(57)【要約】      （修正有）【課題】可動部と、工作機械の作業領域に配置された別の部分との差し迫ったクラッシュを回避する。【解決手段】ここに記載されているのは、有利には工具３または機械加工ヘッド１９である、工作機械２の可動部と、工作機械の作業領域８に配置された別の工作機械部分または被加工物５との衝突を可動部の移動中に回避する、工作機械用クラッシュ回避装置１である。本発明によれば、電気的に絶縁された可動部と、作業領域に配置された別の部分または被加工物との間に高電圧が印加される。本発明のクラッシュ回避装置には放電検出手段１５が含まれており、この放電検出手段は、監視される可動部と、被加工物または別の導電性工作機械要素との間で発生する放電１６を検出して工作機械の工作機械コントローラ１７にシグナリングして、可動部のさらなる移動を停止または調節することができる。【選択図】図１
2016060040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有利には工具（３）または機械加工ヘッド（１９）である、工作機械（２）の可動部（３，４，１０，１９）と、工作機械（２）の作業領域（８）に配置された別の工作機械部分（６，７）または被加工物（５）との衝突を前記可動部（３，４，１０，１９）の運動中に回避する、工作機械（２）用クラッシュ回避装置（１）において、
当該クラッシュ回避装置（１）には、前記可動部（３，４，１０，１９）を前記工作機械（２）の別の部分（５，６，７）から電気的に絶縁するための絶縁手段（９）が含まれており、
検出システム（１１）には、有利には１つの正の接続部および１つの負の接続部である少なくとも２つの接続部（１３，１４）を有する高電圧発生器（１２）が含まれており、
一方の接続部（１３）は前記可動部（３，４，１０，１９）に、また他方の接続部（１４）は前記工作機械（２）の作業領域（８）に配置された前記被加工物（５）、および／または、有利には被加工物挟持システム（６）または作業台（７）である別の導電性工作機械部分（６，７）に電気的に接続されており、
前記高電圧発生器（１２）は有利には、その接続部（１３，１４）に直流、交流または脈動電圧を形成し、
さらに前記検出システム（１１）は、前記可動部（３，４，１０，１９）と前記被加工物（５）との間、または、前記可動部（３，４，１０，１９）と、前記工作機械（２）の前記作業領域（８）に配置された別の導電性工作機械部分（６，７）との間で発生する放電（１６）を検出可能な放電検出手段（１５）を有しており、
当該放電検出手段（１５）によって検出された放電（１６）に基づき、前記検出システム（１１）は、差し迫った衝突を工作機械（２）の工作機械コントローラ（１７）にシグナリングして、他の工作機械部分（６，７）または被加工物（５）に向かう前記可動部（３，４，１０，１９）のさらなる相対的な運動を停止または調節する、
ことを特徴とするクラッシュ回避装置（１）。
【請求項２】
前記工作機械の前記作業領域（８）に配置された工作機械要素（６，７）および前記被加工物（５）は、有利には電気的に接地されて互いに電気的に接続されており、かつ、前記高電圧発生器（１２）の１つの接続部（１４）に、有利には負の接続部に接続されている、
請求項１に記載の工作機械（２）用クラッシュ回避装置（１）。
【請求項３】
前記高電圧発生器（１２）の別の接続部（１４）は、電気的に接地されており、
前記工作機械（２）の前記作業領域（８）に配置された導電性工作機械部分（６，７）および／または前記被加工物（５）も同様に電気的に接地されている、
請求項１に記載の工作機械（２）用クラッシュ回避装置（１）。
【請求項４】
前記工作機械（２）の前記可動部（３，４，１０，１９）は、少なくとも２つの区画の分割されており、
有利には第１の区画は、前記工具（３）であり、第２の区画は、工具ホルダ（４）、工作機械スピンドル（１０）および／または機械加工ヘッド（１９）であり、
前記区画は、互いに電気的に絶縁されており、かつ、絶縁手段（９）によって前記工作機械（２）の別の部分（５，６，７）から電気的に絶縁されており、
各前記電気的に絶縁された区画は、専用の接続部（１３，２４）によって前記高電圧発生器（１２）に接続されており、
有利には前記被加工物（５）も絶縁手段によって前記挟持システム（６）または作業台（７）から電気的に絶縁されており、
前記被加工物（５）は、前記別の接続部（１４）によって前記高電圧発生器（１２）に電気的に接続されており、
最も好適には前記検出システム（１１）は、電気的に絶縁された前記区間毎に専用の放電検出手段（１５）を有する、
請求項１から３までのいずれか１項に記載の工作機械（２）用クラッシュ回避装置（１）。
【請求項５】
前記被加工物（５）は、絶縁手段によって前記挟持システム（６）および作業台（７）から電気的に絶縁されており、
前記挟持システム（６）および作業台（７）は、前記別の接続部（１４）によって前記高電圧発生器（１２）に電気的に接続されている、
請求項１から３までのいずれか１項に記載の工作機械（２）用クラッシュ回避装置（１）。
【請求項６】
前記正の接続部は、前記可動部（４，１０，１９）と前記高電圧発生器（１２）の正極とを電気的に接続する接続部（２４）であり、
前記負の接続部は、前記高電圧発生器（１２）の負極を、前記工作機械（２）の前記作業領域（８）に配置された別の導電性工作機械部分（６，７）に、有利には前記被加工物挟持システム（６）または前記作業台（７）におよび／または前記被加工物（５）に電気的に接続する接続部（１４）であり、
前記高電圧発生器（１２）は有利には、１つよりも多くの正の接続部（１３，２４）および／または１つよりも多くの負の接続部（１４）を有する、
請求項１から５までのいずれか１項に記載の工作機械（２）用クラッシュ回避装置（１）。
【請求項７】
前記接続部（１３，２４）には非接触接続部材（２１，２３）が含まれており、
当該非接触接続部材は、放電（１６）が発生した場合にアークを形成できるように設計されており、
前記非接触接続部材（２１，２３）は有利には、互いに対して相対に運動する、最も好適には回転する２つの部分（１０，２２）の間に配置されている、
請求項１から６までのいずれか１項に記載の工作機械（２）用クラッシュ回避装置（１）。
【請求項８】
前記放電検出手段（１５）は、以下の検出方法のうちの１つまたは組み合わせによって放電（１６）の発生を検出する、すなわち、
・  前記接続部（１３，１４）間の電流および／または電圧の変化の電気的な測定、
・  有利にはカメラを使用した、前記作業領域（８）において発生する放電（１６）の視覚的な検出、
・  電場の変化の測定
によって放電の発生を検出する、
請求項１から７までのいずれか１項に記載の工作機械（２）用クラッシュ回避装置（１）。
【請求項９】
前記放電（１６）を検出する前記放電検出手段（１５）は、前記検出システム（１１）の処理ユニットであり、
当該処理ユニットは、前記工作機械コントローラ（１７）の入力側（１８）に信号を送出するように設計されており、
前記工作機械コントローラ（１７）の前記入力側（１８）は、有利には高速にサンプルされるトリガ入力側である、
請求項１から８までのいずれか１項に記載の工作機械（２）用クラッシュ回避装置（１）。
【請求項１０】
前記高電圧発生器（１２）によって印加される電圧は、調整可能であり、当該電圧は有利には１，０００Ｖ〜２０，０００Ｖの範囲において、有利には１，０００〜５，０００Ｖまたは５，０００〜２０，０００Ｖの範囲において調整可能である、
請求項１から９までのいずれか１項に記載の工作機械（２）用クラッシュ回避装置（１）。
【請求項１１】
前記放電検出手段（１５）は、発生する放電（１６）の種々異なるパラメタを、有利には放電持続時間、時間にわたる電流および／または放電電圧を測定するようにも設計されており、
前記パラメタは最も好適には、前記工作機械（２）の前記工作機械コントローラ（１７）に送信される、
請求項１から１０までのいずれか１項に記載の工作機械（２）用クラッシュ回避装置（１）。
【請求項１２】
前記放電検出手段（１５）は、
発生する放電（１６）の種々異なるパラメタを、有利には放電持続時間、時間にわたる電流および／または放電電圧を測定し、
有利には前記測定したパラメタを、プリセットしたパラメタと、またはデータベースに格納されたデータと比較することにより、また実装されたエキスパートシステムによって評価することによって発生した前記放電（１６）を評価し、
評価した出力データを、最も好適には前記工具（３）と前記衝突する要素との間の計算した間隔を前記工作機械コントローラ（１７）に送信するようにも設計されている、
請求項１から１１までのいずれか１項に記載の工作機械（２）用クラッシュ回避装置（１）。
【請求項１３】
前記検出システム（１１）は、前記工作機械コントローラ（１７）によって制御される、
請求項１から１２までのいずれか１項に記載の工作機械（２）用クラッシュ回避装置（１）。
【請求項１４】
前記検出システム（１１）は、以下の複数の要因のうちの１つまたは組み合わせに依存して、前記高電圧発生器（１２）によって印加される電圧を調整する、すなわち、
・  前記可動部（３，４，１０，１９）の速度、
・  切削油剤の使用の有無または使用される切削油剤のタイプ、
・  被加工物（５）の材料、
・  工具（３）の幾何学形状および／または工具コーティングタイプ、
・  機械加工動作中の前記工具（３）の回転速度、
・  緊急時所要遮断間隔、
・  前記工具（３）のフライス加工または非フライス加工条件、
・  荒フライス加工または仕上げフライス加工条件、
・  誤った衝突警告の量
に依存して、前記高電圧発生器（１２）によって印加される電圧を調整する、
請求項１３に記載の工作機械（２）用クラッシュ回避装置（１）。
【請求項１５】
挟持される前記工具（３）を前記工作機械（２）の別の複数の部分（４，５，６，７，１０）から電気的に絶縁するための絶縁手段（９）は、工具チャック（４）に組み込まれており、前記絶縁手段（９）は有利には絶縁セラミック材料から構成される、
請求項１から１４までのいずれか１項に記載の工作機械（２）用クラッシュ回避装置（１）。
【請求項１６】
請求項１から１５までのいずれか１項に記載のクラッシュ回避装置（１）を備えた工作機械（２）用に被加工物（５）の機械加工を開始するための動作方法において、
前記工作機械（２）の前記可動部（３，４，１０，１９）を、有利には工具（３）または前記機械加工ヘッド（１９）を開始点から、機械加工すべき前記被加工物（５）に向かって第１の速度（ｓｍ１）で移動し、当該移動は、前記クラッシュ回避装置（１）が、その検出システム（１１）により、前記被加工物（５）までのあらかじめ定めた第１の間隔（ｄ１）に達したことを示す第１の放電の発生（Ｖ１）を工作機械コントローラ（１７）にシグナリングするまで続けられ、
当該シグナリングの結果、前記工作機械コントローラ（１７）は、前記工作機械（２）の前記可動部（３，４，１０，１９）の前記速度を、前記第１の速度モード（ｓｍ１）よりも低い第２の速度モード（ｓｍ２）に調節する、
ことを特徴とする動作方法。
【請求項１７】
前記工作機械（２）の前記可動部（３，４，１０，１９）を第２のスピードモード（ｓｍ２）で移動中、前記クラッシュ回避装置（１）の前記検出システム（１１）は、前記第１の間隔（ｄ１）よりも小さい、前記可動部（３，４，１０，１９）と前記被加工物（５）との間の所定の第２の間隔（ｄ２）を検出するように設定されており、
前記可動部（３，４，１０，１９）が前記被加工物（５）に向かって移動することにより、設定した前記第２の間隔（ｄ２）に達し、第２の放電の発生（Ｖ２）および前記検出システム（１１）によって前記工作機械コントローラ（１７）へのシグナリングが行われ、当該工作機械コントローラ（１７）は、前記可動部（３，４，１０，１９）の移動を調節し、
有利には前記可動部（３，４，１０，１９）の前記移動の調節は、取り付けられた工具（３）によって前記被加工物（５）の機械加工を開始するための動作速度で前記回転スピンドル（２２）の回転を開始するかまたは当該動作速度に回転まで到達させることによって行われる、
請求項１６に記載の、クラッシュ回避装置（１）を備えた工作機械（２）用に被加工物（５）の機械加工を開始するための動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１に記載した、工作機械の可動部と、この別の機械部分との衝突を回避するための工作機械用クラッシュ回避装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フライス加工、旋削または電気放電加工（ＥＤＭ：electrical discharge machining）のような工作機械による被加工物の機械加工の分野において工作機械用クラッシュ回避装置は公知である。工作機械において使用される工具（一般的にフライス加工、ドリル加工または旋回ヘッド）は、一般的に交換可能であり、かつ、実行する機械加工プロセスに依存している。１つ被加工物の機械加工には、頻繁に異なる複数の工具を使用しなければならない。工具の交換は、操作者によって手動で、半自動で、または（例えばコンピュータ化されたマシンニングセンサでは）完全自動で行うことができる。このような工具交換は、最も極端な場合、機械加工プロセスを継続するため、使用される工具または交換する工具が装着される機械加工ヘッドを被加工物から離してまたは被加工物に向かって非機械加工運動させる必要がある。使用する工具のこのような非機械加工運動または別の非機械加工運動（例えば新たな部品のセットアッププロセス）中には、通常の機械加工運動中と同様に、機械加工ヘッドまたはこれに挟持される工具と、被加工物または別の機械部分とが衝突ないしはクラッシュする固有のリスクがつねに存在する。このような衝突は、被加工物、工具またはさらに悪い場合には工作機械を損傷してしまう可能性があるため、極めて望ましくない。このような状況において工具はつねに機械加工ヘッドのチャックに挟持されているため、衝突は、機械加工ヘッドの支持台または取付台または別の工作機械要素（例えばモータスピンドル、工具または被加工物チャック、工作台など）に重大なダメージになり得るため、これによって長期間にわたる工作機械全体の極めてコストのかかる機能停止および多額の修理コストが発生する。殊に不都合であるのは、検出されずに発生する比較的小さなクラッシュであり、これにより、被加工物が（大量に）低い精度で作製されてしまうかないしは後に大量の廃棄物が生じてしまうことである。
【０００３】
したがってこのタイプの衝突またはクラッシュを回避することはつねに、工作機械の操作の重要な部分を成しているのである。手動で操作される工作機械、数値制御される工作機械またはコンピュータ化された加工セルにおいて、挟持された被加工物およびその正確な位置がまず最初に測定される。これは、後続の機械加工プロセスを開始するため、工具が、被加工物とクラッシュしておらず、工具または機械加工ヘッドの非機械加工運動によって被加工物のすぐ隣にまず正確に位置決めされることを保証するために行われる。操作者による工具の非機械加工振動による観察が、（ヒューマンエラーを完全に取り除くことはできないが）望ましくないクラッシュを回避するのに役立つことは明らかである。半自動の工作機械また特に全自動の工作機械においては、目視による絶え間のない観察は、当然のことながら、今日の機械加工ヘッドの移動速度を考慮すれば、好ましくないしまた不可能である。したがってこの技術分野において今日、信頼性の高いクラッシュ回避システムが必要なのである。
【０００４】
ここ数年、この方向において複数の試みがなされている。刊行物米国特許第６４８１９３９号明細書には、例えば、工具先端導電性センサが開示されている。この装置は、機械の工具先端が被加工物に接触しているか否かを検出する。この装置は、（この例では、工具による被加工物の後続のドリリングに対して）被加工物の後続の正確な機械加工ないし後続の機械加工操作を保証するため、この被加工物と工具との最初の接触接続を正確に決定しようするものである。
【０００５】
別の刊行物国際公開第２００６／１２８８９２号には、導電性を使用して機械加工動作中に工具（ここではドリルヘッド）の破損を検出する装置および方法が示されている。ここで開示されているシステムは、電気的な変量を測定し、この変量を時々閾値と比較し、これにより、発生し得る工具の誤動作および破損から導出される偏差を検出する。この機械は、このような偏差信号が検出されると、自動的に停止させることができる。
【０００６】
刊行物欧州特許第２１６５８０３号明細書には、機械加工動作中に工具の状態を制御するための上記と類似しているがより高度な制御システムが開示されている。この装置は、高速マイクロマシンニング作業を監視することができ、このような適用において使用されるマイクロツールを制御する可能性を提供するものである。このシステムは、測定を行うため、交流を信号として使用している。この信号は発生器によって形成され、電圧測定装置によって測定される。（主に機械加工ヘッド、工具および工作台からなる）監視される電気回路に依存して、（１〜６０ＭＨｚの範囲の）交流の（高）周波数が選択される。使用するマイクロツールと、被加工物との接触の有無により、この電気回路のインピーダンスに変化が生じ、この変化が電圧測定装置によって測定される。工具の破損のようなこの回路の変化により、上記のインピーダンスにおいて電圧が変化する。これにより、マイクロツールを制御し、通常の機械加工動作、使用した作業工具の破損のようなその動作状態を監視することができ、または発生した工作機械のクラッシュさえも監視することができる。実際にこのシステムにより、衝突が検出されると、この工作機械の運動を停止させることができる。
【０００７】
欧州特許第２１６５８０３号明細書に記載された制御システムの欠点は（上で挙げた別のすべての技術的解決と同様に）、衝突は、これがすでに発生してしまった場合にしか検出されないことである。（極めて小さい送り速度ないしは工具運動による）マイクマシニング動作において欧州特許第２１６５８０３号明細書に記載されたシステムは重大な損傷を回避するためにはなお十分であるかもしれないが、このようなシステムは、まったく大きさが異なる送り速度および工具移動を有する通常または高速のフライス工作機械には不十分である。
【０００８】
さらに市場ではクラッシュ回避システムを利用することが公知である。これらのシステムは、システムに供給されるデータにしたがって被加工物または衝突を起こし得る別の要素の位置を想定して、モデルベースに基づいて機能する。例えば、工具／機械加工ヘッドが、被加工物の想定された位置に接近すると、被加工物との万一の衝突を回避するため、このシステムの移動をスローダウンする。このようなアプローチの限界は、このモデルによって衝突する複数の要素の部分集合だけしか考慮できないことと、このモデルが不正確なことである（すなわち要素が欠落しているかまたは近似である）。Heidenhain社は、例えば、市場において「ＤＣＭ」として知られているこのようなシステムを販売している。
【０００９】
さらに機械的なクラッシュ軽減システムも公知であり、例えば刊行物欧州出願公開第１３９８１１０号明細書および独国特許出願公開第１０２００７０３２４９８号明細書に開示されている。このようなシステムにより、より大規模で重大な損傷が回避されるが、例えば想定され得るすべての速度においてまたは想定され得るすべての工具幾何学形状においてすべての損傷を回避するのに貢献することはできず、したがって速度を下げて工作機械を使用しなければならないのである。
【００１０】
通常の、したがって特に高速のフライス加工機械において、衝突を単に軽減するのではなく、有利には実際に発生する前に差し迫った衝突を検出し、これによって工具／機械加工ヘッドの運動を適時に停止して、被加工物または別の機械加工要素との工具のクラッシュを完全に回避できるようにする。このようにすることによってのみ、あらゆる損傷を回避することができるのである。
【００１１】
この方向のアプローチは、Ott-Jakob Spanntechnik社の刊行物欧州特許第２４０２１１号明細書に開示されたシステムによって得られる。この刊行物には、モータスピンドルの軸の周りにまたは取り付けられた工具の周りに、スピンドルの端部に円周上に配置された複数の間隔センサが開示されている。これらのセンサは、重なり合う検出場を有しており、レーダまたは超音波検知感知手段と共に動作する。このようなシステムにより、クラッシュを回避することはできるが、検出システムに必要な装置はかなり高度で複雑である。さらにこれにはかなりコストのかかる検知手段が必要であり、これらのシステムは今日、産業分野の応用に対してなお十分な精度を有していないのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第６４８１９３９号明細書
【特許文献２】国際公開第２００６／１２８８９２号
【特許文献３】欧州特許第２１６５８０３号明細書
【特許文献４】欧州特許第２１６５８０３号明細書
【特許文献５】欧州出願公開第１３９８１１０号明細書
【特許文献６】独国特許出願公開第１０２００７０３２４９８号明細書
【特許文献７】欧州特許第２４０２１１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の課題は、工具と、被加工物または別の機械部分との衝突を回避し、かつ、それほど高度でないが、比較的容易に実現できかつより頑強な装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のこの課題は、請求項１の特徴部分にしたがって設計されたクラッシュ回避装置によって達成される。
【００１５】
本発明によるクラッシュ回避装置により、工作機械の可動部が、例えば工具または可動の機械加工ヘッドの一部が、接続部を介して本発明による検出システムに電気的に接続される導電性の被加工物または別の工作機械部分に接近すると、放電を検出することできる。放電は、アークによって発生し、これによって工作機械の可動部が、クラッシュ回避装置およびその検出システムに接続されている別の工作機械部分から所定の間隔にあることがシグナリングされる。これにより、クラッシュが実際に発生する前に差し迫ったクラッシュを検出することでき、工作機械コントローラに信号を送信する十分な時間が残され、この工作機械コントローラは、実際に衝突が発生する前に、工具または機械加工ヘッドの前進を停止させる。広い検出場を確保するために工作機械スピンドルまたは機械加工ヘッドの複数の位置に配置される高価なセンサを設けることが回避され、また同様に高度なセンサシステムを設けることも回避される。
【００１６】
本発明およびその技術的効果を以下、概略図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明によるクラッシュ回避装置１に接続されている工作機械を示す図である。
【図２】本発明の別の実施形態を示す図である。
【図３】本発明のさらに別の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１には、本発明によるクラッシュ回避装置１に接続されている工作機械２が示されている。この実施例において、監視される可動部は工具３だけである。被加工物５を機械加工するための工具３は、機械加工ヘッド１９の工作機械スピンドル１０に装着されたチャック４によって挟持されている。工具３は、チャックないしは工具ホルダ４に対し、また残りの工作機械２（例えば機械加工ヘッド１９）に対し、絶縁手段９によって電気的に絶縁されている。挟持されたかつ電気的に絶縁された工具３には、正の接続部１３（例えは電気ケーブル）を介して電圧が印加される。
【００１９】
正の接続部１３は、非接触接続部材２１を有している。非接触接続部材２１は、工具３の移動中に、監視される工具３と被加工物５との間、または、監視される工具３と、工作機械２の作業領域８に配置される別の工作機械部分（例えば挟持システム６または工作台７）との間に放電１６が発生すると、アークを形成することができるように設計されている。非接触接続部材を使用する代わりに、慣用の電気的な接触ブラシまたはこれに類するものを使用することも可能である。しかしながらこのような接触ブラシを使用することは、このような部材はすぐに摩損の影響を受ける得るため、不利である。
【００２０】
正の接続部１３は、工具３と、本発明によるクラッシュ回避装置１とを接続する。クラッシュ回避装置１はまた負の接続部１４を介して被加工物５と、被加工物５の挟持システム６と、工作台７とに接続されており、場合によってさらに工作機械２の作業領域８に配置されている周囲の別の工作機械部分に接続されており、これらの別の工作機械部分は、可動の工具３または別の移動部分（例えばチャック４，工作機械スピンドル１０または機械加工ヘッド１９）と衝突し得る部分である。金属製であるため、被加工物５，挟持システム６および工作台７は一般的にいずれにせよ互いに電気的に接続される。一般的にはこれらの要素は電気的に接地される。正の接続部１３および負の接続部１４は、本発明によるクラッシュ回避装置１に別々に接続されている。
【００２１】
図１に示した本発明による装置１にはさらに検出システム１１が含まれており、この検出システムには、所定の値を有しかつ正の接続部１３に印加される高電圧（直流、交流または脈動電圧）を発生する高電圧発生器１２が含まれている。高電圧発生器１２はまた、負の接続部１４を介して被加工物および周囲の別の工作機械部分（上の説明を参照されたい）に接続されている。検出システム１１にはまた、放電検出手段１５（例えば電流が検出される）が含まれており、この放電検出手段は、工具３と、工作機械２の作業領域８における別の要素（例えば被加工物５，挟持システム６または作業台７）との間に発生する放電１６を検出することができる。放電検出手段１５ないしは検出システム１１は、検出して測定した放電１６を処理し、場合によっては評価を行うこともできる。このために放電検出手段１５ないしは検出システム１１に処理ユニットを設けることができる。検出された放電１６は、信号として検出システム１１から工作機械コントローラ１７の入力側１８に伝送される。受信した信号に応じて工作機械コントローラ１７は、工具３または機械加工ヘッド１９の移動を停止するかまたは調整して（一般的に速度を低減する、移動路などを変更する）、工具３と別の工作機械部分との差し迫ったクラッシュを回避する。放電検出手段１５が放電１６の発生を検出するためのいくつかの選択肢がある。以下の複数の検出法のうちの１つまたは組み合わせが考えられ、また適用可能である。すなわち、
・  発生する放電１６の起因する、接続部１３と１４との間の電流および／または電圧の変化を電気的に測定する、
・  好適にはカメラを使用した、作業領域８に発生する放電１６の視覚的な検出、
・  存在する電場ないしは形成される電場における変化の測定
が考えられ、また適用可能である。
【００２２】
図２には本発明の別の実施例が示されており、ここではクラッシュ回避装置１は、可動部としての工具３だけを監視するのではなく、機械加工ヘッド１９全体の運動も監視する。この構成において、接続部１３は高電圧を工作機械スピンドル１０に印加し、また（非接触接続部材２１を介して）回転ロータスピンドル２２に、さらに（これらの要素は電気的に接続されているため）チャック４および工具３にも印加する。これにより、可動の機械加工ヘッド１９およびこれに装着された（工具３のような）別の部材が監視されて、工作機械２の作業領域８に配置された別の工作機械部分との衝突が阻止される。
【００２３】
直ぐ上で説明した本発明の技術的な原理から、本発明の幾つかの異なる実装を考えつくことが可能である。入力側１８に送られる信号は、最も単純な実装において、工具３の移動を直ちに停止するための工作機械コントローラ１７への単なる指示とすることができる。本発明のより高機能な実装において、検出システム１１またはその放電検出手段１５は、発生した放電（例えば持続時間、時間にわたる放電電圧など）を評価することができ、場合によってはこれと、あらかじめ設定されたパラメタまたはデータベース内に記憶されたデータとを比較し、または、インストールされたエキスパートシステムによってこれを評価し、より具体的な指示（例えば工具と、衝突する要素との実際間隔）を工作機械コントローラ１７に与えることができる。
【００２４】
本発明の好適な実施形態において、本発明のクラッシュ回避装置は、工具および機械加工ヘッドのような可動部分材の任意のさらなる運動を単に停止するためだけに使用されるのではなく、これに代わって機械加工ヘッドおよび工具の移動を通常の運転速度からより低い「セーフモード」速度に切り換えるために使用される（例えば細かな送り）。このセーフモードでは、例えば、場合によっては発生し得るクラッシュが、組み込み式機械式クラッシュ軽減システムによって軽減される程度に機械加工ヘッドの前進運動が低減される。これに対して「通常動作速度」では、この組み込み式機械式軽減システムによっては重大なダメージを十分に回避することができない。このような実施形態に対し、監視される部分（工具、機械加工ヘッド全体）と、固定部分（被加工物、工作台など）との間の適当な間隔において「通常動作速度」からより低い「セーフモード」への切換を行わなければならないことは明らかである。実際に本発明によるシステムのこの特定の実施形態は、通常の機械加工動作の始動フェーズ中に使用することができ、これによって第１のステップにおいて、被加工物に向かう機械加工ヘッド／工具の高速の移動または送り運動が保証され、（一旦所定の間隔に達し、放電が発生すると）第２ステップにおいて工作機械コントローラは、より低い「セーフモード」速度に切り換えて、被加工物に向かって工具をより低い速度で移動させて被加工物の機械加工を開始する。
【００２５】
この好適な実施形態のさらに改善された変形形態において、直ぐ上で説明した２つのステップモードは、第３ステップを加えることによって拡張することができる。すなわち、「セーフモード」におけるツールの比較的遅い移動中（ここでは被加工物と工具とはまだ互いに接触していない）、クラッシュ回避装置によって工具と被加工物との間に加えられる電圧は、より低い電圧に調整され、これにより、本発明の装置は、工具と被加工物との間の別のより狭い第２の間隔を検出することができる。このような狭い間隔（第２の放電が後に発生することによっても検出される狭い間隔）は、被加工物の実際の機械加工を開始する間隔になり得る。
【００２６】
図３に示した本発明の別の有利な実施形態において、クラッシュ回避装置１は、工具３または機械加工ヘッド１９に装着された別の可動部材の非機械加工運動を監視できるだけでなく、工具３の通常の機械加工動作中に衝突を監視して回避することできるように拡張することができる。このために、機械加工ヘッド１９は、工具３から絶縁されるように絶縁手段９によって（図示しない）残りの工作機械フレームから電気的に絶縁され、かつ、絶縁された別の正の接続部２４を有する。この構成において、クラッシュ回避装置１には、基本的に独立して監視される２つの部分が含まれる。すなわち、１つの部分は、絶縁された工具３であり、別の１つは、絶縁された機械加工ヘッド１９である。工具３が被加工物５の機械加工を開始すると、工具３および被加工物５は、物理的に常に接触し（例えば切り屑を除去する機械加工プロセス）、したがって電気的にも常に接触する。したがって可動の工具３による被加工物の機械加工中、本発明によるクラッシュ回避装置１は、工具選択についてアクティブにはなることはない。しかしながら、工具３は、絶縁手段９によってチャックホルダ４から、また機械加工ヘッド１９の別の部材からさらに電気的に絶縁されているため、クラッシュ回避装置１は、正の接続部２４により、機械加工ヘッド１９の運動を引き続き監視し、最終的には工作機械２の作業領域８における別の要素への可動の機械加工ヘッド１９のアプローチをシグナリングすることができる。このために高電圧発生器１２は、正の接続部２４を介して工作機械スピンドル１０および機械加工ヘッド１９の別の部材に高電圧を形成する。接続部２４にはまた、回転ロータスピンドル２２に、したがってまた電気的に絶縁された工具３のチャック４に高電圧を伝送するための非接触接続部材２３が含まれている。この構成により、可動の機械加工ヘッド１９またはその部分と、被加工物５または挟持システム６等との間の衝突は、挟持された被加工物５の機械加工プロセス中にも回避される。この好適な実施形態を正しく実装するため、明らかに放電検出手段１５は、正の接続部２４にも接続されることが必要である。
【００２７】
この好適な実施形態の別の変形形態において、検出システム１１が、電気的に絶縁された区分毎に独自の放電検出手段１５を有するようにすることも可能である（この実施例では、独立した２つの放電検出手段は図３に示されていない）。
【００２８】
検出システム１１は有利には、以下の複数の要因のうちの１つまたは組み合わせに依存し、高電圧発生器１２によって印加する電圧を調整する。すなわち、
・  可動部（例えば工具３，チャック４，モータスピンドル１０ないしは機械加工ヘッド１９全体）の速度、
・  被加工物５の機械加工中の切削油剤の使用の有無または使用する切削油剤のタイプ
・  機械加工される被加工物５の材料ないしは金属タイプ、
・  使用される工具３の幾何学形状および／または工具コーティングタイプ、
・  機械加工動作中の工具３の回転速度、
・  可動部の運動を停止するために（慣性を考慮した）緊急時所要遮断間隔、
・  工具３のフライス加工または非フライス加工条件中の可動部の速度、
・  荒フライス加工または仕上げフライス加工状態
・  クラッシュ回避装置１によって形成される誤った衝突警告の量
に依存して高電圧発生器１２によって印加する電圧を調整する。
【００２９】
本発明のクラッシュ回避装置には一般的に、およそ１０００Ｖからはじまる電圧を使用する。使用される電圧は、例えば、１，０００Ｖ〜２０，０００Ｖの範囲とすることができ、工具、機械加工ヘッドまたは別の工作機械部材および固定の被加工物または被加工物台との間に印加される。電圧が印加される要素は、機械の残りの部分から、または少なくとも被加工物ないしは工作台から電気的に絶縁する必要がある。絶縁体は、例えば、電圧が印加される工具ホルダおよび／または機械加工ヘッドの支承部に組み込むことができる。例えば、適当な絶縁セラミック材料を絶縁体として使用することができる。セラミックを絶縁体として使用することにより、（例えば工具ホルダにおいて）構造的な剛性の損失を完全に回避できるという利点が得られる。高電圧発生器は、極めてわずかな電流しか発生しないため、発生する放電によって損傷され得る電気的な工作機械コンポーネントに対して、また操作者に対して健康上の危険性はない。当然のことながら、クラッシュ回避装置の動作中に作業領域全体の電気的なシールドを設けることは有利である。
【００３０】
被加工物側にある要素（被加工物、挟持システム、作業台または工具と衝突し得る別の周囲の工作機械部分）は有利には、工作機械のアースに接続される。有利には１つまたは複数の負の接続部（例えば電気ケーブル）により、これらの要素とクラッシュ検出装置とが電気的に接続される。一般的には正の接続部（例えば同様に電気ケーブル）により、工具と高電圧発生器とが接続される。多くは示していないが、上記の接続を逆にする、または、正の接続部を被加工物側に接続し、アースないしは負の接続部を工具に接続することも可能である（交流モードにおいてはこの限りでない）。
【００３１】
放電の発生は、クラッシュ回避装置の検出システムの一部分である放電検出手段によって検出される。この放電検出手段は、放電の発生を検出し、この検出により、検出システムは、処理ユニットを介し、差し迫った衝突を示す信号を工作機械の工作機械コントローラに送出する。この信号は有利には工作機械コントローラの高速にサンプルされるトリガ入力側に送出される。この信号を受信すると、工作機械コントローラは直ちに可動部（例えば工具または機械加工ヘッド）の運動を停止するか、または（上の方で説明したように）通常の運転速度からより低い「セーフモード」速度（例えば細かな送り）に切り換えて、これにより、発生する可能性のある重大なクラッシュをとにかく回避する。
【００３２】
使用する電圧および作業領域条件に依存して、検出間隔（放電が発生する最大間隔）は、およそ５〜１０ｍｍの範囲とすることが可能である。作業領域条件を左右するパラメタは多数存在する。これには、工具の材料、別の導電性の工作機械要素（例えば被加工物）の材料、潤滑媒体（乳剤または油）および量（薄膜の厚さ）、粗粒の有無、湿気などが含まれる。
【００３３】
本発明の有利な実施形態において、上記の複数のパラメタ（またはその一部）は、例えば操作者により、または場合によってはクラッシュ回避装置のセンサによって自動的にプリセットまたはあらかじめ設定することができる。これらのパラメタにしたがい、検出システムは、工具に印加する電圧を設定し、また放電が発生した場合には工具と、その近くにある工作機械部分とのおおよその間隔を推定する。推定されたこの間隔は、工作機械コントローラに使用されて、工具の運動の停止プロセスを決定することができる。最も好適には工作機械の工作機械コントローラは、信号線路２０を介し、機械加工条件（例えば、潤滑、機械加工ヘッドの移動速度など）に依存して、クラッシュ回避装置の印加電圧を変化させる。
【００３４】
本発明の別の択一的に実装において、クラッシュ回避装置またはその検出システムには、作業領域条件が格納されたデータベースないしはエキスパートが含まれている。このデータベースにより、および実際条件パラメタをプリセットまたはあらかじめ定めることにより、クラッシュ回避装置は、工具と、その近くにある工作機械部分との間の実際の間隔をよりよく推定することができる。正および負の接続部は、工具および被加工物側の要素の可能な限りに近くに接続される。
【００３５】
上で述べたように、本発明によるクラッシュ回避装置は単に、工具の非機械加工運動を監視することを意図したものではなく、かつ、これに適しているものだけではない。
【００３６】
本発明には、有利には工具または機械加工ヘッドである工作機械の可動部と、（例えば挟持システムまたは作業台のような）別の工作機械部分との、または工作機械の作業領域に配置された被加工物との衝突を可動部の運動中に回避するための、工作機械用のクラッシュ回避装置が含まれている。本発明によるクラッシュ回避装置には特に、
・  可動部と、工作機械の別の部分とを電気的に絶縁するための絶縁手段と、
・  少なくとも２つの接続部を有する高電圧発生器を含む検出システムとを有しており、この高電圧発生器が直流電圧を発生する場合、有利にはこれらの接続部のうちの少なくとも１つは、正の接続部であり、これらの接続部のうちの少なくとも１つは、負の接続部であり、これらの少なくとも２つの接続部のうちの１つは、上記可動部に接続され、かつ、別の（または別の複数の接続部のうちの少なくとも１つの）接続部は、被加工物に、および／または、工作機械の作業領域内に配置される、有利には被加工物挟持システムまたは作業台のような別の導電性の工作機械部分に電気的に接続され、
・  高電圧発生器は有利には、接続部に直流、交流または脈動電圧を生成することができ、
上記検出システムにはさらに、
・  放電検出手段が含まれており、この放電検出手段は、上記の可動部と被加工物との間、または、可動部と、工作機械の作業領域に配置された、例えば挟持システムまたは作業台のような導電性の工作機械部分との間で発生する放電を検出することができ、
・  （放電検出手段によって検出した）発生した放電に基づき、検出システムは、別の工作機械部分または被加工物に向かう可動部のさらなる相対運動を停止または適合するため、工作機械の工作機械コントローラに差し迫った衝突をシグナリングするように設計されている。
【００３７】
工作機械の作業領域に配置される被加工物および別の工作機械要素は、互いに電気的に接続され、また有利には接地される。被加工物および別の工作機械要素は、少なくとも２つの接続部のうちの１つを介して、有利には負の接続部によって高電圧発生器に接続される。
【００３８】
有利な実施形態において、被加工物および／または工作機械の作業領域に配置される別の導電性工作機械部分と高電圧発生器とを電気的に接続する接続部は接地される。これにはまた、複数の接続部のうちの１つまたは高電圧発生器の電気的な接続部が（例えば電気ケーブルを介して）直接接地される変形形態、および、被加工物および／または工作機械の作業領域に配置される別の導電性工作機械部分が別々に（例えば別の電気ケーブルを介して）接地される変形形態も含まれる。
【００３９】
工作機械用の本発明によるクラッシュ回避装置の別の実施形態において、工作機械の可動部は、少なくとも２つの区画に分割される。有利には少なくとも２つのこれらの区画のうちの１つは工具によって表され、また別の区画または第２の区画は、工具ホルダ（工具チャック）、工作機械スピンドルおよび／または機械加工ヘッドによって表される。これらの区画は、適当な絶縁手段（絶縁セラミックなどのような材料）によって互いに、また工作機械の別の複数の部分（例えばケーシング、工作機械フレームなど）から電気的に絶縁される。これらの電気的に絶縁される区画のそれぞれは、その専用の接続部によって高電圧発生器（または高電圧発生器の正または負の極）に接続される。有利な実施形態において、被加工物は絶縁手段によって挟持システムまたは作業台から絶縁され、別の接続部１４によって高電圧発生器に電気的に接続される。最も好適には、検出システムは、電気的に絶縁された区画毎に専用の放電検出手段を有する。
【００４０】
工作機械用の本発明によるクラッシュ回避装置の１つの実施形態において、正の接続部は、可動部と、高電圧発生器の正極とを電気的に接続する接続部であり、負の接続部は、高電圧発生器の負極と、被加工物および／または有利には被加工物挟持システムまたは作業台のような、工作機械の作業領域に配置された別の導電性工作機械部分とを接続する接続部である。
【００４１】
高電圧発生器が、１つ以上の正の接続部および／または１つ以上の負の接続部を有することが可能である。
【００４２】
本発明の有利な実施形態において、上記接続部には、非接触接続部材が含まれており、この非接触接続部材は、放電が発生した場合に、差し迫った衝突をシグナリングするため、アークを形成できるように設計されている。このような非接触接続部材は好適には、（互いに相対的に）２つの移動部分または回転部分（例えば回転するモータ軸および周囲のモータスピンドルハウジング）間に配置される。非接触接続部材は、例えば、カットスルーケーブルによって構成することができ、カットスルーケーブル部分間の間隔は、可動部と、別の工作機械部分との間で放電が発生するはずである間隔よりも短い。最も好適には、カットスルーケーブル部分間の間隔は、０．１〜１ｍｍの範囲である。
【００４３】
本発明によれば、本発明の放電検出手段は、以下の複数の検出法のうちの１つまたはこれらの組み合わせによって放電の発生を検出する。すなわち、
・  接続部間の電流および／または電圧の変化の電気的な測定、
・  有利には適当なカメラの使用による、作業領域における放電の発生の視覚的な検出、
・  電場における変化の測定
によって放電の発生を検出する。
【００４４】
放電を検出する放電検出手段は好適には、検出システムの処理ユニットであり、この処理ユニットは、工作機械の工作機械コントローラの入力側に信号を送出するように設計されており、工作機械コントローラのこの入力側は有利には、高速にサンプルされるトリガ入力側である。
【００４５】
高電圧発生器によって本発明の装置に印加される電圧は、調整可能である。この電圧は好適には、１，０００〜２０，０００Ｖの範囲で調整可能であり、最も好適には１，０００〜５，０００Ｖの範囲で、または５，０００〜２０，０００Ｖの範囲で調整可能である。考えられ得る別の実施形態において、本発明の放電検出手段は、発生する放電の異なる複数のパラメタを、例えば放電持続時間、時間にわたる電流および／または放電電圧を測定するように設計することもできる。最も好適にはこれらのパラメタは、工作機械の工作機械コントローラに送信され、これにより、発生した放電がさらに評価される。
【００４６】
放電検出手段は、（例えば、上記の放電持続時間、時間にわたる電流および／または放電電圧のような）発生する放電の異なる複数のパラメタを測定するように設計することもでき、これによって発生した放電を評価することができる。これは有利には、測定したパラメタと、プリセットしたパラメタまたはデータベースに格納されているデータと比較することにより、または実装されているエキスパートシステムによって評価することによって行われる。このような構成において、放電検出手段は、評価した出力データを、最も好適には工具と、衝突する要素との間の計算した間隔を工作機械の工作機械コントローラに送信することができる。別の有利な実施形態において、検出システムは、工作機械コントローラによって制御される。
【００４７】
検出システムは、いくつかの要因のうちの１つまたは組み合わせに依存して、高電圧発生器によって印加される電圧を調整することができる。これらの要因は、
・  可動部の速度、
・  切削油剤の使用の有無または使用される切削油剤のタイプ、
・  被加工物の材料、
・  工具の幾何学形状および／または工具コーティングタイプ、
・  機械加工動作中の工具の回転速度
・  緊急時所要遮断間隔
・  工具のフライス加工または非フライス加工条件、
・  荒フライス加工または仕上げフライス加工条件、
・  誤った衝突警告の量
とすることが可能である。
【００４８】
本発明の考えられ得る実施形態において、可動部（例えば挟持される工具）を工作機械の別の部分から電気的に絶縁するための絶縁手段は、工具チャックに組み込まれている。この絶縁手段は有利には絶縁セラミック材料から構成される。
【００４９】
本発明にはまた、被加工物の機械加工を開始するための、上記のクラッシュ回避装置を有する工作機械用の動作方法が含まれている。本発明によるこの動作方法において、有利には工具または機械加工ヘッドである工作機械の可動部は、工作機械コントローラにより、開始点から第１の速度モードｓｍ１で、機械加工する被加工物に向かって移動される。この移動は、クラッシュ回避装置が、その検出システムにより、被加工物５までのあらかじめ定めた第１の間隔ｄ１に達したことを示す第１の放電の発生Ｖ１を工作機械コントローラにシグナリングするまで続けられる。このシグナリングの結果、工作機械コントローラは、工作機械の可動部の速度を第１の速度モードｓｍ１によりも低い第２の速度モードｓｍ２に調節する。被加工物の機械加工を開始するためのこのような動作方法において考えられるのは、工作機械の可動部を第２の速度モードｓｍ２で移動中に、クラッシュ回避装置の検出システムが、第１の間隔ｄ１よりも小さい、可動部と被加工物との間のあらかじめ定めた第２の間隔ｄ２を検出するように設定することである。被加工物に向かって可動部が移動することにより、設定した第２の間隔ｄ２に達し、第２の放電の発生Ｖ２により、検出システムによって工作機械コントローラにシグナリングされると、工作機械コントローラは、改めて可動部の移動を調節することができる。可動部の移動のこの調節は有利には、取り付けられた工具によって被加工物の機械加工を開始するための動作速度に回転スピンドルの回転を開始するかまたはこの動作速度に回転まで到達させることによって行われる。
【００５０】
本発明は、上で説明した実施形態およびその択一的な実施形態に制限されることはない。
【符号の説明】
【００５１】
１  クラッシュ回避装置、  ２  工作機械、  ３  工具、  ４  チャックまたは工具ホルダ、  ５  被加工物、  ６  挟持システム、  ７  工作台、  ８  工作機械の作業領域、  ９  絶縁手段、  １０  工作機械スピンドル、  １１  検出システム、  １２  高電圧発生器、  １３  正の接続部、  １４  負の接続部、  １５  放電検出手段、  １６  放電、  １７  工作機械コントローラ、  １８  トリガ入力側、  １９  機械加工ヘッド、  ２０  信号線路、  ２１  接続部１３の非接触接続部材、  ２２  ロータスピンドル、  ２３  接続部２４の非接触接続部材、  ２４  正の接続部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
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