(57)【要約】【課題】加工機の工具取付部に光学式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、多様な形状の測定対象について高精度な測定を行うことができるようにすること。【解決手段】測定対象４を加工したときと同じように駆動パターン５１に沿って主軸ヘッド６を駆動制御し、前記駆動に同期して、光学式測定器１８の光源２１から測定対象４に測定用光１５を照射すると共に測定対象４で反射した測定用光１５を光検出素子２２によって検出し、主軸ヘッド６の位置情報と前記位置情報に同期して光検出素子２２によって得られた測定データに基づいて、測定対象４の形状や加工誤差等を算出する。【選択図】図１
2008076200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工機の主軸ヘッド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って対応する測定データを出力する光検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主軸ヘッドの相対的な駆動パターンを指示する駆動パターン指示手段と、
前記駆動パターン指示手段によって指示された駆動パターンに対応するように前記加工用テーブル及び主軸ヘッドの少なくとも一方を相対的に移動させる制御手段と、
前記加工用テーブル及び主軸ヘッド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、
前記位置情報出力手段からの位置情報と前記光検出手段からの測定データとを同期させて、前記位置情報及び測定データ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備えて成り、
前記駆動パターン指示手段は、前記測定対象の形状に応じて前記主軸ヘッドと測定対象間の相対的位置関係を制御するように前記制御手段に対して前記駆動パターンを指示することを特徴とする光学式測定システム。
【請求項２】
前記駆動パターン指示手段は、前記光学式測定手段の測定レンジ内で測定する場合、前記主軸ヘッドの垂直方向位置が一定となるような駆動パターンを前記制御手段に対して指示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】
前記駆動パターン指示手段は、前記主軸ヘッドが前記測定対象の表面に沿って直線的に移動するような駆動パターンを前記制御手段に対して指示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】
前記駆動パターン指示手段は、前記主軸ヘッドが前記測定対象の表面形状を単純化したパターンで移動するような駆動パターンを前記制御手段に対して指示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】
前記駆動パターン指示手段は、前記測定対象の複数の測定点の位置を指定する測定点指示手段と、前記測定点指定手段手段によって指定された前記複数の測定点を通るような前記駆動パターンを生成する駆動パターン生成手段とを備え、前記駆動パターン生成手段によって生成した駆動パターンを前記制御手段に対して指示することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に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、測定対象の形状等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、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。
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と前記主軸ヘッドとを同期させながら相対的にＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に所定量ずつ移動させて、前記加工用工具によって前記加工対象の加工を行う。
【０００４】
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。
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）。
【０００５】
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。
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、前記主軸ヘッドの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や主軸ヘッドの相対的な位置座標を読み、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。
【０００６】
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。
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。
【０００７】
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主軸ヘッドの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。
【０００８】
【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】
【０００９】
本発明は、加工機の主軸ヘッドに光学式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、多様な形状の測定対象について高精度な測定を行うことができるようにすることを課題としている。
また、本発明は、範囲が限られた測定レンジの光学式測定手段を用いて、広範囲に高精度な測定を行うことができ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】
【００１０】
本発明によれば、加工機の主軸ヘッド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って対応する測定データを出力する光検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主軸ヘッドの相対的な駆動パターンを指示する駆動パターン指示手段と、前記駆動パターン指示手段によって指示された駆動パターンに対応するように前記加工用テーブル及び主軸ヘッドの少なくとも一方を相対的に移動させる制御手段と、前記加工用テーブル及び主軸ヘッド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、前記位置情報出力手段からの位置情報と前記光検出手段からの測定データとを同期させて、前記位置情報及び測定データ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備えて成り、前記駆動パターン指示手段は、前記測定対象の形状に応じて前記主軸ヘッドと測定対象間の相対的位置関係を制御するように前記制御手段に対して前記駆動パターンを指示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。
【００１１】
駆動パターン指示手段は、測定対象の形状に応じて主軸ヘッドと測定対象間の相対的位置関係を制御するように制御手段に対して駆動パターンを指示する。制御手段は、前記駆動パターン指示手段によって指示された駆動パターンに対応するように加工用テーブル及び主軸ヘッドの少なくとも一方を相対的に移動させる。光学式測定手段の光源は測定用光を出力し、光検出手段は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って対応する測定データを出力する。位置情報出力手段は、前記加工用テーブル及び主軸ヘッドの位置に関する位置情報を出力する。算出手段は、前記位置情報出力手段からの位置情報と前記光検出手段からの測定データとを同期させて、前記位置情報及び測定データ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。
【００１２】
ここで、前記駆動パターン指示手段は、前記光学式測定手段の測定レンジ内で測定する場合、前記主軸ヘッドの垂直方向位置が一定となるような駆動パターンを前記制御手段に対して指示するように構成してもよい。
また、前記駆動パターン指示手段は、前記主軸ヘッドが前記測定対象の表面に沿って直線的に移動するような駆動パターンを前記制御手段に対して指示するように構成してもよい。
【００１３】
また、前記駆動パターン指示手段は、前記主軸ヘッドが前記測定対象の表面形状を単純化したパターンで移動するような駆動パターンを前記制御手段に対して指示するように構成してもよい。
また、前記駆動パターン指示手段は、前記測定対象の複数の測定点の位置を指定する測定点指示手段と、前記測定点指定手段手段によって指定された前記複数の測定点を通るような前記駆動パターンを生成する駆動パターン生成手段とを備え、前記駆動パターン生成手段によって生成した駆動パターンを前記制御手段に対して指示するように構成してもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る光学式測定システムによれば、加工機の主軸ヘッドに光学式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、多様な形状の測定対象について高精度な測定を行うことが可能になる。
また、範囲が限られた測定レンジの光学式測定手段を用いて、広範囲に高精度な測定を行うことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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略構成を示す正面図、側面図であり、後述する各実施の形態に共通して用いる光学式測定システムの構成図である。尚、図１及び図２には、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器を使用する例を挙げている。
【００１６】
図１及び図２において、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。
【００１７】
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、相互に直交する３軸方向（工具主軸２０方向（垂直方向であるＺ軸方向）及び水平面内の直交する２方向であるＸ軸方向及びＹ軸方向）に沿って移動制御され、これにより、主軸ヘッド６の工具取付部１０に装着された加工用工具５を工具主軸２０方向、及び、所定の水平面内のＸ軸方向及びＹ軸方向に直線的に移動させる。
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ＸＹＺ軸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が回転する回転軸であり又、測定用光の光軸に一致している。
【００１８】
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。
【００１９】
主軸ヘッド６のＸ軸方向、Ｙ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、主軸ヘッド６のＸ軸方向、Ｙ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り、又、加工用テーブル２及び主軸ヘッド６の相対的な駆動パターンを指示するための駆動パターン指示手段を構成している。
【００２０】
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、図１及び図２に示した光学式測定システムの回路ブロック図で、図１及び図２と同一部分には同一符号を付している。尚、図３に示したブロック図も、図１及び図２と同様に、後述する各実施の形態に共通して用いるブロック図である。
【００２１】
光学式測定器１８は、光学式測定器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４１を有している。
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４０を有し、溝部４０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。
【００２２】
光学式測定器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。
【００２３】
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４０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で光学式測定器１８を保持した状態でアーム１７を動かす。これにより、光学式測定器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、光学式測定器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。
【００２４】
ホルダ部１１と一体的に構成された収容部４１には、測定に使用する所定波長の光である測定用光を出力する光源２１及び測定用光の検出を行う光検出素子２２が配設されている。光源２１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２２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２２は、光検出手段を構成している。
【００２５】
また、収容部４１には、光源２１及び光検出素子２２への電源供給、光源２１及び光検出素子２２の制御及び光検出素子２２によって検出した測定用光に対応する測定データの取り出し等を行うための電気ケーブル４７が接続されており、光学式測定器１８はケーブル４７を介して演算制御部４２に接続されている。
光学式測定器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。
【００２６】
本実施の形態では、光源２１及び光検出素子２２は光学式測定器１８に搭載し、これらの制御や光検出素子２２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４７を介して接続した演算制御部４２によって行うように構成しているが、演算制御部４２の一部を光学式測定器１８に配設するように構成するようにしてもよい、即ち、光学式測定器１８は、少なくとも光源２１及び光検出素子２２を有するように構成すればよい。
【００２７】
演算制御部４２は、制御部４３、データ処理部４６、外部操作可能な操作部４５、表示部４４を備えている。
データ処理部４６は、光学式測定器１８からの測定データ及びこれに同期するＮＣ制御装置９からの位置情報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等のデータ処理を行う。
【００２８】
制御部４３は、演算制御部４２の構成要素の制御、光学式測定器１８の測定制御、ＮＣ制御装置９を制御することによる主軸ヘッド６の移動制御等の各種制御を行う。
また、演算制御部４２の操作部４５を操作することによって測定対象４の複数の測定点の位置が指定された場合、制御部４３は前記指定された前記複数の測定点を通るような駆動パターンを生成する。
【００２９】
ここで、演算制御部４２は、駆動パターン指示手段、算出手段を構成すると共に、光学式測定器１８とともに光学式測定手段を構成している。
また、操作手段４５は測定対象４の複数の測定点の位置を指定する測定点指示手段を構成し、制御部４３は前記指定された前記複数の測定点を通るような前記駆動パターンを生成する駆動パターン生成手段を構成している。
【００３０】
ＮＣ制御装置９は、制御指令、演算処理、比較処理等を担うＣＮＣ制御部３１、制御ユニット３２、外部機器接続用のインタフェース（Ｉ／Ｆ）３５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及び主軸ヘッド６の相対的位置に関する位置情報を出力する位置情報出力手段を構成している。
尚、本実施の形態では、加工用テーブル２は固定し、主軸ヘッド６を直交するＸＹＺ軸方向に移動するように構成しているため、前記位置情報は主軸ヘッド６の位置（換言すれば、光学式測定器１８、あるいは、工具取付部１０の位置）を表す情報である。
【００３１】
制御ユニット３２は主軸ヘッド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３２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）から成る駆動機構３６、３７、３８と接続されている。
駆動部３６〜３８は、各々、ＣＮＣ制御部３１からの制御に応答して、主軸ヘッド６（換言すれば工具取付部１０）を駆動して、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動させる。
【００３２】
駆動部３６〜３８は、加工用テーブル２及び主軸ヘッド６の相対的位置に関する位置情報を出力する位置情報出力手段を構成している。
また、駆動部３６〜３８はＮＣ制御装置９とともに、駆動パターンに対応するように加工用テーブル２及び主軸ヘッド６の少なくとも一方を相対的に移動させるための制御手段を構成している。
【００３３】
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４２から計測指令がインタフェース３５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２１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２２によって検出され、対応する測定データが出力される。データ処理部４６のデータ処理機能によって、光検出素子２２によって検出した測定用光（測定データ）及びこれに同期する主軸ヘッド６と加工用テーブル２の相対的な位置情報に基づいて、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。
【００３４】
主軸ヘッド６（換言すれば工具取付部１０）の位置は駆動機構３６〜３８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。
このようにして、主軸ヘッド６とテーブル２の相対的な位置情報と、測定対象の測定点の測定データとを同期をとりながら測定対象４の測定が行われる。
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３２に対して、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３２は、ＣＮＣ制御部３１からの前記指令値信号に対応する位置に主軸ヘッド６を移動させるように、駆動機構３６〜３８を制御する。これにより、主軸ヘッド６の工具取付部１０は前記指令値信号に対応する位置に移動される。
【００３５】
同時に、演算制御部４２の制御部４３は、ケーブル４７を介して光源２１及び光検出素子２２を制御して、光源２１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２２によって検出する。演算制御部４２の制御部４３は、光検出素子２１によって検出した測定用光のデータ（測定データ）及びテーブル２と主軸ヘッド６の工具取付部１０の相対的な位置情報（本実施の形態では工具取付部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。
【００３６】
演算制御部４２は、ＣＮＣ制御部３１及び制御ユニット３２を介して駆動部３６〜３８を駆動制御することにより、光源２１からの測定用光１５によって所定パターンで測定対象４を走査すると共に、測定対象４の複数の走査点において光検出素子２２が測定対象４で反射した測定用光１５を検出するように制御する。
演算制御部４２の制御部４３は、主軸ヘッド６の位置情報を駆動部３６〜３８の各エンコーダから得ると共に、前記位置情報に同期する、光検出素子２２からの測定データを受信し、前記位置情報と測定データを対応付けて記憶手段に記憶する。演算制御部４２のデータ処理部４６は、このよにして得られた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。
【００３７】
図４は本発明の第１の実施の形態に係る光学式測定システムにおける駆動パターンを示す説明図であり、図１〜図３と同一部分には同一符号を付している。
図４の例は、測定対象４の形状等の長さに関する特性を、光学的測定器１８の測定レンジ内で測定する場合の例である。測定対象４の加工用プログラムと同一のプログラムを用いて、主軸ヘッド６を移動制御しながら、測定対象４の測定を行う。
【００３８】
以下、図１〜図４を用いて、本発明の第１の実施の形態に係る光学式測定システムの動作を詳細に説明する。
先ず、使用者が演算制御部４２から、駆動パターンの設定や、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。
本第１の実施の形態の場合、前記駆動パターンは加工機１が測定対象４を加工する際に用いたプログラムと同一のプログラムによって主軸ヘッド６を移動制御するパターンである。
【００３９】
前記加工用プログラムはＣＮＣ制御部３１内の記憶部（図示せず）に記憶されており、操作部４５の操作によって、演算制御部４２からインタフェース３５を介して、前記加工用プログラムによって主軸ヘッド６を駆動制御するようにＣＮＣ制御部３１を制御する。
ＣＮＣ制御部３１は、演算制御部４２からの制御に応答して、ＣＮＣ制御部３１の記憶部に記憶している加工用プログラムを実行し、制御ユニット３２に対して、前記主軸ヘッド６の駆動パターンに対応する指令値信号を順次出力する。制御ユニット３２は、前記指令値信号に応答して、駆動部３６〜３８を駆動する。これにより、主軸ヘッド６は前記加工用プログラムによる駆動パターンでＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に駆動される。
【００４０】
同時に、演算制御部４２の制御部４３は、光学式測定器１８を制御して、光源２１から測定用光１５を測定対象４に照射させると共に、測定対象４で反射した測定用光を光検出素子２２に検出させ、光検出素子２２によって検出した測定用光に対応する測定データを電気ケーブル４７を介して受信する。
これと同時に、演算制御部４２の制御部４３は、駆動部３６〜３８から主軸ヘッド６の位置を表す位置情報を受信する。
これにより、制御部４３は、その記憶部に、光学式測定器１８からの測定データと主軸ヘッド６の位置情報とを同期させた状態で記憶する。
【００４１】
制御部４３は、以上のようにして、前記加工用プログラムによって駆動部３６〜３８を時間とともに順次駆動して、駆動パターン５１に示すように測定対象４について、光源２１からの測定用光１５により、所定範囲（例えば測定開始点６０から測定終了点６１までの範囲）の走査を行い、光学式測定器１８からの測定データと主軸ヘッド６の位置情報とを同期させた状態で所定タイミングで順次記憶する。
演算制御部４２のデータ処理部４６は、走査完了後、制御部４３の記憶部に記憶した、位置情報に同期する測定データに基づいて、測定対象４の形状や加工誤差等の長さに関する特性を算出する。
【００４２】
以上述べたように、本発明の第１の実施の形態に係る光学式測定システムによれば、測定対象４を加工したときと同じようにパターン５１に沿って主軸ヘッド６を駆動制御し、前記駆動に同期して、光学式測定器１８の光源２１から測定対象４に測定用光を照射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２２によって検出し、主軸ヘッド６の位置情報と前記位置情報に同期して光検出素子２２によって得られた測定データに基づいて、測定対象４の形状や加工誤差等を算出するように構成している。
したがって、加工機１の主軸ヘッド６に光学式測定器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、多様な形状の測定対象４について高精度な測定を行うことが可能になる。
【００４３】
図５は本発明の第２の実施の形態に係る光学式測定システムにおける駆動パターンを示す説明図であり、図１〜図３と同一部分には同一符号を付している。
図５は、前記第２の実施の形態と同様に、測定対象４の形状等の長さに関する特性を、光学的測定装置１８の測定レンジ内で測定する場合の例であるが、本第２の実施の形態では、主軸ヘッド６は垂直方向（Ｚ軸方向）には移動させずに垂直方向位置を一定に固定し、水平面内（Ｘ軸及びＹ軸を通る平面）内で移動させて測定する例である。
【００４４】
以下、図１〜図３及び図５を用いて、本発明の第２の実施の形態に係る光学式測定システムの動作を説明する。
尚、前記第１の実施の形態では加工用プログラムと同一のプログラムによって主軸ヘッド６をＹＸＺ軸方向に駆動走査するようにしたが、本第２の実施の形態では、水平方向については加工用プログラムと同一のプログラムによって主軸ヘッド６を駆動するが、垂直方向位置は所定位置に固定した状態で測定を行うようにしている。以下、主として前記第１実施の形態と相違する点について詳細に説明し、同じ点については説明を簡略化する。
【００４５】
先ず、使用者が演算制御部４２から、駆動パターンの設定や、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。前記駆動パターンは、水平方向については加工用プログラムと同一のプログラムによって主軸ヘッド６を駆動走査するが、垂直方向には移動せずに一定位置に固定した状態で測定を行うパターンである。前記垂直方向位置は、使用者が演算制御部４２の操作部４５から入力して設定する。
前記駆動パターン等は、インタフェース３５を介してＮＣ制御装置９に送信され、制御部３１内の記憶部（図示せず）に記憶される。
【００４６】
ＣＮＣ制御部３１は、演算制御部４２から受信し前記記憶部に記憶した駆動パターンに従って、制御ユニット３２に主軸ヘッド６の駆動パターンに対応する指令値信号を順次出力する。制御ユニット３２は、前記指令値信号に応答して、駆動部３６、３７を駆動する。こにより、主軸ヘッド６は、Ｚ軸方向は所定位置に固定されると共に、水平方向には前記駆動パターンでＸ軸方向及びＹ軸方向に駆動される。
【００４７】
同時に、演算制御部４２の制御部４３は、光学式測定器１８を制御して、光源２１から測定用光１５を測定対象４に照射させると共に、測定対象４で反射した測定用光を光検出素子２２に検出させ、光検出素子２２によって検出した測定用光に対応する測定データを電気ケーブル４７を介して受信する。
これと同時に、演算制御部４２の制御部４３は、駆動部３６、３７から主軸ヘッド６の位置を表す位置情報を受信する。
【００４８】
これにより、制御部４３は、その記憶部に、光学式測定器１８からの測定データと主軸ヘッド６の位置情報とを同期させた状態で記憶する。
制御部４３は、以上のようにして、前記駆動パターンに従って駆動部３６、３７を駆動して、駆動パターン５２に示すように、光源２１からの測定用光により測定対象４について所定範囲（例えば測定開始点６０から測定終了点６１までの範囲）の走査を行い、光学式測定器１８からの測定データと主軸ヘッド６の位置情報とを同期させた状態で、所定タイミングで順次記憶する。
【００４９】
演算制御部４２のデータ処理部４６は、制御部４３の記憶部に記憶した、位置情報に同期する測定データに基づいて、測定対象４の形状や加工誤差等の長さに関する特性を算出する。
このように、本第２の実施の形態では、主軸ヘッド６（換言すれば光学式測定器１８）を所定の垂直位置に固定すると共に、水平面内では加工用テーブル２（換言すれば測定対象４）に対して相対的に移動制御するように構成しているため、加工機１の主軸ヘッド６に光学式測定器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、多様な形状の測定対象４について高精度な測定を行うことが可能になる。
【００５０】
また、主軸ヘッド６は、垂直方向には所定位置に固定しているため、主軸ヘッド６の駆動を簡単にすることが可能になる。
尚、本実施の形態では、主軸ヘッド６を垂直方向には一定位置に固定しているが、ＮＣ加工機１の構造等に応じて、一定位置に固定する方向を適宜選択して、所定の一方向を一定位置に固定するように構成することができる。即ち、測定対象４を操作する方向（本実施の形態ではＸ軸方向、Ｙ軸方向）に直交する方向（本実施の形態ではＺ軸方向）は、所定の一定位置に固定するように構成することができる。
【００５１】
図６は本発明の第３の実施の形態に係る光学式測定システムにおける駆動パターンを示す説明図であり、図１〜図３と同一部分には同一符号を付している。
図６の例は、測定対象４の形状等の長さに関する特性を、光学的測定装置１８の測定レンジ外で測定する場合の例である。
以下、図１〜図３及び図６を用いて、本発明の第３の実施の形態に係る光学式測定システムの動作を説明する。尚、主として、前記第１、第２の実施の形態と相違する部分について説明する。
【００５２】
先ず、使用者が演算制御部４２から、駆動パターンの設定や、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。前記駆動パターン５３は、水平方向については加工用プログラムと同一のプログラムによって主軸ヘッド６を駆動するが、指定された２点（測定開始点６０から測定終了点６１）間を、所定方向（図６では正面方向）から見た場合に時間とともに直線的に変化するように主軸ヘッド６を駆動しながら測定を行うパターンである。
【００５３】
即ち、前記駆動パターンは、測定対象４の形状に応じて、主軸ヘッド６（換言すれば、工具取付部１０あるいは光学式測定器１８）が測定対象４の表面に概略沿って直線的に移動するような駆動パターンである。
尚、側面方向からみた場合の駆動パターンは所定間隔で直線的に操作する等適宜選択して設定してもよい。
【００５４】
前記駆動パターンの設定に際しては、使用者が演算制御部４２から、駆動パターンの設定や、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。
駆動パターンの設定方法としては、測定に先立って測定開始点、測定終了点及びその間の測定対象４の形状に見合った適切な測定点、例えば倣い軌跡の変化点について、手動によるティーチングで読み取った座標値を測定点として指定し、前記測定点を通過するように所定のプログラムによって指定するようにしてもよい。
【００５５】
この場合、操作部４５から、測定対象４上の複数の測定点の位置（例えば座標値）を指定すると、制御部４３は前記指定された前記複数の測定点を通るような所定の線分（例えば前記複数の測定点を通る直線）から成る駆動パターンを生成するように構成する。
また、他の駆動パターン設定方法として、測定対象４の設計図面のＣＡＤデータに基づいて作成したプログラムを、駆動パターンとして演算制御部４２からＮＣ制御装置９に出力するようにしてもよい。
【００５６】
前記駆動パターン等は、インタフェース３５を介してＮＣ制御装置９に送信され、制御部３１内の記憶部（図示せず）に記憶される。
ＣＮＣ制御部３１は、演算制御部４２から受信し前記記憶部に記憶した駆動パターンに従って、制御ユニット３２に主軸ヘッド６の駆動パターン５３に対応する指令値信号を順次出力する。制御ユニット３２は、前記指令値信号に応答して、駆動部３６〜３８を駆動する。こにより、主軸ヘッド６は、前記駆動パターンでＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に駆動される。
【００５７】
同時に、演算制御部４２の制御部４３は、光学式測定器１８を制御して、光源２１から測定用光１５を測定対象４に照射させると共に、測定対象４で反射した測定用光を光検出素子２２に検出させ、光検出素子２２によって検出した測定用光に対応する測定データを電気ケーブル４７を介して受信する。
これと同時に、演算制御部４２の制御部４３は、駆動部３６〜３８から主軸ヘッド６の位置を表す位置情報を受信する。
【００５８】
これにより、制御部４３は、その記憶部に、光学式測定器１８からの測定データと主軸ヘッド６の位置情報とを同期させた状態で所定タイミングで順次記憶する。
制御部４３は、以上のようにして、前記駆動パターン５３に従って駆動部３６〜３８を駆動して、駆動パターン５３に示すように、光源２１からの測定用光により測定対象４について所定範囲（例えば測定開始点６０から測定終了点６１までの範囲）の走査を行い、光学式測定器１８からの測定データと主軸ヘッド６の位置情報とを同期させた状態で順次記憶する。
演算制御部４２のデータ処理部４６は、制御部４３の記憶部に記憶した、位置情報に同期する測定データに基づいて、測定対象４の形状や加工誤差等の長さに関する特性を算出する。
【００５９】
以上のように、本第３の実施の形態では、駆動パターンとして、主軸ヘッド６を水平方向に走査すると共に、測定対象４の形状に応じて、主軸ヘッド６が測定対象４の表面に沿って直線的に移動するような駆動パターンになるように主軸ヘッド６の垂直方向位置を変化させるようにしている。
したがって、光学式測定器１８の測定レンジ外で測定を行う場合でも、光学式測定器を他の測定レンジを有する光学式測定器に変更せずに使用でき、又、走査パターンを簡略化して、高精度な測定が可能になる。また、主軸ヘッド６を直線的に移動させるため、走査が簡単になるという効果がある。
【００６０】
図７は本発明の第４の実施の形態に係る光学式測定システムにおける駆動パターンを示す説明図であり、図１〜図３と同一部分には同一符号を付している。
図７の例は図６の例と同様に、測定対象４の形状等の長さに関する特性を、光学的測定器１８の測定レンジ外で測定する場合の例である。
以下、図１〜図３及び図７を用いて、本発明の第４の実施の形態に係る光学式測定システムの動作を説明する。
【００６１】
尚、前記第３の実施の形態では、測定対象４の形状に応じて主軸ヘッド６を直線的に駆動したが、本第４の実施の形態では、測定対象４の形状に応じて主軸ヘッド６を、測定対象４の外形を単純化した形の駆動パターンで走査して測定するようにしている。
以下、主として前記第３の実施の形態と相違する点について詳細に説明し、同じ点については簡単に説明する。
【００６２】
先ず、使用者が演算制御部４２から、駆動パターンの設定や、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。ＣＮＣ制御部３１は、測定対象４の外形を単純化した形の駆動パターン５４で走査するように主軸ヘッド６を制御する。これにより、演算制御部４２によって指定された測定開始点６０から測定終了点６１まで、測定対象４の形状を単純化した駆動パターン５４で走査するように主軸ヘッド６を駆動しながら測定を行う。
【００６３】
駆動パターン設定方法としては前記第３の実施の形態と同様に、測定に先立って測定開始点、測定終了点及びその間の測定対象４の形状に見合った適切な測定点、例えば倣い軌跡の変化点について、手動によるティーチングで読み取った座標値を測定点として指定し、前記測定点を通過するように所定のプログラムによって指定するようにしてもよい。
この場合、操作部４５から、測定対象４上の複数の測定点の位置（例えばＸＹＺ座標値）を指定すると、制御部４３は前記指定された前記複数の測定点を通るような所定の線分（例えば前記複数の測定点を通る直線）から成る駆動パターンを生成するように構成する。
【００６４】
また、他の駆動パターン設定方法として、測定対象４の設計図面のＣＡＤデータに基づいて作成したプログラムを、駆動パターンとして演算制御部４２からＮＣ制御装置９に出力するようにしてもよい。
前記駆動パターン等は、インタフェース３５を介してＮＣ制御装置９に送信され、制御部３１内の記憶部（図示せず）に記憶される。
前記駆動パターンの設定に際しては、使用者が演算制御部４２から、駆動パターンの設定や、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。
【００６５】
ＣＮＣ制御部３１は、演算制御部４２から受信し前記記憶部に記憶した駆動パターン５４に従って、制御ユニット３２に主軸ヘッド６の駆動パターン５４に対応する指令値信号を順次出力する。制御ユニット３２は、前記指令値信号に応答して、駆動部３６〜３８を駆動する。こにより、主軸ヘッド６は、前記駆動パターン５４でＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に駆動される。
【００６６】
同時に、演算制御部４２の制御部４３は、光学式測定器１８を制御して、光源２１から測定用光１５を測定対象４に照射させると共に、測定対象４で反射した測定用光を光検出素子２２に検出させ、光検出素子２２によって検出した測定用光に対応する測定データを電気ケーブル４７を介して受信する。
これと同時に、演算制御部４２の制御部４３は、駆動部３６〜３８から主軸ヘッド６の位置を表す位置情報を受信する。
【００６７】
これにより、制御部４３は、その記憶部に、光学式測定器１８からの測定データと主軸ヘッド６の位置情報とを同期させた状態で記憶する。
制御部４３は、以上のようにして、前記駆動パターン５４に従って駆動部３６〜３８を駆動して、駆動パターン５４に示すように、光源２１からの測定用光により測定対象４について所定範囲（例えば測定開始点６０から測定終了点６１までの範囲）の走査を行い、光学式測定器１８からの測定データと主軸ヘッド６の位置情報とを同期させた状態で所定タイミングで順次記憶する。
演算制御部４２のデータ処理部４６は、制御部４３の記憶部に記憶した、位置情報に同期する測定データに基づいて、測定対象４の形状や加工誤差等の長さに関する特性を算出する。
【００６８】
以上のように、本第４の実施の形態では、駆動パターンとして、主軸ヘッド６を加工用テーブル２に対して相対的に水平方向に移動させると共に、測定対象４の表面形状に応じて、測定対象４に対して主軸ヘッド６の位置を相対的に変化させるようにしている。特に、主軸ヘッド６を、測定対象４の外形を単純化した形の駆動パターンで変化させるようにしている。
【００６９】
例えば、指定された２点間同士を直線で結ぶことにより、指定された複数の線を折れ線で結ぶような駆動パターンにしている。
したがって、光学式測定器１８の測定レンジ外で測定を行う場合でも、狭い測定レンジの光学式測定器を使用して測定することが可能になり又、駆動パターンを簡略化して高精度な測定が可能になる。また、複雑な形状の測定対象でも測定可能である。
【００７０】
尚、前記各実施の形態のように、加工用テーブル２を固定すると共に主軸ヘッド６を３軸方向に移動するように構成してもよいが、加工用テーブル２と主軸ヘッド６は相対的に移動可能であればよいため、加工用テーブル２をＸ軸及びＹ軸方向に駆動すると共に主軸ヘッド６をＺ軸方向に駆動するように構成する等、種々の変形が可能である。即ち、主軸ヘッド６及び加工用テーブル２の少なくとも一方を駆動するように構成してもよい。
【００７１】
また、主軸ヘッド６及び加工用テーブル２の相対的な移動は、予め定めた駆動パターンに沿って主軸ヘッド６及び加工用テーブル２の少なくとも一方を駆動するプログラムによって行うようにしてもよいが、演算制御部４２の操作部４５又はコントローラ１９の操作部３４から、測定開始点、測定終了点、前記測定開始点と測定終了間の複数の通過点を指定することによって、駆動パターンを指定するように構成してもよい。
【００７２】
また、前記各実施の形態では、光源２１及び光検出素子２２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】
【００７３】
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光学式測定器を使用した光学式測定システムに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【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回路ブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る光学式測定システムの動作を説明するための説明図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る光学式測定システムの動作を説明するための説明図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る光学式測定システムの動作を説明するための説明図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態に係る光学式測定システムの動作を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００７５】
１・・・ＮＣ加工機
２・・・加工用テーブル
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・・・制御手段を構成する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・・・測定用光
１７・・・アーム
１８・・・光学式測定手段を構成する光学式測定器
１９・・・駆動パターン指示手段を構成するコントローラ
２０・・・工具主軸
２１・・・光源
２２・・・光検出手段を構成する光検出素子
３１・・・位置情報出力手段を構成するＣＮＣ制御部
３２・・・制御ユニット
３３、４４・・・表示部
３４・・・操作部
３５・・・インタフェース
３６〜３８・・・制御手段、位置情報出力手段を構成する駆動機構
４０・・・系合部としての溝部
４１・・・収容部
４２・・・駆動パターン指示手段、算出手段、光学式測定手段を構成する演算制御部
４３・・・駆動パターン生成手段を構成する制御部
４５・・・測定点指示手段を構成する操作部
４６・・・データ処理部
４７・・・電気ケーブル
５１〜５４・・・駆動パターン
【図１】
2008076200.tif 000003
【図２】
2008076200.tif 000004
【図３】
2008076200.tif 000005
【図４】
2008076200.tif 000006
【図５】
2008076200.tif 000007
【図６】
2008076200.tif 000008
【図７】
2008076200.tif 000009