JP2006326769A

JP2006326769A - 非接触式測定システム

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Publication number: JP2006326769A
Application number: JP2005154906A
Authority: JP
Inventors: Tomonobu Taniguchi; 朝信谷口; Kenji Kobayashi; 健次小林; Haruo Ura; 治男浦
Original assignee: Soatec Inc
Current assignee: Soatec Inc
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2005-05-27
Publication date: 2006-12-07

Abstract

【課題】油膜によって生じる測定誤差を抑制すること。
【解決手段】空気供給装置１０は、測定対象物４の測定時に、測定対象物４表面における測定用光の光軸位置に空気流を供給し、測定対象物４の測定点上の油膜厚を低減させる。ＮＣ加工機１は、ＮＣ制御装置９によって、加工時と同様に、加工用テーブル２をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動制御する。光学式測定器１８は、ＮＣ制御装置９の移動制御によって変化する加工用テーブル２のＸ座標値及びＹ座標値に同期して測定対象物４からの測定用光を光検出素子で検出する。光学式測定装置の制御部は、前記光検出素子で検出した測定用光に基づいて測定対象物４の形状等を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＮＣ（数値制御）加工機やマシニングセンタをはじめとするワーク（加工対象物、測定対象物）の加工を自動制御によって行う自動制御型加工機とともに使用する光学式測定システム等の非接触式測定システムに関する。

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物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、加工対象物を載置固定する加工用テーブルと、工具を取り付ける工具主軸を通る工具主軸位置に装着された加工用の工具を駆動する主軸ヘッドと、前記主軸ヘッドに装着される加工用工具を適宜選択して着脱する自動工具交換装置（ＡＴＣ）とを備えている。
ＡＴＣは、複数の加工用の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主軸位置に着脱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物を加工する場合、制御手段による自動制御によって、前記加工対象物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物を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、前記工具によって前記加工対象物の加工を行う。

加工に用いる加工用工具を変更する場合は、ＡＴＣによって、主軸ベッドの工具主軸位置に取り付けられた加工用工具の脱着、前記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主軸位置への装着を行う。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いる（特許文献１、２参照）。

加工対象物の加工途中や一応の加工処理が終了した時点で、加工対象物の形状等が所定値に加工されたか否かを測定する。
従来、加工対象物（測定する場合は測定対象物となる。）の測定においては、前記加工対象物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、前記工具主軸位置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物表面に当接させ、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物の形状測定を行うようにしている。

接触式のタッチセンサを用いて測定するため、測定対象物表面に対して断続的な走査となうため、凹凸形状を有する測定対象物の詳細な測定が困難である。即ち、走査線上の形状測定は制約のある断続な点群測定となり、直接的な三次元形状測定は行えない。
また、測定対象物や切り粉との接触でタッチセンサが損傷する等して耐久性に問題があり、測定対象物表面に傷が発生する恐れがある。
また、タッチセンサの構造上、常に同じ方向から測定対象物に接触しなければならないため測定に制約が生じたり、又、高速での接触ができないため高速な測定が困難であるという問題がある。

また、耐振性、構造の複雑さ、ユーティリティ（電気系統、エアーなど）に関する電気的接続や機械的接続の制約から、ＡＴＣは使用できないため、タッチセンサの主軸ヘッドへの装着と脱着は手動で行なわざるを得なわざるをえず、測定作業が煩雑になるいという問題がある。
また、ＮＣ加工機の加工プログラムに準じて測定した場合は、加工目標値の差異（誤差）を測ることに限定されていた。

前記問題点を解決する方法として、レーザ光線等の測定用光を用いて測定対象物の形状等を測定する光学式測定システムをはじめとする非接触式測定システムが考えられる。
前記非接触式測定システムでは、前記のような接触式の問題を解消することが可能である。
しかしながら、加工機とともに非接触式測定システムを使用した場合、加工時に使用する油が測定対象物に付着するため、前記測定対象物表面に形成された油膜によって測定誤差が生じるという問題がある。

図９は、測定対象物表面の油膜によって測定誤差が生じる様子を説明するための図である。図９において、三角測量方式によって測定対象物までの距離や形状等を測定する光学式測定装置９１は、測定対象物９４に対してレーザ光等の測定用光を出力する光源９２、測定対象物９４で反射した測定用光を検出するＰＳＤ（Position Sensitive Detector）等の光検出素子９３を備えている。測定対象物９４の表面上には油膜９５が付着している。

光検出素子９３で検出される位置をｈ１、光学式測定装置９１の端部（受光レンズの配設位置）から光検出素子９３までの距離をｓ、油膜の厚さをｔ、実際に測定される距離をＨ１、本来の距離（光学式測定装置９１の投光レンズの配設位置から測定対象物表面までの距離）と実測値Ｈ１との間の測定誤差をδとすると、次式が成立する。
δ＝ｔ（√（ｓ^２／（ｈ１^２（ｎ^２−１）＋ｎ^２ｓ^２））−１）・・・（１）

このように、油膜の厚さｔと空気−切削油間の屈折率の影響を受け、散乱反射光は油膜がない場合に比べ、短い変位（距離）測定を行うことになる。即ち、実測値ｈ１は本来の距離よりも測定誤差δだけ短くなってしまう。前記測定誤差δは、油膜の厚さに比例して大きくなる。
前記測定誤差δを抑制するために人手により布等で拭取ったり、脱脂したりして、測定対象物９４に付着した油の影響を低減している。

この場合、付着油の除去作業が自動で行われず人手によるため、測定対象部位のみの拭取りが困難で、これに要する作業時間も冗長になり油膜厚さにムラが生じて、測定誤差を低減することができないばかりでなく、測定誤差がバラツク等の問題がある。
また、油膜には温度に依存する粘性力と粘着力、さらには表面張力および油膜の厚さと比重に依存する圧力などを受けて測定対象物への付着力を構成している。温度を上げて流動性を得て流すことは加工機の性格上困難である。したがって、油膜によって生じる測定誤差を低減することが困難という問題がある。

特開平１０−８０８３４号公報特開平１０−８０８３４号公報

本発明は、油膜によって生じる測定誤差を抑制することを課題としている。

本発明によれば、自動制御型加工機に取り付けられ測定対象物の形状を測定する非接触式の測定手段と、前記測定手段による測定対象物の測定点に気体流を供給する気体供給手段とを備えて成ることを特徴とする非接触式測定システムが提供される。
非接触式の測定手段は、自動制御型加工機に取り付けられ測定対象物の形状を測定する。気体供給手段は、前記測定手段による測定対象物の測定点に気体流を供給し、測定対象物に油膜が付着している場合には前記気体流によって油膜厚が低減され、測定誤差が低減される。

また、本発明によれば、自動制御型加工機に取り付けられ測定対象物に測定用光を照射する光源と前記測定対象物からの測定用光を検出する光検出手段とを有する測定手段と、前記測定対象物表面における前記測定用光の光軸位置に気体流を供給する気体供給手段とを備えて成ることを特徴とする非接触式測定システムが提供される。
気体供給手段は、測定対象物表面における測定用光の光軸位置に気体流を供給する。測定手段は、その光源から測定対象物に測定用光を照射し、その光検出手段によって前記測定対象物からの測定用光を検出する。

ここで、前記気体供給手段は前記測定対象物に付着している油膜面に所定の空気流を供給することによって前記測定対象物に付着している油膜の油膜厚を低減し、前記光源は、前記空気流を供給した領域に前記測定用光を照射するように構成してもよい。
また、前記測定手段は、前記自動制御型加工機の工具主軸位置に設けられた工具取付部に係合可能なホルダ部を有し、前記工具取付部に装着、脱着が可能に構成されて成るように構成してもよい。

本発明によれば、油膜によって生じる測定誤差を抑制することが可能になる。また、自動制御型加工機の工具主軸位置に、測定手段を容易に装着、脱着することが可能になる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る非接触式測定システムについて説明する。尚、以下の各図において、同一部分には同一符号を付している。
図１、図２は、各々、本発明の実施の形態に係る非接触式測定システムの外観を示す正面図、側面図である。非接触式測定システムは測定対象物と測定装置とが接触しない状態（非接触状態）で測定を行うシステムであり、本実施の形態では、自動制御型加工機の一種であるＮＣ（数値）制御型加工機とともに光学式測定装置を使用する光学式測定システムの例を挙げている。図３、図４は、各々、図１、図２の部分拡大図である。

図１〜図４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、所定の基準位置である。
測定対象物（ワーク：加工時には加工対象物となり、測定時には測定対象物となる。）４は、ＮＣ加工機１の測定用可動テーブル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。測定用テーブル２と隔てられた位置に、測定対象物４の加工を行うための加工用工具（例えば切削工具）５が装着される主軸ヘッド６が配設されている。

主軸ヘッド６は、工具５を取り付ける軸である工具主軸１９を通る所定位置（工具主軸位置）に工具５を装着する工具取付部２４を有しており、工具主軸１９方向（Ｚ軸方向）に移動制御され、これにより、工具取付部２４に装着された工具５を工具主軸１９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Ｚ軸方向（垂直方向）に直線的に送る機構と工具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１９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１９に沿って通るように設けられている。

工具５は手動による主軸ヘッド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を収納するための工具収納部である工具マガジン８からの工具５の取り出し、主軸ヘッド６への工具５の装着、主軸ヘッド６からの工具５の脱着、工具マガジン８への工具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に収納されている工具５の主軸ヘッド６への着脱を自動で行う。

測定用テーブル２のＸ軸及びＹ軸方向への移動制御、主軸ヘッド６のＺ軸方向への移動制御、工具５の交換制御等、切削等の加工に係わるこれらの一連の制御は、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、測定対象物４の形状や加工誤差の測定を行う際に、測定用テーブル２の水平面内での移動制御、主軸ヘッド６の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。

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、後述するように、加工用工具取付部２４に係合可能なホルダ部を有しており、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の工具取付部２４に着脱できるように構成されている。
また、ＮＣ加工機１は、切削作業に適した潤滑機能、冷却機能、洗浄機能などを持つ切削油を、切削作業に使用中の工具５や測定対象物４に供給する切削油供給装置２３を備えており、ＮＣ制御装置９はＮＣプログラムを実行することによって、切削油供給装置２３を制御し、切削油供給装置２３が供給する切削油の量等を調節する。

光学式測定器１８は、塵埃等から保護するためにカバー１２で被われている。カバー１２には、切り粉等から光学式測定器１８を保護するために、工具主軸１９を通るカバー１２における位置に設けられた気体排出口１３には、排出口１３を開閉するためのシャッタ（図示せず）が設けられている。光学式測定器１８を用いて測定する際には、前記シャッタが開かれ、油膜除去用の気体流や測定用光が通過できるように構成されている。

気体供給手段としての気体供給装置（本実施の形態では空気供給装置）１０は気体噴流（本実施の形態では空気噴流）を供給する。空気供給装置１０には、供給する空気の圧力と流量が調整できる空気調整器２０が備わっている。空気供給装置１０からの空気流は、チューブ２１、２２及びカバー１２の排出口１３を介して、工具主軸１９を含む領域から工具主軸１９直下の測定対象物４表面に供給される。

図５は、本実施の形態に係る光学式測定システムにおける気体（本実施の形態では空気）供給系統を示す図である。空気供給系統は、空気供給装置１０、チューブ２１、急速継手５８、チューブ２２、可変絞り５９を備えている。空気供給装置１０は空気調整器２０を備えている。空気調整器２０は、空気圧縮用モータ５１、エアータンク５２、止め弁５３、方向切替弁５４、フィルタ５５、圧力調整弁（例えば、減圧弁）５６、ルブリケータ５７を備えている。空気供給装置１０は、前記構成の空気調整器２０によって、測定対象物４に供給する空気の圧力や流量を調整できるように構成されており、これにより所定の気体流が測定対象物４に供給される。

空気供給装置１０の制御はＮＣ制御装置９によって行うように構成することができる。この場合、ＮＣ制御装置９はＮＣプログラムを実行することによって、空気供給装置１０の空気調整器２０を制御し、空気供給装置が供給する空気の圧力や流量等を制御する。
空気供給装置１０は、測定対象物４表面における測定用光の光軸位置に気体流の一種である空気流を供給する。これにより、空気供給装置１０は測定対象物４に付着している油膜面に所定の空気流を供給することによって測定対象物４に付着している油膜の油膜厚を低減する。
尚、空気供給装置１０は、切り粉除去用の空気供給装置を併用することが可能であり、この場合、油膜除去用の空気流は、切り粉除去用空気流供給回路をバイパスすることによって油膜除去用の空気供給回路を構成し、これによって油膜除去用の空気流を供給することが可能である。

図６、図７は、各々、光学式光測定手段であり又非接触式の測定手段である光学式測定器１８の構成を示す正面図、左側面図である。
光学式測定器１８は、加工用工具５の規格に準じた形状や寸法を有する装着部（ホルダ部）１１と、ホルダ部１１に一体的に装着され、光源を直交する面（水平面（Ｘ軸及びＹ軸を通る面）及び垂直面（Ｚ軸を通る面）内で向きを変えるための方向変更手段を構成する方向変更機構４０を有している。方向変更機構４０は光学式測定器本体３５を方向変更が可能な状態で保持しており、制御装置９に制御に応じて、内蔵のモータ（図示せず）により、光学式測定器本体３５の向きを変える。

ホルダ部１１は、プルスタッド３１、テーパ状（円錐台形状）のシャンク３０、連結部であるストレートスピンドル３２、円周状に設けられた溝部４１を有しており、これらが一体となった構成である。
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４１とアーム１７のコ字状部を係合することによって、ＡＴＣ７で光学式測定器１８を保持して、装着や脱着を行う。

シャンク３０は主軸ヘッド６に設けられた工具取付用穴（図示せず）に係合する形状を有しており、前記係合により、ホルダ部１１は主軸ヘッド６に装着される。
ホルダ部１１は、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。
光学式測定器１８は、ホルダ部１１のシャンク３０を主軸ヘッド６の工具装着用穴である工具取付部２４に挿入して保持することにより、主軸ヘッド６の工具主軸１９位置に装着される。光学式測定器１８は保護のためにカバー１２で被われる。

光学式測定器１８の取付部であるホルダ部１１（プルスタッド３１、シャンク３０及びストレートスピンドル３２、溝４１によって構成される。）の構成を工具５の規格にあうように構成しているため、工具と同じ様に取り扱って、工具と同じ装着位置である主軸ヘッド６の工具装着部に自動や手動で容易に取り付けることが可能になる。
尚、光学式測定器１８に位置決め用の突起を設けると共に、主軸ヘッド６に対する光学式測定器１８の装着時に前記突起が挿入される位置決め用の穴を主軸ヘッド６に設けるようにすることにより、光学式測定器１８を主軸ヘッド６の所定位置に確実に装着することが可能になる。

光学式測定器１８の主軸ヘッド６への装着、脱着は手動でも可能であるが、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。即ち、ＡＴＣ７により、両端に１対のコ字形状部を有するアーム１７を水平面内で回転制御すると共に垂直方向に上下動制御することにより、工具マガジン８からの光学式測定器１８の取り出し、主軸ヘッド６における工具主軸１９位置への光学式測定器１８の装着（例えば、主軸ヘッド６の前記工具取付部への装着）、光学式測定器１８の主軸ヘッド６からの脱着、工具マガジン８への収納を行う。

方向変更機構４０は、水平面Ａ内での光学式測定器本体３５の回転量を測定するためのエンコーダを有する旋回機構３３、垂直面Ｂ内での光学式測定器本体３５の回転量（チルト角）を測定するためのエンコーダを有するチルト機構３４を備えている。
チルト機構３４は旋回機構３３によって水平面Ａ内で向きを変えるように制御される。チルト機構３４には、光測定部としての光学式測定器本体３５が、１対の回転軸３８によって保持されている。光学式測定器本体３５は、測定対象物に対して測定用光を出力する光源３６及び前記測定用光を検出する光検出手段としての光検出素子３７を有している。即ち、光学式測定器１８は、ＮＣ加工機１に取り付けられ、測定対象物４に測定用光を照射する光源３６と測定対象物４からの測定用光を検出する光検出素子３７とを有している。

光源３６としては、光軸１５に沿って測定用光を出力可能なものであればよく、例えば、半導体レーザ以外にも赤外線発光ダイオード等の他の発光素子が使用可能である。光検出素子３７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）等も使用可能である。
旋回機構３３は、制御装置９の制御量に応じた角度だけ光学式測定器本体３５を水平面Ａ内で回転させて、前記制御量に応じた角度だけ、水平面Ａ内で少なくとも光源３６の向きを変えるように制御する。チルト機構３４は、制御装置９の制御量に応じた角度だけ光学式測定器本体３５を垂直面内で回転させて、前記制御量に応じた角度だけ、垂直面Ｂ内で少なくとも光源３６の向きを変えるように制御する。
光源３６は、空気供給装置１０が空気流を供給した領域に測定用光を照射する。これにより、空気供給装置１０から供給される空気流によって油膜厚が低減した領域に測定用光が照射されることになる。

図８は、光学式測定器本体３５を含む光学式測定装置６０の回路ブロック図である。
図８において、光学式測定装置６０として、三角測量方式によって測定対象物までの距離や形状等を測定するレーザ変位計の例を示している。レーザによって構成され測定用光を出力する光源３６、光検出手段としての光検出素子３７、光源３６の発光制御及び光検出素子３７の検出制御を行うと共に電気ケーブル３９を介して制御装置９に接続された制御部６１を備えている。光源３６及び光検出素子３７は光学式測定器１８に搭載するように構成しているが、制御部６１は必ずしも光学式測定器１８内に搭載する必要はなく、例えば、加工機１から離れた所定の固定系に設置し、電気ケーブル３９により、制御装置９、光源３６、光検出素子３７及び制御部６１を電気的に接続するように構成してもよい。

制御部６１は、算出手段として機能する場合には、制御装置９から現在の加工用テーブル２のＸ座標及びＹ座標を表すＸ座標値及びＹ座標値を受信し、受信した加工用テーブル２のＸ座標値及びＹ座標値に同期して得られる光検出素子３７で検出した測定用光（レーザ光）に基づいて測定対象物４の形状等を算出する。即ち、制御部６１は、光検出素子３７で検出した測定用光に基づいて対象物４における測定点の高さを算出し、該測定点のＸ座標値及びＹ座標値は、前記同期して制御装置９から受信した加工用テーブル２のＸ座標値及びＹ座標値とする。制御部６１は、前記動作を繰り返すことによって測定対象物４の形状等を算出する。

また、このとき、算出手段としての制御部６１は、加工用テーブル２の移動方向を一の方向に移動させると共に、加工用テーブルのＸ座標値及びＹ座標値に同期する前記光検出手段で検出した測定用光に基づいて、測定対象物表面の２点間の断面形状を算出するようにしてもよい。
また、このとき、算出手段としての制御部６１は、加工テーブルを折れ線状に複数の方向に移動させると共に、前記自動制御型加工機の加工用テーブルのＸ座標値及びＹ座標値に同期する前記光検出手段で検出した測定用光に基づいて、測定対象物表面における２点間の断面を複数組合せて構成した折れ線に沿う断面形状を算出するようにしてもよい。

また、制御部６１は、他の算出手段として機能する場合には、加工用テーブル２のＸ座標値及びＹ座標値に同期する加工時と同一の主軸ヘッド６の工具主軸１９方向の移動量（即ち、所定の基準位置からの主軸ヘッド６の工具主軸１９方向の移動量、あるいは、所定の基準位置からの光学式測定器１８の工具主軸１９方向の移動量）及び光検出素子３７で検出した測定用光に基づいて測定対象物４の加工誤差を算出する。
即ち、制御部６１は、光検出素子３７で検出した測定用光に基づいて対象物４における測定点の高さを算出すると共に、該算出した測定点の高さから主軸ヘッド６の工具軸方向への移動量を差し引くことにより、この測定点における測定対象物４の加工誤差を算出する。加工誤差がない場合には、前記差は零となる。前記測定点のＸ座標値及びＹ座標値は、前記同期して制御装置９から受信した加工用テーブル２のＸ座標値及びＹ座標値である。制御部６１は、前記動作を繰り返すことによって測定対象物４の加工誤差を算出する。

また、制御部６１は、更に他の算出手段として機能する場合には、制御装置９から現在の加工用テーブル２のＸ座標及びＹ座標を表すＸ座標値及びＹ座標値を受信し、受信した加工用テーブル２のＸ座標値及びＹ座標値に同期して得られる光検出素子３７で検出した測定用光（レーザ光）に基づいて測定対象物４の形状等を算出する。即ち、制御部６１は、光検出素子３７で検出した測定用光に基づいて対象物４における測定点の高さを算出し、該測定点のＸ座標値及びＹ座標値は、前記同期して制御装置９から受信した加工用テーブル２のＸ座標値及びＹ座標値とする。制御部６１は、前記動作を繰り返すことによって測定対象物４の形状等を算出する。

以上のように構成された光学式測定システムの動作を詳細に説明する。尚、加工用工具５を用いて測定対象物４の加工処理を行う動作は公知のため加工処理の動作説明は省略し、光学式測定器１８を用いて、所定の加工処理を施した状態の測定対象物４の形状や加工誤差を測定する際の動作について説明する。
尚、ここでは光出射軸が測定対象物４に垂直入射する例について説明するが斜めに入射する場合についても同じである。

測定対象物４の測定を行う場合、測定対象物４は加工作業時の状態のまま、テーブル２に固定しておく。この状態で、ＮＣ制御装置９の制御の下、ＡＴＣ７により、アーム１７を用いて、工具マガジン８に収納されている光学式測定器１８を取り出して、主軸ヘッド６の工具装着用穴に取り付けることにより、加工工具５に代えて、光学式測定器１８を工具主軸１９位置の所定位置（本実施の形態では主軸ヘッド６の工具取付部）に装着する。その後、図１から図４に示すように、空気供給用チューブ２１、２２が取り付けられたカバー１２を装着する。

次に、制御装置９が空気供給装置１０を制御して、空気供給装置１０から所定の圧力、所定流量の所定の空気流を出力させる。空気供給装置１０から出力された空気流１６は、チューブ２１、２２を通り、工具主軸１９を含む領域から工具主軸１９直下の測定対象物４表面に供給される。
図９に示すように、測定対象物４の表面上に付着した油膜８１の膜厚は、空気流１６によって低減される。即ち、図９において、所定圧力の空気流１６を測定対象物４にあてることにより、測定対象物４表面上の油膜が油膜厚ｔ１に低減されている。

光源３６は、測定対象物４の前記油膜厚が低減した領域（測定対象物４における工具主軸１９上の領域）に前記測定用光を照射する。光検出素子３７は測定対象物４で反射した測定用光を検出する。制御部６１は、光検出素子３７で検出した測定光に基づいて、測定対象物４における測定点の高さや測定対象物４の形状等を算出する。
ＮＣ加工機１の主軸ヘッド６を所定のＺ軸方向位置に固定した状態（換言すれば、光学式測定器１８の光源３６を工具主軸１９上における所定のＺ軸座標位置に保持した状態）で、加工時の制御プログラムと同一の制御プログラムによって加工用テーブル２を加工時と同一の方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に移動制御して、測定時に測定対象物４を加工時と同一に移動させながら測定することにより、測定対象物４の三次元形状が測定できる。

この場合、テーブル２の現在のＸ座標値及びＹ座標値は制御装置９から光学式測定装置６０に供給される。光学式測定装置６０は、制御装置９によるテーブル２の移動制御に同期して、光源３６から測定用レーザ光を出力すると共に、測定対象物４で反射してきた測定用光を光検出素子３７で検出し、制御部６１によって測定対象物４の形状を算出する。
このときの動作をさらに詳細に説明すると、光学式測定装置６０の光源３６から出射した測定用光は主軸１９に沿って進行して測定対象物４に到達する。

光学式測定器１８はＡＴＣ７によってＮＣ加工機１の主軸ヘッド６の主軸１９位置に装着されており、光源３６の出力光の光軸はＮＣ加工機１の主軸１９と一致している。
したがって、光学式測定器１８から出射され測定用光は、その光軸がＮＣ加工機１の主軸１９と一致するようにして進行し、測定対象物４に照射される。測定対象物４で反射された測定用光は光学測定器３７の光検出素子３７で検出される。

光学式測定装置６０の制御部６１は、制御装置９の移動制御によって随時変化する加工用テーブル２のＸ座標値及びＹ座標値に同期して得られる光検出素子３７で検出した測定用光に基づいて、測定対象物４の形状を算出する。即ち、光学式測定装置６０が測定を行った測定点のＸ座標値、Ｙ座標値（制御装置９から供給される座標値）、所定のＺ座標（本実施の形態ではベッドフレーム１４）を基準とする光学式測定装置６０が測定した測定対象物４表面のＺ座標値に基づいて、測定対象物４の形状を算出し、算出した結果は図示しない表示装置に表示する等して利用される。

測定対象物表面における２点間の断面形状を測定する場合には、ＮＣ加工機１の主軸ヘッド６を所定のＺ軸座標位置に固定した状態で、制御装置９が加工用テーブル２をＸ軸方向やＹ軸方向等の一方向に移動制御しながら、これに同期して光学式測定装置６０が測定用光によって測定対象物４を走査する。これにより、一方向への走査線で切断した被測定物４の断面形状が計測される。

また、測定対象物表面における２点間の断面を複数組合せて構成した折れ線に沿う断面形状を測定する場合には、ＮＣ加工機１の主軸ヘッド６を所定のＺ軸座標位置に固定した状態で、制御装置９が加工用テーブル２をＸ軸方向やＹ軸方向等の一方向に移動制御した後、他の一方向に移動制御することによって折れ線状に加工用テーブル２を移動制御させながら、これに同期して光学式測定装置６０が測定用光によって測定対象物４を走査する。これにより、制御部６１は、ＮＣ加工機１の加工用テーブル２のＸ座標値及びＹ座標値に同期する前記光検出素子３７で検出した測定用光に基づいて、測定対象物４表面の２点間の断面を複数組合せて構成した折れ線に沿う断面形状を算出する。

また、測定対象物４の加工誤差を測定する場合には、制御装置９が加工テーブル２及び主軸ヘッド６の移動制御を加工時と同一に行い、これに同期して、光学式測定装置６０は、加工用テーブル２のＸ座標値及びＹ座標値に同期する加工時と同一の主軸ヘッド６の移動量及び光検出素子３７で検出した測定用光に基づいて、測定対象物４の加工誤差を算出する。

即ち、制御装置９は、加工用テーブル２を加工時と同一方向に随時移動制御すると共に、これにあわせて主軸ヘッド６を加工時と同一のＺ軸方向位置に随時移動制御する。光学式測定装置６０の制御部６１は、制御装置９の移動制御によって変化する加工用テーブル２のＸ座標値及びＹ座標値に同期して得られる光検出素子３７で検出した測定用光に基づいて測定対象物４の各測定点までの距離を測定し、該距離と主軸ヘッド６の主軸１９方向への移動量とに基づいて加工誤差を算出する。

このようにして、テーブル２及び主軸ヘッド６は、測定時に、加工時と同一の動きをするため、直接、各測定点における加工誤差量を算出することが可能になる。
尚、測定時に、加工用テーブル２及び主軸ヘッド６を加工時と同一に移動制御する一方で、光学式測定装置６０の制御部６１が、制御装置９の移動制御によって随時変化する加工用テーブル２のＸ座標値及びＹ座標値に同期して得られる光検出素子３７で検出した測定用光に基づいて、測定対象物４の形状を算出するようにしてもよい。

これにより、制御装置９による一連の移動制御動作で、測定対象物４の形状や加工誤差を測定することが可能になる。
制御装置９は、この誤差量を、制御装置９が加工時に実行する加工プログラムに是正量として反映させて、該プログラムを修正して実行する。これにより、制御装置９は、測定対象物４の加工時に、加工誤差が少なくなるように、加工用テーブル２及び主軸ヘッド６の移動量を補正するようにして加工制御を行う。
測定後、空気供給装置１０からの空気流供給を停止すると、切削油は拭い去ったものではないので、時間とともに切削油が測定点に戻ってきて、油膜の膜厚は平準化することになる。

このように、測定用光の照射点を含む領域に空気流を適切に供給することによって照射点を含む領域の油膜膜厚を低減することにより、測定精度の低下を低減することが可能になる。
また、油膜が存在する場合には測定対象物４までの変位（距離）が真の距離よりも短く測定されるが、油膜の厚さが低減されることによってより真の値に近づくことになり、測定誤差が低減される。
また、測定精度の低下を抑えることが出来る上に、拭取らないので汚物の発生もなく、自動で行えることから作業者の負担が軽減される等の効果を奏する。

また、非接触で連続走査により測定対象物の形状等を測定することが可能であるため、損傷の恐れがなく又、直接的に凹凸形状の測定対象物４の三次元測定が可能になるほか、走査ライン上の断面形状測定や任意の２点間線上の断面形状測定や、折れ線に沿った断面形状測定が可能となる。
また、測定時に、加工用プログラムと同一のプログラムを用いてＮＣ加工機１を作動させて、加工目標値との差異（誤差）を計測して、その結果を補正加工プログラムとして、加工誤差が小さくなるように前記加工用プログラムを補正するように活用できるほか、ＣＡＤデータと測定データの差異の総和を最小にするべストフィッティングが可能になる。

また、光学式測定器１８はＡＴＣ７によって、自動制御で、工具マガジン８への収納、工具マガジン８からの取出し及び搬送が可能に構成されると共に、ＮＣ加工機１における主軸ヘッド６の工具主軸１９位置に装着、脱着が可能に構成されているため、光学式測定器１８を主軸１９位置に容易に着脱することが可能である。
また、測定対象物４をＮＣ加工機１から取り外すことなく、非接触で測定対象物４の三次元形状、任意断面形状等が、測定対象物４との干渉の障害なく計測することが可能になる。

尚、前記各実施の形態では、自動制御型加工機として挙げたＮＣ加工機１としては、立型や横型を問わず、ＮＣフライス盤、マシニングセンタ、ＮＣ旋盤、ＮＣ放電加工機などの各種ＮＣ加工機が含まれる。
また、測定時の走査範囲は、ＮＣ加工プログラムに従う方法、プログラムによりエリア指定を行う方法、ティーチングによりエリア指定を行う方法、特殊エッジ検出のための斜め入射エリア指定等による方法が可能である。

また、光学測定器１８は別途、ツールプリセッタに装着され、光学式測定器１８自体の主軸と光源３６の光軸とが一致されるように調整されると共に、光学式測定器１８を加工機１に取り付けたときに、その主軸が工具主軸１９に一致するように調整してもよい。
また、油膜が付着する測定対象物の測定に適用できるが、光学式測定器１８や気体流供給用チューブ２１、２２は必ずしもＮＣ加工機１に装着する必要はなく、工作機械１から離れた位置に配設して測定するように構成してもよい。
また、前記実施の形態として、レーザ光等を用いた光学式測定器を移用した例で説明したが、カメラ等を使用した光学式測定器を用いた光学式測定システム等の非接触式測定システムをはじめとして、超音波等を用いた非接触式測定システムに適用可能である。

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非接触式の測定手段を使用する非接触式測定システムに適用可能である。

本発明の実施の形態に係る光学式測定システムの外観を示す正面図である。本発明の実施の形態に係る光学式測定システムの外観を示す側面図である。図１の部分拡大図である。図２の部分拡大図である。本発明の実施の形態における気体供給系統を示す図である。本発明の実施の形態に使用する光学式測定器の正面図である。本発明の実施の形態に使用する光学式測定器の左側面図である。本発明の実施の形態に使用する光学式測定器のブロック図である。本発明の実施の形態に係る光学式測定システムの動作説明図である。従来の光学式測定システムの動作説明図である。

符号の説明

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・・・測定対象物
５・・・加工用具
６・・・主軸ヘッド
７・・・ＡＴＣ
８・・・工具マガジン
９・・・制御手段としてのＮＣ制御装置
１０・・・気体供給手段としての空気供給装置
１１・・・ホルダ部
１２・・・カバー
１３・・・気体排出口
１４・・・ベッドフレーム
１５・・・光軸
１６・・・気体流としての空気流
１７・・・アーム
１８・・・光学式光測定手段であり又非接触式の測定手段である光学式測定器
１９・・・工具主軸
２０・・・空気調整器
２１、２２・・・チューブ
２３・・・切削油供給装置
２４・・・加工用工具取付部
３０・・・シャンク
３１・・・プルスタッド
３２・・・ストレートスピンドル
３３・・・方向変更機構を構成する旋回機構
３４・・・方向変更機構を構成するチルト機構
３５・・・光学式測定器本体
３６・・・光源
３７・・・光検出手段としての光検出素子
３８・・・回転軸
３９・・・電気ケーブル
４０・・・方向変更機構
４１・・・係合部としての溝部
５１・・・空気圧縮用モータ
５２・・・エアータンク
５３・・・止め弁
５４・・・切替弁
５５・・・フィルタ
５６・・・圧力調整弁
５７・・・ルブリケータ
５８・・・急速継手
５９・・・可変絞り
６０・・・光学式測定装置
６１・・・算出手段としての制御部

Claims

自動制御型加工機に取り付けられ測定対象物の形状を測定する非接触式の測定手段と、前記測定手段による測定対象物の測定点に気体流を供給する気体供給手段とを備えて成ることを特徴とする非接触式測定システム。
自動制御型加工機に取り付けられ測定対象物に測定用光を照射する光源と前記測定対象物からの測定用光を検出する光検出手段とを有する測定手段と、
前記測定対象物表面における前記測定用光の光軸位置に気体流を供給する気体供給手段とを備えて成ることを特徴とする非接触式測定システム。
前記気体供給手段は前記測定対象物に付着している油膜面に所定の空気流を供給することによって前記測定対象物に付着している油膜の油膜厚を低減し、
前記光源は、前記空気流を供給した領域に前記測定用光を照射することを特徴とする請求項２記載の非接触式測定システム。
前記測定手段は、前記自動制御型加工機の工具主軸位置に設けられた工具取付部に係合可能なホルダ部を有し、前記工具取付部に装着、脱着が可能に構成されて成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の非接触式測定システム。