(57)【要約】【課題】多種の工作機械に取付け可能な形状センサを備えた工作機械と、この形状センサと、この工作機械を用いた加工方法を提供する。【解決手段】本発明による工作機械４は、主軸３を備えワーク５１を加工する数値制御装置１０４と、主軸３に取付けられている工具５０を交換する自動工具交換装置１と、ワーク５１の形状を測定する形状センサ３００と、コンピュータ６０を備える。形状センサ３００は、無線給電で充電されるバッテリ９と、コンピュータ６０に無線通信でデータを送信する無線通信機１０と、主軸３に取付け可能であり形状センサ３００に対して着脱可能な取付け部材７を備える。自動工具交換装置１は、形状センサ３００を格納可能であり、形状センサ３００を取付け部材７によって主軸３に取付ける。【選択図】図１
2019089178.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸を備えワークを加工する数値制御装置と、
前記主軸に取付けられている工具を交換する自動工具交換装置と、
前記ワークの形状を測定する形状センサと、
コンピュータと、を備え、
前記形状センサは、無線給電で充電されるバッテリと、前記コンピュータに無線通信でデータを送信する無線通信機と、前記主軸に取付け可能であり前記形状センサに対して着脱可能な取付け部材とを備え、
前記自動工具交換装置は、前記形状センサを格納可能であり、前記形状センサを前記取付け部材によって前記主軸に取付けるように構成されている、
ことを特徴とする工作機械。
【請求項２】
前記形状センサは、前記ワークの表面をレーザビームで照射するレーザビーム出射部をさらに備え、
前記主軸に取付けられた前記形状センサは、前記数値制御装置で加工された前記ワークの表面を前記レーザビームで照射するように構成され、
前記コンピュータは、加工により形成すべき前記ワークの形状のデータを格納し、前記レーザビームの前記ワークの表面での輝点の位置と、格納した前記ワークの形状のデータとを用いて、加工された前記ワークの形状と格納した前記ワークの形状との差を求めるように構成され、
前記数値制御装置は、前記差が小さくなるように前記ワークを加工するように構成されている、請求項１に記載の工作機械。
【請求項３】
前記形状センサは、前記レーザビームの前記ワークの表面での輝点の画像を撮影するカメラをさらに備え、前記無線通信機が前記コンピュータに前記カメラが撮影した画像のデータを送信するように構成されている、請求項２に記載の工作機械。
【請求項４】
無線給電で充電されるバッテリと、
コンピュータに無線通信でデータを送信する無線通信機と、
着脱可能であり、ワークを加工する数値制御装置の主軸に取付け可能な取付け部材と、を備え、
前記主軸に取付けられている工具を交換する自動工具交換装置に格納可能であり、前記自動工具交換装置を用いて前記取付け部材によって前記主軸に取付けられ、前記ワークの形状を測定するように構成されている、
ことを特徴とする形状センサ。
【請求項５】
前記ワークの表面をレーザビームで照射するレーザビーム出射部をさらに備える、請求項４に記載の形状センサ。
【請求項６】
前記レーザビームの前記ワークの表面での輝点の画像を撮影するカメラをさらに備え、
前記無線通信機は、前記コンピュータに前記カメラが撮影した画像のデータを送信するように構成されている、請求項５に記載の形状センサ。
【請求項７】
主軸を備えワークを加工する数値制御装置と、前記主軸に取付けられている工具を交換する自動工具交換装置と、前記ワークの形状を測定する形状センサと、加工により形成すべき前記ワークの形状のデータを格納するコンピュータとを備えて、
前記形状センサが、無線給電で充電されるバッテリと、前記コンピュータに無線通信でデータを送信する無線通信機と、前記主軸に取付け可能であり前記形状センサに対して着脱可能な取付け部材と、前記ワークの表面をレーザビームで照射するレーザビーム出射部とを備える、工作機械を用い、
前記自動工具交換装置が、前記自動工具交換装置に格納されている前記形状センサを前記取付け部材によって前記主軸に取付ける工程と、
前記主軸に取付けられた前記形状センサが、前記数値制御装置で加工された前記ワークの表面を前記レーザビームで照射する工程と、
前記コンピュータが、前記レーザビームの前記ワークの表面での輝点の位置と、格納した前記ワークの形状のデータとを用いて、加工された前記ワークの形状と格納した前記ワークの形状との差を求める工程と、
前記自動工具交換装置が、前記主軸に取付けられた前記形状センサを前記自動工具交換装置に格納し、前記自動工具交換装置に格納されている工具を前記主軸に取付ける工程と、
前記数値制御装置が、前記差が小さくなるように前記ワークを加工する工程と、
を備えることを特徴とする加工方法。
【請求項８】
前記形状センサは、カメラをさらに備え、
前記カメラが、前記レーザビームの前記ワークの表面での輝点の画像を撮影する工程と、
前記無線通信機が、前記コンピュータに前記カメラが撮影した画像のデータを送信する工程と、をさらに備える請求項７に記載の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械、形状センサ、及び工作機械を用いた加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＣ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ、数値制御）加工では、ドリルなどに代表される切削用工具の刃先の動作を座標値で定義し、定義した動作の情報（加工動作情報）を基に工作機械に内蔵されたサーボモータが動いて工具やワーク（被加工物）が動作することで、ワークが加工される。切削用工具の加工動作情報は、ＮＣ装置（数値制御装置）へ入力する必要があり、この情報を記述したプログラムをＮＣプログラムと呼ぶ。
【０００３】
蒸気タービンの製造では、蒸気タービンの大出力化に伴う動翼の長翼化により、強度と軽量性を両立するチタン材の利用が増加している。利用されるチタン材は、母材が鍛造材であり、残留応力がどのように存在するかを予測するのは困難である。このため、加工により生じた残留応力が開放されると、ワークの仕上がり形状が所望の形状とならない可能性がある。つまり、ＮＣプログラムに基づいた加工では、ワークの仕上がり形状が所望の形状とならない可能性がある。
【０００４】
そこで、ワークの仕上がり形状が所望の形状となるように、加工の合間にワークの形状をセンサで測定し、測定したワークの形状をＮＣプログラムにフィードバックしたいというニーズがある。ワークの形状を測定するセンサ（形状センサ）は、工作機械（加工機）に取付けられ、工作機械との仕様の整合（電気的インターフェースと機械的インターフェースの整合）が必須である。しかし、汎用の形状センサがないので、工作機械ごとに形状センサを用意する必要がある。このため、多種の工作機械に取付け可能な汎用の形状センサが求められている。
【０００５】
従来の工作機械においてワークの形状を測定する装置の例として、特許文献１に記載されている形状測定装置がある。特許文献１の形状測定装置は、測定対象の形状を測定した情報に基づいて、測定対象の形状を示す複数の測定座標を生成する測定座標生成部と、測定座標生成部による測定対象の測定時の走査方向に基づいて設定された補間基準線上に位置する複数の測定座標のうち、少なくとも３つの測定座標について、補間基準線上のそれぞれの位置と、測定座標を補間する補間座標を求めるために設定された補間基準線上の位置である補間位置との差に基づいて、補間座標を算出する補間座標算出部とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−１０２２４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載されている形状測定装置は、測定機本体の検出部が投影部と撮像部と光プローブを備えており、光切断方式により測定対象の表面形状を検出する。しかし、この検出部（形状センサ）を他の多種の工作機械に取付けることについては、考慮されていない。このように、従来の技術では、形状センサを多種の工作機械に取付けることについて考慮されておらず、多種の工作機械に取付け可能な汎用の形状センサが存在していなかった。
【０００８】
本発明は、多種の工作機械に取付け可能な形状センサを備えた工作機械と、この形状センサと、この工作機械を用いた加工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】
【０００９】
本発明による工作機械は、主軸を備えワークを加工する数値制御装置と、前記主軸に取付けられている工具を交換する自動工具交換装置と、前記ワークの形状を測定する形状センサと、コンピュータとを備える。前記形状センサは、無線給電で充電されるバッテリと、前記コンピュータに無線通信でデータを送信する無線通信機と、前記主軸に取付け可能であり前記形状センサに対して着脱可能な取付け部材とを備える。前記自動工具交換装置は、前記形状センサを格納可能であり、前記形状センサを前記取付け部材によって前記主軸に取付けるように構成されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、多種の工作機械に取付け可能な形状センサを備えた工作機械と、この形状センサと、この工作機械を用いた加工方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例による、自動工具交換装置（ＡＴＣ）を備える工作機械を示す図である。
【図２】ＡＴＣマガジン２と給電ステーション６とを示す図である。
【図３】本実施例による、工作機械を用いた加工方法のフロー図である。
【図４】計測器の構成を示す図である。
【図５Ａ】レンズによるレーザビームの偏向を示す図である。
【図５Ｂ】レンズのうち、レーザビームが通過する領域だけを切り出したレンズの部分を示す図である。
【図６】レンズの部分を用いたレーザポインタの構成を示す図である。
【図７】ワークの形状を測定するのに用いる座標系を説明する図である。
【図８】ワークとワークの形状を測定している計測器との位置関係を示す模式図である。
【図９】レーザビームの出射点とワークの表面でのレーザ輝点との位置関係を示す図である。
【図１０】ワークの現在の形状と設計形状とが一致する場合に、カメラが撮影したレーザ輝点の画像の例を示す図である。
【図１１】ワークの現在の形状が設計形状と異なる場合で、ワークの表面の法線方向と主軸の中心軸とが一致している場合に、カメラが撮影したレーザ輝点の画像の例を示す図である。
【図１２】ワークの現在の形状が設計形状と異なる場合で、ワークの表面の法線方向と主軸の中心軸とが一致していない場合に、カメラが撮影したレーザ輝点の画像の例を示す図である
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明では、工作機械で加工中のワーク（被加工物）の形状を、加工の合間に形状センサで測定し、測定により求めた形状とＣＡＤデータによる形状とを比較し、これらの形状の差が小さくなるようにワークを加工する。本発明で用いる形状センサ（計測器）は、工作機械の主軸へ取付けられ、主軸への取付け部分が工作機械の工具と同じ形状と大きさを持つ。このため、本発明で用いる形状センサは、工具と同様に、工作機械の主軸に取付けることができ、ＡＴＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｔｏｏｌ  Ｃｈａｎｇｅｒ、自動工具交換装置）に格納することができる。工作機械の主軸への取付け部分は着脱可能であるため、本発明で用いる形状センサは、取付け部分を交換することにより、工作機械によらず使用することができる。従って、本発明によると、加工中のワークの形状測定と、ワークの高精度な加工とを、低コストで簡便に行うことができる。
【００１３】
本発明による工作機械は、例えば、タービンの動翼の加工に用いることができる。
【００１４】
以下、図１から図１２を用いて本発明の実施例を説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施例による工作機械を示す図である。本実施例による工作機械４は、数値制御装置（ＮＣ装置）１０４と、自動工具交換装置（ＡＴＣ）１と、コンピュータ６０を備える。ＮＣ装置１０４は、工具５０が取付けられる主軸３を備え、ワーク５１を加工する。ＡＴＣ１は、工具５０を格納するＡＴＣマガジン２と、主軸３とＡＴＣマガジン２との間で工具５０を搬送するツールチェンジャー５とを内部に備える。ツールチェンジャー５は、主軸３から取外した工具５０をＡＴＣマガジン２に格納し、ＡＴＣマガジン２から取出した工具５０を主軸３に取付けることで、主軸３に取付けられている工具５０を交換する。コンピュータ６０は、ＣＡＤデータ１０１、ＣＡＭソフト１０２、及びＮＣプログラム１０３を格納する。ＣＡＤデータ１０１は、ワーク５１の設計形状（加工により形成すべき形状）を示すデータである。ＣＡＭソフト１０２は、ＮＣプログラム１０３を生成する。ＣＡＤデータ１０１とＣＡＭソフト１０２は、予めコンピュータ６０に格納しておく。
【００１６】
本実施例による工作機械４では、ＡＴＣマガジン２に、形状センサ（計測器）３００が格納される。計測器３００は、ツールチェンジャー５により、ＡＴＣマガジン２から主軸３に取付けられ、主軸３からＡＴＣマガジン２に戻される。計測器３００は、後述するように、バッテリを備え、給電ステーションによりバッテリが充電される。
【００１７】
図２は、ＡＴＣマガジン２と給電ステーション６とを示す図である。ＡＴＣマガジン２は、上述したように、工具５０と計測器３００を格納することができる。給電ステーション６は、ＡＴＣ１の内部でＡＴＣマガジン２の近傍に設けられ、給電部６ａを備える。
【００１８】
図４は、計測器３００の構成を示す図である。計測器３００は、ＮＣ装置１０４で加工中のワーク５１の形状を測定する形状センサである。計測器３００は、バッテリ９と、カメラ８と、無線通信機１０と、レーザポインタ（レーザビーム出射部）１２ａ、１２ｂ、１２ｃと、レンズ１５と、ホルダ（取付け部材）７とを備え、ＮＣ装置１０４の主軸３に取付けられる。
【００１９】
ホルダ７は、計測器３００をＮＣ装置１０４の主軸３に取付けるための部材であり、主軸３に取付けられる工具５０の取付部分と同じ形状と大きさを持つ。主軸３に取付けられる工具５０は、形状と大きさが規格（例えば、日本ではＭＡＳ規格（日本工作機械工業会規格））で定められている。ホルダ７がこの規格で定められたものと同じ形状と大きさを持つことで、計測器３００は、ホルダ７によって主軸３に取付けられる。
【００２０】
また、ホルダ７は、計測器３００に対して着脱可能であり、ＮＣ装置１０４の主軸３に合わせて交換することができる。従って、工作機械によって主軸３の種類が異なっていても、使用する主軸３に取付けられる工具５０と同じ形状と大きさを持つホルダ７を使うことにより、計測器３００は、多種の工作機械に取付け可能である。
【００２１】
計測器３００は、使用する主軸３に適合するホルダ７が取り付けられた状態で、他の工具５０と共にＡＴＣマガジン２に格納することができる。
【００２２】
計測器３００は、以上説明したような特徴を有するので、多種の工作機械に汎用的に使用することができる。
【００２３】
図２に示すように、計測器３００は、ＡＴＣマガジン２に格納された後、ＡＴＣマガジン２が回転することにより、給電ステーション６の近傍まで移動する。その後、給電ステーション６の給電部６ａは、計測器３００のバッテリ９に給電可能な距離まで近づき、バッテリ９を充電する。給電部６ａは、図２に示していない機構により移動し、無線給電でバッテリ９に電力を供給する。
【００２４】
図４に示した計測器３００では、充電されたバッテリ９が、レーザポインタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、カメラ８、及び無線通信機１０に給電する。レーザポインタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、レーザビーム１３ａ、１３ｂ、１３ｃをそれぞれ出射し、ワーク５１の形状を測定するためにワーク５１の表面を照射する。カメラ８は、レーザポインタ１２ａ〜１２ｃが出射したレーザビーム１３ａ〜１３ｃのワーク５１の表面での輝点（レーザ輝点）の画像を撮影する。無線通信機１０は、カメラ８が撮影した画像のデータを、コンピュータ６０に送信する。
【００２５】
このように、本実施例で用いる計測器３００は、無線給電で充電され、無線通信でデータを送信するため、給電と通信のための配線が不要である。
【００２６】
図４に示すように、レーザポインタ１２ａ〜１２ｃのそれぞれから出射されたレーザビーム１３ａ〜１３ｃは、決められた一点（焦点１４）で交差させる必要がある（理由は後述する）。このため、レーザビーム１３ａ〜１３ｃを偏向させる必要がある。レーザビーム１３ａ〜１３ｃを偏向させる方法には、レーザポインタ１２ａ〜１２ｃを傾斜させて配置する方法がある。しかし、この方法では、レーザポインタ１２ａ〜１２ｃが計測器３００の外部へ張り出す量が大きくなり、計測器３００の大型化につながる。そこで、図５Ａに示すように、レンズ１５を用いて、レーザビーム１３ａ〜１３ｃを偏向させる。
【００２７】
図５Ａは、レンズ１５によるレーザビーム１３ａ〜１３ｃの偏向を示す図である。図５Ａの左図は、レンズ１５の光軸に平行な面内でのレーザビーム１３ａ〜１３ｂを示しており、図５Ａの右図は、レンズ１５の光軸に垂直な面内でのレーザビーム１３ａ〜１３ｃを示している。なお、図５Ａの左図では、レーザビーム１３ｃの図示を省略している。
【００２８】
一般に、レンズに入射した平行光は、焦点で集光される性質がある。そこで、レーザポインタ１２ａ〜１２ｃからそれぞれレンズ１５の光軸に対して平行にレーザビーム１３ａ〜１３ｃを出射すれば、レーザビーム１３ａ〜１３ｃは、図５Ａの左図に示すように、自ずと焦点１４で交差する。なお、レーザポインタ１２ａ〜１２ｃ（レーザビーム１３ａ〜１３ｃ）は、図５Ａの右図に示すように、レンズ１５の光軸に垂直な面内で、正三角形の頂点となる位置に配置する（理由は後述する）。
【００２９】
図５Ｂは、レンズ１５のうち、レーザポインタ１２ａ〜１２ｃから出射されたレーザビーム１３ａ〜１３ｃが通過する領域だけを切り出したレンズ１５の部分を示す図である。図５Ａと同様に、図５Ｂの左図は、レンズ１５の光軸に平行な面内でのレーザビーム１３ａ〜１３ｂを示しており、図５Ｂの右図は、レンズ１５の光軸に垂直な面内でのレーザビーム１３ａ〜１３ｃを示している。図５Ｂに示すように、レンズ１５から、レーザビーム１３ａ〜１３ｃがそれぞれ通過する部分１６ａ〜１６ｃを切り出し、部分１６ａ〜１６ｃだけを計測器３００に用いれば、計測器３００を小型化できる。
【００３０】
図６は、レンズ１５の部分１６ａ〜１６ｃを用いたレーザポインタ１２ａ〜１２ｃの構成を示す図である。図６では、代表して、レンズ１５の部分１６ａを用いたレーザポインタ１２ａの構成を示している。レーザポインタ１２ｂ、１２ｃは、それぞれレンズ１５の部分１６ｂ、１６ｃを備え、レーザポインタ１２ａと同様の構成を有する。
【００３１】
レーザポインタ１２ａは、レンズ１５の部分１６ａ（レンズ１５のレーザビーム１３ａが通過する部分）、光ファイバ１７、コリメータレンズ１８、レーザポインタケース１９、及び出射窓２０を備える。レーザポインタケース１９は、レンズ１５の部分１６ａとコリメータレンズ１８を収容する。光ファイバ１７は、コリメータレンズ１８に接続し、出射窓２０からレーザビーム１３ａを出射する。レンズ１５の部分１６ａは、コリメータレンズ１８と出射窓２０との間に配置され、コリメータレンズ１８を通ったレーザビーム１３ａを偏向させて、出射窓２０から出射させる。
【００３２】
図６に示すように、光ファイバ１７とコリメータレンズ１８を用いると、レーザポインタ１２ａ〜１２ｃを小型化でき、計測器３００を小型化できる。コリメータレンズ１８としては、例えば屈折率分布レンズなどを用いることができる。
【００３３】
次に、図７から図１２を用いて、計測器３００（形状センサ）を使用してワーク５１の形状を測定する方法について述べる。ワーク５１の形状は、ワーク５１の表面部の座標を計測することで測定する。
【００３４】
図７は、ワーク５１の形状を測定するのに用いる座標系を説明する図である。ワーク５１の形状を測定するのに用いる座標系の原点は、機械原点２０１、主軸原点２０２、カメラ原点（センサ中心）２０３、レンズ中心２０４、及び計測原点２０５である。
【００３５】
機械原点２０１は、固定された原点である。主軸原点２０２は、主軸３の位置を定める原点であり、工作機械内で制御され、常に機械原点２０１を基準に定められる。カメラ原点２０３とレンズ中心２０４は、主軸原点２０２を基準にして、計測器３００のカメラ８とレンズ１５の位置を基に定められる原点であり、主軸原点２０２に対して常に固定されている。すなわち、主軸原点２０２、カメラ原点２０３、及びレンズ中心２０４は、常に一緒に動く。計測原点２０５は、レーザビーム１３ａ〜１３ｃの交差位置（焦点１４）にある原点であり、主軸原点２０２に対して常に固定されている。
【００３６】
図８は、ワーク５１とワーク５１の形状を測定している計測器３００との位置関係を示す模式図である。計測器３００は、ワーク５１の表面２１の形状を測定する。図８では、計測器３００を簡略化して示すとともに、ワーク５１の表面２１の一部だけを示している。なお、ワーク５１の、表面２１の形状を測定する位置を「測定ポイント」と呼ぶ。
【００３７】
ワーク５１の設計形状（ＣＡＤデータによる形状）は分かっているので、予め測定ポイント４０をワーク５１に定めておく。ＮＣプログラムにより、計測器３００を、測定ポイント４０を測定するための位置に移動させる。このとき、計測器３００は、必ず、測定ポイント４０におけるワーク５１の表面２１の法線２３の方向と主軸３の中心軸（計測器３００の中心軸）の方向とが一致するように配置する。
【００３８】
図１０は、ワーク５１の現在の形状（加工中の中間形状）と設計形状とが一致する場合に、カメラ８が撮影したワーク５１の表面でのレーザ輝点の画像の例を示す図である。ワーク５１の現在の形状と設計形状とが一致する場合は、ワーク５１の表面での３つのレーザビーム１３ａ〜１３ｃの輝点（レーザ輝点）の位置は、互いに一致する。従って、カメラ８が撮影した画像２６として、３つのレーザ輝点が１つに重なったレーザ輝点２７が中心に位置する画像が得られる。
【００３９】
しかし、ワーク５１の現在の形状が設計形状と異なる場合には、図１１又は図１２に示すように、ワーク５１の表面での３つのレーザ輝点の位置が互いに異なる画像が得られる。後述するが、図１１では、３つのレーザ輝点２８ａ〜２８ｃの位置が互いに異なり、図１２では、３つのレーザ輝点３１ａ〜３１ｃの位置が互いに異なる。
【００４０】
図９は、レーザビーム１３ａ〜１３ｃの出射点２４ａ〜２４ｃと、ワーク５１の表面でのレーザ輝点２５ａ〜２５ｃとの位置関係を示す図である。出射点２４ａ〜２４ｃは、それぞれレーザビーム１３ａ〜１３ｃがレーザポインタ１２ａ〜１２ｃから出射された位置を表し、レーザ輝点２５ａ〜２５ｃは、それぞれレーザビーム１３ａ〜１３ｃのワーク５１の表面での輝点である。レーザポインタ１２ａ〜１２ｃは、上述したように、レンズ１５の光軸に垂直な面内で、正三角形の頂点となる位置に配置されているので、出射点２４ａ〜２４ｃを直線で結ぶと、正三角形が形成される。レーザビーム１３ａ〜１３ｃが交差する点にワーク５１の表面が存在しない場合には、ワーク５１の表面では、互いに異なる位置にレーザ輝点２５ａ〜２５ｃが発生する。
【００４１】
図１１は、ワーク５１の現在の形状が設計形状と異なる場合で、測定ポイント４０におけるワーク５１の表面２１の法線２３の方向と主軸３の中心軸の方向とが一致している場合に、カメラ８が撮影したワーク５１の表面でのレーザ輝点の画像の例を示す図である。この場合、カメラ８が撮影した画像２６では、ワーク５１の表面での３つのレーザ輝点２８ａ〜２８ｃを直線で結ぶと、正三角形３０が形成される。３つのレーザ輝点２８ａ〜２８ｃの、正三角形３０の中心（画像２６の中心）からの距離は、互いに等しい。すなわち、レーザ輝点２８ａ〜２８ｃは、正三角形３０の中心と正三角形３０の各頂点とを結ぶ直線２９ａ〜２９ｃ上にあり、正三角形３０の中心からの距離が互いに等しい。
【００４２】
図１２は、ワーク５１の現在の形状が設計形状と異なる場合で、測定ポイント４０におけるワーク５１の表面２１の法線２３の方向と主軸３の中心軸の方向とが一致していない場合に、カメラ８が撮影したワーク５１の表面でのレーザ輝点の画像の例を示す図である。この場合、カメラ８が撮影した画像２６では、ワーク５１の表面での３つのレーザ輝点３１ａ〜３１ｃを直線で結ぶと、正三角形でない三角形３２が形成される。３つのレーザ輝点３１ａ〜３１ｃの、画像２６の中心からの距離は、互いに異なる。すなわち、レーザ輝点３１ａ〜３１ｃは、画像２６の中心と三角形３２の各頂点とを結ぶ直線２９ａ〜２９ｃ上にあり、画像２６の中心からの距離が互いに異なる。
【００４３】
従って、画像２６上で、３つのレーザ輝点を抽出し、これらの位置関係を求めれば、ワーク５１の現在の形状と設計形状とが一致するか否かを知ることができる。ワーク５１の現在の形状が設計形状と異なる場合には、ワーク５１の現在の形状と設計形状とが一致する場合のレーザ輝点２７の位置（画像２６の中心）を原点とし、３つのレーザ輝点について、この原点からの距離ｒと、この原点を通る任意の直線に対する角度θとを求めることができる。これらの距離ｒと角度θとから、ワーク５１の現在の形状を求めることができる。すなわち、画像２６上で、レーザ輝点２７の位置を原点としたときの３つのレーザ輝点の極座標（ｒ、θ）で表した位置を求めることができ、この位置の座標から測定ポイント４０でのワーク５１の座標を求めることができる。
【００４４】
図３は、本実施例による、工作機械を用いた加工方法のフロー図である。図３には、本実施例の主要な特徴である、計測器３００を用いたワーク５１の形状の測定方法のフローを主に示した。ワーク５１の少なくとも一部は、ＮＣ装置１０４で既に加工されているものとする。ワーク５１の形状は、図３に示したフロー図に従って測定ポイント４０でのワーク５１の座標を求めることで、測定することができる。なお、形状センサである計測器３００は、予めＡＴＣマガジン２に格納しておく。
【００４５】
Ｓ１０１では、作業者が、ＣＡＤデータ１０１を用いて、測定ポイント４０を決め、測定ポイント４０におけるワーク５１の表面２１の法線２３の方向を求める。
【００４６】
Ｓ１０２では、コンピュータ６０が、ＣＡＭソフト１０２を用いて、計測器３００（主軸３）の中心軸の方向が法線２３の方向に一致し、かつレーザビーム１３ａ〜１３ｃが交差する点（焦点１４）が測定ポイント４０と一致する（であろう）位置を求め、求めた位置に焦点１４を形成するように計測器３００を配置するＮＣプログラム１０３を生成する。
【００４７】
Ｓ１０３では、コンピュータ６０が、ＮＣプログラム１０３をＮＣ装置１０４に転送し、ＮＣプログラム１０３を実行する。
【００４８】
Ｓ１０４では、コンピュータ６０がＮＣプログラム１０３を実行し、ワーク５１の形状の測定が開始される。
【００４９】
Ｓ１０５では、ＡＴＣ１が、計測器３００をＡＴＣマガジン２から搬送してＮＣ装置１０４の主軸３に取付ける。
【００５０】
Ｓ１０６では、ＮＣ装置１０４が、主軸３に取付けた計測器３００を、Ｓ１０２で求めた位置に移動させる。
【００５１】
Ｓ１０７では、コンピュータ６０が、主軸３の座標を記録する。主軸３の座標は、任意の座標系で表すことができる。記録された主軸３の座標は、通常は、ＮＣプログラム１０３で指定された座標と同じである。
【００５２】
Ｓ１０８では、カメラ８が、ワーク５１の表面でのレーザビーム１３ａ〜１３ｃの輝点（レーザ輝点）の画像２６を撮影する。レーザポインタ１２ａ〜１２ｃは、ワーク５１の表面をレーザビーム１３ａ〜１３ｃで照射する。レーザビーム１３ａ〜１３ｃによりワーク５１の表面にレーザ輝点ができるので、カメラ８は、このレーザ輝点を含むワーク５１の表面の画像２６を撮影する。カメラ８が撮影した画像２６のデータは、無線通信機１０がコンピュータ６０に送信する。
【００５３】
Ｓ１０９では、コンピュータ６０が、Ｓ１０８で撮影した画像２６から、３つのレーザ輝点を抽出する。
【００５４】
Ｓ１１０では、コンピュータ６０が、Ｓ１０９で抽出した３つのレーザ輝点の位置が互いに一致しているか否かを判定する。３つのレーザ輝点の位置が互いに一致している場合は、この一致した位置が測定ポイント４０の位置と一致しており、ワーク５１の現在の形状（加工中の中間形状）が設計形状（ＣＡＤデータによる形状）と一致している、すなわちワーク５１が設計通りに加工されていることを意味する。この場合には、Ｓ１１３に進む。３つのレーザ輝点の位置が互いに一致していない場合は、Ｓ１１１とＳ１１２に進む。
【００５５】
Ｓ１１１では、ＮＣ装置１０４が、主軸３を、測定ポイント４０におけるワーク５１の表面２１の法線２３の方向に動かす。主軸３を法線２３の方向に動かすと、３つのレーザ輝点の位置が、図１１と図１２に示した直線２９ａ〜２９ｃに沿って移動する。
【００５６】
Ｓ１１２では、Ｓ１１０と同様に、コンピュータ６０が、３つのレーザ輝点の位置が互いに一致しているか否かを判定する。
【００５７】
Ｓ１１１とＳ１１２とを繰り返し、ＮＣ装置１０４は、３つのレーザ輝点の位置が互いに一致するまで、主軸３を法線２３の方向に動かす。３つのレーザ輝点の位置が互いに一致したら、Ｓ１１３に進む。
【００５８】
Ｓ１１３では、Ｓ１０７と同様に、コンピュータ６０が、主軸３の座標を記録する。
【００５９】
Ｓ１１４では、Ｓ１１１で主軸３を動かした場合に、コンピュータ６０が、主軸３の移動距離を求める。主軸３の移動距離は、Ｓ１０７で記録した主軸３の座標とＳ１１３で記録した主軸３の座標とから求めることができる。求めた主軸３の移動距離は、ワーク５１の現在の形状と設計形状との差、すなわち、加工により生じたワーク５１の変形量を表す。
【００６０】
Ｓ１１５で、ワーク５１の形状の測定を終了する。
【００６１】
Ｓ１１６では、ＡＴＣ１が、計測器３００をＮＣ装置１０４の主軸３からＡＴＣマガジン２に戻す。計測器３００は、再びＡＴＣマガジン２に格納される。
【００６２】
Ｓ１１７では、ＡＴＣ１が、工具５０をＡＴＣマガジン２から搬送してＮＣ装置１０４の主軸３に取付け、ＮＣ装置１０４が、工具５０が取付けられた主軸３でワーク５１を加工する。ＮＣ装置１０４は、コンピュータ６０がＮＣプログラム１０３を書き換える（補正する）ことにより、Ｓ１１４で求めたワーク５１の形状の差が小さくなるように（ワーク５１の形状が設計形状と同じになるように）ワーク５１を加工する。なお、Ｓ１１７は、さらにワーク５１を加工する必要がある場合に実行する処理である。Ｓ１１４で求めた主軸３の移動距離（ワーク５１の現在の形状と設計形状との差）が予め定めた閾値よりも小さい場合には、Ｓ１１７の処理を実行しなくてもよい。
【００６３】
以上説明したように、本実施例の計測器３００では、無線通信機１０が画像２６のデータをコンピュータ６０に転送し、無線給電により電力がバッテリ９に供給される。このため、計測器３００は、一切、配線を必要としない。すなわち、計測器３００は、従来の計測器では必要であった工作機械４との電気的インターフェースの整合性を考慮する必要がない。
【００６４】
また、本実施例の計測器３００では、ホルダ７が着脱可能であるので、ホルダ７を工作機械の主軸に合わせて交換することができる。ホルダ７を交換することにより、計測器３００は、多種の工作機械に取付け可能であり、汎用的に使用することができる。すなわち、計測器３００は、従来の計測器では必要であった工作機械４との機械的インターフェースの整合性を考慮する必要がない。
【００６５】
以上説明したように、本実施例による工作機械では、加工中のワークの形状を、多種の工作機械に汎用的に使用することができる計測器（形状センサ）で測定することが可能である。加工の途中で計測器によりワークの形状を測定し、測定した形状と設計形状との差を小さくするようにＮＣプログラムを補正して（書き換えて）ワークを加工することを繰り返せば、ワークの仕上がり形状を設計形状通りにすることができ、ワークを高精度に加工することができる。
【００６６】
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、削除したり、他の構成を追加・置換したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１…自動工具交換装置（ＡＴＣ）、２…ＡＴＣマガジン、３…工作機械の主軸、４…工作機械、５…ツールチェンジャー、６…給電ステーション、６ａ…給電部、７…ホルダ、８…カメラ、９…バッテリ、１０…無線通信機、１２ａ〜１２ｃ…レーザポインタ、１３ａ〜１３ｃ…レーザビーム、１４…レーザビームの焦点、１５…レンズ、１６ａ〜１６ｃ…レンズのレーザビームが通過する部分、１７…光ファイバ、１８…コリメータレンズ、１９…レーザポインタケース、２０…出射窓、２１…ワークの表面、２３…ワークの表面の法線、２４ａ〜２４ｃ…出射点、２５ａ〜２５ｃ…レーザ輝点、２６…画像、２７…１つに重なったレーザ輝点、２８ａ〜２８ｃ…レーザ輝点、２９ａ〜２９ｃ…直線、３０…正三角形、３１ａ〜３１ｃ…レーザ輝点、３２…三角形、４０…測定ポイント、５０…工具、５１…ワーク、６０…コンピュータ、１０１…ＣＡＤデータ、１０２…ＣＡＭソフト、１０３…ＮＣプログラム、１０４…数値制御装置（ＮＣ装置）、２０１…機械原点、２０２…主軸原点、２０３…カメラ原点、２０４…レンズ中心、２０５…計測原点、３００…計測器。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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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