特許7512119ＮＣ工作機械に取り付け可能な画像測定ヘッド装置、および、ＮＣ工作機械システムの制御方法
(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】
(24)【登録日】2024-06-28
(45)【発行日】2024-07-08
(54)【発明の名称】ＮＣ工作機械に取り付け可能な画像測定ヘッド装置、および、ＮＣ工作機械システムの制御方法
(51)【国際特許分類】
B23Q 17/24 20060101AFI20240701BHJP
B23Q 15/04 20060101ALI20240701BHJP
G05B 19/4155 20060101ALI20240701BHJP
B23Q 17/20 20060101ALI20240701BHJP
G01B 11/24 20060101ALI20240701BHJP
【ＦＩ】
B23Q17/24 A
B23Q15/04
G05B19/4155 S
B23Q17/20 A
G01B11/24 K
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2020130597
(22)【出願日】2020-07-31
(65)【公開番号】P2022026913
(43)【公開日】2022-02-10
【審査請求日】2023-06-14
(73)【特許権者】
【識別番号】000137694
【氏名又は名称】株式会社ミツトヨ
(74)【代理人】
【識別番号】100143720
【弁理士】
【氏名又は名称】米田 耕一郎
(72)【発明者】
【氏名】金子 展也
(72)【発明者】
【氏名】森内 栄介
【審査官】増山 慎也
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－１６９００７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－２０６８９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９－１４１４５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－０７４６４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－０８３２４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－２５５８２６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｑ １７／２４
Ｂ２３Ｑ １５／０４
Ｇ０５Ｂ １９／４１５５
Ｂ２３Ｑ １７／２０
Ｇ０１Ｂ １１／２４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
NC工作機械の主軸に取り付けられる画像測定ヘッド装置であって、当該画像測定ヘッド装置は、
下端に対物レンズを交換可能に着脱できる鏡筒本体部と、
前記鏡筒本体部に取り付けられた照明手段と、
前記鏡筒本体部を正面視したときの左右方向のうちのいずれか一方側に取り付けられた撮像装置と、
上面側に前記主軸に着脱する被チャック部を有するとともに、前記鏡筒本体部を支持する支持フレームと、
前記支持フレームに固定的に取り付けられていて、前記支持フレームの正面側に設けられた把持部と、を備える
ことを特徴とする画像測定ヘッド装置。
【請求項2】
請求項１に記載の画像測定ヘッド装置において、前記照明手段は、落射照明手段を有し、
前記落射照明手段は、前記鏡筒本体部を正面視したときの左右方向のうちのいずれか他方側に取り付けられている
ことを特徴とする画像測定ヘッド装置。
【請求項3】
請求項１または請求項２に記載の画像測定ヘッド装置において、前記照明手段は、リング照明手段を有し、
前記リング照明手段は、前記鏡筒本体部の下側寄りであって、前記対物レンズを環囲するように設けられている
ことを特徴とする画像測定ヘッド装置。
【請求項4】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の画像測定ヘッド装置において、前記把持部は、
当該画像測定ヘッド装置を正面視したとき、
前記鏡筒本体部の中心線よりも左右方向のうちの前記一方側寄りに配置されている
ことを特徴とする画像測定ヘッド装置。
【請求項5】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の画像測定ヘッド装置を主軸に取り付けることができるＮＣ工作機械と、前記ＮＣ工作機械を駆動制御するＮＣコントローラと、
前記画像測定ヘッド装置用の画像測定ソフトウェアを格納している端末装置と、を具備したＮＣ工作機械システムの制御方法であって、
前記撮像装置から画像データが前記端末装置に送られ、
前記端末装置は、前記画像測定ソフトウェアによって画像データに基づいて対象物の形状測定を実行する
ことを特徴とするＮＣ工作機械システムの制御方法。
【請求項6】
請求項５に記載のＮＣ工作機械システムの制御方法において、前記ＮＣコントローラが前記ＮＣ工作機械に駆動信号を与えて前記主軸を対象物に対して接離方向に駆動させるとともに、前記主軸の位置情報を前記端末装置に提供し、
前記主軸が対象物に対して接離方向に駆動するときに画像測定ヘッド装置から撮像データが時々刻々と前記端末装置に提供され、
前記端末装置は、前記撮像データを対応する前記主軸の位置情報と紐付けて記憶しておき、
前記端末装置は、記憶した撮像データのうちからフォーカスが合った撮像データを特定し、
前記端末装置は、フォーカスが合った前記撮像データと紐付けられた前記主軸の位置情報を前記ＮＣコントローラにフィードバックし、
前記ＮＣコントローラは、前記端末装置からフィードバックされた前記主軸の位置に前記主軸を移動させるように前記ＮＣ工作機械に駆動指令を与える
ことを特徴とするＮＣ工作機械システムの制御方法。
【請求項7】
請求項５または請求項６に記載のＮＣ工作機械システムの制御方法において、前記主軸に所定の加工工具を取り付けた状態で、対象物の表面において予め指定された加工指定座標値に中心点または中心線が合うように所定の幾何学的対称図形を加工し、
前記主軸に前記画像測定ヘッド装置を取り付けた状態で、画像測定により前記所定の幾何学的対称図形の中心点または中心線の座標値を画像測定座標値として求め、
前記加工指定座標値と前記画像測定座標値とのズレにより、前記所定の加工工具に対する前記画像測定ヘッド装置のオフセット量を求める
ことを特徴とするＮＣ工作機械システムの制御方法。
【請求項8】
請求項５から請求項７のいずれかに記載のＮＣ工作機械システムの制御方法において、前記主軸に所定の加工工具を取り付けた状態で、対象物の表面において予め指定された加工指定間隔で二以上の所定の幾何学的図形を加工し、
前記主軸に前記画像測定ヘッド装置を取り付けた状態で、画像測定により前記所定の幾何学的図形の間隔を画像測定間隔として求め、
前記加工指定間隔と前記画像測定間隔とのズレにより、前記ＮＣ工作機械の駆動誤差を校正する校正値または校正式を求める
ことを特徴とするＮＣ工作機械システムの制御方法。
【請求項9】
請求項５から請求項８のいずれかに記載のＮＣ工作機械システムの制御方法において、前記主軸に所定の加工工具を取り付けた状態で、対象物に設計値に基づいた加工を行ない、
前記主軸に前記画像測定ヘッド装置を取り付けた状態で、画像測定により前記対象物の加工された箇所を画像測定し、
画像測定の結果を前記設計値と対比してズレを特定し、前記ズレ分を加工する加工指令を求め、
前記ＮＣコントローラは、前記端末装置からフィードバックされた前記ズレ分を加工する加工指令に従って前記ＮＣ工作機械に駆動指令を与える
ことを特徴とするＮＣ工作機械システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はＮＣ工作機械に取り付け可能な画像測定ヘッド装置、および、ＮＣ工作機械システムの制御方法に関する。具体的には、加工工具に代えてＮＣ工作機械の主軸に取り付け可能な画像測定ヘッド装置および画像測定ソフトウェアとＮＣ工作機械との連携制御動作に関する。
【背景技術】
【0002】
工作機械で対象物（ワーク）を加工する途中あるいは加工後に加工精度を検査する必要がある。通常、工作機械からワークを一度取り外し、測定機にワークをセットして形状測定等を行なっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許５８４３５３１
【文献】特開２００２－２５４２７５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
加工中にワークを測定（検査）するにあたってワークを測定機にセットしたり外したりする段替えは大変な手間がかかっており、製品の製造効率を低下させる一因となる。また、測定（検査）の結果として追加の加工を行なうとしても、再度ワークを工作機械にセットするときに完全に同じ位置にセットできるわけではないので、どうしても加工誤差が残ってしまう。
【0005】
これまでにも機上測定を可能にするための提案は種々なされてきたが、接触式の測定プローブでは近年の微細加工の検査に対応できなくなってきているという問題がある。
非接触式の観察装置を工作機械の主軸に交換可能に取り付ける構成も提案されている。しかし、実際の計測は、ユーザ（オペレータ）が顕微鏡の視野中でスケールの目盛を読んだり、移動ステージや主軸を移動させながらカウンタを読んだりするマニュアル作業であり、測定効率および測定精度が向上しなかった。また、移動ステージや主軸の駆動軸のカウンタを読む場合、測定の精度は工作機械の精度（工作機械の駆動軸の精度）が上限となり、結局、加工精度以上の精度でワークの加工精度を検証することはできない。
非接触式の観察装置を工作機械の主軸に交換可能に取り付ける構成も提案されている。しかし、実際の計測は、ユーザ（オペレータ）が顕微鏡の視野中でスケールの目盛を読んだり、移動ステージや主軸を移動させながらカウンタを読んだりするマニュアル作業であり、測定効率および測定精度が向上しなかった。また、移動ステージや主軸の駆動軸のカウンタを読む場合、測定の精度は工作機械の精度（工作機械の駆動軸の精度）が上限となり、結局、加工精度以上の精度でワークの加工精度を検証することはできない。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の画像測定ヘッド装置は、
ＮＣ工作機械の主軸に取り付けられる画像測定ヘッド装置であって、
当該画像測定ヘッド装置は、
下端に対物レンズを交換可能に着脱できる鏡筒本体部と、
前記鏡筒本体部に取り付けられた照明手段と、
前記鏡筒本体部を正面視したときの左右方向のうちのいずれか一方側に取り付けられた撮像装置と、
上面側に前記主軸に着脱する被チャック部を有するとともに、前記鏡筒本体部を支持する支持フレームと、
前記支持フレームの正面側に設けられた把持部と、を備える
ことを特徴とする。
ＮＣ工作機械の主軸に取り付けられる画像測定ヘッド装置であって、
当該画像測定ヘッド装置は、
下端に対物レンズを交換可能に着脱できる鏡筒本体部と、
前記鏡筒本体部に取り付けられた照明手段と、
前記鏡筒本体部を正面視したときの左右方向のうちのいずれか一方側に取り付けられた撮像装置と、
上面側に前記主軸に着脱する被チャック部を有するとともに、前記鏡筒本体部を支持する支持フレームと、
前記支持フレームの正面側に設けられた把持部と、を備える
ことを特徴とする。
【0007】
本発明の一実施形態では、
前記照明手段は、落射照明手段を有し、
前記落射照明手段は、前記鏡筒本体部を正面視したときの左右方向のうちのいずれか他方側に取り付けられている
ことが好ましい。
前記照明手段は、落射照明手段を有し、
前記落射照明手段は、前記鏡筒本体部を正面視したときの左右方向のうちのいずれか他方側に取り付けられている
ことが好ましい。
【0008】
本発明の一実施形態では、
前記照明手段は、リング照明手段を有し、
前記リング照明手段は、前記鏡筒本体部の下側寄りであって、前記対物レンズを環囲するように設けられている
ことが好ましい。
前記照明手段は、リング照明手段を有し、
前記リング照明手段は、前記鏡筒本体部の下側寄りであって、前記対物レンズを環囲するように設けられている
ことが好ましい。
【0009】
本発明の一実施形態では、
前記把持部は、
当該画像測定ヘッド装置を正面視したとき、
前記鏡筒本体部の中心線よりも左右方向のうちの前記一方側寄りに配置されている
ことが好ましい。
前記把持部は、
当該画像測定ヘッド装置を正面視したとき、
前記鏡筒本体部の中心線よりも左右方向のうちの前記一方側寄りに配置されている
ことが好ましい。
【0010】
本発明のＮＣ工作機械システムの制御方法は、
前記画像測定ヘッド装置を主軸に取り付けることができるＮＣ工作機械と、
前記ＮＣ工作機械を駆動制御するＮＣコントローラと、
前記画像測定ヘッド装置用の画像測定ソフトウェアを格納している端末装置と、を具備したＮＣ工作機械システムの制御方法であって、
前記撮像装置から画像データが前記端末装置に送られ、
前記端末装置は、前記画像測定ソフトウェアによって画像データに基づいて対象物の形状測定を実行する
ことを特徴とする。
前記画像測定ヘッド装置を主軸に取り付けることができるＮＣ工作機械と、
前記ＮＣ工作機械を駆動制御するＮＣコントローラと、
前記画像測定ヘッド装置用の画像測定ソフトウェアを格納している端末装置と、を具備したＮＣ工作機械システムの制御方法であって、
前記撮像装置から画像データが前記端末装置に送られ、
前記端末装置は、前記画像測定ソフトウェアによって画像データに基づいて対象物の形状測定を実行する
ことを特徴とする。
【0011】
本発明の一実施形態では、
前記ＮＣコントローラが前記ＮＣ工作機械に駆動信号を与えて前記主軸を対象物に対して接離方向に駆動させるとともに、前記主軸の位置情報を前記端末装置に提供し、
前記主軸が対象物に対して接離方向に駆動するときに画像測定ヘッド装置から撮像データが時々刻々と前記端末装置に提供され、
前記端末装置は、前記撮像データを対応する前記主軸の位置情報と紐付けて記憶しておき、
前記端末装置は、記憶した撮像データのうちからフォーカスが合った撮像データを特定し、
前記端末装置は、フォーカスが合った前記撮像データと紐付けられた前記主軸の位置情報を前記ＮＣコントローラにフィードバックし、
前記ＮＣコントローラは、前記端末装置からフィードバックされた前記主軸の位置に前記主軸を移動させるように前記ＮＣ工作機械に駆動指令を与える
ことが好ましい。
前記ＮＣコントローラが前記ＮＣ工作機械に駆動信号を与えて前記主軸を対象物に対して接離方向に駆動させるとともに、前記主軸の位置情報を前記端末装置に提供し、
前記主軸が対象物に対して接離方向に駆動するときに画像測定ヘッド装置から撮像データが時々刻々と前記端末装置に提供され、
前記端末装置は、前記撮像データを対応する前記主軸の位置情報と紐付けて記憶しておき、
前記端末装置は、記憶した撮像データのうちからフォーカスが合った撮像データを特定し、
前記端末装置は、フォーカスが合った前記撮像データと紐付けられた前記主軸の位置情報を前記ＮＣコントローラにフィードバックし、
前記ＮＣコントローラは、前記端末装置からフィードバックされた前記主軸の位置に前記主軸を移動させるように前記ＮＣ工作機械に駆動指令を与える
ことが好ましい。
【0012】
本発明の一実施形態では、
前記主軸に所定の加工工具を取り付けた状態で、対象物の表面において予め指定された加工指定座標値に中心点または中心線が合うように所定の幾何学的対称図形を加工し、
前記主軸に前記画像測定ヘッド装置を取り付けた状態で、画像測定により前記所定の幾何学的対称図形の中心点または中心線の座標値を画像測定座標値として求め、
前記加工指定座標値と前記画像測定座標値とのズレにより、前記所定の加工工具に対する前記画像測定ヘッド装置のオフセット量を求める
ことが好ましい。
前記主軸に所定の加工工具を取り付けた状態で、対象物の表面において予め指定された加工指定座標値に中心点または中心線が合うように所定の幾何学的対称図形を加工し、
前記主軸に前記画像測定ヘッド装置を取り付けた状態で、画像測定により前記所定の幾何学的対称図形の中心点または中心線の座標値を画像測定座標値として求め、
前記加工指定座標値と前記画像測定座標値とのズレにより、前記所定の加工工具に対する前記画像測定ヘッド装置のオフセット量を求める
ことが好ましい。
【0013】
本発明の一実施形態では、
前記主軸に所定の加工工具を取り付けた状態で、対象物の表面において予め指定された加工指定間隔で二以上の所定の幾何学的図形を加工し、
前記主軸に前記画像測定ヘッド装置を取り付けた状態で、画像測定により前記所定の幾何学的図形の間隔を画像測定間隔として求め、
前記加工指定間隔と前記画像測定間隔とのズレにより、前記ＮＣ工作機械の駆動誤差を校正する校正値または校正式を求める
ことが好ましい。
前記主軸に所定の加工工具を取り付けた状態で、対象物の表面において予め指定された加工指定間隔で二以上の所定の幾何学的図形を加工し、
前記主軸に前記画像測定ヘッド装置を取り付けた状態で、画像測定により前記所定の幾何学的図形の間隔を画像測定間隔として求め、
前記加工指定間隔と前記画像測定間隔とのズレにより、前記ＮＣ工作機械の駆動誤差を校正する校正値または校正式を求める
ことが好ましい。
【0014】
本発明の一実施形態では、
前記主軸に所定の加工工具を取り付けた状態で、対象物に設計値に基づいた加工を行ない、
前記主軸に前記画像測定ヘッド装置を取り付けた状態で、画像測定により前記対象物の加工された箇所を画像測定し、
画像測定の結果を前記設計値と対比してズレを特定し、前記ズレ分を加工する加工指令を求め、
前記ＮＣコントローラは、前記端末装置からフィードバックされた前記ズレ分を加工する加工指令に従って前記ＮＣ工作機械に駆動指令を与える
ことが好ましい。
前記主軸に所定の加工工具を取り付けた状態で、対象物に設計値に基づいた加工を行ない、
前記主軸に前記画像測定ヘッド装置を取り付けた状態で、画像測定により前記対象物の加工された箇所を画像測定し、
画像測定の結果を前記設計値と対比してズレを特定し、前記ズレ分を加工する加工指令を求め、
前記ＮＣコントローラは、前記端末装置からフィードバックされた前記ズレ分を加工する加工指令に従って前記ＮＣ工作機械に駆動指令を与える
ことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】ＮＣ工作機械システムの全体構成である。
【図2】画像測定ヘッド装置の外観図である。
【図3】画像測定ソフトウェアによって提供されるＧＵＩ画面の一例である。
【図4】フォーカスサーチによってフォーカス合わせをする様子を説明するための説明図である。
【図5】加工工具と画像測定ヘッド装置とのオフセットを例示する図である。
【図6】間隔をあけた二本の線状の溝を画像測定する様子を例示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
本発明の実施形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、ＮＣ工作機械システムの全体構成である。
本実施形態のＮＣ工作機械システム１００は、加工工具に代えて主軸に画像測定ヘッド装置を取り付けている。
ＮＣ工作機械システム１００は、ＮＣ工作機械２００と、ＮＣコントローラ３００と、画像測定ヘッド装置４００と、画像測定用端末装置５００（以下、端末装置５００）と、光源コントローラ６００と、を備えている。
（第１実施形態）
図１は、ＮＣ工作機械システムの全体構成である。
本実施形態のＮＣ工作機械システム１００は、加工工具に代えて主軸に画像測定ヘッド装置を取り付けている。
ＮＣ工作機械システム１００は、ＮＣ工作機械２００と、ＮＣコントローラ３００と、画像測定ヘッド装置４００と、画像測定用端末装置５００（以下、端末装置５００）と、光源コントローラ６００と、を備えている。
【0017】
ＮＣ工作機械２００は、ステージ２１０と、主軸２２０と、ステージ２１０と主軸２２０とを３次元的に相対移動させる駆動機構（不図示）と、を有する。
ステージ２１０は、加工対象物を載置またはチャックして保持するものであって、例えば図１に記載のＸＹＺ座標軸のＸ軸方向およびＹ軸方向に移動可能である。
主軸２２０は、ステージ２１０の上方においてステージ２１０に対して高さ方向（Ｚ軸方向）に移動可能に設けられている。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の各駆動機構には、ガイドレール、スライダ、モータの組み合わせからなる送り機構とともにスライダの変位（位置）を検出するエンコーダ（位置検出手段）が設けられている。
ステージ２１０は、加工対象物を載置またはチャックして保持するものであって、例えば図１に記載のＸＹＺ座標軸のＸ軸方向およびＹ軸方向に移動可能である。
主軸２２０は、ステージ２１０の上方においてステージ２１０に対して高さ方向（Ｚ軸方向）に移動可能に設けられている。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の各駆動機構には、ガイドレール、スライダ、モータの組み合わせからなる送り機構とともにスライダの変位（位置）を検出するエンコーダ（位置検出手段）が設けられている。
【0018】
主軸２２０の先端（下端）にはチャック装置が設けられており、放電加工用の放電ワイヤ電極装置や切削用のバイトなどの加工工具２０１を交換可能に取り付けられるようになっている。さらに、主軸２２０のチャック装置には、加工工具２０１に代えて、画像測定ヘッド装置４００を取り付けられるようになっている。図１中では、主軸２２０に画像測定ヘッド装置４００を取り付けた状態を例示している。
【0019】
ＮＣコントローラ３００は、ＮＣ工作機械２００を駆動制御するコントローラである。
ＮＣコントローラ３００は、所定の加工制御プログラムに従い、ＮＣ工作機械２００の駆動機構の駆動制御および加工工具（例えば放電ワイヤ電極装置）の制御（電圧制御）を行なう。ＮＣコントローラ３００は、ＮＣ工作機械２００の各軸の送り機構に向けて駆動制御信号を与える。また、ＮＣコントローラ３００は、各軸のエンコーダから位置検出信号を受信して、必要に応じてフィードバック制御を行なう。
ＮＣコントローラ３００は、所定の加工制御プログラムに従い、ＮＣ工作機械２００の駆動機構の駆動制御および加工工具（例えば放電ワイヤ電極装置）の制御（電圧制御）を行なう。ＮＣコントローラ３００は、ＮＣ工作機械２００の各軸の送り機構に向けて駆動制御信号を与える。また、ＮＣコントローラ３００は、各軸のエンコーダから位置検出信号を受信して、必要に応じてフィードバック制御を行なう。
【0020】
画像測定ヘッド装置４００は、機上測定のために、加工工具２０１に代えて主軸２２０に取り付けられるものである。
図２は、画像測定ヘッド装置４００の外観図である。
画像測定ヘッド装置４００は、支持フレーム４１０と、把持部４２０と、鏡筒本体部４３０と、撮像装置４４０と、照明手段４５０と、を有する。
図２は、画像測定ヘッド装置４００の外観図である。
画像測定ヘッド装置４００は、支持フレーム４１０と、把持部４２０と、鏡筒本体部４３０と、撮像装置４４０と、照明手段４５０と、を有する。
【0021】
支持フレーム４１０は、上面側に主軸２２０のチャック装置にホールドされる被チャック部４１１を有している。
支持フレーム４１０は、側面視で逆Ｌ字形の部材である。支持フレーム４１０は、上面側を構成する天板部４１２と、天板部４１２からＬ字状に屈曲して正面側を構成する正面板部４１３と、を有する。天板部４１２の上面側に被チャック部４１１が設けられている。正面板部４１３は、その背面側において鏡筒本体部４３０を固定的に保持している。
支持フレーム４１０は、側面視で逆Ｌ字形の部材である。支持フレーム４１０は、上面側を構成する天板部４１２と、天板部４１２からＬ字状に屈曲して正面側を構成する正面板部４１３と、を有する。天板部４１２の上面側に被チャック部４１１が設けられている。正面板部４１３は、その背面側において鏡筒本体部４３０を固定的に保持している。
【0022】
把持部４２０は、側面視で逆Ｌ字形の部材であって、支持フレーム４１０の正面板部４１３に固定的に取り付けられている。
把持部４２０の逆Ｌ字を側面視したときの横棒を構成する部材を上辺部４２１とし、上辺部４２１からＬ字状に屈曲して垂下する縦棒部分を握り部４２２とする。
支持フレーム４１０の正面板部４１３を正面からみたとき、正面板部４１３の左寄りで上側のコーナー部付近に上辺部４２１が固定されている。加工工具２０１と画像測定ヘッド装置４００とを交換するときなど、ユーザ（オペレータ）が画像測定ヘッド装置４００を持ち上げる際には、握り部４２２を手で掴む。把持部４２０は、画像測定ヘッド装置４００を持ったとき、左右で重量のバランスがとれるように正面板部４１３の左寄りに取り付けられている。
把持部４２０の逆Ｌ字を側面視したときの横棒を構成する部材を上辺部４２１とし、上辺部４２１からＬ字状に屈曲して垂下する縦棒部分を握り部４２２とする。
支持フレーム４１０の正面板部４１３を正面からみたとき、正面板部４１３の左寄りで上側のコーナー部付近に上辺部４２１が固定されている。加工工具２０１と画像測定ヘッド装置４００とを交換するときなど、ユーザ（オペレータ）が画像測定ヘッド装置４００を持ち上げる際には、握り部４２２を手で掴む。把持部４２０は、画像測定ヘッド装置４００を持ったとき、左右で重量のバランスがとれるように正面板部４１３の左寄りに取り付けられている。
【0023】
鏡筒本体部４３０は、円筒形状であって、下端部に対物レンズ４３１を交換可能に取り付けられるようになっている。
鏡筒本体部４３０には、撮像装置４４０と、照明手段４５０と、が取り付けられている。
撮像装置４４０は、ＣＣＤイメージセンサまたはＣＭＯＳイメージセンサであり、画像測定ヘッド装置４００を正面側からみたとき、鏡筒本体部４３０の左側に取り付けられている。鏡筒本体部４３０の内部では、対物レンズ４３１を通過してきた光を撮像装置４４０に向けて反射するように光路を折り曲げる反射ミラー等の光学素子が内設されている。
鏡筒本体部４３０には、撮像装置４４０と、照明手段４５０と、が取り付けられている。
撮像装置４４０は、ＣＣＤイメージセンサまたはＣＭＯＳイメージセンサであり、画像測定ヘッド装置４００を正面側からみたとき、鏡筒本体部４３０の左側に取り付けられている。鏡筒本体部４３０の内部では、対物レンズ４３１を通過してきた光を撮像装置４４０に向けて反射するように光路を折り曲げる反射ミラー等の光学素子が内設されている。
【0024】
照明手段４５０は、落射照明手段４６０と、リング照明手段４７０と、を有する。
落射照明手段４６０は、全体的に円柱状であって、画像測定ヘッド装置４００を正面側からみたとき、鏡筒本体部４３０の右側に設けられている。（左右を逆にして、正面視で、落射照明手段４６０が鏡筒本体部４３０の左側にあって、撮像装置４４０が鏡筒本体部４３０の右側にあってももちろんよい。）
落射照明手段４６０は、光源と反射ミラーとを有し、鉛直下向きに照射された光源からの光を反射ミラーで反射させて鏡筒本体部４３０の内部の光路に導く。さらに、鏡筒本体部４３０の内部には、ビームスプリッタ等の光学素子が設けられ、落射照明光を対物レンズ４３１の光軸と同軸にして対象物に照射するようになっている。
落射照明手段４６０は、全体的に円柱状であって、画像測定ヘッド装置４００を正面側からみたとき、鏡筒本体部４３０の右側に設けられている。（左右を逆にして、正面視で、落射照明手段４６０が鏡筒本体部４３０の左側にあって、撮像装置４４０が鏡筒本体部４３０の右側にあってももちろんよい。）
落射照明手段４６０は、光源と反射ミラーとを有し、鉛直下向きに照射された光源からの光を反射ミラーで反射させて鏡筒本体部４３０の内部の光路に導く。さらに、鏡筒本体部４３０の内部には、ビームスプリッタ等の光学素子が設けられ、落射照明光を対物レンズ４３１の光軸と同軸にして対象物に照射するようになっている。
【0025】
リング照明手段４７０は、リング照明部４７１と、リング照明保持部４７２と、を有する。
リング照明部４７１は、対物レンズ４３１の周囲を環囲するように鏡筒本体部４３０の下方に配置され、照明光を対象物に向けて照射する。リング照明保持部４７２は、側面視でＬ字形の部材であって、Ｌ字の下側板をリング照明支持板４７３とし、リング照明支持板４７３からＬ字に屈曲して鉛直に延在する鉛直板をリング照明取付板４７４とする。リング照明支持板４７３がリング照明部４７１を支持している。リング照明支持板４７３と鏡筒本体部４３０の下端面との間には指を入れて対物レンズ４３１を回すためのギャップＧがある。そして、リング照明取付板４７４は、鏡筒本体部４３０の背面側に固定されている。
リング照明部４７１は、対物レンズ４３１の周囲を環囲するように鏡筒本体部４３０の下方に配置され、照明光を対象物に向けて照射する。リング照明保持部４７２は、側面視でＬ字形の部材であって、Ｌ字の下側板をリング照明支持板４７３とし、リング照明支持板４７３からＬ字に屈曲して鉛直に延在する鉛直板をリング照明取付板４７４とする。リング照明支持板４７３がリング照明部４７１を支持している。リング照明支持板４７３と鏡筒本体部４３０の下端面との間には指を入れて対物レンズ４３１を回すためのギャップＧがある。そして、リング照明取付板４７４は、鏡筒本体部４３０の背面側に固定されている。
【0026】
なお、照明手段４５０としては、落射照明手段４６０およびリング照明手段４７０の両方を備えていてもよいし、どちらか一方だけでもよい。あるいは、照明手段４５０としては、落射照明手段４６０やリング照明手段４７０ではない他の照明手段を採用してもよい。
【0027】
画像測定用端末装置５００（端末装置５００）は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを有するいわゆる小型コンピュータ（例えば、ノートパソコンでもよい）であって、記憶装置に画像測定用の制御プログラムが組み込まれている。（画像測定用の制御プログラムは、画像測定パートプログラムや画像測定ソフトウェアとも呼称される。）図３は、画像測定ソフトウェアによって提供されるＧＵＩ画面の一例である。
【0028】
画像測定ヘッド装置４００から画像データが端末装置５００に送られる。
取得された画像データに対し各種演算処理（画像解析）を行なって対象物の形状測定を行なう技術自体は本出願人によっても開示されている既知の技術である。対象物の形状測定としては、エッジ検出、円測定（真円度、直径、中心検出）、真直度、二点間あるいは二直線間距離、などの計測が例として挙げられる。
取得された画像データに対し各種演算処理（画像解析）を行なって対象物の形状測定を行なう技術自体は本出願人によっても開示されている既知の技術である。対象物の形状測定としては、エッジ検出、円測定（真円度、直径、中心検出）、真直度、二点間あるいは二直線間距離、などの計測が例として挙げられる。
【0029】
１つの視野（画像データ）内において画像測定によって求められる形状測定（形状解析）の精度は、ＮＣ工作機械２００のエンコーダの精度ではなく、画像測定ヘッド装置４００の光学素子（対物レンズ４３１やイメージセンサ）の精度に依存する。また、画像測定ソフトウェアによって画像データからエッジ検出や円測定等の形状解析を行なうことにより、ユーザ（オペレータ）ごとの技量の差に関係なく高精度な計測結果が得られる。したがって、工作機械の精度（工作機械の駆動軸の精度）やユーザの技量に制約されず、ワークの加工精度を高い精度で検証することができるようになる。
【0030】
また、対物レンズ４３１の焦点距離は既知であることから、対象物の表面にフォーカスが合うように横方向に走査するときの主軸２２０の高さ変化から対象物の表面形状（等高線マップ、コンターマップ、高さプロファイル）を得ることもできる。
フォーカスが合っているかどうかの判定は、画像測定ソフトウェアによる画像解析によって可能であり、例えばコントラスト法などがある。もっとも単純には、ユーザ（オペレータ）がマニュアル操作でＮＣコントローラ３００経由でＮＣ工作機械２００の主軸２２０を上下動させてフォーカス合わせを行なってもよい。
フォーカスが合っているかどうかの判定は、画像測定ソフトウェアによる画像解析によって可能であり、例えばコントラスト法などがある。もっとも単純には、ユーザ（オペレータ）がマニュアル操作でＮＣコントローラ３００経由でＮＣ工作機械２００の主軸２２０を上下動させてフォーカス合わせを行なってもよい。
【0031】
光源コントローラ６００は、落射照明手段４６０およびリング照明手段４７０の光源（ＬＥＤ）に電源（電圧）を供給する。
光源コントローラ６００は、端末装置５００からの光量調整指令に基づいて、光源（ＬＥＤ）に与える電圧を調整し、対象物を照射する光の光量（または色）を調整する。光量調整指令は、端末装置５００のＧＵＩ画面上でユーザ（オペレータ）が光量調整の操作を行なってもよいし（図３中の符号５１０は光量調整用のＧＵＩである）、端末装置５００の画像測定ソフトウェアが対象物に応じて自動調光するようにしてもよい。
光源コントローラ６００は、端末装置５００からの光量調整指令に基づいて、光源（ＬＥＤ）に与える電圧を調整し、対象物を照射する光の光量（または色）を調整する。光量調整指令は、端末装置５００のＧＵＩ画面上でユーザ（オペレータ）が光量調整の操作を行なってもよいし（図３中の符号５１０は光量調整用のＧＵＩである）、端末装置５００の画像測定ソフトウェアが対象物に応じて自動調光するようにしてもよい。
【0032】
（動作例１：フォーカス制御）
加工対象物の加工中にＮＣ工作機械２００で機上測定を実行するため、加工工具２０１を画像測定ヘッド装置４００に交換する。
現状、この交換自体は、ユーザ（オペレータ）によるマニュアル作業で行なわれることを想定しているが、自動交換するようにすることもできる。
機上測定によって得られる形状データに基づいて、加工対象物のＯＫ／ＮＧ判定や、削り残し部分の特定と追加加工の指令が行なわれる。
以下、画像測定をＮＣ工作機械２００の機上で実行するために必要な画像測定用の端末装置５００とＮＣコントローラ３００（ＮＣ工作機械２００）との連携動作について説明する。
加工対象物の加工中にＮＣ工作機械２００で機上測定を実行するため、加工工具２０１を画像測定ヘッド装置４００に交換する。
現状、この交換自体は、ユーザ（オペレータ）によるマニュアル作業で行なわれることを想定しているが、自動交換するようにすることもできる。
機上測定によって得られる形状データに基づいて、加工対象物のＯＫ／ＮＧ判定や、削り残し部分の特定と追加加工の指令が行なわれる。
以下、画像測定をＮＣ工作機械２００の機上で実行するために必要な画像測定用の端末装置５００とＮＣコントローラ３００（ＮＣ工作機械２００）との連携動作について説明する。
【0033】
動作例１として、まずフォーカス制御について説明する。
通常の画像測定機であれば、画像データに基づいたオートフォーカス機能が組み込まれている。
これに対し、本実施形態のようにＮＣ工作機械２００の主軸２２０に画像測定ヘッド装置４００が取り付けられている構成にあっては、画像測定ソフトウェアにより画像データのフォーカスがズレていることを検知した場合、端末装置５００からＮＣ工作機械２００への連携指令によって主軸２２０を上下させてフォーカス合わせを実行する必要がある。
通常の画像測定機であれば、画像データに基づいたオートフォーカス機能が組み込まれている。
これに対し、本実施形態のようにＮＣ工作機械２００の主軸２２０に画像測定ヘッド装置４００が取り付けられている構成にあっては、画像測定ソフトウェアにより画像データのフォーカスがズレていることを検知した場合、端末装置５００からＮＣ工作機械２００への連携指令によって主軸２２０を上下させてフォーカス合わせを実行する必要がある。
【0034】
まず、画像測定ヘッド装置４００から端末装置５００に画像データが提供される。
端末装置５００に組み込まれた画像測定ソフトウェアは、提供された画像データの合焦度（フォーカスが合っているかズレているか）を評価する。例えば、コントラスト法が例として挙げられる。画像測定ソフトウェアにより画像データのフォーカスズレが検知された場合、端末装置５００はＮＣコントローラ３００にフォーカス合わせのためのフォーカスサーチ指令を与える。
端末装置５００に組み込まれた画像測定ソフトウェアは、提供された画像データの合焦度（フォーカスが合っているかズレているか）を評価する。例えば、コントラスト法が例として挙げられる。画像測定ソフトウェアにより画像データのフォーカスズレが検知された場合、端末装置５００はＮＣコントローラ３００にフォーカス合わせのためのフォーカスサーチ指令を与える。
【0035】
図４は、フォーカスサーチによってフォーカス合わせをする様子を説明するための説明図である。
フォーカスサーチ指令を受けた場合、ＮＣコントローラ３００は、ＮＣ工作機械２００に対し、主軸２２０をＺ方向に所定距離だけ上下動させる駆動信号を与える。ＮＣコントローラ３００は、ＮＣ工作機械２００の主軸２２０を上下往復させるときの主軸２２０の高さ位置を端末装置５００に時々刻々提供する。また、主軸２２０が上下動するのと並行して、画像測定ヘッド装置４００の撮像装置４４０で取得された画像データが時々刻々端末装置５００に提供される。このとき、主軸２２０の高さ位置のサンプリングタイミングと、画像測定ヘッド装置４００の撮像タイミングと、を合わせおく（同期しておく）とよい。そして、端末装置５００は、撮像装置４４０で取得された画像データを記憶するとき、その画像データが撮像されたときの主軸２２０の高さ位置情報を紐付けて記憶しておく。
フォーカスサーチ指令を受けた場合、ＮＣコントローラ３００は、ＮＣ工作機械２００に対し、主軸２２０をＺ方向に所定距離だけ上下動させる駆動信号を与える。ＮＣコントローラ３００は、ＮＣ工作機械２００の主軸２２０を上下往復させるときの主軸２２０の高さ位置を端末装置５００に時々刻々提供する。また、主軸２２０が上下動するのと並行して、画像測定ヘッド装置４００の撮像装置４４０で取得された画像データが時々刻々端末装置５００に提供される。このとき、主軸２２０の高さ位置のサンプリングタイミングと、画像測定ヘッド装置４００の撮像タイミングと、を合わせおく（同期しておく）とよい。そして、端末装置５００は、撮像装置４４０で取得された画像データを記憶するとき、その画像データが撮像されたときの主軸２２０の高さ位置情報を紐付けて記憶しておく。
【0036】
端末装置５００は、記憶した撮像データのうちからフォーカスが合った撮像データを特定する。そして、端末装置５００は、フォーカスが合った撮像データに紐付けられた主軸２２０の位置情報をＮＣコントローラ３００にフィードバックする。ＮＣコントローラ３００は、端末装置５００からフィードバックされた主軸２２０の位置に主軸２２０を移動させるようにＮＣ工作機械２００に駆動指令を与える。この連携動作により、自動のフォーカス合わせが可能になる。
【0037】
（動作例２：オフセット校正）
加工工具２０１を画像測定ヘッド装置４００に交換したとき、加工工具２０１の中心と画像測定ヘッド装置４００の軸（光軸）とは一致していることが好ましいのはもちろんである。
ただし実際には加工工具２０１の中心と画像測定ヘッド装置４００の軸（光軸）とにズレがあってオフセットしてしまっている可能性はある。そこで、加工工具２０１の中心と画像測定ヘッド装置４００の軸（光軸）との横方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）のオフセットを求めておく。
加工工具２０１を画像測定ヘッド装置４００に交換したとき、加工工具２０１の中心と画像測定ヘッド装置４００の軸（光軸）とは一致していることが好ましいのはもちろんである。
ただし実際には加工工具２０１の中心と画像測定ヘッド装置４００の軸（光軸）とにズレがあってオフセットしてしまっている可能性はある。そこで、加工工具２０１の中心と画像測定ヘッド装置４００の軸（光軸）との横方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）のオフセットを求めておく。
【0038】
主軸２２０に所定の加工工具２０１を取り付けた状態で、予め指定された加工指定座標値に中心点が合うように所定の幾何学的対称図形を加工する。幾何学的対称図形として、中心がある図形としては、円や正方形が例として挙げられるが、もちろん正方形以外の正多角形でもよい。次に、加工工具２０１を取り外して、主軸２２０に画像測定ヘッド装置４００を取り付ける。そして、画像測定により幾何学的対称図形の中心点の座標値を画像測定座標値Ｃ１として求める。
【0039】
このとき、フォーカス合わせのために主軸２２０を上下方向（Ｚ軸方向）に駆動する必要があるかもしれないが、主軸２２０を横方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）には動かさない。あるいは、工具交換の際に主軸２２０を所定の位置まで移動させる必要がある場合には、前記所定の幾何学的対称図形を加工したときの主軸２２０の位置（Ｘ、Ｙ）を記憶しておいて、その位置に戻るようにする。（通常は、加工指定座標値の直上に戻る。）
画像データの画面内において、画像測定座標値Ｃ１を求めたとき、例えば図５に例示のように、加工指定座標値Ｃ０との間にズレがあれば、それは加工工具２０１と画像測定ヘッド装置４００とのオフセットである。このオフセットをＸ軸方向、Ｙ軸方向で求めて、オフセット校正量として記憶しておく。
画像データの画面内において、画像測定座標値Ｃ１を求めたとき、例えば図５に例示のように、加工指定座標値Ｃ０との間にズレがあれば、それは加工工具２０１と画像測定ヘッド装置４００とのオフセットである。このオフセットをＸ軸方向、Ｙ軸方向で求めて、オフセット校正量として記憶しておく。
【0040】
オフセットとして、中心ズレの他、座標軸の傾斜（チルト）も校正する場合、次のようにする。
主軸２２０に所定の加工工具２０１を取り付けた状態で、予め指定された加工指定座標値に中心線が合うように所定の幾何学的対称図形を加工する。例えば、対称線がＸ軸（あるいはＹ軸）に平行になるように幾何学的対称図形を加工する。幾何学的対称図形として、線対称な図形としては、長方形、二等辺三角形、楕円などが挙げられるだろう。このあと、加工工具２０１を取り外して、主軸２２０に画像測定ヘッド装置４００を取り付け、画像測定によって幾何学的対称図形の中心線（画像測定座標値）を求める。画像測定で求めた幾何学的対称図形の中心線と画像測定ソフトウェアが認識している座標軸（Ｘ軸、Ｙ軸）との間に傾き（チルト）があれば、その傾斜角をオフセット校正量として記憶しておく。
主軸２２０に所定の加工工具２０１を取り付けた状態で、予め指定された加工指定座標値に中心線が合うように所定の幾何学的対称図形を加工する。例えば、対称線がＸ軸（あるいはＹ軸）に平行になるように幾何学的対称図形を加工する。幾何学的対称図形として、線対称な図形としては、長方形、二等辺三角形、楕円などが挙げられるだろう。このあと、加工工具２０１を取り外して、主軸２２０に画像測定ヘッド装置４００を取り付け、画像測定によって幾何学的対称図形の中心線（画像測定座標値）を求める。画像測定で求めた幾何学的対称図形の中心線と画像測定ソフトウェアが認識している座標軸（Ｘ軸、Ｙ軸）との間に傾き（チルト）があれば、その傾斜角をオフセット校正量として記憶しておく。
【0041】
画像測定ソフトウェアによって加工対象物のＯＫ／ＮＧ判定や、削り残し部分の追加加工の指令を行なう場合、上記オフセット分を補正するようにする。
【0042】
（動作例３：工作機械の駆動誤差補正）
ＮＣ工作機械２００の駆動軸（Ｘ軸、Ｙ軸）にはエンコーダが設けられ、主軸２２０の位置はエンコーダによって計測される。ただし、ＮＣ工作機械２００のエンコーダにも誤差はある。そこで、ＮＣ工作機械２００のエンコーダの誤差を画像測定の精度で補正することを考える。
ＮＣ工作機械２００の駆動軸（Ｘ軸、Ｙ軸）にはエンコーダが設けられ、主軸２２０の位置はエンコーダによって計測される。ただし、ＮＣ工作機械２００のエンコーダにも誤差はある。そこで、ＮＣ工作機械２００のエンコーダの誤差を画像測定の精度で補正することを考える。
【0043】
主軸２２０に所定の加工工具２０１を取り付けた状態で、対象物の表面において予め指定された加工指定間隔で二以上の所定の幾何学的図形を加工する。このとき、加工指定間隔は、画像測定ヘッド装置４００の対物レンズ４３１の１つの視野内に収まる範囲とする。（対物レンズ４３１の倍率にもよるが、例えば１ｍｍ以下。）図６の例では、間隔をあけた二本の線状の溝を加工し、近い側のエッジ同士の間隔が加工指定間隔であるとする。
【0044】
加工工具２０１を取り外して、主軸２２０に画像測定ヘッド装置４００を取り付けた状態で、画像測定により二本の溝のエッジ検出を行なう。そして、エッジ同士の間隔Ｄ１を求める。（求めたエッジ同士の間隔を画像測定間隔とする。）そして、加工指定間隔Ｄ０と画像測定間隔Ｄ１とのズレにより、ＮＣ工作機械２００の駆動誤差を校正する校正値または校正式を求める。
【0045】
１つの視野内において画像測定によって求められる線間距離は、ＮＣ工作機械２００のエンコーダの精度ではなく、画像測定ヘッド装置４００の光学素子（対物レンズ４３１やイメージセンサ）の精度に依存する。そして、画像測定における１つの視野内の測定値の校正は、所定のゲージ等の測定によって簡易に校正され得る。したがって、簡易かつ高精度に校正された画像測定の精度でＮＣ工作機械２００の駆動誤差を校正することができる。
【0046】
（動作例４：追加加工指令）
端末装置５００に加工対象物の設計値を登録しておき、画像測定で得られる形状データに基づいて、加工対象物のＯＫ／ＮＧ判定を行なう。さらに、端末装置５００からＮＣコントローラ３００に自動的に削り残し部分の特定と追加加工の指令を行なうようにするとよい。画像測定ヘッド装置４００を取り外して、主軸２２０に加工工具２０１を取り付けた後、ＮＣコントローラ３００は、端末装置５００からフィードバックされた追加加工指令に従ってＮＣ工作機械２００に駆動指令を与えて、加工対象物に追加加工を加える。
端末装置５００に加工対象物の設計値を登録しておき、画像測定で得られる形状データに基づいて、加工対象物のＯＫ／ＮＧ判定を行なう。さらに、端末装置５００からＮＣコントローラ３００に自動的に削り残し部分の特定と追加加工の指令を行なうようにするとよい。画像測定ヘッド装置４００を取り外して、主軸２２０に加工工具２０１を取り付けた後、ＮＣコントローラ３００は、端末装置５００からフィードバックされた追加加工指令に従ってＮＣ工作機械２００に駆動指令を与えて、加工対象物に追加加工を加える。
【0047】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【0048】
１００…ＮＣ工作機械システム、
２００…ＮＣ工作機械、
２０１…加工工具
２１０…ステージ、２２０…主軸、
３００…ＮＣコントローラ、
４００…画像測定ヘッド装置、
４１０…支持フレーム、４１１…被チャック部、４１２…天板部、４１３…正面板部、
４２０…把持部、４２１…上辺部、４２２…握り部、
４３０…鏡筒本体部、４３１…対物レンズ、
４４０…撮像装置、
４５０…照明手段、
４６０…落射照明手段、４７０…リング照明手段、４７１…リング照明部、４７２…リング照明保持部、４７３…リング照明支持板、４７４…リング照明取付板、
５００…画像測定用端末装置、５１０…調光用ＧＵＩ、
６００…光源コントローラ。
２００…ＮＣ工作機械、
２０１…加工工具
２１０…ステージ、２２０…主軸、
３００…ＮＣコントローラ、
４００…画像測定ヘッド装置、
４１０…支持フレーム、４１１…被チャック部、４１２…天板部、４１３…正面板部、
４２０…把持部、４２１…上辺部、４２２…握り部、
４３０…鏡筒本体部、４３１…対物レンズ、
４４０…撮像装置、
４５０…照明手段、
４６０…落射照明手段、４７０…リング照明手段、４７１…リング照明部、４７２…リング照明保持部、４７３…リング照明支持板、４７４…リング照明取付板、
５００…画像測定用端末装置、５１０…調光用ＧＵＩ、
６００…光源コントローラ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】