WO2019069933A1 - 加工装置 - Google Patents

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WO2019069933A1
WO2019069933A1 PCT/JP2018/036901 JP2018036901W WO2019069933A1 WO 2019069933 A1 WO2019069933 A1 WO 2019069933A1 JP 2018036901 W JP2018036901 W JP 2018036901W WO 2019069933 A1 WO2019069933 A1 WO 2019069933A1
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light
tool
sensor
spindle
sensor head
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PCT/JP2018/036901
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鈴木　健吾
鈴木　敏
クリストフ ヴィースト
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ヘキサゴン・メトロジー株式会社
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    • B23Q3/15534—Magazines mounted on the spindle

Definitions

  • the present invention relates to a processing apparatus.
  • a CNC processing apparatus disclosed in Patent Document 1 has a touch probe for measuring the surface shape of an object.
  • the tool used for processing is replaced with a touch probe, and the surface shape of the object is measured by a touch probe mounted on the spindle it can.
  • a processing apparatus called a machining center which is provided with a tool magazine for accommodating a plurality of types of tools, and can change tools according to the contents of processing by an automatic tool changer.
  • the machining center one type of device can perform various types of processing.
  • the tool magazine can accommodate not only the tool but also a noncontact sensor for measuring the surface shape of the object.
  • An automatic tool changer can replace the tool used for machining with a non-contact sensor.
  • the surface shape of the object can be measured without moving the object to the outside of the CNC processing apparatus in order to use an external measuring machine. Therefore, after processing the object, the surface shape of the object can be measured in a shorter time.
  • the surface shape of the whole object can be measured before processing. Therefore, the surface shape of the whole object can be confirmed before processing.
  • machining center machining can be started efficiently without hitting the tool teeth against the object.
  • the conventional CNC machining apparatus it is difficult to measure the surface shape of the side surface of the object when the object can be moved only in the three axial directions (XYZ directions). That is, when the object can be moved only in three axial directions, it is difficult to measure the surface shape of the object because the side surface of the object can not be irradiated with the laser light. If the CNC processing apparatus can move the object in five axial directions, it is possible to irradiate the side surface of the object with laser light. However, a CNC machining apparatus capable of moving an object in five axial directions has not been widely used because of its large size and high cost.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a processing apparatus capable of measuring the surface shape of the side surface of an object.
  • the gist of the present invention is as follows.
  • the processing apparatus A mechanism for causing an object to face a tool mounted on a spindle; A mechanism for moving the object in three axial directions by computer numerical control; An accommodating portion for accommodating a plurality of types of tools; An automatic tool changer for taking out a tool from the housing and replacing it with a tool mounted on the spindle; A non-contact sensor for measuring the surface shape of the object; The noncontact sensor is housed in the housing portion, The automatic tool changer can take out the non-contact sensor from the housing and exchange the non-contact sensor with a tool mounted on the spindle.
  • the non-contact sensor includes a light irradiation unit that irradiates the object with line light, and an imaging unit that picks up an image of the line light reflected by the object.
  • the processing unit wherein the light irradiation unit irradiates the line light in an oblique direction with respect to the object.
  • the processing apparatus which can measure the surface shape of the side of a target object can be provided.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of the processing apparatus of the present embodiment.
  • the processing apparatus 1 shown in FIG. 1 is an apparatus generally called a three-axis horizontal machining center.
  • the processing apparatus 1 includes a tool magazine 20, an intermediate arm 22, an auto tool changer (ATC) arm 24, a spindle 26, a pallet 28, a table 30, an NC (numerical control) device 32, and a cutting oil tank 34.
  • ATC auto tool changer
  • NC numbererical control
  • the tool magazine 20 contains a plurality of types of tools.
  • the tool magazine 20 can rotate a plurality of stored tools in the direction of arrow A in FIG.
  • the tool magazine 20 can move the tool used for processing to the home position P.
  • the intermediate arm 22 takes out the tool moved to the home position P from the tool magazine 20 and delivers it to the ATC arm 24.
  • the ATC arm 24 rotates about an axis 24 a to attach the tool received from the intermediate arm 22 to the spindle 26. If a tool is already mounted on the spindle 26, the ATC arm 24 can mount the tool received from the intermediate arm 22 on the spindle 26 after removing the mounted tool from the spindle 26. The tool removed from the spindle 26 is returned to the home position P of the tool magazine 20 by the intermediate arm 22.
  • the intermediate arm 22 and the ATC arm 24 can exchange the tool attached to the spindle 26 depending on the type of the object and the contents of processing.
  • the tool magazine 20 corresponds to the "housing” of the present invention.
  • the intermediate arm 22 and the ATC arm 24 correspond to the "automatic tool changer" of the present invention.
  • Objects to be processed by the processing apparatus 1 are placed on and fixed to the pallet 28.
  • the pallet 28 can be made to face the tool mounted on the spindle 26 by rotating in the direction of the arrow B in FIG.
  • the table 30 can move the pallet 28 in the directions of the X axis, the Y axis, and the Z axis in FIG. 1 in accordance with the control signal output from the NC device 32.
  • the object can be processed by rotating the tool by the spindle 26 and moving the object in three axial directions by the NC device 32 and the table 30.
  • the sensor head 10 accommodated in the tool magazine 20 is moved to the home position P.
  • the tool attached to the spindle 26 and the sensor head 10 moved to the home position P are exchanged by the intermediate arm 22 and the ATC arm 24.
  • the NC device 32 moves the object placed on the pallet 28 in accordance with a preset pattern. That is, the NC device 32 moves the object in three axial directions (XYZ axial directions) in order to measure the surface shape of the object by the non-contact type sensor incorporated in the sensor head 10.
  • the sensor head 10 outputs data corresponding to the distance d to the object every predetermined time (for example, every 50 microseconds).
  • the personal computer 40 generates data indicating the three-dimensional shape of the object based on the distance data (d) output from the sensor head 10 and the data (X, Y, Z) indicating the position of the object.
  • a charging post 36 for charging a secondary battery (described later) incorporated in the sensor head 10 is provided.
  • the ATC arm 24 can move the sensor head 10 to the charging post 36.
  • the charging post 36 has a feeding connector which can be fitted to a charging connector (not shown) provided on the surface of the sensor head 10. By fitting the charging connector to the feeding connector, charging of the secondary battery built in the sensor head 10 can be performed.
  • the charging of the secondary battery built in the sensor head 10 can be performed, for example, each time the measurement by the sensor head 10 is completed.
  • charging of the secondary battery contained in the sensor head 10 can be performed when the storage amount of the secondary battery becomes equal to or less than a predetermined value.
  • charging of the secondary battery can be performed by fitting the feeding connector of the charging post 36 and the charging connector of the sensor head 10.
  • charging of the secondary battery may be performed by non-contact charging using electromagnetic induction or the like.
  • FIG. 2 is a perspective view of the sensor head 10.
  • FIG. 3 is a front view of the sensor head 10.
  • FIG. 4 is a side view of the sensor head 10.
  • the sensor head 10 includes a substantially cylindrical main body 12 and a substantially frusto-conical collet chuck 18.
  • the collet chuck 18 can be removably coupled to the spindle 26.
  • a light irradiation window 14 is provided to irradiate the object W with the linear laser light L.
  • the first light receiving window 16a is provided to receive light (reflected light R1) reflected by the surface of the object W.
  • the second light receiving window 16 b is provided to receive light (reflected light R 2) reflected by the surface of the object M in the vicinity of the light irradiation unit 50 described later.
  • a collet chuck 18 is attached to the rear end of the main body 12.
  • the collet chuck 18 has the same shape as the collet chuck provided for each tool stored in the tool magazine 20.
  • the collet chuck 18 allows the sensor head 10 to be mounted on the spindle 26 as well as the other tools contained in the tool magazine 20.
  • the protection grade for human body and solids (No. 1 symbol) is “6" (dust resistant) or higher, and the protection grade against water infiltration (No. 2 symbol) "7" (protection against water) or higher Is desirable.
  • FIG. 5 is a block diagram showing an internal configuration of the sensor head 10. As shown in FIG. As shown in FIG. 5, the measurement control unit 100, the wireless LAN unit 102, the power supply control unit 104, the secondary battery 106, the monitor 108, the noncontact sensor 110, and the buffer material are provided inside the main body 12 of the sensor head 10. 120 are provided.
  • the measurement control unit 100 receives data output from the non-contact sensor 110, for example, every 50 microseconds.
  • the measurement control unit 100 generates measurement data including information on the distance to the object W based on the data received from the non-contact sensor 110.
  • the measurement control unit 100 transmits measurement data including information on the distance to the object W to the personal computer 40 via the wireless LAN unit 102.
  • the measurement data transmitted from the wireless LAN unit 102 is received by the wireless LAN unit 42 connected to the personal computer 40.
  • the personal computer 40 generates data indicating a three-dimensional shape of the object W based on the received measurement data.
  • the power supply 44 converts AC power into DC power and supplies power to the personal computer 40 and the wireless LAN unit 42.
  • the non-contact sensor 110 is fixed to the main body 12 via the shock absorbing material 120.
  • the sensor head 10 vibrates. Also when moving the sensor head 10 between the spindle 26 and the tool magazine 20, the sensor head 10 vibrates. Since the noncontact sensor 110 is fixed to the sensor head 10 via the shock absorbing material 120, the noncontact sensor 110 can be protected from the vibration of the sensor head 10.
  • the power supply control unit 104 supplies the power of the secondary battery 106 to the measurement control unit 100 when the switch SW is turned on.
  • An acceleration sensor is provided inside the power supply control unit 104. For example, when no vibration is detected by the acceleration sensor, the power control unit 104 does not supply the power of the secondary battery 106 to the measurement control unit 100 (sleep state). On the other hand, when the acceleration sensor detects an acceleration of a predetermined pattern, the power supply control unit 104 supplies the power of the secondary battery 106 to the measurement control unit 100.
  • Examples of the "predetermined pattern of acceleration” are an acceleration of a predetermined value or more continuing for a predetermined time or more, an acceleration of a predetermined value or more detected a predetermined number of times or more, and the like.
  • the power supply control unit 104 shifts to the sleep state when there is a high possibility that the sensor head 10 is not used, and suppresses the consumption of the power of the secondary battery 106.
  • the acceleration sensor detects an acceleration of a predetermined pattern
  • the power supply control unit 104 shifts to an active state, and supplies the power of the secondary battery 106 to the measurement control unit 100.
  • the monitor 108 includes a plurality of LEDs. Each LED is turned on or off according to on / off of various signals in the measurement control unit 100. For example, the operating state of the measurement control unit 100 and the connection state between the measurement control unit 100 and another device can be confirmed according to the lighting state of each LED. For example, the connection state between the measurement control unit 100 and the wireless LAN unit 102, the connection state between the measurement control unit 100 and the power supply control unit 104, and the connection state between the measurement control unit 100 and the noncontact sensor 110 are confirmed. be able to.
  • FIG. 6 is a perspective view of the noncontact sensor 110.
  • FIG. 7 is a side view of the noncontact sensor 110 incorporated in the sensor head 10.
  • the non-contact sensor 110 may measure a three-dimensional shape of the surface of the object by irradiating a linear laser beam (line light) on the surface of the object W and capturing an image of the laser beam. It can.
  • known methods such as triangulation and light cutting can be used, for example.
  • the non-contact sensor 110 includes a light irradiation unit 50, an imaging unit 54, and an imaging lens 52.
  • the light irradiation unit 50 irradiates the object W with the laser light L.
  • the imaging unit 54 captures an image of light reflected by the surface of the object W.
  • the imaging lens 52 focuses the light (reflected light R1) reflected by the surface of the object W on the imaging unit 54.
  • the laser light L irradiated from the light irradiation unit 50 is line light, and is linearly irradiated on the surface of the object W.
  • a semiconductor laser light source can be used as the light irradiation unit 50.
  • An image of light (reflected light R1) reflected by the surface of the object W is captured by the imaging unit 54.
  • the imaging unit 54 includes, for example, a solid-state imaging device such as a charge coupled device (CCD) sensor or a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) sensor.
  • CCD charge coupled device
  • CMOS complementary metal oxide semiconductor
  • the three-dimensional shape data of the object is calculated in the measurement control unit 100 based on the data of the image captured by the imaging unit 54.
  • the data is transmitted to the personal computer 40 via the wireless LAN unit 102.
  • the personal computer 40 may display the three-dimensional shape of the object W on the monitor using the calculated result.
  • the noncontact sensor 110 includes a condenser lens 56 and a light detection unit 58.
  • the condensing lens 56 is a lens for condensing the light (reflected light R2) reflected by the surface of the object close to the light irradiation unit 50.
  • the light condensed by the condenser lens 56 is detected by the light detection unit 58.
  • a photodiode can be used as the light detection unit 58.
  • the light detection unit 58 can detect light reflected by an object present in the region S.
  • the area S is an area close to the light emitting unit 50, and is an area in which the imaging unit 54 can not detect the reflected light.
  • the light detection unit 58 will be described in more detail later.
  • FIG. 8 is a top view of the sensor head 10.
  • a noncontact sensor 110 is built in the sensor head 10.
  • the laser light L emitted from the light irradiation unit 50 provided in the non-contact sensor 110 is irradiated obliquely to the object W.
  • “oblique direction” means that the center line P1 of the laser beam L is inclined with respect to the center line P2 of the sensor head 10.
  • an angle ⁇ between the center line P1 of the laser beam L and the center line P2 of the sensor head 10 is 1 degree or more and 45 degrees or less, preferably 5 degrees or more and 30 degrees or less, more preferably 10 degrees It is above 20 degrees.
  • the center line P2 of the sensor head 10 preferably coincides with the rotation axis of the sensor head 10.
  • FIG. 9 is an explanatory view of an effect obtained by irradiating the object W with the laser light L in an oblique direction.
  • the laser light L emitted from the light irradiation unit 50 incorporated in the sensor head 10 is line light, and is linearly irradiated on the surface of the object W.
  • the light irradiation unit 50 is incorporated in the sensor head 10.
  • the sensor head 10 mounted on the spindle 26 rotates, the laser light L also rotates.
  • the laser beam L is irradiated in an oblique direction, so that when the laser beam L rotates, the laser beam L is irradiated not only on the upper surface of the object W but also on the side surface of the object W. Therefore, even when the object W can be moved only in three axial directions by the NC device 32, the side surface of the object W can be irradiated with the laser light L, and the surface shape of the side surface of the object W It can be measured.
  • FIG. 10 is an explanatory view of another effect obtained by irradiating the object W with the laser light L in an oblique direction.
  • the laser light L emitted from the light irradiation unit 50 incorporated in the sensor head 10 is line light, and is linearly irradiated on the surface of the object W.
  • the laser light L also rotates. Since the laser beam L is obliquely irradiated to the object W, when the laser beam L rotates, the area of the region irradiated by the laser beam L becomes large. Therefore, the area of the area where the surface shape can be measured by the laser beam L is larger than that of the conventional case.
  • the processing apparatus 1 of the present embodiment includes a servomotor with an encoder that rotationally drives the spindle 26.
  • the rotational position of the spindle 26 can be precisely controlled by a servomotor with an encoder. Further, when the sensor head 10 is mounted on the spindle 26, the rotational position of the sensor head 10 can be precisely controlled, so that the surface shape of the side surface of the object W can be measured more precisely.
  • FIG. 11 is an explanatory view of an effect obtained by the light detection unit 58.
  • the laser beam L emitted from the light emitting unit 50 is reflected on the surfaces of the objects W1 to W3.
  • the light reflected by the surfaces of the objects W1 to W3 enters the imaging lens 52 and then reaches an imaging unit 54 such as a CCD sensor or a CMOS sensor.
  • the object W1 is located near the light irradiation unit 50.
  • the object W3 is located far from the light irradiation unit 50.
  • the object W2 is located between the object W1 and the object W3.
  • the processing apparatus 1 of the present embodiment light reflected by an object present at a position closer to the light irradiation unit 50 than the object W1 is detected by the light detection unit 58 formed of a photodiode or the like. Therefore, when an object is present near the light irradiation unit 50, it is possible to detect the object. Moreover, it is possible to avoid the collision with the object and the light irradiation part 50 (sensor head 10).
  • the laser light L can be rotated by rotating the spindle 26, and the irradiation range of the laser light L can be enlarged. Therefore, when an object exists near the light irradiation part 50, the range which can detect the object can be enlarged (refer FIG. 10).

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Abstract

対象物の側面の表面形状を測定することのできる加工装置を提供する。　加工装置１は、複数種類の工具を収容する工具マガジン２０と、工具マガジン２０から工具を取り出し、スピンドル２６に装着されている工具と交換する自動工具交換装置と、対象物の表面形状を測定するための非接触式センサ１１０と、を備える。工具マガジン２０には、非接触式センサ１１０が収容されている。自動工具交換装置は、工具マガジン２０から非接触式センサ１１０を取り出し、スピンドル２６に装着されている工具と非接触式センサ１１０を交換する。非接触式センサ１１０は、対象物にライン光を照射する光照射部５０と、対象物によって反射されたライン光の像を撮像する撮像部５４と、を備える。光照射部５０は、対象物に対して斜め方向にライン光を照射する。また、センサと計測部の間の不感帯部は、他検出器により監視できる。

Description

加工装置
　本発明は、加工装置に関する。
　従来、スピンドルに装着された工具に対象物を対向させ、コンピュータ数値制御によって当該対象物を３軸方向に移動させることで加工するＣＮＣ加工装置が知られている。
　例えば、特許文献１に開示されたＣＮＣ加工装置は、対象物の表面形状を測定するためのタッチプローブを有している。このＣＮＣ加工装置は、対象物をスピンドルに装着された工具によって加工した後、加工に使用した工具をタッチプローブと交換し、スピンドルに装着されたタッチプローブによって対象物の表面形状を測定することができる。
　また、複数種類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のできるマシニングセンタと呼ばれる加工装置が知られている。マシニングセンタによれば、１台の装置によって、様々な種類の加工を行うことができる。工具マガジンには、工具だけでなく、対象物の表面形状を測定するための非接触式センサを収容しておくことができる。自動工具交換装置によって、加工に使用した工具を、非接触式センサと交換することができる。マシニングセンタによれば、外部の計測機を使用するために対象物をＣＮＣ加工装置の外部に移動させなくても、対象物の表面形状を測定することができる。したがって、対象物を加工した後、対象物の表面形状をより短時間で測定することができる。また、加工前に対象物全体の表面形状を測定することができる。したがって、対象物全体の表面形状を、加工前に確認することができる。マシニングセンタによれば、工具歯を対象物にぶつける事なく、効率よく加工を始める事ができる。
特開２０１３－０８８３４１号公報
　従来のＣＮＣ加工装置によれば、３軸方向（ＸＹＺ方向）にしか対象物を移動させることができない場合に、対象物の側面の表面形状を測定することが困難であった。すなわち、対象物を３軸方向にしか移動させることができない場合、対象物の側面にレーザ光を照射することができないため、対象物の表面形状を測定することが困難であった。ＣＮＣ加工装置が対象物を５軸方向に移動させることができる場合には、対象物の側面にレーザ光を照射することが可能である。しかし、対象物を５軸方向に移動させることのできるＣＮＣ加工装置は、大型でコストが高いため、あまり多く普及していない。
　本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものであり、対象物の側面の表面形状を測定することのできる加工装置を提供することを目的とする。
　本発明の要旨は、以下の通りである。
（１）加工装置であって、
　スピンドルに装着された工具に対象物を対向させる機構と、
　コンピュータ数値制御によって前記対象物を３軸方向に移動させる機構と、
　複数種類の工具を収容する収容部と、
　前記収容部から工具を取り出し、前記スピンドルに装着されている工具と交換する自動工具交換装置と、
　前記対象物の表面形状を測定するための非接触式センサと、を備え、
　前記収容部には、前記非接触式センサが収容されており、
　前記自動工具交換装置は、前記収容部から前記非接触式センサを取り出し、前記スピンドルに装着されている工具と前記非接触式センサを交換することが可能であり、
　前記非接触式センサは、前記対象物にライン光を照射する光照射部と、前記対象物によって反射された前記ライン光の像を撮像する撮像部と、を備え、
　前記光照射部は、前記対象物に対して斜め方向に前記ライン光を照射する、加工装置。
（２）前記光照射部に近接する物体によって反射された光を検出するための光検出部を備える、上記（１）に記載の加工装置。
　本発明によれば、対象物の側面の表面形状を測定することのできる加工装置を提供することができる。
加工装置の斜視図である。 センサヘッドの斜視図である。 センサヘッドの正面図である。 センサヘッドの側面図である。 センサヘッドの内部構成を示すブロック図である。 非接触式センサの斜視図である。 センサヘッドに内蔵された非接触式センサの側面図である。 センサヘッドの上面図である。 対象物にレーザ光を斜め方向に照射することによって得られる効果についての説明図である。 対象物にレーザ光を斜め方向に照射することによって得られる別の効果についての説明図である。 光検出部によって得られる効果についての説明図である。
　以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係る加工装置について説明する。図１は、本実施形態の加工装置の外観を示す斜視図である。図１に示す加工装置１は、一般に、３軸横型マシニングセンタと呼ばれる装置である。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、ＮＣ（numerical control）装置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、収容されている複数種類の工具を、図１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、装着されている工具をスピンドル２６から取り外した後、中間アーム２２から受け取った工具を、スピンドル２６に装着することができる。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。このように、中間アーム２２およびＡＴＣアーム２４は、対象物の種類や加工の内容に応じて、スピンドル２６に装着されている工具を交換することができる。
　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。
　加工装置１によって加工される対象物は、パレット２８に載置されて固定される。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、対象物をスピンドル２６に装着された工具に対向させることができる。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１中のＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の方向に移動させることができる。スピンドル２６によって工具を回転させるとともに、ＮＣ装置３２及びテーブル３０によって対象物を３軸方向に移動させることによって、対象物を加工することができる。
　対象物を加工した後、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に装着されている工具と、定位置Ｐに移動したセンサヘッド１０を交換する。次に、ＮＣ装置３２は、パレット２８に載置された対象物を、予め設定されたパターンに従って移動させる。すなわち、ＮＣ装置３２は、センサヘッド１０に内蔵された非接触式センサによって対象物の表面形状を測定するために、対象物を３軸方向（ＸＹＺ軸方向）に移動させる。対象物を移動させている間、センサヘッド１０は、所定時間毎（例えば５０マイクロ秒毎）に、対象物との距離ｄに対応するデータを出力する。パソコン４０は、センサヘッド１０から出力された距離データ（ｄ）と、対象物の位置を示すデータ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）とに基づいて、対象物の三次元形状を示すデータを生成する。
　ＡＴＣアーム２４の可動範囲内には、センサヘッド１０に内蔵された二次電池（後述する）を充電するための充電ポスト３６が設けられている。ＡＴＣアーム２４は、センサヘッド１０を、充電ポスト３６に移動させることができる。充電ポスト３６は、センサヘッド１０の表面に設けられた図示しない充電コネクタに嵌合することのできる給電コネクタを有している。充電コネクタを給電コネクタに嵌合させることによって、センサヘッド１０に内蔵された二次電池の充電を行うことができる。
　センサヘッド１０に内蔵された二次電池の充電は、例えば、センサヘッド１０による測定が終了する毎に行うことができる。あるいは、センサヘッド１０に内蔵された二次電池の充電は、二次電池の蓄電量が所定値以下となったときに行うことができる。
　上述したように、二次電池の充電は、充電ポスト３６の給電コネクタと、センサヘッド１０の充電コネクタとを嵌合させることで行うことができる。あるいは、二次電池の充電は、電磁誘導等を用いた非接触充電によって行ってもよい。
　次に、図２～図４を参照しながら、センサヘッド１０について説明する。
　図２は、センサヘッド１０の斜視図である。図３は、センサヘッド１０の正面図である。図４は、センサヘッド１０の側面図である。
　図２～図４に示すように、センサヘッド１０は、略円筒形状の本体部１２と、略円錐台形状のコレットチャック１８とを備える。コレットチャック１８は、スピンドル２６に対して着脱可能に結合することができる。
　本体部１２の先端には、光照射窓１４と、第１の受光窓１６ａと、第２の受光窓１６ｂが設けられている。光照射窓１４は、ライン状のレーザ光Ｌを対象物Ｗに照射するために設けられている。第１の受光窓１６ａは、対象物Ｗの表面で反射した光（反射光Ｒ１）を受光するために設けられている。第２の受光窓１６ｂは、後述する光照射部５０に近接する物体Ｍの表面で反射した光（反射光Ｒ２）を受光するために設けられている。
　本体部１２の後端には、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によって、センサヘッド１０を、工具マガジン２０に収容されている他の工具と同様に、スピンドル２６に装着することができる。
　なお、センサヘッド１０の耐油及び防水性能は、ＩＰ表記で、ＩＰ６７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「７」（水中に対する保護）以上であることが望ましい。
　図５は、センサヘッド１０の内部構成を示すブロック図である。
　図５に示すように、センサヘッド１０の本体部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５０マイクロ秒毎に受信する。測定制御部１００は、非接触式センサ１１０から受信したデータに基づいて、対象物Ｗとの距離に関する情報を含む測定データを生成する。測定制御部１００は、対象物Ｗとの距離に関する情報を含む測定データを、無線ＬＡＮユニット１０２を介して、パソコン４０へ送信する。
　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、対象物Ｗの三次元形状を示すデータを生成する。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から取り外す際、センサヘッド１０は振動する。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にも、センサヘッド１０は振動する。非接触式センサ１１０は緩衝材１２０を介してセンサヘッド１０に固定されているため、センサヘッド１０の振動から非接触式センサ１１０を保護することができる。
　電源制御部１０４は、スイッチＳＷがオンになると、二次電池１０６の電力を測定制御部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いる。例えば、加速度センサによって振動が検出されない場合、電源制御部１０４は、二次電池１０６の電力を測定制御部１００へ供給しない（スリープ状態）。一方、加速度センサによって所定パターンの加速度が検出された場合、電源制御部１０４は、二次電池１０６の電力を測定制御部１００へ供給する。「所定パターンの加速度」の例は、所定時間以上継続する所定値以上の加速度、及び、所定時間内に検出される所定回数以上の所定値以上の加速度、等である。
　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場合に、スリープ状態に移行し、二次電池１０６の電力の消費を抑制する。一方、電源制御部１０４は、加速度センサによって所定パターンの加速度が検出されると、アクティブ状態に移行し、二次電池１０６の電力を測定制御部１００へ供給する。
　モニタ１０８は、複数のＬＥＤを備える。各ＬＥＤは、測定制御部１００内の各種信号のオン／オフに応じて、点灯又は消灯する。例えば、各ＬＥＤの点灯状態によって、測定制御部１００の作動状態や、測定制御部１００と他の機器との接続状態を確認することができる。例えば、測定制御部１００と無線ＬＡＮユニット１０２との接続状態、測定制御部１００と電源制御部１０４との接続状態、および、測定制御部１００と非接触式センサ１１０との接続状態をそれぞれ確認することができる。
　図６、７を参照しながら、センサヘッド１０に内蔵された非接触式センサ１１０について説明する。
　図６は、非接触式センサ１１０の斜視図である。図７は、センサヘッド１０に内蔵された非接触式センサ１１０の側面図である。
　非接触式センサ１１０は、対象物Ｗの表面に線状のレーザ光（ライン光）を照射し、そのレーザ光の像を撮像することによって、対象物の表面の３次元形状を測定することができる。測定データから３次元形状を算出するためには、例えば三角測量法や光切断法などの公知の手法を用いることができる。
　図６、７に示すように、非接触式センサ１１０は、光照射部５０と、撮像部５４と、結像レンズ５２と、を備えている。光照射部５０は、対象物Ｗにレーザ光Ｌを照射する。撮像部５４は、対象物Ｗの表面で反射した光の像を撮像する。結像レンズ５２は、対象物Ｗの表面で反射した光（反射光Ｒ１）を撮像部５４に結像させる。
　光照射部５０から照射されるレーザ光Ｌはライン光であり、対象物Ｗの表面に線状に照射される。光照射部５０としては、例えば半導体レーザ光源を用いることができる。対象物Ｗの表面で反射した光（反射光Ｒ１）の像は、撮像部５４によって撮像される。撮像部５４は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサなどの固体撮像素子を含む。撮像部５４によって撮像された画像のデータに基づいて、対象物の三次元形状データが、測定制御部１００内で計算される。そのデータは、無線ＬＡＮユニット１０２を介して、パソコン４０に送信される。パソコン４０は、計算された結果を用いて、対象物Ｗの３次元形状をモニタに表示してもよい。
　図６、７に示すように、非接触式センサ１１０は、集光レンズ５６と、光検出部５８とを備えている。集光レンズ５６は、光照射部５０に近接する物体の表面で反射した光（反射光Ｒ２）を集光するためのレンズである。集光レンズ５６によって集光された光は、光検出部５８によって検出される。光検出部５８としては、例えば、フォトダイオードを用いることができる。光検出部５８は、領域Ｓに存在する物体で反射した光を検出することができる。領域Ｓは、光照射部５０に近接する領域であり、撮像部５４によって反射光を検出することのできない領域である。光検出部５８については、後でより詳しく説明する。
　図８は、センサヘッド１０の上面図である。図８に示すように、センサヘッド１０の内部には、非接触式センサ１１０が内蔵されている。非接触式センサ１１０に設けられた光照射部５０から出射するレーザ光Ｌは、対象物Ｗに対して斜め方向に照射される。ここでいう「斜め方向」とは、レーザ光Ｌの中心線Ｐ１が、センサヘッド１０の中心線Ｐ２に対して傾斜していることを意味する。例えば、レーザ光Ｌの中心線Ｐ１と、センサヘッド１０の中心線Ｐ２とがなす角度θは、１度以上４５度以下であり、好ましくは５度以上３０度以下であり、より好ましくは１０度以上２０度以下である。なお、センサヘッド１０の中心線Ｐ２は、好ましくは、センサヘッド１０の回転軸と一致する。
　図９は、対象物Ｗにレーザ光Ｌを斜め方向に照射することによって得られる効果についての説明図である。
　図９に示すように、センサヘッド１０に内蔵された光照射部５０から照射されるレーザ光Ｌはライン光であり、対象物Ｗの表面に線状に照射される。光照射部５０は、センサヘッド１０に内蔵されている。スピンドル２６に装着されたセンサヘッド１０が回転すると、レーザ光Ｌも回転する。レーザ光Ｌは斜め方向に照射されるため、レーザ光Ｌが回転すると、レーザ光Ｌは対象物Ｗの上面だけでなく、対象物Ｗの側面にも照射される。したがって、ＮＣ装置３２によって対象物Ｗを３軸方向にしか移動できない場合であっても、対象物Ｗの側面にレーザ光Ｌを照射することが可能であり、対象物Ｗの側面の表面形状を測定することができる。
　図１０は、対象物Ｗにレーザ光Ｌを斜め方向に照射することによって得られる別の効果についての説明図である。
　図１０に示すように、センサヘッド１０に内蔵された光照射部５０から照射されるレーザ光Ｌはライン光であり、対象物Ｗの表面に線状に照射される。センサヘッド１０が回転すると、レーザ光Ｌも回転する。レーザ光Ｌは対象物Ｗに斜め方向に照射されるため、レーザ光Ｌが回転すると、レーザ光Ｌによって照射される領域の面積が大きくなる。したがって、レーザ光Ｌによって表面形状を測定することのできる領域の面積が従来よりも大きくなる。
　本実施形態の加工装置１は、スピンドル２６を回転駆動するエンコーダ付きサーボモータを備えている。エンコーダ付きサーボモータによって、スピンドル２６の回転位置を精密に制御することができる。また、スピンドル２６にセンサヘッド１０を装着した場合、センサヘッド１０の回転位置を精密に制御することができるため、対象物Ｗの側面の表面形状をより精密に測定することができる。
　図１１は、光検出部５８によって得られる効果についての説明図である。
　図１１に示すように、光照射部５０から照射されるレーザ光Ｌは、対象物Ｗ１～Ｗ３の表面で反射する。対象物Ｗ１～Ｗ３の表面で反射した光は、結像レンズ５２に入射した後、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像部５４に到達する。
　図１１に示すように、対象物Ｗ１は、光照射部５０の近くに位置している。対象物Ｗ３は、光照射部５０から遠くに位置している。対象物Ｗ２は、対象物Ｗ１と対象物Ｗ３の間に位置している。三角測量法の原理によれば、光照射部５０と対象物Ｗ１～Ｗ３との距離を測定することが可能である。しかし、対象物Ｗ１よりも光照射部５０に近い位置に存在する物体と、光照射部５０との間の距離を測定することはできない。対象物Ｗ１よりも光照射部５０に近い位置に存在する物体で反射した光は、撮像部５４に到達しないためである。したがって、従来の非接触式センサによれば、光照射部５０の近くに物体が存在する場合に、その物体を検出することが困難であった。また、その物体と光照射部５０（センサヘッド１０）との衝突を回避することが困難であった。
　本実施形態の加工装置１によれば、対象物Ｗ１よりも光照射部５０に近い位置に存在する物体で反射した光は、フォトダイオード等からなる光検出部５８によって検出される。したがって、光照射部５０の近くに物体が存在する場合に、その物体を検出することが可能である。また、その物体と光照射部５０（センサヘッド１０）との衝突を回避することが可能である。
　本実施形態の加工装置１によれば、スピンドル２６を回転させることでレーザ光Ｌを回転させることが可能であり、レーザ光Ｌの照射範囲を大きくすることができる。したがって、光照射部５０の近くに物体が存在する場合に、その物体を検出できる範囲を大きくすることができる（図１０参照）。
１　　　加工装置
１０　　センサヘッド
１２　　本体部
１８　　コレットチャック
２０　　工具マガジン
２２　　中間アーム
２４　　ＡＴＣアーム
２６　　スピンドル
２８　　パレット
３０　　テーブル
３２　　ＮＣ装置
３６　　充電ポスト
４０　　パソコン
５０　　光照射部
５２　　結像レンズ
５４　　撮像部
５６　　集光レンズ
５８　　光検出部
１１０　非接触式センサ
Ｌ　　　レーザ光
Ｗ　　　対象物

Claims (2)

  1. 　加工装置であって、
    　スピンドルに装着された工具に対象物を対向させる機構と、
    　コンピュータ数値制御によって前記対象物を３軸方向に移動させる機構と、
    　複数種類の工具を収容する収容部と、
    　前記収容部から工具を取り出し、前記スピンドルに装着されている工具と交換する自動工具交換装置と、
    　前記対象物の表面形状を測定するための非接触式センサと、を備え、
    　前記収容部には、前記非接触式センサが収容されており、
    　前記自動工具交換装置は、前記収容部から前記非接触式センサを取り出し、前記スピンドルに装着されている工具と前記非接触式センサを交換することが可能であり、
    　前記非接触式センサは、前記対象物にライン光を照射する光照射部と、前記対象物によって反射された前記ライン光の像を撮像する撮像部と、を備え、
    　前記光照射部は、前記対象物に対して斜め方向に前記ライン光を照射する、加工装置。
  2. 　前記光照射部に近接する物体によって反射された光を検出するための光検出部を備える、請求項１に記載の加工装置。
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