專利名稱：碰撞探測裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于探測對象物、特別是機床的主軸與其他物體碰撞的碰撞探測裝置。
背景技術：
機床的主軸或機器手等等會發生由于程序錯誤或操作員的操作錯誤而導致與其他物體的意外碰撞。若發生這樣的碰撞，則就主軸或機器手等等而言，主軸或機器手的結構本身或用于驅動它們的電動機會發生故障。這類故障會影響加工精度或動作精度等，因此最好在發生碰撞時，使機床或機器人的動作停止，進行檢查。
但是，在自動運行時，不能探測這些碰撞。因此，對于機床的主軸等等，也有例如特開平11-296213號公報所記載的那樣，當發生故障時，著眼主軸或驅動它的電動機發生異常振動的情況，利用設置在主軸上的位置檢測器探測主軸的異常振動。另外，也有在對象物上安裝振動傳感器，利用將來自振動傳感器的輸出變換為數字信號，使用探測碰撞的碰撞探測裝置的做法。
在利用上述位置檢測器探測異常振動中，能夠探測故障的發生，但即使主軸或機器手發生故障，這些是否是碰撞起因的判斷在自動運行中也不能判斷，另外，即使是在有操作員的情況下，若操作員未自己報告發生碰撞，判斷也是很困難的。另外，在使用現有碰撞探測裝置的情況下，為了將來自振動傳感器的連續模擬信號變換為離散的數字信號，要在一定周期進行取樣。但是，由碰撞產生的振動具有急劇的峰值，因此在指示取樣的定時的取樣信號之間發生由碰撞產生的傳感器信號的突然變化時，存在不能切實探測由碰撞產生的振動的問題。還有，現有的碰撞探測裝置具有專用的碰撞判斷電路，存在通常為價格昂貴的問題。

發明內容
因此，本發明的目的為解決存在上述現有技術中的問題，提供能夠確實檢測對象物的碰撞的碰撞探測裝置。
另外，作為本發明的附加目的為提供廉價的碰撞探測裝置。
根據本發明的第1方式，提供一種碰撞探測裝置，具備安裝在對象物上的振動傳感器；用于接收來自該振動傳感器的輸出信號的接收部；將上述接收部接收的連續的上述輸出信號中的最大值作為峰值保持的峰值保持電路；以及用于輸出保持在上述峰值保持電路中的峰值的輸出部。
在上述碰撞探測裝置中，最好是上述輸出部輸出上述峰值的同時輸出上述接收部接收的上述振動傳感器的輸出信號。
最好是上述碰撞探測裝置還具備當從上述輸出部輸出的上述峰值超過預先確定的值時判斷為發生了碰撞的碰撞判斷機構。
最好是這種碰撞判斷機構具有計時的功能，當上述峰值超過上述預先確定的值時能夠與時刻一同存儲上述峰值。
在上述碰撞探測裝置中，例如，能夠將上述對象物作為機床的主軸、將上述碰撞判斷機構作為機床的控制裝置。
還有，在上述碰撞探測裝置中，能夠如下構成來自上述振動傳感器的輸出信號是模擬信號，上述峰值保持電路保持上述模擬信號的峰值，上述輸出部將接收的模擬信號轉換為數字信號輸出。
另外，根據本發明的第2方式，提供一種碰撞探測裝置，具備安裝在對象物上的振動傳感器；用于接收來自該振動傳感器的輸出信號的接收部；將上述接收部接收的連續的上述輸出信號中的最大值作為峰值保持的峰值保持機構；以及當從上述輸出部輸出的被數字化了的上述峰值超過預先確定的值時判斷為發生了碰撞的碰撞判斷機構。
根據本發明，利用峰值保持電路保持來自振動傳感器的輸出信號的振動波形的最大值，因此發生碰撞時，即使其振動波形急劇變化也能在峰值保持電路中確實維持振動的峰值信息。因此，若A/D轉換來自峰值保持電路的輸出，則不會丟失碰撞發生時振動峰值的信息，能夠確實探測碰撞。


以下參照

，根據本發明的最佳實施方式進一步詳細說明本發明的上述以及其他目的、特征以及長處。
圖1是本發明的碰撞探測裝置的整體構成圖。
圖2是表示判斷是否發生了碰撞的方法的一個例子的流程圖。
圖3A～圖3C是表示來自圖1的碰撞探測裝置的振動傳感器以及峰值保持電路的輸出波形的一個例子的圖。
圖4是說明模擬—數字變換例的圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖詳細說明本發明的最佳實施方式。
本發明的碰撞探測裝置11被安裝在機床的主軸或機器手等本身或驅動它的驅動器上，用于探測主軸或臂與其他物體碰撞。以下特別以應用于機床的主軸的情形為例進行說明。
最先，參照圖1說明本發明的碰撞探測裝置11的整體構成。碰撞探測裝置11具備被安裝在機床的主軸上的振動傳感器13；接收來自振動傳感器13的輸出信號的接收部15；與接收部15連接的峰值保持電路17；以及用于將保持在峰值保持電路17中的數值輸出到外部的輸出部19。
振動傳感器13是將被安裝的對象物的振動變換為電壓、作為電信號輸出的傳感器，輸出與對象物的位移、速度或加速度的振幅成比例的電壓。因此，來自振動傳感器13的輸出是模擬信號。作為振動傳感器13，能夠使用例如振動拾取器等。振動傳感器13為眾所周知類型的設備，因此在這里不更詳細地說明。
接收部15能夠接收來自振動傳感器13的模擬信號，典型地，采用能夠連接來自振動傳感器13的信號線的接口形式，但并不特別限于該形式。
峰值保持電路17是具有將接收部15接收到的連續的輸出信號(模擬信號)的波形的最大電壓作為峰值或峰值電壓保持的功能的電路，可以使用一般類型的設備。在峰值保持電路中，一般地，保持的峰值電壓隨著時間的推移衰減而變小，其衰減率可以利用電路設計的變更而調整，因此可以如后所述選擇適合A/D轉換器的取樣周期的衰減率。
輸出部19不僅能夠輸出保持在峰值保持電路17中的峰值電位或與其對應的數字信號，還能夠輸出來自振動傳感器13的輸出信號或與其對應的數字信號。但是，來自振動傳感器13的輸出信號無需一定通過輸出部19輸出。輸出部19利用電纜等與后述的碰撞判斷機構連接，一般采用能夠連接這些電纜等的接口形式。
碰撞探測裝置11還具備將表示利用峰值保持電路17保持的峰值電位的來自峰值保持電路17的輸出信號從模擬信號變換為數字信號的第1A/D轉換器21；以及將利用接收部15接收到的來自振動傳感器13的輸出信號從模擬信號變換為數字信號的第2A/D轉換器23。關于這些A/D轉換器(模擬—數字轉換器)21、23為眾所周知的設備，因此在這里不做詳細說明。
來自如此構成的碰撞探測裝置11的輸出部19的輸出信號被輸出到碰撞判斷機構，碰撞判斷機構根據這些信號判斷是否發生了碰撞。在圖示的實施方式中，碰撞判斷機構是機床的控制裝置25。如此通過利用機床的控制裝置25作為碰撞判斷機構，不需設置碰撞探測裝置11的專用判斷部，從而廉價制造碰撞探測裝置11成為可能。例如，機床的控制裝置25當從輸出部19輸出的信號中的保持在峰值保持電路17的峰值電位或將其進行了A/D轉換的數值超過預先確定的閾值時，判斷為發生了碰撞。或者還有，機床的控制裝置25在預先確定的期間內從輸出部輸出的信號中的來自振動傳感器13的輸出信號求出平時的平均輸出水平，在當該平均輸出水平與從輸出部19輸出的信號中的保持在峰值保持電路17的峰值電位的差超過預先確定的值時，判斷為發生了碰撞。
碰撞判斷機構即機床的控制裝置25具有計時的功能，在如上述判斷為發生了碰撞時，期望能夠存儲此時從輸出部輸出的峰值電壓的同時存儲時刻。由此，能夠知道何時發生了碰撞，對碰撞原因的分析是有益的。
其次，參照圖2～圖4，說明圖1的碰撞探測裝置11的動作。在碰撞探測裝置11中，作為連續信號、接收部15獲取被安裝在主軸或驅動它的電動機上的振動傳感器13的輸出。獲取的振動傳感器13的輸出信號是模擬信號，通常地是如圖3A所示的信號。獲取的振動傳感器13的連續輸出信號傳遞給峰值保持電路17，將該一連串輸出信號的波形表示的最大電壓作為峰值電位(峰值)P保持在峰值保持電路17中。其次，保持在峰值保持電路17中的峰值電位P利用第1A/D轉換器21從模擬信號被轉換為數字信號，作為碰撞判斷機構的機床的控制裝置25通過輸出部19作為數字信號獲取保持在峰值保持電路17中的峰值電位P(步驟S100)。控制裝置25比較獲取的峰值電位P與預先確定的值K(步驟S102)如圖3A所示，在未發生碰撞時，峰值電位P低于預先確定的閾值K，所以判斷為未發生碰撞(步驟S106)。另外，在控制裝置25內與閾值K比較的值嚴格說是將峰值電位P進行A/D轉換后的值。為了便于說明，在此，作為將峰值電位P與閾值K比較來記載，這在以下的對控制裝置25內的與閾值K的比較的說明中也同樣。
一方面，若發生碰撞，通過接收部15獲取的振動傳感器13的輸出信號則表示為具有如圖3B所示急劇峰值的波形。在一般的碰撞探測裝置11中，直接A/D轉換振動傳感器13的輸出信號(模擬信號)，因此，振動傳感器13的輸出信號表示為具有如此急劇峰值的波形時，如圖4所示，在兩個取樣信號相互間，因碰撞產生的輸出信號的急劇變化會收斂，A/D轉換后的數字信號有時不能反映出急劇的變化。此時，振動傳感器13的輸出信號的位于急劇變化的波形的頂點的電壓、即峰值電位即使超過預先確定的閾值K，機床的控制裝置25獲取的信號有時只有低于該峰值電位的電壓，因此，不能探測碰撞。
但是，本發明的碰撞探測裝置11中，通過接收部15獲取的振動傳感器13的輸出信號傳遞到峰值保持電路17。因此，利用峰值保持電路17提取如圖3B所示的因碰撞產生的急劇變化的信號的波形表示為最大電壓時的峰值電位，將其保持在峰值保持電路17中，因此能夠生成如圖3C所表示的相當于振動傳感器13的輸出信號的峰值電位P的信號。利用第1A/D轉換器21將如此生成的信號轉換為數字信號后，通過輸出部19輸出到機床的控制裝置25。峰值保持電路17的輸出信號總是表示相當于峰值電位P的信息，因此即使利用第1A/D轉換器21將其轉換為數字信號，與第1A/D轉換器21的取樣信號的定時無關，能夠將相當于峰值電位P的信息確實傳遞到機床的控制裝置25。
因此，當碰撞了主軸時，如圖3C所示，在將來自峰值保持電路17的輸出信號進行了A/D轉換的數字信號中能夠確實反映作為位于圖3B的碰撞時的波形頂點電壓的峰值電位P的信息，因此控制裝置25從碰撞探測裝置11的輸出部19獲取的峰值電位P高于預先確定的閾值K時，判斷為發生了碰撞(步驟S104)。
另外，如圖3C所示，保持在峰值保持電路17中的峰值電位P在電路特性方面，嚴密地說為漸漸衰減。因此，最好是關于保持在峰值保持電路17中的峰值電位P，比較現在的取樣值與上次的取樣值，此次取樣時的數值高于上次取樣值，并且，在此次取樣時的數值高于閾值K時，判斷為發生了碰撞。
峰值保持電路17的衰減率能夠通過電路設計而調整，設定峰值保持電路17的衰減率，使得因要探測的碰撞而產生的振動傳感器13的輸出信號的波形的峰值電位P在經過1個取樣周期后仍舊高于預先確定的閾值K地保持在峰值保持電路17中。或者另外，還可以確定閾值K，使得因要探測的碰撞產生的振動傳感器13的輸出信號的波形的峰值電位P依據設定在峰值保持電路17的衰減率經過1個取樣周期衰減時，衰減后的電位還高于閾值K。后者的情況，當然閾值K必須高于未發生碰撞時的振動傳感器的輸出電位地被設定。
另外，峰值保持電路17的衰減率一般很小，取樣周期也很短，因此，實質上保持在取樣周期間的峰值電位P能夠維持固定值。因此，可以認為相當于碰撞時由振動傳感器13生成的輸出信號的峰值電位P的信息能夠輸出到控制裝置25。
在上述中，機床的控制裝置25僅僅根據保持在峰值保持電路17中的峰值電位P判斷有無碰撞發生，但還可以利用來自振動傳感器13的輸出信號判斷有無碰撞發生。例如，控制裝置25再從輸出部19獲取來自振動傳感器13的輸出信號求出該電壓的平均值，將該平均值與保持在峰值保持電路17中的峰值電位P的差與預先確定的閾值K比較，差高于閾值K時，能夠判斷為發生了碰撞。另外，從輸出部19獲取的振動傳感器13的輸出信號也可以用于監視主軸的狀態。
以上，參照圖示的實施方式說明了本發明的碰撞探測裝置11，但本發明的碰撞探測裝置11不限于圖示的實施方式。例如，上述的碰撞探測裝置11設有第1A/D轉換器21以及第2A/D轉換器23，但這些也可設置在機床的控制裝置(即，碰撞判斷機構)25上。另外，在上述實施方式中，機床的控制裝置25作為碰撞判斷機構使用，但碰撞探測裝置11也可除機床的控制裝置25之外具備碰撞判斷機構。
根據本發明，提供一種碰撞探測裝置，具備安裝在對象物上的振動傳感器；用于接收來自該振動傳感器的輸出信號的接收部；將利用接收部接收到的連續的輸出信號中的最大值作為峰值保持的峰值保持電路；以及用于輸出保持在峰值保持電路中的峰值的輸出部。
測定對象物在碰撞時的振動傳感器的輸出信號具有急劇的峰值。因此，進行A/D轉換(模擬—數字轉換)處理，若在固定取樣周期內將該輸出信號數字化，根據取樣的定時關系，A/D轉換后的信號波形的峰值有時會變小或消失。因此根據A/D轉換了的來自振動傳感器的輸出信號的信號正確判斷有無碰撞的發生是很困難的。與此相對，在本發明的碰撞探測裝置中，在峰值保持電路保持振動傳感器的輸出信號的峰值(一般是峰值電位)。因此，即使碰撞發生后，至少在一定期間內，能夠將碰撞時的振動傳感器的輸出信號的最大值作為峰值保持在峰值保持電路中，從而，能夠從峰值保持電路的輸出值中確實探測碰撞。
在這種碰撞探測裝置中，最好是輸出部輸出峰值的同時輸出利用接收部接收到的振動傳感器的輸出信號。如采用這種構成，通過將保持在峰值保持電路中的峰值與來自振動傳感器的輸出信號的正常值比較，可以判斷保持在峰值保持電路中的峰值是否異常。另外，也可利用振動傳感器的輸出信號來監視對象物的動作。
另外，最好是碰撞探測裝置還具備當從輸出部輸出的峰值超過預先確定的值時、判斷為發生了碰撞的碰撞判斷機構。碰撞物體時，從振動傳感器輸出的輸出信號的振動振幅急劇變大，因此，在碰撞判斷機構中若將平時的振動中未達到的數值作為閾值而預先設定，則在振動傳感器的輸出信號的最大值即從輸出部輸出的保持在峰值保持電路的峰值超過閾值時，能夠判斷為發生了碰撞。
還最好是這種碰撞判斷機構具有計時的功能，當峰值超過上述預先確定的值時，能夠與時刻一同存儲峰值。根據這種構成，能夠知道碰撞何時發生。
還有，就碰撞探測裝置而言，能夠做成例如將對象物作為機床的主軸、將碰撞判斷機構作為機床的控制裝置。
還有，就碰撞探測裝置而言可以如下構成，即，來自振動傳感器的輸出信號是模擬信號，峰值保持電路保持模擬信號的峰值，輸出部將接收的模擬信號轉換為數字信號并輸出。將模擬信號轉換為數字信號(A/D轉換)時，會發生因取樣周期模擬信號的部分信息的丟失，但若將模擬信號通過峰值保持電路保持峰值的話，則即使A/D轉換峰值保持電路的輸出，也可以確實輸出峰值的信息，可以確實探測碰撞。
權利要求
1.一種碰撞探測裝置(11)，其特征在于，具備安裝在對象物上的振動傳感器(13)；用于接收來自該振動傳感器(13)的輸出信號的接收部(15)；將上述接收部(15)接收的連續的上述輸出信號中的最大值作為峰值保持的峰值保持電路(17)；以及用于輸出保持在上述峰值保持電路(17)中的峰值的輸出部(19)。
2.根據權利要求1所述的碰撞探測裝置，其特征在于，上述輸出部(19)在輸出上述峰值的同時，輸出上述接收部(15)接收的上述振動傳感器(13)的輸出信號。
3.根據權利要求1所述的碰撞探測裝置，其特征在于，上述碰撞探測裝置(11)還具備當從上述輸出部(19)輸出的上述峰值超過預先確定的值時判斷為發生了碰撞的碰撞判斷機構(25)。
4.根據權利要求3所述的碰撞探測裝置，其特征在于，上述碰撞判斷機構(25)具有計時的功能，當上述峰值超過上述預先確定的值時，與時刻一同存儲上述峰值。
5.根據權利要求3或4所述的碰撞探測裝置，其特征在于，上述對象物是機床的主軸，上述碰撞判斷機構(25)是機床的控制裝置。
6.根據權利要求1所述的碰撞探測裝置，其特征在于，來自上述振動傳感器(13)的輸出信號是模擬信號，上述峰值保持電路(17)保持上述模擬信號的峰值，上述輸出部(19)將接收的模擬信號轉換為數字信號并輸出。
7.一種碰撞探測裝置，其特征在于，具備安裝在對象物上的振動傳感器(13)；用于接收來自該振動傳感器(13)的輸出信號的接收部(15)；將上述接收部(15)接收的連續的上述輸出信號中的最大值作為峰值保持的峰值保持機構(17)；用于將保持在上述峰值保持機構(17)中的峰值作為數字信號輸出的輸出部(19)；以及當從上述輸出部(19)輸出的數字化的上述峰值超過預先確定的值時判斷為發生了碰撞的碰撞判斷機構(25)。
全文摘要
本發明提供一種用于探測對象物、特別是機床的主軸與其他物體碰撞的碰撞探測裝置，具備安裝在對象物上的振動傳感器；用于接收來自該振動傳感器的輸出信號的接收部；將接收部接收到的連續的輸出信號中的最大值作為峰值保持的峰值保持電路；以及用于將保持在峰值保持電路中的峰值作為用于判斷對象物的碰撞的數據輸出的輸出部。
文檔編號B25J19/00GK1773227SQ20051011522
公開日2006年5月17日 申請日期2005年11月11日 優先權日2004年11月12日
發明者桝谷道, 岡秀樹 申請人:發那科株式會社