JP2008157646A - 光学式測定装置及び加工システム - Google Patents

Abstract

【課題】加工対象を加工しながら、前記加工対象の形状等を光学的に高精度に測定できるようにすること。
【解決手段】金型部品である測定対象４の測定時に、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、光学式測定器１８は前記移動に同期させながら測定対象４の測定データを出力する。データ処理装置２５は、制御部２６を介して受信した前記測定データに基づいて測定対象４の形状を表す形状測定データを算出し、前記形状測定データと加工用形状データとの差異が許容値内にあると判断した場合、及び、既に加工済みで測定対象４と組をなす金型部品との組合せ状態が許容値内に入ると判断した場合に良と判断して合格通知を行う。
【選択図】図１

Description

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装置及び前記測定対象を加工する加工システムに関する。

従来から、マシニングセンタをはじめとして加工対象（加工時には加工対象となり、測定時には測定対象となるため、加工対象と測定対象は同一対象を意味するものとして使用する。）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。

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。

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）。

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（測定する場合には測定対象である。）の測定においては、測定対象を加工用テーブルに加工位置に保持しておくと共に、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測定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。

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。

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。
また、仮に測定対象の形状等を正確に測定できる場合でも、前記測定対象を所定の基準値範囲内に加工できなかった場合には、当該測定対象を廃棄処理し、新たな材料を使用して再度測定対象の加工作業を行うようにしているため、測定対象の歩留まりが悪く又、測定対象を作成するための材料が無駄になったり、結果として総加工作業時間が長くなるという問題がある。

特開平１０−８０８３４号公報

本発明は、測定対象を加工位置に保持した状態で、前記測定対象の形状等を光学的に高精度に測定できるようにすることを課題としている。
また、本発明は、測定対象を加工位置に保持した状態で、前記測定対象の形状等を測定した場合に、前記測定対象の形状等が所定範囲に入らない場合でも、歩留まりを向上することを課題としている。

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前記加工機によって加工された組製品用組部品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、前記組部品の加工目標形状を表す加工用形状データを記憶する加工用形状データ記憶手段と、既に加工済みで前記組部品と組をなす他の組部品の形状測定データを記憶する記憶手段と、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移動制御手段と、前記加工用テーブルと主軸ヘッドの相対的移動データに同期する前記測定データに基づいて前記組部品の形状を表す形状測定データを算出する算出手段と、前記組部品の形状の合否を判断する合否判断手段と、通知手段とを備え、前記組部品の測定時に、前記移動制御手段は、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、前記光学式測定手段は前記移動に同期させながら前記組部品の測定データを出力し、前記算出手段は前記測定データに基づいて前記組部品の形状を表す形状測定データを算出し、前記合否判断手段は、前記算出手段が算出した前記組部品の測定形状データと前記加工用形状データの差が所定の許容値内にあると判断した場合、及び、既に加工済みで前記組部品と組をなす他の組部品との組合せ状態が所定の許容値内に入ると判断した場合に合格と判断し、前記通知手段は前記合否判断手段が合格と判断した場合に合格通知を行い、不合格と判断した場合には不合格通知を行うことを特徴とする光学式測定装置が提供される。

組部品の測定時に、移動制御手段は、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、光学式測定手段は前記移動に同期させながら前記組部品の測定データを出力し、算出手段は前記測定データに基づいて前記組部品の形状を表す形状測定データを算出し、合否判断手段は、前記算出手段が算出した前記組部品の測定形状データと加工用形状データの差が所定の許容値内にあると判断した場合、及び、既に加工済みで前記組部品と組をなす他の組部品との組合せ状態が所定の許容値内に入ると判断した場合に合格と判断し、通知手段は前記合否判断手段が合格と判断した場合に合格通知を行い、不合格と判断した場合には不合格通知を行う。

また、本発明によれば、前記光学式測定装置を有し、加工後の組部品が削り過ぎの場合、前記組部品と前記組部品と組をなす他の組部品との組み合わせ状態が所定の許容値内に入るように前記他の組部品の加工用形状データを修正し、前記修正した加工用形状データに基づいて前記他の組部品の加工を行うことを特徴とする加工システムが提供される。
加工後の組部品が削り過ぎの場合、組部品と前記組部品と組をなす他の組部品との組み合わせ状態が所定の許容値内に入るように前記他の組部品の加工用形状データを修正し、前記修正した加工用形状データに基づいて前記他の組部品の加工を行う。

また、本発明によれば、前記光学式測定装置を有し、加工後の組部品が加工残りを有すると共に、前記組部品と組をなす他の組部品が削り過ぎの場合、前記両組部品の組み合わせ状態が所定の許容値内に入るように前記組部品を追加工することを特徴とする加工システムが提供される。
加工後の組部品が加工残りを有すると共に、前記組部品と組をなす他の組部品が削り過ぎの場合、前記両組部品の組み合わせ状態が所定の許容値内に入るように前記組部品を追加工する。

ここで、前記組部品又は他の組部品の加工によって、各組部品の測定形状データ又は両組部品の組み合わせ状態が所定の許容値内に入ると前記合否判断手段が判断した場合に前記通知手段は合格通知を行い、前記所定の許容値内に入らないと前記合否判断手段が判断した場合には不合格通知を行うことを特徴とする請求項２又は３記載の加工システム。

本発明に係る光学式測定装置によれば、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ことにより、測定対象を加工位置に保持した状態で、前記測定対象の形状等を光学的に高精度に測定することが可能である。
また、本発明に係る加工システムによれば、測定対象を加工位置に保持した状態で、前記測定対象の形状等を測定した場合に、測定対象の形状等が所定の許容値範囲内に入らない場合でも、追加工によって歩留まりを向上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光学式測定装置及び前記光学式測定装置を利用した加工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装置及び前記光学式測定装置を利用した加工システムの概略構成を示す正面図、側面図である。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）の例を示している。

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ものであり、本実施の形態では測定対象と称する。）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。

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（垂直方向であるＺ軸方向）に移動制御されると共に工具取付部１０に取り付けられた加工用工具５を工具主軸２０を中心軸として回転駆動する。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軸方向に直線的上下動する機構と、工具主軸２０を中心として加工用工具５に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ると共に測定用光の光軸に一致している。

加工用テーブル２は、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、固定具３によって加工用テーブル２に固定された測定対象４を、Ｚ軸と直交する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、加工用テーブル２をＸ軸方向及びＹ軸方向に直線的に移動する機構を備えている。
以上のように構成することにより、主軸ヘッド６と加工用テーブル２を相対的に移動させながら、加工用工具５を加工する。

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制御部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。
主軸ヘッド６のＺ軸方向への移動制御、加工用テーブル２のＸ軸方向及びＹ軸方向への移動制御、主軸ヘッド６に装着された加工用工具５の駆動制御や交換制御等、切削等の加工処理等に関わる一連の制御は、ＮＣ制御部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制御部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Ｚ軸方向への移動制御、加工用テーブル２のＸ軸方向及びＹ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制御部９は制御手段を構成している。１９は、ＮＣ制御部９を制御するための表示部や入力操作部を有する制御操作部であり、制御操作部１９は加工用テーブル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。

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制御部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。
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。
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。

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。

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。

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を介して制御部２６に接続されている。制御部２６は電気ケーブル４８を介して制御操作部１９にも接続されている。
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。

２５はコンピュータによって構成されたデータ処理装置であり、制御部２６及び制御操作部１９を介してＮＣ制御部９に対して測定対象４の形状等の測定指示を行ったり、光学式測定器１８によって測定したデータを演算処理して測定対象４の形状（形状測定データ）の算出処理や加工された測定対象４の形状等が所定の許容範囲内にあるか否かの判定処理等を行う。
制御部２６は、データ処理装置２５からの指示を制御操作部１９や光学式測定器１８に伝達することによってＮＣ制御部９や光学式１８の制御を行ったり、光学式測定装置１８によって測定したデータをデータ処理装置２５に送信する。

図３は、図１及び図２に示した光学式測定装置及び加工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。
図３において、データ処理装置２５は制御部２６に接続されている。
データ制御装置２５は、パーソナルコンピュータによって構成されており、キーボード等によって構成された操作部３１、中央処理装置（ＣＰＵ）３２、インタフェース（Ｉ／Ｆ）３３、記憶部３４及び表示部３９を有している。記憶部３４にはプログラムや制御部２６からのデータが記憶される。

ＣＰＵ３２は、前記プログラムを実行することによって後述するように、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制御部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ったり、加工機１の制御指示等の処理を行う。
尚、測定対象４の長さに関する特性とは、測定対象４の形状、所定位置から測定対象４上の所定点までの距離、所定位置を基準とする測定対象４上の所定点の３次元座標値等、長さについての測定対象の特性を意味している。

インタフェース３３には制御部２６が接続されている。制御部２６には、光学式測定器１８の光源２１及び光検出素子２２が接続されると共に、加工機１（具体的には、制御操作部１９）が接続されている。
制御部２６は、データ制御装置２５からの測定指示に応答して光学式測定器１８の光源２１及び光検出素子２２の制御を行ったり、制御操作部１９を介してＮＣ制御部１９の制御を行う。また、光学式測定器１８が測定したデータをデータ制御装置２５に送信する。

加工機１は、制御操作部１９、ＮＣ制御部９、主軸ヘッド６をＺ軸方向に移動させるための主軸駆動部３７、加工用テーブル２をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させるためのテーブル駆動部３８を有する公知の加工機である。ＮＣ制御部９はＣＰＵ３５及びＣＰＵ３５が実行するプログラムを記憶した記憶部３６を有しており、ＣＰＵ３５は前記プログラムを実行することによって、主軸駆動部３７やテーブル駆動部３８の制御等の後述する処理を行う。

また、ＮＣ制御部９は測定対象４の測定時に主軸ヘッド６と加工用テーブル２の相対的な位置関係を表す情報（位置情報）を、制御部２６に送信する。制御部２６は、光学式測定器１８で測定したデータと前記位置情報とを同期させてデータ制御装置２５に送信する。これにより、データ処理装置２５では、測定対象４の形状等を正確に算出することが可能になる。

尚、本実施の形態では、測定対象４の加工時や測定時に、主軸ヘッド６をＺ軸方向に移動制御すると共に、加工用テーブル２をＸ軸及びＹ軸方向に移動制御するように構成しているが、加工用テーブル２を所定位置に固定すると共に主軸ヘッド６を相互に直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動させるように構成してもよく又、その逆でもよい。即ち、加工用テーブル２と主軸ヘッド６の少なくとも一方を相対的に移動制御するように構成することが可能であり、前記位置情報としては主軸ヘッド６と加工用テーブル２の相対的な位置の情報であればよい。

測定時には、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に代わって光学式測定器１８がＡＴＣ７によって同軸上に装着される。データ処理装置２５から計測指令が制御部２６を介して、ＮＣ制御部９のＣＰＵ３５に送られる。光学式測定器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。
制御部２６は、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をデータ処理装置２５に送信する。

データ処理装置２５は前記測定データ及びこれに同期する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を算出する。
主軸ヘッド６（換言すれば工具取付部１０）の位置は主軸駆動部３７の内蔵エンコーダ（図示せず）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４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の形状等の測定が行われる。

測定対象４の測定状態では、データ処理装置２５は、測定対象４の加工時と同様にＣＮＣ制御部９が主軸駆動部３７を制御するように、操作制御部１０を介してＣＮＣ制御部９に対して、主軸ヘッド６の工具取付部１０の移動を制御するための制御信号を供給する。ＣＮＣ制御部９は、制御部２６を介して受信したデータ処理装置２５からの制御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、主軸駆動部３７を制御する。これにより、主軸ヘッド６の工具取付部１０は前記制御信号に対応する位置に移動される。

同時に、データ処理装置２５のＣＰＵ３２は、インタフェース３３を介して制御部２６に測定制御指示を行う。制御部２６はデータ処理装置２５からの測定制御指示に応答して、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によって検出させる。光学式測定器１８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）を制御部２６に出力する。

制御部２６は、光検出素子２２によって検出した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を対応付けて、データ処理装置２５に送信する。データ処理装置２５は、制御部２６からの測定データ及びこれに同期する位置情報を記憶部３４に記憶する。このとき記憶部３４記憶した測定対象４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ため、測定対象４の各測定位置に対応する測定データが記憶されることになる。

測定対象４の形状等の長さに関する特性の測定は、記憶部３６に記憶された測定対象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行い、随時、位置情報及び前記位置情報に同期する測定データは記憶部３４に記憶される。
データ処理装置２５のＣＰＵ３２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。

ここで、操作部３１は操作手段を構成し、ＣＰＵ３２は算出手段及び合否判断手段を構成し、制御操作部１９は駆動パターン指示手段を構成し、表示部３９は通知手段を構成している。また、ＣＰＵ３５、主軸駆動部３７及びテーブル駆動部３８は移動制御手段を構成している。記憶部３４、３６は、加工用形状データ記憶手段及び形状測定データ記憶手段を構成している。
図４は、本発明の実施の形態の処理を示すフローチャートである。

図５は、本発明の実施の形態において作成する金型部品を説明するための説明図である。
図５において、本実施の形態では、目的とする最終の成型品５０１を製造するための組金型（本実施の形態では２個の金型部品によって構成される組金型）用金型部品５０２、５０３を加工する例をしてしている。組金型は、第１金型部品５０２及び第２金型部品５０３によって構成されており、両金型部品５０２、５０３は位置決め片５０４によって位置合わせを行い、組み合わさて使用される。

図５（Ａ）に示すように、成型品５０１を位置決め片５０４によって位置関係が決められた第１金型部品５０２と第２金型部品５０３によって成型する。
同図（Ｂ）の加工図面データ（ＣＡＤ図面データ）に示すように、雄型の第１金型部品５０２の加工図面データはＺad(X,Y)、雌型の第２金型部品の加工図面データはＺbd(X,Y)としている。

同図（Ｃ）に示すように、前記加工用図面データに基づいて加工機１によって加工された後の実際の第１金型部品５０２、第２金型部品５０３の形状データは、各々、Ｚaw(X,Y)、Ｚbw(X,Y)としている。各金型部品５０２、５０３には双方の組合せ位置を特定する位置決め用の機構形状５０４ａ、５０４ｂが設けられており、位置決め片５０４によって位置決めされて成型される。
同図（Ｄ）に示すように、金型部品５０２、５０３から成る組金型によって、成型品５０１が作成される。

以下、図１〜図５を用いて、本発明の実施の形態に係る光学式測定装置及び加工システムの動作を詳細に説明する。
組製品の一種である組金型を製造する場合、制御操作部１９を操作することによって、組金型を構成する第１金型部品５０２の加工用形状データＺad（X,Y）及び第２金型部品５０３の加工用形状データＺbd(X,Y)を入力すると、ＣＰＵ３５は前記加工用形状データＺad(X,Y)、Ｚbd(X,Y)を記憶部３６に記憶する（図４のステップＳ３０１、Ｓ３０２）。また、前記加工用形状データＺad(X,Y)、Ｚbd(X,Y)は、制御部２６を介してデータ処理部２５に送信され、ＣＰＵ３２の制御の下、記憶部３４にも記憶される。

尚、本実施の形態では、複数の部品を組み合わせて使用する製品（組製品）の一種として組金型の例を示しており、くむ製品を構成する複数の部品（組部品）として、第１金型部品５０２及び第２金型部品５０３を使用する例を示している。
また、図４及び図５において、符号「ａ」は第１金型部品５０２に関する表示であり、符号「ｂ」は第２金型部品５０３に関する表示である。符号「ｄ」は加工目標である図面データを示し、符号「ｗ」は実際に加工された値のデータを示している。
加工用形状データＺad（X,Y）、Ｚbd(X,Y)は、各々、第１金型部品５０２、５０３の加工目標形状を表す加工用形状データ（設計図面のＣＡＤデータ）であり、各金型部品５０２、５０３における複数の点のＸ軸座標値、Ｙ軸座標及びＺ軸座標値が含まれている。

次に、第１金型部品５０２を作成するための金型作成用材料を固定具３によって加工用テーブル２に取り付ける。この状態で、制御操作部１９からＮＣ制御部９に加工指示を行うと、ＣＰＵ３５は記憶部３６に記憶した第１金型部品５０２の加工用形状データＺad(X,Y)に基づいて加工用プログラムを生成し、ＡＴＣ７を制御することによって主軸ヘッド６に所定の加工用工具５を装着し、前記加工用プログラムに基づいて主軸駆動部３７及びテーブル駆動部３８を制御する。これにより、主軸ヘッド６をＺ軸方向に移動させると共に加工用テーブル２をＸ軸及びＹ軸方向に移動させながら、主軸ヘッド６に装着されている加工用工具５によって前記金型作成用材料を加工し、第１金型部品５０２を作成する（ステップＳ３０３）。

第１金型部品５０２の加工終了後、データ処理装置２５を操作することによって、制御部２６を介してＮＣ制御部９に対して、加工した第１金型部品５０２の形状測定指示を行う。
ＣＰＵ３５は、前記測定指示に応答して、ＡＴＣ７を制御して主軸ヘッド６に装着されている加工用工具５を光学式測定器１８に交換し、第１金型部品５０２の作成時と同一の前記加工用プログラムを用いて、主軸駆動部３７及びテーブル駆動部３８を制御する。

制御部２６は、ＣＰＵ３５による前記主軸駆動部３７及びテーブル駆動部３８の制御に同期して、光源２１から第１金型部品５０２に所定波長の測定用光を出力すると共に第１金型部品５０２で反射した測定用光を光検出素子２２によって検出し、前記位置情報とともに加工済みの第１金型部品５０２の形状を測定した測定データＺaw(X,Y)をデータ処理装置２５に送信する。

データ処理装置２５は、制御部２６からの前記位置情報及び第１金型部品の測定データＺaw(X,Y)を記憶部３４に記憶する（ステップＳ３０４）。記憶部３４に記憶されるデータは、加工用テーブル２及び主軸ヘッド６の相対的移動な移動データ及び第１金型部品の測定データＺaw(X,Y)であり、加工用テーブル２及び主軸ヘッド６の相対的移動に同期した第１金型部品の測定データＺaw(X,Y)である。
次に、ＣＰＵ３２は、記憶部３４に記憶した加工用形状データＺad(X,Y)と測定データＺaw(X,Y)との差をとり（ステップＳ３０５）、評価を行う（ステップＳ３０６）。

ＣＰＵ３２は、処理ステップＳ３０６において、第１金型部品５０２が所定の許容値外れ（即ち、削り過ぎ）と判断した場合、後に加工する第２金型部品５０３の加工用形状データZbd(X,Y)を、第２金型部品５０３が第１金型部品５０２に合うように、所定量だけ修正した後（ステップＳ３０７）、処理ステップＳ３０８に移行する。前記第２加工部品５０３の修正したデータは、記憶部３４、３６に記憶される。
また、ＣＰＵ３２は、処理ステップ３０６において、第１金型部品５０２は所定の許容値内に加工されていると判断した場合も、処理ステップＳ３０８に移行する。
また、ＣＰＵ３２は、第１金型部品５０２の切削量が少ない（即ち、加工残りがある）と判断した場合には、処理ステップＳ３１２に移行する。

次に、第１金型部品に代えて第２金型部品５０３製造用材料を固定具３によって加工用テーブル２に取り付ける。この状態で、制御操作部１９からＮＣ制御部９に加工指示を行うと、ＣＰＵ３５は記憶部３６に記憶した第２金型部品５０３の加工用形状データＺbd(X,Y)に基づいて加工用プログラムを生成し、ＡＴＣ７を制御することによって光学式測定器１８に代えて主軸ヘッド６に所定の加工用工具５を装着し、前記加工用プログラムに基づいて主軸駆動部３７及びテーブル駆動部３８を制御する。

これにより、主軸ヘッド６をＺ軸方向に移動させると共に加工用テーブル２をＸ軸Ｙ軸方向に移動させながら、主軸ヘッド６に装着されている加工用工具５によって前記製造用材料を加工し、第２金型部品５０３を作成する（ステップＳ３０８）。
ここで、処理ステップＳ３０６において第１金型部品が許容値外れ（削り過ぎ）と判断された場合には、第２金型部品５０３は第１金型部品に合うように形状に少なめに削られる。また、処理ステップＳ３０６において第１金型部品が許容値内と判断された場合には、第２金型部品５０３は加工用形状データＺbd(X,Y)の許容値内に入るように加工される。

第２金型部品５０３の作成完了後、データ処理装置２５を操作することによって、制御部２６を介してＮＣ制御部９に対して、加工した第２金型部品５０３の形状測定指示を行う。
ＣＰＵ３５は、前記測定指示に応答して、ＡＴＣ７を制御して、主軸ヘッド６に装着されている加工用工具５を光学式測定器１８に交換し、第２金型部品５０２の作成時と同一の前記加工用プログラムを用いて、主軸駆動部３７及びテーブル駆動部３８を制御する。

制御部２６は、ＣＰＵ３５による前記主軸駆動部３７及びテーブル駆動部３８の制御に同期して、光源２１から第２金型部品５０３に所定波長の測定用光を出力すると共に第２金型部品５０３で反射した測定用光を光検出素子２２によって検出することにより、加工済みの第２金型部品５０３の形状を測定し、第２金型部品の測定データＺbw(X,Y)を記憶部３４に記憶する（ステップＳ３０９）。記憶部３４に記憶される前記データは、加工用テーブル２及び主軸ヘッド６の相対的移動な移動データ及び第２金型部品の測定データＺbw(X,Y)であり、加工用テーブル２及び主軸ヘッド６の相対的移動に同期した第２金型部品の測定データＺbw(X,Y)である。

次に、ＣＰＵ３２は、記憶部３４に記憶した加工用形状データＺbd(X,Y)と測定データＺbw(X,Y)との差をとり（ステップＳ３１０）、評価を行う（ステップＳ３１１）。
ＣＰＵ３２は、処理ステップＳ３１１において、第２金型部品５０２の切削量が少ないと判断した場合には処理ステップＳ３０８に戻って追加工を行い、第２金型部品５０３が所定の許容値外れ（即ち蹴り過ぎ）の場合には、処理ステップＳ３１２に移行する。

処理ステップＳ３１２では、処理ステップＳ３０６において加工残りがあるために要追加工と判断した第１金型部品５０２と、処理ステップＳ３１１において削り過ぎたために許容値外れと判断した第２金型部品５０２とを組み合わせてみて、即ち、第１金型部品５０２の測定データＺaw(X,Y)と第２金型部品５０３の測定データＺbw(X,Y)の差を取り（ステップＳ３１２）、組金型が適正に加工されたか否かを判断する（ステップＳ３１３）。

ＣＰＵ３２は、前記差が所定の許容値範囲内の場合には組金型が適正に加工されたと判断して、表示部３９に「合」を表示して合格通知を行う。ＣＰＵ３２は、前記差が所定の許容値範囲該の場合であって是正できない場合には、組金型が適正に加工されなかったと判断して、表示部３９に「否」を表示して不合格通知を行う。
一方、ＣＰＵ３２は、処理ステップＳ３１３において、前記差が所定の許容値範囲外ではあるが、追加工によって是正可能と判断した場合、第２加工部品５０３の追加工を行えばよい場合には処理ステップＳ３０８に戻って第２金型部品５０３の追加工を行い、第１加工部品５０２の追加工を行えばよい場合には、第２金型部品５０３を第１金型部品５０２に代えてテーブル２に固定した後（ステップＳ３１４）、処理ステップＳ３０３に戻って追加工を行う。

以上のように、本発明の実施の形態に係る光学式測定装置によれば、測定対象（例えば、組金型用の金型部品）を加工位置に保持した状態で、前記加工対象の形状等を光学的に高精度に測定することが可能になる。また、測定対象の形状等が所定の許容値内に入るか否かの判定や通知が可能になる。
また、本発明の実施の形態に係る加工システムによれば、測定対象の形状等が所定範囲に入らない場合でも、前記測定対象の歩留まりを向上することが可能になる。
尚、本実施の形態では、複数の部品（組部品）を組み合わせて使用する製品（組製品）の一種として第１金型部品及び第２金型部品によって構成された組み金型の例で説明したが、他の組製品についても適用可能である。

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光学式測定器を使用して、組製品の光学的測定を行う光学式測定装置や組製品用の組部品を加工する加工システムに適用できる。

本発明の実施の形態に係る光学式測定装置及び加工システムの概略構成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装置及び加工システムの概略構成を示す側面図である。 本発明の実施の形態に係る光学式測定装置及び加工システムの回路ブロック図である。 本発明の実施の形態の処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態において作成する金型部品の使用方法を説明するための説明図である。

符号の説明

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制御操作部
２０・・・工具主軸
２１・・・光源
２２・・・光検出手段を構成する光検出素子
２５・・・データ処理装置
２６・・・制御部
３１・・・操作手段を構成する操作部
３２・・・算出手段及び合否判断手段を構成するＣＰＵ
３３・・・インタフェース
３４・・・加工用形状データ記憶手段及び形状測定データ記憶手段を構成する記憶部
３５・・・移動制御手段を構成するＣＰＵ
３６・・・加工用形状データ記憶手段及び形状測定データ記憶手段を構成する記憶部
３７・・・移動制御手段を構成する主軸駆動部
３８・・・移動制御手段を構成するテーブル駆動部
３９・・・通知手段を構成する表示部
４１・・・収容部
４７、４８・・・電気ケーブル

Claims (4)

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前記加工機によって加工された組製品用組部品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、
   前記組部品の加工目標形状を表す加工用形状データを記憶する加工用形状データ記憶手段と、
   既に加工済みで前記組部品と組をなす他の組部品の形状測定データを記憶する記憶手段と、
   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移動制御手段と、
   前記加工用テーブルと主軸ヘッドの相対的移動データに同期する前記測定データに基づいて前記組部品の形状を表す形状測定データを算出する算出手段と、
   前記組部品の形状の合否を判断する合否判断手段と、
   通知手段とを備え、
   前記組部品の測定時に、前記移動制御手段は、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、前記光学式測定手段は前記移動に同期させながら前記組部品の測定データを出力し、前記算出手段は前記測定データに基づいて前記組部品の形状を表す形状測定データを算出し、前記合否判断手段は、前記算出手段が算出した前記組部品の測定形状データと前記加工用形状データの差が所定の許容値内にあると判断した場合、及び、既に加工済みで前記組部品と組をなす他の組部品との組合せ状態が所定の許容値内に入ると判断した場合に合格と判断し、前記通知手段は前記合否判断手段が合格と判断した場合に合格通知を行い、不合格と判断した場合には不合格通知を行うことを特徴とする光学式測定装置。
2. 請求項１記載の光学式測定装置を有し、加工後の組部品が削り過ぎの場合、前記組部品と前記組部品と組をなす他の組部品との組み合わせ状態が所定の許容値内に入るように前記他の組部品の加工用形状データを修正し、前記修正した加工用形状データに基づいて前記他の組部品の加工を行うことを特徴とする加工システム。
3. 請求項１記載の光学式測定装置を有し、加工後の組部品が加工残りを有すると共に、前記組部品と組をなす他の組部品が削り過ぎの場合、前記両組部品の組み合わせ状態が所定の許容値内に入るように前記組部品を追加工することを特徴とする加工システム。
4. 前記組部品又は他の組部品の加工によって、各組部品の測定形状データ又は両組部品の組み合わせ状態が所定の許容値内に入ると前記合否判断手段が判断した場合に前記通知手段は合格通知を行い、前記所定の許容値内に入らないと前記合否判断手段が判断した場合には不合格通知を行うことを特徴とする請求項２又は３記載の加工システム。

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