WO2023053321A1 - 機上計測装置および機上計測システム - Google Patents

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WO2023053321A1
WO2023053321A1 PCT/JP2021/036086 JP2021036086W WO2023053321A1 WO 2023053321 A1 WO2023053321 A1 WO 2023053321A1 JP 2021036086 W JP2021036086 W JP 2021036086W WO 2023053321 A1 WO2023053321 A1 WO 2023053321A1
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WO
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magnet
measurement
tilt angle
probe
machine
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Application number
PCT/JP2021/036086
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English (en)
French (fr)
Inventor
李振星
見波弘志
Original Assignee
ファナック株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/19—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path

Definitions

  • the present invention relates to an on-machine measurement device and an on-machine measurement system.
  • Japanese Patent Laying-Open No. 2011-203121 discloses an on-board measuring device that can cancel the weight of a displaced probe using air pressure and a permanent magnet.
  • the on-machine measuring device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-203121 has a problem that a measurement error occurs in the surface shape of the workpiece due to a delay in air pressure control with respect to the measurement speed.
  • An object of the present invention is to solve the above-described problems.
  • a first aspect of the present invention is an on-machine measuring device for measuring the shape of the surface of a workpiece machined on a machine tool, comprising a probe having a contact at its tip, and moving the probe in a predetermined direction. a first magnet attached to the probe; and a first magnet disposed between the first magnet and the contact for generating a first repulsive force against the first magnet in the predetermined direction. and a position adjusting unit provided in the housing for changing the position of the second magnet with respect to the housing along the predetermined direction based on electrical control.
  • a second aspect of the present invention is an on-board measurement system comprising the on-board measurement device according to the first aspect and a measurement control device that controls the on-machine measurement device, wherein the measurement control device comprises: a table in which the tilt angle in the predetermined direction with respect to the direction of gravity is associated with the control amount used for the electrical control; and a position control unit that reads out from and drives the position adjustment unit according to the read control amount to cause the position adjustment unit to change the position of the second magnet.
  • a third aspect of the present invention is an on-machine measurement system comprising the on-machine measurement device of the first aspect and a measurement control device that controls the on-machine measurement device, wherein The inclination angle of changes according to the elapsed time from the start of measurement of the shape, and the measurement control device includes a table in which the elapsed time and the control amount used for the electrical control are associated, and the Elapsed time is acquired, the control amount corresponding to the acquired elapsed time is read from the table, the position adjustment unit is driven according to the read control amount, and the second magnet is moved to the position adjustment unit. and a position control unit that changes the position.
  • the measurement accuracy of the surface shape of the workpiece is improved.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an on-machine measurement system including an on-machine measurement device and a machine tool according to one embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of an on-machine measuring device that contacts a workpiece to measure the surface shape.
  • FIG. 3A is a diagram showing an example of a change in the position of the contact with respect to the housing when the tilt angle changes while the contact of the probe is not in contact with the work.
  • FIG. 3B is a diagram showing an example of changes in the control amount for adjustment that suppresses changes in the position of the contact.
  • FIG. 3C is a diagram showing an example of a change in the position of the contactor after adjustment due to a change in the control amount.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a table in which tilt angles and control amounts are associated with each other.
  • FIG. 5 is a flowchart showing an example of a procedure for creating a table in which the tilt angle and the control amount are associated with each other by the position control unit.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an example of a procedure in which the measurement control unit measures the surface shape of the workpiece while the position control unit drives the position adjustment unit in the on-machine measurement device according to the embodiment.
  • FIG. 7A is a diagram showing the surface shape of a machined work, where the contactor of the probe moves according to the elapsed time of measurement.
  • FIG. 7B is a diagram showing changes in the tilt angle according to the elapsed time of measurement.
  • FIG. 7A is a diagram showing the surface shape of a machined work, where the contactor of the probe moves according to the elapsed time of measurement.
  • FIG. 7B is a diagram showing changes in the tilt angle according to the elapse
  • FIG. 7C is a diagram showing changes in the control amount predetermined based on the tilt angle according to the elapsed time shown in FIG. 7B.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a table in which the elapsed time of measurement and the control amount are associated with each other.
  • FIG. 9 is a flowchart showing an example of a procedure in which the measurement control unit measures the surface shape of the workpiece while the position control unit drives the position adjustment unit in the on-machine measurement device according to Modification 1.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an on-machine measurement system 10 including an on-machine measurement device and a machine tool 20 according to one embodiment.
  • the machine tool 20 processes the workpiece 100 according to a machining program executed by a numerical controller 60 that controls the machine tool 20 .
  • the on-machine measuring device in the present embodiment measures the shape of the surface of the workpiece 100 machined by the machine tool 20 on the machine tool 20 .
  • the machine tool 20 has a base 22 , linear motion parts 24 , 26 and 28 , and rotating parts 30 and 32 .
  • the base 22 is placed on the XZ plane of the XYZ orthogonal coordinate system. Direct acting sections 24 and 26 are mounted on base 22 .
  • the linear motion part 24 is movable in the X-axis direction 44 by a motor (not shown).
  • the linear motion part 26 is movable in the Z-axis direction 46 by a motor (not shown).
  • the linear motion part 26 mounts the linear motion part 28 .
  • the linear motion part 28 is movable in the Y-axis direction 48 by a motor (not shown).
  • the Y-axis direction 48 is parallel to the direction of gravity.
  • the direction of gravity is the direction in which gravity acts on an object.
  • the linear motion part 24 is equipped with the rotating part 30 .
  • the rotating part 30 is rotatable about a rotation axis parallel to the Y-axis direction 48 by a motor (not shown).
  • the direction of rotation of the rotating portion 30 is called the B-axis direction 50 .
  • a workpiece 100 is placed on the rotating portion 30 .
  • a rotating portion 32 is attached to the linear motion portion 28 .
  • the rotating part 32 is rotatable about a rotation axis parallel to the Z-axis direction 46 by a motor (not shown).
  • the rotation direction of the rotating portion 32 is called the C-axis direction 52 .
  • a probe 80 housed in a housing 84 is attached to the rotating portion 32 .
  • the probe 80 constitutes a part of the on-machine measuring device in this embodiment, as will be described later.
  • the probe 80 is movable relative to the housing 84 along the axial direction of the probe 80 (the direction DA, which will be described later).
  • the machine tool 20 moves the linear motion parts 24 , 26 , 28 and rotates the rotary parts 30 , 32 according to the machining program used for machining the workpiece 100 .
  • the contactor 82 of the probe 80 moves while being in contact with the surface of the processed workpiece 100 .
  • data for measuring the shape of the surface of the workpiece 100 is obtained.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of an on-machine measuring device 200 that contacts the workpiece 100 to measure the surface shape.
  • the on-machine measuring device 200 includes a probe 80 , a contactor 82 , a housing 84 , a first magnet 90 , a second magnet 92 , a third magnet 94 and a position adjusting section 96 .
  • a contactor 82 is provided at the tip of the probe 80 .
  • Housing 84 houses probe 80 , first magnet 90 , second magnet 92 , third magnet 94 , and position adjuster 96 .
  • the first magnet 90 is attached to the probe 80.
  • the second magnet 92 is supported by the housing 84 via the position adjusting portion 96 .
  • a second magnet 92 is arranged between the first magnet 90 and the contact 82 .
  • a third magnet 94 is supported by the housing 84 .
  • a third magnet 94 is positioned between the first magnet 90 and the rear end of the probe 80 .
  • the first magnet 90 and the second magnet 92 face each other.
  • the first magnet 90 and the third magnet 94 face each other.
  • the position adjustment part 96 is supported by the housing 84 and changes the position of the second magnet 92 with respect to the housing 84 along the direction DA.
  • the position adjuster 96 is a piezo actuator that moves the second magnet 92 along the direction DA by expanding and contracting according to electrical control using voltage.
  • the surfaces of the first magnet 90 and the second magnet 92 facing each other have the same first magnetic pole (for example, N pole).
  • the surfaces of the first magnet 90 and the third magnet 94 facing each other have the same second magnetic pole (for example, S pole) different from the first magnetic pole. Therefore, the second magnet 92 generates a repulsive force against the first magnet 90 along the direction DA in which the probe 80 can move.
  • the third magnet 94 generates a repulsive force against the first magnet 90 along the direction DA in which the probe 80 can move.
  • the second magnet 92 moves toward the first magnet 90 along the direction DA. Then, the first magnet 90 moves away from the second magnet 92 along the direction DA while the balance between the repulsive force and the gravitational force due to the self weight of the probe 80 is maintained. Accordingly, the probe 80 to which the first magnet 90 is attached moves along the direction DA together with the first magnet 90 and the contact 82 of the probe 80 approaches the housing 84 .
  • the second magnet 92 moves away from the first magnet 90 along the direction DA. Then, the first magnet 90 moves toward the second magnet 92 along the direction DA while the balance between the repulsive force and the gravitational force due to the self weight of the probe 80 is maintained. Accordingly, the probe 80 to which the first magnet 90 is attached moves along the direction DA together with the first magnet 90 and the contact 82 of the probe 80 leaves the housing 84 .
  • FIG. 2 shows an axis DG extending in the gravitational direction that coincides with the Y-axis direction 48 .
  • FIG. 2 shows the axis V of the probe 80 extending in the direction DA in which the probe 80 can move.
  • the machining program used for machining the workpiece 100 is defined to control the rotation of the rotating part 32 in the direction in which the tool is perpendicular to the surface of the shape to be machined. Therefore, by providing the probe 80 instead of the tool to the rotating part 32 , the rotating part 32 rotates in the C-axis direction 52 so that the axis V of the probe 80 is perpendicular to the surface of the machined workpiece 100 .
  • a linear scale 110 attached to the probe 80 and a position measuring device 112 for detecting the position of the contactor 82 with respect to the housing 84 using the linear scale 110 are accommodated in the housing 84 .
  • the measurement control device 16 that controls the on-machine measurement device 200 has a processing circuit and a memory that stores programs and the like.
  • the processing circuit of the measurement control device 16 executes the program, thereby functioning as the measurement control device 16 of the present embodiment.
  • the measurement control device 16 controls measurement of the surface shape of the workpiece 100 by the on-machine measurement device 200 .
  • the processing circuit includes a processor such as a CPU.
  • the measurement control device 16 functions as a measurement control section 62 , a position detection section 68 and a position control section 70 by the processing circuit of the measurement control device 16 executing programs. At least part of the measurement control section 62, the position detection section 68 and the position control section 70 may be implemented by an ASIC, FPGA, or other integrated circuit.
  • the memory of the measurement control device 16 includes volatile memory such as RAM, and nonvolatile memory such as ROM and flash memory.
  • the table storage unit 72 is implemented by storing a table, which will be described later, in memory.
  • a direction DA in which the probe 80 shown in FIG. 2 can move forms an inclination angle A with respect to the direction of gravity.
  • the position control unit 70 acquires the tilt angle A, refers to the table stored in the table storage unit 72, and reads the control amount corresponding to the tilt angle A from the table.
  • the position control section 70 drives the position adjustment section 96 by performing electrical control on the position adjustment section 96 in accordance with the read control amount.
  • the position adjusting section 96 expands and contracts by an expansion and contraction amount corresponding to the control amount.
  • the position control section 70 causes the position adjustment section 96 to change the position of the second magnet 92 by expanding and contracting the position adjustment section 96 in this manner.
  • the position detection unit 68 acquires the position of the contactor 82 detected by the position measuring device 112 .
  • the measurement control unit 62 measures the surface shape of the machined work 100 using the machining program executed when the machine tool 20 machined the work 100 under the control of the numerical control device 60 . That is, the measurement control unit 62 uses the three-dimensional coordinate values of the surface of the workpiece 100 obtained from the machining program and the position of the contactor 82 obtained from the position detection unit 68 to determine the surface shape of the workpiece 100 after machining. measure.
  • the numerical controller 60 includes a machining program storage unit 64 and a rotation angle detection unit 66. Numerical controller 60 may further include measurement controller 16 . During measurement, the numerical controller 60 executes the machining program stored in the machining program storage unit 64 to operate the machine tool 20 to which the probe 80 is attached, and the measurement control unit 62 measures the surface shape of the workpiece 100. Let
  • a rotation angle detection sensor 54 is provided in the motor that drives the rotating portion 32 that rotates the probe 80 .
  • the rotation angle detection section 66 calculates the rotation angle of the rotation section 32 based on the sensor signal from the rotation angle detection sensor 54 .
  • a position control unit 70 in the measurement control device 16 acquires the tilt angle A based on the rotation angle of the motor of the rotation unit 32 calculated by the rotation angle detection unit 66 .
  • FIG. 3A is a diagram showing an example of a change in the position P of the contactor 82 with respect to the housing 84 when the inclination angle A changes while the contactor 82 of the probe 80 is not in contact with the workpiece 100.
  • FIG. 3A When the probe 80 rotates in the C-axis direction 52 according to the rotation of the rotating part 32 while the contactor 82 is not in contact with the workpiece 100, the position of the contactor 82 in the direction DA with respect to the housing 84 changes according to the inclination angle A. do. For example, when the value of the tilt angle A becomes zero, the weight of the probe 80 causes the position P of the contactor 82 to be the furthest position from the housing 84 .
  • FIG. 3A shows a graph 310 representing this situation. While the value of the tilt angle A varies from the minimum value Amin ( ⁇ 90°) to the maximum value Amax ( ⁇ 90°), the value of the position P of the contactor 82 changes to the position closest to the housing 84. It changes in the range from the indicated value P0 to the value Pm indicating the farthest position. The value of the position P of the contactor 82 with respect to the minimum value Amin or the maximum value Amax of the tilt angle A is the value P0 indicating the closest position from the housing 84. As shown in FIG.
  • the value of the position P of the contactor 82 with respect to the value of the tilt angle A of zero is the value Pm indicating the farthest position from the housing 84 .
  • the influence of the weight of the probe 80 causes an error when measuring the surface shape of the workpiece 100 .
  • the on-board measuring device 200 is configured as described above.
  • the position control unit 70 of the measurement control device 16 controls the position adjustment unit 96 with a control amount corresponding to the tilt angle A.
  • FIG. 3B is a diagram showing an example of changes in the control amount C for adjustment to suppress changes in the position P of the contactor 82.
  • the position adjustment portion 96 extends as the control amount C increases, and the position adjustment portion 96 contracts as the control amount C decreases.
  • a graph 300 shows changes in the control amount C with respect to changes in the tilt angle A.
  • the position P of the contactor 82 with respect to the minimum value Amin or the maximum value Amax of the inclination angle A is least affected by the weight of the probe 80 itself. Therefore, the value of the control amount C with respect to the minimum value Amin or the maximum value Amax of the tilt angle A takes the minimum value.
  • the minimum value of the controlled variable C is C0.
  • the value of the controlled variable C with respect to the value of the tilt angle A of zero takes the maximum value.
  • the maximum value of the control amount C is Cm.
  • FIG. 3C is a diagram showing an example of changes in the position P of the contactor 82 after adjustment due to changes in the control amount C.
  • FIG. A graph 320 shows the change in the position P of the contactor 82 after adjustment with respect to the change in the tilt angle A.
  • FIG. By changing the control amount C according to the tilt angle A as shown in FIG. That is, variation in the position P of the contactor 82 according to the inclination angle A can be suppressed. For a value of zero for the tilt angle A, the position P of the contactor 82 takes the value Pm in FIG. 3A.
  • the position adjustment unit 96 is controlled according to the maximum value Cm of the control amount C shown in FIG.
  • the position P of the contactor 82 with respect to the housing 84 after adjustment changes from the minimum value (P0-Pr) to the maximum value Amax. It is kept within the range up to the maximum value (P0+Pr).
  • a predetermined value close to zero is set as the value Pr. In this way, the change in the position P of the contactor 82 due to the influence of the weight of the probe 80 can be suppressed using the control amount C used for the electrical control performed on the position adjusting section 96 .
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a table 400 in which the tilt angle A and the control amount C are associated.
  • Table 400 shown in FIG. 4 corresponds to graph 300 shown in FIG. 3B.
  • the minimum value Amin of the inclination angle A is -75 degrees and the maximum value Amax is 75 degrees, but other angles may be used.
  • the minimum value Amin of the tilt angle A may be ⁇ 90 degrees and the maximum value Amax may be 90 degrees, or the minimum value Amin of the tilt angle A may be ⁇ 45 degrees and the maximum value Amax may be 45 degrees.
  • the position control unit 70 creates the table 400 before measuring the surface shape of the workpiece 100 and stores it in the table storage unit 72 .
  • FIG. 5 is a flowchart showing an example of a procedure for the position control unit 70 to create the table 400 in which the tilt angle A and the control amount C are associated.
  • This procedure is executed before the surface shape of the workpiece 100 is measured by the on-machine measuring device 200 .
  • the contactor 82 is in a state of not contacting the workpiece 100 .
  • This procedure is started from a state where the value of the tilt angle A is equal to the minimum value Amin.
  • the position control unit 70 acquires the value P0 indicating the closest position from the housing 84 as the initial value of the position P of the contactor 82 of the probe 80.
  • the position P of the contactor 82 is acquired by the position detector 68 as described above. Therefore, the position control section 70 acquires the initial value P0 of the position P of the contactor 82 from the position detection section 68 .
  • step S520 the position control unit 70 adds ⁇ to the value of the tilt angle A.
  • step S530 the position control unit 70 determines whether or not the value of the tilt angle A is within the range of the minimum value Amin or more and the maximum value Amax or less. If YES in step S530, the position control section 70 controls the motor of the rotating section 32 to rotate the rotating section 32 via the numerical control device 60 based on the value of the tilt angle A to which ⁇ is added. The procedure then advances to step S540. If NO in step S530, this procedure ends.
  • step S540 the position control unit 70 acquires the position P of the contactor 82 of the probe 80 from the position detection unit 68.
  • step S550 the position control unit 70 determines whether or not the value of the position P of the contact 82 is within the range of the minimum value (P0-Pr) or more and the maximum value (P0+Pr) or less. . If YES in step S550, the procedure proceeds to step S570. If NO in step S550, the procedure proceeds to step S560.
  • step S560 the position control unit 70 aims to obtain the value of the control amount C that keeps the position P of the contactor 82 within the range from the minimum value (P0-Pr) to the maximum value (P0+Pr). , the value of the controlled variable C is changed.
  • the procedure returns to step S540, and the process of step S560 is repeated until it is found in steps S540 and S550 that the target value of the controlled variable C is obtained.
  • step S ⁇ b>570 the position control unit 70 sets the control amount C corresponding to the tilt angle A in the table 400 stored in the table storage unit 72 .
  • step S570 the procedure returns to step S520.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an example of a procedure in which the measurement control unit 62 measures the surface shape of the workpiece 100 while the position control unit 70 drives the position adjustment unit 96 in the on-machine measuring device 200 according to the present embodiment. be.
  • the contactor 82 is in contact with the machined workpiece 100 .
  • a machining program storage unit 64 in the numerical controller 60 stores a machining program that was executed when the work 100 was machined. As described above, the machining program is executed by the numerical controller 60 during measurement.
  • the measurement control unit 62 detects the start of execution of the machining program by the numerical controller 60.
  • Numerical controller 60 controls machine tool 20 according to a machining program to cause machine tool 20 to change the relative position and tilt angle A between probe 80 and workpiece 100 .
  • the inclination angle A changes as the rotating part 32 to which the probe 80 is attached rotates.
  • the position control unit 70 acquires the rotation angle of the motor that drives the rotation unit 32 from the rotation angle detection unit 66 of the numerical control device 60. As described above, the rotation angle detector 66 calculates the rotation angle of the motor based on the sensor signal from the rotation angle detection sensor 54 attached to the motor.
  • the position control unit 70 acquires the tilt angle A based on the rotation angle of the motor acquired at step S630.
  • the position control unit 70 refers to the table 400 stored in the table storage unit 72, and obtains the control amount C corresponding to the tilt angle A obtained in step S640.
  • the procedure after step S630 is repeated until the execution of the machining program is completed. In this way, every time the relative position between the probe 80 and the workpiece 100 changes, the tilt angle A is successively obtained, and the control amount C corresponding to the tilt angle A is successively obtained.
  • step S660 the position control unit 70 drives the position adjustment unit 96 by electrically controlling the position adjustment unit 96 according to the control amount C acquired in step S650.
  • step S670 the measurement control unit 62 measures the surface shape of the workpiece 100 using the probe 80.
  • step S680 the measurement control unit 62 determines whether or not the end of execution of the machining program has been detected. If YES in step S680, this procedure ends. If NO in step S680, the procedure returns to step S630.
  • FIG. 7A is a diagram showing the surface shape of the machined workpiece 100 where the contactor 82 of the probe 80 moves according to the elapsed measurement time T.
  • FIG. The surface shape shown in FIG. 7A is determined based on the machining program used during measurement.
  • FIG. 7B is a diagram showing changes in the tilt angle A according to the elapsed time T of measurement.
  • a change in the inclination angle A is determined based on a machining program used for measurement.
  • FIG. 7B shows the inclination angle A that changes when the contactor 82 of the probe 80 moves in contact with the surface of the workpiece 100 having the shape shown in FIG. 7A according to the elapsed time T from the start of measurement. .
  • FIG. 7C is a diagram showing changes in the control amount C predetermined based on the tilt angle A according to the elapsed time T shown in FIG. 7B.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a table 800 in which the measurement elapsed time T and the control amount C are associated.
  • Table 800 shown in FIG. 8 corresponds to FIG. 7C.
  • the position control unit 70 Based on the elapsed time T after the measurement control unit 62 detects the start of execution of the machining program and the table 400 acquired from the table storage unit 72, the position control unit 70 stores the table before measuring the surface shape of the workpiece 100. 800 is created and stored in the table storage unit 72 .
  • FIG. 9 is a flowchart showing an example of a procedure in which the measurement control unit 62 measures the surface shape of the workpiece 100 while the position control unit 70 drives the position adjustment unit 96 in the on-machine measurement device 200 according to Modification 1. .
  • the contactor 82 is in contact with the machined workpiece 100 .
  • the processing of the steps having the same reference numerals as those of FIG. 6 are as described above, and therefore the description of the processing of those steps is omitted.
  • the processing of the steps shown only in FIG. 9 will be described.
  • step S940 the position control unit 70 acquires the elapsed time T after the measurement control unit 62 detects the start of execution of the machining program in step S610 at the start of measurement from a clock circuit or a timer circuit (not shown).
  • step S950 the position control unit 70 refers to the table 800 stored in the table storage unit 72, and obtains the control amount C corresponding to the elapsed time T obtained in step S940.
  • step S660 If NO in subsequent step S680, the procedure returns to step S940.
  • the tilt angle A drives the rotating part 32 to which the probe 80 is attached every time the relative position between the probe 80 and the work 100 changes. It is sequentially obtained based on the sensor signal from the rotation angle detection sensor 54 attached to the motor.
  • the position control unit 70 may sequentially acquire the tilt angle A based on the processing program used for measurement.
  • the position control unit 70 acquires the rotation angle of the motor that is sequentially set by the numerical controller 60 based on the machining program, so that the position control unit 70 can acquire the tilt angle A sequentially.
  • the position adjustment section 96 is a piezo actuator that expands and contracts according to voltage control.
  • the position adjustment unit 96 may be a voice coil motor that moves the second magnet 92 along the direction DA by generating thrust according to electrical control using current instead of the piezo actuator.
  • a third magnet is arranged between the first magnet and the rear end of the probe and generates a second repulsive force with respect to the first magnet along the predetermined direction. (94) may be further provided. This prevents the rear end of the probe from jumping out of the housing.
  • the position adjusting section may be a piezo actuator that moves the second magnet along the predetermined direction by expanding and contracting according to the electrical control. Since it is electrically controllable, the responsiveness of movement is better than that of pneumatic control and hydraulic control.
  • the position adjustment unit may be a voice coil motor that moves the second magnet along the predetermined direction by generating thrust according to the electrical control. Since it is electrically controllable, the responsiveness of movement is better than that of pneumatic control and hydraulic control.
  • An on-machine measurement system comprising the on-machine measurement device and a measurement control device (16) that controls the on-machine measurement device, wherein the measurement control device controls the direction of gravity (Y ) in the predetermined direction and a control amount (C) used for the electrical control are associated with each other in a table (400); a position control unit (70) that reads the corresponding control amount from the table, drives the position adjustment unit according to the read control amount, and causes the position adjustment unit to change the position of the second magnet; have This makes it possible to reduce measurement errors with simple control.
  • the table maintains the position (P) of the contact with respect to the housing within a predetermined range (P0, Pr) when the tilt angle changes while the contact is not in contact with the work.
  • the drooping control amount may be associated with the tilt angle. Thereby, measurement accuracy can be improved.
  • An on-machine measurement system comprising the on-machine measurement device and a measurement control device that controls the on-machine measurement device, wherein the angle of inclination of the predetermined direction with respect to the direction of gravity determines the start of measurement of the shape.
  • the measurement control device acquires a table (800) in which the elapsed time is associated with the control amount used for the electrical control, and the elapsed time Then, the control amount corresponding to the acquired elapsed time is read from the table, and the position adjustment unit is driven according to the read control amount to cause the position adjustment unit to change the position of the second magnet. and a position control unit.
  • the table has the control amount such that the position of the contact with respect to the housing is maintained within a predetermined range when the tilt angle changes while the contact is not in contact with the work. , is associated with the elapsed time. Thereby, measurement accuracy can be improved.
  • the on-machine measurement system includes the machine tool, and when measuring the shape, the machine tool measures the contactor and the machined workpiece according to a machining program used for machining the workpiece.
  • the relative position and the tilt angle between the probe and the processed workpiece are changed while the probe is in contact with the workpiece, and the position control unit sequentially acquires the tilt angle when reading the control amount from the table. good. Thereby, the measurement error of the surface shape of the machined workpiece can be reduced.
  • the position control unit sequentially acquires the tilt angle from a sensor (54) that detects a rotation angle of a motor that rotates the probe so that the machine tool changes the tilt angle, or from the machining program. You may This makes it possible to reduce measurement errors with simple control.
  • the on-machine measurement system includes the machine tool, and when measuring the shape, the machine tool moves the contactor and the machined workpiece according to a machining program used for machining the workpiece.
  • the relative position and the tilt angle between the probe and the machined work are changed while the probe is in contact with the work, and the position control unit sequentially acquires the elapsed time when reading the control amount from the table. good. Thereby, the measurement error of the surface shape of the machined workpiece can be reduced.

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Abstract

機上計測装置（２００）であって、先端に接触子（８２）を有するプローブ（８０）と、前記プローブを所定方向（ＤＡ）に沿って移動可能に支持するハウジング（８４）と、前記プローブに取り付けられた第１磁石（９０）と、前記第１磁石と前記接触子との間に配置され、前記第１磁石に対する第１反発力を前記所定方向に沿って発生させる第２磁石（９２）と、前記ハウジングに設けられ、電気的制御に基づき、前記所定方向に沿って前記ハウジングに対する前記第２磁石の位置を変化させる位置調整部（９６）と、を備える。

Description

機上計測装置および機上計測システム
　本発明は、機上計測装置および機上計測システムに関する。
　特開２０１１－２０３１２１号公報には、空圧および永久磁石を用いて変位するプローブの自重を打ち消すことができる機上計測装置が開示されている。
　特開２０１１－２０３１２１号公報に開示された機上計測装置では、計測速度に対する空圧制御の遅れに起因して、ワークの表面形状の計測誤差が発生するという課題がある。
　本発明は、上述した課題を解決することを目的とする。
　本発明の第１の態様は、工作機械の機上で加工されたワークの表面の形状を計測するための機上計測装置であって、先端に接触子を有するプローブと、前記プローブを所定方向に沿って移動可能に支持するハウジングと、前記プローブに取り付けられた第１磁石と、前記第１磁石と前記接触子との間に配置され、前記第１磁石に対する第１反発力を前記所定方向に沿って発生させる第２磁石と、前記ハウジングに設けられ、電気的制御に基づき、前記所定方向に沿って前記ハウジングに対する前記第２磁石の位置を変化させる位置調整部と、を備える。
　本発明の第２の態様は、第１の態様の機上計測装置と、前記機上計測装置を制御する計測制御装置と、を備える、機上計測システムであって、前記計測制御装置は、重力方向に対する前記所定方向の傾斜角度と、前記電気的制御に用いられる制御量とが対応付けられたテーブルと、前記傾斜角度を取得し、取得した前記傾斜角度に対応する前記制御量を前記テーブルから読み出し、読み出した前記制御量にしたがって前記位置調整部を駆動して、前記位置調整部に前記第２磁石の前記位置を変化させる位置制御部と、を有する。
　本発明の第３の態様は、第１の態様の機上計測装置と、前記機上計測装置を制御する計測制御装置と、を備える、機上計測システムであって、重力方向に対する前記所定方向の傾斜角度は、前記形状の計測開始からの経過時間に応じて変化し、前記計測制御装置は、前記経過時間と、前記電気的制御に用いられる制御量とが対応付けられたテーブルと、前記経過時間を取得し、取得した前記経過時間に対応する前記制御量を前記テーブルから読み出し、読み出した前記制御量にしたがって前記位置調整部を駆動して、前記位置調整部に前記第２磁石の前記位置を変化させる位置制御部と、を有する。
　本発明によれば、ワークの表面形状の計測精度が向上する。
図１は、一実施の形態における機上計測装置と工作機械とを含む機上計測システムの構成を示す図である。 図２は、ワークに接触して表面形状を計測する機上計測装置の構成を示す図である。 図３Ａは、プローブの接触子がワークに接触しない状態で傾斜角度が変化した場合に、接触子のハウジングに対する位置の変化の一例を示す図である。図３Ｂは、接触子の位置の変化を抑制する調整のための、制御量の変化の一例を示す図である。図３Ｃは、制御量の変化による調整後の接触子の位置の変化の一例を示す図である。 図４は、傾斜角度と制御量とが対応付けられたテーブルの一例を示す図である。 図５は、位置制御部が、傾斜角度と制御量とが対応付けられたテーブルを作成する手順の一例を示すフローチャートである。 図６は、一実施の形態における機上計測装置において、位置制御部が位置調整部を駆動しながら、計測制御部がワークの表面形状を計測する手順の一例を示すフローチャートである。 図７Ａは、計測の経過時間に応じてプローブの接触子が移動する、加工されたワークの表面形状を示す図である。図７Ｂは、計測の経過時間に応じた傾斜角度の変化を示す図である。図７Ｃは、図７Ｂに示す経過時間に応じた傾斜角度に基づいて予め決められた制御量の変化を示す図である。 図８は、計測の経過時間と制御量とが対応付けられたテーブルの一例を示す図である。 図９は、変形例１における機上計測装置において、位置制御部が位置調整部を駆動しながら、計測制御部がワークの表面形状を計測する手順の一例を示すフローチャートである。
　図１は、一実施の形態における機上計測装置と工作機械２０とを含む機上計測システム１０の構成を示す図である。工作機械２０は、工作機械２０を制御する数値制御装置６０が実行する加工プログラムにしたがって、ワーク１００を加工する。本実施の形態における機上計測装置は、工作機械２０の機上で、工作機械２０により加工されたワーク１００の表面の形状を計測する。
　工作機械２０は、ベース２２と、直動部２４、２６および２８と、回転部３０および３２とを有する。ベース２２は、直交座標系ＸＹＺのＸＺ平面上に載置される。直動部２４および２６は、ベース２２の上に搭載される。直動部２４は、不図示のモータにより、Ｘ軸方向４４に移動可能である。直動部２６は、不図示のモータにより、Ｚ軸方向４６に移動可能である。直動部２６は、直動部２８を搭載する。直動部２８は、不図示のモータにより、Ｙ軸方向４８に移動可能である。Ｙ軸方向４８は重力方向と平行である。重力方向とは、物体に重力が作用する方向である。
　直動部２４は、回転部３０を搭載する。回転部３０は、不図示のモータにより、Ｙ軸方向４８と平行である回転軸線を中心に回転可能である。回転部３０の回転方向をＢ軸方向５０と呼ぶ。回転部３０にワーク１００が載置される。直動部２８には、回転部３２が取り付けられる。回転部３２は、不図示のモータにより、Ｚ軸方向４６と平行な回転軸線を中心に回転可能である。回転部３２の回転方向をＣ軸方向５２と呼ぶ。回転部３２に、ハウジング８４に収容されたプローブ８０が取り付けられる。プローブ８０は、後述するように、本実施の形態における機上計測装置の一部を構成する。プローブ８０は、ハウジング８４に対して、プローブ８０の軸線方向（後述する方向ＤＡ）に沿って移動可能である。
　工作機械２０は、ワーク１００の加工に用いた加工プログラムにしたがって直動部２４、２６、２８を移動させるとともに、回転部３０、３２を回転させる。これにより、プローブ８０の接触子８２が加工されたワーク１００の表面に接触しながら移動する。その結果、ワーク１００の表面の形状を計測するためのデータが得られる。
　図２は、ワーク１００に接触して表面形状を計測する機上計測装置２００の構成を示す図である。機上計測装置２００は、プローブ８０と、接触子８２と、ハウジング８４と、第１磁石９０と、第２磁石９２と、第３磁石９４と、位置調整部９６とを含む。接触子８２は、プローブ８０の先端に設けられる。ハウジング８４は、プローブ８０、第１磁石９０、第２磁石９２、第３磁石９４、および位置調整部９６を収容する。
　第１磁石９０は、プローブ８０に取り付けられる。第２磁石９２は、位置調整部９６を介してハウジング８４に支持される。第２磁石９２は、第１磁石９０と接触子８２との間に配置される。第３磁石９４は、ハウジング８４に支持される。第３磁石９４は、第１磁石９０とプローブ８０の後端との間に配置される。第１磁石９０と第２磁石９２とは互いに向き合う。第１磁石９０と第３磁石９４とは互いに向き合う。位置調整部９６は、ハウジング８４に支持され、方向ＤＡに沿ってハウジング８４に対する第２磁石９２の位置を変化させる。本実施の形態において、位置調整部９６は、電圧を用いた電気的制御に応じて伸縮することにより第２磁石９２を方向ＤＡに沿って移動させるピエゾアクチュエータである。第１磁石９０と第２磁石９２とが互いに向き合う面は、同一の第１磁極（例えばＮ極）を有する。第１磁石９０と第３磁石９４とが互いに向き合う面は、第１磁極とは異なる同一の第２磁極（例えばＳ極）を有する。そのため、第２磁石９２は、第１磁石９０に対する反発力を、プローブ８０が移動可能な方向ＤＡに沿って発生させる。同様に、第３磁石９４は、第１磁石９０に対する反発力を、プローブ８０が移動可能な方向ＤＡに沿って発生させる。
　位置調整部９６が伸びると、第２磁石９２が方向ＤＡに沿って第１磁石９０に向かって移動する。すると、反発力とプローブ８０の自重による重力との釣り合いが保たれながら、第１磁石９０は方向ＤＡに沿って第２磁石９２から離れる向きに移動する。したがって、第１磁石９０が取り付けられているプローブ８０は、第１磁石９０とともに方向ＤＡに沿って移動し、プローブ８０の接触子８２はハウジング８４に近付く。
　位置調整部９６が縮むと、第２磁石９２が方向ＤＡに沿って第１磁石９０から離れる向きに移動する。すると、反発力とプローブ８０の自重による重力との釣り合いが保たれながら、第１磁石９０は方向ＤＡに沿って第２磁石９２に向かって移動する。したがって、第１磁石９０が取り付けられているプローブ８０は、第１磁石９０とともに方向ＤＡに沿って移動し、プローブ８０の接触子８２はハウジング８４から離れる。
　なお、第２磁石９２が第１磁石９０に向かって移動すると、第１磁石９０が第２磁石９２から離れる向きに移動するので第１磁石９０に対する第３磁石９４の反発力は大きくなる。したがって、第１磁石９０が取り付けられているプローブ８０の後端が、ハウジング８４から飛び出すことを防止できる。
　図２には、Ｙ軸方向４８に一致する重力方向に延びる軸線ＤＧが示されている。図２には、プローブ８０が移動可能な方向ＤＡに延びるプローブ８０の軸線Ｖが示されている。ワーク１００の加工に用いられた加工プログラムは、加工したい形状の表面に対して工具が垂直となる向きに回転部３２の回転を制御するように規定されている。したがって、工具の代わりにプローブ８０を回転部３２に設けることで、プローブ８０の軸線Ｖが加工されたワーク１００の表面に垂直となるように、回転部３２はＣ軸方向５２に回転する。
　ハウジング８４内には、プローブ８０に取り付けられるリニアスケール１１０と、リニアスケール１１０を用いて接触子８２のハウジング８４に対する位置を検出する位置測定器１１２が収容される。
　機上計測装置２００を制御する計測制御装置１６は、処理回路と、プログラム等を記憶するメモリとを有する。計測制御装置１６の処理回路がプログラムを実行することで、本実施の形態の計測制御装置１６として機能する。計測制御装置１６は、機上計測装置２００によるワーク１００の表面形状の計測を制御する。処理回路は、ＣＰＵ等のプロセッサを含む。計測制御装置１６の処理回路がプログラムを実行することにより、計測制御装置１６は、計測制御部６２、位置検出部６８および位置制御部７０として機能する。計測制御部６２、位置検出部６８および位置制御部７０のうちの少なくとも一部が、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、またはその他の集積回路によって実現されてもよい。計測制御装置１６のメモリは、ＲＡＭ等の揮発性メモリと、ＲＯＭおよびフラッシュメモリ等の不揮発性メモリとを含む。テーブル記憶部７２は、メモリに後述するテーブルが保存されることにより実現される。
　図２に示すプローブ８０が移動可能な方向ＤＡは、重力方向に対し傾斜角度Ａを形成する。位置制御部７０は、後述するように、傾斜角度Ａを取得し、テーブル記憶部７２に記憶されたテーブルを参照し、傾斜角度Ａに対応する制御量をテーブルから読み出す。位置制御部７０は、読み出した制御量にしたがった電気的制御を位置調整部９６に対して行うことにより位置調整部９６を駆動する。その結果、位置調整部９６は、制御量に応じた伸縮量で伸縮する。位置制御部７０は、こうして位置調整部９６を伸縮させることにより、位置調整部９６に第２磁石９２の位置を変化させる。
　位置検出部６８は、位置測定器１１２により検出される接触子８２の位置を取得する。計測制御部６２は、数値制御装置６０による制御にしたがい、工作機械２０がワーク１００を加工する際に実行した加工プログラムを用いて、加工されたワーク１００の表面形状を計測する。すなわち、計測制御部６２は、加工プログラムから得られるワーク１００の表面の３次元座標値と、位置検出部６８から得られる接触子８２の位置とを用いて、加工後のワーク１００の表面形状を計測する。
　数値制御装置６０は、加工プログラム記憶部６４および回転角度検出部６６を含む。数値制御装置６０は、計測制御装置１６をさらに含んでもよい。計測の際、数値制御装置６０は、加工プログラム記憶部６４に記憶された加工プログラムを実行してプローブ８０が取り付けられた工作機械２０を動作させ、計測制御部６２にワーク１００の表面形状を計測させる。
　プローブ８０を回転させる回転部３２を駆動するモータには、回転角度検出センサ５４が設けられている。回転角度検出部６６は、回転角度検出センサ５４からのセンサ信号に基づき、回転部３２の回転角度を算出する。計測制御装置１６内の位置制御部７０は、回転角度検出部６６により算出される回転部３２のモータの回転角度に基づき、傾斜角度Ａを取得する。
　図３Ａは、プローブ８０の接触子８２がワーク１００に接触しない状態で傾斜角度Ａが変化した場合に、接触子８２のハウジング８４に対する位置Ｐの変化の一例を示す図である。接触子８２がワーク１００に接触しない状態で、回転部３２の回転に応じてプローブ８０がＣ軸方向５２に回転すると、傾斜角度Ａに応じて接触子８２のハウジング８４に対する方向ＤＡの位置は変化する。例えば、傾斜角度Ａの値がゼロになると、プローブ８０の自重により、接触子８２の位置Ｐはハウジング８４から最も遠い位置になる。傾斜角度Ａの値が±９０度では、プローブ８０の自重による影響が略ゼロとなるため、接触子８２の位置Ｐはハウジング８４に最も近い位置になる。図３Ａは、その様子を表すグラフ３１０を示している。傾斜角度Ａの値が最小値Ａｍｉｎ（≧－９０°）から最大値Ａｍａｘ（≦９０°）までの範囲で変化する間に、接触子８２の位置Ｐの値は、ハウジング８４から最も近い位置を示す値Ｐ０から最も遠い位置を示す値Ｐｍまでの範囲で変化する。傾斜角度Ａの最小値Ａｍｉｎまたは最大値Ａｍａｘに対する接触子８２の位置Ｐの値は、ハウジング８４から最も近い位置を示す値Ｐ０である。傾斜角度Ａの値ゼロに対する接触子８２の位置Ｐの値は、ハウジング８４から最も遠い位置を示す値Ｐｍである。プローブ８０の自重による影響は、ワーク１００の表面形状の計測の際に誤差をもたらす。この誤差を抑制するため、機上計測装置２００を上記構成にした。計測制御装置１６の位置制御部７０は、傾斜角度Ａに応じた制御量で位置調整部９６を制御する。
　図３Ｂは、接触子８２の位置Ｐの変化を抑制する調整のための、制御量Ｃの変化の一例を示す図である。本実施の形態では、制御量Ｃが大きいほど位置調整部９６が伸び、且つ制御量Ｃが小さいほど位置調整部９６が縮むものとして、以下の説明をする。グラフ３００は、傾斜角度Ａの変化に対する制御量Ｃの変化を示す。傾斜角度Ａの最小値Ａｍｉｎまたは最大値Ａｍａｘに対する接触子８２の位置Ｐは、プローブ８０の自重による影響を最も受けにくい。したがって、傾斜角度Ａの最小値Ａｍｉｎまたは最大値Ａｍａｘに対する制御量Ｃの値は最小値をとる。図３Ｂに示す例では、制御量Ｃの最小値をＣ０とする。傾斜角度Ａの値ゼロに対する制御量Ｃの値は最大値をとる。図３Ｂに示す例では、制御量Ｃの最大値をＣｍとする。
　図３Ｃは、制御量Ｃの変化による調整後の接触子８２の位置Ｐの変化の一例を示す図である。グラフ３２０は、傾斜角度Ａの変化に対する調整後の接触子８２の位置Ｐの変化を示す。図３Ｂに示すように制御量Ｃを傾斜角度Ａに応じて変化させることにより、調整後の接触子８２の位置Ｐは、傾斜角度Ａにかかわらず略一定となる。つまり、傾斜角度Ａに応じた接触子８２の位置Ｐのばらつきを抑制することができる。傾斜角度Ａの値ゼロに対し、図３Ａでは接触子８２の位置Ｐが値Ｐｍをとる。一方、図３Ｃでは、図３Ｂに示す制御量Ｃの最大値Ｃｍにしたがって位置調整部９６が制御されたことにより、接触子８２の位置Ｐがハウジング８４から最も近い位置を示す値Ｐ０に近い値をとっている。接触子８２がワーク１００に接触しない状態で傾斜角度Ａが最小値Ａｍｉｎから最大値Ａｍａｘまで変化した場合に、調整後の接触子８２のハウジング８４に対する位置Ｐが、最小値（Ｐ０－Ｐｒ）から最大値（Ｐ０＋Ｐｒ）までの範囲内に保たれる。値Ｐｒには、ゼロに近い所定値が設定される。このようにして、プローブ８０の自重の影響による接触子８２の位置Ｐの変化を、位置調整部９６に対して行われる電気的制御に用いられる制御量Ｃを用いて抑制することができる。
　図４は、傾斜角度Ａと制御量Ｃとが対応付けられたテーブル４００の一例を示す図である。図４に示すテーブル４００は、図３Ｂに示すグラフ３００に対応する。なお、図４においては、傾斜角度Ａの最小値Ａｍｉｎを－７５度として、且つ最大値Ａｍａｘを７５度としているが、他の角度であってもよい。例えば、傾斜角度Ａの最小値Ａｍｉｎを－９０度として、且つ最大値Ａｍａｘを９０度としてもよいし、傾斜角度Ａの最小値Ａｍｉｎを－４５度として、且つ最大値Ａｍａｘを４５度としてもよい。位置制御部７０は、傾斜角度Ａの値をαずつ増加させながら、傾斜角度Ａに対する制御量Ｃの値をテーブル４００に設定する。図４に示す例では、説明をわかりやすくするため、α＝５としている。位置制御部７０は、ワーク１００の表面形状の計測前にテーブル４００を作成し、テーブル記憶部７２に保存する。
　図５は、位置制御部７０が、傾斜角度Ａと制御量Ｃとが対応付けられたテーブル４００を作成する手順の一例を示すフローチャートである。本手順は、機上計測装置２００によるワーク１００の表面形状の計測の前に実行される。本手順が開始される際、接触子８２はワーク１００に接触しない状態である。傾斜角度Ａの値が最小値Ａｍｉｎに等しい状態から、本手順が開始される。本手順が開始されると、ステップＳ５１０で、位置制御部７０は、プローブ８０の接触子８２の位置Ｐの初期値として、ハウジング８４から最も近い位置を示す値Ｐ０を取得する。接触子８２の位置Ｐは、上述したように位置検出部６８により取得される。したがって、位置制御部７０は、位置検出部６８から接触子８２の位置Ｐの初期値Ｐ０を取得する。
　ステップＳ５２０で、位置制御部７０は傾斜角度Ａの値にαを加える。ステップＳ５３０で、位置制御部７０は、傾斜角度Ａの値が、最小値Ａｍｉｎ以上であって、且つ最大値Ａｍａｘ以下の範囲に含まれるか否かを判定する。ステップＳ５３０でＹＥＳとなると、位置制御部７０は、数値制御装置６０を介して、αが加えられた傾斜角度Ａの値に基づき回転部３２のモータを制御し、回転部３２を回転させる。その後、本手順はステップＳ５４０へ進む。ステップＳ５３０でＮＯとなると、本手順は終了する。
　ステップＳ５４０で、位置制御部７０は、プローブ８０の接触子８２の位置Ｐを、位置検出部６８から取得する。ステップＳ５５０で、位置制御部７０は、接触子８２の位置Ｐの値が、最小値（Ｐ０－Ｐｒ）以上であって、且つ最大値（Ｐ０＋Ｐｒ）以下の範囲に含まれるか否かを判定する。ステップＳ５５０でＹＥＳとなると、本手順はステップＳ５７０へ進む。ステップＳ５５０でＮＯとなると、本手順はステップＳ５６０へ進む。
　ステップＳ５６０で、位置制御部７０は、接触子８２の位置Ｐが最小値（Ｐ０－Ｐｒ）から最大値（Ｐ０＋Ｐｒ）までの範囲内に保たれる制御量Ｃの値が得られることを目的として、制御量Ｃの値を変化させる。ステップＳ５６０の処理が完了すると、本手順はステップＳ５４０へ戻り、ステップＳ５４０およびＳ５５０において、目的とした制御量Ｃの値が得られたことが判明するまで、ステップＳ５６０の処理が繰り返される。
　ステップＳ５７０で、位置制御部７０は、傾斜角度Ａに対応する制御量Ｃを、テーブル記憶部７２に保存されるテーブル４００に設定する。ステップＳ５７０の処理が完了すると、本手順はステップＳ５２０へ戻る。
　図６は、本実施の形態における機上計測装置２００において、位置制御部７０が位置調整部９６を駆動しながら、計測制御部６２がワーク１００の表面形状を計測する手順の一例を示すフローチャートである。本手順が実行される際、接触子８２は加工されたワーク１００に接触した状態である。数値制御装置６０内の加工プログラム記憶部６４には、ワーク１００が加工された際に実行された加工プログラムが保存されている。上述したように、計測の際、その加工プログラムが数値制御装置６０により実行される。
　ステップＳ６１０で、計測制御部６２は、数値制御装置６０による加工プログラムの実行開始を検出する。数値制御装置６０は、加工プログラムにしたがって工作機械２０を制御して、工作機械２０に、プローブ８０とワーク１００との相対位置および傾斜角度Ａを変化させる。傾斜角度Ａは、プローブ８０が取り付けられている回転部３２が回転することにより、変化する。
　ステップＳ６３０で、位置制御部７０は、回転部３２を駆動するモータの回転角度を、数値制御装置６０の回転角度検出部６６から取得する。上述したように、回転角度検出部６６は、モータに取り付けられた回転角度検出センサ５４からのセンサ信号に基づき、モータの回転角度を算出している。ステップＳ６４０で、位置制御部７０は、ステップＳ６３０で取得したモータの回転角度に基づいて、傾斜角度Ａを取得する。ステップＳ６５０で、位置制御部７０は、テーブル記憶部７２に保存されるテーブル４００を参照し、ステップＳ６４０で取得した傾斜角度Ａに対応する制御量Ｃを取得する。後述するように、加工プログラムの実行が終了するまでステップＳ６３０以降の手順が繰り返される。このようにして、プローブ８０とワーク１００との相対位置が変化するたびに傾斜角度Ａが逐次取得され、傾斜角度Ａに対応する制御量Ｃが逐次取得される。
　ステップＳ６６０で、位置制御部７０は、位置調整部９６に対し、ステップＳ６５０で取得した制御量Ｃにしたがって電気的制御を行うことにより、位置調整部９６を駆動する。ステップＳ６７０で、計測制御部６２は、プローブ８０を用いてワーク１００の表面形状を計測する。ステップＳ６８０で、計測制御部６２は、加工プログラムの実行終了を検出したか否かを判定する。ステップＳ６８０でＹＥＳとなると、本手順は終了する。ステップＳ６８０でＮＯとなると、本手順はステップＳ６３０へ戻る。
［変形例］
　上記実施の形態は、以下のように変形されることとしてもよい。
（変形例１）
　上記実施の形態において、ワーク１００の表面形状が計測される際、位置調整部９６は、逐次取得された傾斜角度Ａに応じた制御量Ｃで制御される。しかし、計測開始からの経過時間に対応付けられたテーブルを参照することにより制御量Ｃが取得されてもよい。
　図７Ａは、計測の経過時間Ｔに応じてプローブ８０の接触子８２が移動する、加工されたワーク１００の表面形状を示す図である。図７Ａに示す表面形状は、計測の際に用いられる加工プログラムに基づいて定められる。
　図７Ｂは、計測の経過時間Ｔに応じた傾斜角度Ａの変化を示す図である。この傾斜角度Ａの変化は、計測に用いられる加工プログラムに基づいて定められる。図７Ｂは、計測開始からの経過時間Ｔに応じてプローブ８０の接触子８２が、図７Ａに示す形状を有するワーク１００の表面に接触しながら移動する際に変化する傾斜角度Ａを示している。
　図７Ｃは、図７Ｂに示す経過時間Ｔに応じた傾斜角度Ａに基づいて予め決められた制御量Ｃの変化を示す図である。
　図８は、計測の経過時間Ｔと制御量Ｃとが対応付けられたテーブル８００の一例を示す図である。図８に示すテーブル８００は、図７Ｃに対応する。位置制御部７０は、計測制御部６２が加工プログラムの実行開始を検出してからの経過時間Ｔと、テーブル記憶部７２から取得したテーブル４００とに基づき、ワーク１００の表面形状の計測前にテーブル８００を作成し、テーブル記憶部７２に保存する。
　図９は、変形例１における機上計測装置２００において、位置制御部７０が位置調整部９６を駆動しながら、計測制御部６２がワーク１００の表面形状を計測する手順の一例を示すフローチャートである。本手順が実行される際、接触子８２は加工されたワーク１００に接触した状態である。図９に示すステップのうち、図６と符号が一致するステップの処理は、上述したとおりであるため、それらのステップの処理についての説明を省略する。ここでは、図９のみに示されているステップの処理を説明する。
　ステップＳ６１０の処理が完了すると、本手順はステップＳ９４０へ進む。ステップＳ９４０において、位置制御部７０は、計測開始時のステップＳ６１０で計測制御部６２が加工プログラムの実行開始を検出してからの経過時間Ｔを、不図示のクロック回路またはタイマ回路から取得する。ステップＳ９５０で、位置制御部７０は、テーブル記憶部７２に保存されるテーブル８００を参照し、ステップＳ９４０で取得した経過時間Ｔに対応する制御量Ｃを取得する。ステップＳ９５０の処理が完了すると、本手順はステップＳ６６０へ進む。その後のステップＳ６８０でＮＯとなると、本手順はステップＳ９４０へ戻る。
（変形例２）
　上記実施の形態において、ワーク１００の表面形状が計測される際、プローブ８０とワーク１００との相対位置が変化するたびに、傾斜角度Ａは、プローブ８０が取り付けられている回転部３２を駆動するモータに取り付けられた回転角度検出センサ５４からのセンサ信号に基づいて逐次取得される。
　しかし、位置制御部７０は、計測の際に用いられる加工プログラムに基づいて傾斜角度Ａを逐次取得してもよい。数値制御装置６０が加工プログラムに基づいて逐次設定するモータの回転角度を、位置制御部７０が取得することにより、位置制御部７０は傾斜角度Ａを逐次取得することができる。
（変形例３）
　上記実施の形態および上記変形例において、位置調整部９６は、電圧制御に応じて伸縮するピエゾアクチュエータである。位置調整部９６は、ピエゾアクチュエータの代わりに、電流を用いた電気的制御に応じた推力を生じることにより第２磁石９２を方向ＤＡに沿って移動させるボイスコイルモータであってもよい。
（変形例４）
　上記実施の形態および変形例は、任意に組み合わされてもよい。
［実施の形態から得られる発明］
　上記実施の形態および変形例から把握しうる発明について、以下に記載する。
（１）工作機械（２０）の機上で加工されたワーク（１００）の表面の形状を計測するための機上計測装置（２００）であって、先端に接触子（８２）を有するプローブ（８０）と、前記プローブを所定方向（ＤＡ）に沿って移動可能に支持するハウジング（８４）と、前記プローブに取り付けられた第１磁石（９０）と、前記第１磁石と前記接触子との間に配置され、前記第１磁石に対する第１反発力を前記所定方向に沿って発生させる第２磁石（９２）と、前記ハウジングに設けられ、電気的制御に基づき、前記所定方向に沿って前記ハウジングに対する前記第２磁石の位置を変化させる位置調整部（９６）と、を備える。これにより、従来の空圧制御を用いた機上計測装置のように、計測速度に対する空圧制御の遅れに起因して計測誤差が発生することを防止できる。また、計測速度に応じて発生するプローブのたわみに起因する計測誤差を低減できる。
（２）前記機上計測装置であって、前記第１磁石と前記プローブの後端との間に配置され、前記第１磁石に対する第２反発力を前記所定方向に沿って発生させる第３磁石（９４）をさらに備えてもよい。これにより、プローブの後端が、ハウジングから飛び出すことを防止できる。
（３）前記位置調整部は、前記電気的制御に応じて伸縮することにより前記第２磁石を前記所定方向に沿って移動させるピエゾアクチュエータであってもよい。電気的に制御可能であるため、空圧制御および油圧制御と比較して、移動の応答性がよい。
（４）前記位置調整部は、前記電気的制御に応じた推力を生じることにより前記第２磁石を前記所定方向に沿って移動させるボイスコイルモータであってもよい。電気的に制御可能であるため、空圧制御および油圧制御と比較して、移動の応答性がよい。
（５）前記機上計測装置と、前記機上計測装置を制御する計測制御装置（１６）と、を備える、機上計測システム（１０）であって、前記計測制御装置は、重力方向（Ｙ）に対する前記所定方向の傾斜角度（Ａ）と、前記電気的制御に用いられる制御量（Ｃ）とが対応付けられたテーブル（４００）と、前記傾斜角度を取得し、取得した前記傾斜角度に対応する前記制御量を前記テーブルから読み出し、読み出した前記制御量にしたがって前記位置調整部を駆動して、前記位置調整部に前記第２磁石の前記位置を変化させる位置制御部（７０）と、を有する。これにより、簡易な制御で、計測誤差を低減することができる。
（６）前記テーブルには、前記接触子が前記ワークに接触しない状態で前記傾斜角度が変化した場合に、前記接触子の前記ハウジングに対する位置（Ｐ）が所定範囲（Ｐ０、Ｐｒ）内に保たれるような前記制御量が、前記傾斜角度に対応付けられていてもよい。これにより、計測精度を向上することができる。
（７）前記機上計測装置と、前記機上計測装置を制御する計測制御装置と、を備える、機上計測システムであって、重力方向に対する前記所定方向の傾斜角度は、前記形状の計測開始からの経過時間（Ｔ）に応じて変化し、前記計測制御装置は、前記経過時間と、前記電気的制御に用いられる制御量とが対応付けられたテーブル（８００）と、前記経過時間を取得し、取得した前記経過時間に対応する前記制御量を前記テーブルから読み出し、読み出した前記制御量にしたがって前記位置調整部を駆動して、前記位置調整部に前記第２磁石の前記位置を変化させる位置制御部と、を有する。これにより、計測中に急激に傾斜角度が変化する場合であっても、計測誤差を低減することができる。
（８）前記テーブルには、前記接触子が前記ワークに接触しない状態で前記傾斜角度が変化した場合に、前記接触子の前記ハウジングに対する位置が所定範囲内に保たれるような前記制御量が、前記経過時間に対応付けられる。これにより、計測精度を向上することができる。
（９）前記機上計測システムは、前記工作機械を備え、前記形状の計測の際、前記工作機械は、前記ワークの加工に用いた加工プログラムにしたがって、前記接触子と加工された前記ワークとを接触させながら、前記プローブと加工された前記ワークとの相対位置および前記傾斜角度を変化させ、前記位置制御部は、前記制御量を前記テーブルから読み出す際、前記傾斜角度を逐次取得してもよい。これにより、加工されたワークの表面形状の計測誤差を低減することができる。
（１０）前記位置制御部は、前記工作機械が前記傾斜角度を変化させるために前記プローブを回転させるモータの回転角度を検出するセンサ（５４）、または前記加工プログラムから、前記傾斜角度を逐次取得してもよい。これにより、簡易な制御で、計測誤差を低減することができる。
（１１）前記機上計測システムは、前記工作機械を備え、前記形状の計測の際、前記工作機械は、前記ワークの加工に用いた加工プログラムにしたがって、前記接触子と加工された前記ワークとを接触させながら、前記プローブと加工された前記ワークとの相対位置および前記傾斜角度を変化させ、前記位置制御部は、前記制御量を前記テーブルから読み出す際、前記経過時間を逐次取得してもよい。これにより、加工されたワークの表面形状の計測誤差を低減することができる。
１０…機上計測システム　　　　　　　　　２０…工作機械
２２…ベース　　　　　　　　　　　　　　２４、２６、２８…直動部
３０、３２…回転部　　　　　　　　　　　４４…Ｘ軸方向
４６…Ｚ軸方向　　　　　　　　　　　　　４８…Ｙ軸方向
５０…Ｂ軸方向　　　　　　　　　　　　　５２…Ｃ軸方向
５４…回転角度検出センサ　　　　　　　　６０…数値制御装置
６２…計測制御部　　　　　　　　　　　　６４…加工プログラム記憶部
６６…回転角度検出部　　　　　　　　　　６８…位置検出部
７０…位置制御部　　　　　　　　　　　　７２…テーブル記憶部
８０…プローブ　　　　　　　　　　　　　８２…接触子
８４…ハウジング　　　　　　　　　　　　９０…第１磁石
９２…第２磁石　　　　　　　　　　　　　９４…第３磁石
９６…位置調整部　　　　　　　　　　　　１００…ワーク
１１０…リニアスケール　　　　　　　　　１１２…位置測定器
２００…機上計測装置　　　　　　　　　　
３００、３１０、３２０…グラフ　　　　　４００…テーブル
８００…テーブル

Claims (11)

  1. 　工作機械（２０）の機上で加工されたワーク（１００）の表面の形状を計測するための機上計測装置（２００）であって、
    　先端に接触子（８２）を有するプローブ（８０）と、
    　前記プローブを所定方向（ＤＡ）に沿って移動可能に支持するハウジング（８４）と、
    　前記プローブに取り付けられた第１磁石（９０）と、
    　前記第１磁石と前記接触子との間に配置され、前記第１磁石に対する第１反発力を前記所定方向に沿って発生させる第２磁石（９２）と、
    　前記ハウジングに設けられ、電気的制御に基づき、前記所定方向に沿って前記ハウジングに対する前記第２磁石の位置を変化させる位置調整部（９６）と、
    　を備える、機上計測装置。
  2. 　請求項１に記載の機上計測装置であって、
    　前記第１磁石と前記プローブの後端との間に配置され、前記第１磁石に対する第２反発力を前記所定方向に沿って発生させる第３磁石（９４）をさらに備える、機上計測装置。
  3. 　請求項１または２に記載の機上計測装置であって、
    　前記位置調整部は、前記電気的制御に応じて伸縮することにより前記第２磁石を前記所定方向に沿って移動させるピエゾアクチュエータである、機上計測装置。
  4. 　請求項１または２に記載の機上計測装置であって、
    　前記位置調整部は、前記電気的制御に応じた推力を生じることにより前記第２磁石を前記所定方向に沿って移動させるボイスコイルモータである、機上計測装置。
  5. 　請求項１～４のいずれか１項に記載の機上計測装置と、
    　前記機上計測装置を制御する計測制御装置（１６）と、
    　を備える、機上計測システム（１０）であって、
    　前記計測制御装置は、
    　　重力方向（Ｙ）に対する前記所定方向の傾斜角度（Ａ）と、前記電気的制御に用いられる制御量（Ｃ）とが対応付けられたテーブル（４００）と、
    　　前記傾斜角度を取得し、取得した前記傾斜角度に対応する前記制御量を前記テーブルから読み出し、読み出した前記制御量にしたがって前記位置調整部を駆動して、前記位置調整部に前記第２磁石の前記位置を変化させる位置制御部（７０）と、
    　を有する、機上計測システム。
  6. 　請求項５に記載の機上計測システムであって、
    　前記テーブルには、前記接触子が前記ワークに接触しない状態で前記傾斜角度が変化した場合に、前記接触子の前記ハウジングに対する位置（Ｐ）が所定範囲内（Ｐ０、Ｐｒ）に保たれるような前記制御量が、前記傾斜角度に対応付けられている、機上計測システム。
  7. 　請求項１～４のいずれか１項に記載の機上計測装置と、
    　前記機上計測装置を制御する計測制御装置と、
    　を備える、機上計測システムであって、
    　重力方向に対する前記所定方向の傾斜角度は、前記形状の計測開始からの経過時間（Ｔ）に応じて変化し、
    　前記計測制御装置は、
    　　前記経過時間と、前記電気的制御に用いられる制御量とが対応付けられたテーブル（８００）と、
    　　前記経過時間を取得し、取得した前記経過時間に対応する前記制御量を前記テーブルから読み出し、読み出した前記制御量にしたがって前記位置調整部を駆動して、前記位置調整部に前記第２磁石の前記位置を変化させる位置制御部と、
    　を有する、機上計測システム。
  8. 　請求項７に記載の機上計測システムであって、
    　前記テーブルには、前記接触子が前記ワークに接触しない状態で前記傾斜角度が変化した場合に、前記接触子の前記ハウジングに対する位置が所定範囲内に保たれるような前記制御量が、前記経過時間に対応付けられる、機上計測システム。
  9. 　請求項５または６に記載の機上計測システムであって、
    　前記工作機械を備え、
    　前記形状の計測の際、前記工作機械は、前記ワークの加工に用いた加工プログラムにしたがって、前記接触子と加工された前記ワークとを接触させながら、前記プローブと加工された前記ワークとの相対位置および前記傾斜角度を変化させ、
    　前記位置制御部は、前記制御量を前記テーブルから読み出す際、前記傾斜角度を逐次取得する、機上計測システム。
  10. 　請求項９に記載の機上計測システムであって、
    　前記位置制御部は、前記工作機械が前記傾斜角度を変化させるために前記プローブを回転させるモータの回転角度を検出するセンサ（５４）、または前記加工プログラムから、前記傾斜角度を逐次取得する、機上計測システム。
  11. 　請求項７または８に記載の機上計測システムであって、
    　前記工作機械を備え、
    　前記形状の計測の際、前記工作機械は、前記ワークの加工に用いた加工プログラムにしたがって、前記接触子と加工された前記ワークとを接触させながら、前記プローブと加工された前記ワークとの相対位置および前記傾斜角度を変化させ、
    　前記位置制御部は、前記制御量を前記テーブルから読み出す際、前記経過時間を逐次取得する、機上計測システム。
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JP4291394B1 (ja) * 2008-03-12 2009-07-08 ファナック株式会社 接触式計測装置
JP2011203121A (ja) * 2010-03-25 2011-10-13 Fanuc Ltd 微細接触力調整機構を有する接触式計測装置
JP2013540981A (ja) * 2010-04-30 2013-11-07 レニショウ パブリック リミテッド カンパニー 計測装置

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