特許 6137627 計測システム、タッチプローブ、及び受信ユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6137627

(24)【登録日】2017年5月12日

(45)【発行日】2017年5月31日

(54)【発明の名称】計測システム、タッチプローブ、及び受信ユニット

(51)【国際特許分類】

   G01B 7/00 20060101AFI20170522BHJP

   B23Q 17/20 20060101ALI20170522BHJP

   B23B 31/00 20060101ALI20170522BHJP

   B23Q 17/00 20060101ALI20170522BHJP

   G01B 5/008 20060101ALI20170522BHJP

【ＦＩ】

   G01B7/00 102M

   G01B7/00 101F

   B23Q17/20 A

   B23B31/00 D

   B23Q17/00 B

   G01B5/008

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-211935(P2014-211935)

(22)【出願日】2014年10月16日

(65)【公開番号】特開2016-80507(P2016-80507A)

(43)【公開日】2016年5月16日

【審査請求日】2016年8月17日

【早期審査対象出願】

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000151494

【氏名又は名称】株式会社東京精密

(74)【代理人】

【識別番号】100083116

【弁理士】

【氏名又は名称】松浦 憲三

(72)【発明者】

【氏名】田中 弘之

【審査官】 三好 貴大

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５８−０４２６０８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００４−０８５３８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３２０９７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ ５／００− ５／３０

Ｇ０１Ｂ ７／００− ７／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

工作機械の主軸ヘッドに回転自在に支持された主軸にタッチプローブが着脱可能に装着される計測システムにおいて、
前記工作機械の主軸ヘッド側に設置された１次コイルと、
前記タッチプローブ側に前記１次コイルと対向するように設置された２次コイルと、
を備え、
前記１次コイル及び前記２次コイルを磁気的に結合することにより、前記１次コイル側から前記２次コイル側に非接触で給電を行う非接触給電部を構成するとともに、前記タッチプローブで得られた情報を前記２次コイル側から前記１次コイル側へ非接触で伝送する非接触伝送部を構成し、
前記１次コイルを含んで構成され、前記タッチプローブの前記主軸への装着状態の異常を判定しかつ前記タッチプローブの装着誤差を検出する異常判定誤差検出手段を有する、
計測システム。

【請求項2】

前記１次コイルに電流を供給して前記２次コイルに誘導起電力を発生させる電流供給部を備える、請求項１に記載の計測システム。

【請求項3】

前記１次コイルは、前記工作機械の主軸ヘッドに着脱可能に取り付けられた受信ユニットに設けられる、
請求項１又は２に記載の計測システム。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか１項の計測システムで用いられるタッチプローブにおいて、
前記主軸が回転したときに前記１次コイルに対向する円筒状の外周壁部を有し、前記外周壁部の内周面の一部分に対向して前記２次コイルが配置されるハウジングを備え、
前記外周壁部のうち、前記２次コイルに対向配置される部分であるコイル対向部は非磁性体で、かつ絶縁体により形成され、前記コイル対向部以外の部分である非コイル対向部は導体により形成される、
タッチプローブ。

【請求項5】

請求項４に記載のタッチプローブと組み合わせて使用される受信ユニットであって、
前記１次コイルを有し、前記工作機械の主軸ヘッドに着脱可能に取り付けられる、
受信ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は工作機械における座標測定システムに係り，特に数値制御工作機械においてワークの座標測定を行う工作機械における座標測定システムに関する。

【背景技術】

【0002】

マシニングセンタ（ＭＣ：machining center）等の数値制御工作機械（ＮＣ工作機械）では、主軸に工具を装着することでワークの加工が行われる。また、タッチプローブ等の測定プローブを主軸に取り付けることで、工作機械におけるワーク（ワーク表面）の座標測定が機上測定として行われている。

【0003】

このような機上測定に使用されるプローブは、プローブの信号を取得して処理する信号取得部（制御装置等）に対して有線で接続することが困難であるため、電波や赤外線などを利用した無線通信により信号伝達が行われている（特許文献１、２参照）。また、プローブへの電力の供給も外部から行うことが困難なため、プローブに電池を内蔵することが一般的であるが、特許文献１では、電池の代わりに発電システムを内蔵させることが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９−２６５１０３号公報

【特許文献2】特許第５２７４７７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記のようにプローブと信号取得部との間の信号伝達に無線通信を用いる場合には、プローブと信号取得部とに無線通信用の送受信器を搭載する必要があるため、コストが高くなり、かつ、故障の原因となるおそれがあるという問題がある。特に無線通信として電波を用いる場合には、混信のトラブルがあり、また、法律の規制を受けるため利用が制限されるという問題もある。また、赤外線を用いる場合には、切削粉、加工油等の悪環境によるトラブルが生じやすいという問題もある。

【0006】

また、プローブと信号取得部の間に、ワークなどの物がある場合などでは、信号受信エラーになることもある。

【0007】

また、上記のようにプローブに電池を搭載する場合には、稼働時間に制約があり、定期的に電池の交換や充電を行う必要があるためメンテナンスに手間を要するという問題がある。その点、特許文献１のように発電システムを搭載した場合には短期間でのメンテナンスを不要にすることが可能となるが、製造コストが高くなるという欠点がある。

【0008】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、工作機械においてワークの座標測定を機上測定として行うシステムであって、安定的に信号を検知することができ、製造コスト及びメンテナンス作業の低減等を図り、小型で安価なプローブによる高信頼性の座標測定を可能にする工作機械における座標測定システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る工作機械における座標測定システムは、主軸を回転駆動してワークを加工する工作機械において、主軸にワークへの測定子の接触の有無を検知するタッチプローブを取り付けることによりワークの座標測定を行う座標測定システムであって、タッチプローブは、測定子のワークへの接触の有無によって流れる電流が変化する２次コイルを備え、工作機械は、主軸に取り付けられたタッチプローブの２次コイルに磁気結合可能な位置に設置された検出コイルと、検出コイルに電流を供給して２次コイルに誘導起電力を発生させる電流供給部と、検出コイルのインピーダンスの変化に応じて値が変化する測定信号を出力する測定信号出力部と、測定信号出力部から出力された測定信号に基づいて測定子のワークへの接触の有無を判断する信号取得部と、を備える。

【0010】

本発明によれば、タッチプローブの２次コイルと工作機械の検出コイルとの磁気結合を介してタッチプローブへの電力供給が可能となり、タッチプローブに電池や発電システムを搭載する必要がなくなる。したがって、稼働時間の制約がなく、電池交換や充電などのメンテナンス作業の負担も軽減される。また、小型で安価なタッチプローブを提供することができる。

【0011】

また、タッチプローブによる測定信号は、タッチプローブの２次コイルと工作機械の検出コイルとの磁気結合、及び測定信号出力部を介して取得することができるため、無線通信等の通信を行うための送受信回路をプローブや信号取得部に設けることが不要である。したがって、製造コストの低減を図ることができ、小型で安価なタッチプローブを提供することができる。また、通信におけるエラーを未然に防止することができるため、高信頼性の座標測定を行うことができる。

【0012】

特に、工作機械側の検出コイルは、主軸の横に沿って配線されるため、工作機械の主軸の運動に伴って移動し、邪魔になることはない。

【0013】

また、タッチプローブの２次コイルと工作機械の検出コイルとは、絶えず一定距離を保っているために、信号伝達の狂いは生じない。また、安定した電力供給も可能となる。

【0014】

本発明の他の態様に係る工作機械における座標測定システムにおいて、信号取得部は、測定信号出力部から出力される測定信号に基づいて検出コイルからタッチプローブのハウジング外周面までの距離情報を取得し、かつ、主軸の回転によってタッチプローブの一周分における距離情報を取得し、取得した距離情報に基づいてタッチプローブの主軸へのチャックミスを検出する態様とすることができる。

【0015】

本態様によれば、検出コイル及び測定信号出力部を、タッチプローブにおける測定子のワークへの接触の検出に使用するだけでなく、タッチプローブの主軸へのチャックミスを検出することができる。また、チャックミスによる座標測定の精度の低下を未然に防止することができ、高精度な測定を可能にする。

【0016】

さらには、微小なチャックずれを加味してタッチプローブ位置の補正も可能にする。

【0017】

本発明の更に他の態様に係る工作機械における座標測定システムにおいて、工作機械は、渦電流式変位センサを備え、渦電流式変位センサは、検出コイル、電流供給部、及び測定信号出力部を備え、検出コイルの対向位置に配置された導体までの距離に応じた値の信号を測定信号として出力する態様とすることができる。

【0018】

本態様によれば、周知の渦電流式変位センサを用いて簡易且つ安価にシステムを構築することができる。

【0019】

本発明の更に他の態様に係る工作機械における座標測定システムにおいて、検出コイル、電流供給部、及び測定信号出力部は、主軸に工具が取り付けられた際におけるチャックミスの検出に兼用され、信号取得部は、測定信号出力部から出力される測定信号に基づいて検出コイルから工具のホルダの外周面までの距離情報を取得し、かつ、主軸の回転によってホルダの一周分における距離情報を取得し、取得した距離情報に基づいて工具の主軸へのチャックミスを検出する態様とすることができる。

【0020】

本態様によれば、座標測定システムとしてではなく、検出コイル、及び測定信号出力部を有効に利用して座標測定システムを構築することができる。したがって、このようなチャックミスの検出を行う工作装置においては、タッチプローブの追加と、信号取得部における処理の追加のみによって座標測定を可能にすることができる。

【0021】

本発明の更に他の態様に係る工作機械における座標測定システムにおいて、タッチプローブは、測定子のワークへの接触の有無によってオンとオフとが切り替えられるスイッチを有し、２次コイルは、スイッチを含む閉回路を構成する態様とすることができる。

【0022】

本態様は、タッチプローブにおける検出回路の一形態であるが、簡易な構成の検出回路とすることができ、タッチプローブの小型化と製造コストの低減を図ることができる。

【0023】

本発明の更に他の態様に係る工作機械における座標測定システムにおいて、工作機械は、マシニングセンタ又は数値制御工作機械とすることができる。

【発明の効果】

【0024】

本発明によれば、工作機械においてワークの座標測定を機上測定として行うシステムにおいて、安定的に信号を検知することができ、製造コスト及びメンテナンス作業の低減等を図り、製造コスト及びメンテナンス作業の低減等を図り、小型で安価なプローブによる高信頼性の座標測定を可能にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明において利用されるチャックミス検出装置の概略構成図

【図2】ホルダ一周分の測定データのグラフ

【図3】測定データのＦＦＴ解析の結果をパワースペクトル表示したグラフ

【図4】本発明が適用された座標測定システムの概略構成図

【図5】タッチプローブの検出回路の概略構成図

【図6】座標測定の際にタッチプローブのワーク接触の有無により変位センサから出力される測定データを例示した図

【図7】タッチプローブの取付け時におけるチャックミスの検出における測定信号を例示した図

【図8】渦電流式変位センサの内部構成を示したブロック図

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。

【0027】

図１は、マシニングセンタ（ＭＣ）におけるチャックミスの検出及びワークの座標測定に兼用される検出装置１０を示した構成図である。

【0028】

同図に示す検出装置１０は、不図示のＡＴＣ装置により主軸３３に装着されたホルダ３２（工具３０）のチャックミスを自動で検出するチャックミス検出装置として、渦電流式変位センサ１２（以下、単に変位センサ１２という）、データ処理部１４とを備える。後述のように、これらの変位センサ１２及びデータ処理部１４は、主軸３３にタッチプローブ１を取り付けることにより、ワーク（ワーク表面）の座標を機上測定する座標測定システムの構成要素として用いられる。

【0029】

まず、検出装置１０により工具３０のチャックミスを検出する場合について説明する。

【0030】

図１に示すように、主軸３３に着脱される任意の種類の工具３０は、ホルダ３２に保持されており、そのホルダ３２には、円錐状の嵌合部３２Ａ（シャンク）が設けられる。

【0031】

一方、主軸３３には、円錐状の被嵌合部３３Ａが設けられており、その被嵌合部３３Ａにホルダ３２の嵌合部３２Ａが嵌合して工具３０が主軸３３に取り付けられる。ＭＣにおいて、主軸３３への工具３０の取付けは、不図示のＡＴＣ装置により行われ、ＡＴＣ装置は各種工具を保持したホルダ３２、又は、後述のタッチプローブ１を工具マガジンから自動で取り出し、主軸３３に自動で装着する。

【0032】

変位センサ１２は、主軸３３を回動可能に支持するヘッド３５にブラケット３６を介して取り付けられ、主軸３３に装着されたホルダ３２の導体で形成されたフランジ部３２Ｂ（フランジ部３２Ｂの一部分）に対向する位置に配置される。そして、主軸３３に対して任意の位置に設置可能なデータ処理部１４にケーブルにより接続される。

【0033】

変位センサ１２は、周知のように、検出コイルを搭載しており、その検出コイルに高周波電流を供給することにより高周波磁界を発生させる。そして、その高周波磁界内に存在するホルダ３２のフランジ部３２Ｂに電磁誘導による渦電流を発生させ、検出コイルのインピーダンスを変化させる。この検出コイルのインピーダンスの変化は、変位センサ１２（検出コイル）とフランジ部３２Ｂ（検出コイルに対向する部分）との間の距離ｄに応じたものであり、変位センサ１２は、その内部において検出コイルから出力される交流電圧を所定の処理回路（測定信号出力部）で処理することにより、距離ｄに対応した電圧値の電圧信号を測定信号として出力する。

【0034】

また、チャックミスの検出を実施する際において、ＭＣの全体を統括的に制御するＭＣ制御装置２４は、主軸３３を所定の速度で少なくとも１回転させ、変位センサ１２に対向するフランジ部３２Ｂの位置を周方向に一周（３６０度）に渡って変化させる。これによって、フランジ部３２Ｂの周方向の各位置を変位センサ１２に対向させたときの距離ｄを示す測定信号が変位センサ１２から順次出力される。

【0035】

データ処理部１４は、変位センサ１２から出力される測定信号を取得して各種処理を行う信号取得部であり、Ａ／Ｄコンバータ１６、ＣＰＵ１８、メモリ２０、入出力回路２２等を備える。

【0036】

Ａ／Ｄコンバータ１６は、変位センサ１２から出力された距離ｄを示す測定信号をアナログ信号からデジタル信号に順次変換して測定データとしてＣＰＵ１８に出力する。

【0037】

ＣＰＵ１８は、ＭＣ制御装置２４が主軸３３の回転を開始した際に、ＭＣ制御装置２４から入出力回路２２を介して測定開始（チャックミス検出の開始）の指示を受ける。その測定開始の指示を受けると、以下のような処理を実施する。

【0038】

まず、Ａ／Ｄコンバータ１６から順次出力される測定データをホルダ３２の回転角度θ（主軸３３の回転角度）に対応させてメモリ２０に記憶させ、ホルダ３２の一周分の測定データをメモリ２０に記憶させる。このときにメモリ２０に記憶される測定データをグラフ表示すると図２のようになる。

【0039】

続いてＣＰＵ１８は、メモリ２０に記憶されたホルダ３２の一周分の距離ｄの測定データをＦＦＴ解析する。即ち、ホルダ３２の一周分の測定データをフーリエ解析し、各周波数の成分に分解する。なお、ＦＦＴ解析は測定と同時に実行しても良い。ＦＦＴ解析の結果をパワースペクトル表示すると例えば図３のようになる。

【0040】

ここで、ＦＦＴ解析された各周波数成分のうち基本波周波数成分（１山成分）の振幅値がホルダ３２の偏心量の２倍とみなせるので、ＣＰＵ１８は上記ＦＦＴ解析の結果から基本波周波数成分を抽出し、その振幅値を算出してホルダ３２の偏心量Ｔを取得する。

【0041】

ＣＰＵ１８は、このようして得られた偏心量Ｔと、予めメモリ２０に記憶された許容値Ｓとを比較し、偏心量Ｔが許容値Ｓ以下であればチャックミスはない（正常にチャックされた）と判定し、偏心量Ｔが許容値Ｓを超えている場合にはチャックミスと判定する。そして、その判定結果を、入出力回路２２を介してＭＣ制御装置２４に出力する。

【0042】

ＭＣ制御装置２４は、ＡＴＣ装置により主軸３３に工具３０を取り付けた際に、上述のようなチャックミスの検出を行い、データ処理部１４から正常にチャックされたことの判定結果を得た場合には、そのまま、加工を開始する。

【0043】

一方、データ処理部１４からチャックミスとの判定結果を得た場合には、再度、ＡＴＣ装置による主軸３３への工具３０の取付けをやり直し、チャックミスの検出からやり直す。

【0044】

なお、チャックミスの場合は、ホルダ３２と主軸３３との嵌合部分に切り粉を挟み込んだ可能性が考えられるので、主軸３３の被嵌合部３３Ａ内にエア等を噴射して切り粉を除去するようにしてもよい。

【0045】

このような検出装置１０によるチャックミスの検出によれば、複雑な制御を必要とせず、極めてシンプルな装置構成によりチャックミスを検出することができ、正確に工具３０（ホルダ３２）の主軸３３に取り付けることができる。

【0046】

以上のような検出装置１０の変位センサ１２及びデータ処理部１４による工具３０のチャックミスの検出に対して、主軸３３に図１に示されているタッチプローブ１を図４のように取り付け、変位センサ１２及びデータ処理部１４において以下の処理を行うことにより、ワーク（ワーク表面）の座標測定を機上測定として行う座標測定システムを構成することができる。

【0047】

タッチプローブ１は、円筒状のハウジング４（プローブ本体）を有し、ハウジング４の基端側に工具を保持する上述のホルダ３２と同様に円錐状の嵌合部５（シャンク）が設けられる。したがって、タッチプローブ１は、嵌合部５が主軸３３の被嵌合部３３Ａに嵌合して装着されることにより主軸３３に取り付けられる。

【0048】

ハウジング４の先端面からは、ハウジング４に支持された測定子であって、ハウジング４の中心軸に沿ってハウジング４の内部から外部に突出する円柱状（棒状）のスタイラス２が延在し、そのスタイラス２の先端部に球状のスタイラスチップ３が設けられる。

【0049】

タッチプローブ１の機械的な構造については周知であるため説明は省略するが、タッチプローブ１のハウジング４内部には、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、スイッチ４２と２次コイル４４（内蔵コイル）とが直列接続された閉回路である検出回路４０が設けられる。

【0050】

スイッチ４２は、スタイラス２と連動してオン／オフが切り替えられ、図５（Ａ）に示すように、スタイラスチップ３がワークＷに接触しない状態では、スタイラス２はハウジング４の中心軸方向に沿って配置されており、検出回路４０のスイッチ４２がオフの状態にある。

【0051】

これに対して、図５（Ｂ）に示すように、スタイラスチップ３がワークＷに接触してスタイラス２が傾斜すると、その傾斜によって検出回路４０のスイッチ４２がオフからオンに切り替えられる。

【0052】

一方、２次コイル４４は、ハウジング４内部において、変位センサ１２の検出コイル１２Ａを１次コイルとして検出コイル１２Ａに磁気結合可能に設けられる。

【0053】

ここで、ハウジング４は、外形上において工具の図１のホルダ３２のフランジ部３２Ｂに相当するフランジ部４Ａを有しており、そのフランジ部４Ａの内周面の一部分に対向して２次コイル４４が配置される。なお、同図のハウジング４は、円筒状の側面の基端側にフランジ部４Ａとして拡径した部分を有するが、側面全体が同一径であってもいし、ホルダ３２のフランジ部３２Ｂの位置に対応する部分が縮径されていてもよい。

【0054】

また、ハウジング４の少なくともフランジ部４Ａは、２次コイル４４が対向配置される部分（コイル対向部という）を除いて導体により形成され、コイル対向部は非磁性体で、かつ、絶縁体（不導体）の材料（樹脂等）で形成される。

【0055】

タッチプローブ１により座標測定を行う際には、ＭＣ制御装置２４による主軸３３の回転角度の制御によりタッチプローブ１の回転角度θが調整され、タッチプローブ１のフランジ部４Ａのコイル対向部が変位センサ１２の検出コイル１２Ａに対向する位置に配置される。これによって、タッチプローブ１の２次コイル４４が、ハウジング４に阻害されることなく、変位センサ１２の検出コイル１２Ａと磁気結合可能な状態に設定される。

【0056】

変位センサ１２及びデータ処理部１４は、タッチプローブ１による座標測定の際には、以下のような処理を実施する。

【0057】

変位センサ１２は、チャックミスの検出時と同様に検出コイル１２Ａに高周波電流を供給することにより高周波磁界を発生させる。これにより、タッチプローブ１の２次コイル４４に誘導起電力を発生させる。

【0058】

これに対して、変位センサ１２からは図６に示すようにタッチプローブ１のスタイラスチップ３がワークに接触しているか否かによって異なる電圧である高電圧ＶＨと低電圧ＶＬ（低電圧ＶＬ＜高電圧ＶＨ）の測定信号が出力される。

【0059】

即ち、タッチプローブ１において、スタイラスチップ３がワークに接触していないとき（ワーク非接触状態のとき）には、検出回路４０のスイッチ４２がオフであることから２次コイル４４に電流が流れない。この状態は、チャックミスの検出において、変位センサ１２により図１のようにホルダ３２のフランジ部３２Ｂまでの距離ｄを測定した際に、距離ｄが大きくフランジ部３２Ｂに渦電流が発生しない状態に相当する。したがって、変位センサ１２からは、図６に示すように低電圧ＶＬと比較して電圧の高い高電圧ＶＨの測定信号、即ち、距離ｄが大きいときに相当する測定信号が出力される。

【0060】

そして、スタイラスチップ３がワークに接触したとき（ワーク接触状態のとき）には、検出回路４０のスイッチ４２がオフからオンに切り替わることから２次コイル４４に電流が流れる。この状態は、チャックミスの検出において、変位センサ１２により図１のようにホルダ３２のフランジ部３２Ｂまでの距離ｄを測定した際に、距離ｄが小さくフランジ部３２Ｂに渦電流が発生した状態に相当する。したがって、変位センサ１２からは、図６に示すように高電圧ＶＨと比較して電圧の低い低電圧ＶＬの測定信号、即ち、距離ｄが小さいときに相当する測定信号が出力される。

【0061】

なお、本実施の形態とは反対に、スタイラスチップ３（スタイラス２）がワークに接触していないときに検出回路４０のスイッチ４２がオン、スタイラスチップ３がワークに接触したときに検出回路４０のスイッチ４２がオフとなるようにしてもよく、その場合には、変位センサ１２が高電圧ＶＨと低電圧ＶＬの測定信号を出力する条件も上記実施の形態とは反対となる。また、検出回路４０は、スタイラスチップ３のワークへの接触の有無により２次コイル４４に流れる電流が変化するようにした回路であればよい。更に、スタイラスチップ３のワークへの接触の有無によりオン／オフが切り替わるスイッチ４２の代わりに、スタイラスチップ３のワークへの接触の有無によりインピーダンスが変化する任意の回路素子とすることができる。

【0062】

データ処理部１４において、Ａ／Ｄコンバータ１６は、変位センサ１２から出力された測定信号をアナログ信号からデジタル信号に順次変換して測定データとしてＣＰＵ１８に出力する。

【0063】

ＣＰＵ１８は、ＭＣ制御装置２４から入出力回路２２を介して座標測定の開始（タッチプローブ１のワーク接触の有無検出の開始）の指示を受ける。その指示を受けると、Ａ／Ｄコンバータ１６から順次出力される測定データを取り込み、所定の閾値ＶＴ（図６参照）と比較する。閾値ＶＴは、電圧ＶＬよりも大きく、電圧ＶＨよりも小さい値とする。

【0064】

その比較の結果、測定データが閾値ＶＴよりも大きい場合には、スタイラスチップ３がワークに接触していないと判定する。一方、測定データが閾値ＶＴ以下になったことを検出した場合には、スタイラスチップ３がワークに接触したと判定する。そして、その判定結果を接触信号として入出力回路２２を介してＭＣ制御装置２４に出力する。なお、接触信号としてスタイラスチップ３がワークに接触した場合にのみそのことをＭＣ制御装置２４に伝達してもよい。

【0065】

ＭＣ制御装置２４は、スタイラスチップ３をワークの各部に接触させるようにタッチプローブ１を動かしながらデータ処理部１４から得られる接触信号に基づいてスタイラスチップ３のワークへの接触の有無を検知する。これにより、ワーク表面の所望位置の座標を測定する。

【0066】

このようなタッチプローブ１及び検出装置１０による座標測定によれば、タッチプローブ１を主軸３３に取り付けることで機上測定が可能となる。

【0067】

一方、タッチプローブ１に電池や発電システムを搭載する必要がないため、稼働時間の制約がなく、電池交換や充電などのメンテナンス作業の負担も生じない。また、小型で安価なタッチプローブ１を提供することができる。

【0068】

また、タッチプローブ１の信号を取得して各種処理を行う信号取得部（データ処理部１４等）との間で、無線通信等の通信を行うための送受信回路が不要であるため、製造コストの低減を図ることができ、小型で安価なタッチプローブ１を提供することができる。また、通信おけるエラーが生じないため、高信頼性の座標測定を行うことができる。

【0069】

更に、通信が不要であることから、電波方式や赤外線方式などの無線通信が不要であり、混信のトラブル、法律の規制、切削粉や加工油等が飛散する悪環境のための通信トラブルなどが一切生じないものとすることができる。

【0070】

更にまた、座標測定システムの構成する検出装置１０は、座標測定とチャックミスの検出とに兼用しているため、ハードウェア資源の有効利用を図ることができると共に、それらの測定及び検出を個別の装置で行う場合に比べて省スペース化、低コスト化を図ることができる。

【0071】

続いて、検出装置１０によるタッチプローブ１のチャックミスの検出について説明する。検出装置１０は、図４のように主軸３３にタッチプローブ１が取り付けられた際においても、図１のように主軸３３に工具３０が取り付けられた場合と同様の処理によりタッチプローブ１のチャックミスの検出を行うことができる。

【0072】

これについて説明すると、ＭＣ制御装置２４は、主軸３３にタッチプローブ１を取り付けた際に、主軸３３を所定の速度で少なくとも１回転させ、変位センサ１２に対向するタッチプローブ１のフランジ部４Ａの位置を周方向に一周（３６０度）に渡って変化させる。これによって、変位センサ１２に対向するフランジ部４Ａの位置を周方向に変化させたときの距離ｄを示す測定信号が変位センサ１２から順次出力される。

【0073】

データ処理部１４において、ＣＰＵ１８は、タッチプローブ１の主軸３３への取付け後、ＭＣ制御装置２４が主軸３３の回転を開始した際に、ＭＣ制御装置２４から入出力回路２２を介して測定開始（チャックミス検出の開始）の指示を受ける。その測定開始の指示を受けると、Ａ／Ｄコンバータ１６から順次出力される測定データをタッチプローブ１の回転角度θ（主軸３３の回転角度）に対応させてメモリ２０に記憶させ、タッチプローブ１の一周分の測定データをメモリ２０に記憶させる。このときにメモリ２０に記憶される測定データをグラフ表示すると図７のようになる。

【0074】

同図に示すように、フランジ部４Ａの２次コイル４４が対向配置されたコイル対向部が変位センサ１２の検出コイル１２Ａに対向するとき（同図の例では回転角度０度付近）以外は、主軸３３に対するタッチプローブ１の偏心量Ｔに応じた測定データが図２と同様に得られる。

【0075】

一方、フランジ部４Ａのコイル対向部が変位センサ１２の検出コイル１２Ａに対向しているときは、測定データとして、図６に示したようにスタイラスチップ３がワークに非接触のときの高電圧ＶＨが出力されるため、高電圧ＶＨとなる測定データが得られる。

【0076】

このときの高電圧ＶＨは、フランジ部４Ａまでの距離ｄを示すものではないが、ＣＰＵ１８が続いてＦＦＴ解析した際の基本波周波数成分の振幅値には大きな影響を与えないため、そのままＦＦＴ解析を行って上述のように基本波周波数成分に基づいてタッチプローブ１の偏心量Ｔを取得する。

【0077】

ただし、フランジ部４Ａのコイル対向部が変位センサ１２の検出コイル１２Ａに対向しているときの測定値を、その区間の前後の測定データの値を直線で結んだときの直線上の値に変更してＦＦＴ解析を行ってもよいし、その他、適度な大きさの値に変更してＦＦＴ解析を行っても良い。

【0078】

ＣＰＵ１８は、このようして得られた偏心量Ｔと、予めメモリに記憶された許容値Ｓとを比較し、偏心量Ｔが許容値Ｓ以下であればチャックミスはないと判定し、偏心量Ｔが許容値Ｓを超えている場合にはチャックミスと判定する。そして、その判定結果を、入出力回路２２を介してＭＣ制御装置２４に出力する。

【0079】

ＭＣ制御装置２４は、ＡＴＣ装置により主軸３３にタッチプローブ１を取り付けた際に、上述のようなチャックミスの検出を行い、データ処理部１４から正常にチャックされたことの判定結果を得た場合には、そのまま、ワークの座標測定を行う。

【0080】

一方、データ処理部１４からチャックミスとの判定結果を得た場合には、再度、ＡＴＣ装置による主軸３３へのタッチプローブ１の取付けをやり直し、チャックミスの検出からやり直す。

【0081】

このようなチャックミスの検出により、タッチプローブ１を主軸３３に対して正確な位置に取り付けることができるため、チャックミスによる測定精度の低下を防止することができ、かつ、精度の高い測定が可能となる。

【0082】

また、偏心量Ｔが許容値Ｓ以下でチャックミスはないとみなされても、微小にずれている場合がある。こうした場合は、その誤差量を検出する。すなわち、誤差の方向と、その誤差量をすべて記録しておく。

【0083】

次に、タッチプローブ１でタッチした際の座標位置に、この誤差方向と誤差量のデータを使用し、オフセット値としてあらかじめ入力しておく。

【0084】

これにより、タッチプローブ１の検出位置もプローブの取り付け誤差を加味して、検出位置を補正することが可能となる。

【0085】

また、測定プローブの交換に関係なく、取り付け誤差のオフセット量を入力することで、安定したタッチプローブ１の検出ができる。

【0086】

なお、オフセット量の入力の実施方法として、事前にホルダーを取り付けた後、先に述べた一周の偏芯量を求める。

【0087】

そのホルダー偏芯量を基に、タッチプローブ先端位置での偏芯量に換算して求める。たとえば、タッチプローブ先端で、ある方向で５０μｍほど外周側にずれていたとすれば、それを補正するオフセット量を入力すればよい。

【0088】

以上、上記実施の形態において、変位センサ１２は、ホルダ３２のフランジ部３２Ｂ又はタッチプローブ１のフランジ部４Ａの距離ｄに対応した測定信号を生成し出力するために、図８に示すように検出コイル１２Ａの他に、検出コイル１２Ａに対して電流を供給する電流供給部１２Ｂや、検出コイル１２Ａのインピーダンスの変化に応じて値が変化する測定信号を生成し出力するための測定信号出力部１２Ｃとを含む構成となっている。

【0089】

電流供給部１２Ｂは、例えばデータ処理部１４を介して供給される電源により高周波電流を生成して検出コイル１２Ａに供給するものであり、発振回路等が相当する。

【0090】

測定信号出力部１２Ｃは、例えば検波回路やリニアライザなどの処理回路を含み、距離ｄに比例した電圧の測定信号を生成し、出力する。

【0091】

一方、本発明においては、測定信号出力部１２Ｃは、距離ｄの値とは直接的に対応しない値の測定信号を出力するものであってもよい。例えば、検出コイル１２Ａのインピーダンス（又はインダクタンス）を検出してその値を測定信号として出力するインピーダンス測定回路（又はインダクタンス測定回路）等であってもよい。

【0092】

また、電流供給部１２Ｂ及び測定信号出力部１２Ｃを構成する回路、又はこれらで行われる処理の一部又は全体を変位センサ１２ではなく、データ処理部１４等の検出コイル１２Ａとは別装置に搭載し又は実施してもよい。例えば、図１、図４のように変位センサ１２をブラケット３６を介してヘッド３５に設置する代わりに、検出コイル１２Ａのみを構成要素（回路素子）として有するセンサ部をヘッド３５に設置し、検出コイル１２Ａ以外の回路は、検出コイル１２Ａにケーブルで接続されるデータ処理部１４と同一筐体内に配置してもよいし、その回路が行う処理と同等の処理をデータ処理部１４における処理の一部として実施するようにしてもよい。

【0093】

また、上記実施の形態において、タッチプローブ１は、任意の種類の工具３０を保持するホルダ３２にはめ込まれ、ホルダ３２と電気的に結合した構成としてもよい。

【0094】

また、上記実施の形態では、ＭＣにおいて本発明を適用した実施の形態について説明したが、ＭＣに対してＡＴＣ装置を備えていないＮＣ工作機械においても同様に適用でき、さらにＮＣ工作機械以外の工作機械においても適用できる。

【符号の説明】

【0095】

１…タッチプローブ、２…スタイラス、３…スタイラスチップ、４…ハウジング、４Ａ，３２Ｂ…フランジ部、５，３２Ａ…嵌合部、１０…検出装置、１２…渦電流式変位センサ（変位センサ）、１２Ａ…検出コイル、１２Ｂ…電流供給部、１２Ｃ…測定信号出力部、１４…データ処理部、１６…Ａ／Ｄコンバータ、１８…ＣＰＵ、２０…メモリ、２２…入出力回路、２４…ＭＣ制御装置、３０…工具、３２…ホルダ、３３…主軸、３３Ａ…被嵌合部、３５…ヘッド、３６…ブラケット、４０…検出回路、４２…スイッチ、４４…２次コイル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】