WO2020071109A1 - 工作装置及び放電加工装置 - Google Patents

工作装置及び放電加工装置

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WO2020071109A1
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light
processing
workpiece
optical sensor
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PCT/JP2019/036394
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後藤　広樹
聖史 斧原
勝治 今城
巨生 鈴木
柳澤　隆行
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三菱電機株式会社
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    • B23Q11/1007—Arrangements for cooling or lubricating tools or work by submerging the tools or work partially or entirely in a liquid

Definitions

  • the present invention relates to a machining apparatus and an electric discharge machine for machining a machined surface of a workpiece.
  • Patent Document 1 a machine tool that processes an object and measures a surface shape of a processed surface of the object after the processing is known (see Patent Document 1).
  • the surface shape of a processing surface is measured based on a change in the intensity of reflected light.
  • the present invention has been made in order to solve the above-described problems, and provides a machining apparatus capable of measuring the shape of a workpiece even when cutting oil remains on a processing surface of the workpiece.
  • the purpose is to:
  • a machining apparatus includes a machining unit that supplies a cutting oil to a machining surface of a workpiece to machine the machining surface, and includes a frequency sweep that outputs light whose frequency changes periodically.
  • the light output from the light source is split into irradiation light and reference light for irradiating the workpiece, and the irradiation light is irradiated on the workpiece, and reflected light that is the irradiation light reflected on the workpiece.
  • Detects the peak frequency of the interference light with the reference light and based on the peak frequency, an optical sensor unit that measures the distance from the machine tool to the processing surface, and the shape of the workpiece based on the distance measured by the optical sensor unit. This is provided with a shape calculation unit for calculating.
  • the machine tool according to the present invention can measure the shape of the workpiece even when the cutting oil remains on the processing surface of the workpiece.
  • FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a machine tool according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a configuration diagram illustrating an optical sensor unit 20 according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an example of frequency sweep light. It is explanatory drawing which shows the reflection of irradiation light in the processing surface 3a, and the reflection of irradiation light in cutting oil.
  • FIG. 3 is a hardware configuration diagram of a computer when a distance calculation unit 40 is realized by software or firmware.
  • FIG. 2 is a configuration diagram illustrating a control unit 50 of the machine tool according to the first embodiment.
  • FIG. 7A in a state where the processing of the processing surface 3a is not performed, and an explanatory view showing the initial distance L 0 is the distance from the tip 21a of the sensor head 21 to the position of the working surface 3a
  • FIG. 7B FIG. 4 is an explanatory diagram showing a distance L from a tip end 21a of a sensor head unit 21 to a position of a processing surface 3a when the processing surface 3a is processed.
  • FIG. 3 is a hardware configuration diagram showing a part of hardware of a control unit 50.
  • FIG. 2 is a hardware configuration diagram of a computer when a part of a control unit 50 is realized by software or firmware.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a procedure when the machine device measures the shape of the processing surface 3a of the workpiece 3; 5 is a flowchart illustrating a process of calculating a distance in a sensor main unit 22.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an example of a signal in a frequency domain.
  • FIG. 6 is a configuration diagram illustrating a machine tool according to a second embodiment.
  • FIG. 9 is a configuration diagram illustrating a sensor head unit 21b according to a second embodiment.
  • FIG. 7 is a configuration diagram illustrating a machine tool according to a third embodiment.
  • FIG. 13 is a configuration diagram illustrating a machine tool according to a fourth embodiment.
  • FIG. 13 is a partially enlarged view showing a machine tool according to a fourth embodiment.
  • FIG. 13 is a configuration diagram illustrating a machine tool according to a fifth embodiment.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a machine tool according to the first embodiment.
  • a table 1 is a table on which a workpiece 3 to be processed is placed.
  • the vise 2 is a fixture for fixing the workpiece 3 so as not to move during the processing of the workpiece 3.
  • the workpiece 3 corresponds to a metal or the like on which the processing surface 3a is processed by the processing unit 10.
  • the processing surface 3a before being processed by the processing unit 10 is a flat surface for simplification of description.
  • the machining unit 10 includes a machining head 11, a machining tool 12, a head driving unit 13, and a cutting oil nozzle 14.
  • the processing unit 10 supplies the cutting oil to the processing surface 3a of the workpiece 3 to process the processing surface 3a.
  • the processing head 11 includes a head body 11a and a spindle 11b as a tool holding unit.
  • the head main body 11a is a metal structure that supports the spindle 11b.
  • the spindle 11b has a built-in chuck device (not shown) for detachably holding the processing tool 12, and is a metal shaft-shaped component that is rotationally driven while holding the processing tool 12.
  • a sensor head 21 which is a part of the optical sensor 20 is attached to the head main body 11a.
  • the processing tool 12 is a cutting tool for cutting the processing surface 3a of the workpiece 3 by a rotating operation, and is a cutting tool for metal processing such as a milling machine, an end mill, a drill or a tap.
  • the head drive unit 13 is a drive mechanism that relatively changes the position of the head body 11a with respect to the processing surface 3a according to a control signal output from the control unit 50.
  • the direction in which the position of the head main body 11a is changed by the head driving unit 13 is the x-axis direction, the y-axis direction, or the z-axis direction shown in FIG.
  • the cutting oil nozzle 14 is a nozzle for applying the cutting oil to the processing surface 3a of the workpiece 3 when receiving a supply command of the cutting oil from the control unit 50.
  • the optical sensor section 20 includes a sensor head section 21, a sensor main body section 22, and an optical transmission section 23.
  • the optical sensor unit 20 is a sensor that calculates the distance from the tip 21a of the sensor head unit 21 to the processing surface 3a processed by the processing unit 10.
  • the sensor head 21 is attached to an outer peripheral surface 11c facing the table 1 among a plurality of outer peripheral surfaces of the head main body 11a.
  • the sensor head unit 21 irradiates the irradiation light output from the sensor body unit 22 toward the processing surface 3a, and uses the reflected light that is the irradiation light reflected on the processing surface 3a and the irradiation light that is reflected by the cutting oil.
  • the reflected light including the certain reflected light is received.
  • the sensor head 21 outputs the received reflected light to the sensor main body 22.
  • the sensor body 22 calculates the distance from the tip 21a of the sensor head 21 to the processing surface 3a, and outputs distance information indicating the calculated distance to the control unit 50.
  • the optical transmission section 23 is a transmission path for light traveling from the sensor main body 22 to the sensor head section 21 and for transmitting light from the sensor head section 21 to the sensor main body section 22, and is constituted by an optical fiber.
  • the optical transmission unit 23 is provided in the machine tool according to the first embodiment, the optical transmission unit 23 is not necessarily provided. When the light transmission unit 23 is not provided, light can be transmitted through a space.
  • the control unit 50 outputs a control signal indicating the moving position of the head main body 11a to the head driving unit 13 and outputs a cutting oil supply command to the cutting oil nozzle 14.
  • the control unit 50 calculates the shape of the processing surface 3a from the position of the head main body 11a changed by the head driving unit 13 and the distance indicated by the distance information output from the sensor main body 22.
  • FIG. 2 is a configuration diagram illustrating the optical sensor unit 20 according to the first embodiment.
  • the optical sensor unit 20 includes a frequency sweep light output unit 31, an optical branching unit 32, an optical interference unit 36, an analog / digital converter (hereinafter, referred to as an “A / D converter”) 39, and a distance.
  • the calculation unit 40 is provided.
  • the frequency sweep light output unit 31 includes a frequency sweep light source 31a that outputs frequency sweep light whose frequency changes with time in one frequency band.
  • One frequency band is a band ranging from the lowest frequency f min to the highest frequency fmax .
  • the frequency sweep light output unit 31 outputs the frequency sweep light to the optical branching unit 32.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an example of the frequency sweep light.
  • the frequency sweep light is a signal whose frequency changes from the lowest frequency f min to the highest frequency f max over time. Frequency sweep light, when the frequency reaches the maximum frequency f max, once, from the back to the frequency is the lowest frequency f min, again, to change the frequency to the highest frequency fmax from the lowest frequency f min.
  • the frequency sweep light may be referred to as chirp signal light.
  • the optical branching unit 32 includes an optical coupler 33 and a circulator.
  • the optical coupler 33 is an optical splitter that splits the frequency sweep light output from the frequency sweep light output unit 31 into reference light and irradiation light.
  • the optical coupler 33 outputs the reference light to the optical interferometer 37 and outputs the irradiation light to the circulator 34.
  • the circulator 34 outputs the irradiation light output from the optical coupler 33 to the condensing optical element 35 of the sensor head unit 21 via the light transmission unit 23.
  • the circulator 34 outputs the reflected light output from the light collecting optical element 35 to the optical interferometer 37.
  • the sensor head unit 21 has the light collecting optical element 35.
  • the condensing optical element 35 condenses the irradiation light output from the circulator 34 on the processing surface 3a. More specifically, the condensing optical element 35 includes two aspherical lenses. The light output from the circulator 34 is collimated by the aspherical lens at the preceding stage, and then condensed by the aspherical lens at the subsequent stage. And irradiates the processing surface 3a.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the reflection of the irradiation light on the processing surface 3a and the reflection of the irradiation light on the cutting oil.
  • the irradiation light output from the condensing optical element 35 is reflected not only on the processing surface 3a but also on the cutting oil as shown in FIG.
  • the condensing optical element 35 receives the reflected light including the reflected light from the processing surface 3a and the reflected light from the cutting oil.
  • the condensing optical element 35 outputs the received reflected light to the circulator 34 via the light transmission unit 23.
  • the circulator 34 outputs the reflected light output from the condensing optical element 35 to the optical interferometer 37.
  • the optical interference unit 36 includes an optical interferometer 37 and a photodetector 38.
  • the light interference unit 36 generates interference light between the reflected light received by the sensor head unit 21 and the reference light, converts the interference light into an electric signal, and outputs the electric signal to the A / D converter 39.
  • the reflected light output from the circulator 34 and the reference light output from the optical coupler 33 enter the optical interferometer 37.
  • the optical interferometer 37 generates interference light between the reflected light and the reference light.
  • the reflected light from the workpiece includes the reflected light from the processed surface 3a and the reflected light from the cutting oil. Therefore, the interference light generated by the optical interferometer 37 is also reflected from the processed surface 3a.
  • Machining surface interference light (first interference light), which is interference light between the light and the reference light
  • cutting oil interference light (second interference light), which is interference light between the reflected light from the cutting oil and the reference light; Contains.
  • the photodetector 38 detects interference light including the machining surface interference light and the cutting oil interference light, and converts the interference light into an electric signal.
  • the photodetector 38 outputs an electric signal to the A / D converter 39.
  • the A / D converter 39 converts the electric signal output from the photodetector 38 from an analog signal to a digital signal, and outputs the digital signal to the distance calculator 40.
  • the distance calculation unit 40 analyzes the frequency of the interference light generated by the optical interference unit 36 by converting the digital signal output from the A / D converter 39 into a signal in the frequency domain, and outputs the result of the frequency analysis. Based on this, the distance L from the tip 21a of the sensor head 21 to the processing surface 3a is calculated. Specifically, the distance calculation unit 40 distinguishes between the frequency of the machining surface interference light and the frequency of the cutting oil interference light, and, based on the frequency of the machining surface interference light, moves from the tip 21a of the sensor head unit 21 to the machining surface. The distance L to 3a is calculated. The distance calculation unit 40 outputs distance information indicating the calculated distance L to the shape calculation unit 75 of the control unit 50.
  • the distance calculation unit 40 is realized by, for example, a distance calculation circuit (not shown).
  • the distance calculation circuit may be, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field-Programmable Gate Array), or a combination thereof. Applicable.
  • FIG. 5 is a hardware configuration diagram of a computer when the distance calculation unit 40 is realized by software or firmware.
  • a program for causing a computer to execute the processing procedure of the distance calculation unit 40 is stored in the memory 61.
  • the processor 62 of the computer executes the program stored in the memory 61.
  • FIG. 6 is a configuration diagram showing the control unit 50 of the machine tool according to the first embodiment.
  • the input unit 71 receives a cutting oil supply instruction from the user, a processing instruction for the workpiece 3 from the user, a shape measurement instruction for the workpiece 3 from the user, and the like.
  • the input unit 71 is realized by a man-machine interface such as an operation button.
  • the storage device 72 stores shape data indicating a target shape of the processing surface 3a.
  • the shape data includes data indicating (x, y) coordinates of a plurality of points on the processing surface 3a and data indicating depth information d of the plurality of points.
  • the depth information d is information indicating a cutting depth from a plane that is the processing surface 3a in a state where processing has not been performed yet.
  • the target shape is, for example, a shape designed by a user as a shape after processing the processing surface 3a.
  • the storage device 72 is realized by, for example, a hard disk.
  • the coordinate setting unit 73 acquires the shape data stored by the storage device 72 when the processing instruction of the workpiece 3 or the shape measurement instruction of the workpiece 3 is received by the input unit 71.
  • the coordinate setting unit 73 generates a control signal indicating the moving position of the head main body 11a based on the acquired shape data.
  • the moving position of the head main body 11a is represented by (x, y) coordinates.
  • the control signal generated by the coordinate setting unit 73 includes the depth information d of the point represented by the (x, y) coordinates.
  • the head drive section 13 moves the head main body 11a in the z-axis direction based on the depth information d.
  • the control signal generated by the coordinate setting unit 73 moves, for example, the position of the head body 11a in the z-axis direction to the reference position.
  • the reference position is a position in the z-axis direction of the head main body 11a when measuring the shape of the processing surface 3a, and is known by the coordinate setting unit 73.
  • the head body portion 11a is present at the reference position, the distance from the tip 21a of the sensor head 21 to the position of the working surface 3a, as shown in FIG. 7A, an L 0, hereinafter, the L 0 Called the initial distance.
  • the coordinate setting unit 73 it is known.
  • FIG. 7A in a state where the processing of the processing surface 3a is not performed, is an explanatory diagram showing the initial distance L 0 is the distance from the tip 21a of the sensor head 21 to the position of the processing surface 3a.
  • FIG. 7B is an explanatory diagram showing a distance L from the tip 21a of the sensor head 21 to the position of the processing surface 3a when the processing of the processing surface 3a is performed.
  • the head driving unit 13 moves the head main body 11a to the movement position indicated by the control signal generated by the coordinate setting unit 73, and then moves the head main body 11a in the z-axis direction.
  • the head main body 11a is moved in the z-axis direction so that the position becomes the reference position.
  • the coordinate setting unit 73 transmits the frequency sweep light from the frequency sweep light source 31a when the input unit 71 receives the shape measurement instruction of the workpiece 3 and transmits a control signal to the head drive unit 13.
  • a synchronization signal which is a trigger for transmission, is transmitted to the sensor body 22. Furthermore, the coordinate setting unit 73, when the shape measurement instruction of the workpiece 3 is accepted by the input unit 71, the shape data and the initial distance L 0, and outputs to the respective trajectory calculation unit 75 and the error calculating unit 76 .
  • the cutting oil supply unit 74 outputs a cutting oil supply command to the cutting oil nozzle 14 indicating that the cutting oil is to be applied to the processing surface 3a when the input unit 71 receives a cutting oil supply instruction.
  • the shape calculation unit 75 converts the data indicating the (x, y) coordinates of a plurality of points included in the shape data and the data including the cutting depth ⁇ L into data (x, y, ⁇ L) is output to each of the error calculator 76 and the three-dimensional data converter 78.
  • the error calculator 76 calculates an error ⁇ d between the shape calculated by the shape calculator 75 and the target shape of the processing surface 3a.
  • the error calculator 76 outputs error information indicating an error ⁇ d of a plurality of points in the z-axis direction to the display 79.
  • the display processing unit 77 includes a three-dimensional data conversion unit 78 and a display 79.
  • the three-dimensional data converter 78 converts the data (x, y, ⁇ L) output from the shape calculator 75 into three-dimensional data, and causes the display 79 to three-dimensionally display the processed surface 3a according to the three-dimensional data.
  • the three-dimensional data is data for three-dimensional drawing.
  • the display 79 is realized by, for example, a liquid crystal display.
  • the display 79 displays the machined surface 3a three-dimensionally and also displays the error ⁇ d indicated by the error information output from the error calculator 76.
  • FIG. 8 is a hardware configuration diagram showing a part of the hardware of the control unit 50.
  • the coordinate setting section 73 is a coordinate setting circuit 81
  • the cutting oil supply section 74 is a cutting oil supply circuit 82
  • the shape calculation section 75 is a shape calculation circuit 83
  • the error calculation section 76 is an error calculation circuit 84
  • the three-dimensional data converter 78 is realized by the three-dimensional data converter 85, respectively.
  • each of the coordinate setting unit 73, the cutting oil supply unit 74, the shape calculation unit 75, the error calculation unit 76, and the three-dimensional data conversion unit 78 which are some components of the control unit 50, are shown in FIG. It is assumed that it is realized by dedicated hardware as shown. That is, a part of the control unit 50 is realized by a coordinate setting circuit 81, a cutting oil supply circuit 82, a shape calculation circuit 83, an error calculation circuit 84, and a three-dimensional data conversion circuit 85.
  • the present invention is not limited to this, and a part of the control unit 50 may be realized by software, firmware, or a combination of software and firmware.
  • FIG. 9 is a hardware configuration diagram of a computer when a part of the control unit 50 is realized by software or firmware.
  • the processing procedure of the coordinate setting unit 73, the cutting oil supply unit 74, the shape calculation unit 75, the error calculation unit 76, and the three-dimensional data conversion unit 78 is performed by a computer. Is stored in the memory 91. Then, the processor 92 of the computer executes the program stored in the memory 91.
  • the input unit 71 receives a cutting oil supply instruction from the user.
  • the cutting oil supply unit 74 outputs a cutting oil supply command indicating that the cutting oil is to be applied to the processing surface 3 a to the cutting oil nozzle 14.
  • the cutting oil nozzle 14 applies the cutting oil to the processing surface 3a.
  • the input unit 71 receives a processing instruction of the workpiece 3 from a user.
  • the coordinate setting unit 73 acquires the shape data stored in the storage device 72.
  • the coordinate setting unit 73 generates a control signal indicating the moving position of the head main body 11a based on the shape data, and outputs the control signal to the head driving unit 13. Specifically, the coordinate setting unit 73 selects any one of a plurality of points on the processing surface 3a, and moves the head main body 11a to the (x, y) coordinates of the selected point. A control signal to be generated is generated, and the control signal is output to the head driving unit 13. Then, when the cutting of one selected point is completed, the coordinate setting unit 73 selects one point of which cutting is not completed, and sets the (x, y) coordinate of the selected one point to the head main body 11a. Is generated, and the control signal is output to the head driving unit 13. The coordinate setting unit 73 repeatedly generates a control signal for moving the head main body 11a until cutting of all points on the processing surface 3a is completed.
  • the head driving unit 13 moves the head main body 11a to the movement position indicated by the control signal each time the control signal is received from the coordinate setting unit 73, and then moves the head main body 11a based on the depth information d included in the control signal.
  • the part 11a is moved in the z-axis direction.
  • the machining tool 12 held by the head main body 11a performs cutting of the machining surface 3a by, for example, rotating the spindle 11b.
  • the cutting oil supply unit 74 when the input unit 71 receives a processing instruction of the workpiece 3 from the user, the cutting oil supply unit 74 outputs a cutting oil supply command to the cutting oil nozzle 14.
  • the cutting oil supply unit 74 may output a cutting oil supply command to the cutting oil nozzle 14 at fixed time intervals.
  • the cutting oil supply unit 74 outputs a cutting oil supply command to the cutting oil nozzle 14 when a sensor that detects the presence or absence of cutting oil on the machining surface 3a is detected by the sensor. You may make it.
  • the coordinate setting unit 73 when the input unit 71 receives a processing instruction of the workpiece 3 from the user, the coordinate setting unit 73 outputs a control signal to the head driving unit 13.
  • the coordinate setting unit 73 may output a control signal to the head driving unit 13 when, for example, a processing instruction for the workpiece 3 is received from outside. Further, the coordinate setting unit 73 may output a control signal to the head driving unit 13 according to a program stored in the internal memory.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a procedure when the machine tool measures the shape of the processing surface 3a of the workpiece 3.
  • the input unit 71 receives a shape measurement instruction of the workpiece 3 from the user.
  • the coordinate setting unit 73 acquires the shape data stored in the storage device 72.
  • the coordinate setting section 73 generates a control signal indicating the moving position of the head main body 11a based on the shape data, and outputs the control signal to each of the head driving section 13 and the sensor main body 22 (step ST1).
  • the coordinate setting unit 73 selects any one of a plurality of points on the processing surface 3a, and moves the head main body 11a to the (x, y) coordinates of the selected point.
  • a control signal to be generated is generated, and the control signal is output to the head driving unit 13.
  • the coordinate setting unit 73 outputs a synchronization signal to the sensor main unit 22 (step ST1).
  • the coordinate setting unit 73 selects one unmeasured point, and sets the head body 11a to the (x, y) coordinates of the selected one point.
  • a control signal to be moved is generated, and the control signal is output to each of the head driving unit 13 and the sensor main unit 22. Note that the coordinate setting unit 73 repeatedly generates a control signal for moving the head main body 11a until the measurement of distances for all points on the processing surface 3a is completed.
  • the control signal generated by the coordinate setting unit 73 includes information for moving the position of the head main body 11a in the z-axis direction to the reference position.
  • the head driving unit 13 moves the head body 11a to the movement position indicated by the control signal, and then moves the position of the head body 11a in the z-axis direction to the reference position. (Step ST2).
  • the sensor main unit 22 After receiving the synchronization signal from the coordinate setting unit 73 and receiving a notification that the movement has been completed from the head driving unit 13, the sensor main unit 22 starts the distance measurement process and starts the distance measurement process from the tip 21 a of the sensor head unit 21.
  • the distance L to the processing surface 3a is calculated (step ST3).
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating a distance calculation process in the sensor main unit 22.
  • the frequency sweeping light output unit 31 After receiving the synchronization signal from the coordinate setting unit 73 and receiving a notification from the head driving unit 13 that the movement has been completed, the frequency sweeping light output unit 31 outputs the frequency sweeping light whose frequency changes with time. Output to the optical coupler 33 (step ST31).
  • the frequency sweep light is split into reference light and irradiation light by the optical coupler 33, the irradiation light is output to the circulator 34, and the reference light is output to the optical interferometer 37.
  • the irradiation light is incident on the condensing optical element 35 via the circulator 34 and the light transmission unit 23, and is condensed on the processing surface 3a by the condensing optical element 35.
  • the reflected light is incident on the optical interferometer 37 via the condensing optical element 35, the optical transmission unit 23, and the circulator 34.
  • the reflected light output from the circulator 34 and the reference light output from the optical coupler 33 interfere with each other in an optical interferometer 37, and the interference light is output to a photodetector 38.
  • the photodetector 38 detects the interference light output from the optical interferometer 37 (step ST32).
  • the photodetector 38 converts the interference light into an electric signal and outputs the electric signal to the A / D converter 39.
  • the A / D converter 39 Upon receiving the electric signal from the photodetector 38, the A / D converter 39 converts the electric signal from an analog signal to a digital signal (step ST33), and outputs the digital signal to the distance calculator 40.
  • the distance calculation unit 40 Upon receiving the digital signal from the A / D converter 39, the distance calculation unit 40 converts the digital signal into a frequency-domain signal as shown in FIG. 12 by, for example, FFT (Fast Fourier Transform).
  • FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating an example of a signal in the frequency domain.
  • the distance calculation unit 40 compares the amplitude of the signal in the frequency domain with the threshold Th, and detects a frequency having an amplitude greater than the threshold Th in the signal in the frequency domain as a peak frequency.
  • the interference light optical detector 38 is detected, the processing surface interfering light, because it contains a cutting oil interference light, the peak frequency f 1 corresponding to the processed surface interfering light, a cutting oil interference light a corresponding peak frequency f 2 is detected.
  • the threshold Th is stored in an internal memory of the distance calculation unit 40.
  • the threshold value Th may be externally provided to the distance calculation unit 40.
  • the distance from the tip 21a of the sensor head 21 to the cutting oil is shorter than the distance from the tip 21a of the sensor head 21 to the working surface 3a, the peak frequency f 2 is smaller than the peak frequency f 1 . f 1 > f 2 .
  • Distance calculating section 40 detects a peak frequency f 1 and the peak frequency f 2, of the peak frequency f 1 and the peak frequency f 2, the peak frequency of the larger is the frequency of the processed surface interfering light, the smaller Is determined to be the frequency of the cutting oil interference light.
  • Processing for calculating the distance L oil from the sensor head 21 to the cutting oil with the peak frequency f 2 is represented by the formula (1).
  • the speed of light c, and the sweep time of the frequency sweep light source 31a .DELTA..tau, the sweep bandwidth and Delta] v is set to the reference frequency f 0 of the frequency when the distance from the sensor head 21 are known L 0.
  • Distance calculation section 40 outputs distance information indicating distance L to shape calculation section 75 of control section 50 (step ST35).
  • the shape calculating unit 75 as shown in the following equation (3), the distance indicated as initial distance L 0 output from the coordinate setting unit 73, the distance information output from the distance calculation unit 40 The difference from L is calculated as the cutting depth ⁇ L of the processing surface 3a (see FIG. 7B) (step ST4).
  • ⁇ L L ⁇ L 0 (3)
  • the shape calculation unit 75 extracts data indicating (x, y) coordinates of a plurality of points on the processing surface 3a from the shape data (x, y, d) indicating the target shape output from the coordinate setting unit 73.
  • the shape calculation unit 75 converts the data including the (x, y) coordinates of the plurality of extracted points and the cutting depth ⁇ L as data (x, y, ⁇ L) indicating the shape of the processing surface 3a.
  • the data is output to each of the error calculator 76 and the three-dimensional data converter 78.
  • the error calculator 76 calculates the shape data (x, y, d) indicating the target shape output from the coordinate setting unit 73 and the data (x, y, ⁇ L) indicating the shape output from the shape calculator 75. get.
  • the error calculator 76 compares the shape data (x, y, d) indicating the target shape with the data (x, y, ⁇ L), and calculates a plurality of data on the processing surface 3a as shown in the following equation (4). Is calculated in the z-axis direction of the point (step ST5).
  • the error ⁇ d is an error between the cutting depth of the processing surface 3a in the target shape and the cutting depth of the processing surface 3a after the processing.
  • ⁇ d d ⁇ L (4)
  • the error calculator 76 outputs error information indicating an error ⁇ d of a plurality of points in the z-axis direction to the display 79.
  • the three-dimensional data conversion unit 78 Upon receiving the data (x, y, ⁇ L) indicating the shape from the shape calculation unit 75, the three-dimensional data conversion unit 78 accumulates the data (x, y, ⁇ L). The three-dimensional data converter 78 accumulates data (x, y, ⁇ L) of all points on the processing surface 3a.
  • the three-dimensional data conversion unit 78 converts data (x, y, ⁇ L) of all points on the processing surface 3a into three-dimensional data, and causes the display 79 to display the processing surface 3a three-dimensionally according to the three-dimensional data.
  • the three-dimensional data is data for three-dimensional drawing.
  • the display 79 displays the machined surface 3a three-dimensionally and displays the error ⁇ d indicated by the error information output from the error calculator 76 (step ST6).
  • the user can confirm, for example, whether or not the processing of the workpiece 3 by the processing device has been properly performed.
  • the coordinate setting unit 73 when the input unit 71 receives a shape measurement instruction of the workpiece 3 from the user, the coordinate setting unit 73 outputs a control signal to each of the head driving unit 13 and the sensor main unit 22. ing. However, this is only an example. For example, when a shape measurement instruction of the workpiece 3 is received from the outside, the coordinate setting unit 73 outputs a control signal to each of the head driving unit 13 and the sensor main unit 22. You may do so. Further, the coordinate setting unit 73 may output a control signal to each of the head driving unit 13 and the sensor main unit 22 according to a program stored in the internal memory.
  • the first embodiment includes the processing unit 10 that supplies the cutting oil to the processing surface 3a of the workpiece 3 to process the processing surface 3a, and emits light whose frequency changes periodically.
  • the light output from the frequency sweep light source 31a to be output is branched into irradiation light for irradiating the workpiece 3 and reference light, and the irradiation light is irradiated on the workpiece 3 and reflected on the workpiece 3.
  • the optical sensor unit 20 detects the peak frequency of the interference light between the reflected light, which is the irradiated light, and the reference light, and measures the distance from the machine tool to the processing surface 3a based on the peak frequency.
  • the machining apparatus is configured to include a shape calculation unit 75 that calculates the shape of the workpiece 3 based on the distance thus set. Therefore, the machine tool can measure the shape of the workpiece 3 even when the cutting oil remains on the processing surface 3a of the workpiece 3.
  • FIG. 13 is a configuration diagram illustrating a machine tool according to the second embodiment. 13, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts, and a description thereof will not be repeated.
  • the spindle 11b of the processing head 11 detachably holds the processing tool 12 or the sensor head 21b. Specifically, when machining the workpiece 3, the machining tool 12 is held on the spindle 11b. However, when measuring the shape of the workpiece 3, as shown in FIG. Holds the sensor head 21b.
  • FIG. 14 is a configuration diagram illustrating the sensor head 21b according to the second embodiment.
  • the sensor head 21b includes a cylindrical casing 110.
  • the sensor head unit 21b changes the angles of the light emitted from the two aspheric lenses 111 and 112 as the condensing optical element 35 and the light emitted from the preceding aspheric lens 111 toward the latter aspheric lens 112.
  • a mirror 113 is provided on a side surface of the housing 110.
  • the mounting portion 114 is provided on the side surface of the housing 110 as described above, even when the sensor head 21b is fixed to the spindle 11b, the irradiation light is guided to the aspheric lenses 111 and 112 which are the condensing optical elements. be able to. Further, since the mirror 113 is provided, it is possible to irradiate the workpiece 3 with the irradiation light incident from the side in a direction parallel to the central axis of the head main body 11a.
  • the machine tool is configured to attach the sensor head 21b to the spindle 11b. Therefore, the machine tool can hold the sensor head 21b by using the chuck device of the spindle 11b. Therefore, a machine tool can be manufactured at low cost without providing a separate holding mechanism for attaching the sensor head portion 21b to the processing head 11.
  • a machining device includes a tool storage unit 100 that stores a plurality of machining tools 12 used for machining a machining surface 3a.
  • the tool storage unit 100 also stores the sensor head unit 21.
  • the spindle 11b detachably holds any one of the plurality of machining tools 12 stored by the tool storage unit 100.
  • the spindle 11b holds the sensor head unit 21b stored by the tool storage unit 100.
  • FIG. 15 is a configuration diagram showing a machine tool according to the third embodiment. 15, the same reference numerals as those in FIG. 13 denote the same or corresponding parts, and a description thereof will not be repeated.
  • the tool storage unit 100 is a rack that stores a plurality of processing tools 12 used for processing the processing surface 3a and the sensor head unit 21b.
  • the tool changing section 101 has a mechanism for changing the processing tool 12 held by the spindle 11b.
  • the tool changing unit 101 selects any one of the plurality of machining tools 12 stored in the tool storage unit 100, and causes the spindle 11b to hold the selected machining tool 12.
  • the tool changing unit 101 selects the sensor head unit 21b stored in the tool storage unit 100, and causes the spindle 11b to hold the selected sensor head unit 21b.
  • the mechanism for exchanging the processing tool 12 and the sensor head 21b is a well-known mechanism, and a detailed description thereof will be omitted.
  • the machining apparatus is configured to store the sensor head 21b in the tool storage unit 100 that stores the processing tool 12. Therefore, the machine tool can be manufactured at low cost without providing a separate storage unit for storing the sensor head unit 21b.
  • the sensor head 21b stored in the tool storage unit 100 is held on the spindle 11b, the sensor head 21b can be handled in the same manner as the machining tool 12. Therefore, a machining device can be manufactured at low cost without providing a separate holding mechanism for attaching the sensor head 21b to the spindle 11b.
  • Embodiment 4 In the third embodiment, when measuring the shape, the machine tool is configured such that the spindle 11b holds the sensor head 21b. On the other hand, in the fourth embodiment, when measuring the shape, the spindle 11b holds the optical sensor unit 20.
  • FIG. 16 is a configuration diagram showing a machine tool according to the fourth embodiment.
  • the optical sensor section 20 has a sensor head section 21 and a sensor main body section 22.
  • the electrical connection between the optical sensor unit 20 and the processing head 11 will be described with reference to FIG.
  • FIG. 17 is a partially enlarged view showing the machine tool according to the fourth embodiment.
  • the optical sensor unit 20 and the spindle 11b have electric connection units 121 and 122, respectively.
  • the electrical connection units 121 and 122 are, for example, connection units defined by the RS-232 (Recommended Standard 232) interface standard.
  • a communication cable 25 for transmitting and receiving information such as the above-described distance information, control signal, and synchronization signal is connected to the electrical connection unit 122 included in the spindle 11b.
  • the communication cable 25 passes through the spindle 11b and the inside of the head main body 11a, is led out of the head main body 11a, and is connected to the control section 50. Therefore, in the machine tool according to the fourth embodiment, the electric connection portion 122 of the spindle 11b and the electric connection portion 121 of the optical sensor portion 20 are connected, so that the signal transmission between the control portion 50 and the optical sensor portion 20 is performed. Transmission and reception are possible.
  • the tool storage unit 102 is a rack that stores a plurality of processing tools 12 and an optical sensor unit 20 used for processing the processing surface 3a.
  • the tool changing section 101 has a mechanism for changing the processing tool 12 held by the spindle 11b.
  • the tool changing unit 101 selects any one of the plurality of machining tools 12 stored in the tool storage unit 102, and causes the spindle 11b to hold the selected machining tool 12.
  • the tool changing unit 101 selects the optical sensor unit 20 stored in the tool storage unit 102, and causes the spindle 11b to hold the selected optical sensor unit 20.
  • FIGS. 16 and 17 the same reference numerals as those in FIG. 15 indicate the same or corresponding parts.
  • the machining apparatus is configured to store the optical sensor unit 20 in the tool storage unit 102 that stores the processing tool 12. Therefore, the machine tool can be manufactured at low cost without providing a separate storage unit for storing the optical sensor unit 20.
  • the optical sensor unit 20 stored in the tool storage unit 102 is held on the spindle 11b, the optical sensor unit 20 can be handled in the same manner as the processing tool 12. Therefore, a machine tool can be manufactured at low cost without providing a separate holding mechanism for attaching the optical sensor unit 20 to the spindle 11b.
  • the communication cable 25 between the control unit 50 and the optical sensor unit 20 is configured to pass through the inside of the head main body 11a, it is possible to prevent the communication cable 25 from being disconnected when the processing head 11 moves. be able to.
  • the processing unit 19 supplies cutting oil to the processing surface 3a of the workpiece 3.
  • the oil supplied by the processing unit 19 to the processing surface 3a may be any liquid that is mainly used to prevent wear of the tool due to metal processing or to prevent temperature rise of the tool due to metal processing. It is not limited to oil.
  • the liquid used for these main purposes is called processing oil, and the cutting oil is included in the processing oil.
  • the processing oil also includes a discharge oil and the like described below.
  • FIG. 18 is a configuration diagram showing an electric discharge machine according to a fifth embodiment.
  • the electric discharge machining apparatus shown in FIG. 18 measures the distance from the electric discharge machining apparatus to the machining surface 3a using the electrode 15 attached to the machining head 11, and forms the shape of the workpiece 3 based on the measured distance. Is calculated.
  • the vise 2 ′ is a fixture for fixing the workpiece 3 so as not to move during the processing of the workpiece 3.
  • the processing tank 4 is a container that stores discharge oil 5 that is processing oil.
  • Each of the table 1 and the workpiece 3 is housed in the processing tank 4 so that the whole is immersed in the discharge oil 5.
  • the electrode 15 is attached to an outer peripheral surface 11c facing the table 1 among a plurality of outer peripheral surfaces of the head main body 11a.
  • the electrode 15 has a tip 15a that emits electrons.
  • the electrode 15 generates a spark by electric discharge by applying a voltage between the tip portion 15a and the processing surface 3a of the workpiece 3. Since the spark is generated, the processing surface 3a is shaved, so that the workpiece 3 can be processed.
  • the optical sensor section 20 calculates and calculates the distance from the tip 21 a of the sensor head section 21 to the machined surface 3 a of the workpiece 3.
  • the shape of the workpiece 3 is calculated based on the distance thus obtained.
  • the sensor head unit 21 irradiates the irradiation light output from the sensor main unit 22 toward the processing surface 3a, as in the first embodiment.
  • the sensor head unit 21 receives reflected light including reflected light, which is irradiation light reflected by the processing surface 3a, and reflected light, which is irradiation light reflected by the discharge oil 5.
  • the sensor head 21 outputs the received reflected light to the sensor main body 22.
  • the entire workpiece 3 needs to be immersed in the discharge oil 5.
  • the optical sensor unit 20 calculates the distance, the processing surface 3 a of the workpiece 3 may be immersed in the discharge oil 5 or may not be immersed in the discharge oil 5. Therefore, by moving the table 1 in the ⁇ z axis direction using an actuator or the like (not shown), the optical sensor unit 20 is moved away from the processing surface 3 a of the workpiece 3 while the processing surface 3 a is not immersed in the discharge oil 5. May be calculated.
  • the processing unit 10 for processing the processing surface 3a of the workpiece 3 immersed in the processing oil is provided, and the light whose frequency periodically changes in one frequency band is provided.
  • the light output from the frequency sweep light source 31a to be output is branched into irradiation light for irradiating the workpiece 3 and reference light, and the irradiation light is irradiated on the workpiece 3 and reflected on the workpiece 3.
  • the optical sensor unit 20 detects the peak frequency of the interference light between the reflected light, which is the irradiated light, and the reference light, and measures the distance from the electric discharge machining device to the machining surface 3a based on the peak frequency.
  • the electric discharge machining apparatus was configured to include a shape calculation unit 75 that calculates the shape of the workpiece 3 based on the measured distance. Therefore, the electric discharge machining device can measure the shape of the workpiece 3 even when the machining oil remains on the machining surface 3a of the workpiece 3.
  • any combination of the embodiments, a modification of an arbitrary component of each embodiment, or an omission of an arbitrary component in each embodiment is possible within the scope of the invention. .
  • the present invention is suitable for a machining device and an electric discharge machining device for machining a machining surface of a workpiece.

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Abstract

被加工物（３）の加工面（３ａ）に切削油を供給して、加工面（３ａ）を加工する加工部（１０）を備えたものであって、周波数が周期的に変化する光を出力する周波数掃引光源（３１ａ）から出力された光を、被加工物（３）に照射する照射光と参照光とに分岐して、照射光を被加工物（３）に照射するとともに、被加工物（３）に反射された照射光である反射光と参照光との干渉光のピーク周波数を検出し、ピーク周波数に基づき、工作装置から加工面（３ａ）までの距離を測定する光センサ本体部（２２）と、光センサ本体部（２２）により測定された距離に基づき被加工物（３）の形状を算出する形状算出部（７５）とを備えるように、工作装置を構成した。

Description

工作装置及び放電加工装置
　この発明は、被加工物の加工面を加工する工作装置及び放電加工装置に関するものである。
　従来から、対象物を加工するとともに、加工後の対象物の加工面の表面形状を測定する工作機械が知られている（特許文献１参照）。特許文献１に記載の工作機械では、反射光の強度の変化によって、加工面の表面形状を測定するようにしている。
　加工時に塗布した切削油が加工面に付着している状態では、光センサが適切な反射光を受光できないため、特許文献１に記載の工作機械においては、形状の測定前にブローを行うことで、加工面に付着している切削油を除去するようにしていた。
特開２０１８－３６０８３号公報
　しかしながら、切削油を完全に除去しようとすると、ブローを長時間実施する必要がある。形状の測定時間を短縮するためには、加工面に切削油が残存している状態であっても加工面の表面形状を測定できることが望ましい。
　この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、被加工物の加工面に切削油が残存している場合でも、被加工物の形状を測定することができる工作装置を得ることを目的とする。
　この発明に係る工作装置は、被加工物の加工面に切削油を供給して、加工面を加工する加工部を備えたものであって、周波数が周期的に変化する光を出力する周波数掃引光源から出力された光を、被加工物に照射する照射光と参照光とに分岐して、照射光を被加工物に照射するとともに、被加工物に反射された照射光である反射光と参照光との干渉光のピーク周波数を検出し、ピーク周波数に基づき、工作装置から加工面までの距離を測定する光センサ部と、光センサ部により測定された距離に基づき被加工物の形状を算出する形状算出部を備えるようにしたものである。
　この発明に係る工作装置は、被加工物の加工面に切削油が残存している場合でも、被加工物の形状を測定することができる。
実施の形態１による工作装置を示す構成図である。 実施の形態１による光センサ部２０を示す構成図である。 周波数掃引光の一例を示す説明図である。 加工面３ａにおける照射光の反射と、切削油における照射光の反射とを示す説明図である。 距離算出部４０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。 実施の形態１による工作装置のコントロール部５０を示す構成図である。 図７Ａは、加工面３ａの加工が行われていない状態において、センサヘッド部２１の先端２１ａから加工面３ａの位置までの距離である初期距離Ｌ０を示す説明図であり、図７Ｂは、加工面３ａの加工が行われた状態において、センサヘッド部２１の先端２１ａから加工面３ａの位置までの距離Ｌを示す説明図である。 コントロール部５０の一部のハードウェアを示すハードウェア構成図である。 コントロール部５０の一部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。 工作装置が、被加工物３の加工面３ａの形状を測定する際の手順を示すフローチャートである。 センサ本体部２２における距離の算出処理を示すフローチャートである。 周波数領域の信号の一例を示す説明図である。 実施の形態２による工作装置を示す構成図である。 実施の形態２のセンサヘッド部２１ｂを示す構成図である。 実施の形態３による工作装置を示す構成図である。 実施の形態４による工作装置を示す構成図である。 実施の形態４による工作装置を示す部分拡大図である。 実施の形態５による工作装置を示す構成図である。
　以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
　実施の形態１．
　図１は、実施の形態１による工作装置を示す構成図である。図１において、テーブル１は、加工対象の被加工物３を載せる台である。バイス２は、被加工物３の加工時に、被加工物３が動かないように固定する固定具である。被加工物３は、加工部１０によって、加工面３ａが加工される金属などが該当する。なお、実施の形態１では、説明の簡単化のため、加工部１０によって加工される前の加工面３ａは、平面であるものとする。
　加工部１０は、加工ヘッド１１、加工工具１２、ヘッド駆動部１３及び切削油ノズル１４を備えている。加工部１０は、被加工物３の加工面３ａに切削油を供給して、加工面３ａを加工する。
　加工ヘッド１１は、ヘッド本体部１１ａと、工具保持部であるスピンドル１１ｂとを備えている。ヘッド本体部１１ａは、スピンドル１１ｂを支持する金属製の構造体である。スピンドル１１ｂは、加工工具１２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１２を保持した状態で回転駆動する金属製の軸状部品である。また、ヘッド本体部１１ａには、光センサ部２０の一部であるセンサヘッド部２１が取り付けられている。
　加工工具１２は、回転動作によって、被加工物３の加工面３ａを切削加工する切削工具であり、フライス、エンドミル、ドリルまたはタップなどの金属加工用の刃物である。
　ヘッド駆動部１３は、コントロール部５０から出力される制御信号に従って加工面３ａに対するヘッド本体部１１ａの位置を相対的に変化させる駆動機構である。ヘッド駆動部１３によるヘッド本体部１１ａ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。
　切削油ノズル１４は、コントロール部５０から切削油の供給指令を受けたときに、被加工物３の加工面３ａに切削油を塗布するためのノズルである。
　光センサ部２０は、センサヘッド部２１、センサ本体部２２及び光伝送部２３を備えている。光センサ部２０は、センサヘッド部２１の先端２１ａから、加工部１０により加工された加工面３ａまでの距離を算出するセンサである。
　センサヘッド部２１は、ヘッド本体部１１ａが有する複数の外周面のうち、テーブル１と相対している外周面１１ｃに取り付けられている。センサヘッド部２１は、センサ本体部２２から出力された照射光を加工面３ａに向けて照射し、加工面３ａに反射された照射光である反射光と、切削油に反射された照射光である反射光とを含む反射光を受光する。センサヘッド部２１は、受光した反射光をセンサ本体部２２に出力する。
　センサ本体部２２は、センサヘッド部２１の先端２１ａから加工面３ａまでの距離を算出し、算出した距離を示す距離情報をコントロール部５０に出力する。
　光伝送部２３は、センサ本体部２２からセンサヘッド部２１へ向かう光、及び、センサヘッド部２１からセンサ本体部２２へ向かう光の伝送路であり、光ファイバによって構成されている。なお、実施の形態１の工作装置では、光伝送部２３を設けるようにしているが、必ずしも光伝送部２３を設ける必要はない。光伝送部２３を設けない場合、空間を介して光を伝送することができる。
　コントロール部５０は、ヘッド本体部１１ａの移動位置を示す制御信号をヘッド駆動部１３に出力するとともに、切削油の供給指令を切削油ノズル１４に出力する。コントロール部５０は、ヘッド駆動部１３により変化されたヘッド本体部１１ａの位置と、センサ本体部２２から出力された距離情報が示す距離とから、加工面３ａの形状を算出する。
　次に図２を用いて光センサ部２０の構成を説明する。図２は、実施の形態１による光センサ部２０を示す構成図である。光センサ部２０は、図２に示すように、周波数掃引光出力部３１、光分岐部３２、光干渉部３６、アナログデジタル変換器（以下、「Ａ／Ｄ変換器」と称する）３９及び距離算出部４０を備えている。
　図２において、周波数掃引光出力部３１は、１つの周波数帯で、時間の経過に伴って周波数が変化する周波数掃引光を出力する周波数掃引光源３１ａを備えている。１つの周波数帯は、最低周波数ｆｍｉｎから最高周波数ｆｍａｘの範囲の帯域である。周波数掃引光出力部３１は、周波数掃引光を光分岐部３２に出力する。図３は、周波数掃引光の一例を示す説明図である。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ｆｍｉｎから最高周波数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ｆｍａｘに到達すると、一旦、周波数が最低周波数ｆｍｉｎに戻ってから、再度、周波数が最低周波数ｆｍｉｎから最高周波数ｆｍａｘまで変化する。なお、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３２は、光カプラ３３及びサーキュレータ３４を備えている。光カプラ３３は、周波数掃引光出力部３１から出力された周波数掃引光を参照光と照射光とに分岐する光分岐素子である。光カプラ３３は、参照光を光干渉計３７に出力し、照射光をサーキュレータ３４に出力する。
　サーキュレータ３４は、光カプラ３３から出力された照射光を光伝送部２３を介してセンサヘッド部２１の集光光学素子３５に出力する。また、サーキュレータ３４は、集光光学素子３５から出力された反射光を光干渉計３７に出力する。
　センサヘッド部２１は、集光光学素子３５を有している。集光光学素子３５は、サーキュレータ３４から出力された照射光を加工面３ａに集光させる。具体的には、集光光学素子３５は、２枚の非球面レンズを備え、サーキュレータ３４から出力された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、加工面３ａに照射している。
　図４は、加工面３ａにおける照射光の反射と、切削油における照射光の反射とを示す説明図である。集光光学素子３５から出力された照射光は、図４に示すように、加工面３ａに反射されるほか、切削油にも反射される。
　図２に戻って、集光光学素子３５は、加工面３ａからの反射光と、切削油からの反射光とを含む反射光を受光する。集光光学素子３５は、受光した反射光を光伝送部２３を介してサーキュレータ３４に出力する。サーキュレータ３４は、集光光学素子３５から出力された反射光を光干渉計３７に出力する。
　光干渉部３６は、光干渉計３７及び光検出器３８を備えている。光干渉部３６は、センサヘッド部２１により受光された反射光と参照光との干渉光を生成し、干渉光を電気信号に変換してＡ／Ｄ変換器３９に出力する。
　光干渉計３７には、サーキュレータ３４から出力された反射光と、光カプラ３３から出力された参照光とが入射される。光干渉計３７は、当該反射光と参照光との干渉光を生成する。上述の通り、被加工物からの反射光は、加工面３ａからの反射光と切削油からの反射光とを含むので、光干渉計３７により生成される干渉光も、加工面３ａからの反射光と参照光との干渉光である加工面干渉光（第１の干渉光）と、切削油からの反射光と参照光との干渉光である切削油干渉光（第２の干渉光）とを含んでいる。
　光検出器３８は、加工面干渉光と切削油干渉光とを含む干渉光を検出し、当該干渉光を電気信号に変換する。光検出器３８は、電気信号をＡ／Ｄ変換器３９に出力する。
　Ａ／Ｄ変換器３９は、光検出器３８から出力された電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号を距離算出部４０に出力する。
　距離算出部４０は、Ａ／Ｄ変換器３９から出力さ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３６により生成された干渉光の周波数を解析し、周波数の解析結果に基づいて、センサヘッド部２１の先端２１ａから加工面３ａまでの距離Ｌを算出する。具体的には、距離算出部４０は、加工面干渉光の周波数と、切削油干渉光の周波数とを区別し、加工面干渉光の周波数に基づいて、センサヘッド部２１の先端２１ａから加工面３ａまでの距離Ｌを算出する。距離算出部４０は、算出した距離Ｌを示す距離情報をコントロール部５０の形状算出部７５に出力する。
　なお、距離算出部４０は、例えば、図示せぬ距離算出回路によって実現される。距離算出回路は、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（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。
　また、ここでは距離算出部４０が、専用のハードウェアである距離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（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、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（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）が該当する。図５は、距離算出部４０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。距離算出部４０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、距離算出部４０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６１に格納される。そして、コンピュータのプロセッサ６２がメモリ６１に格納されているプログラムを実行する。
　次に図６を用いてコントロール部５０の構成を説明する。図６は、実施の形態１による工作装置のコントロール部５０を示す構成図である。
　入力部７１は、ユーザからの切削油の供給指示、ユーザからの被加工物３の加工指示、または、ユーザからの被加工物３の形状測定指示などを受け付ける。なお、入力部７１は、操作ボタンなどのマンマシンインタフェースによって実現される。
　記憶装置７２は、加工面３ａの目標形状を示す形状データを記憶している。形状データは、加工面３ａにおける複数の点の（ｘ，ｙ）座標を示すデータと、複数の点の奥行情報ｄを示すデータとを含んでいる。奥行情報ｄは、未だ加工が行われていない状態の加工面３ａである平面からの切削深さを示す情報である。目標形状は、加工面３ａの加工後の形状として、例えば、ユーザによって設計された形状である。なお、記憶装置７２は、例えば、ハードディスクによって実現される。
　座標設定部７３は、入力部７１により被加工物３の加工指示又は被加工物３の形状測定指示が受け付けられた場合、記憶装置７２により記憶されている形状データを取得する。座標設定部７３は、取得した形状データに基づいてヘッド本体部１１ａの移動位置を示す制御信号を生成する。ヘッド本体部１１ａの移動位置は、（ｘ，ｙ）座標で表される。
　入力部７１により被加工物３の加工指示が受け付けられた場合、座標設定部７３により生成される制御信号は、（ｘ，ｙ）座標で表される点の奥行情報ｄを含んでいる。ヘッド駆動部１３は、座標設定部７３により生成された制御信号が示す移動位置までヘッド本体部１１ａを移動させたのち、奥行情報ｄに基づいてヘッド本体部１１ａをｚ軸方向に移動させる。
　一方、入力部７１により被加工物３の形状測定指示が受け付けられた場合、座標設定部７３により生成される制御信号は、例えば、ヘッド本体部１１ａのｚ軸方向の位置を基準位置に移動させる情報を含んでいる。基準位置は、加工面３ａの形状を測定する際のヘッド本体部１１ａのｚ軸方向の位置であり、座標設定部７３において、既知である。ヘッド本体部１１ａが基準位置に存在しているときに、センサヘッド部２１の先端２１ａから加工面３ａの位置までの距離は、図７Ａに示すように、Ｌ０であり、以下、Ｌ０を初期距離と称する。初期距離Ｌ０についても、座標設定部７３において、既知である。図７Ａは、加工面３ａの加工が行われていない状態において、センサヘッド部２１の先端２１ａから加工面３ａの位置までの距離である初期距離Ｌ０を示す説明図である。図７Ｂは、加工面３ａの加工が行われた状態において、センサヘッド部２１の先端２１ａから加工面３ａの位置までの距離Ｌを示す説明図である。
　図６に戻って、制御信号を受けたヘッド駆動部１３は、座標設定部７３により生成された制御信号が示す移動位置までヘッド本体部１１ａを移動させたのち、ヘッド本体部１１ａのｚ軸方向の位置が基準位置となるように、ヘッド本体部１１ａをｚ軸方向に移動させる。
　また、座標設定部７３は、入力部７１により被加工物３の形状測定指示が受け付けられた場合であって、ヘッド駆動部１３に制御信号を送信した場合、周波数掃引光源３１ａから周波数掃引光を送出させるためのトリガーである同期信号をセンサ本体部２２に送信する。さらに、座標設定部７３は、入力部７１により被加工物３の形状測定指示が受け付けられたときは、形状データ及び初期距離Ｌ０を、形状算出部７５及び誤差算出部７６のそれぞれに出力する。
　切削油供給部７４は、入力部７１により切削油の供給指示が受け付けられたとき、加工面３ａに切削油を塗布する旨を示す切削油の供給指令を切削油ノズル１４に出力する。
　形状算出部７５は、座標設定部７３から出力された初期距離Ｌ０と、距離算出部４０から出力された距離情報が示す距離Ｌとの差分を、加工面３ａの切削深さΔＬ（＝Ｌ－Ｌ０）として算出する。形状算出部７５は、形状データが含んでいる複数の点の（ｘ，ｙ）座標を示すデータと、切削深さΔＬとを含むデータを、加工面３ａの形状を示すデータ（ｘ，ｙ，ΔＬ）として、誤差算出部７６及び３次元データ変換部７８のそれぞれに出力する。
　誤差算出部７６は、形状算出部７５により算出された形状と、加工面３ａの目標形状との誤差Δｄを算出する。誤差算出部７６は、例えば、座標設定部７３から出力された形状データ（ｘ，ｙ，ｄ）と、形状算出部７５から出力された形状を示すデータ（ｘ，ｙ，ΔＬ）とを比較して、加工面３ａにおける複数の点のｚ軸方向の誤差Δｄ（＝ｄ－ΔＬ）を算出する。誤差算出部７６は、複数の点のｚ軸方向の誤差Δｄを示す誤差情報を表示器７９に出力する。
　表示処理部７７は、３次元データ変換部７８及び表示器７９を備えている。
　３次元データ変換部７８は、形状算出部７５から出力されたデータ（ｘ，ｙ，ΔＬ）を３次元データに変換し、３次元データに従って加工面３ａを表示器７９に３次元表示させる。３次元データは、３次元描画用のデータである。
　表示器７９は、例えば、液晶ディスプレイによって実現される。表示器７９は、加工面３ａを３次元表示するとともに、誤差算出部７６から出力された誤差情報が示す誤差Δｄを表示する。
　図８は、コントロール部５０の一部のハードウェアを示すハードウェア構成図である。図８に示すように、座標設定部７３は座標設定回路８１、切削油供給部７４は切削油供給回路８２、形状算出部７５は形状算出回路８３、誤差算出部７６は誤差算出回路８４、３次元データ変換部７８は３次元データ変換回路８５によってそれぞれ実現される。
　なお、ここでは、コントロール部５０の一部の構成要素である座標設定部７３、切削油供給部７４、形状算出部７５、誤差算出部７６及び３次元データ変換部７８のそれぞれが、図８に示すような専用のハードウェアで実現されるものを想定している。即ち、コントロール部５０の一部が、座標設定回路８１、切削油供給回路８２、形状算出回路８３、誤差算出回路８４及び３次元データ変換回路８５によって実現されるものを示している。しかし、これに限るものではなく、コントロール部５０の一部が、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。
　図９は、コントロール部５０の一部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。コントロール部５０の一部が、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、座標設定部７３、切削油供給部７４、形状算出部７５、誤差算出部７６及び３次元データ変換部７８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９１に格納される。そして、コンピュータのプロセッサ９２がメモリ９１に格納されているプログラムを実行する。
　次に、実施の形態１に係る工作装置の動作について説明する。まず、工作装置が、被加工物３の加工面３ａを切削加工する際の動作を説明する。加工面３ａを切削加工する動作自体は、公知の動作であるため、ここでは、加工面３ａを切削加工する動作を簡単に説明する。
　入力部７１は、ユーザからの切削油の供給指示を受け付ける。切削油供給部７４は、入力部７１が切削油の供給指示を受け付けると、加工面３ａに切削油を塗布する旨を示す切削油の供給指令を切削油ノズル１４に出力する。切削油ノズル１４は、切削油供給部７４から切削油の供給指令を受けると、切削油を加工面３ａに塗布する。
　入力部７１は、ユーザからの被加工物３の加工指示を受け付ける。座標設定部７３は、入力部７１が加工指示を受け付けると、記憶装置７２により記憶されている形状データを取得する。
　座標設定部７３は、形状データに基づいてヘッド本体部１１ａの移動位置を示す制御信号を生成し、制御信号をヘッド駆動部１３に出力する。具体的には、座標設定部７３は、加工面３ａにおける複数の点の中から、いずれか１つの点を選択し、選択した１つの点の（ｘ，ｙ）座標にヘッド本体部１１ａを移動させる制御信号を生成して、制御信号をヘッド駆動部１３に出力する。そして、座標設定部７３は、選択した１つの点の切削加工が完了すると、切削加工が未完了の１つの点を選択し、選択した１つの点の（ｘ，ｙ）座標にヘッド本体部１１ａを移動させる制御信号を生成して、制御信号をヘッド駆動部１３に出力する。座標設定部７３は、加工面３ａにおける全ての点の切削加工が完了するまで、ヘッド本体部１１ａを移動させる制御信号を繰り返し生成する。
　ヘッド駆動部１３は、座標設定部７３から制御信号を受ける毎に、制御信号が示す移動位置までヘッド本体部１１ａを移動させたのち、制御信号に含まれている奥行情報ｄに基づいてヘッド本体部１１ａをｚ軸方向に移動させる。ヘッド本体部１１ａに保持されている加工工具１２は、例えば、スピンドル１１ｂの回転動作によって加工面３ａの切削加工を行う。
　なお、ここでは、入力部７１が、ユーザからの被加工物３の加工指示を受け付けたときに、切削油供給部７４が切削油の供給指令を切削油ノズル１４に出力している。しかし、これは一例に過ぎず、例えば、切削油供給部７４が、一定の時間間隔で、切削油の供給指令を切削油ノズル１４に出力するようにしてもよい。また、加工面３ａにおける切削油の有無を検知するセンサを備え、センサによって、切削油が無いことが検知されたときに、切削油供給部７４が切削油の供給指令を切削油ノズル１４に出力するようにしてもよい。
　また、ここでは、入力部７１が、ユーザからの被加工物３の加工指示を受け付けたときに、座標設定部７３が、制御信号をヘッド駆動部１３に出力している。しかし、これは一例に過ぎず、例えば、外部から被加工物３の加工指示を受け付けたときに、座標設定部７３が、制御信号をヘッド駆動部１３に出力するようにしてもよい。また、座標設定部７３が、内部メモリに格納されているプログラムに従って制御信号をヘッド駆動部１３に出力するようにしてもよい。
　次に、工作装置が、被加工物３の加工面３ａの形状を測定する際の動作を説明する。図１０は、工作装置が、被加工物３の加工面３ａの形状を測定する際の手順を示すフローチャートである。
　入力部７１は、ユーザからの被加工物３の形状測定指示を受け付ける。座標設定部７３は、入力部７１が形状測定指示を受け付けると、記憶装置７２により記憶されている形状データを取得する。座標設定部７３は、形状データに基づいてヘッド本体部１１ａの移動位置を示す制御信号を生成し、制御信号をヘッド駆動部１３及びセンサ本体部２２のそれぞれに出力する（ステップＳＴ１）。具体的には、座標設定部７３は、加工面３ａにおける複数の点の中から、いずれか１つの点を選択し、選択した１つの点の（ｘ，ｙ）座標にヘッド本体部１１ａを移動させる制御信号を生成して、制御信号をヘッド駆動部１３に出力する。また、座標設定部７３は、同期信号をセンサ本体部２２に出力する（ステップＳＴ１）。
　座標設定部７３は、選択した１つの点についての距離の測定が完了すると、測定が未完了の１つの点を選択し、選択した１つの点の（ｘ，ｙ）座標にヘッド本体部１１ａを移動させる制御信号を生成して、制御信号をヘッド駆動部１３及びセンサ本体部２２のそれぞれに出力する。なお、座標設定部７３は、加工面３ａにおける全ての点についての距離の測定が完了するまで、ヘッド本体部１１ａを移動させる制御信号を繰り返し生成する。
　座標設定部７３により生成される制御信号は、ヘッド本体部１１ａのｚ軸方向の位置を基準位置に移動させる情報を含んでいる。ヘッド駆動部１３は、座標設定部７３から制御信号を受けると、制御信号が示す移動位置までヘッド本体部１１ａを移動させたのち、ヘッド本体部１１ａのｚ軸方向の位置を基準位置に移動させる（ステップＳＴ２）。
　センサ本体部２２は、座標設定部７３から同期信号を受信した後、ヘッド駆動部１３から移動が完了した旨の通知を受けると、距離の測定処理を開始し、センサヘッド部２１の先端２１ａから加工面３ａまでの距離Ｌを算出する（ステップＳＴ３）。
　以下、図１１を用いてセンサ本体部２２における距離の算出処理を具体的に説明する。図１１は、センサ本体部２２における距離の算出処理を示すフローチャートである。
　周波数掃引光出力部３１は、座標設定部７３から同期信号を受信した後、ヘッド駆動部１３から移動が完了した旨の通知を受けると、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３３に出力する（ステップＳＴ３１）。
　周波数掃引光は、光カプラ３３によって参照光と照射光とに分岐され、照射光はサーキュレータ３４に出力され、参照光は光干渉計３７に出力される。照射光は、サーキュレータ３４及び光伝送部２３を介して集光光学素子３５に入射され、集光光学素子３５によって加工面３ａに集光される。
　反射光は、集光光学素子３５、光伝送部２３及びサーキュレータ３４を介して光干渉計３７に入射される。サーキュレータ３４から出力された反射光と、光カプラ３３から出力された参照光とは、光干渉計３７で干渉し、当該干渉光は、光検出器３８に出力される。
　光検出器３８は、光干渉計３７から出力された干渉光を検出する（ステップＳＴ３２）。また、光検出器３８は、干渉光を電気信号に変換し、当該電気信号をＡ／Ｄ変換器３９に出力する。
　Ａ／Ｄ変換器３９は、光検出器３８から電気信号を受けると、電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し（ステップＳＴ３３）、デジタル信号を距離算出部４０に出力する。
　距離算出部４０は、Ａ／Ｄ変換器３９からデジタル信号を受けると、例えば、デジタル信号をＦＦＴ（Ｆａｓｔ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）によって、図１２に示すように、デジタル信号を周波数領域の信号に変換する。図１２は、周波数領域の信号の一例を示す説明図である。
　距離算出部４０は、周波数領域の信号の振幅と閾値Ｔｈとを比較し、周波数領域の信号の中で、振幅が閾値Ｔｈよりも大きい周波数をピーク周波数として検出する。上述の通り、光検出器３８が検出する干渉光は、加工面干渉光と、切削油干渉光とを含んでいるため、加工面干渉光に対応するピーク周波数ｆ１と、切削油干渉光に対応するピーク周波数ｆ２とが検出される。なお、閾値Ｔｈは、距離算出部４０の内部メモリに格納されている。閾値Ｔｈは、外部から距離算出部４０に与えられるものであってもよい。
　ここで、センサヘッド部２１の先端２１ａから切削油までの距離は、センサヘッド部２１の先端２１ａから加工面３ａまでの距離よりも短いため、ピーク周波数ｆ２は、ピーク周波数ｆ１よりも小さい。ｆ１＞ｆ２である。
　距離算出部４０は、ピーク周波数ｆ１とピーク周波数ｆ２とを検出すると、ピーク周波数ｆ１及びピーク周波数ｆ２のうち、大きい方のピーク周波数が、加工面干渉光の周波数であり、小さい方のピーク周波数が、切削油干渉光の周波数であると識別する。
距離算出部４０は、加工面干渉光の周波数であるピーク周波数ｆ１および切削油干渉光の周波数ｆ２に基づいて、センサヘッド部２１の先端２１ａから加工面３ａまでの距離Ｌ（＝ＬOil＋ＬDepth）を算出する（ステップＳＴ３４）。
　ピーク周波数ｆ２を用いてセンサヘッド部２１から切削油までの距離Ｌｏｉｌを算出する処理は、式（１）で表される。式（１）において、光速をｃ、周波数掃引光源３１ａの掃引時間をΔτ、掃引帯域をΔｖとし、センサヘッド部２１からの距離が既知Ｌ０であるときの周波数を基準周波数ｆ０としている。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　なお、切削油の厚さＬＤｅｐｔｈを算出する処理は、ピーク周波数ｆ１とピーク周波数ｆ２との差分、切削油の屈折率ｎ、光速ｃ、周波数掃引光源３１ａの掃引時間Δτおよび掃引帯域Δｖから式（２）のように表される。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
　距離算出部４０は、距離Ｌを示す距離情報をコントロール部５０の形状算出部７５に出力する（ステップＳＴ３５）。
　図１０に戻って、形状算出部７５は、以下の式（３）に示すように、座標設定部７３から出力された初期距離Ｌ０と、距離算出部４０から出力された距離情報が示す距離Ｌとの差分を、加工面３ａの切削深さΔＬ（図７Ｂを参照）として算出する（ステップＳＴ４）。
ΔＬ＝Ｌ－Ｌ０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（３）
　形状算出部７５は、座標設定部７３から出力された目標形状を示す形状データ（ｘ，ｙ，ｄ）から、加工面３ａにおける複数の点の（ｘ，ｙ）座標を示すデータを抽出する。
　形状算出部７５は、抽出した複数の点の（ｘ，ｙ）座標を示すデータと、切削深さΔＬとを含むデータを、加工面３ａの形状を示すデータ（ｘ，ｙ，ΔＬ）として、誤差算出部７６及び３次元データ変換部７８のそれぞれに出力する。
　誤差算出部７６は、座標設定部７３から出力された目標形状を示す形状データ（ｘ，ｙ，ｄ）と、形状算出部７５から出力された形状を示すデータ（ｘ，ｙ，ΔＬ）とを取得する。誤差算出部７６は、目標形状を示す形状データ（ｘ，ｙ，ｄ）と、データ（ｘ，ｙ，ΔＬ）とを比較し、以下の式（４）に示すように、加工面３ａにおける複数の点のｚ軸方向の誤差Δｄを算出する（ステップＳＴ５）。誤差Δｄは、目標形状における加工面３ａの切削深さと、加工後の加工面３ａの切削深さとの誤差である。
Δｄ＝ｄ－ΔＬ　　　　　　　　　　　　　　　（４）
　誤差算出部７６は、複数の点のｚ軸方向の誤差Δｄを示す誤差情報を表示器７９に出力する。
　３次元データ変換部７８は、形状算出部７５から形状を示すデータ（ｘ，ｙ，ΔＬ）を受けると、データ（ｘ，ｙ，ΔＬ）を蓄積する。３次元データ変換部７８は、加工面３ａにおける全ての点のデータ（ｘ，ｙ，ΔＬ）を蓄積する。
　３次元データ変換部７８は、加工面３ａにおける全ての点のデータ（ｘ，ｙ，ΔＬ）を３次元データに変換し、３次元データに従って加工面３ａを表示器７９に３次元表示させる。３次元データは、３次元描画用のデータである。
　表示器７９は、加工面３ａを３次元表示するとともに、誤差算出部７６から出力された誤差情報が示す誤差Δｄを表示する（ステップＳＴ６）。表示器７９が誤差Δｄを表示することで、ユーザは、例えば、工作装置による被加工物３の加工が適正に行われたか否かを確認することができる。
　なお、ここでは、入力部７１が、ユーザからの被加工物３の形状測定指示を受け付けたときに、座標設定部７３が、制御信号をヘッド駆動部１３及びセンサ本体部２２のそれぞれに出力している。しかし、これは一例に過ぎず、例えば、外部から被加工物３の形状測定指示を受け付けたときに、座標設定部７３が、制御信号をヘッド駆動部１３及びセンサ本体部２２のそれぞれに出力するようにしてもよい。また、座標設定部７３が、内部メモリに格納されているプログラムに従って制御信号をヘッド駆動部１３及びセンサ本体部２２のそれぞれに出力するようにしてもよい。
　以上の実施の形態１は、被加工物３の加工面３ａに切削油を供給して、加工面３ａを加工する加工部１０を備えたものであって、周波数が周期的に変化する光を出力する周波数掃引光源３１ａから出力された光を、被加工物３に照射する照射光と参照光とに分岐して、照射光を被加工物３に照射するとともに、被加工物３に反射された照射光である反射光と参照光との干渉光のピーク周波数を検出し、ピーク周波数に基づき、工作装置から加工面３ａまでの距離を測定する光センサ部２０と、光センサ部２０により測定された距離に基づき被加工物３の形状を算出する形状算出部７５とを備えるように、工作装置を構成した。したがって、工作装置は、被加工物３の加工面３ａに切削油が残存している場合でも、被加工物３の形状を測定することができる。
　実施の形態２．
　実施の形態１の工作装置では、ヘッド本体部１１ａに光センサ部２０のセンサヘッド部２１を取り付けるように構成した。これに対して、実施の形態２では、スピンドル１１ｂにセンサヘッド部２１ｂを取り付けるように、工作装置を構成している。図１３は、実施の形態２による工作装置を示す構成図である。図１３において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
　図１３において、加工ヘッド１１のスピンドル１１ｂは、加工工具１２又はセンサヘッド部２１ｂを着脱自在に保持する。具体的には、被加工物３を加工する場合は、スピンドル１１ｂには加工工具１２が保持されるが、被加工物３の形状を測定する場合は、図１３に示すように、スピンドル１１ｂにはセンサヘッド部２１ｂが保持される。
　図１４は、実施の形態２のセンサヘッド部２１ｂを示す構成図である。図１４において、センサヘッド部２１ｂは、円筒筒状の筐体１１０を備えている。センサヘッド部２１ｂは、集光光学素子３５としての２枚の非球面レンズ１１１，１１２と、前段の非球面レンズ１１１から出射された光の角度を、後段の非球面レンズ１１２に向けて変更するためのミラー１１３とを備えている。また、筐体１１０の側面には、光伝送部２３である光ファイバを取り付けるための取り付け部１１４が設けられている。
　上記のように筐体１１０の側面に取り付け部１１４が設けられているので、センサヘッド部２１ｂをスピンドル１１ｂに固定した状態でも、集光光学素子である非球面レンズ１１１，１１２に照射光を導くことができる。また、ミラー１１３を設けるようにしたので、側面から入射した照射光をヘッド本体部１１ａの中心軸と平行な方向にして被加工物３に照射することができる。
　以上の実施の形態２では、スピンドル１１ｂにセンサヘッド部２１ｂを取り付けるように工作装置を構成した。したがって、工作装置は、スピンドル１１ｂが有するチャック装置を用いることでセンサヘッド部２１ｂを保持することができる。このため、加工ヘッド１１にセンサヘッド部２１ｂを取り付けるために別途保持機構を設けることなく、低コストに工作装置を製造することができる。
　実施の形態３．
　実施の形態３では、工作装置が、加工面３ａの加工に用いる複数の加工工具１２を格納している工具格納部１００を備えている。工具格納部１００には、センサヘッド部２１も格納されている。そして、加工時においては、スピンドル１１ｂが、工具格納部１００により格納されている複数の加工工具１２のうち、いずれか１つの加工工具１２を着脱自在に保持する。形状測定時においては、スピンドル１１ｂが、工具格納部１００により格納されているセンサヘッド部２１ｂを保持する。
　図１５は、実施の形態３による工作装置を示す構成図である。図１５において、図１３と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。工具格納部１００は、加工面３ａの加工に用いる複数の加工工具１２及びセンサヘッド部２１ｂを格納しているラックである。
　工具交換部１０１は、スピンドル１１ｂにより保持されている加工工具１２を交換する機構を有している。加工時において、工具交換部１０１は、工具格納部１００により格納されている複数の加工工具１２のうち、いずれか１つの加工工具１２を選択し、選択した加工工具１２をスピンドル１１ｂに保持させる。一方、形状の測定時において、工具交換部１０１は、工具格納部１００に格納されているセンサヘッド部２１ｂを選択し、選択したセンサヘッド部２１ｂをスピンドル１１ｂに保持させる。なお、加工工具１２及びセンサヘッド部２１ｂを交換する機構自体は、公知の機構であるため詳細な説明を省略する。
　以上の実施の形態３では、加工工具１２を格納する工具格納部１００にセンサヘッド部２１ｂを格納するように、工作装置を構成した。したがって、工作装置は、センサヘッド部２１ｂを格納するために別途格納部を設けることなく、低コストに工作装置を製造することができる。
　また、工具格納部１００に格納されたセンサヘッド部２１ｂをスピンドル１１ｂに保持するようにしているので、センサヘッド部２１ｂを加工工具１２と同様に取り扱うことができる。したがって、センサヘッド部２１ｂをスピンドル１１ｂに取り付けるために別途保持機構を設けることなく、低コストに工作装置を製造することができる。
　実施の形態４．
　実施の形態３では、形状を測定する際、スピンドル１１ｂが、センサヘッド部２１ｂを保持するように工作装置を構成した。これに対して、実施の形態４では、形状を測定する際、スピンドル１１ｂが、光センサ部２０を保持するようにしている。
　図１６は、実施の形態４による工作装置を示す構成図である。図１６に示すように、光センサ部２０は、センサヘッド部２１及びセンサ本体部２２を有している。光センサ部２０と加工ヘッド１１との電気的接続を、図１７を用いて説明する。図１７は、実施の形態４による工作装置を示す部分拡大図である。図１７に示すように、光センサ部２０及びスピンドル１１ｂは、それぞれ電気接続部１２１，１２２を有している。電気接続部１２１，１２２は、例えば、ＲＳ－２３２（Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ　Ｓｔａｎｄａｒｄ　２３２）のインターフェース規格で定められている接続部である。
　スピンドル１１ｂが有する電気接続部１２２には、上述した距離情報、制御信号及び同期信号等の情報を送受信するための通信ケーブル２５が接続されている。通信ケーブル２５は、スピンドル１１ｂ及びヘッド本体部１１ａの内部を通って、ヘッド本体部１１ａから導出されて、コントロール部５０に接続されている。したがって、実施の形態４の工作装置は、スピンドル１１ｂの電気接続部１２２と光センサ部２０の電気接続部１２１とが接続されることにより、コントロール部５０と光センサ部２０との間で信号の送受信が可能となる。
　図１６に戻って、工具格納部１０２は、加工面３ａの加工に用いる複数の加工工具１２及び光センサ部２０を格納しているラックである。工具交換部１０１は、スピンドル１１ｂにより保持されている加工工具１２を交換する機構を有している。加工時において、工具交換部１０１は、工具格納部１０２により格納されている複数の加工工具１２のうち、いずれか１つの加工工具１２を選択し、選択した加工工具１２をスピンドル１１ｂに保持させる。一方、形状の測定時において、工具交換部１０１は、工具格納部１０２に格納されている光センサ部２０を選択し、選択した光センサ部２０をスピンドル１１ｂに保持させる。
　なお、図１６及び図１７において、図１５と同一符号は同一又は相当部分を示している。
　以上の実施の形態４では、加工工具１２を格納する工具格納部１０２に光センサ部２０を格納するように、工作装置を構成した。したがって、工作装置は、光センサ部２０を格納するために別途格納部を設けることなく、低コストに工作装置を製造することができる。
　また、工具格納部１０２に格納された光センサ部２０をスピンドル１１ｂに保持するようにしているので、光センサ部２０を加工工具１２と同様に取り扱うことができる。したがって、光センサ部２０をスピンドル１１ｂに取り付けるために別途保持機構を設けることなく、低コストに工作装置を製造することができる。
　さらに、コントロール部５０と光センサ部２０との通信ケーブル２５をヘッド本体部１１ａの内部を通すように構成したので、加工ヘッド１１が移動する際に通信ケーブル２５が断線してしまうことを防止することができる。
　実施の形態１～４に係る工作装置では、加工部１９が、被加工物３の加工面３ａに切削油を供給している。
　しかし、加工部１９が、加工面３ａに供給する油は、金属加工に伴う工具の磨耗防止、又は、金属加工に伴う工具の温度上昇防止を、主目的として使用する液体であればよく、切削油に限るものではない。これらの主目的として使用する液体は、加工油と呼ばれ、切削油は、加工油に含まれる。なお、加工油には、後述する放電油等も含まれる。
　実施の形態５．
　実施の形態１～４では、光センサ部２０を有する工作装置について説明した。
　実施の形態５では、光センサ部２０を有する放電加工装置について説明する。
　図１８は、実施の形態５による放電加工装置を示す構成図である。図１８において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
　図１８に示す放電加工装置は、加工ヘッド１１に取り付けられている電極１５を用いて、放電加工装置から加工面３ａまでの距離を測定し、測定した距離に基づいて、被加工物３の形状を算出する。
　バイス２’は、被加工物３の加工時に、被加工物３が動かないように固定する固定具である。
　加工槽４は、加工油である放電油５をたくわえている容器である。テーブル１及び被加工物３のそれぞれは、全体が放電油５に浸るように、加工槽４に収納されている。
　電極１５は、ヘッド本体部１１ａが有する複数の外周面のうち、テーブル１と相対している外周面１１ｃに取り付けられている。電極１５は、電子を放出する先端部１５ａを有している。電極１５は、先端部１５ａと、被加工物３の加工面３ａとの間に電圧をかけることにより、放電による火花を生じさせる。火花が生じることで、加工面３ａが削られるため、被加工物３の加工が可能になる。電極１５としては、銅又はグラファイト等の電導性の高い素材が使われる。
　図１８に示す放電加工装置でも、図１に示す工作装置と同様に、光センサ部２０が、センサヘッド部２１の先端２１ａから、被加工物３の加工面３ａまでの距離を算出し、算出した距離に基づいて、被加工物３の形状を算出する。
　光センサ部２０が距離を算出する際、センサヘッド部２１は、実施の形態１と同様に、センサ本体部２２から出力された照射光を加工面３ａに向けて照射する。センサヘッド部２１は、加工面３ａに反射された照射光である反射光と、放電油５に反射された照射光である反射光とを含む反射光を受光する。センサヘッド部２１は受光した反射光をセンサ本体部２２に出力する。
　なお、加工部１０が加工面３ａを加工する際には、被加工物３の全体が、放電油５に浸っている必要がある。一方、光センサ部２０が距離を算出する際には、被加工物３の加工面３ａが、放電油５に浸っていてもよいし、放電油５に浸っていなくてもよい。したがって、図示せぬアクチュエータ等を用いて、テーブル１を－ｚ軸方向に移動させることにより、被加工物３の加工面３ａが、放電油５に浸っていない状態で、光センサ部２０が距離を算出するようにしてもよい。
　以上の実施の形態５では、加工油に浸っている被加工物３の加工面３ａを加工する加工部１０を備えたものであって、１つの周波数帯で周波数が周期的に変化する光を出力する周波数掃引光源３１ａから出力された光を、被加工物３に照射する照射光と参照光とに分岐して、照射光を被加工物３に照射するとともに、被加工物３に反射された照射光である反射光と参照光との干渉光のピーク周波数を検出し、ピーク周波数に基づき、放電加工装置から加工面３ａまでの距離を測定する光センサ部２０と、光センサ部２０により測定された距離に基づき被加工物３の形状を算出する形状算出部７５とを備えるように、放電加工装置を構成した。したがって、放電加工装置は、被加工物３の加工面３ａに加工油が残存している場合でも、被加工物３の形状を測定することができる。
　なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、も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。
　この発明は、被加工物の加工面を加工する工作装置及び放電加工装置に適している。
　１　テーブル、２，２’　バイス、３　被加工物、３ａ　加工面、４　加工槽、５　放電油、１０　加工部、１１　加工ヘッド、１１ａ　ヘッド本体部、１１ｂ　スピンドル（工具保持部）、１１ｃ　外周面、１２　加工工具、１３　ヘッド駆動部、１４　切削油ノズル、１５　電極、１５ａ　先端部、２０　光センサ部、２１，２１ｂ　センサヘッド部、２１ａ　先端、２２　センサ本体部、２３　光伝送部、２５　通信ケーブル、３１　周波数掃引光出力部、３１ａ　周波数掃引光源、３２　光分岐部、３３　光カプラ、３４　サーキュレータ、３５　集光光学素子、３６　光干渉部、３７　光干渉計、３８　光検出器、３９　Ａ／Ｄ変換器、４０　距離算出部、５０　コントロール部、６１　メモリ、６２　プロセッサ、７１　入力部、７２　記憶装置、７３　座標設定部、７４　切削油供給部、７５　形状算出部、７６　誤差算出部、７７　表示処理部、７８　３次元データ変換部、７９　表示器、８１　座標設定回路、８２　切削油供給回路、８３　形状算出回路、８４　誤差算出回路、８５　３次元データ変換回路、９１　メモリ、９２　プロセッサ、１００，１０２　工具格納部、１０１　工具交換部、１１０　筐体、１１１，１１２　非球面レンズ、１１３　ミラー、１１４　取り付け部、１２１，１２２　電気接続部。

Claims (17)

  1. 　被加工物の加工面に切削油を供給して、前記加工面を加工する加工部を備えた工作装置であって、
    　周波数が周期的に変化する光を出力する周波数掃引光源から出力された光を、前記被加工物に照射する照射光と参照光とに分岐して、前記照射光を前記被加工物に照射するとともに、前記被加工物に反射された照射光である反射光と前記参照光との干渉光のピーク周波数を検出し、前記ピーク周波数に基づき、前記工作装置から前記加工面までの距離を測定する光センサ部と、
    　前記光センサ部により測定された距離に基づき前記被加工物の形状を算出する形状算出部と、を備えたことを特徴とする工作装置。
  2. 　前記干渉光は、前記被加工物の加工面からの反射光と前記参照光との干渉光である第１の干渉光と、前記切削油からの反射光と前記参照光との干渉光である第２の干渉光とを含み、
    　前記光センサ部は、前記第１の干渉光のピーク周波数と前記第２の干渉光のピーク周波数とに基づいて、前記工作装置から前記加工面までの距離を算出することを特徴とする請求項１記載の工作装置。
  3. 　前記光センサ部は、周波数の大きさに基づいて、前記第１の干渉光のピーク周波数と前記第２の干渉光のピーク周波数とを区別することを特徴とする請求項２記載の工作装置。
  4. 　前記光センサ部は、前記工作装置から前記切削油までの距離と、前記切削油の厚みとに基づいて、前記工作装置から前記加工面までの距離を測定することを特徴とする請求項３に記載の工作装置。
  5. 　前記加工部は、
    　前記加工面を加工する加工工具を保持する工具保持部と、
    　前記工具保持部を保持するヘッド本体部と、
    　前記被加工物が載せられているテーブルに対して、前記ヘッド本体部の位置を相対的に変化させるヘッド駆動部とを備え、
    　前記形状算出部は、
    　前記ヘッド駆動部によって変化された前記ヘッド本体部の位置と、前記光センサ部により測定された距離とに基づき、前記被加工物の形状を算出することを特徴とする請求項１記載の工作装置。
  6. 　前記加工部は、
    　前記加工面を加工する加工工具を保持する工具保持部と、
    　前記工具保持部を保持するヘッド本体部とを備え、
    　前記光センサ部の一部が、前記ヘッド本体部に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の工作装置。
  7. 　前記光センサ部の一部として、集光光学素子を有するセンサヘッド部が、前記ヘッド本体部に取り付けられていることを特徴とする請求項６記載の工作装置。
  8. 　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、前記ヘッド本体部が有する複数の外周面のうち、前記被加工物が載せられる面と相対している外周面に取り付けられていることを特徴とする請求項７記載の工作装置。
  9. 　前記加工部は、
    　前記加工面を加工する加工工具を保持する工具保持部と、
    　前記工具保持部を保持するヘッド本体部とを備え、
    　前記光センサ部の一部が、前記工具保持部に保持されていることを特徴とする請求項１記載の工作装置。
  10. 　前記光センサ部の一部として、集光光学素子を有するセンサヘッド部が、前記工具保持部に保持されていることを特徴とする請求項９記載の工作装置。
  11. 　前記加工部は、前記加工面の加工に用いる複数の加工工具を格納する工具格納部を備え、
    　前記光センサ部の一部が、前記工具格納部に格納されていることを特徴とする請求項１記載の工作装置。
  12. 　前記加工部は、
    　前記加工面を加工する加工工具を保持する工具保持部と、
    　前記工具保持部を保持するヘッド本体部とを備え、
    　前記光センサ部が、前記工具保持部に保持されていることを特徴とする請求項１記載の工作装置。
  13. 　前記加工部は、前記加工面の加工に用いる複数の加工工具を格納する工具格納部を備え、
    　前記光センサ部が、前記工具格納部に格納されていることを特徴とする請求項１記載の工作装置。
  14. 　前記加工部は、
    　前記加工面を加工する加工工具を保持する工具保持部と、
    　前記工具保持部を保持するヘッド本体部とを備え、
    　前記光センサ部により測定された距離を含む情報を外部に出力するための通信ケーブルを、前記ヘッド本体部の内部を通して導出させたことを特徴とする請求項１に記載の工作装置。
  15. 　前記加工部は、前記加工面に前記切削油を供給するための切削油ノズルを備えていることを特徴とする請求項１記載の工作装置。
  16. 　被加工物の加工面に加工油を供給して、前記加工面を加工する加工部を備えた工作装置であって、
    　１つの周波数帯で周波数が周期的に変化する光を出力する周波数掃引光源から出力された光を、前記被加工物に照射する照射光と参照光とに分岐して、前記照射光を前記被加工物に照射するとともに、前記被加工物に反射された照射光である反射光と前記参照光との干渉光のピーク周波数を検出し、前記ピーク周波数に基づき、前記工作装置から前記加工面までの距離を測定する光センサ部と、
    　前記光センサ部により測定された距離に基づき前記被加工物の形状を算出する形状算出部と、を備えたことを特徴とする工作装置。
  17. 　加工油に浸っている被加工物の加工面を加工する加工部を備えた放電加工装置であって、
    　１つの周波数帯で周波数が周期的に変化する光を出力する周波数掃引光源から出力された光を、前記被加工物に照射する照射光と参照光とに分岐して、前記照射光を前記被加工物に照射するとともに、前記被加工物に反射された照射光である反射光と前記参照光との干渉光のピーク周波数を検出し、前記ピーク周波数に基づき、前記放電加工装置から前記加工面までの距離を測定する光センサ部と、
    　前記光センサ部により測定された距離に基づき前記被加工物の形状を算出する形状算出部と、を備えたことを特徴とする放電加工装置。
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