(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶発振体を設ける高周波発振変調回路と、
前記高周波発振変調回路に直接接続されるコイルと、
前記コイル内を相対的に移動する測定コアと、
を備え、
前記高周波発振変調回路は、前記測定コアが前記コイル内を相対的に移動することにより発振周波数を変更可能に構成されることを特徴とする作業機械の作動状態検出装置。
【請求項２】
道具が固着されるホルダに内蔵され、前記道具による所定の作動状態を検出するための作業機械の作動状態検出装置であって、
前記作動状態検出装置は、水晶発振体を設ける高周波発振変調回路と、
前記高周波発振変調回路に直接接続されるとともに、前記ホルダの固定部または移動部に装着されるコイルと、
前記ホルダの移動部または固定部に装着され、前記道具と一体的に前記移動部が変位する際に、前記コイル内を相対的に移動する測定コアと、
を備え、
前記高周波発振変調回路は、前記測定コアが前記コイル内を相対的に移動することにより発振周波数を変更可能に構成されることを特徴とする作業機械の作動状態検出装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の作動状態検出装置において、メガヘルツ（ＭＨＺ）帯の発振周波数をもって、ＤＣよりキロヘルツ（ＫＨＺ）帯までのリニアスタティック信号とダイナミック信号を併せて検出可能であることを特徴とする作業機械の作動状態検出装置。
【請求項４】
請求項１または２記載の作動状態検出装置において、ＤＣよりキロヘルツ（ＫＨＺ）帯までのリニアスタティック信号とダイナミック信号を、直接的に無線通信のメガヘルツ（ＭＨＺ）帯の変調信号波として送信可能であることを特徴とする作業機械の作動状態検出装置。
【請求項５】
道具が固着されるホルダと、前記ホルダを進退自在に支持する支持部材との間に組み込まれ、前記道具による所定の作動状態を検出するための作業機械の作動状態検出装置であって、
前記作動状態検出装置は、水晶発振体を設ける高周波発振変調回路と、
前記高周波発振変調回路に直接接続されるとともに、前記ホルダ側または前記支持部材に装着されるコイルと、
前記支持部材または前記ホルダに装着され、前記道具が作動する際に、前記コイル内を相対的に移動する測定コアと、
を備え、
前記高周波発振変調回路は、前記測定コアが前記コイル内を相対的に移動することにより発振周波数を変更可能に構成されることを特徴とする作業機械の作動状態検出装置。
【請求項６】
クランプ部材でワークを押圧保持するクランプ装置に組み込まれ、前記ワークに対する所定の作動状態を検出するための作業機械の作動状態検出装置であって、
前記作動状態検出装置は、水晶発振体を設ける高周波発振変調回路と、
前記高周波発振変調回路に直接接続されるとともに、前記クランプ部材の固定部または移動部に装着されるコイルと、
前記クランプ部材の移動部または固定部に装着され、前記ワークと一体的に前記移動部が変位する際に、前記コイル内を相対的に移動する測定コアと、
を備え、
前記高周波発振変調回路は、前記測定コアが前記コイル内を相対的に移動することにより発振周波数を変更可能に構成されることを特徴とする作業機械の作動状態検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、作業機械の各種作動状態を検出するための作動状態検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、作業機械による各種の作業が自動化されており、これに伴って、例えば、機械加工における切削工具の切削性の状況、ワークのクランプの状況、および加工機械の作動の良否等を、自動的に検出したいという要請がある。このため、例えば、切削工具の摩耗や欠損の状況をセンサで検出する方法や、機械や治具に作用する切削抵抗を測る方法や、それらに伝わる振動やＡＥ信号等を測る方法が提案されている。
【０００３】
具体的には、旋盤加工では、切削抵抗によるツールホルダの変形を歪ゲージで検出する方法が知られている。また、ドリル加工では、ドリルの磨耗に伴って変化する推力を、ツールホルダのクラッチと近接センサ等とを使用して検出する方法が知られている。さらに、加工機械や冶具を伝わる振動やＡＥ信号を圧電素子を利用したセンサによって検出する方法も知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の各方法では、実際の機械加工において検出信号の信頼性やその処理方法に問題があり、実用に供することが難しい。例えば、切削抵抗を歪ゲージで検出する場合、その測定に使用されるブリッジ回路の抵抗値がドリフトする。このため、歪ゲージから得られる値が、切削抵抗で変化した値かドリフトで変化した値かを判別することができず、前記切削抵抗の変化を正確に検出することができないという問題が指摘されている。
【０００５】
そこで、ドリフトがほとんどない差動トランスを採用することが考えられるが、この差動トランスではセンサ部が大きいため、このセンサ部を検出対象位置（例えば、加工位置）に近接して配置することが困難となる。従って、検出信号は、Ｓ／Ｎ比が悪くなって検出精度が低下してしまう。しかも、差動トランスは、切削抵抗のリニアな変化を検出するリニアセンサであり、正確な振動検出を行う振動センサとしての機能を有していない。さらに、加速度検出に適した圧電素子を使用して切削振動を検出しようとしても、この圧電素子は振動しか検出することができず、実際に活用することができない。
【０００６】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、作業機械の作動状態を自動的かつ高精度に検出することが可能な作業機械の作動状態検出装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
作業機械の作動状態をセンサ体を介して自動的に検出する際には、積分的に経時変化をする切削抵抗等のリニア成分と、時々刻々と微分的に変化をする振動等のダイナミック成分とを合わせて検知することにより、検出の信頼性を向上させることができる。このため、積分的変化と微分的変化の両方を同時に取り出す必要がある。しかも、センサ体を検出対象位置に近接して配置する必要性から、小型でかつ積分的変化と微分的変化の２入力を同時に検出し得る単一のセンサ体で構成されることが望ましい。さらに、切削抵抗等のリニア成分を測るために経時的に安定していてドリフトがないものであり、一方、振動等のダイナミック成分を測るために高い振動数まで正確に検出し得るものである必要がある。
【０００８】
そこで、本発明に係る作業機械の作動状態検出装置では、水晶発振体を設ける高周波発振変調回路と、前記高周波発振変調回路に直接接続されるコイルと、前記コイル内を相対的に移動する測定コアとを備え、前記高周波発振変調回路は、前記測定コアが前記コイル内を相対的に移動することにより発振周波数を変更可能に構成されている。
【０００９】
高周波発振変調回路で作られたメガヘルツ（ＭＨＺ）帯の高周波は、直接コイルに印荷されてインダクタンス特性を有している。そして、コイル内を測定コアが相対的に移動することにより、このコイルの磁界が変化して前記コイルのインダクタンスが変わる。このインダクタンスの変化がそのままＦＭ変調され、それが検出信号とした処理されることになる。すなわち、リニアダイナミックセンサである。
【００１０】
この場合、水晶発振体による非常に高い高周波の発振周波数が使用されることにより、大変安定した発振周波数が得られ、しかも基本周波数のドリフトの問題がなくなる。さらに、非常に高い周波数を使うため、コイルの巻き数が多くなくても、このコイル内の測定コアの動きを十分にインダクタンスの変化として得ることができ、前記コイルおよび前記測定コアを有効に小型化することが可能になる。
【００１１】
また、コイルが直接に高周波発振変調回路に接続されており、インダクタンスの印荷だけが作用するように構成されている。このため、測定コアが速く動いてもコイルに誘導起電力が生じ難く、このコイルのインダクタンスだけを変化させることになる。従って、コイルのインダクタンスの変化を直接ＦＭ変調すれば、測定コアの動きがそのまま検出信号となって出力されることになる。しかも、基本の発振周波数がメガヘルツ（ＭＨＺ）帯と十分に高い振動数を持っているので、一般的な機械加工の振動検出に必要とされるキロヘルツ（ＫＨＺ）帯の周波数を検出する際にも、良好に適用することができる。
【００１２】
このように、リニア成分およびダイナミック成分が、全て周波数の変化として取り出されるので、この信号を直接変調してそのまま外部に送り出した後、外部で受信して復調すれば、その検査対象である作業機械の作動状態がそのまま外部に取り出されることになる。これは、電圧等による信号伝達でドリフト等の影響を受けるのと異なり、センサで発信した原発信のままの周波数で伝達するので、途中でその原形を変えることがなく、最終判断部までそのまま伝達できるという利点がある。
【００１３】
すなわち、切削抵抗のようなスタティックな変化の検出においては、ドリフトが無いためにその検出基準が安定しており、変化分がそのまま信号として現れる。そのため、長いスパンの切削抵抗の経時変化でも、またわずかな変化でも、その動きを正確に知ることが可能になる。一方、切削振動等のダイナミック成分を検出する場合においては、センサの形状が小さいためにこのセンサを振動源の近くに配置することができ、その振動をより直接的に検出することができる。これにより、信号は、途中の減衰の少ない、しかも外乱要素の少ない、Ｓ／Ｎ比の高いダイナミック信号であると言える。
【００１４】
さらに、水晶発信体により形成したメガヘルツ（ＭＨＺ）帯の高周波振動を、直接コイルに印荷しこのコイルを発振させてインダクタンスを得るとともに、このコイル内を相対的に移動する測定コアの動きをそのまま印荷周波数のインダクタンス変化にし、そのインダクタンスの変化をそのままＦＭ変調して検出信号としている。すなわち、水晶発信体で形成された基本発振周波数がメガヘルツ（ＭＨＺ）帯と大変高いため、その周波数で直接コイルを励磁してこのコイルのインダクタンスを直接にＦＭ変調して取り出せば、それがそのまま検出信号となる。ここで、メガヘルツ（ＭＨＺ）帯の高周波を検出信号としているため、これをそのままＦＭ無線変調して無線通信で送ることもできる。また、電線を通じて有線で送ることも可能である。
【００１５】
さらにまた、センサにより検出された信号には、スタティックリニア成分とダイナミック成分が併せて含まれている。この信号をＦＭ変調で周波数信号として外部へ無線または有線により送り出し、それを外部にあるコントローラで受信し、そこで各々スタティック成分とダイナミック成分とに別けるように構成する。次に、切削抵抗等のスタティックリニア成分は、その周波数を周波数カウンタ器でリニア値に変換してその値や変化を認識する。一方、機械振動等のダイナミック成分は、受信周波数をＦ／Ｖ（周波数／電圧）変換器で電圧信号に変えてその状況を認識する。このように、スタティックリニア成分とダイナミック成分の２入力信号を一つのセンサから取り出すことにより、その検出精度および解析精度が大幅に向上することになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る作動状態検出装置１０が適用される作業機械１２の全体斜視説明図である。この作業機械１２は、工作機械１４と、前記工作機械１４に着脱自在な旋盤用ツールホルダ（ホルダ）１６と、前記ツールホルダ１６に交換可能に装着される道具であるバイト１８と、前記ツールホルダ１６と信号等の伝達用電線２０により有線で通信を行うコントローラ２２とを備える。
【００１７】
ツールホルダ１６は、スライドベース２４に装着されてワーク保持用チャック付スピンドル２６に対して進退自在（矢印Ａ方向）である。ツールホルダ１６は、図２に示すように、スライドベース２４に固定される固定部２６と、この固定部２６に対して矢印Ａ方向に所定距離だけ移動可能な移動部２８とを備える。固定部２６と移動部２８との間には、略Ｓ字状のスリット３０が形成されることにより、矢印Ａ方向に所定の範囲内で移動自在な弾性変形部３２ａ、３２ｂが設けられる。この弾性変形部３２ａ、３２ｂは、切削抵抗に十分強い一方、この切削抵抗が作用する際にわずかに変形するように設定されている。弾性変形部３２ａ、３２ｂは、切削時の振動によってもわずかに変形振動するように設定されている。移動部２８には、バイト１８がボルト３４を介して取り付けられるとともに、このバイト１８の先に旋削用チップ３６が設けられており、このチップ３６に切削抵抗が作用すると、ツールホルダ１６が弾性変形して移動部２８が矢印Ａ方向に移動する。
【００１８】
ツールホルダ１６の固定部２６には、スリット３０に一部を重ねてセンタ穴３８が形成され、このセンタ穴３８にセンサ取り付け用アダプタ４０が内蔵される。このアダプタ４０は、ツールホルダ１６の固定部２６に固着されるとともに、前記アダプタ４０に第１の実施形態に係る作動状態検出装置１０が装着される。作動状態検出装置１０は、バイト１８による切削抵抗の大きさやびびり等の振動から切削加工の異常等を検出する変位検出センサ（リニアセンサ）４４を備えている。
【００１９】
センサ４４は、アダプタ４０に固定されるコイル４６を有し、このコイル４６が装着されるガイド部４８に沿って測定コア５０が進退自在に配設される。測定コア５０はコンタクト部５２に設けられるとともに、このコンタクト部５２には、金属製ベローズカプセル５４の一端が固定され、このベローズカプセル５４によりコイル４６が覆われている。ガイド部４８は、アダプタ４０を介して固定部２６に固定される一方、コンタクト部５２が移動部２８の内壁面５６に接触している。アダプタ４０には、電子基板５８が装着されている。なお、コイル４６がアダプタ４０に固定されているが、反対に測定コア５０をこのアダプタ４０に固定してもよい。
【００２０】
図３に示すように、センサ４４のコイル４６は、直接ＦＭ変調発振回路（高周波発振変調回路）６０に直接接続されるとともに、この直接ＦＭ変調発振回路６０に水晶発振体である水晶発振子６２が設けられる。直接ＦＭ変調発振回路６０には、マルチパワーアンプ回路６４が接続され、このマルチパワーアンプ回路６４に電線２０が設けられる。直接ＦＭ変調発振回路６０およびマルチパワーアンプ回路６４は、電子基板５８に搭載されている（図２参照）。
【００２１】
図４に示すように、コントローラ２２は、電線２０によって接続される周波数変換回路７０を備え、この周波数変換回路７０に局部発振回路７２が接続されている。周波数変換回路７０に中間周波増幅回路７４が接続され、この中間周波増幅回路７４に検波回路復調器７６が接続される。検波回路復調器７６は、搬送波と信号波とを分離して伝達すべき信号を取り出す機能を有しており、この検波回路復調器７６には、カウンタ回路７８、Ｆ／Ｖ変換回路８０、ＩＤ認識信号回路８２および受信信号入力確認回路８４が接続される。カウンタ回路７８、Ｆ／Ｖ変換回路８０、ＩＤ認識信号回路８２および受信信号入力確認回路８４がＣＰＵデータ処理回路８６に接続され、このＣＰＵデータ処理回路８６が最終指示判定を決定する。
【００２２】
図１に示すように、コントローラ２２の正面部には、振動表示用のＣＲＴ（またはＬＣＤ）表示部８８と、検出判定用ＬＥＤバー９０とが設けられている。図５は、切削抵抗等のリニアスタティック値を検出した際にＣＲＴ表示部８８に現れる表示であり、図６は、切削振動等が生じることによりダイナミック値を検出した際に前記ＣＲＴ表示部８８に現れる表示である。
【００２３】
このように構成される第１の実施形態に係る作動状態検出装置１０が適用される作業機械１２の動作について、以下に説明する。
【００２４】
図１に示すように、工作機械１４では、ツールホルダ１６にバイト１８が装着される一方、スピンドル２６に図示しないワークが固定される。そして、スピンドル２６が回転駆動された状態で、スライドベース２４がこのスピンドル２６側に移動し、バイト１８を介して図示しないワークに所定の加工作業が開始される。
【００２５】
その際、バイト１８の先端に設けられたチップ３６に切削抵抗が作用すると、このバイト１８が固着されたツールホルダ１６の弾性変形部３２ａ、３２ｂは、わずかに弾性変形して移動部２８が矢印Ａ方向に移動する。このため、コンタクト部５２が、移動部２８の内壁面５６に接触してこの移動部２８と同様に矢印Ａ方向に移動する。コンタクト部５２には、測定コア５０が設けられており、この測定コア５０がコイル４６内で移動することにより、切削抵抗がリニアスタティック値としてセンサ４４で検出される。一方、バイト１８に切削時のびびり等の振動が作用すると、同様に測定コア５０がコイル４６内で移動することにより、振動がダイナミック値としてセンサ４４で検出される。
【００２６】
ここで、図３に示すように、水晶発振子６２を設ける直接ＦＭ変調発振回路６０にコイル４６が直接接続されており、測定コア５０の位置が変化すると、この変化分のみ発振子周波数が変化する。直接ＦＭ変調発振回路６０からの信号は、マルチパワーアンプ回路６４に送られて周波数が逓倍され、電線２０を介してコントローラ２２に送られる。コントローラ２２では、図４に示すように、周波数変換回路７０により入力信号周波数から局部発振回路７２の局部発振周波数を引いた差の信号周波数が得られた後、この信号周波数が中間周波増幅回路７４に送られる。
【００２７】
さらに、検波回路復調器７６では、信号周波数が分離されてカウンタ回路７８においてはセンサ４４で検出されたバイト１８の変位や振動の変調信号がカウンタ方式で読み取られる。また、Ｆ／Ｖ変換回路８０では、バイト１８の変位や振動の変調信号が何ＫＨＺであるかを読み取り、それを電圧変化で表す。さらにまた、ＩＤ認識信号回路８２および受信信号入力確認回路８４により誤動作防止信号が得られると、ＣＰＵデータ処理回路８６が取り込み検出信号の最終指示判定を決定する。
【００２８】
このように、第１の実施形態に係る作動状態検出装置１０では、センサ４４のコイル４６が直接ＦＭ変調発振回路６０に直接接続されるとともに、この直接ＦＭ変調発振回路６０に水晶発振体である水晶発振子６２が設けられ、前記コイル４６内を測定コア５０が移動することにより、前記水晶発振子６２に直接ＦＭ変調をかける。これにより、バイト１８に作用する切削抵抗等のリニア成分と振動等のダイナミック成分との両方を、同時にかつ精度よく検出することができ、センサ４４の検出精度および解析精度が大幅に向上するという効果が得られる。しかも、センサ４４を含む作動状態検出装置１０全体を有効に小型化かつ簡素化することが可能になる。
【００２９】
図７は、本発明の第２の実施形態に係る作動状態検出装置１００が適用される作業機械１０２の全体斜視説明図である。この作業機械１０２は、工作機１０４と、前記工作機１０４のスピンドル１０６に着脱自在なツールホルダ（ホルダ）１０８と、複数の前記ツールホルダ１０８を交換自在に装着するＡＴＣ用マガジン１０９と、前記ツールホルダ１０８と電磁波により無線通信を行うコントローラ１１０とを備える。スピンドル１０６は、図示しない回転駆動源に連結されて可動ベース１１３に回転可能に支持されるとともに、矢印Ａ方向（水平方向）、矢印Ｂ方向（鉛直方向）および矢印Ｄ方向（軸方向）に移動自在である。
【００３０】
図８に示すように、ツールホルダ１０８は、一端部にスピンドル１０６に嵌着されるシャンク部１１１を有し、他端部にボーリングバー（道具）１１２が取着される。このツールホルダ１０８は、ボーリングバー１１２の位置をスピンドル１０６の径方向（矢印Ｃ方向）に位置調整可能な補正ヘッド１１４と、この補正ヘッド１１４を駆動するための駆動機構１１６と、前記補正ヘッド１１４の調整状態を検出するための第２の実施形態に係る作動状態検出装置１００と、電池（ＤＣ電源）１２０と、電子基板１２１とを備える。
【００３１】
駆動機構１１６は、ツールホルダ１０８に内蔵される正逆転可能なＤＣモータ１２２を有し、このＤＣモータ１２２の駆動軸に減速器１２４が連結される。この減速器１２４は、大きな減速比に設定されている。減速器１２４の出力軸１２６には、ドライブアダプタ１２８が連結され、このドライブアダプタ１２８の先端側に軸線方向（矢印Ｄ方向）に延在して形成されたスリット１３０には、ピン１３２を介して円錐状テーパドライブシャフト１３４が軸方向に進退自在に係合する。テーパドライブシャフト１３４の外周面には、複数のローラ１３６が僅かな傾きを有しケージ１３８を介して転動自在に配設されるとともに、前記ローラ１３６の外側には、パワーユニット１４０が設けられている。
【００３２】
パワーユニット１４０は、両端側からそれぞれ一対のスリット（図示せず）が互いに近接して設けられており、テーパドライブシャフト１３４が回転される際、このテーパドライブシャフト１３４とローラ１３６とが回転しながら前後に転動することにより、所定の範囲内で拡縮可能である。パワーユニット１４０の外周には、ヘッドハウジング１４２が配設される。ヘッドハウジング１４２は、略筒状を有しており、その外周面にＳ字状のスリット１４４が形成される。ヘッドハウジング１４２は、上記のようにパワーユニット１４０が拡径する際に、直径外方向に押圧されてＳ字状のスリット１４４を介して矢印Ｃ１方向に変位する移動部１４６を有する。この移動部１４６にボーリングバー１１２が装着され、このボーリングバー１１２の先端に刃具１４７が固定される。
【００３３】
作動状態検出装置１００は、ヘッドハウジング１４２の矢印Ｃ方向の補正変位を検出する変位検出センサ（リニアセンサ）１４８を備える。このセンサ１４８は、第１の実施形態に係るセンサ４４と同様に構成されており、同一の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００３４】
図９に示すように、センサ１４８のコイル４６は、直接ＦＭ変調発振回路６０に接続されるとともに、この直接ＦＭ変調発振回路６０に水晶発振子６２が設けられる。直接ＦＭ変調発振回路６０には、間接ＦＭ変調回路１５０が接続されるとともに、この間接ＦＭ変調回路１５０にＩＤ認識信号発生回路１５２からＩＤ認識信号波ｆｓ０が入力される。間接ＦＭ変調回路１５０がマルチパワーアンプ回路６４に接続され、このマルチパワーアンプ回路６４にアンテナ線１５４が設けられる。図８に示すように、アンテナ線１５４は、ツールホルダ１０８の外周にカバー部材１５６で囲繞されて装着されている。
【００３５】
図１０に示すように、コントローラ１１０は、ツールホルダ１０８のアンテナ線１５４より送られる電磁波を受信するアンテナ線１５８を備え、このアンテナ線１５８には高周波増幅回路１６０が接続される。この高周波増幅回路１６０に周波数変換回路７０が接続されており、その他の構成は、第１の実施形態に係るコントローラ２２と同様であり、同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００３６】
このように構成される第２の実施形態に係る作動状態検出装置１００の動作について、以下に説明する。
【００３７】
先ず、コントローラ１１０からアンテナ線１５４を介してツールホルダ１０８に信号が無線送信されると、駆動機構１１６に駆動信号が入力される。このため、ＤＣモータ１２２が回転駆動され、図８に示すように、減速器１２４により相当に減速された後、この減速器１２４の出力軸１２６に連接されたドライブアダプタ１２８が回転する。そして、このドライブアダプタ１２８にスリット１３０およびピン１３２を介して係合するテーパドライブシャフト１３４が回転し、さらに前記テーパドライブシャフト１３４の外周面に摺接する複数のローラ１３６が転動する。
【００３８】
ローラ１３６は、テーパドライブシャフト１３４の外周面に周方向に傾斜して摺接しており、このローラ１３６が転動することにより、パワーユニット１４０が所定の範囲内で拡縮（矢印Ｃ方向）される。このパワーユニット１４０が、矢印Ｃ方向に拡縮すると、センサ１４８が押圧されてコントローラ１１０に前記パワーユニット１４０の変位、すなわち、補正ヘッド１１４の変位が無線通信される。
【００３９】
具体的には、水晶発振子６２を設ける直接ＦＭ変調発振回路６０に、コイル４６が直接接続されており、測定コア５０の位置が変化すると、この変化分のみ発振子周波数が変化する。直接ＦＭ変調発振回路６０からの信号は、間接ＦＭ変調回路１５０に送られるとともに、この間接ＦＭ変調回路１５０にＩＤ認識信号発生回路１５２からＩＤ認識信号波が入力される。間接ＦＭ変調回路１５０からマルチパワーアンプ回路６４に送られて周波数が逓倍され、この信号波がアンテナ線１５４からアンテナ線１５８を介してコントローラ１１０に送信する。コントローラ１１０では、図１０に示すように、高周波増幅回路１６０により取り込んで増幅した信号周波数が周波数変換回路７０に送られ、第１の実施形態に係るコントローラ２２と同様に処理される。
【００４０】
従って、第２の実施形態では、補正ヘッド１１４のセッティング作業時に、センサ１４８から得られたリニア値を検出信号とし、ツールホルダ１０８の変位量を検出するためのフィードバック信号として使用する。一方、実際の切削加工時には、ツールホルダ１０８に作用する切削抵抗や振動状態の検出に使用する。例えば、切削抵抗の大きさはリニアスタティック値から検出することができ、切削が良好に行われているか、異常な状況が無いかは、ツールホルダ１０８に作用する振動の状態と値から確認することが可能になる。これにより、単一のセンサ１４８を使用するだけで、セッティング作業時の補正量の検出と、実際の切削加工時の切削状況の監視とが容易かつ高精度に遂行されるという効果が得られる。
【００４１】
図１１は、本発明の第３の実施形態に係る作動状態検出装置１７０が組み込まれたツールホルダ１７２の一部断面説明図である。このツールホルダ１７２は、図７に示す作業機械１０２の工作機１０４に設けられたマガジン１０９に装着されており、必要に応じてスピンドル１０６に固着される。なお、第２の実施形態に係るツールホルダ１０８と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４２】
ツールホルダ１７２は、略円筒状のドリルホルダ１７４を備え、このドリルホルダ１７４の先端にホールドリング１７６を介して有底円筒状のスタブホルダ１７８が所定の隙間Ｓを有して装着される。ドリルホルダ１７４にドライブカラー１８０が係合し、このドライブカラー１８０がばね１８２を介して前記ドリルホルダ１７４に押し付けられている。スタブホルダ１７８の先端にキャップ１８４が固定され、このキャップ１８４にコレット１８６を介してドリル（道具）１８８が装着される。ドリル１８８の後端は、スタブホルダ１７８の内部にタング止めされる。
【００４３】
ドリルホルダ１７４の後端に固定板１９０が固着され、この固定板１９０とスタブホルダ１７８の端面との間に、作動状態検出装置１７０を構成し、ドリル１８８の矢印Ｄ方向の変位を検出する変位検出センサ（リニアセンサ）１９２が配置される。このセンサ１９２は、ドリルホルダ１７４の内部に装着されたセンサホルダ１９４を備え、このセンサホルダ１９４に弾性変形部１９６を介してコンタクト移動部１９８が設けられる。センサ１９２は、第１の実施形態に係るセンサ４４と同様に構成されており、同一の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。なお、ツールホルダ１７２には、ドリル１８８が装着されているが、同様な目的の切削工具であるエンドミル等を取り付けてもよい。
【００４４】
このように構成される第３の実施形態に係る作動状態検出装置１７０では、スピンドル１０６を介してツールホルダ１７２が回転され、このツールホルダ１７２の先端に装着されているドリル１８８により図示しないワークに穴あけ作業が遂行される。その際、ドリル１８８に矢印Ｄ１方向にスラスト力（切削推力）が作用すると、ドリルホルダ１７４の先端とスタブホルダ１７８との隙間Ｓの範囲内で前記ドリル１８８が矢印Ｄ１方向に移動する。このため、スタブホルダ１７８の後端がコンタクト移動部１９８を押圧し、このコンタクト移動部１９８が、弾性変形部１９６を介し矢印Ｄ１方向に移動してセンサ１９２の図示しない測定コアが移動する。
【００４５】
これにより、第３の実施形態では、ドリル１８８の切削推力および振動を容易かつ高精度に検出することができる等、第１および第２の実施形態と同様の効果が得られる。なお、図１２は、切削抵抗等の変化であるリニアスタティック値を表し、図１３は、切削抵抗等の加工中の振動等であるダイナミック値を表している。
【００４６】
図１４は、本発明の第４の実施形態に係る作動状態検出装置２００が組み込まれたクランプ装置２０２の一部断面説明図である。このクランプ装置２０２は、冶具２０４に固定されたクランプ座金２０６と、図示しない油圧シリンダに連結されて矢印Ｅ方向に進退自在なクランプシャフト２０８と、このクランプシャフト２０８にピン２１０を介してスイベルおよびティルチング可能に結合されるクランプ金（クランプ部材）２１２とを備える。
【００４７】
クランプ座金２０６の一端側にストッパ２１４がねじ止めされる一方、このクランプ座金２０６の他端側にワークＷを把持するためのクランプ爪２１６ａ、２１６ｂが設けられる。クランプ座金２０６には、クランプ爪２１６ａを設けた他端部側にスリット２１８を形成することにより固定部２２０と変形部（移動部）２２２とが設けられる。固定部２２０と変形部２２２との間に、作動状態検出装置２００を構成し、ワークＷに作用する押圧力および切削振動を検出する変位検出センサ（リニアセンサ）２２４が配置される。このセンサ２２４は、第１の実施形態に係るセンサ４４と同様に構成されており、同一の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００４８】
このように構成される第４の実施形態に係る作動状態検出装置２００では、先ず、ワークＷがクランプ位置に配置された状態で、クランプ装置２０２のクランプシャフト２０８が図示しない油圧シリンダを介して矢印Ｅ１方向に移動する。このため、クランプ金２１２とクランプシャフト２０８がスイングしながら下降し、クランプ爪２１６ａ、２１６ｂで前記ワークＷがクランプされる。クランプ金２１２は、ストッパ２１４とワークＷとに当接してワークＷに所定のクランプ力を付与する。
【００４９】
その際、スリット２１８を介して変形部２２２が弾性変形し、測定コア５０の位置が変化してこの変化分のみ発振子周波数が変化する。従って、センサ２２４に作用する押圧力を見ることにより、ワークＷのクランプ状態の確認とそのクランプ力の検出とを行うことができる。さらに、ワークＷの加工時には、変形部２２２に作用する力や振動を検出することにより、加工状況を高精度に検出することが可能になる。なお、センサ２２４により検出されたスタティックな力やダイナミックな振動等は、電線を通じて機外のコントローラ（図示せず）に送られる。
【００５０】
図１５は、本発明の第５の実施形態に係る作動状態検出装置２３０が組み込まれたクランプ装置２３２の一部断面説明図である。なお、第４の実施形態に係る作動状態検出装置２００と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５１】
クランプ装置２３２は、電力供給装置２３４を備え、この電力供給装置２３４が、クランプ金２１２内の電子基板２３６に電力を供給してアンテナ線２３８による無線発信等を行うための給電機構２４０と、このクランプ金２１２内に設けられ、前記給電機構２４０を構成する電力供給端２４２が直接接触する受電用コンタクト部２４４とを備える。コンタクト部２４４は、正極に接続される第１電極端２４６と、この第１電極端２４６の周囲に同芯的に配置され、負極に接続されるリング状第２電極端２４８を有する。
【００５２】
給電機構２４０は、ストッパ２５０内に第１スプリング２５２を介して進退自在に配設されるベース２５４と、このベース２５４に固着され、正極に接続されて第１電極端２４６に接続可能な第１電極部２５６と、前記第１電極部２５６の周囲に同芯的に配置されるとともに、前記ベース２５４に第２スプリング２５８を介して進退自在であり、負極に接続されて第２電極端２４８に接続可能なリング状第２電極部２６０とを備える。
【００５３】
このように構成される第５の実施形態に係る作動状態検出装置２３０では、先ず、ワークＷがクランプ位置に配置された状態で、クランプ装置２３２のクランプシャフト２０８が図示しない油圧シリンダを介して矢印Ｅ１方向に移動する。このため、クランプ金２１２は、ストッパ２５０とワークＷとに当接してワークＷに所定のクランプ力を付与するとともに、第１および第２電極端２４６、２４８に第１および第２電極部２５６、２６０が接続され、前記クランプ金２１２内の電子基板２３６に電力が供給される。従って、第５の実施形態では、第４の実施形態と同様の効果が得られる他、外部からの電力供給がコンタクト部を通して離脱可能に遂行されるという利点がある。
【００５４】
図１６は、本発明の第６の実施形態に係る作動状態検出装置２７０が組み込まれた工作機械のスライド装置２７２の一部断面説明図である。スライド装置２７２は、スライドベース（支持部材）２７４と、このスライドベース２７４に沿って摺動可能なスライドテーブル２７６とを備え、このスライドテーブル２７６にスピンドル２７８が設けられる。作動状態検出装置２７０は、スライドテーブル２７６に埋め込まれたセンサ２８０を備えている。このセンサ２８０は、第１の実施形態に係るセンサ４４と同様に構成されており、同一の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。センサ２８０を構成するコンタクト部５２は、スライドベース２７４を構成する垂直面２８２に摺動可能に接触している。
【００５５】
このように構成される第６の実施形態に係る作動状態検出装置２７０では、スライドテーブル２７６に設けられたスピンドル２７８に切削抵抗が作用すると、このスライドテーブル２７６に埋め込まれたセンサ２８０が、前記スライドテーブル２７６とスライドベース２７４との相対的な僅かな変化が検出することができるという効果が得られる。
【００５６】
発明の効果】
本発明に係る作業機械の作動状態検出装置では、切削抵抗等のスタティックな変化の検出と切削振動等のダイナミック成分の検出とを、一つのセンサから取り出すことができ、検出の信頼性を向上させてその検出精度および解析精度が大幅に向上することになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る作動状態検出装置が適用される作業機械の全体斜視説明図である。
【図２】前記作業機械を構成するツールホルダおよび前記作動状態検出装置の説明図である。
【図３】前記作動状態検出装置の概略説明図である。
【図４】前記作業機械を構成するコントローラの回路構成図である。
【図５】リニアスタティック値を検出した際の図である。
【図６】ダイナミック値を検出した際の図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る作動状態検出装置が適用される作業機械の全体斜視説明図である。
【図８】前記第２の実施形態に係る作業機械を構成するツールホルダの縦断面説明図である。
【図９】前記第２の実施形態に係る作動状態検出装置の回路構成図である。
【図１０】前記第２の実施形態に係る作業機械を構成するコントローラの回路構成図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る作動状態検出装置が組み込まれたツールホルダの一部断面説明図である。
【図１２】リニアスタティック値を検出した際の図である。
【図１３】ダイナミック値を検出した際の図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態に係る作動状態検出装置が組み込まれたクランプ装置の一部断面説明図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態に係る作動状態検出装置が組み込まれたクランプ装置の一部断面説明図である。
【図１６】本発明の第６の実施形態に係る作動状態検出装置が組み込まれた工作機械のスライド装置の一部断面説明図である。
【符号の説明】
１０、１００、１７０、２００，２３０、２７０…作動状態検出装置
１２、１０２…作業機械              １４、１０４…工作機械
１６、１０８、１７２…ツールホルダ  １８…バイト
２２、１１０…コントローラ          ２６、２２０…固定部
２８、１４６、１９８…移動部        ３２ａ、３２ｂ、１９６…弾性変形部
４４、１４８、１９２、２２４、２８０…センサ
４６…コイル                        ５０…測定コア
５２…コンタクト部                  ５８、１２１、２３６…電子基板
６０…直接ＦＭ変調発振回路          ６２…水晶発振子
１１２…ボーリングバー              １１４…補正ヘッド
１８８…ドリル                      ２０２、２３２…クランプ装置
２２２…変形部                      ２３４…電力供給装置
２７２…スライド装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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