JP2016075584A - 超音波板厚計測装置、これを備えた工作機械、および超音波板厚計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波プローブを工作機械の工具取付部に取り付け可能にして薄板等の工作物の板厚を精度良く計測する。
【解決手段】超音波板厚計測装置９は、工作機械の主軸２に選択的に取り付けられる交換式工具のテーパーシャンクと同形状のテーパーシャンク１３と、このテーパーシャンク１３に設けられ、その先端の超音波プローブ２５を工作物Ｗの表面に接触させながら超音波を発信し、その反響音波を検知して工作物Ｗの厚さを計測し、その計測データを制御部４８に無線送信する超音波板厚計測部１６とを具備しており、前記工作機械が前記交換式工具によって工作物Ｗを切削加工する際に供給されるクーラントを、厚さ計測時に超音波プローブ２５と工作物Ｗの表面との間における接触状態を向上させる接触媒質として利用する。クーラントは、主軸２に設けられた主軸噴射ノズル５５と、超音波板厚計測装置９に設けられた測定噴射ノズル６０から噴射される。
【選択図】図３

Description

本発明は、超音波で加工物の厚さを測定する超音波板厚計測装置、これを備えた工作機械、および超音波板厚計測方法に関するものである。

従来、航空機の外板のような薄板状の工作物の板厚を計測する場合は、作業者がハンディータイプの超音波板厚計測装置を持ち歩きながら、工作物の複数の座標位置における厚さを計って記録していた。このようなハンディータイプの超音波板厚計測装置として、特許文献１に開示されている板厚測定装置が挙げられる。

特許文献１の板厚測定装置は、超音波プローブと温度センサとが有線接続され、超音波プローブが発した超音波の反射時間の測定結果に基づいて測定点の板厚を測定すると共に、温度センサの測定結果に基づいて測定点の板温を測定する携帯用端末と、この携帯用端末に有線、または無線接続されて携帯用端末からのデータを送受自在に転送するホストコンピュータとを備えており、携帯用端末は、測定点のアドレス（座標）とその測定点における板厚及び板温とを対応させて記憶する記憶部を有するように構成されている。

また、特許文献２等に開示されているように、ＮＣ工作機械の主軸に、工具の代わりに無線式のタッチプローブを取り付け、このタッチプローブをテーブル上に据え付けた工作物に接触させ、その時の接触信号をＮＣ工作機械の制御部へ送って、工作物の位置や寸法等を測定するタッチプローブが知られている。

特開平８−１６６２２９号公報 特開平６−１７０６９８号公報

特許文献１の板厚測定装置では、作業者が板厚測定装置を持ち歩いて逐一計測作業を行う必要があることと、超音波プローブと工作物との間に空気が介在しないように液状（またはジェル状）の接触媒質を塗布する必要があることから、計測作業を自動化することが困難であり、しかも、板厚の計測結果を手動で打ち込んで整理する必要もあって、計測作業が煩雑であった。

これに対し、特許文献２のタッチプローブは、工作機械の主軸に取り付けられるため、工作物の複数の測定点における寸法を自動的に測定することができ、しかもその測定データを制御部に送って自動処理することができるので、計測作業やデータ処理が容易である。

しかしながら、工作物が航空機の外板のような薄板状である場合、薄板の特性や成形形状の影響等により、どうしても薄板がテーブルから浮き上がってしまい、所定の起点座標から工作物への接触点までの距離を測定データとして用いるタッチプローブでは正確な板厚計測ができないという問題がある。薄板はテーブル上で負圧バキュームを掛けられて固定されながら計測が行われるが、負圧バキュームの吸引力には限界があるため、薄板の浮き上がりを完全に抑制することはできない。

したがって、薄板の板厚を正確に計測するためには、やはり超音波プローブを用いることが望ましい。ところが、工作機械の主軸等の工具取付部に超音波プローブを取り付けて工作物に接触させるようにした場合、前述のように超音波プローブと工作物との間に塗布する接触媒質の供給方法が課題となる。このため、これまで超音波プローブを工作機械の主軸等に設けた例はなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、超音波プローブを工作機械の工具取付部に取り付け可能にして薄板等の工作物の板厚を精度良く計測することのできる超音波板厚計測装置、これを備えた工作機械、および超音波板厚計測方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る超音波板厚計測装置、これを備えた工作機械、および超音波板厚計測方法は、以下の手段を採用する。

即ち、本発明の第１態様に係る超音波板厚計測装置は、複数種類の交換式工具が工具取付部に選択的に取付可能とされた工作機械に備えられて工作物の厚さを超音波計測するものであって、この超音波板厚計測装置は、前記工具取付部に係合固定される着脱係合部と、前記着脱係合部に設けられ、その先端に設けられた超音波プローブを前記工作物の表面に接触させながら超音波を発信し、その反響音波を検知して前記工作物の厚さを計測する超音波板厚計測部と、を具備し、前記工作機械が前記交換式工具によって前記工作物を機械加工する際に供給されるクーラントを、厚さ計測時に前記超音波プローブと前記工作物の表面との間における接触状態を向上させる接触媒質として利用することを特徴とする。

上記構成の超音波板厚計測装置は、その着脱係合部が工作機械の工具取付部に係合固定されることにより、他の交換式工具と同様に工具取付部に取り付けることができる。このように工具取付部に取り付けられた超音波板厚計測装置は、その超音波プローブを工作物の表面に接触させて超音波を発信し、その反響音波を検知することによって前記工作物の厚さを計測する。上記の超音波計測時には、工作機械が交換式工具によって工作物の表面を切削加工する際に供給されるクーラントが供給され、このクーラントが、そのまま超音波プローブと工作物の表面との間における接触状態を向上させる接触媒質として利用される。

このように、工作機械が切削加工する際に供給されるクーラントを接触媒質として流用しているため、従来から課題とされていた接触媒質の供給の問題が解決され、超音波プローブを工作機械の工具取付部に取り付け可能にして薄板等の工作物の板厚を精度良く計測することができる。

上記構成の超音波板厚計測装置において、前記超音波板厚計測部は、前記工作物の厚さの計測データを制御部に無線送信するようにしてもよい。これにより、計測した板厚データが制御部に無線送信され、自動処理することができるので、計測作業やデータ処理を容易にすることができる。

上記構成の超音波板厚計測装置において、前記着脱係合部は、前記交換式工具に設けられるものと同じ形状である方が好ましい。これにより、他の交換式工具との互換性が得られて交換作業を容易にすることができる。

上記構成の超音波板厚計測装置において、前記工具取付部の内部に形成されて前記クーラントやブローエア等の補助流体を供給する補助流体供給通路に連通する連通路と、この連通路から前記超音波プローブの近傍に前記補助流体を噴射する流体噴射部と、をさらに設けてもよい。

上記構成によれば、工作機械の工具取付部の内部に形成された補助流体供給通路から供給されたクーラントやブローエア等の補助流体が、超音波板厚計測装置に形成された連通路を経て流体噴射部から超音波プローブの付近に噴射される。このため、クーラントやブローエア等の補助流体を超音波プローブの近傍に確実に噴射させることができ、超音波プローブや工作物を確実にクリーニングするとともに、超音波プローブと工作物との接触状態を向上させて精度の良い板厚計測を行うことができる。

上記構成の超音波板厚計測装置において、前記超音波プローブは衝撃吸収機構を介して前記超音波板厚計測部から前記工作物側に突出する方向に付勢されていることが望ましい。

上記構成によれば、超音波プローブが工作物の表面に過剰な強さで当接した場合には、その衝撃力や押圧力が衝撃吸収機構によって吸収される。即ち、衝撃吸収機構によって超音波板厚計測部から工作物側に突出する方向に付勢された超音波プローブが超音波板厚計測部側に引っ込むことによって衝撃力や押圧力が吸収される。このため、超音波プローブや工作物表面の損傷を防ぐとともに、常に均一な面圧で超音波プローブを工作物表面に押し付けて精度のよい板厚計測を行うことができる。

また、本発明の第２態様に係る工作機械は、上記のいずれかの超音波板厚計測装置を備えたことを特徴とする。この工作機械によれば、他の交換式工具と同様に超音波板厚計測装置を工具取付部に取り付けて、クーラントを接触媒質として流用しながら工作物の板厚を精度良く計測することができる。

また、本発明の第３態様に係る超音波板厚計測方法は、複数種類の交換式工具が工具取付部に選択的に取付可能とされた工作機械において、前記工具取付部に超音波板厚計測装置を設置して工作物の厚さを超音波計測する方法であって、前記工作機械が前記交換式工具によって前記工作物の表面を機械加工する際に供給されるクーラントを、前記超音波板厚計測装置による厚さ計測時に該超音波板厚計測装置の超音波プローブと前記工作物の表面との間における接触状態を向上させる接触媒質として利用することを特徴とする。

この超音波板厚計測方法によれば、工作機械の工具取付部に超音波板厚計測装置を設置し、この超音波板厚計測装置の超音波プローブと工作物の表面との間にクーラントを供給することによって、超音波板厚計測装置の超音波プローブと工作物の表面との間における接触状態を向上させることができる。このため、専用の接触媒質を供給する必要がなくなり、超音波板厚計測装置を工作機械に取り付けることの困難性が排除されて、薄板等の工作物の板厚を精度良く計測することができる。

以上のように、本発明に係る超音波板厚計測装置、これを備えた工作機械、および超音波板厚計測方法によれば、超音波プローブを工作機械の工具取付部に取り付け可能にして薄板等の工作物の板厚を精度良く計測することができる。

本発明に係る超音波板厚計測装置を備えた工作機械の一例を示すマシニングセンターの側面図である。 テーパーシャンク（着脱係合部）のバリエーションを示す図である。 本発明の第１実施形態を示す主軸および超音波板厚計測装置の側面図である。 超音波板厚計測装置（超音波板厚計測部）の縦断面図である。 超音波板厚計測装置の制御の流れを示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態を示す主軸および超音波板厚計測装置の側面図である。

以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明に係る超音波板厚計測装置を備えた工作機械の一例を示すマシニングセンターの側面図である。このマシニングセンター１は、主軸２（工具取付部）と、自動工具交換装置３とを具備している。主軸２は、例えば鉛直方向に延びており、図示しないモーターによって回転駆動されるとともに、軸方向に昇降することができる。

自動工具交換装置３は、フレーム５に軸支されて平面視で円盤状をなすツールマガジン６を備えており、このツールマガジン６には、その円周方向に沿って複数の工具保持穴７が形成され、これらの工具保持穴７に複数種類の交換式工具８と、工作物の厚さを計測する超音波板厚計測装置９とが保持されている。ツールマガジン６は、フレーム５に設置されたインデックスモーター１１によって工具保持穴７の間隔分ずつインデックス回転させることができる。

交換式工具８および超音波板厚計測装置９は、それぞれテーパーシャンク１３（着脱係合部）を備えている。これらのテーパーシャンク１３の形状は同じであることが望ましい。図２にも示すように、交換式工具８はテーパーシャンク１３の下部にドリルやエンドミル等の工具部１５が連結されており、超音波板厚計測装置９はテーパーシャンク１３の下部に超音波板厚計測部１６が連結されている。
テーパーシャンク１３の形状としては、図２に示すＢＴ−４０，ＢＴ−５０，ＨＳＫ−Ａ１００といった複数のバリエーションの共通規格品が用意されている（図１にはＢＴ−５０型が例示されている）。
例えば、工具部１５および超音波板厚計測部１６に形成された雌ネジ１７，１８に、テーパーシャンク１３に形成された雄ネジ１９が螺合されて両者が連結されるが、テーパーシャンク１３と工具部１５および超音波板厚計測部１６とを一体に形成してもよい。

図１に示すように、主軸２には、交換式工具８や超音波板厚計測装置９のテーパーシャンク１３を密に係合させるテーパー嵌合穴２０が中心軸線に沿って形成されており、このテーパー嵌合穴２０の奥に設けられたクランプ２１に、交換式工具８および超音波板厚計測装置９のテーパーシャンク１３先端に設けられたプルスタッド２２が保持されるようになっている。

主軸２には、複数の交換式工具８および超音波板厚計測装置９のいずれか１つが選択されて取り付けられる。即ち、選択された交換式工具８および超音波板厚計測装置９のいずれか１つが主軸２の真下に来るようにインデックスモーター１１によってツールマガジン６がインデックス回転され、次に主軸２が下降してテーパー嵌合穴２０にテーパーシャンク１３が嵌合される。これと同時にクランプ２１によってプルスタッド２２が保持され、次に主軸２が上昇する。これにより、選択された交換式工具８または超音波板厚計測装置９がツールマガジン６から取り外されて主軸２に装着される。

［第１実施形態］
図３は本発明の第１実施形態を示す主軸２および超音波板厚計測装置９の側面図であり、図４は超音波板厚計測装置９（超音波板厚計測部１６）の縦断面図である。

図４に示すように、超音波板厚計測装置９の超音波板厚計測部１６は、テーパーシャンク１３に結合される部分である円柱状の基部筐体２３と、この基部筐体２３の下面にネジ結合等により連結される一段径の小さな衝撃吸収部筐体２４と、さらに衝撃吸収部筐体２４の下面から出没するように設けられた超音波プローブ２５（トランスデューサ）とを備えている。超音波プローブ２５は、工作物Ｗの表面に接触しながら超音波を発信し、その反響音波を検知して工作物Ｗの厚さを計測する。基部筐体２３に形成されてテーパーシャンク１３の雄ネジ１９に螺合する雌ネジ１８の周囲と、基部筐体２３と衝撃吸収部筐体２４との間には、それぞれ防水用のＯリング２７，２８が介装されている。

衝撃吸収部筐体２４の内部には衝撃吸収機構３１が設けられている。この衝撃吸収機構３１は次のように構成されている。
まず、超音波プローブ２５は、段付き円柱形状であり、衝撃吸収部筐体２４の中心部に形成された摺動シリンダ３２に軸方向に摺動自在に挿入され、自身に形成された段部３３が摺動シリンダ３２下端の内周フランジ３４に当接するまで下降でき、この時の先端部の位置が図４に示す突出位置２５ａとなる。

摺動シリンダ３２の上部には略円盤状の固定ガイド３６が設けられており、例えばその下面に形成された円筒部３７の外周が摺動シリンダ３２の上部内周に螺合されている。超音波プローブ２５は、その上面が円筒部３７の下端に当接するまで上昇することができる。この時の超音波プローブ２５の先端部は、衝撃吸収部筐体２４の下端面よりも上まで引っ込んだ位置となる。実際には、外部から押圧された超音波プローブ２５の先端部は衝撃吸収部筐体２４の下端面と同じ高さまで上昇し、この時の先端部の位置が図４に示す引込位置２５ｂとなる。

超音波プローブ２５と固定ガイド３６との間にはコイルスプリング３８が弾装されており、その付勢力によって超音波プローブ２５は常に突出位置２５ａ側、即ち超音波板厚計測部１６から工作物Ｗ側に突出する方向に付勢されている。このため、超音波板厚計測装置９によって工作物Ｗの厚さを計測する時に、超音波プローブ２５が強めに工作物Ｗの表面に当接された場合には、超音波プローブ２５が突出位置２５ａから引込位置２５ｂまで、あるいは引込位置２５ｂよりも高い位置まで摺動することによってショックが吸収され、超音波プローブ２５の破損や故障、あるいは工作物Ｗの表面の受傷が回避される。

衝撃吸収部筐体２４の先端部と超音波プローブ２５の先端基部との間にかけて可撓性のある防水カバー４０が被装されており、この防水カバー４０の外周部と内周部とが、それぞれＯリング４１，４２（またはスナップリング等）によって衝撃吸収部筐体２４と超音波プローブ２５とに固定されている。この防水カバー４０により、後述するクーラントが衝撃吸収部筐体２４と超音波プローブ２５との間から超音波板厚計測装置９の内部に浸入することが防止される。衝撃吸収機構３１は以上のように構成されている。

基部筐体２３には無線通信部４５が内蔵されており、この無線通信部４５から延びる通信ケーブル４６が固定ガイド３６の中央部を貫通して超音波プローブ２５に接続されている。通信ケーブル４６は長さに余裕があり、超音波プローブ２５が突出位置２５ａと引込位置２５ｂとの間を摺動することを阻害しない。超音波プローブ２５によって計測された計測データは通信ケーブル４６を経て無線通信部４５に伝達され、無線通信部４５は計測データを制御部４８（図３参照）に無線送信する。制御部４８は、マシニングセンター１自身の制御装置に組み込まれるかプログラムされていてもよいし、別体且つ専用のものであってもよい。

図３に示すように、主軸２には、クーラントやブローエア等の補助流体を供給する補助流体供給通路５１が形成されている。この補助流体供給通路５１は、例えばマシニングセンター１に設けられたクーラント供給部５２とブローエア供給部５３との間を繋ぐ２本の通路５１ａ，５１ｂと、通路５１ａの中間部から分岐して主軸２の先端部に設けられた１つ以上の主軸噴射ノズル５５に繋がる通路５１ｃと、通路５１ｂの中間部から分岐してテーパーシャンク１３の内部に形成された通路１３ａに連通する通路５１ｄとを備えて構成されている。主軸噴射ノズル５５は、交換式工具８の刃先付近、または超音波板厚計測装置９の超音波プローブ２５の近傍にクーラントやブローエア等を噴射するように角度付けられている。

テーパーシャンク１３の内部に形成された通路１３ａには、図４にも示すように超音波板厚計測装置９（超音波板厚計測部１６）の内部に形成された連通路５７が防水用のＯリング５８を介して連通するようになっている。この連通路５７は、基部筐体２３の下面に設けられた１つ以上の測定噴射ノズル６０（流体噴射部）に繋がっている。測定噴射ノズル６０は超音波プローブ２５の直近部に補助流体を噴射するように角度付けられている。

主軸２に交換式工具８が取り付けられて工作物Ｗの切削加工が行われる時には、主軸噴射ノズル５５から交換式工具８の刃先に向かってクーラントおよびブローエアが噴射される。クーラントにより刃先の冷却や潤滑が行われ、ブローエアにより切屑が吹き払われる。クーラントを噴射するかブローエアを噴射するかの選択は、クーラント供給部５２とブローエア供給部５３に繋がる通路５１ａ，５１ｂ等に設けられた図示しない開閉弁や流量調整弁の開度を適宜設定することによって行われる。

上記のように、主軸２に交換式工具８を取り付けて工作物Ｗの切削加工を行う時に供給されるクーラントは、交換式工具８の代わりに超音波板厚計測装置９を主軸２に取り付けて工作物Ｗの厚さを計測する時においても供給される。クーラントは、超音波板厚計測装置９の超音波プローブ２５と工作物Ｗの表面との間における接触状態を向上させる接触媒質（計測補助液）としてそのまま利用される。

即ち、超音波は空気中を伝わりづらく、また工作物Ｗの表面との境界で反射する性質があるため、超音波プローブ２５と工作物Ｗの表面との間に空気が介在しないように少量の接触媒質を供給（塗布）しておく必要があり、クーラントがこの接触媒質としての役割を果たす。このように液状のクーラントが超音波プローブ２５と工作物Ｗの表面との間に介在することにより、空気の介在が阻止され、超音波の伝達率が格段に向上して計測精度が向上する。

次に、上記のように構成されたマシニングセンター１および超音波板厚計測装置９によって工作物Ｗの板厚を計測する時における制御の流れおよび作用を、図５に示すフローチャートを参照しながら説明する。

制御が開始されると、板厚計測指示が出され（ステップＳ１）、次に超音波板厚計測装置９が選択されて主軸２に装着される（ステップＳ２）。次に、超音波板厚計測装置９の電源が投入される（ステップＳ３）。なお、電源の投入は超音波板厚計測装置９が主軸２に装着されると同時に行われるようにしてもよい。次に、超音波板厚計測装置９が工作物Ｗの厚さを計測する計測点の真上に来るように主軸２の位置（もしくは工作物Ｗの位置）が変更される（ステップＳ４）。

超音波板厚計測装置９が工作物Ｗの計測点の真上に来たら、超音波プローブ２５が工作物Ｗに接触しない程度に主軸２が降下し、主軸噴射ノズル５５または測定噴射ノズル６０の少なくとも一方から、例えば先にクーラントが噴射され、次にブローエアが噴射されて工作物Ｗの表面と超音波プローブ２５とがクリーニングされる（ステップＳ５）。このクリーニング時には、異物除去の程度等に応じて噴射するノズルの数が適宜設定される。例えば、主軸噴射ノズル５５および測定噴射ノズル６０の両方から噴射させてもよいし、どちらか一方のみから噴射させてもよい。あるいは、クーラントとブローエアを混合させる噴射と、混合させない噴射とを使い分けたり、これらをサイクル的に組み合わせたりしてクリーニングを行ってもよい。

クリーニングが完了しても、クーラントの供給は続けられ（ステップＳ６）、この状態で超音波板厚計測装置９の超音波プローブ２５が工作物Ｗの計測点に接触するまで主軸２が降下（もしくは工作物Ｗが上昇）し（ステップＳ７）、工作物Ｗの板厚が計測される（ステップＳ８）。そして、計測されたデータが制御部４８へ無線送信される（ステップＳ９）。

制御部４８では、計測されたデータが、予め代入された適正範囲内であるか否かが判定され（ステップＳ１０）、適正範囲内であれば（ステップＳ１０→Ｙｅｓ）計測データが記憶部に格納される（ステップＳ１１）。その後、クーラントの供給が停止され（ステップＳ１２）、次に計測が終了したか否かが判定される（ステップＳ１３）。計測が終了したのであれば（ステップＳ１３→Ｙｅｓ）超音波板厚計測装置９の電源がＯＦＦになり（ステップＳ１４）、制御が終了する。
また、計測が終了していなければ（ステップＳ１３→Ｎｏ）次の計測点の指示が出され（ステップＳ１５）、ステップＳ４に戻って超音波板厚計測装置９（主軸２）が次の計測点へ移動する。そして、ステップＳ４〜Ｓ１３までのルーティンが反復される。

また、ステップＳ１０において、計測されたデータが、予め代入された適正範囲から逸脱している場合（ステップＳ１０→Ｎｏ）には再計測指示が出され（ステップＳ１６）、これまでの再計測回数が所定回数（例えば４回）以上か否かが判定される（ステップＳ１７）。再計測回数が所定回数以内であれば（ステップＳ１７→Ｎｏ）ステップＳ５に移行し、以後、ステップＳ５〜Ｓ１０，Ｓ１６，Ｓ１７までのルーティンが反復される。また、ステップＳ１７において、再計測回数が所定回数以上であれば（ステップＳ１７→Ｙｅｓ）計測が停止されてエラー表示がなされる（ステップＳ１８）。

以上のように、この超音波板厚計測装置９は、そのテーパーシャンク１３がマシニングセンター１の主軸２に係合固定されることにより、他の交換式工具８と同様に主軸２に取り付けることができる。このように主軸２に取り付けられた超音波板厚計測装置９は、その超音波プローブ２５を工作物Ｗの表面に接触させて超音波を発信し、その反響音波を検知することによって工作物Ｗの厚さを計測し、その計測データを制御部４８に無線送信する。この超音波板厚計測時には、マシニングセンター１が交換式工具８によって工作物Ｗの表面を切削加工する際に供給されるクーラントが供給され、このクーラントが、そのまま超音波プローブ２５と工作物Ｗの表面との間における接触状態を向上させる接触媒質として利用される。

このように、マシニングセンター１によって切削加工を行う際に供給されるクーラントを、超音波板厚計測装置９によって超音波板厚計測する時において使用する接触媒質として流用しているため、従来から課題とされていた接触媒質の供給の問題が解決され、超音波プローブ２５をマシニングセンター１のような工作機械の主軸２に取り付け可能にして薄板等の工作物Ｗの板厚を精度良く計測することができる。また、計測した板厚データは制御部４８に無線送信され、自動処理することができるので、計測作業やデータ処理が容易である。

また、この超音波板厚計測装置９は、主軸２の内部に形成された補助流体供給通路５１に連通する連通路５７と、この連通路５７から超音波プローブ２５の近傍にクーラントやブローエアを噴射する測定噴射ノズル６０とを備えており、補助流体供給通路５１から供給されたクーラントやブローエア等の補助流体が連通路５７を経て測定噴射ノズル６０から超音波プローブ２５の付近に噴射されるようになっている。

このため、クーラントやブローエア等の補助流体を超音波プローブ２５の近傍に確実に噴射させることができ、超音波プローブ２５や工作物Ｗを確実にクリーニングするとともに、超音波プローブ２５と工作物Ｗとの接触状態を向上させて精度の良い板厚計測を行うことができる。

さらに、超音波プローブ２５は衝撃吸収機構３１に設けられたコイルスプリング３８の付勢力によって超音波板厚計測部１６から工作物Ｗ側に突出する方向（突出位置２５ａ側）に常時付勢されている。このため、超音波プローブ２５が工作物Ｗの表面に過剰な強さで当接した場合には、超音波プローブ２５が超音波板厚計測部１６側（引込位置２５ｂ側）に引っ込むことによって衝撃力や押圧力が吸収される。したがって、超音波プローブ２５や工作物Ｗの表面の損傷を防ぐとともに、常に均一な面圧で超音波プローブ２５を工作物Ｗの表面に押し付けて精度のよい板厚計測を行うことができる。

また、このような超音波板厚計測装置９を備えたマシニングセンター１によれば、他の交換式工具８と同様に超音波板厚計測装置９を主軸２に取り付けて、クーラントを接触媒質として流用しながら工作物Ｗの板厚を精度良く計測することができ、利便性が高い。

［第２実施形態］
図６は、本発明の第２実施形態を示す超音波板厚計測装置の側面図である。
この超音波板厚計測装置９´は、マシニングセンター１´の主軸２´に取り付けられている。主軸２´には、第１実施形態の主軸２に設けられた主軸噴射ノズル５５（図３参照）が設けられていない。また、超音波板厚計測装置９´には、第１実施形態の測定噴射ノズル６０が設けられていない。その代わりに、外部からクーラントを供給するフレキシブルホース６５が設けられている。その他の構成は第１実施形態と同様であるため、各部に同一符号を付して説明を省略する。

主軸２´に図示しない交換式工具（非図示）が取り付けられて工作物Ｗの切削加工が行われる時や、主軸２´に超音波板厚計測装置９´が取り付けられて工作物Ｗの厚さが計測される時には、フレキシブルホース６５からクーラントが供給される。クーラントの作用・効果は第１実施形態と同様であり、工作物Ｗの厚さ計測時にはクーラントが接触媒質（計測補助液）として利用される。
このように、クーラントの供給は、必ずしも主軸２´や超音波板厚計測装置９´に噴射ノズルを設けて行わなくてもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る超音波板厚計測装置９，９´、これを備えたマシニングセンター１，１´、および超音波板厚計測方法によれば、従来では困難であった接触媒質の供給という問題を、切削加工時に供給されるクーラントを利用することによって解消することができる。このため、超音波プローブ２５をマシニングセンター１の主軸２に取り付け可能にし、薄板等の工作物Ｗの板厚を精度良く計測することができる。

なお、本発明は上記実施形態の構成のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。

例えば、上記実施形態では、超音波板厚計測装置９，９´をマシニングセンター１，１´の主軸２，２´に取り付けた例について説明したが、マシニングセンターに限らず、縦・横フライス盤、形削り盤、研削盤、ボール盤、旋盤、ターニングセンター、複合加工機、多軸ロボット等、他の多くの種類の工作機械にも幅広く適用することができる。また、超音波板厚計測装置９，９´が取り付けられる工具取付部は、回転式の主軸に限らず、刃物工具を固定する刃物台や、ドリルチャック等であってもよい。

１ マシニングセンター（工作機械）
２ 主軸（工具取付部）
８ 交換式工具
９ 超音波板厚計測装置
１３ テーパーシャンク（着脱係合部）
１５ 工具部
１６ 超音波板厚計測部
２５ 超音波プローブ
３１ 衝撃吸収機構
４５ 無線通信部
４８ 制御部
５１ 補助流体供給通路
５７ 連通路
６０ 測定噴射ノズル（流体噴射部）
Ｗ 工作物

Claims (7)

1. 複数種類の交換式工具が工具取付部に選択的に取付可能とされた工作機械に備えられて工作物の厚さを超音波計測する超音波板厚計測装置であって、
   該超音波板厚計測装置は、
   前記工具取付部に係合固定される着脱係合部と、
   前記着脱係合部に設けられ、その先端に設けられた超音波プローブを前記工作物の表面に接触させながら超音波を発信し、その反響音波を検知して前記工作物の厚さを計測する超音波板厚計測部と、を具備し、
   前記工作機械が前記交換式工具によって前記工作物を機械加工する際に供給されるクーラントを、厚さ計測時に前記超音波プローブと前記工作物の表面との間における接触状態を向上させる接触媒質として利用することを特徴とする超音波板厚計測装置。
2. 前記超音波板厚計測部は、前記工作物の厚さの計測データを制御部に無線送信することを特徴とする請求項１に記載の超音波板厚計測装置。
3. 前記着脱係合部は、前記交換式工具に設けられるものと同じ形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波板厚計測装置。
4. 前記工具取付部の内部に形成されて前記クーラントやブローエア等の補助流体を供給する補助流体供給通路に連通する連通路と、この連通路から前記超音波プローブの近傍に前記補助流体を噴射する流体噴射部と、をさらに備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の超音波板厚計測装置。
5. 前記超音波プローブは衝撃吸収機構を介して前記超音波板厚計測部から前記工作物側に突出する方向に付勢されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の超音波板厚計測装置。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の超音波板厚計測装置を備えたことを特徴とする工作機械。
7. 複数種類の交換式工具が工具取付部に選択的に取付可能とされた工作機械において、前記工具取付部に超音波板厚計測装置を設置して工作物の厚さを超音波計測する超音波板厚計測方法であって、
   前記工作機械が前記交換式工具によって前記工作物の表面を機械加工する際に供給されるクーラントを、前記超音波板厚計測装置による厚さ計測時に該超音波板厚計測装置の超音波プローブと前記工作物の表面との間における接触状態を向上させる接触媒質として利用することを特徴とする超音波板厚計測方法。

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