JP5473665B2 - 工作機械における工作物測定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工作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の測定ヘッドにより工作物を測定する、工作機械における工作物測定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、加工後の工作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、工作物の表面の形状を測定する技術は、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（本発明の測定ヘッドに相当）が装着される。このプローブの針を被加工物（工作物）に接触したときの測定データを出力し、ＮＣ装置もプローブの位置のデータを取得する。そして、測定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、ＮＣ装置に対して、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、ＮＣ装置で取得される位置データの数と比べて、プローブからは膨大な数の測定データが出力される。そして、この膨大な数の測定データから、必要な数の測定データを選別している。その結果、位置データと測定データとの間で時間的なずれが生じることにより、高精度な結果を得るのが困難であった。
また、測定データが膨大な数なので、データ量が全体的に多くなってしまう。その結果、送信のためのインターフェースや演算処理するＣＰＵが、大きな処理能力を持つ必要があった。膨大な数の測定データを格納するためのメモリの容量を大きくする必要もあった。
このシステムは、プローブの針が被加工物に接触して測定する方法である。したがって、プローブを高速で安全に且つ振動なし（または、低振動）で走査するのが困難であった。また、被加工物を短時間で広い範囲を測定するのが難しかった。

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ことなく、工作物上の被測定点に対する測定ヘッドの少なくとも２軸方向の位置のデータの取得の動作と、その時点における測定ヘッドによる工作物の測定の動作とを、常に同一のタイミングで一定の時間間隔毎に繰り返して行なって、必要最小限の測定データを処理することにより、工作物を高精度に２次元測定または３次元測定することができ、また、測定ヘッドが、高速で走査して短時間で工作物を高精度に測定して、工作機械は、測定後の加工動作に速やかに移行することができる、工作機械における工作物測定装置およびその方法を提供することを目的とする。

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工作物測定装置は、工作機械を制御するＮＣ装置と、前記工作機械の加工領域内で工作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工作物を測定する有線式の測定ヘッドと、工作物測定装置を制御する制御装置と、前記工作物上の被測定点に対する前記測定ヘッドの、第１の軸方向とこの測定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を、前記ＮＣ装置から一定の時間間隔毎に取得するプログラマブルコントローラと、前記一定の時間間隔に対応するパルス間隔を有するタイミングパルスを、前記測定ヘッドに出力するパルス出力部と、このパルス出力部と前記測定ヘッドとを電気的に接続する配線の途中に接続されるか、または前記測定ヘッドもしくは前記プログラマブルコントローラに設けられた予測システムとを備え、前記プログラマブルコントローラが前記測定ヘッドの前記位置データを取得し、この取得動作のタイミングで、前記パルス出力部が前記タイミングパルスを前記予測システムに出力し、前記予測システムで予め設定された時間差だけ、前記一定の時間間隔のタイミングより積極的に早めて出力され且つ前記タイミングパルスのタイミングに合わせた測定指令により、前記測定ヘッドが前記工作物を測定し、その結果、前記プログラマブルコントローラが前記測定ヘッドの前記位置データを取得する第１の時間と、前記測定ヘッドが前記測定指令により前記工作物を測定する第２の時間と、を一致させている。
また、他の本発明にかかる工作機械における工作物測定装置は、工作機械を制御するＮＣ装置と、前記工作機械の加工領域内で工作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工作物を測定する有線式の測定ヘッドと、工作物測定装置を制御する制御装置と、前記工作物上の被測定点に対する前記測定ヘッドの、第１の軸方向とこの測定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を、前記ＮＣ装置から一定の時間間隔毎に取得するプログラマブルコントローラと、前記一定の時間間隔に対応するパルス間隔を有するタイミングパルスを、前記測定ヘッドに出力するパルス出力部と、このパルス出力部と前記測定ヘッドとを電気的に接続する配線の途中に接続されるか、または前記測定ヘッドもしくは前記プログラマブルコントローラに設けられた予測システムとを備え、前記プログラマブルコントローラが前記測定ヘッドの前記位置データを取得し、この取得動作のタイミングで、前記パルス出力部が前記タイミングパルスを前記予測システムに出力し、前記予測システムで予め設定された時間差だけ、前記一定の時間間隔のタイミングより積極的に早めて出力され且つ前記タイミングパルスのタイミングに合わせた測定指令により、前記測定ヘッドが前記工作物を測定し、その結果、前記プログラマブルコントローラが前記測定ヘッドの前記位置データを取得する第１の時間と、前記測定ヘッドが前記測定指令により前記工作物を測定する第２の時間と、を一致させて、前記プログラマブルコントローラによる前記位置データの取得の動作と、その時点における前記測定ヘッドによる前記工作物の測定の動作とを、常に同一のタイミングで前記一定の時間間隔毎に繰り返して行ない、前記プログラマブルコントローラにより取得された前記測定ヘッドの前記位置データを、前記制御装置に出力し、前記予測システムから出力される前記測定指令により前記測定ヘッドで測定された前記工作物の測定データを、前記制御装置に出力し、この制御装置は、前記位置データと前記測定データとに基づいて演算を行うことにより、前記工作物の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。
前記制御装置は、前記測定データを格納する測定データ記憶部と、前記プログラマブルコントローラで取得された前記位置データを、この制御装置に設けられている開始番地メモリの指令と前記プログラマブルコントローラに設けられているカウンタの指令とに従って、順次読み出すとともにこうして読み出された前記位置データを格納する位置データ記憶部と、前記測定データおよび前記位置データに基づいて演算を行う演算処理部とを有するのが好ましい。
前記測定ヘッドは、前記測定指令を受けると、この測定ヘッドから前記工作物までの距離を測定することにより、この工作物を非接触で測定するのが好ましい。
前記測定ヘッドは、前記移動体の主軸に装着されている工具の近傍に配置されているのが好ましい。
一実施態様にかかる前記工作機械は、前記測定ヘッドと前記工作物とを相対的に直交３軸方向に直線移動させる３軸制御と、前記測定ヘッドと前記工作物とを相対的に旋回させて割り出す少なくとも１軸制御と、を行う加工機である。
前記測定ヘッドが、その基準軸線に対して相対的に傾斜した前記工作物を測定できるようにするのが好ましい。
また、好ましくは、前記主軸に装着された工具で前記工作物を加工する工程の前に，加工工程の途中にまたは加工工程後に、前記測定ヘッドで前記工作物を測定する工程を設けて、加工動作と測定動作とが順番にまたはこれとは逆の順に連続するようにしている。
本発明にかかる工作機械における工作物測定方法において、この方法に使用される工作物測定装置は、工作機械を制御するＮＣ装置と、前記工作機械の加工領域内で工作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工作物を測定する有線式の測定ヘッドと、前記工作物測定装置を制御する制御装置と、前記工作物上の被測定点に対する前記測定ヘッドの、第１の軸方向とこの測定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を、前記ＮＣ装置から一定の時間間隔毎に取得するプログラマブルコントローラと、前記一定の時間間隔に対応するパルス間隔を有するタイミングパルスを、前記測定ヘッドに出力するパルス出力部と、このパルス出力部と前記測定ヘッドとを電気的に接続する配線の途中に接続されるか、または前記測定ヘッドもしくは前記プログラマブルコントローラに設けられた予測システムとを備え、前記工作物測定装置による前記工作物測定方法は、前記プログラマブルコントローラが前記測定ヘッドの前記位置データを取得し、この取得動作のタイミングで、前記パルス出力部が前記タイミングパルスを前記予測システムに出力し、前記予測システムで予め設定された時間差だけ、前記一定の時間間隔のタイミングより積極的に早めて出力され且つ前記タイミングパルスのタイミングに合わせた測定指令により、前記測定ヘッドが前記工作物を測定し、その結果、前記プログラマブルコントローラが前記測定ヘッドの前記位置データを取得する第１の時間と、前記測定ヘッドが前記測定指令により前記工作物を測定する第２の時間と、を一致させている。
他の本発明にかかる工作機械における工作物測定方法において、この方法に使用される前記工作物測定装置は、工作機械を制御するＮＣ装置と、前記工作機械の加工領域内で工作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工作物を測定する有線式の測定ヘッドと、前記工作物測定装置を制御する制御装置と、前記工作物上の被測定点に対する前記測定ヘッドの、第１の軸方向とこの測定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を、前記ＮＣ装置から一定の時間間隔毎に取得するプログラマブルコントローラと、前記一定の時間間隔に対応するパルス間隔を有するタイミングパルスを、前記測定ヘッドに出力するパルス出力部と、このパルス出力部と前記測定ヘッドとを電気的に接続する配線の途中に接続されるか、または前記測定ヘッドもしくは前記プログラマブルコントローラに設けられた予測システムとを備え、前記工作物測定装置による前記工作物測定方法は、前記プログラマブルコントローラが前記測定ヘッドの前記位置データを取得し、この取得動作のタイミングで、前記パルス出力部が前記タイミングパルスを前記予測システムに出力し、前記予測システムで予め設定された時間差だけ、前記一定の時間間隔のタイミングより積極的に早めて出力され且つ前記タイミングパルスのタイミングに合わせた測定指令により、前記測定ヘッドが前記工作物を測定し、その結果、前記プログラマブルコントローラが前記測定ヘッドの前記位置データを取得する第１の時間と、前記測定ヘッドが前記測定指令により前記工作物を測定する第２の時間とを一致させて、前記プログラマブルコントローラによる前記位置データの取得の動作と、その時点における前記測定ヘッドによる前記工作物の測定の動作とを、常に同一のタイミングで前記一定の時間間隔毎に繰り返して行ない、前記プログラマブルコントローラにより取得された前記測定ヘッドの前記位置データを、前記制御装置に出力し、前記予測システムから出力される前記測定指令により前記測定ヘッドで測定された前記工作物の測定データを、前記制御装置に出力し、この制御装置は、前記位置データと前記測定データとに基づいて演算を行うことにより、前記工作物の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。

本発明にかかる工作機械における工作物測定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ことなく、工作物上の被測定点に対する測定ヘッドの少なくとも２軸方向の位置のデータの取得の動作と、その時点における測定ヘッドによる工作物の測定の動作とを、常に同一のタイミングで一定の時間間隔毎に繰り返して行なっている。その結果、必要最小限の測定データを処理することにより、工作物を高精度に２次元測定または３次元測定することができる。
また、本発明は、プログラマブルコントローラによる測定ヘッドの位置データの取得の動作と、その時点における測定ヘッドによる工作物の測定の動作とを、常に同一のタイミングで一定の時間間隔毎に繰り返して行なっている。その結果、測定ヘッドは高速で走査できることになり、工作物が短時間で高精度に測定されて、工作機械は、測定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６は本発明の一実施例を説明するための図で、図１は、本発明の工作物測定装置が設けられた工作機械の斜視図である。 工作物測定装置の概略構成図である。 本発明を説明するための波形図である。 本実施例の工作物測定装置の波形図である。 工作物の測定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。 図７ないし図８Ｆは本実施例の変形例を説明するための図で、図７は、本発明の工作物測定装置が設けられた他の工作機械の斜視図である。 工作物測定状態を示す説明図である。 工作物測定状態を示す説明図である。 工作物測定状態を示す説明図である。 工作物測定状態を示す説明図である。 工作物測定状態を示す説明図である。 工作物測定状態を示す説明図である。

本発明にかかる工作物測定装置において、プログラマブルコントローラが測定ヘッドの位置データを取得する。この取得動作のタイミングで、パルス出力部がタイミングパルスを出力する。予測システムで予め設定された時間差だけ、一定の時間間隔のタイミングより積極的に早めて出力され且つタイミングパルスのタイミングに合わせた測定指令により、測定ヘッドが工作物を測定する。
こうすることにより、プログラマブルコントローラが測定ヘッドの位置データを取得する第１の時間と、測定ヘッドが測定指令により工作物を測定する第２の時間と、を一致させている。
プログラマブルコントローラは、工作物上の被測定点に対する測定ヘッドの少なくとも２軸方向の位置データの取得の動作を行う。他方、測定ヘッドは、その時点における工作物の測定の動作を行う。そして、これら取得の動作と測定の動作とを、常に同一のタイミングで一定の時間間隔毎に繰り返して行なう。
その結果、ＮＣ装置に対して、新たな機能を付加するなどの改造や変更をすることなく、必要最小限の測定データを処理することにより、工作物を高精度に２次元測定または３次元測定し、且つ、測定ヘッドは、高速で走査して短時間で工作物を高精度に測定して、工作機械は、測定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。

下記の実施例および変形例では、工作機械が立形マシニングセンタと５軸加工機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，旋盤，旋削盤，研削盤や、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。

以下、本発明の一実施例およびその変形例を、図１ないし図８Ｆを参照して説明する。
図１ないし図６は本発明の一実施例を説明するための図で、図１は、本発明の工作物測定装置が設けられた工作機械の斜視図である。図２は工作物測定装置の概略構成図、図３は、本発明の原理を説明するための波形図である。
図４は、本実施例の工作物測定装置の波形図、図５は、本発明における工作物測定状態を示す説明図、図６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上には工作物９が載置されている。互いに直交する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上に載置されて工作物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。

ＮＣ装置１３は、Ｚ軸送り機構１０，Ｙ軸送り機構１１およびＸ軸送り機構１２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と工作物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と工作物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。

工作物測定装置２０は、工作機械１を制御するＮＣ装置１３と、有線式の測定ヘッド８とを有している。測定ヘッド８は、工作機械１の加工領域内で工作物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、工作物９を測定する。
工作物測定装置２０およびこれを使用した工作物測定方法は、主軸頭５に取付けられた測定ヘッド８により、工作物９を非接触で（または、接触して）測定可能である。

主軸頭５の前面５ａには、測定ヘッド８を収納するための筐体１９が取付けられている。筐体１９は測定ヘッド８を出退可能に支持している。測定ヘッド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。測定ヘッド８は、筐体１９から下方に露出した状態で工作物９を測定する。なお、測定ヘッド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。

工作物測定装置２０は、工作物測定装置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、工作機械１を制御するプログラマブルコントローラ２５（以下、コントローラ２５と記載）と、パルス出力部２４と、予測システム２９とを、さらに備えている。
コントローラ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。コントローラ２５は、ＮＣ装置１３に含まれているが、コントローラ２５の構成自体は、ＮＣ装置１３とは分離した構成である。なお、コントローラ２５は、ＮＣ装置１３の外部に別途独立して設けられた場合であってもよい。
コントローラ２５は、工作物９上の被測定点Ｓに対する測定ヘッド８の位置のデータを、ＮＣ装置１３から一定の時間間隔ΔＴ毎に読み取って取得する。測定ヘッド８のこの位置データは、第１の軸方向（Ｚ軸方向）と、測定ヘッド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。

コントローラ２５はクロック１７を有している。クロック１７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１７のこの信号に従って、測定ヘッド８の位置のデータをＮＣ装置１３から読み取って取得する。
パルス出力部２４は、コントローラ２５に設けられ、予測システム２９にタイミングパルスＰを出力する。パルス出力部２４のタイミングパルスは、入出力装置（たとえば、Ｉ／Ｏリンクシステム，Ｉ／Ｏリンクユニット）３９を介して、予測システム２９に出力される。入出力装置３９は、コントローラ２５（または、ＮＣ装置１３）に設けられている。予測システム２９は、遅れ補正回路としての機能を有している。

図１ないし図５に示すように、パルス出力部２４は、クロック１７の一定の時間間隔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）ΔＴ1を有するタイミングパルスＰを、配線６０を通って予測システム２９を介して測定ヘッド８に出力する。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、予測システム２９でタイミングを合わせるのに使用される。
本実施例では、クロック１７から出力される信号の一定の時間間隔ΔＴは、１６［msec(ミリ秒)］である。タイミングパルスＰのパルス間隔ΔＴ1も、基本的には１６［msec］であるのが好ましく、パルス間隔ΔＴ1と前記一定の時間間隔ΔＴとが、同じである場合を示している。

予測システム２９は、パルス出力部２４と測定ヘッド８とを電気的に接続する配線６０の途中に接続されている。なお、予測システム２９は、コントローラ２５，ＮＣ装置１３または測定ヘッド８に設けられていてもよい。
予測システム２９から出力される測定指令ｆを含む信号Ｆは、配線６０を介して、主軸頭５に取付けられた測定ヘッド８に送られる。測定ヘッド８で測定された測定データＢ1は、配線６１を介して制御装置２３に送られる。

工作物測定装置２０で工作物９を測定する場合、コントローラ２５が、ＮＣ装置１３から測定ヘッド８の位置データＣ1を読み取って取得する。本実施例のコントローラ２５は、工作物９上の被測定点Ｓに対する測定ヘッド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。
「測定ヘッド８の位置」は、測定ヘッド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、コントローラ２５の取得動作のタイミングと同じタイミングで、パルス出力部２４が、タイミングパルスＰを配線６０を介して予測システム２９に出力する。
予測システム２９は、測定指令ｆを含む信号Ｆを、測定ヘッド８に配線６０を介して出力する。この場合、予測システム２９は、パルス出力部２４からタイミングパルスＰが入力すると、測定指令ｆの信号Ｆを測定ヘッド８に出力する。そして、測定ヘッド８が、この測定指令ｆに従って工作物９を測定する。
この測定指令ｆは、予測システム２９で予め設定された時間差ｎだけ、一定の時間間隔ΔＴのタイミングより積極的に早めて出力される指令である。また、測定指令ｆは、タイミングパルスＰのタイミングに合わせた指令である。
なお、予測システム２９が測定ヘッド８に設けられている場合には、パルス出力部２４が測定ヘッド８内の予測システム２９にタイミングパルスＰを信号Ｆで出力する。すると、予測システム２９が、タイミングパルスＰに基づいて測定指令ｆを生成し、測定指令ｆの信号Ｆが測定ヘッド８に出力される。そして、測定ヘッド８が、この測定指令ｆに従って工作物９を測定する。

こうして測定ヘッド８は、測定ヘッド８から工作物９までの距離Ｄを測定する。測定されたデータＢ1は、測定ヘッド８から配線６１で制御装置２３に出力される。
その結果、コントローラ２５が測定ヘッド８の位置データＣ1を読み取って取得する第１の時間Ｔ1と、測定ヘッド８が測定指令ｆにより工作物９を測定する第２の時間Ｔ2と、を一致させている（図４中の符号Ｈ参照）。
第１の時間Ｔ1は、コントローラ２５が、工作物９上の被測定点Ｓに対する測定ヘッド８の少なくとも２軸方向の位置データを、ＮＣ装置１３から一定の時間間隔ΔＴ毎に取得する時間である。この第１の時間Ｔ1は、一つのみではなく、一定の時間間隔ΔＴ毎に存在している。
第２の時間Ｔ2は、測定指令ｆにより測定ヘッド８が、測定ヘッド８から工作物９までの距離Ｄを、一定の時間間隔ΔＴ毎に測定する時間である。なお、第２の時間Ｔ2も、一つのみではなく、一定の時間間隔ΔＴ毎に存在している。

これにより、コントローラ２５による位置データＣ1の取得の動作と、その時点における測定ヘッド８による工作物９の測定の動作とを、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毎に繰り返して行なっている。
すなわち、コントローラ２５は、工作物９上の被測定点Ｓに対する測定ヘッド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、ＮＣ装置１３から読み取って取得する。
このコントローラ２５の動作と同時に、且つ一定の時間間隔ΔＴ毎に、測定ヘッド８は、その時点における測定ヘッド８から工作物９までの距離Ｄを測定する。

コントローラ２５により取得された測定ヘッド８の位置データＣ1は、制御装置２３に出力される。予測システム２９から出力される測定指令ｆにより測定ヘッド８で測定された工作物９の測定データＢ1は、配線６１を介して制御装置２３に出力される。
制御装置２３は、位置データＣ1と測定データＢ1とに基づいて演算を行うことにより、工作物９の２次元形状データまたは３次元形状データを得る。

上述の構成の工作物測定装置２０およびこの装置２０による工作物測定方法によれば、ＮＣ装置１３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、工作物９上の被測定点Ｓに対する測定ヘッド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、その時点における測定ヘッド８による工作物９の測定の動作とを、常に同一のタイミングで一定の時間間隔ΔＴ毎に繰り返して行なっている。
その結果、必要最小限の測定データＢ1を処理することにより、工作物９を高精度に２次元測定または３次元測定することができる。また、測定ヘッド８は高速で走査できるので、工作物９が短時間で高精度に測定されて、工作機械１は、測定後の加工動作に速やかに移行することができる。

本実施例のコントローラ２５には、バッファメモリ１６が設けられている。バッファメモリ１６は、ＮＣ装置１３から読み取った測定ヘッド８の位置データＣ1を一時的に記憶する。
コントローラ２５は、測定ヘッド８の位置データＣ1を取得すると、この位置データＣ1を、バッファメモリ１６に一旦記憶させた後、バッファメモリ１６から制御装置２３に出力する。

制御装置２３は、測定データＢ1を格納する測定データ記憶部２１と、位置データ記憶部２６と、演算処理部２７とを有している。
位置データ記憶部２６は、コントローラ２５で取得されバッファメモリ１６に一旦記憶されている少なくとも２軸方向の位置データＣ1を格納する。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、コントローラ２５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。
演算処理部２７は、測定ヘッド８で測定された距離Ｄのデータ（すなわち、測定データＢ1）と、コントローラ２５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（測定ヘッド８の位置を示すデータＣ1）とに基づいて、演算を行う。

コントローラ２５は、クロック１７から一定の時間間隔ΔＴ毎に出力される信号に従って、ＮＣ装置１３から測定ヘッド８の位置データＣ1を取得する。その後、コントローラ２５は、この位置データＣ1を制御装置２３に出力する。
コントローラ２５は、クロック１７から一定の時間間隔ΔＴ毎に出力される信号のタイミングで、測定ヘッド８の位置データＣ1をＮＣ装置１３から取得したのち、バッファメモリ１６に一旦記憶させる。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に送られて格納される。

バッファメモリ１６はリング状のメモリである。バッファメモリ１６は、コントローラ２５に設けられている最新番地カウンタ３８の指令により、測定ヘッド８の位置［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］を一時的に記憶する。
そのために、Ｘ軸送り機構１２のサーボモータの動作によるＸ軸方向の現在位置情報（座標）５３と、Ｙ軸送り機構１１のサーボモータの動作によるＹ軸方向の現在位置情報（座標）５４と、Ｚ軸送り機構１０のサーボモータの動作によるＺ軸方向の現在位置情報（座標）５５は、それぞれ駆動部５６に入力する。これら位置データＣ1は、バッファメモリ１６に出力されてここで一旦記憶される。

たとえば、工作物９上の１番目の被測定点Ｓを測定したときの測定ヘッド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５３，５４，５５を、コントローラ２５がＮＣ装置１３から読み取る。すると、バッファメモリ１６の番地「１」に、座標値「Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1」が書き込まれる。
次いで、工作物９上の２番目の被測定点Ｓを測定したときの測定ヘッド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５３，５４，５５を、コントローラ２５がＮＣ装置１３から読み取る。すると、バッファメモリ１６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、工作物９上のＮ番目の被測定点Ｓを測定したときの測定ヘッド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５３，５４，５５を、コントローラ２５がＮＣ装置１３から読み取る。すると、バッファメモリ１６の番地「Ｎ」に、座標値「Ｘn，Ｙn，Ｚn」が書き込まれる。

このようにすれば、測定ヘッド８の１番目からＮ番目までのＮ個の位置データＣ1が、バッファメモリ１６に順番に一時的に記憶さる。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、バッファメモリ１６を、コントローラ２５以外のところ、たとえばＮＣ装置１３に設けてもよい。また、バッファメモリ１６は、リング状でなくてもよく、たとえば、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、測定ヘッド８から送られてきた測定データＢ1を、測定データ記憶部２１に順次格納する。また、バッファメモリ１６に記憶されている位置データＣ1は、制御装置２３の開始番地メモリ３７から出力される指令と、コントローラ２５の最新番地カウンタ３８から出力される指令とに従って、順次読み出されるとともに位置データ記憶部２６に格納される。
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、測定データ記憶部２１に格納されている測定データＢ1とに基づいて演算を行う。これにより、工作物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。

本実施例の予測システム２９において、測定ヘッド８に対する測定指令ｆを、予測システム２９で予め設定された時間差ｎだけ積極的に早めて、測定ヘッド８に出力している。
こうして、コントローラ２５による位置データＣ1の取得の動作と、その時点における測定ヘッド８による工作物９の測定の動作とを、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毎に繰り返して行なっている。

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で工作物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）、測定ヘッド８で工作物９を測定する工程を設ければ、加工動作と測定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、加工動作と測定動作とを、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、測定のために工作物９をテーブル６から取り外さなくても、工作物９を加工したのちテーブル６に取付けたままで直ちに、工作物９を２次元測定または３次元測定することができる。また、工作物９を測定した動作の後に、再び工作物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、測定ヘッド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に対して測定ヘッド８を着脱すると、着脱の前後で測定ヘッド８での測定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、測定ヘッド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、測定ヘッド８で工作物９を高精度に測定できる。また、工具１８で工作物９を高精度に加工することができる。
測定ヘッド８は、移動体（ここでは、主軸頭５）の主軸４に装着されている工具１８の近傍に配置されている。これにより、測定ヘッド８は、工作物９を工具１８に近い位置で高精度に測定できる。
なお、測定ヘッド８が取付けられる工作機械の移動体は、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。

測定ヘッド８は、工作物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、工作物９の表面の被測定点Ｓに照射される。測定ヘッド８は、工作物９の表面で反射したレーザ光Ｌを受光することにより、測定ヘッド８から工作物９までの距離Ｄを算出する。
この距離Ｄは、測定ヘッド８の基準位置Ｓ1と工作物９上の被測定点Ｓとの間の、基準軸線ＣＬ（たとえば、測定ヘッド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。
本実施例では、測定指令ｆの信号Ｆが、パルス出力部２４から予測システム２９を介して測定ヘッド８に有線で送られる。測定ヘッド８は、予測システム２９から出力された測定指令ｆの信号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を工作物９に照射する。
工作物９上の被測定点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、測定ヘッド８から工作物９までの距離Ｄが算出される。算出された距離Ｄなどを含む測定データＢ1は、配線６１で制御装置２３に出力される。
このように、測定ヘッド８は、測定指令ｆを受けると、測定ヘッド８から工作物９までの距離Ｄを測定することにより、この工作物９を非接触で測定する。測定動作の際に、測定ヘッド８は工作物９に接触しないので、測定ヘッド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、工作物９を短時間で広い範囲を測定することができる。

パルス出力部２４を有するコントローラ２５と、制御装置２３は、ＮＣ装置１３とは分離した構成である。
工作物測定装置２０では、コントローラ２５と制御装置２３をＮＣ装置１３とは分離している。したがって、ＮＣ装置１３の設計基準や構成などに拘束されることなく、工作物測定装置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。

次に、本発明の原理を説明する。
図１，図２，図３において、本発明の前提は、予測システム２９が設けられていなくて、且つ、下記の条件１および条件２の場合である。なお、図３に示す波形図の横軸は時間ｔである。

（条件１）：コントローラ２５のクロック１７は、ＮＣ装置１３から位置データを取得する旨の信号Ｐaを、一定の時間間隔ΔＴ毎に出力したと仮定する。そして、クロック１７の信号Ｐaに従って、コントローラ２５は、時間ｔ1のときに、測定ヘッド８の位置データをＮＣ装置１３から読み取って取得したと仮定する。
（条件２）：コントローラ２５の取得動作のタイミングと同じタイミングで、パルス出力部２４が、信号Ｐaの時間間隔ΔＴと同じパルス間隔を有するタイミングパルスＰbを、測定ヘッド８に出力したと仮定する。

パルス出力部２４から時間ｔ1に出力されたタイミングパルスＰbは、入出力装置３９と配線６０を流れて測定ヘッド８に届く。
こうしてタイミングパルスＰｂが測定ヘッド８に届いた直後の時間ｔ2に、測定ヘッド８が、タイミングパルスＰｂに基づいて工作物９までの距離Ｄを測定する。
タイミングパルスＰbが測定ヘッド８まで流れる経路には、入出力装置３９の回路と、配線６０とがある。その結果、パルス出力部２４によるタイミングパルスＰbの出力時から、測定ヘッド８による距離Ｄの測定時までに、比較的長い「遅れ時間」がかかってしまう。

時間ｔ1に、タイミングパルスＰbが、パルス出力部２４から出力されたのち測定ヘッド８に届いて、時間ｔ2に、測定ヘッド８で距離Ｄが測定されるまでの、遅れ時間Δｎは、下記の式により算出される。

Δｎ＝ｔ2 −ｔ1 ……（１）

他方、コントローラ２５は、クロック１７の信号Ｐaに従って、時間ｔ1に、測定ヘッド８の位置データをＮＣ装置１３から読み取って取得している。
すなわち、コントローラ２５は、時間ｔ1における、工作物９上の被測定点Ｓに対する測定ヘッド８の少なくとも２軸方向の位置のデータを取得する。本実施例では、直交３軸方向の位置データＸ，Ｙ，Ｚが取得される。
クロック１７は、ＮＣ装置１３内のコントローラ２５に内蔵されているので、遅れ時間はほぼゼロになる。したがって、コントローラ２５は、時間ｔ1における信号Ｐaに従って、すぐに測定ヘッド８の位置データをＮＣ装置１３から取得する。

測定ヘッド８が工作物９までの距離Ｄを測定するときの遅れ時間Δｎと、コントローラ２５が測定ヘッド８の直交３軸方向の位置データを取得する時の遅れ時間（この場合はゼロ）との差を、所定のパラメータである時間差ｎとして、下記の式で算出することができる。

ｎ＝Δｎ −０ ……（２）

こうして、時間差ｎは、図３および前記式（２）などに基づいて算出される。この時間差ｎは、工作機械１の主軸頭５に測定ヘッド８を取付けたシステムにおける固有の値である。したがって、工作機械１や測定ヘッド８を部分的に改造したり交換しない限り、システム固有の時間差ｎは、理論的には一定値である。
そのため、工作機械１を設置し、使用する測定ヘッド８を特定した後に、１回のテスト作業で時間差ｎを設定する。なお、工作機械１のユーザーによっては、工作物９に対する加工条件が変わったり、工作物９の種類が変わったりするたびに、時間差ｎの確認，変更を、１回または複数回行なう場合もある。こうすれば、より正確な時間差ｎが設定される。

本発明では、図１，図２，図４に示すように、一定の時間間隔ΔＴのタイミングより上述の時間差ｎだけ、積極的に早めて出力した測定指令ｆにより、測定ヘッド８が工作物９を測定している。なお、図４に示す波形図の横軸は時間ｔである。
この時間差ｎは、配線６０の途中に接続された予測システム２９で予め設定され、且つ予測システム２９に記憶されている。
他方、クロック１７から出力される信号Ｐaは、一定の時間間隔ΔＴのタイミングになっている。
その結果、測定ヘッド８の位置データをコントローラ２５が取得する第１の時間Ｔ1と、測定ヘッド８が工作物９を測定する第２の時間Ｔ2と、を一致させている（図４中の符号Ｈ参照）。

次に、工作物測定装置２０で工作物９を測定する手順について説明する。
まず最初に、測定用プログラムで測定ヘッド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測定ヘッド８を、測定（スキャン）の開始点に位置決めする。
次いで、測定用プログラム中のＭコード指令により、ＮＣ装置１３，コントローラ２５，制御装置２３，予測システム２９などを、測定準備状態にする。測定用プログラムの移動指令により、測定ヘッド８が工作物９の上方で移動を開始する。

コントローラ２５が、クロック１７の信号Ｐaに従って、一定の時間間隔ΔＴ（１６［msec］）毎に、ＮＣ装置１３から測定ヘッド８の各軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸）の現在位置情報５３，５４，５５（位置データＣ1）を読み取る。そして、この位置データを、第１の時間Ｔ1に、バッファメモリ１６に順次記憶させる。
コントローラ２５がこの読み取り動作（取得動作）を行うと同時に、パルス出力部２４は、予測システム２９にタイミングパルスＰを出力する。このタイミングパルスＰは、入出力装置３９と配線６０を流れるので、少し遅れて予測システム２９に入力する。
予測システム２９に最初のパルス信号Ｐoが入力すると、この最初のパルス信号Ｐoが測定開始指令になって測定ヘッド８に出力され、測定ヘッド８が測定動作を開始する。これ以後は、測定ヘッド８に測定指令ｆが送信される。
測定指令ｆは、予測システム２９で予め設定された時間差ｎだけ、一定の時間間隔ΔＴのタイミングより積極的に早めて出力される。このとき、タイミングパルスＰは、「時間的なずれ」が発生しないように、測定指令ｆのタイミングを合わせるのに使用される。すなわち、長い時間が経過するとタイミングが次第にずれてくるが、タイミングパルスＰは、この時間的なずれの発生を防止している。

測定ヘッド８は、予測システム２９から測定指令ｆを受信すると、測定ヘッド８から工作物９までの距離Ｄを測定し、その測定結果（測定データＢ1）を配線６１を介して制御装置２３に送信する。このとき、予測システム２９から出力された測定指令ｆの信号Ｆは、配線６０を介して測定ヘッド８に送信されるとともに、測定ヘッド８内で処理される。
これら入出力装置３９内の処理や、配線６０や、測定ヘッド８内の処理に必要な時間Δｎ1が経過した後に、測定ヘッド８は、測定指令ｆに従って第２の時間Ｔ2に距離Ｄを測定する。
この場合、測定ヘッド８が距離Ｄを測定するタイミングと、コントローラ２５が測定ヘッド８の位置データＣ1を読み取るタイミングとが一致するように（図４の符号Ｈ）、上述の時間差ｎが予め設定されている。
その結果、第１の時間Ｔ1と第２の時間Ｔ2とが同じ時間になる。測定ヘッド８による測定の動作と、コントローラ２５による位置データの読み取り動作とが、常に同じタイミングで行われる。

測定ヘッド８から出力される測定データＢ1は、制御装置２３に送信されて測定データ記憶部２１に順次格納される。
コントローラ２５が、ＮＣ装置１３から測定ヘッド８の位置データを読み取ってバッファメモリ１６に一つ追加記憶させる毎に、コントローラ２５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、バッファメモリ１６に保持する。

制御装置２３は、バッファメモリ１６内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、バッファメモリ１６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。
また、読み取るべき一連の位置データの最終番地は、コントローラ２５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、コントローラ２５に測定終了の指令を出力する。すると、工作物測定装置２０による測定が終了し、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、予測システム２９が、時間ΔＴ（１６［msec］）後にパルス信号を受け取らなければ、測定終了と判断される。
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、測定開始時に、最初の位置データに相当する測定データは存在しないからである。
また、測定データＢ1のうち最後の１個の測定データを削除する。これは、最後の測定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）］と測定データ（Ｄ1，Ｄ2，Ｄ3，……，Ｄn）とを合わせて、工作物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は必要最小限の測定データ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、測定データ記憶部２１と位置データ記憶部２６の各メモリ容量も小さくて済む。
ＮＣ装置１３にバッファメモリ１６を設けたので、測定ヘッド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、バッファメモリ１６に一旦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、コントローラ２５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、コントローラ２５，バッファメモリ１６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、測定データ記憶部２１に格納されている必要最小限の測定データＢ1と、位置データ記憶部２６に格納されている測定ヘッド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、工作物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、工作物９上の多数の被測定点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。この多数の被測定点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、多数の被測定点Ｓの座標を集合させる演算を行うことにより、工作物９の立体図すなわち３次元形状Ｅ（図５）が得られる。

図６は、測定ヘッド８から制御装置２３に入力した測定距離ＤのデータＢ1と、直交３軸方向の位置データＣ1と、これら測定距離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、工作物９上の被測定点Ｓの座標）である。

上述のように、本発明の工作物測定装置２０は、予測システム２９で予め設定された時間差ｎだけ、一定の時間間隔ΔＴのタイミングより積極的に早めて出力された測定指令ｆにより、測定ヘッド８が工作物９を測定している。
その結果、コントローラ２５が測定ヘッド８の位置データを取得する第１の時間Ｔ1と、測定ヘッド８が測定指令ｆにより工作物９を測定する第２の時間Ｔ2とが、同期することになる。

これにより、制御装置２３が、測定ヘッド８の直交３軸方向の位置データＣ1と、必要最小限の測定データＢ1とに基づいて演算処理する。したがって、工作物９の２次元形状データまたは３次元形状データを得ることができる。その結果、工作物９の高精度な２次元形状または３次元形状が得られる。
測定ヘッド８は工作物９を非接触で測定する。したがって、測定ヘッド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、工作物９を短時間で広い範囲を測定することができる。

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１６［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、パルス間隔および測定の間隔は、制限はなく任意の値でよい。

工作物測定装置２０による測定の終了について、予め設定されているパルス間隔（１６［msec］）で、予測システム２９にタイミングパルスＰのパルス信号が入力しなければ、予測システム２９は測定終了と判断する。
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、コントローラ２５が、制御装置２３から測定終了の指令を受信しても、測定ヘッド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、測定ヘッド８は、工作物９を測定し、測定データＢ1を制御装置２３に出力し続ける。その結果、測定終了直前に、制御装置２３でせっかく取得した測定データＢ1が、無駄になってしまう。
そこで、制御装置２３は、測定終了の指令を、コントローラ２５に送信するだけでなく予測システム２９にも送信し、この予測システム２９が前記指令を受信すると測定ヘッド８は測定を終了する構成にするのが好ましい。このようにすれば、測定終了直前に制御装置２３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。

次に、本実施例の変形例を説明する。
図７ないし図８Ｆは、本実施例の変形例を説明するための図である。図７は、工作物測定装置２０が設けられた他の工作機械１０１の斜視図、図８Ａないし図８Ｆは、それぞれ工作物測定状態を示す説明図である。
工作機械１０１は５軸制御の加工機であり、５軸制御の立形マシニングセンタを基本とし、工作物９，９ｘを少なくとも旋削加工可能な複合加工機である。

５軸制御の工作機械１０１は、工具１８および測定ヘッド８と、工作物９，９ｘ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軸制御と、工具１８および測定ヘッド８と、工作物９，９ｘとを相対的に旋回させて割り出す少なくとも１軸制御（この例では、Ｂ軸制御とＣ軸制御からなる２軸制御）と、を行なっている。
この工作機械１０１に工作物測定装置２０を設ければ、測定ヘッド８と工作物を相対的に旋回させることができる。したがって、工作物の上面，側面および傾斜面などを、測定ヘッド８で自在に測定して、広い範囲で工作物を２次元測定または３次元測定することができる。

工作機械１０１は、基体１０２と、基体１０２上に設置されたコラム１０３と、コラム１０３上に設置されたクロスレール１０７と、クロスレール１０７に取付けられ、主軸１０４を有する主軸頭１０５とを備えている。工作機械１０１は、ＮＣ装置１３（図２）により制御されている。
コラム１０３は、基体１０２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。クロスレール１０７は、コラム１０３上に配置されて左右の水平方向（Ｘ軸方向）に移動可能である。主軸頭１０５は、クロスレール１０７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。互いに直交するＸ軸，Ｙ軸およびＺ軸により直交３軸が構成されている。
主軸１０４の先端には、工具１８が着脱可能に装着される。主軸１０４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１０５に支持されている。

基体１０２上に配置されているコラム１０３は、Ｙ軸送り機構に駆動されてＹ軸方向に移動する。コラム１０３上に配置されているクロスレール１０７は、Ｘ軸送り機構に駆動されてＸ軸方向に移動する。クロスレール１０７に支持されている主軸頭１０５は、Ｚ軸送り機構に駆動されてＺ軸方向に移動する。

工作機械１０１は、Ｂ軸制御により旋回可能で且つＣ軸制御により回転可能なテーブル１０６を有している。テーブル１０６は、測定ヘッド８に対して工作物９，９ｘを、Ｂ軸制御，Ｃ軸制御により相対的に旋回させて割り出すことができるようになっている。Ｂ軸はＹ軸方向と平行であり、Ｃ軸はテーブル１０６の回転中心である。
なお、テーブルに対して、主軸頭がＢ軸制御，Ｃ軸制御により旋回する場合であってもよい。

基体１０２には、矢印Ｋに示すように、Ｂ軸制御により旋回する旋回板１０９が設けられている。旋回板１０９には、この旋回板１０９から前方に突出してテーブル１０６を支持するテーブル支持台１１０が固定されている。
テーブル用駆動装置は、テーブル１０６をＢ軸制御により旋回させるためのＢ軸用駆動装置１１１と、テーブル１０６をＣ軸制御により回転させるためのＣ軸用駆動装置１１２とを有している。
Ｂ軸用駆動装置１１１を駆動することにより、旋回板１０９，テーブル支持台１１０，テーブル１０６および工作物９，９ｘなどが、Ｂ軸制御により旋回するとともに所定の位置に割出される。
Ｃ軸用駆動装置１１２を駆動することにより、工作物９，９ｘが取付けられたテーブル１０６が、Ｃ軸制御により所望の角度回転して割出され、また、連続的に回転することもできる。

旋削加工時には、Ｃ軸用駆動装置１１２を駆動すると、テーブル１０６と工作物９，９ｘがＣ軸制御により回転する。こうして、テーブル１０６に工作物９，９ｘが載置されている状態で、工作物９，９ｘをＣ軸制御により所定の回転速度で回転させる。こうすれば、この工作物９，９ｘは、主軸１０４に装着された旋削工具により旋削加工される。
一方、主軸１０４に回転工具を装着してこの回転工具で切削加工を行うときには、Ｃ軸用駆動装置１１２を制御する。このＣ軸用駆動装置１１２でテーブル１０６上の工作物９，９ｘをＣ軸制御により所定位置に割出す。この状態で、テーブル１０６に載置された工作物９，９ｘは、主軸１０４の回転工具で切削加工される。

工作機械１０１に設けられた工作物測定装置２０は、工作機械１に設けられた工作物測定装置２０と同じ構成を有している。
測定ヘッド８は、工作物９，９ｘを測定するための有線式の測定ヘッドである。測定ヘッド８は、工作機械１０１の加工領域内で工作物９，９ｘに対して相対的に移動する移動体としての主軸頭１０５に取付けられている。したがって、測定ヘッド８は、工作物９，９ｘに対して相対的にＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の直交３軸方向に直線移動する。
測定ヘッド８は、主軸頭１０５の前方の面に取付けられているが、主軸頭１０５の他の部位、または、主軸頭１０５以外の他の移動体に取付けられていてもよい。
工作機械１０１における工作物測定装置２０およびこれを使用した工作物測定方法は、主軸頭１０５に取付けられた測定ヘッド８により、工作物９，９ｘを非接触で（または、接触して）測定可能である。

たとえば、工作物９が矩形の場合、図８Ａに示すように、Ｂ軸用駆動装置１１１とＣ軸用駆動装置１１２とを制御して、テーブル１０６を水平に位置決めする。このように、工作物９が旋回していない状態のとき、測定ヘッド８で、テーブル１０６上の工作物９の上面９ａを測定することができる。
次いで、Ｂ軸用駆動装置１１１を駆動して、旋回板１０９，テーブル支持台１１０，テーブル１０６および工作物９を、図８Ａに示す状態から、図８Ｂに示すように、Ｂ軸制御により＋９０度旋回させて割り出す。すると、測定ヘッド８で、テーブル１０６上の工作物９の第１の側面９ｂを測定することができる。

また、Ｂ軸用駆動装置１１１を駆動して、旋回板１０９，テーブル支持台１１０，テーブル１０６および工作物９を、図８Ａに示す状態から、図８Ｃに示すように、Ｂ軸制御により＋２７０度旋回させて割り出す。すると、測定ヘッド８で、テーブル１０６上の工作物９の第２の側面９ｃ（第１の側面９ｂとは反対側の側面）を測定することができる。

図８Ｂまたは図８Ｃに示す状態のままで、Ｃ軸用駆動装置１１２を駆動して、旋回板１０９，テーブル支持台１１０，テーブル１０６および工作物９を、図８Ｄに示すように、Ｃ軸制御により９０度旋回させて割り出す。すると、測定ヘッド８で、テーブル１０６上の工作物９の第３の側面９ｄ（第１の側面９ｂ，第２の側面９ｃに対して直角な側面）を測定することができる。

工作機械１０１は、工作物を旋回させて割り出すＢ軸制御を行なっている。その結果、図８Ｅ，図８Ｆに示すように、工作物９ｘが傾斜面９ｅを有している場合でも、測定ヘッド８は、その基準軸線ＣＬに対して相対的に傾斜した工作物９ｘを測定することができる。
たとえば、図８Ｅに示す工作物測定状態では、テーブル１０６をＢ軸制御により旋回させずに水平に位置決めする。矢印Ｍに示すように、測定ヘッド８を工作物９ｘの傾斜面９ｅに沿って移動させる。こうして、測定ヘッド８は、レーザ光Ｌを傾斜面９ｅに対して相対的に斜めに照射しながら測定する。
次に、図８Ｆに示す工作物測定状態では、Ｂ軸制御によりＢ軸用駆動装置１１１でテーブル１０６を旋回させて、傾斜面９ｅが水平になるように工作物９ｘ全体を斜めに向ける。そして、測定ヘッド８は、レーザ光Ｌを傾斜面９ｅに直角に照射しながら測定する。

このように、５軸制御の工作機械１０１に工作物測定装置２０を設けている。こうすれば、工作物９，９ｘの上面９ａの他に側面９ｂ，９ｃ，９ｄや傾斜面９ｅなどを、測定ヘッド８で自在に測定して、さらに広い範囲で工作物９，９ｘを２次元測定または３次元測定することができる。
工作機械１０１に設けられた工作物測定装置２０も、工作機械１に設けられた工作物測定装置２０と同じ作用効果を奏する。

さらに別の変形例として、有線式の測定ヘッド８を、工作機械１の主軸４や工作機械１０１の主軸１０４に、着脱可能に装着する場合がある。この場合には、工作物を測定する際には、ＡＴＣで主軸から工具を取外した後、オペレータが、手動で測定ヘッド８を主軸に対して装着したり取外したりすることになる。
その結果、既設の工作機械についてコントローラ２５の改造を行えば、この既設の工作機械であっても、本発明の工作物測定装置２０を適用することができる。

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工作物測定装置およびその方法は、マシニングセンタと複合加工機の他に、旋盤，旋削盤，研削盤などの工作機械に適用でき、非接触で（または、接触して）工作物を測定可能である。

１ 工作機械（立形マシニングセンタ）
４，１０４ 主軸
５，１０５ 主軸頭（移動体）
８ 測定ヘッド
９，９ｘ 工作物
１３ ＮＣ装置
１８ 工具
２０ 工作物測定装置
２１ 測定データ記憶部
２３ 制御装置
２４ パルス出力部
２５ プログラマブルコントローラ
２６ 位置データ記憶部
２７ 演算処理部
２９ 予測システム
３７ 開始番地メモリ
３８ 最新番地カウンタ
６０ 配線
１０１ 工作機械（５軸加工機）
Ｂ1 測定データ
Ｃ1 位置データ
ｆ 測定指令
ｎ 時間差
Ｐ タイミングパルス
Ｓ 被測定点
Ｔ1 第１の時間
Ｔ2 第２の時間
Ｘ軸方向 第２の軸方向
Ｚ軸方向 第１の軸方向
ΔＴ 一定の時間間隔

Claims (7)

1. 工作機械を制御するＮＣ装置と、
   前記工作機械の加工領域内で工作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工作物を測定する有線式の測定ヘッドと、
   工作物測定装置を制御する制御装置と、
   予め定められたパルス間隔を有するタイミングパルスを、前記測定ヘッドに出力するパルス出力部と、
   前記工作物上の被測定点に対する前記測定ヘッドの、第１の軸方向とこの測定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を、前記タイミングパルスの出力が開始された後に、前記ＮＣ装置から前記パルス間隔に対応する一定の時間間隔毎に取得するプログラマブルコントローラと、
   前記パルス出力部と前記測定ヘッドとを電気的に接続する配線の途中に接続されるか、または前記測定ヘッドもしくは前記プログラマブルコントローラに設けられた予測システムとを備え、
   前記パルス出力部が前記タイミングパルスを前記予測システムにさらに出力し、
   前記予測システムで予め設定された時間差だけ、前記一定の時間間隔のタイミングより積極的に早めて出力され且つ前記タイミングパルスのタイミングに合わせた測定指令であって、前記タイミングパルスの出力が開始された後に前記予測システムから出力される測定指令により、前記測定ヘッドが前記工作物を測定し、
   その結果、前記プログラマブルコントローラが前記測定ヘッドの前記位置データを取得する第１の時間と、前記測定ヘッドが前記測定指令により前記工作物を測定する第２の時間と、を一致させたことを特徴とする工作機械における工作物測定装置。
2. 工作機械を制御するＮＣ装置と、
   前記工作機械の加工領域内で工作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工作物を測定する有線式の測定ヘッドと、
   工作物測定装置を制御する制御装置と、
   予め定められたパルス間隔を有するタイミングパルスを、前記測定ヘッドに出力するパルス出力部と、
   前記工作物上の被測定点に対する前記測定ヘッドの、第１の軸方向とこの測定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を、前記タイミングパルスの出力が開始された後に、前記ＮＣ装置から前記パルス間隔に対応する一定の時間間隔毎に取得するプログラマブルコントローラと、
   前記パルス出力部と前記測定ヘッドとを電気的に接続する配線の途中に接続されるか、または前記測定ヘッドもしくは前記プログラマブルコントローラに設けられた予測システムとを備え、
   前記パルス出力部が前記タイミングパルスを前記予測システムにさらに出力し、
   前記予測システムで予め設定された時間差だけ、前記一定の時間間隔のタイミングより積極的に早めて出力され且つ前記タイミングパルスのタイミングに合わせた測定指令であって、前記タイミングパルスの出力が開始された後に前記予測システムから出力される測定指令により、前記測定ヘッドが前記工作物を測定し、
   その結果、前記プログラマブルコントローラが前記測定ヘッドの前記位置データを取得する第１の時間と、前記測定ヘッドが前記測定指令により前記工作物を測定する第２の時間と、を一致させて、前記プログラマブルコントローラによる前記位置データの取得の動作と、その時点における前記測定ヘッドによる前記工作物の測定の動作とを、常に同一のタイミングで前記一定の時間間隔毎に繰り返して行ない、
   前記プログラマブルコントローラにより取得された前記測定ヘッドの前記位置データを、前記制御装置に出力し、
   前記予測システムから出力される前記測定指令により前記測定ヘッドで測定された前記工作物の測定データを、前記制御装置に出力し、
   この制御装置は、前記位置データと前記測定データとに基づいて演算を行うことにより、前記工作物の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たことを特徴とする工作機械における工作物測定装置。
3. 請求項１または２に記載の工作機械における工作物測定装置であって、
   前記制御装置は、
   前記予測システムから出力される前記測定指令により前記測定ヘッドで測定された前記工作物の測定データを格納する測定データ記憶部と、
   前記プログラマブルコントローラで取得された前記位置データを、この制御装置に設けられている開始番地メモリの指令と前記プログラマブルコントローラに設けられている最新番地カウンタの指令とに従って、順次読み出すとともにこうして読み出された前記位置データを格納する位置データ記憶部と、
   前記測定データおよび前記位置データに基づいて演算を行う演算処理部とを有することを特徴とする工作機械における工作物測定装置。
4. 請求項１，２または３に記載の工作機械における工作物測定装置であって、前記測定ヘッドは、前記移動体の主軸に装着されている工具の近傍に配置されていることを特徴とする工作機械における工作物測定装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかの項に記載の工作機械における工作物測定装置であって、
   前記主軸に装着された工具で前記工作物を加工する工程の前に，加工工程の途中にまたは加工工程後に、前記測定ヘッドで前記工作物を測定する工程を設けて、
   加工動作と測定動作とが順番にまたはこれとは逆の順に連続することを特徴とする工作機械における工作物測定装置。
6. 工作物測定装置により工作物を測定する方法であって、
   この方法に使用される工作物測定装置は、
   工作機械を制御するＮＣ装置と、
   前記工作機械の加工領域内で工作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工作物を測定する有線式の測定ヘッドと、
   前記工作物測定装置を制御する制御装置と、
   予め定められたパルス間隔を有するタイミングパルスを、前記測定ヘッドに出力するパルス出力部と、
   前記工作物上の被測定点に対する前記測定ヘッドの、第１の軸方向とこの測定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を、前記タイミングパルスの出力が開始された後に、前記ＮＣ装置から前記パルス間隔に対応する一定の時間間隔毎に取得するプログラマブルコントローラと、
   前記パルス出力部と前記測定ヘッドとを電気的に接続する配線の途中に接続されるか、または前記測定ヘッドもしくは前記プログラマブルコントローラに設けられた予測システムとを備え、
   前記工作物測定装置による前記工作物測定方法は、
   前記パルス出力部が前記タイミングパルスを前記予測システムにさらに出力し、
   前記予測システムで予め設定された時間差だけ、前記一定の時間間隔のタイミングより積極的に早めて出力され且つ前記タイミングパルスのタイミングに合わせた測定指令であって、前記タイミングパルスの出力が開始された後に前記予測システムから出力される測定指令により、前記測定ヘッドが前記工作物を測定し、
   その結果、前記プログラマブルコントローラが前記測定ヘッドの前記位置データを取得する第１の時間と、前記測定ヘッドが前記測定指令により前記工作物を測定する第２の時間と、を一致させたことを特徴とする工作機械における工作物測定方法。
7. 工作物測定装置により工作物を測定する方法であって、
   この方法に使用される前記工作物測定装置は、
   工作機械を制御するＮＣ装置と、
   前記工作機械の加工領域内で工作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工作物を測定する有線式の測定ヘッドと、
   前記工作物測定装置を制御する制御装置と、
   予め定められたパルス間隔を有するタイミングパルスを、前記測定ヘッドに出力するパルス出力部と、
   前記工作物上の被測定点に対する前記測定ヘッドの、第１の軸方向とこの測定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を、前記タイミングパルスの出力が開始された後に、前記ＮＣ装置から前記パルス間隔に対応する一定の時間間隔毎に取得するプログラマブルコントローラと、
   前記パルス出力部と前記測定ヘッドとを電気的に接続する配線の途中に接続されるか、または前記測定ヘッドもしくは前記プログラマブルコントローラに設けられた予測システムとを備え、
   前記工作物測定装置による前記工作物測定方法は、
   前記パルス出力部が前記タイミングパルスを前記予測システムにさらに出力し、
   前記予測システムで予め設定された時間差だけ、前記一定の時間間隔のタイミングより積極的に早めて出力され且つ前記タイミングパルスのタイミングに合わせた測定指令であって、前記タイミングパルスの出力が開始された後に前記予測システムから出力される測定指令により、前記測定ヘッドが前記工作物を測定し、
   その結果、前記プログラマブルコントローラが前記測定ヘッドの前記位置データを取得する第１の時間と、前記測定ヘッドが前記測定指令により前記工作物を測定する第２の時間とを一致させて、前記プログラマブルコントローラによる前記位置データの取得の動作と、その時点における前記測定ヘッドによる前記工作物の測定の動作とを、常に同一のタイミングで前記一定の時間間隔毎に繰り返して行ない、
   前記プログラマブルコントローラにより取得された前記測定ヘッドの前記位置データを、前記制御装置に出力し、
   前記予測システムから出力される前記測定指令により前記測定ヘッドで測定された前記工作物の測定データを、前記制御装置に出力し、
   この制御装置は、前記位置データと前記測定データとに基づいて演算を行うことにより、前記工作物の２次元形状データまたは３次元形状データを得ることを特徴とする工作機械における工作物測定方法。

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