JP7249769B2 - Ｃｎｃ加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、コンピュータ数値制御を用いて対象物を加工するＣＮＣ加工装置に関する。

従来、コンピュータ数値制御によってワーク（対象物）を加工することのできるＣＮＣ加工装置が知られている。ＣＮＣ加工装置によってワークを加工した後、ワークの加工精度を確認するために、ワークの形状が測定される。ワークの形状の測定装置として、例えば、特許文献１、２に開示された装置が知られている。

特許文献１に開示された測定装置は、ＣＮＣ加工装置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る。次に、タッチプローブの測定子をワークの表面に接触させることによって、ワークの表面との距離を測定する。タッチプローブによって取得された数値データに基づいて、ワークの表面形状を測定することができる。

特許文献２に開示された測定装置は、ＣＮＣ加工装置による切削加工の終了後に、加工に使用した工具を、レーザ光によって表面との距離を測定することのできる非接触式センサに付け替える。非接触式センサによって取得された測定データに基づいて、ワークの表面形状を測定することができる。

特開２０１３－０８８３４１号公報 特開２０１８－８７７４９号公報

特許文献２に開示された測定装置は、複数の工具を収容する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工具を交換することができる。工具マガジンには、複数の工具だけでなく、ワークの表面形状を測定するためのセンサが収納されている。自動工具交換装置によって、加工に使用した工具を、センサに交換することができる。具体的には、ＣＮＣ加工装置の回転軸に装着されている工具を、センサに交換することができる。センサは、ワークの表面との距離に応じた測定データを、無線通信によってパソコンに送信することができる。

特許文献２に開示された測定装置によれば、ＣＮＣ加工装置によってワークを加工した後、その場で引き続きワークの形状を測定することができる。したがって、加工されたワークを他の測定装置に移動させる必要がないため、ワークの形状を測定する作業負荷を大幅に軽減することができる。

特許文献２に開示された測定装置では、ＣＮＣ加工装置の回転軸の位置及び向きを示すデータ（以下、このようなデータを「位置座標データ」と呼ぶことがある。）と、回転軸に装着されているセンサから出力される測定データとに基づいて、対象物の表面形状を示すデータがパソコンによって生成される。位置座標データ及び測定データは、それぞれＮＣ装置及びセンサによって取得されるため、これら２種類のデータを同期させる必要がある。データを同期させるために、位置座標データが取得された時刻（ＮＣ制御時刻データ）と、測定データが取得された時刻（センサ時刻データ）が用いられる。時刻データを用いることによって、同一時刻に取得された位置座標データと測定データを組み合わせることが可能となり、対象物の表面形状を正確に測定することが可能となる。

本発明は、ＣＮＣ加工装置の計測精度の改良を目的とする。具体的には、回転軸の位置及び向きを示すデータと、回転軸に装着されるセンサから出力される測定データとをより正確に同期させることが可能であり、対象物（ワーク）の形状をより正確に測定することが可能なＣＮＣ加工装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための手段は、以下の発明である。
（１）工具によって対象物を加工した後、その加工した対象物の表面形状を測定することのできるＣＮＣ加工装置であって、
複数の工具を収容する収容部と、前記工具を回転させるための回転軸と、前記回転軸に装着されている工具と前記収容部に収容されている工具とを交換することのできる自動工具交換装置と、前記回転軸の動作を制御するためのＣＮＣコントローラと、前記対象物の表面との距離に応じた測定データを生成することのできる測定部と、前記ＣＮＣコントローラに接続された処理装置と、を備え、
前記自動工具交換装置は、前記回転軸に装着されている工具と前記測定部とを交換することが可能であり、
前記測定部は、一定の間隔で前記測定データを生成し、
前記ＣＮＣコントローラは、一定の間隔で前記回転軸の位置及び向きを示す位置座標データを生成し、
前記測定部は、第１の無線通信を介して前記測定データを前記処理装置に送信し、第２の無線通信を介して前記測定データと前記位置座標データとを同期させるための同期信号を前記ＣＮＣコントローラに送信する、ＣＮＣ加工装置。

（２）前記測定部は、１回の測定単位毎に前記同期信号を１回出力する、（１）に記載のＣＮＣ加工装置。

（３）前記測定部は、一回の測定単位内に前記同期信号を複数回出力する、（１）に記載のＣＮＣ加工装置。

（４）前記測定部は、測定開始時に前記同期信号を１回出力する、（１）から（３）のうちいずれかに記載のＣＮＣ加工装置。

（５）前記測定部は加速度センサを備えており、前記加速度センサによって所定以上の加速度が検知されたときに前記測定データに同期のための印を付ける、（１）から（４）のうちいずれかに記載のＣＮＣ加工装置。

（６）前記処理装置は、前記同期信号に基づいて前記測定データと前記位置座標データとを同期させる、（１）から（５）のうちいずれかに記載のＣＮＣ加工装置。

（７）前記処理装置は、前記測定データと前記位置座標データとに基づいて前記対象物の表面形状データを生成する、（１）から（６）のうちいずれかに記載のＣＮＣ加工装置。

本発明によれば、回転軸の位置及び向きを示すデータと、その回転軸に装着されるセンサから出力されるデータとをより正確に同期させることが可能であり、対象物（ワーク）の形状をより精密に測定することが可能なＣＮＣ加工装置を提供することができる。

ＣＮＣ加工装置の外観を示す斜視図である。 図２（ａ）は、センサヘッドの正面図である。図２（ｂ）は、センサヘッドの側面図である。図２（ｃ）は、センサヘッドの外観を示す斜視図である。 センサヘッドの内部を示すブロック図である。 図４（ａ）は、フライングレーザスポット方式の非接触式センサの例を示す。図４（ｂ）は、フィックスラインレーザ方式の非接触式センサの例を示す。 ＣＮＣ加工装置の通信ネットワーク構成を示すブロック図である。 ワークの形状の測定手順を示すフローチャートである。 センサヘッドによって測定データが取得されるタイミングと、センサヘッドから同期信号が出力されるタイミングとの関係を示す図である。 ＣＮＣコントローラによって位置座標データが取得されるタイミングと、ＣＮＣコントローラが同期信号を受信したタイミングとの関係を示す図である。 パソコンに蓄積された測定データ（Ｘ、Ｚ）と位置座標データ（ｘ、ｙ、ｚ、ｘθ、ｙθ、ｚθ）の関係を示す図である。 加速度センサによって所定以上の加速度が検知されたタイミングで、センサヘッドが同期信号を出力する例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係るＣＮＣ加工装置について説明する。
図１は、本実施形態のＣＮＣ加工装置の外観を示す斜視図である。ＣＮＣ加工装置は、マシニングセンタと呼ばれることもある。ＣＮＣ加工装置１は、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、ＣＮＣコントローラ３２および切削油タンク３４を備えている。

工具マガジン２０には、複数種類の工具が収容されている。工具マガジン２０は、これらの工具を図中の矢印Ａの方向に回転させることができる。工具マガジン２０は、加工に使用する工具を、定位置Ｐまで移動させることができる。

中間アーム２２は、定位置Ｐに移動した工具を、工具マガジン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。スピンドル２６に既に工具が装着されている場合、ＡＴＣアーム２４は、工具をスピンドル２６から取り外した後に、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。スピンドル２６から取り外された工具は、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。

工具マガジン２０は、本発明の「収容部」に対応する。中間アーム２２およびＡＴＣアーム２４は、本発明の「自動工具交換装置」に対応する。スピンドル２６は、本発明の「回転軸」に対応する。

加工される対象物（以下、「ワーク」という。）は、パレット２８に載置及び固定される。パレット２８は、図１中の矢印Ｂの方向に回動して起き上がることで、ワークをスピンドル２６に装着された工具に対向させる。テーブル３０は、ＣＮＣコントローラ３２から出力される制御信号に従って、パレット２８を、図１中のＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の方向に移動させる。さらに、ＣＮＣコントローラ３２は、ワークＷに対してスピンドル２６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装置の場合、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、ＣＮＣ加工装置１は、スピンドル２６によって工具を回転させるとともに、ワークに対するスピンドル２６の相対的な位置および向きをＣＮＣコントローラ３２によって制御することができる。

ワークの加工が終了した後、工具マガジン２０に収容されているセンサヘッド１０を、定位置Ｐへ移動させる。次に、中間アーム２２およびＡＴＣアーム２４によって、スピンドル２６に取り付けられている工具と、定位置Ｐにあるセンサヘッド１０を交換する。次に、ＣＮＣコントローラ３２は、ワークに対するスピンドル２６の相対的な位置（ｘ、ｙ、ｚ）および向き（ｘθ、ｙθ、ｚθ）を、予め設定されたパターンに従って変化させる。ここで、ｘθは、ｘ軸を中心とするスピンドル２６の傾きを示す。ｙθは、ｙ軸を中心とするスピンドル２６の傾きを示す。ｚθは、スピンドル２６の回転位置を示す。なお、測定時におけるパレット２８の移動は、ｘ、ｙ、及びｚ軸方向のみで行う。その間、センサヘッド１０は、所定時間毎（例えば１０ミリ秒毎）に、ワークとの距離に関する情報を含む測定データ（Ｘ、Ｚ）を出力する。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（Ｘ、Ｚ）と、ワークに対するスピンドル２６の位置および向きを示すデータ（ｘ、ｙ、ｚ、ｘθ、ｙθ、ｚθ）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。センサヘッド１０は、本発明の「測定部」に対応する。パソコン４０は、本発明の「処理装置」に対応する。

図２を参照して、センサヘッド１０についてより詳しく説明する。図２（ａ）は、センサヘッド１０の正面図である。図２（ｂ）は、センサヘッド１０の側面図である。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、本体部１２と、コレットチャック１８を備える。本体部１２は、ワークとの距離を測定するための部品を内蔵する。コレットチャック１８は、スピンドル２６に着脱可能となっている。

本体部１２の先端（図２（ｂ）における左端）には、発光窓１４と、受光窓１６と、が設けられている。本体部１２に内蔵されている非接触式センサから出射したレーザ光Ｌは、発光窓１４を通過してワークＷに照射される。ワークＷの表面で反射したレーザ光Ｒ（反射光）は、受光窓１６を通過する。

本体部１２の後端（図２（ｂ）における右端）には、コレットチャック１８が取り付けられている。コレットチャック１８は、工具マガジン２０に収容されている工具と同じ形状を有する。コレットチャック１８によって、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。

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。

図３を参照して、センサヘッド１０の本体部１２内に設けられた各部の構成について説明する。本体部１２の内部には、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１００は、非接触式センサ１１０から出力されるデータを、例えば１０ミリ秒毎に取得する。測定制御部１００は、非接触式センサ１１０から出力されるデータを取得する毎に、ワークＷとの距離に関する情報を含む測定データ（Ｘ、Ｚ）を生成する。測定制御部１００は、生成した測定データを、無線ＬＡＮユニット１０２を介してパソコン４０へ送信する。なお、測定データの容量は大きいため、無線ＬＡＮユニット１０２にはＷｉｆｉが用いられることが好ましい。

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は、パソコン４０内のハードディスク等に蓄積される。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。センサヘッド１０をスピンドル２６から取り外すとき、センサヘッド１０が振動することがある。また、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ときにも、センサヘッド１０が振動することがある。緩衝材１２０によって、センサヘッド１０に加えられるこのような振動から非接触式センサ１１０を保護することができる。

モニタ１０８は、複数のＬＥＤからなる。各ＬＥＤは、測定制御部１００内の各種信号のオン／オフに応じて、点灯／消灯する。各ＬＥＤの点灯状態によって、測定制御部１００の作動状態を確認することができる。また、各ＬＥＤの点灯状態によって、測定制御部１００と、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との接続状態を確認することができる。

図４を参照して、上述した非接触式センサ１１０の例について説明する。図４（ａ）は、フライングレーザスポット方式の非接触式センサの例を示す。図４（ｂ）は、フィックスラインレーザ方式の非接触式センサの例を示す。

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の受光部の所定の軸ＣＡ上に、スポット光（光の点）ｓｐとして結像する。スポット光ｓｐの撮像データは、測定制御部１００へ出力される。スポット光ｓｐの軸ＣＡ上の位置は、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。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、センサヘッド１０と測定点Ｐとの間の距離情報を含むデータを生成する。

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いる。走査用モータ１１６の駆動軸は、図４（ａ）中の矢印Ｃの方向に回転することができる。矢印Ｄで示すように、ｘ軸上の所定範囲内（例えば、ワークＷの表面上の測定点Ｐ_ＡとＰ_Ｂの間）を往復するように、レーザ光Ｌが周期的に走査される。測定制御部１００は、測定データを、パソコン４０へ送信する。測定データは、センサヘッド１０と測定点Ｐとの間の距離に関する情報（Ｚ）を含む。測定データは、さらに、レーザ光Ｌのｘ軸上の位置に関する情報（Ｘ）を含む。したがって、センサヘッド１０からパソコン４０へ無線によって送信される測定データは、（Ｘ、Ｚ）と表すことができる。

フライングレーザスポット方式の非接触式センサを用いた場合、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。そのため、フライングレーザスポット方式の非接触式センサを用いた場合、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、フライングレーザスポット方式の非接触式センサは、その構造が複雑であるため、コストが高い。

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、図４（ｂ）中のｘ軸方向に広がる。したがって、レーザダイオード１１１から出射されたレーザ光は、ライン光（一本の線状の光）ＬＬとなる。ライン光ＬＬは、発光窓１４（図２参照）を通って、ワークＷの表面上の測定点Ｐ_Ａから測定点Ｐ_Ｂへ至るライン上に照射される。

ライン光ＬＬ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の受光部に結像する。結像した像はライン光となっており、ＣＭＯＳ１１５によって撮像される。その撮像データは、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を描く。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至るライン上の任意の位置との間の距離を算出する。そして、測定制御部１００は、算出した距離の情報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。しかし、フィックスライン方式の非接触式センサは、その構造がシンプルであるため、コストを低く抑えることができる。

図５は、本実施形態に係るＣＮＣ加工装置１の通信ネットワーク構成を示すブロック図である。図５に示すように、本実施形態に係るＣＮＣ加工装置１は、センサヘッド１０と、ＣＮＣコントローラ３２と、パソコン４０とを含む。パソコン４０とＣＮＣコントローラ３２は、有線ＬＡＮ（例えば、ハイスピードシリアルバス（ＨＳＳＢ）又はファストイーサネット（登録商標）（ＦＥ））によって接続されている。センサヘッド１０は、第１の無線通信ＲＣ１によってパソコン４０と通信することが可能である。また、センサヘッド１０は、第１の無線通信ＲＣ１とは異なる第２の無線通信ＲＣ２によってＣＮＣコントローラ３２と通信することが可能である。第１の無線通信ＲＣ１及び第２の無線通信ＲＣ２には、どのような種類の無線通信を用いてもよい。センサヘッド１０からパソコン４０に送信される測定データの容量は大きいため、第１の無線通信ＲＣ１にはＷｉｆｉを用いることが好ましい。

センサヘッド１０によって取得された測定データ（Ｘ、Ｚ）は、第１の無線通信ＲＣ１を介してパソコン４０へ送信される。パソコン４０は、センサヘッド１０から受信した測定データを、例えばハードディスクに蓄積することができる。

また、センサヘッド１０は、測定データ（Ｘ、Ｚ）と位置座標データ（ｘ、ｙ、ｚ、ｘθ、ｙθ、ｚθ）を同期させるための同期信号を、第２の無線通信ＲＣ２を介してＣＮＣコントローラ３２に送信する。

ＣＮＣコントローラ３２は、スピンドル２６の位置及び向きを示す位置座標データ（ｘ、ｙ、ｚ、ｘθ、ｙθ、ｚθ）を、パソコン４０へ送信する。パソコン４０は、ＣＮＣコントローラ３２から受信した位置座標データを、例えばハードディスクに蓄積することができる。

パソコン４０は、位置座標データの取得あるいは停止を指示するコマンド（start/stop）を、ＣＮＣコントローラ３２に送信することができる。

ＣＮＣコントローラ３２は、スリープ状態となっているセンサヘッド１０を起動させるための信号を、第２の無線通信ＲＣ２を介してセンサヘッド１０へ送信することができる。

また、パソコン４０は、測定データの取得あるいは停止を指示するコマンド（start/stop）を、第１の無線通信ＲＣ１を介してセンサヘッド１０へ送信することができる。

次に、本実施形態に係るＣＮＣ加工装置１によってワークの形状を測定する手順について、図６のフローチャートを参照しながら説明する。
なお、図６のフローチャートに示す測定手順は一例であり、ワークの形状を測定する手順はこれに限定されるものではない。

まず、スピンドル２６に装着されている工具を、工具マガジン２０に収容されているセンサヘッド１０に交換する。工具とセンサヘッド１０の交換には、上述の中間アーム２２およびＡＴＣアーム２４を用いる（ステップＳ１０）。

ステップＳ１０の後、ＣＮＣコントローラ３２は、スリープ状態となっているセンサヘッド１０を起動させるための信号を、第２の無線通信ＲＣ２を介してセンサヘッド１０へ送信する（ステップＳ１２）。

ステップＳ１２の後、ＣＮＣコントローラ３２は、センサヘッド１０を測定スタート位置へ移動させる（ステップＳ１４）。

ステップＳ１４の後、ＣＮＣコントローラ３２の時間カウンターが開始される。これにより、ＣＮＣコントローラ３２は、一定の間隔で (例えば１ｍ秒の間隔で)、スピンドル２６の位置及び向きを示す位置座標データ（ｘ、ｙ、ｚ、ｘθ、ｙθ、ｚθ）を取得する（ステップＳ１６）。

ステップＳ１６の後、センサヘッド１０は、測定データ（Ｘ、Ｚ）の取得を開始する。センサヘッド１０は、一定の間隔で（例えば１０ｍ秒の間隔で）、測定データを取得する（ステップＳ１８）。

ステップＳ１８の後、ＣＮＣコントローラ３２は、センサヘッド１０の１パス目の移動を開始させる。これにより、センサヘッド１０は、ワークの表面に沿って１パス目の移動を開始するとともに、移動経路上において表面との距離に関する情報を含む測定データ（Ｘ、Ｚ）を連続的に取得する（ステップＳ２０）。センサヘッド１０の１パスの移動が、本発明の「１回の測定単位」に対応する。

ステップＳ２０の後、ＣＮＣコントローラ３２は、位置座標データ（ｘ、ｙ、ｚ、ｘθ、ｙθ、ｚθ）をパソコン４０へ送信する（ステップＳ２２）。

ステップＳ２２の後、センサヘッド１０は、測定データ（Ｘ、Ｚ）をパソコン４０へ送信する（ステップＳ２４）。

ステップＳ２４の後、ＣＮＣコントローラ３２は、センサヘッド１０が１パス目の測定を終了したか否かを判断する（ステップＳ２６）。１パス目の測定が終了してないと判断した場合、ステップＳ２２の前に戻り、データの送信を継続する。１パス目の測定が終了したと判断した場合、センサヘッド１０による測定を停止する（ステップＳ２８）。

ステップＳ２８の後、ＣＮＣコントローラ３２は、測定が終了したか否かを判断する（ステップＳ３０）。測定が終了したと判断した場合、ワークの表面形状の測定が終了する。測定が終了していないと判断した場合、ステップＳ１４の前に戻り、２パス目の測定が開始される。

次に、図７～図９を参照しながら、同期信号を用いて測定データ（Ｘ、Ｚ）と位置座標データ（ｘ、ｙ、ｚ、ｘθ、ｙθ、ｚθ）を同期させる方法について説明する。

図７は、センサヘッド１０によって測定データ（Ｘ、Ｚ）が取得されるタイミングと、センサヘッド１０から同期信号が出力されるタイミングとの関係を示す図である。図７に示すように、センサヘッド１０は、一定間隔で（例えば１０ｍ秒の間隔で）、測定データ（Ｘ、Ｚ）を取得し、取得した測定データを第１の無線通信ＲＣ１を介してパソコン４０へ送信する。また、センサヘッド１０は、測定開始時に１回だけ同期信号を出力する。センサヘッド１０から出力された同期信号は、第２の無線通信ＲＣ２を介してＣＮＣコントローラ３２へ送信される。

図８は、ＣＮＣコントローラ３２によって位置座標データ（ｘ、ｙ、ｚ、ｘθ、ｙθ、ｚθ）が取得されるタイミングと、ＣＮＣコントローラ３２がセンサヘッド１０から送信される同期信号を受信したタイミングとの関係を示す図である。図８に示すように、ＣＮＣコントローラ３２は、一定間隔で（例えば１ｍ秒の間隔で）、スピンドル２６の位置及び向きを示す位置座標データを取得し、取得した位置座標データをパソコン４０へ送信する。

図８に示すように、センサヘッド１０が同期信号を出力したタイミングと、ＣＮＣコントローラ３２がその同期信号を受信したタイミングとの間にはズレがある。このようなズレは、センサヘッド１０から出力された同期信号が、ＣＮＣコントローラ３２に到達するまでの時間と関係がある。このようなズレは、ｄ１及びｄ２の２つに分けて考えることができる。

ｄ１は、ＣＮＣコントローラ３２が同期信号を受信したタイミングと、ＣＮＣコントローラ３２がその同期信号を受信する直前に位置座標データを取得したタイミングとの間の時間を意味する（図８参照）。例えば、ＣＮＣコントローラ３２が１ミリ秒毎に位置座標データを取得する場合、ｄ１＜１ミリ秒となる。ＣＮＣコントローラ３２には、このような時間遅れｄ１を検出するための機能が内蔵されている。

ｄ２は、センサヘッド１０が同期信号を出力したタイミングと、ＣＮＣコントローラ３２がその同期信号を受信したタイミングとの間の時間を意味する。これは、第２の無線通信ＲＣ２の遅れ時間である。この遅れ時間は、第２の無線通信ＲＣ２の変調の工夫により、ほぼ一定となっている（例：２ｍｓ±０．０１ｍｓ）。

図９は、パソコン４０に蓄積された測定データ（Ｘ、Ｚ）と位置座標データ（ｘ、ｙ、ｚ、ｘθ、ｙθ、ｚθ）の関係を示している。図９に示すように、パソコン４０には、センサヘッド１０から送信された測定データ（Ｘ、Ｚ）が時間順に蓄積される。各測定データは、そのデータが取得された時間に関する情報と関連付けられている。また、パソコン４０には、ＣＮＣコントローラ３２から送信された位置座標データ（ｘ、ｙ、ｚ、ｘθ、ｙθ、ｚθ）が時間順に蓄積される。

測定データ（Ｘ、Ｚ）は、一定の間隔（例えば１０ミリ秒）で取得される。
位置座標データ（ｘ、ｙ、ｚ、ｘθ、ｙθ、ｚθ）も、一定の間隔（例えば１ミリ秒）で取得される。
測定開始時にセンサヘッド１０からＣＮＣコントローラ３２に１回だけ同期信号が出力されるため、この同期信号を起点として、同一の時間に取得された測定データと位置座標データを対応させることが可能である。

以下、説明の簡単化のため、ミリ秒のことを「ｍｓ」と表記する場合がある。
例えば、ＣＮＣコントローラ３２が、測定開始から２～３ｍｓの間に同期信号を受信した場合は、（２ｍｓ－ｄ２＋ｄ１）の位置座標データが、同期信号を出力した時点（０ｍｓ）の測定データ（Ｘ、Ｚ）に対応する。
同様に、（１２ｍｓ－ｄ２＋ｄ１）の位置座標データは、（１０ｍｓ）の測定データに対応する。（２２ｍｓ－ｄ２＋ｄ１）の位置座標データは、（２０ｍｓ）の測定データに対応する。（１００２ｍｓ－ｄ２＋ｄ１）の位置座標データは、（１０００ｍｓ）の測定データに対応する。（３０００２ｍｓ－ｄ２＋ｄ１）の位置座標データは、（３００００ｍｓ）の測定データに対応する。なお、位置座標データが１ｍｓ毎に取得される場合、連続する２つの時点の間の位置座標データは、補間によって計算することが可能である。

このように、ＣＮＣコントローラ３２が受信した同期信号を起点として、位置座標データと測定データを同期させることができる。同期させたこれらのデータに基づいて、パソコン４０は、ワークの表面形状を示すデータを生成することができる。

なお、上記の実施形態では、測定の最初にセンサヘッド１０が同期信号を１回出力する例を示したが、本発明はこのような態様に限定されない。
測定の距離（あるいは時間）が非常に長い場合、ＣＮＣコントローラ３２のカウンターの誤差、あるいは、センサヘッド１０のカウンターの誤差によって、測定精度が低下するかもしれない。この場合は、例えば、１回の測定（１パスの測定）の途中に、センサヘッド１０が同期信号を複数回出力してもよい。例えば、１回の測定（１パスの測定）において、センサヘッド１０が１０００ライン移動する場合、４回のライン毎に１回の同期信号を出力してもよく、１００回のライン毎に１回の同期信号を出力してもよい。

図５に示すように、ＣＮＣ加工装置１は、非接触式センサを有するセンサヘッド１０だけでなく、さらに接触式センサ５０を備えてもよい。接触式センサ５０は、例えばタッチプローブからなる。接触式センサ５０によって取得されたタッチ信号は、第３の無線通信ＲＣ３を介してＣＮＣコントローラ３２へ送信されてもよい。ＣＮＣコントローラ３２が受信したタッチ信号は、その時点の接触方式のポイントデータ（ｘ、ｙ、ｚ、ｘθ、ｙθ、ｚθ）として例えばハードディスクに蓄積されてもよい。

センサヘッド１０は、加速度センサを内蔵してもよい。加速度センサによって、センサヘッド１０に作用する加速度を検知してもよい。そして、加速度センサが所定以上の加速度を検知したタイミングで、センサヘッド１０がその時点の測定データ（Ｘ、Ｚ）を特定するとともに、そのデータに遅れ時間を付けてもよい。ここでいう「特定」とは、データに印を付ける、あるいは、データにフラグを立てることを意味する。例えば、測定開始時に、センサヘッド１０に対して、センサヘッド１０の移動方向以外の方向（例えばスピンドル２６の軸方向）に短い衝撃を与えてもよい。これにより、測定開始時に、センサヘッド１０に所定以上の加速度を作用させることができる。

図１０は、加速度センサによって所定以上の加速度が検知されたタイミングで、センサヘッド１０がその時点の測定データ（Ｘ、Ｚ）を特定する例を示すフローチャートである。

まず、ＣＮＣコントローラ３２は、センサヘッド１０を測定スタート位置へ移動させる（ステップＳ４０）。

ステップＳ４０の後、センサヘッド１０は、測定データ（Ｘ、Ｚ）の取得を開始する。センサヘッド１０は、一定の間隔で（例えば１０ｍ秒の間隔で）、測定データを取得する（ステップＳ４２）。

ステップＳ４２の後、ＣＮＣコントローラ３２は、センサヘッド１０に対して、センサヘッド１０の移動方向以外の方向に大きな衝撃を与える（ステップＳ４４）。このとき、衝撃を与えるＣＮＣコントローラ３２は、連続して取得する位置座標データ（ｘ、ｙ、ｚ、ｘθ、ｙθ、ｚθ）に、同期のための印を付ける（あるいはフラグを立てる）（ステップＳ４４）。

加速度センサが所定以上の加速度を検知したタイミングで、センサヘッド１０は、測定データ（Ｘ、Ｚ）に、同期のための印を付ける（あるいはフラグを立てる）（ステップＳ４６）。

ステップＳ４６の後、ＣＮＣコントローラ３２は、センサヘッド１０の１パス目の移動を開始させる。これにより、センサヘッド１０は、ワークの表面に沿って１パス目の移動を開始するとともに、移動経路上において表面との距離に関する情報を含む測定データ（Ｘ、Ｚ）を連続的に取得する（ステップＳ４８）。

ステップＳ４８の後、ＣＮＣコントローラ３２は、位置座標データ（ｘ、ｙ、ｚ、ｘθ、ｙθ、ｚθ）をパソコン４０へ送信する（ステップＳ５０）。

ステップＳ５０の後、センサヘッド１０は、測定データ（Ｘ、Ｚ）をパソコン４０へ送信する（ステップＳ５２）。

ステップＳ５２の後、ＣＮＣコントローラ３２は、センサヘッド１０が１パス目の測定を終了したか否かを判断する（ステップＳ５４）。１パス目の測定が終了していないと判断した場合、ステップＳ５０の前に戻り、データの送信を継続する。１パス目の測定が終了したと判断した場合、ＣＮＣコントローラ３２は、センサヘッド１０の１パス目の移動を停止した後（ステップＳ５６）、センサヘッド１０による測定を停止する（ステップＳ５８）。

ステップＳ５８の後、ＣＮＣコントローラ３２は、測定が終了したか否かを判断する（ステップＳ６０）。測定が終了したと判断した場合、ワークの表面形状の測定が終了する。測定が終了していないと判断した場合、ステップＳ４０の前に戻り、２パス目の測定が開始される。

上記の実施形態によれば、センサヘッド１０に衝撃が加えられたタイミングで、位置座標データ（ｘ、ｙ、ｚ、ｘθ、ｙθ、ｚθ）と測定データ（Ｘ、Ｚ）に印が付けられる。つまり、同一時点に取得された位置座標データと測定データを特定できるため、これらのデータを同期させることができる。

本実施形態のＣＮＣ加工装置１によれば、センサヘッド１０によって取得される測定データ（Ｘ、Ｚ）とＣＮＣコントローラ３２によって取得される位置座標データ（ｘ、ｙ、ｚ、ｘθ、ｙθ、ｚθ）をより正確に同期させることが可能であり、対象物の表面形状をより正確に測定することが可能である。

１ ＣＮＣ加工装置
１０ センサヘッド（測定部）
２０ 工具マガジン（収容部）
２２ 中間アーム
２４ ＡＴＣアーム
２６ スピンドル（回転軸）
３２ ＣＮＣコントローラ
４０ パソコン（処理装置）
５０ 接触式センサ
ＲＣ１ 第１の無線通信
ＲＣ２ 第２の無線通信
ＲＣ３ 第３の無線通信
Ｗ ワーク（対象物）

Claims (5)

1. 工具によって対象物を加工した後、その加工した対象物の表面形状を測定することのできるＣＮＣ加工装置であって、
   複数の工具を収容する収容部と、前記工具を回転させるための回転軸と、前記回転軸に装着されている工具と前記収容部に収容されている工具とを交換することのできる自動工具交換装置と、前記回転軸の動作を制御するためのＣＮＣコントローラと、前記対象物の表面との距離に応じた測定データを生成することのできる測定部と、前記ＣＮＣコントローラに接続された処理装置と、を備え、
   前記自動工具交換装置は、前記回転軸に装着されている工具と前記測定部とを交換することが可能であり、
   前記測定部は、一定の間隔で前記測定データを生成し、
   前記ＣＮＣコントローラは、一定の間隔で前記回転軸の位置及び向きを示す位置座標データを生成し、
   前記測定部は、第１の無線通信を介して前記測定データを前記処理装置に送信し、第２の無線通信を介して前記測定データと前記位置座標データとを同期させるための同期信号を前記ＣＮＣコントローラに送信し、
   前記測定部は、１回の測定単位毎に前記同期信号を１回出力する、ＣＮＣ加工装置。
2. 前記測定部は、測定開始時に前記同期信号を１回出力する、請求項１に記載のＣＮＣ加工装置。
3. 前記処理装置は、前記同期信号に基づいて前記測定データと前記位置座標データとを同期させる、請求項１または２に記載のＣＮＣ加工装置。
4. 工具によって対象物を加工した後、その加工した対象物の表面形状を測定することのできるＣＮＣ加工装置であって、
   複数の工具を収容する収容部と、前記工具を回転させるための回転軸と、前記回転軸に装着されている工具と前記収容部に収容されている工具とを交換することのできる自動工具交換装置と、前記回転軸の動作を制御するためのＣＮＣコントローラと、前記対象物の表面との距離に応じた測定データを生成することのできる測定部と、前記ＣＮＣコントローラに接続された処理装置と、を備え、
   前記自動工具交換装置は、前記回転軸に装着されている工具と前記測定部とを交換することが可能であり、
   前記測定部は、一定の間隔で前記測定データを生成し、
   前記ＣＮＣコントローラは、一定の間隔で前記回転軸の位置及び向きを示す位置座標データを生成し、
   前記測定部は、第１の無線通信を介して前記測定データを前記処理装置に送信し、
   更に前記測定部は、加速度センサを備えており、前記加速度センサによって所定以上の加速度が検知されたときに前記測定データに前記位置座標データとの同期のための印を付ける、ＣＮＣ加工装置。
5. 前記処理装置は、前記測定データと前記位置座標データとに基づいて前記対象物の表面形状データを生成する、請求項１から４のうちいずれか１項に記載のＣＮＣ加工装置。

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