(57)【要約】【課題】必要最小限の測定データで高精度な３次元測定ができ、測定ヘッドを高速で安全に走査して短時間で広範囲を測定す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では、測定ヘッド用パルスの指令が出力されると、測定ヘッド８は、その時点における工作物９までの距離Ｄを測定する。位置データ用パルスの指令が出力されると、ＮＣ装置１３は、工作物上の被測定点に対する測定ヘッドの位置を取得する。位置データ用パルスを、測定ヘッド用パルスよりも、時間差だけ遅延回路１５により積極的に遅らせて出力する。測定ヘッド用パルスの指令により測定ヘッドが距離を測定する第１の時間と、第２の時間とを一致させる。第２の時間は、位置データ用パルスの指令により、ＮＣ装置が測定ヘッドの位置を取得する時間である。【選択図】図２
2010194660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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非接触で測定可能な工作物測定装置であって、
測定ヘッド用タイミングパルスの指令が前記測定ヘッドに出力されると、この測定ヘッドは、その時点におけるこの測定ヘッドから前記工作物までの距離を測定し、
位置データ用タイミングパルスの指令がＮＣ装置に出力されると、このＮＣ装置は、前記工作物上にある被測定点に対して前記測定ヘッドが前記距離の測定を行なう第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軸方向の位置を取得し、
前記ＮＣ装置に出力される前記位置データ用タイミングパルスを、前記測定ヘッドに出力される前記測定ヘッド用タイミングパルスよりも、予め設定された時間差だけ遅延回路により積極的に遅らせて出力し、
前記２つのタイミングパルスが前記時間差をもって出力されることにより、前記測定ヘッド用タイミングパルスの指令により前記測定ヘッドが、前記工作物に対する前記距離を測定する第１の時間と、前記位置データ用タイミングパルスの指令により前記ＮＣ装置が、前記被測定点に対する前記測定ヘッドの前記少なくとも２軸方向の位置を取得する第２の時間と、を一致させており、
前記工作物測定装置は、
前記工作機械を制御する前記ＮＣ装置と、前記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を備え、
プログラマブルコントローラのパルス出力部は、前記送信受信部に前記測定ヘッド用タイミングパルスを出力するとともに、前記遅延回路を介して前記ＮＣ装置に前記位置データ用タイミングパルスを出力し、
前記ＮＣ装置は、前記パルス出力部から前記遅延回路を介して前記位置データ用タイミングパルスを受信すると、前記測定ヘッドの前記位置データを取得したのち前記制御装置に出力し、
前記送信受信部は、前記パルス出力部から受信した前記測定ヘッド用タイミングパルスを前記測定ヘッドに送信し、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２】
前記ＮＣ装置は、前記測定ヘッドの前記位置データを記憶するバッファメモリを有しており、
前記ＮＣ装置は、前記位置データ用タイミングパルスを受信すると、前記測定ヘッドの前記位置データを取得し、前記バッファメモリに一旦記憶させたのち前記制御装置に出力することを特徴とする請求項１に記載の工作機械における工作物測定装置。
【請求項３】
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ＮＣ装置で取得され前記バッファメモリに記憶されている前記少なくとも２軸方向の位置のデータを、この制御装置に設けられている開始番地メモリと前記バッファメモリに設けられているカウンタの指令に従って、順次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処理を行う演算処理部とを有することを特徴とする請求項２に記載の工作機械における工作物測定装置。
【請求項４】
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非接触で測定可能な工作物測定装置であって、
測定ヘッド用タイミングパルスの指令が前記測定ヘッドに出力されると、この測定ヘッドは、その時点におけるこの測定ヘッドから前記工作物までの距離を測定し、
位置データ用タイミングパルスの指令がＮＣ装置に出力されると、このＮＣ装置は、前記工作物上にある被測定点に対して前記測定ヘッドが前記距離の測定を行なう第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軸方向の位置を取得し、
遅延回路を設けて、前記測定ヘッド用タイミングパルスを、前記位置データ用タイミングパルスよりも、予め設定された時間差だけ積極的に早く出力するかまたは遅く出力し、
前記２つのタイミングパルスが前記時間差をもって出力されることにより、前記測定ヘッド用タイミングパルスの指令により前記測定ヘッドが、前記工作物に対する前記距離を測定する第１の時間と、前記位置データ用タイミングパルスの指令により前記ＮＣ装置が、前記被測定点に対する前記測定ヘッドの前記少なくとも２軸方向の位置を取得する第２の時間と、を一致させており、
前記工作物測定装置は、
前記工作機械を制御する前記ＮＣ装置と、前記測定ヘッドとの間で送受信を行うとともにパルス出力部を有する送信受信部と、前記工作物測定装置を制御する制御装置とを備え、
前記送信受信部の前記パルス出力部は、前記測定ヘッドに前記測定ヘッド用タイミングパルスを送信するとともに、前記遅延回路を介して前記ＮＣ装置に前記位置データ用タイミングパルスを出力し、
前記ＮＣ装置は、前記パルス出力部から前記遅延回路を介して前記位置データ用タイミングパルスを受信すると、前記測定ヘッドの前記位置データを取得したのち前記制御装置に出力し、
前記送信受信部は、前記パルス出力部の前記測定ヘッド用タイミングパルスを前記測定ヘッドに送信し、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ＮＣ装置は、前記測定ヘッドの前記位置データを記憶するバッファメモリを有しており、
前記ＮＣ装置は、前記位置データ用タイミングパルスを受信すると、前記測定ヘッドの前記位置データを取得し、前記バッファメモリに一旦記憶させたのち前記制御装置に出力することを特徴とする請求項４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ＮＣ装置で取得され前記バッファメモリに記憶されている前記少なくとも２軸方向の位置のデータを、この制御装置に設けられている開始番地メモリと前記バッファメモリに設けられているカウンタの指令に従って、順次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処理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】
前記工作物は、前記測定ヘッドの中心軸線に対して相対的に傾斜可能になってい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非接触で測定可能な工作物測定方法であって、
測定ヘッド用タイミングパルスの指令が前記測定ヘッドに出力されると、この測定ヘッドは、その時点におけるこの測定ヘッドから前記工作物までの距離を測定し、
位置データ用タイミングパルスの指令がＮＣ装置に出力されると、このＮＣ装置は、前記工作物上にある被測定点に対して前記測定ヘッドが前記距離の測定を行なう第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軸方向の位置を取得し、
遅延回路を設けて、前記測定ヘッド用タイミングパルスを、前記位置データ用タイミングパルスよりも、予め設定された時間差だけ積極的に早く出力するかまたは遅く出力し、
前記２つのタイミングパルスが前記時間差をもって出力されることにより、前記測定ヘッド用タイミングパルスの指令により前記測定ヘッドが、前記工作物に対する前記距離を測定する第１の時間と、前記位置データ用タイミングパルスの指令により前記ＮＣ装置が、前記被測定点に対する前記測定ヘッドの前記少なくとも２軸方向の位置を取得する第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。
【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非接触で測定可能な、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）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装置も位置データを取得する。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。また、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があった。
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、その時点における測定ヘッドから工作物までの距離の測定と、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軸方向の位置の取得とを同一のタイミングで行なって、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、また、工作機械の主軸に対して測定ヘッドを自動的に交換して装着した後、測定ヘッドを高速で安全に且つ振動なしまたは低振動で走査して、工作物を短時間で広い範囲を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、本発明の第１の実施態様にかかる工作機械における工作物測定装置は、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非接触で測定可能な工作物測定装置であって、測定ヘッド用タイミングパルスの指令が前記測定ヘッドに出力されると、この測定ヘッドは、その時点におけるこの測定ヘッドから前記工作物までの距離を測定し、位置データ用タイミングパルスの指令がＮＣ装置に出力されると、このＮＣ装置は、前記工作物上にある被測定点に対して前記測定ヘッドが前記距離の測定を行なう第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軸方向の位置を取得し、前記ＮＣ装置に出力される前記位置データ用タイミングパルスを、前記測定ヘッドに出力される前記測定ヘッド用タイミングパルスよりも、予め設定された時間差だけ遅延回路により積極的に遅らせて出力し、前記２つのタイミングパルスが前記時間差をもって出力されることにより、前記測定ヘッド用タイミングパルスの指令により前記測定ヘッドが、前記工作物に対する前記距離を測定する第１の時間と、前記位置データ用タイミングパルスの指令により前記ＮＣ装置が、前記被測定点に対する前記測定ヘッドの前記少なくとも２軸方向の位置を取得する第２の時間と、を一致させており、前記工作物測定装置は、前記工作機械を制御する前記ＮＣ装置と、前記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を備え、プログラマブルコントローラのパルス出力部は、前記送信受信部に前記測定ヘッド用タイミングパルスを出力するとともに、前記遅延回路を介して前記ＮＣ装置に前記位置データ用タイミングパルスを出力し、前記ＮＣ装置は、前記パルス出力部から前記遅延回路を介して前記位置データ用タイミングパルスを受信すると、前記測定ヘッドの前記位置データを取得したのち前記制御装置に出力し、前記送信受信部は、前記パルス出力部から受信した前記測定ヘッド用タイミングパルスを前記測定ヘッドに送信し、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ている。
第１の実施態様において、前記ＮＣ装置は、前記測定ヘッドの前記位置データを記憶するバッファメモリを有しており、前記ＮＣ装置は、前記位置データ用タイミングパルスを受信すると、前記測定ヘッドの前記位置データを取得し、前記バッファメモリに一旦記憶させたのち前記制御装置に出力するのが好ましい。
第１の実施態様にかかる前記制御装置は、前記測定データを格納する測定データ記憶部と、前記ＮＣ装置で取得され前記バッファメモリに記憶されている前記少なくとも２軸方向の位置のデータを、この制御装置に設けられている開始番地メモリと前記バッファメモリに設けられているカウンタの指令に従って、順次格納する位置データ記憶部と、前記測定ヘッドで測定された測定データおよび前記位置データに基づいて演算処理を行う演算処理部とを有するのが好ましい。
本発明の第２の実施態様にかかる工作物測定装置は、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非接触で測定可能な工作物測定装置であって、測定ヘッド用タイミングパルスの指令が前記測定ヘッドに出力されると、この測定ヘッドは、その時点におけるこの測定ヘッドから前記工作物までの距離を測定し、位置データ用タイミングパルスの指令がＮＣ装置に出力されると、このＮＣ装置は、前記工作物上にある被測定点に対して前記測定ヘッドが前記距離の測定を行なう第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軸方向の位置を取得し、遅延回路を設けて、前記測定ヘッド用タイミングパルスを、前記位置データ用タイミングパルスよりも、予め設定された時間差だけ積極的に早く出力するかまたは遅く出力し、前記２つのタイミングパルスが前記時間差をもって出力されることにより、前記測定ヘッド用タイミングパルスの指令により前記測定ヘッドが、前記工作物に対する前記距離を測定する第１の時間と、前記位置データ用タイミングパルスの指令により前記ＮＣ装置が、前記被測定点に対する前記測定ヘッドの前記少なくとも２軸方向の位置を取得する第２の時間と、を一致させており、前記工作物測定装置は、前記工作機械を制御する前記ＮＣ装置と、前記測定ヘッドとの間で送受信を行うとともにパルス出力部を有する送信受信部と、前記工作物測定装置を制御する制御装置とを備え、前記送信受信部の前記パルス出力部は、前記測定ヘッドに前記測定ヘッド用タイミングパルスを送信するとともに、前記遅延回路を介して前記ＮＣ装置に前記位置データ用タイミングパルスを出力し、前記ＮＣ装置は、前記パルス出力部から前記遅延回路を介して前記位置データ用タイミングパルスを受信すると、前記測定ヘッドの前記位置データを取得したのち前記制御装置に出力し、前記送信受信部は、前記パルス出力部の前記測定ヘッド用タイミングパルスを前記測定ヘッドに送信し、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ている。
第２の実施態様において、前記ＮＣ装置は、前記測定ヘッドの前記位置データを記憶するバッファメモリを有しており、前記ＮＣ装置は、前記位置データ用タイミングパルスを受信すると、前記測定ヘッドの前記位置データを取得し、前記バッファメモリに一旦記憶させたのち前記制御装置に出力するのが好ましい。
第２の実施態様にかかる前記制御装置は、前記測定データを格納する測定データ記憶部と、前記ＮＣ装置で取得され前記バッファメモリに記憶されている前記少なくとも２軸方向の位置のデータを、この制御装置に設けられている開始番地メモリと前記バッファメモリに設けられているカウンタの指令に従って、順次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処理を行う演算処理部とを有しているのが好ましい。
本発明において、前記工作物は、前記測定ヘッドの中心軸線に対して相対的に傾斜可能になっているのが好ましい。
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連続する。
本発明にかかる工作機械における工作物測定方法は、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非接触で測定可能な工作物測定方法であって、測定ヘッド用タイミングパルスの指令が前記測定ヘッドに出力されると、この測定ヘッドは、その時点におけるこの測定ヘッドから前記工作物までの距離を測定し、位置データ用タイミングパルスの指令がＮＣ装置に出力されると、このＮＣ装置は、前記工作物上にある被測定点に対して前記測定ヘッドが前記距離の測定を行なう第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軸方向の位置を取得し、遅延回路を設けて、前記測定ヘッド用タイミングパルスを、前記位置データ用タイミングパルスよりも、予め設定された時間差だけ積極的に早く出力するかまたは遅く出力し、前記２つのタイミングパルスが前記時間差をもって出力されることにより、前記測定ヘッド用タイミングパルスの指令により前記測定ヘッドが、前記工作物に対する前記距離を測定する第１の時間と、前記位置データ用タイミングパルスの指令により前記ＮＣ装置が、前記被測定点に対する前記測定ヘッドの前記少なくとも２軸方向の位置を取得する第２の時間とを、一致させている。
【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、その時点における測定ヘッドから工作物までの距離の測定と、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軸方向の位置の取得とを、同一のタイミングで行なって、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。
また、工作機械の主軸に対して測定ヘッドを自動的に交換して装着した後、測定ヘッドを高速で安全に且つ振動なしまたは低振動で走査して、工作物を短時間で広い範囲を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の測定ヘッドが取付けられた工作機械の斜視図である。
【図２】図２ないし図１１は本発明の第１実施例を説明するための図で、図２は、第１実施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】本発明の原理を説明するための波形図である。
【図６】第１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】時間差を求める手順を示す説明図である。
【図１０】時間差を求める手順を示す説明図である。
【図１１】時間差を求める手順を示す説明図である。
【図１２】本発明の第２実施例にかかる工作物測定装置の概略構成図である。
【図１３】第２実施例にかかる工作物測定装置の波形図である。
【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、測定ヘッド用タイミングパルスは、その時点における測定ヘッドから工作物までの距離を測定ヘッドで測定するために出力される。位置データ用タイミングパルスは、ＮＣ装置が、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軸方向の位置を取得するために出力される。
ＮＣ装置に出力される位置データ用タイミングパルスを、測定ヘッドに出力される測定ヘッド用タイミングパルスよりも、予め設定された時間差だけ遅延回路により積極的に遅らせて出力する。こうして、２つのタイミングパルスが、時間差をもって出力される。
そして、第１の時間と第２の時間とを一致させている。第１の時間は、測定ヘッド用タイミングパルスの指令により、測定ヘッドが、工作物に対する距離を測定する時間である。第２の時間は、位置データ用タイミングパルスの指令により、ＮＣ装置が、前記被測定点に対する前記測定ヘッドの前記少なくとも２軸方向の位置を取得する時間である。
【００１０】
そのために、工作物測定装置は、工作機械を制御するＮＣ装置と、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備えている。
プログラマブルコントローラのパルス出力部は、送信受信部に測定ヘッド用タイミングパルスを出力するとともに、遅延回路を介してＮＣ装置に位置データ用タイミングパルスを出力する。
ＮＣ装置は、パルス出力部から遅延回路を介して位置データ用タイミングパルスを受信すると、測定ヘッドの位置データを取得したのち制御装置に出力する。
送信受信部は、パルス出力部から受信した測定ヘッド用タイミングパルスを測定ヘッドに送信し、この測定ヘッドから受信した測定データを制御装置に出力する。
制御装置は、これら位置データと測定データとに基づいて演算を行うことにより、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。
【００１１】
これにより、その時点における測定ヘッドから工作物までの距離の測定と、被測定点に対する測定ヘッドの少なくとも２軸方向の位置の取得とを、同一のタイミングで行うことができる。
その結果、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次元測定し、また、工作機械の主軸に対して、測定ヘッドを自動的に交換して装着した後、測定ヘッドを高速で安全に且つ振動なしまたは低振動で走査して、工作物を短時間で広い範囲を測定するという目的が実現される。
【００１２】
下記の実施例では、工作機械が立形マシニングセンタ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，複合加工機，旋盤，旋削盤または研削盤であってもよい。
【実施例】
【００１３】
以下、本発明にかかる実施例を図１ないし図１３を参照して説明する。
図１は、本発明の測定ヘッドが取付けられた工作機械の斜視図である。図２ないし図１１は第１実施例を説明するための図で、図２は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、第１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。
【００１４】
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、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。
【００１５】
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）に移動可能になっている。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。
【００１６】
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。
【００１７】
（第１実施例）
図１ないし図１１に示すように、工作機械１における工作物測定装置２０およびその方法は、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を非接触で測定可能である。測定ヘッド用タイミングパルスＰ1の指令が測定ヘッド８に出力されると、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。
位置データ用タイミングパルスＰ2の指令が、ＮＣ装置１３に出力される。すると、ＮＣ装置１３は、工作物９上にある被測定点Ｓに対して測定ヘッド８が距離Ｄの測定を行なう第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）の位置を取得する。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。
第１実施例では、ＮＣ装置１３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）の位置を取得する。
【００１８】
遅延回路１５を設けることにより、測定ヘッド用タイミングパルスＰ1を、位置データ用タイミングパルスＰ2よりも、予め設定された時間差ｎだけ積極的に早く出力するかまたは遅く出力する。
第１実施例では、ＮＣ装置１３に出力される位置データ用タイミングパルスＰ2を、測定ヘッド８に出力される測定ヘッド用タイミングパルスＰ1よりも、予め設定された時間差ｎだけ遅延回路１５により積極的に遅らせて出力している。
【００１９】
こうして、２つのタイミングパルスＰ1，Ｐ2が、時間差ｎをもって出力されることにより、第１の時間Ｔ1と第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、測定ヘッド用タイミングパルスＰ1の指令により、測定ヘッド８が、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を測定する時間である。なお、第１の時間Ｔ1は、一つのみではなく、パルス毎に存在している。
第２の時間Ｔ2は、位置データ用タイミングパルスＰ2の指令により、ＮＣ装置１３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軸方向の位置を取得する時間である。この第２の時間Ｔ2も、一つのみではなく、パルス毎に存在している。
【００２０】
これにより、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の測定と、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）の位置の取得とを、同一のタイミングで（すなわち、同時に）行なっている。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。
また、工作機械１の主軸４に対して、測定ヘッド８をＡＴＣ１４により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。
【００２１】
工作物測定装置２０は、工作機械１を制御するＮＣ装置１３と、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とを備えている。ＮＣ装置１３は、測定ヘッド８の位置データＣを記憶するバッファメモリ１６を有している。
制御装置２３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、ＮＣ装置１３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Ｃとに基づいて、演算処理を行う演算処理部２７を有している。
第１実施例の制御装置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とを有している。位置データ記憶部２６は、ＮＣ装置１３で取得されバッファメモリ１６に記憶されている少なくとも２軸方向の位置のデータＣを、この制御装置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に設けられているカウンタ３８の指令とに従って、順次格納する。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。
【００２２】
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り、ＡＴＣ１４により主軸４に対して交換されるとともに着脱可能である。送信受信部２２と、主軸４に装着された測定ヘッド８との間では、無線によって信号Ｆが送受信される。
【００２３】
工作物測定装置２０は、工作機械１を制御しパルス出力部２４を有するプログラマブルコントローラ２５を備えている。プログラマブルコントローラ２５は、ＮＣ装置１３に含まれているが、ＮＣ装置１３とは別個に設けられた場合であってもよい。
プログラマブルコントローラ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。
プログラマブルコントローラ２５のパルス出力部２４は、送信受信部２２に測定ヘッド用タイミングパルスＰ1を出力するとともに、遅延回路１５を介してＮＣ装置１３に位置データ用タイミングパルスＰ2を出力する。
【００２４】
ＮＣ装置１３は、パルス出力部２４から遅延回路１５を介して位置データ用タイミングパルスＰ2を受信すると、測定ヘッド８の位置データを取得したのち、位置データＣを制御装置２３に出力する。
第１実施例では、ＮＣ装置１３には、測定ヘッド８の位置データを記憶するバッファメモリ１６が設けられている。したがって、ＮＣ装置１３は、位置データ用タイミングパルスＰ2を受信すると、測定ヘッド８の位置データを取得してバッファメモリ１６に一旦記憶させたのち、位置データＣを制御装置２３に出力する。
【００２５】
バッファメモリ１６は、リング状のバッファメモリであり、ＮＣ装置１３に設けられたカウンタ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Ｃ］が一時的に記憶される。
そのために、Ｘ軸送り機構１２のＸ軸サーボモータの動作によるＸ軸方向の位置情報と、Ｙ軸送り機構１１のＹ軸サーボモータの動作によるＹ軸方向の位置情報と、Ｚ軸送り機構１０のＺ軸サーボモータの動作によるＺ軸方向の位置情報は、それぞれバッファメモリ１６に出力される。
【００２６】
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軸方向の各位置（座標）を、ＮＣ装置１３が取得すると、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軸方向の各位置（座標）を、ＮＣ装置１３が取得すると、番地「２」に座標値「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軸方向の各位置（座標）を、ＮＣ装置１３が取得すると、番地「Ｎ」に座標値「Ｘ，Ｙ，Ｚ」が書き込まれる。
このようにすれば、測定ヘッド８のＮ個の位置データＣが、バッファメモリ１６に一時的に記憶された後、制御装置２３に出力される。
なお、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の内部に設けられているメモリを流用することもできる。また、ＮＣ装置１３にバッファメモリ１６を設けない場合であってもよい。
【００２７】
送信受信部２２は、パルス出力部２４から受信した測定ヘッド用タイミングパルスＰ1を測定ヘッド８に送信する。送信受信部２２は、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。
【００２８】
バッファメモリ１６に記憶されている位置データＣ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のカウンタ３８の指令とに従って、制御装置２３の位置データ記憶部２６に順次格納される。また、制御装置２３は、入力された測定データＢ1を測定データ記憶部２１に順次格納する。
制御装置２３は、記憶部２６に格納されている位置データＣと、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。
【００２９】
第１実施例では、ＮＣ装置１３に出力される位置データ用タイミングパルスＰ2を、送信受信部２２に出力される測定ヘッド用タイミングパルスＰ1よりも、時間差ｎだけ遅延回路１５により積極的に遅らせて出力する。
このようにすれば、第１の動作と第２の動作とを、同一のタイミングで行なうことができる。第１の動作は、測定ヘッド用タイミングパルスＰ1の指令により、その時点で測定ヘッド８がこの測定ヘッド８から工作物９までの距離Ｄを測定する動作である。第２の動作は、位置データ用タイミングパルスＰ2の指令により、ＮＣ装置１３が、工作物９上の被測定点Ｐに対する測定ヘッド８の直交３軸方向の位置を取得する動作である。
【００３０】
なお、変形例として、送信受信部２２に出力される測定ヘッド用タイミングパルスＰ1を、ＮＣ装置１３に出力される位置データ用タイミングパルスＰ2よりも、時間差ｎだけ積極的に早く出力してもよい。
この場合でも、上述と同じように、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の測定と、工作物９上の被測定点Ｐに対する測定ヘッド８の直交３軸方向の位置の取得とを、同一のタイミングで行うことができる。
【００３１】
測定ヘッド８は、ＮＣ装置１３で制御されるＡＴＣ１４により、主軸４に対して自動的に交換される。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連続する。
このようにすれば、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。
【００３２】
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ようになっている。
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。
【００３３】
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により指令やデータの送受信を行う。
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。
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。
【００３４】
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などを行う。すなわち、送信受信部２２から測定ヘッド用タイミングパルスＰ1による指令が送信されると、測定ヘッド用タイミングパルスＰ1は、無線機４８を介して送受信制御部５０に送られる。
測定ヘッド用タイミングパルスＰ1による指令を受けた送受信制御部５０は、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。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。すると、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測定データを、無線機４８を介して送信受信部２２に送信する処理を行う。
【００３５】
次に、本発明の原理を説明する。
図１，図２，図５において、プログラマブルコントローラ２５のパルス出力部２４が、測定ヘッド用タイミングパルスＰ1と位置データ用タイミングパルスＰ2とを、時間ｔ1のときに同時に出力したと仮定する。また、パルス出力部２４の出力側のケーブル６０から分岐されたケーブル６１には、遅延回路１５は設けられていないと仮定する。なお、図５，図６，図１３に示す各波形図の横軸は、時間ｔである。
すると、測定ヘッド用タイミングパルスＰ1は、ケーブル６０を流れて送信受信部２２に入力し、送信受信部２２で処理される。その後、無線による信号Ｆが測定ヘッド８に送信される。測定ヘッド８は、受信したパルス信号に基づいて、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。
【００３６】
このようにして、時間ｔ1の時に出力された測定ヘッド用タイミングパルスＰ1は、ケーブル６０と送信受信部２２と無線による信号Ｆとを介して、測定ヘッド８に届く。その直後の時間ｔ3の時に、測定ヘッド８が、工作物９に対する距離Ｄを測定する。
パルスＰ1が流れる経路には、ケーブル６０と送信受信部２２と無線による信号Ｆとがある。その結果、パルス出力部２４によるパルスＰ1の出力から、測定ヘッド８による距離Ｄの測定までに、比較的長い時間（遅れ時間）がかかってしまう。
【００３７】
測定ヘッド用タイミングパルスＰ1が、パルス出力部２４から出力されたのち測定ヘッド８に届いて、測定ヘッド８で距離Ｄが測定されるまでの遅れ時間Δｎ2は、下記の式により算出される。
Δｎ2 ＝ｔ3 −ｔ1 ……（１）
【００３８】
他方、パルス出力部２４から、時間ｔ1の時に出力された位置データ用タイミングパルスＰ2は、ケーブル６０から分岐されたケーブル６１を流れてＮＣ装置１３に入力する。その後、ＮＣ装置１３は、受信したパルス信号に基づいて、その時点（すなわち、時間ｔ2の時）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軸方向の位置を取得する。本実施例では、直交３軸方向の位置Ｘ，Ｙ，Ｚが取得される。
このようにして、時間ｔ1の時に出力された位置データ用タイミングパルスＰ2は、ケーブル６１を流れてＮＣ装置１３に届く。その後すぐに、ＮＣ装置１３が、時間ｔ2の時に、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軸方向の位置Ｘ，Ｙ，Ｚを取得する。
パルスＰ2が流れる経路はケーブル６０，６１のみなので、パルスＰ2の出力から、ＮＣ装置１３による測定ヘッド８の位置Ｘ，Ｙ，Ｚの取得までの時間（遅れ時間）は、比較的短い。
【００３９】
位置データ用タイミングパルスＰ2が、パルス出力部２４から出力されたのちＮＣ装置１３に届いて、ＮＣ装置１３で測定ヘッド８の位置Ｘ，Ｙ，Ｚが取得されるまでの遅れ時間Δｎ1は、下記の式により算出される。
Δｎ1 ＝ｔ2 −ｔ1 ……（２）
【００４０】
位置データ用タイミングパルスＰ2は、ケーブル６０，６１のみを流れるので、パルス出力部２４からＮＣ装置１３まで早く届く。
これに対して、測定ヘッド用タイミングパルスＰ1は、パルス出力部２４から、ケーブル６０，送信受信部２２，無線の信号Ｆを介して測定ヘッド８に届くので、測定ヘッド８が、測定ヘッド用タイミングパルスＰ1の指令を受けて測定を開始する時間は遅くなる。
【００４１】
したがって、測定ヘッド８が距離Ｄを測定する時の遅れ時間Δｎ2と、ＮＣ装置１３が測定ヘッド８の直交３軸方向の位置を取得する時の遅れ時間Δｎ1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＝Δｎ2 −Δｎ1 ……（３）
【００４２】
そこで、本発明では、下記の遅延回路１５を設けて、測定ヘッド用タイミングパルスＰ1を、位置データ用タイミングパルスＰ2よりも、予め設定された上述の時間差ｎだけ積極的に早く出力するかまたは遅く出力している。
この時間差ｎは、パルス出力部２４の出力部側に設けられた遅延回路１５で設定され、且つこの遅延回路１５に記憶されている。遅延回路１５は、パルス出力部２４を有するプログラマブルコントローラ２５の外部（または、内部）に設けられている。
【００４３】
図６，図７に示すように、第１実施例では、ＮＣ装置１３に出力される位置データ用タイミングパルスＰ2を、送信受信部２２に出力される測定ヘッド用タイミングパルスＰ1よりも、時間差ｎだけ遅延回路１５により積極的に遅らせて出力している。
こうして、２つのタイミングパルスＰ1，Ｐ2を、時間差ｎをもって出力することにより、第１の時間Ｔ1と第２の時間Ｔ2とを一致させている。
第１の時間Ｔ1は、測定ヘッド用タイミングパルスＰ1の指令により、測定ヘッド８が、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を測定する時間である。第２の時間Ｔ2は、位置データ用タイミングパルスＰ2の指令により、ＮＣ装置１３が、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，Ｙ，Ｚの位置Ｓ1を取得する時間である。
【００４４】
工作物測定装置２０では、測定ヘッド用タイミングパルスＰ1は、プログラマブルコントローラ２５のパルス出力部２４から出力される。次いで、このパルスＰ1は、ケーブル６０を流れるので少し遅れて送信受信部２２に入力し、送信受信部２２を通るので、さらに遅れて測定ヘッド８に入力する。その結果、測定ヘッド８は、第１の時間Ｔ1に距離Ｄを測定する。
これに対して、位置データ用タイミングパルスＰ2は、パルス出力部２４から出力される。パルスＰ2をＮＣ装置１３に送信する回路の途中に遅延回路１５が接続されているので、パルスＰ2は、測定ヘッド用タイミングパルスＰ1と比較して、遅延回路１５から時間差ｎだけ積極的に遅く出力される。  
次いで、このパルスＰ2は、ケーブル６１を流れるので少し遅れてＮＣ装置１３に入力する。これにより、ＮＣ装置１３は、工作物９上にある被測定点Ｓに対する測定ヘッド８の直交３軸方向Ｘ，Ｙ，Ｚの位置Ｓ1を、第２の時間Ｔ2の時に取得する。
遅延回路１５が接続されたケーブル６１は、パルス出力部２４に接続されているケーブル６０の途中から分岐している。なお、遅延回路１５が接続されたケーブル６１は、パルス出力部２４に直接接続されている場合でもよい。
【００４５】
遅延回路１５では、第１の時間Ｔ1と第２の時間Ｔ2とが同じ時間になるように、測定ヘッド用タイミングパルスＰ1と位置データ用タイミングパルスＰ2との間の時間差ｎが、あらかじめ設定されて記憶されている。
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。よって、測定ヘッド８から工作物９までの距離Ｄの測定と、測定ヘッド８の直交３軸方向の位置Ｓ1の取得とを、同一のタイミングで行うことができる。
【００４６】
測定ヘッド８で測定された距離Ｄのデータ（測定データＢ1）は、測定ヘッド８から無線の信号Ｆを介して送信受信部２２に送信される。その後、測定データＢ1は、制御装置２３に送られ、制御装置２３の測定データ記憶部２１に格納される。
ＮＣ装置１３で取得された測定ヘッド８の直交３軸方向Ｘ，Ｙ，Ｚの位置データＣは、バッファメモリ１６に一旦貯められる。その後、位置データＣ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のカウンタ３８の指令に従って、制御装置２３に送られ、制御装置２３の位置データ記憶部２６に順次格納される。
【００４７】
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、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Ｃを、バッファメモリ１６に一旦貯めることができる。
その後、開始番地メモリ３７から出力される指令とカウンタ３８の指令とに従って、位置データＣ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ので、位置データＣの処理の負担は小さい。
【００４８】
制御装置２３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Ｃ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。そして、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とにより、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。
【００４９】
図８は、送信受信部２２とＮＣ装置１３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Ｃと、これら測定距離Ｄのデータと位置データＣと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。
【００５０】
次に、時間差ｎを予め設定する手順の一例を説明する。
時間差ｎは、図９ないし図１１に示す手順により算出することができるが、これ以外の手順，式により算出してもよい。
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を設定すればよい。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。
【００５１】
先ず始めに、図２，図９（Ａ）に示すように、テーブル６上に、工作物９の代わりに、球形のテストピース９ａを取付ける。そして、テーブル６をＸ軸の左方向に移動させる。これにより、測定ヘッド８を、テストピース９ａに対して矢印Ｇ1に示すように速度ｖで右方向に相対的に移動させることになる。
そして、プログラマブルコントローラ２５のパルス出力部２４から、測定ヘッド用タイミングパルスＰ1と位置データ用タイミングパルスＰ2とを、同時に出力する。なお、遅延回路１５は、遅延の機能を発揮しないように、遅延時間をゼロに設定しておくのが好ましい。
すると、測定ヘッド８は、テストピース９ａに対する距離を測定する。ＮＣ装置１３は、テストピース９ａ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，Ｙ，Ｚの位置Ｓ1を取得する。
【００５２】
ところが、位置データ用タイミングパルスＰ2が、ＮＣ装置１３に入力して位置Ｓ1を取得する瞬間（時間）より、測定ヘッド用タイミングパルスＰ1が測定ヘッド８に入力して、測定ヘッド８が距離Ｄ1を測定する瞬間（時間）の方が遅くなる。そのため、測定ヘッド８は、時間ｎ1秒遅れて距離Ｄ1を測定する。
したがって、実際に測定ヘッド８が測定するテストピース９ａ上の被測定点は、架空の被測定点Ｓ0になる。測定ヘッド８が測定した距離も、架空の被測定点Ｓ0から測定ヘッド８までの距離Ｄ1になる。
その結果、制御装置２３は、距離Ｄ1のデータと、測定ヘッド８の直交３軸方向Ｘ，Ｙ，Ｚの位置Ｓ1のデータとに基づいて演算して、テストピース９ａの２次元形状データを得る。図９（Ｂ）に示すように、この２次元形状データから、テストピース９ａの輪郭を示す二点鎖線ｂが形成される。この二点鎖線ｂは、テストピース９ａの実際の輪郭を示す実線ａ1よりも、左側にずれた相似形になっている。
【００５３】
その後続いて、図２，図１０（Ａ）に示すように、テーブル６をＸ軸の右方向に移動させる。これにより、測定ヘッド８を、テストピース９ａに対して矢印Ｇ2に示すように前記速度ｖと同一の速度（−ｖ）で左方向に相対的に移動させることになる。
そして、パルス出力部２４から、測定ヘッド用タイミングパルスＰ1と位置データ用タイミングパルスＰ2とを、同時に出力する。そして、測定ヘッド８は、テストピース９ａに対する距離を測定する。ＮＣ装置１３は、テストピース９ａ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，Ｙ，Ｚの位置Ｓ1を取得する。
【００５４】
ところが、位置データ用タイミングパルスＰ2がＮＣ装置１３に入力して、ＮＣ装置１３が位置Ｓ1を取得する瞬間（時間）より、測定ヘッド用タイミングパルスＰ1が測定ヘッド８に入力して測定ヘッド８が距離Ｄ2を測定する瞬間（時間）の方が遅くなる。その結果、測定ヘッド８は、時間ｎ2秒遅れて距離Ｄ2を測定する。
したがって、実際に測定ヘッド８が測定するテストピース９ａ上の被測定点は、架空の被測定点Ｓ1になり、測定ヘッド８が測定した距離も、架空の被測定点Ｓ0から測定ヘッド８までの距離Ｄ2になる。
その結果、制御装置２３は、距離Ｄ2のデータと、測定ヘッド８の直交３軸方向Ｘ，Ｙ，Ｚの位置Ｓ1のデータとに基づいて演算して、テストピース９ａの２次元形状データを得る。
【００５５】
図１０（Ｂ）に示すように、この２次元形状データから、テストピース９ａの輪郭を示す二点鎖線ｃが形成される。この二点鎖線ｃは、テストピース９ａの実際の輪郭を示す実線ａ1よりも右側にずれた相似形になっている。
そして、図１１に示すように、制御装置２３は、テストピース９ａの実際の輪郭を示す実線ａ1に対して、左側にずれた輪郭を示す二点鎖線ｂと、右側にずれた輪郭を示す二点鎖線ｃとの間の「ずれ寸法」ｄを算出する。
【００５６】
テーブル６を移動させることにより測定ヘッド８を相対的にＸ軸方向に移動させたときの速度ｖとずれ寸法ｄは分かるので、制御装置２３は、下記の式により遅れ時間（すなわち、時間差）ｎを算出することができる。
ｎ＝（ｄ／ｖ）÷２……（４）
【００５７】
（第２実施例）
図１２，図１３は、それぞれ本発明の第２実施例にかかる工作物測定装置２０ａの概略構成図，波形図である。なお、第１実施例と同一または相当部分には同一符号を付してその説明を省略する。
図１，図３，図１２，図１３に示すように、工作機械１における工作物測定装置２０ａおよびその方法は、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を非接触で測定可能である。測定ヘッド用タイミングパルスＰ1の指令が測定ヘッド８に出力されると、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。
【００５８】
位置データ用タイミングパルスＰ2の指令が、ＮＣ装置１３ａに出力される。すると、ＮＣ装置１３ａは、工作物９上にある被測定点Ｓに対して測定ヘッド８が距離Ｄの測定を行なう第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軸方向の位置を取得する。
なお、第２実施例でも、ＮＣ装置１３ａ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）の位置を取得する。
【００５９】
そして、遅延回路１５を設けて、測定ヘッド用タイミングパルスＰ1を、位置データ用タイミングパルスＰ2よりも、予め設定された時間差ｎだけ積極的に早く出力するかまたは遅く出力する。
第２実施例では、ＮＣ装置１３ａに出力される位置データ用タイミングパルスＰ2を、測定ヘッド８に出力される測定ヘッド用タイミングパルスＰ1よりも、時間差ｎだけ遅延回路１５により積極的に遅らせて出力している。
【００６０】
こうして、２つのタイミングパルスＰ2，Ｐ1が、時間差ｎをもって出力されることにより、第１の時間Ｔ1と第２の時間Ｔ2とを一致させている（図１３中の符号Ｈ参照）。
第１の時間Ｔ1は、測定ヘッド用タイミングパルスＰ1の指令により、測定ヘッド８が、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を測定する時間である。なお、第１の時間Ｔ1は、一つのみではなく、パルス毎に存在している。
第２の時間Ｔ2は、位置データ用タイミングパルスＰ2の指令により、ＮＣ装置１３ａ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軸方向の位置を取得する時間である。この第２の時間Ｔ2も、一つのみではなく、パルス毎に存在している。
ＮＣ装置１３ａは、第２の時間Ｔ2に、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軸方向の位置を取得する。
【００６１】
工作物測定装置２０ａは、工作機械１を制御するＮＣ装置１３ａと、測定ヘッド８との間で送受信を行うとともにパルス出力部２４を有する送信受信部２２ａと、工作物測定装置２０ａ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とを備えている。
ＮＣ装置１３ａは、位置データＣを記憶するバッファメモリ１６を有している。なお、ＮＣ装置１３ａにバッファメモリ１６を設けない場合であってもよい。
【００６２】
制御装置２３は、測定ヘッド８で測定された距離Ｄのデータ（測定データＢ1）と、ＮＣ装置１３ａ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Ｃとに基づいて、演算処理を行う演算処理部２７を有している。
また、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とを有している。位置データ記憶部２６は、ＮＣ装置１３ａで取得されバッファメモリ１６に記憶されている少なくとも２軸方向（Ｚ軸方向，Ｘ軸方向）の位置のデータＣを、この制御装置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に設けられているカウンタ３８の指令とに従って、順次格納する。なお、２つの記憶部２１，２６は、制御装置２３とは分離して別途設けてもよい。
送信受信部２２ａのパルス出力部２４は、測定ヘッド８に測定ヘッド用タイミングパルスＰ1を送信する。また、パルス出力部２４は、位置データ用タイミングパルスＰ2を、遅延回路１５を介してＮＣ装置１３ａに出力する。
なお、遅延回路１５は、送信受信部２２ａの内部に設けられているが、送信受信部２２ａの外部（たとえば、送信受信部２２ａとＮＣ装置１３ａとの間）に設けられていてもよい。また、変形例として、遅延回路１５を送信受信部２２ａの内部に別途設ける代わりに、送信受信部２２ａ自体が遅延回路１５と同じ機能を発揮する場合であってもよい。
【００６３】
ＮＣ装置１３ａは、パルス出力部２４から遅延回路１５を介して位置データ用タイミングパルスＰ2を受信すると、測定ヘッド８の位置データを取得したのち、位置データＣを制御装置２３に出力する。
第２実施例でも、ＮＣ装置１３ａには、測定ヘッド８の位置データを記憶するバッファメモリ１６が設けられている。したがって、ＮＣ装置１３ａは、位置データ用タイミングパルスＰ2を受信すると、測定ヘッド８の位置データを取得してバッファメモリ１６に一旦記憶させたのち、位置データＣを制御装置２３に出力する。
【００６４】
送信受信部２２ａは、パルス出力部２４の測定ヘッド用タイミングパルスＰ1を測定ヘッド８に送信した後、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の演算処理部２７が、測定データＢ1と位置データＣとに基づいて演算処理を行うことにより、工作物９の２次元形状データまたは３次元形状データが得られる。
上述の構成の第２実施例の工作物測定装置２０ａは、第１実施例と同じ作用効果を奏する。
【００６５】
第２実施例においても、測定ヘッド８は、ＮＣ装置１３ａで制御されるＡＴＣ１４により、主軸４に対して自動的に交換される。
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連続する。このようにすれば、第１実施例と同じ作用効果を奏する。
【００６６】
工作物測定装置２０ａは、パルス出力部２４を送信受信部２２ａに設けたので、ＮＣ装置１３ａの構成が簡略化し、また、ＮＣ装置１３ａ自体を設計変更する必要がなくなる。パルス出力部２４をＮＣ装置１３ａに設けないので、工作物測定装置２０ａ全体の構成がシンプルになり、システム全体の制御が簡単になる。
工作物測定装置２０ａは、ＮＣ装置１３ａに含まれて工作機械１を制御するプログラマブルコントローラ２５ａを有している。なお、プログラマブルコントローラ２５ａを、ＮＣ装置１３ａとは分離して別途設けてもよい。
【００６７】
上述のように、本発明の工作物測定装置２０，２０ａは、測定ヘッド用タイミングパルスＰ1を出力するタイミングと、位置データ用タイミングパルスＰ2を出力するタイミングとを、遅延回路１５により時間差ｎだけ積極的にずらせている。
その結果、第１の時間Ｔ1と第２の時間Ｔ2とが同期する。第１の時間Ｔ1は、測定ヘッド用タイミングパルスＰ1の指令により、測定ヘッド８が距離Ｄを測定する時間である。第２の時間Ｔ2は、位置データ用タイミングパルスＰ2の指令により、ＮＣ装置１３，１３ａが、工作物９上にある被測定点Ｓに対する測定ヘッド８の少なくとも２軸方向（ここでは、直交３軸方向Ｘ，Ｙ，Ｚ）の位置Ｓ1を取得する時間である。
【００６８】
これにより、制御装置２３は、測定ヘッド８の直交３軸方向の位置データＣと、必要最小限の測定データＢ1とに基づいて演算処理すれば、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。
工作物測定装置２０，２０ａによれば、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。
【００６９】
工作物測定装置２０，２０ａにおいて、工作物９は、測定ヘッド８の中心軸線ＣＬに対して相対的に傾斜可能にするのが好ましい。この場合には、テーブル６をＸ軸まわりに旋回させる“Ａ”軸制御と、サドル７とテーブル６をＹ軸まわりに旋回させる“Ｂ”軸制御のうち、いずれか一方または両方の制御を行う。
このようにすれば、工作物９の側面などを測定ヘッド８で自在に測定して、さらに広い範囲で工作物９を２次元測定または３次元測定することができる。
【００７０】
上述の各実施例の工作機械１は、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の３軸のマシニングセンタであるが、これに限ることはなく、５軸加工機にも本発明の工作物測定装置２０，２０ａを適用することができる。
【００７１】
以上、本発明の実施例を説明したが、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】
【００７２】
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、マシニングセンタの他に複合加工機，旋盤，旋削盤，研削盤などにおける、非接触で工作物を測定可能な工作物測定装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１    工作機械
４    主軸
８    測定ヘッド
９    工作物
１３，１３ａ  ＮＣ装置
１４  自動工具交換装置
１５  遅延回路
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
Ｂ1   測定データ
Ｃ    位置データ
ＣＬ  中心軸線
Ｄ    距離
ｎ    時間差
Ｐ1   測定ヘッド用タイミングパルス
Ｐ2   位置データ用タイミングパルス
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
【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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