JP5437891B2 - 工作機械における被加工物計測装置およびその方法 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械の加工領域内で被加工物に対して相対的に移動する移動体に取付けられた有線式または無線式の計測ヘッドにより被加工物を計測する工作機械における被加工物計測装置およびその方法に関する。

マシニングセンタなど工作機械では、加工後の被加工物を工作機械から取り外さずに工作機械に設置したまま、被加工物の表面の形状を計測する技術は、すでに提案されている。たとえば、特許文献１（特表２００７−５１８５７９号公報）には、工作機械用被加工物検査システムが記載されている。
この検査システムでは、工作機械の主軸にプローブ（本発明の計測ヘッドに相当）が装着される。このプローブの針が被加工物に接触したときの計測データを出力し、ＮＣ装置もプローブの位置のデータを取得する。そして、計測データと位置データとを組み合わせて、被加工物を検査する。

特表２００７−５１８５７９号公報

特許文献１に記載の検査システムでは、プログラマブルコントローラが、ＮＣ装置からプローブの位置データを受け入れて、演算するようになっている。したがって、被加工物を検査するためには、ＮＣ装置やプログラマブルコントローラに対して、新たな機能を付加するなどの改造や変更をする必要があった。
また、検査システムは、ＮＣ装置やプログラマブルコントローラの制約事項に規制されるので、全ての工作機械に検査システムを適用できるとは限らなかった。
ＮＣ装置からプローブの位置データを取得する動作は、ＮＣ装置の本来の役割である工作機械に対する動作制御の合間に行われる。その結果、正確なタイミングでプローブの位置データを取得するのは難しく、また、位置データの取得の時間間隔を短くして高速で大量の計測データをプローブから取得することもできない。したがって、短時間で被加工物の広い範囲を計測することが難しかった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、ＮＣ装置やプログラマブルコントローラに対して新たな機能を付加するなどの改造や変更をする必要がなく、また、ＮＣ装置やプログラマブルコントローラの制約事項に規制されずに、どのような構成のＮＣ装置やプログラマブルコントローラを有する工作機械であっても本発明を適用することができる工作機械における被加工物計測装置およびその方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明の他の目的は、計測ヘッドの位置データをＮＣ装置から取得する際の時間の制限を受けず、計測ヘッドを高速で走査させて、短時間で被加工物の２次元形状または３次元形状の計測を行なって、計測後の加工動作に速やかに移行できるようにすることである。

上述の目的を達成するため、本発明にかかる工作機械における被加工物計測装置は、ＮＣ装置により制御される工作機械の加工領域内で、被加工物と相対的に移動する前記工作機械の移動体に取付けられた計測ヘッドによって、前記被加工物の位置および形状を検出する被加工物計測装置において、前記計測ヘッドは、前記被加工物との距離を計測して距離データを出力することが可能な変位センサーであり、前記計測ヘッドが取付けられている前記移動体の１軸以上の移動軸の位置データを取得するインターフェース（外部モジュール）を前記ＮＣ装置の外に設け、前記計測ヘッドによる距離計測と同じ時間間隔で、前記移動体に取付けられている前記計測ヘッドの位置データを取得することが可能なように構成され、得られた前記距離計測データと前記計測ヘッドの前記位置データから、前記被加工物の位置を計算により求め、前記計測ヘッドを移動させながら連続計測を行うことにより、前記被加工物の連続形状を計測可能とした。
被加工物計測装置は、前記移動体の前記各軸方向の位置検出装置から出力される前記移動軸の前記位置データと、前記計測ヘッドにより計測された前記距離データを、同時刻毎に関連づけて記憶するメモリーを有するのが好ましい。
前記計測ヘッドが取付けられた前記移動軸の前記位置データは、前記ＮＣ装置が使用しているモータエンコーダー信号を分岐したデータ、または、専用に別途追加された位置検出装置から出力されるデータであるのが好ましい。
本発明にかかる工作機械における被加工物計測方法は、ＮＣ装置により制御される工作機械の加工領域内で、被加工物と相対的に移動する前記工作機械の移動体に取付けられた計測ヘッドによって、前記被加工物の位置および形状を検出する方法であって、この方法に使用される被加工物計測装置において、前記計測ヘッドは、前記被加工物との距離を計測して距離データを出力することが可能な変位センサーであり、前記計測ヘッドが取付けられている前記移動体の１軸以上の移動軸の位置データを取得するインターフェース（外部モジュール）を前記ＮＣ装置の外に設け、前記計測ヘッドによる距離計測と同じ時間間隔で、前記移動体に取付けられている前記計測ヘッドの位置データを取得することが可能なように構成され、得られた前記距離計測データと前記計測ヘッドの前記位置データから、前記被加工物の位置を計算により求め、前記計測ヘッドを移動させながら連続計測を行うことにより、前記被加工物の連続形状を計測可能としている。
より具体的な被加工物計測装置は、ＮＣ装置により制御される工作機械の加工領域内で被加工物に対して相対的に移動する移動体に取付けられて、前記被加工物を計測する有線式または無線式の計測ヘッドと、被加工物計測装置を制御する制御装置と、前記被加工物上の被計測点に対する前記計測ヘッドの、第１の軸方向とこの計測ヘッドが走査する第２の軸方向とを含む少なくとも２軸方向の位置のデータが、前記各軸方向の位置検出装置からフィードバックまたは出力されるとき、フィードバック信号または出力信号を一定の時間間隔毎に取得するために、前記ＮＣ装置とは別途に設けられた外部モジュールとを備え、前記外部モジュールが、前記位置検出装置からフィードバックまたは出力される前記フィードバック信号または前記出力信号から、前記計測ヘッドの前記位置データを取得し、前記計測ヘッドが前記被加工物を計測し、前記外部モジュールにより取得された前記計測ヘッドの前記位置データを、前記制御装置に出力して格納し、前記計測ヘッドで計測された、前記被加工物に対する距離のデータを、前記制御装置に出力して格納し、この制御装置は、前記位置データと前記距離データとに基づいて演算を行うことにより、前記被加工物の２次元形状データまたは３次元形状データを得るようにしている。
好ましくは、前記各軸方向の前記位置検出装置は、前記位置データの前記フィードバック信号または前記出力信号を、前記外部モジュールの位置データ一時記憶部に出力し、この位置データ一時記憶部に一時的に記憶された前記位置データは、前記制御装置に出力されて格納され、前記計測ヘッドで計測された前記距離データは、前記外部モジュールの距離データ一時記憶部に出力されて一時的に記憶された後、前記制御装置に出力されて格納される。
また、前記計測ヘッドの前記位置データは、前記位置検出装置から前記ＮＣ装置にフィードバックされ、前記外部モジュールは、前記ＮＣ装置にフィードバックされる前記フィードバック信号を分岐して取得するのが好ましい。
この被加工物計測装置は、前記外部モジュールに設けられタイミングパルスを前記計測ヘッドおよび前記位置検出装置の一方または両方に出力するパルス出力部を、さらに備えているのが好ましい。
より具体的な被加工物計測方法は、被加工物計測装置により被加工物を計測する方法であって、この計測方法に使用される前記被加工物計測装置は、ＮＣ装置により制御される工作機械の加工領域内で被加工物に対して相対的に移動する移動体に取付けられて、前記被加工物を計測する有線式または無線式の計測ヘッドと、前記被加工物計測装置を制御する制御装置と、前記被加工物上の被計測点に対する前記計測ヘッドの、第１の軸方向とこの計測ヘッドが走査する第２の軸方向とを含む少なくとも２軸方向の位置のデータが、前記各軸方向の位置検出装置からフィードバックまたは出力されるとき、フィードバック信号または出力信号を一定の時間間隔毎に取得するために、前記ＮＣ装置とは別途に設けられた外部モジュールとを備え、前記被加工物計測装置による前記被加工物計測方法は、前記外部モジュールが、前記位置検出装置からフィードバックまたは出力される前記フィードバック信号または前記出力信号から、前記計測ヘッドの前記位置データを取得し、前記計測ヘッドが前記被加工物を計測し、前記外部モジュールにより取得された前記計測ヘッドの前記位置データを、前記制御装置に出力して格納し、前記計測ヘッドで計測された、前記被加工物に対する距離のデータを、前記制御装置に出力して格納し、この制御装置は、前記位置データと前記距離データとに基づいて演算を行うことにより、前記被加工物の２次元形状データまたは３次元形状データを得る。

本発明にかかる工作機械における被加工物計測装置およびその方法は、上述のように構成したので、ＮＣ装置やプログラマブルコントローラに対して新たな機能を付加するなどの改造や変更をする必要がなく、また、ＮＣ装置やプログラマブルコントローラの制約事項に規制されずに独自に被加工物計測装置を設計，製造して、どのような構成のＮＣ装置やプログラマブルコントローラを有する工作機械であっても本発明を適用することができる。
さらに、計測ヘッドの位置データをＮＣ装置から取得する際の時間の制限を受けず、計測ヘッドを高速で走査させて、短時間で被加工物の２次元形状または３次元形状の計測を行なって、計測後の加工動作に速やかに移行することができる。

図１ないし図４は本発明の第１実施例を説明するための図で、図１は、有線式の計測ヘッドを有する被加工物計測装置が設けられた工作機械の斜視図である。 図１に示す被加工物計測装置の概略構成図である。 被加工物の計測状態を示す説明図である 制御装置に入力したデータと算出結果とを示す表である。 第２実施例にかかる無線式の計測ヘッドを有する被加工物計測装置の概略構成図である。

本発明にかかる被加工物計測装置においては、ＮＣ装置の外に設けられた外部モジュールが、位置検出装置から計測ヘッドの位置データを取得し、同時に、有線式または無線式の計測ヘッドが、被加工物と計測ヘッドの距離を計測する。
そして、外部モジュールにより取得された計測ヘッドの位置のデータは、制御装置に出力され、計測ヘッドで計測された被加工物との距離データも、制御装置に出力されて記憶される。制御装置は、位置データと距離データとに基づいて演算を行うことにより、被加工物の２次元形状データまたは３次元形状データを得る。
その結果、ＮＣ装置やプログラマブルコントローラに対して新たな機能を付加するなどの改造や変更をする必要がなく、また、ＮＣ装置やプログラマブルコントローラの制約事項に規制されずに独自に被加工物計測装置を設計，製造して、どのような構成のＮＣ装置やプログラマブルコントローラを有する工作機械であっても本発明を適用することができ、さらに、計測ヘッドの位置データをＮＣ装置から取得する際の時間の制限を受けず、計測ヘッドを高速で走査させて、短時間で被加工物の２次元形状または３次元形状の計測を行なって、計測後の加工動作に速やかに移行するという目的が実現される。

下記の実施例では、工作機械が立形マシニングセンタの場合を示している。なお、工作機械は、横形マシニングセンタ，複合加工機，旋盤，旋削盤，研削盤，レーザ加工機の他に、揺動可能な工具用主軸を有する複合加工機であってもよい。

（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例を図１ないし図４を参照して説明する。
図１は、有線式の計測ヘッドを有する被加工物計測装置が設けられた工作機械の斜視図、図２は、図１に示す被加工物計測装置の概略構成図、図３は被加工物計測状態を示す説明図、図４は、制御装置に入力したデータと算出結果とを示す表である。

図１，図２に示すように、本実施例では、工作機械１として立形マシニングセンタを示している。工作機械１は、床面上に据え付けられたベッド２と、ベッド２上に設置されたコラム３と、主軸４を有する主軸頭５と、テーブル６を有するサドル７とを備えている。工作機械１は、ＮＣ装置（数値制御装置）１３により制御されている。
主軸頭５は、コラム３の前面に支持されて、上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能になっている。主軸４の先端には、工具１８が着脱可能に装着される。主軸４は、その中心軸線がＺ軸と平行で且つ中心軸線まわりに回転可能に、主軸頭５に支持されている。

サドル７は、ベッド２上に配置されて前後の水平方向（Ｙ軸方向）に移動可能である。サドル７上にはテーブル６が配置されている。テーブル６は、左右の水平方向（Ｘ軸方向）に移動可能である。テーブル６上には被加工物９が載置されている。互いに直交する移動軸（Ｘ軸，Ｙ軸およびＺ軸）により、直交３軸が構成されている。
コラム３に支持されている主軸頭５は、Ｚ軸送り機構１０に駆動されてＺ軸方向に移動する。ベッド２上に配置されているサドル７は、Ｙ軸送り機構１１に駆動されてＹ軸方向に移動する。サドル７上に載置されて被加工物９を支持するテーブル６は、Ｘ軸送り機構１２に駆動されてＸ軸方向に移動する。
このように、主軸頭５，主軸４，サドル７，テーブル６などは、送り機構１０，１１，１２に駆動されて各軸方向に移動可能な移動体である。

ＮＣ装置１３は、Ｘ軸送り機構１２，Ｙ軸送り機構１１およびＺ軸送り機構１０をそれぞれ制御する。また、ＮＣ装置１３は、主軸４に対して工具１８を自動的に交換するＡＴＣ（自動工具交換装置）１４を制御する。
したがって、工作機械１は、主軸４と被加工物９を、相対的にＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の直交３軸方向に直線移動させる３軸制御を行うマシニングセンタである。なお、主軸頭５と被加工物９を、相対的にＸ軸，Ｙ軸方向にそれぞれ移動させる場合であってもよい。

工作機械１は、Ｘ軸用スケール４３，Ｙ軸用スケール４４，Ｚ軸用スケール４５を含む位置検出装置３０を有している。
Ｘ軸用スケール４３は、移動体のＸ軸方向の現在位置を検出して、フィードバック信号ＫxをＮＣ装置１３に出力する。Ｙ軸用スケール４４は、移動体のＹ軸方向の現在位置を検出して、フィードバック信号ＫyをＮＣ装置１３に出力する。Ｚ軸用スケール４５は、移動体のＺ軸方向の現在位置を検出して、フィードバック信号ＫzをＮＣ装置１３に出力する。
ＮＣ装置１３は、位置検出装置３０から出力されたフィードバック信号Ｋx，Ｋy，Ｋzに基づいて、Ｘ軸送り機構１２，Ｙ軸送り機構１１およびＺ軸送り機構１０をそれぞれ制御して、移動体の直交３軸方向の現在位置が正しい位置になるように調整している。

図１ないし図３に示すように、被加工物計測装置２０は、有線式の計測ヘッド８と、被加工物計測装置２０を制御する制御装置（たとえば、パーソナルコンピュータ、マイクロコンピュータ）２３と、ＮＣ装置１３の外部に別途独立して設けられた外部モジュール２９とを備えている。

計測ヘッド８は、ＮＣ装置１３により制御される工作機械１の加工領域内で、被加工物９に対して相対的に移動する移動体（ここでは、主軸頭５）に取付けられて、被加工物９の位置および形状を検出する。計測ヘッド８は、被加工物９との距離を計測して距離データＢ1を出力することが可能な変位センサーである。
被加工物計測装置２０およびこれを使用した被加工物計測方法は、主軸頭５に取付けられた計測ヘッド８により、被加工物９を非接触で（または、接触して）計測可能である。
計測ヘッド８が取付けられている移動体の１軸以上の移動軸の位置データＣ1を取得するインターフェース（外部モジュール２９）が、ＮＣ装置１３の外に設けられている。計測ヘッド８による距離計測と同じ時間間隔ΔＴで、移動体に取付けられている計測ヘッド８の位置データＣ1を取得することが可能なように構成されている。
得られた距離計測データＢ1と計測ヘッド８の位置データＣ1から、被加工物９の位置を計算により求めている。そして、計測ヘッド８を移動させながら連続計測を行うことにより、被加工物９の連続形状を計測することができる。

主軸頭５の前面５ａには、計測ヘッド８を収納するための筐体１９が取付けられている。筐体１９は計測ヘッド８を出退可能に支持している。計測ヘッド８は、その使用時には筐体１９から下方に突出し、非使用時には筐体１９の内部に収納される。計測ヘッド８は、筐体１９から下方に露出した状態で被加工物９を計測する。なお、計測ヘッド８を支持する筐体１９を、主軸頭５の側面や下面に設けてもよい。

外部モジュール２９は、デジタルシグナルプロセッサ，ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array），マイクロコンピュータおよびパーソナルコンピュータからなる群から選択される。
外部モジュール２９は、被加工物９上の被計測点Ｓに対する計測ヘッド８の位置のデータが、各軸方向（Ｘ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向）の位置検出装置３０からフィードバックされるとき、フィードバック信号Ｋx，Ｋy，Ｋzを一定の時間間隔ΔＴ毎に読み取って取得する。
本実施例では、計測ヘッド８の位置データＣ1は、第１の軸方向（Ｚ軸方向）と、計測ヘッド８が走査する第２の軸方向（Ｘ軸方向）とを含む、少なくとも２軸方向（Ｚ軸方向、Ｘ軸方向）の位置のデータである。この「２軸方向の位置」は、互いに直交するＺ軸方向とＸ軸方向の位置の場合が多いが、２軸が直交していない場合でもよい。
外部モジュール２９は、フィードバック信号Ｋx，Ｋy，Ｋzを、一定の時間間隔ΔＴ毎に読み取って、フィードバック信号Ｋx，Ｋy，Ｋzから計測ヘッド８の直交３軸方向の位置データＣ1（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を取得する。

計測ヘッド８の位置データＣ1は、位置検出装置３０からＮＣ装置１３にフィードバックされている。外部モジュール２９は、位置検出装置３０からＮＣ装置１３にフィードバックされるフィードバック信号Ｋx，Ｋy，Ｋzを、分岐して取得している。
なお、計測ヘッド８の位置データＣ1は、位置検出装置３０から外部モジュール２９を介してＮＣ装置１３にフィードバックしてもよい。この場合、フィードバック信号Ｋx，Ｋy，Ｋzは、位置検出装置３０から外部モジュール２９を介してＮＣ装置１３に送られる。
なお、位置検出装置３０は、スケール４３，４４，４５の代わりに、サーボモータの回転角度に基づいて移動体の現在位置を検出してフィードバック信号Ｋx，Ｋy，Ｋzを出力する「エンコーダ」を含む場合でもよい。この場合、計測ヘッド８が取付けられた移動軸の位置データＣ1は、ＮＣ装置１３が使用しているモータエンコーダー信号を分岐したデータである。

被加工物計測装置２０は、外部モジュール２９に設けられたパルス出力部２４を有している。パルス出力部２４は、同期信号（トリガー）となるタイミングパルスＰを、計測ヘッド８および位置検出装置３０の一方または両方に（本実施例では、計測ヘッド８と位置検出装置３０の両方に）出力する。
パルス出力部２４は、一定の時間間隔ΔＴに対応するパルス間隔（一つのパルスから、次のパルスまでの時間間隔）を有するタイミングパルスＰを出力する。タイミングパルスＰは、「タイミングをとるためのパルス」であり、本実施例では、計測ヘッド８による計測の動作と、位置検出装置３０による現在位置の検出の動作との、タイミングを合わせるのに使用される。

工作機械１を制御するプログラマブルコントローラ（以下、コントローラと記載）２５は、たとえば、ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）やＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）などである。
図示するコントローラ２５は、ＮＣ装置１３に含まれている。なお、コントローラ２５の構成自体が、ＮＣ装置１３とは分離した構成であってもよい。

ところで、もし仮に、コントローラ２５にクロックとパルス出力部を設けた場合、このクロックは、規則的な信号を一定の時間間隔ΔＴ毎に出力する。コントローラ２５は、クロックの信号に従って、計測ヘッド８の位置データをＮＣ装置１３から読み取って取得することになる。
この場合、コントローラ２５のクロックから出力される信号の一定の時間間隔ΔＴは、たとえば１６［msec(ミリ秒)］が限界であり、これ以下の値にすることは現時点では困難である。
その結果、タイミングパルスＰのパルス間隔も基本的には１６［msec］となり、パルス間隔と前記一定の時間間隔ΔＴとが、同じになる。したがって、計測ヘッド８も、１６［msec］の時間間隔毎にしか計測できないことになる。

これに対して、本実施例では、パルス出力部２４を外部モジュール２９に設けているので、パルスの間隔を自在に短く設定することができる。したがって、パルス出力部２４は、一定の時間間隔ΔＴに対応するパルス間隔（たとえば、１［msec］）を有するタイミングパルスＰを出力することができる。
その結果、計測ヘッド８は、極めて短い時間間隔ΔＴ（１［msec］）毎に被加工物９を計測できる。よって、計測ヘッド８の位置データＣ1をＮＣ装置１３から取得する際の時間の制限を受けず、計測ヘッド８を高速で走査させて、短時間で被加工物９の２次元形状または３次元形状の計測を行なって、計測後の加工動作に速やかに移行することができる。また、計測ヘッド８は、短時間で被加工物９の広い範囲を計測することができる。

外部モジュール２９から出力されパルス出力部２４のタイミングパルスＰを含む計測指令ｆの信号Ｆは、配線６０を介して、主軸頭５に取付けられた計測ヘッド８に送られる。計測ヘッド８で計測された被加工物９に対する距離のデータＢ1は、配線６１を介して外部モジュール２９に送られる。

被加工物計測装置２０で被加工物９を計測する場合、外部モジュール２９が、位置検出装置３０からフィードバックされるフィードバック信号Ｋx，Ｋy，Ｋzから、計測ヘッド８の位置データＣ1を読み取って取得する。
本実施例の外部モジュール２９は、被加工物９上の被計測点Ｓに対する計測ヘッド８の直交３軸方向（Ｘ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向）の位置のデータＣ1を取得する。「計測ヘッド８の位置」は、計測ヘッド８においてあらかじめ決められた基準位置Ｓ1のことであり、たとえば、レーザ発振器におけるレーザ光Ｌの出口部の位置である。

そして、パルス出力部２４がタイミングパルスＰを出力すると、外部モジュール２９は、計測指令ｆを含む信号Ｆを、計測ヘッド８に配線６０を介して出力する。その結果、外部モジュール２９が計測ヘッド８の位置データＣ1を取得する動作のタイミングと同じタイミングで、計測ヘッド８が計測指令ｆに従って被加工物９を計測する。
こうして計測ヘッド８は、計測ヘッド８から被加工物９までの距離Ｄを計測する。計測されたデータＢ1は、計測ヘッド８から配線６１で外部モジュール２９に出力される。

このようにして、外部モジュール２９による計測ヘッド８の位置データＣ1の取得の動作と、その時点における計測ヘッド８による被加工物９の計測の動作とを、常に同一のタイミングで（すなわち、同時に）、一定の時間間隔ΔＴ（１［msec］）毎に繰り返して行なっている。
すなわち、外部モジュール２９は、被加工物９上の被計測点Ｓに対する計測ヘッド８の少なくとも２軸方向（Ｚ軸方向、Ｘ軸方向）の位置データＣ1を、位置検出装置３０からフィードバックされるフィードバック信号Ｋx，Ｋy，Ｋzから読み取って取得する。
この外部モジュール２９の動作と同時に、且つ一定の時間間隔ΔＴ（１［msec］）毎に、計測ヘッド８は、その時点における計測ヘッド８から被加工物９までの距離Ｄを計測する。

外部モジュール２９により取得された計測ヘッド８の位置データＣ1は、制御装置２３に出力して格納される。計測指令ｆにより計測ヘッド８で計測された被加工物９に対する距離のデータＢ1は、外部モジュール２９に一旦出力してここで記憶した後、制御装置２３に出力して格納される。なお、距離データＢ1は、計測ヘッド８から直接制御装置２３に出力されてもよい。
制御装置２３は、位置データＣ1と距離データＢ1とに基づいて演算を行うことにより、被加工物９の２次元形状データまたは３次元形状データを得る。

上述の構成の被加工物計測装置２０およびこの装置２０による被加工物計測方法によれば、ＮＣ装置１３やコントローラ２５に対して新たな機能を付加するなどの改造や変更をする必要がない。
また、ＮＣ装置１３やコントローラ２５の制約事項に規制されずに、独自に被加工物計測装置２０を設計，製造できる。その結果、どのような構成のＮＣ装置１３やコントローラ２５を有する工作機械１であっても、被加工物計測装置２０を適用することができる。
被加工物９上の被計測点Ｓに対する計測ヘッド８の少なくとも２軸方向（Ｚ軸方向、Ｘ軸方向）の位置データＣ1の取得の動作と、その時点における計測ヘッド８による被加工物９の計測の動作とを、きわめて短い時間間隔ΔＴ（１［msec］）毎に繰り返して行なっている。
その結果、位置データＣ1と距離データＢ1を処理することにより、被加工物９の２次元形状または３次元形状の計測を行うことができる。また、計測ヘッド８は高速で走査できることになり、被加工物９が短時間で高精度に計測されて、計測後の加工動作に速やかに移行することができる。
被加工物計測装置２０では、外部モジュール２９と制御装置２３を、ＮＣ装置１３やコントローラ２５とは分離している。したがって、ＮＣ装置１３やコントローラ２５の設計基準や構成などに拘束されることなく、被加工物計測装置２０の設計やその変更を、独自に且つ自在に行うことができる。
ＮＣ装置１３から計測ヘッド８の位置データＣ1を取得する動作は、ＮＣ装置１３の本来の役割である工作機械１に対する動作制御の合間に行われる。本発明では、外部モジュール２９を設けたので、正確なタイミングで計測ヘッド８の位置データＣ1を取得することができる。また、位置データＣ1の取得の時間間隔ΔＴを短くして、高速で大量の距離データＢ1を計測ヘッド８から取得することもできる。したがって、短時間で被加工物９の広い範囲を計測することができる。

外部モジュール２９は、位置データ一時記憶部３１と距離データ一時記憶部３２を有している。記憶部３１，３２は、移動体の各軸方向の位置検出装置３０から出力される移動軸の位置データＣ1と、計測ヘッド８により計測された距離データＢ1を、同時刻毎に関連づけて記憶するメモリーである。記憶部３１，３２は、リング状のバッファメモリが好ましいが、その他のメモリであってもよい。
外部モジュール２９は、パルス出力部２４から一定の時間間隔ΔＴ（１［msec］）毎に出力されるタイミングパルスＰのタイミングで、位置検出装置３０からフィードバックされるフィードバック信号Ｋx，Ｋy，Ｋzから、計測ヘッド８の位置データＣ1を取得する。その後、この位置データＣ1は制御装置２３に送られる。

すなわち、外部モジュール２９は、位置データＣ1を位置データ一時記憶部３１に一時的に記憶させる。その後、位置データＣ1は、制御装置２３の位置データ記憶部２６に出力されて格納される。
外部モジュール２９は、最新番地カウンタ３８の指令により、一定の時間間隔ΔＴ（１［msec］）毎にフィードバック信号Ｋx，Ｋy，Ｋzを読み取って、計測ヘッド８の位置データＣ1［直交３軸方向（Ｘ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向）の位置データＣ1］を取得する。すると、位置データ一時記憶部３１は、この位置データＣ1を一時的に記憶する。

Ｘ軸用スケール４３から出力されたフィードバック信号Ｋxに含まれる、移動体のＸ軸方向の現在位置情報（座標）５３は、ＮＣ装置１３の駆動部５６に入力する。Ｙ軸用スケール４４から出力されたフィードバック信号Ｋyに含まれる、移動体のＹ軸方向の現在位置情報（座標）５４と、Ｚ軸用スケール４５から出力されたフィードバック信号Ｋzに含まれる、移動体のＺ軸方向の現在位置情報（座標）５５も、それぞれＮＣ装置１３の駆動部５６に入力する。
駆動部５６は、フィードバック信号Ｋx，Ｋy，Ｋzにそれぞれ含まれる現在位置情報５３，５４，５５に基づいて、Ｘ軸送り機構１２，Ｙ軸送り機構１１およびＺ軸送り機構１０を、それぞれ駆動する。

各軸方向（Ｘ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向）の位置検出装置３０は、計測ヘッド８の位置データＣ1を含むフィードバック信号Ｋx，Ｋy，Ｋzをフィードバックして、外部モジュール２９の位置データ一時記憶部３１に出力する。位置データ一時記憶部３１は、フィードバック信号Ｋx，Ｋy，Ｋzに含まれる位置データＣ1を一時的に記憶する。位置データ一時記憶部３１に記憶された位置データＣ1は、その後、制御装置２３に出力されて格納される。
計測ヘッド８で計測された距離データＢ1は、外部モジュール２９の距離データ一時記憶部３２に出力されて一時的に記憶された後、制御装置２３に出力されて格納される。

上述のように、外部モジュール２９は、一定の時間間隔ΔＴ（１［msec］）毎にフィードバック信号Ｋx，Ｋy，Ｋzを読み取って、計測ヘッド８の位置データＣ1を取得する。すると、この位置データＣ1は、位置データ一時記憶部３１に一時的に記憶された後、外部モジュール２９から制御装置２３に出力される。
計測ヘッド８が被加工物９を計測すると、計測ヘッド８から外部モジュール２９に距離データＢ1が出力される。この距離データＢ1は、外部モジュール２９の距離データ一時記憶部３２に一時的に記憶された後、外部モジュール２９から制御装置２３に出力される。

たとえば、被加工物９上の１番目の被計測点Ｓを計測したときの計測ヘッド８のＸ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向のそれぞれの現在位置情報を、外部モジュール２９が、フィードバック信号Ｋx，Ｋy，Ｋzから読み取る。すると、位置データ一時記憶部３１の番地「１」に、座標値「Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1」が書き込まれる。
次いで、被加工物９上の２番目の被計測点Ｓを計測したときの計測ヘッド８のＸ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向のそれぞれの現在位置情報を、外部モジュール２９が、フィードバック信号Ｋx，Ｋy，Ｋzから読み取る。すると、位置データ一時記憶部３１の番地「２」に、次の座標値「Ｘ2，Ｙ2，Ｚ2」が書き込まれる。
以下同様にして、被加工物９上のＮ番目の被計測点Ｓを計測したときの計測ヘッド８のＸ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向のそれぞれの現在位置情報を、外部モジュール２９が、フィードバック信号Ｋx，Ｋy，Ｋzから読み取る。すると、位置データ一時記憶部３１の番地「Ｎ」に、座標値「Ｘn，Ｙn，Ｚn」が書き込まれる。

このようにして、計測ヘッド８の１番目からＮ番目までのＮ個の位置データＣ1が、位置データ一時記憶部３１に順番に一時的に記憶される。その後、Ｎ個または所定の個数の位置データＣ1は、制御装置２３の位置データ記憶部２６に同時に格納される。
なお、位置データ一時記憶部３１を、外部モジュール２９の外部に別途設けてもよい。また、位置データ一時記憶部３１は、ＮＣ装置１３またはコントローラ２５の各内部に設けられているメモリを流用することもできる。

他方たとえば、計測ヘッド８が、被加工物９上の１番目の被計測点Ｓを計測したとき、計測ヘッド８は、その時点における計測ヘッド８から被加工物９までの距離Ｄ1を計測する。すると、外部モジュール２９がこの距離データを読み取って、距離データ一時記憶部３２の番地「１」に、距離「Ｄ1」が書き込まれる。
次いで、計測ヘッド８が、被加工物９上の２番目の被計測点Ｓを計測したとき、計測ヘッド８は、その時点における計測ヘッド８から被加工物９までの距離Ｄ2を計測する。すると、外部モジュール２９がこの距離データを読み取って、距離データ一時記憶部３２の番地「２」に、距離「Ｄ2」が書き込まれる。
以下同様にして、計測ヘッド８が、被加工物９上のＮ番目の被計測点Ｓを計測したとき、計測ヘッド８は、その時点における計測ヘッド８から被加工物９までの距離Ｄnを計測する。すると、外部モジュール２９がこの距離データを読み取って、距離データ一時記憶部３２の番地「Ｎ」に、距離「Ｄn」が書き込まれる。

このようにして、計測ヘッド８の１番目からＮ番目までのＮ個の距離データＢ1が、距離データ一時記憶部３２に順番に一時的に記憶される。その後、Ｎ個または所定の個数の距離データＢ1は、制御装置２３の距離データ記憶部２１に同時に格納される。
なお、距離データ一時記憶部３２を、外部モジュール２９の外部に別途設けてもよい。また、距離データ一時記憶部３２は、ＮＣ装置１３またはコントローラ２５の各内部に設けられているメモリを流用することもできる。

制御装置２３は、位置データＣ1を格納する位置データ記憶部２６と、距離データＢ1を格納する距離データ記憶部２１と、演算処理部２７とを有している。
記憶部２６，２１は、移動体の各軸方向の位置検出装置３０から出力される移動軸の位置データＣ1と、計測ヘッド８により計測された距離データＢ1を、同時刻毎に関連づけて記憶するメモリーである。
計測ヘッド８における少なくとも２軸方向の位置データＣ1は、外部モジュール２９で取得されて位置データ一時記憶部３１に一時的に記憶された後、制御装置２３の位置データ記憶部２６に格納される。
すなわち、外部モジュール２９の位置データ一時記憶部３１に記憶されている位置データＣ1は、位置データ記憶部２６に格納される。このとき、位置データ記憶部２６は、制御装置２３に設けられている開始番地メモリ（カウンタ）３７から出力される指令と、外部モジュール２９に設けられている最新番地カウンタ３８の指令とに従って、位置データＣ1を順次読み出すとともにこうして読み出された位置データＣ1を格納する。なお、２つの記憶部２１，２６を、制御装置２３とは分離して別途設けてもよい。

被加工物９の距離データＢ1は、計測指令ｆにより計測ヘッド８で計測され、配線６１を介して外部モジュール２９に出力されて、距離データ一時記憶部３２に一時的に記憶される。その後、距離データＢ1は、制御装置２３の距離データ記憶部２１に格納される。すなわち、制御装置２３は、外部モジュール２９から送られてきた距離データＢ1を、距離データ記憶部２１に順次格納する。
演算処理部２７は、計測ヘッド８で計測された距離Ｄのデータ（すなわち、距離データＢ1）と、外部モジュール２９で取得された少なくとも２軸方向（Ｚ軸方向，Ｘ軸方向）の位置のデータ（計測ヘッド８の位置を示すデータＣ1）とに基づいて、演算を行う。
すなわち、演算処理部２７は、位置データ記憶部２６に格納されている位置データＣ1と、距離データ記憶部２１に格納されている距離データＢ1とに基づいて、演算を行う。これにより、被加工物９の２次元形状または３次元形状のデータが得られる。

工具１８は工具マガジンに収納可能である。ＮＣ装置１３で制御されるＡＴＣ１４により、工具１８は、主軸４に対して自動的に交換されるとともに着脱可能である。したがって、主軸４に装着された工具１８で被加工物９を加工する工程の前に（または、加工工程の途中に、もしくは加工工程後に）、計測ヘッド８で被加工物９を計測する工程を設ければ、加工動作と計測動作とが順番にまたはこれとは逆の順に連続する。すなわち、加工動作と計測動作とを、任意の組合せで実行することが可能である。
このようにすれば、計測のために被加工物９をテーブル６から取り外さなくても、被加工物９を加工したのちテーブル６に取付けたままで直ちに、被加工物９の２次元形状または３次元形状の計測ができる。また、被加工物９を計測した動作の後に、再び被加工物９を加工する動作に移行することもできる。

本発明の関連技術として、計測ヘッド８を主軸４に着脱可能に装着する場合がある。ところが、主軸４に対して計測ヘッド８を着脱すると、着脱の前後で計測ヘッド８での計測に誤差が生じる恐れがある。また、主軸４に対して工具１８を着脱すると、着脱の前後で工具１８での加工に誤差が生じる恐れがある。
これに対して本実施例では、計測ヘッド８は、主軸頭５に取付けられており、主軸４には装着されないようになっている。したがって、工具１８を取外すことなく主軸４に装着したままで、計測ヘッド８で被加工物９を高精度に計測できる。また、工具１８で被加工物９を高精度に加工することができる。
計測ヘッド８は、移動体（ここでは、主軸頭５）の主軸４に装着されている状態の工具１８の近傍に配置されている。これにより、計測ヘッド８は、工具１８に近い位置で被加工物９を高精度に計測できる。
なお、計測ヘッド８が取付けられる移動体は、マシニングセンタの主軸頭５のほかに、テーブル６、サドル７、旋盤の刃物台やタレット、複合加工機における揺動可能な工具用主軸であってもよい。

計測ヘッド８は、被加工物９の表面に照射するためのレーザ光Ｌを発生させるレーザ発振器を内蔵している。レーザ発振器で発生したレーザ光Ｌは、被加工物９の表面の被計測点Ｓに照射される。計測ヘッド８は、被加工物９の表面で反射したレーザ光Ｌを受光することにより、計測ヘッド８から被加工物９までの距離Ｄを算出する。
この距離Ｄは、計測ヘッド８の基準位置Ｓ1と被加工物９上の被計測点Ｓとの間の、基準軸線ＣＬ（たとえば、計測ヘッド８から射出されるレーザ光Ｌの中心軸線ＣＬ）の方向（すなわち、Ｚ軸方向）における距離である。
計測指令ｆの信号Ｆは、パルス出力部２４から計測ヘッド８に有線（配線６０）で送られる。計測ヘッド８は、計測指令ｆを受けるとレーザ発振器によりレーザ光Ｌを発生し、このレーザ光Ｌを被加工物９に照射する。
被加工物９上の被計測点Ｓでレーザ光Ｌが反射するので、この反射したレーザ光Ｌに基づいて、計測ヘッド８から被加工物９までの距離Ｄが算出される。算出された距離Ｄなどを含む距離データＢ1は、配線６１で外部モジュール２９に出力される。

このように、計測ヘッド８は、計測指令ｆを受けると、計測ヘッド８から被加工物９までの距離Ｄを計測することにより、この被加工物９を非接触で計測する。
計測動作の際に、計測ヘッド８は被加工物９に接触しないので、計測ヘッド８を高速で安全に且つ振動なし（または、低振動）で走査して、短時間で被加工物９の広い範囲を計測することができる。

次に、被加工物計測装置２０で被加工物９を計測する手順について説明する。
まず最初に、計測用プログラムで計測ヘッド８を呼び出す。そして、主軸頭５を移動させて、主軸頭５に取付けられている計測ヘッド８を、計測（スキャン）の開始点に位置決めする。
次いで、計測用プログラム中のＭコード指令により、ＮＣ装置１３，外部モジュール２９，制御装置２３などを計測準備状態にする。計測用プログラムの移動指令により、計測ヘッド８が被加工物９の上方で移動を開始する。

ＮＣ装置１３が計測開始の指令ｇを外部モジュール２９に出力すると、外部モジュール２９は、パルス出力部２４から一定の時間間隔ΔＴ（１［msec］）毎に出力されるタイミングパルスＰに従って、位置検出装置３０から出力されるフィードバック信号Ｋx，Ｋy，Ｋzから計測ヘッド８の位置データＣ1を読み取って取得する。
この位置データＣ1は、被加工物９上の被計測点Ｓに対する計測ヘッド８の直交３軸方向（Ｘ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向）の現在位置情報（座標）である。位置データＣ1は、外部モジュール２９の位置データ一時記憶部３１に、順次一時的に記憶される。

外部モジュール２９がこの読み取り動作（取得動作）を行い、パルス出力部２４のタイミングパルスＰに基づいて、外部モジュール２９から計測ヘッド８に計測指令ｆの信号Ｆが送信される。
計測ヘッド８は、計測指令ｆを受信すると、計測ヘッド８から被加工物９までの距離Ｄを計測する。計測ヘッド８から出力される距離データＢ1は、配線６１を介して外部モジュール２９に出力されて距離データ一時記憶部３２に一時的に記憶される。その後、この距離データＢ1は、制御装置２３の距離データ記憶部２１に出力される。

外部モジュール２９が、フィードバック信号Ｋx，Ｋy，Ｋzから計測ヘッド８の位置データＣ1を読み取って位置データ一時記憶部３１に一つ追加記憶させる毎に、外部モジュール２９の最新番地カウンタ３８の数値を一つ加算する。
最後に書き込んだ番地を、位置データ一時記憶部３１に保持する。その後、外部モジュール２９は、この位置データＣ1を制御装置２３の位置データ記憶部２６に出力する。

制御装置２３は、位置データ一時記憶部３１に記憶された一連の位置データＣ1を順次読み取って、位置データ記憶部２６に順次保管する。このとき、位置データ一時記憶部３１内で読み取るべき一連の位置データの先頭番地を、制御装置２３の開始番地メモリ３７で保持しておき、位置データを読み取る毎に、開始番地メモリ３７の値を更新しておく。
読み取るべき一連の位置データの最終番地は、外部モジュール２９の最新番地カウンタ３８により示されている。

プログラム中のＭコードの指令が出力されると、制御装置２３は、外部モジュール２９に計測終了の指令を出力する。すると、被加工物計測装置２０による計測が終了し、パルス出力部２４は、タイミングパルスＰのパルス信号の出力を終了する。この出力の終了時に、位置検出装置３０または計測ヘッド８が、一定の時間ΔＴ（１［msec］）後にパルス信号を受け取らなければ、計測終了と判断される。
そして、制御装置２３内で位置データ記憶部２６に保管された一連の位置データＣ1のうち１個目の位置データ（Ｘ0，Ｙ0，Ｚ0）を削除する。これは、計測開始時に、最初の位置データに相当する距離データは存在しないからである。
また、距離データＢ1のうち最後の１個の距離データを削除する。これは、最後の距離データに相当する位置データは存在しないからである。
次いで、演算処理部２７は、それぞれの時点における位置データ［（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1），（Ｘ2，Ｙ2，Ｚ2），（Ｘ3，Ｙ3，Ｚ3），……，（Ｘn，Ｙn，Ｚn），……］と距離データ（Ｄ1，Ｄ2，Ｄ3，……，Ｄn，……）とを合わせて、被加工物９の２次元形状データまたは３次元形状データを算出する。

本発明では、制御装置２３は必要最小限の距離データＢ1を処理すればよい。したがって、データ処理の負荷は小さくなり、位置データ一時記憶部３１，距離データ一時記憶部３２，位置データ記憶部２６および距離データ記憶部２１の各メモリ容量も小さくて済む。
外部モジュール２９に位置データ一時記憶部３１を設けたので、計測ヘッド８の直交３軸方向（Ｘ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向）の位置データＣ1を、位置データ一時記憶部３１に一時的に記憶することができる。
その後、制御装置２３の開始番地メモリ３７から出力される指令と、外部モジュール２９の最新番地カウンタ３８の指令とに従って、位置データＣ1を複数個まとめて位置データ記憶部２６に順次格納することができる。したがって、外部モジュール２９，位置データ一時記憶部３１および制御装置２３が位置データＣ1を処理するための負担は小さくてすむ。

演算処理部２７は、距離データ記憶部２１に格納されている距離データＢ1と、位置データ記憶部２６に格納されている計測ヘッド８の直交３軸方向の位置データＣ1とに基づいて、演算を行う。これにより、被加工物９の２次元形状データまたは３次元形状データが得られる。
こうして、被加工物９上の多数の被計測点Ｓの各座標のデータ（２次元形状データまたは３次元形状データ）が算出される。この多数の被計測点Ｓの各座標のデータは、制御装置２３とは別に設けられた演算装置（たとえば、パーソナルコンピュータ）２８に出力される。
演算装置２８は、多数の被計測点Ｓの座標を集合させる演算を行うことにより、被加工物９の立体図すなわち３次元形状Ｅ（図３）が得られる。

図４は、制御装置２３に入力した計測距離ＤのデータＢ1と、直交３軸方向の位置データＣ1と、これら計測距離ＤのデータＢ1および位置データＣ1に基づいて算出された結果とを示している。この算出結果は、３次元形状データ（すなわち、被加工物９上の被計測点Ｓの座標）である。

上述の説明では、パルス出力部２４が、タイミングパルスＰを１［msec］のパルス間隔で出力する場合を示している。このタイミングパルスＰは、データ取得のタイミングを確認するために使用されるので、パルス間隔および計測の間隔は、制限はなく任意の値でよい。

被加工物計測装置２０による計測の終了について、予め設定されているパルス間隔（１［msec］）で、計測ヘッド８と位置検出装置３０にタイミングパルスＰのパルス信号が入力しなければ、計測終了と判断される。
ところで、この判定方法の場合、パルス間隔が長い値（たとえば１６０［msec］）であると仮定する。この場合、外部モジュール２９が、制御装置２３から計測終了の指令を受信しても、計測ヘッド８が、１６０［msec］の長い時間後にタイミングパルスＰが来ないことを認識するまで、計測ヘッド８は、被加工物９を計測して距離データＢ1を出力し続ける。その結果、計測終了直前に、外部モジュール２９でせっかく取得した距離データＢ1が、無駄になってしまう。
そこで、ＮＣ装置１３は、計測終了の指令ｇを外部モジュール２９に送信し、この外部モジュール２９が指令ｇを受信すると計測ヘッド８は計測を終了する構成にしている。このようにすれば、計測終了直前に外部モジュール２９が不要なデータを取得して無駄が発生するといった不具合がなくなる。

第１実施例の変形例として、有線式の計測ヘッド８を、工作機械１の主軸４に着脱可能に装着する場合がある。この場合、被加工物９を計測する際には、ＡＴＣ１４で主軸４から工具１８を取外した後、オペレータが、手動で計測ヘッド８を主軸４に対して装着したり取外したりすることになる。
こうすれば、既設の工作機械であっても、本発明の被加工物計測装置２０を適用することができる。

（第２実施例）
図５は、本発明の第２実施例にかかる無線式の計測ヘッド８ａを有する工作機械１０１における被加工物計測装置２０ａの概略構成図である。第１実施例と同一または相当部分には同一符号を付してその説明を省略する。
図５に示すように、被加工物計測装置２０ａは、被加工物９を計測する無線式の計測ヘッド８ａを有している。計測ヘッド８ａは、ＮＣ装置１３により制御される工作機械１０１の加工領域内で、被加工物９に対して相対的に移動する移動体としての主軸頭５に取付けられて、被加工物９の位置および形状を検出する。計測ヘッド８ａは、被加工物９との距離Ｄを計測して距離データＢ1を出力することが可能な変位センサーである。
被加工物計測装置２０ａは、被加工物計測装置２０ａを制御する制御装置２３と、外部モジュール２９とを有している。
計測ヘッド８ａが取付けられている主軸頭５の１軸以上の移動軸の位置データＣ1を取得する外部モジュール２９が、ＮＣ装置１３の外に設けられている。計測ヘッド８ａによる距離計測と同じ時間間隔ΔＴで、主軸頭５に取付けられている計測ヘッド８ａの位置データＣ1を取得することが可能なように構成されている。
得られた距離計測データＢ1と計測ヘッド８ａの位置データＣ1から、被加工物９の位置を計算により求めている。そして、計測ヘッド８ａを移動させながら連続計測を行うことにより、被加工物９の連続形状を計測することができる。

外部モジュール２９は、ＮＣ装置１３とは別途に設けられている。外部モジュール２９は、被加工物９上の被計測点に対する計測ヘッド８ａの、第１の軸方向（Ｚ軸方向）とこの計測ヘッド８ａが走査する第２の軸方向（Ｘ軸方向）とを含む少なくとも２軸方向の位置のデータＣ1が、各軸方向の位置検出装置３０からフィードバックされるとき、フィードバック信号Ｋx，Ｋy，Ｋzを一定の時間間隔ΔＴ（１［msec］）毎に取得する。
被加工物計測装置２０ａのパルス出力部２４は、外部モジュール２９に設けられ、タイミングパルスＰを、計測ヘッド８ａおよび各軸方向の位置検出装置３０の一方または両方（本実施例では、両方）に出力する。

計測ヘッド８ａの位置データＣ1は、位置検出装置３０からＮＣ装置１３にフィードバックされる。外部モジュール２９は、位置検出装置３０からＮＣ装置１３にフィードバックされるフィードバック信号Ｋx，Ｋy，Ｋzを、分岐して取得している。

被加工物計測装置２０ａで計測する場合は、計測ヘッド８ａが被加工物９を計測すると、外部モジュール２９は、位置検出装置３０からフィードバックされるフィードバック信号Ｋx，Ｋy，Ｋzから計測ヘッド８ａの位置データＣ1を取得する。外部モジュール２９により取得された計測ヘッド８ａの位置データＣ1は、制御装置２３に出力されて格納される。
他方、計測ヘッド８ａで計測された被加工物９の距離データＢ1は、制御装置２３に出力して格納される。そして、制御装置２３は、位置データＣ1と距離データＢ1とに基づいて演算を行うことにより、被加工物９の２次元形状データまたは３次元形状データを得る。
上述の構成の被加工物計測装置２０ａおよびこの装置２０ａによる被加工物計測方法によれば、第１実施例と同じ作用効果を奏する。

各軸方向の位置検出装置３０は、位置データＣ1のフィードバック信号Ｋx，Ｋy，Ｋzを、外部モジュール２９の位置データ一時記憶部３１に出力する。位置データ一時記憶部３１に一時的に記憶された位置データＣ1は、制御装置２３に出力されて格納される。
計測ヘッド８ａで計測された距離データＢ1は、外部モジュール２９の距離データ一時記憶部３２に出力されて一時的に記憶された後、制御装置２３に出力されて格納される。

工作機械１０１において、主軸４の先端には、工具（図示せず）または計測ヘッド８ａが着脱可能に装着される。ＮＣ装置１３は、主軸４に対して工具と計測ヘッド８ａをそれぞれ自動的に交換するＡＴＣ１４を制御する。計測ヘッド８ａは、工作機械１０１の主軸４に対して、ＡＴＣ１４により自動的に交換して装着、離脱される。
したがって、工作機械１０１は、工具または計測ヘッド８ａと、被加工物９とを相対的にＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の直交３軸方向に直線移動させる３軸制御を行うマシニングセンタである。この工作機械１０１において、計測ヘッド８ａが無線式である点が第１実施例の工作機械１と異なっているが、これ以外の構成は工作機械１と同じである。
被加工物計測装置２０ａおよびこれを使用した被加工物計測方法は、工作機械１０１の主軸４に装着される計測ヘッド８ａにより、被加工物９を非接触で（または、接触して）計測可能である。

計測ヘッド８ａが無線式なので、被加工物計測装置２０ａは、主軸４に装着された状態の計測ヘッド８ａとの間で無線で送受信を行うための送信受信部２２を有している。外部モジュール２９に設けられているパルス出力部２４は、送信受信部２２にタイミングパルスＰを出力する。タイミングパルスＰは、送信受信部２２でタイミングを合わせるのに使用される。
送信受信部２２と計測ヘッド８ａの間では、計測指令ｆや距離データなどの信号Ｆが、無線によって送受信される。送信受信部２２は、パルス出力部２４からタイミングパルスＰを受信すると、タイミングパルスＰのタイミングに合わせた計測指令ｆの信号Ｆを計測ヘッド８ａに送信する。
計測指令ｆが計測ヘッド８ａに入力すると、計測ヘッド８ａが、計測ヘッド８ａから被加工物９までの距離Ｄを計測する。計測されたデータを含む信号Ｆは、計測ヘッド８ａから送信受信部２２に無線で送信される。送信受信部２２は、計測ヘッド８ａから受信した距離データＢ1を、外部モジュール２９に送信する。その後、距離データＢ1は制御装置２３に送られる。

このように本実施例では、計測指令ｆの信号Ｆが、送信受信部２２から計測ヘッド８ａに無線で送信される。計測ヘッド８ａは、この計測指令ｆを受けると、計測ヘッド８ａから被加工物９までの距離Ｄを計測する。
計測動作の際に、計測ヘッド８ａは被加工物９に接触しない。したがって、計測ヘッド８ａを高速で安全に且つ振動なし（または低振動）で走査して、短時間で被加工物９の広い範囲を計測することができる。

次に、第１実施例，第２実施例において、本発明の他の変形例を説明する。
上述の各実施例では、制御装置２３と外部モジュール２９は、分離されている構成が図示されているが、分離しない場合でもよい。
たとえば、制御装置２３および外部モジュール２９の両方を組み合わせて一緒にする場合や、制御装置２３と外部モジュール２９のうち、いずれか一方を他方の内部に組み込む場合がある。

上述の各実施例の外部モジュール２９は、位置検出装置３０からＮＣ装置１３にフィードバックされるフィードバック信号Ｋx，Ｋy，Ｋzを、分岐して取得している。すなわち、フィードバック用の位置検出装置３０を被加工物９の計測にも兼用しているが、本発明の位置検出装置３０は、被加工物９の計測のみに使用される専用に別途追加された装置でもよい。この場合、計測ヘッド８，８ａが取付けられた移動軸の位置データＣ1は、専用の位置検出装置３０から出力されるデータである。

この被加工物計測専用の位置検出装置３０を有する被加工物計測装置およびその方法について説明する。
この場合の外部モジュール２９は、被加工物９上の被計測点Ｓに対する計測ヘッド８，８ａの位置のデータが、各軸方向（Ｘ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向）の位置検出装置３０から出力されるとき、出力信号Ｋx，Ｋy，Ｋzを一定の時間間隔ΔＴ毎に読み取って取得する。
計測ヘッド８，８ａの位置データＣ1は、第１の軸方向（Ｚ軸方向）と、計測ヘッド８，８ａが走査する第２の軸方向（Ｘ軸方向）とを含む、少なくとも２軸方向（Ｚ軸方向、Ｘ軸方向）の位置のデータである。
外部モジュール２９は、位置検出装置３０から出力される出力信号Ｋx，Ｋy，Ｋzを、一定の時間間隔ΔＴ毎に読み取って、出力信号Ｋx，Ｋy，Ｋzから計測ヘッド８，８ａの直交３軸方向の位置データＣ1（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を取得する。
位置検出装置３０は、被加工物９の計測のみに使用されるので、ＮＣ装置１３用の位置検出装置に要求される設計基準や構成などに拘束されることなく、被加工物計測装置２０と位置検出装置３０の設計やその変更を、独自に且つ自在に行うことができる。

上述の各実施例の工作機械１、１０１は、主軸４と被加工物９を、相対的にＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の直交３軸方向に直線移動させる３軸制御を行うマシニングセンタである。
変形例として、工作機械は、主軸４と被加工物９を、相対的にＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の直交３軸方向に直線移動させる３軸制御と、一つまたは複数の旋回軸（Ｂ軸，Ｃ軸など）を有して相対的に旋回動作可能な制御とを行う、４軸制御や５軸制御の機械であってもよい。
この変形例では、移動体（たとえば、主軸頭５や刃物台）に取付けられる計測ヘッド８，８ａは、被加工物９に対して、相対的に直交３軸方向に相対移動可能で、且つ旋回軸まわりに旋回することができる。
そして、被加工物９上の被計測点に対する計測ヘッド８，８ａの、第１の軸方向（Ｚ軸方向）とこの計測ヘッド８，８ａが走査する第２の軸方向（Ｘ軸方向）とを含む少なくとも２軸方向の位置のデータ（この場合は、直交３軸方向と旋回軸まわりの位置データ）が、位置検出装置からフィードバックまたは出力されるとき、外部モジュール２９は、フィードバック信号または出力信号を一定の時間間隔ΔＴ毎に取得する。
そして、外部モジュール２９は、位置検出装置からフィードバックまたは出力されるフィードバック信号または出力信号から、計測ヘッド８，８ａの位置データを取得する。

本発明では、タイミングパルスＰがパルス出力部２４から位置検出装置３０に出力される回路に、遅延回路を設けてもよい。こうすれば、位置検出装置３０に入力すべきタイミングパルスＰが、遅延回路により、予め設定された時間差だけ積極的に遅れて位置検出装置３０に入力する。
これとは逆に、タイミングパルスＰがパルス出力部２４から計測ヘッド８，８ａに出力される回路に、予測システムを設けてもよい。こうすれば、計測ヘッド８，８ａに入力すべきタイミングパルスＰを含む信号Ｆが、予測システムにより、予め設定された時間差だけ積極的に早めて計測ヘッドに入力する。
このようにすれば、容易に第１の時間と第２の時間とが一致することになる。第１の時間は、計測ヘッド用のタイミングパルスＰの指令により、計測ヘッド８，８ａが、被加工物９に対する距離Ｄを計測する時間である。第２の時間は、位置データ用のタイミングパルスＰの指令により、外部モジュール２９が、被計測点に対する計測ヘッド８，８ａの少なくとも２軸方向の位置を取得する時間である。

以上、本発明の実施例（変形例を含む。以下同じ）を説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲で種々の変形，付加などが可能である。
なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

本発明にかかる工作機械における被加工物計測装置およびその方法は、マシニングセンタの他に、複合加工機，旋盤，旋削盤，研削盤，レーザ加工機などの工作機械に適用でき、非接触で（または、接触して）被加工物を計測可能である。

１，１０１ 工作機械（立形マシニングセンタ）
５ 主軸頭（移動体）
８ 有線式の計測ヘッド
８ａ 無線式の計測ヘッド
９ 被加工物
１３ ＮＣ装置
２０，２０ａ 被加工物計測装置
２９ 外部モジュール
３０ 位置検出装置
３１ 位置データ一時記憶部（メモリー）
３２ 距離データ一時記憶部（メモリー）
Ｂ1 距離データ
Ｃ1 位置データ
Ｄ 距離
Ｘ軸 移動軸
Ｙ軸 移動軸
Ｚ軸 移動軸
ΔＴ 時間間隔

Claims (4)

1. ＮＣ装置により制御される工作機械の加工領域内で、被加工物と相対的に移動する前記工作機械の移動体に取付けられた計測ヘッドによって、前記被加工物の位置および形状を検出する被加工物計測装置において、
   前記計測ヘッドは、前記被加工物との距離を計測して距離データを出力することが可能な変位センサーであり、
   前記計測ヘッドが取付けられている前記移動体の１軸以上の移動軸の位置データを取得する外部モジュールを前記ＮＣ装置の外に設け、
   前記計測ヘッドによる距離計測と同じ時間間隔で、前記移動体に取付けられている前記計測ヘッドの位置データを取得することが可能なように構成され、
   得られた前記距離計測データと前記計測ヘッドの前記位置データから、前記被加工物の位置を計算により求め、
   前記計測ヘッドを移動させながら連続計測を行うことにより、前記被加工物の連続形状を計測可能としたことを特徴とする工作機械における被加工物計測装置。
2. 請求項１に記載の工作機械における被加工物計測装置において、
   前記移動体の前記各軸方向の位置検出装置から出力される前記移動軸の前記位置データと、前記計測ヘッドにより計測された前記距離データを、同時刻毎に関連づけて記憶するメモリーを有することを特徴とする工作機械における被加工物計測装置。
3. 請求項１または２に記載の工作機械における被加工物計測装置であって、
   前記計測ヘッドが取付けられた前記移動軸の前記位置データは、前記ＮＣ装置が使用しているモータエンコーダー信号を分岐したデータ、または、専用に別途追加された位置検出装置から出力されるデータであることを特徴とする工作機械における被加工物計測装置。
4. ＮＣ装置により制御される工作機械の加工領域内で、被加工物と相対的に移動する前記工作機械の移動体に取付けられた計測ヘッドによって、前記被加工物の位置および形状を検出する方法であって、
   この方法に使用される被加工物計測装置において、
   前記計測ヘッドは、前記被加工物との距離を計測して距離データを出力することが可能な変位センサーであり、
   前記計測ヘッドが取付けられている前記移動体の１軸以上の移動軸の位置データを取得する外部モジュールを前記ＮＣ装置の外に設け、
   前記計測ヘッドによる距離計測と同じ時間間隔で、前記移動体に取付けられている前記計測ヘッドの位置データを取得することが可能なように構成され、
   得られた前記距離計測データと前記計測ヘッドの前記位置データから、前記被加工物の位置を計算により求め、
   前記計測ヘッドを移動させながら連続計測を行うことにより、前記被加工物の連続形状を計測可能としたことを特徴とする工作機械における被加工物計測方法。

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