JP6829062B2 - 三次元測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、コンピュータ数値制御の工作機械を用いて加工対象物の形状を測定する三次元測定装置に関する。

従来、コンピュータ数値制御の工作機械（以下、「ＣＮＣ装置」という。）によって加工されたワーク（加工対象物）が、設定された形状および精度を維持しているか否かを確認するために、加工後のワークの形状を測定している。この種のワーク形状の測定装置の中には、例えば特許文献１のように、ＣＮＣ３軸加工機による切削加工の終了後に、加工に使用した工具をタッチプローブなどの接触式センサに付け替え、タッチプローブの測定子をワークの表面に接近接触させて取得した数値データに基づいてワーク形状を測定するものがある。またＣＮＣ装置から一旦併設された三次元測定器（ＣＭＭ）に移動して、計測した後再びＣＮＣ装置に戻し加工を再開する等、多くの労力を必要としている。

特開２０１３−０８８３４１号公報

ＣＮＣ装置の中には、複数種類の工具を収容した工具マガジンを備え、自動工具交換装置によって加工内容に合わせて使用する工具を自動的に交換することで、１台の工作機械によって様々な種類の加工を行うことができるマシニングセンタと呼ばれるものがある。このマシニングセンタの工具マガジンに、ワーク形状を測定するためのセンサを収納しておき、加工後に工具をセンサに自動的に交換可能にすれば、ワークの加工が完了したときに、その場で引き続きワーク形状の測定に移行することができ、ワーク形状を測定するための作業負荷を大幅に軽減することができる。

しかしながら、センサを工具マガジンに収容する場合、自動工具交換装置によるセンサの着脱を可能にするために、センサと計測装置本体とをケーブルなどで接続することができず、センサへの電源供給や、センサから出力される測定データの受信が困難となる。

本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものであり、マシニングマシンに適用可能な三次元測定装置を提供することを目的としている。
より具体的には、マシニングマシンにおいて他の工具と同様に取り扱うことができるセンサを有する三次元測定装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するための手段は、以下の発明である。
（１）工具収容部および自動工具交換装置を有する工作機械によって加工された加工対象物の表面上における所定の測定点との距離に応じた測定データを出力する測定手段と、
前記測定データに基づいて前記加工対象物の形状に対応する形状データを生成する形状データ生成手段と、を備え、
前記測定手段は、
前記工具収容部に収容され、前記自動工具交換装置によって前記工作機械の回転軸と着脱可能に結合するための結合手段と、
前記形状データ生成手段に対して無線通信によって前記測定データを送信する無線通信手段と、
を有することを特徴とする三次元測定装置。

（２）前記測定手段は、前記測定データおよび該測定データを取得した時刻を、前記形状データ生成手段へ送信し、
前記形状データ生成手段は、前記測定手段から受信した測定データと、該測定データが取得された時刻における前記回転軸の位置情報とに基づいて、前記形状データを生成する
ことを特徴とする上記（１）に記載の三次元測定装置。

（３）前記測定手段は、非接触式センサを有し、該非接触式センサの検出結果に基づいて前記測定データを出力する上記（１）または（２）に記載の三次元測定装置。

（４）前記非接触式センサは、
前記加工対象物の表面に対してスポット光を照射する光照射手段と、
複数の受光素子からなる受光部を有し、前記加工対象物の表面で反射した前記スポット光を撮像する撮像手段と、を有し、
前記測定手段は、
前記撮像手段によって撮像されたスポット光の撮像位置に基づいて前記測定データを出力する上記（３）に記載の三次元測定装置。

（５）前記非接触式センサは、
前記加工対象物の表面に対してライン光を照射する光照射手段と、
複数の受光素子からなる受光部を有し、前記加工対象物の表面で反射した前記ライン光を撮像する撮像手段と、
前記反射光を前記受光部に結像させるレンズと、を有し、
前記測定手段は、
前記撮像手段によって撮像されたライン光の曲線に基づいて前記測定データを出力する上記（３）に記載の三次元測定装置。

（６）前記測定手段は、接触式センサを有し、該接触式センサの検出結果に基づく第１の測定データと、前記非接触式センサの検出結果に基づく第２の測定データとのいずれかを出力する上記（３）から（５）のいずれか一つに記載の三次元測定装置。

（７）前記測定手段は、電源を供給するための電力を発生する電力発生手段を備えることを特徴とする上記（１）から（６）のうちいずれか一つに記載の三次元測定装置。

（８）前記測定手段は、前記電力発生手段による電源の供給および供給停止を制御する電源制御手段を備えることを特徴とする上記（７）に記載の三次元測定装置。

（９）前記電源制御手段は、加速度センサを有し、該加速度センサの検出信号に基づいて前記電力発生手段による電源の供給および供給停止を制御することを特徴とする上記（８）に記載の三次元測定装置。

（１０）前記電力発生手段は二次電池であって、
前記二次電池を充電する充電する充電手段を備え、
前記自動工具交換装置によって前記測定手段と前記充電手段とを接続させることによって、前記充電手段による前記二次電池の充電を行うことを特徴とする上記（７）から（９）のいずれか一項に記載の三次元測定装置。

（１１）前記測定手段は、
粉塵が内部に浸入せず、如何なる方向からの水の飛沫によっても影響を受けない耐油及び防水機能を備える
ことを特徴とする上記（１）から（１０）のいずれか一項に記載の三次元測定装置。

本発明によれば、マシニングマシンに適用可能な三次元測定装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る三次元測定装置を備えるマシニングセンタの外観を示す斜視図である。 同三次元測定装置のセンサヘッドの外観を示す外観図である。 同センサヘッドの機能を実現するための機能ブロック図である。 同センサヘッドにおける測定原理を説明するための説明図である。 本発明の実施形態に係る三次元測定装置によって、被測定物の形状データを算出する方法の概略を説明するための説明図である。 同三次元測定装置において接触式センサおよび非接触式センサの双方を有するセンサヘッドの機能ブロック図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明に係る三次元測定装置の一実施形態について説明する。図１は本実施形態の三次元測定装置および本実施形態の三次元測定装置が適用される工作機械（以下、「マシニングセンタ」という。）の外観を示す斜視図である。この図に示すマシニングセンタ１は、いわゆる横形マシニングセンタであり、主に工具マガジン２０、中間アーム２２、ＡＴＣ（auto tool changer）アーム２４、スピンドル２６、パレット２８、テーブル３０、ＮＣ（numerical control）装置３２および切削油タンク２４を備えている。

工具マガジン２０は、複数種類の工具を収容し、これら工具を図中矢印の方向に回転させて、加工作業に使用する工具を定位置Ｐまで移動させる。中間アーム２２は、定位置Ｐの工具を工具収容部２０から取り出して、ＡＴＣアーム２４へ受け渡す。ＡＴＣアーム２４は、軸２４ａを中心に回転して、中間アーム２２から受け取った工具をスピンドル２６に装着する。なお、スピンドル２６に既に工具が取り付けられている場合は、取り付けられている工具をスピンドル２６から引き抜いてから、中間アーム２２から受け取った工具をスピンドル２６に装着する。また、スピンドル２６から引き抜かれた工具は、中間アーム２２によって工具マガジン２０の定位置Ｐに戻される。

ここで、工具マガジン２０は工具収容部に相当し、中間アーム２２およびＡＴＣアーム２４は自動工具交換装置に相当し、スピンドル２６は回転軸に相当する。

加工対象物（以下、「ワーク」という。）はパレット２８に載置、固定される。パレット２８は図中、矢印アの方向に回動して起き上がることで、加工対象物をスピンドル２６に対向させる。そして、テーブル３０はＮＣ装置３２から出力される制御信号に従ってパレット２８を図中に示すＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の方向に移動させる。さらに、ＮＣ装置３２はワークＷに対して工具を傾けるための制御信号をテーブル３０へ出力する。これにより、例えば５軸制御のＣＮＣ装置であれば、ワークＷに対してスピンドル２６を２軸方向に傾けることができる。このように、マシニングセンタ１では、スピンドル２２によって工具を回転させ、回転する工具に対するワークの位置および向きをＮＣ装置３２によって制御することで加工作業を行っている。

ワークに対する加工作業が終了すると、工具マガジン１０に収容されているセンサヘッド１０を定位置Ｐへ移動させ、中間アーム２２およびＡＴＣアーム２４によって、スピンドル２６に取り付けられている工具とセンサヘッド１０とを交換する。そして、ＮＣ装置３２は、スピンドル２６に取り付けられたセンサヘッド１０に対するワークの位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）および向き（２軸）を、予め設定されたパターンに従って変位させる。なお、計測時におけるパレット２８の移動は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の方向のみで行う。その間、センサヘッド１０は所定時間毎（例えば５０マイクロ秒毎）に、ワークとの距離ｘに対応する測定データを出力し、パソコン４０は、センサヘッド１０から出力された測定データと、ワークの位置および向きを示すデータとに基づいて、ワークの形状を示す形状データを生成する。これにより、センサヘッド１０は測定手段に相当し、パソコン４０は形状データ生成手段に相当する。

また、ＡＴＣアーム２４の可動範囲内にはセンサヘッド１０内に設けられた二次電他（後述する）を充電するための充電ポスト３４（充電手段に相当）が設けられている。この充電ポスト３４は、センサヘッド１０の表面に設けられている充電用コネクタ（図示略）に嵌合する給電コネクタを有している。これにより、上述した二次電池を充電する場合は、ＡＴＣアーム２４によってセンサヘッド１０の充電用コネクタを充電ポスト３４の給電コネクタに嵌合させることで充電を行う。

なお、二次電他の充電は、センサヘッド１０によって測定を行うごとに、または、二次電池の蓄電量が所定レベル以下になったときに、行うようにしてもよい。また、上述した充電ポスト３４は給電コネクタと充電用コネクタとを嵌合させて充電を行っていたが、電磁誘導方式など、いわゆる非接触充電を行うようにしてもよい。

次に、図２を参照して、センサヘッド１０の外観形状について説明する。ここで、図２（ａ）はセンサヘッド１０の正面図、図２（ｂ）はセンサヘッド１０の側面図、図２（ｃ）はセンサヘッド１０の外観を示す斜視図である。これらの図に示すように、センサヘッド１０は、ワークとの距離を測定するための各種構成を内蔵する本体部１２と、スピンドル２６と着脱可能に結合するためのコレットチャック１８とによって構成されている。

本体部１２の先端（図２（ｂ）における左端）には、内蔵している非接触式センサ（詳しくは後述する。）が出射したレーザ光ＬをワークＷに照射するための発光窓１４と、ワークＷの表面で反射したレーザ光（反射光）Ｒを受光するための受光窓１６と、が設けられている。本体部１２の後端（図２（ｂ）における右端）には、工具マガジン１０に収容されている各工具が備えるコレットチャックと同じ形状を有するコレットチャック１８が取り付けられている。このコレットチャック１８を備えることで、センサヘッド１０を他の工具と同様にスピンドル２６に取り付けることができる。したがって、コレットチャック１８は、結合手段に相当する。なお、センサヘッド１０の耐油・防水機能は、ＩＰ表記で、ＩＰ６４以上であることが望ましい。すなわち、人体および固形物に対する保護等級（第１記号）が「６」（耐塵形）以上であり、水の浸入に対する保護等級（第２記号）が「４」（飛沫に対する保護）以上であることが望ましい。

次に図３を参照して、本体部１２内に設けられた各部構成について説明する。本体部１２の内部には、主に測定制御部１００、無線ＬＡＮユニット１０２、電源制御部１０４、二次電池１０６、モニタ１０８、非接触式センサ１１０および緩衝材、１２０が設けられている。測定制御部１１０は、非接触式センサ１１０から出力されるデータを５０マイクロ秒毎に取得して、その都度、ワークＷとの距離に関する測定情報を含んだ測定データを生成して、無線ＬＡＮユニット１０２によってパソコン４０へ送信する。ここで、測定制御部１１０は、時刻情報を発生する時計（計時手段）を有しており、パソコン４０へ送信する測定データには、当該測定データを生成した時刻を示す時刻情報も含まれている。なお、無線ＬＡＮユニット１０２は無線通信手段に相当する。

無線ＬＡＮユニット１０２から送信された測定データは、パソコン４０に接続された無線ＬＡＮユニット４２によって受信される。この受信された測定データに基づいて、パソコン４０は、ワークＷの形状を示す形状データを生成する。電源４４は、交流電力を直流電力に変換して、パソコン４０および無線ＬＡＮユニット４２に電力を供給する。

非接触式センサ１１０は緩衝材１２０を介して本体部１２内に固定される。これは、センサヘッド１０をスピンドル２６から取り外すときや、センサヘッド１０をスピンドル２６と工具マガジン２０との間で移動させる際などに、センサヘッド１０に加えられる振動から非接触式センサ１１０を保護するためである。

電源制御部１０４は、スイッチＳＷがオンにされると、二次電池１０６が発生した電力を測定制御部１００へ供給する。電源制御部１０４の内部には加速度センサが設けられており、例えば、この加速度センサから振動などの検出信号が出力されなかった場合は、測定制御部１００への電力の供給を停止させて、いわゆるスリープ状態となる。また、電源制御部１０４は、スリープ状態になっているときに、加速度センサが所定パターンの加速度を検出した場合は、測定制御部１００への電力供給を再開し、スリープ状態から復帰させる。ここで、「所定パターンの加速度」としては、例えば所定値以上の加速度を所定時間以上、継続して検出した場合や、所定時間内に所定値以上の加速度を、所定回数以上検出した場合などが該当する。

このように、電源制御部１０４は、センサヘッド１０が使用されていない可能性が高い状態であるときにスリープ状態にすることで、二次電池１０６が発生する電力の消費を抑えることができる。なお、二次電池１０６は電力発生手段に相当し、電源制御部１０４は電源制御手段に相当する。

モニタ１０８は複数のＬＥＤからなり、各ＬＥＤは、測定制御部１００内の各種信号のオン／オフに応じてＬＥＤを点灯／消灯する。これにより、各ＬＥＤの点灯状態によって、測定制御部１００の作動状態や、無線ＬＡＮユニット１０２、電源制御部１０４および非接触式センサ１１０との接続状態をチェックすることができる。

上述したように、センサヘッド１０にコレットチャック１８を設けたことで、センサヘッド１０を工具マガジン２０に収容し、工具マガジン２０に収容された他の工具と同様に、中間アーム２２およびＡＴＣアーム２４によってスピンドル２６への着脱が可能となる。また、センサヘッド１０が無線ＬＡＮユニット１０２を有し、無線通信によって測定データをパソコン４０へ送信できるので、センサヘッド１０とパソコン４０とをケーブルで接続する必要が無くなる。したがって、マシニングセンタ１によってワークの加工が終了すると、引き続きワーク形状の測定を実施することができるため、ワーク形状を測定するための作業負荷を大幅に軽減することができる。

次に図４を参照して、上述した非接触式センサ１１０の構成について説明する。ここで、図４（ａ）はフライングレーザスポット方式による非接触式センサの構成を示し、図４（ｂ）はフィックスラインレーザ方式による非接触式センサの構成を示している。

まず、フライングレーザスポット方式の非接触式センサは、図４（ａ）に示すように、レーザダイオード１１１、ガルバノミラー１１２，１１３、レンズ１１４、ＣＣＤ１１５および走査用モータ１１６で構成されている。レーザダイオード１１１から出射されたレーザ光Ｌは、ガルバノミラー１１２でワークＷに向けて反射され、発光窓１４（図２参照）を通ってワークＷの表面上の測定点Ｐで反射する。測定点Ｐで反射した反射光Ｒは、図２に示した受光窓１６（図２参照）を通ってガルバノミラー１１３でレンズ１１４に向けて反射される。

反射光Ｒは、レンズ１１４によって、複数の受光素子からなるＣＣＤ１１５の受光部の所定軸ＣＡ上にスポット光（光の点）ｓｐとして結像し、その撮像データがその時点の時刻データとともに測定制御部１００へ出力される。これにより、ＣＣＤ１１５は撮像手段に相当する。結像するスポット光の所定軸ＣＡ上に位置は、センサヘッド１０と測定点Ｐとの間の距離に応じて異なるため、測定制御部１００（図３参照）は、ＣＣＤ１１５から出力された撮像データに基づき、所定軸ＣＡ上のスポット光の位置に応じてセンサヘッド１０と測定点Ｐとの間の距離ｚを算出する。

また、上述したガルバノミラー１１２および１１３は、走査用モータ１１６の駆動軸に固定されており、この駆動軸１１６が、図４（ａ）中、矢印イで示すように、左右に繰り返し回動させられる。これにより、レーザ光Ｌは、矢印ウで示すように、ｘ軸上において所定範囲内（例えばワークＷの表面上の測定点Ｐ_Ａ−Ｐ_Ｂ間）で往復するように周期的に走査される。これにより、測定制御部１００は、前述した距離ｚの値および時刻データと、さらに、レーザ光Ｌのｘ軸上における位置（もしくは走査用モータ１１６の駆動軸の角度）に関する情報とを含む測定データを生成し、パソコン４０へ送信する。

フライングレーザスポット方式の非接触式センサは、ワークＷの表面の状態（例えば、表面の色や反射率など）に応じて、レーザ光の強度を調整することができるため、ワークＷとの距離を精度良く測定することができる。一方で、構成が複雑化し、コストが高くなってしまうという面もある。

次に、フィックスラインレーザ方式の非接触式センサは、図４（ｂ）に示すように、レーザダイオード１１１、シリンドリカルレンズ（またはパウエルレンズ）１１７、レンズ１１４およびＣＭＯＳイメージセンサ（以下、単に「ＣＭＯＳ」という。）１１５で構成されている。レーザダイオード１１１から出射されたレーザ光は、シリンドリカルレンズ（またはパウエルレンズ）１１７によって、同図中ｘ軸方向に展開されてライン光（一本の線状の光）ＬＬとして出射される。これにより、ライン光ＬＬは、発光窓１４（図２参照）を通ってワークＷの表面上において、測定点Ｐ_Ａから測定点Ｐ_Ｂへ至るライン状に照射される。

この反射光ＲＬは、受光窓１６（図２参照）を通ってレンズ１１４によって集光され、ＣＭＯＳ１１５の受光部にライン光として結像し、その撮像データがその時点の時刻データとともに測定制御部１００へ出力される。ＣＭＯＳ１１５によって撮像されたライン光は、ワークＷ上の測定点Ｐ_Ａから測定点Ｐ_Ｂの形状に応じて曲線ｃを描き、測定制御部１００は、曲線ｃに基づいて、センサヘッド１０と、測定点Ｐ_ＡからＰ_Ｂ至るライン上の所定位置との間の距離を算出する。そして、測定制御部１００は、算出した距離の値および上述した時刻データを含む測定データを、無線ＬＡＮユニット１０２によりパソコン４０へ送信する。

フィックスラインレーザ方式の非接触式センサは、図４（ａ）に示したフライングレーザスポット方式のように、測定点Ｐ_Ａ−Ｐ_Ｂ間におけるレーザ光の強度を細かく調整することはできないが、構成を簡略化することができるため、コストを低く抑えることができる。

次に図５を参照して、パソコン４０によるワークＷの形状データの算出方法について説明する。なお、以下では、図４（ａ）に示したフライングレーザスポット方式の非接触式センサ１１０を用いた場合について説明する。

まず、ワークＷの形状データを算出する前に、パソコン４０は、センサヘッド１０が管理する時刻（以下、「センサローカル時刻」ともいう。）と時刻合わせを行う。具体的には、図５（ａ）に示すように、まずパソコン４０からクロックリセットコマンドを、パソコン４０における現在の時刻データとともに送信し、計時を開始する。これにより、クロックリセットコマンドと時刻データが、無線ＬＡＮユニット４２および１０２を介して測定制御部１００に受信される。そして、測定制御部１００が、非接触式センサ１１０内の計時手段の時刻を受信した時刻データが示す時刻にセットすると、非接触式センサ１１０は、セットした時刻データ（センサ時刻データ）を測定制御部１００へ出力する。これにより、測定制御部１００は、センサ時刻データをパソコン４０へ送信する。パソコン４０は、センサ時刻データを受信すると上述した計時を終了し、クロックリセットコマンドを送信してからセンサ時刻データを受信するまでの時間を計測する。

ここで、クロックリセットコマンドが、パソコン４０から無線ＬＡＮユニット４２に到達するのに要する時間がｔ_１、無線ＬＡＮユニット４２から無線ＬＡＮユニット１０２に到達するのに要する時間がｔ_２、無線ＬＡＮユニット１０２から測定制御部１００に到達するのに要する時間がｔ_３、測定制御部１００が非接触式センサ１１０内の計時手段の時刻をリセットするのに要する時間がｔ_４とする。また、非接触式センサ１１０から出力されたセンサ時刻データが、非接触式センサ１１０から測定制御部１００に到達するのに要する時間がｔ_５、測定制御部１００から無線ＬＡＮユニット１０２に到達するのに要する時間がｔ_６、無線ＬＡＮユニット１０２から無線ＬＡＮユニット４２に到達するのに要する時間がｔ_７、無線ＬＡＮユニット４２からパソコン４０に到達するのに要する時間がｔ_８とする。

この場合、パソコン４０と非接触式センサ１１０との間の情報伝達に要する時間は、往復でｔ_１＋ｔ_２＋ｔ_３＋ｔ_４＋ｔ_５＋ｔ_６＋ｔ_７＋ｔ_８となり、片道ではその平均値である（ｔ_１＋ｔ_２＋ｔ_３＋ｔ_４＋ｔ_５＋ｔ_６＋ｔ_７＋ｔ_８）／２とみなすことができる。これにより、図５（ａ）に示す方法によって非接触式センサ１１０およびパソコン４０の時刻合わせを行った場合、非接触式センサ１１０における時刻と、パソコン４０における時刻との誤差（以下、「タイムスタンプ誤差」という。）をｔ_ｓｅとすると、ｔ_ｓｅ＝（ｔ_１＋ｔ_２＋ｔ_３＋ｔ_４＋ｔ_５＋ｔ_６＋ｔ_７＋ｔ_８）／２となる。

同様に、パソコン４０は、ＮＣ装置３２が管理する時刻（以下、「ＮＣローカル時刻」ともいう。）と時刻合わせを行う。すなわち、パソコン４０はＮＣ装置３２に対してクロックリセットコマンドと現在の時刻データとを送信すると、ＮＣ装置３２は自ら有する計時手段を受信した時刻データが示す時刻に合わせ、その時刻を示す時刻データをパソコン４０へ送信する。ここで、パソコン４０から送信されたクロックリセットコマンドがＮＣ装置３２に到達するのに要する時間がＴ_１、ＮＣ装置３２から送信された時刻データ（以下、「座標時刻データ」という。）がパソコン４０に到達するのに要する時間がＴ_２だとすると、パソコン４０とＮＣ装置３２との間のタイムスタンプ誤差Ｔ_ｅｎは、Ｔ_ｅｎ＝（Ｔ_１＋Ｔ_２）／２となる。これにより、座標時刻データをＨ：Ｍ：Ｓ．μＳ、センサ時刻データをｈ：ｍ：ｓ，μｓで表した場合、座標時刻データ（Ｈ：Ｍ：Ｓ．μＳ）に対応する時刻は、センサ時刻データ（ｈ：ｍ：ｓ，μｓ）−ｔ_ｓｅ＋Ｔ_ｎｅとなる。

図４（ａ）のフライングレーザスポット方式の非接触式センサ１１０を用いた場合、前述したように、センサヘッド１０（より詳細には本体部１２）からパソコン４０に対して、５０マイクロ秒ごとに測定データ（ｘ，ｚ）およびセンサ時刻データ（ｈ：ｍ：ｓ，μｓ）が送信され、パソコン４０は受信した測定データとセンサ時刻データとを保存する。また、パソコン４０は、所定時間毎にＮＣ装置３２から、ワークＷに対するセンサヘッド１０の座標データ（Ｘ，Ｙ，Ｚ，ｉ，ｊ，ｋ）およびその座標位置における時刻（Ｈ：Ｍ：Ｓ．μＳ。以下、「座標時刻データ」という）を保存する。

これにより、例えば図５（ｂ）に示すように、ワークＷの表面に照射するレーザ光をｘ方向に沿って走査しつつ、ワークＷの表面との距離ｚを測定し、ワークＷに対するスピンドル２８の移動経路上における測定点Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３，……の位置データを算出するものとする。この場合、パソコン４０において、測定点Ｐ_１の座標データ（Ｘ_１，Ｙ_１，Ｚ_１，ｉ_１，ｊ_１，ｋ_１）が取得された座標時刻データが（Ｈ_１：Ｍ_１：Ｓ_１．μＳ_１）だったとすると、座標データ（Ｘ_１，Ｙ_１，Ｚ_１，ｉ_１，ｊ_１，ｋ_１）に対応する測定データは、時刻（Ｈ_１：Ｍ_１：Ｓ_１．μＳ_１）＝（ｈ：ｍ：ｓ，μｓ）−ｔ_ｓｅ＋Ｔ_ｎｅに取得された測定データとなる。したがって、例えば図５（ｂ）に示すように、センサ時刻データ（ｈ_２：ｍ_２：ｓ_２，μｓ_２）からタイムスタンプ誤差ｔ_ｓｅを減算し、タイムスタンプ誤差Ｔ_ｎｅを加算した結果、時刻（Ｈ_１：Ｍ_１：Ｓ_１．μＳ_１）となった場合は、測定データ（ｘ_２，ｚ_２）と、座標データ（Ｘ_１，Ｙ_１，Ｚ_１，ｉ_１，ｊ_１，ｋ_１）とに基づいて測定点Ｐ_１の位置データが算出される。

これと同様に、測定点Ｐ_２の位置データは、測定データ（ｘ_ｍ，ｚ_ｍ）と、座標データ（Ｘ_２，Ｙ_２，Ｚ_２，ｉ_２，ｊ_２，ｋ_２）とに基づいて算出され、測定点Ｐ_３の位置データは、測定データ（ｘ_ｎ，ｚ_ｎ）と、座標データ（Ｘ_３，Ｙ_３，Ｚ_３，ｉ_３，ｊ_３，ｋ_３）とに基づいて算出される。このようにして、各測定点の位置データが算出されると、次にパソコン４０は、レーザ光を走査した経路に沿って各測定点の間の補間データを算出し、算出した補間データと、各測定点の位置データとに基づいて、ワークＷの形状データを生成する。

上述したワークの形状データの算出方法によれば、センサヘッド１０における測定データの時刻と、パソコン４０におけるワークＷに対するセンサヘッド１０の座標データの時刻とを参照し、同時刻の測定データおよび座標データに基づいてワークＷの形状データを生成する。これにより、センサヘッド１０とパソコン４０との間の情報伝達に要する時間に影響されることなく、測定データと座標データとの対応を取ることができるため、ローカル座標測定部（センサヘッド１０）とグローバル座標測定部（ＮＣ装置３２）がワイヤレスの為に同期がとれなくても、ワークの形状を正確に測定することができる。

図５（ａ）に示した構成において、無線ＬＡＮユニット４２と無線ＬＡＮユニット１０２との間はＬＡＮのパケット通信が行われるため、時刻合わせの際に、例えばノイズなどの影響によって、無線ＬＡＮユニット４２と無線ＬＡＮユニット１０２との間の情報伝達時間が変動し得る。したがって、図５（ａ）に示したような時刻合わせを行う際に、無線ＬＡＮユニット４２から無線ＬＡＮユニット１０２へクロックリセットコマンドが送信されるとき、および、無線ＬＡＮユニット１０２から無線ＬＡＮユニット４２へセンサ時刻データが送信されるときに、伝達時間ｔ_２とｔ_７のばらつきによって精度の良い時刻合わせが困難になる虞がある。

そこで、より精度の良い時刻あわせを行うために、パソコン４０から出力されるクロックリセットコマンドを、光信号送信ユニットに送り、光信号送信ユニットはオンオフ信号として光信号を出力し測定制御部１００に組み込まれた光信号受信ユニットにより受け、センサの時計をリセットする。この時同時に光信号送信ユニットは有線でＮＣ装置３２にも同様の信号を送りＮＣ装置３２の時計も同時刻にリセットする。この場合、誤差のない状態で両者の時計を合わせることができると考えて良い。この時計リセット時のみ、光転送の条件は外来ノイズに強い近接位置にできれば尚良い。

なお、図３に示したセンサヘッド１０の本体部１２は、測定手段として非接触式センサ１１０のみを有しているが、図６に示す本体部１２’のように、非接触式センサ１１０に加え、接触式センサ１３０を設けてもよい。図６において、図３に示した構成と同じものについては同一の符号を付し、その詳しい説明を省略する。

図６に示す本体部１２’において、例えば接触式センサ１３０は、ワークＷの表面に接触すると、接触した時刻を示す接触時刻データを測定制御部１００’へ出力する。また、測定制御部１００’は、例えば、パソコン４０からの指示に従って、非接触式センサ１１０または接触式センサ１３０のいずれかを作動させ、作動させたセンサから出力されたデータをパソコン４０へ送信する。具体的には、非接触式センサ１１０をさせた場合は、非接触式センサ１１０から出力された測定データ（第２の測定データに相当）をパソコン４０へ送信し、接触式センサ１３０をさせた場合は、接触式センサ１３０から出力された接触時刻データ（第１の測定データに相当）をパソコン４０へ送信する。

１ マシニングセンタ（工作機械）
１０ センサヘッド（測定手段）
１２，１２’ 本体部
１４ 発光窓
１６ 受光窓
１８ コレットチャック（結合手段）
２０ 工具マガジン（工具収容部）
２２ 中間アーム（自動工具交換装置）
２４ ＡＴＣアーム（自動工具交換装置）
２４ａ 軸
２６ スピンドル（回転軸）
２８ パレット
３０ テーブル
３２ ＮＣ装置
３４ 充電ポスト
４０ パソコン（形状データ生成手段）
４２，１０２ 無線ＬＡＮユニット（無線通信手段）
４４ 電源
１００，１００’ 測定制御部
１０４ 電源制御部
１０６ 二次電池
１０８ モニタ
１１０ 非接触式センサ
１１１ レーザダイオード
１１２，１１３ ガルバノミラー
１１４ レンズ
１１５ ＣＭＯＳイメージセンサ
１１６ 走査用モータ
１１７ シリンドリカルレンズ（またはパウエルレンズ）
１２０ 緩衝材
１３０ 接触式センサ

Claims (9)

1. 工具収容部および自動工具交換装置を有する工作機械によって加工された加工対象物の表面上における所定の測定点との距離に応じた測定データを出力する測定手段と、
   前記測定データに基づいて前記加工対象物の形状に対応する形状データを生成する形状データ生成手段と、を備え、
   前記測定手段は、
   前記工具収容部に収容され、前記自動工具交換装置によって前記工作機械の回転軸と着脱可能に結合するための結合手段と、
   前記形状データ生成手段に対して無線通信によって前記測定データを送信する無線通信手段と、を有し、
   前記測定手段は、接触式センサ及び非接触式センサを有し、前記接触式センサの検出結果に基づく第１の測定データと、前記非接触式センサの検出結果に基づく第２の測定データとのいずれかを出力する、三次元測定装置。
2. 前記測定手段は、前記測定データおよび該測定データを取得した時刻を、前記形状データ生成手段へ送信し、
   前記形状データ生成手段は、前記測定手段から受信した測定データと、該測定データが取得された時刻における前記回転軸の位置情報とに基づいて、前記形状データを生成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の三次元測定装置。
3. 前記非接触式センサは、
   前記加工対象物の表面に対してスポット光を照射する光照射手段と、
   複数の受光素子からなる受光部を有し、前記加工対象物の表面で反射した前記スポット光を撮像する撮像手段と、を有し、
   前記測定手段は、
   前記撮像手段によって撮像されたスポット光の撮像位置に基づいて前記測定データを出力する請求項１に記載の三次元測定装置。
4. 前記非接触式センサは、
   前記加工対象物の表面に対してライン光を照射する光照射手段と、
   複数の受光素子からなる受光部を有し、前記加工対象物の表面で反射した前記ライン光を撮像する撮像手段と、
   前記反射光を前記受光部に結像させるレンズと、を有し、
   前記測定手段は、
   前記撮像手段によって撮像されたライン光の曲線に基づいて前記測定データを出力する請求項１に記載の三次元測定装置。
5. 前記測定手段は、電源を供給するための電力を発生する電力発生手段を備えることを特徴とする請求項１から４のうちいずれか一項に記載の三次元測定装置。
6. 前記測定手段は、前記電力発生手段による電源の供給および供給停止を制御する電源制御手段を備えることを特徴とする請求項５に記載の三次元測定装置。
7. 前記電源制御手段は、加速度センサを有し、該加速度センサの検出信号に基づいて前記電力発生手段による電源の供給および供給停止を制御することを特徴とする請求項６に記載の三次元測定装置。
8. 前記電力発生手段は二次電池であって、
   前記二次電池を充電する充電する充電手段を備え、
   前記自動工具交換装置によって前記測定手段と前記充電手段とを接続させることによって、前記充電手段による前記二次電池の充電を行うことを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載の三次元測定装置。
9. 前記測定手段は、
   粉塵が内部に浸入せず、如何なる方向からの水の飛沫によっても影響を受けない耐油及び防水機能を備える
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の三次元測定装置。

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