特許 6228764 ＣＮＣ機械装置におけるレーザ測定システム及び方法

(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】6228764

(24)【登録日】2017年10月20日

(45)【発行日】2017年11月8日

(54)【発明の名称】ＣＮＣ機械装置におけるレーザ測定システム及び方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/00 20060101AFI20171030BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/00 B

【請求項の数】17

【外国語出願】

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-141459(P2013-141459)

(22)【出願日】2013年7月5日

(65)【公開番号】特開2014-89175(P2014-89175A)

(43)【公開日】2014年5月15日

【審査請求日】2016年6月27日

(31)【優先権主張番号】61/668324

(32)【優先日】2012年7月5日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】506380075

【氏名又は名称】フレクストロニクス エーピー，リミテッド ライアビリティ カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】100067736

【弁理士】

【氏名又は名称】小池 晃

(74)【代理人】

【識別番号】100096677

【弁理士】

【氏名又は名称】伊賀 誠司

(74)【代理人】

【識別番号】100106781

【弁理士】

【氏名又は名称】藤井 稔也

(72)【発明者】

【氏名】ゲルハルト、ツェーベ

(72)【発明者】

【氏名】チョウ、リー

【審査官】 櫻井 仁

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−２５５８２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０５７０２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０７７３８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１７３８１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１６００２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １１／００−１１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の反射端を有する被加工物の側部測定を実行する方法であって、上記被加工物がレーザ走査装置を有する機械装置のＸＹ平行移動台に対して固定された位置にあって、上記レーザ走査装置を最初に上記被加工物に対して所定のＸＹＺ座標に設ける方法において、
ａ．上記ＸＹ平行移動台によって上記レーザ走査装置を次のＸＹＺ座標に配置する工程と、
ｂ．上記レーザ走査装置によって該レーザ走査装置が出射した光線を用いて、上記レーザ走査装置から上記被加工物の複数の反射端のうちの第１番目の反射端上の反射点までの距離を読み出す工程と、
ｃ．上記反射点のＸＹ座標を判定する工程と、
ｄ．上記被加工物の全ての側部測定が実行されるまで上記工程ａ、ｂ及びｃを繰り返す工程とを含む方法。

【請求項2】

上記側部測定を実行する工程は、上記複数の反射端のそれぞれにおける複数の点で上記反射点のＸＹ座標を判定する工程を含む請求項１記載の方法。

【請求項3】

上記被加工物は、略矩形であり、上記被加工物は、上記ＸＹ平行移動台のＸＹ平面に略揃えられ、上記レーザ走査装置の位置の変更は、Ｘ軸及びＹ軸の１つに沿って上記レーザ走査装置の位置をインクリメントすることを含む請求項２記載の方法。

【請求項4】

上記ＸＹ座標を保存する工程を更に含む請求項２記載の方法。

【請求項5】

上記レーザ走査装置によって出射された光線に対応する反射が受信されない場合、無効な座標を保存する工程を更に含む請求項４記載の方法。

【請求項6】

上記被加工物の識別子を判定する工程を更に含む請求項５記載の方法。

【請求項7】

上記被加工物の上記識別子を判定する工程は、上記レーザ走査装置を用いて上記識別子を走査する工程を含む請求項６記載の方法。

【請求項8】

上記識別子に関連する最適な座標の所定の一組を読み出す工程を更に含む請求項６記載の方法。

【請求項9】

上記保存された座標を上記最適な座標の上記所定の一組と比較する工程を更に含む請求項８記載の方法。

【請求項10】

上記機械装置は、通知システムを更に備え、上記方法は、保存された座標が上記最適な座標の上記所定の一組に略一致したこと及び略一致しなかったことのうちの何れか１つを示す通知を発行する工程を更に含む請求項９記載の方法。

【請求項11】

複数の反射端を有する被加工物の側部測定を実行するためのシステムにおいて、
ａ．上記被加工物を固定された位置に受容するＸＹ平行移動台と、
ｂ．上記ＸＹ平行移動台に接続されたレーザ走査装置と、
ｃ．コントローラとを備え、
該コントローラは、
１．上記ＸＹ平行移動台を上記被加工物に対して所定の次のＸＹＺ座標に配置し、
２．上記レーザ走査装置を制御して、該レーザ走査装置が出射した光線を用いて、上記レーザ走査装置から上記被加工物の複数の反射端のうちの第１番目の反射端上の反射点までの距離を読み出し、
３．上記反射点のＸＹ座標を判定し、
４．上記被加工物の全ての側部測定が実行されるまで上記工程１、２及び３を繰り返すシステム。

【請求項12】

更に、上記被加工物の複数の反射端のそれぞれにおける点に上記光線を反射する複数の反射器を含む請求項１１記載のシステム。

【請求項13】

上記レーザ走査装置は、上記被加工物の反射端上の点に上記光線を反射する反射器を含む請求項１１記載のシステム。

【請求項14】

上記ＸＹ平行移動台は、該ＸＹ平行移動台の上面に垂直なＺ軸において上記レーザ走査装置を回転させる請求項１３記載のシステム。

【請求項15】

上記コントローラは、上記ＸＹ平行移動台の位置を上記第１の所定のＸＹＺ座標を通り、上記複数の反射端の１つに平行な線上に有する第２の所定のＸＹＺ座標に変更する請求項１３記載のシステム。

【請求項16】

上記コントローラは、上記ＸＹ平行移動台の位置を上記複数の反射器の１つの軸によって画定される線上に有する第２の所定のＸＹＺ座標に変更する請求項１２記載のシステム。

【請求項17】

プロセッサが実行可能な命令によってプログラムされた非一時的なコンピュータ読取可能媒体において、複数の反射端を有する被加工物の側部測定を実行する方法であって、上記被加工物がレーザ走査装置を有する機械装置のＸＹ平行移動台に対して固定された位置にあり、上記レーザ走査装置が最初に上記被加工物に対して所定のＸＹＺ座標に設けられる方法を実行するコンピュータ読取可能媒体において、
上記方法は、
ａ．上記ＸＹ平行移動台によって上記レーザ走査装置を次のＸＹＺ座標に配置する工程と、
ｂ．上記レーザ走査装置によって該レーザ走査装置が出射した光線を用いて、上記レーザ走査装置から上記被加工物の複数の反射端のうちの第１番目の反射端上の反射点までの距離を読み出す工程と、
ｃ．上記反射点のＸＹ座標を判定する工程と、
ｄ．上記被加工物の全ての側部測定が実行されるまで上記工程ａ、ｂ及びｃを繰り返す工程とを含むコンピュータ読取可能媒体。

【発明の詳細な説明】

【関連出願】

【0001】

この非仮特許出願は、米国特許法§１１９（ｅ）に基づき、２０１２年７月５日に出願された米国仮出願番号第６１／６６８，３２４号、発明の名称「LASER MEASUREMENT SYSTEM AND METHOD IN A CNC MACHINE」及び２０１３年３月１５日に出願された米国仮出願番号第６１／７９８，８３６号、発明の名称「LASER MEASUREMENT SYSTEM AND METHOD IN A CNC MACHINE」の優先権を主張し、これらは、何れも引用することによって本願に援用される。

【技術分野】

【0002】

本発明は、コンピュータ支援製造システムの分野に関する。詳しくは、本発明は、ＣＮＣ機械装置を組み込んだレーザ範囲検出システムを用いて加工される部分を測定するシステム及び方法に関する。

【背景技術】

【0003】

ＣＮＣ機械装置は、コンピュータの数値によって制御される工作機である。ＣＮＣ機械装置は、「被加工物」と呼ばれる構成要素又は部分を加工するために使用される。ＣＮＣ機械装置は、被加工物が固定される平行移動台を備える。平行移動台は、Ｘ軸及びＹ軸に沿って平行移動できる。通常、Ｘ軸及びＹ軸によって略水平な平面が画定されるが、他の方向の平行移動も可能である。ＣＮＣ機械装置は、被加工物が固定される平行移動台から独立した少なくとも１つの旋盤を更に備える。旋盤は、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸に沿って平行移動でき、平行移動台と連携して又は平行移動台から独立して平行移動することができる。

【0004】

ＣＮＣ機械装置によって被加工物を加工できるようにするために、被加工物の詳細な側部測定を行い、ＣＮＣ機械装置に入力する必要がある。従来の技術では、この測定は、機械的なゲージを用いて行われている。この測定は、通常、約１００個のデータ点に対して行われ、約１分の時間が必要であるこれに対し、測定の後の被加工物の実際の加工は、約１５秒程度である。被加工物を平行移動台に略直角に配置する搭載システムをＣＮＣ機械装置平行移動台が備えていない場合、被加工物を正確に加工するためには、ＣＮＣ機械装置の座標系に対する被加工物の搭載時の歪みを考慮することが望ましい。平行移動台への被加工物の搭載における歪みを手動で考慮するためには、測定及びＣＮＣ機械装置への歪みデータの入力のために、更なる時間が必要となる。

【0005】

被加工物の側部測定を実行する現在の手法は、遅く、データ点の数が少なく、そしてＣＮＣ機械装置に組み込むことが容易ではない。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0006】

被加工物を正しく加工することを保証するために、被加工物の寸法を正確に測定する必要がある。とりわけ、これらの測定された寸法は、未加工の被加工物が製品仕様を満たし、及び正しい位置で機械加工されていることを保証することを示す。寸法は、なるべくレーザ光を用いて光学的に測定することが望ましいが、本発明の原理に基づいて、音波の又は他の測定法を用いることもできる。

【0007】

一実施形態においては、ＴＯＦ（time-of-flight）方式のレーザ走査装置をＸＹＺ方向に平行移動できるＣＮＣ機械装置の旋盤に接続する。被加工物は、ＣＮＣ機械装置のＸＹ平行移動台に固定される。被加工物は、ＸＹ平行移動台に固定されたミラー又はプリズム等の反射器によって取り囲まれる。これに代えて、レーザ走査装置の出力側に配置された反射器をレーザ走査装置に組み込んでもよい。ＣＮＣ機械装置は、旋盤を移動させ、これにより、レーザ走査装置がＸＹ平行移動台の上の所定のＸＹＺ座標に移動する。レーザ走査装置の光線は、平行移動台によって画定されるＸＹ平面に対して所定の角度でＸＹ平行移動台に向けられる。好ましくは、光線は、ＸＹ平面に垂直なＺ軸に沿って方向付けられ、この場合、所定の角度は、ＸＹ平面に対して９０°である。光線は、被加工物のエッジに沿って配置された反射器に向けられ、これにより、当該光線は、反射器によって被加工物のエッジに反射され、更に被加工物のエッジにおいて反射して、反射器を経由して、レーザ走査装置内の検出器に戻る。これに代えて、当該光線は、被加工物のエッジに光線を向けるレーザ走査装置の出力側に接続される反射器によって反射してもよい。レーザ走査装置は、レーザ走査装置から被加工物のエッジまでの距離を測定する。この距離は、レーザ走査装置の所定のＸＹＺ座標に関連付けられ、被加工物のエッジ上の点のＸＹ座標が算出される。そして、レーザ走査装置は、反射器に平行な軸に沿って平行移動し、更なるデータ点が収集される。各反射器は、同様に走査されて、この結果、被加工物の側部測定が行われる。本発明によれば、僅か数秒で全ての走査が実行でき、１０００個以上のデータ点が生成され、この結果、従来の技術に比べ、被加工物の側部測定の速度及び精度の双方が向上する。

【0008】

ＣＮＣ機械装置は、プロセッサと、コンピュータ読取可能媒体、読出／書込メモリ、ユーザインタフェース、ネットワークインタフェース、他のＩ／Ｏ及び補助Ｉ／Ｏを有する制御システムを備える。補助Ｉ／Ｏは、アナログ入出力及びデジタル入出力を含む。プロセッサ及び／又は補助Ｉ／Ｏは、更に、ＰＷＭ生成モジュールと、割込コントローラと、デジタル信号処理モジュールと、カウンタと、組込みシステム設計の技術において周知の他のＩ／Ｏとを備えていてもよい。ＣＮＣ機械装置制御ソフトウェアは、上述した測定システムをＣＮＣ機械装置に統合する１つ以上のプログラムを含む。

【0009】

第１の態様では、複数の反射端を有する被加工物の側部測定を実行する方法は、被加工物がレーザ走査装置を有する機械装置のＸＹ平行移動台に対して固定された位置にあり、レーザ走査装置が最初に被加工物に対して所定のＸＹＺ座標に設けられる機械装置において実行される。この方法は、ＸＹ平行移動台によって、レーザ走査装置を次のＸＹＺ座標に配置する工程と（これを最初に行う場合、「次」のＸＹＺ座標とは、初期のＸＹＺ座標である。）、レーザ走査装置によって、レーザ走査装置が出射した光線を用いて、レーザ走査装置から被加工物の複数の反射端のうちの第１番目の反射端上の反射点までの距離を読み出す工程と、反射点のＸＹ座標を判定する工程と、被加工物の全ての側部測定が実行されるまでこれらの工程を繰り返す工程とを含む。側部測定を実行する工程は、好ましくは、複数の反射端のそれぞれの複数の点で反射点のＸＹ座標を判定する工程を含む。一実施形態においては、被加工物の周辺部全体に沿った（例えば、各エッジに沿った）不連続な距離の測定が行われると、全ての側部測定が行われる。好ましい実施形態では、被加工物は、略矩形であり、被加工物は、ＸＹ平行移動台のＸＹ平面に略揃えられ、レーザ走査装置の位置の変更は、Ｘ軸及びＹ軸の１つに沿ってレーザ走査装置の位置をインクリメントすることを含む。この方法は、好ましくはＸＹ座標を保存する工程を更に含む。レーザ走査装置によって出射された光線に対応する反射が受信されない場合、無効な座標を保存する。好ましい実施形態では、この方法は、被加工物の識別子を判定する工程を更に含む。識別子は、好ましくはレーザ走査装置を用いて走査される。識別子からは、識別子に関連する最適な座標の所定の一組を読み出すことができる。この方法は、好ましくは保存された座標を最適な座標の所定の一組と比較する工程を更に含む。このような実施形態では、機械装置は、通知システムを更に備え、上記方法は、保存された座標が、上記最適な座標の所定の一組に略一致したこと及び略一致しなかったことのうちの１つを示す通知を発行する工程を更に含む。

【0010】

第２の態様では、複数の反射端を有する被加工物の側部測定を実行するためのシステムは、被加工物を固定された位置に受容するＸＹ平行移動台と、ＸＹ平行移動台に接続されたレーザ走査装置と、コントローラとを備える。当該コントローラは、ＸＹ平行移動台を被加工物に対して所定の次のＸＹＺ座標に配置し、レーザ走査装置を制御して、そのレーザ走査装置が出射した光線を用いて、当該レーザ走査装置から被加工物の複数の反射端のうちの第１番目の反射端上の反射点までの距離を読み出し、反射点のＸＹ座標を判定し、被加工物の全ての側部測定が実行されるまで、これらの工程を繰り返す。幾つかの実施形態では、更に、被加工物の複数の反射端のそれぞれの上の点に光線を反射する複数の反射器を含む。被加工物は、好ましくは略矩形であり、反射器は、被加工物の反射端に平行に配置される。好ましい実施形態では、レーザ走査装置は、被加工物の反射端の上の点に光線を反射する反射器を含む。このような実施形態では、ＸＹ平行移動台は、ＸＹ平行移動台の上面に垂直なＺ軸においてレーザ走査装置を回転させる。好ましい実施形態では、コントローラは、ＸＹ平行移動台の位置を、第１の所定のＸＹＺ座標を通り、複数の反射端の１つに平行な線上にある第２の所定のＸＹＺ座標に変更する。幾つかの実施形態では、コントローラは、ＸＹ平行移動台の位置を複数の反射器の１つの軸によって画定される線上にある第２の所定のＸＹＺ座標に変更する。

【0011】

第３の態様では、プロセッサが実行可能な命令によってプログラムされた非一時的なコンピュータ読取可能媒体は、実行されると上述した方法の何れかを実現する命令をするようプログラムされている。

【0012】

以下の図面の詳細な情報によって説明される実施形態は、本発明の特徴を例示的に示すものである。同様の符号は、同様又は同じ要素を指す。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】幾つかの実施形態に基づくレーザ測定のためのシステムを示す図である。

【図2A】幾つかの実施形態に基づいて被加工物の側部測定を実行するシステムの部分側断面図である。

【図2B】幾つかの実施形態に基づいて被加工物の側部測定を実行するシステムの部分側断面図である。

【図3A】システム実施形態に基づく丸みを帯びたコーナを有する被加工物の側部測定を示す図である。

【図3B】幾つかの実施形態に基づくオフセットを有する被加工物の側部測定を示す図である。

【図4A】幾つかの実施形態に基づく被加工物の側部測定を実行する測定グリッドを示す図である。

【図4B】図４Ａの測定グリッドの側断面図である。

【図5】幾つかの実施形態に基づく被加工物の側部測定の方法の工程を示すフローチャートである。

【図6】幾つかの実施形態に基づく側部測定を実行する被加工物を特定する方法の工程を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

図１は、幾つかの実施形態に基づく被加工物の側部を測定するためのシステム１００を示している。当該システム１００は、システム支持体１０５と、（図２Ａ及び図２Ｂに示す）検出器１１５を有するレーザ走査装置１１０と、ＸＹ平行移動台１２０と、複数の保持部１４０及び付随する（図２Ａ及び図２Ｂに示す）留め具１４５に保持される複数の反射器１３０と、及び測定される被加工物１５０とを備える。被加工物１５０は、複数の反射端１３５を有する。被加工物１５０は、ＸＹ平行移動台１２０に搭載され、これによって、被加工物１５０は、ＸＹ平行移動台１２０の上面に画定される平面において、ＸＹ方向に移動することができる。レーザ走査装置１１０は、当該レーザ走査装置１１０から出射される（図２Ａ及び図２Ｂに示す）レーザ光１６０が被加工物１５０及びＸＹ平行移動台１２０の平面に略垂直になるように方向付けられる。レーザ光１６０は、複数の反射器１３０のうちの１つの反射器１３０に向けられる。これら複数の反射器１３０は、被加工物１５０の近傍の周囲に配置され、これにより、レーザ光１６０は、反射器１３０によって、被加工物１５０の反射端１３５に向かって反射され、（図２Ａ及び２Ｂに符号１６５として示すように）反射端１３５に反射されて反射器１３０に戻り、更に反射器１３０に反射されて検出器１１５に戻る。レーザ走査装置１１０は、当該レーザ走査装置１１０から被加工物１５０までの距離を測定する。この距離及びレーザ走査装置のＸＹＺ座標を用いて、反射端１３５上のレーザ光１６０の反射点のＸＹ座標が判定される。この座標は、データ保存される。そして、レーザ走査装置１１０は、複数の反射器１３０のうちの１つの反射器１３０に平行移動してから、他の測定値が取得されて保存される。なお、本発明の範囲内で変更を加えられることは、当業者にとって明らかである。例えば、スキャナシステム１１０をＸＹ平行移動台に搭載し、被加工物１５０をある位置に固定してもよい。

【0015】

図２Ａは、被加工物１５０の側部測定を実行するシステム１００の側断面図である。ＣＮＣ機械装置（図示せず）は、ＸＹ平行移動台１２０と、検出器１１５を有するレーザ走査装置１１０と、留め具１４５を有する保持部１４０によってＸＹ平行移動台１２０に保持された反射器１３０とを備える。レーザ走査装置１１０は、ＣＮＣ機械装置によって、ＸＹ平行移動台１２０に対して、所定のＺ座標に配置される。被加工物１５０の側部測定の間、所定のＺ座標は、一定のままである。レーザ走査装置１１０は、反射器１３０によって被加工物１５０に反射されるレーザ光１６０を出射する。レーザ光１６０は、被加工物１５０の反射端１３５によって反射されて反射光１６５となり、続いて反射器１３０によって検出器１１５に反射される。レーザ走査装置１１０は、レーザ光１６０及び上述のように反射した反射光１６５の「走行時間」を計算することによって、レーザ走査装置１１０から被加工物１５０を経て検出器１１５に戻る距離を計算する。レーザ光１６０、１６５の往復経路を２で除算することによって、レーザ走査装置１１０から被加工物１５０の反射端１３５までの一方向のレーザ光走行距離が得られる。レーザ光１６０の全体的な一方向の走行距離からＺ方向におけるレーザ光１６０の一方向の走行距離を減算することによって、反射器１３０上の反射点から被加工物１５０までの距離が得られる。反射器１３０の反射点から被加工物１５０までの距離を反射器１３０による反射点の座標に加算又はここから減算することによって、被加工物１５０上の反射光１６５の反射点のＸＹ座標を得ることができる。（座標演算の詳細説明図を図４として示す。）レーザ走査装置１１０は、反射器１３０の軸１８０（図４に示す。）に沿って増加的に平行移動し、各インクリメント毎に被加工物１５０の更なる座標を判定する。被加工物１５０の各反射端１３５を同様に走査することによって、被加工物１５０の座標の全ての集合が生成される。レーザ走査装置１１０から出射されたレーザ光１６０は、説明のためのみに反射光１６５からオフセットしているように示している。実際には、レーザ光１６０、１６５は、同じ位置にあることは、当業者にとって明らかである。ここでは、レーザ走査装置に関連して本発明を説明しているが、音波スキャナを用いてもよいことは、当業者にとって明らかである。但し、精度の高さから、レーザ走査装置を用いることが好ましい。

【0016】

図２Ｂは、幾つかの実施形態に基づくＣＮＣ機械装置上の被加工物の側部測定を実行するシステム１００の側断面図を示している。この実施形態では、単一の反射器１３０が反射器アーム１７０を介してレーザ走査装置１１０に機械的に接続されている。反射器１３０は、レーザ走査装置１１０から所定の固定された距離に配置される。レーザ走査装置１１０は、ＸＹ平行移動台（図示せず）に搭載され、図２ＡのＸＹ平行移動台１２０に代えて固定された台１２０’が設けられている。被加工物１５０の反射端１３５は、図１及び図２Ａに示す反射器１３０の中心線に沿った走査と同様に、反射端１３５に平行な線に沿って走査される。そして、レーザ走査装置は、この具体例では、Ｚ軸を中心に時計回りに９０°回転し、被加工物１５０の次の反射端１３５が同様に走査される。長方形の被加工物１５０の残りの２つの反射端１３５のそれぞれも同様に走査され、図１及び図２Ａの場合と同様に、被加工物１５０の座標が得られる。

【0017】

図３Ａは、半径Ｒを有する丸みを帯びたコーナを有する被加工物１５０の側部測定を示している。図３Ａは、側部測定システムの部分平面図である。保持部１４０及び留め具１４５は、説明を明瞭にするために省略している。ここに示す側部測定システム１００は、被加工物１５０の近傍の周囲に固定された複数の反射器１３０を備える。側部測定システム１００の当該実施形態では、反射器１３０は、被加工物１５０の反射端１３５に向けてレーザ光１６０を反射し、続いて反射端１３５は、レーザ光１６０を戻り方向に反射して反射光１６５を生成し、反射光１６５は、レーザ走査装置１１０に設けられた検出器１１５によって検出される。レーザ光１６０−１〜１６０−５は、レーザ走査装置１１０から下向きに出射される。光線、例えば、レーザ光１６０−１が反射器１３０に当たる点は、光線方向を示す矢印の開始端における白抜きの円で示されている。被加工物１５０の反射端１３５が丸みを帯びた場合又は直角ではない場合、反射光１６５は、検出器１１５によって検出されない。ここでは、複数のレーザ光１６０−１〜１６０−５及び反射光１６５−１〜１６５−５を示している。第１及び第２の反射光１６５−１、１６５−２は、それらの入射レーザ光１６０−１、１６０−２のそれぞれに平行に反射される。反射光１６５−１及び１６５−２は、検出器１１５によって検出及び測定される。第３及び第４のレーザ光１６０−３、１６０−４は、反射端１３５の曲がった部分において当該反射端１３５に当たる。従って、反射光１６５−３、１６５−４は、検出器１１５によって検出されない。レーザ光１６０−５は、当該レーザ光１６０−５と直交する被加工物１５０の反射端１３５において被加工物１５０に当たるので、かかるレーザ光１６０−５は、反射光１６５−５となって検出器１１５に反射して戻される。

【0018】

図３Ｂは、幾つかの実施形態に基づく、オフセットを有する被加工物１５０の側部測定を示している。この図は、側部測定システム１００の部分平面図である。保持部１４０及び留め具１４５は、説明を明瞭にするために省略している。ここに示す側部測定システム１００は、被加工物１５０の近傍の周囲に固定された複数の反射器１３０を備える。図３Ａの実施形態と同様、レーザ光１６０は、反射器１３０から被加工物１５０の反射端１３５に向かって反射される。反射端１３５は、レーザ光１６０を反射光１６５として反射して反射器１３０に戻し、当該反射光１６５は、レーザ走査装置１１０に設けられた検出器１１５によって検出される。被加工物１５０が反射端１３５内にオフセットを有する場合、又は他の態様の直角ではない端部を有する場合、反射光１６５は、検出器１１５によって検出されない。ここでは、複数のレーザ光１６０−１０〜１６０−１５及び反射光１６５−１０〜１６５−１５を示している。第１の反射光１６５−１０は、入射レーザ光１６０−１０に平行に反射される。反射光１６５−１０は、検出器１１５によって検出及び測定される。第２のレーザ光１６０−１１は、被加工物１５０の端部のオフセットした部分において、反射端１３５に当たる。従って、反射光１６５−１１は、検出器１１５によって検出されない。レーザ光１６０−１２〜１６０−１５は、レーザ光１６０−１２〜１６０−１５と直交する反射端１３５の部分に当たるので、レーザ光１６０−１２〜１６０−１５は、反射光１６５−１２〜１６５−１５として検出器１１５に反射して戻される。

【0019】

図４Ａは、被加工物１５０の側部測定を実行するための測定グリッドを示している。要素１８０は、被加工物１５０の反射端１３５の走査のパスの中心線を表している。複数の反射器１３０がＸＹ平行移動台１２０に固定される実施形態では、要素１８０は、反射器１３０の軸及びレーザ走査装置１１０の走査パスを表す。レーザ走査装置１００が反射器１３０を備える実施形態では、要素１８０は、レーザ走査装置１１０の走査パスを表す。要素１８０は、ＸＹ平行移動台１２０が被加工物１５０を移動させる任意のＸＹ座標空間に重畳され、又は被加工物１５０が固定され、レーザ走査装置１１０が平行移動する実施形態では、レーザ走査装置１１０が平行移動する任意のＸＹ座標空間に重ねられる。図４Ｂは、システム１００の要素を更に示すために用いられる図４Ａの線Ａ−Ａにおけるグリッドの側断面図である。要素１８０は、４つの任意に命名された点（Ｘ_０，Ｙ_０）、（Ｘ_０，Ｙ_１）、（Ｘ_１，Ｙ_１）及び（Ｘ_１，Ｙ_０）において交差している。走査を実行するための工程は、図５を用いて後に説明する。図４Ａ及び図４Ｂは、被加工物１５０の座標を判定する演算原理を示している。図４Ｂに示すように、レーザ走査装置１１０は、任意の走査点（Ｘ_０，Ｙ_ｉ）上の高さｄ_１に位置する。レーザ光１６０を反射器１３０上の点（Ｘ_０，Ｙ_ｉ）に方向付けることによって、測定が行われる。レーザ走査装置１１０は、出射されたレーザ光１６０及びその反射光１６５の往復経路（１６０／１６５として示す。）を測定し、これを２で除算して片方の距離を算出し、ここからｄ_１を減算することによって、ｄ_ｉの値を算出する。この測定点における被加工物の座標は、（Ｘ_０＋ｄ_ｉ，Ｙ_ｉ）である。レーザ走査装置１１０は、Ｘ座標をＸ_０としたまま、（図の紙面に垂直な）Ｙ方向にインクリメントされる。各インクリメント毎に、被加工物１５０の反射端１３５までの距離を測定し、被加工物１５０の座標を判定する。そして、レーザ走査装置は、ダッシュ付きの符号１１０’で示すように、第２の位置（Ｘ_１，Ｙ_ｊ）において、更なる測定を行う。出射されたレーザ光１６０’及びその反射光１６５’の往復経路（１６０’／１６５’として示す。）が測定され、これを２で除算して片方の距離が算出され、ここらｄ_１を減算することによって、ｄ_ｊの値が算出される。この結果、測定点における被加工物１５０の座標は、（Ｘ_１−ｄ_ｊ，Ｙ_ｉ）となる。また、図４Ｂには、測定される部分のタイプを特定する部分ＩＤ領域１９０が示されている。部分ＩＤは、ＣＮＣ機械装置に付与され、ＣＮＣ機械装置は、その部分ＩＤを有する特定のタイプの部分のＣＮＣ情報を読み取ることができる。図６は、部分ＩＤ領域１９０を走査する方法６００の工程を示している。

【0020】

図５は、幾つかの実施形態に基づく被加工物の側部測定のための方法５００の工程を示している。当該測定方法は、工程５０５で開始され、ここで測定される部分の型について、部分ＩＤで判定される。部分ＩＤは、側部測定システムに手作業で入力してもよく、レーザ走査装置１１０によって、部分ＩＤ領域１９０を走査することによって判定してもよい。側部測定走査は、レーザ走査装置の第１の位置Ｘ_０，Ｙ_０で開始される。工程５１０では、図４Ｂを用いて上述で説明したように、レーザ走査装置の位置をＹ方向にインクリメントし、測定を行う。工程５１５において、レーザ走査装置のＹ座標がＹ_１となった場合、Ｘ座標がＸ_０である反射端についてのＹ方向の測定走査を停止して、当該測定方法は、工程５２０に進む。そうでない場合では、当該測定方法は、工程５１０に戻る。工程５２０では、初期値がＸ_０，Ｙ_１であるレーザ走査装置の位置をＸ方向にインクリメントして、測定を行う。工程５２５では、レーザ走査装置のＸ座標がＸ_１となった場合、Ｙ座標がＹ_１である反射端についての測定走査を停止し、当該測定方法は、工程５３０に進む。そうでない場合では、当該測定方法は、工程５２０に戻る。工程５３０では、初期値がＸ_１，Ｙ_１であるレーザ走査装置の位置をＹ方向にデクリメントして、測定を行う。工程５３５では、レーザ走査装置位置のＹ座標がＹ_０となった場合、Ｘ座標がＸ_１である反射端についての測定走査を停止し、当該測定方法は、工程５４０に進む。そうでない場合では、当該測定方法は、工程５３０に戻る。工程５４０では、初期値がＸ_１，Ｙ_０であるレーザ走査装置の位置をＸ方向にデクリメントして、測定を行う。工程５４５では、レーザ走査装置のＸ座標がＸ_０となった場合、Ｙ座標がＹ_０である反射端についての測定走査を停止し、当該測定方法５００は終了する。そうでない場合では、当該測定方法は、工程５４０に戻る。

【0021】

一例として、レーザ走査は、不連続なオフセットで被加工物の周辺部の全体を横断するような所定のパターンで移動する。他の実施形態として、レーザ走査は、被加工物の周辺部の全体ではなく、被加工物の正確な測定を行うために十分な数の点を走査するように横断してもよい。

【0022】

図６は、幾つかの実施形態に基づく側部測定を実行する被加工物を特定する方法６００の工程を示す。図４Ｂに示すように、被加工物１５０の反射端上には、部分ＩＤ領域１９０が設けられている。工程６０５では、レーザ走査装置を最初にＸ_０，Ｙ_０に配置する。部分ＩＤ領域は、Ｘ_１，Ｙ_０で終了する。工程６１０では、レーザ走査装置のＸ座標をインクリメントして、測定を行う。上述のようにして、測定値を座標に変換する。工程６１５では、レーザ走査装置のＸ座標がＸ_１になった場合、当該方法は、工程６２０に進む。そうでない場合では、当該方法は、工程６１０に戻る。工程６２０では、部分ＩＤの座標をデコードする。座標から部分ＩＤをデコードする手法については、後述する。

【0023】

システム統合
ここに説明した側部測定プロセスは、被加工物の機械加工における前処理工程である。従って、側部測定システムは、既存のＣＮＣ機械装置に統合できる。このような統合において、レーザ走査装置は、ＣＮＣ機械装置内のプロセッサにインタフェースを介して接続され、これによりレーザ走査装置によって生成された被加工物の座標がデータとしてＣＮＣ機械装置に送られる。ＣＮＣ機械装置は、被加工物を加工するように既にプログラムされており、従って、ＣＮＣ機械装置は、機械加工の前及び加工中に被加工物を記述するデータを含んでいる。レーザ走査装置が生成した座標は、ＣＮＣ機械装置に保存されている被加工物のための設計データと比較することができる。比較等を容易にするために、ＣＮＣデータは、部分ＩＤを参照することができる。機械加工される被加工物及びその側部測定値も部分ＩＤによって参照することができる。

【0024】

部分ＩＤのデコード
ここに説明する部分ＩＤは、特定のクラスの被加工物１５０の識別子である。部分ＩＤは、特定のタイプ又は形状の被加工物１５０をＣＮＣ命令に関連付けて、ＣＮＣ命令は、その特定のタイプ又は形状の全ての被加工物１５０を加工する。部分ＩＤは、側部測定プロセスを実行する前に手作業でＣＮＣ機械装置に入力してもよい。これに代えて、部分ＩＤは、被加工物１５０上のステッカ又は機械加工から走査してもよい。レーザ走査装置１１０は、反射の有無を検出し、反射が有る場合、レーザシステムから被加工物１５０上の反射点までの距離を算出する。このため、レーザ走査装置は、被加工物１５０の反射端１３５上の機械加工の深さと幅の両方を検出できる。従って、部分ＩＤは、被加工物１５０上の部分ＩＤ領域１９０内の様々な深さ、幅及び／又は反射率を有する機械加工から構成することができる。走査された深さ、幅及び／又は反射率のパターンは、ＣＮＣ機械装置に渡され、ＣＮＣ機械装置に保存されているパターンに基づいて、部分ＩＤに変換される。

【0025】

被加工物の非反射的部分
図３Ａ及び図３Ｂを用いて説明したように、被加工物１５０は、必ずしも直交する反射端のみを含んでいるわけではない。歪みやオフセットがなければ反射端となる筈の曲がったエッジ又はオフセットは、測定の間、レーザ走査装置１１０が出射したレーザ光１６０に対応する反射光１６５を検出器１１５が受信されなかったことによって検出できる。非反射性領域は、無効な座標として保存される。無効な座標とは、例えば、負の座標や、明らかに無効とわかる程度の大きい座標、又は他の論理的に無効な値を有する座標である。そして、これらの非反射性領域の座標をＣＮＣ機械装置内の一組の最適な座標と比較して、被加工物１５０が最適な座標に一致しているかを判定することができる。測定された座標の最適な座標からの偏りが閾値より大きい場合、被加工物１５０が間違った部分ＩＤを有していると論理的に推定することができ、ＣＮＣ機械装置の機械加工を開始する前に、側部測定／ＣＮＣシステムのオペレータに適切な通知を行うことができる。このような比較は、被加工物１５０の製造不良を特定でき、及び被加工物１５０に不適当な部分ＩＤが付されていることを特定できる。何れの場合も、被加工物を機械加工する前に、側部測定座標をＣＮＣ機械装置の最適な座標と比較することによって、生成されるスクラップを減らすことができる。

【0026】

スキャニング効率の向上
上述したように、側部測定システムは、ＣＮＣ機械装置に組み込むことができる。ＣＮＣ機械装置は、被加工物１５０のための機械加工命令を含む。機械加工命令は、被加工物の部分ＩＤを参照することができる。レーザ測定プロセスをＣＮＣ機械装置に組み込むことによって、被加工物１５０のための最適な座標を前処理し、被加工物１５０の各反射端１３５の非反射的な領域がどこに位置しているかを判定することができる。そして、ここに説明した側部測定プロセスを変更して、これらの非反射的な領域をスキップするようにでき、これによって、反射端の非反射的な部分を走査することによる無駄な時間を省略するので、側部測定の速度を速めることができる。

【0027】

実際の動作では、被加工物は、圧盤に載置され、当該圧盤に固定される。被加工物は、通常、反射端を有する実質的な矩形の形状を有する。レーザ走査装置は、被加工物の全体の周辺部について、反射端の座標を測定し、当該座標を保存する。反射端に関する各レーザ測定の間のインクリメント量は、スキャニングの速度と、収集されるデータ点の数量との間のバランスを考慮して変更することができる。側部測定座標は、保存され、ＣＮＣ機械装置による機械加工の前に、ＣＮＣ機械装置に付与される。

【0028】

本発明の特徴を示すために特定の実施形態について説明した。添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の思想及び範囲から逸脱することなく、実施形態を変更できることは、当業者にとって明らかである。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】