(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】
(24)【登録日】2023-10-25
(45)【発行日】2023-11-02
(54)【発明の名称】計測装置
(51)【国際特許分類】
B23Q 17/20 20060101AFI20231026BHJP
B23B 25/06 20060101ALI20231026BHJP
B25J 13/00 20060101ALI20231026BHJP
【ＦＩ】
B23Q17/20 A
B23B25/06
B25J13/00 Z
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2020016548
(22)【出願日】2020-02-03
(65)【公開番号】P2021122874
(43)【公開日】2021-08-30
【審査請求日】2022-09-30
(73)【特許権者】
【識別番号】000149066
【氏名又は名称】オークマ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001210
【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】吉野 清
【審査官】小川 真
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１０－２０１５５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０６５１９８６０（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】米国特許第０５９９６２３９（ＵＳ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｑ １７／２０、１７／２２
Ｂ２３Ｂ ２５／０６
Ｂ２５Ｊ １３／００
Ｇ０１Ｂ ５／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
工作機械の加工室内において移動可能であり、工具またはワークを保持または支持する１以上の移動体と、前記加工室内に配置された機内ロボットと、
前記機内ロボットで保持され、被計測物への接触を検知する接触センサと、
計測期間中、前記接触センサに対する位置が不変となる位置に設けられた接合部と、
計測期間中、前記移動体に対する位置が不変となる位置に設けられ、前記接合部が３次元的に押し当てられる複数の受容部と、
前記移動体および前記機内ロボットの駆動を制御するコントローラと、
を備え、前記コントローラは、前記接合部を前記複数の受容部の一つに押し当てた状態を維持したまま、前記接触センサが被計測物に近づくように前記移動体を移動させ、前記被計測物への接触が検知されたタイミングでの前記移動体の位置である検出位置に基づいて、前記接触センサの接触点の位置を算出する、
ことを特徴とする計測装置。
【請求項2】
工作機械の加工室内において移動可能であり、工具またはワークを保持または支持する１以上の移動体と、
前記加工室内に配置された機内ロボットと、
前記機内ロボットで保持され、被計測物への接触を検知する接触センサと、
計測期間中、前記接触センサに対する位置が不変となる位置に設けられた接合部と、
計測期間中、前記移動体に対する位置が不変となる位置に設けられ、前記接合部が３次元的に押し当てられる複数の受容部と、
前記移動体および前記機内ロボットの駆動を制御するコントローラと、
を備え、前記コントローラは、前記接合部を前記複数の受容部の一つに押し当てた状態を維持したまま、前記接触センサが被計測物に近づくように前記移動体を移動させ、前記被計測物への接触が検知されたタイミングでの前記移動体の位置である検出位置に基づいて、前記接触センサの接触点の位置を算出し、
前記複数の受容部のうち少なくとも一つは、前記移動体に形成された凹部または凸部である、ことを特徴とする計測装置。
【請求項3】
工作機械の加工室内において移動可能であり、工具またはワークを保持または支持する１以上の移動体と、
前記加工室内に配置された機内ロボットと、
前記機内ロボットで保持され、被計測物への接触を検知する接触センサと、
計測期間中、前記接触センサに対する位置が不変となる位置に設けられた接合部と、
計測期間中、前記移動体に対する位置が不変となる位置に設けられ、前記接合部が３次元的に押し当てられる複数の受容部と、
前記移動体および前記機内ロボットの駆動を制御するコントローラと、
を備え、前記コントローラは、前記接合部を前記複数の受容部の一つに押し当てた状態を維持したまま、前記接触センサが被計測物に近づくように前記移動体を移動させ、前記被計測物への接触が検知されたタイミングでの前記移動体の位置である検出位置に基づいて、前記接触センサの接触点の位置を算出し、
前記複数の受容部のうち少なくとも一つは、前記移動体に装着可能な受容部品に形成された凹部または凸部である、ことを特徴とする計測装置。
【請求項4】
工作機械の加工室内において移動可能であり、工具またはワークを保持または支持する１以上の移動体と、
前記加工室内に配置された機内ロボットと、
前記機内ロボットで保持され、被計測物への接触を検知する接触センサと、
計測期間中、前記接触センサに対する位置が不変となる位置に設けられた接合部と、
計測期間中、前記移動体に対する位置が不変となる位置に設けられ、前記接合部が３次元的に押し当てられる複数の受容部と、
前記移動体および前記機内ロボットの駆動を制御するコントローラと、
を備え、前記コントローラは、前記接合部を前記複数の受容部の一つに押し当てた状態を維持したまま、前記接触センサが被計測物に近づくように前記移動体を移動させ、前記被計測物への接触が検知されたタイミングでの前記移動体の位置である検出位置に基づいて、前記接触センサの接触点の位置を算出し、
前記受容部は、互いに異なる面内に位置するとともに前記接合部に同時に接触可能な三つの平面を有する、または、前記接合部に同時に接触する二つの平面および一つの頂点を含む角錐形状である、ことを特徴とする計測装置。
【請求項5】
請求項１から４のいずれか１項に記載の計測装置であって、
前記移動体は、刃物台、主軸頭、対向主軸台、および、心押台のいずれかである、ことを特徴とする計測装置。
【請求項6】
請求項１から５のいずれか一項に記載の計測装置であって、前記コントローラは、前記接合部を前記受容部に押し当てた状態を維持したまま前記移動体を移動させる際には、前記移動体が出力する力が、前記機内ロボットが出力する力よりも大きくなるように、前記移動体および前記機内ロボットの駆動を制御する、ことを特徴とする計測装置。
【請求項7】
請求項１から６のいずれか一項に記載の計測装置であって、前記コントローラは、前記接合部を前記複数の受容部の一つに押し当てた状態を維持したまま、前記接触センサが基準面または基準点に接触させたタイミングでの前記移動体の位置を基準位置として取得し、前記基準位置と前記検出位置の差分値と、前記基準面または基準点の位置と、に基づいて前記接触点の位置を算出する、ことを特徴とする計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書では、工作機械の加工室内において、被測定物を計測する計測装置を開示する。
【背景技術】
【0002】
従来から、工作機械の加工室内において、ワーク等の被測定物の形状を高精度で計測したいという要望がある。そのため、従来から、加工室内に設けられた工具保持装置（例えば、主軸頭や刃物台等）に、工具に替えて接触センサを装着し、当該接触センサを用いて被測定物の形状を計測する技術が知られている。例えば、特許文献１には、刃物台にタッチセンサを設け、当該タッチセンサが工作物に接触したタイミングでの刃物台の位置に基づいて、工作物の形状を把握する技術が開示されている。ここで、工具保持装置は、通常、高い位置決め精度を有している。かかる工具保持装置に接触センサを取り付けることで、工具保持装置と同じ精度で、被測定物を計測できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開昭６１－１７３８４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、被測定物の形状が複雑な場合には、接触センサと被測定物とを干渉させることなく、接触センサを計測部位に接触させることができない場合があった。こうした問題は、制御軸数が三つしかない三軸加工機では、特に、生じやすかった。もちろん、制御軸数を増やすことで、こうした問題は軽減できるが、その場合、工作機械の大型化や高価格化という別の問題を招く。
【0005】
そこで、本明細書では、従来技術に比べて、より高い自由度で、加工室内において被測定物を計測できる計測装置を開示する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本明細書で開示する計測装置は、工作機械の加工室内において移動可能であり、工具またはワークを保持または支持する１以上の移動体と、前記加工室内に配置された機内ロボットと、前記機内ロボットで保持され、被計測物への接触を検知する接触センサと、計測期間中、前記接触センサに対する位置が不変となる位置に設けられた接合部と、計測期間中、前記移動体に対する位置が不変となる位置に設けられ、前記接合部が３次元的に押し当てられる複数の受容部と、前記移動体および前記機内ロボットの駆動を制御するコントローラと、を備え、前記コントローラは、前記接合部を前記複数の受容部の一つに押し当てた状態を維持したまま、前記接触センサが被計測物に近づくように前記移動体を移動させ、前記被計測物への接触が検知されたタイミングでの前記移動体の位置である検出位置に基づいて、前記接触センサの接触点の位置を算出する、ことを特徴とする。
【0007】
この場合、前記複数の受容部のうち少なくとも一つは、前記移動体に形成された凹部または凸部であってもよい。
【0008】
また、前記複数の受容部のうち少なくとも一つは、前記移動体に装着可能な受容部品に形成された凹部または凸部であってもよい。
【0009】
また、前記移動体は、刃物台、主軸頭、対向主軸台、および、心押台のいずれかであってもよい。
【0010】
また、前記受容部は、互いに異なる面内に位置するとともに前記接合部に同時に接触可能な三つの平面を有する、または、前記接合部に同時に接触する二つの平面および一つの頂点を含む角錐形状であってもよい。
【0011】
また、前記コントローラは、前記接合部を前記受容部に押し当てた状態を維持したまま前記移動体を移動させる際には、前記移動体が出力する力が、前記機内ロボットが出力する力よりも大きくなるように、前記移動体および前記機内ロボットの駆動を制御してもよい。
【0012】
また、前記コントローラは、前記接合部を前記複数の受容部の一つに押し当てた状態を維持したまま、前記接触センサが基準面または基準点に接触させたタイミングでの前記移動体の位置を基準位置として取得し、前記基準位置と前記検出位置の差分値と、前記基準面または基準点の位置と、に基づいて前記接触点の位置を算出してもよい。
【発明の効果】
【0013】
本明細書で開示する計測装置によれば、移動体の位置決め精度と同程度の精度、かつ、移動体よりも高い自由度で、被計測部位の形状を計測できる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】計測装置が組み込まれた工作機械の概略的な側面図である。
【図2】工作機械のうち要部のみを抜き出した正面図である。
【図4】接合部および受容部の形状の一例を示す図である。
【図5】接合部および受容部の形状の一例を示す図である。
【図6】計測装置の電気的構成を示すフローチャートである。
【図7】第一受容部に接合部を押し当てた様子を示す図である。
【図8】第二受容部に接合部を押し当てた様子を示す図である。
【図9】計測装置を用いた計測の流れを示すフローチャートである。
【図10】計測装置を用いた計測の流れを示すフローチャートである。
【図11】計測装置の他の構成を示す図である。
【図12】計測装置が組み込まれる他の工作機械の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、計測装置の構成について図面を参照して説明する。はじめに、計測装置の機械的構成について、図１～図５を参照して説明する。図１は、計測装置が組み込まれた工作機械１０の概略的な側面図である。図２は、工作機械１０のうち要部のみを抜き出した正面図である。また、図３は、図２のＡ部拡大図である。さらに、図４、図５は、後述する接合部４６および受容部４８の形状の一例を示す図である。以下の説明では、主軸の回転軸と平行な方向をＺ軸、刃物台２１のＺ軸と直交する移動方向と平行な方向をＸ軸、Ｘ軸およびＺ軸に直交する方向をＹ軸と呼ぶ。
【0016】
この工作機械１０は、自転するワーク５０（図１では図示せず、図２参照）に刃物台２１で保持した工具２６を当てることで、ワーク５０を加工する旋盤である。より具体的には、この工作機械１０は、ＮＣ制御されるとともに、複数の工具２６を保持するタレット２２を備えたターニングセンタである。
【0017】
工作機械１０の加工室１２の周囲は、カバー１４で覆われている。加工室１２の前面には、大きな開口が形成されており、この開口は、ドア１６により開閉される。オペレータは、この開口を介して、加工室１２内の各部にアクセスする。加工中、開口に設けられたドア１６は、閉鎖される。これは、安全性や環境性等を担保するためである。
【0018】
工作機械１０は、ワーク５０の一端を自転可能に保持する主軸装置と、工具２６を保持する刃物台２１と、ワーク５０の他端を支える心押台２４（図１では図示せず、図２参照）と、を備えている。主軸装置は、回転モータ等を内蔵した主軸台と、当該主軸台に取り付けられた主軸１９と、を備えている。主軸１９は、ワーク５０を着脱自在に保持するチャック３３やコレットを備えており、保持するワーク５０を適宜、交換できる。また、主軸１９およびチャック３３は、水平方向（Ｚ軸方向）に延びる回転軸を中心として自転する。
【0019】
心押台２４は、Ｚ軸方向に、主軸１９と対向して配置されており、主軸１９で保持されたワーク５０の他端を支える。心押台２４は、ワーク５０に対して接離できるように、Ｚ軸方向に移動可能となっている。
【0020】
刃物台２１は、工具２６を保持する。この刃物台２１は、Ｚ軸、すなわち、ワーク５０の軸と平行な方向に移動可能となっている。また、刃物台２１は、Ｘ軸と平行な方向、すなわち、ワーク５０の径方向にも進退できるようになっている。つまり、刃物台２１は、加工室１２内において移動可能であり、工具２６を保持する移動体２０として機能する。なお、図から明らかな通り、Ｘ軸は、加工室１２の開口からみて、奥側に進むにつれ上方に進むように、水平方向に対して傾いている。
【0021】
刃物台２１は、そのＺ方向端面に、タレット２２を有している。タレット２２は、Ｚ軸方向視で多角形となっており、Ｚ軸に平行な軸を中心として回転可能となっている。このタレット２２の周面には、複数の工具２６が着脱自在に装着できる。そして、タレット２２を回転させることで、加工に使用する工具２６を変更できるようになっている。このタレット２２で保持される工具２６は、旋削に使用される旋削用工具（「バイト」とも呼ばれる）でもよいし、転削に使用される回転工具（「エンドミル」とも呼ばれる）でもよい。こうした工具２６は、直接、または、工具ホルダを介してタレット２２に装着される。
【0022】
このタレット２２に保持された工具２６は、刃物台２１を、Ｚ軸と平行な方向に移動することで、Ｚ軸と平行な方向に移動する。また、刃物台２１をＸ軸と平行な方向に移動させることで、タレット２２に保持された工具２６は、Ｘ軸に平行な方向に移動する。そして、刃物台２１をＸ軸に平行な方向に移動させることで、工具２６によるワーク５０の切り込み量等が変更できる。
【0023】
加工室１２内には、さらに、計測装置の一部として機能する機内ロボット２８が設けられている。機内ロボット２８は、加工室１２内に設けられた多自由度のロボットであり、複数のリンク２９が関節を介して接続された多関節ロボットである。本例では、この機内ロボット２８を加工室１２の壁面に設置しているが、機内ロボット２８は、後述する接合部４６を受容部４８に押し当てることができるのであれば、その設置場所や構成は適宜、変更されてもよい。例えば、機内ロボット２８は、加工室１２の天面や主軸１９等に設置されてもよい。
【0024】
機内ロボット２８には、接触センサ３０が取り付けられている。接触センサ３０は、他部材への接触を検知するセンサである。この接触センサ３０は、例えば、被測定物に接触するスタイラス３０ａと、当該スタイラス３０ａの変異を検知するセンサ（例えば光学センサや圧力センサ等）と、を含む。接触センサ３０の検知結果は、後述するコントローラ３２に出力される。
【0025】
さらに、本例では、高精度かつ高自由度に被測定物の形状を計測するために、接合部４６と、第一、第二受容部４８ａ，４８ｂ（以下、両者を区別しない場合は「受容部４８」と呼ぶ）と、を設けている。接合部４６は、接触センサ３０に対する位置が不変となる位置に設けられる部材である。したがって、接合部４６は、接触センサ３０、または、接触センサ３０に最も近いリンク２９に固着されてもよい。図示例では、接合部４６は、接触センサ３０に最も近いリンク２９に固着されている。
【0026】
受容部４８は、接合部４６が３次元的に押し当てられる部位であって、移動体２０である刃物台２１に対する位置が不変となる位置に設けられる部位である。本例では、受容部４８を、移動体２０、より具体的には、刃物台２１のタレット２２に形成された凹部としている。ここで、「３次元的に押し当てる」とは、押し当てることで、Ｘ軸、Ｙ軸、および、受容部４８に対するＺ軸の３軸方向の位置が固定されることを意味する。そして、受容部４８は、接合部４６が押し当てられることで、当該接合部４６と刃物台２１との相対位置を一定に保てるのであれば、その形状は特に限定されない。したがって、受容部４８は、例えば、図４に示すように、互いに異なる面内に位置し、接合部４６が同時に接触可能な三つの面を有する形状でもよい。また、別の形態として、受容部４８は、図５に示すように、接合部４６が、同時に接触可能な二つの面と一つの頂点を有する角錐形状でもよい。いずれの形状であっても、接合部４６を受容部４８に押し当てることで、接触センサ３０と刃物台２１との相対位置関係が一定に保たれる。
【0027】
次に、計測装置の電気的構成について図６を参照して説明する。計測装置は、刃物台２１である移動体２０と、機内ロボット２８と、当該機内ロボット２８で保持された接触センサ３０と、これらの駆動を制御するコントローラ３２と、を含む。移動体２０は、当該移動体２０を移動させるための動力を出力する移動モータ３８と、当該移動体２０の位置を検出する位置センサ４０と、を含む。移動モータ３８は、移動体２０の制御軸ごとに設けられる。したがって、移動体２０が、３軸方向に移動できる場合、移動モータ３８は三つ設けられる。移動モータ３８の駆動は、コントローラ３２により制御される。
【0028】
また、位置センサ４０も、移動体２０の制御軸ごとに設けられてもよい。位置センサ４０は、移動体２０または移動モータ３８の絶対位置を検出するものでもよいし、移動量を検出するものでもよい。位置センサ４０としては、例えば、ロータリーエンコーダやリニアエンコーダを用いることができる。この位置センサ４０での検知結果は、コントローラ３２に出力される。
【0029】
また、機内ロボット２８には、複数のリンク２９を駆動するためのロボットアクチュエータ４２が、設けられている。このロボットアクチュエータ４２の駆動も、コントローラ３２により制御される。また、機内ロボット２８には、各リンク２９の位置および姿勢を検知する位置センサ４４が設けられている。位置センサ４４の検知結果も、コントローラ３２に出力される。さらに、機内ロボット２８で保持された接触センサ３０の検知結果もコントローラ３２に出力される。
【0030】
コントローラ３２は、工作機械１０の各部の駆動を制御する。このコントローラ３２は、例えば、各種演算を行うプロセッサ３４と、各種制御プログラムや制御パラメータを記憶するメモリ３６と、を有する。また、コントローラ３２は、通信機能を有しており、他の装置との間で各種データ、例えば、ＮＣプログラムデータ等を授受できる。このコントローラ３２は、例えば、工具２６やワーク５０の位置を随時演算する数値制御装置を含んでもよい。また、コントローラ３２は、単一の装置でもよいし、複数の演算装置を組み合わせて構成されてもよい。
【0031】
コントローラ３２は、位置センサ４０，４４の検知結果に基づいて、移動モータ３８またはロボットアクチュエータ４２の駆動を制御する。また、接触センサ３０で、他部材への接触が検知された場合、コントローラ３２は、その時点での移動体２０の位置を読み取り、得られた移動体２０の位置に基づいて、接触ポイントの座標を算出する。
【0032】
以上のような計測装置で、被測定物、例えば、ワーク５０の形状を計測する原理について説明する。ワーク５０の形状を計測する際には、まず、機内ロボット２８および刃物台２１を移動させて、接合部４６を受容部４８に押し当てる。図７は、第一受容部４８ａに接合部４６を押し当てた様子を示す図である。
【0033】
この状態になれば、コントローラ３２は、接合部４６を受容部４８に押し当てた状態を維持したまま、接触センサ３０が、測定部位に接触するように移動体２０を移動させる。すなわち、コントローラ３２は、機内ロボット２８が、接合部４６を受容部４８に押し当てる力より、刃物台２１が移動する力が大きくなるように、また、機内ロボット２８先端の移動速度が、刃物台２１の移動速度より僅かに遅くなるように、刃物台２１および機内ロボット２８の駆動を制御する。このように、受容部４８に接合部４６が押し当てられた状態が維持されれば、刃物台２１に対する接触センサ３０の相対位置が一定に保たれ、接触センサ３０の移動量が、刃物台２１の移動量と等しくなる。
【0034】
この状態で、接触センサ３０により、計測部位への接触が検知されると、コントローラ３２は、当該検知タイミングで、位置センサ４０で検知された刃物台２１の位置を検出位置として取得し、この検出位置に基づいて計測部位（より正確には、接触センサ３０が計測部位に接触した接触点）の位置を算出する。
【0035】
なお、初期状態では、接触センサ３０の絶対位置は不明である。そこで、計測部位への接触に先立って、予め、工作機械１０またはワーク５０を基準として、基準点または基準面を設定しておく。具体的には、接合部４６を受容部４８に押し当てた状態を維持したまま、接触センサ３０を、工作機械１０またはワーク５０に設けられた基準点または基準面に接触させる。コントローラ３２は、接触センサ３０が基準点または基準面に接触した時点での刃物台２１の位置を読み取り、メモリ３６に基準位置として記憶させる。この基準位置からの刃物台２１の移動量（すなわち、基準位置と検出位置との差分値）が、基準点または基準面からの接触センサ３０の移動量となり、基準点または基準面の位置に、この移動量を加算した値が、接触センサ３０の絶対位置となる。
【0036】
ここで、基準点または基準面は、計測の基準となる点または面である。この基準点または基準面は、計測したい部位や寸法等に応じて、適宜設定される。例えば、ワーク５０の軸方向寸法を計測したい場合には、チャック３３の端面や、加工したワーク５０の中でも軸方向寸法の基準となる面が、基準面として設定される。また、接触センサ３０を、基準点または基準面に直接接触させることが難しい場合には、当該基準点または基準面に対する位置が、既知の点または面に、接触センサ３０を接触させればよい。例えば、ワーク５０の径方向寸法を計測したい場合には、主軸１９の回転中心点が、基準点となるが、この回転中心に、接触センサ３０を接触させることは困難である。このような場合には、接触センサ３０をチャック３３の外周面上の３点に接触させ、この３点を通る円の中心を主軸１９の回転中心、ひいては、基準点として取得すればよい。
【0037】
ここで、ワーク５０の形状が複雑な場合、接触センサ３０の姿勢を変更しなければ計測できない部位が発生する。例えば、接合部４６を第一受容部４８ａに押し当てた状態では、接触センサ３０を、図７における部位Ｂ付近に接触させようとしても、接触センサ３０が、ワーク５０と干渉する。そこで、コントローラ３２は、必要に応じて、接合部４６を押し当てる受容部４８を切り替える。例えば、図７の部位Ｂ付近を計測したい場合、コントローラ３２は、接合部４６を、第一受容部４８ａではなく、第二受容部４８ｂに押し当てる。
【0038】
図８は、接合部４６を第二受容部４８ｂに押し当てた様子を示す図である。図８に示すように、接合部４６を第二受容部４８ｂに押し当てることで、接触センサ３０の姿勢が変化し、部位Ｂ付近への接触が可能となる。そして、接触センサ３０がワーク５０に接触すれば、コントローラ３２は、その時点での刃物台２１の位置である検出位置に基づいて、計測部位の位置を算出する。
【0039】
なお、押し当てる受容部４８を切り替えた場合には、上述した基準点の設定を改めて行ってもよい。また、別の形態として、基準点の再設定を行うのではなく、押し当てる受容部４８の切り替に伴う接触センサ３０の位置の変化量を予め記憶しておき、この変化量を加味して計測部位の位置を算出してもよい。
【0040】
以上の説明から明らかな通り、本例では、刃物台２１（すなわち移動体２０）に複数の受容部４８を形成し、必要に応じて、接合部４６を押し当てる受容部４８を切り替えている。かかる構成とする理由について説明する。従来、加工室１２内において、ワーク５０等の被測定物の形状を計測する場合には、刃物台２１等の工具保持装置に、工具２６に替えて、接触センサ３０を取り付ける技術が知られている。かかる技術の場合、工具保持装置の位置決め精度と同程度の高い精度で被測定物の形状を計測できる。
【0041】
しかしながら、刃物台２１等の工具保持装置は、その移動の自由度が低い場合が多いため、被測定物の形状が複雑な場合、工具保持装置または接触センサ３０が被測定物と干渉し、必要な箇所を計測できない場合があった。もちろん、５軸加工機のように、五つの制御軸を有する工具保持装置であれば、複雑な形状にも対応できる。しかしながら、こうした５軸加工機は、非常に高価であった。
【0042】
そこで、接触センサ３０を工具保持装置ではなく、機内ロボット２８に取り付け、機内ロボット２８だけで接触センサ３０の位置および姿勢を変化させることも考えられる。機内ロボット２８であれば、工具保持装置に比べて、計測の自由度を大幅に向上できる。しかしながら、一般的に機内ロボット２８は、刃物台２１等の工具保持装置に比べて、その位置決め精度が低い。そのため、機内ロボット２８だけで接触センサ３０の位置および姿勢を変化させた場合、形状の計測精度が低下するおそれがあった。
【0043】
一方、本例では、上述した通り、刃物台２１（すなわち移動体２０）の受容部４８に、接合部４６を押し当てた状態を維持したまま、刃物台２１を移動させることで接触センサ３０を移動させている。この場合、接触センサ３０の位置検出精度は、刃物台２１の位置決め精度と同程度になり、高精度での形状計測が可能となる。また、本例では、刃物台２１に複数の受容部４８を形成し、必要に応じて、接合部４６を押し当てる受容部４８を切り替えている。これにより、接触センサ３０の姿勢を適宜変更することができ、接触センサ３０を刃物台２１等に取り付ける技術に比べて、計測の自由度を向上できる。
【0044】
次に、この計測装置を用いた計測の流れについて図９、図１０を参照して説明する。特定の計測部位を計測する場合には、まず、計測部位の位置および形状に基づいて、使用する受容部４８を選択する（Ｓ１０）。この受容部４８の選択は、オペレータが経験等に基づいて判断してもよいし、コントローラ３２が、自動的に判断してもよい。使用する受容部４８が決定されれば、コントローラ３２は、ロボットを駆動して、受容部４８を、選択された接合部４６に押し当てる（Ｓ１２）。
【0045】
この状態になれば、コントローラ３２は、基準点または基準面（以下「基準点等」という）の設定を行う（Ｓ１４～Ｓ１８）。具体的には、コントローラ３２は、接合部４６を受容部４８に押し当てた状態を維持したまま、接触センサ３０が、基準点等に向かうように、移動体２０を移動させる（Ｓ１４）。そして、接触センサ３０により、基準点等への接触が検知されれば（Ｓ１６でＹｅｓ）、コントローラ３２は、その時点の移動体２０の位置を基準位置として取得し、メモリ３６に記憶する（Ｓ１８）。これにより、基準点等が設定される。
【0046】
次に、コントローラ３２は、接合部４６を受容部４８に押し当てた状態を維持したまま、接触センサ３０が、計測部位に向かうように、移動体２０を移動させる（Ｓ２０）。そして、接触センサ３０により、接触部位への接触が検知されれば（Ｓ２２でＹｅｓ）、コントローラ３２は、その時点の移動体２０の位置を検出位置としてメモリ３６に一時記憶する（Ｓ２４）。その後、コントローラ３２は、この検出位置と基準位置との差分と、基準点等の位置と、に基づいて、接触センサ３０の接触点の位置を算出する（Ｓ２６）。
【0047】
その後、次の計測部位があれば（Ｓ２８でＹｅｓ）、その計測部位の位置および形状に基づいて受容部４８を選択する（Ｓ３０）。選択の結果、受容部４８の変更が必要な場合は（Ｓ３２でＹｅｓ）、ステップＳ１２に戻り、基準点等の設定から再開する。一方、受容部４８の変更が不要な場合は（Ｓ３２でＮｏ）、ステップＳ２０に戻り、接触センサ３０を計測部位に近づける。そして、全ての計測部位の計測が完了すれば、処理は終了となる。
【0048】
なお、これまで説明した構成は、一例であり、適宜、変更されてもよい。例えば、これまでの説明では、移動体２０である刃物台２１に直接、受容部４８を形成しているが、計測期間中において、移動体２０に対する位置が不変であれば、受容部４８は、他の部位に形成されてもよい。例えば、図１１に示すように、工具２６に替えてタレット２２で保持される受容部品５２を複数用意し、この受容部品５２に、受容部４８を形成してもよい。また、移動体２０に直接形成された受容部４８と、移動体に装着された受容部品５２に形成された受容部４８と、の両方が同時に存在してもよい。
【0049】
また、受容部４８は２つ以上設けられるのであれば、その位置や個数、形状も適宜変更されてもよい。したがって、受容部４８は、凹部ではなく、凸部であってもよい。この場合、接合部４６は、凸部が嵌まる凹部とすればよい。また、これまでの説明では、刃物台２１を移動体２０としているが、移動体２０は、加工室１２内で移動可能であって、工具２６またはワーク５０を保持または支持するものであれば、他の部材でもよい。例えば、図２に示すように、心押台２４を移動体２０として用い、当該心押台２４に受容部４８を形成してもよい。
【0050】
また、これまでは、工作機械１０としてターニングセンタを例に挙げて説明したが、本明細書で開示の技術は、他の種類の工作機械１０に適用されてもよい。例えば、工作機械１０の中には、図１２に示すように、主軸１９と向き合うとともに、主軸１９に対してＺ軸方向に移動可能な対向主軸台５６を有するものがある。かかる場合には、この対向主軸台５６を移動体２０として設定し、当該対向主軸台５６に、複数の受容部４８（図１２では一つのみを図示）を形成してもよい。また、工作機械１０の中には、工具２６を自転可能に保持する工具主軸を含む主軸頭５４を有するものがある。この場合には、この主軸頭５４を移動体２０として設定し、当該主軸頭５４に複数の受容部４８（図１２では一つのみを図示）を形成してもよい。
【符号の説明】
【0051】
１０ 工作機械、１２ 加工室、１４ カバー、１６ ドア、１９ 主軸、２０ 移動体、２１ 刃物台、２２ タレット、２４ 心押台、２６ 工具、２８ 機内ロボット、２９ リンク、３０ 接触センサ、３０ａ スタイラス、３２ コントローラ、３３ チャック、３４ プロセッサ、３６ メモリ、３８ 移動モータ、４０ 位置センサ、４２ ロボットアクチュエータ、４４ 位置センサ、４６ 接合部、４８ 受容部、５０ ワーク、５２ 受容部品、５４ 主軸頭、５６ 対向主軸台。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】