｋＨｚの
パルスが連続して出力され、整流・平滑回路１１．１２
の出力値はそれぞれ上限値ｖｕよりも大きくなる。そこ
で、コンパレータ１３，１４の出力は共にｒＨＪとなり
、正入力アンドゲート１５の出力は「Ｈ」、負入力アン
ドゲート１６の出力はｒＬＪとなる。このため、Ｊ−に
フリップフロップ１７のＱ出力はｒＨＪとなる。

ここで外部から切換信号Ｃを入力して切換スイッチ１９
をバッファアンプ１８側に切換えると、Ｊ−にフリップ
フロップ１７のＱ出力のｒＨＪがバッファアンプ１８を
介してサーボアンプ２０に入力され、サーボアンプ２０
は検出ヘッド２をグラインダ砥石７へ向けて接近させる
ようにサーボモータ２１を駆動する。

第１図に示すように、　、ＬＥＤ３とフォトトランジス
タ７とからなるフォトカブラがＬＥＤ４とフォトトラン
ジスタ８とからなるフォトカブラよりもグラインダ砥石
Ｔに近い側にあるので、上記接近によってＬＰ０１の光
ビームがまずグラインダ砥石Ｔの周端部で遮断される。

そうするとフォトトランジスタ７が光ビームで駆動され
なくなり、バンドパスフィルタ９には１０ｋＨｚの周波
数成分の信号が入力されないからその出力は実質的にＯ
となり、整流・平滑回路１１の出力値は下限値ｖＩ以下
となり、コンパレータ１３の出力はｒＬＪとなる。

一方、フォトトランジスタ８はＬＥＤ４の光ビームで駆
動されているから、コンパレータ１４の出力はｒＨＪの
ままである。

そこでアントゲ−）１５．１６の出力は共に「Ｌ」とな
る。

Ｊ入力およびに入力が共にｒＬＪのときはＱ出力は変化
しないから、ｒＨＪのままであり、したがって、サーボ
モータ２１の駆動は継続され、検出ヘッド２はさらにグ
ラインダ砥石Ｔに向かって進められる。

グラインダ砥石ＴがついにＬＥＤ４の光ビームをも遮断
すると、上記説明から理解されるように、コンパレータ
１３，１４の出力は共にｒＬＪとなる。そこで、負入力
アンドゲート１６の出力はｒＨＪとなり、Ｑ出力は「Ｌ
」となる。

Ｊ−にフリップフロップのＱ出力のｒＬＪはサーボモー
タ２１の停止信号となり、サーボモータ２１は停止する
。

かくしてＬＥＤ４の光ビームがグラインダ砥石Ｔの周端
部で遮断された位置で検出ヘッド２は停止する。

このときの周端部位置信号ａがグラインダ砥石Ｔの周端
部の位置を表している。

グラインダ砥石Ｔの使用により摩耗が進むと、周端部が
後退する。そこで、ＬＥＤ４の光ビームが再びフォトト
ランジスタ８に到達する。

ＬＥＤ４の光ビームによりフォトトランジスタ８が駆動
されれば、上述の如く、コンパレータ１４の出力はｒＨ
Ｊとなる。

コンパレータ１４の出力がｒＨＪとなれば、負入力アン
ドゲート１６の出力はｒＬＪとなるので、Ｊ−にフリッ
プフロップ１７の入力はＪ入力。

Ｋ入力共にｒＬＪとなる。

このためＱ出力は「Ｌ」が維持され、検出ヘッド２の位
置は動かない。

さらに摩耗が進みグラインダ砥石Ｔの周端部が後退して
、ＬＰ０１の光ビームもフォトトランジスタ７に到達す
るようになると、　上述の如く、正入力アンドゲート１
５の出力がｒＨＪとなるから、Ｑ出力はｒＨＪとなり、
サーボモータ２１が駆動されて検出ヘッド２はグライン
ダ砥石Ｔに向かって再び進行する。

こうしてグラインダ砥石Ｔの周端部がＬＥＤ４の光ビー
ムを遮断したとき再び検出ヘッド２は停止する。

ここで周端部位置信号ａの値は、ＬＰ０１とＬＥＤ４の
ピッチ分だけ変化することとなる。

すなわち、このグラインダ砥石摩耗量検出装置１によれ
ば、２つのフォトカプラのピッチを単位としてグライン
ダ砥石Ｔの摩耗量を検出できるのである。

２つのフォトカプラのピンチは、グラインダ砥石Ｔの中
心からそのフォトカプラまでの距離の差であり、グライ
ンダ砥石Ｔの中心からの方向をずらせることによって任
意に小さくすることができるが、実用上、０．５−一〜
１．０−−程度とすることが好ましい。

第３Ｆｆ！Ｊは、２つのフォトカプラの発光側を１つの
ＬＥＤ３’で兼用させ、その光ビームを、位置を変えて
取り付けたフォトトランジスタ？’、８’で検出するよ
うにした構成例である。

第４図は、光ファイバー３０．３１．３２を用いて検出
ヘッド２“に光を導くことで、ＬＰ０１”やフォトトラ
ンジスタ７“、８“を別の場所に設け、検出ヘッド２“
を小型化可能とした構成例である。

第５図はただ１個のフォトカプラだけを検出ヘッド３５
に設けた実施例を示すものである。

図に示すように、検出ヘッド３５およびコンパレータ３
６以外の構成要素は、全て第１図に示すグラインダ砥石
摩耗量検出装置１の構成要素と同番号が付しであるが、
これらは同様の構成要素であることを示している。

すなわち、°このグラインダ砥石摩耗ｉ検出装置４０が
、前記グラインダ砥石摩耗量検出装置１と異なる点は、
検出ヘッド３５がＩＩＩＩのフォトカプラだけを存して
いること、コンパレータ３６のヒステリシスの幅が前記
コンパレータ１３，１４のヒステリシスの幅より大きい
ことの２点だけが異なっている。

このグラインダ砥石摩耗量検出装置４０の作動の原理は
、グラインダ砥石Ｔの周端部がＬＥＤ３の光ビームを遮
断する状態がアナログ的変化を示すことにある。すなわ
ち、光ビームはある程度の幅があるので、グラインダ砥
石Ｔの周端部がその光ビームに進入するとき、光ビーム
が急に遮断されるのではなく、徐々に遮断されていくの
で、整流・平滑回路１１の出力値の変化は、初めは上限
値Ｖ、よりも大きいが徐々に小さくなり、ついには下限
値ｖしより小さくなるというアナログ的変化を示す。

そこで、検出へラド３５がグラインダ砥石Ｔに向かって
進行するとき、グラインダ砥石Ｔの周端部が光ビームを
大部分遮断するまでは検出ヘッド３５は停止しない。一
方、停止状態から再び進行を始めるのは、グラインダ砥
石Ｔの周端部が光ビームをほとんど抜けた位置であり、
雨着の間にはある程度の幅を生じる。

つまり、このグラインダ砥石摩耗量検出装置４０によれ
ば、光ビームに成る程度の幅を持たせることと、コンパ
レータに成る程度大きなヒステリシスを持たせることで
、それらにより定まる成る幅をピッチとして、グライン
ダ砥石Ｔの摩耗量を検出できるのである。

なお、上記グラインダ砥石摩耗量検出装置１゜４０にお
いて、コンパレータ１３，１４．３６にヒステリシスを
持たせなくても理論的には検出ヘッド２．３５をグライ
ンダ砥石Ｔの周端部の変化に追従させることができるが
、ハンチングを起こすおそれがあるから、ヒステリシス
を設けるのが好ましい。

さらに他の実施例としては、正弦波あるいは三角波を直
流分に重畳した信号によりＬＥＤ３，４の発光を変調す
る方式のものが挙げられる。

さらにまた他の実施例としては、位相検波法の同位相成
分をとり出す回路により発光手段の信号成分のみを抽出
するものが挙げられる。

「発明の効果」 本発明によれば、グラインダ砕石の周端部を光学的に検
知するための発光手段と受光手段とを有するグラインダ
砥石摩耗量検出装置において、発光手段の発光に所定の
周波数で周波数変調をかける発光変調手段と、受光手段
の受光信号から前記所定の周波数成分を抽出する周波数
成分抽出手段とを備えたことを特徴とするグラインダ砥
石摩耗量検出装置が提供され、これにより外乱光には実
質的に存在しない周波数の信号を用いることで外乱光と
発光手段の光を弁別できるから、グラインダの研削火花
などの外乱光に影響されず信頼性の高い検出を行うこと
ができる。

したがって、グラインダ作業中でも好適にグラインダ砥
石の摩耗量を連続検知でき、これにより摩耗量を補正す
ることで検出の高い仕上げを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のグラインダ砥石摩耗量検出
装置の構成説明図、第２図は第１図に示す装置の部分的
断面図を含む外観図、第３図は検出ヘッドの変形構成例
を示す断面図、第４図は検出ヘッドの他の構成例を示す
断面図、第５図は本発明の他の実施例の第１図相当図で
ある。 （符号の説明） １．４０・・・グラインダ砥石摩耗量検出装置２．３５
・・・ヰ★出ヘッド ３．４．３’、３“・・・ＬＥＤ ５・・・トランジスタ　　　６・・・発振器？、、８．
７’、８’、？“、８“ ・・・フォトトランジスタ ９．１０・・・パンドパ°スフィルタ １１．１２・・・整流・平滑回路 １３．１４．３６・・・コンパレータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、グラインダ砥石の周端部を光学的に検知するための
   発光手段と受光手段とを有するグラインダ砥石摩耗量検
   出装置において、 発光手段の発光に所定の周波数で周波数変調をかける発
   光変調手段と、受光手段の受光信号から前記所定の周波
   数成分を抽出する周波数成分抽出手段とを備え、これに
   より研削火花等の外乱光から発光手段の光を弁別可能と
   したことを特徴とするグラインダ砥石摩耗量検出装置。 ２、所定の周波数が約１０ｋＨｚである特許請求の範囲
   第１項記載のグラインダ摩耗量検出装置。