(57)【要約】【課題】ＮＣ装置を改造することなく、必要最小限の測定データで高精度な３次元測定ができる工作物測定装置を提供する。【解決手段】工作物測定装置２０において、送信受信部２２は、パルス出力部２４からタイミングパルスＰをプログラマブルコントローラ２５に出力し、一定の時間間隔毎に測定指令ｆを測定ヘッド８に出力する。プログラマブルコントローラは、タイミングパルスを受信すると、一定の時間間隔毎に測定ヘッドの位置データを取得する。測定ヘッドは、測定指令を受信すると、測定ヘッドに設けられた予測システム２９で予め設定された時間差だけ積極的に早めたタイミングで一定の時間間隔毎に工作物９を測定する。その結果、プログラマブルコントローラが測定ヘッドの位置データＣ1を取得する第１の時間と、測定ヘッドが工作物を測定する第２の時間とを一致させた。【選択図】図２
2010264570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械を制御するＮＣ装置と、前記工作機械の主軸に着脱可能に装着されて工作物を測定する測定ヘッドと、この測定ヘッドとの間で送受信を行う送信受信部と、工作物測定装置を制御する制御装置とを有して、前記工作物を測定する装置であって、
この工作物測定装置は、
前記工作物上の被測定点に対して前記測定ヘッドが測定する第１の軸方向と、この測定ヘッドが走査する第２の軸方向とを含む少なくとも２軸方向の位置のデータを、前記ＮＣ装置から一定の時間間隔毎に取得するプログラマブルコントローラと、
前記送信受信部に設けられ、前記一定の時間間隔に対応するパルス間隔を有するタイミングパルスを出力するパルス出力部とを備え、
前記送信受信部は、前記パルス出力部から前記タイミングパルスを前記プログラマブルコントローラに出力すると同時に、前記一定の時間間隔毎に測定指令を前記測定ヘッドに出力し、
前記プログラマブルコントローラは、前記タイミングパルスを受信すると、前記一定の時間間隔毎に前記測定ヘッドの前記位置データを取得し、
前記測定ヘッドは、前記測定指令を受信すると、この測定ヘッドに設けられた予測システムで予め設定された時間差だけ積極的に早めたタイミングで前記一定の時間間隔毎に前記工作物を測定し、
その結果、前記プログラマブルコントローラが前記測定ヘッドの前記位置データを取得する第１の時間と、前記測定ヘッドが前記工作物を測定する第２の時間と、を一致させたことを特徴とする工作機械における工作物測定装置。
【請求項２】
工作機械を制御するＮＣ装置と、前記工作機械の主軸に着脱可能に装着されて工作物を測定する測定ヘッドと、この測定ヘッドとの間で送受信を行う送信受信部と、工作物測定装置を制御する制御装置とを有して、前記工作物を測定する装置であって、
この工作物測定装置は、
前記工作物上の被測定点に対して前記測定ヘッドが測定する第１の軸方向と、この測定ヘッドが走査する第２の軸方向とを含む少なくとも２軸方向の位置のデータを、前記ＮＣ装置から一定の時間間隔毎に取得するプログラマブルコントローラと、
前記送信受信部に設けられ、前記一定の時間間隔に対応するパルス間隔を有するタイミングパルスを出力するパルス出力部とを備え、
前記送信受信部は、前記パルス出力部から前記タイミングパルスを前記プログラマブルコントローラに出力すると同時に、前記一定の時間間隔毎に測定指令を生成し、
前記プログラマブルコントローラは、前記タイミングパルスを受信すると、前記一定の時間間隔毎に前記測定ヘッドの前記位置データを取得し、
前記測定ヘッドは、前記送信受信部に設けられた予測システムで予め設定された時間差だけ、前記一定の時間間隔のタイミングより積極的に早め且つ前記タイミングパルスのタイミングに合わせて前記送信受信部から前記測定ヘッドに出力された測定指令により、前記一定の時間間隔毎に前記工作物を測定し、
その結果、前記プログラマブルコントローラが前記測定ヘッドの前記位置データを取得する第１の時間と、前記測定ヘッドが前記測定指令により前記工作物を測定する第２の時間と、を一致させたことを特徴とする工作機械における工作物測定装置。
【請求項３】
工作機械を制御するＮＣ装置と、前記工作機械の主軸に着脱可能に装着されて工作物を測定する測定ヘッドと、この測定ヘッドとの間で送受信を行う送信受信部と、工作物測定装置を制御する制御装置とを有して、前記工作物を測定する装置であって、
この工作物測定装置は、
前記工作物上の被測定点に対して前記測定ヘッドが測定する第１の軸方向と、この測定ヘッドが走査する第２の軸方向とを含む少なくとも２軸方向の位置のデータを、前記ＮＣ装置から一定の時間間隔毎に取得するプログラマブルコントローラと、
前記送信受信部に設けられ、前記一定の時間間隔に対応するパルス間隔を有するタイミングパルスを出力するパルス出力部とを備え、
前記送信受信部は、前記パルス出力部から前記タイミングパルスを前記プログラマブルコントローラに出力すると同時に、前記一定の時間間隔毎に測定指令を前記測定ヘッドに出力し、
前記プログラマブルコントローラは、前記タイミングパルスを受信すると、前記一定の時間間隔毎に前記測定ヘッドの前記位置データを取得し、
前記測定ヘッドは、前記測定指令を受信すると、この測定ヘッドに設けられた予測システムで予め設定された時間差だけ積極的に早めたタイミングで前記一定の時間間隔毎に前記工作物を測定し、
その結果、前記プログラマブルコントローラが前記測定ヘッドの前記位置データを取得する第１の時間と、前記測定ヘッドが前記工作物を測定する第２の時間と、を一致させて、前記プログラマブルコントローラによる前記位置データの取得の動作と、その時点における前記測定ヘッドによる前記工作物の測定の動作とを、常に同一のタイミングで前記一定の時間間隔毎に繰り返して行ない、
前記プログラマブルコントローラにより取得された前記測定ヘッドの前記位置データを、前記制御装置に出力し、
前記送信受信部は、前記測定ヘッドに前記測定指令を送信した後、この測定ヘッドから受信した測定データを前記制御装置に出力し、
この制御装置は、前記位置データと前記測定データとに基づいて演算を行うことにより、前記工作物の２次元形状データまたは３次元形状データを得るようにしたことを特徴とする工作機械における工作物測定装置。
【請求項４】
工作機械を制御するＮＣ装置と、前記工作機械の主軸に着脱可能に装着されて工作物を測定する測定ヘッドと、この測定ヘッドとの間で送受信を行う送信受信部と、工作物測定装置を制御する制御装置とを有して、前記工作物を測定する装置であって、
この工作物測定装置は、
前記工作物上の被測定点に対して前記測定ヘッドが測定する第１の軸方向と、この測定ヘッドが走査する第２の軸方向とを含む少なくとも２軸方向の位置のデータを、前記ＮＣ装置から一定の時間間隔毎に取得するプログラマブルコントローラと、
前記送信受信部に設けられ、前記一定の時間間隔に対応するパルス間隔を有するタイミングパルスを出力するパルス出力部とを備え、
前記送信受信部は、前記パルス出力部から前記タイミングパルスを前記プログラマブルコントローラに出力すると同時に、前記一定の時間間隔毎に測定指令を生成し、
前記プログラマブルコントローラは、前記タイミングパルスを受信すると、前記一定の時間間隔毎に前記測定ヘッドの前記位置データを取得し、
前記測定ヘッドは、前記送信受信部に設けられた予測システムで予め設定された時間差だけ、前記一定の時間間隔のタイミングより積極的に早め且つ前記タイミングパルスのタイミングに合わせて前記送信受信部から前記測定ヘッドに出力された測定指令により、前記一定の時間間隔毎に前記工作物を測定し、
その結果、前記プログラマブルコントローラが前記測定ヘッドの前記位置データを取得する第１の時間と、前記測定ヘッドが前記測定指令により前記工作物を測定する第２の時間と、を一致させて、前記プログラマブルコントローラによる前記位置データの取得の動作と、その時点における前記測定ヘッドによる前記工作物の測定の動作とを、常に同一のタイミングで前記一定の時間間隔毎に繰り返して行ない、
前記プログラマブルコントローラにより取得された前記測定ヘッドの前記位置データを、前記制御装置に出力し、
前記送信受信部は、前記測定ヘッドに前記測定指令を送信した後、この測定ヘッドから受信した測定データを前記制御装置に出力し、
この制御装置は、前記位置データと前記測定データとに基づいて演算を行うことにより、前記工作物の２次元形状データまたは３次元形状データを得るようにしたことを特徴とする工作機械における工作物測定装置。
【請求項５】
前記プログラマブルコントローラは、前記測定ヘッドの前記位置データを一時的に記憶するためのバッファメモリを有し、
前記プログラマブルコントローラは、前記測定ヘッドの前記位置データを取得すると、この位置データを、前記バッファメモリに一旦記憶させたのち前記バッファメモリから前記制御装置に出力することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかの項に記載の工作機械における工作物測定装置。
【請求項６】
前記制御装置は、
前記測定データを格納する測定データ記憶部と、
前記プログラマブルコントローラで取得され前記バッファメモリに記憶されている前記位置データを、この制御装置に設けられている開始番地メモリの指令と前記バッファメモリに設けられているメモリ番地カウンタの指令とに従って、順次読み出すとともにこうして読み出された前記位置データを格納する位置データ記憶部と、
前記測定データおよび前記位置データに基づいて演算を行う演算処理部とを有することを特徴とする請求項５に記載の工作機械における工作物測定装置。
【請求項７】
前記測定ヘッドは、前記測定指令を受けると、この測定ヘッドから前記工作物までの距離を測定することにより、この工作物を非接触で測定することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかの項に記載の工作機械における工作物測定装置。
【請求項８】
前記測定ヘッドは自動工具交換装置により前記主軸に対して自動的に交換され、
前記主軸に装着された工具で前記工作物を加工する工程の途中または加工工程後に、前記主軸に装着された前記測定ヘッドで前記工作物を測定する工程を設けて、
加工動作と測定動作とが順番にまたはこれとは逆の順に連続するようにしたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかの項に記載の工作機械における工作物測定装置。
【請求項９】
工作機械の主軸に着脱可能に装着される測定ヘッドにより工作物を測定する方法であって、
この方法に使用される工作物測定装置は、
前記工作機械を制御するＮＣ装置と、
前記工作機械の前記主軸に着脱可能に装着されて前記工作物を測定する前記測定ヘッドと、
この測定ヘッドとの間で送受信を行う送信受信部と、
前記工作物測定装置を制御する制御装置と、
前記工作物上の被測定点に対して前記測定ヘッドが測定する第１の軸方向と、この測定ヘッドが走査する第２の軸方向とを含む少なくとも２軸方向の位置のデータを、前記ＮＣ装置から一定の時間間隔毎に取得するプログラマブルコントローラと、
前記送信受信部に設けられ、前記一定の時間間隔に対応するパルス間隔を有するタイミングパルスを出力するパルス出力部とを備え、
前記工作物測定装置による前記工作物測定方法は、
前記送信受信部は、前記パルス出力部から前記タイミングパルスを前記プログラマブルコントローラに出力すると同時に、前記一定の時間間隔毎に測定指令を前記測定ヘッドに出力し、
前記プログラマブルコントローラは、前記タイミングパルスを受信すると、前記一定の時間間隔毎に前記測定ヘッドの前記位置データを取得し、
前記測定ヘッドは、前記測定指令を受信すると、この測定ヘッドに設けられた予測システムで予め設定された時間差だけ積極的に早めたタイミングで前記一定の時間間隔毎に前記工作物を測定し、
その結果、前記プログラマブルコントローラが前記測定ヘッドの前記位置データを取得する第１の時間と、前記測定ヘッドが前記工作物を測定する第２の時間と、を一致させたことを特徴とする工作機械における工作物測定方法。
【請求項１０】
工作機械の主軸に着脱可能に装着される測定ヘッドにより工作物を測定する方法であって、
この方法に使用される工作物測定装置は、
前記工作機械を制御するＮＣ装置と、
前記工作機械の前記主軸に着脱可能に装着されて前記工作物を測定する前記測定ヘッドと、
この測定ヘッドとの間で送受信を行う送信受信部と、
前記工作物測定装置を制御する制御装置と、
前記工作物上の被測定点に対して前記測定ヘッドが測定する第１の軸方向と、この測定ヘッドが走査する第２の軸方向とを含む少なくとも２軸方向の位置のデータを、前記ＮＣ装置から一定の時間間隔毎に取得するプログラマブルコントローラと、
前記送信受信部に設けられ、前記一定の時間間隔に対応するパルス間隔を有するタイミングパルスを出力するパルス出力部とを備え、
前記工作物測定装置による前記工作物測定方法は、
前記送信受信部は、前記パルス出力部から前記タイミングパルスを前記プログラマブルコントローラに出力すると同時に、前記一定の時間間隔毎に測定指令を生成し、
前記プログラマブルコントローラは、前記タイミングパルスを受信すると、前記一定の時間間隔毎に前記測定ヘッドの前記位置データを取得し、
前記測定ヘッドは、前記送信受信部に設けられた予測システムで予め設定された時間差だけ、前記一定の時間間隔のタイミングより積極的に早め且つ前記タイミングパルスのタイミングに合わせて前記送信受信部から前記測定ヘッドに出力された測定指令により、前記一定の時間間隔毎に前記工作物を測定し、
その結果、前記プログラマブルコントローラが前記測定ヘッドの前記位置データを取得する第１の時間と、前記測定ヘッドが前記測定指令により前記工作物を測定する第２の時間と、を一致させたことを特徴とする工作機械における工作物測定方法。
【請求項１１】
工作機械の主軸に着脱可能に装着される測定ヘッドにより工作物を測定する方法であって、
この方法に使用される工作物測定装置は、
前記工作機械を制御するＮＣ装置と、
前記工作機械の前記主軸に着脱可能に装着されて前記工作物を測定する前記測定ヘッドと、
この測定ヘッドとの間で送受信を行う送信受信部と、
前記工作物測定装置を制御する制御装置と、
前記工作物上の被測定点に対して前記測定ヘッドが測定する第１の軸方向と、この測定ヘッドが走査する第２の軸方向とを含む少なくとも２軸方向の位置のデータを、前記ＮＣ装置から一定の時間間隔毎に取得するプログラマブルコントローラと、
前記送信受信部に設けられ、前記一定の時間間隔に対応するパルス間隔を有するタイミングパルスを出力するパルス出力部とを備え、
前記工作物測定装置による前記工作物測定方法は、
前記送信受信部は、前記パルス出力部から前記タイミングパルスを前記プログラマブルコントローラに出力すると同時に、前記一定の時間間隔毎に測定指令を前記測定ヘッドに出力し、
前記プログラマブルコントローラは、前記タイミングパルスを受信すると、前記一定の時間間隔毎に前記測定ヘッドの前記位置データを取得し、
前記測定ヘッドは、前記測定指令を受信すると、この測定ヘッドに設けられた予測システムで予め設定された時間差だけ積極的に早めたタイミングで前記一定の時間間隔毎に前記工作物を測定し、
その結果、前記プログラマブルコントローラが前記測定ヘッドの前記位置データを取得する第１の時間と、前記測定ヘッドが前記工作物を測定する第２の時間とを一致させて、前記プログラマブルコントローラによる前記位置データの取得の動作と、その時点における前記測定ヘッドによる前記工作物の測定の動作とを、常に同一のタイミングで前記一定の時間間隔毎に繰り返して行ない、
前記プログラマブルコントローラにより取得された前記測定ヘッドの前記位置データを、前記工作物測定装置の制御装置に出力し、
前記送信受信部は、前記測定ヘッドに前記測定指令を送信した後、この測定ヘッドから受信した測定データを前記制御装置に出力し、
この制御装置は、前記位置データと前記測定データとに基づいて演算を行うことにより、前記工作物の２次元形状データまたは３次元形状データを得ることを特徴とする工作機械における工作物測定方法。
【請求項１２】
工作機械の主軸に着脱可能に装着される測定ヘッドにより工作物を測定する方法であって、
この方法に使用される工作物測定装置は、
前記工作機械を制御するＮＣ装置と、
前記工作機械の前記主軸に着脱可能に装着されて前記工作物を測定する前記測定ヘッドと、
この測定ヘッドとの間で送受信を行う送信受信部と、
前記工作物測定装置を制御する制御装置と、
前記工作物上の被測定点に対して前記測定ヘッドが測定する第１の軸方向と、この測定ヘッドが走査する第２の軸方向とを含む少なくとも２軸方向の位置のデータを、前記ＮＣ装置から一定の時間間隔毎に取得するプログラマブルコントローラと、
前記送信受信部に設けられ、前記一定の時間間隔に対応するパルス間隔を有するタイミングパルスを出力するパルス出力部とを備え、
前記工作物測定装置による前記工作物測定方法は、
前記送信受信部は、前記パルス出力部から前記タイミングパルスを前記プログラマブルコントローラに出力すると同時に、前記一定の時間間隔毎に測定指令を生成し、
前記プログラマブルコントローラは、前記タイミングパルスを受信すると、前記一定の時間間隔毎に前記測定ヘッドの前記位置データを取得し、
前記測定ヘッドは、前記送信受信部に設けられた予測システムで予め設定された時間差だけ、前記一定の時間間隔のタイミングより積極的に早め且つ前記タイミングパルスのタイミングに合わせて前記送信受信部から前記測定ヘッドに出力された測定指令により、前記一定の時間間隔毎に前記工作物を測定し、
その結果、前記プログラマブルコントローラが前記測定ヘッドの前記位置データを取得する第１の時間と、前記測定ヘッドが前記測定指令により前記工作物を測定する第２の時間とを一致させて、前記プログラマブルコントローラによる前記位置データの取得の動作と、その時点における前記測定ヘッドによる前記工作物の測定の動作とを、常に同一のタイミングで前記一定の時間間隔毎に繰り返して行ない、
前記プログラマブルコントローラにより取得された前記測定ヘッドの前記位置データを、前記工作物測定装置の制御装置に出力し、
前記送信受信部は、前記測定ヘッドに前記測定指令を送信した後、この測定ヘッドから受信した測定データを前記制御装置に出力し、
この制御装置は、前記位置データと前記測定データとに基づいて演算を行うことにより、前記工作物の２次元形状データまたは３次元形状データを得ることを特徴とする工作機械における工作物測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の主軸に着脱可能に装着される測定ヘッドにより工作物を測定する、工作機械における工作物測定装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マシニングセンタなど工作機械では、加工後の工作物を工作機械から取り外さずに工作機械に設置したまま、工作物の表面の形状を測定する技術はすでに提案されている。たとえば、特許文献１（特表２００７−５１８５７９号公報）には、工作機械用被加工物検査システムが記載されている。
この検査システムでは、工作機械の主軸にプローブ（本発明の測定ヘッドに相当）が装着される。このプローブの針を被加工物（工作物）に接触したときの測定データを出力し、ＮＣ装置もプローブの位置のデータを取得する。そして、測定データと位置データとを組み合わせて、被加工物を検査する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００７−５１８５７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の検査システムでは、ＮＣ装置に対して新たな機能を付加するなどの改造や変更をする必要があった。また、ＮＣ装置で取得される位置データの数と比べて、プローブからは膨大な数の測定データが出力される。そして、この膨大な数の測定データから、必要な数の測定データを選別している。その結果、位置データと測定データとの間で時間的なずれが生じることにより、高精度な結果を得るのが困難であった。
また、測定データが膨大な数なのでデータ量が全体的に多くなってしまう。その結果、送信のためのインターフェースや演算処理するＣＰＵが、大きな処理能力を持つ必要があった。膨大な数の測定データを格納するためのメモリの容量を大きくする必要もあった。
このシステムは、プローブの針が被加工物に接触して測定する方法である。したがって、プローブを高速で安全に且つ振動なしまたは低振動で走査するのが困難であった。また、被加工物を短時間で広い範囲を測定するのが難しかった。
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、ＮＣ装置に対して新たな機能を付加するなどの改造や変更をすることなく、工作物上の被測定点に対する測定ヘッドの少なくとも２軸方向の位置のデータの取得の動作と、その時点における測定ヘッドによる工作物の測定の動作とを、常に同一のタイミングで一定の時間間隔毎に繰り返して行なって、必要最小限の測定データを処理することにより、工作物を高精度に２次元測定または３次元測定することができる、工作機械における工作物測定装置およびその方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するため、本発明にかかる工作機械における工作物測定装置は、前記工作機械を制御するＮＣ装置と、前記工作機械の主軸に着脱可能に装着されて工作物を測定する測定ヘッドと、この測定ヘッドとの間で送受信を行う送信受信部と、工作物測定装置を制御する制御装置とを有して、前記工作物を測定する装置であって、この工作物測定装置は、前記工作物上の被測定点に対して前記測定ヘッドが測定する第１の軸方向と、この測定ヘッドが走査する第２の軸方向とを含む少なくとも２軸方向の位置のデータを、前記ＮＣ装置から一定の時間間隔毎に取得するプログラマブルコントローラと、前記送信受信部に設けられ、前記一定の時間間隔に対応するパルス間隔を有するタイミングパルスを出力するパルス出力部とを備え、前記送信受信部は、前記パルス出力部から前記タイミングパルスを前記プログラマブルコントローラに出力すると同時に、前記一定の時間間隔毎に測定指令を前記測定ヘッドに出力し、前記プログラマブルコントローラは、前記タイミングパルスを受信すると、前記一定の時間間隔毎に前記測定ヘッドの前記位置データを取得し、前記測定ヘッドは、前記測定指令を受信すると、この測定ヘッドに設けられた予測システムで予め設定された時間差だけ積極的に早めたタイミングで前記一定の時間間隔毎に前記工作物を測定し、その結果、前記プログラマブルコントローラが前記測定ヘッドの前記位置データを取得する第１の時間と、前記測定ヘッドが前記工作物を測定する第２の時間と、を一致させた。
他の本発明にかかる工作機械における工作物測定装置は、前記工作機械を制御するＮＣ装置と、前記工作機械の主軸に着脱可能に装着されて工作物を測定する測定ヘッドと、この測定ヘッドとの間で送受信を行う送信受信部と、工作物測定装置を制御する制御装置とを有して、前記工作物を測定する装置であって、この工作物測定装置は、前記工作物上の被測定点に対して前記測定ヘッドが測定する第１の軸方向と、この測定ヘッドが走査する第２の軸方向とを含む少なくとも２軸方向の位置のデータを、前記ＮＣ装置から一定の時間間隔毎に取得するプログラマブルコントローラと、前記送信受信部に設けられ、前記一定の時間間隔に対応するパルス間隔を有するタイミングパルスを出力するパルス出力部とを備え、前記送信受信部は、前記パルス出力部から前記タイミングパルスを前記プログラマブルコントローラに出力すると同時に、前記一定の時間間隔毎に測定指令を生成し、前記プログラマブルコントローラは、前記タイミングパルスを受信すると、前記一定の時間間隔毎に前記測定ヘッドの前記位置データを取得し、前記測定ヘッドは、前記送信受信部に設けられた予測システムで予め設定された時間差だけ、前記一定の時間間隔のタイミングより積極的に早め且つ前記タイミングパルスのタイミングに合わせて前記送信受信部から前記測定ヘッドに出力された測定指令により、前記一定の時間間隔毎に前記工作物を測定し、その結果、前記プログラマブルコントローラが前記測定ヘッドの前記位置データを取得する第１の時間と、前記測定ヘッドが前記測定指令により前記工作物を測定する第２の時間と、を一致させた。
他の本発明にかかる工作機械における工作物測定装置は、前記工作機械を制御するＮＣ装置と、前記工作機械の主軸に着脱可能に装着されて工作物を測定する測定ヘッドと、この測定ヘッドとの間で送受信を行う送信受信部と、工作物測定装置を制御する制御装置とを有して、前記工作物を測定する装置であって、この工作物測定装置は、前記工作物上の被測定点に対して前記測定ヘッドが測定する第１の軸方向と、この測定ヘッドが走査する第２の軸方向とを含む少なくとも２軸方向の位置のデータを、前記ＮＣ装置から一定の時間間隔毎に取得するプログラマブルコントローラと、前記送信受信部に設けられ、前記一定の時間間隔に対応するパルス間隔を有するタイミングパルスを出力するパルス出力部とを備え、前記送信受信部は、前記パルス出力部から前記タイミングパルスを前記プログラマブルコントローラに出力すると同時に、前記一定の時間間隔毎に測定指令を前記測定ヘッドに出力し、前記プログラマブルコントローラは、前記タイミングパルスを受信すると、前記一定の時間間隔毎に前記測定ヘッドの前記位置データを取得し、前記測定ヘッドは、前記測定指令を受信すると、この測定ヘッドに設けられた予測システムで予め設定された時間差だけ積極的に早めたタイミングで前記一定の時間間隔毎に前記工作物を測定し、その結果、前記プログラマブルコントローラが前記測定ヘッドの前記位置データを取得する第１の時間と、前記測定ヘッドが前記工作物を測定する第２の時間と、を一致させて、前記プログラマブルコントローラによる前記位置データの取得の動作と、その時点における前記測定ヘッドによる前記工作物の測定の動作とを、常に同一のタイミングで前記一定の時間間隔毎に繰り返して行ない、前記プログラマブルコントローラにより取得された前記測定ヘッドの前記位置データを、前記制御装置に出力し、前記送信受信部は、前記測定ヘッドに前記測定指令を送信した後、この測定ヘッドから受信した測定データを前記制御装置に出力し、この制御装置は、前記位置データと前記測定データとに基づいて演算を行うことにより、前記工作物の２次元形状データまたは３次元形状データを得るようにした。
他の本発明にかかる工作機械における工作物測定装置は、前記工作機械を制御するＮＣ装置と、前記工作機械の主軸に着脱可能に装着されて工作物を測定する測定ヘッドと、この測定ヘッドとの間で送受信を行う送信受信部と、工作物測定装置を制御する制御装置とを有して、前記工作物を測定する装置であって、この工作物測定装置は、前記工作物上の被測定点に対して前記測定ヘッドが測定する第１の軸方向と、この測定ヘッドが走査する第２の軸方向とを含む少なくとも２軸方向の位置のデータを、前記ＮＣ装置から一定の時間間隔毎に取得するプログラマブルコントローラと、前記送信受信部に設けられ、前記一定の時間間隔に対応するパルス間隔を有するタイミングパルスを出力するパルス出力部とを備え、前記送信受信部は、前記パルス出力部から前記タイミングパルスを前記プログラマブルコントローラに出力すると同時に、前記一定の時間間隔毎に測定指令を生成し、前記プログラマブルコントローラは、前記タイミングパルスを受信すると、前記一定の時間間隔毎に前記測定ヘッドの前記位置データを取得し、前記測定ヘッドは、前記送信受信部に設けられた予測システムで予め設定された時間差だけ、前記一定の時間間隔のタイミングより積極的に早め且つ前記タイミングパルスのタイミングに合わせて前記送信受信部から前記測定ヘッドに出力された測定指令により、前記一定の時間間隔毎に前記工作物を測定し、その結果、前記プログラマブルコントローラが前記測定ヘッドの前記位置データを取得する第１の時間と、前記測定ヘッドが前記測定指令により前記工作物を測定する第２の時間と、を一致させて、前記プログラマブルコントローラによる前記位置データの取得の動作と、その時点における前記測定ヘッドによる前記工作物の測定の動作とを、常に同一のタイミングで前記一定の時間間隔毎に繰り返して行ない、前記プログラマブルコントローラにより取得された前記測定ヘッドの前記位置データを、前記制御装置に出力し、前記送信受信部は、前記測定ヘッドに前記測定指令を送信した後、この測定ヘッドから受信した測定データを前記制御装置に出力し、この制御装置は、前記位置データと前記測定データとに基づいて演算を行うことにより、前記工作物の２次元形状データまたは３次元形状データを得るようにした
前記プログラマブルコントローラは、前記測定ヘッドの前記位置データを一時的に記憶するためのバッファメモリを有し、前記プログラマブルコントローラは、前記測定ヘッドの前記位置データを取得すると、この位置データを、前記バッファメモリに一旦記憶させたのち前記バッファメモリから前記制御装置に出力するのが好ましい。
前記制御装置は、前記測定データを格納する測定データ記憶部と、前記プログラマブルコントローラで取得され前記バッファメモリに記憶されている前記位置データを、この制御装置に設けられている開始番地メモリの指令と前記バッファメモリに設けられているメモリ番地カウンタの指令とに従って、順次読み出すとともにこうして読み出された前記位置データを格納する位置データ記憶部と、前記測定データおよび前記位置データに基づいて演算を行う演算処理部とを有するのが好ましい。
前記測定ヘッドは、前記測定指令を受けると、この測定ヘッドから前記工作物までの距離を測定することにより、この工作物を非接触で測定するのが好ましい。
一実施態様にかかる前記工作機械は、前記測定ヘッドと前記工作物とを相対的に直交３軸方向に直線移動させる３軸制御と、前記測定ヘッドと前記工作物とを相対的に旋回させて割り出す少なくとも１軸制御と、を行う加工機である。
前記測定ヘッドが、その中心軸線に対して相対的に傾斜した前記工作物を測定できるようにするのが好ましい。
また、好ましくは、前記測定ヘッドは自動工具交換装置により前記主軸に対して自動的に交換され、前記主軸に装着された工具で前記工作物を加工する工程の途中または加工工程後に、前記主軸に装着された前記測定ヘッドで前記工作物を測定する工程を設けて、加工動作と測定動作とが順番にまたはこれとは逆の順に連続するようにしている。
本発明にかかる測定方法は、工作機械の主軸に着脱可能に装着される測定ヘッドにより工作物を測定する方法であって、この方法に使用される工作物測定装置は、前記工作機械を制御するＮＣ装置と、前記工作機械の前記主軸に着脱可能に装着されて前記工作物を測定する前記測定ヘッドと、この測定ヘッドとの間で送受信を行う送信受信部と、前記工作物測定装置を制御する制御装置と、前記工作物上の被測定点に対して前記測定ヘッドが測定する第１の軸方向と、この測定ヘッドが走査する第２の軸方向とを含む少なくとも２軸方向の位置のデータを、前記ＮＣ装置から一定の時間間隔毎に取得するプログラマブルコントローラと、前記送信受信部に設けられ、前記一定の時間間隔に対応するパルス間隔を有するタイミングパルスを出力するパルス出力部とを備え、前記工作物測定装置による前記工作物測定方法は、前記送信受信部は、前記パルス出力部から前記タイミングパルスを前記プログラマブルコントローラに出力すると同時に、前記一定の時間間隔毎に測定指令を前記測定ヘッドに出力し、前記プログラマブルコントローラは、前記タイミングパルスを受信すると、前記一定の時間間隔毎に前記測定ヘッドの前記位置データを取得し、前記測定ヘッドは、前記測定指令を受信すると、この測定ヘッドに設けられた予測システムで予め設定された時間差だけ積極的に早めたタイミングで前記一定の時間間隔毎に前記工作物を測定し、その結果、前記プログラマブルコントローラが前記測定ヘッドの前記位置データを取得する第１の時間と、前記測定ヘッドが前記工作物を測定する第２の時間と、を一致させた。
他の本発明にかかる測定方法は、工作機械の主軸に着脱可能に装着される測定ヘッドにより工作物を測定する方法であって、この方法に使用される工作物測定装置は、前記工作機械を制御するＮＣ装置と、前記工作機械の前記主軸に着脱可能に装着されて前記工作物を測定する前記測定ヘッドと、この測定ヘッドとの間で送受信を行う送信受信部と、前記工作物測定装置を制御する制御装置と、前記工作物上の被測定点に対して前記測定ヘッドが測定する第１の軸方向と、この測定ヘッドが走査する第２の軸方向とを含む少なくとも２軸方向の位置のデータを、前記ＮＣ装置から一定の時間間隔毎に取得するプログラマブルコントローラと、前記送信受信部に設けられ、前記一定の時間間隔に対応するパルス間隔を有するタイミングパルスを出力するパルス出力部とを備え、前記工作物測定装置による前記工作物測定方法は、前記送信受信部は、前記パルス出力部から前記タイミングパルスを前記プログラマブルコントローラに出力すると同時に、前記一定の時間間隔毎に測定指令を生成し、前記プログラマブルコントローラは、前記タイミングパルスを受信すると、前記一定の時間間隔毎に前記測定ヘッドの前記位置データを取得し、前記測定ヘッドは、前記送信受信部に設けられた予測システムで予め設定された時間差だけ、前記一定の時間間隔のタイミングより積極的に早め且つ前記タイミングパルスのタイミングに合わせて前記送信受信部から前記測定ヘッドに出力された測定指令により、前記一定の時間間隔毎に前記工作物を測定し、その結果、前記プログラマブルコントローラが前記測定ヘッドの前記位置データを取得する第１の時間と、前記測定ヘッドが前記測定指令により前記工作物を測定する第２の時間と、を一致させた。
他の本発明にかかる測定方法は、工作機械の主軸に着脱可能に装着される測定ヘッドにより工作物を測定する方法であって、この方法に使用される工作物測定装置は、前記工作機械を制御するＮＣ装置と、前記工作機械の前記主軸に着脱可能に装着されて前記工作物を測定する前記測定ヘッドと、この測定ヘッドとの間で送受信を行う送信受信部と、前記工作物測定装置を制御する制御装置と、前記工作物上の被測定点に対して前記測定ヘッドが測定する第１の軸方向と、この測定ヘッドが走査する第２の軸方向とを含む少なくとも２軸方向の位置のデータを、前記ＮＣ装置から一定の時間間隔毎に取得するプログラマブルコントローラと、前記送信受信部に設けられ、前記一定の時間間隔に対応するパルス間隔を有するタイミングパルスを出力するパルス出力部とを備え、前記工作物測定装置による前記工作物測定方法は、前記送信受信部は、前記パルス出力部から前記タイミングパルスを前記プログラマブルコントローラに出力すると同時に、前記一定の時間間隔毎に測定指令を前記測定ヘッドに出力し、前記プログラマブルコントローラは、前記タイミングパルスを受信すると、前記一定の時間間隔毎に前記測定ヘッドの前記位置データを取得し、前記測定ヘッドは、前記測定指令を受信すると、この測定ヘッドに設けられた予測システムで予め設定された時間差だけ積極的に早めたタイミングで前記一定の時間間隔毎に前記工作物を測定し、その結果、前記プログラマブルコントローラが前記測定ヘッドの前記位置データを取得する第１の時間と、前記測定ヘッドが前記工作物を測定する第２の時間とを一致させて、前記プログラマブルコントローラによる前記位置データの取得の動作と、その時点における前記測定ヘッドによる前記工作物の測定の動作とを、常に同一のタイミングで前記一定の時間間隔毎に繰り返して行ない、前記プログラマブルコントローラにより取得された前記測定ヘッドの前記位置データを、前記工作物測定装置の制御装置に出力し、前記送信受信部は、前記測定ヘッドに前記測定指令を送信した後、この測定ヘッドから受信した測定データを前記制御装置に出力し、この制御装置は、前記位置データと前記測定データとに基づいて演算を行うことにより、前記工作物の２次元形状データまたは３次元形状データを得る。
他の本発明にかかる測定方法は、工作機械の主軸に着脱可能に装着される測定ヘッドにより工作物を測定する方法であって、この方法に使用される工作物測定装置は、前記工作機械を制御するＮＣ装置と、前記工作機械の前記主軸に着脱可能に装着されて前記工作物を測定する前記測定ヘッドと、この測定ヘッドとの間で送受信を行う送信受信部と、前記工作物測定装置を制御する制御装置と、前記工作物上の被測定点に対して前記測定ヘッドが測定する第１の軸方向と、この測定ヘッドが走査する第２の軸方向とを含む少なくとも２軸方向の位置のデータを、前記ＮＣ装置から一定の時間間隔毎に取得するプログラマブルコントローラと、前記送信受信部に設けられ、前記一定の時間間隔に対応するパルス間隔を有するタイミングパルスを出力するパルス出力部とを備え、前記工作物測定装置による前記工作物測定方法は、前記送信受信部は、前記パルス出力部から前記タイミングパルスを前記プログラマブルコントローラに出力すると同時に、前記一定の時間間隔毎に測定指令を生成し、前記プログラマブルコントローラは、前記タイミングパルスを受信すると、前記一定の時間間隔毎に前記測定ヘッドの前記位置データを取得し、前記測定ヘッドは、前記送信受信部に設けられた予測システムで予め設定された時間差だけ、前記一定の時間間隔のタイミングより積極的に早め且つ前記タイミングパルスのタイミングに合わせて前記送信受信部から前記測定ヘッドに出力された測定指令により、前記一定の時間間隔毎に前記工作物を測定し、その結果、前記プログラマブルコントローラが前記測定ヘッドの前記位置データを取得する第１の時間と、前記測定ヘッドが前記測定指令により前記工作物を測定する第２の時間とを一致させて、前記プログラマブルコントローラによる前記位置データの取得の動作と、その時点における前記測定ヘッドによる前記工作物の測定の動作とを、常に同一のタイミングで前記一定の時間間隔毎に繰り返して行ない、前記プログラマブルコントローラにより取得された前記測定ヘッドの前記位置データを、前記工作物測定装置の制御装置に出力し、前記送信受信部は、前記測定ヘッドに前記測定指令を送信した後、この測定ヘッドから受信した測定データを前記制御装置に出力し、この制御装置は、前記位置データと前記測定データとに基づいて演算を行うことにより、前記工作物の２次元形状データまたは３次元形状データを得る。
【発明の効果】
【０００７】
本発明にかかる工作機械における工作物測定装置およびその方法は、上述のように構成したので、ＮＣ装置に対して新たな機能を付加するなどの改造や変更をすることなく、工作物上の被測定点に対する測定ヘッドの少なくとも２軸方向の位置のデータの取得の動作と、その時点における測定ヘッドによる工作物の測定の動作とを、常に同一のタイミングで一定の時間間隔毎に繰り返して行なって、必要最小限の測定データを処理することにより、工作物を高精度に２次元測定または３次元測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１ないし図１０は本発明の一実施例を説明するための図で、図１は、本発明の工作物測定装置が設けられた工作機械の斜視図である。
【図２】予測システムが測定ヘッドに設けられた一例にかかる工作物測定装置の概略構成図である。
【図３】主軸に装着された測定ヘッドの部分断面図である。
【図４】測定ヘッドのブロック図である。
【図５】本発明を説明するための波形図である。
【図６】本実施例の工作物測定装置の波形図である。
【図７】工作物測定状態を示す説明図である
【図８】制御装置に入力したデータと算出結果とを示す表である。
【図９】予測システムが送信受信部に設けられた他の例にかかる工作物測定装置の概略構成図で、図２相当図である。
【図１０】図９に示す測定ヘッドのブロック図で、図４相当図である。
【図１１】図１１ないし図１２Ｆは本実施例の変形例を説明するための図で、図１１は、本発明の工作物測定装置が設けられた他の工作機械の斜視図である。
【図１２Ａ】工作物測定状態を示す説明図である。
【図１２Ｂ】工作物測定状態を示す説明図である。
【図１２Ｃ】工作物測定状態を示す説明図である。
【図１２Ｄ】工作物測定状態を示す説明図である。
【図１２Ｅ】工作物測定状態を示す説明図である。
【図１２Ｆ】工作物測定状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明にかかる工作物測定装置において、送信受信部は、パルス出力部からタイミングパルスをプログラマブルコントローラに出力すると同時に、一定の時間間隔毎に測定指令を測定ヘッドに出力する。プログラマブルコントローラは、タイミングパルスを受信すると、一定の時間間隔毎に測定ヘッドの位置データを取得する。測定ヘッドは、測定指令を受信すると、この測定ヘッドに設けられた予測システムで予め設定された時間差だけ積極的に早めたタイミングで一定の時間間隔毎に工作物を測定する。
こうすることにより、プログラマブルコントローラが測定ヘッドの位置データを取得する第１の時間と、測定ヘッドが工作物を測定する第２の時間と、を一致させている。
プログラマブルコントローラは、工作物上の被測定点に対する測定ヘッドの少なくとも２軸方向の位置データの取得の動作を行う。他方、測定ヘッドは、その時点における工作物の測定の動作を行う。そして、これら取得の動作と測定の動作とを、常に同一のタイミングで一定の時間間隔毎に繰り返して行なう。
これにより、ＮＣ装置に対して新たな機能を付加するなどの改造や変更をすることなく、必要最小限の測定データを処理することにより、工作物を高精度に２次元測定または３次元測定するという目的が実現される。
【００１０】
下記の実施例および変形例では、工作機械が立形マシニングセンタと５軸加工機の場合を示している。なお、工作機械は、横形マシニングセンタ，旋盤，旋削盤または研削盤であってもよい。
【実施例】
【００１１】
以下、本発明の一実施例およびその変形例を図１ないし図１２Ｆを参照して説明する。
図１ないし図１０は本発明の一実施例を説明するための図で、図１は、本発明の工作物測定装置が設けられた工作機械の斜視図である。図２は、予測システムが測定ヘッドに設けられた一例にかかる工作物測定装置の概略構成図、図３は、主軸に装着された測定ヘッドの部分断面図、図４は測定ヘッドのブロック図、図５は、本発明の原理を説明するための波形図である。
図６は、本実施例の工作物測定装置の波形図、図７は、本発明における工作物測定状態を示す説明図、図８は、制御装置に入力したデータと算出結果とを示す表である。
【００１２】
図１，図２に示すように、本実施例では、工作機械１として立形マシニングセンタを示している。工作機械１は、ベッド２と、ベッド２上に設置されたコラム３と、主軸４を有する主軸頭５と、テーブル６を有するサドル７とを備えている。工作機械１は、ＮＣ装置（数値制御装置）１３により制御されている。
主軸頭５は、コラム３の前面に支持されて、上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能になっている。主軸４の先端には、工具（図示せず）または測定ヘッド８が着脱可能に装着される。主軸４は、その中心軸線がＺ軸と平行で且つ中心軸線まわりに回転可能に、主軸頭５に支持されている。
【００１３】
サドル７は、ベッド２上に配置されて前後の水平方向（Ｙ軸方向）に移動可能である。サドル７上にはテーブル６が配置されている。テーブル６は、左右の水平方向（Ｘ軸方向）に移動可能である。テーブル６上には工作物９が載置されている。互いに直交するＸ軸，Ｙ軸およびＺ軸により直交３軸が構成されている。
コラム３に支持されている主軸頭５は、Ｚ軸送り機構１０に駆動されてＺ軸方向に移動する。ベッド２上に配置されているサドル７は、Ｙ軸送り機構１１に駆動されてＹ軸方向に移動する。サドル７上に載置されて工作物９を支持するテーブル６は、Ｘ軸送り機構１２に駆動されてＸ軸方向に移動する。
【００１４】
ＮＣ装置１３は、Ｚ軸送り機構１０，Ｙ軸送り機構１１およびＸ軸送り機構１２をそれぞれ制御する。また、ＮＣ装置１３は、主軸４に対して工具と測定ヘッド８をそれぞれ自動的に交換するＡＴＣ（自動工具交換装置）１４を制御する。
したがって、工作機械１は、測定ヘッド８と工作物９とを相対的にＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の直交３軸方向に直線移動させる３軸制御を行うマシニングセンタである。なお、測定ヘッド８を支持する主軸頭５を、工作物９に対してＸ軸，Ｙ軸方向にそれぞれ移動させる場合であってもよい。
【００１５】
図１ないし図８に示すように、工作物測定装置２０およびこれを使用した工作物測定方法は、工作機械１の主軸４に着脱可能に装着される測定ヘッド８により、工作物９を非接触で（または、接触して）測定可能である。
工作物測定装置２０は、工作機械１を制御するＮＣ装置１３と、工作機械１の主軸４に着脱可能に装着されて工作物９を測定する測定ヘッド８とを有している。工作物測定装置２０は、測定ヘッド８との間で送受信を行う送信受信部２２と、工作物測定装置２０を制御する制御装置（たとえば、パーソナルコンピュータ）２３とを有している。
【００１６】
工作物測定装置２０は、工作機械１を制御するプログラマブルコントローラ２５（以下、コントローラ２５と記載）と、パルス出力部２４とを、さらに備えている。
コントローラ２５は、ＮＣ装置１３に含まれている。コントローラ２５は、たとえば、ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）やＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）などである。なお、コントローラ２５は、ＮＣ装置１３とは別個に設けられた場合であってもよい。
コントローラ２５は、測定ヘッド８の位置のデータを、ＮＣ装置１３から一定の時間間隔ΔＴ毎に読み取って取得する。この位置データは、工作物９上の被測定点Ｓに対して測定ヘッド８が測定する第１の軸方向（Ｚ軸方向）と、測定ヘッド８が走査する第２の軸方向（Ｘ軸方向）とを含む少なくとも２軸方向（Ｚ軸方向、Ｘ軸方向）の位置のデータである。この「２軸方向の位置」は、互いに直交するＺ軸方向とＸ軸方向の位置の場合が多いが、２軸が直交していない場合でもよい。
【００１７】
送信受信部２２は、クロック１７とパルス出力部２４とを有している。クロック１７は、規則的な信号を一定の時間間隔ΔＴ毎に出力する。パルス出力部２４は、クロック１７の信号に従って、一定の時間間隔ΔＴに対応するタイミングパルスＰを出力する。
パルス出力部２４は、クロック１７の一定の時間間隔ΔＴに対応するパルス間隔（一つのパルスから、次のパルスまでの時間間隔）ΔＴを有するタイミングパルスＰを、ケーブル６０によりコントローラ２５に出力する。タイミングパルスＰは、「タイミングをとるためのパルス」であり、本実施例では、送信受信部２２でタイミングを合わせるのに使用される。
本実施例では、クロック１７から出力される信号の一定の時間間隔ΔＴは、１６［msec(ミリ秒)］である。タイミングパルスＰのパルス間隔ΔＴも、基本的には１６［msec］であるのが好ましく、パルス間隔ΔＴと前記一定の時間間隔ΔＴとが、同じである場合を示している。
【００１８】
工作物測定装置２０で工作物９を測定する場合、送信受信部２２は、パルス出力部２４からタイミングパルスＰをケーブル６０を介してコントローラ２５に出力すると同時に、一定の時間間隔ΔＴ毎に測定指令ｆを測定ヘッド８に出力する。測定指令ｆは、タイミングパルスＰのタイミングに合わせた指令である。
コントローラ２５は、タイミングパルスＰを受信すると、一定の時間間隔ΔＴ毎にＮＣ装置１３から測定ヘッド８の位置データを読み取って取得する。本実施例のコントローラ２５は、工作物９上の被測定点Ｓに対する測定ヘッド８の直交３軸方向（Ｘ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向）の位置のデータを取得する。また、「測定ヘッド８の位置」は、たとえば、後述するＣＣＤカメラ４５の撮像面５１の中心位置Ｓ1のことであるが、これ以外の位置であってもよい。
【００１９】
送信受信部２２と、主軸４に装着された状態の測定ヘッド８との間では、測定指令ｆや測定データなどの信号Ｆが、無線によって送受信される。
送信受信部２２が、測定指令ｆの信号Ｆを測定ヘッド８に送信する。測定ヘッド８は、測定指令ｆを受信すると、この測定ヘッド８に設けられた予測システム２９で予め設定された時間差ｎだけ積極的に早めたタイミングで、一定の時間間隔ΔＴ毎に工作物９を測定する。
この場合、測定ヘッド８は、測定ヘッド８から工作物９までの距離Ｄを測定する。測定されたデータの信号Ｆは、測定ヘッド８から送信受信部２２に無線で送信される。送信受信部２２が測定ヘッド８から受信した測定データＢ1は、制御装置２３に出力される。
その結果、コントローラ２５が測定ヘッド８の位置データＣ1を読み取って取得する第１の時間Ｔ1と、測定指令ｆにより測定ヘッド８が工作物９を測定する第２の時間Ｔ2と、を一致させている（図６中の符号Ｈ参照）。
【００２０】
第１の時間Ｔ1は、コントローラ２５が、工作物９上の被測定点Ｓに対する測定ヘッド８の少なくとも２軸方向の位置データを、ＮＣ装置１３から一定の時間間隔ΔＴ毎に取得する時間である。この第１の時間Ｔ1は、一つのみではなく、一定の時間間隔ΔＴ毎に存在している。
第２の時間Ｔ2は、測定指令ｆにより測定ヘッド８が、測定ヘッド８から工作物９までの距離Ｄを、一定の時間間隔ΔＴ毎に測定する時間である。なお、第２の時間Ｔ2も、一つのみではなく、一定の時間間隔ΔＴ毎に存在している。
【００２１】
これにより、コントローラ２５による位置データＣ1の取得の動作と、その時点における測定ヘッド８による工作物９の測定の動作とを、常に同一のタイミングで（すなわち、同時に）、一定の時間間隔ΔＴ毎に繰り返して行なっている。
すなわち、コントローラ２５は、工作物９上の被測定点Ｓに対する測定ヘッド８の少なくとも２軸方向（Ｚ軸方向、Ｘ軸方向）の位置データＣ1を、ＮＣ装置１３から読み取って取得する。
このコントローラ２５の動作と同時に、且つ一定の時間間隔ΔＴ毎に、測定ヘッド８は、その時点における測定ヘッド８から工作物９までの距離Ｄを測定する。
【００２２】
コントローラ２５で取得された測定ヘッド８の位置データＣ1は、制御装置２３に出力される。送信受信部２２は、測定ヘッド８に測定指令ｆを送信した後、この測定ヘッド８から受信した測定データＢ1を、制御装置２３に出力する。
制御装置２３は、位置データＣ1と測定データＢ1とに基づいて演算を行うことにより、工作物９の２次元形状データまたは３次元形状データを得る。
【００２３】
上述の構成の工作物測定装置２０およびこの装置２０による工作物測定方法によれば、ＮＣ装置１３に対して新たな機能を付加するなどの改造や変更をする必要がない。また、工作物９上の被測定点Ｓに対する測定ヘッド８の少なくとも２軸方向（Ｚ軸方向、Ｘ軸方向）の位置データＣ1の取得の動作と、その時点における測定ヘッド８による工作物９の測定の動作とを、常に同一のタイミングで一定の時間間隔ΔＴ毎に繰り返して行なっている。
その結果、必要最小限の測定データＢ1を処理することにより、工作物９を高精度に２次元測定または３次元測定することができる。
【００２４】
コントローラ２５は、ＮＣ装置１３から読み取った測定ヘッド８の位置データＣ1を一時的に記憶するためのバッファメモリ１６を有している。
コントローラ２５は、測定ヘッド８の位置データＣ1を取得すると、この位置データＣ1を、バッファメモリ１６に一旦記憶させた後、バッファメモリ１６から制御装置２３に出力する。
【００２５】
制御装置２３は、測定データＢ1を格納する測定データ記憶部２１と、位置データ記憶部２６と、演算処理部２７とを有している。
位置データ記憶部２６は、コントローラ２５で取得されバッファメモリ１６に一旦記憶されている少なくとも２軸方向の位置データＣ1を格納する。位置データ記憶部２６は、制御装置２３に設けられている開始番地メモリ３７から出力される指令と、バッファメモリ１６に設けられているメモリ番地カウンタ（最新番地カウンタ）３８の指令とに従って、位置データＣ1を順次読み出すとともにこうして読み出された位置データＣ1を格納する。なお、２つの記憶部２１，２６を、制御装置２３とは分離して別途設けてもよい。
演算処理部２７は、測定ヘッド８で測定された距離Ｄのデータ（すなわち、測定データＢ1）と、コントローラ２５で取得された少なくとも２軸方向（Ｚ軸方向，Ｘ軸方向）の位置のデータ（測定ヘッド８の位置を示すデータＣ1）とに基づいて、演算を行う。
【００２６】
コントローラ２５は、パルス出力部２４からタイミングパルスＰを受信すると、一定の時間間隔ΔＴ毎にＮＣ装置１３から測定ヘッド８の位置データＣ1を取得し、その後、この位置データＣ1を制御装置２３に出力する。
本実施例のコントローラ２５には、バッファメモリ１６が設けられている。コントローラ２５は、タイミングパルスＰにより一定の時間間隔ΔＴ毎に出力される信号のタイミングで、測定ヘッド８の位置データをＮＣ装置１３から取得したのち、バッファメモリ１６に一旦記憶させる。その後、バッファメモリ１６に記憶されている位置データＣ1は、制御装置２３の位置データ記憶部２６に送られて格納される。
【００２７】
バッファメモリ１６はリング状のメモリである。バッファメモリ１６は、コントローラ２５に設けられたメモリ番地カウンタ（最新番地カウンタ）３８の指令により、測定ヘッド８の位置［直交３軸方向（Ｘ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向）の位置データＣ1］を一時的に記憶する。
そのために、Ｘ軸送り機構１２のサーボモータの動作によるＸ軸方向の現在位置情報（座標）５３と、Ｙ軸送り機構１１のサーボモータの動作によるＹ軸方向の現在位置情報（座標）５４と、Ｚ軸送り機構１０のサーボモータの動作によるＺ軸方向の現在位置情報（座標）５５は、それぞれバッファメモリ１６に出力され、位置データＣ1として一旦記憶される。
【００２８】
たとえば、工作物９上の１番目の被測定点Ｓを測定したときの測定ヘッド８のＸ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向のそれぞれの現在位置情報５３，５４，５５を、コントローラ２５がＮＣ装置１３から読み取る。すると、バッファメモリ１６の番地「１」に、座標値「Ｘ，Ｙ，Ｚ」が書き込まれる。
次いで、工作物９上の２番目の被測定点Ｓを測定したときの測定ヘッド８のＸ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向のそれぞれの現在位置情報５３，５４，５５を、コントローラ２５がＮＣ装置１３から読み取る。すると、バッファメモリ１６の番地「２」に、次の座標値「Ｘ，Ｙ，Ｚ」が書き込まれる。
以下同様にして、工作物９上のＮ番目の被測定点Ｓを測定したときの測定ヘッド８のＸ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向のそれぞれの現在位置情報５３，５４，５５を、コントローラ２５がＮＣ装置１３から読み取る。すると、バッファメモリ１６の番地「Ｎ」に、座標値「Ｘ，Ｙ，Ｚ」が書き込まれる。
【００２９】
このようにすれば、測定ヘッド８の１番目からＮ番目までのＮ個の位置データＣ1が、バッファメモリ１６に順番に一時的に記憶さる。その後、Ｎ個または所定の個数の位置データＣ1が、制御装置２３の位置データ記憶部２６に同時に格納される。
なお、バッファメモリ１６を、コントローラ２５以外のところ、たとえばＮＣ装置１３に設けてもよい。また、バッファメモリ１６は、リング状でなくてもよく、たとえば、ＮＣ装置１３またはコントローラ２５の各内部に設けられているメモリを流用することもできる。
【００３０】
制御装置２３は、送信受信部２２から送られてきた測定データＢ1を、測定データ記憶部２１に順次格納する。また、バッファメモリ１６に記憶されている位置データＣ1は、開始番地メモリ３７から出力される指令と、バッファメモリ１６のメモリ番地カウンタ（最新番地カウンタ）３８の指令とに従って、バッファメモリ１６から順次読み出されるとともに位置データ記憶部２６に格納される。
演算処理部２７は、位置データ記憶部２６に格納されている位置データＣ1と、測定データ記憶部２１に格納されている測定データＢ1とに基づいて演算を行う。これにより、工作物９の２次元形状データまたは３次元形状データが得られる。
【００３１】
本実施例では、測定ヘッド８の予測システム２９において、測定ヘッド８に対する測定指令ｆを、予測システム２９で予め設定された時間差ｎだけ積極的に早めている。
こうして、コントローラ２５による位置データＣ1の取得の動作と、その時点における測定ヘッド８による工作物９の測定の動作とを、常に同一のタイミングで（すなわち、同時に）、一定の時間間隔ΔＴ毎に繰り返して行なっている。
【００３２】
測定ヘッド８は、工具と同じように扱われて工具マガジンに収納可能である。ＮＣ装置１３で制御されるＡＴＣ１４により、測定ヘッド８は、主軸４に対して自動的に交換されるとともに着脱可能である。
したがって、主軸４に装着された工具で工作物９を加工する工程の途中または加工工程後に、主軸４に装着された測定ヘッド８で工作物９を測定する工程を設ければ、加工動作と測定動作とが順番にまたはこれとは逆の順に連続する。すなわち、加工動作と測定動作とを、任意の組合せで実行することが可能である。
このようにすれば、測定のために工作物９をテーブル６から取り外さなくても、工作物９を加工したのちテーブル６に取付けたままで直ちに、工作物９を２次元測定または３次元測定することができる。また、工作物９を測定した動作の後に、再び工作物９を加工する動作に移行することもできる。
【００３３】
測定ヘッド８は、ハウジング３０と、ハウジング３０に固定された装着部材３１とを有している。装着部材３１のシャンク３２が、主軸４に着脱可能に装着され、クランプ・アンクランプ機構（図示せず）によりクランプ・アンクランプされる。
測定ヘッド８には、非接触の給電装置３３により電力が供給される。給電装置３３は、主軸４に取付けられた１次側の給電コイル３４と、給電コイル３４に電流を供給する交流電源３５と、測定ヘッド８に取付けられた２次側の受電コイル３６とを有している。
測定ヘッド８が、工作機械１の主軸４に着脱可能に装着された状態で、給電コイル３４と受電コイル３６は、一定間隔を隔てて非接触で対向する。
交流電源３５から１次側の給電コイル３４に交流電圧を印加すると、給電コイル３４側に発生した磁束により、受電コイル３６側に誘導起電力が生じる。これによって、給電コイル３４から受電コイル３６に電力が供給される。受電コイル３６に供給された電力は、測定ヘッド８の各機器に供給される。
【００３４】
ハウジング３０の内部には、レーザ発振器４０，反射鏡を有するプリズム４１，４２，レンズ４３，４４，ＣＣＤ［電荷結合素子（Charge Coupled Device）］カメラ４５，測定ヘッド用制御装置４６，予測システム２９などが設けられている。
ハウジング３０には、アンテナ４７を有する無線機４８が取付けられている。無線機４８は、送信受信部２２との間で、信号Ｆにより測定指令ｆや測定データの送受信を行う。
レーザ発振器４０は、工作物９の表面に照射するためのレーザ光Ｌを発生させる。ＣＣＤカメラ４５は、工作物９の表面で反射したレーザ光Ｌを受光して、２次元画像データを生成する。レンズ４３，４４は、工作物９の表面で反射したレーザ光Ｌを、ＣＣＤカメラ４５の撮像面５１上に結像させる。
したがって、レーザ発振器４０で発生したレーザ光Ｌは、プリズム４１，４２で反射され、絞り５２を通り、レンズ４３，４４を通過して、工作物９の表面の被測定点Ｓに照射される。
工作物９上の被測定点Ｓで反射したレーザ光Ｌは、レンズ４４，４３で屈折し、絞り５２を通り、ＣＣＤカメラ４５の撮像面５１で環状像として収束される。
【００３５】
測定ヘッド用制御装置４６は、測定された距離Ｄを算出する距離算出部４９と、送受信制御部５０とを有している。なお、測定ヘッド用制御装置４６内に予測システム９を設けてもよい。
距離算出部４９は、ＣＣＤカメラ４５によって生成された２次元画像データに基づいて、測定ヘッド８から工作物９までの距離Ｄを算出する。この距離Ｄは、工作物９上の被測定点Ｓと、ＣＣＤカメラ４５の撮像面５１との間の、中心軸線ＣＬ方向（すなわち、Ｚ軸方向）における距離である。
送受信制御部５０は、無線機４８を介して送信受信部２２との間で、指令やデータを送受信する処理を行う。すなわち、送信受信部２２から測定指令ｆの信号Ｆが送信されると、測定指令ｆは無線機４８を介して送受信制御部５０に送られる。
【００３６】
送受信制御部５０は、測定指令ｆを受信すると、測定ヘッド８に設けられた予測システム２９で予め設定された時間差ｎだけ積極的に早めたタイミングで、一定の時間間隔ΔＴ毎に、レーザ発振器４０，ＣＣＤカメラ４５などに、測定動作を開始する旨の信号を出力する。
すると、レーザ発振器４０はレーザ光Ｌを発生し、このレーザ光Ｌは工作物９に照射される。工作物９上の被測定点Ｓで乱反射したレーザ光Ｌは、ＣＣＤカメラ４５で撮影され、この撮影したデータに基づいて２次元画像データが生成される。
距離算出部４９は、２次元画像データに基づいて距離Ｄを算出する。すると、送受信制御部５０は、距離算出部４９によって算出された距離Ｄなどを含む測定データの信号Ｆを、無線機４８を介して送信受信部２２に送信する処理を行う。
【００３７】
本実施例では、測定指令ｆの信号Ｆが送信受信部２２から測定ヘッド８に無線で送信される。測定ヘッド８は、この測定指令ｆを受けると、予測システム２９で予め設定された時間差ｎだけ積極的に早めたタイミングで、一定の時間間隔ΔＴ毎に測定ヘッド８から工作物９までの距離Ｄを非接触で測定する。
測定ヘッド８は、工作機械１の主軸４に対して、ＡＴＣ１４により自動的に交換して装着される。測定動作の際に、測定ヘッド８は工作物９に接触しない。したがって、測定ヘッド８を高速で安全に且つ振動なしまたは低振動で走査して、工作物９を短時間で広い範囲を測定することができる。
【００３８】
次に、本発明の原理を説明する。
図１，図２，図５において、本発明の前提は、予測システム２９が設けられていなくて、且つ、下記の２つの条件１および条件２の場合である。なお、図５に示す波形図の横軸は時間ｔである。
【００３９】
（条件１）：送信受信部２２のパルス出力部２４は、ＮＣ装置１３から位置データを取得する旨のタイミングパルスＰaを、一定の時間間隔ΔＴ毎にコントローラ２５に出力したと仮定する。そして、タイミングパルスＰaに従って、コントローラ２５は、時間ｔ1のときに、測定ヘッド８の位置データをＮＣ装置１３から読み取って取得したと仮定する。
（条件２）：送信受信部２２は、パルス出力部２４からタイミングパルスＰaをコントローラ２５に出力すると同時に、一定の時間間隔ΔＴ毎に測定指令ｆを測定ヘッド８に出力し、この測定指令ｆの時間間隔ΔＴは、タイミングパルスＰaのパルス間隔ΔＴと同じであると仮定する。
【００４０】
送信受信部２２が、時間ｔ1に測定指令ｆを出力すると、無線による信号Ｆが測定ヘッド８に送信される。測定指令ｆが、無線による信号Ｆにより測定ヘッド８に届いた直後の時間ｔ2に、測定ヘッド８が、測定指令ｆに基づいて工作物９までの距離Ｄを測定する。
測定指令ｆが流れる経路には、無線による信号Ｆと測定ヘッド８での処理があるので、送信受信部２２による測定指令ｆの出力時から、測定ヘッド８による距離Ｄの測定時までに、比較的長い「遅れ時間」がかかってしまう。
【００４１】
時間ｔ1に、測定指令ｆが、送信受信部２２から出力されたのち測定ヘッド８に届いて、時間ｔ2に、測定ヘッド８で距離Ｄが測定されるまでの、遅れ時間Δｎは、下記の式により算出される。
Δｎ＝ｔ2 −ｔ1 ……（１）
【００４２】
他方、コントローラ２５は、タイミングパルスＰaに従って、時間ｔ1に、測定ヘッド８の位置データをＮＣ装置１３から読み取って取得している。
すなわち、コントローラ２５は、時間ｔ1における、工作物９上の被測定点Ｓに対する測定ヘッド８の少なくとも２軸方向の位置のデータを取得する。本実施例では、直交３軸方向の位置データＸ，Ｙ，Ｚが取得される。  
コントローラ２５はＮＣ装置１３に内蔵されており、パルス出力部２４で出力されるタイミングパルスＰaはケーブル６０でコントローラ２５に出力されるので、遅れ時間はきわめて短い。したがって、コントローラ２５は、時間ｔ1におけるタイミングパルスＰaの信号に従って、すぐに測定ヘッド８の位置データをＮＣ装置１３から取得する。
【００４３】
測定ヘッド８が工作物９までの距離Ｄを測定するときの遅れ時間Δｎと、コントローラ２５が測定ヘッド８の直交３軸方向の位置データを取得する時の遅れ時間（この場合は、ほぼゼロとする）との差を、所定のパラメータである時間差ｎとして、下記の式で算出することができる。
ｎ＝Δｎ −０ ……（２）
【００４４】
こうして、時間差ｎは、図５および前記式（２）などに基づいて算出される。この時間差ｎは、工作機械１に測定ヘッド８を装着した状態のシステムにおける固有の値である。したがって、工作機械１や測定ヘッド８を部分的に改造したり交換しない限り、システム固有の時間差ｎは、理論的には一定値である。
そのため、工作機械１を設置し、使用する測定ヘッド８を特定した後に、１回のテスト作業で時間差ｎを設定する。なお、工作機械１のユーザーによっては、工作物９に対する加工条件が変わったり、工作物９の種類が変わったりするたびに、時間差ｎの確認，変更を、１回または複数回行なう場合もある。こうすれば、より正確な時間差ｎが設定される。
【００４５】
次に、測定ヘッド８に予測システム２９が設けられた工作物測定装置２０について説明する。
図１，図２，図６に示すように、送信受信部２２は、パルス出力部２４からタイミングパルスＰをコントローラ２５に出力すると同時に、一定の時間間隔ΔＴ毎に測定指令ｆを測定ヘッド８に出力する。パルス出力部２４から出力されるタイミングパルスＰは、一定の時間間隔ΔＴのタイミングになっている。なお、図６に示す波形図の横軸は時間ｔである。
コントローラ２５は、タイミングパルスＰを受信すると、一定の時間間隔ΔＴ毎にＮＣ装置１３から測定ヘッド８の位置データを読み取って取得する。
他方、送信受信部２２が、測定指令ｆの信号Ｆを測定ヘッド８に送信する。測定ヘッド８は、測定指令ｆを受信すると、この測定ヘッド８に設けられた予測システム２９で予め設定された上述の時間差ｎだけ積極的に早めたタイミングで、一定の時間間隔ΔＴ毎に工作物９を測定する。この時間差ｎは、予測システム２０で予め設定され、且つ予測システム２９に記憶されている。
その結果、測定ヘッド８の位置データをコントローラ２５が取得する第１の時間Ｔ1と、測定ヘッド８が工作物９を測定する第２の時間Ｔ2と、を一致させている（図６中の符号Ｈ参照）。
【００４６】
次に、工作物測定装置２０で工作物９を測定する手順について説明する。
まず最初に、測定用プログラムで、測定ヘッド８を呼び出す。測定ヘッド８を、ＡＴＣ１４で主軸４に装着し、測定（スキャン）の開始点に位置決めする。
次いで、測定用プログラム中のＭコード指令により、制御装置２３は測定開始の指令を出力する。すると、ＮＣ装置１３，コントローラ２５，制御装置２３，送信受信部２２などが、測定準備状態になる。測定用プログラムの移動指令により、測定ヘッド８が工作物９の上方で移動を開始する。
【００４７】
送信受信部２２は、パルス出力部２４からタイミングパルスＰを一定の時間間隔ΔＴ（１６［msec］）毎にケーブル６０を介してコントローラ２５に出力すると同時に、一定の時間間隔ΔＴ毎に測定指令ｆを測定ヘッド８に出力する。
パルス出力部２４が最初のパルス信号Ｐoを出力すると、コントローラ２５が第１の時間Ｔ1に読み取り動作（取得動作）を行う。すなわち、コントローラ２５は、タイミングパルスＰを受信すると、最初の信号Ｐbに従って、一定の時間間隔ΔＴ（１６［msec］）毎に、ＮＣ装置１３から測定ヘッド８の各軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸）の現在位置情報５３，５４，５５（位置データ）を読み取る。そして、この位置データを、第１の時間Ｔ1のデータとして、バッファメモリ１６に順次記憶させる。
【００４８】
送信受信部２２は、一定の時間間隔ΔＴ毎に測定指令ｆを測定ヘッド８に出力する。このとき、タイミングパルスＰは、時間的なずれが発生しないように、測定指令ｆのタイミングを合わせるのに使用される。すなわち、長い時間が経過するとタイミングが次第にずれてくるが、タイミングパルスＰは、この時間的なずれの発生を防止している。
送信受信部２２の測定指令ｆは、無線によって信号Ｆとして送信されるので、少し遅れて測定ヘッド８に入力する。
測定ヘッド８が、送信受信部２２から測定指令ｆを受信すると、この測定ヘッド８に設けられた予測システム２９で予め設定された時間差ｎだけ積極的に早めたタイミングで、測定ヘッド８が工作物９の測定動作を開始する。これ以後は、送信受信部２２は、予測システム２９で予め設定された時間差ｎだけ積極的に早めたタイミングで、一定の時間間隔ΔＴ毎に測定ヘッド８に測定指令ｆを送信する。
【００４９】
すなわち、測定ヘッド８は、測定ヘッド８から工作物９までの距離Ｄを測定し、その測定結果（測定データ）を送信受信部２２に返送する。このとき、送信受信部２２から出力された測定指令ｆの信号Ｆは、無線で測定ヘッド８に送信されるとともに、測定ヘッド８内で処理される。これら無線送信や測定ヘッド８内での処理に必要な時間Δｎ1が経過した後に、測定ヘッド８は、測定指令ｆに従って第２の時間Ｔ2に距離Ｄを測定する。
この場合、コントローラ２５が測定ヘッド８の位置データＣ1を読み取るタイミングと、測定ヘッド８が距離Ｄを測定するタイミングと、が一致するように（図６の符号Ｈ）、予測システム２９で上述の時間差ｎが予め設定され且つ記憶されている。
その結果、第１の時間Ｔ1と第２の時間Ｔ2とが同じ時間になる。測定ヘッド８による測定の動作と、コントローラ２５による位置データの読み取り動作とが、常に同じタイミングで、繰り返して行われる。
【００５０】
送信受信部２２は、測定ヘッド８から受け取った測定データＢ1を、制御装置２３に送信する。この測定データＢ1は、測定データ記憶部２１に順次格納される。
コントローラ２５が、ＮＣ装置１３から測定ヘッド８の位置データを読み取ってバッファメモリ１６に一つ追加記憶させる毎に、コントローラ２５内のメモリ番地カウンタ（最新番地カウンタ）３８の数値を一つ加算する。最後に書き込んだ番地を、バッファメモリ１６に保持する。
【００５１】
制御装置２３は、バッファメモリ１６内に記憶された一連の位置データＣ1を順次読み取って、制御装置２３内の位置データ記憶部２６に順次保管する。このとき、バッファメモリ１６内で読み取るべき一連の位置データの先頭番地を、制御装置２３の開始番地メモリ（開始番地カウンタ）３７で保持しておき、位置データを読み取る毎に開始番地メモリ（開始番地カウンタ）３７の値を更新しておく。また、読み取るべき一連の位置データの最終番地は、コントローラ２５内のメモリ番地カウンタ（最新番地カウンタ）３８により示されている。
【００５２】
こうして、「送信受信部２２が、パルス出力部２４からタイミングパルスＰを出力すると同時に測定指令ｆを測定ヘッド８に出力する」ステップから、「制御装置２３が、バッファメモリ１６内に記憶された一連の位置データＣ1を順次読み取って、位置データ記憶部２６に順次保管し、このとき、バッファメモリ１６内で読み取るべき一連の位置データの先頭番地を、制御装置２３の開始番地メモリ３７で保持しておき、位置データを読み取る毎に開始番地メモリ３７の値を更新しておく」ステップまでを、繰り返す。
【００５３】
プログラム中のＭコードの指令が出力されると、制御装置２３は、コントローラ２５と送信受信部２２に測定終了の指令を出力する。すると、工作物測定装置２０による測定が終了し、パルス出力部２４は、タイミングパルスＰのパルス信号の出力を終了する。
そして、制御装置２３内で位置データ記憶部２６に保管された一連の位置データＣ1のうち１個目の位置データを削除する。これは、測定開始時に、最初の位置データに相当する測定データは存在しないからである。
また、制御装置２３内で測定データ記憶部２１に保管された一連の測定データＢ1のうち最後の１個の測定データを削除する。これは、最後の測定データに相当する位置データは存在しないからである。
次いで、演算処理部２７は、それぞれの時点における位置データと測定データとを合わせて、工作物９の２次元形状データまたは３次元形状データを算出する。
【００５４】
本発明では、送信受信部２２および制御装置２３は、必要最小限の測定データＢ1を処理すればよい。したがって、データ処理の負荷は小さくなり、測定データ記憶部２１と位置データ記憶部２６の各メモリ容量も小さくて済む。
ＮＣ装置１３にバッファメモリ１６を設けたので、測定ヘッド８の直交３軸方向（Ｘ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向）の位置データＣ1を、バッファメモリ１６に一旦記憶することができる。
その後、開始番地メモリ（開始番地カウンタ）３７から出力される指令とメモリ番地カウンタ（最新番地カウンタ）３８の指令とに従って、位置データＣ1を複数個まとめて位置データ記憶部２６に順次格納することができる。したがって、コントローラ２５，バッファメモリ１６および制御装置２３が位置データＣ1を処理するための負担は小さくてすむ。
【００５５】
演算処理部２７は、測定データ記憶部２１に格納されている必要最小限の測定データＢ1と、位置データ記憶部２６に格納されている測定ヘッド８の直交３軸方向の位置データＣ1とに基づいて演算を行う。これにより、工作物９の２次元形状データまたは３次元形状データが得られる。
こうして、工作物９上の多数の被測定点Ｓの各座標のデータ（２次元形状データまたは３次元形状データ）が算出される。この多数の被測定点Ｓの各座標のデータは、制御装置２３とは別に設けられた演算装置（たとえば、パーソナルコンピュータ）２８に出力される。演算装置２８は、多数の被測定点Ｓの座標を集合させる演算を行う。これにより、工作物９の立体図すなわち３次元形状Ｅ（図７）が得られる。
【００５６】
図８は、送信受信部２２とコントローラ２５から制御装置２３に入力した測定距離Ｄのデータと、直交３軸方向の位置データＣ1と、これら測定距離Ｄのデータおよび位置データＣ1に基づいて算出された結果とを示している。この算出結果は、３次元形状データ（すなわち、工作物９上の被測定点Ｓの座標）である。
【００５７】
上述のように、本発明の工作物測定装置２０においては、測定ヘッド８は、送信受信部２２から測定指令ｆを受信すると、測定ヘッド８の予測システム２９で予め設定された時間差ｎだけ積極的に早めたタイミングで、一定の時間間隔ΔＴ毎に工作物９を測定している。
その結果、コントローラ２５が測定ヘッド８の位置データを取得する第１の時間Ｔ1と、測定ヘッド８が測定指令ｆにより工作物９を測定する第２の時間Ｔ2とが、同期することになる。
【００５８】
これにより、制御装置２３が、測定ヘッド８の直交３軸方向の位置データＣ1と、必要最小限の測定データＢ1とに基づいて演算処理する。したがって、工作物９の２次元形状データまたは３次元形状データを得ることができる。その結果、工作物９の高精度な２次元形状または３次元形状が得られる。
測定ヘッド８は工作物９を非接触で測定する。したがって、工作機械１の主軸４に対して測定ヘッド８を自動的に交換して装着した後、測定ヘッド８を高速で安全に且つ振動なしまたは低振動で走査して、工作物９を短時間で広い範囲を測定することができる。
【００５９】
上述の説明では、パルス出力部２４が、タイミングパルスＰを１６［msec］のパルス間隔で出力する場合を示している。このタイミングパルスＰは、データ取得のタイミングを確認するために使用されるので、パルス間隔および測定の間隔は、制限はなく任意の値でよい。
【００６０】
工作物測定装置２０による測定の終了について、予め設定されているパルス間隔（１６［msec］）で、コントローラ２５にタイミングパルスＰのパルス信号が入力しなければ、コントローラ２５は測定終了と判断する。
ところで、この判定方法の場合、パルス間隔が長い値（たとえば１６０［msec］）であると仮定する。この場合、送信受信部２２が、制御装置２３から測定終了の指令を受信しても、コントローラ２５が、１６０［msec］の長い時間後にタイミングパルスＰが来ないことを認識するまで、コントローラ２５は、位置データＣ1を取得して制御装置２３に出力し続ける。その結果、測定終了直前に、制御装置２３でせっかく取得した位置データＣ1が、無駄になってしまう。
そこで、制御装置２３は、測定終了の指令を、送信受信部２２に送信するだけでなくコントローラ２５にも送信し、このコントローラ２５が前記指令を受信すると測定を終了する構成にするのが好ましい。このようにすれば、測定終了直前に制御装置２３が不要なデータを取得して無駄が発生するといった不具合がなくなる。
【００６１】
図９は、予測システム２９が送信受信部２２に設けられた他の例にかかる工作物測定装置２０ａの概略構成図、図１０は、図９に示す測定ヘッド８ａのブロック図である。なお、工作物測定装置２０と同じ構成の説明は省略し、異なる構成を説明する。
図１，図９，図１０に示すように、工作物測定装置２０ａおよびこれを使用した工作物測定方法は、工作機械１の主軸４に着脱可能に装着される測定ヘッド８ａにより、工作物９を非接触で（または、接触して）測定可能である。
工作物測定装置２０ａは、ＮＣ装置１３と、工作機械１の主軸４に着脱可能に装着されて工作物９を測定する測定ヘッド８ａと、測定ヘッド８ａとの間で送受信を行う送信受信部２２ａと、工作物測定装置２０ａを制御する制御装置２３とを有している。予測システム２９は、送信受信部２２ａに設けられており、測定ヘッド８ａには設けられていない。
【００６２】
工作物測定装置２０ａは、コントローラ２５とパルス出力部２４とを、さらに備えている。送信受信部２２ａは、クロック１７と、パルス出力部２４と、予測システム２９とを有している。なお、予測システム２９は、送信受信部２２ａとは分離して別途設けられている場合でもよい。
パルス出力部２４は、クロック１７の一定の時間間隔ΔＴに対応するパルス間隔ΔＴを有するタイミングパルスＰを、ケーブル６０によりコントローラ２５に出力する。タイミングパルスＰは、送信受信部２２ａでタイミングを合わせるのに使用される。
工作物測定装置２０ａで工作物９を測定する場合、送信受信部２２ａは、パルス出力部２４からタイミングパルスＰをケーブル６０を介してコントローラ２５に出力する。これと同時に、送信受信部２２ａは、一定の時間間隔ΔＴ毎に測定指令ｆを生成する。測定指令ｆは、タイミングパルスＰのタイミングに合わせた指令である。
コントローラ２５は、タイミングパルスＰを受信すると、一定の時間間隔ΔＴ毎にＮＣ装置１３から測定ヘッド８の位置データを読み取って取得する。
【００６３】
送信受信部２２ａと、主軸４に装着された状態の測定ヘッド８ａとの間では、測定指令ｆや測定データなどの信号Ｆが、無線によって送受信される。
測定ヘッド８ａは、受信した測定指令ｆにより、一定の時間間隔ΔＴ毎に工作物９を測定する。測定指令ｆは、送信受信部２２ａに設けられた予測システム２９で予め設定された時間差ｎだけ、一定の時間間隔ΔＴのタイミングより積極的に早め且つタイミングパルスＰのタイミングに合わせて送信受信部２２ａから測定ヘッド８ａに出力された指令である。
この場合、測定ヘッド８ａは、測定ヘッド８ａから工作物９までの距離Ｄを測定する。測定されたデータの信号Ｆは、測定ヘッド８ａから送信受信部２２ａに無線で送信される。送信受信部２２ａが測定ヘッド８ａから受信した測定データＢ1は、制御装置２３に出力される。
その結果、コントローラ２５が測定ヘッド８ａの位置データＣ1を読み取って取得する第１の時間Ｔ1と、測定指令ｆにより測定ヘッド８ａが工作物９を測定する第２の時間Ｔ2と、を一致させている（図６中の符号Ｈ参照）。
第１の時間Ｔ1は、コントローラ２５が、工作物９上の被測定点Ｓに対する測定ヘッド８ａの少なくとも２軸方向の位置データを、ＮＣ装置１３から一定の時間間隔ΔＴ毎に取得する時間である。
第２の時間Ｔ2は、測定ヘッド８ａが、測定ヘッド８ａから工作物９までの距離Ｄを、一定の時間間隔ΔＴ毎に測定する時間である。
【００６４】
これにより、コントローラ２５による位置データＣ1の取得の動作と、その時点における測定ヘッド８ａによる工作物９の測定の動作とを、常に同一のタイミングで（すなわち、同時に）、一定の時間間隔ΔＴ毎に繰り返して行なっている。
すなわち、コントローラ２５は、工作物９上の被測定点Ｓに対する測定ヘッド８ａの少なくとも２軸方向（Ｚ軸方向、Ｘ軸方向）の位置データＣ1を、ＮＣ装置１３から読み取って取得する。
このコントローラ２５の動作と同時に、且つ一定の時間間隔ΔＴ毎に、測定ヘッド８ａは、その時点における測定ヘッド８ａから工作物９までの距離Ｄを測定する。
【００６５】
コントローラ２５で取得された測定ヘッド８ａの位置データＣ1は、制御装置２３に出力される。また、送信受信部２２ａは、測定ヘッド８ａに測定指令ｆを送信した後、この測定ヘッド８ａから受信した測定データＢ1を、制御装置２３に出力する。
制御装置２３は、位置データＣ1と測定データＢ1とに基づいて演算を行うことにより、工作物９の２次元形状データまたは３次元形状データを得る。
【００６６】
コントローラ２５は、ＮＣ装置１３から読み取った測定ヘッド８ａの位置データＣ1を一時的に記憶するためのバッファメモリ１６を有している。コントローラ２５は、測定ヘッド８ａの位置データＣ1を取得すると、この位置データＣ1を、バッファメモリ１６に一旦記憶させた後、バッファメモリ１６から制御装置２３に出力する。
制御装置２３は、送信受信部２２ａから送られてきた測定データＢ1を、測定データ記憶部２１に順次格納する。
送信受信部２２ａの予測システム２９は、測定ヘッド８に対する測定指令ｆを、予測システム２９で予め設定された時間差ｎだけ積極的に早めている。こうして、コントローラ２５による位置データＣ1の取得の動作と、その時点における測定ヘッド８ａによる工作物９の測定の動作とを、常に同一のタイミングで（すなわち、同時に）、一定の時間間隔ΔＴ毎に繰り返して行なっている。
上述の構成の工作物測定装置２０ａおよびこの装置２０ａによる工作物測定方法によれば、工作物測定装置２０およびその方法と同じ作用効果を奏する。
【００６７】
次に、本実施例の変形例を説明する。
本発明の工作物測定装置２０（または、工作物測定装置２０ａ）が設けられる変形例にかかる工作機械は、測定ヘッド８（または、測定ヘッド８ａ）と工作物とを相対的に直交３軸方向に直線移動させる３軸制御と、測定ヘッド８，８ａと工作物とを相対的に旋回させて割り出す少なくとも１軸制御（たとえば、Ｂ軸制御）と、を行う加工機である。
この工作機械に工作物測定装置２０，２０ａを設ければ、測定ヘッド８，８ａと工作物とを相対的に旋回させることができる。したがって、工作物の上面，側面および傾斜面などを、測定ヘッド８，８ａで自在に測定して、広い範囲で工作物を２次元測定または３次元測定することができる。
【００６８】
図１１ないし図１２Ｆは、本実施例の変形例を説明するための図である。図１１は、工作物測定装置２０，２０ａが設けられた他の工作機械１０１の斜視図、図１２Ａないし図１２Ｆは、それぞれ工作物測定状態を示す説明図である。
図１１に示す工作機械１０１は５軸加工機であり、５軸制御の立形マシニングセンタを基本とし、工作物９，９ｘを少なくとも旋削加工可能な複合加工機である。
５軸制御の工作機械１０１は、測定ヘッド８，８ａと工作物９，９ｘとを相対的にＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の直交３軸方向に直線移動させる３軸制御と、測定ヘッド８，８ａと工作物９，９ｘとを相対的に旋回させて割り出す少なくとも１軸制御（この例では、Ｂ軸制御とＣ軸制御からなる２軸制御）と、を行なっている。
【００６９】
工作機械１０１は、基体２と、基体２上に設置されたコラム１０３と、コラム１０３上に設置されたクロスレール１０７と、クロスレール１０７に取付けられ、主軸１０４を有する主軸頭１０５とを備えている。工作機械１０１は、ＮＣ装置１３（図２，図９）により制御されている。
コラム１０３は、基体１０２上に配置されて前後の水平方向（Ｙ軸方向）に移動可能である。クロスレール１０７は、コラム１０３上に配置されて左右の水平方向（Ｘ軸方向）に移動可能である。主軸頭１０５は、クロスレール１０７に支持されて、上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能になっている。互いに直交するＸ軸，Ｙ軸およびＺ軸により直交３軸が構成されている。
主軸１０４の先端には、工具（図示せず）または測定ヘッド８，８ａが着脱可能に装着される。主軸１０４は、その中心軸線がＺ軸と平行で且つ中心軸線まわりに回転可能に、主軸頭１０５に支持されている。
【００７０】
基体１０２上に配置されているコラム１０３は、Ｙ軸送り機構に駆動されてＹ軸方向に移動する。コラム１０３上に配置されているクロスレール１０７は、Ｘ軸送り機構に駆動されてＸ軸方向に移動する。クロスレール１０７に支持されている主軸頭１０５は、Ｚ軸送り機構に駆動されてＺ軸方向に移動する。
これにより、測定ヘッド８，８ａは、工作物９，９ｘに対して相対的にＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の直交３軸方向に直線移動する。
【００７１】
工作機械１０１は、Ｂ軸制御により旋回可能で且つＣ軸制御により回転可能なテーブル１０６を有している。テーブル１０６は、測定ヘッド８，８ａに対して工作物９，９ｘを、Ｂ軸制御，Ｃ軸制御により相対的に旋回させて割り出すことができるようになっている。Ｂ軸はＹ軸方向と平行であり、Ｃ軸はテーブル１０６の回転中心である。
なお、テーブル１０６に対して、主軸頭がＢ軸制御，Ｃ軸制御により旋回する場合であってもよい。
【００７２】
基体１０２には、矢印Ｋに示すように、Ｂ軸制御により旋回する旋回板１０９が設けられている。旋回板１０９には、この旋回板１０９から前方に突出してテーブル１０６を支持するテーブル支持台１１０が固定されている。
テーブル用駆動装置は、テーブル１０６をＢ軸制御により旋回させるためのＢ軸用駆動装置１１１と、テーブル１０６をＣ軸制御により回転させるためのＣ軸用駆動装置１１２とを有している。
Ｂ軸用駆動装置１１１を駆動することにより、旋回板１０９，テーブル支持台１１０，テーブル１０６および工作物９，９ｘなどが、Ｂ軸制御により旋回するとともに所定の位置に割出される。
Ｃ軸用駆動装置１１２を駆動することにより、工作物９，９ｘが取付けられたテーブル１０６が、Ｃ軸制御により所望の角度回転して割出され、また、連続的に回転することもできる。
【００７３】
旋削加工時には、Ｃ軸用駆動装置１１２を駆動すると、テーブル１０６と工作物９，９ｘがＣ軸制御により回転する。こうして、テーブル１０６に工作物９，９ｘが載置されている状態で、工作物９，９ｘをＣ軸制御により所定の回転速度で回転させれば、この工作物９，９ｘは、主軸１０４に装着された旋削工具により旋削加工される。
一方、主軸１０４に回転工具を装着してこの回転工具で切削加工を行うときには、Ｃ軸用駆動装置１１２を制御して、このＣ軸用駆動装置１１２でテーブル１０６上の工作物９，９ｘをＣ軸制御により所定位置に割出す。この状態で、テーブル１０６に載置された工作物９，９ｘは、主軸１０４の回転工具で切削加工される。
【００７４】
工作機械１０１に設けられた工作物測定装置２０，２０ａは、工作機械１に設けられた工作物測定装置２０，２０ａと同じ構成を有している。
工作機械１０１における工作物測定装置２０，２０ａおよびこれを使用した工作物測定方法は、主軸１０４に着脱可能に装着される測定ヘッド８，８ａにより、工作物９，９ｘを非接触で（または、接触して）測定可能である。
【００７５】
たとえば、工作物９が矩形の場合、図１２Ａに示すように、Ｂ軸用駆動装置１１１とＣ軸用駆動装置１１２とを制御して、テーブル１０６を水平に位置決めする。このように、工作物９が旋回していない状態のとき、測定ヘッド８，８ａで、テーブル１０６上の工作物９の上面９ａを測定することができる。
次いで、Ｂ軸用駆動装置１１１を駆動して、旋回板１０９，テーブル支持台１１０，テーブル１０６および工作物９を、図１２Ａに示す状態から、図１２Ｂに示すように、Ｂ軸制御により＋９０度旋回させて割り出す。すると、測定ヘッド８，８ａで、テーブル１０６上の工作物９の第１の側面９ｂを測定することができる。
【００７６】
また、Ｂ軸用駆動装置１１１を駆動して、旋回板１０９，テーブル支持台１１０，テーブル１０６および工作物９を、図１２Ａに示す状態から、図１２Ｃに示すように、Ｂ軸制御により＋２７０度旋回させて割り出す。すると、測定ヘッド８，８ａで、テーブル１０６上の工作物９の第２の側面９ｃ（第１の側面９ｂとは反対側の側面）を測定することができる。
【００７７】
図１２Ｂまたは図１２Ｃに示す状態のままで、Ｃ軸用駆動装置１１２を駆動して、旋回板１０９，テーブル支持台１１０，テーブル１０６および工作物９を、図１２Ｄに示すように、Ｃ軸制御により９０度旋回させて割り出す。すると、測定ヘッド８，８ａで、テーブル１０６上の工作物９の第３の側面９ｄ（第１の側面９ｂ，第２の側面９ｃに対して直角な側面）を測定することができる。
【００７８】
工作機械１０１は、工作物を旋回させて割り出すＢ軸制御を行なっている。その結果、図１２Ｅ，図１２Ｆに示すように、工作物９ｘが傾斜面９ｅを有している場合でも、測定ヘッド８，８ａは、その中心軸線ＣＬに対して相対的に傾斜した工作物９ｘを測定することができる。
たとえば、図１２Ｅに示す工作物測定状態では、テーブル１０６をＢ軸制御により旋回させずに水平に位置決めする。矢印Ｍに示すように、測定ヘッド８，８ａを工作物９ｘの傾斜面９ｅに沿って移動させる。こうして、測定ヘッド８，８ａは、レーザ光Ｌを傾斜面９ｅに対して相対的に斜めに照射しながら測定する。
次に、図１２Ｆに示す工作物測定状態では、Ｂ軸制御によりＢ軸用駆動装置１１１でテーブル１０６を旋回させて、傾斜面９ｅが水平になるように工作物９ｘ全体を斜めに向ける。そして、測定ヘッド８，８ａは、レーザ光Ｌを傾斜面９ｅに直角に照射しながら測定する。
【００７９】
このように、５軸制御の工作機械１０１に工作物測定装置２０，２０ａを設ければ、工作物９，９ｘの上面９ａの他に側面９ｂ，９ｃ，９ｄや傾斜面９ｅなどを、測定ヘッド８，８ａで自在に測定して、さらに広い範囲で工作物９，９ｘを２次元測定または３次元測定することができる。
工作機械１０１に設けられた工作物測定装置２０，２０ａも、工作機械１に設けられた工作物測定装置２０，２０ａと同じ作用効果を奏する。
【００８０】
以上、本発明の実施例（変形例を含む。以下同じ）を説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲で種々の変形，付加などが可能である。
なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明にかかる工作機械における工作物測定装置およびその方法は、マシニングセンタと複合加工機の他に、旋盤，旋削盤，研削盤などの工作機械に適用でき、非接触で（または、接触して）工作物を測定可能である。
【符号の説明】
【００８２】
１    工作機械（立形マシニングセンタ）
４，１０４    主軸
８，８ａ    測定ヘッド
９，９ｘ      工作物
１３  ＮＣ装置
１４  自動工具交換装置
１６  バッファメモリ
２０，２０ａ  工作物測定装置
２１  測定データ記憶部
２２，２２ａ  送信受信部
２３  制御装置
２４  パルス出力部
２５  プログラマブルコントローラ
２６  位置データ記憶部
２７  演算処理部
２９  予測システム
３７  開始番地メモリ
３８  メモリ番地カウンタ
１０１    工作機械（５軸加工機）
Ｂ1   測定データ
Ｃ1   位置データ
ＣＬ  中心軸線
Ｄ    距離
ｆ    測定指令
ｎ    時間差
Ｐ    タイミングパルス
Ｓ    被測定点
Ｓ1   測定ヘッドの直交３軸方向位置
Ｔ1   第１の時間
Ｔ2   第２の時間
Ｘ軸方向    第２の軸方向
Ｚ軸方向    第１の軸方向
ΔＴ  一定の時間間隔
【図１】
2010264570.tif 000003
【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１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１２Ｅ】
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【図１２Ｆ】
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