JP2022168357A - 工作機械用装置および工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】大型バッテリを搭載する必要のない工作機械用装置を提供する。
【解決手段】工作機械用装置６００は、工作機械の取り付け部に着脱可能かつ回転可能に取り付けられ、(i)取り付け部に対して回転可能に取り付けられる回転部と、(ii)取り付け部から電気を受ける第１受け部５２０を備え、取り付け部に対して固定して取り付けられる固定部５００と、(iii)取り付け部の送り部から送られる電気を受ける第２受け部４４０を備え、回転部の回転とともに回転部の回転方向と同じ方向に回転する機能部４００と、を備える。機能部は、回転部に対して着脱可能である。
【選択図】図３

Description

この発明は、工作機械に着脱可能かつ回転可能な工作機械用装置等に関する。

工作機械には、工具を主軸に取り付けワークを加工する機械、複数の工具をタレットに取り付けワークを回転させて加工する機械、材料をレーザで溶かしながら加工する付加加工の機械、これらを複合的に備えた複合加工機などがある。

近年、加工だけではなく、工作機械にカメラを取り付け、ワークを観察するなど工作機械で実行できる機能が増えている。これらの機能を実現するために、工作機械に着脱可能な工作機械用装置の開発が行われている（特許文献１）。

特許第６６５６７０７号公報

特許文献１では、工作機械に着脱可能な工作機械用装置として工作機械用カメラが開示されている。特許文献１においては、工作機械の工具を取り付ける取り付け部に、電力供給を行う電源がないため、工作機械用カメラ内にバッテリを内蔵している。そのため、工作機械用カメラが大型化しやすい。

また、観察よりも緻密な計測を行うためには、１回の撮像データを大きくする対応や、撮像回数を増やす対応が考えられる。しかし、計測を行うための十分な撮像条件を満たすためには、カメラを長時間駆動する必要があり、そのために大容量のバッテリを搭載する必要がある。このような観点からも工作機械用カメラの小型化は難しい。

さらに、バッテリ方式が適さない理由として、連続的な自動運転を想定すると、有限のバッテリの残量を管理しなければならないことがあげられる。時として使用したいタイミングでバッテリ切れが発生する可能性がある。

そこで、工作機械と工作機械用カメラを有線で接続して電力供給を行うことが考えられる。一方、工作機械用カメラを回転させて、向きを変えて撮像したいという要求もある。有線で接続し、さらにこのような要求も取り入れる場合、内蔵させるケーブルが絡んだり、切れたりしないように工作機械用カメラを回転させることが難しくなる。このように、工作機械に着脱可能な工作機械用装置を工作機械と有線で接続し、さらに回転可能にしようとすると、工作機械用装置の機構や配線などが複雑になりやすく、製造、運用やメンテナンスなどの面での負荷が大きくなる。

そこで、本発明は、請求項に記載の装置等を提供するものである。

本発明によれば、大型バッテリを搭載する必要のない工作機械用装置の提供が可能になる。

工作機械に着脱可能かつ回転可能な工作機械用装置の一例の斜視図である。 主軸と工作機械用装置の取り付け機構および回転機構に関する断面図である。 工作機械用装置内の配線、電気部品および光学部品に関する断面図である。 回転角度０度におけるケーブル収容部と巻付部の断面図である。 回転角度３６０度におけるケーブル収容部と巻付部の断面図である。 主軸および工作機械用装置に含まれる電気回路の構成図である。 交換可能な機能部を示す図である。 工作機械の外観図である。

以下に、図面を参照して実施形態に係る工作機械に着脱可能かつ回転可能な工作機械用装置および工作機械について説明する。以下の説明では、同一の構成について、同一の符号を付して説明する。

≪工作機械≫
本実施形態では、ＮＣ（Numerical Control）プログラムに基づいて加工を行う過程で、ＮＣプログラムに基づいて工具を交換する際に、次に使う工具を工具交換装置（ＡＴＣ（Automatic Train Control））によって、自動的に工作機械の取り付け部（例えば、主軸やタレットなど）に工具を取り付けできる工作機械を用いて説明する。

図８は、工作機械の外観図である。
図示した工作機械の例は、立形マシニングセンタである。工作機械は、ベッド８０２と、ベッド８０２上に設置されるコラム８０４を有する。コラム８０４には主軸頭８０６が取り付けられる。主軸頭８０６は、Ｚ軸方向（上下方向）に移動可能である。主軸頭８０６には主軸１００が取り付けられる。主軸１００は、Ｚ軸を中心として回転可能に主軸頭８０６に取り付けられる。主軸１００の先端に工具（図示せず）が取り付けられる。主軸１００には工作機械用装置６００を取り付けることもできる。

ベッド８０２は、Ｙ方向に移動可能なサドル８１０を搭載する。サドル８１０の上には、Ｘ方向に移動可能なテーブル８１４が設置される。テーブル８１４の上に、加工対象および計測対象となるワークが載せられる。工作機械は、サドル８１０およびテーブル８１４をＸＹ方向に移動させることで、ワークと工作機械用装置６００の相対位置を変化させる。同様にして、工作機械は、主軸頭８０６を上下動させることにより、ワークと主軸１００の距離を変化させる。

本実施形態では、工作機械に着脱可能かつ回転可能な工作機械用装置６００を、工具交換装置によって自動的に工作機械の取り付け部に着脱できる構成となっている。本実施形態の工作機械は、一例であり、上述の構成に限定されるものではない。

≪工作機械用装置６００≫
工作機械に着脱可能かつ回転可能な工作機械用装置６００は、例えば、撮像装置、タッチプローブ、レーザスキャナ、アングルヘッド、アングルヘッド付き工具、電動工具、機能付き工具、超音波発生装置、レーザ発振装置などがあって、それぞれの所定機能を発揮する。撮像装置としては、観察用の撮像装置や計測用の撮像装置などがある。以下では、計測用の撮像装置を「画像プローブ」という。
もちろん、本実施形態における工作機械の取り付け部には、ドリルなどの一般的な工作機械用の工具も取り付け可能である。

工作機械用装置６００は、電力で駆動される装置内モジュールを有する。装置内モジュールとしては、例えば、イメージセンサ（撮像素子）、温度センサや圧電センサなど各種センサ、レーザ発振器やミリ波発振器のような発振器などの電気部品がある。また、装置内モジュールの別の例としては、アクチュエーターやモーターのような機械部品がある。さらに、装置内モジュールの例としては、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＣＰＵ（Central Processing Unit）などの回路でもよい。装置内モジュールは、後述する機能部に含まれる。

工作機械用装置６００を使用する場合に、電力で駆動される装置内モジュールに電力を供給する必要がある。工作機械用装置６００が撮像装置である場合、イメージセンサ（例えば、ＣＭＯＳ（Complementary MOS））とイメージセンサ制御用の電気回路などを含む撮像ユニットを、機能部内の装置内モジュールとして有する。つまり、撮像ユニット内のイメージセンサと電気回路とは、外部から供給される電力に基づいて動作する。外部から供給される電力は、イーサネットの配線で利用されるケーブルを通じてデータと電力とを伝送する技術（ＰｏＥ（Power Over Ethernet）技術）を用いて供給されることが好ましい。撮像ユニットでの撮像は、前述のケーブルから伝送されてきた撮像の動作指示を電気回路であるＣＰＵが受け、ＣＰＵからイメージセンサへ電荷伝送制御信号を送信することで行う。撮像された画像データは、前述のケーブルを介して工作機械用装置６００の外部（例えば、工作機械内のＮＣ装置や工作機械外の別の装置）に送信される。

工作機械に着脱可能かつ回転可能な工作機械用装置６００に上述のＰｏＥ技術を用いることにより、バッテリ内蔵型の工作機械用装置やワイヤレス給電方式の工作機械用装置よりも装置を小型化することが可能になる。工作機械用装置は、大きくなると、工作機械内で干渉が起きる可能性が高くなるため、小型化できるのであれば、小型化することが好ましい。

また、工作機械に着脱可能かつ回転可能な工作機械用装置６００に上述のＰｏＥ技術（有線であるケーブルを介してデータ通信を行う）を用いることにより、無線通信よりも通信が安定する。

（工作機械用装置の参考構成（バッテリ方式、ワイヤレス方式、無線通信方式））
以下で、他の構成との違いについて述べる。
まず、工作機械用装置の内部にバッテリを設けて、バッテリを蓄電しておくことによって電力を供給する方式について述べる。このようなバッテリ内蔵方式であれば、工作機械と工作機械用装置との間に電気的な接点を設ける必要がない。ただし、バッテリを内蔵するために、工作機械用装置自体が大型になる。また、バッテリが切れると動作しないため、工作機械用装置の運転時間に制限がある。バッテリ内蔵方式の場合、小型化と高性能化の両立は難しい。

次に、電磁誘導を利用してワイヤレスで給電を行う方式について述べる。ワイヤレス給電方式であれば、工作機械と工作機械用装置との間に電力供給のための機械接点を設ける必要がない。ただし、工作機械と工作機械用装置との双方にコイルを設ける必要があり、十分な電力を得るためにはコイルの専有体積が大きくなり、工作機械用装置が大きくなる恐れがある。また電力伝送における損失により発熱が生じ、主軸１００や工作機械装置が熱変異する恐れがある。

さらに、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）による無線通信方式について述べる。Ｗｉ－Ｆｉは、無線ＬＡＮの例である。Ｗｉ－Ｆｉでは、工作機械用機械と通信する装置との間で無線での通信路確立までの時間がかかってしまう。また、他のＷｉ－Ｆｉ機器との混信を起こす恐れや障害物による電波への影響もある。更に、電波の混雑などで送受信が待たされることもあり、外部から工作機械用装置を操作する場合の通信のリアルタイム性が低下する。

以上の説明のように、工作機械と工作機械用装置６００とをＰｏＥ技術を用いて接続することにより、工作機械用装置６００の小型化が可能になる。
これらを踏まえ、以下では、工作機械と工作機械用装置６００とをＰｏＥ技術を用いて接続することを想定とする。

［実施形態］
図１は、工作機械に着脱可能かつ回転可能な工作機械用装置６００の一例の斜視図である。
（工作機械用装置６００の概要）
工作機械用装置６００は、工作機械の取り付け部に着脱可能かつ回転可能に取り付けられて、上述のように所定機能を発揮する装置である。この例における工作機械用装置６００は、工作機械に装着されてワークの撮像に使用される画像プローブである。工作機械用装置６００は、後述するように工作機械とコネクタで電気的に接続されるので、有線による給電および通信が可能である。

工作機械用装置６００は、元側にシャンク２０２を有する。シャンク２０２をマシニングセンタの主軸１０６に嵌めることによって、工作機械用装置６００が主軸１００に取り付けられる。本実施形態では、工作機械の例としてマシニングセンタについて説明する。取り付け方法は、刃物工具の場合と同様である。工作機械の工具交換装置が把持部２０４をつかんで、工作機械用装置６００を移動させ、主軸１０６に取り付けることも可能である。

（主軸１００の概要）
主軸１００は、工作機械用装置６００が取り付けられる「工作機械の取り付け部」の例である。工作機械がターニングセンタの場合には、タレットが「工作機械の取り付け部」に相当する。タレットに工作機械用装置６００を取り付けて、ワークを撮像するようにしてもよい。また、複合加工機において、工作機械用装置６００を取り付けるようにしてもよい。いずれの場合も、工作機械用装置６００は、「工作機械の取り付け部」に着脱可能かつ回転可能に取り付けられる。

（機能部４００の概要）
工作機械用装置６００は、先側に機能部４００を備える。機能部４００には、工作機械用装置６００の所定機能を発揮させる動作部が内蔵されている。この例における工作機械用装置６００の場合には、撮像ユニット、レンズや照明機器が内蔵されている。なお、工作機械用装置６００は、図１で示されていない連結部を有するが、連結部については図２に関連して後述する。

主軸１０６が回転軸を中心として０度から３６０度の範囲で回転すると、一緒に把持部２０４と機能部４００が回転する。これにより、機能部４００は、光軸を中心として０度から３６０度の範囲で向きを変えることができる。つまり、０度から３６０度の範囲で向きを変えて撮像できる。なお、主軸１０６の回転軸は、円柱形の主軸１０６における中心線である。機能部４００の光軸は、主軸１０６の回転軸の延長線と一致する。

（固定部５００の概要）
工作機械用装置６００は、固定部５００を備える。固定部５００は、主軸１００（「工作機械の取り付け部」の例）に対して固定して取り付けられる。したがって、主軸１０６が回転したときに、固定部５００は、回転部６０１と一緒には回転しない。固定部５００の円筒部５０２は、回転部６０１が回転できるように支持するハウジングとして機能する。

（係止ブロック１０８の概要）
主軸１００の固定部５００は、円筒部５０２の側面から突き出た延長部５０８を有する。延長部５０８は、主軸１００の前カバー１０２から突き出た係止ブロック１０８に係止される（係わり合わせて止められる）。係止ブロック１０８は、主軸１００において回転しない部材である。係止ブロック１０８を、固定部、非回転部あるいは係止部と言ってもよい。延長部５０８と係止ブロック１０８によって、固定部５００の共回りが阻止される。つまり、固定部５００は、主軸１００（「工作機械の取り付け部」の例）に対して固定して取り付けられる。係止の手段については、図２に関連して説明する。

また、係止ブロック１０８と延長部５０８には、電気的な接点手段が設けられる。この接点手段によって、信号線および電力線が確保される。接点手段については、図２に関連して説明する。なお、この例における通信および電力供給は、ＰｏＥ（Power over Ethernet）の規格に従うものとする。ＰｏＥには、Ｅｔｈｅｒｎｅｔをベースとして、電力の供給を行える仕様が定められている。Ｅｔｈｅｒｎｅｔとは、有線ＬＡＮ（Local Area Network）の標準の一種である。

（回転部位と非回転部位）
回転可能な部位と回転しない部位について整理しておく。主軸１０６の回転に伴って、工作機械用装置６００のシャンク２０２と把持部２０４と機能部４００は、回転する。また、後述する工作機械用装置６００の連結部（図２参照）も回転する。シャンク２０２と把持部２０４と連結部と機能部４００のそれぞれ回転軸は、主軸１０６の回転軸の延長線と一致する。一方、工作機械の前カバー１０２とハウジング１０４と係止ブロック１０８、工作機械用装置６００の固定部５００（円筒部５０２と延長部５０８）は、回転しない。

図２は、主軸１００と工作機械用装置６００の取り付け機構および回転機構に関する断面図である。
主に、取り付け機構および回転機構を示し、電気的な構成および光学的な構成については省略している。工作機械用装置６００内の配線、電気部品および光学部品などについては、図３に関連して後述する。

（主軸１００の構成）
主軸１０６は、ハウジング１０４によって回転可能に支持され、サーボモータの駆動によって回転する。前カバー１０２は、主軸１００の前端部に設けられ、ハウジング１０４を覆っている。主軸１０６の前端は、前カバー１０２の穴から出ている。サーボモータで主軸１０６を所定の回転角度に回転させることによって、機能部４００を所定の回転角度に合わせることができる。

（回転部６０１）
工作機械用装置６００は、シャンク部２００と連結部３００からなる回転部６０１を備える。回転部６０１は、主軸１００（「工作機械の取り付け部」の例）に対して回転可能に取り付けられる。また、回転部６０１には、機能部４００が取り付けられている。したがって、機能部４００は、回転部６０１の回転とともに回転部６０１の回転方向と同じ方向に回転する。

具体的には、シャンク部２００は、主軸１０６に固定されるシャンク２０２と工具交換装置につかまれる把持部２０４を備えている。連結部３００は、工具ホルダ取付ボルト３０２によってシャンク部２００に固定されている。連結部３００は、固定部５００の内側で、回転するように支持されている。

機能部４００は、ボルト４０２によって連結部３００に固定されている。したがって、機能部４００は、回転部６０１に対して着脱可能である。ボルト４０２よる固定方法以外との方法として、メカ機構のはめ込み機構によって機能部４００を着脱できるようにしてもよい。なお、連結部３００は、機能部４００と接する面に第３コネクタ３４０を有し、機能部４００は、第３コネクタ３４０と対峙する位置に第４コネクタ４４０を有する。機能部４００を連結部３００に固定すると、第３コネクタ３４０と第４コネクタ４４０が接合する。第３コネクタ３４０と第４コネクタ４４０は、いずれもＥｔｈｅｒｎｅｔ用のコネクタである。第３コネクタ３４０と第４コネクタ４４０として、スプリングコネクタを用いてもよい。但し、接点パーツは、この例に限定されない。

（固定部５００）
工作機械用装置６００は、円筒部５０２と延長部５０８からなる固定部５００を備える。固定部５００の円筒部５０２は、第１ベアリング５０４と第２ベアリング５０６によって、連結部３００を回転可能に支持する。つまり、円筒部５０２は、機械要素として、回転する連結部３００を収容するハウジングに相当する。

固定部５００の延長部５０８には、円筒形の位置決め部５１０が設けられている。位置決め部５１０は、主軸１００の係止ブロック１０８に形成されている非回転部位１１０にはまり、装着時のガイドの役割を果たすと共に、固定部５００が回転しないように固定する。また、係止ブロック１０８は、延長部５０８と接する面に第１コネクタ１２０を有し、延長部５０８は、第１コネクタ１２０と対峙する位置に第２コネクタ５２０を有し、位置決め部５１０を非回転部位１１０に挿入すると、第１コネクタ１２０と第２コネクタ５２０が接合する。固定部５００が備える第２コネクタ５２０は、「固定部５００が備える第１受け部」の例である。第２コネクタ５２０（「第１受け部」の例）は、主軸１００（「工作機械の取り付け部」の例）から電気を受ける。第１コネクタ１２０と第２コネクタ５２０は、いずれもＥｔｈｅｒｎｅｔ用のコネクタである。第１コネクタ１２０と第２コネクタ５２０として、スプリングコネクタを用いてもよい。但し、接点パーツは、この例に限定されない。詳しくは、図６に関連して後述する。

主軸１０６が回転すると、回転部６０１（シャンク部２００と連結部３００）と機能部４００が一体として回転するが、係止ブロック１０８に係止されている固定部５００は、回転しない。

図３は、工作機械用装置６００内の配線、電気部品および光学部品に関する断面図である。
（配線の概要）
Ｅｔｈｅｒｎｅｔによる通信およびＰｏＥによる給電のための配線として、ＥｔｈｅｒｎｅｔケーブルとＥｔｈｅｒｎｅｔコネクタが使用される。ＥｔｈｅｒｎｅｔケーブルとＥｔｈｅｒｎｅｔコネクタの仕様は、規格として定められている。上述したように、第１コネクタ１２０、第２コネクタ５２０、第３コネクタ３４０および第４コネクタ４４０は、いずれもＥｔｈｅｒｎｅｔ用のコネクタであって、Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブルに接続している。１コネクタ１２０、第２コネクタ５２０、第３コネクタ３４０および第４コネクタ４４０として、スプリングコネクタを用いてもよい。但し、接点パーツは、この例に限定されない。

本実施形態の第２コネクタ５２０は、８本の接点ピンを備えたオスのコネクタである。第１コネクタ１２０は、８個の接点穴を備えたメスのコネクタである。工作機械用装置６００が工具交換装置によって主軸１００に近づけられるとき、第２コネクタ５２０と第１コネクタ１２０は、各接点ピンが各接点穴にはまるように接近する。工作機械用装置６００が主軸１００に装着されると、第２コネクタ５２０と第１コネクタ１２０は連結する。ここでは、８ピンのコネクタの例を示すが、９以上のピン数のコネクタを用いてもよいし、７以下のピン数のコネクタを用いてもよい。Ｅｔｈｅｒｎｅｔ通信及びＰｏＥは、最低限４線で実現可能であるので、４以上のピン数のコネクタを採用することができる。たとえば、４ピンのコネクタを用いてもよい。

工作機械側の第１コネクタ１２０がメスのコネクタであれば、金屑などの異物が引っ掛かりにくいという面がある。ただし、オスとメスの関係が逆でもよい。つまり、第２コネクタ５２０が、８個の接点穴を備えたメスのコネクタであり、第１コネクタ１２０が、８本の接点ピンを備えたオスのコネクタであってもよい。接点ピンと接点穴は、電力端子と通信端子の機能を備える。

第３コネクタ３４０と第４コネクタ４４０は、どちらがオスでどちらがメスでもよい。但し、接点ピンと接点穴の数は、第１コネクタ１２０および第２コネクタ５２０と同様である。また、接点ピンと接点穴は、電力端子と通信端子の機能を備える。

この配線によって、主軸１００側のＰＳＥ（Power sourcing equipment）モジュールと機能部４００側のＰＤ（Powered device）モジュールが電気的に接続することになる。ＰＳＥとは、ＰｏＥにおける給電機器を指す。この例では、主軸１００がＰＳＥである。ＰＳＥモジュールは、ＰＳＥの給電機能および通信機能を実現するための電気回路である。ＰＤとは、ＰｏＥにおける受電機器を指す。この例では、工作機械用装置６００がＰＤである。ＰＤモジュールは、ＰＤの受電機能および通信機能を実現するための電気回路である。ＰＳＥモジュールとＰＤモジュールについては、図６に関連して後述する。

ＰＳＥモジュールとつながるＥｔｈｅｒｎｅｔケーブル１２２は、係止ブロック１０８の内部を通って第１コネクタ１２０に接続している。第１コネクタ１２０と接合する第２コネクタ５２０に接続するＥｔｈｅｒｎｅｔケーブル５２２は、配線路５２４、ケーブル収容部５２６を通って連結部３００の内部へつながる。

（ケーブル収容部５２６）
固定部５００は、ケーブル収容部５２６を備える。ケーブル収容部５２６は、第２コネクタ５２０（「第１受け部」の例）とＰＤモジュールを結ぶ配線の経路中にある。ケーブル収容部５２６は、固定部５００における回転部６０１との境に回転部６０１の回転軸を中心とする環状空間を形成する（図４、図５参照）。ケーブル収容部５２６は、複数周巻かれたＥｔｈｅｒｎｅｔケーブル５２２を収容する。図４に関連して後述するように、Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブル５２２の複数の周回に、余裕も持たせている。つまり、ケーブル収容部５２６では、回転部６０１の回転角に応じて、複数周巻かれたケーブル５２２の形状を変えられるように、隙間が開けられている。

（巻付部３０４）
連結部３００は、掴持部３０６を有する巻付部３０４を備える。ケーブル収容部５２６から連結部３００の内部へつながるＥｔｈｅｒｎｅｔケーブル５２２の途中箇所が、連結部３００の掴持部３０６に掴持される（つかんだ状態で保持される）。掴持部３０６は、ケーブル収容部５２６と一体の環状空間を形成する巻付部３０４内に設けられており、回転部６０１の一部として回転する。これにより、掴持部３０６は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブル５２２の途中箇所を円状に移動させるように働く。掴持部３０６に固定されているＥｔｈｅｒｎｅｔケーブル５２２の先は、巻付部３０４から前方向につながる配線路３２４を通って、連結部３００の端面に設けられた第３コネクタ３４０に接続している。ケーブル収容部５２６、掴持部３０６および巻付部３０４の詳細については、図４及び図５に関連して後述する。

第３コネクタ３４０と接合する第４コネクタ４４０に接続しているＥｔｈｅｒｎｅｔケーブル４４２は、配線路４２４を通って電気回路基板４４４につながる。Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブル４４２に含まれる各伝送線は、電気回路基板４４４内のＰＤモジュールに接続する。したがって、主軸１００の第１コネクタ１２０と工作機械用装置６００の第２コネクタ５２０とが接合すると、ＰＤモジュールとＰＳＥモジュールが電気的に接続される。これにより、ＰＳＥモジュールはＰＤモジュールを検出し、ＰＳＥモジュールとＰＤモジュールにおける初期化動作が行われ、ＰＳＥモジュールとＰＤモジュールの間で電力供給と通信が可能になる。

（光学部品）
機能部４００は、光学部品として、撮像ユニット４４６とレンズ４４８を有する。撮像ユニット４４６は、受光を映像化するイメージセンサ（例えば、ＣＭＯＳ）を備える。レンズ４４８は、たとえばテレセントリックレンズである。機能部４００の先端には、ボルト４５２によってレンズカバー４５０が取り付けられている。機能部４００には、さらに同軸落射照明４５４とリング照明４５６が設けられている。同軸落射照明４５４とリング照明４５６のいずれか一方または両方が撮像の際に発光する。電気回路基板４４４、撮像ユニット４４６、レンズ４４８、同軸落射照明４５４、リング照明４５６は、ＰｏＥで供給される電力によって動作する。このように、機能部４００の一例としては、撮像素子（ＣＭＯＳ）とレンズとを含む撮像部であり、いわゆるカメラである。

図４は、回転角度０度におけるケーブル収容部５２６と巻付部３０４の断面図である。 図４は、主軸１００側から見たケーブル収容部５２６と巻付部３０４の断面を示している。

（ケーブル収容部５２６）
ケーブル収容部５２６は、上述したように、固定部５００における回転部６０１との境に回転部６０１の回転軸を中心とする環状空間を形成する。ケーブル収容部５２６は、複数周（この例では５周）巻かれたＥｔｈｅｒｎｅｔケーブル５２２を収容する。固定部５００に設けられたケーブル収容部５２６の空間は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブル５２２をおよそ１０周程度収容できるだけの幅を有している。つまり、Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブル５２２の複数の周回に、余裕の空間も持たせている。

（巻付部３０４）
連結部３００に設けられた巻付部３０４は、ケーブル収容部５２６の空間と隔ての無い環状の空間を形成している。巻付部３０４の空間には、Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブル５２２を１周収容できる。巻付部３０４に設けられている掴持部３０６は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブル５２２の途中箇所を掴持する。ケーブル収容部５２６は回転しないが、巻付部３０４は回転部６０１の一部として回転する。したがって、回転部６０１と機能部４００が３６０度回転すると、掴持部３０６は円上を一周する。

（Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブル５２２の形状）
固定部５００の配線路５２４側から連結部３００の配線路３２４側への流れに沿って、Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブル５２２の形状について説明する。配線路５２４から入ってきたＥｔｈｅｒｎｅｔケーブル５２２は、空間内の外側から内側に向かってケーブル収容部５２６内を５周めぐる。Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブル５２２は、ケーブル収容部５２６内において余裕を持ってたわむことができる。５周まわって巻付部３０４内に移った箇所が、掴持部３０６で掴持される。その先は、向きを変えて配線路３２４の中を通って、第３コネクタ３４０につながる。

（回転角度０度）
図４に示すように、掴持部３０６が配線路５２４からの入口に最も寄っているときに、回転角度は０度であるものとする。回転角度が０度の場合、ケーブル収容部５２６内のＥｔｈｅｒｎｅｔケーブル５２２が外寄りに位置しており、巻付部３０４内にＥｔｈｅｒｎｅｔケーブル５２２が巻き付けられていない。

（反時計方向の回転）
回転部６０１と機能部４００が主軸１００側から見て反時計方向へ回ると、回転角度が増加するものとする。回転角度が増加すると、掴持部３０６が反時計方向に回り、ケーブル収容部５２６内のＥｔｈｅｒｎｅｔケーブル５２２を内側へ引っ張る。そして、引っ張られたＥｔｈｅｒｎｅｔケーブル５２２が巻付部３０４に巻き付けられる。その分、ケーブル収容部５２６内のＥｔｈｅｒｎｅｔケーブル５２２が短くなるので、全体として内側に引き寄せられる。

（回転角度１８０度）
図示していないが、回転角度が１８０度になると、掴持部３０６は、０度の場合と反対の右側まで移動する。したがって、掴持部３０６に半周だけＥｔｈｅｒｎｅｔケーブル５２２が巻き付く。このとき、図３に示した第３コネクタ３４０、第４コネクタ４４０、配線路４２４、Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブル４４２および電気回路基板４４４は、図３の右側に移る。

（回転角度３６０度）
図５は、回転角度３６０度におけるケーブル収容部５２６と巻付部３０４の断面図である。
回転角度が３６０度になると、第３コネクタ３４０、第４コネクタ４４０、配線路４２４、Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブル４４２および電気回路基板４４４は、図３と同様に元の左側に戻る。このとき、巻付部３０４には、Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブル５２２が１周巻き付けられている。また、ケーブル収容部５２６内のＥｔｈｅｒｎｅｔケーブル５２２は、内側に寄る。Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブル５２２はゆとりを持って巻かれているので、回転部６０１が回転しても、Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブル５２２のいずれの部位にも過度な張力は生じない。

（時計方向の回転）
回転部６０１と機能部４００を主軸１００側から見て時計方向に回転させて、回転角度が減少する場合には、掴持部３０６が時計方向に回り、Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブル５２２をケーブル収容部５２６内へ押し込む。そのため、巻付部３０４に巻き付く部分は短くなり、その分ケーブル収容部５２６に収容される部分が長くなる。その結果、ケーブル収容部５２６の中のＥｔｈｅｒｎｅｔケーブル５２２は、元のように外側へ寄る。このように、回転部６０１と機能部４００を（主軸１００側から見て）時計方向に回転させるときにも、Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブル５２２に過度な負荷はかからない。

（ケーブル収容部５２６の働き）
ケーブル収容部５２６は、図４に示したように、複数周巻かれたケーブル５２２に隙間を開けているので、図５に示したように、回転部６０１の回転角に応じて複数周巻かれたケーブル５２２の形状を変えられる。したがって、Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブル５２２に無理な力を加えることなく、回転部６０１と機能部４００を０度から３６０度の範囲で回転させることが可能となる。なお、回転部６０１と機能部４００が回転しても、配線路５２４内のＥｔｈｅｒｎｅｔケーブル５２２と配線路３２４内のＥｔｈｅｒｎｅｔケーブル５２２と配線路４２４内のＥｔｈｅｒｎｅｔケーブル４２２は、形を変えない。回転に伴って形状が変わるのは、Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブル５２２のうちケーブル収容部５２６と巻付部３０４に含まれる部分だけである。

図６は、主軸１００および工作機械用装置６００に含まれる電気回路の構成図である。
（配線（伝送路））
上述の通り、主軸１００がＰＳＥであり、ＰＳＥモジュール７６０を有する。ＰＳＥモジュール７６０は、ＰＳＥの給電機能および通信機能を実現するための電気回路である。また、工作機械用装置６００がＰＤであり、ＰＤモジュール４６０を有する。ＰＤモジュール４６０は、ＰＤの受電機能および通信機能を実現するための電気回路である。ＰＳＥモジュール７６０とＰＤモジュール４６０は、上述の配線（Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブル１２２、第１コネクタ１２０、第２コネクタ５２０、Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブル５２２、第３コネクタ３４０、第４コネクタ４４０およびＥｔｈｅｒｎｅｔケーブル４４２）によって接続する。この配線を通じて、ＰＳＥモジュール７６０とＰＤモジュール４６０の間の双方向の通信と、ＰＳＥモジュール７６０からＰＤモジュール４６０への電力供給が行われる。各Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブルの伝送線数および各コネクタのピン数は、同一である。伝送線数およびピン数は、たとえば８本である。ただし、９本以上でもよいし、７本以下でもよい。Ｅｔｈｅｒｎｅｔ通信及びＰｏＥの規格によれば、４本以上であればよい。なお、図６では、便宜的に太線で示した電力線と細線で示した通信線の２本のみを描いているが、実装としてはそれ以上の数の伝送線を有している。

（ＰＳＥモジュール７６０）
ＰＳＥモジュール７６０は、通信回路７６２と給電回路７６４を備える。通信回路７６２は、主にＥｔｈｅｒｎｅｔ通信の規格に従って通信の制御を行う。給電回路７６４は、主にＰｏＥの規格に従って給電の制御を行う。

（ＰＤモジュール４６０）
ＰＤモジュール４６０は、通信回路４６２と受電回路４６４を備える。通信回路４６２は、主にＥｔｈｅｒｎｅｔ通信の規格に従って通信の制御を行う。受電回路４６４は、主にＰｏＥの規格に従って受電の制御を行う。ＰＤモジュール４６０は、機能部４００に設けられている。

（電力の流れ）
工作機械用装置６００が主軸１００に取り付けられると、主軸１００のＰＳＥモジュール７６０が工作機械用装置６００のＰＤモジュール４６０を検出し、ＰＳＥモジュール７６０とＰＤモジュール４６０において所定の初期化動作が行われる。その後、ＰＳＥモジュール７６０からＰＤモジュール４６０への電力供給が開始される。ＰＳＥモジュール７６０の給電回路７６４は、外部の電源などから電力を得て、ＰｏＥの規格に従った直流電力を上記の配線（伝送路）を通じて出力する。ＰＤモジュール４６０は、上記の配線を通じて、上記の直流電力を入力する。電源回路４８０は、受電回路４６４から直流電力を受けて、メイン回路４７０と撮像ユニット４４６とレンズ４４８と同軸落射照明４５４とリング照明４５６へそれぞれに適合した直流電力を分配する。つまり、電源回路４８０は、機能部４００内に含まれる各装置内モジュールにおいて必要な電力を供給する。メイン回路４７０は、ＣＰＵ４７２とメモリ４７４を備え、機能部４００の機能（たとえば、リモートコントロールに応じたワークの撮影）を実現するための制御処理を行う。なお、レギュレータや変圧器（トランス）などについては、省略する。

（通信の流れ）
工作機械用装置６００は、工作機械側から撮像指示の信号を受けて、それに応じて撮像した画像データを工作機械側へ送る。具体的には、ＰＳＥモジュール７６０の通信回路７６２が、上記の配線（伝送路）を用いて撮像指示の信号をＰＤモジュール４６０へ送信する。ＰＤモジュール４６０の通信回路４６２が撮像指示の信号を受信すると、撮像指示の信号をメイン回路４７０のＣＰＵ４７２へ渡す。メイン回路４７０は、工作機械側からの撮影指示に応じて、撮像ユニット４４６、レンズ４４８、同軸落射照明４５４およびリング照明４５６を制御して撮像動作を行い、撮像ユニット４４６から画像データを得る。メイン回路４７０の動作は、メモリ４７４に記憶されているプログラムをＣＰＵ４７２が逐次実行することによって実現される。メイン回路４７０は、画像データをＰＤモジュール４６０から工作機械側へ送信させる。このとき、ＰＤモジュール４６０通信回路の４６２は、上記の配線を用いて画像データをＰＳＥモジュール７６０へ送信する。ＰＳＥモジュール７６０の通信回路７６２は、画像データを受信して、工作機械側で画像データを取得する。このように、撮像指示は、電気信号として配線を介して、主軸１００から固定部５００を経由して機能部４００に伝達される。本実施形態の配線として好ましい形態は、ＬＡＮケーブルであり固定部５００にその一部が配置されている。

上述したＰＳＥモジュール７６０は、「第２受け部へ電気を送る送り部」の例である。ここでいう「電気」は、電力あるいは信号を指す。「第２受け部へ電気を送る送り部」は、電力および信号をおくってもよいし、電力のみあるいは信号のみを送ってもよい。第２コネクタ５２０は、「取り付け部（例えば主軸１００）から電気を受ける第１受け部」の例である。第４コネクタ４４０は、「取り付け部（例えば主軸１００）の送り部（例えばＰＳＥモジュール７６０）から送られる電気を受ける第２受け部」の例である。通信する場合に通信回路４６２は「電気回路」の例であり、電力を受ける場合に受電回路４６４は「電気回路」の例である。

図７は、交換可能な機能部４００を示す図である。
Ｌ１の長さのレンズ４４８を備える撮像装置である機能部４００ａは、ボルト４０２（図２参照）を外すことによって回転部６０１から分離可能である。また、Ｌ１よりも長いＬ２のレンズ４４８を備える撮像装置である機能部４００ｂと交換可能である。交換される機能部４００ｂは、ボルト４０２で回転部６０１に固定することができる。あるいは、メカ機構のはめ込み機構によって機能部４００ｂを回転部６０１に固定してもよい。このように、異なる機能部４００と交換ができる。

本実施形態によれば、有線による電力供給路を設けたので、大型バッテリを搭載する必要のない工作機械用装置を提供できる。

［変形例］
実施形態では、機能部４００の例として、たとえばＣＭＯＳなどのイメージセンサ（撮像素子）、レンズおよび照明装置などを有する撮像部を示したが、機能部４００は、この例に限定されない。機能部４００である撮像部は、計測用の撮像部（計測用プローブ）でもよいし、観察用の撮像部でもよい。また、機能部４００は、レーザスキャナ部、レーザ発生部、アングルヘッドなどでもよい。さらに、機能部４００は、工具でもよい。

Ｅｔｈｅｒｎｅｔ以外の方式によって有線通信を行ってもよい。ＰｏＥ以外の方式によって有線の電力供給を行ってもよい。また、電力手段としてワイヤレス給電やバッテリを用いて、通信のみを有線で行ってもよい。あるいは、通信手段としてＷｉ－Ｆｉなどの無線媒体を用いて、電力供給のみを有線で行ってもよい。

工作機械用装置６００が工作機械と有線で接続されるので、外部からの給電（たとえば、１０Ｗ以上）と、外部と安定的な高速通信（１００Ｍｂｐｓ～）が可能である。これにより、通信が途切れず、また遅延が生じることなく、工作機械用装置６００を使用できる。

特に、計測用の画像プローブの場合、観察用の画像プローブに比べて大きいレンズを使うことになり、画像プローブが大型化するが、有線接続によってバッテリを省くようにすれば、画像プローブの小型化に貢献できる。画像プローブが大きいと画像プローブとワークとの距離が短くなり、撮像範囲を狭めるという問題が生じるが、そのような不具合を阻止できる意義は大きい。

機能部４００としてカメラ（撮像部）を使用する場合、主軸１００とカメラ光軸の位置ずれを補正するために、カメラのキャリブレーション（カメラ校正）を行う必要がある。一般的に、所定パターンが印刷されたキャリブレーションプレートが使用される。このキャリブレーションプレートとカメラの相対的な位置関係を求めることによって、主軸１００とカメラ光軸の位置ずれを補正する。

具体的には、工作機械の加工室（主軸１００とワークを含む空間）内の任意の位置にキャリブレーションプレートを設定しておく。但し、キャリブレーションプレートの位置と向きは特定されているものとする。そして、カメラで、このように設定されているキャリブレーションプレートを撮像する。その結果得られる撮像画像に映りこんでいるキャリブレーションプレートの所定パターンを抽出し、抽出された所定パターンを映像解析して、所定パターンの形状の変形具合などに基づいて、カメラのアングル、つまりカメラ光軸の方向を特定する。このときの主軸１００の位置がわかっているので、主軸１００とカメラとの相対的な位置関係を割り出すことができる。そして、実際にカメラを測定に用いるときに、そのときの主軸１００との位置に基づいて、カメラの位置やカメラ光軸の方向を特定して、その時々のカメラの姿勢を考慮した上での測定値の補正が可能になる。

このようなキャリブレーションの動作において、従来のように主軸１００をキャリブレーションプレートの位置まで移動させるのではなく、ツールプリセッタアームのようにキャリブレーションプレートをカメラの近くの所定位置まで運び出す移動機構を設けるようにしてもよい。たとえば、回転自在な軸にアームを固定し、アームの先に所定の姿勢でキャリブレーションプレートを保持させる。そして、軸を回転させることによって、キャリブレーションプレートをカメラの近くの所定の位置に移動させ、所定の方向を向くように静止させる。したがって、カメラを移動させる必要がない。カメラの位置と向きはわかっているので、所定の方向を向いて所定の位置にて静止しているキャリブレーションプレートを撮像し、その撮像画像に映りこんでいる所定パターンの映像解析を行うことによって、カメラ光軸の方向の特定が可能である。

このようにすれば、移動機構の動作だけで済み、主軸１００の移動に要する時間を省けるので、カメラのキャリブレーションの所要時間を短縮できる。

以上のように、本出願において開示する技術の例示として、上記実施形態および上記変形例を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施形態にも適用可能である。

本開示の工作機械、工作機械用装置６００やその他の装置は、機械要素の他、ハードウェア資源、例えば、プロセッサ、メモリ、及びプログラムとの協働などによって、実現される。

実施形態では、回転部６０１に対して機能部４００を着脱可能としたので、１つの回転部６０１に対して複数の機能部４００を取り換えて使用することができる。たとえば、ある工作機械Ａに適合した回転部６０１Ａに対して、機能部４００Ｘを取り付けたり、機能部４００Ｙを取り付けたりすることができる。したがって、通常は、頻繁に使う機能部４００Ｘを回転部６０１Ａに取り付けて使用し、稀にしか使わない機能部４００Ｙを使う場合には、機能部４００Ｘから機能部４００Ｙへ取り換えて使用する運用形態などが考えられる。１つの回転部６０１Ａを使いまわせるので、機能の種類毎に工作機械用装置６００（工作機械Ａ用の機能Ｘの装置、工作機械Ａ用の機能Ｙの装置）を揃えるよりもユーザの費用負担が少ない。

１つの機能部４００を２つの工作機械で共用することもできる。たとえば、機能部４００Ｘを工作機械Ａと工作機械Ｂで共用するケースでは、機能部４００Ｘの他に、工作機械Ａに適合した回転部６０１Ａと工作機械Ｂに適合した回転部６０１Ｂを用意しておく。工作機械Ａで機能部４００Ｘを使用する場合には、機能部４００Ｘを回転部６０１Ａに取り付ける。反対に、工作機械Ｂで機能部４００Ｘを使用する場合には、機能部４００Ｘを回転部６０１Ｂに取り付ける。１つの機能部４００Ｘを使いまわせるので、工作機械毎に工作機械用装置６００（工作機械Ａ用の機能Ｘの装置、工作機械Ｂ用の機能Ｘの装置）を揃えるよりもユーザの費用負担が少ない。

また、メンテナンス性も向上する。たとえば回転部６０１の耐久性が高く、機能部４００の耐久性が低い場合、１つの回転部６０１に対して２つの機能部４００を用意しておく。そして、機能部４００の点検時期に、他方の機能部４００に取り換えるようにすれば、工作機械用装置６００を使い続けることができる。また、工作機械用装置６００を２つ用意するよりも、安価に対応できる。

また、部品を共通化できるので、製造現場における負担も減る。たとえば、工作機械Ａに適合した回転部６０１Ａと工作機械Ｂに適合した回転部６０１Ｂを在庫として確保し、さらに機能部４００Ｘと機能部４００Ｙも在庫として確保しておく。そして、工作機械Ａ用の機能Ｘの装置を受注したときには、回転部６０１Ａに機能部４００Ｘを取り付けて出荷する。また、工作機械Ｂ用の機能Ｙの装置を受注したときには、回転部６０１Ｂに機能部４００Ｙを取り付けて出荷する。他にも、工作機械Ａ用の機能Ｙの装置や工作機械Ｂ用の機能Ｘの装置にも対応できる。このようにすれば、たとえば多品種少量生産にも柔軟に対応することができる。

交換する機能部４００の組み合わせは任意である。異なる機能部４００と交換するだけでなく、メンテナンスの例のように同じ機能部４００で交換してもよい。異なる機能部４００と交換する例としては、計測用の撮像部と観測用の撮像部を交換してもよい。ある計測用の撮像部を、異なる型の計測用の撮像部と交換してもよい。ある観測用の撮像部を、異なる型の観測用の撮像部と交換してもよい。撮像部を、撮像部以外の機能部４００と交換してもよい。撮像部以外の機能部４００同士で交換してもよい。

また、実施形態では、回転部６０１の回転角に応じてＥｔｈｅｒｎｅｔケーブルの形状を変えられるように隙間を開けて複数周巻かれたＥｔｈｅｒｎｅｔケーブルを収容するケーブル収容部を設けたので、Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブルにダメージを与えることなく機能部４００を回転させることができる。

１００ 主軸、１０２ 前カバー、１０４ ハウジング、１０６ 主軸、１０８ 取り付け部、１１０ 非回転部位、１２０ 第１コネクタ、１２２ Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブル、２００ シャンク部、２０２ シャンク、２０４ 把持部、３００ 連結部、３０２ 工具ホルダ取付ボルト、３０４ 巻付部、３０６ 掴持部、３２４ 配線路、３４０ 第３コネクタ、４００ 機能部、４０２ ボルト、４２４ 配線路、４４０ 第４コネクタ、４４２ Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブル、４４４ 電気回路基板、４４６ 撮像ユニット、４４８ レンズ、４５０ レンズカバー、４５２ ボルト、４５４ 同軸落射照明、４５６ リング照明、４６０ ＰＤモジュール、４６２ 通信回路、４６４ 受電回路、４７０ メイン回路、４７２ ＣＰＵ、４７４ メモリ、４８０ 電源回路、５００ 固定部、５０２ 円筒部、５０４ 第１ベアリング、５０６ 第２ベアリング、５０８ 延長部、５１０ 位置決め部、５２０ 第２コネクタ、５２２ Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブル、５２４ 配線路、５２６ ケーブル収容部、６００ 工作機械用装置、６０１ 回転部、７６０ ＰＳＥモジュール、７６２ 通信回路、７６４ 給電回路

Claims (3)

1. 工作機械の取り付け部に着脱可能かつ回転可能に取り付けられる工作機械用装置であって、
   前記取り付け部に対して回転可能に取り付けられる回転部と、
   前記取り付け部から電気を受ける第１受け部を備え、前記取り付け部に対して固定して取り付けられる固定部と、
   前記取り付け部の送り部から送られる前記電気を受ける第２受け部を備え、前記回転部の回転とともに前記回転部の回転方向と同じ方向に回転する機能部と、を備え、
   前記機能部は、前記回転部に対して着脱可能である、工作機械用装置。
2. 前記固定部は、前記第１受け部と前記第２受け部を結ぶ配線の経路中に、前記回転部との境に前記回転部の回転軸を中心とする環状空間を形成し、前記回転部の回転角に応じて形状を変えられるように隙間を開けて複数周巻かれたケーブルを収容するケーブル収容部を、備えることを特徴とする請求項１に記載の工作機械用装置。
3. 工作機械用装置を着脱可能かつ回転可能に取り付ける取り付け部を備える工作機械であって、
   前記取り付け部は、前記工作機械用装置の回転部を回転可能に取り付け、前記取り付け部から電気を受ける第１受け部を備える前記工作機械用装置の固定部を固定して取り付け、
   前記取り付け部は、前記回転部の回転とともに前記回転部の回転方向と同じ方向に回転し、前記回転部に対して着脱可能である前記工作機械用装置の機能部に備えられた第２受け部に前記電気を送る送り部を備えることを特徴とする工作機械。
   

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