特許 6322076 工具折損、又はワークの検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6322076

(24)【登録日】2018年4月13日

(45)【発行日】2018年5月9日

(54)【発明の名称】工具折損、又はワークの検出装置

(51)【国際特許分類】

   B23Q 17/09 20060101AFI20180423BHJP

   B23Q 17/00 20060101ALI20180423BHJP

   H02P 8/38 20060101ALI20180423BHJP

【ＦＩ】

   B23Q17/09 C

   B23Q17/00 B

   H02P8/38

【請求項の数】7

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2014-152720(P2014-152720)

(22)【出願日】2014年7月28日

(65)【公開番号】特開2016-30306(P2016-30306A)

(43)【公開日】2016年3月7日

【審査請求日】2017年5月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】591051852

【氏名又は名称】株式会社エヌエステイー

(74)【代理人】

【識別番号】100078776

【弁理士】

【氏名又は名称】安形 雄三

(74)【代理人】

【識別番号】100121887

【弁理士】

【氏名又は名称】菅野 好章

(72)【発明者】

【氏名】武田 良平

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 窓

【審査官】 久保田 信也

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６３−２６４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実公昭４７−６２８（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】 実開昭６３−２９３８５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００９−９３０３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−１５４３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−８４７９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−６４４８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１６７１２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｑ １７／０９

Ｂ２３Ｑ １７／００

Ｈ０２Ｐ ８／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークを加工する工具の折損、又はワークを検出対象として、前記検出対象の有無を接触方式にて検出するためのセンシングヘッドと、前記センシングヘッドの動作制御を行うと共に前記検出対象の有無を示す検出結果を外部装置へ出力する機能を有するコントロールユニットと、を備えた工具折損、又はワークの検出装置であって、
前記センシングヘッドは、
扇形状の検出範囲を含む原点位置から終点位置までの所定角度範囲で回動自在な接触式の検出子と、その検出子を回動駆動させるアクチュエータとしてのステッピングモータと、前記検出子の現在位置を検出するセンサとしての磁気式エンコーダと、原点位置を検出するフォトセンサと、を備え、
前記コントロールユニットは、
前記検出子を前記ステッピングモータのフィードバック制御により回動制御すると共に前記外部装置との間の通信制御を行う制御部を備え、
前記制御部は、
前記ステッピングモータの脱調が発生していない状態で前記検出子が前記終点位置に到達するまでの期間を前記検出子の基準駆動期間として前記検出子を所定の加減速パターンで回動制御する制御手段と、
前記基準駆動期間内に前記検出子と前記工具又は前記ワークとが当接したか否かを前記磁気式エンコーダの出力に基づいて検出することにより前記検出対象の有無を判定する判定手段と、
前記判定手段により前記検出子と前記工具又は前記ワークとの当接が検出されておらず且つ前記検出子が前記基準駆動期間内に前記検出範囲の上限に到達していないと判定された場合、前記基準駆動期間の経過時点で前記ステッピングモータへの励磁パルスの出力を停止せずに、前記検出子が前記検出範囲の上限に到達するまで励磁パルスを出し続け、前記判定手段による判定処理を継続させる制御を行う脱調許容制御手段と、を有することを特徴とする工具折損、又はワークの検出装置。

【請求項2】

前記脱調許容制御手段が前記基準駆動期間の経過後に出し続ける励磁パルスは、前記検出子の可変速域のうちの最低速度で前記検出子を回動させる脱調許容制御用の励磁パルスであり、前記脱調許容制御手段は、その励磁パルスを前記検出子と前記工具又は前記ワークとの当接が検出されるまで又は前記検出子が前記検出範囲の上限に到達するまで前記ステッピングモータに出し続けることを特徴とする請求項１に記載の工具折損、又はワークの検出装置。

【請求項3】

前記ステッピングモータの脱調発生時における該モータの駆動の継続期間を規定した脱調許容制御用タイマーを設け、前記制御手段は、前記検出子と前記工具又は前記ワークとが当接されずに前記脱調許容制御用タイマーがタイムアウトとなった場合は、前記検出子が回転しない程の著しい脱調が発生していると判断して前記励磁パルスの出力を停止すると共に異常発生を示すアラーム情報を前記外部装置に出力することを特徴とする請求項１又は２に記載の工具折損、又はワークの検出装置。

【請求項4】

前記所定の加減速パターンでの回動制御の前に、前記検出子の可変速域のうちの最低速度で前記検出子を一定時間回動させる制御を行うことによって前記ステッピングモータの脱調を防止する脱調防止制御手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の工具折損、又はワークの検出装置。

【請求項5】

前記脱調防止制御手段は、前記検出子の位置を前記原点位置に復帰させる際には、前記検出子の可変速域のうちの最低速度で前記検出子を回動させる制御を行うことを特徴とする請求項４に記載の工具折損、又はワークの検出装置。

【請求項6】

前記脱調防止制御手段は、前記検出子による検出動作を待機状態にした後及び前記検出対象の有無の判定後の一定期間は、前記ステッピングモータを動作させない制御を行うことを特徴とする請求項４又は５に記載の工具折損、又はワークの検出装置。

【請求項7】

前記コントロールユニットは、その操作部又は前記外部装置からの設定情報として、前記原点位置から終点位置までの角度範囲及び前記検出子の回転速度の変更情報、又はいずれか一方の変更情報を入力し、入力した変更情報に基づいて前記検出子の回動制御に関連する制御情報を調整する制御情報調整手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の工具折損、又はワークの検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ワークを加工するドリルなどの工具の折損、又はワークを検出対象として、その検出対象の有無を接触方式にて検出し、その検出結果を外部へ出力する装置に関し、特に、検出子（接触プローブ）を駆動するアクチュエータとしてステッピングモータを利用した工具折損、又はワークの検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

工具の折損有無やワークの有無を検出する方式には、接触方式にて検出する方式の他に、光学、超音波、振動などを利用した非接触式にて検出する方式があるが、ここでは、ドリルなど工具の折損有無を接触方式にて検出する方式を対象として従来技術を概説する。

【0003】

接触式にて工具の折損有無を検出する方式を大別すると、スイッチ検出タイプと電流検出タイプと光学式エンコーダ検出タイプとに分けることができる（スイッチ検出タイプについては例えば特許文献１参照）。

【0004】

スイッチ検出タイプの場合は、例えば回転軸に取り付けられた検出子（以下「ニードル」とする）の原点位置と終点位置にセンサ（機械式接点または電子式接点を有するセンサ）を設け、ニードルの回転開始後、ニードルが終点位置に到達するか否かを検出し、工具の折損有無を調べるようにしている。

【0005】

電流検出タイプの場合は、例えばニードルが工具に衝突した時のモータ巻線電流の増加を分析して、工具の折損有無を調べるようにしている。

【0006】

そして、光学式エンコーダ検出タイプの場合は、エンコーダが工具に衝突した時のエンコーダパルスの消失をモニタして、工具の折損有無を調べるようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００５−３２９５２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

接触式にて工具の折損有無（若しくはワークの有無）を検出する装置には、上述したような方式が従来から採用されているが、従来の装置には次に示すような課題がある。
（課題１）
ニードルを回転駆動するアクチュエータは、一般にＤＣモータが使用されているが、ＤＣモータはブラシの摩耗による短寿命が問題となる。

【0009】

ブラシのないモータの使用も考えられるが、例えばＡＣサーボモータ、ＤＣブラシレスモータ、ステッピングモータを使用した場合には下記のような課題がある。

【0010】

ＡＣサーボモータ、ＤＣブラシレスモータは高価および制御が複雑になる。

【0011】

ステッピングモータは安価だが脱調というステッピングモータ特有の現象があり、誤動作を起こす恐れがある。
（課題２）
トルクと回転数を最適化するためのギアが、工具接触時の衝撃で摩耗することにより短寿命が問題となる。
（課題３）
スイッチ検出タイプと電流検出タイプは検出角度に応じたセンサ（例えば特許文献1の角度検知光センサ５９〜６１を参照）が必要となり、管理コストが高くなる。
（課題４）
スイッチ検出タイプにおける機械式接点のセンサは寿命が問題となる。
（課題５）
光学式エンコーダ検出タイプは、エンコーダ接続部のカップリングが緩み、軸がずれることによる誤動作が問題となる。

【0012】

本発明は、上述のような課題に鑑みて成されたものであり、本発明の目的は、機械的消耗部を従来よりも低減して耐久性の向上及び低コスト化を図ると共に、ステッピングモータを使用した場合の脱調に関する課題を解決することが可能な工具折損、又はワークの検出装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明は、工具折損、又はワークの検出装置に関するものであり、本発明の上記目的は、ワークを加工する工具の折損、又はワークを検出対象として、前記検出対象の有無を接触方式にて検出するためのセンシングヘッドと、前記センシングヘッドの動作制御を行うと共に前記検出対象の有無を示す検出結果を外部装置へ出力する機能を有するコントロールユニットと、を備えた工具折損、又はワークの検出装置であって、
前記センシングヘッドは、
扇形状の検出範囲を含む原点位置から終点位置までの所定角度範囲で回動自在な接触式の検出子と、その検出子を回動駆動させるアクチュエータとしてのステッピングモータと、前記検出子の現在位置を検出するセンサとしての磁気式エンコーダと、原点位置を検出するフォトセンサと、を備え、
前記コントロールユニットは、
前記検出子を前記ステッピングモータのフィードバック制御により回動制御すると共に前記外部装置との間の通信制御を行う制御部を備え、
前記制御部は、
前記ステッピングモータの脱調が発生していない状態で前記検出子が前記終点位置に到達するまでの期間を前記検出子の基準駆動期間として前記検出子を所定の加減速パターンで回動制御する制御手段と、前記基準駆動期間内に前記検出子と前記工具又は前記ワークとが当接したか否かを前記磁気式エンコーダの出力に基づいて検出することにより前記検出対象の有無を判定する判定手段と、前記判定手段により前記検出子と前記工具又は前記ワークとの当接が検出されておらず且つ前記検出子が前記基準駆動期間内に前記検出範囲の上限に到達していないと判定された場合、前記基準駆動期間の経過時点で前記ステッピングモータへの励磁パルスの出力を停止せずに、前記検出子が前記検出範囲の上限に到達するまで励磁パルスを出し続け、前記判定手段による判定処理を継続させる制御を行う脱調許容制御手段と、を有する
ことによって達成される。

【0014】

さらに、本発明の上記目的は、
前記脱調許容制御手段が前記基準駆動期間の経過後に出し続ける励磁パルスは、前記検出子の可変速域のうちの最低速度で前記検出子を回動させる脱調許容制御用の励磁パルスであり、前記脱調許容制御手段は、その励磁パルスを前記検出子と前記工具又は前記ワークとの当接が検出されるまで又は前記検出子が前記検出範囲の上限に到達するまで前記ステッピングモータに出し続けること、
前記ステッピングモータの脱調発生時における該モータの駆動の継続期間を規定した脱調許容制御用タイマーを設け、前記制御手段は、前記検出子と前記工具又は前記ワークとが当接されずに前記脱調許容制御用タイマーがタイムアウトとなった場合は、前記検出子が回転しない程の著しい脱調が発生していると判断して前記励磁パルスの出力を停止すると共に異常発生を示すアラーム情報を前記外部装置に出力すること、
前記所定の加減速パターンでの回動制御の前に、前記検出子の可変速域のうちの最低速度で前記検出子を一定時間回動させる制御を行うことによって前記ステッピングモータの脱調を防止する脱調防止制御手段を更に有すること、
前記脱調防止制御手段は、前記検出子の位置を前記原点位置に復帰させる際には、前記検出子の可変速域のうちの最低速度で前記検出子を回動させる制御を行うこと、
前記脱調防止制御手段は、前記検出子による検出動作を待機状態にした後及び前記検出対象の有無の判定後の一定期間は、前記ステッピングモータを動作させない制御を行うこと、
前記コントロールユニットは、その操作部又は前記外部装置からの設定情報として、前記原点位置から終点位置までの角度範囲及び前記検出子の回転速度の変更情報、又はいずれか一方の変更情報を入力し、入力した変更情報に基づいて前記検出子の回動制御に関連する制御情報を調整する制御情報調整手段を更に有すること、
によってそれぞれ一層効果的に達成される。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、機械的消耗部を従来よりも低減して耐久性の向上及び低コスト化を図ると共に、ステッピングモータを利用した場合の脱調に関する課題を解決することが可能となる。詳しくは、本発明によれば、次のような効果を奏することができる。

【0016】

１．ステッピングモータの利用による効果（１）
本発明では、検出子を回動駆動させるアクチュエータにステッピングモータを利用しているので、耐久性の向上を図ることができる。すなわち、ステッピングモータはＤＣモータと異なりブラシがないため摩耗の問題がなく長寿命化を実現することができる。また、ＡＣサーボモータやＤＣブラシレスモータと比較して、ステッピングモータは安価なので、低コスト化を図ることができる。

【0017】

２．ステッピングモータの脱調許容制御による効果
本発明では、基準駆動期間内に検出範囲の上限に検出子が到達していない状態、すなわち、ステッピングモータにおいて脱調が発生している状態においても、励磁パルスの出力を停止せずに、検出子が検出範囲の上限に到達するまで励磁パルスを出し続けて継続するようにしているので、多少の脱調が発生している状態においても検出対象の有無を検出することができる。そのため、脱調時の誤動作を防止すると共に、脱調に対する検出装置の耐久性を向上させることが可能となる。

【0018】

そして、脱調許容制御用タイマーを設けて制御する形態では、検出子と工具又はワークとの衝突と見なす程の著しい脱調以外は許容する制御を行い、著しい脱調が生じている場合にのみ検出動作を停止しるようにしているので、ニードル１１が回転しない程の脱調状態以外は、検出対象の有無を検出することが可能となる。

【0019】

また、脱調の許容制御において、検出子の可変速域のうちの最低速度で検出子を回動制御する構成とすることで、脱調の発生を抑止することができ、脱調に対する耐久性を一層向上させることができる。

【0020】

３．ステッピングモータの利用による効果（２）
本発明では、適当な回転数、トルクのステッピングモータの採用によってギアが不要な構造になり、ギアの摩耗による破損が生じない。そのため、トルクと回転数を最適化するためのギアが必要となる従来の装置と比較して、機械的消耗部を従来よりも低減して装置の耐久性を向上させることが可能となる。

【0021】

４．磁気式エンコーダの利用による効果（１）
本発明では、検出子の現在位置を検出するセンサに磁気式エンコーダを利用しているので、耐久性の向上を図ることができると共に、従来の装置のカップリング部の軸ずれによる誤動作を防止することができる。すなわち、磁気式エンコーダはモータ回転軸に対して、カップリングなどの機械的接続部が不要のため、カップリング部の軸ずれが起こらない。

【0022】

５．磁気式エンコーダの利用による効果（２）
本発明では、エンコーダによる位置検出のため、１種類のセンサで全ての検出角度に対応することができる。そのため、検出角度に応じた複数の光センサを備えた従来の装置と比較して、管理コストを低減させることができる。

【0023】

６．フォトセンサの使用による効果
本発明では、原点位置の検出はフォトセンサを用いて電子的接点により検出するようにしているので、機械式接点により検出する従来の装置と比較して、耐久性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明に係る工具折損、又はワークの検出装置を含む全体構成の一例を示す模式図である。

【図2】本発明に係るセンシングヘッドの内部構造の一例を示す模式図である。

【図3】本発明に係るニードルの振り角度と工具の検出範囲との関係を説明するための模式図である。

【図4】本発明に係る脱調許容制御を説明するための模式図である。

【図5】本発明に係る工具折損、又はワークの検出装置の動作概要を説明するためのフローチャートである。

【図6】本発明に係る工具折損、又はワークの検出装置の主要な動作を説明するための第１フローチャートである。

【図7】本発明に係る工具折損、又はワークの検出装置の主要な動作を説明するための第２フローチャートである。

【図8】本発明に係る工具折損、又はワークの検出装置の主要な動作を説明するための第３フローチャートである。

【図9】本発明に係る工具折損、又はワークの検出装置の主要な動作を説明するための第４フローチャートである。

【図10】本発明に係る工具折損、又はワークの検出装置の主要な動作を説明するための第５フローチャートである。

【図11】本発明に係る工具折損、又はワークの検出装置の主要な動作を説明するための第６フローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、図面を参照にしながら本発明の好適な実施形態について説明する。

【0026】

図１は、本発明に係る工具折損、又はワークの検出装置（以下「検出装置」と略称する）を含む全体構成の一例を示す模式図である。

【0027】

本発明に係る検出装置は、ワークを加工する工具の折損、又はワークを検出対象として、その検出対象の有無を接触方式にて検査し、その検査結果を外部へ出力する機能を有する装置である。

【0028】

なお、検出対象である“工具の折損”又は“ワーク”の検出方式は同様であるため、以下の説明では、説明の便宜上、工具の折損を検出対象とした場合を例として説明する。そして、ワークを検出対象とした場合については説明を省略する。

【0029】

図１において、検出装置は、工具１（ドリルの刃先など）の折損有無を検出するための接触式の検出子１１を有するセンシングヘッド１０と、検出子１１の動作制御を行うコントロールユニット２０と、を備えて構成される。

【0030】

センシングヘッド１０は、上記検出子１１を回動駆動させるためのアクチュエータ１２と、検出子１１の移動位置（現在位置）を検出する位置検出センサとしての磁気式センサ１３（ＭＥ）と、検出子１１の原点位置を検出するための電子式センサ１４（ＰＳ：フォトセンサ）と、コントロールユニット２０との間で情報の送受信を行うための入出力部１５と、を備えている。

【0031】

本実施の形態では、検出子１１は、回転軸１２ａの周りに回動する検出子であり、図１中に示すような棒状のニードル１１又は板状のプレートで構成される。そして、アクチュエータ１２にはステッピングモータを利用し、位置検出センサ１３には磁気式エンコーダを利用している。

【0032】

以下、上記センシングヘッド１０の構成要素は、検出子１１を「ニードル１１」、アクチュエータ１２を「ステッピングモータ１２」又は略して「モータ１２」、位置検出センサ１３を「磁気式エンコーダ１３」又は略して「エンコーダ１３」とし、ニードル１１の原点位置検出用の電子式センサ１４については「原点センサ１４」と称して説明する。

【0033】

図２（Ａ）〜（Ｃ）は、センシングヘッド１０の内部構造の一例を示す模式図であり、図２（Ａ）は磁気式エンコーダ１３の配置を示した図、図２（Ｂ）はステッピングモータ１２と原点センサ１４の配置を示した図、図２（Ｃ）は図２（Ｂ）を矢印Ｘ方向から見た図である。

【0034】

磁気式エンコーダ１３は、ステッピングモータ１２の回転子軸に固設された磁性体の回転に伴う磁場の方向の変化に基づいて、ニードル１１の原点位置からの現在の回転角度である現在位置を検出するためのエンコーダである。また、原点センサ１４は、本例ではステッピングモータ１２の回転子軸（又は連結軸）に固設された原点位置検出用部材が、ニードル１１の原点位置に位置した時に検出信号を出力する電子的センサである。なお、本実施の形態では、スイッチング素子のオンオフ制御により、ニードル１１が原点位置に位置するときに原点位置出力をオンにして上記検出信号を出力する形態としている。

【0035】

上記ニードル１１は、センシングヘッド本体１０Ａから突出する回転軸１２ａの先端部に、図１に示すような取付具１１ａを介して着脱自在に取り付けられている。そして、センシングヘッド本体１０Ａは、検査対象の工具（折損の無い正常な工具１）とニードル１１とが検出範囲内にて当接する位置に設置される。

【0036】

なお、センシングヘッド本体１０Ａの外径寸法は、例えばφ３０×１３０ｍｍ程度であり、ニードル１１の外径寸法は、例えば標準タイプのものが径１．２ｍｍ程度、長さ１５０ｍｍ程度である。

【0037】

次に、コントロールユニット２０の構成について図１を参照しながら説明する。

【0038】

コントロールユニット２０は、接続コネクタや通信ケーブル等の情報伝送手段１５ａを介してセンシングヘッド１０と通信可能に接続される。

【0039】

本実施の形態では、コントロールユニット２０は、検出子１１をステッピングモータ１２のフィードバック制御により回動制御すると共に、外部装置（ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）やＰＣ等の外部の制御装置）３０との通信制御を行う制御部２１と、センシングヘッド１０との間で情報の送受信を行うための入出力部２２と、制御情報や検査結果を記憶する記憶部２３と、工具の折損有無の判定結果やアラーム状態を視認可能に表示する表示部２４と、ニードル１１の振り角度（原点位置から終点位置までの回転角度の範囲：「角度範囲」とも呼ぶ）や回転速度の設定を行うための操作部２５を備えている。

【0040】

制御部２１は、例えば制御回路や励磁パルス生成回路等から構成され、励磁パルス（以下「指令パルス」と称する）によるステッピングモータ１２の駆動制御によって、ニードル１１を所定角度範囲及び所定回転速度で回動制御する形態としている。なお、制御部２１が有する主要な機能については後述する。

【0041】

表示部２４と操作部２５は、検出装置の導入時の初期設定や異常発生時に使用される構成要素である。

【0042】

表示部２４は、例えばモニタ用ＬＥＤ（Light Emitting Diode）から構成され、操作部２５は、例えば、ニードル１１の振り角度を段階的に設定可能な角度設定用ロータリスイッチと、ニードル１１の回転速度（例えば基準速度に対するパーセンテージ）を段階的に設定可能な速度設定用ロータリスイッチと、ニードル１１の動作を確認するためのスイングボタンと、を備えて構成される。本実施の形態では、ニードル１１の角度範囲（振り角度）は、回転軸１２ａに対して例えば水平０°から鉛直上方に向けて４５〜１８０°の範囲において複数段階（例えば１０段階）で設定可能としている。また、ニードル１１の回転速度は、予め設定された基準速度の５０〜１４０％の範囲において複数段階（例えば１０段階）で設定可能としている。

【0043】

ニードル１１の角度範囲を調整可能とする主な理由は、各種工作機械や工具交換装置等に使用される検査対象の工具は、工具の位置や検査場所が様々で、工具の検出範囲の自由度を高める必要があるからであり、本例では、ニードル１１の角度範囲を手動操作によって調整可能としている。

【0044】

また、ニードル１１の回転速度を変更可能とする主な理由は、例えば、細径の工具の場合に回転速度が速いと工具が破損する恐れがあるからであり、本例では、工具に応じた回転速度（最高速度等）を手動操作によって調整可能としている。

【0045】

ここで、センシングヘッド１０とコントロールユニット２０の取り付け方法の例について説明する。

【0046】

センシングヘッド１０は、例えば、取付け部に形成された貫通孔に円筒状の本体１０Ａを通し、貫通孔の両側から取付ナット（図２中のナット１０ａを参照）にて締めつけることによって固設される。

【0047】

コントロールユニット２０は、ＤＩＮレールと嵌合する嵌合溝がコントロールユニット２０の所定位置に形成されており、例えば、取付け部に固定されたＤＩＮレールに上記嵌合溝をはめ込むことによって固設される。

【0048】

次に、制御部２１の機能構成について説明する。

【0049】

図１中の一点鎖線枠内は制御部２１の機能構成をブロック図で示しており、同図を参照して、制御部２１が有する各機能（手段）について説明する。

【0050】

図１に示すように、制御部２１は、主要な手段として、ニードル動作制御手段２１ａ、脱調許容制御用タイマー２１ｂ、検出対象有無判定手段２１ｃ、脱調防止制御手段２１ｄ、脱調許容制御手段２１ｅ、制御情報調整手段２１ｆ、及び外部通信手段２１ｇを備えている。これらの手段は、説明の便宜上、手段名を付けて機能で分類したものであり、ハードウェア構成若しくはソフトウェア構成を限定するものではない。

【0051】

以下、それらの上記の各手段２１ａ〜２１ｇ手段について順次説明する。

【0052】

（１）ニードル動作制御手段２１ａ
ニードル動作制御手段２１ａは、ステッピングモータ１２のフィードバック制御によりニードル１１を回動制御する手段であり、本実施の形態では、指令パルス（励磁パルス）によるステッピングモータ１２の駆動制御によって、ニードル１１を所定角度範囲及び所定回転速度で回動制御するようにしている。

【0053】

ニードル１１の角度範囲（振り角度）と回転速度は、本実施の形態では前述のように手動操作によって調整可能としている。

【0054】

ここで、ニードル１１の振り角度と工具の検出範囲との関係について、図３（Ａ）及び（Ｂ）の模式図を用いて説明する。

【0055】

図３（Ａ）は振り角度の設定が６０〜１８０°の場合の検出範囲を示し、図３（Ｂ）は、振り角度の設定が４５°の場合の検出範囲を示している。

【0056】

本実施形態に係るニードル１１は、扇形状の検出範囲を含む原点位置から終点位置までの所定角度範囲で回動自在な接触式の検出子であり、その所定角度範囲（振り角度）を設定変更可能としている。そして、その振り角度の設定に応じて検出範囲が決定されるようになっている。

【0057】

例えば、振り角度の設定が６０〜１８０°の時は、図３（Ａ）に示すように、工具の検出範囲θ（θ１）は、原点位置（原点センサの位置）から１５°、終点位置から２０°を除く範囲としている。

【0058】

また、振り角度の設定が４５°の時は、図３（Ｂ）に示すように、工具の検出範囲θ（θ２）は、原点位置（原点センサの位置）から１５°、終点位置から７．５°を除く範囲としている。

【0059】

そして、ニードル動作制御手段２１ａでは、ニードル１１が検出範囲θの上限Ｐｅに到達するまで、ニードル１１を所定回転速度で回動制御するようにしている。なお、その所定回転速度は、脱調防止制御手段２１ｄ又は脱調許容制御手段２１ｅによって可変制御される速度であり、その速度の可変制御については後述する。

【0060】

（２）脱調許容制御用タイマー２１ｂ
脱調許容制御用タイマー２１ｂは、脱調発生時におけるモータ１２の駆動の継続期間を規定したタイマーであり、脱調防止用の所定速度（本実施の形態ではニードル１１の可変速域のうちの最低速度）で回動制御されるニードル１２が、その速度で所定位置に到達するまでの時間がタイマー２１ｂとして設定される。なお、ここで言う「所定位置」とは、検出動作時は検出範囲θの上限Ｐｅを意味し、原点復帰動作時は原点位置を意味している。また、上記タイマー２１ｂは、前述のように、ステッピングモータ１２の著しい脱調（ニードル１１が回転しない程の脱調状態）を検出するためのタイマーとしても使用される。

【0061】

（３）検出対象有無判定手段２１ｃ
検出対象有無判定手段（以下「判定手段」と呼ぶ）２１ｃは、磁気式エンコーダ１３の出力に基づいて工具の折損（又はワーク）の有無を判定する手段であり、ニードル１１が検出範囲θの上限Ｐｅ（図３（Ａ）及び（Ｂ）参照）を超えて停止するか、またはニードル１１が工具１に衝突して停止した場合に、工具の折損有無の判定処理を行う。

【0062】

判定手段２１ｃでは、エンコーダ１３の出力に基づいてニードル１１の停止位置を検出し、その停止位置の情報と検出範囲θの情報に基づいてニードル停止位置が工具の検出範囲内か否を判定し、検出範囲内の場合には工具折損「有」、検出範囲外の場合には工具折損「無」と判定し、その有無を示し判定結果を外部（本例では外部装置３０及び表示部２４）に出力する。

【0063】

なお、図３に示したように、コントロールユニット２０は、原点位置から検出範囲に入るまでの間に工具を検出した場合には、ＮＧ出力とＡＬＭ出力をオンにし、それらの情報をコントロールユニット２０から外部へ出力する。また、検出範囲を通過した位置で工具を検出した場合には、ＮＧ出力をオンにし、その情報をコントロールユニット２０から外部へ出力するようにしている。

【0064】

（４）脱調防止制御手段２１ｄ
脱調防止制御手段２１ｄは、ステッピングモータ１２の脱調をなるべく発生させないようにニードル１１の動作速度を制御する手段である。

【0065】

一般に、ステッピングモータ１２の脱調を防止するために、台形駆動（加速・定速・減速の台形状の加減速パターン）若しくは三角駆動（加速・減速の三角形状の加減速パターン）の制御が行われている。

【0066】

本実施の形態では、脱調防止制御手段２１ｄは、上記加減速パターンでの制御に加えて以下の脱調防止制御を行うことで、ステッピングモータの脱調を一層防止するようにしている。

【0067】

（ａ）検出動作時における脱調防止制御
検出動作の際に、ステッピングモータ１２の台形駆動制御（台形状又は三角形状の駆動制御）の前に、ニードル１１の可変速域のうちの最低速度でニードル１１を一定時間（最低速度期間）動作させる制御。なお、最低速度期間は、本実施の形態では、脱調がない場合にニードルが終点位置に到達するまでの時間（振り角度と回転速度から理論的に得られる時間）から、上記台形状又は三角形状の駆動期間を差し引いた時間としている。

【0068】

（ｂ）原点復帰動作時における脱調防止制御
ニードル１１の位置を原点位置に復帰させる際に、その原点位置の方向へニードル１１を上記最低速度で動作させる制御。

【0069】

（５）脱調許容制御手段２１ｅ
脱調許容制御手段２１ｅは、多少の脱調が発生している場合にも、工具の折損有無の検出を可能とするための手段であり、本実施の形態では、ステッピングモータ１２の脱調が発生している状態でも工具折損装置として問題ないのであれば、脱調させながらもニードルを動作させるようにしている。

【0070】

脱調許容制御手段２１ｅでは、ステッピングモータ１２の多少の脱調を許容するフィードバック制御を行うようにしている。

【0071】

なお、本発明で言う「多少の脱調」とは、ステッピングモータ１２を駆動してもニードル１１が回転しない程（ニードル１１の工具１との衝突と見なす程）の著しい脱調以外の脱調のことを意味している。

【0072】

ここで、脱調が発生していない場合の検出動作と、脱調が発生している場合の検出動作について、図４の模式図を参照しながら説明する。

【0073】

図４は、縦軸がニードル１１の移動速度（本例では回転速度（Ｖ））、横軸が検出動作開始時点からの経過時間（ｔ）を示している。そして、実線は、脱調が発生していないときのニードル１１の動作、破線は、脱調が発生しているときのニードル１１の動作を示している。また、図４中の「振り角度終点」は、脱調なしの場合に振り角度の終点位置にニードル１１が到達する時点（＝台形駆動制御が完了した時点）を示している。

【0074】

本実施の形態では、ニードル動作制御手段２１ａでは、ステッピングモータの脱調が発生していない状態でニードル１１が終点位置（振り角度終点）に到達するまでの期間をニードル１１の基準駆動期間として、その期間の間、励磁パルスをステッピングモータ１２に出力し、前記工具の種類に応じて設定された速度制御パターンで、ニードル１１を回動制御する形態としている。その際、本実施の形態では、上記速度制御パターンは、図４中の実線に示すように、所定の加減速パターンの前に一定時間、ニードル１１を最低速度で動作させる速度制御パターンとしている。

【0075】

そして、ステッピングモータ１２の脱調が発生し、工具の検出範囲上限Ｐｅに到達する前に台形駆動の制御が完了してしまった場合、換言すると、ニードル１１の振り角度に対応するモータ１２の駆動期間（脱調なし時の「基準駆動期間」）が終了した時点で、判定手段２１ｃによりニードル１１と工具１との当接が検出されておらず（折損が無いと判定されておらず）且つニードル１１が工具検出範囲の上限に到達していないと判定された場合、脱調許容制御手段２１ｅは、ステッピングモータ１２への励磁パルスの出力を停止せずに、ニードル１１が検出範囲上限Ｐｅ’の位置に到達するまでの期間を継続期間として、台形駆動における減速終了時の速度（工具１の種類に対応して設定されたニードル１１の可変速域のうちの最低速度）で指令パルスを出し続け、検出範囲上限Ｐｅ’内での検出処理を行うようにしている。

【0076】

なお、上記基準駆動期間は、モータ１２の脱調が発生していない場合に、所定角度範囲の最大角度の位置である終点位置にニードル１１が到達するまでの期間（理論上の期間）である。

【0077】

また、ニードル１１が回転しない程の著しい脱調時のために前述の脱調許容制御用タイマー２１ｂを設け、そのタイマー２１ｂがタイムアウトとなった場合は検出動作を停止し、アラーム状態に移行するようにしている。

【0078】

なお、上記の脱調許容制御に係る処理など、本発明に係る主要な動作ついては、フローチャートを用いて後述する。

【0079】

（６）制御情報調整手段２１ｆ
制御情報調整手段２１ｆは、操作部２５からのニードル１１の振り角度（角度範囲）及び回転速度の変更情報（又はいずれか一方の変更情報）を入力し、その変更情報に基づいてニードル１１の回動制御に関連する制御情報（ニードルの最高速度、最低速度、加速時間、減速時間、ニードルの振り角度、工具の検出範囲、脱調許容制御用タイマーの値等の標準設定情報）を調整する手段である。

【0080】

なお、上記の変更情報は、操作部２５から前述のロータリスイッチ等によって設定する場合を例としているが、外部装置３０から設定情報（変更情報）を入力する形態としても良い。また、制御情報は、工具１の種類やニードル１１の種類毎に記憶し、当該種類に対応する制御情報を調整可能とする形態としても良い。

【0081】

（７）外部通信手段２１ｇ
外部通信手段２１ｇは、各種工作機械や工具交換装置の制御装置などの外部装置３０との間で情報の送受信を行うための通信手段である。

【0082】

外部装置３０からの指令（検出動作の開始指令、ニードルの回転方向を指示するための指令、アラーム解除指令など）の入力や、コントールユニット２０からの判定結果の出力は、外部通信手段２１ｇによる通信制御によって行われる。

【0083】

本実施の形態では、外部通信手段２１ｇを介して、外部装置３０がコントールユニット２０に対して簡単な指令を与えるだけで、工具の折損有無の判定結果を得ることができるようにしている。

【0084】

上述のような構成において、本発明に係る検出装置の各動作の概要と、各動作における処理の詳細と脱調防止及び脱調許容制御について説明する。以下、既に説明した処理については省略若しくは簡略化して説明する。

【0085】

先ず、検出装置の各動作の概要について、図５のフローチャートを参照して説明する。ここでは、装置の基本動作について概要を説明し、図５中の各ステップ（Ｓ1〜Ｓ６）の処理の詳細については後述する。

【0086】

検出装置の電源投入後、後退指令が入力されると（ステップＳ１）、コントロールユニットの制御部２１は、ニードル１１の原点復帰処理（Ａ）を実行する。この原点復帰処理（Ａ）は、ステッピングモータ１２の駆動制御によってニードル１１を回転させ、原点の位置まで移動させる動作（原点復帰動作）を実行させる処理であり、電源オン直後の他に、待機状態においてニードル１１が原点位置から外れた時やアラームの解除操作後にも実行される（ステップＳ２）。

【0087】

上記ステップＳ２におけるニードル１１の原点復帰動作が完了すると、脱調防止のために一定期間空けてから、制御部２１は、工具折損検出動作の開始指令待ちの状態とする（ステップＳ３）。そして、その状態において外部装置３０（又は操作部２５）からの検出動作の開始指令を入力すると、コントロールユニット２０の制御部２１は、ニードル１１が振り角度の終点に達するまでの期間を指令パルスの出力期間（Ｔ）として、その出力期間（Ｔ）の間、指令パルスをステッピングモータ１２に出力してニードル１１を回転させる（ステップＳ４）。

【0088】

そして、制御部２１は、指令パルスの出力を停止した後、又は、指令パルスの出力中にニードル１１が工具１に衝突したと判定した場合、ニードル１１の停止位置（原点位置からの移動位置）を磁気式エンコーダ１３の出力に基づいて検出し、検出した停止位置が検出範囲内か否かを判定することによって工具１の折損の有無を判定し、その判定結果を、外部通信手段２１ｇを介して外部装置３０に出力すると共に表示部２４に表示する（ステップＳ５）。

【0089】

続いて、制御部２１は、ニードル１１の原点復帰処理（Ｂ）を実行する（ステップＳ６）。このステップＳ６における原点復帰処理（Ｂ）は、検出動作後にニードル１１を原点の位置まで移動させる動作を実行させる処理であり、ステップＳ２における原点復帰処理（Ａ）と比較して、後述の脱調防止制御に関する速度制御とオーバーランに関する制御が相違する。

【0090】

上記ステップＳ６におけるニードル１１の原点復帰動作が完了すると、制御部２１は、ステップＳ３に移行して、次の工具に対する検出動作の開始待ちの状態とする。

【0091】

次に、図５中のステップＳ２〜Ｓ６の処理の詳細と脱調防止及び脱調許容制御について説明する。ここでは、本発明に係る検出装置の特徴的な動作制御を主に説明する。

【0092】

《１》原点復帰処理（Ａ） （ステップＳ２）
原点復帰処理（Ａ）は、前述のように、ニードル１１を原点の位置まで移動させる動作（原点復帰動作）を実行させる処理であり、この原点復帰動作は、先ず電源オンの直後に後退指令が入力されると実行される。また、待機状態においてニードル１１が原点位置から外れた場合、またはアラーム解除後の原点復帰も、この原点復帰動作が実行される。

【0093】

図６は、コントロールユニット２０において実行される処理を説明するためのフローチャートであり、同図の流れに沿って原点復帰処理（Ａ）を説明する。

【0094】

電源オン直後は、モータ１２に励磁はしておらず、ニードル１１の位置はフリーの状態である。

【0095】

コントロールユニット２０は、後退指令入力がオンになると（ステップＳ２−１）、脱調許容制御用タイマー２１ｂ（Ｔ１）を作動すると共に（ステップＳ２−２）、ニードル１１の原点復帰動作を開始させる。

【0096】

その際、コントロールユニット２０（制御部２１の脱調防止制御手段２１ｄ）では、脱調に起因する要素を減らすために、脱調防止用の所定の速度でニードル１１を原点の位置まで移動させる（ステップＳ２−３）。

【0097】

上記脱調防止用の速度は、ニードル１１の可変速域のうちの最低速度である。その最低速度は、ステッピングモータ１２の現状の負荷における、自起動周波数（脱調せずに起動させることのできる指令パルスの周波数）以下の指令パルスによる速度を最低速度としている。換言すると、ニードル１１の回転が停止しない程度の速度を最低速度として、コントロールユニットでは、その最低速度に対応するステッピングモータ１１の回転子の速度に応じた指令パルスを生成して、ステッピングモータ１１の駆動制御を行うようにしている。

【0098】

そして、上記ステップＳ２−２においては、ステッピングモータ１２の脱調の検出処理、詳しくは、指令パルスとエンコーダ１３からのフィードバックパルスとを比較して、その差が大きい場合に脱調とみなしモータ１２を停止させる処理は行わず、軽度の脱調状態（指令と同期はしないが回転はする状態）であれば、とにかく原点の位置までニードル1を到達させるようにしている。

【0099】

換言すると、電源オンの直後やアラーム発生時はサイクルタイムを短くする要求は少なく、時間がかかっても良いので、原点復帰処理（Ａ）においては、確実に原点復帰を完了させるために、最低速度でニードル１１を動作させる処理形態としている。

【0100】

ここで、ステッピングモータ１２の脱調について説明する。

【0101】

脱調には段階があり、軽度の脱調であれば指令と同期はしないものの回転はする。脱調の症状が重くになるにつれて指令に対しての回転量が減っていきいずれ回転しなくなる。

【0102】

そこで、本実施の形態では、回転しない程の著しい脱調時などのために、脱調許容制御用タイマー２１ｂ（Ｔ１）を設け、そのタイマー２１ｂ（Ｔ１）の時間内に原点位置への復帰が完了したか否かを判定し（ステップＳ２−４）、完了せずにタイマー２１ｂ（Ｔ１）のタイムアウトが生じたと判定した場合は、アラーム状態（後述のステップＳ７の処理）に移行する。

【0103】

一方、ステップＳ２−４において、原点位置への復帰が完了したと判定した場合は、表示部２４の原点位置出力をオンにして待機状態に移行する（ステップＳ２−５）。

【0104】

《２》待機処理 （ステップＳ３）
待機処理は、待機状態（工具折損検出動作の開始指令待ちの状態）において、コントロールユニット２０において実行される処理であり、原点復帰処理（Ａ）によるニードル１１の原点復帰動作の完了後、または原点復帰処理（Ｂ）によるニードル１１の原点復帰動作の完了後に、この待機処理が実行される。

【0105】

図７（Ａ）及び（Ｂ）は、待機状態における処理を説明するためのフローチャートであり、同図の流れに沿って待機処理を説明する。

【0106】

待機状態とは、工具折損検出動作の開始指令待ちの状態であり、ニードル１１の原点復帰（Ａ）の完了後、または原点復帰（Ｂ）の完了後に、この状態に移行する。

【0107】

待機処理としては、ニードル１１の原点復帰時点での振動に起因するモータ１２の脱調を回避するための待機処理（以下「待機処理１」と呼ぶ）と、待機中の外乱等に起因するニードル１１の原点位置からのズレを調整して原点位置に合わせるための待機処理（以下「待機処理２」と呼ぶ）とがある。

【0108】

先ず、図７（Ａ）のフローチャートの流れに沿って待機処理１について説明する。

【0109】

コントロールユニット２０は、脱調防止制御用タイマー２１ｂ（Ｔ０）を作動し（ステップＳ３−１）、工具折損検出動作の開始指令待ちとした後（ステップＳ３−２）、開始指令を外部装置３０から入力したか否かを判定し（ステップＳ３−３）、タイマー２１ｂ（Ｔ０）の時間内に入力したと判定した場合は、その開始指令を受け付けずに待機状態を継続する（ステップＳ３−４）。

【0110】

一方、ステップＳ３−３において、開始指令をタイマー２１ｂ（Ｔ０）の時間後に入力したと判定したのであれば、ステップＳ４に移行し、ニードル１１を作動して検出動作を開始させる。

【0111】

すなわち、コントロールユニット２０では、待機状態になってから一定時間は検出動作の開始指令を受け付けないことで、モータ１２を動作させないようにしている。これは、ニードル１１が待機位置に戻った直後はニードル１１の振動が大きく、その状態で次の動作を開始しようとするとモータ１２のトルクが不足して、脱調が発生するからである。

【0112】

換言すると、ニードル１１の振動は時間の経過とともに軽減するため、コントロールユニット２０では、原点復帰完了後から次の検出動作までの間に時間を空けることで、脱調のリスクを減らすようにしている。

【0113】

次に、図７（Ｂ）のフローチャートの流れに沿って待機処理２について説明する。

【0114】

コントロールユニット２０では、待機中、ニードル１１が原点位置にあるか否かを判定し（ステップＳ３−５）、原点位置にないと判定した場合には、待機中に外乱等により、ニードル１１が原点センサ１４の位置から外れたと判断し、表示部２４の原点位置出力をオフにすると共に、ステップＳ２に移行し、ニードル１１の原点復帰処理（Ａ）を実行するようにしている。

【0115】

そして、何らかの原因でニードル１１が原点位置に戻らない場合は、タイムアウトでアラーム状態（後述のステップＳ７の処理）に移行する。

【0116】

《３》検出動作 （ステップＳ４）
前述のように、待機状態になってから一定時間経過後に検出動作の開始指令を入力すると（前進指令入力がオンすると）、工具折損の検出動作に移行する。

【0117】

図８は、検出動作に係る処理を説明するためのフローチャートであり、同図の流れに沿って工具折損の検出処理を説明する。

【0118】

コントロールユニット２０では、指令パルスをステッピングモータ１２に出力してニードル１１の回転動作を開始させる。そして、原点センサ１４の位置からニードル１１が外れた時点で原点位置出力はオフする。

【0119】

本実施の形態では、コントロールユニット２０は、前進指令入力がオンすると、脱調許容制御用タイマー２１ｂ（Ｔ２）を作動すると共に（ステップＳ４−１）、初期駆動用の指令パルスによって検出範囲の方向へニードル１１を一定時間最低速度で動作させるようにしている。これは、原点位置でのニードル１１の振動のような起動時の脱調要因を取り除くためである（ステップＳ４−２）。

【0120】

そして、一定時間の最低速度の動作完了後、所定の加減速パターンによってニードル１１を検出範囲の方向へ動作させる。その加減速パターンは、設定された加減速時間及び最高速度に基づく加減速パターンであり、当該パターンによってモータ１２の角速度に対応するニードル１１の移動速度（本例では回転速度）をいわゆる台形駆動により制御する（ステップＳ４−３）。

【0121】

なお、ステップＳ４−３における台形駆動（加速・定速・減速の台形状の速度パターン）は、ニードル１１の振り角度、回転速度等の条件により三角駆動となることもある。

【0122】

台形駆動の目的は、適切な加減速時間を設定することで脱調のリスクを減らすことであり、上記台形駆動は、ステッピングモータの一般的な駆動方法のひとつであり、具体的な駆動制御については説明を省略する。

【0123】

ここで、ステップＳ４−３以降の処理を説明する前に、工具有無の判定（ステップＳ５）に移行する条件について説明する。

【0124】

脱調が発生しなかった場合で、かつニードル１１が工具に衝突しなかった場合は、台形駆動の減速期間の終了に応じて指令パルスが停止しモータ１２が停止したタイミングで、ニードル１１は、振り角度（回転角度）の終点位置（本例では扇形状の検出範囲を含む所定角度範囲の最大角度の位置）にあり、検出範囲の上限よりも先に工具は存在しないため、工具有無の判定に移行することができる。

【0125】

しかし、脱調が発生している場合、モータ１２は回転量が予定よりも足りなくなり、台形駆動の減速期間が終了してもニードル１１が検出範囲の上限に到達しないことがある。

【0126】

その場合、台形駆動終了後の位置から、検出範囲の上限までの間に工具が存在する可能性があるため、本実施の形態では、脱調が発生し検出範囲上限に到達する前に、台形駆動が完了してしまった場合は、ニードル１１と工具１との当接が検出されるまで又はニードル１１が検出範囲の上限に到達するまで、台形駆動減速終了時の速度（ニードル１１の可変速域のうちの最低速度）で指令パルスを出し続ける制御（「脱調許容制御」と呼ぶ）を行う形態としている。すなわち、原点復帰処理（Ａ）における脱調許容制御と同様に、ニードル１１の回転が停止しない程度の速度を最低速度として、コントロールユニットでは、その最低速度に対応するステッピングモータ１１の回転子の速度に応じた指令パルスを生成して、ステッピングモータ１１の駆動制御を行うようにしている。そして、脱調許容制御用タイマー２１ｂ（Ｔ２）の時間内に検出範囲の上限に達したら、指令パルスを停止し、工具有無の判定に移行するようにしている。

【0127】

これによって、ニードル１１が回転しない程（衝突とみなす程）の著しい脱調ではない多少の脱調を許容した動作を実現している。

【0128】

上記のような脱調許容制御を行うことにより、多少の脱調が生じていた場合でもニードル１１は検出範囲上限までは、ほぼ到達することになる。そして、その際、検出範囲の上限までの間に工具が存在し、ニードル１１が工具に衝突した場合には、ニードル１１は停止して、エンコーダ１３からのフィードバックパルスが停止し、ニードルの回転が停止したことを検知可能なので、このことから工具の有無を判定することができる。すなわち、上述した脱調許容制御によって、工具に衝突してニードル１１が停止した場合も、工具有無の判定に移行するようにしている。

【0129】

よって、工具の有無判定に移行する条件は、ニードル１１が検出範囲の上限を超えて停止するか、またはニードル１１が工具に衝突して停止するかの２条件となる。

【0130】

以上の脱調許容制御に係る処理について、図８（ステップＳ４−４以降）の流れに沿って説明する。

【0131】

前記ステップＳ４−３の処理（台形状又は三角形状の駆動制御）を実行している間、コントロールユニット２０は、エンコーダ１３の出力（フィードバックパルス）に基づいてニードル１１が停止したか否かを検出する（ステップＳ４−４、Ｓ４−５）。そして、フィードバックパルスが停止した場合は、ニードル１１が停止したと判定し、指令パルスを停止した後、工具有無の判定（ステップＳ５）に移行する（ステップＳ４−６）。

【0132】

一方、ステップＳ４−５においてニードル１１が停止していないと判定した場合は、ニードル１１の現在位置をエンコーダ１３の出力に基づいて検出し（ステップＳ４−７）、ニードル１１が検出範囲の上限に到達したか否かを判定する（ステップＳ４−８）。

【0133】

そして、ニードル１１が検出範囲の上限に到達したと判定した場合は、指令パルスを停止した後、工具有無の判定に移行する（ステップＳ４−９）。

【0134】

一方、ステップＳ４−８において、ニードル１１が検出範囲の上限に到達していないと判定した場合は、脱調許容制御用タイマー２１ｂ（Ｔ２）のタイムアウトが発生したか否かを判定する（ステップＳ４−１０）。そして、タイムアウトが発生していない場合は、脱調許容制御用の指令パルスによる最低速度での駆動制御、例えば台形駆動の減速終了時の速度で指令パルスを出し続け（ステップＳ４−１１）、ステップＳ４−４以降の処理を繰り返す。

【0135】

一方、ステップＳ４−１０において、脱調許容制御用タイマー２１ｂ（Ｔ２）のタイムアウトが発生したと判定した場合は、ニードル１１が回転しない程の著しい脱調が発生していると判断し、指令パルスを停止した後（ステップＳ４−１２）、アラーム状態（後述のステップＳ７の処理）に移行する。

【0136】

《４》工具折損有無の判定処理 （ステップＳ５）
コントロールユニット２０は、上記検出動作を実行させた後、ニードル１１が停止した位置をもとに工具折損有無の判定を行う。

【0137】

図９は、その判定処理を説明するためのフローチャートであり、同図の流れに沿って工具折損有無の判定処理を説明する。

【0138】

コントロールユニット２０では、エンコーダ１３からのフィードバックパルスに基づいてニードル１１の停止位置を検出し（ステップＳ５−１）、ニードル１１の停止位置が検出範囲内か否かを判定する（ステップＳ５−２）。そして、停止位置が検出範囲内と判定したのであれば、ニードル１１が工具に衝突して停止したと判断し、工具折損「無」を示す判定結果を外部装置３０に出力するとともに、表示部２４のＯＫまたはＮＧの判定出力をオンにする（ステップＳ５−４、Ｓ５−５）。

【0139】

一方、ステップＳ５−２において停止位置が検出範囲外（検出範囲の上限を超えた位置）と判定したのであれば、工具折損「有」を示す判定結果を外部装置３０に出力するとともに、表示部２４のＯＫまたはＮＧの判定出力をオンにする（ステップＳ５−３、Ｓ５−５）。

【0140】

そして、判定結果を出力後、一定時間経過後に（ステップＳ５−６）、原点復帰処理（Ｂ）に移行する。

【0141】

上記ステップＳ５−６において、一定時間が経過するのを待つ理由は、ニードル停止時の衝撃によるニードル１１の振動で、モータ１２の起動トルクが大きくなって脱調するのを防ぐためである。

【0142】

《５》原点復帰処理（Ｂ） （ステップＳ６）
コントロールユニット２０は、上記工具折損有無の判定処理の完了後に、操作部２５の設定により、自動でまたは、後退指令入力がオンになると原点復帰処理（Ｂ）に移行する。

【0143】

図１０は、その原点復帰処理を説明するためのフローチャートであり、同図を参照しながら、ニードル１１の原点復帰処理（Ｂ）について説明する。

【0144】

コントロールユニット２０では、原点復帰動作（Ｂ）の開始時は、脱調許容制御用タイマー２１ｂ（Ｔ３）を作動すると共に（ステップＳ６−１）、ニードル１１を原点位置の方向へ一定時間最低速度で移動させる（ステップＳ６−２）。

【0145】

上記ステップＳ６−２において、一定時間最低速度でニードル１１を動作させる理由は、ニードル停止時のニードルの振動のような起動時の脱調要因を取り除くためである。

【0146】

なお、前述の原点復帰処理（Ａ）では、ニードル１１を常時最低速度で動作させたが、原点復帰動作（Ｂ）はサイクルタイムに関わる動作なので、動作時間は短いほうが良い。そこで、原点復帰処理（Ｂ）では、原点復帰の初期動作以降は、台形駆動（台形状又は三角形状の駆動制御）によって、加減速を含む所定の速度制御パターンでニードル１１を動作させるようにしている（ステップＳ６−３）。

【0147】

また、原点復帰処理（Ｂ）では、脱調により原点位置（原点センサ１４の位置）にニードル１１が到達する前に、指令パルスが完了してしまった場合は、原点位置に達するまで減速終了時の速度で指令パルスを出し続けるようにしている。これは脱調していても確実にニードル１１が原点へ辿りつくようにするためである（ステップＳ６−４〜ステップＳ６−７）。

【0148】

また、本実施の形態では、回転しない程の著しい脱調時などのためにタイマー２１ｂ（Ｔ３）を設け、前記ステップＳ６−１で設定した脱調許容制御用タイマー２１ｂ（Ｔ３）がタイムアウトになったか否かを判定し（ステップＳ６−４、ステップＳ６−８）、タイムアウトになった場合は、アラーム状態に移行するようにしている。

【0149】

ところで、脱調には、指令パルスに追従していかない脱調と、指令パルスが停止しても停止しきれない脱調（オーバーラン）とがある。本実施の形態では、後者のオーバーランの場合に対応するために、コントロールユニット２０では、原点センサ１４の位置を通り過ぎたところまでニードル１１を回転させ（ステップＳ６−５〜ステップＳ６−７）、その後、往路方向にニードル１１を反転させ（ステップＳ６−９）、ステップＳ６−１０において、原点センサ１４を超えた位置到達で原点位置出力をオンし、原点復帰動作の完了としている。そして、原点復帰処理（Ｂ）の完了後は、待機状態に移行する。

【0150】

《６》アラーム状態
コントロールユニット２０は、各動作中、前述のタイマー２１ｂ（Ｔ１〜Ｔ３）のタイムアウトでアラーム状態に移行する。

【0151】

図１１は、アラーム状態における処理を説明するためのフローチャートであり、アラーム状態では、コントロールユニット２０は、モータ１２の励磁を停止してフリーの状態にして（ステップＳ７−１）、アラーム出力をオンにし、異常発生（本例ではモータの著しい脱調の発生）を示すアラーム情報を外部通信手段２１ｇ経由で外部装置３０に出力すると共に、コントロールユニット２０の表示部２４に表示する。なお、アラーム情報には、検出範囲外、過負荷、タイムアウト、過電流、過温度等の種類がある（ステップＳ７−２）。

【0152】

そして、外部装置３０からのアラーム解除指令の入力により、アラーム出力をオフにする（ステップＳ７−３）。その際、モータ１１はフリーの状態のままであり、アラーム解除指令の入力によるアラーム出力オフの状態で、外部装置３０からの後退指令入力がオンした場合に（ステップＳ７−３）、原点復帰処理（Ａ）に移行する。

【符号の説明】

【0153】

１ 工具（又はワーク）
１０ センシングヘッド
１０ａ 取付具
１１ ニードル
１１ａ ニードルキャップ
１２ アクチュエータ（ステッピングモータ）
１２ａ 回転軸
１３ 位置検出センサ（磁気式エンコーダ）
１４ 原点センサ（フォトセンサ）
１５ 入出力部
１５ａ 情報伝送手段（ケーブル）
２０ コントロールユニット
２１ 制御部
２１ａ ニードル動作制御手段
２１ｂ 脱調許容制御用タイマー
２１ｃ 検出対象有無判定手段
２１ｄ 脱調防止制御手段
２１ｅ 脱調許容制御手段
２１ｆ 制御情報調整手段
２１ｇ 外部通信手段
２２ 入出力部
２３ 記憶部
２４ 表示部（モニタ用ＬＥＤ）
２５ 操作部
３０ 外部装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】