JP7297179B1

JP7297179B1 - 工作装置

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Publication number: JP7297179B1
Application number: JP2023501764A
Authority: JP
Inventors: 広樹後藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2022-06-02
Filing date: 2022-06-02
Publication date: 2023-06-23
Anticipated expiration: 2042-06-02
Also published as: WO2023233607A1; JPWO2023233607A1

Abstract

周波数掃引光を出力する周波数掃引光出力部（４２１）と、周波数掃引光出力部（４２１）により出力された周波数掃引光を、参照光及び照射光に分岐する光分岐部（４２２）と、光分岐部（４２２）により得られた照射光を、加工後の被加工物（１０）における加工面（１０１）に向けて照射し、加工面（１０１）による反射光を受光するセンサヘッド部（４１）と、光分岐部（４２２）により得られた参照光及びセンサヘッド部（４１）により受光された反射光に基づいて、当該参照光と当該反射光との干渉光を生成して電気信号に変換する光干渉部（４２３）と、光干渉部（４２３）により得られた電気信号を、アナログ信号からデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器（４２４）と、Ａ／Ｄ変換器（４２４）により得られたデジタル信号に基づいて、センサヘッド部（４１）の先端から加工後の被加工物（１０）における加工面（１０１）までの距離に関する情報を算出する距離情報算出部（４２５）と、距離情報算出部（４２５）による算出結果に基づいて、加工後の被加工物（１０）における加工面（１０１）の表面粗さを測定する粗さ測定部（４２６）とを備えた。

Description

本開示は、被加工物における加工面の表面粗さを測定する工作装置に関する。

従来、対象物を加工するとともに、加工後の対象物における加工面の表面状態を測定する工作装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１に開示された工作装置では、タッチプローブを用いて工作装置の機上で表面状態を測定する。

特開２０１８－３６０８３号公報

ここで、特許文献１に開示された接触式であるタッチプローブ方式では、高精度な機上測定が可能である。しかしながら、このタッチプローブ方式では、加工物表面が傷つく、また、タッチプローブの先端のＲのサイズに制限がある。

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、工作装置の機上において、非接触で被加工物の表面粗さを測定可能となる工作装置を提供することを目的としている。

本開示に係る工作装置は、被加工物における加工面に対して加工を行う加工部と、加工部による加工後の被加工物における加工面の表面粗さを測定する光センサ部とを備え、光センサ部は、周波数掃引光を出力する周波数掃引光出力部と、周波数掃引光出力部により出力された周波数掃引光を、参照光及び照射光に分岐する光分岐部と、光分岐部により得られた照射光を、加工部による加工後の被加工物における加工面に向けて照射し、当該加工面による反射光を受光するセンサヘッド部と、光分岐部により得られた参照光及びセンサヘッド部により受光された反射光に基づいて、当該参照光と当該反射光との干渉光を生成して電気信号に変換する光干渉部と、光干渉部により得られた電気信号を、アナログ信号からデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器と、アナログデジタル変換器により得られたデジタル信号に基づいて、センサヘッド部の先端から加工部による加工後の被加工物における加工面までの距離に関する情報として、干渉光の周波数情報である受信スペクトルを算出する距離情報算出部と、距離情報算出部により算出された受信スペクトルの広がりに基づいて、加工部による加工後の被加工物における加工面の表面粗さを測定する粗さ測定部とを備えたことを特徴とする。

本開示によれば、上記のように構成したので、工作装置の機上において、非接触で被加工物の表面粗さを測定可能となる。

実施の形態１に係る工作装置の構成例を示す図である。実施の形態１における光センサ部の構成例を示す図である。実施の形態１における光センサ部で用いられる周波数掃引光の一例を示す図である。実施の形態１に係る工作装置において、被加工物に照射した照射光に対する反射光の一例を示す図である。図５は、実施の形態１におけるコントロール部のハードウェア構成例を示す図である。実施の形態１における粗さ推定部で用いられる受信スペクトルの一例を示す図である。実施の形態１におけるセンサ本体部による動作例を示すフローチャートである。実施の形態２における光センサ部の構成例を示す図である。

以下、実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る工作装置の構成例を示す図である。
工作装置は、被加工物１０における加工面１０１に対して加工を行うとともに、加工後の被加工物１０における加工面１０１の表面粗さを測定する装置である。なお、被加工物１０としては、金属等が挙げられる。また、実施の形態１では、説明を簡単化するため、工作装置によって加工される前の加工面１０１の形状は平面であるとする。

この工作装置は、図１に示すように、テーブル１、バイス２、加工部３、光センサ部４、及び、コントロール部５を備えている。

テーブル１は、加工対象である被加工物１０が載せられる面を有する台である。
バイス２は、テーブル１に載せられた被加工物１０に取り付けられ、被加工物１０が動かないように固定するための固定具である。

加工部３は、テーブル１に載せられてバイス２により固定された被加工物１０に対し、切削油を供給して、加工面１０１の加工を行う部位である。
この加工部３は、図１に示すように、加工ヘッド３１、加工工具３２、ヘッド駆動部３３、及び、切削油ノズル３４（不図示）を備えている。

加工ヘッド３１は、図１に示すように、ヘッド本体部３１１、及び、スピンドル（工具保持部）３１２を備えている。

ヘッド本体部３１１は、スピンドル３１２を支持する金属製の構造体である。
スピンドル３１２は、加工工具３２を保持する部位である。このスピンドル３１２は、加工工具３２を着脱自在に保持する図示しないチャック装置を内蔵しており、加工工具３２を保持した状態で回転駆動可能な金属製の軸状部品である。

なお、ヘッド本体部３１１には、光センサ部４の一部（後述するセンサヘッド部４１）が取り付けられている。

加工工具３２は、スピンドル３１２に保持され、このスピンドル３１２の回転に伴って回転することによって、被加工物１０における加工面１０１を切削加工する切削工具である。この加工工具３２としては、フライス、エンドミル、ドリル、又は、タップ等の金属加工用の刃物が挙げられる。

ヘッド駆動部３３は、コントロール部５からの制御信号に従って、加工面１０１に対するヘッド本体部３１１の位置を相対的に変化可能な駆動機構である。
ヘッド駆動部３３によるヘッド本体部３１１の位置の変化方向は、図１に示すｘ軸方向、ｙ軸方向、又は、ｚ軸方向である。
なお、ヘッド駆動部３３は、コントロール部５からの制御信号に従ってヘッド本体部３１１を移動させた後、当該移動が完了した旨をセンサ本体部４２に通知する。

切削油ノズル３４は、コントロール部５から切削油の供給指令に従って、被加工物１０における加工面１０１に対して切削油を塗布するためのノズルである。

光センサ部４は、加工部３による加工後の被加工物１０に対し、非接触で加工面１０１の表面粗さを測定する部位である。この際、光センサ部４は、センサヘッド部４１の先端４１ａから加工部３による加工後の被加工物１０における加工面１０１までの距離を算出し、加工面１０１における表面粗さを測定する。

この光センサ部４は、図１に示すように、センサヘッド部４１、センサ本体部４２、及び、光伝送部４３を備えている。

センサヘッド部４１は、ヘッド本体部３１１における外周面のうち、テーブル１のうちの被加工物１０が載せられる面に対向する外周面３１１ａに取り付けられている。
このセンサヘッド部４１は、センサ本体部４２により出力された照射光を加工面１０１に向けて照射し、当該加工面１０１による反射光を受光する。このセンサヘッド部４１により受光された反射光は、センサ本体部４２に出力される。
このセンサヘッド部４１の構成例については後述する。

センサ本体部４２は、コントロール部５からの制御信号に基づいて、照射光をセンサヘッド部４１に出力する。なお、センサ本体部４２は、コントロール部５からの制御信号（ヘッド本体部３１１の移動位置を示す信号）を受信し、ヘッド駆動部３３から当該制御信号に従ったヘッド本体部３１１の移動が完了した旨の通知を受けた後に、照射光のセンサヘッド部４１への出力を開始する。また、センサ本体部４２は、センサヘッド部４１により出力された反射光を受光する。そして、センサ本体部４２は、上記照射光及び上記反射光に基づいて、センサヘッド部４１の先端４１ａから加工部３による加工後の被加工物１０における加工面１０１までの距離を算出し、加工面１０１の表面粗さを測定する。このセンサ本体部４２による測定結果を示す信号は、コントロール部５に出力される。
このセンサ本体部４２の構成例については後述する。

光伝送部４３は、センサ本体部４２からセンサヘッド部４１へ向かう光、及び、センサヘッド部４１からセンサ本体部４２へ向かう光の伝送路である。この光伝送部４３は、光ファイバによって構成されている。

なお、図１に示す実施の形態１に係る工作装置では、光伝送部４３が設けられた場合を示している。しかしながら、これに限らず、工作装置に光伝送部４３は必須の構成ではなく、工作装置に光伝送部４３が設けられていなくてもよい。そして、工作装置に光伝送部４３が設けられていない場合、センサ本体部４２からセンサヘッド部４１へ向かう光、及び、センサヘッド部４１からセンサ本体部４２へ向かう光は、空間を介して伝送される。

コントロール部５は、工作装置の動作を制御する部位である。
このコントロール部５は、ヘッド本体部３１１の移動位置を示す制御信号をヘッド駆動部３３及びセンサ本体部４２に対して出力する。また、コントロール部５は、切削油の供給指令を切削油ノズル３４に対して出力する。
また、コントロール部５は、上記制御信号に基づくヘッド本体部３１１の加工面１０１に対する相対的な位置、及び、センサ本体部４２による測定結果に基づいて、加工面１０１の形状を算出する。

次に、センサヘッド部４１及びセンサ本体部４２の構成例について、図２を参照しながら説明する。

センサヘッド部４１は、図２に示すように、集光光学素子４１１を備えている。
また、センサ本体部４２は、図２に示すように、周波数掃引光出力部４２１、光分岐部４２２、光干渉部４２３、アナログデジタル変換器（以下、「Ａ／Ｄ変換器」と称する）４２４、距離情報算出部４２５、及び、粗さ測定部４２６を備えている。

周波数掃引光出力部４２１は、周波数掃引光を光分岐部４２２に出力する。周波数掃引光は、時間の経過に伴って周波数が変化する光である。
なお、周波数掃引光出力部４２１は、コントロール部５からの制御信号（ヘッド本体部３１１の移動位置を示す信号）を受信し、ヘッド駆動部３３から当該制御信号に従ったヘッド本体部３１１の移動が完了した旨の通知を受けた後に、周波数掃引光の出力を開始する。

図３は、周波数掃引光出力部４２１により出力される周波数掃引光の一例を示す説明図である。図３において、符号３０１で示す実線の波形は周波数掃引光を示し、符号３０２で示す破線の波形は当該周波数掃引光（照射光）に対する加工面１０１での反射光を示している。また、符号３０３で示す実線の波形と破線の波形との周波数差は干渉光を示す。
図３に示すように、周波数掃引光出力部４２１により出力される周波数掃引光は、時間の経過に伴って周波数が最低周波数であるｆｍｉｎから最高周波数であるｆｍａｘまで変化する信号である。周波数掃引光は、周波数が最高周波数であるｆｍａｘに到達すると、一旦、周波数が最低周波数であるｆｍｉｎに戻り、再度、周波数が最低周波数であるｆｍｉｎから最高周波数であるｆｍａｘまで変化する。なお、この周波数掃引光をチャープ信号光と称することもある。

光分岐部４２２は、周波数掃引光出力部４２１により出力された周波数掃引光を、参照光及び照射光に分岐する。この光分岐部４２２は、図２に示すように、光カプラ４２２１及びサーキュレータ４２２２を備えている。

光カプラ４２２１は、周波数掃引光出力部４２１により出力された周波数掃引光を、参照光及び照射光に分岐する光分岐素子である。この光カプラ４２２１により得られた参照光は光干渉部４２３（後述する光干渉計４２３１）に出力され、光カプラ４２２１により得られた照射光はサーキュレータ４２２２に出力される。

サーキュレータ４２２２は、光カプラ４２２１により得られた照射光を、光伝送部４３を介してセンサヘッド部４１（集光光学素子４１１）に出力する。
また、サーキュレータ４２２２は、センサヘッド部４１（集光光学素子４１１）により出力された反射光を、光干渉部４２３（光干渉計４２３１）に出力する。

集光光学素子４１１は、センサ本体部４２（サーキュレータ４２２２）により出力された照射光を、被加工物１０における加工面１０１に集光させる。
具体的には、集光光学素子４１１は、２枚の非球面レンズを有している。そして、集光光学素子４１１は、センサ本体部４２（サーキュレータ４２２２）により出力された照射光を、前段の非球面レンズで平行光とした後、後段の非球面レンズで集光して、被加工物１０における加工面１０１に照射する。

図４は、集光光学素子４１１により加工面１０１に照射された参照光に対する反射光の一例を示す説明図である。
集光光学素子４１１により出力された照射光は、図４に示すように、ある一定の範囲を有するビームスポットを形成する。そして、この照射光は、そのビームスポットの範囲内にある加工面１０１の凹凸によってそれぞれ反射される。
そして、集光光学素子４１１は、加工面１０１からの反射光を受光する。この集光光学素子４１１により受光された反射光は、光伝送部４３及びサーキュレータ４２２２を介して光干渉部４２３（光干渉計４２３１）に出力される。
なお、図４において、符号４０１ａ～４０１ｎは照射光を示し、符号４０２ａ～４０２ｎは反射光を示し、符号４０３はビームスポットを示している。

光干渉部４２３は、光分岐部４２２により出力された参照光及び反射光（センサヘッド部４１により受光された反射光）に基づいて、参照光と反射光との干渉光を生成する。そして、光干渉部４２３は、生成した干渉光を電気信号に変換する。この光干渉部４２３は、図２に示すように、光干渉計４２３１、及び、光検出器４２３２を備えている。

光干渉計４２３１は、光カプラ４２２１により得られた参照光及びサーキュレータ４２２２により出力された反射光を入力し、当該参照光と当該反射光との干渉光を生成する。この光干渉計４２３１により生成された干渉光は、光検出器４２３２に出力される。

光検出器４２３２は、光干渉計４２３１により生成された干渉光を検出し、当該干渉光を電気信号に変換する。この光検出器４２３２により得られた電気信号は、Ａ／Ｄ変換器４２４に出力される。

Ａ／Ｄ変換器４２４は、光検出器４２３２により得られた電気信号を、アナログ信号からデジタル信号に変換する。このＡ／Ｄ変換器４２４により得られたデジタル信号は、距離情報算出部４２５に出力される。

距離情報算出部４２５は、Ａ／Ｄ変換器４２４により得られたデジタル信号に基づいて、センサヘッド部４１の先端４１ａから加工部３による加工後の被加工物１０における加工面１０１までの距離に関する情報を算出する。この際、距離情報算出部４２５は、Ａ／Ｄ変換器４２４により得られたデジタル信号を周波数領域の信号に変換することで、光干渉部４２３により生成された干渉光の周波数を解析し、上記距離に関する情報として、加工面干渉光の周波数情報である受信スペクトルを得る。すなわち、光センサ部４では、照射した照射光のビームスポット内における加工面１０１の凹凸による距離の違いによって様々な周波数の情報を取得可能である。そこで、距離情報算出部４２５は、距離に関する情報として受信スペクトルを算出する。この距離情報算出部４２５により算出された距離に関する情報（受信スペクトル）を示す信号は、粗さ測定部４２６に出力される。

なお、距離情報算出部４２５は、例えば、図示せぬ距離情報算出回路によって実現される。距離情報算出回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。

また、ここでは距離情報算出部４２５が、専用のハードウェアである距離情報算出回路によって実現されるものを示したが、これに限るものではなく、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせで実現されるものであってもよい。ソフトウェア又はファームウェアは、プログラムとして、コンピュータのメモリに格納される。コンピュータは、プログラムを実行するハードウェアを意味し、例えば、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、あるいは、ＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）が該当する。図５は、距離情報算出部４２５がソフトウェア又はファームウェアなどで実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。距離情報算出部４２５が、ソフトウェア又はファームウェアなどで実現される場合、距離情報算出部４２５の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムがメモリ２０１に格納される。そして、コンピュータのプロセッサ２０２がメモリ２０１に格納されているプログラムを実行する。

粗さ測定部４２６は、距離情報算出部４２５による算出結果に基づいて、加工部３による加工後の被加工物１０における加工面１０１の表面粗さを測定する。この際、粗さ測定部４２６は、距離情報算出部４２５により得られた受信スペクトルの広がり（スペクトル幅）に基づいてビームスポット内での加工面１０１の表面粗さを推定することで、加工部３による加工後の被加工物１０における加工面１０１の表面粗さを測定する。この粗さ測定部４２６による測定結果を示す信号は、コントロール部５に出力される。

図６は粗さ測定部４２６で用いられる受信スペクトルの一例を示す説明図である。
受信スペクトルでは、ビームスポット内での加工面１０１の凹凸によって様々な周波数の反射光が観測されるため、その凹凸の粗さに応じて受信スペクトルは広がりを見せる。よって、この受信スペクトルの広がりから、粗さ測定部４２６は加工面１０１の表面粗さを測定可能である。
なお、図６において、実線で示す波形はＲＺ３．２の場合を示し、破線で示す波形はＲＺ１０の場合を示している。ＲＺは最大粗さを示す指標であり、ＲＺ３．２は表面粗さの最大値が３．２ｕｍであることを示し、ＲＺ１０は表面粗さの最大値が１０ｕｍであることを示している。そして、図６から、受信スペクトルは、加工面１０１の表面粗さが粗くなると、その幅が広くなることがわかる。

なお、距離情報算出部４２５により得られる受信スペクトルの裾は、信号強度が弱く、信号解析に不向きである。そこで、距離情報算出部４２５は受信スペクトルの算出を複数回実施し、粗さ測定部４２６は、当該受信スペクトルの強度を積算し、その積算結果に基づいて加工部３による加工後の被加工物１０における加工面１０１の表面粗さを測定してもよい。これにより、粗さ測定部４２６は、受信スペクトルの裾となる部分の解析が容易となる。

次に、図２に示す実施の形態１におけるセンサ本体部４２による動作例について、図７を参照しながら説明する。

図２に示す実施の形態１におけるセンサ本体部４２による動作例では、図７に示すように、まず、周波数掃引光出力部４２１は、時間の経過に伴って周波数が変化する周波数掃引光を光カプラ４２２１に出力する（ステップＳＴ７０１）。なお、周波数掃引光出力部４２１は、コントロール部５からの制御信号（ヘッド本体部３１１の移動位置を示す信号）を受信し、ヘッド駆動部３３から当該制御信号に従ったヘッド本体部３１１の移動が完了した旨の通知を受けた後に、周波数掃引光の出力を開始する。

この周波数掃引光は、光カプラ４２２１によって参照光及び照射光に分岐される。そして、照射光はサーキュレータ４２２２に出力され、参照光は光干渉計４２３１に出力される。
そして、照射光は、サーキュレータ４２２２及び光伝送部４３を介して集光光学素子４１１に出力され、集光光学素子４１１によって加工面１０１に照射される。そして、この照射光は加工面１０１によって反射され、その反射光が集光光学素子４１１により受光される。

その後、反射光は、集光光学素子４１１、光伝送部４３及びサーキュレータ４２２２を介して光干渉計４２３１に出力される。
そして、サーキュレータ４２２２により出力された反射光、及び、光カプラ４２２１により出力された参照光は、光干渉計４２３１で干渉し、その干渉光は光検出器４２３２に出力される。

次いで、光検出器４２３２は、光干渉計４２３１により生成された干渉光を検出する（ステップＳＴ７０２）。そして、光検出器４２３２は、干渉光を電気信号に変換する。この光検出器４２３２により得られた電気信号はＡ／Ｄ変換器４２４に出力される。

次いで、Ａ／Ｄ変換器４２４は、光検出器４２３２から電気信号を受けると、当該電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する（ステップＳＴ７０３）。このＡ／Ｄ変換器４２４により得られたデジタル信号は距離情報算出部４２５に出力される。

次いで、距離情報算出部４２５は、Ａ／Ｄ変換器４２４からデジタル信号を受けると、当該デジタル信号を周波数領域の信号に変換することで、図６に示すような受信スペクトルを得る（ステップＳＴ７０４）。この際、距離情報算出部４２５は、例えばＦＦＴ（ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）によって、上記デジタル信号を周波数領域の信号に変換する。この距離情報算出部４２５により得られた受信スペクトルを示す信号は、粗さ測定部４２６に出力される。

次いで、粗さ測定部４２６は、距離情報算出部４２５から受信スペクトルを示す信号を受けると、当該受信スペクトルの広がりを解析して照射光のビームスポット内での加工面１０１の表面粗さを測定する（ステップＳＴ７０５）。この粗さ測定部４２６による測定結果を示す信号は、コントロール部５に出力される。
その後、コントロール部５は、制御信号に基づくヘッド本体部３１１の加工面１０１に対する相対的な位置、及び、粗さ測定部４２６による測定結果に基づいて、加工面１０１の形状を算出する。

以上のように、この実施の形態１によれば、工作装置は、被加工物１０における加工面１０１に対して加工を行う加工部３と、加工部３による加工後の被加工物１０における加工面１０１の表面粗さを測定する光センサ部４とを備え、光センサ部４は、周波数掃引光を出力する周波数掃引光出力部４２１と、周波数掃引光出力部４２１により出力された周波数掃引光を、参照光及び照射光に分岐する光分岐部４２２と、光分岐部４２２により得られた照射光を、加工部３による加工後の被加工物１０における加工面１０１に向けて照射し、当該加工面１０１による反射光を受光するセンサヘッド部４１と、光分岐部４２２により得られた参照光及びセンサヘッド部４１により受光された反射光に基づいて、当該参照光と当該反射光との干渉光を生成して電気信号に変換する光干渉部４２３と、光干渉部４２３により得られた電気信号を、アナログ信号からデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器４２４と、Ａ／Ｄ変換器４２４により得られたデジタル信号に基づいて、センサヘッド部４１の先端４１ａから加工部３による加工後の被加工物１０における加工面１０１までの距離に関する情報を算出する距離情報算出部４２５と、距離情報算出部４２５による算出結果に基づいて、加工部３による加工後の被加工物１０における加工面１０１の表面粗さを測定する粗さ測定部４２６とを備えた。これにより、実施の形態１に係る工作装置は、加工部３の機上において、非接触で被加工物１０の表面粗さを測定可能となる。

実施の形態２．
図８は実施の形態２における光センサ部４の構成例を示す図である。この図８に示す実施の形態２における光センサ部４では、図２に示す実施の形態１における光センサ部４に対し、偏波回転部４２７が追加されている。この図８に示す実施の形態２における光センサ部４におけるその他の構成例は、図２に示す実施の形態１における光センサ部４の構成例と同様であり、同一の符号を付して異なる部分についてのみ説明を行う。

偏波回転部４２７は、周波数掃引光出力部４２１により出力されたに周波数掃引光に対し、偏波を回転する。この偏波回転部４２７では、偏波スクランブラ等により偏波をある一定の速度でスクランブルすることで、周波数掃引光の偏波に依存した測定変動を抑圧する。この偏波回転部４２７による偏波の回転後の周波数掃引光は、光分岐部４２２に出力される。

なお、実施の形態２における光分岐部４２２は、偏波回転部４２７による偏波の回転後の周波数掃引光を、参照光及び照射光に分岐する。すなわち、光カプラ４２２１は、偏波回転部４２７による偏波の回転後の周波数掃引光を、参照光と照射光とに分岐する。

以上のように、この実施の形態２によれば、工作装置は、周波数掃引光出力部４２１により出力されたに周波数掃引光に対し、偏波を回転する偏波回転部４２７を備え、光分岐部４２２は、偏波回転部４２７による偏波の回転後の周波数掃引光を、参照光及び照射光に分岐する。これにより、実施の形態２に係る工作装置は、実施の形態１に係る工作装置に対し、周波数掃引光の偏波に依存した測定変動を抑圧することが可能となる。

なお、各実施の形態の自由な組合わせ、或いは各実施の形態の任意の構成要素の変形、若しくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

本開示に係る工作装置は、加工部の機上において、非接触で被加工物の表面粗さを測定可能となり、被加工物における加工面の表面粗さを測定する工作装置等に用いるのに適している。

１テーブル、２バイス、３加工部、４光センサ部、５コントロール部、１０被加工物、３１加工ヘッド、３２加工工具、３３ヘッド駆動部、３４切削油ノズル、４１センサヘッド部、４１ａ先端、４２センサ本体部、４３光伝送部、１０１加工面、２０１メモリ、２０２プロセッサ、３１１ヘッド本体部、３１１ａ外周面、３１２スピンドル、４１１集光光学素子、４２１周波数掃引光出力部、４２２光分岐部、４２３光干渉部、４２４Ａ／Ｄ変換器、４２５距離情報算出部、４２６粗さ測定部、４２７偏波回転部、４２２１光カプラ、４２２２サーキュレータ、４２３１光干渉計、４２３２光検出器。

Claims

被加工物における加工面に対して加工を行う加工部と、
前記加工部による加工後の被加工物における加工面の表面粗さを測定する光センサ部とを備え、
前記光センサ部は、
周波数掃引光を出力する周波数掃引光出力部と、
前記周波数掃引光出力部により出力された周波数掃引光を、参照光及び照射光に分岐する光分岐部と、
前記光分岐部により得られた照射光を、前記加工部による加工後の被加工物における加工面に向けて照射し、当該加工面による反射光を受光するセンサヘッド部と、
前記光分岐部により得られた参照光及び前記センサヘッド部により受光された反射光に基づいて、当該参照光と当該反射光との干渉光を生成して電気信号に変換する光干渉部と、
前記光干渉部により得られた電気信号を、アナログ信号からデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器と、
前記アナログデジタル変換器により得られたデジタル信号に基づいて、前記センサヘッド部の先端から前記加工部による加工後の被加工物における加工面までの距離に関する情報として、干渉光の周波数情報である受信スペクトルを算出する距離情報算出部と、
前記距離情報算出部により算出された受信スペクトルの広がりに基づいて、前記加工部による加工後の被加工物における加工面の表面粗さを測定する粗さ測定部と
を備えた工作装置。
前記加工部は、
前記被加工物における加工面の加工を行う加工工具を保持する工具保持部と、
前記工具保持部を支持するヘッド本体部とを備え、
前記光センサ部は、一部が、前記ヘッド本体部に取り付けられた
ことを特徴とする請求項１記載の工作装置。
前記センサヘッド部は、前記ヘッド本体部に取り付けられた
ことを特徴とする請求項２記載の工作装置。
前記被加工物が載せられる面を有するテーブルを備え、
前記センサヘッド部は、前記ヘッド本体部における外周面のうち、前記テーブルのうちの前記被加工物が載せられる面に対向する外周面に取り付けられた
ことを特徴とする請求項３記載の工作装置。
前記周波数掃引光出力部により出力されたに周波数掃引光に対し、偏波を回転する偏波回転部を備え、
前記光分岐部は、前記偏波回転部による偏波の回転後の周波数掃引光を、参照光及び照射光に分岐する
ことを特徴とする請求項１記載の工作装置。