CN202028972U - 机床上的工件测量装置 - Google Patents

Abstract

一种机床上的工件测量装置(20)，其中可编程序控制器(25)获得测量头(8)的位置数据。在该获得动作的时刻，脉冲输出部(24)输出定时脉冲(P)。测量头根据比间隔一定的时间间隔的时刻仅以由预测系统(29)设定的时间差更积极地提前输出的测量指令(f)，对工件(9)进行测量。其结果，使可编程序控制器获得测量头的位置数据(C1)的第1时间，与测量头根据测量指令测量工件的第2时间一致。因此，对数控装置不进行改造，而能够以必要的最小限度的测量数据进行高精度的三维测量。

Description

机床上的工件测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种机床上的工件测量装置，该机床上的工件测量装置能够在机床的加工范围内，通过安装于相对于工件进行相对地移动的移动体上的有线式测量头对工件进行测量。

背景技术

在自动换刀数控机床等机床中，将加工后的工件不从机床上卸下而保持设置在机床上不变来测量工件表面的形状的技术已经提出方案。例如，日本特表2007-518579号公报中记载有机床用被加工物的检查系统。

在该检查系统中，在机床的主轴上安装有探测头(相当于本实用新型的测量头)。输出在该探测头的探针接触到被加工物(工件)时的测量数据，数控(NC)装置也获得探测头的位置数据。并且，将测量数据和位置数据组合，对被加工物进行检查。

在日本特表2007-518579号公报中所记载的检查系统中，需要对数控装置进行追加新的功能等的改造或变更。此外，与通过数控装置所获得的位置数据的数量相比，从探测头输出庞大数量的测量数据。并且，从该庞大数量的测量数据中筛选必要数量的测量数据。其结果，由于位置数据与测量数据之间产生时间性偏差，因此，难以得到高精度的结果。

此外，由于测量数据为庞大的数量，因此，数据量整体增加。其结果，用于送信的接口和运算处理的CPU需要具备很大的处理能力。也需要增大用于存储庞大数量的测量数据的存储器容量。

该系统为探测头的探针接触被加工物而进行测量的方法。因此，难以使探测头以高速又安全、且无振动(或者小振动)来进行扫描。此外，难以以短时间在广范围内测量被加工物。

实用新型的目的

本实用新型为了解决上述课题而作出的，目的在于提供一种机床工件测量装置，该机床工件测量装置对数控装置不进行追加新的功能等的改造或变更，能够总是在相同时刻，每间隔一定时间重复执行获得测量头相对于工件上的被测量点的至少2个轴方向的位置数据的动作、以及该时间点利用测量头测量工件的动作，通过对必要的最小限度的测量数据进行处理，从而能够高精度地对工件进行二维测量或者三维测量，此外，测量头能够以高速进行扫描，而在短时间内对工件进行高精度的测量，机床能够迅速过渡至测量后的加工动作。

实用新型内容

为了达到上述目的，本实用新型涉及的机床上的工件测量装置，包括：数控装置，控制机床；有线式测量头，安装于在所述机床的加工范围内相对于工件进行相对地移动的移动体上，对所述工件进行测量；控制装置，控制工件测量装置；可编程序控制器，每间隔一定时间间隔从所述数控装置获得至少2个轴方向上的位置数据，该至少2个轴方向包括所述测量头相对于所述工件上的被测量点的第1轴方向、以及该测量头进行扫描的第2轴方向；脉冲输出部，将具有与所述一定的时间间隔相对应的脉冲间隔的定时脉冲输出至所述测量头；预测系统，连接于与该脉冲输出部和所述测量头电性连接的配线的途中，或者设置于所述测量头或所述可编程序控制器上。所述可编程序控制器获得所述测量头的所述位置数据，在该获得动作的时刻，所述脉冲输出部将所述定时脉冲输出至所述预测系统，所述测量头根据比所述间隔一定的时间间隔的时刻仅以由所述预测系统预先设定的时间差更积极地提前输出并且与所述定时脉冲的时刻相配合的测量指令，对所述工件进行测量，其结果，使所述可编程序控制器获得所述测量头的所述位置数据的第1时间，与所述测量头根据所述测量指令测量所述工件的第2时间一致。

此外，另一种本实用新型涉及的机床上的工件测量装置，包括：数控装置，控制机床；有线式测量头，安装于在所述机床的加工范围内相对于工件进行相对地移动的移动体上，对所述工件进行测量；控制装置，控制工件测量装置；可编程序控制器，每间隔一定时间间隔从所述数控装置获得至少2个轴方向上的位置数据，该至少2个轴方向包括相对于所述工件上的被测量点的所述测量头的第1轴方向、以及该测量头进行扫描的第2轴方向；脉冲输出部，将具有与所述一定的时间间隔相对应的脉冲间隔的定时脉冲输出至所述测量头；预测系统，连接于与该脉冲输出部和所述测量头电性连接的配线的途中，或者设置于所述测量头或所述可编程序控制器上。所述可编程序控制器获得所述测量头的所述位置数据，在该获得动作的时刻，所述脉冲输出部将所述定时脉冲输出至所述预测系统，所述测量头根据比所述间隔一定的时间间隔的时刻仅以由所述预测系统预先设定的时间差更积极地提前输出并且与所述定时脉冲的时刻相配合的测量指令，对所述工件进行测量，其结果，使所述可编程序控制器获得所述测量头的所述位置数据的第1时间，与所述测量头根据所述测量指令测量所述工件的第2时间一致。总是在相同时刻，每间隔所述一定时间间隔重复执行利用所述可编程序控制器获得的所述位置数据的动作、以及该时间点利用所述测量头测量所述工件的动作，将通过所述可编程序控制器获得的所述测量头的所述位置数据输出至所述控制装置，将根据从所述预测系统输出的所述测量指令通过所述测量头测量的所述工件的测量数据输出至所述控制装置，该控制装置通过基于所述位置数据和所述测量数据进行运算，从而得到所述工件的二维形状数据或者三维形状数据。

所述控制装置优选包括：测量数据存储部，存储所述测量数据；位置数据存储部，按照设置于该控制装置的开始地址存储器的指令和设置于所述可编程序控制器的最新地址计数器的指令，顺次读出由所述可编程序控制器获得的所述位置数据，同时，存储这种被读出的所述位置数据；运算处理部，基于所述测量数据和所述位置数据进行运算。

优选当所述测量头接收到所述测量指令时，通过对从该测量头到所述工件的距离进行测量，从而以非接触的方式测量该工件。

优选将所述测量头配置于安装在所述移动体的主轴上的工具的附近。

一个实施方式所涉及的所述机床为加工机床，该加工机床进行使所述测量头和所述工件相对地在垂直相交3轴方向上直线移动的3轴控制，以及使所述测量头和所述工件相对地旋转而转位的至少1轴控制。

优选所述测量头能够测量对于其基准轴线相对地倾斜的所述工件。

此外，优选在由安装于所述主轴的工具加工所述工件的工序之前、加工工序的途中、或者加工工序之后，设置由所述测量头测量所述工件的工序，加工动作和测量动作按正顺序或者反顺序连续地进行。

由于本实用新型涉及的机床上的工件测量装置为上述所示构成，因此，对数控装置不进行追加新的功能等的改造或变更，总是在相同时刻，每间隔一定时间重复执行获得相对于工件上的被测量点的测量头的至少2个轴方向的位置数据的动作、以及该时间点利用测量头对工件进行测量的动作。其结果，通过对必要的最小限度的测量数据进行处理，从而能够高精度地对工件进行二维测量或者三维测量。

此外，本实用新型总是在相同时刻，每间隔一定时间重复执行利用可编程序控制器获得测量头的位置数据的动作、以及该时间点利用测量头测量工件的动作。其结果，测量头能够以高速进行扫描，而在短时间内对工件进行高精度的测量，机床能够迅速过渡至测量后的加工动作。

附图说明

图1至图6为用于说明本实用新型的一个实施例的视图，图1为设置有本实用新型的工件测量装置的机床的立体图。

图2为工件测量装置的概略构造图。

图3为用于说明本实用新型的波形图。

图4为本实施例的工件测量装置的波形图。

图5为示出工件的测量状态的说明图。

图6为示出输入至控制装置的数据和计算结果的表。

图7至图8F为用于说明本实施例的变形例的视图，图7为设置有本实用新型的工件测量装置的另一种机床的立体图。

图8A为示出工件测量状态的说明图。

图8B为示出工件测量状态的说明图。

图8C为示出工件测量状态的说明图。

图8D为示出工件测量状态的说明图。

图8E为示出工件测量状态的说明图。

图8F为示出工件测量状态的说明图。

具体实施方式

在本实用新型涉及的工件测量装置中，可编程序控制器获得测量头的位置数据。在该获得动作的时刻，脉冲输出部输出定时脉冲。根据比间隔一定的时间间隔的时刻仅以由预测系统预先设定的时间差更积极地提前输出、并且与定时脉冲的时刻相配合的测量指令，测量头对工件进行测量。

通过这种方式，使可编程序控制器获得测量头的位置数据的第1时间，与测量头根据测量指令测量工件的第2时间一致。

可编程序控制器执行获得相对于工件上被测量点的测量头的至少在2个轴方向上的位置数据的动作。另一方面，测量头执行对该时间点工件进行测量的动作。而且，总是在相同时刻，每间隔一定时间重复执行这些获得的动作和测量的动作。

其结果，对数控装置不进行追加新的功能等的改造或变更，通过对必要的最小限度的测量数据进行处理，从而能够对工件进行高精度的二维测量或者三维测量，并且，测量头能够以高速进行扫描，而在短时间内对工件进行高精度的测量，机床能够实现迅速过渡至测量后的加工动作的目的。

在下述的实施例以及变形例中，示出机床为立式自动换刀数控机床和5轴加工机床的情况。此外，机床也可以是卧式自动换刀数控机床、车床、车削床、磨床、具有可摇动的工具用主轴的复合加工机床。

(实施例)

下面，参照图1至图8F对本实用新型的一个实施例及其变形例进行说明。

图1至图6为用于说明本实用新型的一个实施例的视图，图1为设置有本实用新型的工件测量装置的机床的立体图。图2为工件测量装置的概略构造图。图3为用于说明本实用新型的原理的波形图。

图4为本实施例的工件测量装置的波形图。图5为示出本实用新型中工件测量状态的说明图。图6为示出输入至控制装置的数据和计算结果的表。

如图1、图2所示，在本实施例中，示出作为机床1的立式自动换刀数控机床。机床1包括安装在地面上的机座2、设置于该机座2上的立柱3、具有主轴4的主轴头5、具有工作台6的床鞍7。机床1由数控装置(数值控制装置)13控制。

主轴头5支撑于立柱3的前面，并且在上下方向(Z轴方向)上可移动。在主轴4的前端可装卸地安装有工具18。主轴4以其中心轴线与Z轴平行并且可绕中心轴线旋转的方式支撑于主轴头5。

床鞍7配置于机座2上，并且在前后的水平方向(Y轴方向)上可移动。在床鞍7上配置有工作台6。工作台6在左右的水平方向(X轴方向)上可移动。在工作台6上搭载有工件9。由互相垂直相交的X轴、Y轴以及Z轴构成垂直相交3轴。

支撑于立柱3的主轴头5，被Z轴进给机构10驱动而在Z轴方向上移动。配置于机座2上的床鞍7，被Y轴进给机构11驱动而在Y轴方向上移动。搭载于床鞍7并且支撑工件9的工作台6，被X轴进给机构12驱动而在X轴方向上移动。

数控装置13分别控制Z轴进给机构10、Y轴进给机构11以及X轴进给机构12。此外，数控装置13还控制对主轴4自动交换工具18的ATC(自动工具交换装置)14。

因此，机床1为一种自动换刀数控机床，该自动换刀数控机床进行使主轴4和工件9在X轴、Y轴、Z轴的垂直相交3轴方向上直线移动的3轴控制。此外，也可以使主轴头5和工件9分别在X轴、Y轴方向移动。

工件测量装置20具备控制机床1的数控装置13、有线式测量头8。测量头8安装于在机床1的加工范围内相对于工件9相对移动的移动体(在此为主轴头5)上，对工件9进行测量。

工件测量装置20通过安装于主轴头5上的测量头8，能够以非接触(或者接触)的方式对工件9进行测量。

在主轴头5的前面5a上安装有收纳测量头8的框体19。框体19可退出地支撑测量头8。测量头8在使用时从框体19向下方突出，在非使用时收纳于框体19的内部。测量头8在从框体19向下方露出的状态下对工件9进行测量。此外，也可以将支撑测量头8的框体19设置于主轴头5的侧面或下面。

工件测量装置20还包括：控制工件测量装置20的控制装置(例如个人用电脑、微型电脑)23、控制机床1的可编程序控制器25(以下记载为控制器25)、脉冲输出部24、预测系统29。

控制器25为例如PMC(可编程序机床控制器)或PLC(可编程序逻辑控制器)等。控制器25虽然包含于数控装置13，但控制器25的构造本身为与数控装置13分离的构造。此外，控制器25也可以为另外独立而设置于数控装置13的外部的情况。

控制器25从数控装置13上以每间隔一定时间间隔ΔT读取并获得相对于工件9上的被测定点S的测量头8的位置数据。测量头8的该位置数据位包括第1轴方向(Z轴方向)以及测量头8进行扫描的第2轴方向(X轴方向)的至少2轴方向(Z轴方向、X轴方向)的位置数据。该“2轴方向的位置”多数为相互垂直相交的Z轴方向和X轴方向的情况，也可以为2轴不垂直相交的情况。

控制器25具备时脉器17。时脉器17每间隔一定时间间隔ΔT输出有规律的信号。控制器25按照时脉器17的该信号，从数控装置13读取并获得测量头8的位置的数据。

脉冲输出部24设置于控制器25将定时脉冲P输出至预测系统29。脉冲输出部24的定时脉冲通过输入输出装置(例如I/O链路系统、I/O链路单元)39，输出至预测系统29。输入输出装置39设置于控制器25(或者数控装置13)。预测系统29具有作为延迟校正电路的功能。

如图1至图5所示，脉冲输出部24将定时脉冲P通过预测系统29经由配线60输出至测量头8，其中所述定时脉冲P具有与时脉器17的一定的时间间隔ΔT所对应的脉冲间隔(从一个脉冲到下个脉冲的时间间隔)ΔT1。定时脉冲P为“用于保持定时的脉冲”，在本实施例中，用于在预测系统29与时刻配合。

在本实施例中，从时脉器17输出的信号的一定的时间间隔ΔT为16毫秒(msec)。定时脉冲P的脉冲间隔ΔT1也基本上优选为16毫秒，表示脉冲间隔ΔT1和所述一定的时间间隔ΔT相同的情况。

预测系统29连接于配线60的途中，该配线60电连接脉冲输出部24和测量头8。此外，预测系统29也可以设置于控制器25、数控装置13或者测量头8上。

包括从预测系统29输出的测量指令f的信号F通过配线60被输送到安装于主轴头5的测量头8上。由测量头8所测量的测量数据B1通过配线61被输送至控制装置23。

在由工件测量装置20对工件9进行测量的情况下，控制器25从数控装置13读取并获得测量头8的位置数据C1。本实施例的控制器25获得相对于工件9上的被测量点S的测量头8的垂直相交3轴方向(X轴方向、Y轴方向、Z轴方向)的位置数据C1。

“测量头8的位置”是预先在测量头8上所确定的基准位置S1，例如，是激光振荡器中激光L的出口部的位置。

而且，以与控制器25的获得动作的时刻相同时刻，脉冲输出部24通过配线60将定时脉冲P输出至预测系统29。

预测系统29将包括预测指令f的信号F通过配线60输出至测量头8。在这种情况下，当来自脉冲输出部24的定时脉冲P输入时，预测系统29将测量指令f的信号F输出至测量头8。而且，测量头8根据该测量指令f对工件9进行测量。

该测量指令f，是比间隔一定的时间间隔ΔT的时刻仅以由预测系统29预先设定的时间差n更积极地提前输出的指令。此外，测量指令f为与定时脉冲P的时刻相配合的指令。

此外，在预测系统29设置于测量头8的情况下，脉冲输出部24将定时脉冲P由信号F输出至测量头8内的预测系统29。于是，预测系统29基于定时脉冲P生成测量指令f，测量指令f的信号F被输出至测量头8。而且，测量头8根据该测量指令f对工件9进行测量。

这样测量头8测量从测量头8到工件9之间的距离D。测量的数据B1由配线61从测量头8输出至控制装置23。

其结果，控制器25读取并获得测量头8的位置数据C1的第1时间T1，与测量头8根据测量指令f测量工件9的第2时间T2一致(参照图4中的标号H)。

第1时间T1是控制器25每间隔一定时间间隔ΔT，从数控装置13获得相对于工件9上的被测量点S的测量头8的至少2个轴方向的位置数据的时间。该第1时间T1并不只是一个，而是每间隔一定时间间隔ΔT而存在。

第2时间T2是测量头8根据测量指令f每间隔一定时间间隔ΔT，测量从测量头8到工件9之间的距离D的时间。此外，该第2时间T2也并不只是一个，而是每间隔一定时间间隔ΔT而存在。

因此，总是以相同时间(即在同时)，每间隔一定时间间隔ΔT重复执行利用控制器25获得位置数据C1的动作，以及此时刻中利用测量头8测量工件9的动作。

即，控制器25从数控装置13读取并获得相对于工件9上的被测量点S的测量头8的至少2个轴方向(Z轴方向、X轴方向)的位置数据C1。

在该控制器25的动作的同时，并且是每间隔一定时间间隔ΔT，测量头8测量此时间点从测量头8到工件9之间的距离D。

由控制器25获得的测量头8的位置数据C1被输出至控制装置23。由测量头8根据从预测系统29输出的测量指令f测量的工件9的测量数据B1通过配线61被输出至控制装置23。

通过控制装置23基于位置数据C1和测量数据B1进行运算，从而获得工件9的二维形状数据或者三维形状数据。

根据所述构造的工件测量装置20，不需要对数控装置13进行追加新的功能等的改造或变更。此外，总是在相同时刻，每间隔一定时间ΔT重复执行获得相对于工件9上的被测量点S的测量头8的至少2个轴方向(Z轴方向、X轴方向)的位置数据C1的动作，以及此时间点利用测量头8测量工件9的动作。

其结果，通过处理必要的最小限度的测量数据B1，就能够对工件9进行高精度的二维测量或者三维测量。此外，由于测量头8能够以高速进行扫描，因此，能够在短时间内高精度地测量工件9，而机床1能够迅速地过渡至测量后的加工动作。

在本实施例中的控制器25上设置有缓冲存储器16。缓冲存储器16暂时地存储从数控装置13读取的测量头8的位置数据C1。

控制器25当获得测量头8的位置数据C1时，将该位置数据C1暂时存储于缓冲存储器16之后，从缓冲存储器16输出至控制装置23。

控制装置23具备存储测量数据B1的测量数据存储部21、位置数据存储部26、运算处理部27。

位置数据存储部26存储由控制器25获得并暂时被缓冲存储器16存储的至少2个轴方向的位置数据C1。位置数据存储部26根据从设置于控制装置23的开始地址存储器(计数器)37输出的指令、以及设置于控制器25的最新地址计数器38的指令，在顺次读出位置数据C1的同时，存储这样读出的位置数据C1。此外，2个存储部21、26也可以与控制装置23分开另外设置。

运算处理部27基于由测量头8测量的距离D的数据(即测量数据B1)、以及由控制器25获得的至少2个轴方向(Z轴方向、X轴方向)的位置的数据(示出测量头8的位置的数据C1)进行运算。

控制器25根据每间隔一定时间间隔ΔT从时脉器17输出的信号，从数控装置13获得测量头8的位置数据C1。在此之后，控制器25将位置数据C1输出至控制装置23。

控制器25在每间隔一定时间间隔ΔT从时脉器17输出信号的时刻，从数控装置13获得测量头8的位置数据C1之后，暂时存储于缓冲存储器16。在此之后，位置数据C1被输送并存储于控制装置23的位置数据存储部26。

缓冲存储器16为环状的存储器。缓冲存储器16根据设置于控制器25的最新地址计数器38的指令，暂时地存储测量头8的位置(垂直相交3轴方向(X轴方向、Y轴方向、Z轴方向)的位置数据C1)。

因此，利用X轴进给机构12的伺服电动机的动作的X轴方向的现在位置信息(坐标)53、利用Y轴进给机构11的伺服电动机的动作的Y轴方向的现在位置信息(坐标)54、以及利用Z轴进给机构10的伺服电动机的动作的Z轴方向的现在位置信息(坐标)55分别输入至驱动部56。这些位置数据C1被输出至缓冲存储器16之后在此被暂时存储。

例如，控制器25从数控装置13读取在测量工件9上的第1个被测量点S时的测量头8的X轴方向、Y轴方向、Z轴方向上的各个现在位置信息53、54、55。于是，坐标值“X1，Y1，Z1”被记入至缓冲存储器16的位置“1”。

接着，控制器25从数控装置13读取在测量工件9上的第2个被测量点S时的测量头8的X轴方向、Y轴方向、Z轴方向上的各个现在位置信息53、54、55。于是，坐标值“X2，Y2，Z2”被记入至缓冲存储器16的位置“2”。

以下同样，控制器25从数控装置13读取在测量工件9上的第N个被测量点S时的测量头8的X轴方向、Y轴方向、Z轴方向上的各个现在位置信息53、54、55。于是，坐标值“Xn，Yn，Zn”被记入至缓冲存储器16的位置“N”。

这样，从测量头8的第1个到第N个的N个位置数据C1按顺次暂时存储于缓冲存储器16中。在此之后，N个或者规定个数的位置数据C1同时存储于控制装置23的位置数据存储部26中。

此外，也可以将缓冲存储器16设置于控制器25之外的地方，例如设置于数控装置13上。此外，缓冲存储器16可以不是环状，可以使用设置在例如数控装置13或者控制器25的各内部的存储器。

控制装置23将从测量头8输送来的测量数据B1顺次存储于测量数据存储部21中。此外，存储于缓冲存储器16的位置数据C1根据从控制装置23的开始地址存储器37输送来的指令、以及从控制器25的最新地址计数器38输送来的指令，在被顺次读出的同时，存储于位置数据存储部26中。

运算处理部27基于存储于位置数据存储部26的位置数据C1、以及存储于测量数据存储部21的测量数据B1进行运算。因此，得到工件9的二维形状数据或者三维形状数据。

在本实施例的预测系统29中，仅以由预测系统29预先设定的时间差n积极地提前将对于测量头8的测量指令f输出至测量头8。

这样，总是在相同时刻(即在同时)，每间隔一定时间间隔ΔT重复执行利用控制器25获得位置数据C1的动作，以及此时间点利用测量头8测量工件9的动作。

工具18可收纳于工具箱中。工具18通过由数控装置13所控制的ATC14，相对于主轴4自动进行交换的同时，也可装卸。因此，在由安装于主轴4的工具18加工工件9的工序之前(或者，在加工工序的途中，或者在加工工序之后)，当设置由测量头8测量工件9的工序时，按加工动作、测量动作的顺序或与此相反的顺序进行连续。即，能够通过任意组合执行加工动作、以及测量动作。

这样，为了测量即使不将工件9从工作台6上卸下，在加工工件9之后在保持安装在工作台6上不变的情况下，直接能够对该工件9进行二维测量或者三维测量。此外，在测量工件9的动作之后，也能够过渡至再次加工工件9的动作。

作为本实用新型的相关技术，存在将测量头8可装拆地安装于主轴4的情况。但是，当将测量头8相对于主轴4进行装卸时，会导致在装卸前后由测量头8的测量产生误差。此外，当将工具18相对于主轴4进行装卸时，会导致在装卸前后由工具18的加工产生误差。

对此，在本实施例中，测量头8安装于主轴头5上，而不安装于主轴4上。因此，在无需将工具18卸下，而保持其安装于主轴4的不变的状态下，能够由测量头8对工件9进行高精度的测量。此外，能够由工具18对工件9进行高精度的加工。

测量头8配置于工具18的附近，该工具18安装于移动体(在这里为主轴头5)的主轴4上。因此，测量头8能够在工具18的附近对工件9进行高精度的测量。

此外，安装有测量头8的机床的移动体除了自动换刀数控机床的主轴头5之外，还可以是工作台6、床鞍7、车床的刀具台或转塔刀架、复合加工机床上的可摆动的工具用主轴。

测量头8内藏有激光振荡器，该激光振荡器发生用于照射工件9表面的激光L。由激光振荡器发生的激光L照射到工件9的表面的被测量点S上。测量头8通过接收在工件9的表面上反射的激光L，算出从测量头8到工件9之间的距离D。

该距离D为在测量头8的基准位置S 1与工件9上的被测量点S之间的在基准轴线CL(例如，从测量头8发射出的激光L的中心轴线CL)方向(即Z轴方向)上的距离。

在本实施例中，测量指令f的信号F通过预测系统29从脉冲输出部24由有线被输送至测量头8。当测量头8接收到从预测系统29输出的预测指令f的信号F时，由激光振荡器发生激光L，该激光L照射到工件9上。

由于激光L在工件9的被测量点S上反射，因此，基于该反射的激光L算出从测量头8至工件9的距离D。包括算出的距离D等的测量数据B1由配线61被输出至控制装置23。

这样，当测量头8接收到测量指令f时，通过测量从测量头8至工件9的距离D，从而以非接触的方式对该工件9进行测量。在测量动作时，由于测量头8与工件9不接触，因此，测量头8高速又安全并且无振动(或者低振动)地进行扫描，能够以短时间内在广范围内对工件9进行测量。

具备脉冲输出部24的控制器25以及控制装置23为与数控装置13相分离的构造。

在工件测量装置20中，将控制器25以及控制装置23与数控装置13相分离。因此，对数控装置13的设计基准或构造等没有限制，能够独自且自由地进行对工件测量装置20的设计或变更。

接着，对本实用新型的原理进行说明。

在图1、图2、图3中，本实用新型的前提是不设置预测系统29，并且，是满足下述条件1和条件2的情况。此外，图3所示的波形图的横轴为时间t。

(条件1)：假设控制器25的时脉器17在每间隔一定时间间隔ΔT输出目的在于从数控装置13获得位置数据的信号Pa。然后，假设根据时脉器17的信号Pa，控制器25在时间t1时，从数控装置13读取并获得测量头8的位置数据。

(条件2)：假设在与控制器25的获得动作的时刻相同时刻，脉冲输出部24将具有和信号Pa的时间间隔ΔT相同的脉冲间隔的定时脉冲Pb输出至测量头8。

在时间t1时从脉冲输出部24输出的定时脉冲Pb，经由输入输出装置39和配线60到达测量头8。

这样，在定时脉冲Pb到达测量头8的之后的时间t2，测量头8基于定时脉冲Pb测量到工件9的距离D。

在定时脉冲Pb到测量头8的流动路线中具有输入输出装置39和配线60。其结果，从由脉冲输出部24输出定时脉冲Pb时起，到由测量头8测量距离D时为止，花费比较长的“延迟时间”。

在时间t1，定时脉冲Pb从脉冲输出部24输出之后到达测量头8，直至在时间t2，由测量头8测量距离D为止的延迟时间Δn通过下式算出。

Δn＝t2-t1……(1)

另一方面，控制器25根照时脉器17的信号Pa，在时间t1，从数控装置13读取并获得测量头8的位置数据。

即，控制器25在时间t1时，获得相对于工件9上的被测量点S的测量头8的至少2个轴方向上的位置数据。在本实施例中，获得了垂直相交3轴方向上的位置数据X、Y、Z。

由于时脉器17内藏在数控装置13内的控制器25中，因此，延迟时间基本上为0。因此，控制器25根据时间t1时的信号Pa，立即从数控装置13获得测量头8的位置数据。

将测量头8测量到工件9的距离D时的延迟时间Δn，与控制器25获得测量头8的垂直相交3轴方向上的位置数据时的延迟时间(在此情况下为0)的差作为规定参数的时间差n，能够通过下式算出。

n＝Δn-0……(2)

这样，时间差n基于图3以及上式(2)等算出。该时间差n为在机床1的主轴头5安装测量头8的系统中的固有数值。因此，只要不对机床1或测量头8进行部分改造或进行交换，系统固有的时间差n在理论上为恒定值。

因此，在设置机床1，特别指定使用的测量头8之后，通过一次调试操作设定时间差n。此外，根据机床1的使用者不同，在每次改变对工件9的加工条件、改变工件9的种类时，存在一次或者多次地进行时间差n的确认、变更的情况。这样，能够设定更正确的时间差n。

如图1、图2、图4所示，在本实用新型中，根据比一定的时间间隔ΔT的时刻仅以上述的时间差n积极地提前输出的测量指令f，测量头8测量工件9。此外，图4所示的波形图的横轴为时间t。

该时间差n由连接于配线60的途中的预测系统29预先设定，并且存储于预测系统29中。

另一方面，从时脉器17输出信号Pa的时刻成为间隔一定的时间间隔ΔT的时刻。

其结果，使控制器25获得测量头8的位置数据的第1时间T1，与测量头8测量工件9的第2时间T2一致(参照图4中的标号H)。

接着，对由工件测量装置20测量工件9的顺序进行说明。

首先，最初由测量用程序调出测量头8，然后，移动主轴头5，将安装于主轴头5的测量头8定位于测量(扫描)的开始点。

接着，根据测量用程序中的M码指令，将数控装置13、控制器25、控制装置23、预测系统29等设定为测量准备状态。根据测量用程序的移动指令，测量头8开始在工件9的上方移动。

控制器25根据时脉器17的信号Pa，在每间隔一定时间间隔ΔT(16毫秒)，从数控装置13读取测量头8的各轴(X、Y、Z轴)的现在位置信息53、54、55(位置数据C1)。而且，在第1时间T1，将该位置数据顺次存储于缓冲存储器16中。

在由控制器25进行该读取动作(获得动作)的同时，脉冲输出部24将定时脉冲P输出至预测系统29。由于该定时脉冲P经由输入输出装置39和配线60，因此，会稍滞后地输入至预测系统29。

当最初的脉冲信号Po输入至预测系统29时，该最初的脉冲信号Po成为测量开始指令而被输出至测量头8，测量头8则开始测量动作。在此之后，测量指令f被发送至测量头8。

测量指令f比间隔一定的时间间隔ΔT的时刻仅以由预测系统29预先设定的时间差n更积极地提前输出。此时，定时脉冲P以不发生“时间性偏差”的方式用于与测量指令f的时刻的配合。即，当经过较长时间时，时刻逐渐产生偏差，而定时脉冲P防止该时间性偏差的发生。

当测量头8从预测系统29接收到测量指令f时，测量从测量头8到工件9的距离D，通过配线61将其测量结果(测量数据B1)发送到控制装置23。此时，从预测系统29输出的测量指令f的信号F，在通过配线60发送到测量头8的同时，也在测量头8内被处理。

在经过这些输入输出装置39内的处理、配线60、测量头8内的处理所需要的时间Δn1之后，测量头8根据测量指令f测量在第2时间T2的距离D。

在这种情况下，为了使测量头8测量距离D的时间与控制器25读取测量头8的位置数据C1的时间一致(图4的标号H)，预先设定所述时间差n。

其结果，第1时间T1和第2时间T2成为相同的时间。总是在相同时刻执行利用测量头8的测量动作，以及利用控制器25的位置数据的读取动作。

从测量头8输出的测量数据B1被发送至控制装置23并被顺次存储于测量数据存储部21。

控制器25每当从数控装置13读取测量头8的位置数据并将一个数据追加存储于缓冲存储器16时，将控制器25的最新地址计数器38的数值加上一个。将最后记入的地址保存于缓冲存储器16中。

控制装置23顺次读取存储于缓冲存储器16内的一连串的位置数据C1，并且顺次保存于位置数据存储部26。此时，将应该在缓冲存储器16内读取的一连串的位置数据的前列地址，由控制装置23的开始地址存储器37进行保存，在每次读取位置数据时，更新开始地址存储器37的值。

此外，应该读取的一连串的位置数据的最终地址由控制器25的最新地址计数器38示出。

当程序中的M码指令被输出时，控制装置23向控制器25输出测量结束的指令。于是，利用工件测量装置20的测量结束，脉冲输出部24也结束定时脉冲P的脉冲信号的输出。在该输出结束时，当预测系统29在时间ΔT(16毫秒)之后没有接收脉冲信号时，则被判断为测量结束。

然后，在控制装置23内删除保存于位置数据存储部26的一连串的位置数据C1之中第1个位置数据(X0、Y0、Z0)。这是因为在测量开始时，不存在相当于最初的位置数据的测量数据。

此外，删除测量数据B1中最后1个测量数据。这是因为不存在相当于最后的测量数据的位置数据。

接着，运算处理部27将各个时间点的位置数据((X1，Y1，Z1)，(X2，Y2，Z2)，(X3，Y3，Z3)，……，(Xn，Yn，Zn))以及测量数据(D1，D2，D3，……，Dn)相结合，算出工件9的二维形状数据或者三维形状数据。

在本实用新型中，控制装置23只要处理必要的最小限度的测量数据B1即可。因此，数据处理的负荷变小，测量数据存储部21和位置数据存储部26的各存储容量也可以变小。

由于在数控装置13上设置缓冲存储器16，因此，能够将测量头8的垂直相交3轴方向(X轴方向、Y轴方向、Z轴方向)的位置数据C1暂时存储于缓冲存储器16。

在此之后，根据从控制装置23的开始地址存储器37输出的指令和控制器25的最新地址计数器38的指令，能够将多个位置数据C1汇总并顺次存储于位置数据存储部26。因此，控制器25、缓冲存储器16以及控制装置23用于处理位置数据C1的负担可以减轻。

运算处理部27基于存储于测量数据存储部21的必要的最小限度的测量数据B1、以及存储于位置数据存储部26的测量头8的垂直相交3轴方向的位置数据C1进行运算。因此，能够得到工件9的二维形状数据或者三维形状数据。

这样，能够算出工件9上的多个被测量点S的各坐标数据(二维形状数据或者三维形状数据)。这些多个被测量点S的各坐标数据被输出至与控制装置23另外设置的运算装置(例如个人电脑)28。运算装置28通过对多个被测量点S的坐标数据进行集合的运算，得出工件9的立体图即三维形状E(图5)。

图6示出由测量头8输入至控制装置23的测量距离D的数据B1、垂直相交3轴方向的位置数据C1、以及基于这些测量距离D的数据B1和位置数据C1而算出的结果。该计算结果为三维形状数据(即，工件9上的被测量点S的坐标)。

如上所述，本实用新型的工件测量装置20根据比间隔一定的时间间隔ΔT的时刻仅以由预测系统29预先设定的时间差n更积极地提前输出的测量指令f，测量头8对工件9进行测量。

其结果，控制器25获得测量头8的位置数据的第1时间T1，与测量头8根据测量指令f测量工件9的第2时间T2为同期。

因此，控制装置23基于测量头8的垂直相交3轴方向的位置数据C1以及必要的最小限度的测量数据B1进行运算处理。因此，能够得到工件9的二维形状数据或者三维形状数据。其结果，得到工件9的高精度的二维形状或者三维形状。

测量头8以非接触的方式对工件9进行测量。因此，测量头8高速又安全并且无振动(或者低振动)进行扫描，以短时间在广范围内对工件9进行测量。

在上述说明中，示出脉冲输出部24以16(毫秒)的脉冲间隔输出定时脉冲P的情况。由于该定时脉冲P用于确认数据获得的时刻，因此，脉冲间隔和测量的间隔可以是没有限制的任意数值。

关于由工件测量装置20所进行的测量的结束，当定时脉冲P的脉冲信号没有以预先设定的脉冲间隔(16毫秒)输入至预测系统29时，则预测系统29判断测量结束。

可是，这种判断方法的情况下是假设脉冲间隔为较长值(例如160毫秒)。在这种情况下，即使控制器25从控制装置23接收到测量结束的指令，测量头8在160(毫秒)的长时间之后认知定时脉冲P没有来之前，测量头8会持续对工件9进行测量，并将测量数据B1输出至控制装置23。其结果，在测量结束之前，浪费了由控制装置特意获得的测量数据B1。

在此，控制装置23优选构造为：控制装置23将测量结束的指令不仅发送到控制器25，还发送到预测系统29，当该预测系统29接收到所述指令时，测量头8则结束测量。这样，在测量结束之前，控制装置23不会出现获得不需要的数据而发生浪费的不良情况。

接着，对本实施例的变形例进行说明。

图7至图8F为用于说明本实施例的变形例的视图。图7为设置有工件测量装置20的其他机床101的立体图，图8A至图8F为分别示出工件测量状态的说明图。

机床101为5轴控制的加工机床，是以5轴控制的立体自动换刀数控机床等机床为基础，对工件9、9x至少可进行车削加工的复合加工机床。

5轴控制的机床101进行如下控制：使工具18以及测量头8、与工件9、9x相对地在X轴、Y轴、Z轴的垂直相交3轴方向上进行直线移动的3轴控制；使工具18以及测量头8、与工件9、9x相对地旋转而转位的至少1轴控制(在本例中，为由B轴控制和C轴控制组成的2轴控制)。

当在该机床101上设置工件测量装置20时，则能够使测量头8与工件相对地旋转。因此，能够由测量头8自由地测量工件的上面、侧面以及倾斜面等，能够在广范围内对工件做二维测量或者三维测量。

机床101具备基体102、设置于基体102上的立柱103、设置于立柱103上的横梁107、安装于横梁107上，并且具有主轴104的主轴头105。机床101通过数控装置13(图2)被控制。

立柱103配置于基体102上，并且在前后的水平方向(Y轴方向)上可移动。横梁107配置于立柱103，并且在左右的水平方向(X轴方向)上可移动。主轴头105支撑于横梁107，并且在上下方向(Z轴方向)上可移动。由互相正交的X轴、Y轴、Z轴构成垂直相交3轴。

在主轴104的前端安装有可装拆的工具18。主轴104以其中心轴线与Z轴平行并且绕中心轴线周围可旋转的方式支撑于主轴头105。

配置于基体102上的立柱103被Y轴进给机构驱动而在Y轴方向移动。配置于立柱103的横梁107被X轴进给机构驱动而在X轴方向移动。支撑于横梁107的主轴头105被Z轴进给机构驱动而在Z轴方向移动。

机床101具备由B轴控制可旋转且由C轴控制可旋转的工作台106。工作台106能够通过B轴控制、C轴控制相对于测量头8使工件9、9x相对地旋转而转位。B轴与Y轴为平行，C轴为工作台106的旋转中心。

此外，也可以是主轴头相对于工作台通过B轴控制、C轴控制进行旋转的情况。

如箭头K所示，在基体102上设置有通过B轴控制进行旋转的旋转板109。在旋转板109上固定有工作台支撑台110，该工作台支撑台110从该旋转板109向前方突出并支撑工作台106。

工作台用驱动装置具备：通过B轴控制使工作台106旋转的B轴用驱动装置111、通过C轴控制使工作台106旋转的C轴用驱动装置112。

通过驱动B轴用驱动装置111，从而旋转板109、工作台支撑台110、工作台106以及工件9、9x等由B轴控制进行旋转，同时，在规定位置被转位。

通过驱动C轴用驱动装置112，从而安装有工件9、9x的工作台106由C轴控制以所期望的角度进行旋转并被转位，此外，也能够连续地进行旋转。

在车削加工时，当驱动C轴用驱动装置112时，工作台106和工具9、9x通过C轴控制而旋转。这样，在工件9、9x搭载于工作台106的状态下，由C轴控制以规定的旋转速度使工件9、9x进行旋转。这样，该工件9、9x通过安装于主轴104的车削工具被车削加工。

另一方面，在将旋转工具安装于主轴104并且由该旋转工具进行切削加工时，对C轴用驱动装置112进行控制。由该C轴用驱动装置112通过C轴控制使工作台106上的工件9、9x转位至规定的位置。在该状态下，由主轴104的旋转工具对搭载于工作台106上的工件9、9x进行切削加工。

设置于机床101上的工件测量装置20具有与设置于机床1上的工件测量装置20相同的构造。

测量头8为用于测量工件9、9x的有线式测量头。测量头8安装于主轴头105上，该主轴头105作为在机床101的加工范围内相对于工件9、9x进行相对地移动的移动体。因此，测量头8相对于工件9、9x在X轴、Y轴、Z轴的垂直相交3轴方向上相对地进行直线移动。

测量头8安装于主轴头105的前方的面上，也可以安装于主轴头105的其他部位，或者主轴头105以外的其他移动体上。

机床101上的工件测量装置20能够通过安装于主轴头105的测量头8，以非接触(或者接触)的方式对工件9、9x进行测量。

例如，在工件9为矩形的情况下，如图8A所示，控制B轴用驱动装置111和C轴用驱动装置112，将工作台106水平定位。这样，在工件9不旋转的状态下，能够由测量头8测量工作台106上的工件9的上面9a。

接着，驱动B轴用驱动装置111，由B轴控制使旋转板109、工作台支撑台110、工作台106以及工件9从图8A所示的状态，如图8B所示地旋转+90度而转位。于是，能够由测量头8测量工作台106上的工件9的第1侧面9b。

此外，驱动B轴用驱动装置111，由B轴控制使旋转板109、工作台支撑台110、工作台106以及工件9从图8A所示的状态，如图8C所示地旋转+270度而转位。于是，能够由测量头8测量工作台106上的工件9的第2侧面9c(与第1侧面9b为相反侧的侧面)。

在图8B或者图8C所示的状态不变的情况下，驱动C轴用驱动装置112，由C轴控制使旋转板109、工作台支撑台110、工作台106以及工件9如图8D所示地旋转90度而转位。于是，能够由测量头8测量工作台106上的工件9的第3侧面9d(相对于第1侧面9b、第2侧面9c为直角的侧面)。

机床101进行使工件旋转而转位的B轴控制。其结果，如图8E、图8F所示，即使是在工件9x具有倾斜面9e的情况下，测量头8也能够测量相对于其基准轴线CL相对地倾斜的工件9x。

例如，在图8E所示的工件测量状态下，由B轴控制使工作台106不旋转而水平定位。如箭头M所示，使测量头8沿着工件9x的倾斜面9e移动。这样，测量头8使激光L相对于倾斜面9e进行相对地斜照射的同时进行测量。

接着，在图8F所示的工件测量状态下，通过B轴控制由B轴用驱动装置111使工作台106旋转，以使倾斜面9e成为水平的方式将整个工件9x面向倾斜。并且，测量头8使激光L垂直照射倾斜面9e的同时进行测量。

这样，将工件测量装置20安装于5轴控制的机床101上。于是，由测量头8能够自由地测量除了工件9、9x的上面9a之外，还能够自由地测量侧面9b、9c、9d以及倾斜面9e等，能够进一步地在广范围内对工件9、9x进行二维测量或者三维测量。

设置于机床101上的工件测量装置20也与设置于机床1上的工件测量装置20发挥一样的作用效果。

再者，作为其他的变形例，存在将有线式测量头8可装拆地安装于机床1的主轴4或机床101的主轴104上的情况。在这种情况下，在测量工件时，由ATC将工具从主轴卸下之后，操作员以手动方式将测量头8相对于主轴进行安装或者卸下。

其结果，当已设置的机床进行控制器25的改造时，即使为已设置的机床，本实用新型的工件测量装置20也能够适用。

以上是对本实用新型的实施例(包括变形例，以下相同)进行了说明，但是，本实用新型并不仅限于上述的实施例，也可以在本实用新型的要旨的范围内进行各种变形、追加等。

此外，各附图中的相同符号示出相同或者相当的部分。

产业上的利用可能性

本实用新型涉及的机床上的工件测量装置，除了自动换刀数控机床等机床和复合加工机床之外，还能够适用于车床、车削床、磨床等的机床，能够以非接触(或者接触)的方式对工件进行测量。

Claims (3)

1.一种机床上的工件测量装置，其特征在于，包括：

数控装置(13)，控制机床(1，101)；

有线式测量头(8)，安装于在所述机床(1，101)的加工范围内相对于工件(9，9x)进行相对地移动的移动体(5，105)上，对所述工件(9，9x)进行测量；

控制装置(23)，控制工件测量装置(20)；

可编程序控制器(25)，每间隔一定时间间隔(ΔT)从所述数控装置(13)获得至少2个轴方向上的位置数据(C1)，该至少2个轴方向包括相对于所述工件(9，9x)上的被测量点(S)的所述测量头(8)的第1轴方向(Z轴方向)、以及该测量头(8)进行扫描的第2轴方向(X轴方向)；

脉冲输出部(24)，将具有与所述一定的时间间隔(ΔT)相对应的脉冲间隔的定时脉冲(P)输出至所述测量头(8)；

预测系统(29)，连接于与该脉冲输出部(24)和所述测量头(8)电连接的配线(60)的途中，或者设置于所述测量头(8)或所述可编程序控制器(25)上。

2.根据权利要求1所述的机床上的工件测量装置，其特征在于，

所述控制装置(23)包括：

存储所述测量数据(B1)的测量数据存储部(21)；

按照开始地址存储器(37)的指令和最新地址计数器(38)的指令，顺次读出并且存储所述位置数据(C1)的位置数据存储部(26)；

基于所述测量数据(B1)和所述位置数据(C1)进行运算的运算处理部(27)；

其中，所述开始地址存储器(37)设置于所述控制装置(23)上，所述最新地址计数器(38)设置于所述可编程序控制器(25)上。

3.根据权利要求1或2所述的机床上的工件测量装置，其特征在于，所述测量头(8)配置于安装在所述移动体(5，105)的主轴(4， 104)上的工具(18)的附近。 

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