知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2025-04-04
(45)【発行日】2025-04-14
(54)【発明の名称】測距装置、測距方法及び工作装置
(51)【国際特許分類】
G01B 11/24 20060101AFI20250407BHJP
G01B 9/02004 20220101ALI20250407BHJP
【ＦＩ】
G01B11/24 D
G01B11/24 A
G01B9/02004
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2024571989
(86)(22)【出願日】2023-06-14
(86)【国際出願番号】 JP2023021991
【審査請求日】2024-12-06
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000006013
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003166
【氏名又は名称】弁理士法人山王内外特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】後藤 広樹
【審査官】國田 正久
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２００６／００６１７７０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０２０／０７０８８４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００６－１２６１６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２１－１０１１９２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０
９／００－ ９／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
センサヘッド部から、被加工物の加工面に照射された光と、前記センサヘッド部により受信された、前記加工面に反射された光との干渉光の周波数をシフトさせる周波数シフト部と、前記周波数シフト部による周波数シフト後の干渉光の周波数帯域を制限する帯域制限部と、
前記帯域制限部による周波数帯域制限後の干渉光を周波数領域の信号に変換する信号変換部と、
前記信号変換部による変換後の周波数領域の信号の中に、信号強度が閾値以上の信号が含まれていなければ、前記周波数シフト部による前記干渉光の周波数のシフト量を変更させるシフト量変更部と、
前記信号変換部による変換後の周波数領域の信号の中に、信号強度が閾値以上の信号が含まれていれば、前記信号強度が閾値以上の信号に基づいて、前記センサヘッド部から前記加工面までの距離を算出する距離算出部と
を備えた測距装置。
【請求項2】
センサヘッド部から、前記被加工物の加工面として、前記被加工物の加工後の所望の形状を有する基準ワークの面に光が照射され、前記周波数シフト部は、
前記基準ワークの面に照射された光と前記基準ワークの面に反射された光との干渉光の周波数をシフトさせ、
前記距離算出部は、
前記センサヘッド部から前記加工面までの距離として、前記センサヘッド部から前記基準ワークの面までの距離を算出することを特徴とする請求項１記載の測距装置。
【請求項3】
前記距離算出部は、前記センサヘッド部により受信された加工面に油が付着されているために、前記信号変換部による変換後の周波数領域の信号の中に、信号強度が閾値以上の信号が２つ含まれていれば、前記信号強度が閾値以上の２つの信号に基づいて、前記加工面に付着されている油の膜厚と前記センサヘッド部から前記油面までの距離とを算出し、前記膜厚と前記油面までの距離とから、前記センサヘッド部から前記加工面までの距離を算出することを特徴とする請求項１記載の測距装置。
【請求項4】
周波数シフト部が、センサヘッド部から、被加工物の加工面に照射された光と、前記センサヘッド部により受信された、前記加工面に反射された光との干渉光の周波数をシフトさせ、帯域制限部が、前記周波数シフト部による周波数シフト後の干渉光の周波数帯域を制限し、
信号変換部が、前記帯域制限部による周波数帯域制限後の干渉光を周波数領域の信号に変換し、
シフト量変更部が、前記信号変換部による変換後の周波数領域の信号の中に、信号強度が閾値以上の信号が含まれていなければ、前記周波数シフト部による前記干渉光の周波数のシフト量を変更させ、
距離算出部が、前記信号変換部による変換後の周波数領域の信号の中に、信号強度が閾値以上の信号が含まれていれば、前記信号強度が閾値以上の信号に基づいて、前記センサヘッド部から前記加工面までの距離を算出する
測距方法。
【請求項5】
被加工物の加工面に光を照射し、前記加工面に反射された光を受信するセンサヘッド部と、前記センサヘッド部から照射された光と前記センサヘッド部により受信された光との干渉光を検出する光干渉部と、
前記光干渉部により検出された干渉光の周波数をシフトさせる周波数シフト部と、
前記周波数シフト部による周波数シフト後の干渉光の周波数帯域を制限する帯域制限部と、
前記帯域制限部による周波数帯域制限後の干渉光を周波数領域の信号に変換する信号変換部と、
前記信号変換部による変換後の周波数領域の信号の中に、信号強度が閾値以上の信号が含まれていなければ、前記周波数シフト部による前記干渉光の周波数のシフト量を変更させるシフト量変更部と、
前記信号変換部による変換後の周波数領域の信号の中に、信号強度が閾値以上の信号が含まれていれば、前記信号強度が閾値以上の信号に基づいて、前記センサヘッド部から前記加工面までの距離を算出する距離算出部と
を備えた工作装置。
【請求項6】
前記距離算出部は、前記センサヘッド部の位置が移動される毎に、前記センサヘッド部から前記加工面までの距離を算出し、
前記距離算出部により算出された複数の距離に基づいて、前記被加工物の形状を算出する形状算出部を備えたことを特徴とする請求項５記載の工作装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、測距装置、測距方法及び工作装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
被加工物の加工面に向けて光を照射したのち、加工面に反射された光を受信するセンサヘッド部から加工面までの距離を算出する測距装置がある。
このような測距装置として、例えば、特許文献１には、光ファイバを介してセンサヘッド部と接続されているセンサ本体部を備える測距装置が開示されている。センサ本体部は、光干渉部と距離算出部とを備えている。
光干渉部は、センサヘッド部から照射された光とセンサヘッド部により受信された光との干渉光を検出する。距離算出部は、干渉光を周波数領域の信号に変換し、周波数領域の信号に基づいて、センサヘッド部から被加工物の加工面までの距離を算出する。
このような測距装置として、例えば、特許文献１には、光ファイバを介してセンサヘッド部と接続されているセンサ本体部を備える測距装置が開示されている。センサ本体部は、光干渉部と距離算出部とを備えている。
光干渉部は、センサヘッド部から照射された光とセンサヘッド部により受信された光との干渉光を検出する。距離算出部は、干渉光を周波数領域の信号に変換し、周波数領域の信号に基づいて、センサヘッド部から被加工物の加工面までの距離を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】国際公開２０２０－０７０８８４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
一般的な測距装置は、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）に実装される場合、測距時間の短縮、又は、メモリ容量の削減等のために、干渉光を変換することが可能な周波数領域の信号の周波数範囲（以下「変換可能周波数範囲」という）が制限されることがある。
特許文献１に開示されている測距装置においても、変換可能周波数範囲が制限される場合がある。また、センサヘッド部を搭載している加工ヘッドの移動に伴って、センサ本体部とセンサヘッド部とを接続している光ファイバが断線されることがある。光ファイバが断線された場合、断線された光ファイバを別の光ファイバと交換する必要がある。断線された光ファイバの光路長と、別の光ファイバの光路長とが一致していれば、当該測距装置の距離算出部は、センサヘッド部から被加工物の加工面までの距離を算出することができる。しかしながら、双方の光路長が一致していることは稀であり、双方の光路長の差分によっては、周波数領域の信号の周波数が、変換可能周波数範囲から逸脱する状況を生じてしまうことがある。このような場合、距離算出部は、センサヘッド部から被加工物の加工面までの距離を算出できなくなるという課題があった。
特許文献１に開示されている測距装置においても、変換可能周波数範囲が制限される場合がある。また、センサヘッド部を搭載している加工ヘッドの移動に伴って、センサ本体部とセンサヘッド部とを接続している光ファイバが断線されることがある。光ファイバが断線された場合、断線された光ファイバを別の光ファイバと交換する必要がある。断線された光ファイバの光路長と、別の光ファイバの光路長とが一致していれば、当該測距装置の距離算出部は、センサヘッド部から被加工物の加工面までの距離を算出することができる。しかしながら、双方の光路長が一致していることは稀であり、双方の光路長の差分によっては、周波数領域の信号の周波数が、変換可能周波数範囲から逸脱する状況を生じてしまうことがある。このような場合、距離算出部は、センサヘッド部から被加工物の加工面までの距離を算出できなくなるという課題があった。
【0005】
本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、周波数領域の信号の周波数が、変換可能周波数範囲から逸脱してしまう状況を生じても、センサヘッド部から被加工物の加工面までの距離を算出することができる測距装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示に係る測距装置は、センサヘッド部から、被加工物の加工面に照射された光と、センサヘッド部により受信された、加工面に反射された光との干渉光の周波数をシフトさせる周波数シフト部と、周波数シフト部による周波数シフト後の干渉光の周波数帯域を制限する帯域制限部と、帯域制限部による周波数帯域制限後の干渉光を周波数領域の信号に変換する信号変換部とを備えている。また、測距装置は、信号変換部による変換後の周波数領域の信号の中に、信号強度が閾値以上の信号が含まれていなければ、周波数シフト部による干渉光の周波数のシフト量を変更させるシフト量変更部と、信号変換部による変換後の周波数領域の信号の中に、信号強度が閾値以上の信号が含まれていれば、信号強度が閾値以上の信号に基づいて、センサヘッド部から加工面までの距離を算出する距離算出部とを備えている。
【発明の効果】
【0007】
本開示によれば、周波数領域の信号の周波数が、変換可能周波数範囲から逸脱してしまう状況を生じても、センサヘッド部から被加工物の加工面までの距離を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】実施の形態１に係る工作装置を示す構成図である。
【図2】実施の形態１に係る工作装置のセンサ部２０を示す構成図である。
【図3】周波数掃引光の時間波形を示す説明図である。
【図4】実施の形態１に係る測距装置４２を示す構成図である。
【図5】実施の形態１に係る測距装置４２のハードウェアを示すハードウェア構成図である。
【図6】測距装置４２が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。
【図7】測距装置４２の処理手順である測距方法を示すフローチャートである。
【図8】ピーク信号である反射光スペクトルが変換可能周波数帯域に含まれていることを示す説明図である。
【図9】基準ワークの一例を示す説明図である。
【図10】周波数シフト量が変更されることによって、反射光スペクトルが変換可能周波数帯域に含まれるようになった様子を示す説明図である。
【図11】実施の形態２に係る工作装置を示す構成図である。
【図12】実施の形態２に係る工作装置のセンサ部２０を示す構成図である。
【図13】加工面３ａに油が付着されている基準ワークの一例を示す説明図である。
【図14】シフト量変更部６４から出力された２つのピーク信号を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本開示をより詳細に説明するために、本開示を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
【0010】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る工作装置を示す構成図である。
図１に示す工作装置は、テーブル１、バイス２、加工部１０、センサ部２０及びコントロール部５０を備えている。
テーブル１は、加工対象の被加工物３を載せる台である。
バイス２は、被加工物３を加工する際に、被加工物３が動かないように固定する固定具である。
被加工物３は、加工部１０によって、加工面３ａが加工される金属等が該当する。
図１は、実施の形態１に係る工作装置を示す構成図である。
図１に示す工作装置は、テーブル１、バイス２、加工部１０、センサ部２０及びコントロール部５０を備えている。
テーブル１は、加工対象の被加工物３を載せる台である。
バイス２は、被加工物３を加工する際に、被加工物３が動かないように固定する固定具である。
被加工物３は、加工部１０によって、加工面３ａが加工される金属等が該当する。
【0011】
加工部１０は、加工ヘッド１１、加工工具１２、ヘッド駆動部１３及び切削油ノズル１４を備えている。
加工部１０は、被加工物３の加工面３ａに切削油を供給して、被加工物３の加工面３ａを切削加工する。
加工部１０は、被加工物３の加工面３ａに切削油を供給して、被加工物３の加工面３ａを切削加工する。
【0012】
加工ヘッド１１は、ヘッド本体部１１ａ及びスピンドル１１ｂを備えている。
ヘッド本体部１１ａは、スピンドル１１ｂ及びセンサヘッド部２１のそれぞれを支持する金属製の構造体である。
スピンドル１１ｂは、加工工具１２を着脱自在に保持する図示せぬチャック装置を内蔵している。
スピンドル１１ｂは、加工工具１２を保持した状態で回転駆動する金属製の軸状部品である。
外周面１１ｃは、ヘッド本体部１１ａが有している複数の外周面の中で、テーブル１と相対している外周面である。
ヘッド本体部１１ａは、スピンドル１１ｂ及びセンサヘッド部２１のそれぞれを支持する金属製の構造体である。
スピンドル１１ｂは、加工工具１２を着脱自在に保持する図示せぬチャック装置を内蔵している。
スピンドル１１ｂは、加工工具１２を保持した状態で回転駆動する金属製の軸状部品である。
外周面１１ｃは、ヘッド本体部１１ａが有している複数の外周面の中で、テーブル１と相対している外周面である。
【0013】
加工工具１２は、フライス、エンドミル、ドリル、又は、タップ等の金属加工用刃物である。
加工工具１２は、回転動作によって、被加工物３の加工面３ａを切削加工する。
ヘッド駆動部１３は、コントロール部５０から出力される制御信号に従って加工面３ａに対するヘッド本体部１１ａの位置を相対的に変化させる駆動機構である。
ヘッド駆動部１３によるヘッド本体部１１ａの位置の変化方向は、図１に示すｘ軸方向、ｙ軸方向、又は、ｚ軸方向である。
切削油ノズル１４は、コントロール部５０から切削油の供給指令を受けたときに、被加工物３の加工面３ａに切削油を塗布するためのノズルである。
加工工具１２は、回転動作によって、被加工物３の加工面３ａを切削加工する。
ヘッド駆動部１３は、コントロール部５０から出力される制御信号に従って加工面３ａに対するヘッド本体部１１ａの位置を相対的に変化させる駆動機構である。
ヘッド駆動部１３によるヘッド本体部１１ａの位置の変化方向は、図１に示すｘ軸方向、ｙ軸方向、又は、ｚ軸方向である。
切削油ノズル１４は、コントロール部５０から切削油の供給指令を受けたときに、被加工物３の加工面３ａに切削油を塗布するためのノズルである。
【0014】
センサ部２０は、センサヘッド部２１、センサ本体部２２及び光伝送部２３を備えている。
センサ部２０は、センサヘッド部２１の先端２１ａから、被加工物３の加工面３ａまでの距離を算出する。
センサ部２０は、センサヘッド部２１の先端２１ａから、被加工物３の加工面３ａまでの距離を算出する。
【0015】
センサヘッド部２１は、ヘッド本体部１１ａの外周面１１ｃに取り付けられている。
センサヘッド部２１は、センサ本体部２２から出力された照射光を加工面３ａに向けて照射し、加工面３ａに反射された照射光である反射光を受信する。
センサヘッド部２１は、反射光を、光伝送部２３を介して、センサ本体部２２に出力する。
ここでは、センサヘッド部２１が、照射光を加工面３ａに向けて照射して、加工面３ａに反射された照射光である反射光を受信している。しかし、これは一例に過ぎず、センサヘッド部２１が、被加工物３の加工面３ａとして、基準ワークの面に向けて光を照射し、基準ワークの面に反射された照射光である反射光を受信するようにしてもよい。
基準ワークは、例えば、被加工物３の切削加工後の所望の形状を有する金属等である。
センサヘッド部２１は、センサ本体部２２から出力された照射光を加工面３ａに向けて照射し、加工面３ａに反射された照射光である反射光を受信する。
センサヘッド部２１は、反射光を、光伝送部２３を介して、センサ本体部２２に出力する。
ここでは、センサヘッド部２１が、照射光を加工面３ａに向けて照射して、加工面３ａに反射された照射光である反射光を受信している。しかし、これは一例に過ぎず、センサヘッド部２１が、被加工物３の加工面３ａとして、基準ワークの面に向けて光を照射し、基準ワークの面に反射された照射光である反射光を受信するようにしてもよい。
基準ワークは、例えば、被加工物３の切削加工後の所望の形状を有する金属等である。
【0016】
センサ本体部２２は、照射光を、光伝送部２３を介して、センサヘッド部２１に出力する。
センサ本体部２２は、センサヘッド部２１から、光伝送部２３を介して、反射光を取得する。
センサ本体部２２は、照射光と反射光との干渉光を検出し、干渉光に基づいて、センサヘッド部２１の先端２１ａから加工面３ａまでの距離を算出する。
センサ本体部２２は、センサヘッド部２１の先端２１ａから加工面３ａまでの距離をコントロール部５０に出力する。
センサ本体部２２は、センサヘッド部２１から、光伝送部２３を介して、反射光を取得する。
センサ本体部２２は、照射光と反射光との干渉光を検出し、干渉光に基づいて、センサヘッド部２１の先端２１ａから加工面３ａまでの距離を算出する。
センサ本体部２２は、センサヘッド部２１の先端２１ａから加工面３ａまでの距離をコントロール部５０に出力する。
【0017】
光伝送部２３は、例えば、光ファイバによって実現される。
光伝送部２３は、センサ本体部２２からセンサヘッド部２１へ向かう光、及び、センサヘッド部２１からセンサ本体部２２へ向かう光の伝送路である。
図１に示す工作装置では、光伝送部２３が設けられている。しかし、これは一例に過ぎず、工作装置には、光伝送部２３が設けられていなくてもよい。この場合、センサヘッド部２１とセンサ本体部２２との間の光の伝送は、空間を介して行われる。
光伝送部２３は、センサ本体部２２からセンサヘッド部２１へ向かう光、及び、センサヘッド部２１からセンサ本体部２２へ向かう光の伝送路である。
図１に示す工作装置では、光伝送部２３が設けられている。しかし、これは一例に過ぎず、工作装置には、光伝送部２３が設けられていなくてもよい。この場合、センサヘッド部２１とセンサ本体部２２との間の光の伝送は、空間を介して行われる。
【0018】
コントロール部５０は、ヘッド本体部１１ａの移動位置を示す制御信号をヘッド駆動部１３に出力し、切削油の供給指令を切削油ノズル１４に出力する。
【0019】
図２は、実施の形態１に係る工作装置のセンサ部２０を示す構成図である。
センサ部２０は、センサヘッド部２１、センサ本体部２２及び光伝送部２３を備えおり、センサヘッド部２１は、集光光学素子３５を備えている。センサ本体部２２は、周波数掃引光出力部３１、光分岐部３２、光干渉部３６、アナログデジタル変換器（以下、「Ａ／Ｄ変換器」と称する）３９、Ａ／Ｄ変換器４０、レジスタ４１及び測距装置４２を備えている。
センサ部２０は、センサヘッド部２１、センサ本体部２２及び光伝送部２３を備えおり、センサヘッド部２１は、集光光学素子３５を備えている。センサ本体部２２は、周波数掃引光出力部３１、光分岐部３２、光干渉部３６、アナログデジタル変換器（以下、「Ａ／Ｄ変換器」と称する）３９、Ａ／Ｄ変換器４０、レジスタ４１及び測距装置４２を備えている。
【0020】
周波数掃引光出力部３１は、時間の経過に伴って周波数が変化する周波数掃引光を出力する周波数掃引光源３１ａを備えている。周波数掃引光出力部３１は、周波数掃引光を光分岐部３２に出力する。
周波数掃引光出力部３１は、周波数掃引光を出力したタイミングを示すトリガ信号、又は、周波数掃引光の振幅を示す振幅信号をＡ／Ｄ変換器４０に出力する。
周波数掃引光出力部３１は、周波数掃引光を出力したタイミングを示すトリガ信号、又は、周波数掃引光の振幅を示す振幅信号をＡ／Ｄ変換器４０に出力する。
【0021】
図３は、周波数掃引光の時間波形を示す説明図である。
周波数掃引光は、時間の経過に伴って周波数が最低周波数ｆｍｉｎから最高周波数ｆｍａｘまで変化する光である。周波数掃引光は、周波数が最高周波数ｆｍａｘに到達すると、一旦、周波数が最低周波数ｆｍｉｎに戻ってから、再度、周波数が最低周波数ｆｍｉｎから最高周波数ｆｍａｘまで変化する。周波数掃引光は、チャープ信号光と呼ばれることがある。
図３において、横軸は、時間を示し、縦軸は、周波数を示している。実線は、参照光を示し、破線は、反射光を示している。
干渉光は、参照光の周波数と反射光の周波数との差分の周波数を有する光である。
周波数掃引光は、時間の経過に伴って周波数が最低周波数ｆｍｉｎから最高周波数ｆｍａｘまで変化する光である。周波数掃引光は、周波数が最高周波数ｆｍａｘに到達すると、一旦、周波数が最低周波数ｆｍｉｎに戻ってから、再度、周波数が最低周波数ｆｍｉｎから最高周波数ｆｍａｘまで変化する。周波数掃引光は、チャープ信号光と呼ばれることがある。
図３において、横軸は、時間を示し、縦軸は、周波数を示している。実線は、参照光を示し、破線は、反射光を示している。
干渉光は、参照光の周波数と反射光の周波数との差分の周波数を有する光である。
【0022】
光分岐部３２は、光カプラ３３及びサーキュレータ３４を備えている。
光カプラ３３は、周波数掃引光出力部３１から出力された周波数掃引光を参照光と照射光とに分岐する光分岐素子である。
光カプラ３３は、参照光を光干渉計３７に出力し、照射光をサーキュレータ３４に出力する。
光カプラ３３は、周波数掃引光出力部３１から出力された周波数掃引光を参照光と照射光とに分岐する光分岐素子である。
光カプラ３３は、参照光を光干渉計３７に出力し、照射光をサーキュレータ３４に出力する。
【0023】
サーキュレータ３４は、光カプラ３３から出力された照射光を、光伝送部２３を介して、センサヘッド部２１の集光光学素子３５に出力する。
サーキュレータ３４は、集光光学素子３５から出力された反射光を光干渉計３７に出力する。
サーキュレータ３４は、集光光学素子３５から出力された反射光を光干渉計３７に出力する。
【0024】
集光光学素子３５は、サーキュレータ３４から出力された照射光を加工面３ａに集光させる。
具体的には、集光光学素子３５は、２枚の非球面レンズを備えている。２枚の非球面レンズのうち、サーキュレータ３４側の非球面レンズは、サーキュレータ３４から出力された照射光を平行光にする。加工面３ａ側の非球面レンズは、平行光を加工面３ａに集光させる。
また、集光光学素子３５は、加工面３ａにより反射された照射光である反射光を受光し、反射光を、光伝送部２３を介して、サーキュレータ３４に出力する。
具体的には、集光光学素子３５は、２枚の非球面レンズを備えている。２枚の非球面レンズのうち、サーキュレータ３４側の非球面レンズは、サーキュレータ３４から出力された照射光を平行光にする。加工面３ａ側の非球面レンズは、平行光を加工面３ａに集光させる。
また、集光光学素子３５は、加工面３ａにより反射された照射光である反射光を受光し、反射光を、光伝送部２３を介して、サーキュレータ３４に出力する。
【0025】
光干渉部３６は、光干渉計３７及び光検出器３８を備えている。
光干渉部３６は、光分岐部３２から出力された、参照光と反射光との干渉光を生成する。
光干渉部３６は、干渉光を電気信号に変換して、電気信号をＡ／Ｄ変換器３９に出力する。
光干渉部３６は、光分岐部３２から出力された、参照光と反射光との干渉光を生成する。
光干渉部３６は、干渉光を電気信号に変換して、電気信号をＡ／Ｄ変換器３９に出力する。
【0026】
光干渉計３７は、光カプラ３３から出力された参照光とサーキュレータ３４から出力された反射光との干渉光を生成し、干渉光を光検出器３８に出力する。
光検出器３８は、光干渉計３７から出力された干渉光を検出し、干渉光を電気信号に変換する。
光検出器３８は、電気信号をＡ／Ｄ変換器３９に出力する。
光検出器３８は、光干渉計３７から出力された干渉光を検出し、干渉光を電気信号に変換する。
光検出器３８は、電気信号をＡ／Ｄ変換器３９に出力する。
【0027】
Ａ／Ｄ変換器３９は、光検出器３８から出力された電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号を測距装置４２に出力する。
Ａ／Ｄ変換器４０は、周波数掃引光出力部３１から、周波数掃引光が出力されたタイミングを示すトリガ信号、又は、周波数掃引光の振幅を示す振幅信号を取得する。
Ａ／Ｄ変換器４０は、トリガ信号、又は、振幅信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号を測距装置４２に出力する。
Ａ／Ｄ変換器４０は、周波数掃引光出力部３１から、周波数掃引光が出力されたタイミングを示すトリガ信号、又は、周波数掃引光の振幅を示す振幅信号を取得する。
Ａ／Ｄ変換器４０は、トリガ信号、又は、振幅信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号を測距装置４２に出力する。
【0028】
レジスタ４１は、例えば、周波数シフト量及び切削油屈折率を記録している記録媒体である。
レジスタ４１には、センサヘッド部２１から加工面３ａに照射される光の焦点位置毎に周波数シフト量が記録されている。
なお、周波数シフト量は、光伝送部２３を実現する光ファイバの光路長によって決まる値である。
切削油屈折率は、切削油ノズル１４から加工面３ａに供給される切削油の種類、切削油の濃度、又は、工作装置の周囲環境温度等によって決まる値である。
レジスタ４１には、センサヘッド部２１から加工面３ａに照射される光の焦点位置毎に周波数シフト量が記録されている。
なお、周波数シフト量は、光伝送部２３を実現する光ファイバの光路長によって決まる値である。
切削油屈折率は、切削油ノズル１４から加工面３ａに供給される切削油の種類、切削油の濃度、又は、工作装置の周囲環境温度等によって決まる値である。
【0029】
測距装置４２は、センサヘッド部２１の先端２１ａから被加工物３の加工面３ａまでの距離を算出する装置である。
図４は、実施の形態１に係る測距装置４２を示す構成図である。
図５は、実施の形態１に係る測距装置４２のハードウェアを示すハードウェア構成図である。
測距装置４２は、周波数シフト部６１、帯域制限部６２、信号変換部６３、シフト量変更部６４及び距離算出部６５を備えている。
図４は、実施の形態１に係る測距装置４２を示す構成図である。
図５は、実施の形態１に係る測距装置４２のハードウェアを示すハードウェア構成図である。
測距装置４２は、周波数シフト部６１、帯域制限部６２、信号変換部６３、シフト量変更部６４及び距離算出部６５を備えている。
【0030】
周波数シフト部６１は、例えば、図５に示す周波数シフト回路７１によって実現される。
周波数シフト部６１は、Ａ／Ｄ変換器３９から、干渉光に係るデジタル信号（以下、「干渉光データ」という）を取得し、Ａ／Ｄ変換器４０から、トリガ信号に係るデジタル信号（以下、「トリガデータ」という）、又は、振幅信号に係るデジタル信号（以下、「振幅データ」という）を取得する。
周波数シフト部６１は、例えば、トリガデータを取得した後に、干渉光データを取得すれば、レジスタ４１に記録されている周波数シフト量だけ、干渉光データの周波数をシフトさせる。
周波数シフト部６１は、周波数シフト後の干渉光データを帯域制限部６２に出力する。
周波数シフト部６１は、Ａ／Ｄ変換器３９から、干渉光に係るデジタル信号（以下、「干渉光データ」という）を取得し、Ａ／Ｄ変換器４０から、トリガ信号に係るデジタル信号（以下、「トリガデータ」という）、又は、振幅信号に係るデジタル信号（以下、「振幅データ」という）を取得する。
周波数シフト部６１は、例えば、トリガデータを取得した後に、干渉光データを取得すれば、レジスタ４１に記録されている周波数シフト量だけ、干渉光データの周波数をシフトさせる。
周波数シフト部６１は、周波数シフト後の干渉光データを帯域制限部６２に出力する。
【0031】
帯域制限部６２は、例えば、図５に示す帯域制限回路７２によって実現される。
帯域制限部６２は、例えば、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタ、又は、ハイパスフィルタを備えている。
帯域制限部６２は、周波数シフト部６１から、周波数シフト後の干渉光データを取得する。
帯域制限部６２は、周波数シフト後の干渉光データの周波数帯域を制限する。
帯域制限部６２は、周波数帯域制限後の干渉光データを信号変換部６３に出力する。
帯域制限部６２は、例えば、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタ、又は、ハイパスフィルタを備えている。
帯域制限部６２は、周波数シフト部６１から、周波数シフト後の干渉光データを取得する。
帯域制限部６２は、周波数シフト後の干渉光データの周波数帯域を制限する。
帯域制限部６２は、周波数帯域制限後の干渉光データを信号変換部６３に出力する。
【0032】
信号変換部６３は、例えば、図５に示す信号変換回路７３によって実現される。
信号変換部６３は、帯域制限部６２から、周波数帯域制限後の干渉光データを取得する。
信号変換部６３は、周波数帯域制限後の干渉光データを例えばＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）することによって、干渉光データを周波数領域の信号に変換する。
信号変換部６３は、周波数領域の信号をシフト量変更部６４に出力する。
信号変換部６３は、帯域制限部６２から、周波数帯域制限後の干渉光データを取得する。
信号変換部６３は、周波数帯域制限後の干渉光データを例えばＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）することによって、干渉光データを周波数領域の信号に変換する。
信号変換部６３は、周波数領域の信号をシフト量変更部６４に出力する。
【0033】
シフト量変更部６４は、例えば、図５に示すシフト量変更回路７４によって実現される。
シフト量変更部６４は、信号変換部６３から、周波数領域の信号を取得する。
シフト量変更部６４は、周波数領域の信号の中に、信号強度が閾値以上の信号（以下、「ピーク信号」という）が含まれていなければ、周波数シフト部６１による周波数のシフト量を変更させる。
シフト量変更部６４は、周波数領域の信号の中に、ピーク信号が含まれていれば、ピーク信号を距離算出部６５に出力する。
シフト量変更部６４は、信号変換部６３から、周波数領域の信号を取得する。
シフト量変更部６４は、周波数領域の信号の中に、信号強度が閾値以上の信号（以下、「ピーク信号」という）が含まれていなければ、周波数シフト部６１による周波数のシフト量を変更させる。
シフト量変更部６４は、周波数領域の信号の中に、ピーク信号が含まれていれば、ピーク信号を距離算出部６５に出力する。
【0034】
距離算出部６５は、例えば、図５に示す距離算出回路７５によって実現される。
距離算出部６５は、周波数領域の信号の中に、ピーク信号が含まれているために、シフト量変更部６４からピーク信号が出力されれば、ピーク信号に基づいて、センサヘッド部２１の先端２１ａから加工面３ａまでの距離を算出する。
距離算出部６５は、算出した距離を形状算出部６６に出力する。
距離算出部６５は、周波数領域の信号の中に、ピーク信号が含まれているために、シフト量変更部６４からピーク信号が出力されれば、ピーク信号に基づいて、センサヘッド部２１の先端２１ａから加工面３ａまでの距離を算出する。
距離算出部６５は、算出した距離を形状算出部６６に出力する。
【0035】
形状算出部６６は、例えば、コントロール部５０に内蔵されている。
形状算出部６６は、センサヘッド部２１の位置が移動される毎に、距離算出部６５によって算出された距離を取得する。
形状算出部６６は、複数の距離に基づいて、被加工物３の形状を算出する。
ここでは、形状算出部６６が、コントロール部５０に内蔵されている。しかし、これは一例に過ぎず、形状算出部６６は、例えば、測距装置４２に内蔵されていてもよい。
形状算出部６６は、センサヘッド部２１の位置が移動される毎に、距離算出部６５によって算出された距離を取得する。
形状算出部６６は、複数の距離に基づいて、被加工物３の形状を算出する。
ここでは、形状算出部６６が、コントロール部５０に内蔵されている。しかし、これは一例に過ぎず、形状算出部６６は、例えば、測距装置４２に内蔵されていてもよい。
【0036】
図４では、測距装置４２の構成要素である周波数シフト部６１、帯域制限部６２、信号変換部６３、シフト量変更部６４及び距離算出部６５のそれぞれが、図５に示すような専用のハードウェアによって実現されるものを想定している。即ち、測距装置４２が、周波数シフト回路７１、帯域制限回路７２、信号変換回路７３、シフト量変更回路７４及び距離算出回路７５によって実現されるものを想定している。
周波数シフト回路７１、帯域制限回路７２、信号変換回路７３、シフト量変更回路７４及び距離算出回路７５のそれぞれは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。
周波数シフト回路７１、帯域制限回路７２、信号変換回路７３、シフト量変更回路７４及び距離算出回路７５のそれぞれは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。
【0037】
測距装置４２の構成要素は、専用のハードウェアによって実現されるものに限るものではなく、測距装置４２が、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現されるものであってもよい。
ソフトウェア又はファームウェアは、プログラムとして、コンピュータのメモリに格納される。コンピュータは、プログラムを実行するハードウェアを意味し、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、あるいは、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）が該当する。
ソフトウェア又はファームウェアは、プログラムとして、コンピュータのメモリに格納される。コンピュータは、プログラムを実行するハードウェアを意味し、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、あるいは、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）が該当する。
【0038】
図６は、測距装置４２が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。
測距装置４２が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合、周波数シフト部６１、帯域制限部６２、信号変換部６３、シフト量変更部６４及び距離算出部６５におけるそれぞれの処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムがメモリ８１に格納される。そして、コンピュータのプロセッサ８２がメモリ８１に格納されているプログラムを実行する。
測距装置４２が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合、周波数シフト部６１、帯域制限部６２、信号変換部６３、シフト量変更部６４及び距離算出部６５におけるそれぞれの処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムがメモリ８１に格納される。そして、コンピュータのプロセッサ８２がメモリ８１に格納されているプログラムを実行する。
【0039】
また、図５では、測距装置４２の構成要素のそれぞれが専用のハードウェアによって実現される例を示し、図６では、測距装置４２がソフトウェア又はファームウェア等によって実現される例を示している。しかし、これは一例に過ぎず、測距装置４２における一部の構成要素が専用のハードウェアによって実現され、残りの構成要素がソフトウェア又はファームウェア等によって実現されるものであってもよい。
【0040】
次に、図１に示す工作装置の動作について説明する。
まず、光伝送部２３を実現する光ファイバが断線されていないときに、工作装置が被加工物３の形状を算出する動作を説明する。
図１に示す工作装置では、被加工物３が、工作装置による加工済みの物であるものとする。ただし、これは一例に過ぎず、被加工物３は、工作装置によって加工が行われる前の物であってもよいし、加工途中の物であってもよい。
まず、光伝送部２３を実現する光ファイバが断線されていないときに、工作装置が被加工物３の形状を算出する動作を説明する。
図１に示す工作装置では、被加工物３が、工作装置による加工済みの物であるものとする。ただし、これは一例に過ぎず、被加工物３は、工作装置によって加工が行われる前の物であってもよいし、加工途中の物であってもよい。
【0041】
コントロール部５０は、ヘッド本体部１１ａの移動位置を示す制御信号をヘッド駆動部１３に出力する。
ここでは、説明の簡単化のため、コントロール部５０は、切削油の供給指令を切削油ノズル１４に出力しないものとする。
ヘッド駆動部１３は、コントロール部５０から出力される制御信号に従って加工面３ａに対するヘッド本体部１１ａの位置を相対的に変化させる。
ここでは、説明の簡単化のため、コントロール部５０は、切削油の供給指令を切削油ノズル１４に出力しないものとする。
ヘッド駆動部１３は、コントロール部５０から出力される制御信号に従って加工面３ａに対するヘッド本体部１１ａの位置を相対的に変化させる。
【0042】
周波数掃引光出力部３１は、加工面３ａに対するヘッド本体部１１ａの位置が変化する毎に、時間の経過に伴って周波数が変化する周波数掃引光として、例えば、図３に示すような周波数掃引光を光分岐部３２に出力する。
また、周波数掃引光出力部３１は、周波数掃引光を出力したタイミングを示すトリガ信号、又は、周波数掃引光の振幅を示す振幅信号をＡ／Ｄ変換器４０に出力する。
また、周波数掃引光出力部３１は、周波数掃引光を出力したタイミングを示すトリガ信号、又は、周波数掃引光の振幅を示す振幅信号をＡ／Ｄ変換器４０に出力する。
【0043】
光カプラ３３は、周波数掃引光出力部３１から、周波数掃引光を取得する。
光カプラ３３は、周波数掃引光を参照光と照射光とに分岐する。
光カプラ３３は、参照光を光干渉計３７に出力し、照射光をサーキュレータ３４に出力する。
サーキュレータ３４は、光カプラ３３から出力された照射光を、光伝送部２３を介して、集光光学素子３５に出力する。
光カプラ３３は、周波数掃引光を参照光と照射光とに分岐する。
光カプラ３３は、参照光を光干渉計３７に出力し、照射光をサーキュレータ３４に出力する。
サーキュレータ３４は、光カプラ３３から出力された照射光を、光伝送部２３を介して、集光光学素子３５に出力する。
【0044】
集光光学素子３５は、サーキュレータ３４から出力された照射光を加工面３ａに集光させる。
そして、集光光学素子３５は、加工面３ａにより反射された照射光である反射光を受光し、反射光を、光伝送部２３を介して、サーキュレータ３４に出力する。
サーキュレータ３４は、集光光学素子３５から出力された反射光を光干渉計３７に出力する。
そして、集光光学素子３５は、加工面３ａにより反射された照射光である反射光を受光し、反射光を、光伝送部２３を介して、サーキュレータ３４に出力する。
サーキュレータ３４は、集光光学素子３５から出力された反射光を光干渉計３７に出力する。
【0045】
光干渉計３７は、光カプラ３３から参照光を取得し、サーキュレータ３４から反射光を取得する。
光干渉計３７は、図３に示すように、参照光と反射光との干渉光として、参照光の周波数と反射光の周波数との周波数差を有する光を生成する。
光干渉計３７は、干渉光を光検出器３８に出力する。
光検出器３８は、光干渉計３７から出力された干渉光を検出し、干渉光を電気信号に変換する。
光検出器３８は、電気信号をＡ／Ｄ変換器３９に出力する。
光干渉計３７は、図３に示すように、参照光と反射光との干渉光として、参照光の周波数と反射光の周波数との周波数差を有する光を生成する。
光干渉計３７は、干渉光を光検出器３８に出力する。
光検出器３８は、光干渉計３７から出力された干渉光を検出し、干渉光を電気信号に変換する。
光検出器３８は、電気信号をＡ／Ｄ変換器３９に出力する。
【0046】
Ａ／Ｄ変換器３９は、光検出器３８から、干渉光を示す電気信号を取得する。
Ａ／Ｄ変換器３９は、干渉光を示す電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号を測距装置４２に出力する。
Ａ／Ｄ変換器４０は、周波数掃引光出力部３１から、周波数掃引光が出力されたタイミングを示すトリガ信号、又は、周波数掃引光の振幅を示す振幅信号を取得する。
Ａ／Ｄ変換器４０は、トリガ信号を取得すれば、トリガ信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号を測距装置４２に出力する。
Ａ／Ｄ変換器４０は、振幅信号を取得すれば、振幅信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号を測距装置４２に出力する。
Ａ／Ｄ変換器３９は、干渉光を示す電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号を測距装置４２に出力する。
Ａ／Ｄ変換器４０は、周波数掃引光出力部３１から、周波数掃引光が出力されたタイミングを示すトリガ信号、又は、周波数掃引光の振幅を示す振幅信号を取得する。
Ａ／Ｄ変換器４０は、トリガ信号を取得すれば、トリガ信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号を測距装置４２に出力する。
Ａ／Ｄ変換器４０は、振幅信号を取得すれば、振幅信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号を測距装置４２に出力する。
【0047】
図７は、測距装置４２の処理手順である測距方法を示すフローチャートである。
レジスタ４１には、切断されていない光伝送部２３の光路長に対応する周波数シフト量が記録されている。この周波数シフト量は、シフト量変更部６４において、帯域制限部６２による周波数帯域制限後の干渉光データに係る周波数領域の信号のうち、信号強度が閾値以上の信号であるピーク信号が、ピーク信号の検出が可能な周波数帯域に含まれるように、干渉光データの周波数をシフトさせる周波数シフト量である。つまり、ピーク信号である反射光スペクトルが、図８に示すように、変換可能周波数帯域に含まれるような周波数シフト量がレジスタ４１に記録されている。変換可能周波数帯域は、帯域制限部６２により制限された周波数帯域である。
図８は、ピーク信号である反射光スペクトルが変換可能周波数帯域に含まれていることを示す説明図である。
図８において、横軸は、周波数を示し、縦軸は、信号強度を示している。
レジスタ４１には、切断されていない光伝送部２３の光路長に対応する周波数シフト量が記録されている。この周波数シフト量は、シフト量変更部６４において、帯域制限部６２による周波数帯域制限後の干渉光データに係る周波数領域の信号のうち、信号強度が閾値以上の信号であるピーク信号が、ピーク信号の検出が可能な周波数帯域に含まれるように、干渉光データの周波数をシフトさせる周波数シフト量である。つまり、ピーク信号である反射光スペクトルが、図８に示すように、変換可能周波数帯域に含まれるような周波数シフト量がレジスタ４１に記録されている。変換可能周波数帯域は、帯域制限部６２により制限された周波数帯域である。
図８は、ピーク信号である反射光スペクトルが変換可能周波数帯域に含まれていることを示す説明図である。
図８において、横軸は、周波数を示し、縦軸は、信号強度を示している。
【0048】
周波数シフト部６１は、レジスタ４１から、センサヘッド部２１から加工面３ａに照射される光の焦点位置に対応する周波数シフト量を取得する。
周波数シフト部６１は、Ａ／Ｄ変換器３９から、干渉光に係るデジタル信号である干渉光データを取得し、Ａ／Ｄ変換器４０から、トリガ信号に係るデジタル信号であるトリガデータ、又は、振幅信号に係るデジタル信号である振幅データを取得する。
周波数シフト部６１は、トリガデータを取得した後に、干渉光データを取得すれば、周波数シフト量だけ、干渉光データの周波数をシフトさせる（図７のステップＳＴ１）。
周波数シフト部６１は、Ａ／Ｄ変換器３９から、干渉光に係るデジタル信号である干渉光データを取得し、Ａ／Ｄ変換器４０から、トリガ信号に係るデジタル信号であるトリガデータ、又は、振幅信号に係るデジタル信号である振幅データを取得する。
周波数シフト部６１は、トリガデータを取得した後に、干渉光データを取得すれば、周波数シフト量だけ、干渉光データの周波数をシフトさせる（図７のステップＳＴ１）。
【0049】
周波数シフト部６１は、振幅データを取得すれば、振幅データが示す周波数掃引光の振幅に基づいて、周波数掃引光の周波数が最低周波数ｆｍｉｎに戻ったタイミングを検出する。
周波数シフト部６１は、周波数掃引光の周波数が最低周波数ｆｍｉｎに戻ったタイミングを検出した後に、干渉光データを取得すれば、周波数シフト量だけ、干渉光データの周波数をシフトさせる（図７のステップＳＴ１）。
周波数シフト部６１は、周波数シフト後の干渉光データを帯域制限部６２に出力する。
周波数シフト部６１は、周波数掃引光の周波数が最低周波数ｆｍｉｎに戻ったタイミングを検出した後に、干渉光データを取得すれば、周波数シフト量だけ、干渉光データの周波数をシフトさせる（図７のステップＳＴ１）。
周波数シフト部６１は、周波数シフト後の干渉光データを帯域制限部６２に出力する。
【0050】
帯域制限部６２は、周波数シフト部６１から、周波数シフト後の干渉光データを取得する。
帯域制限部６２は、周波数シフト後の干渉光データの周波数帯域を制限する（図７のステップＳＴ２）。
帯域制限部６２により制限される周波数帯域は、図８に示す変換可能周波数帯域に相当する。
帯域制限部６２は、周波数帯域制限後の干渉光データを信号変換部６３に出力する。
帯域制限部６２は、周波数シフト後の干渉光データの周波数帯域を制限する（図７のステップＳＴ２）。
帯域制限部６２により制限される周波数帯域は、図８に示す変換可能周波数帯域に相当する。
帯域制限部６２は、周波数帯域制限後の干渉光データを信号変換部６３に出力する。
【0051】
信号変換部６３は、帯域制限部６２から、周波数帯域制限後の干渉光データを取得する。
信号変換部６３は、周波数帯域制限後の干渉光データを例えばＦＦＴすることによって、干渉光データを周波数領域の信号に変換する（図７のステップＳＴ３）。
信号変換部６３は、周波数領域の信号をシフト量変更部６４に出力する。
信号変換部６３は、周波数帯域制限後の干渉光データを例えばＦＦＴすることによって、干渉光データを周波数領域の信号に変換する（図７のステップＳＴ３）。
信号変換部６３は、周波数領域の信号をシフト量変更部６４に出力する。
【0052】
シフト量変更部６４は、信号変換部６３から、周波数領域の信号を取得する。
シフト量変更部６４は、周波数領域の信号の中に、信号強度が閾値以上の信号であるピーク信号が含まれているか否かを判定する。
光伝送部２３が切断されていない状態では、周波数シフト部６１が、レジスタ４１に記録されている周波数シフト量だけ、干渉光データの周波数をシフトさせている。このため、図８に示すように、ピーク信号が変換可能周波数帯域に含まれる。したがって、光伝送部２３が切断されていない状態では、周波数領域の信号の中に、ピーク信号が含まれている。
シフト量変更部６４は、周波数領域の信号の中にピーク信号が含まれていれば（図７のステップＳＴ４：ＹＥＳの場合）、ピーク信号を距離算出部６５に出力する。
シフト量変更部６４は、周波数領域の信号の中に、信号強度が閾値以上の信号であるピーク信号が含まれているか否かを判定する。
光伝送部２３が切断されていない状態では、周波数シフト部６１が、レジスタ４１に記録されている周波数シフト量だけ、干渉光データの周波数をシフトさせている。このため、図８に示すように、ピーク信号が変換可能周波数帯域に含まれる。したがって、光伝送部２３が切断されていない状態では、周波数領域の信号の中に、ピーク信号が含まれている。
シフト量変更部６４は、周波数領域の信号の中にピーク信号が含まれていれば（図７のステップＳＴ４：ＹＥＳの場合）、ピーク信号を距離算出部６５に出力する。
【0053】
距離算出部６５は、シフト量変更部６４からピーク信号が出力されれば、ピーク信号に基づいて、センサヘッド部２１の先端２１ａから加工面３ａまでの距離を算出する（図７のステップＳＴ５）。センサヘッド部２１の先端２１ａから加工面３ａまでの距離は、ピーク信号の周波数から求めることができる。ピーク信号の周波数から距離を算出する処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
距離算出部６５は、算出した距離を形状算出部６６に出力する。
距離算出部６５は、算出した距離を形状算出部６６に出力する。
【0054】
コントロール部５０が、ヘッド本体部１１ａの移動位置を示す制御信号をヘッド駆動部１３に出力することによって、ヘッド本体部１１ａの位置が変更されれば（図７のステップＳＴ６：ＹＥＳの場合）、ステップＳＴ１～ＳＴ５の処理が繰り返される。
距離の算出が終了し、ヘッド本体部１１ａの位置が変更されなければ（図７のステップＳＴ６：ＮＯの場合）、工作装置は、一連の処理を終了する。
距離の算出が終了し、ヘッド本体部１１ａの位置が変更されなければ（図７のステップＳＴ６：ＮＯの場合）、工作装置は、一連の処理を終了する。
【0055】
形状算出部６６は、センサヘッド部２１の位置が移動される毎に、距離算出部６５によって算出された距離を取得する。
形状算出部６６は、複数の距離に基づいて、被加工物３の形状を算出する。複数の距離に基づいて、被加工物３の形状を算出する処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
形状算出部６６は、複数の距離に基づいて、被加工物３の形状を算出する。複数の距離に基づいて、被加工物３の形状を算出する処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
【0056】
次に、光伝送部２３を実現する光ファイバが断線されて、別の光ファイバに交換されたときの工作装置の動作について説明する。
この場合、テーブル１には、被加工物３の代わりに、基準ワークが載せられる。
図９は、基準ワークの一例を示す説明図である。
この場合、テーブル１には、被加工物３の代わりに、基準ワークが載せられる。
図９は、基準ワークの一例を示す説明図である。
【0057】
コントロール部５０は、ヘッド本体部１１ａの移動位置を示す制御信号をヘッド駆動部１３に出力する。
ヘッド駆動部１３は、コントロール部５０から出力される制御信号に従って加工面３ａに対するヘッド本体部１１ａの位置を相対的に変化させる。
ヘッド駆動部１３は、コントロール部５０から出力される制御信号に従って加工面３ａに対するヘッド本体部１１ａの位置を相対的に変化させる。
【0058】
周波数掃引光出力部３１は、加工面３ａに対するヘッド本体部１１ａの位置が変化する毎に、時間の経過に伴って周波数が変化する周波数掃引光として、例えば、図３に示すような周波数掃引光を光分岐部３２に出力する。
また、周波数掃引光出力部３１は、周波数掃引光を出力したタイミングを示すトリガ信号、又は、周波数掃引光の振幅を示す振幅信号をＡ／Ｄ変換器４０に出力する。
また、周波数掃引光出力部３１は、周波数掃引光を出力したタイミングを示すトリガ信号、又は、周波数掃引光の振幅を示す振幅信号をＡ／Ｄ変換器４０に出力する。
【0059】
光カプラ３３は、周波数掃引光出力部３１から、周波数掃引光を取得する。
光カプラ３３は、周波数掃引光を参照光と照射光とに分岐する。
光カプラ３３は、参照光を光干渉計３７に出力し、照射光をサーキュレータ３４に出力する。
サーキュレータ３４は、光カプラ３３から出力された照射光を、光伝送部２３を介して、集光光学素子３５に出力する。
光カプラ３３は、周波数掃引光を参照光と照射光とに分岐する。
光カプラ３３は、参照光を光干渉計３７に出力し、照射光をサーキュレータ３４に出力する。
サーキュレータ３４は、光カプラ３３から出力された照射光を、光伝送部２３を介して、集光光学素子３５に出力する。
【0060】
集光光学素子３５は、サーキュレータ３４から出力された照射光を加工面３ａに集光させる。
そして、集光光学素子３５は、加工面３ａにより反射された照射光である反射光を受光し、反射光を、光伝送部２３を介して、サーキュレータ３４に出力する。
サーキュレータ３４は、集光光学素子３５から出力された反射光を光干渉計３７に出力する。
そして、集光光学素子３５は、加工面３ａにより反射された照射光である反射光を受光し、反射光を、光伝送部２３を介して、サーキュレータ３４に出力する。
サーキュレータ３４は、集光光学素子３５から出力された反射光を光干渉計３７に出力する。
【0061】
光干渉計３７は、光カプラ３３から参照光を取得し、サーキュレータ３４から反射光を取得する。
光干渉計３７は、図３に示すように、参照光と反射光との干渉光として、参照光の周波数と反射光の周波数との周波数差を有する光を生成する。
光干渉計３７は、干渉光を光検出器３８に出力する。
光検出器３８は、光干渉計３７から出力された干渉光を検出し、干渉光を電気信号に変換する。
光検出器３８は、電気信号をＡ／Ｄ変換器３９に出力する。
光干渉計３７は、図３に示すように、参照光と反射光との干渉光として、参照光の周波数と反射光の周波数との周波数差を有する光を生成する。
光干渉計３７は、干渉光を光検出器３８に出力する。
光検出器３８は、光干渉計３７から出力された干渉光を検出し、干渉光を電気信号に変換する。
光検出器３８は、電気信号をＡ／Ｄ変換器３９に出力する。
【0062】
Ａ／Ｄ変換器３９は、光検出器３８から、干渉光を示す電気信号を取得する。
Ａ／Ｄ変換器３９は、干渉光を示す電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号を測距装置４２に出力する。
Ａ／Ｄ変換器４０は、周波数掃引光出力部３１から、周波数掃引光が出力されたタイミングを示すトリガ信号、又は、周波数掃引光の振幅を示す振幅信号を取得する。
Ａ／Ｄ変換器４０は、トリガ信号を取得すれば、トリガ信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号を測距装置４２に出力する。
Ａ／Ｄ変換器４０は、振幅信号を取得すれば、振幅信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号を測距装置４２に出力する。
Ａ／Ｄ変換器３９は、干渉光を示す電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号を測距装置４２に出力する。
Ａ／Ｄ変換器４０は、周波数掃引光出力部３１から、周波数掃引光が出力されたタイミングを示すトリガ信号、又は、周波数掃引光の振幅を示す振幅信号を取得する。
Ａ／Ｄ変換器４０は、トリガ信号を取得すれば、トリガ信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号を測距装置４２に出力する。
Ａ／Ｄ変換器４０は、振幅信号を取得すれば、振幅信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、デジタル信号を測距装置４２に出力する。
【0063】
測距装置４２の周波数シフト部６１は、レジスタ４１から、センサヘッド部２１から加工面３ａに照射される光の焦点位置に対応する周波数シフト量を取得する。
周波数シフト部６１は、Ａ／Ｄ変換器３９から、干渉光に係るデジタル信号である干渉光データを取得し、Ａ／Ｄ変換器４０から、トリガ信号に係るデジタル信号であるトリガデータ、又は、振幅信号に係るデジタル信号である振幅データを取得する。
周波数シフト部６１は、トリガデータを取得した後に、干渉光データを取得すれば、周波数シフト量だけ、干渉光データの周波数をシフトさせる（図７のステップＳＴ１）。
周波数シフト部６１は、Ａ／Ｄ変換器３９から、干渉光に係るデジタル信号である干渉光データを取得し、Ａ／Ｄ変換器４０から、トリガ信号に係るデジタル信号であるトリガデータ、又は、振幅信号に係るデジタル信号である振幅データを取得する。
周波数シフト部６１は、トリガデータを取得した後に、干渉光データを取得すれば、周波数シフト量だけ、干渉光データの周波数をシフトさせる（図７のステップＳＴ１）。
【0064】
周波数シフト部６１は、振幅データを取得すれば、振幅データが示す周波数掃引光の振幅に基づいて、周波数掃引光の周波数が最低周波数ｆｍｉｎに戻ったタイミングを検出する。
周波数シフト部６１は、周波数掃引光の周波数が最低周波数ｆｍｉｎに戻ったタイミングを検出した後に、干渉光データを取得すれば、周波数シフト量だけ、干渉光データの周波数をシフトさせる（図７のステップＳＴ１）。
周波数シフト部６１は、周波数シフト後の干渉光データを帯域制限部６２に出力する。
周波数シフト部６１は、周波数掃引光の周波数が最低周波数ｆｍｉｎに戻ったタイミングを検出した後に、干渉光データを取得すれば、周波数シフト量だけ、干渉光データの周波数をシフトさせる（図７のステップＳＴ１）。
周波数シフト部６１は、周波数シフト後の干渉光データを帯域制限部６２に出力する。
【0065】
帯域制限部６２は、周波数シフト部６１から、周波数シフト後の干渉光データを取得する。
帯域制限部６２は、周波数シフト後の干渉光データの周波数帯域を制限する（図７のステップＳＴ２）。
帯域制限部６２は、周波数帯域制限後の干渉光データを信号変換部６３に出力する。
帯域制限部６２は、周波数シフト後の干渉光データの周波数帯域を制限する（図７のステップＳＴ２）。
帯域制限部６２は、周波数帯域制限後の干渉光データを信号変換部６３に出力する。
【0066】
信号変換部６３は、帯域制限部６２から、周波数帯域制限後の干渉光データを取得する。
信号変換部６３は、周波数帯域制限後の干渉光データを例えばＦＦＴすることによって、干渉光データを周波数領域の信号に変換する（図７のステップＳＴ３）。
信号変換部６３は、周波数領域の信号をシフト量変更部６４に出力する。
信号変換部６３は、周波数帯域制限後の干渉光データを例えばＦＦＴすることによって、干渉光データを周波数領域の信号に変換する（図７のステップＳＴ３）。
信号変換部６３は、周波数領域の信号をシフト量変更部６４に出力する。
【0067】
シフト量変更部６４は、信号変換部６３から、周波数領域の信号を取得する。
シフト量変更部６４は、周波数領域の信号の中に、信号強度が閾値以上の信号であるピーク信号が含まれているか否かを判定する。
レジスタ４１に記録されている周波数シフト量は、切断されていない光伝送部２３に対応しているシフト量である。このため、断線された光伝送部２３の光路長と、交換された別の光ファイバの光路長との差分が大きければ、ピーク信号が変換可能周波数帯域に含まれなくなることがある。したがって、断線された光伝送部２３が別の光伝送部２３に交換された場合、周波数領域の信号の中に、ピーク信号が含まれなくなることがある。
シフト量変更部６４は、周波数領域の信号の中にピーク信号が含まれていなければ（図７のステップＳＴ４：ＮＯの場合）、周波数シフト量の変更指令を周波数シフト部６１に出力する（図７のステップＳＴ７）。
シフト量変更部６４は、周波数領域の信号の中に、信号強度が閾値以上の信号であるピーク信号が含まれているか否かを判定する。
レジスタ４１に記録されている周波数シフト量は、切断されていない光伝送部２３に対応しているシフト量である。このため、断線された光伝送部２３の光路長と、交換された別の光ファイバの光路長との差分が大きければ、ピーク信号が変換可能周波数帯域に含まれなくなることがある。したがって、断線された光伝送部２３が別の光伝送部２３に交換された場合、周波数領域の信号の中に、ピーク信号が含まれなくなることがある。
シフト量変更部６４は、周波数領域の信号の中にピーク信号が含まれていなければ（図７のステップＳＴ４：ＮＯの場合）、周波数シフト量の変更指令を周波数シフト部６１に出力する（図７のステップＳＴ７）。
【0068】
周波数シフト部６１は、シフト量変更部６４から、周波数シフト量の変更指令を受けると、周波数シフト量を変更し、変更後の周波数シフト量だけ、干渉光データの周波数をシフトさせる（図７のステップＳＴ８）。変更後の周波数シフト量は、レジスタ４１に記録されている周波数シフト量に対して、例えば、事前に設定された周波数だけ、加算又は減算した周波数シフト量である。
周波数シフト部６１は、変更後の周波数シフト量をレジスタ４１に記録させる。
周波数シフト部６１は、周波数シフト後の干渉光データを帯域制限部６２に出力する。
周波数シフト部６１は、変更後の周波数シフト量をレジスタ４１に記録させる。
周波数シフト部６１は、周波数シフト後の干渉光データを帯域制限部６２に出力する。
【0069】
帯域制限部６２は、周波数シフト部６１から、周波数シフト後の干渉光データを取得する。
帯域制限部６２は、周波数シフト後の干渉光データの周波数帯域を制限する（図７のステップＳＴ２）。
帯域制限部６２は、周波数帯域制限後の干渉光データを信号変換部６３に出力する。
帯域制限部６２は、周波数シフト後の干渉光データの周波数帯域を制限する（図７のステップＳＴ２）。
帯域制限部６２は、周波数帯域制限後の干渉光データを信号変換部６３に出力する。
【0070】
信号変換部６３は、帯域制限部６２から、周波数帯域制限後の干渉光データを取得する。
信号変換部６３は、周波数帯域制限後の干渉光データを例えばＦＦＴすることによって、干渉光データを周波数領域の信号に変換する（図７のステップＳＴ３）。
信号変換部６３は、周波数領域の信号をシフト量変更部６４に出力する。
信号変換部６３は、周波数帯域制限後の干渉光データを例えばＦＦＴすることによって、干渉光データを周波数領域の信号に変換する（図７のステップＳＴ３）。
信号変換部６３は、周波数領域の信号をシフト量変更部６４に出力する。
【0071】
シフト量変更部６４は、信号変換部６３から、周波数領域の信号を取得する。
シフト量変更部６４は、周波数領域の信号の中に、信号強度が閾値以上の信号であるピーク信号が含まれているか否かを判定する。
シフト量変更部６４は、周波数領域の信号の中にピーク信号が含まれていなければ（図７のステップＳＴ４：ＮＯの場合）、周波数シフト量の変更指令を周波数シフト部６１に出力することによって、周波数シフト部６１による周波数のシフト量を更に変更させる（図７のステップＳＴ７）。
周波数シフト部６１は、シフト量変更部６４から、周波数シフト量の変更指令を受けると、周波数シフト量を更に変更し、変更後の周波数シフト量だけ、干渉光データの周波数をシフトさせる（図７のステップＳＴ８）。
周波数シフト部６１は、変更後の周波数シフト量をレジスタ４１に記録させる。
周波数シフト部６１は、周波数シフト後の干渉光データを帯域制限部６２に出力する。
シフト量変更部６４は、周波数領域の信号の中に、信号強度が閾値以上の信号であるピーク信号が含まれているか否かを判定する。
シフト量変更部６４は、周波数領域の信号の中にピーク信号が含まれていなければ（図７のステップＳＴ４：ＮＯの場合）、周波数シフト量の変更指令を周波数シフト部６１に出力することによって、周波数シフト部６１による周波数のシフト量を更に変更させる（図７のステップＳＴ７）。
周波数シフト部６１は、シフト量変更部６４から、周波数シフト量の変更指令を受けると、周波数シフト量を更に変更し、変更後の周波数シフト量だけ、干渉光データの周波数をシフトさせる（図７のステップＳＴ８）。
周波数シフト部６１は、変更後の周波数シフト量をレジスタ４１に記録させる。
周波数シフト部６１は、周波数シフト後の干渉光データを帯域制限部６２に出力する。
【0072】
ステップＳＴ２～ＳＴ４、ＳＴ７、ＳＴ８の処理は、周波数領域の信号の中にピーク信号が含まれるまで繰り返される。
図１０に示すように、周波数領域の信号の中にピーク信号が含まれれば、テーブル１には、基準ワークの代わりに、被加工物３が載せられる。
図１０は、周波数シフト量が変更されることによって、反射光スペクトルが変換可能周波数帯域に含まれるようになった様子を示す説明図である。
図１０において、横軸は、周波数を示し、縦軸は、信号強度を示している。
被加工物３がテーブル１に載せられたのち、光伝送部２３を実現する光ファイバが断線されていないときと同様の方法で、工作装置が被加工物３の形状を算出する。ただし、周波数シフト部６１が用いる周波数シフト量は、周波数領域の信号の中にピーク信号が含まれるようになったときの周波数シフト量である。
図１０に示すように、周波数領域の信号の中にピーク信号が含まれれば、テーブル１には、基準ワークの代わりに、被加工物３が載せられる。
図１０は、周波数シフト量が変更されることによって、反射光スペクトルが変換可能周波数帯域に含まれるようになった様子を示す説明図である。
図１０において、横軸は、周波数を示し、縦軸は、信号強度を示している。
被加工物３がテーブル１に載せられたのち、光伝送部２３を実現する光ファイバが断線されていないときと同様の方法で、工作装置が被加工物３の形状を算出する。ただし、周波数シフト部６１が用いる周波数シフト量は、周波数領域の信号の中にピーク信号が含まれるようになったときの周波数シフト量である。
【0073】
ここでは、光伝送部２３を実現する光ファイバが断線されて、別の光ファイバに交換された場合、テーブル１には、被加工物３の代わりに、基準ワークが載せられ、その後、周波数領域の信号の中にピーク信号が含まれれば、テーブル１には、基準ワークの代わりに、被加工物３が載せられている。しかし、これは一例に過ぎず、光ファイバが断線されて、別の光ファイバに交換されても、被加工物３がテーブル１に載せられている状態で、図７のステップＳＴ１～ＳＴ８の処理が行われるようにしてもよい。
【0074】
以上の実施の形態１では、センサヘッド部２１から、被加工物３の加工面３ａに照射された光と、センサヘッド部２１により受信された、加工面３ａに反射された光との干渉光の周波数をシフトさせる周波数シフト部６１と、周波数シフト部６１による周波数シフト後の干渉光の周波数帯域を制限する帯域制限部６２と、帯域制限部６２による周波数帯域制限後の干渉光を周波数領域の信号に変換する信号変換部６３とを備えるように、測距装置４２を構成した。また、測距装置４２は、信号変換部６３による変換後の周波数領域の信号の中に、信号強度が閾値以上の信号が含まれていなければ、周波数シフト部６１による干渉光の周波数のシフト量を変更させるシフト量変更部６４と、信号変換部６３による変換後の周波数領域の信号の中に、信号強度が閾値以上の信号が含まれていれば、信号強度が閾値以上の信号に基づいて、センサヘッド部２１から加工面３ａまでの距離を算出する距離算出部６５とを備えている。したがって、測距装置４２は、周波数領域の信号の周波数が、変換可能周波数範囲から逸脱してしまう状況を生じても、センサヘッド部２１から被加工物３の加工面３ａまでの距離を算出することができる。
【0075】
図１に示す測距装置４２では、周波数シフト部６１が、Ａ／Ｄ変換器３９から、干渉光データを取得すると、周波数シフト量だけ、干渉光データの周波数をシフトさせている。周波数シフト部６１は、干渉光データの周波数をシフトさせる前に、Ａ／Ｄ変換器３９から、干渉光データを取得すると、Ａ／Ｄ変換器４０から出力された、トリガデータ、又は、振幅データに基づいて、干渉光データに対して、周波数掃引光源３１ａの非線形性補償を行うようにしてもよい。非線形性補償の補償処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
また、周波数シフト部６１は、干渉光データに対して、デシメーションによる信号の間引き等のダウンサンプリング処理を行うようにしてもよい。ダウンサンプリング処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
また、周波数シフト部６１は、干渉光データに対して、デシメーションによる信号の間引き等のダウンサンプリング処理を行うようにしてもよい。ダウンサンプリング処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
【0076】
実施の形態２．
実施の形態２では、センサヘッド部２１から、油が付着されている加工面３ａまでの距離を算出する距離算出部６７を備える測距装置４２について説明する。
実施の形態２では、センサヘッド部２１から、油が付着されている加工面３ａまでの距離を算出する距離算出部６７を備える測距装置４２について説明する。
【0077】
測距装置４２以外の工作装置の構成は、図１に示す工作装置と同様である。
図１１は、実施の形態２に係る測距装置４２を示す構成図である。図１１において、図４と同一符号は、同一又は相当部分を示すので、詳細な説明を省略する。
図１２は、実施の形態２に係る測距装置４２のハードウェアを示すハードウェア構成図である。図１２において、図５と同一符号は、同一又は相当部分を示すので、詳細な説明を省略する。
測距装置４２は、周波数シフト部６１、帯域制限部６２、信号変換部６３、シフト量変更部６４及び距離算出部６７を備えている。
図１１は、実施の形態２に係る測距装置４２を示す構成図である。図１１において、図４と同一符号は、同一又は相当部分を示すので、詳細な説明を省略する。
図１２は、実施の形態２に係る測距装置４２のハードウェアを示すハードウェア構成図である。図１２において、図５と同一符号は、同一又は相当部分を示すので、詳細な説明を省略する。
測距装置４２は、周波数シフト部６１、帯域制限部６２、信号変換部６３、シフト量変更部６４及び距離算出部６７を備えている。
【0078】
距離算出部６７は、例えば、図１２に示す距離算出回路７７によって実現される。
距離算出部６７は、周波数領域の信号の中に、ピーク信号が含まれているために、シフト量変更部６４からピーク信号が出力されれば、図４に示す距離算出部６５と同様に、ピーク信号に基づいて、センサヘッド部２１から加工面３ａまでの距離を算出する。
距離算出部６７は、加工面３ａに油が付着されているために、信号変換部６３による変換後の周波数領域の信号の中に、２つのピーク信号が含まれていれば、２つのピーク信号に基づいて、加工面３ａに付着されている油の膜厚とセンサヘッド部２１から油面までの距離とを算出する。
距離算出部６７は、膜厚と油面までの距離とから、センサヘッド部２１から加工面３ａまでの距離を算出する。
距離算出部６７は、算出した距離を形状算出部６６に出力する。
距離算出部６７は、周波数領域の信号の中に、ピーク信号が含まれているために、シフト量変更部６４からピーク信号が出力されれば、図４に示す距離算出部６５と同様に、ピーク信号に基づいて、センサヘッド部２１から加工面３ａまでの距離を算出する。
距離算出部６７は、加工面３ａに油が付着されているために、信号変換部６３による変換後の周波数領域の信号の中に、２つのピーク信号が含まれていれば、２つのピーク信号に基づいて、加工面３ａに付着されている油の膜厚とセンサヘッド部２１から油面までの距離とを算出する。
距離算出部６７は、膜厚と油面までの距離とから、センサヘッド部２１から加工面３ａまでの距離を算出する。
距離算出部６７は、算出した距離を形状算出部６６に出力する。
【0079】
図１１では、測距装置４２の構成要素である周波数シフト部６１、帯域制限部６２、信号変換部６３、シフト量変更部６４及び距離算出部６７のそれぞれが、図１２に示すような専用のハードウェアによって実現されるものを想定している。即ち、測距装置４２が、周波数シフト回路７１、帯域制限回路７２、信号変換回路７３、シフト量変更回路７４及び距離算出回路７７によって実現されるものを想定している。
周波数シフト回路７１、帯域制限回路７２、信号変換回路７３、シフト量変更回路７４及び距離算出回路７７のそれぞれは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、又は、これらを組み合わせたものが該当する。
周波数シフト回路７１、帯域制限回路７２、信号変換回路７３、シフト量変更回路７４及び距離算出回路７７のそれぞれは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、又は、これらを組み合わせたものが該当する。
【0080】
測距装置４２の構成要素は、専用のハードウェアによって実現されるものに限るものではなく、測距装置４２が、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現されるものであってもよい。
測距装置４２が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合、周波数シフト部６１、帯域制限部６２、信号変換部６３、シフト量変更部６４及び距離算出部６７におけるそれぞれの処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムが図６に示すメモリ８１に格納される。そして、図６に示すプロセッサ８２がメモリ８１に格納されているプログラムを実行する。
測距装置４２が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合、周波数シフト部６１、帯域制限部６２、信号変換部６３、シフト量変更部６４及び距離算出部６７におけるそれぞれの処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムが図６に示すメモリ８１に格納される。そして、図６に示すプロセッサ８２がメモリ８１に格納されているプログラムを実行する。
【0081】
また、図１２では、測距装置４２の構成要素のそれぞれが専用のハードウェアによって実現される例を示し、図６では、測距装置４２がソフトウェア又はファームウェア等によって実現される例を示している。しかし、これは一例に過ぎず、測距装置４２における一部の構成要素が専用のハードウェアによって実現され、残りの構成要素がソフトウェア又はファームウェア等によって実現されるものであってもよい。
【0082】
【0083】
距離算出部６７は、シフト量変更部６４からピーク信号を取得する。
例えば、図１３に示すように、加工面３ａに油が付着されている場合、図１４に示すように、シフト量変更部６４から、２つのピーク信号が出力されることがある。加工面３ａは、基準ワークの面、又は、被加工物３の加工面である。
図１３は、加工面３ａに油が付着されている基準ワークの一例を示す説明図である。
図１４は、シフト量変更部６４から出力された２つのピーク信号を示す説明図である。
図１４において、横軸は、周波数を示し、縦軸は、信号強度を示している。
２つのピーク信号のうち、一方のピーク信号は、油面に反射された反射光スペクトルである。２つのピーク信号のうち、他方のピーク信号は、油面を透過して加工面３ａに反射された反射光スペクトルである。
加工面３ａに付着されている油は、切削油ノズル１４から供給された切削油である。
例えば、図１３に示すように、加工面３ａに油が付着されている場合、図１４に示すように、シフト量変更部６４から、２つのピーク信号が出力されることがある。加工面３ａは、基準ワークの面、又は、被加工物３の加工面である。
図１３は、加工面３ａに油が付着されている基準ワークの一例を示す説明図である。
図１４は、シフト量変更部６４から出力された２つのピーク信号を示す説明図である。
図１４において、横軸は、周波数を示し、縦軸は、信号強度を示している。
２つのピーク信号のうち、一方のピーク信号は、油面に反射された反射光スペクトルである。２つのピーク信号のうち、他方のピーク信号は、油面を透過して加工面３ａに反射された反射光スペクトルである。
加工面３ａに付着されている油は、切削油ノズル１４から供給された切削油である。
【0084】
距離算出部６７は、一方のピーク信号に基づいて、センサヘッド部２１から油面までの距離Ｌ１を算出する。ピーク信号に基づいて、油面までの距離Ｌ１を算出する処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
また、距離算出部６７は、他方のピーク信号に基づいて、センサヘッド部２１から加工面３ａまでの距離Ｌ２を算出する。ただし、油を透過する光の速度は、油の屈折率に応じて変化するため、他方のピーク信号に基づいて算出された距離Ｌ２は、誤差を含んでいることがある。
以下の式（１）に示すように、真空中の光の屈折率が“１”であるとすれば、油の屈折率ｎが高いほど光の速度ｖは遅くなり、油の屈折率が低いほど光の速度ｖは速くなる。
ｎ＝ｃ／ｖ （１）
式（１）において、ｃは、真空中の光の速度である。なお、空気中の光の速度ｃ’は、摂氏０度及び１気圧の下では、１．０００２９２である。空気中の光の速度ｃ’と油を透過する光の速度ｖとの関係は、以下の式（２）のように表される。
ｎ＝ｃ’／ｖ （２）
また、距離算出部６７は、他方のピーク信号に基づいて、センサヘッド部２１から加工面３ａまでの距離Ｌ２を算出する。ただし、油を透過する光の速度は、油の屈折率に応じて変化するため、他方のピーク信号に基づいて算出された距離Ｌ２は、誤差を含んでいることがある。
以下の式（１）に示すように、真空中の光の屈折率が“１”であるとすれば、油の屈折率ｎが高いほど光の速度ｖは遅くなり、油の屈折率が低いほど光の速度ｖは速くなる。
ｎ＝ｃ／ｖ （１）
式（１）において、ｃは、真空中の光の速度である。なお、空気中の光の速度ｃ’は、摂氏０度及び１気圧の下では、１．０００２９２である。空気中の光の速度ｃ’と油を透過する光の速度ｖとの関係は、以下の式（２）のように表される。
ｎ＝ｃ’／ｖ （２）
【0085】
距離算出部６７は、距離Ｌ２を補償するため、以下の式（３）に示すように、油の屈折率ｎを算出する。
ｎ＝
｛（（ＦＦＴ１２－ＦＦＴ１１）－（ＦＦＴ０２－ＦＦＴ０１））×Ｌｂｉｎ｝
／（ｄ１－ｄ０）
（３）
式（３）において、ｄ０，ｄ１のそれぞれは、加工面３ａにおける複数の位置のうち、加工面３ａまでの距離が既知である位置の距離である。距離ｄ０の位置と距離ｄ１の位置とは、互いに異なる位置である。
ＦＦＴ０１は、距離ｄ０の位置における加工面３ａからのピーク信号を示す周波数軸であるＦＦＴＢｉｎの番号であり、ＦＦＴ０１は、距離ｄ０の位置における油面からのＦＦＴＢｉｎの番号である。
ＦＦＴ１１は、距離ｄ１の位置における加工面３ａからのＦＦＴＢｉｎの番号であり、ＦＦＴ１２は、距離ｄ１の位置における油面からのＦＦＴＢｉｎの番号である。
Ｌｂｉｎは、ＦＦＴＢｉｎであり、例えば、ＦＦＴサイズによって決まる。
ｎ＝
｛（（ＦＦＴ１２－ＦＦＴ１１）－（ＦＦＴ０２－ＦＦＴ０１））×Ｌｂｉｎ｝
／（ｄ１－ｄ０）
（３）
式（３）において、ｄ０，ｄ１のそれぞれは、加工面３ａにおける複数の位置のうち、加工面３ａまでの距離が既知である位置の距離である。距離ｄ０の位置と距離ｄ１の位置とは、互いに異なる位置である。
ＦＦＴ０１は、距離ｄ０の位置における加工面３ａからのピーク信号を示す周波数軸であるＦＦＴＢｉｎの番号であり、ＦＦＴ０１は、距離ｄ０の位置における油面からのＦＦＴＢｉｎの番号である。
ＦＦＴ１１は、距離ｄ１の位置における加工面３ａからのＦＦＴＢｉｎの番号であり、ＦＦＴ１２は、距離ｄ１の位置における油面からのＦＦＴＢｉｎの番号である。
Ｌｂｉｎは、ＦＦＴＢｉｎであり、例えば、ＦＦＴサイズによって決まる。
【0086】
距離算出部６７は、油の屈折率ｎを式（２）に代入することによって、油を透過する光の速度ｖを算出する。
そして、距離算出部６７は、油を透過する光の速度ｖに基づいて、油の膜厚Ｗを算出する。膜厚Ｗは、例えば、センサヘッド部２１から光が照射された時刻とセンサヘッド部２１により反射光が受信された時刻との時刻差と、速度ｖとに基づいて算出することができる。
距離算出部６７は、以下の式（４）に示すように、油面までの距離Ｌ１と油の膜厚Ｗとを用いて、補償後の距離Ｌ２’を算出する。
Ｌ２’＝Ｌ１＋Ｗ （４）
そして、距離算出部６７は、油を透過する光の速度ｖに基づいて、油の膜厚Ｗを算出する。膜厚Ｗは、例えば、センサヘッド部２１から光が照射された時刻とセンサヘッド部２１により反射光が受信された時刻との時刻差と、速度ｖとに基づいて算出することができる。
距離算出部６７は、以下の式（４）に示すように、油面までの距離Ｌ１と油の膜厚Ｗとを用いて、補償後の距離Ｌ２’を算出する。
Ｌ２’＝Ｌ１＋Ｗ （４）
【0087】
以上の実施の形態２では、距離算出部６７が、加工面３ａに油が付着されているために、信号変換部６３による変換後の周波数領域の信号の中に、信号強度が閾値以上の信号が２つ含まれていれば、信号強度が閾値以上の２つの信号に基づいて、加工面３ａに付着されている油の膜厚とセンサヘッド部２１から油面までの距離とを算出し、膜厚と油面までの距離とから、センサヘッド部２１から加工面３ａまでの距離を算出するように、測距装置４２を構成した。したがって、測距装置４２は、加工面３ａに油が付着されているときに、周波数領域の信号の周波数が、変換可能周波数範囲から逸脱してしまう状況を生じても、センサヘッド部２１から被加工物３の加工面３ａまでの距離を算出することができる。
【0088】
なお、本開示は、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【0089】
本開示は、測距装置、測距方法及び工作装置に適している。
【符号の説明】
【0090】
１ テーブル、２ バイス、３ 被加工物、３ａ 加工面、１０ 加工部、１１ 加工ヘッド、１１ａ ヘッド本体部、１１ｂ スピンドル、１１ｃ 外周面、１２ 加工工具、１３ ヘッド駆動部、１４ 切削油ノズル、２０ センサ部、２１ センサヘッド部、２２ センサ本体部、２３ 光伝送部、３１ 周波数掃引光出力部、３１ａ 周波数掃引光源、３２ 光分岐部、３３ 光カプラ、３４ サーキュレータ、３５ 集光光学素子、３６ 光干渉部、３７ 光干渉計、３８ 光検出器、３９，４０ Ａ／Ｄ変換器、４１ レジスタ、４２ 測距装置、５０ コントロール部、６１ 周波数シフト部、６２ 帯域制限部、６３ 信号変換部、６４ シフト量変更部、６５ 距離算出部、６６ 形状算出部、６７ 距離算出部、７１ 周波数シフト回路、７２ 帯域制限回路、７３ 信号変換回路、７４ シフト量変更回路、７５ 距離算出回路、７７ 距離算出回路、８１ メモリ、８２ プロセッサ。
【要約】
センサヘッド部（２１）から、被加工物（３）の加工面（３ａ）に照射された光と、センサヘッド部（２１）により受信された、加工面（３ａ）に反射された光との干渉光の周波数をシフトさせる周波数シフト部（６１）と、周波数シフト部（６１）による周波数シフト後の干渉光の周波数帯域を制限する帯域制限部（６２）と、帯域制限部（６２）による周波数帯域制限後の干渉光を周波数領域の信号に変換する信号変換部（６３）とを備えるように、測距装置（４２）を構成した。また、測距装置（４２）は、信号変換部（６３）による変換後の周波数領域の信号の中に、信号強度が閾値以上の信号が含まれていなければ、周波数シフト部（６１）による干渉光の周波数のシフト量を変更させるシフト量変更部（６４）と、信号変換部（６３）による変換後の周波数領域の信号の中に、信号強度が閾値以上の信号が含まれていれば、信号強度が閾値以上の信号に基づいて、センサヘッド部（２１）から加工面（３ａ）までの距離を算出する距離算出部（６５）とを備えている。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】