(57)【要約】【課題】加工機の工具取付部に測定手段を装着して測定対象の形状等を測定する際に、高精度な測定を行えるようにすること。【解決手段】演算制御部３７は、加工機１の加工用テーブル２及び主軸ヘッド６を所定方向に移動させ、加速度検出器４１、４６からの加速度信号を２回積分した値が所定の基準値内のときに、テーブル２及び主軸ヘッド６が停止したと判断し、工具取付部１０に装着した光学式測定装置１８は測定対象４で反射した測定用光を検出する。演算制御部３７は、ＮＣ制御装置９からテーブル２及び主軸ヘッド６の駆動用指令値を受けて同期をとりながら、テーブル２及び主軸ヘッド６を所定量ずつ移動させて測定対象４を走査しながら計測を行い、検出した測定用光に基づいて測定対象４の形状等を算出する。これにより、加工用テーブル２及び主軸ヘッド６の位置と測定データが同期し、測定対象４の形状等の算出が高精度に行われる。【選択図】図１
2008070143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工機の工具取付部に対して着脱が可能な形状を有するホルダ部と、前記ホルダ部と一体的に設けられ、測定用光を出力する光源及び前記加工機の加工用テーブルに取り付けられた測定対象で反射した前記測定用光の検出を行う光検出手段と、前記光検出手段によって検出した測定用光に基づいて前記測定対象についての長さに関する特性を算出する算出手段とを有する光学式測定手段と、
前記加工用テーブル及び工具取付部の位置に関する位置情報を出力する位置情報出力手段と、
前記加工用テーブルと工具取付部の相対的移動の停止を判断する停止判断手段とを備え、
前記算出手段は、前記加工用テーブルと工具取付部の相対的移動が停止したと前記停止判断手段が判断したとき、前記光検出手段が検出した測定用光と前記停止判断時に受信した前記位置情報とを同期させて、前記測定対象についての長さに関する特性を算出することを特徴とする光学式測定システム。
【請求項２】
前記加工用テーブルと工具取付部の相対的移動の停止を検出して停止信号を出力する停止検出手段を備え、
前記停止判断手段は、前記停止信号を受信したとき前記加工用テーブルと工具取付部の相対的移動が停止したと判断することを特徴とする請求項１記載の光学式測定システム。
【請求項３】
前記加工用テーブルと工具取付部の相対的移動の変位を検出する変位検出手段を備え、
前記停止判断手段は、前記変位検出手段が検出した所定時間あたりの変位が所定の基準値内のときに、前記加工用テーブルと工具取付部の相対的移動が停止していると判断することを特徴とする請求項１記載の光学式測定システム。
【請求項４】
前記加工用テーブルと工具取付部の相対的速度を検出して対応する速度情報を出力する速度検出手段を備え、
前記停止判断手段は、前記速度検出手段からの速度情報を積分した値が所定の基準値内のときに、前記加工用テーブルと工具取付部の相対的移動が停止していると判断することを特徴とする請求項１記載の光学式測定システム。
【請求項５】
前記加工用テーブルと工具取付部の相対的加速度を検出して対応する加速度情報を出力する加速度検出手段を備え、
前記停止判断手段は、前記加速度検出手段からの加速度情報を２回積分した値が所定の基準値内のときに、前記加工用テーブルと工具取付部の相対的移動が停止していると判断することを特徴とする請求項１記載の光学式測定システム。
【請求項６】
加工機の工具取付部に対して着脱が可能な形状を有するホルダ部と、前記ホルダ部と一体的に設けられ、測定用光を出力する光源及び前記加工機の加工用テーブルに取り付けられた測定対象で反射した前記測定用光の検出を行う光検出手段と、前記光検出手段によって検出した測定用光に基づいて前記測定対象についての長さに関する特性を算出する算出手段とを有する光学式測定手段と、
前記工具取付部と加工用テーブルの位置を表す位置情報を出力する位置情報出力手段とを備え、
前記算出手段は、前記光検出手段が検出した測定用光と、前記位置情報出力手段からの位置情報を同期させて、前記測定対象についての長さに関する特性を算出することを特徴とする光学式測定システム。
【請求項７】
前記位置情報出力手段は前記加工機に内蔵されたエンコーダであり、前記位置情報は前記内蔵エンコーダからの位置情報であることを特徴とする請求項６記載の光学式測定システム。
【請求項８】
前記位置情報出力手段は前記加工機に外付けされたエンコーダであり、前記位置情報は前記外付けエンコーダからの位置情報であることを特徴とする請求項６記載の光学式測定システム。
【請求項９】
前記位置情報は、前記加工用テーブル及び工具取付部の位置を移動制御するための指令値であり、
前記算出手段は、前記指令値に代えて、前記加工用テーブル及び前記工具取付部についての所定の伝達関数と前記指令値の積を新たな位置情報として使用することを特徴とする請求項６記載の光学式測定システム。
【請求項１０】
前記位置情報は、前記加工用テーブル及び工具取付部の位置を移動制御するための指令値であり、
前記算出手段は、前記指令値に代えて、前記指令値に所定の補正を施した値を新たな位置情報として使用することを特徴とする請求項６記載の光学式測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象についての長さに関する特性を光学的に測定する光学式測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＮＣ加工機やマシニングセンタをはじめとして加工対象の加工を自動制御によって行うようにした各種の自動制御型加工機が利用されている。前記自動制御型加工機においては、加工対象を載置固定する加工用テーブルと、加工用工具を取り付ける軸である工具主軸位置（工具取付部）を有し前記工具取付部に装着された加工用工具を駆動する主軸ヘッドと、選択された加工用工具を前記工具取付部に対して自動で着脱する自動工具交換装置（ＡＴＣ）とを備えている。
【０００３】
ＡＴＣは、複数の加工用工具を収納する工具マガジンと、前記工具マガジンに収納された複数の加工用工具の中から加工に必要な工具を選択して、前記主軸ヘッドの工具取付部に装着すると共に使用が終了した加工用工具を前記工具取付部から取り外して前記工具マガジンに収納するアームとを備えている。
【０００４】
前記自動制御型加工機によって加工対象を加工する場合、制御手段による自動制御によって、前記加工対象を固定した加工用テーブルを水平方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に所定量ずつ移動させることによって加工対象をＸ軸方向及びＹ軸方向に所定量ずつ移動させると共に、前記加工用テーブルの水平方向への移動に同期して前記主軸ヘッドを垂直方向（Ｚ軸方向）に所定量ずつ移動させることにより、前記加工用工具を垂直方向に所定量ずつ移動させ、前記加工用工具によって前記加工対象の加工を行う。
【０００５】
加工に用いる加工用工具を変更する場合は、ＡＴＣによって、主軸ベッドの工具取付部に取り付けられた加工用工具の取り外し、前記工具取付部から取り外した加工用工具の前記工具マガジンへの収納、前記工具マガジンに収納されている複数の加工用工具の中から加工に使用する加工用工具の選択、選択した加工用工具の前記工具マガジンからの取り出し、取り出した加工用工具の前記工具取付部への装着を行う。これにより、加工機に対する加工用工具の交換が行われる。
【０００６】
尚、前記加工用工具は、ＡＴＣによる装着及び脱着が可能なように、大きさや形状等が所定の規格によって定められたホルダ部に取り付けられており、前記ホルダ部を前記工具取付部に装着することにより、加工用工具は前記工具取付部に取り付けられるように構成されている（特許文献１参照）。
ところで、加工対象をより正確に加工するために、加工対象の加工途中や一応の加工処理が終了した時点で、加工対象の形状等が所定値に加工されたか否かを測定することが行われている。
【０００７】
従来、加工対象（測定する場合は測定対象となる。）の測定においては、前記加工対象を加工用テーブルに加工中の状態に固定しておくと共に、前記工具取付部に接触式のタッチセンサを装着し、前記タッチセンサを加工対象表面に当接させ、その時の前記加工用テーブルの位置座標値（Ｘ座標値、Ｙ座標値）や主軸ヘッドの位置（Ｚ座標値）を読み、測定点の三次元座標を得ることによって測定対象の形状測定を行うようにしている。
【０００８】
しかしながら、接触式のタッチセンサを用いた測定では、テーブルや工具取付部が完全に停止した状態で接触式のタッチセンサによって、タッチスイッチのトリガで現在位置を読み取っているため、テーブル等を連続的に移動させながら高速度で測定することは不可能であった。
【０００９】
また接触式では、測定対象表面に対して断続的な走査となるため、測定点数も少なく又、凹凸形状を有する測定対象の詳細な測定が困難である。即ち、走査線上の形状測定は大まかで断続な点群測定となり、より連続的で微細な三次元形状測定を行うことは困難であり、高精度な測定は困難である。
【００１０】
また、接触することによる測定対象の加工表面に損傷の恐れが大であった。
さらに、加工機から得られる加工用テーブルと工具取付部の位置情報と、測定データとが同期していない場合、測定対象上の測定位置と、測定データが得られた測定位置との間に位置ずれが生じるため、高精度な測定ができないという問題がある。
【００１１】
【特許文献１】特開平１０−８０８３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、加工機の工具取付部に測定手段を装着して測定対象についての長さに関する特性を測定する際に、高精度な測定を行えるようにすることを課題としている。
また、本発明は、加工機の工具取付部に測定手段を装着して測定対象についての長さに関する特性を測定する際に、高精度で高速な測定を行えるようにすることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、加工機の工具取付部に対して着脱が可能な形状を有するホルダ部と、前記ホルダ部と一体的に設けられ、測定用光を出力する光源及び前記加工機の加工用テーブルに取り付けられた測定対象で反射した前記測定用光の検出を行う光検出手段と、前記光検出手段によって検出した測定用光に基づいて前記測定対象についての長さに関する特性を算出する算出手段とを有する光学式測定手段と、前記加工用テーブル及び工具取付部の位置に関する位置情報を出力する位置情報出力手段と、前記加工用テーブルと工具取付部の相対的移動の停止を判断する停止判断手段とを備え、前記算出手段は、前記加工用テーブルと工具取付部の相対的移動が停止したと前記停止判断手段が判断したとき、前記光検出手段が検出した測定用光と前記停止判断時に受信した前記位置情報とを同期させて、前記測定対象についての長さに関する特性を算出することを特徴とする光学式測定システムが提供される。
算出手段は、加工用テーブルと工具取付部の相対的移動が停止したと停止判断手段が判断したとき、光検出手段が検出した測定用光と停止判断時に受信した位置情報とを同期させて、測定対象についての長さに関する特性を算出する。
【００１４】
ここで、前記加工用テーブルと工具取付部の相対的移動の停止を検出して停止信号を出力する停止検出手段を備え、前記停止判断手段は、前記停止信号を受信したとき前記加工用テーブルと工具取付部の相対的移動が停止したと判断するように構成してもよい。
また、前記加工用テーブルと工具取付部の相対的移動の変位を検出する変位検出手段を備え、前記停止判断手段は、前記変位検出手段が検出した所定時間あたりの変位が所定の基準値内のときに、前記加工用テーブルと工具取付部の相対的移動が停止していると判断するように構成してもよい。
【００１５】
また、前記加工用テーブルと工具取付部の相対的速度を検出して対応する速度情報を出力する速度検出手段を備え、前記停止判断手段は、前記速度検出手段からの速度情報を積分した値が所定の基準値内のときに、前記加工用テーブルと工具取付部の相対的移動が停止していると判断するように構成してもよい。
また、前記加工用テーブルと工具取付部の相対的加速度を検出して対応する加速度情報を出力する加速度検出手段を備え、前記停止判断手段は、前記加速度検出手段からの加速度情報を２回積分した値が所定の基準値内のときに、前記加工用テーブルと工具取付部の相対的移動が停止していると判断するように構成してもよい。
【００１６】
また、本発明によれば、加工機の工具取付部に対して着脱が可能な形状を有するホルダ部と、前記ホルダ部と一体的に設けられ、測定用光を出力する光源及び前記加工機の加工用テーブルに取り付けられた測定対象で反射した前記測定用光の検出を行う光検出手段と、前記光検出手段によって検出した測定用光に基づいて前記測定対象についての長さに関する特性を算出する算出手段とを有する光学式測定手段と、前記工具取付部と加工用テーブルの位置を表す位置情報を出力する位置情報出力手段とを備え、前記算出手段は、前記光検出手段が検出した測定用光と、前記位置情報出力手段からの位置情報を同期させて、前記測定対象についての長さに関する特性を算出することを特徴とする光学式測定システムが提供される。
算出手段は、光検出手段が検出した測定用光と、位置情報出力手段からの位置情報を同期させて、測定対象についての長さに関する特性を算出する。
【００１７】
ここで、前記位置情報出力手段は前記加工機に内蔵されたエンコーダであり、前記位置情報は前記内蔵エンコーダからの位置情報であるように構成してもよい。
また、前記位置情報出力手段は前記加工機に外付けされたエンコーダであり、前記位置情報は前記外付けエンコーダからの位置情報であるように構成してもよい。
また、前記位置情報は、前記加工用テーブル及び工具取付部の位置を移動制御するための指令値であり、前記算出手段は、前記指令値に代えて、前記加工用テーブル及び前記工具取付部についての所定の伝達関数と前記指令値の積を新たな位置情報として使用するように構成してもよい。
【００１８】
また、前記位置情報は、前記加工用テーブル及び工具取付部の位置を移動制御するための指令値であり、前記算出手段は、前記指令値に代えて、前記指令値に所定の補正を施した値を新たな位置情報として使用するように構成してもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る光学式測定システムによれば、加工機の工具取付部に測定手段を装着して測定対象についての長さに関する特性を測定する際に、高精度な測定を行うことが可能である。
特に、テーブルと工具取付部の相対的移動を停止させながら測定することにより、より高精度な測定が可能になる。
また、テーブルと工具取付部の相対的移動を停止することなく測定することにより、高速で高精度な測定が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る光学式測定システムについて説明する。
図１、図２は、各々、本発明の実施の形態に係る光学式測定システムの概要を示す正面図、側面図であり、自動制御型加工機の一種であるＮＣ（数値）制御型加工機（ＮＣ加工機）とともに光学式測定装置を使用する例を挙げている。
【００２１】
図１及び図２において、マシニングセンタで代表されるＮＣ加工機１は、設置部としてのベッドフレーム１４に設置されている。ベッドフレーム１４は移動しない固定系であり又、所定の基準位置でもある。
測定対象（ワーク：加工時には加工対象となり、測定時には測定対象となる。）４は、加工用及び測定用を兼ねたＮＣ加工機１の加工用テーブル２の上面に載置した状態で固定具３によって固定される。加工用テーブル２と隔てられた位置に、測定対象４の加工を行うための加工用工具（例えば切削工具）５を装着する主軸ヘッド６が配設されている。
【００２２】
主軸ヘッド６は、加工用工具５を取り付ける軸である工具主軸２０を通る所定位置（工具主軸位置）に加工用工具５を装着する工具取付部１０を有しており、工具主軸２０方向（Ｚ軸方向）及び水平面内の一方向であるＸ軸方向に沿って移動制御され、これにより、工具取付部１０に装着された加工用工具５を工具主軸２０方向及びＸ軸方向に直線的に移動させる。
【００２３】
尚、詳細は図示していないが、主軸ヘッド６は、加工用工具５をＺ軸方向（垂直方向）及びＸ軸方向（水平な一方向）に直線的に送る機構と、工具主軸２０を中心として加工用工具５に水平面（Ｘ軸とＹ軸を通る面）内で回転動作を与える機構を備えている。工具主軸２０は加工用工具５が回転する回転軸となる。測定用光の光軸は工具主軸２０に沿って通るように構成されている。
【００２４】
加工用工具５は手動によって、主軸ヘッド６への装着及び主軸ヘッド６からの脱着が可能である。また、自動工具交換装置（ＡＴＣ）７は、ＮＣ制御装置９の制御の下で、アーム１７を用いて、加工用工具５を収納する工具収納部である工具マガジン８からの加工用工具５の取り出し、主軸ヘッド６への加工用工具５の装着、主軸ヘッド６からの加工用工具５の脱着、工具マガジン８への加工用工具５の収納を行う機構を備えており、これにより、工具マガジン８に収納されている加工用工具５の主軸ヘッド６に対する着脱を自動で行う。
【００２５】
加工用テーブル２のＹ軸方向への移動制御、主軸ヘッド６のＸ軸方向及びＺ軸方向への移動制御、工具５の交換制御等や、切削等の加工に関わるこれら一連の制御は、ＮＣ制御装置９がその内部に記憶している加工用プログラムを実行することによって行われる。
また、ＮＣ制御装置９は、測定対象４の形状や所定位置からの測定対象の測定対象位置までの距離等の測定を行う際に、加工用テーブル２のＹ方向の移動制御、主軸ヘッド６のＸ軸方向及びＺ軸方向への移動制御等の制御も、その内部に記憶したプログラムを実行することによって行う。ＮＣ制御装置９は制御手段を構成している。１９は、ＮＣ制御装置９を制御するための表示付きコントローラである。
【００２６】
工具マガジン８に格納可能に構成された光学式測定器１８は、加工用工具５と同様に、ＮＣ制御装置９がプログラムを実行することによって、ＡＴＣ７により自動で主軸ヘッド６に対して着脱できるように構成されている。
図３は、本実施の形態に係る光学式測定システムの主要構成部を示す図であり、図１及び図２と同一部分には同一符号を付している。
光学式測定装置１８は、光学式測定装置１８を主軸ヘッド６の工具取付部１０に装着する部分であるホルダ部１１及びホルダ部１１と一体的に構成された収容部４５を有している。
【００２７】
ホルダ部１１は、加工用工具５の規格に準じた形状や寸法を有しており又、円周状に設けられた溝部４３を有し、溝部４３はＡＴＣ７のアーム１７に係合可能な係合部を構成している。
また、ホルダ部１１は、主軸ヘッド６に設けられ所定形状の有底穴によって構成された工具取付部１０に係合するテーパ状の形状を有しており、工具取付部１０との係合により、ホルダ部１１は主軸ヘッド６に装着される。
【００２８】
光学式測定装置１８のホルダ部１１の構成を加工用工具５の規格にあうように構成しているため、加工用工具５と同じ様に取り扱って、加工用工具５と同じ装着位置である主軸ヘッド６の工具取付部１０に自動や手動で容易に取り付けることが可能になる。このように、ホルダ部１１は、加工用工具５の規格に準じて用いられている公知の構成を採用することが可能である。
【００２９】
ＡＴＣ７のアーム１７はその両端に係合部としての１対のコ字形状部を有しており、溝部４３とアーム１７の前記コ字状部を係合させることによってＡＴＣ７で光学式測定装置１８を保持した状態でアーム１７を動かす。これにより、光学式測定装置１８は、加工用工具５を収納する工具マガジン８に対して格納、取出し及び搬送が可能に構成されると共に、主軸ヘッド６の工具取付部１０に対して着脱されるように構成されている。
このように、光学式測定装置１８の主軸ヘッド６への装着、脱着を自動で行う場合には、ＡＴＣ７によって工具５の着脱を行うのと同じようにして行うことができる。
【００３０】
ホルダ部１１と一体的に構成された収容部４５には、測定に使用する光である測定用光を出力する光源３８及び測定用光の検出を行う光検出素子３９が配設されている。光源３８は赤外線発光ダイオードや半導体レーザ等の所定波長の光を出力する発光素子が使用可能である。光検出素子３９は、例えば、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）によって構成することが可能であり又、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサ等も使用可能である。光検出素子３９は、光検出手段を構成している。
【００３１】
また、収容部４５には、光源３８及び光検出素子３９への電源供給、光源３８及び光検出素子３９の制御及び光検出素子で検出した信号の取り出し等を行うための電気ケーブル４０が接続されており、ケーブル４０を介して演算制御部３７に接続されている。
光学式測定装置１８は、三角測量方式によって測定対象４の形状や所定位置から測定対象４の測定対象位置までの距離等、測定対象４についての長さに関する特性を測定する。
【００３２】
本実施の形態では、光源３８及び光検出素子３９は光学式測定装置１８に搭載し、これらの制御や光検出素子３９からの信号に基づく測定対象４の形状等の算出処理は電気ケーブル４０を介して接続した演算制御装置３７によって行うように構成しているが、演算制御装置３７の一部を光学式測定装置１８に配設するように構成するようにしてもよい、即ち、光学式測定装置１８は、少なくとも光源３８及び光検出素子３９を有するように構成すればよい。
【００３３】
演算制御装置３７は、表示装置５６、データ処理部５７、計測コントローラ５８、コントローラ５９を備えている。データ処理部５７は、測定モード切替、スキャン方向切替、スキャンピッチ切替、ＮＣプログラム作成等の制御処理を行う。
計測コントローラ５８は、監視モード切替、ノイズ除去用の低域フィルタ（ＬＰＦ）の特性設定、判定基準値設定等の制御を行う。
【００３４】
コントローラ５９は、表示装置５６、データ処理器５７、計測コントローラ５８の制御を行うと共に、インタフェース３６を介してＮＣ制御装置９の制御を行い、これによって、テーブル２や主軸ヘッド６の移動制御や測定装置１８の測定制御を行う。
ここで、演算制御部３７は、算出手段、停止判断手段を構成すると共に、光学式測定装置１８とともに光学式測定手段を構成している。
【００３５】
ＮＣ制御装置９は、各種指令、制御指令、演算処理、比較などを担うＣＮＣ制御部３１、各種の機能別の制御を行う複数の制御ユニット５１〜５５、専用インタフェース３６、コントローラ１９を備えている。
ＮＣ制御装置９のＣＮＣ制御部３１は、加工用テーブル２及び工具取付部１０の位置に関する位置情報を出力する位置情報出力手段、加工用テーブル２及び工具取付部１０の相対的移動の停止を検出して停止信号を出力する停止検出手段を構成している。
【００３６】
制御ユニット５５は、加工機１の加工用テーブル２及び主軸ヘッド６の移動制御を行うための制御ユニットである。制御ユニット５５は、相互に直交する３軸（ＸＹＺ軸）についてのサーボアンプ、サーボモータ、エンコーダ（内蔵エンコーダ）からなる駆動機構３３、３４、３５と接続されている。
【００３７】
主軸ヘッド６の先端である工具取付部１０には、加工用工具５に代わってレーザ式三次元測定装置１８が同軸上に装着される。演算制御部３７から計測指令が専用インタフェース３６を介して、ＮＣ制御装置９のＣＮＣ制御部３１に送られる。三次元測定装置１８の光源３８から照射された測定用光１５は測定対象４表面に照射される。測定対象４で反射した測定用光１５は光検出素子３９によって検出される。演算制御部３７のデータ処理機能によって、光検出素子３９によって検出した測定用光に基づいて、走査された測定対象４表面の三次元形状等の長さに関する特性が求められる。
【００３８】
主軸ヘッド６（換言すれば工具取付部１０）と測定対象４（換言すればテーブル２）の位置は駆動機構３３、３４、３５の内蔵エンコーダによってその現在値が実時間で連続して読めるようになっている。
演算制御部３７には、高速連続測定モードと高精度測定モードの切換、加速度データに載ったノイズ処理や停止判定機能が備わっている。
【００３９】
ここで、高精度測定モードとは、主軸ヘッド６とテーブル２を所定量移動させた後に停止し、この停止状態において測定装置１８によって測定を行い、その後再び主軸ヘッド６とテーブル２を所定量移動させた後に停止して測定装置１８によって測定を行う動作を繰り返しながら、測定対象４の長さに関する特性を測定するモードである。
このように、高精度測定モードでは、主軸ヘッド６とテーブル２が相対的に停止している間に測定を行うため、マシニングセンタ側と測定点の同期を正確にとりながら測定対象４の測定が可能になり、高精度な測定が可能になる。
【００４０】
高精度測定モードにおいて、ＮＣ加工機１の位置情報（具体的にはテーブル２と主軸ヘッド６の工具取付部１０の位置情報）と、光学式測定装置１８によって測定した測定対象４上の測定点の測定データとを同期させる方法として、ＮＣ加工機１のＮＣ制御装置９から出力される停止信号を利用して測定を行う方法、テーブル２と主軸ヘッド６の工具取付部１０の移動が停止（停止には、完全な停止状態のみならず、所定時間内の移動量が所定の基準値内のときも含む。）したことを検出たときに、光学式測定装置１８によって測定対象４の測定を行う方法がある。
【００４１】
測定対象４の測定状態では、測定対象４の加工時と同様に、ＣＮＣ制御部３１は制御ユニット５５に対して、テーブル２及び主軸ヘッド６の工具取付部１０の移動先の位置を指示するための指令値信号を供給する。制御ユニット５５は、ＣＮＣ制御部３１からの前記指令値信号に対応する位置にテーブル２及び主軸ヘッド６の工具取付部１０を移動させるように、駆動機構３３〜３５を制御する。
【００４２】
同時に、演算制御部３７のコントローラ５９は、ケーブル４０を介して光源３８及び光検出素子３９を制御して、光源３８から測定用光を出力すると共に測定対象４で反射した測定用光を光検出素子３９によって検出する。演算制御部３７のコントローラ５９は、光検出素子３９によって検出した測定用光のデータ及びテーブル２と主軸ヘッド６の工具取付部１０の位置情報を対応付けて、その内部の記憶部に記憶する。このとき記憶した測定用光の測定データと前記位置情報は同期がとれたものになる。演算制御部３７のコントローラ５９は、測定対象４の複数点において測定して得られ前記位置情報に同期する複数の測定データに基づいて、測定対象４の形状等の長さについての特性を算出する。
【００４３】
ＮＣ加工機１から出力される停止信号を利用して測定を行う場合、制御ユニット５１は、ＣＮＣ制御部３１からの指令値信号（ＮＣ加工機の位置（具体的にはテーブル２と主軸ヘッド６の位置）を表す情報を、専用Ｉ／Ｆ３６を介して演算制御部３７に出力すると共に、テーブル２及び主軸ヘッド６の移動が停止したことを表す停止信号を専用Ｉ／Ｆ３６を介して演算制御部３７に出力する。
【００４４】
演算制御部３７のコントローラ５９は、前記停止信号を受信したときのテーブル２及び主軸ヘッド６の位置、及び、測定装置１８から受信した測定用光に基づいて、測定対象４の形状等に長さに関する特性を算出する。速度データのうち、速度ゼロを停止信号として出力するＮＣ加工機の場合は、極めて短時間であっても停止状態では同期状態が成り立つ。したがって、ＮＣ加工機の位置と測定データが同期した高精度な測定が可能になる。
【００４５】
検出器４１、４６は、テーブル２と主軸ヘッド６の工具取付部１０の移動が停止したことを検出するための検出器である。
検出器４１、４６として、加速度検出器（加速度検出手段）、速度検出器（速度検出手段）、変位検出器（変位検出手段）を使用した場合は、各々、微分階層が相違するのみであり本質的に同じであるので、いずれの検出器を使用してもよい。検出器として加速度検出器を用いた場合にはその出力信号を２回積分することによって変位量を算出し該変位量に基づいて停止しているか否かを判断し、速度検出器を用いた場合にはその出力信号を１回積分することによって変位量を算出し該変位量に基づいて停止しているか否かを判断し、変位検出器を使用した場合にはその出力信号である変位量に基づいて停止しているか否かを判断する。
【００４６】
加速度検出器を用いた場合には、２回積分して得られた変位量が所定の基準値内に入った場合を停止と判断する。前記基準値はレーザ測定装置１８の測定精度、測定用光の状態を考慮して適宜定める。また１回積分で得られる速度挙動も判定用補助データとして利用することができる。加速度データには各種ノイズが相乗しているが、別途把握している振動特性から適切なフィルタ処理で除去することが好ましい。
極短時間の加工機１の停止時間（即ち、テーブル２や主軸ヘッド６が停止している時間）に測定用光による測定を行う場合、その停止状態が保証されていると、同期性の悪さに起因する測定精度の低下を受けず、極めて高精度な計測が行える。
【００４７】
停止状態はエンコーダ値を処理して得られる停止信号を受ける方法でもよい。また他の方法として、主軸ヘッド６側に設置した１軸（Ｙ軸）加速度検出器４６の加速度およびテーブル２側に設置した２軸（Ｘ軸、Ｚ軸）の加速度検出器４１の加速度から相対加速度を得て、相対速度、相対変位を算出し、別途定める所定の基準値と比較して加工機１の停止、即ち測定タイミングを獲得する。加速度検出器４１、４６の出力信号を増幅する各増幅器２０、２２は、加速度検出器４１、４６に内蔵型でもよく又、外部に後から取り付けられた外付け型でもよい。
【００４８】
停止信号を利用する方法の場合、制御ユニット５５は、駆動機構３３〜３５に含まれる内蔵エンコーダからの信号に基づいて、テーブル２及び主軸ヘッド６（換言すれば工具取付部１０）が相対的に停止したことを検出して、停止したことを表す停止信号をＣＮＣ制御部３１に出力する。ＣＮＣ制御部３１は、前記停止信号を制御ユニット５１及び専用Ｉ／Ｆを介して演算制御部３７に送信し、演算制御部３７は前記停止信号に基づいて、テーブル２及び工具取付部１０が相対的に停止したと判断する。
【００４９】
また、演算制御部３７は、前記のようにして加工用テーブル２と工具取付部１０の相対的移動が停止したと判断したとき、光検出素子３９が検出した測定用光と前記停止判断時に受信した位置情報（ＣＮＣ制御部３１からの指令値情報）とを同期させて、測定対象４についての長さに関する特性を算出する。
停止状態と判断する他の方法として、演算制御部３７は、加速度検出器４１、４６からの加速度信号を２回積分した値が所定の基準値内のときに、加工用テーブル２と工具取付部１０の相対的移動が停止していると判断するようにしてもよい。
【００５０】
また、加速度検出器４１、４６の代わりに、加工用テーブル２と工具取付部１０の相対的速度を検出して対応する速度情報を出力する速度検出器（図示せず）を使用し、演算制御部３７は、前記速度検出器からの速度情報を１回積分した値が所定の基準値内のときに、加工用テーブル２と工具取付部１０の相対的移動が停止していると判断するようにしてもよい。
【００５１】
また、加速度検出器４１、４６の代わりに、加工用テーブル２と工具取付部１０の相対的移動の変位を検出する変位検出器（図示せず）を使用し、演算制御部３７は、前記変位検出器が検出した所定時間あたりの変位が所定の基準値内のときに、加工用テーブル２と工具取付部１０の相対的移動が停止していると判断するようにしてもよい。
【００５２】
一方、高速連続測定モードとは、主軸ヘッド６とテーブル２を連続して移動させると共に、光学式測定装置１８によって測定を行うモードである。主軸ヘッド６及びテーブル２を相対的に連続して移動させながら測定対象４の長さに関する測定を行うため、高速な測定が可能である。また、光学的に測定を行うため、高精度な測定も可能である。
即ち、演算制御部３７は、工具取付部１０と加工用テーブル２の位置関係を表す位置情報と、光検出素子３９が検出した測定用光とを同期させて、測定対象４の３次元形状等の長さに関する特性を算出する。
【００５３】
この場合、演算制御部３７は、加工機１の駆動機構３３〜３５に内蔵されたエンコーダを位置情報出力手段として使用し、前記位置情報出力手段からの位置情報を使用して測定データとの同期をとり、３次元形状等の特性の算出処理を行うようにしてもよい。
また、他の方法として、演算制御部３７は、位置情報出力手段として加工機１に後から外付けされたエンコーダ（図示せず）を使用し、前記外付けエンコーダからの位置情報を使用して測定データと同期をとり、前記特性の算出処理を行うようにしてもよい。
【００５４】
また、演算制御部３７は、加工用テーブル２及び工具取付部１０の位置を移動制御するためにＣＮＣ制御部３１から制御ユニット５５に供給される指令値に代えて、加工用テーブル２及び工具取付部１０についての所定の伝達関数と前記指令値の積を新たな位置情報として使用するようにしてもよい。このように、指令値を所定の伝達関数によって補正することにより、位置情報と測定データを高精度に同期させることが可能になる。
【００５５】
また、演算制御部３７は、加工用テーブル２及び工具取付部１０の位置を移動制御するためにＣＮＣ制御部３１から制御ユニット５５に供給される指令値に代えて、前記指令値に所定の補正を施した値を新たな位置情報として使用するようにしてもよい。これによっても、位置情報と測定データを高精度に同期させることが可能になる。
【００５６】
また、測定対象４の近傍等に、位置座標の基準となる基準指標を配設しておき、測定対象４の測定時にこれを同時に計測し、３次元形状等の特性を算出する際に、測定した前記基準指標を用いて、非同期による誤差を抑えるように補正するようにしてもよい。
図４は本発明の実施の形態に係る光学式測定システムにおける処理を示すフローチャートで、高精度測定モードにおける処理を示すフローチャートである。
【００５７】
以下、図１〜図４を用いて、本実施の形態における高精度測定モードの動作を説明する。
先ず、使用者が演算制御部３７から、測定手順の設定や、測定範囲を指定するデータ、フィルタ特性の選定等の測定に必要な各種データの入力を行うと、前記設定内容や設定データは演算制御部３７のコントローラ５９内の記憶部に記憶される（ステップＳ４０１）。
演算制御部３７は、ＮＣ制御装置９の制御ユニット５５に対して、テーブル２及び主軸ヘッド６を所定の走査方向に所定量移動するように駆動機構３３〜３５を駆動させるための指令である駆動指令を行う（ステップＳ４０２）。制御ユニット５５は、ＮＣ制御装置９からの前記駆動指令に応答して、駆動機構３３〜３５を駆動してテーブル２及び主軸ヘッド６を所定方向に所定距離駆動する。
【００５８】
次に演算制御部３７は、制御ユニット５５を介して、駆動機構３３〜３５に対して、走査方向への移動を停止させるための指令である制動指令を行う（ステップＳ４０３）。
次に演算制御部３７は、加速度検出器４１、４６からの加速度信号を検出し（ステップＳ４０４）、前記加速度信号に含まれるノイズを除去し（ステップＳ４０５）、加速度データを１回積分して速度を算出すると共に加速度データを２回積分して変位量を算出する（ステップＳ４０６）。
【００５９】
演算制御濡３７は、処理ステップＳ４０６において算出した速度の直流（ＤＣ）成分が所定の基準値外の場合には、制動が未だ不十分（クリープ的移動）と判断して処理ステップＳ４０３に戻り、前記速度の直流成分が所定の基準値内の場合には、制動が十分と判断して、算出した変位量に基づいて停止しているか否かを判断する（ステップＳ４０８）。
演算制御部３７は、前記変位量が所定の基準値外の場合には未だ停止していないと判断して処理ステップＳ４０４に戻って処理ステップＳ４０４〜Ｓ４０８を再度実行し、変位量が所定の基準値内の場合には停止していると判断して、光学式測定装置１８に対して測定の指示を行う（ステップＳ４０９）。
【００６０】
測定装置１８は、演算制御部３７からの測定指令に応答して、測定対象４で反射した測定用光を光検出素子３９によって検出して、ケーブル４０を介して、測定データとして演算制御部３７に出力する。
演算制御部３７は、測定装置１８からの測定データを、ＣＮＣ制御装置３１から専用Ｉ／Ｆ３６を介して受信した指令値情報に対応付けて取り込んで記憶し（ステップＳ４１０）、目標とする計測エリアの測定が終了していなければ処理ステップＳ４０２へ戻って次の計測点に移動して前記計測処理を行い、目標とする計測エリアの測定が終了した場合には、前記計測処理を終了する（ステップＳ４１１）。
ここで得られた複数の測定データは、テーブル２及び主軸ヘッド４（換言すれば、部品取付部１０）の位置情報と同期がとれていることになる。演算制御部３７は、前記計測処理で計測した複数のデータを用いて、測定対象４の形状等の長さに関する特性を算出する。
【００６１】
このように、演算制御部３７は、加工機１の加工用テーブル２及び主軸ヘッド６を所定方向に移動させ、加速度検出器４１、４６からの加速度信号を２回積分した値が所定の基準値内のときに、テーブル２及び主軸ヘッド６が停止したと判断し、工具取付部１０に装着した光学式測定装置１８は測定対象４で反射した測定用光を検出する。演算制御部３７は、ＮＣ制御装置９からテーブル２及び主軸ヘッド６の駆動用指令値を受けて同期をとりながら、テーブル２及び主軸ヘッド６を所定量ずつ移動させて測定対象４を走査して計測を行い、検出した複数の測定用光に基づいて測定対象４の形状等の長さに関する特性を算出する。即ち、演算制御部３７は、加工機のテーブル２と工具取付部１０の相対的移動が停止したと判断したとき、光検出素子３９が検出した測定用光と前記停止判断時に受信した位置情報とを同期させて、測定対象４についての長さに関する特性を算出するようにしている。
【００６２】
したがって、本実施の形態に係る光学式測定システムによれば、加工機の工具取付部１０に測定装置１８を装着して測定対象４についての長さに関する特性を測定する際に、加工用テーブル２及び主軸ヘッド６の位置と測定データが同期し、測定対象４の長さに関する特性が高精度に行われる。
尚、高精度測定モードにおいて、加工用テーブル２及び工具取付部１０の停止を判断する他の方法としては、前述したとおり、ＣＮＣ制御部３１からの停止信号に基づく判断方法等が適用可能である。
【００６３】
また、前記各実施の形態では、光源３８及び光検出素子３９を各１個用いて、三角測距方式によって、測定対象の形状や所定位置から測定対象の測定対象位置までの距離を測定するように構成したが、相互の位置関係は所定関係にあると共に光源とは無関係な位置に配設された２個の光検出素子を用いて測定するように構成することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
ＮＣフライス盤、マシニングセンタ、ＮＣ旋盤、ＮＣ放電加工機等の各種自動制御型加工機とともに使用する光学式測定装置に適用できる。また、前記自動制御型加工機と光学式測定装置を用いた光学式測定方法に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施の形態に係る光学式測定システムの概要を示す正面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る光学式測定システムの概要を示す側面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る光学式測定システムの部分詳細図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る光学式測定システムの処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６６】
１・・・自動制御型加工機としてのＮＣ加工機
２・・・測定用テーブル
３・・・固定具
４・・・測定対象
５・・・加工用具
６・・・主軸ヘッド
７・・・ＡＴＣ
８・・・工具マガジン
９・・・ＮＣ制御装置
１０・・・工具取付部
１１・・・ホルダ部
１４・・・ベッドフレーム
１５・・・光軸
１７・・・アーム
１８・・・光学式測定手段を構成する光学式測定装置
２０・・・工具主軸
３１・・・位置情報出力手段、停止検出手段を構成するＣＮＣ制御部
３３〜３５・・・駆動機構
３７・・・算出手段、停止判断手段、光学式測定手段を構成する演算制御部
３８・・・光源
３９・・・光検出手段を構成する光検出素子
４０・・・電気ケーブル
４３・・・系合部としての溝部
４５・・・収容部
４１、４６・・・加速度検出手段を構成する加速度検出器
５１〜５５・・・制御ユニット
５６・・・表示部
５７・・・データ処理部
５８・・・計測コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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