(57)【要約】【課題】加工後のワークの形状をより容易に測定することが可能なＮＣ加工装置を提供する。【解決手段】先端部ＴＳＳが所定方向に付勢されており、当該所定方向にスライド可能であるとともに、前記先端部ＴＳＳが前記所定方向に平行に移動した距離に関する信号を出力するタッチセンサＴＳと制御手段とを備える。制御手段３０は、ワークＷの表面に対して前記所定方向からタッチセンサＴＳの先端部ＴＳＳを押し付け、タッチセンサＴＳを移動させた方向及び速度と、ワークＷの表面の形状に応じて出力されるタッチセンサＴＳからの信号とに基づいて、ワークＷの表面の形状を連続的に測定した測定形状データを作成する。【選択図】        図３
2006239846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの表面の形状を機上にて測定するタッチセンサと制御手段とを備えたＮＣ加工装置であって、
前記タッチセンサは、当該タッチセンサの先端部が所定方向に付勢されており、前記先端部は前記所定方向にスライド可能であるとともに、前記先端部が前記所定方向に平行に移動した距離に関する信号を出力可能であり、
前記制御手段は、前記ワークの表面の形状を測定する測定プログラムに基づいて前記タッチセンサを連続的に移動させ、ワークの表面に対して前記所定方向からタッチセンサの先端部を押し付け、タッチセンサを移動させた方向及び速度と、ワークの表面の形状に応じて出力されるタッチセンサからの信号とに基づいて、ワークの表面の形状を連続的に測定した測定形状データを作成する、
ことを特徴とするＮＣ加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＮＣ加工装置であって、
前記制御手段は、前記測定形状データにフィルタ処理を施して前記測定形状データを補正する、
ことを特徴とするＮＣ加工装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のＮＣ加工装置であって、
前記制御手段は、前記タッチセンサを移動させた際の速度に対応させて前記測定形状データを複数の領域に区分し、区分した領域毎に当該領域内を測定した際の速度に応じたフィルタ定数を用いて、区分した領域毎にフィルタ処理を施して前記測定形状データを補正する、
ことを特徴とするＮＣ加工装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のＮＣ加工装置であって、
前記制御手段は、ワークの表面における同一個所に対して異なる速度でタッチセンサを移動させた複数の測定形状データに基づいて前記測定形状データを補正する、
ことを特徴とするＮＣ加工装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のＮＣ加工装置であって、
加工後のワークの寸法を含む目標形状データが記憶された記憶手段を備え、
前記制御手段は、前記記憶手段に記憶されている目標形状データに基づいて前記測定形状データを補正する、
ことを特徴とするＮＣ加工装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のＮＣ加工装置であって、
ワークの表面の形状に関する許容誤差データが記憶された記憶手段を備え、
前記制御手段は、前記測定形状データと、前記記憶手段に記憶されている許容誤差データとに基づいて、加工したワークの良否を判定する、
ことを特徴とするＮＣ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＣ加工装置（数値制御加工装置）に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＮＣ加工装置（数値制御加工装置）では、樹脂成形品の金型等、種々の部品あるいは製品を加工している。例えば金型の場合、ＮＣ加工装置はワークの表面を加工して凹状または凸状の型を作成する。そして加工後のワーク（この場合、金型）の形状を検査する場合、一般的には検査作業者がノギス等の比較的精度の高い計測器を用いて、ワーク上の種々の位置の寸法を測定して検査している。
なお、ＮＣ加工装置を用いてワーク上の種々の位置を測定する方法としては、特許文献１に記載の従来の技術にて、ＮＣ加工装置の主軸に装着したタッチセンサを用いて加工後のワークの表面における座標を測定している。そして当該測定した座標からＮＣプログラムデータを自動的に作成するＮＣプログラム作成方法が提案されている。
【特許文献１】特開平５−１０８１３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
加工後のワークの検査を、検査作業者がノギス等の計測器を用いて行う場合、非常に手間がかかる。また、検査作業者の熟練度に応じて検査結果の精度が変わる可能性がある。
また、特許文献１に記載の従来の技術を応用すれば、タッチセンサによる加工後のワーク上の種々の位置の座標を計測することで加工後のワークの検査をすることも考えられる。しかし、特許文献１に記載の方法では、ワークの表面上の１点における深さ方向の距離（特許文献１の図１１におけるＺ軸方向）を測定することはできるが、水平方向（図１におけるＸ軸方向及びＹ軸方向）の距離を測定することはできない。また作業者の操作により、種々の位置を１点ずつ測定するため、非常に時間がかかる。このため、特許文献１に記載の技術では加工後のワークの形状を測定することは困難であった。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、加工後のワークの形状をより容易に測定することが可能なＮＣ加工装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりのＮＣ加工装置である。
請求項１に記載のＮＣ加工装置は、ワークの表面の形状を機上にて測定するタッチセンサと制御手段とを備えたＮＣ加工装置であって、前記タッチセンサは、当該タッチセンサの先端部が所定方向に付勢されており、前記先端部は前記所定方向にスライド可能であるとともに、前記先端部が前記所定方向に平行に移動した距離に関する信号を出力可能である。
そして前記制御手段は、前記ワークの表面の形状を測定する測定プログラムに基づいて前記タッチセンサを連続的に移動させ、ワークの表面に対して前記所定方向からタッチセンサの先端部を押し付け、タッチセンサを移動させた方向及び速度と、ワークの表面の形状に応じて出力されるタッチセンサからの信号とに基づいて、ワークの表面の形状を連続的に測定した測定形状データを作成する。
【０００５】
また、本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりのＮＣ加工装置である。
請求項２に記載のＮＣ加工装置は、請求項１に記載のＮＣ加工装置であって、前記制御手段は、前記測定形状データにフィルタ処理を施して前記測定形状データを補正する。
【０００６】
また、本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりのＮＣ加工装置である。
請求項３に記載のＮＣ加工装置は、請求項１または２に記載のＮＣ加工装置であって、前記制御手段は、前記タッチセンサを移動させた際の速度に対応させて前記測定形状データを複数の領域に区分し、区分した領域毎に当該領域内を測定した際の速度に応じたフィルタ定数を用いて、区分した領域毎にフィルタ処理を施して前記測定形状データを補正する。
【０００７】
また、本発明の第４発明は、請求項４に記載されたとおりのＮＣ加工装置である。
請求項４に記載のＮＣ加工装置は、請求項１〜３のいずれかに記載のＮＣ加工装置であって、前記制御手段は、ワークの表面における同一個所に対して異なる速度でタッチセンサを移動させた複数の測定形状データに基づいて前記測定形状データを補正する。
【０００８】
また、本発明の第５発明は、請求項５に記載されたとおりのＮＣ加工装置である。
請求項５に記載のＮＣ加工装置は、請求項１〜４のいずれかに記載のＮＣ加工装置であって、加工後のワークの寸法を含む目標形状データが記憶された記憶手段を備え、前記制御手段は、前記記憶手段に記憶されている目標形状データに基づいて前記測定形状データを補正する。
【０００９】
また、本発明の第６発明は、請求項６に記載されたとおりのＮＣ加工装置である。
請求項６に記載のＮＣ加工装置は、請求項１〜５のいずれかに記載のＮＣ加工装置であって、ワークの表面の形状に関する許容誤差データが記憶された記憶手段を備え、前記制御手段は、前記測定形状データと、前記記憶手段に記憶されている許容誤差データとに基づいて、加工したワークの良否を判定する。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載のＮＣ加工装置を用いれば、例えば主軸に備えたタッチセンサをワークに押し付けた状態にて、例えば押し付け方向に対して垂直方向に主軸を移動させ、タッチセンサがワークの表面の形状（表面の凹凸等）に応じて出力する信号を用いて、ワークの表面の形状を連続的に測定することができる（１点ずつの位置を測定するのでなく、連続した形状として測定形状データを作成することができる）。これにより、多数の点を１点ずつ測定する方法と比較して、非常に短時間に測定することができる。
これにより、加工後のワークの形状をより容易に測定することができる。
【００１１】
また、請求項２に記載のＮＣ加工装置によれば、連続的に測定した測定形状データに重畳されている種々のノイズ（例えばＮＣ加工装置の固有振動等）を、フィルタ処理にて適切に除去することができる。
【００１２】
また、請求項３に記載のＮＣ加工装置によれば、更に適切にノイズを除去することができる。例えばＮＣ加工装置の固有振動（機械振動等）がタッチセンサを振動させている場合、速度Ｖでタッチセンサを移動させたときと、速度Ｖ／２でタッチセンサを移動させたときでは測定形状データに現れる振動による波形の間隔（形状）が変わる（図５（Ａ）参照）。タッチセンサを移動させたときの速度に応じてフィルタ定数を変えることで、このようなノイズも適切に除去することができる。
【００１３】
また、請求項４に記載のＮＣ加工装置によれば、更に適切にノイズを除去することができる。例えばＮＣ加工装置の固有振動（機械振動等）がタッチセンサを振動させているとき、速度Ｖでタッチセンサを移動させたときには固有振動によって測定形状データに間隔ａのノイズ波形が重畳した場合、同一個所に対して速度Ｖ／２でタッチセンサを移動させたときでは当該固有振動によって測定形状データに間隔ａ／２のノイズ波形が重畳することになる（図５（Ｂ）参照）。このように、速度に応じて変化するノイズを適切に検出して除去することができる。
【００１４】
また、請求項５に記載のＮＣ加工装置によれば、予め記憶されている目標形状データ（理想形状）を用いて、フィルタ処理でも除去できないような異常な測定値を除去することができる。例えばタッチセンサの移動方向に対して滑らかに表面の形状が変化せず、急峻な凹凸変化がある部分では、タッチセンサからの出力が形状の変化に追従できずに異常な出力となる可能性がある。このような異常値を適切に除去することができる。
【００１５】
また、請求項６に記載のＮＣ加工装置によれば、ＮＣ加工装置を用いて、ＮＣ加工装置で加工したワークの精度を適切に判定させることができる。
このため、熟練作業者でなくても適切に加工後のワークの検査を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。
●［ＮＣ加工装置の外観とタッチセンサの特性等（図１、図２）］
図１は本発明のＮＣ加工装置１０の一実施の形態の概略外観図を示している。また図２（Ａ）はタッチセンサＴＳの概略外観図と概略特性図を示しており、図２（Ｂ）は図１に示すＮＣ加工装置１０の概略構成を示している。
本発明のＮＣ加工装置１０は、直交する３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）方向に移動させることが可能な主軸２０と、主軸２０の移動及び主軸２０に備えた工具Ｋ（加工手段に相当）の駆動を制御する制御手段３０とを備えている。なお、移動可能な方向は、主軸２０からワークＷに向かう方向（図１の場合、Ｚ軸方向）と、前記方向に対して垂直な方向（図１の場合、Ｘ軸方向またはＹ軸方向）との、少なくとも２つの方向に移動させることができればよい。
【００１７】
主軸２０には、少なくとも工具ＫとタッチセンサＴＳとのどちらかを選択して備える（取り付ける）ことが可能である。なお図１の例に示すように、主軸２０は工具ＫまたはタッチセンサＴＳを取り付けるヘッド部が１つのものを用いて、工具ＫからタッチセンサＴＳへと交換するタイプの主軸２０を含むとともに、予めヘッド部を複数有する主軸２０に工具Ｋ及びタッチセンサＴＳを各ヘッド部に取り付けておき、ワークＷに対向するヘッド部を自由に変更できるタイプの主軸２０をも含む。どちらのタイプの主軸２０も、「少なくとも工具ＫとタッチセンサＴＳとのどちらかを選択して備える（取り付ける）ことが可能」である。
制御手段３０は、作業者からの指示等を入力する入力手段３０ａと、入力状態や加工状態等を表示する出力手段３０ｂと、ワークＷを加工するための加工プログラム（ＮＣプログラム等）やワークＷの形状を測定するための測定プログラム（ＮＣプログラム等）が記憶された記憶手段３０ｄ（図２（Ｂ）参照）を備えている。なお、図２（Ｂ）に示す概略構成では、各種のインターフェースを（タッチセンサＴＳとＣＰＵ３０ｃの間、入力手段３０ａとＣＰＵ３０ｃの間等）省略している。
【００１８】
主軸２０に工具Ｋを備えた場合、制御手段３０（制御手段３０のＣＰＵ３０ｃ）は記憶手段３０ｄに記憶されている加工プログラムに基づいて、テーブルＴＢに固定されたワークＷを加工することが可能である。
ワークＷの表面の形状を機上にて測定する場合、タッチセンサＴＳは、主軸２０からワークＷに向かう方向（図１及び図２の場合、Ｚ軸方向）にワークＷに対して押し付けられる。なお「機上」とは、ＮＣ加工装置上である。タッチセンサＴＳの先端部ＴＳＳは、スプリング等の弾性部材にて前記押し付け方向（図１及び図２の場合、Ｚ軸方向）に付勢されており、押し付け方向にスライド可能である。そしてワークＷに押し付けたタッチセンサＴＳを、押し付け方向に対して垂直の方向（図１の場合、Ｘ軸方向またはＹ軸方向、またはＸ軸方向とＹ軸方向との合成方向）に、所定の速度で移動させると、先端部ＴＳＳはワークＷの凹凸（表面の形状）に応じて押し付け方向に平行に移動する。そしてタッチセンサＴＳは、先端部ＴＳＳがワークＷの凹凸（表面の形状）に応じて移動した距離（ストローク量）に関する信号を出力する（図２（Ａ）参照）。
【００１９】
また主軸２０にタッチセンサＴＳを備えた場合、制御手段３０（制御手段３０のＣＰＵ３０ｃ）は記憶手段３０ｄに記憶されている測定プログラムに基づいて主軸移動手段２２を制御して、工具Ｋで加工したワークＷの表面に対してタッチセンサＴＳの先端部ＴＳＳを押し付け（スライド可能な方向から押し付け）、押し付け方向に対して垂直方向にタッチセンサＴＳを移動させる。そして制御手段３０（制御手段３０のＣＰＵ３０ｃ）は、タッチセンサＴＳを移動させた方向及び速度と、ワークＷの凹凸に応じて出力されるタッチセンサからの信号とに基づいて、ワークＷの形状を連続的に測定した測定形状データを作成することができる。
【００２０】
●［測定形状データを作成する方法の例（図３）］
次に図３を用いて、加工後のワークＷの表面を測定して作成した測定形状データの例を示す。図３（Ａ）の例では、加工後のワークＷの表面には、ほぼ中央に略直方体の部分を残し、その周囲を凹状に削り取った形状に形成されている。
例えば制御手段３０は、タッチセンサＴＳの先端部ＴＳＳを図３（Ａ）におけるＡ点に押し付け、速度ＶでＸ軸方向に沿ってＢ点まで移動させ、移動させた速度及び方向とタッチセンサＴＳからの信号とに基づいて、図３（Ｂ）の例に示すような測定形状データを作成することが可能である。制御手段３０は、移動中における主軸２０のＸ座標及びＹ座標については、主軸２０を移動させている自分自身で判っている。またタッチセンサＴＳの先端部ＴＳＳのＺ座標については、主軸２０のＺ座標とタッチセンサＴＳからの信号とに基づいて換算することができる。
【００２１】
また同様に制御手段３０は、タッチセンサＴＳの先端部ＴＳＳを図３（Ａ）におけるＣ点に押し付け、速度ＶでＹ軸方向に沿ってＤ点まで移動させ、移動させた速度及び方向とタッチセンサＴＳからの信号とに基づいて、図３（Ｃ）の例に示すような測定形状データを作成することが可能である。
これらの「ワークＷの表面形状を連続的に測定した測定形状データ」を、ワークＷの複数の個所で、複数の方向に対して作成し、作成した複数の測定形状データを、測定した位置及び方向に応じて配置すれば、図３（Ｄ）に示すようにワークＷの形状を３次元的に表すことも可能である。
【００２２】
●［作成した測定形状データの補正処理（図４、図５）］
次に図４及び図５を用いて、制御手段３０がワークＷの表面を測定して作成した測定形状データを補正する手順の例について説明する。
ステップＳ１０では、制御手段３０はタッチセンサＴＳを移動させながらタッチセンサＴＳからの信号を受け取り、タッチセンサＴＳの先端部ＴＳＳの移動位置（Ｘ座標及びＹ座標）に対するＺ座標を、主軸２０のＺ座標とタッチセンサＴＳからの信号とに基づいて求める。この処理をタッチセンサを移動させながら行うことで、ワークＷの表面における測定形状データを連続的に作成することができる。ここで、タッチセンサＴＳからの信号には種々のノイズが重畳している場合が多く、重畳されたノイズを除去して測定形状データの信頼性を高めることが好ましい。
【００２３】
タッチセンサＴＳに重畳するノイズには、例えばＮＣ加工装置１０の固有振動（機械振動等）がある。この機械振動は、ＮＣ加工装置１０を稼動中には必ず発生する。
ステップＳ２０では、この機械振動の影響を取り除くため、作成した測定形状データにフィルタ処理を施す。例えばカットオフ周波数が数１００Ｈｚ程度のローパスフィルタや、バンドパスフィルタあるいはノッチフィルタにて処理する。
なお、図４の例に示す測定形状データのグラフは横軸も縦軸も距離であるが、横軸（この場合、Ｘ軸またはＹ軸）を時間軸に仮定してフィルタ処理を施せばよい（以下のフィルタ処理にすべて共通）。
【００２４】
また、上記の説明のように、フィルタ定数（カットオフ周波数等）を固定して処理してもよいし、フィルタ定数を可変して処理することもできる。例えばＮＣ加工装置１０の固有振動数により、タッチセンサＴＳに所定周期Ｓの振動が発生している場合、速度Ｖでタッチセンサを移動させた場合と、速度Ｖ／２でタッチセンサを移動させた場合とでは、ノイズ波形が異なる。そこで、タッチセンサＴＳを移動させた際の速度に対応させて測定形状データの領域を区分して記憶しておく（例えば領域Ａは速度Ｖで移動、領域Ｂは速度Ｖ／２で移動等）。そして区分した領域毎に当該領域内のデータを測定した際の速度に応じたフィルタ定数を用いて測定形状データを補正する。
例えば図５（Ａ）に示すように、固有振動数がＭ［Ｈｚ］であり、領域Ａでは速度Ｖ［ｍｍ／ｓｅｃ］でタッチセンサＴＳを移動させた場合に、測定形状データに間隔ａで当該固有振動が重畳されている場合、領域Ａ内では間隔ａのノイズを除去するバンドパスフィルタ（あるいはノッチフィルタ）でノイズを除去する。また領域Ｂでは速度Ｖ／２［ｍｍ／ｓｅｃ］でタッチセンサＴＳを移動させた場合、当該固有振動は間隔ａ／２で測定波形データに重畳されている。この領域Ｂ内では間隔ａ／２のノイズを除去するバンドパスフィルタ（あるいはノッチフィルタ）にてノイズを除去する補正をすればよい。上記の間隔ａ及びａ／２は、予め判っている固有振動数Ｍと速度ＶまたはＶ／２から求めておくことができる。
【００２５】
また、他のフィルタ処理として、ワークＷ上の同一個所を、異なる速度で複数回測定して補正することもできる。この場合、予め固有振動数が判っていなくてもよい。
例えば図５（Ｂ）に示すように、領域Ａを速度Ｖ［ｍｍ／ｓｅｃ］でタッチセンサＴＳを移動させた場合、この固有振動数により測定形状データに間隔ａの振動波形が表れたとする。更に同一の領域Ａを速度Ｖ／２［ｍｍ／ｓｅｃ］でタッチセンサＴＳを移動させた場合、この固有振動数によれば測定形状データに間隔ａ／２の振動波形が表れることになる。ワークＷの形状に基づく波形は速度にかかわらず一定であるので、当該振動波形はワークの形状によるものでなく、タッチセンサＴＳの固有振動によるノイズ波形である、と制御手段３０に判断させることができる。（同一個所において、タッチセンサＴＳを移動させる速度の変化に対応して間隔が変化した波形をノイズ波形と判断させる）
この場合、各々の測定形状データから間隔ａの振動波形または間隔ａ／２の振動波形を除去するバンドパスフィルタ（あるいはノッチフィルタ）にてノイズを除去する補正をすればよい。
また、同一個所で速度を変えても同一の間隔で表れている振動波形は、ワークＷの形状である確率が高く、ノイズでないと判断させることもできる。このように同一個所を異なる速度で測定した場合、種々の補正を行うことが可能である。
【００２６】
また、上記に説明したフィルタ処理でも除去できないノイズ成分も考えられる。
ステップＳ３０では、予め記憶手段３０ｄに記憶しておいた加工後のワークＷの目標形状データ（３次元形状データ等）に基づいて測定形状データを補正する。なお、記憶手段３０ｄには、予め目標形状データを記憶させておく。
例えば何らかの異常で、目標とする形状から著しく異なるような、実際のワークＷに存在しない異常値が、測定形状データ内に存在する場合も考えられる（図４の場合、Ｃ部分）。制御手段３０は、目標形状データと測定形状データとを比較して、その差が所定値よりも大きい異常値を目標形状データに基づいて補正する。このような状態は、タッチセンサＴＳの先端部ＴＳＳが急激に押し付け方向に移動する（急激にＺ軸方向に移動する）位置等にて、タッチセンサＴＳの先端部ＴＳＳが形状の変化に追従できないときに発生する場合がある。
【００２７】
ステップＳ４０では、予め記憶手段３０ｄに記憶しておいた許容誤差データと、上記に説明した補正を行った測定形状データとに基づいて、加工後のワークＷの良否を判定する。なお、記憶手段３０ｄには、予め許容誤差データを記憶させておく。
制御手段３０は、許容誤差データに基づいた許容誤差範囲内に測定形状データが収まっている場合、当該加工後のワークＷを良品である、と判断してその旨の表示を出力手段３０ｂに出力する。また測定形状データが許容誤差範囲から逸脱している場合、当該加工後のワークＷを良品でない、と判断してその旨の表示を出力手段３０ｂに出力する。
なお、ワークＷを加工したＮＣ加工装置１０を用いて当該加工したワークＷの形状を測定しているため、たとえ良品でないと判断された場合、主軸２０に備えたタッチセンサＴＳを工具Ｋと代えるだけで、ワークＷを加工修正のため再加工することが可能であり、非常に効率が良い。
【００２８】
本発明のＮＣ加工装置１０は、本実施の形態で説明した外観、構成、処理方法等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
なお、本実施の形態の説明に用いた数値等は一例であり、この数値等に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明のＮＣ加工装置１０の一実施の形態の概略外観図である。
【図２】タッチセンサＴＳの概略外観、概略特性と、ＮＣ加工装置１０の概略構成を示す図である。
【図３】測定形状データを作成する方法の例を説明する図である。
【図４】測定形状データを補正する手順の例について説明する図である。
【図５】タッチセンサＴＳの固有振動が、移動速度に応じた周期のノイズ波形として測定形状データに表れている様子を説明する図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０      ＮＣ加工装置
２０      主軸
２２      主軸移動手段
３０      制御手段
３０ａ    入力手段
３０ｂ    出力手段
３０ｃ    ＣＰＵ
３０ｄ    記憶手段
Ｋ        工具（加工手段）
ＴＢ      テーブル
ＴＳ      タッチセンサ
ＴＳＳ    先端部
Ｗ        ワーク
【図１】
2006239846.tif 000003
【図２】
2006239846.tif 000004
【図３】
2006239846.tif 000005
【図４】
2006239846.tif 000006
【図５】
2006239846.tif 000007