工作機械における工作物測定方法およびその装置
【課題】計測器を別途使用しなくても、工作物測定用の測定ヘッドが本来有している測定機能を有効利用して測定ヘッドの３次元オフセットを取得して、測定ヘッドで工作物を測定する工作物測定方法を提供する。
【解決手段】工作機械に取付けられた測定ヘッド１０を所定角度旋回させて基準球３０を第１の方向Ｅ1と第２の方向Ｅ2から測定することによって、基準球における中心点Ａ1の座標を取得する。測定ヘッドが基準球の中心点を第１の方向から測定したときの測定ヘッドの第１の機械座標と、測定ヘッドが基準球の中心点を第２の方向から測定したときの測定ヘッドの第２の機械座標とに基づいて、測定ヘッドの３次元オフセットを取得する。その後、測定ヘッドの３次元オフセットを使用して、工作物を測定ヘッドで測定する。
【解決手段】工作機械に取付けられた測定ヘッド１０を所定角度旋回させて基準球３０を第１の方向Ｅ1と第２の方向Ｅ2から測定することによって、基準球における中心点Ａ1の座標を取得する。測定ヘッドが基準球の中心点を第１の方向から測定したときの測定ヘッドの第１の機械座標と、測定ヘッドが基準球の中心点を第２の方向から測定したときの測定ヘッドの第２の機械座標とに基づいて、測定ヘッドの３次元オフセットを取得する。その後、測定ヘッドの３次元オフセットを使用して、工作物を測定ヘッドで測定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械に取り付けられる測定ヘッドが、工作物に対して相対移動可能で且つ旋回可能な工作機械において、３次元オフセットを含む測定ヘッドで工作物を測定する方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マシニングセンタや複合加工機など工作機械において、加工後の工作物を工作機械から取り外さずに工作機械に取付けたまま、工作物の表面の形状を測定する技術はすでに提案されている。
そのために、工作機械に測定ヘッドを取付け、この測定ヘッドを工作物に対して相対移動させることにより工作物を測定する。このような、工作機械に取付けられる測定ヘッド自身の長さ寸法は、タッチセンサなど計測器を別途使用して測定される場合が多い。
また、基準球など基準物を工作機械の所定位置に高精度に設置して、この基準物を測定ヘッドで測定することにより、測定ヘッドの長さ寸法を取得することも可能である。ところが、この場合には、基準物を予めダイヤルゲージなどで測定しておく必要があった。
【０００３】
特許文献１（特開平４−２０３９１７号公報）には、３次元測定器の校正方法が記載されている。この技術は、非球面レンズなどの自由曲面の形状の測定に使用される３次元測定器に関するものである。この測定器は、プローブ（本発明の測定ヘッドに相当）で測定を行なっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−２０３９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の３次元測定器では、プローブを使用してプローブ自身の長さ寸法などを測定するようにはなっていない。
この従来技術における３次元測定器の校正方法は、基準球面を使用しているが、この基準球面を測定するための測定器を別途使用する必要があった。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、タッチセンサやダイヤルゲージなど計測器を別途使用しなくても、また、基準球など基準物を任意の位置に設置するだけで、工作物測定用の測定ヘッド自身が本来有している測定機能を有効利用して、測定ヘッド自身の３次元オフセット（「オフセット」は、測定ヘッドの固有の機械座標と測定ヘッドの計測基準位置座標との間の、長さと方向を持つベクトル）を取得して、工作物を測定ヘッドで測定することができる工作機械における工作物測定方法およびその装置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】
【０００７】
上述の目的を達成するため、本発明にかかる工作機械における工作物測定方法は、工作機械に取付けられる有線式または無線式の測定ヘッドが、工作物に対して直交３軸方向または直交２軸方向に相対移動可能で、且つ１軸以上の旋回軸により前記工作物に対する相対角度方向を変化させることができる前記工作機械において、３次元オフセットを含む前記測定ヘッドで前記工作物を測定する方法であって、任意の位置に設置された基準物を、前記測定ヘッドで前記相対角度方向を変化させながら複数回にわたって測定し、この相対角度方向から測定された前記直交３軸方向の測定結果の変化から、前記測定ヘッドの前記３次元オフセットを算出し、その後、この測定ヘッド自身の前記３次元オフセットを使用して、前記工作物を前記測定ヘッドで測定する。
具体的には、第１の工作物測定方法は、工作機械に取付けられる有線式または無線式の測定ヘッドが、工作物に対して直交３軸方向または直交２軸方向に相対移動可能で且つ旋回可能な前記工作機械において、３次元オフセットを含む前記測定ヘッドで前記工作物を測定する方法であって、前記測定ヘッドを所定角度旋回させて、任意の位置に設置された基準物を前記測定ヘッドで第１の方向と第２の方向からそれぞれ測定することによって、前記基準物における固有の特定点の座標を取得し、前記測定ヘッドが前記基準物の前記特定点を前記第１の方向から測定したときの前記測定ヘッドの第１の機械座標と、前記測定ヘッドが前記基準物の前記特定点を前記第２の方向から測定したときの前記測定ヘッドの第２の機械座標とに基づいて、前記測定ヘッドの前記３次元オフセットを算出し、その後、この測定ヘッド自身の前記３次元オフセットを使用して、前記工作物を前記測定ヘッドで測定する。
第２の工作物測定方法は、工作機械に取付けられる有線式または無線式の測定ヘッドが、工作物に対して、直交３軸方向のうち移動しない１軸方向以外の直交２軸方向に相対移動可能で且つ旋回可能な前記工作機械において、３次元オフセットを含む前記測定ヘッドにより、前記工作物をレーザ光で測定する方法であって、前記測定ヘッドを所定角度旋回させて、任意の位置に設置された基準物を前記測定ヘッドで第１の方向と第２の方向からそれぞれ測定することによって、前記基準物における固有の特定点の座標を取得し、前記測定ヘッドが前記基準物の前記特定点を前記第１の方向から測定したときの前記測定ヘッドの第１の機械座標と、前記測定ヘッドが前記基準物の前記特定点を前記第２の方向から測定したときの前記測定ヘッドの第２の機械座標とにより、前記測定ヘッドにおける、前記移動する直交２軸方向の各オフセットを取得し、所定の手段で前記レーザ光の傾き角度を取得し、このレーザ光の傾き角度から、前記測定ヘッドにおける前記移動しない１軸方向のオフセットを算出し、前記測定ヘッドにおける、前記移動する直交２軸方向の前記各オフセットと、前記移動しない１軸方向の前記オフセットとに基づいて、前記測定ヘッドの前記３次元オフセットを算出し、その後、この測定ヘッド自身の前記３次元オフセットを使用して、前記工作物を前記測定ヘッドで測定する。
第３の工作物測定方法は、テーブルが旋回中心のまわりに旋回可能な工作機械において、この工作機械に取付けられるとともに３次元オフセットを含む有線式または無線式の測定ヘッドにより、前記テーブルに取付けられた工作物をレーザ光で測定する方法であって、固有の特定点を有する基準物を前記テーブル上の任意の位置に設置し、第１の方向を向く前記テーブル上の前記基準物を前記測定ヘッドで測定することによって、この測定ヘッドの第１の機械座標の点群と、前記レーザ光の焦点である基準位置からの距離データとを取得し、この取得した点群と距離データから、実際の前記基準物における前記特定点の座標と、第１の架空の基準物における第１の特定点の座標とを算出し、次いで、前記テーブルを前記旋回中心を中心として所定角度旋回させ、第２の方向を向く前記テーブル上の前記基準物を前記測定ヘッドで測定することによって、前記測定ヘッドの第２の機械座標の点群と、前記基準位置からの距離データとを取得し、この取得した点群と距離データから、実際の前記基準物における前記特定点の座標と、第２の架空の基準物における第２の特定点の座標とを算出し、前記第１の架空の基準物における前記第１の特定点と、前記第２の架空の基準物における前記第２の特定点と、架空の旋回中心とにより形成される架空の三角形が、前記テーブルが前記所定角度旋回する前後の実際の前記基準物におけるそれぞれの前記特定点と、実際の前記旋回中心とにより形成される実際の三角形と合同であることに基づいて、前記測定ヘッドの前記３次元オフセットを取得し、その後、この測定ヘッド自身の前記３次元オフセットを使用して、前記工作物を前記測定ヘッドで測定する。
第３の工作物測定方法の変形例は、工作機械に取付けられる有線式または無線式の測定ヘッドが、工作物に対して、直交３軸方向のうち移動しない１軸方向以外の直交２軸方向に相対移動可能で且つ旋回可能で、テーブルが旋回中心のまわりに旋回可能な前記工作機械において、３次元オフセットを含む前記測定ヘッドにより、前記工作物をレーザ光で測定する方法であって、固有の特定点を有する基準物を前記テーブル上の任意の位置に設置し、第１の方向を向く前記テーブル上の前記基準物を前記測定ヘッドで測定することによって、この測定ヘッドの第１の機械座標の点群と、前記レーザ光の焦点である基準位置からの距離データとを取得し、この取得した点群と距離データから、実際の前記基準物における前記特定点の座標と、第１の架空の基準物における第１の特定点の座標とを算出し、次いで、前記テーブルを前記旋回中心を中心として所定角度旋回させ、第２の方向を向く前記テーブル上の前記基準物を前記測定ヘッドで測定することによって、前記測定ヘッドの第２の機械座標の点群と、前記基準位置からの距離データとを取得し、この取得した点群と距離データから、実際の前記基準物における前記特定点の座標と、第２の架空の基準物における第２の特定点の座標とを算出し、前記第１の架空の基準物における前記第１の特定点と、前記第２の架空の基準物における前記第２の特定点と、架空の旋回中心とにより形成される架空の三角形が、前記テーブルが前記所定角度旋回する前後の実際の前記基準物におけるそれぞれの前記特定点と、実際の前記旋回中心とにより形成される実際の三角形と合同であることに基づいて、前記測定ヘッドにおける前記移動する直交２軸方向の各オフセットを取得し、所定の手段で前記レーザ光の傾き角度を取得し、このレーザ光の傾き角度から、前記測定ヘッドにおける前記移動しない１軸方向のオフセットを算出し、前記測定ヘッドにおける、前記移動する直交２軸方向の前記各オフセットと、前記移動しない１軸方向の前記オフセットとに基づいて、前記測定ヘッドの前記３次元オフセットを算出し、その後、この測定ヘッド自身の前記３次元オフセットを使用して、前記工作物を前記測定ヘッドで測定する。
第４の工作物測定方法は、工作機械に取付けられる有線式または無線式の測定ヘッドが、工作物に対して直交３軸方向または直交２軸方向に相対移動可能で且つ旋回でき、テーブルが旋回中心のまわりに旋回可能な前記工作機械において、３次元オフセットを含む前記測定ヘッドにより前記工作物をレーザ光で測定する方法であって、前記第１，前記第２または前記第３の工作物測定方法の各手順単独により（または、これらの手順を複数組合わせることにより）、前記測定ヘッドにおける前記移動する直交２軸方向の各オフセットを取得し、前記第２または前記第３の工作物測定方法における各手順により、前記測定ヘッドにおける残りの１軸方向のオフセットを取得し、前記測定ヘッドにおける、前記移動する直交２軸方向の各オフセットと、前記残りの１軸方向のオフセットとに基づいて、前記測定ヘッドの前記３次元オフセットを算出し、その後、この測定ヘッド自身の前記３次元オフセットを使用して、前記工作物を前記測定ヘッドで測定する。
これらの工作物測定方法において、前記測定ヘッドは、前記工作物を非接触で測定する機能と、前記工作物に接触子が接触して測定する機能の、いずれか一方または両方の機能を有するのが好ましい。
本発明にかかる工作機械の工作物測定装置は、上述の測定方法により前記測定ヘッドで前記工作物を測定する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にかかる工作機械における工作物測定方法およびその装置は、上述のように構成したので、タッチセンサやダイヤルゲージなど計測器を別途使用しなくても、また、基準球など基準物を任意の位置に設置するだけで、工作物測定用の測定ヘッド自身が本来有している測定機能を有効利用して、測定ヘッド自身の３次元オフセットを取得して、工作物を測定ヘッドで測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１ないし図９は本発明の第１実施例を示す図で、図１は、有線式の測定ヘッドを有する工作物測定装置が設けられた工作機械の斜視図である。
【図２】無線式の測定ヘッドを有する工作物測定装置が設けられた工作機械の斜視図である。
【図３】非接触形の測定ヘッドを示す概略構成図である。
【図４】接触形の測定ヘッドを示す概略構成図である。
【図５】測定ヘッドを旋回させる前に基準球を測定している説明図である。
【図６】測定ヘッドを旋回させた後に基準球を測定している説明図である。
【図７】測定ヘッドで測定される各要素の関係を示す説明図である。
【図８Ａ】基準球の中心点を取得する方法を示す説明図である。
【図８Ｂ】基準球の中心点を取得する他の方法を示す説明図である。
【図８Ｃ】基準物が多角錐である場合の外観図である。
【図８Ｄ】基準物が直方体である場合の外観図である。
【図９】測定ヘッドの３次元オフセットを取得する手順を示すフローチャートである。
【図１０】図１０ないし図１３は本発明の第２実施例を示す図で、図１０は、有線式の測定ヘッドを有する工作物測定装置が設けられた工作機械の斜視図である。
【図１１】無線式の測定ヘッドを有する工作物測定装置が設けられた工作機械の斜視図である。
【図１２Ａ】レーザ光の傾き角度からＹ軸方向のオフセットを算出するための説明図である。
【図１２Ｂ】レーザ光の傾き角度からＹ軸方向のオフセットを算出するための説明図である。
【図１３】レーザ光の傾き角度を取得する手段を示す説明図である。
【図１４】図１４ないし図１９は本発明の第３実施例を示す図で、図１４は、有線式の測定ヘッドを有する工作物測定装置が設けられた工作機械の斜視図である。
【図１５】無線式の測定ヘッドを有する工作物測定装置が設けられた工作機械の斜視図である。
【図１６】テーブルを旋回させる前に基準球を測定している説明図である。
【図１７】テーブルを旋回させた後に基準球を測定している説明図である。
【図１８】測定ヘッドの３次元オフセットを取得する方法の説明図である。
【図１９】測定ヘッドの３次元オフセットを取得する手順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】
【００１０】
本発明にかかる工作物測定方法において、工作機械は、工作機械に取付けられる有線式または無線式の測定ヘッドが、工作物に対して直交３軸方向または直交２軸方向に相対移動可能で、且つ１軸以上の旋回軸により工作物に対する相対角度方向を変化させることができる。そして、３次元オフセットを含む測定ヘッドで工作物を測定する。
この方法では、任意の位置に設置された基準物を、測定ヘッドで相対角度方向を変化させながら複数回にわたって測定する。この相対角度方向から測定された直交３軸方向の測定結果の変化から、測定ヘッドの３次元オフセットを算出する。その後、この測定ヘッド自身の３次元オフセットを使用して、工作物を測定ヘッドで測定する。
これにより、タッチセンサやダイヤルゲージなど計測器を別途使用しなくても、また、工作物測定用の測定ヘッド自身の測定機能を有効利用して、測定ヘッド自身の３次元オフセットを取得して工作物を測定ヘッドで測定するという目的が実現される。
【００１１】
下記の各実施例では、工作機械が複合加工機の場合を示している。なお、工作機械は、立形マシニングセンタ，横形マシニングセンタ，旋盤または研削盤であってもよい。
【実施例】
【００１２】
（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例を図１ないし図９を参照して説明する。
図１は、有線式の測定ヘッドを有する工作物測定装置が設けられた工作機械の斜視図、図２は、無線式の測定ヘッドを有する工作物測定装置が設けられた工作機械の斜視図である。
図３は非接触形の測定ヘッドを示す概略構成図、図４は接触形の測定ヘッドを示す概略構成図である。図５は、測定ヘッドを旋回させる前に基準球を測定している説明図、図６は、測定ヘッドを旋回させた後に基準球を測定している説明図、図７は、測定ヘッドで測定される各要素の関係を示す説明図である。
図８Ａは、基準球の中心点を取得する方法を示す説明図、図８Ｂは、基準球の中心点を取得する他の方法を示す説明図、図８Ｃは、基準物が多角錐である場合の外観図、図８Ｄは、基準物が直方体である場合の外観図である。図９は、測定ヘッドの３次元オフセットを取得する手順を示すフローチャートである。
【００１３】
図１ないし図３に示すように、本実施例では、工作機械１が複合加工機の場合を示している。工作機械１は、刃物台３と、工作物４を支持する主軸台５と、工作物４の先端部を支持する補助主軸台（または、心押し台）６と、タレット７とを備えている。
主軸台５のチャック８は、矢印Ｃ1に示すように、工作物４を把持して回転駆動する。タレット７には複数の工具が取付けられている。刃物台３に設けられた主軸２には、工作物４を旋削加工または切削加工するための工具１８が着脱可能に装着される。工具１８は、ＡＴＣ（自動工具交換装置）１６により交換される。
工具１８は、主軸台５のチャック８に把持されている工作物４を加工する。主軸２に装着される工具１８の種類としては、旋削加工を行うための工具や、主軸２で回転駆動される回転工具などがある。
【００１４】
工作機械１は、刃物台３の工具１８やタレット７の工具で工作物４を旋削加工する旋盤の機能と、刃物台３の工具１８で工作物４を切削加工するマシニングセンタの機能とを有している。
工作機械１を旋盤として使用するときには、主軸２に装着された工具１８は回転せず、工作物４を回転させて工具１８で旋削加工を行う。また、タレット７に取付けられた工具を使用し、工作物４を回転させてこの工具で旋削加工を行う。
工作機械１をマシニングセンタとして使用するときには、主軸２で工具１８を回転させて、非回転の工作物４を切削加工する。このときの刃物台３は、マシニングセンタの主軸頭としての機能を発揮することになる。
【００１５】
工作機械１を正面から見て、上下方向，前後方向，左右方向をそれぞれＸ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向とする。互いに直交するＸ軸，Ｙ軸およびＺ軸により、直交３軸が構成されている。
【００１６】
工作機械１の機械本体１２に設けられたＺ軸用移動部１３は、Ｚ軸用駆動機構に駆動されてＺ軸方向に移動する。Ｚ軸用移動部１３に設けられたＸ軸用移動部１４は、Ｘ軸用駆動機構に駆動されてＸ軸方向に移動する。Ｘ軸用移動部１４に設けられたＹ軸用移動部１５は、Ｙ軸用駆動機構に駆動されてＹ軸方向に移動する。
補助主軸台６は、主軸台５に対して対向配置されており、Ｚ軸方向と平行なＺ1軸方向に移動可能である。補助主軸台６のチャックは、矢印Ｃ2に示すように、工作物４を把持して回転可能である。
タレット７は、Ｘ軸方向と平行なＸ1軸方向と、Ｚ軸方向と平行なＺ2軸方向にそれぞれ移動可能である。
【００１７】
工作機械１は、ＮＣ（数値制御）装置１１とＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）とを有する工作機械用制御装置により制御されている。
ＮＣ装置１１は、Ｚ軸用駆動機構，Ｘ軸用駆動機構およびＹ軸用駆動機構をそれぞれ制御する。ＮＣ装置１１は、補助主軸台６の移動機構およびタレット７の移動機構と、主軸２に対して工具１８を自動的に交換するＡＴＣ１６を制御する。
【００１８】
移動体としての刃物台３は、Ｙ軸用移動部１５の前方に取付けられている。図１に示す工作機械１では、刃物台３に、工作物測定装置２０の有線式測定ヘッド１０が取付けられている。図２に示す工作機械１では、刃物台３に、工作物測定装置２０ａの無線式測定ヘッド１０ａが取付け可能になっている。
【００１９】
刃物台３は、Ｚ軸用移動部１３，Ｘ軸用移動部１４およびＹ軸用移動部１５にそれぞれ駆動されて、Ｚ軸方向，Ｘ軸方向，Ｙ軸方向にそれぞれ移動する。Ｙ軸移動部１５の中心軸すなわちＢ軸は、Ｙ軸と平行になっている。
刃物台３に取付けられた工具１８や測定ヘッド１０，１０ａは、Ｚ軸用移動部１３，Ｘ軸用移動部１４およびＹ軸用移動部１５にそれぞれ駆動されて、Ｚ軸方向，Ｘ軸方向，Ｙ軸方向にそれぞれ移動する。
こうして、刃物台３の主軸２に着脱可能に装着される工具１８と、刃物台３に取付けられた測定ヘッド１０，１０ａは、工作物４に対して直交３軸方向（または、直交２軸方向）に相対移動可能である。矢印Ｂ1に示すように、刃物台３はＢ軸まわりに旋回可能である。したがって、刃物台に取付けられた測定ヘッド１０，１０ａも、Ｂ軸まわりに旋回することができる。
【００２０】
図１に示す工作機械１において、刃物台３の前面には、有線式の測定ヘッド１０を収納するための筐体１９が取付けられている。筐体１９は、測定ヘッド１０を出退可能に支持している。
測定ヘッド１０は、その使用時には筐体１９から下方に突出し、非使用時には筐体１９の内部に収納される。測定ヘッド１０は、筐体１９から下方に露出した状態で工作物４を測定する。なお、測定ヘッド１０を支持する筐体１９を、刃物台３の側面に設けてもよい。
【００２１】
図１に示す工作物測定装置２０は、工作機械１を制御するＮＣ装置１１と、刃物台３に取付けられて工作物４を測定する有線式の測定ヘッド１０と、工作物測定装置２０を制御する測定装置用制御装置（たとえば、パーソナルコンピュータ）２４とを有している。
刃物台３に取付けられた測定ヘッド１０は、配線４０を介して工作物測定装置２０に電気的に接続されている。工作物測定装置２０で工作物４を測定する場合、刃物台３の測定ヘッド１０と測定装置用制御装置２４とあいだで、測定指令や、工作物４に対する距離のデータなどが、配線４０によって送られる。
【００２２】
工作物測定装置２０において、測定ヘッド１０で測定された距離データは、測定ヘッド１０から配線４０を介して測定装置用制御装置２４に出力される。ＮＣ装置１１は、測定ヘッド１０の位置データを測定装置用制御装置２４に出力する。
測定装置用制御装置２４は、位置データと距離データとに基づいて演算を行うことにより、工作物４の２次元形状データまたは３次元形状データを得る。このようにして、工作物測定装置２０は、工作物４を２次元測定または３次元測定することができる。
【００２３】
図２に示す工作機械１では、工作物４を測定するとき、無線式の測定ヘッド１０ａが刃物台３の主軸２に着脱可能に装着される。ＮＣ装置１１は、主軸２に対して工具１８と測定ヘッド１０ａを自動的に交換するＡＴＣ１６を制御する。
したがって、刃物台３の主軸２に取付けられた工具１８や測定ヘッド１０ａは、Ｚ軸用移動部１３，Ｘ軸用移動部１４およびＹ軸用移動部１５にそれぞれ駆動されて、Ｚ軸方向，Ｘ軸方向，Ｙ軸方向にそれぞれ移動する。
刃物台３の主軸２に着脱可能に装着される工具１８や測定ヘッド１０ａは、工作物４に対して直交３軸方向（または、直交２軸方向）に相対移動可能であり、矢印Ｂ1に示すように、Ｂ軸まわりに旋回することもできる。
【００２４】
図２に示す工作物測定装置２０ａは、ＮＣ装置１１と、主軸２に着脱可能に装着されて工作物４を測定する無線式の測定ヘッド１０ａと、測定ヘッド１０ａとのあいだで送受信を行う送信受信部２３と、工作物測定装置２０ａを制御する測定装置用制御装置２４とを有している。
工作物測定装置２０ａで工作物４を測定する場合、送信受信部２３と、主軸２に装着された状態の測定ヘッド１０ａとのあいだで、測定指令や、工作物４に対する距離のデータなどの信号Ｆが、無線によって送受信される。
【００２５】
工作物測定装置２０ａにおいて、測定ヘッド１０ａで測定されたデータの信号Ｆは、測定ヘッド１０ａから送信受信部２３に無線で送信される。送信受信部２３が測定ヘッド１０ａから受信した工作物４に関する距離データは、測定装置用制御装置２４に出力される。ＮＣ装置１１は、測定ヘッド１０ａの位置データを測定装置用制御装置２４に出力する。
測定装置用制御装置２４は、位置データと距離データとに基づいて演算を行うことにより、工作物４の２次元形状データまたは３次元形状データを得る。このようにして、工作物測定装置２０ａは、工作物４を２次元測定または３次元測定することができる。
【００２６】
図１ないし図３に示すように、工作機械１における工作物測定装置２０，２０ａおよびこれを使用した工作物測定方法は、工作機械1の移動体としての刃物台３に取付けられる有線式の測定ヘッド１０（または、無線式の測定ヘッド１０ａ）により、工作物４をレーザ光２１（または、図示しない超音波，熱もしくは電磁波）で非接触で測定可能である。
測定ヘッド１０，１０ａには、レーザ光２１の軸線上に存在する基準位置Ｐａと、レーザ光２１とは反対方向に位置する固有の機械座標Ｐｂとが設定されている。測定ヘッド１０，１０ａにおいて、基準位置Ｐａは、レーザ発振器で発生したレーザ光２１が集光する点である。
工作物４の表面の被測定点が基準位置Ｐａに一致すれば、レーザ光２１は、工作物４の表面の被測定点に照射されて集光した後、この被測定点で反射する。反射したレーザ光２１は、測定ヘッド１０，１０ａ内のＣＣＤ〔電荷結合素子（Charge Coupled Device）〕カメラの撮像面で環状像として収束される。
【００２７】
本発明は、上述の非接触形の測定ヘッド１０，１０ａの他に、有線式または無線式の接触形の測定ヘッド１０ｂにも適用可能である（図４）。すなわち、測定ヘッドは、レーザ光２１，超音波，熱または電磁波により、工作物を非接触で測定する機能と、工作物に接触子が接触して測定する機能の、いずれか一方または両方の機能を有する。
測定ヘッドが、接触形で接触子２２を有しているときには、工作機械に取付けられる有線式または無線式の測定ヘッド１０ｂにより、接触子２２が工作物４に接触して測定する。接触形の測定ヘッド１０ｂでは、接触子２２の先端部で工作物４に接触する位置が基準位置Ｐａになる。
【００２８】
図１ないし図３に示すように、測定ヘッド１０，１０ａは、基準位置Ｐａにおける距離を±０mmとし、工作物４までの距離Ｄ1，Ｄ2を測定する。
たとえば、工作物４が基準位置Ｐａより下方に距離Ｄ1だけ離れているとき、測定ヘッド１０，１０ａを基準位置Ｐａより下方に距離Ｄ1だけ移動させる。すると、基準位置Ｐａが工作物４の表面に一致して、この表面でレーザ光２１が集光する。測定ヘッドの移動により、工作物４までの距離Ｄ1（たとえば、Ｄ1＝＋５mm）が分かるので、工作物４の表面の位置が測定される。
これとは反対に、工作物４が基準位置Ｐａより上方に距離Ｄ2だけ離れたところに位置しているときは、測定ヘッド１０，１０ａを基準位置Ｐａより上方に距離Ｄ2だけ移動させる。すると、基準位置Ｐａが工作物４の表面に一致して、この表面でレーザ光２１が集光する。その結果、測定ヘッドの移動により、工作物４までの距離Ｄ2（たとえば、Ｄ2＝−５mm）が分かるので、工作物４の表面の位置が測定される。
【００２９】
測定ヘッド１０，１０ａにおいて、固有の機械座標Ｐｂを通ってＸ軸方向（上下方向）と平行な軸線ＣＬ1と、測定ヘッド１０，１０ａで発生するレーザ光２１の軸線方向とが一致すれば、理想的である。
ところが、測定ヘッド１０，１０ａの製造時や組立時の誤差などにより、レーザ光２１の軸線方向が、Ｘ軸方向と平行な軸線ＣＬ1に対して傾いている場合が多い。たとえば、レーザ光２１に関して、Ｘ，Ｚ平面においてレーザ光２１が傾き角度αで傾いており、Ｘ，Ｙ平面においてレーザ光２１が傾き角度βで傾いているとする。
その結果、測定ヘッド１０，１０ａは、３次元オフセットＲを含むことになる。測定ヘッド１０，１０ａの３次元オフセットＲは、測定ヘッドの計測基準位置Ｐａの座標と、測定ヘッドの固有の機械座標（たとえば、主軸２の先端部位置）Ｐｂとの間の、長さと方向を持つベクトルである。
【００３０】
このように、工作物測定装置２０，２０ａでは、測定ヘッド１０，１０ａで工作物４を測定するとき、レーザ光２１の光軸の向きと、光軸上にある基準位置（レーザ光２１の焦点）Ｐａから測定ヘッド１０，１０ａの固有の機械座標Ｐｂまでの長さとを含む３次元オフセットＲが、測定結果の計算に必要になる。
そして、この測定ヘッド１０，１０ａ自身の３次元オフセットＲを使用して、工作物４を測定ヘッド１０，１０ａで測定することができる。
【００３１】
次に、測定ヘッド１０，１０ａの３次元オフセットＲを取得する方法について説明する。
図１ないし図９に示すように、刃物台３とともに測定ヘッド１０，１０ａを、所定の角度θだけ旋回させる。そして、任意の位置に設置された基準物としての基準球３０を、測定ヘッド１０，１０ａで、第１の方向Ｅ1と第２の方向Ｅ2からそれぞれ測定する。これにより、基準物（基準球３０）における固有の特定点（ここでは、中心点Ａ1）の座標（ｘc，ｙc，ｚc）を、ＮＣ装置１１から取得する。
次いで、測定ヘッド１０，１０ａが基準物（基準球３０）の特定点（中心点Ａ1）を第１の方向Ｅ1から測定したときの、測定ヘッド１０，１０ａの第１の機械座標Ｐ1（ｘ1，ｙ1，ｚ1）を、ＮＣ装置１１から取得する。
また、測定ヘッド１０，１０ａが基準物（基準球３０）の特定点（中心点Ａ1）を第２の方向Ｅ2から測定したときの、測定ヘッド１０，１０ａの第２の機械座標Ｐ2（ｘ2，ｙ2，ｚ2）を、ＮＣ装置１１から取得する。
これら第１の機械座標Ｐ1（ｘ1，ｙ1，ｚ1）と第２の機械座標Ｐ2（ｘ2，ｙ2，ｚ2）に基づいて、測定ヘッド１０，１０ａの３次元オフセットＲを取得する。
その後、工作物測定装置２０，２０ａは、測定ヘッド１０，１０ａ自身の３次元オフセットＲを使用して、工作物４を測定ヘッド１０，１０ａで測定する。
【００３２】
上述の測定ヘッド１０，１０ａの３次元オフセットＲを取得する手順について、詳しく説明する。
まず最初に、刃物台３をＸ軸方向に向けることにより、測定ヘッド１０，１０ａを下方に向けて位置決めする（ステップ１０１）。
タレット７（または、主軸台５のチャック８）を、非回転状態で且つ所定位置に位置決めする。この状態で、支持部材３１を介して基準球３０をタレット７（または、主軸台５のチャック８）上に一時的に載置する（ステップ１０２）。
このとき、支持部材３１と基準球３０は、予め高精度に決められた所定位置に取付ける必要性はなく、任意の位置に適当に取付ければよい。なお、支持部材３１の一部または全体を永久磁石で構成すれば、タレット７に対して支持部材３１と基準球３０を容易に取付け，取外し可能なので好ましい。
基準物として、中心点Ａ1を有する基準球３０の場合を示している（図８Ａ，図８Ｂ）。なお、基準物は、固有の特定点として頂点Ａ2を有する三角錐や四角錐など多角錐３０ａや（図８Ｃ）、固有の特定点として頂点Ａ3を有する直方体３０ｂ（図８Ｄ）であってもよい。
【００３３】
こうして、基準球３０をタレット７に位置決めした後、手動操作で刃物台３を移動させて、測定ヘッド１０，１０ａを基準球３０の真上に位置決めする。すると、測定ヘッド１０，１０ａは、下方を向いて基準球３０に対向する（ステップ１０３）。
そして、測定ヘッド１０，１０ａにより、基準球３０の中心点Ａ1の座標を取得する（ステップ１０４）。この場合、図８Ａに示すように、レーザ光２１で、基準球３０の複数の断面の位置をそれぞれ計測し、各計測により取得した複数の点から最小二乗法を使って中心点Ａ1の座標を得る。
なお、この座標を得るための他の方法として、図８Ｂに示すように、基準球３０の外周面における多数の点を螺旋状にそれぞれ計測する。計測により取得した多数の点から、最小二乗法で中心点Ａ1の座標を得ることができる。
図８Ａ，図８Ｂにおける線Ｌは、レーザ光２１で測定したとき、基準球３０の表面上を走査するレーザ光２１の軌跡を示している。
【００３４】
一般的に、最小二乗法により下記の計算ができる。ｍ個の座標ｘ，ｙ，ｚから基準球３０の中心点Ａ1の座標（ｘc，ｙc，ｚc）と半径ｒを算出する。球の方程式は次式の通りである。
(ｘ−ｘc)2＋(ｙ−ｙc)2＋(ｚ−ｚc)2＝ｒ2 ……（１）
次式のように、係数ａ，ｂ，ｃ，ｄを使用する。
ｘc＝−ａ/2 ……（２）
ｙc＝−ｂ/2 ……（３）
ｚc＝−ｃ/2 ……（４）
ｒ＝ＳＱＲＴ［（ａ2＋ｂ2＋ｃ2）/４−ｄ］ ……（５）
すると、球の方程式は次式で示される。
（ｘ2＋ｙ2＋ｚ2）＋ａx＋ｂy＋ｃz＋ｄ＝０ ……（６）
【００３５】
解析学で知られているように、各変数に関する偏導関数が０にならなければならない。
∂Ｊ/∂ａ＝Σ［(ｘ2＋ｙ2＋ｚ2)＋ａx＋ｂy＋ｃz＋ｄ］×(ｘ)＝０ ……（７）
∂Ｊ/∂ｂ＝Σ［(ｘ2＋ｙ2＋ｚ2)＋ａx＋ｂy＋ｃz＋ｄ］×(ｙ)＝０ ……（８）
∂Ｊ/∂ｃ＝Σ［(ｘ2＋ｙ2＋ｚ2)＋ａx＋ｂy＋ｃz＋ｄ］×(ｚ)＝０ ……（９）
∂Ｊ/∂ｄ＝Σ［(ｘ2＋ｙ2＋ｚ2)＋ａx＋ｂy＋ｃz＋ｄ］×(１)＝０ ……（10）
【００３６】
これらの式から次の方程式が得られる。
【数１】
【００３７】
逆行列をかけて係数ａ，ｂ，ｃ，ｄの値を算出し、これら係数を次式に代入して、基準球３０の中心点Ａ1 の座標（ｘc，ｙc，ｚc ）と半径ｒを算出する。
ｘc＝−ａ/２ ……（11）
ｙc＝−ｂ/２ ……（12）
ｚc＝−ｃ/２ ……（13）
ｒ＝ＳＱＲＴ［（ａ2＋ｂ2＋ｃ2 ）/４−ｄ］ ……（14）
第１の方向Ｅ1を向いている測定ヘッド１０，１０ａが、基準球３０の中心点Ａ1を第１の方向Ｅ1から測定したときの、測定ヘッド１０，１０ａの第１の機械座標Ｐ1（ｘ1，ｙ1，ｚ1 ）を、ＮＣ装置１１から取得する（ステップ１０５）。
【００３８】
図１ないし図７において、刃物台３を、Ｂ軸まわりに旋回させるとともに、Ｘ軸方向とＺ軸方向に移動させる。すると、測定ヘッド１０，１０ａは、基準球３０の中心点Ａ1を中心として所定の角度θだけ旋回する。これにより、測定ヘッド１０，１０ａは、第２の方向Ｅ2を向く（ステップ１０６）。
この状態で、上述の第１の方向Ｅ1から測定した方法と同じ方法により、基準球３０の中心点Ａ1の座標（ｘc，ｙc，ｚc ）を取得する。こうして、第２の方向Ｅ2から取得した基準球３０の中心点Ａ1の座標（ｘc，ｙc，ｚc ）が、第１の方向Ｅ1から取得した基準球３０の中心点Ａ1と同じ座標になるように、測定ヘッド１０，１０ａの位置を調整する（ステップ１０７）。
そして、第２の方向Ｅ2を向いている測定ヘッド１０，１０ａが、基準球３０の中心点Ａ1を第２の方向Ｅ2から測定したときの、測定ヘッド１０，１０ａの第２の機械座標Ｐ2（ｘ2，ｙ2，ｚ2）を、ＮＣ装置１１から取得する（ステップ１０８）。
【００３９】
こうして取得された測定ヘッド１０，１０ａの第１の機械座標Ｐ1と第２の機械座標Ｐ2を使用して、次式により、測定ヘッド１０，１０ａの３次元オフセットＲを算出する。
【数２】
【００４０】
基準球３０の中心点Ａ1（ｘc，ｙc，ｚc ）に対して、測定ヘッド１０，１０ａの第１の機械座標Ｐ1（ｘ1，ｙ1，ｚ1）と第２の機械座標Ｐ2（ｘ2，ｙ2，ｚ2）と旋回角度θが分かっている（図７）。
したがって、測定ヘッド１０，１０ａの３次元オフセットＲは、そのＺ成分Ｒz，Ｘ成分Ｒx，Ｙ成分Ｒyが分かれば取得できる。そこで、Ｚ成分Ｒz，Ｘ成分Ｒx，Ｙ成分Ｒyは、それぞれ次式により算出することができる。
Ｒz＝［−(ｘ1−ｘ2)×sinθ−(ｚ1−ｚ2)×(cosθ−1)］/(２−２×cosθ)……(15)
Ｒx＝［ｚ1−ｚ2 ＋Ｒz ×(cosθ−1)］/sinθ ……（16）
Ｒy＝ 0 ……（17）
【００４１】
こうして算出された測定ヘッド１０，１０ａの３次元オフセットＲのＺ成分Ｒz，Ｘ成分Ｒx，Ｙ成分Ｒyに基づいて、測定ヘッド１０，１０ａの３次元オフセットＲを算出することができる（ステップ１０９）。
その後は、こうして算出された測定ヘッド１０，１０ａ自身の３次元オフセットＲを使用して、工作物４を測定ヘッド１０，１０ａで測定することができる（ステップ１１０）。
【００４２】
（第２実施例）
本発明の第２実施例を、図３ないし図６，図１０ないし図１３を参照して説明する。
図１０は、有線式の測定ヘッド１０を有する工作物測定装置２０が設けられた工作機械１ａの斜視図、図１１は、無線式の測定ヘッド１０ａを有する工作物測定装置２０ａが設けられた工作機械１ａの斜視図である。
図１２Ａ，図１２Ｂは、レーザ光２１の傾き角度α，βからＹ軸方向のオフセット（Ｙ成分）Ｒyを算出するための説明図、図１３は、レーザ光２１の傾き角度α，βを取得する手段を示す説明図である。
なお、第１実施例と同一または相当部分には同一符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみ説明する。
【００４３】
図１０，図１１に示す工作機械１ａは、刃物台３ａがＹ軸方向に移動しないが、これ以外は、第１実施例の工作機械１と同じ構成である。
工作機械１ａにおいて、有線式の測定ヘッド１０（または、無線式の測定ヘッド１０ａ）が、移動体としての刃物台３ａに取付けられている。
測定ヘッド１０，１０ａは、工作物４に対して、直交３軸方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向）のうち、移動しない１軸方向（Ｙ軸方向、すなわち前後方向）以外の直交２軸方向（Ｘ，Ｚ軸方向）に相対移動可能である。また、矢印Ｂ1に示すように、測定ヘッド１０，１０ａはＢ軸まわりに旋回可能である。
測定ヘッド１０，１０ａは、３次元オフセットＲを含んでおり、工作物４をレーザ光２１で測定する。有線式の測定ヘッド１０は、刃物台３ａに取付けられた筐体１９に出退可能に支持され、配線４０で電気的に接続されている（図１０）。無線式の測定ヘッド１０ａは、刃物台３ａの主軸２に着脱可能に装着されている（図１１）。
【００４４】
図５，図６，図１０ないし図１３に示すように、測定ヘッド１０，１０ａの３次元オフセットＲを取得するためには、刃物台３ａとともに測定ヘッド１０，１０ａを所定角度θだけ旋回させる。
そして、任意の位置に設置された基準物（基準球３０）を、測定ヘッド１０，１０ａで第１の方向Ｅ1と第２の方向Ｅ2からそれぞれ測定する。これにより、基準物（基準球３０）における固有の特定点（中心点Ａ1）の座標（ｘc，ｙc，ｚc）を、ＮＣ装置１１から取得する。
【００４５】
次いで、測定ヘッド１０，１０ａが基準物（基準球３０）の特定点（中心点Ａ1）を第１の方向Ｅ1から測定したときの、測定ヘッド１０，１０ａの第１の機械座標Ｐ1（ｘ1，ｙ1，ｚ1）を、ＮＣ装置１１から取得する。
測定ヘッド１０，１０ａが基準物（基準球３０）の特定点（中心点Ａ1）を第２の方向Ｅ2から測定したときの、測定ヘッド１０，１０ａの第２の機械座標Ｐ2（ｘ2，ｙ2，ｚ2）を、ＮＣ装置１１から取得する。
測定ヘッド１０，１０ａの第１の機械座標Ｐ1（ｘ1，ｙ1，ｚ1）と第２の機械座標Ｐ2（ｘ2，ｙ2，ｚ2）とにより、測定ヘッド１０，１０ａにおける、移動する直交２軸方向（Ｘ軸方向，Ｚ軸方向）の各オフセットＲx，Ｒzを取得する。
このようにして、３次元オフセットＲのＸ成分ＲxとＺ成分Ｒzは、第１実施例で算出した方法と同じ方法で算出することができる。
【００４６】
次いで、所定の手段でレーザ光２１の傾き角度α，βを取得する。この場合、Ｘ，Ｚ平面におけるレーザ光２１の傾き角度αと、Ｘ，Ｙ平面におけるレーザ光２１の傾き角度βは、たとえば、米国特許ＵＳ０６１９９０２４号に記載の方法で算出される。
また他の方法としては、図１３に示す下記の手順１から手順５までを実行する方法がある。
（手順１）：初めに、ブロックゲージ３２を、たとえばタレット７の上部に仮に位置決めしておく。そして、測定ヘッド１０，１０ａを、Ｚ軸方向に関して任意の位置に固定し、Ｘ軸方向に走査して、ブロックゲージ３２のエッジを検出した位置のＸ成分を記録する。
（手順２）：手順１において、測定ヘッド１０，１０ａを、Ｘ軸方向に関して±の両方向から走査して、ブロックゲージ３２のエッジを検出した位置の平均値を採る。
（手順３）：測定ヘッド１０，１０ａを、Ｚ軸方向に関して次の任意の位置に移動させて、手順２と手順３の操作を行う。
（手順４）：手順１ないし手順３で取得されたブロックゲージ３２のエッジの検出位置により、レーザ光２１のＸ軸方向の傾きα（Ｘ，Ｚ平面における傾きα）を算出する。
（手順５）：レーザ光２１のＹ軸方向の傾きβ（すなわち、Ｘ，Ｙ平面における傾きβ）についても、手順１ないし手順４の操作を行なって算出する。
こうして、レーザ光２１の傾き角度α，βを取得することができる。
【００４７】
レーザ光２１の傾き角度α，βから、測定ヘッド１０，１０ａにおける、移動しない１軸方向（Ｙ軸方向）のオフセットＲyを算出する。
この場合、図１２Ａ，図１２Ｂにおいて、測定ヘッド１０，１０ａの、Ｘ軸方向のオフセット（すなわち、Ｘ成分Ｒx）とＺ軸方向のオフセット（すなわち、Ｚ成分Ｒz）と、レーザ光２１の傾き角度α，βは、すでに算出されている。
したがって、図１２Ａに示すように、基準位置ＰａからＺ成分Ｒzの先端の位置ｎ2と、機械座標Ｐｂとのあいだに、交点ｎ1が位置する。よって、交点ｎ1から位置ｎ2までの距離Ｌ1と、交点ｎ1から機械座標Ｐｂまでの距離Ｌ2が、算出される。
図１２Ｂに示すように、距離Ｌ1，Ｌ2とＸ成分Ｒxとレーザ光２１の傾き角度βがすでに取得されている。よって、測定ヘッド１０，１０ａにおける、Ｙ軸方向のオフセット（すなわち、Ｙ成分Ｒy）を算出することができる。
Ｚ成分Ｒzと傾き角度α，βから、次式によりＹ成分Ｒyを算出することができる。
Ｒy＝（Ｒz／tanα）× tanβ ……（18）
【００４８】
その結果、測定ヘッド１０，１０ａにおける、移動する直交２軸方向（Ｘ軸方向，Ｚ軸方向）の各オフセットＲx，Ｒzと、移動しない１軸方向（Ｙ軸方向）のオフセットＲyとに基づいて、測定ヘッド１０，１０ａの３次元オフセットＲを算出することができる。
その後、この測定ヘッド１０，１０ａ自身の３次元オフセットＲを使用して、工作物４を測定ヘッド１０，１０ａで測定する。
【００４９】
本実施例では、測定ヘッド１０，１０ａが、直交３軸方向のうち１軸方向（ここでは、Ｙ軸方向）に移動しない場合であっても、測定ヘッド１０，１０ａの３次元オフセットＲを算出することができる。
【００５０】
第１実施例，第２実施例の工作機械１，１ａでは、工作物４が、主軸台５のチャック８に把持されて回転したり、または非回転状態で支持される。なお、この変形例として、旋回可能な刃物台３，３ａの下方にテーブルを設け、このテーブルに工作物４を取付ける場合であってもよい。
【００５１】
（第３実施例）
本発明の第３実施例を、図３，図１４ないし図１９を参照して説明する。
図１４は、有線式の測定ヘッド１０を有する工作物測定装置２０が設けられた工作機械１０１の斜視図、図１５は、無線式の測定ヘッド１０ａを有する工作物測定装置２０ａが設けられた工作機械１０１の斜視図である。
図１６は、テーブル１０６を旋回させる前に基準球３０を測定している説明図、図１７は、テーブル１０６を旋回させた後に基準球３０を測定している説明図、図１８は、測定ヘッド１０，１０ａの３次元オフセットＲ（Ｒx，Ｒy，Ｒz）を取得する方法の説明図、図１９は、測定ヘッド１０，１０ａの３次元オフセットＲを取得する手順を示すフローチャートである。
なお、第１実施例，第２実施例と同一または相当部分には同一符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみ説明する。
【００５２】
図３，図１４ないし図１９において、工作機械１０１は、テーブル１０６が旋回中心軸Ｂのまわりに旋回可能である。工作機械１０１は、５軸制御の立形マシニングセンタを基本とする５軸加工機であり、工作物４を旋削加工および切削加工可能な複合加工機である。工作機械１０１は立形マシニングセンタを基本とするが、本発明は、テーブルが旋回する構成であれば横形マシニングセンタにも適用可能である。
【００５３】
工作機械１０１における移動体としての主軸頭１０５には、配線４０で電気的に接続された有線式の測定ヘッド１０が取付けられている。有線式の測定ヘッド１０は、主軸頭１０５に取付けられた筐体１９に出退可能に支持されている（図１４）。
無線式の測定ヘッド１０ａは、主軸頭１０５の主軸１０４に着脱可能に装着されている（図１５）。
主軸頭１０５に取付けられる測定ヘッド１０，１０ａは、テーブル１０６に取付けられた工作物４をレーザ光２１で測定可能であり、３次元オフセットＲを含んでいる。
【００５４】
５軸制御の工作機械１０１は、測定ヘッド１０，１０ａと工作物４とを相対的にＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の直交３軸方向に直線移動させる３軸制御と、測定ヘッド１０，１０ａと工作物４とを相対的に旋回させて割り出す少なくとも１軸制御（この例では、Ｂ軸制御とＣ軸制御からなる２軸制御）と、を行なっている。
【００５５】
工作機械１０１は、基体１０２と、基体１０２上に設置されたコラム１０３と、コラム１０３上に設置されたクロスレール１０７と、クロスレール１０７に取付けられ、主軸１０４を有する主軸頭１０５とを備えている。工作機械１０１は、ＮＣ装置１１により制御されている。
コラム１０３は、基体１０２上に配置されて、前後の水平方向（Ｙ軸方向）に移動可能である。クロスレール１０７は、コラム１０３上に配置されて左右の水平方向（Ｘ軸方向）に移動可能である。主軸頭１０５は、クロスレール１０７に支持されて、上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能になっている。互いに直交するＸ軸，Ｙ軸およびＺ軸により、直交３軸が構成されている。
主軸１０４には工具１８が着脱可能に装着される。主軸１０４は、その中心軸線がＺ軸と平行で且つ中心軸線まわりに回転可能に、主軸頭１０５に支持されている。
【００５６】
基体１０２上に配置されているコラム１０３は、Ｙ軸送り機構に駆動されてＹ軸方向に移動する。コラム１０３上に配置されているクロスレール１０７は、Ｘ軸送り機構に駆動されてＸ軸方向に移動する。クロスレール１０７に支持されている主軸頭１０５は、Ｚ軸送り機構に駆動されてＺ軸方向に移動する。
これにより、測定ヘッド１０，１０ａは、工作物４に対して相対的にＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の直交３軸方向に直線移動する。
【００５７】
工作機械１０１のテーブル１０６は、Ｂ軸制御により旋回中心を中心として旋回動作可能で、且つＣ軸制御により回転可能である。テーブル１０６は、測定ヘッド１０，１０ａに対して工作物４を、Ｂ軸制御，Ｃ軸制御により相対的に旋回させて割り出すことができる。Ｂ軸はＹ軸方向と平行であり、Ｃ軸はテーブル１０６の回転中心である。
【００５８】
基体１０２には、矢印Ｋに示すように、Ｂ軸制御により旋回する旋回板１０９が設けられている。旋回板１０９には、この旋回板１０９から前方に突出してテーブル１０６を支持するテーブル支持台１１０が固定されている。
テーブル用駆動装置は、テーブル１０６をＢ軸制御により旋回させるためのＢ軸用駆動装置１１１と、テーブル１０６をＣ軸制御により回転させるためのＣ軸用駆動装置１１２とを有している。
Ｂ軸用駆動装置１１１を駆動することにより、旋回板１０９，テーブル支持台１１０，テーブル１０６および工作物４などが、Ｂ軸制御により旋回するとともに所定の位置に割出される。
Ｃ軸用駆動装置１１２を駆動することにより、工作物４が取付けられたテーブル１０６が、Ｃ軸制御により所望の角度だけ回転して割出され、また、連続的に回転することもできる。
【００５９】
旋削加工時には、Ｃ軸用駆動装置１１２を駆動すると、テーブル１０６と工作物４がＣ軸制御により回転する。こうして、テーブル１０６に工作物４が載置されている状態で、工作物４をＣ軸制御により所定の回転速度で回転させる。これにより、工作物４は、主軸１０４に装着された工具１８で旋削加工される。
一方、主軸１０４に回転工具１８を装着してこの回転工具１８で切削加工を行うときには、Ｃ軸用駆動装置１１２を制御して、Ｃ軸用駆動装置１１２でテーブル１０６上の工作物４をＣ軸制御により所定位置に割出す。この状態で、テーブル１０６に載置された工作物４は、主軸１０４の回転工具１８で切削加工される。
【００６０】
工作機械１０１に設けられた工作物測定装置２０，２０ａは、第１実施例にかかる工作機械１と第２実施例にかかる工作機械１ａに設けられた工作物測定装置２０，２０ａと同じ構成を有している。
工作物測定装置２０，２０ａおよびこれを使用した工作物測定方法は、主軸頭１０５に取付けられた測定ヘッド１０，１０ａにより、レーザ光，超音波，熱および電磁波のうちの１つで工作物４を非接触で測定可能である。
【００６１】
次に、３次元オフセットＲを含む測定ヘッド１０，１０ａにより、テーブル１０６に取付けられた工作物４をレーザ光２１で測定する方法について説明する。
測定ヘッド１０，１０ａで工作物４を測定するとき、レーザ光２１の光軸の向きと、光軸上にある基準位置（レーザ光２１の焦点）Ｐａから測定ヘッド１０，１０ａの固有の機械座標（たとえば、主軸１０４の先端）Ｐｂまでの３次元オフセットＲが、測定結果の計算に必要になる。
【００６２】
そのためには、主軸頭１０５に取付けられた測定ヘッド１０，１０ａの３次元オフセットＲ（ベクトル）を取得する必要がある。そこで、最初に、固有の特定点（ここでは、中心点Ａ1）を有する基準物（ここでは、基準球３０）を、支持部材３１を介してテーブル１０６上の任意の位置に設置する。
次いで、第１の方向Ｅ11を向くテーブル１０６上の基準物（基準球３０）を、測定ヘッド１０，１０ａで測定する。すなわち、測定ヘッド１０，１０ａからレーザ光２１を基準球３０に照射し、レーザ光２１を軌跡Ｌのように走査させることにより、基準球３０を測定する。
これによって、測定ヘッド１０，１０ａの第１の機械座標Ｐｂの点群と、レーザ光２１の焦点である基準位置Ｐａからの距離データとを取得する（図３）。
この取得した測定ヘッド１０，１０ａの第１の機械座標Ｐｂの点群と距離データから、実際の基準物（基準球３０）における特定点（中心点Ａ1）の座標と、第１の架空の基準物（基準球３０ｆ）における第１の特定点（第１の中心点Ａ1a）の座標とを算出する。
【００６３】
次いで、テーブル１０６を、旋回中心Ｏ1を中心としてＢ軸制御により、Ｘ，Ｚ平面で所定の角度θだけ旋回させる。
そして、第２の方向Ｅ12を向くテーブル１０６上の基準物（基準球３０）を、測定ヘッド１０，１０ａで測定する。すなわち、測定ヘッド１０，１０ａからレーザ光２１を基準球３０に照射し、レーザ光２１を軌跡Ｌのように走査させることにより、基準球３０を測定する。
これにより、測定ヘッド１０，１０ａの第２の機械座標Ｐｂの点群と、レーザ光２１の焦点である基準位置Ｐａからの距離データとを取得する（図３）。
この取得した第２の機械座標Ｐｂの点群と距離データから、実際の基準物（基準球３０）における特定点（中心点Ｂ1）の座標と、第２の架空の基準物（基準球３０ｇ）における第２の特定点（第２の中心点Ｂ1a）の座標とを算出する（図１７）。
【００６４】
テーブル１０６が所定の角度θだけ旋回する前後の、実際の基準物（基準球３０）におけるそれぞれの特定点（中心点Ａ1，Ｂ1）と、実際の旋回中心Ｏ1とにより、実際の三角形Ｇが形成される。
この実際の三角形Ｇ（すなわち、三角形Ｏ1，Ａ1，Ｂ1）は、辺Ｏ1，Ａ1の長さと辺Ｏ1，Ｂ1の長さとが同じで且つ頂角がθの、二等辺三角形である（図１８）。
【００６５】
第１の架空の基準物（基準球３０ｆ）における第１の特定点（中心点Ａ1a）と、第２の架空の基準物（基準球３０ｇ）における第２の特定点（第２の中心点Ｂ1a）と、架空の旋回中心Ｏ1aとにより、架空の三角形Ｇａが形成される。
この架空の三角形Ｇａ（すなわち、三角形Ｏ1a，Ａ1a，Ｂ1a）は、辺Ｏ1a，Ａ1aの長さと辺Ｏ1a，Ｂ1aの長さとが同じで且つ頂角がθの、二等辺三角形である（図１８）。
【００６６】
実際の三角形Ｇと架空の三角形Ｇａとを比較すると、頂角θが同じで、この頂角θを挟む二辺（すなわち辺Ｏ1，Ａ1と、辺Ｏ1，Ｂ1と、辺Ｏ1a，Ａ1aと、辺Ｏ1a，Ｂ1a）は、いずれも同じ長さである。したがって、実際の三角形Ｇと架空の三角形Ｇａは、合同である。
こうして、実際の三角形Ｇと架空の三角形Ｇａが合同であることに基づいて、測定ヘッド１０，１０ａの３次元オフセットＲを取得する。
その後、測定ヘッド１０，１０ａ自身の３次元オフセットＲを使用して、工作物４を測定ヘッド１０，１０ａで測定する。
【００６７】
テーブル１０６が旋回する工作機械１０１であっても、こうして、測定ヘッド１０，１０ａの３次元オフセットＲを取得することができる。
また、測定ヘッド１０，１０ａのレーザ光２１の傾き角度α，βの情報がなくても、測定ヘッド１０，１０ａの直交３軸方向における３次元オフセットＲ（Ｒx ，Ｒy ，Ｒz）を取得することができる。
【００６８】
次に、工作物測定装置２０，２０ａにおいて、測定ヘッド１０，１０ａの３次元オフセットＲを取得する手順について説明する。
まず最初に、基準球３０を、テーブル１０６上の任意の位置に、支持部材３１を介して一時的に載置する（ステップ２０１）。このとき、設置位置は予め設定されていないので、オペレータは基準球３０をテーブル１０６上に適当の適当な場所に設置すればよい。
無線式の測定ヘッド１０ａの場合には、ＡＴＣ１６（または、手動）で測定ヘッド１０ａを主軸１０４に装着する（ステップ２０２）。なお、有線式の測定ヘッド１０の場合には、このステップ２０２の手順は不要である。
【００６９】
次に、テーブル１０６を第１の方向Ｅ11に向けて位置決めする。そして、主軸頭１０５を基準球３０の上部に手動動作で移動させ、測定ヘッド１０，１０ａを基準球３０の真上に位置決めする。測定ヘッド１０，１０ａは、下方を向いて基準球３０に対向している（ステップ２０３）。
こうして第１の方向Ｅ11を向いているテーブル１０６上の基準球３０を、測定ヘッド１０，１０ａで測定する。このときの、測定ヘッド１０，１０ａの第１の機械座標Ｐｂ（図３）の点群と、基準位置Ｐａ（図３）からの距離データとが、ＮＣ装置１１から取得される（ステップ２０４）。図１６中の符号Ｌは、レーザ光２１により測定された軌跡であり、たとえば螺旋状をなしている。
こうして取得した測定ヘッド１０，１０ａの第１の機械座標Ｐｂの点群と、基準位置Ｐａからの距離データとを使用して、最小二乗法で、実際の基準球３０における中心点Ａ1の座標と、第１の架空の基準球３０ｆにおける第１の中心点Ａ1aの座標とを算出する（ステップ２０５）。
【００７０】
次いで、Ｂ軸制御により、テーブル１０６を、旋回中心Ｏ1を中心としてＸ，Ｚ平面で所定角度θだけ旋回して第２の方向Ｅ12に向ける（ステップ２０６）。
第２の方向Ｅ12を向いているテーブル１０６上の基準球３０を、測定ヘッド１０，１０ａで測定する。このときの、測定ヘッド１０，１０ａの第２の機械座標Ｐｂの点群と、基準位置Ｐａからの距離データとが、ＮＣ装置１１から取得される（ステップ２０７）。
こうして取得した測定ヘッド１０，１０ａの第２の機械座標Ｐｂの点群と、基準位置Ｐａからの距離データとを使用して、最小二乗法で、実際の基準球３０における中心点Ｂ1の座標と、第２の架空の基準球３０ｇにおける第２の中心点Ｂ1aの座標とを算出する（ステップ２０８）。
【００７１】
架空の三角形Ｇａが実際の三角形Ｇと合同であることを利用して、測定ヘッド１０，１０ａの３次元オフセットＲ（Ｒx，Ｒy，Ｒz）を取得する（ステップ２０９）。
この場合、テーブル１０６を角度θだけ旋回させる前の基準球３０の中心点Ａ1の座標（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）と、テーブル１０６を角度θだけ旋回させた後の基準球３０の中心点Ｂ1の座標（Ｘ2，Ｙ2，Ｚ2）と、旋回角度θとにより、旋回中心Ｏ1から基準球３０の中心点Ａ1までのベクトルＯ1Ａ1（Ｒx1，Ｒy1，Ｒz1）を算出する。
【００７２】
ベクトルＯ1Ａ1を算出するための式は、下記の通りである。
【数３】
【００７３】
テーブル１０６がＸ，Ｚ平面で角度θだけ旋回した場合の行列式は、下記の通りである。
【数４】
【００７４】
この場合にベクトルＯ1Ｂ1を（Ｒx1′，Ｒy1′，Ｒz1′）とすると、次式（１９）ないし（２１）が成り立つ。
Ｘ2 −Ｘ1 ＝Ｒx1′−Ｒx1 ＝Ｒx1（cosθ−１）＋Ｒz1（−sinθ） ……（19）
Ｙ2 −Ｙ1 ＝ 0 ……（20）
Ｚ2 −Ｚ1 ＝Ｒz1′−Ｒz1 ＝Ｒx1 sinθ＋Ｒz1（cosθ−１） ……（21）
【００７５】
２つの式（１９），（２１）では未知数はＲx1，Ｒz1だけになり、また、テーブル１０６はＸ，Ｚ平面で旋回するので、ベクトルＯ1Ａ1のＹ成分Ｒy1はゼロである。その結果、２つの式（１９），（２１）からベクトルＯ1Ａ1を算出することができる。
次いで、旋回中心Ｏ1から、テーブル１０６が旋回する前の第１の架空の基準球３０ｆの中心点Ａ1aまでの、ベクトルＯ1Ａ1aを算出する。
算出したベクトルＯ1Ａ1aから上述のベクトルＯ1Ａ1を引くことにより、測定ヘッド１０，１０ａにおける３次元オフセットＲ（すなわち、ベクトルＡ1Ａ1a）を算出することができる。この算出のための計算式は下記の通りである。
【数５】
【００７６】
こうして算出した測定ヘッド１０，１０ａ自身の３次元オフセットＲ（Ｒx，Ｒy，Ｒz）を使用して、工作物４を測定ヘッド１０，１０ａで測定する（ステップ２１０）。
【００７７】
次に、第３実施例の変形例（図示せず）にかかる工作物測定方法を説明する。
この方法では、第２実施例と第３実施例の各手順を組み合わせている。工作機械に取付けられる有線式または無線式の測定ヘッドは、工作物に対して、直交３軸方向のうち移動しない１軸方向以外の直交２軸方向に相対移動可能で且つ旋回可能である。テーブルは、旋回中心のまわりに旋回可能である。３次元オフセットを含む測定ヘッドにより、工作物をレーザ光で測定する。
【００７８】
この方法では、第３実施例で説明したように、固有の特定点を有する基準物をテーブル上の任意の位置に設置する。そして、第１の方向を向くテーブル上の基準物を測定ヘッドで測定することによって、この測定ヘッドの第１の機械座標の点群と、レーザ光の焦点である基準位置からの距離データとを取得する。
この取得した点群と距離データから、実際の基準物における特定点の座標と、第１の架空の基準物における第１の特定点の座標とを算出する。
【００７９】
次いで、テーブルを旋回中心を中心として所定角度旋回させる。第２の方向を向くテーブル上の基準物を測定ヘッドで測定する。これにより、測定ヘッドの第２の機械座標の点群と、基準位置からの距離データとを取得する。
この取得した点群と距離データから、実際の基準物における特定点の座標と、第２の架空の基準物における第２の特定点の座標とを算出する。
第１の架空の基準物における第１の特定点と、第２の架空の基準物における第２の特定点と、架空の旋回中心とにより形成される架空の三角形が、テーブルが所定角度旋回する前後の実際の基準物におけるそれぞれの特定点と、実際の旋回中心とにより形成される実際の三角形と合同であることに基づいて、測定ヘッドにおける移動する直交２軸方向の各オフセットを取得する。
【００８０】
第２実施例で説明したように、所定の手段でレーザ光の傾き角度を取得し、このレーザ光の傾き角度から、測定ヘッドにおける移動しない１軸方向のオフセットを算出する。
測定ヘッドにおける、移動する直交２軸方向の各オフセットと、移動しない１軸方向のオフセットとに基づいて、測定ヘッドの３次元オフセットを算出する。その後、この測定ヘッド自身の３次元オフセットを使用して、工作物を測定ヘッドで測定する。
【００８１】
（第４実施例）
第４実施例にかかる工作物測定方法において、工作機械は、工作機械に取付けられる有線式または無線式の測定ヘッド１０，１０ａ，１０ｂが、工作物に対して直交３軸方向（または、直交２軸方向）に相対移動可能で且つ旋回でき、テーブルが旋回中心のまわりに旋回可能である。そして、３次元オフセットＲを含む測定ヘッドにより、工作物をレーザ光２１で測定する。
この方法は、第１実施例，第２実施例および第３実施例にかかる方法の各手順単独により（または、これらの手順を複数組合わせることにより）、測定ヘッドにおける前記移動する直交２軸方向の各オフセットを取得する。次いで、第２実施例または第３実施例にかかる方法における各手順により、測定ヘッドにおける残りの１軸方向のオフセットを取得する。
そして、測定ヘッドにおける、前記移動する直交２軸方向の各オフセットと、前記残りの１軸方向のオフセットとに基づいて、測定ヘッドの３次元オフセットＲを算出する。その後、この測定ヘッド自身の３次元オフセットＲを使用して、工作物を測定ヘッドで測定する。
【００８２】
上述の第１実施例ないし第４実施例で説明した工作物測定装置２０，２０ａは、工作機械に取付けられる測定ヘッド１０，１０ａ，１０ｂで工作物４を測定し、その前またはその後に、主軸に装着された工具１８で工作物４を加工することができる。
したがって、タッチセンサやダイヤルゲージなど計測器を別途使用しなくても、また、基準球３０など基準物を任意の位置に設置するだけで、測定ヘッド１０，１０ａ，１０ｂが本来有している測定機能を有効利用して、測定ヘッド１０，１０ａ，１０ｂ自身の３次元オフセットＲを取得して、工作物４を測定ヘッド１０，１０ａ，１０ｂで測定することができる。
【００８３】
各実施例では、測定ヘッド１０，１０ａ，１０ｂは工作機械の移動体に取り付けられている。
変形例として、測定ヘッドが取付けられた工作機械の部材（たとえば、主軸頭）が移動せず、この部材は、テーブルが移動することでテーブル上の工作物に対して相対的に移動する工作機械でもよい。その結果、この部材に取付けられた測定ヘッドは、テーブルが移動することで工作物に対して相対的に座標移動する。
また、基準物が設置される「任意の位置」は、回転軸を回転させると測定ヘッドに対して相対的に旋回する位置で、且つ測定ヘッドで基準物を計測可能な位置である。
【００８４】
工具１８は工具マガジンに収納可能である。ＮＣ装置１１で制御されるＡＴＣ１６により、工具１８は、主軸に対して自動的に交換されるとともに着脱可能である。したがって、主軸に装着された工具１８で工作物４を加工する工程の前に（または、加工工程の途中に、もしくは加工工程後に）、測定ヘッド１０，１０ａ，１０ｂで工作物４を測定する工程を設けることができる。
こうすれば、加工動作と測定動作が、順番にまたはこれとは逆の順に連続する。すなわち、加工動作と測定動作とを、任意の組合せで実行することが可能である。
その結果、測定のために工作物４をチャック８やテーブル１０６から取り外さなくても、工作物４を加工したのちチャック８やテーブル１０６に取付けたままで直ちに、工作物４を２次元測定または３次元測定することができる。
また、加工前の工作物４を測定した後に、工作物４を取付けたままでこの工作物４を加工する動作に移行することもできる。さらに、工作物４を加工後に測定した後に、工作物４を取付けたままで再び工作物４を加工する動作に移行することもできる。
【００８５】
測定ヘッド１０，１０ａは、測定指令を受けると、測定ヘッド１０，１０ａから工作物４までの距離を測定することにより、この工作物４を非接触で測定する。
測定動作の際に、測定ヘッド１０，１０ａは工作物４に接触しないので、測定ヘッド１０，１０ａを高速で安全に且つ振動なし（または、低振動）で走査して、工作物４を短時間で広い範囲を測定することができる。
【００８６】
以上、本発明の実施例（変形例を含む。以下同じ）を説明したが、本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲で種々の変形，付加などが可能である。
なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明にかかる工作機械における工作物測定方法およびその装置は、マシニングセンタと複合加工機の他に、旋盤，研削盤などの工作機械に適用して、有線式または無線式の測定ヘッドにより非接触で（または、接触して）工作物を測定できる。
【符号の説明】
【００８８】
１，１ａ，１０１ 工作機械
４ 工作物
１０ 有線式の測定ヘッド
１０ａ 無線式の測定ヘッド
１０ｂ 測定ヘッド（接触形の測定ヘッド）
２０，２０ａ 工作物測定装置
２１ レーザ光
２２ 接触子
３０ 基準球（基準物）
３０ａ 多角錐（基準物）
３０ｂ 直方体（基準物）
３０ｆ 第１の架空の基準球（基準物）
３０ｇ 第２の架空の基準球（基準物）
１０６ テーブル
Ａ1 中心点（特定点）
Ａ1a 第１の中心点（特定点）
Ａ2 頂点（特定点）
Ａ3 頂点（特定点）
Ｂ1a 第２の中心点（特定点）
Ｅ1 ，Ｅ11 第１の方向
Ｅ2 ，Ｅ12 第２の方向
Ｇ 実際の三角形
Ｇａ 架空の三角形
Ｏ1 旋回中心
Ｏ1a 架空の旋回中心
Ｐ1 第１の機械座標
Ｐ2 第２の機械座標
Ｐａ 基準位置
Ｒ ３次元オフセット
Ｘ，Ｙ，Ｚ 直交３軸
α レーザ光の傾き角度
β レーザ光の傾き角度
θ 所定角度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械に取り付けられる測定ヘッドが、工作物に対して相対移動可能で且つ旋回可能な工作機械において、３次元オフセットを含む測定ヘッドで工作物を測定する方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マシニングセンタや複合加工機など工作機械において、加工後の工作物を工作機械から取り外さずに工作機械に取付けたまま、工作物の表面の形状を測定する技術はすでに提案されている。
そのために、工作機械に測定ヘッドを取付け、この測定ヘッドを工作物に対して相対移動させることにより工作物を測定する。このような、工作機械に取付けられる測定ヘッド自身の長さ寸法は、タッチセンサなど計測器を別途使用して測定される場合が多い。
また、基準球など基準物を工作機械の所定位置に高精度に設置して、この基準物を測定ヘッドで測定することにより、測定ヘッドの長さ寸法を取得することも可能である。ところが、この場合には、基準物を予めダイヤルゲージなどで測定しておく必要があった。
【０００３】
特許文献１（特開平４−２０３９１７号公報）には、３次元測定器の校正方法が記載されている。この技術は、非球面レンズなどの自由曲面の形状の測定に使用される３次元測定器に関するものである。この測定器は、プローブ（本発明の測定ヘッドに相当）で測定を行なっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−２０３９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の３次元測定器では、プローブを使用してプローブ自身の長さ寸法などを測定するようにはなっていない。
この従来技術における３次元測定器の校正方法は、基準球面を使用しているが、この基準球面を測定するための測定器を別途使用する必要があった。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、タッチセンサやダイヤルゲージなど計測器を別途使用しなくても、また、基準球など基準物を任意の位置に設置するだけで、工作物測定用の測定ヘッド自身が本来有している測定機能を有効利用して、測定ヘッド自身の３次元オフセット（「オフセット」は、測定ヘッドの固有の機械座標と測定ヘッドの計測基準位置座標との間の、長さと方向を持つベクトル）を取得して、工作物を測定ヘッドで測定することができる工作機械における工作物測定方法およびその装置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】
【０００７】
上述の目的を達成するため、本発明にかかる工作機械における工作物測定方法は、工作機械に取付けられる有線式または無線式の測定ヘッドが、工作物に対して直交３軸方向または直交２軸方向に相対移動可能で、且つ１軸以上の旋回軸により前記工作物に対する相対角度方向を変化させることができる前記工作機械において、３次元オフセットを含む前記測定ヘッドで前記工作物を測定する方法であって、任意の位置に設置された基準物を、前記測定ヘッドで前記相対角度方向を変化させながら複数回にわたって測定し、この相対角度方向から測定された前記直交３軸方向の測定結果の変化から、前記測定ヘッドの前記３次元オフセットを算出し、その後、この測定ヘッド自身の前記３次元オフセットを使用して、前記工作物を前記測定ヘッドで測定する。
具体的には、第１の工作物測定方法は、工作機械に取付けられる有線式または無線式の測定ヘッドが、工作物に対して直交３軸方向または直交２軸方向に相対移動可能で且つ旋回可能な前記工作機械において、３次元オフセットを含む前記測定ヘッドで前記工作物を測定する方法であって、前記測定ヘッドを所定角度旋回させて、任意の位置に設置された基準物を前記測定ヘッドで第１の方向と第２の方向からそれぞれ測定することによって、前記基準物における固有の特定点の座標を取得し、前記測定ヘッドが前記基準物の前記特定点を前記第１の方向から測定したときの前記測定ヘッドの第１の機械座標と、前記測定ヘッドが前記基準物の前記特定点を前記第２の方向から測定したときの前記測定ヘッドの第２の機械座標とに基づいて、前記測定ヘッドの前記３次元オフセットを算出し、その後、この測定ヘッド自身の前記３次元オフセットを使用して、前記工作物を前記測定ヘッドで測定する。
第２の工作物測定方法は、工作機械に取付けられる有線式または無線式の測定ヘッドが、工作物に対して、直交３軸方向のうち移動しない１軸方向以外の直交２軸方向に相対移動可能で且つ旋回可能な前記工作機械において、３次元オフセットを含む前記測定ヘッドにより、前記工作物をレーザ光で測定する方法であって、前記測定ヘッドを所定角度旋回させて、任意の位置に設置された基準物を前記測定ヘッドで第１の方向と第２の方向からそれぞれ測定することによって、前記基準物における固有の特定点の座標を取得し、前記測定ヘッドが前記基準物の前記特定点を前記第１の方向から測定したときの前記測定ヘッドの第１の機械座標と、前記測定ヘッドが前記基準物の前記特定点を前記第２の方向から測定したときの前記測定ヘッドの第２の機械座標とにより、前記測定ヘッドにおける、前記移動する直交２軸方向の各オフセットを取得し、所定の手段で前記レーザ光の傾き角度を取得し、このレーザ光の傾き角度から、前記測定ヘッドにおける前記移動しない１軸方向のオフセットを算出し、前記測定ヘッドにおける、前記移動する直交２軸方向の前記各オフセットと、前記移動しない１軸方向の前記オフセットとに基づいて、前記測定ヘッドの前記３次元オフセットを算出し、その後、この測定ヘッド自身の前記３次元オフセットを使用して、前記工作物を前記測定ヘッドで測定する。
第３の工作物測定方法は、テーブルが旋回中心のまわりに旋回可能な工作機械において、この工作機械に取付けられるとともに３次元オフセットを含む有線式または無線式の測定ヘッドにより、前記テーブルに取付けられた工作物をレーザ光で測定する方法であって、固有の特定点を有する基準物を前記テーブル上の任意の位置に設置し、第１の方向を向く前記テーブル上の前記基準物を前記測定ヘッドで測定することによって、この測定ヘッドの第１の機械座標の点群と、前記レーザ光の焦点である基準位置からの距離データとを取得し、この取得した点群と距離データから、実際の前記基準物における前記特定点の座標と、第１の架空の基準物における第１の特定点の座標とを算出し、次いで、前記テーブルを前記旋回中心を中心として所定角度旋回させ、第２の方向を向く前記テーブル上の前記基準物を前記測定ヘッドで測定することによって、前記測定ヘッドの第２の機械座標の点群と、前記基準位置からの距離データとを取得し、この取得した点群と距離データから、実際の前記基準物における前記特定点の座標と、第２の架空の基準物における第２の特定点の座標とを算出し、前記第１の架空の基準物における前記第１の特定点と、前記第２の架空の基準物における前記第２の特定点と、架空の旋回中心とにより形成される架空の三角形が、前記テーブルが前記所定角度旋回する前後の実際の前記基準物におけるそれぞれの前記特定点と、実際の前記旋回中心とにより形成される実際の三角形と合同であることに基づいて、前記測定ヘッドの前記３次元オフセットを取得し、その後、この測定ヘッド自身の前記３次元オフセットを使用して、前記工作物を前記測定ヘッドで測定する。
第３の工作物測定方法の変形例は、工作機械に取付けられる有線式または無線式の測定ヘッドが、工作物に対して、直交３軸方向のうち移動しない１軸方向以外の直交２軸方向に相対移動可能で且つ旋回可能で、テーブルが旋回中心のまわりに旋回可能な前記工作機械において、３次元オフセットを含む前記測定ヘッドにより、前記工作物をレーザ光で測定する方法であって、固有の特定点を有する基準物を前記テーブル上の任意の位置に設置し、第１の方向を向く前記テーブル上の前記基準物を前記測定ヘッドで測定することによって、この測定ヘッドの第１の機械座標の点群と、前記レーザ光の焦点である基準位置からの距離データとを取得し、この取得した点群と距離データから、実際の前記基準物における前記特定点の座標と、第１の架空の基準物における第１の特定点の座標とを算出し、次いで、前記テーブルを前記旋回中心を中心として所定角度旋回させ、第２の方向を向く前記テーブル上の前記基準物を前記測定ヘッドで測定することによって、前記測定ヘッドの第２の機械座標の点群と、前記基準位置からの距離データとを取得し、この取得した点群と距離データから、実際の前記基準物における前記特定点の座標と、第２の架空の基準物における第２の特定点の座標とを算出し、前記第１の架空の基準物における前記第１の特定点と、前記第２の架空の基準物における前記第２の特定点と、架空の旋回中心とにより形成される架空の三角形が、前記テーブルが前記所定角度旋回する前後の実際の前記基準物におけるそれぞれの前記特定点と、実際の前記旋回中心とにより形成される実際の三角形と合同であることに基づいて、前記測定ヘッドにおける前記移動する直交２軸方向の各オフセットを取得し、所定の手段で前記レーザ光の傾き角度を取得し、このレーザ光の傾き角度から、前記測定ヘッドにおける前記移動しない１軸方向のオフセットを算出し、前記測定ヘッドにおける、前記移動する直交２軸方向の前記各オフセットと、前記移動しない１軸方向の前記オフセットとに基づいて、前記測定ヘッドの前記３次元オフセットを算出し、その後、この測定ヘッド自身の前記３次元オフセットを使用して、前記工作物を前記測定ヘッドで測定する。
第４の工作物測定方法は、工作機械に取付けられる有線式または無線式の測定ヘッドが、工作物に対して直交３軸方向または直交２軸方向に相対移動可能で且つ旋回でき、テーブルが旋回中心のまわりに旋回可能な前記工作機械において、３次元オフセットを含む前記測定ヘッドにより前記工作物をレーザ光で測定する方法であって、前記第１，前記第２または前記第３の工作物測定方法の各手順単独により（または、これらの手順を複数組合わせることにより）、前記測定ヘッドにおける前記移動する直交２軸方向の各オフセットを取得し、前記第２または前記第３の工作物測定方法における各手順により、前記測定ヘッドにおける残りの１軸方向のオフセットを取得し、前記測定ヘッドにおける、前記移動する直交２軸方向の各オフセットと、前記残りの１軸方向のオフセットとに基づいて、前記測定ヘッドの前記３次元オフセットを算出し、その後、この測定ヘッド自身の前記３次元オフセットを使用して、前記工作物を前記測定ヘッドで測定する。
これらの工作物測定方法において、前記測定ヘッドは、前記工作物を非接触で測定する機能と、前記工作物に接触子が接触して測定する機能の、いずれか一方または両方の機能を有するのが好ましい。
本発明にかかる工作機械の工作物測定装置は、上述の測定方法により前記測定ヘッドで前記工作物を測定する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にかかる工作機械における工作物測定方法およびその装置は、上述のように構成したので、タッチセンサやダイヤルゲージなど計測器を別途使用しなくても、また、基準球など基準物を任意の位置に設置するだけで、工作物測定用の測定ヘッド自身が本来有している測定機能を有効利用して、測定ヘッド自身の３次元オフセットを取得して、工作物を測定ヘッドで測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１ないし図９は本発明の第１実施例を示す図で、図１は、有線式の測定ヘッドを有する工作物測定装置が設けられた工作機械の斜視図である。
【図２】無線式の測定ヘッドを有する工作物測定装置が設けられた工作機械の斜視図である。
【図３】非接触形の測定ヘッドを示す概略構成図である。
【図４】接触形の測定ヘッドを示す概略構成図である。
【図５】測定ヘッドを旋回させる前に基準球を測定している説明図である。
【図６】測定ヘッドを旋回させた後に基準球を測定している説明図である。
【図７】測定ヘッドで測定される各要素の関係を示す説明図である。
【図８Ａ】基準球の中心点を取得する方法を示す説明図である。
【図８Ｂ】基準球の中心点を取得する他の方法を示す説明図である。
【図８Ｃ】基準物が多角錐である場合の外観図である。
【図８Ｄ】基準物が直方体である場合の外観図である。
【図９】測定ヘッドの３次元オフセットを取得する手順を示すフローチャートである。
【図１０】図１０ないし図１３は本発明の第２実施例を示す図で、図１０は、有線式の測定ヘッドを有する工作物測定装置が設けられた工作機械の斜視図である。
【図１１】無線式の測定ヘッドを有する工作物測定装置が設けられた工作機械の斜視図である。
【図１２Ａ】レーザ光の傾き角度からＹ軸方向のオフセットを算出するための説明図である。
【図１２Ｂ】レーザ光の傾き角度からＹ軸方向のオフセットを算出するための説明図である。
【図１３】レーザ光の傾き角度を取得する手段を示す説明図である。
【図１４】図１４ないし図１９は本発明の第３実施例を示す図で、図１４は、有線式の測定ヘッドを有する工作物測定装置が設けられた工作機械の斜視図である。
【図１５】無線式の測定ヘッドを有する工作物測定装置が設けられた工作機械の斜視図である。
【図１６】テーブルを旋回させる前に基準球を測定している説明図である。
【図１７】テーブルを旋回させた後に基準球を測定している説明図である。
【図１８】測定ヘッドの３次元オフセットを取得する方法の説明図である。
【図１９】測定ヘッドの３次元オフセットを取得する手順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】
【００１０】
本発明にかかる工作物測定方法において、工作機械は、工作機械に取付けられる有線式または無線式の測定ヘッドが、工作物に対して直交３軸方向または直交２軸方向に相対移動可能で、且つ１軸以上の旋回軸により工作物に対する相対角度方向を変化させることができる。そして、３次元オフセットを含む測定ヘッドで工作物を測定する。
この方法では、任意の位置に設置された基準物を、測定ヘッドで相対角度方向を変化させながら複数回にわたって測定する。この相対角度方向から測定された直交３軸方向の測定結果の変化から、測定ヘッドの３次元オフセットを算出する。その後、この測定ヘッド自身の３次元オフセットを使用して、工作物を測定ヘッドで測定する。
これにより、タッチセンサやダイヤルゲージなど計測器を別途使用しなくても、また、工作物測定用の測定ヘッド自身の測定機能を有効利用して、測定ヘッド自身の３次元オフセットを取得して工作物を測定ヘッドで測定するという目的が実現される。
【００１１】
下記の各実施例では、工作機械が複合加工機の場合を示している。なお、工作機械は、立形マシニングセンタ，横形マシニングセンタ，旋盤または研削盤であってもよい。
【実施例】
【００１２】
（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例を図１ないし図９を参照して説明する。
図１は、有線式の測定ヘッドを有する工作物測定装置が設けられた工作機械の斜視図、図２は、無線式の測定ヘッドを有する工作物測定装置が設けられた工作機械の斜視図である。
図３は非接触形の測定ヘッドを示す概略構成図、図４は接触形の測定ヘッドを示す概略構成図である。図５は、測定ヘッドを旋回させる前に基準球を測定している説明図、図６は、測定ヘッドを旋回させた後に基準球を測定している説明図、図７は、測定ヘッドで測定される各要素の関係を示す説明図である。
図８Ａは、基準球の中心点を取得する方法を示す説明図、図８Ｂは、基準球の中心点を取得する他の方法を示す説明図、図８Ｃは、基準物が多角錐である場合の外観図、図８Ｄは、基準物が直方体である場合の外観図である。図９は、測定ヘッドの３次元オフセットを取得する手順を示すフローチャートである。
【００１３】
図１ないし図３に示すように、本実施例では、工作機械１が複合加工機の場合を示している。工作機械１は、刃物台３と、工作物４を支持する主軸台５と、工作物４の先端部を支持する補助主軸台（または、心押し台）６と、タレット７とを備えている。
主軸台５のチャック８は、矢印Ｃ1に示すように、工作物４を把持して回転駆動する。タレット７には複数の工具が取付けられている。刃物台３に設けられた主軸２には、工作物４を旋削加工または切削加工するための工具１８が着脱可能に装着される。工具１８は、ＡＴＣ（自動工具交換装置）１６により交換される。
工具１８は、主軸台５のチャック８に把持されている工作物４を加工する。主軸２に装着される工具１８の種類としては、旋削加工を行うための工具や、主軸２で回転駆動される回転工具などがある。
【００１４】
工作機械１は、刃物台３の工具１８やタレット７の工具で工作物４を旋削加工する旋盤の機能と、刃物台３の工具１８で工作物４を切削加工するマシニングセンタの機能とを有している。
工作機械１を旋盤として使用するときには、主軸２に装着された工具１８は回転せず、工作物４を回転させて工具１８で旋削加工を行う。また、タレット７に取付けられた工具を使用し、工作物４を回転させてこの工具で旋削加工を行う。
工作機械１をマシニングセンタとして使用するときには、主軸２で工具１８を回転させて、非回転の工作物４を切削加工する。このときの刃物台３は、マシニングセンタの主軸頭としての機能を発揮することになる。
【００１５】
工作機械１を正面から見て、上下方向，前後方向，左右方向をそれぞれＸ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向とする。互いに直交するＸ軸，Ｙ軸およびＺ軸により、直交３軸が構成されている。
【００１６】
工作機械１の機械本体１２に設けられたＺ軸用移動部１３は、Ｚ軸用駆動機構に駆動されてＺ軸方向に移動する。Ｚ軸用移動部１３に設けられたＸ軸用移動部１４は、Ｘ軸用駆動機構に駆動されてＸ軸方向に移動する。Ｘ軸用移動部１４に設けられたＹ軸用移動部１５は、Ｙ軸用駆動機構に駆動されてＹ軸方向に移動する。
補助主軸台６は、主軸台５に対して対向配置されており、Ｚ軸方向と平行なＺ1軸方向に移動可能である。補助主軸台６のチャックは、矢印Ｃ2に示すように、工作物４を把持して回転可能である。
タレット７は、Ｘ軸方向と平行なＸ1軸方向と、Ｚ軸方向と平行なＺ2軸方向にそれぞれ移動可能である。
【００１７】
工作機械１は、ＮＣ（数値制御）装置１１とＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）とを有する工作機械用制御装置により制御されている。
ＮＣ装置１１は、Ｚ軸用駆動機構，Ｘ軸用駆動機構およびＹ軸用駆動機構をそれぞれ制御する。ＮＣ装置１１は、補助主軸台６の移動機構およびタレット７の移動機構と、主軸２に対して工具１８を自動的に交換するＡＴＣ１６を制御する。
【００１８】
移動体としての刃物台３は、Ｙ軸用移動部１５の前方に取付けられている。図１に示す工作機械１では、刃物台３に、工作物測定装置２０の有線式測定ヘッド１０が取付けられている。図２に示す工作機械１では、刃物台３に、工作物測定装置２０ａの無線式測定ヘッド１０ａが取付け可能になっている。
【００１９】
刃物台３は、Ｚ軸用移動部１３，Ｘ軸用移動部１４およびＹ軸用移動部１５にそれぞれ駆動されて、Ｚ軸方向，Ｘ軸方向，Ｙ軸方向にそれぞれ移動する。Ｙ軸移動部１５の中心軸すなわちＢ軸は、Ｙ軸と平行になっている。
刃物台３に取付けられた工具１８や測定ヘッド１０，１０ａは、Ｚ軸用移動部１３，Ｘ軸用移動部１４およびＹ軸用移動部１５にそれぞれ駆動されて、Ｚ軸方向，Ｘ軸方向，Ｙ軸方向にそれぞれ移動する。
こうして、刃物台３の主軸２に着脱可能に装着される工具１８と、刃物台３に取付けられた測定ヘッド１０，１０ａは、工作物４に対して直交３軸方向（または、直交２軸方向）に相対移動可能である。矢印Ｂ1に示すように、刃物台３はＢ軸まわりに旋回可能である。したがって、刃物台に取付けられた測定ヘッド１０，１０ａも、Ｂ軸まわりに旋回することができる。
【００２０】
図１に示す工作機械１において、刃物台３の前面には、有線式の測定ヘッド１０を収納するための筐体１９が取付けられている。筐体１９は、測定ヘッド１０を出退可能に支持している。
測定ヘッド１０は、その使用時には筐体１９から下方に突出し、非使用時には筐体１９の内部に収納される。測定ヘッド１０は、筐体１９から下方に露出した状態で工作物４を測定する。なお、測定ヘッド１０を支持する筐体１９を、刃物台３の側面に設けてもよい。
【００２１】
図１に示す工作物測定装置２０は、工作機械１を制御するＮＣ装置１１と、刃物台３に取付けられて工作物４を測定する有線式の測定ヘッド１０と、工作物測定装置２０を制御する測定装置用制御装置（たとえば、パーソナルコンピュータ）２４とを有している。
刃物台３に取付けられた測定ヘッド１０は、配線４０を介して工作物測定装置２０に電気的に接続されている。工作物測定装置２０で工作物４を測定する場合、刃物台３の測定ヘッド１０と測定装置用制御装置２４とあいだで、測定指令や、工作物４に対する距離のデータなどが、配線４０によって送られる。
【００２２】
工作物測定装置２０において、測定ヘッド１０で測定された距離データは、測定ヘッド１０から配線４０を介して測定装置用制御装置２４に出力される。ＮＣ装置１１は、測定ヘッド１０の位置データを測定装置用制御装置２４に出力する。
測定装置用制御装置２４は、位置データと距離データとに基づいて演算を行うことにより、工作物４の２次元形状データまたは３次元形状データを得る。このようにして、工作物測定装置２０は、工作物４を２次元測定または３次元測定することができる。
【００２３】
図２に示す工作機械１では、工作物４を測定するとき、無線式の測定ヘッド１０ａが刃物台３の主軸２に着脱可能に装着される。ＮＣ装置１１は、主軸２に対して工具１８と測定ヘッド１０ａを自動的に交換するＡＴＣ１６を制御する。
したがって、刃物台３の主軸２に取付けられた工具１８や測定ヘッド１０ａは、Ｚ軸用移動部１３，Ｘ軸用移動部１４およびＹ軸用移動部１５にそれぞれ駆動されて、Ｚ軸方向，Ｘ軸方向，Ｙ軸方向にそれぞれ移動する。
刃物台３の主軸２に着脱可能に装着される工具１８や測定ヘッド１０ａは、工作物４に対して直交３軸方向（または、直交２軸方向）に相対移動可能であり、矢印Ｂ1に示すように、Ｂ軸まわりに旋回することもできる。
【００２４】
図２に示す工作物測定装置２０ａは、ＮＣ装置１１と、主軸２に着脱可能に装着されて工作物４を測定する無線式の測定ヘッド１０ａと、測定ヘッド１０ａとのあいだで送受信を行う送信受信部２３と、工作物測定装置２０ａを制御する測定装置用制御装置２４とを有している。
工作物測定装置２０ａで工作物４を測定する場合、送信受信部２３と、主軸２に装着された状態の測定ヘッド１０ａとのあいだで、測定指令や、工作物４に対する距離のデータなどの信号Ｆが、無線によって送受信される。
【００２５】
工作物測定装置２０ａにおいて、測定ヘッド１０ａで測定されたデータの信号Ｆは、測定ヘッド１０ａから送信受信部２３に無線で送信される。送信受信部２３が測定ヘッド１０ａから受信した工作物４に関する距離データは、測定装置用制御装置２４に出力される。ＮＣ装置１１は、測定ヘッド１０ａの位置データを測定装置用制御装置２４に出力する。
測定装置用制御装置２４は、位置データと距離データとに基づいて演算を行うことにより、工作物４の２次元形状データまたは３次元形状データを得る。このようにして、工作物測定装置２０ａは、工作物４を２次元測定または３次元測定することができる。
【００２６】
図１ないし図３に示すように、工作機械１における工作物測定装置２０，２０ａおよびこれを使用した工作物測定方法は、工作機械1の移動体としての刃物台３に取付けられる有線式の測定ヘッド１０（または、無線式の測定ヘッド１０ａ）により、工作物４をレーザ光２１（または、図示しない超音波，熱もしくは電磁波）で非接触で測定可能である。
測定ヘッド１０，１０ａには、レーザ光２１の軸線上に存在する基準位置Ｐａと、レーザ光２１とは反対方向に位置する固有の機械座標Ｐｂとが設定されている。測定ヘッド１０，１０ａにおいて、基準位置Ｐａは、レーザ発振器で発生したレーザ光２１が集光する点である。
工作物４の表面の被測定点が基準位置Ｐａに一致すれば、レーザ光２１は、工作物４の表面の被測定点に照射されて集光した後、この被測定点で反射する。反射したレーザ光２１は、測定ヘッド１０，１０ａ内のＣＣＤ〔電荷結合素子（Charge Coupled Device）〕カメラの撮像面で環状像として収束される。
【００２７】
本発明は、上述の非接触形の測定ヘッド１０，１０ａの他に、有線式または無線式の接触形の測定ヘッド１０ｂにも適用可能である（図４）。すなわち、測定ヘッドは、レーザ光２１，超音波，熱または電磁波により、工作物を非接触で測定する機能と、工作物に接触子が接触して測定する機能の、いずれか一方または両方の機能を有する。
測定ヘッドが、接触形で接触子２２を有しているときには、工作機械に取付けられる有線式または無線式の測定ヘッド１０ｂにより、接触子２２が工作物４に接触して測定する。接触形の測定ヘッド１０ｂでは、接触子２２の先端部で工作物４に接触する位置が基準位置Ｐａになる。
【００２８】
図１ないし図３に示すように、測定ヘッド１０，１０ａは、基準位置Ｐａにおける距離を±０mmとし、工作物４までの距離Ｄ1，Ｄ2を測定する。
たとえば、工作物４が基準位置Ｐａより下方に距離Ｄ1だけ離れているとき、測定ヘッド１０，１０ａを基準位置Ｐａより下方に距離Ｄ1だけ移動させる。すると、基準位置Ｐａが工作物４の表面に一致して、この表面でレーザ光２１が集光する。測定ヘッドの移動により、工作物４までの距離Ｄ1（たとえば、Ｄ1＝＋５mm）が分かるので、工作物４の表面の位置が測定される。
これとは反対に、工作物４が基準位置Ｐａより上方に距離Ｄ2だけ離れたところに位置しているときは、測定ヘッド１０，１０ａを基準位置Ｐａより上方に距離Ｄ2だけ移動させる。すると、基準位置Ｐａが工作物４の表面に一致して、この表面でレーザ光２１が集光する。その結果、測定ヘッドの移動により、工作物４までの距離Ｄ2（たとえば、Ｄ2＝−５mm）が分かるので、工作物４の表面の位置が測定される。
【００２９】
測定ヘッド１０，１０ａにおいて、固有の機械座標Ｐｂを通ってＸ軸方向（上下方向）と平行な軸線ＣＬ1と、測定ヘッド１０，１０ａで発生するレーザ光２１の軸線方向とが一致すれば、理想的である。
ところが、測定ヘッド１０，１０ａの製造時や組立時の誤差などにより、レーザ光２１の軸線方向が、Ｘ軸方向と平行な軸線ＣＬ1に対して傾いている場合が多い。たとえば、レーザ光２１に関して、Ｘ，Ｚ平面においてレーザ光２１が傾き角度αで傾いており、Ｘ，Ｙ平面においてレーザ光２１が傾き角度βで傾いているとする。
その結果、測定ヘッド１０，１０ａは、３次元オフセットＲを含むことになる。測定ヘッド１０，１０ａの３次元オフセットＲは、測定ヘッドの計測基準位置Ｐａの座標と、測定ヘッドの固有の機械座標（たとえば、主軸２の先端部位置）Ｐｂとの間の、長さと方向を持つベクトルである。
【００３０】
このように、工作物測定装置２０，２０ａでは、測定ヘッド１０，１０ａで工作物４を測定するとき、レーザ光２１の光軸の向きと、光軸上にある基準位置（レーザ光２１の焦点）Ｐａから測定ヘッド１０，１０ａの固有の機械座標Ｐｂまでの長さとを含む３次元オフセットＲが、測定結果の計算に必要になる。
そして、この測定ヘッド１０，１０ａ自身の３次元オフセットＲを使用して、工作物４を測定ヘッド１０，１０ａで測定することができる。
【００３１】
次に、測定ヘッド１０，１０ａの３次元オフセットＲを取得する方法について説明する。
図１ないし図９に示すように、刃物台３とともに測定ヘッド１０，１０ａを、所定の角度θだけ旋回させる。そして、任意の位置に設置された基準物としての基準球３０を、測定ヘッド１０，１０ａで、第１の方向Ｅ1と第２の方向Ｅ2からそれぞれ測定する。これにより、基準物（基準球３０）における固有の特定点（ここでは、中心点Ａ1）の座標（ｘc，ｙc，ｚc）を、ＮＣ装置１１から取得する。
次いで、測定ヘッド１０，１０ａが基準物（基準球３０）の特定点（中心点Ａ1）を第１の方向Ｅ1から測定したときの、測定ヘッド１０，１０ａの第１の機械座標Ｐ1（ｘ1，ｙ1，ｚ1）を、ＮＣ装置１１から取得する。
また、測定ヘッド１０，１０ａが基準物（基準球３０）の特定点（中心点Ａ1）を第２の方向Ｅ2から測定したときの、測定ヘッド１０，１０ａの第２の機械座標Ｐ2（ｘ2，ｙ2，ｚ2）を、ＮＣ装置１１から取得する。
これら第１の機械座標Ｐ1（ｘ1，ｙ1，ｚ1）と第２の機械座標Ｐ2（ｘ2，ｙ2，ｚ2）に基づいて、測定ヘッド１０，１０ａの３次元オフセットＲを取得する。
その後、工作物測定装置２０，２０ａは、測定ヘッド１０，１０ａ自身の３次元オフセットＲを使用して、工作物４を測定ヘッド１０，１０ａで測定する。
【００３２】
上述の測定ヘッド１０，１０ａの３次元オフセットＲを取得する手順について、詳しく説明する。
まず最初に、刃物台３をＸ軸方向に向けることにより、測定ヘッド１０，１０ａを下方に向けて位置決めする（ステップ１０１）。
タレット７（または、主軸台５のチャック８）を、非回転状態で且つ所定位置に位置決めする。この状態で、支持部材３１を介して基準球３０をタレット７（または、主軸台５のチャック８）上に一時的に載置する（ステップ１０２）。
このとき、支持部材３１と基準球３０は、予め高精度に決められた所定位置に取付ける必要性はなく、任意の位置に適当に取付ければよい。なお、支持部材３１の一部または全体を永久磁石で構成すれば、タレット７に対して支持部材３１と基準球３０を容易に取付け，取外し可能なので好ましい。
基準物として、中心点Ａ1を有する基準球３０の場合を示している（図８Ａ，図８Ｂ）。なお、基準物は、固有の特定点として頂点Ａ2を有する三角錐や四角錐など多角錐３０ａや（図８Ｃ）、固有の特定点として頂点Ａ3を有する直方体３０ｂ（図８Ｄ）であってもよい。
【００３３】
こうして、基準球３０をタレット７に位置決めした後、手動操作で刃物台３を移動させて、測定ヘッド１０，１０ａを基準球３０の真上に位置決めする。すると、測定ヘッド１０，１０ａは、下方を向いて基準球３０に対向する（ステップ１０３）。
そして、測定ヘッド１０，１０ａにより、基準球３０の中心点Ａ1の座標を取得する（ステップ１０４）。この場合、図８Ａに示すように、レーザ光２１で、基準球３０の複数の断面の位置をそれぞれ計測し、各計測により取得した複数の点から最小二乗法を使って中心点Ａ1の座標を得る。
なお、この座標を得るための他の方法として、図８Ｂに示すように、基準球３０の外周面における多数の点を螺旋状にそれぞれ計測する。計測により取得した多数の点から、最小二乗法で中心点Ａ1の座標を得ることができる。
図８Ａ，図８Ｂにおける線Ｌは、レーザ光２１で測定したとき、基準球３０の表面上を走査するレーザ光２１の軌跡を示している。
【００３４】
一般的に、最小二乗法により下記の計算ができる。ｍ個の座標ｘ，ｙ，ｚから基準球３０の中心点Ａ1の座標（ｘc，ｙc，ｚc）と半径ｒを算出する。球の方程式は次式の通りである。
(ｘ−ｘc)2＋(ｙ−ｙc)2＋(ｚ−ｚc)2＝ｒ2 ……（１）
次式のように、係数ａ，ｂ，ｃ，ｄを使用する。
ｘc＝−ａ/2 ……（２）
ｙc＝−ｂ/2 ……（３）
ｚc＝−ｃ/2 ……（４）
ｒ＝ＳＱＲＴ［（ａ2＋ｂ2＋ｃ2）/４−ｄ］ ……（５）
すると、球の方程式は次式で示される。
（ｘ2＋ｙ2＋ｚ2）＋ａx＋ｂy＋ｃz＋ｄ＝０ ……（６）
【００３５】
解析学で知られているように、各変数に関する偏導関数が０にならなければならない。
∂Ｊ/∂ａ＝Σ［(ｘ2＋ｙ2＋ｚ2)＋ａx＋ｂy＋ｃz＋ｄ］×(ｘ)＝０ ……（７）
∂Ｊ/∂ｂ＝Σ［(ｘ2＋ｙ2＋ｚ2)＋ａx＋ｂy＋ｃz＋ｄ］×(ｙ)＝０ ……（８）
∂Ｊ/∂ｃ＝Σ［(ｘ2＋ｙ2＋ｚ2)＋ａx＋ｂy＋ｃz＋ｄ］×(ｚ)＝０ ……（９）
∂Ｊ/∂ｄ＝Σ［(ｘ2＋ｙ2＋ｚ2)＋ａx＋ｂy＋ｃz＋ｄ］×(１)＝０ ……（10）
【００３６】
これらの式から次の方程式が得られる。
【数１】
【００３７】
逆行列をかけて係数ａ，ｂ，ｃ，ｄの値を算出し、これら係数を次式に代入して、基準球３０の中心点Ａ1 の座標（ｘc，ｙc，ｚc ）と半径ｒを算出する。
ｘc＝−ａ/２ ……（11）
ｙc＝−ｂ/２ ……（12）
ｚc＝−ｃ/２ ……（13）
ｒ＝ＳＱＲＴ［（ａ2＋ｂ2＋ｃ2 ）/４−ｄ］ ……（14）
第１の方向Ｅ1を向いている測定ヘッド１０，１０ａが、基準球３０の中心点Ａ1を第１の方向Ｅ1から測定したときの、測定ヘッド１０，１０ａの第１の機械座標Ｐ1（ｘ1，ｙ1，ｚ1 ）を、ＮＣ装置１１から取得する（ステップ１０５）。
【００３８】
図１ないし図７において、刃物台３を、Ｂ軸まわりに旋回させるとともに、Ｘ軸方向とＺ軸方向に移動させる。すると、測定ヘッド１０，１０ａは、基準球３０の中心点Ａ1を中心として所定の角度θだけ旋回する。これにより、測定ヘッド１０，１０ａは、第２の方向Ｅ2を向く（ステップ１０６）。
この状態で、上述の第１の方向Ｅ1から測定した方法と同じ方法により、基準球３０の中心点Ａ1の座標（ｘc，ｙc，ｚc ）を取得する。こうして、第２の方向Ｅ2から取得した基準球３０の中心点Ａ1の座標（ｘc，ｙc，ｚc ）が、第１の方向Ｅ1から取得した基準球３０の中心点Ａ1と同じ座標になるように、測定ヘッド１０，１０ａの位置を調整する（ステップ１０７）。
そして、第２の方向Ｅ2を向いている測定ヘッド１０，１０ａが、基準球３０の中心点Ａ1を第２の方向Ｅ2から測定したときの、測定ヘッド１０，１０ａの第２の機械座標Ｐ2（ｘ2，ｙ2，ｚ2）を、ＮＣ装置１１から取得する（ステップ１０８）。
【００３９】
こうして取得された測定ヘッド１０，１０ａの第１の機械座標Ｐ1と第２の機械座標Ｐ2を使用して、次式により、測定ヘッド１０，１０ａの３次元オフセットＲを算出する。
【数２】
【００４０】
基準球３０の中心点Ａ1（ｘc，ｙc，ｚc ）に対して、測定ヘッド１０，１０ａの第１の機械座標Ｐ1（ｘ1，ｙ1，ｚ1）と第２の機械座標Ｐ2（ｘ2，ｙ2，ｚ2）と旋回角度θが分かっている（図７）。
したがって、測定ヘッド１０，１０ａの３次元オフセットＲは、そのＺ成分Ｒz，Ｘ成分Ｒx，Ｙ成分Ｒyが分かれば取得できる。そこで、Ｚ成分Ｒz，Ｘ成分Ｒx，Ｙ成分Ｒyは、それぞれ次式により算出することができる。
Ｒz＝［−(ｘ1−ｘ2)×sinθ−(ｚ1−ｚ2)×(cosθ−1)］/(２−２×cosθ)……(15)
Ｒx＝［ｚ1−ｚ2 ＋Ｒz ×(cosθ−1)］/sinθ ……（16）
Ｒy＝ 0 ……（17）
【００４１】
こうして算出された測定ヘッド１０，１０ａの３次元オフセットＲのＺ成分Ｒz，Ｘ成分Ｒx，Ｙ成分Ｒyに基づいて、測定ヘッド１０，１０ａの３次元オフセットＲを算出することができる（ステップ１０９）。
その後は、こうして算出された測定ヘッド１０，１０ａ自身の３次元オフセットＲを使用して、工作物４を測定ヘッド１０，１０ａで測定することができる（ステップ１１０）。
【００４２】
（第２実施例）
本発明の第２実施例を、図３ないし図６，図１０ないし図１３を参照して説明する。
図１０は、有線式の測定ヘッド１０を有する工作物測定装置２０が設けられた工作機械１ａの斜視図、図１１は、無線式の測定ヘッド１０ａを有する工作物測定装置２０ａが設けられた工作機械１ａの斜視図である。
図１２Ａ，図１２Ｂは、レーザ光２１の傾き角度α，βからＹ軸方向のオフセット（Ｙ成分）Ｒyを算出するための説明図、図１３は、レーザ光２１の傾き角度α，βを取得する手段を示す説明図である。
なお、第１実施例と同一または相当部分には同一符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみ説明する。
【００４３】
図１０，図１１に示す工作機械１ａは、刃物台３ａがＹ軸方向に移動しないが、これ以外は、第１実施例の工作機械１と同じ構成である。
工作機械１ａにおいて、有線式の測定ヘッド１０（または、無線式の測定ヘッド１０ａ）が、移動体としての刃物台３ａに取付けられている。
測定ヘッド１０，１０ａは、工作物４に対して、直交３軸方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向）のうち、移動しない１軸方向（Ｙ軸方向、すなわち前後方向）以外の直交２軸方向（Ｘ，Ｚ軸方向）に相対移動可能である。また、矢印Ｂ1に示すように、測定ヘッド１０，１０ａはＢ軸まわりに旋回可能である。
測定ヘッド１０，１０ａは、３次元オフセットＲを含んでおり、工作物４をレーザ光２１で測定する。有線式の測定ヘッド１０は、刃物台３ａに取付けられた筐体１９に出退可能に支持され、配線４０で電気的に接続されている（図１０）。無線式の測定ヘッド１０ａは、刃物台３ａの主軸２に着脱可能に装着されている（図１１）。
【００４４】
図５，図６，図１０ないし図１３に示すように、測定ヘッド１０，１０ａの３次元オフセットＲを取得するためには、刃物台３ａとともに測定ヘッド１０，１０ａを所定角度θだけ旋回させる。
そして、任意の位置に設置された基準物（基準球３０）を、測定ヘッド１０，１０ａで第１の方向Ｅ1と第２の方向Ｅ2からそれぞれ測定する。これにより、基準物（基準球３０）における固有の特定点（中心点Ａ1）の座標（ｘc，ｙc，ｚc）を、ＮＣ装置１１から取得する。
【００４５】
次いで、測定ヘッド１０，１０ａが基準物（基準球３０）の特定点（中心点Ａ1）を第１の方向Ｅ1から測定したときの、測定ヘッド１０，１０ａの第１の機械座標Ｐ1（ｘ1，ｙ1，ｚ1）を、ＮＣ装置１１から取得する。
測定ヘッド１０，１０ａが基準物（基準球３０）の特定点（中心点Ａ1）を第２の方向Ｅ2から測定したときの、測定ヘッド１０，１０ａの第２の機械座標Ｐ2（ｘ2，ｙ2，ｚ2）を、ＮＣ装置１１から取得する。
測定ヘッド１０，１０ａの第１の機械座標Ｐ1（ｘ1，ｙ1，ｚ1）と第２の機械座標Ｐ2（ｘ2，ｙ2，ｚ2）とにより、測定ヘッド１０，１０ａにおける、移動する直交２軸方向（Ｘ軸方向，Ｚ軸方向）の各オフセットＲx，Ｒzを取得する。
このようにして、３次元オフセットＲのＸ成分ＲxとＺ成分Ｒzは、第１実施例で算出した方法と同じ方法で算出することができる。
【００４６】
次いで、所定の手段でレーザ光２１の傾き角度α，βを取得する。この場合、Ｘ，Ｚ平面におけるレーザ光２１の傾き角度αと、Ｘ，Ｙ平面におけるレーザ光２１の傾き角度βは、たとえば、米国特許ＵＳ０６１９９０２４号に記載の方法で算出される。
また他の方法としては、図１３に示す下記の手順１から手順５までを実行する方法がある。
（手順１）：初めに、ブロックゲージ３２を、たとえばタレット７の上部に仮に位置決めしておく。そして、測定ヘッド１０，１０ａを、Ｚ軸方向に関して任意の位置に固定し、Ｘ軸方向に走査して、ブロックゲージ３２のエッジを検出した位置のＸ成分を記録する。
（手順２）：手順１において、測定ヘッド１０，１０ａを、Ｘ軸方向に関して±の両方向から走査して、ブロックゲージ３２のエッジを検出した位置の平均値を採る。
（手順３）：測定ヘッド１０，１０ａを、Ｚ軸方向に関して次の任意の位置に移動させて、手順２と手順３の操作を行う。
（手順４）：手順１ないし手順３で取得されたブロックゲージ３２のエッジの検出位置により、レーザ光２１のＸ軸方向の傾きα（Ｘ，Ｚ平面における傾きα）を算出する。
（手順５）：レーザ光２１のＹ軸方向の傾きβ（すなわち、Ｘ，Ｙ平面における傾きβ）についても、手順１ないし手順４の操作を行なって算出する。
こうして、レーザ光２１の傾き角度α，βを取得することができる。
【００４７】
レーザ光２１の傾き角度α，βから、測定ヘッド１０，１０ａにおける、移動しない１軸方向（Ｙ軸方向）のオフセットＲyを算出する。
この場合、図１２Ａ，図１２Ｂにおいて、測定ヘッド１０，１０ａの、Ｘ軸方向のオフセット（すなわち、Ｘ成分Ｒx）とＺ軸方向のオフセット（すなわち、Ｚ成分Ｒz）と、レーザ光２１の傾き角度α，βは、すでに算出されている。
したがって、図１２Ａに示すように、基準位置ＰａからＺ成分Ｒzの先端の位置ｎ2と、機械座標Ｐｂとのあいだに、交点ｎ1が位置する。よって、交点ｎ1から位置ｎ2までの距離Ｌ1と、交点ｎ1から機械座標Ｐｂまでの距離Ｌ2が、算出される。
図１２Ｂに示すように、距離Ｌ1，Ｌ2とＸ成分Ｒxとレーザ光２１の傾き角度βがすでに取得されている。よって、測定ヘッド１０，１０ａにおける、Ｙ軸方向のオフセット（すなわち、Ｙ成分Ｒy）を算出することができる。
Ｚ成分Ｒzと傾き角度α，βから、次式によりＹ成分Ｒyを算出することができる。
Ｒy＝（Ｒz／tanα）× tanβ ……（18）
【００４８】
その結果、測定ヘッド１０，１０ａにおける、移動する直交２軸方向（Ｘ軸方向，Ｚ軸方向）の各オフセットＲx，Ｒzと、移動しない１軸方向（Ｙ軸方向）のオフセットＲyとに基づいて、測定ヘッド１０，１０ａの３次元オフセットＲを算出することができる。
その後、この測定ヘッド１０，１０ａ自身の３次元オフセットＲを使用して、工作物４を測定ヘッド１０，１０ａで測定する。
【００４９】
本実施例では、測定ヘッド１０，１０ａが、直交３軸方向のうち１軸方向（ここでは、Ｙ軸方向）に移動しない場合であっても、測定ヘッド１０，１０ａの３次元オフセットＲを算出することができる。
【００５０】
第１実施例，第２実施例の工作機械１，１ａでは、工作物４が、主軸台５のチャック８に把持されて回転したり、または非回転状態で支持される。なお、この変形例として、旋回可能な刃物台３，３ａの下方にテーブルを設け、このテーブルに工作物４を取付ける場合であってもよい。
【００５１】
（第３実施例）
本発明の第３実施例を、図３，図１４ないし図１９を参照して説明する。
図１４は、有線式の測定ヘッド１０を有する工作物測定装置２０が設けられた工作機械１０１の斜視図、図１５は、無線式の測定ヘッド１０ａを有する工作物測定装置２０ａが設けられた工作機械１０１の斜視図である。
図１６は、テーブル１０６を旋回させる前に基準球３０を測定している説明図、図１７は、テーブル１０６を旋回させた後に基準球３０を測定している説明図、図１８は、測定ヘッド１０，１０ａの３次元オフセットＲ（Ｒx，Ｒy，Ｒz）を取得する方法の説明図、図１９は、測定ヘッド１０，１０ａの３次元オフセットＲを取得する手順を示すフローチャートである。
なお、第１実施例，第２実施例と同一または相当部分には同一符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみ説明する。
【００５２】
図３，図１４ないし図１９において、工作機械１０１は、テーブル１０６が旋回中心軸Ｂのまわりに旋回可能である。工作機械１０１は、５軸制御の立形マシニングセンタを基本とする５軸加工機であり、工作物４を旋削加工および切削加工可能な複合加工機である。工作機械１０１は立形マシニングセンタを基本とするが、本発明は、テーブルが旋回する構成であれば横形マシニングセンタにも適用可能である。
【００５３】
工作機械１０１における移動体としての主軸頭１０５には、配線４０で電気的に接続された有線式の測定ヘッド１０が取付けられている。有線式の測定ヘッド１０は、主軸頭１０５に取付けられた筐体１９に出退可能に支持されている（図１４）。
無線式の測定ヘッド１０ａは、主軸頭１０５の主軸１０４に着脱可能に装着されている（図１５）。
主軸頭１０５に取付けられる測定ヘッド１０，１０ａは、テーブル１０６に取付けられた工作物４をレーザ光２１で測定可能であり、３次元オフセットＲを含んでいる。
【００５４】
５軸制御の工作機械１０１は、測定ヘッド１０，１０ａと工作物４とを相対的にＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の直交３軸方向に直線移動させる３軸制御と、測定ヘッド１０，１０ａと工作物４とを相対的に旋回させて割り出す少なくとも１軸制御（この例では、Ｂ軸制御とＣ軸制御からなる２軸制御）と、を行なっている。
【００５５】
工作機械１０１は、基体１０２と、基体１０２上に設置されたコラム１０３と、コラム１０３上に設置されたクロスレール１０７と、クロスレール１０７に取付けられ、主軸１０４を有する主軸頭１０５とを備えている。工作機械１０１は、ＮＣ装置１１により制御されている。
コラム１０３は、基体１０２上に配置されて、前後の水平方向（Ｙ軸方向）に移動可能である。クロスレール１０７は、コラム１０３上に配置されて左右の水平方向（Ｘ軸方向）に移動可能である。主軸頭１０５は、クロスレール１０７に支持されて、上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能になっている。互いに直交するＸ軸，Ｙ軸およびＺ軸により、直交３軸が構成されている。
主軸１０４には工具１８が着脱可能に装着される。主軸１０４は、その中心軸線がＺ軸と平行で且つ中心軸線まわりに回転可能に、主軸頭１０５に支持されている。
【００５６】
基体１０２上に配置されているコラム１０３は、Ｙ軸送り機構に駆動されてＹ軸方向に移動する。コラム１０３上に配置されているクロスレール１０７は、Ｘ軸送り機構に駆動されてＸ軸方向に移動する。クロスレール１０７に支持されている主軸頭１０５は、Ｚ軸送り機構に駆動されてＺ軸方向に移動する。
これにより、測定ヘッド１０，１０ａは、工作物４に対して相対的にＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の直交３軸方向に直線移動する。
【００５７】
工作機械１０１のテーブル１０６は、Ｂ軸制御により旋回中心を中心として旋回動作可能で、且つＣ軸制御により回転可能である。テーブル１０６は、測定ヘッド１０，１０ａに対して工作物４を、Ｂ軸制御，Ｃ軸制御により相対的に旋回させて割り出すことができる。Ｂ軸はＹ軸方向と平行であり、Ｃ軸はテーブル１０６の回転中心である。
【００５８】
基体１０２には、矢印Ｋに示すように、Ｂ軸制御により旋回する旋回板１０９が設けられている。旋回板１０９には、この旋回板１０９から前方に突出してテーブル１０６を支持するテーブル支持台１１０が固定されている。
テーブル用駆動装置は、テーブル１０６をＢ軸制御により旋回させるためのＢ軸用駆動装置１１１と、テーブル１０６をＣ軸制御により回転させるためのＣ軸用駆動装置１１２とを有している。
Ｂ軸用駆動装置１１１を駆動することにより、旋回板１０９，テーブル支持台１１０，テーブル１０６および工作物４などが、Ｂ軸制御により旋回するとともに所定の位置に割出される。
Ｃ軸用駆動装置１１２を駆動することにより、工作物４が取付けられたテーブル１０６が、Ｃ軸制御により所望の角度だけ回転して割出され、また、連続的に回転することもできる。
【００５９】
旋削加工時には、Ｃ軸用駆動装置１１２を駆動すると、テーブル１０６と工作物４がＣ軸制御により回転する。こうして、テーブル１０６に工作物４が載置されている状態で、工作物４をＣ軸制御により所定の回転速度で回転させる。これにより、工作物４は、主軸１０４に装着された工具１８で旋削加工される。
一方、主軸１０４に回転工具１８を装着してこの回転工具１８で切削加工を行うときには、Ｃ軸用駆動装置１１２を制御して、Ｃ軸用駆動装置１１２でテーブル１０６上の工作物４をＣ軸制御により所定位置に割出す。この状態で、テーブル１０６に載置された工作物４は、主軸１０４の回転工具１８で切削加工される。
【００６０】
工作機械１０１に設けられた工作物測定装置２０，２０ａは、第１実施例にかかる工作機械１と第２実施例にかかる工作機械１ａに設けられた工作物測定装置２０，２０ａと同じ構成を有している。
工作物測定装置２０，２０ａおよびこれを使用した工作物測定方法は、主軸頭１０５に取付けられた測定ヘッド１０，１０ａにより、レーザ光，超音波，熱および電磁波のうちの１つで工作物４を非接触で測定可能である。
【００６１】
次に、３次元オフセットＲを含む測定ヘッド１０，１０ａにより、テーブル１０６に取付けられた工作物４をレーザ光２１で測定する方法について説明する。
測定ヘッド１０，１０ａで工作物４を測定するとき、レーザ光２１の光軸の向きと、光軸上にある基準位置（レーザ光２１の焦点）Ｐａから測定ヘッド１０，１０ａの固有の機械座標（たとえば、主軸１０４の先端）Ｐｂまでの３次元オフセットＲが、測定結果の計算に必要になる。
【００６２】
そのためには、主軸頭１０５に取付けられた測定ヘッド１０，１０ａの３次元オフセットＲ（ベクトル）を取得する必要がある。そこで、最初に、固有の特定点（ここでは、中心点Ａ1）を有する基準物（ここでは、基準球３０）を、支持部材３１を介してテーブル１０６上の任意の位置に設置する。
次いで、第１の方向Ｅ11を向くテーブル１０６上の基準物（基準球３０）を、測定ヘッド１０，１０ａで測定する。すなわち、測定ヘッド１０，１０ａからレーザ光２１を基準球３０に照射し、レーザ光２１を軌跡Ｌのように走査させることにより、基準球３０を測定する。
これによって、測定ヘッド１０，１０ａの第１の機械座標Ｐｂの点群と、レーザ光２１の焦点である基準位置Ｐａからの距離データとを取得する（図３）。
この取得した測定ヘッド１０，１０ａの第１の機械座標Ｐｂの点群と距離データから、実際の基準物（基準球３０）における特定点（中心点Ａ1）の座標と、第１の架空の基準物（基準球３０ｆ）における第１の特定点（第１の中心点Ａ1a）の座標とを算出する。
【００６３】
次いで、テーブル１０６を、旋回中心Ｏ1を中心としてＢ軸制御により、Ｘ，Ｚ平面で所定の角度θだけ旋回させる。
そして、第２の方向Ｅ12を向くテーブル１０６上の基準物（基準球３０）を、測定ヘッド１０，１０ａで測定する。すなわち、測定ヘッド１０，１０ａからレーザ光２１を基準球３０に照射し、レーザ光２１を軌跡Ｌのように走査させることにより、基準球３０を測定する。
これにより、測定ヘッド１０，１０ａの第２の機械座標Ｐｂの点群と、レーザ光２１の焦点である基準位置Ｐａからの距離データとを取得する（図３）。
この取得した第２の機械座標Ｐｂの点群と距離データから、実際の基準物（基準球３０）における特定点（中心点Ｂ1）の座標と、第２の架空の基準物（基準球３０ｇ）における第２の特定点（第２の中心点Ｂ1a）の座標とを算出する（図１７）。
【００６４】
テーブル１０６が所定の角度θだけ旋回する前後の、実際の基準物（基準球３０）におけるそれぞれの特定点（中心点Ａ1，Ｂ1）と、実際の旋回中心Ｏ1とにより、実際の三角形Ｇが形成される。
この実際の三角形Ｇ（すなわち、三角形Ｏ1，Ａ1，Ｂ1）は、辺Ｏ1，Ａ1の長さと辺Ｏ1，Ｂ1の長さとが同じで且つ頂角がθの、二等辺三角形である（図１８）。
【００６５】
第１の架空の基準物（基準球３０ｆ）における第１の特定点（中心点Ａ1a）と、第２の架空の基準物（基準球３０ｇ）における第２の特定点（第２の中心点Ｂ1a）と、架空の旋回中心Ｏ1aとにより、架空の三角形Ｇａが形成される。
この架空の三角形Ｇａ（すなわち、三角形Ｏ1a，Ａ1a，Ｂ1a）は、辺Ｏ1a，Ａ1aの長さと辺Ｏ1a，Ｂ1aの長さとが同じで且つ頂角がθの、二等辺三角形である（図１８）。
【００６６】
実際の三角形Ｇと架空の三角形Ｇａとを比較すると、頂角θが同じで、この頂角θを挟む二辺（すなわち辺Ｏ1，Ａ1と、辺Ｏ1，Ｂ1と、辺Ｏ1a，Ａ1aと、辺Ｏ1a，Ｂ1a）は、いずれも同じ長さである。したがって、実際の三角形Ｇと架空の三角形Ｇａは、合同である。
こうして、実際の三角形Ｇと架空の三角形Ｇａが合同であることに基づいて、測定ヘッド１０，１０ａの３次元オフセットＲを取得する。
その後、測定ヘッド１０，１０ａ自身の３次元オフセットＲを使用して、工作物４を測定ヘッド１０，１０ａで測定する。
【００６７】
テーブル１０６が旋回する工作機械１０１であっても、こうして、測定ヘッド１０，１０ａの３次元オフセットＲを取得することができる。
また、測定ヘッド１０，１０ａのレーザ光２１の傾き角度α，βの情報がなくても、測定ヘッド１０，１０ａの直交３軸方向における３次元オフセットＲ（Ｒx ，Ｒy ，Ｒz）を取得することができる。
【００６８】
次に、工作物測定装置２０，２０ａにおいて、測定ヘッド１０，１０ａの３次元オフセットＲを取得する手順について説明する。
まず最初に、基準球３０を、テーブル１０６上の任意の位置に、支持部材３１を介して一時的に載置する（ステップ２０１）。このとき、設置位置は予め設定されていないので、オペレータは基準球３０をテーブル１０６上に適当の適当な場所に設置すればよい。
無線式の測定ヘッド１０ａの場合には、ＡＴＣ１６（または、手動）で測定ヘッド１０ａを主軸１０４に装着する（ステップ２０２）。なお、有線式の測定ヘッド１０の場合には、このステップ２０２の手順は不要である。
【００６９】
次に、テーブル１０６を第１の方向Ｅ11に向けて位置決めする。そして、主軸頭１０５を基準球３０の上部に手動動作で移動させ、測定ヘッド１０，１０ａを基準球３０の真上に位置決めする。測定ヘッド１０，１０ａは、下方を向いて基準球３０に対向している（ステップ２０３）。
こうして第１の方向Ｅ11を向いているテーブル１０６上の基準球３０を、測定ヘッド１０，１０ａで測定する。このときの、測定ヘッド１０，１０ａの第１の機械座標Ｐｂ（図３）の点群と、基準位置Ｐａ（図３）からの距離データとが、ＮＣ装置１１から取得される（ステップ２０４）。図１６中の符号Ｌは、レーザ光２１により測定された軌跡であり、たとえば螺旋状をなしている。
こうして取得した測定ヘッド１０，１０ａの第１の機械座標Ｐｂの点群と、基準位置Ｐａからの距離データとを使用して、最小二乗法で、実際の基準球３０における中心点Ａ1の座標と、第１の架空の基準球３０ｆにおける第１の中心点Ａ1aの座標とを算出する（ステップ２０５）。
【００７０】
次いで、Ｂ軸制御により、テーブル１０６を、旋回中心Ｏ1を中心としてＸ，Ｚ平面で所定角度θだけ旋回して第２の方向Ｅ12に向ける（ステップ２０６）。
第２の方向Ｅ12を向いているテーブル１０６上の基準球３０を、測定ヘッド１０，１０ａで測定する。このときの、測定ヘッド１０，１０ａの第２の機械座標Ｐｂの点群と、基準位置Ｐａからの距離データとが、ＮＣ装置１１から取得される（ステップ２０７）。
こうして取得した測定ヘッド１０，１０ａの第２の機械座標Ｐｂの点群と、基準位置Ｐａからの距離データとを使用して、最小二乗法で、実際の基準球３０における中心点Ｂ1の座標と、第２の架空の基準球３０ｇにおける第２の中心点Ｂ1aの座標とを算出する（ステップ２０８）。
【００７１】
架空の三角形Ｇａが実際の三角形Ｇと合同であることを利用して、測定ヘッド１０，１０ａの３次元オフセットＲ（Ｒx，Ｒy，Ｒz）を取得する（ステップ２０９）。
この場合、テーブル１０６を角度θだけ旋回させる前の基準球３０の中心点Ａ1の座標（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）と、テーブル１０６を角度θだけ旋回させた後の基準球３０の中心点Ｂ1の座標（Ｘ2，Ｙ2，Ｚ2）と、旋回角度θとにより、旋回中心Ｏ1から基準球３０の中心点Ａ1までのベクトルＯ1Ａ1（Ｒx1，Ｒy1，Ｒz1）を算出する。
【００７２】
ベクトルＯ1Ａ1を算出するための式は、下記の通りである。
【数３】
【００７３】
テーブル１０６がＸ，Ｚ平面で角度θだけ旋回した場合の行列式は、下記の通りである。
【数４】
【００７４】
この場合にベクトルＯ1Ｂ1を（Ｒx1′，Ｒy1′，Ｒz1′）とすると、次式（１９）ないし（２１）が成り立つ。
Ｘ2 −Ｘ1 ＝Ｒx1′−Ｒx1 ＝Ｒx1（cosθ−１）＋Ｒz1（−sinθ） ……（19）
Ｙ2 −Ｙ1 ＝ 0 ……（20）
Ｚ2 −Ｚ1 ＝Ｒz1′−Ｒz1 ＝Ｒx1 sinθ＋Ｒz1（cosθ−１） ……（21）
【００７５】
２つの式（１９），（２１）では未知数はＲx1，Ｒz1だけになり、また、テーブル１０６はＸ，Ｚ平面で旋回するので、ベクトルＯ1Ａ1のＹ成分Ｒy1はゼロである。その結果、２つの式（１９），（２１）からベクトルＯ1Ａ1を算出することができる。
次いで、旋回中心Ｏ1から、テーブル１０６が旋回する前の第１の架空の基準球３０ｆの中心点Ａ1aまでの、ベクトルＯ1Ａ1aを算出する。
算出したベクトルＯ1Ａ1aから上述のベクトルＯ1Ａ1を引くことにより、測定ヘッド１０，１０ａにおける３次元オフセットＲ（すなわち、ベクトルＡ1Ａ1a）を算出することができる。この算出のための計算式は下記の通りである。
【数５】
【００７６】
こうして算出した測定ヘッド１０，１０ａ自身の３次元オフセットＲ（Ｒx，Ｒy，Ｒz）を使用して、工作物４を測定ヘッド１０，１０ａで測定する（ステップ２１０）。
【００７７】
次に、第３実施例の変形例（図示せず）にかかる工作物測定方法を説明する。
この方法では、第２実施例と第３実施例の各手順を組み合わせている。工作機械に取付けられる有線式または無線式の測定ヘッドは、工作物に対して、直交３軸方向のうち移動しない１軸方向以外の直交２軸方向に相対移動可能で且つ旋回可能である。テーブルは、旋回中心のまわりに旋回可能である。３次元オフセットを含む測定ヘッドにより、工作物をレーザ光で測定する。
【００７８】
この方法では、第３実施例で説明したように、固有の特定点を有する基準物をテーブル上の任意の位置に設置する。そして、第１の方向を向くテーブル上の基準物を測定ヘッドで測定することによって、この測定ヘッドの第１の機械座標の点群と、レーザ光の焦点である基準位置からの距離データとを取得する。
この取得した点群と距離データから、実際の基準物における特定点の座標と、第１の架空の基準物における第１の特定点の座標とを算出する。
【００７９】
次いで、テーブルを旋回中心を中心として所定角度旋回させる。第２の方向を向くテーブル上の基準物を測定ヘッドで測定する。これにより、測定ヘッドの第２の機械座標の点群と、基準位置からの距離データとを取得する。
この取得した点群と距離データから、実際の基準物における特定点の座標と、第２の架空の基準物における第２の特定点の座標とを算出する。
第１の架空の基準物における第１の特定点と、第２の架空の基準物における第２の特定点と、架空の旋回中心とにより形成される架空の三角形が、テーブルが所定角度旋回する前後の実際の基準物におけるそれぞれの特定点と、実際の旋回中心とにより形成される実際の三角形と合同であることに基づいて、測定ヘッドにおける移動する直交２軸方向の各オフセットを取得する。
【００８０】
第２実施例で説明したように、所定の手段でレーザ光の傾き角度を取得し、このレーザ光の傾き角度から、測定ヘッドにおける移動しない１軸方向のオフセットを算出する。
測定ヘッドにおける、移動する直交２軸方向の各オフセットと、移動しない１軸方向のオフセットとに基づいて、測定ヘッドの３次元オフセットを算出する。その後、この測定ヘッド自身の３次元オフセットを使用して、工作物を測定ヘッドで測定する。
【００８１】
（第４実施例）
第４実施例にかかる工作物測定方法において、工作機械は、工作機械に取付けられる有線式または無線式の測定ヘッド１０，１０ａ，１０ｂが、工作物に対して直交３軸方向（または、直交２軸方向）に相対移動可能で且つ旋回でき、テーブルが旋回中心のまわりに旋回可能である。そして、３次元オフセットＲを含む測定ヘッドにより、工作物をレーザ光２１で測定する。
この方法は、第１実施例，第２実施例および第３実施例にかかる方法の各手順単独により（または、これらの手順を複数組合わせることにより）、測定ヘッドにおける前記移動する直交２軸方向の各オフセットを取得する。次いで、第２実施例または第３実施例にかかる方法における各手順により、測定ヘッドにおける残りの１軸方向のオフセットを取得する。
そして、測定ヘッドにおける、前記移動する直交２軸方向の各オフセットと、前記残りの１軸方向のオフセットとに基づいて、測定ヘッドの３次元オフセットＲを算出する。その後、この測定ヘッド自身の３次元オフセットＲを使用して、工作物を測定ヘッドで測定する。
【００８２】
上述の第１実施例ないし第４実施例で説明した工作物測定装置２０，２０ａは、工作機械に取付けられる測定ヘッド１０，１０ａ，１０ｂで工作物４を測定し、その前またはその後に、主軸に装着された工具１８で工作物４を加工することができる。
したがって、タッチセンサやダイヤルゲージなど計測器を別途使用しなくても、また、基準球３０など基準物を任意の位置に設置するだけで、測定ヘッド１０，１０ａ，１０ｂが本来有している測定機能を有効利用して、測定ヘッド１０，１０ａ，１０ｂ自身の３次元オフセットＲを取得して、工作物４を測定ヘッド１０，１０ａ，１０ｂで測定することができる。
【００８３】
各実施例では、測定ヘッド１０，１０ａ，１０ｂは工作機械の移動体に取り付けられている。
変形例として、測定ヘッドが取付けられた工作機械の部材（たとえば、主軸頭）が移動せず、この部材は、テーブルが移動することでテーブル上の工作物に対して相対的に移動する工作機械でもよい。その結果、この部材に取付けられた測定ヘッドは、テーブルが移動することで工作物に対して相対的に座標移動する。
また、基準物が設置される「任意の位置」は、回転軸を回転させると測定ヘッドに対して相対的に旋回する位置で、且つ測定ヘッドで基準物を計測可能な位置である。
【００８４】
工具１８は工具マガジンに収納可能である。ＮＣ装置１１で制御されるＡＴＣ１６により、工具１８は、主軸に対して自動的に交換されるとともに着脱可能である。したがって、主軸に装着された工具１８で工作物４を加工する工程の前に（または、加工工程の途中に、もしくは加工工程後に）、測定ヘッド１０，１０ａ，１０ｂで工作物４を測定する工程を設けることができる。
こうすれば、加工動作と測定動作が、順番にまたはこれとは逆の順に連続する。すなわち、加工動作と測定動作とを、任意の組合せで実行することが可能である。
その結果、測定のために工作物４をチャック８やテーブル１０６から取り外さなくても、工作物４を加工したのちチャック８やテーブル１０６に取付けたままで直ちに、工作物４を２次元測定または３次元測定することができる。
また、加工前の工作物４を測定した後に、工作物４を取付けたままでこの工作物４を加工する動作に移行することもできる。さらに、工作物４を加工後に測定した後に、工作物４を取付けたままで再び工作物４を加工する動作に移行することもできる。
【００８５】
測定ヘッド１０，１０ａは、測定指令を受けると、測定ヘッド１０，１０ａから工作物４までの距離を測定することにより、この工作物４を非接触で測定する。
測定動作の際に、測定ヘッド１０，１０ａは工作物４に接触しないので、測定ヘッド１０，１０ａを高速で安全に且つ振動なし（または、低振動）で走査して、工作物４を短時間で広い範囲を測定することができる。
【００８６】
以上、本発明の実施例（変形例を含む。以下同じ）を説明したが、本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲で種々の変形，付加などが可能である。
なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明にかかる工作機械における工作物測定方法およびその装置は、マシニングセンタと複合加工機の他に、旋盤，研削盤などの工作機械に適用して、有線式または無線式の測定ヘッドにより非接触で（または、接触して）工作物を測定できる。
【符号の説明】
【００８８】
１，１ａ，１０１ 工作機械
４ 工作物
１０ 有線式の測定ヘッド
１０ａ 無線式の測定ヘッド
１０ｂ 測定ヘッド（接触形の測定ヘッド）
２０，２０ａ 工作物測定装置
２１ レーザ光
２２ 接触子
３０ 基準球（基準物）
３０ａ 多角錐（基準物）
３０ｂ 直方体（基準物）
３０ｆ 第１の架空の基準球（基準物）
３０ｇ 第２の架空の基準球（基準物）
１０６ テーブル
Ａ1 中心点（特定点）
Ａ1a 第１の中心点（特定点）
Ａ2 頂点（特定点）
Ａ3 頂点（特定点）
Ｂ1a 第２の中心点（特定点）
Ｅ1 ，Ｅ11 第１の方向
Ｅ2 ，Ｅ12 第２の方向
Ｇ 実際の三角形
Ｇａ 架空の三角形
Ｏ1 旋回中心
Ｏ1a 架空の旋回中心
Ｐ1 第１の機械座標
Ｐ2 第２の機械座標
Ｐａ 基準位置
Ｒ ３次元オフセット
Ｘ，Ｙ，Ｚ 直交３軸
α レーザ光の傾き角度
β レーザ光の傾き角度
θ 所定角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械に取付けられる有線式または無線式の測定ヘッドが、工作物に対して直交３軸方向または直交２軸方向に相対移動可能で、且つ１軸以上の旋回軸により前記工作物に対する相対角度方向を変化させることができる前記工作機械において、３次元オフセットを含む前記測定ヘッドで前記工作物を測定する方法であって、
任意の位置に設置された基準物を、前記測定ヘッドで前記相対角度方向を変化させながら複数回にわたって測定し、
この相対角度方向から測定された前記直交３軸方向の測定結果の変化から、前記測定ヘッドの前記３次元オフセットを算出し、
その後、この測定ヘッド自身の前記３次元オフセットを使用して、前記工作物を前記測定ヘッドで測定するようにしたことを特徴とする工作機械における工作物測定方法。
【請求項２】
工作機械に取付けられる有線式または無線式の測定ヘッドが、工作物に対して直交３軸方向または直交２軸方向に相対移動可能で且つ旋回可能な前記工作機械において、３次元オフセットを含む前記測定ヘッドで前記工作物を測定する方法であって、
前記測定ヘッドを所定角度旋回させて、任意の位置に設置された基準物を前記測定ヘッドで第１の方向と第２の方向からそれぞれ測定することによって、前記基準物における固有の特定点の座標を取得し、
前記測定ヘッドが前記基準物の前記特定点を前記第１の方向から測定したときの前記測定ヘッドの第１の機械座標と、前記測定ヘッドが前記基準物の前記特定点を前記第２の方向から測定したときの前記測定ヘッドの第２の機械座標とに基づいて、前記測定ヘッドの前記３次元オフセットを算出し、
その後、この測定ヘッド自身の前記３次元オフセットを使用して、前記工作物を前記測定ヘッドで測定するようにしたことを特徴とする工作機械における工作物測定方法。
【請求項３】
工作機械に取付けられる有線式または無線式の測定ヘッドが、工作物に対して、直交３軸方向のうち移動しない１軸方向以外の直交２軸方向に相対移動可能で且つ旋回可能な前記工作機械において、３次元オフセットを含む前記測定ヘッドにより、前記工作物をレーザ光で測定する方法であって、
前記測定ヘッドを所定角度旋回させて、任意の位置に設置された基準物を前記測定ヘッドで第１の方向と第２の方向からそれぞれ測定することによって、前記基準物における固有の特定点の座標を取得し、
前記測定ヘッドが前記基準物の前記特定点を前記第１の方向から測定したときの前記測定ヘッドの第１の機械座標と、前記測定ヘッドが前記基準物の前記特定点を前記第２の方向から測定したときの前記測定ヘッドの第２の機械座標とにより、前記測定ヘッドにおける前記移動する直交２軸方向の各オフセットを取得し、
所定の手段で前記レーザ光の傾き角度を取得し、このレーザ光の傾き角度から、前記測定ヘッドにおける前記移動しない１軸方向のオフセットを算出し、
前記測定ヘッドにおける、前記移動する直交２軸方向の前記各オフセットと、前記移動しない１軸方向の前記オフセットとに基づいて、前記測定ヘッドの前記３次元オフセットを算出し、
その後、この測定ヘッド自身の前記３次元オフセットを使用して、前記工作物を前記測定ヘッドで測定するようにしたことを特徴とする工作機械における工作物測定方法。
【請求項４】
テーブルが旋回中心のまわりに旋回可能な工作機械において、この工作機械に取付けられるとともに３次元オフセットを含む有線式または無線式の測定ヘッドにより、前記テーブルに取付けられた工作物をレーザ光で測定する方法であって、
固有の特定点を有する基準物を前記テーブル上の任意の位置に設置し、
第１の方向を向く前記テーブル上の前記基準物を前記測定ヘッドで測定することによって、この測定ヘッドの第１の機械座標の点群と、前記レーザ光の焦点である基準位置からの距離データとを取得し、
この取得した点群と距離データから、実際の前記基準物における前記特定点の座標と、第１の架空の基準物における第１の特定点の座標とを算出し、
次いで、前記テーブルを前記旋回中心を中心として所定角度旋回させ、
第２の方向を向く前記テーブル上の前記基準物を前記測定ヘッドで測定することによって、前記測定ヘッドの第２の機械座標の点群と、前記基準位置からの距離データとを取得し、
この取得した点群と距離データから、実際の前記基準物における前記特定点の座標と、第２の架空の基準物における第２の特定点の座標とを算出し、
前記第１の架空の基準物における前記第１の特定点と、前記第２の架空の基準物における前記第２の特定点と、架空の旋回中心とにより形成される架空の三角形が、前記テーブルが前記所定角度旋回する前後の実際の前記基準物におけるそれぞれの前記特定点と、実際の前記旋回中心とにより形成される実際の三角形と合同であることに基づいて、前記測定ヘッドの前記３次元オフセットを取得し、
その後、この測定ヘッド自身の前記３次元オフセットを使用して、前記工作物を前記測定ヘッドで測定するようにしたことを特徴とする工作機械における工作物測定方法。
【請求項５】
工作機械に取付けられる有線式または無線式の測定ヘッドが、工作物に対して、直交３軸方向のうち移動しない１軸方向以外の直交２軸方向に相対移動可能で且つ旋回可能で、テーブルが旋回中心のまわりに旋回可能な前記工作機械において、３次元オフセットを含む前記測定ヘッドにより、前記工作物をレーザ光で測定する方法であって、
固有の特定点を有する基準物を前記テーブル上の任意の位置に設置し、
第１の方向を向く前記テーブル上の前記基準物を前記測定ヘッドで測定することによって、この測定ヘッドの第１の機械座標の点群と、前記レーザ光の焦点である基準位置からの距離データとを取得し、
この取得した点群と距離データから、実際の前記基準物における前記特定点の座標と、第１の架空の基準物における第１の特定点の座標とを算出し、
次いで、前記テーブルを前記旋回中心を中心として所定角度旋回させ、
第２の方向を向く前記テーブル上の前記基準物を前記測定ヘッドで測定することによって、前記測定ヘッドの第２の機械座標の点群と、前記基準位置からの距離データとを取得し、
この取得した点群と距離データから、実際の前記基準物における前記特定点の座標と、第２の架空の基準物における第２の特定点の座標とを算出し、
前記第１の架空の基準物における前記第１の特定点と、前記第２の架空の基準物における前記第２の特定点と、架空の旋回中心とにより形成される架空の三角形が、前記テーブルが前記所定角度旋回する前後の実際の前記基準物におけるそれぞれの前記特定点と、実際の前記旋回中心とにより形成される実際の三角形と合同であることに基づいて、前記測定ヘッドにおける前記移動する直交２軸方向の各オフセットを取得し、
所定の手段で前記レーザ光の傾き角度を取得し、このレーザ光の傾き角度から、前記測定ヘッドにおける前記移動しない１軸方向のオフセットを算出し、
前記測定ヘッドにおける、前記移動する直交２軸方向の前記各オフセットと、前記移動しない１軸方向の前記オフセットとに基づいて、前記測定ヘッドの前記３次元オフセットを算出し、
その後、この測定ヘッド自身の前記３次元オフセットを使用して、前記工作物を前記測定ヘッドで測定するようにしたことを特徴とする工作機械における工作物測定方法。
【請求項６】
工作機械に取付けられる有線式または無線式の測定ヘッドが、工作物に対して直交３軸方向または直交２軸方向に相対移動可能で且つ旋回でき、テーブルが旋回中心のまわりに旋回可能な前記工作機械において、３次元オフセットを含む前記測定ヘッドにより前記工作物をレーザ光で測定する方法であって、
請求項２，３または４に記載の前記各手順単独により、またはこれらの手順を複数組合わせることにより、前記測定ヘッドにおける前記移動する直交２軸方向の各オフセットを取得し、
請求項３または４に記載の前記各手順により、前記測定ヘッドにおける残りの１軸方向のオフセットを取得し、
前記測定ヘッドにおける、前記移動する直交２軸方向の各オフセットと、前記残りの１軸方向のオフセットとに基づいて、前記測定ヘッドの前記３次元オフセットを算出し、
その後、この測定ヘッド自身の前記３次元オフセットを使用して、前記工作物を前記測定ヘッドで測定するようにしたことを特徴とする工作機械における工作物測定方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかの項に記載の工作機械における工作物測定方法であって、
前記測定ヘッドは、前記工作物を非接触で測定する機能と、前記工作物に接触子が接触して測定する機能の、いずれか一方または両方の機能を有することを特徴とする工作機械における工作物測定方法。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかの項に記載の測定方法により前記測定ヘッドで前記工作物を測定することを特徴とする工作機械における工作物測定装置。
【請求項１】
工作機械に取付けられる有線式または無線式の測定ヘッドが、工作物に対して直交３軸方向または直交２軸方向に相対移動可能で、且つ１軸以上の旋回軸により前記工作物に対する相対角度方向を変化させることができる前記工作機械において、３次元オフセットを含む前記測定ヘッドで前記工作物を測定する方法であって、
任意の位置に設置された基準物を、前記測定ヘッドで前記相対角度方向を変化させながら複数回にわたって測定し、
この相対角度方向から測定された前記直交３軸方向の測定結果の変化から、前記測定ヘッドの前記３次元オフセットを算出し、
その後、この測定ヘッド自身の前記３次元オフセットを使用して、前記工作物を前記測定ヘッドで測定するようにしたことを特徴とする工作機械における工作物測定方法。
【請求項２】
工作機械に取付けられる有線式または無線式の測定ヘッドが、工作物に対して直交３軸方向または直交２軸方向に相対移動可能で且つ旋回可能な前記工作機械において、３次元オフセットを含む前記測定ヘッドで前記工作物を測定する方法であって、
前記測定ヘッドを所定角度旋回させて、任意の位置に設置された基準物を前記測定ヘッドで第１の方向と第２の方向からそれぞれ測定することによって、前記基準物における固有の特定点の座標を取得し、
前記測定ヘッドが前記基準物の前記特定点を前記第１の方向から測定したときの前記測定ヘッドの第１の機械座標と、前記測定ヘッドが前記基準物の前記特定点を前記第２の方向から測定したときの前記測定ヘッドの第２の機械座標とに基づいて、前記測定ヘッドの前記３次元オフセットを算出し、
その後、この測定ヘッド自身の前記３次元オフセットを使用して、前記工作物を前記測定ヘッドで測定するようにしたことを特徴とする工作機械における工作物測定方法。
【請求項３】
工作機械に取付けられる有線式または無線式の測定ヘッドが、工作物に対して、直交３軸方向のうち移動しない１軸方向以外の直交２軸方向に相対移動可能で且つ旋回可能な前記工作機械において、３次元オフセットを含む前記測定ヘッドにより、前記工作物をレーザ光で測定する方法であって、
前記測定ヘッドを所定角度旋回させて、任意の位置に設置された基準物を前記測定ヘッドで第１の方向と第２の方向からそれぞれ測定することによって、前記基準物における固有の特定点の座標を取得し、
前記測定ヘッドが前記基準物の前記特定点を前記第１の方向から測定したときの前記測定ヘッドの第１の機械座標と、前記測定ヘッドが前記基準物の前記特定点を前記第２の方向から測定したときの前記測定ヘッドの第２の機械座標とにより、前記測定ヘッドにおける前記移動する直交２軸方向の各オフセットを取得し、
所定の手段で前記レーザ光の傾き角度を取得し、このレーザ光の傾き角度から、前記測定ヘッドにおける前記移動しない１軸方向のオフセットを算出し、
前記測定ヘッドにおける、前記移動する直交２軸方向の前記各オフセットと、前記移動しない１軸方向の前記オフセットとに基づいて、前記測定ヘッドの前記３次元オフセットを算出し、
その後、この測定ヘッド自身の前記３次元オフセットを使用して、前記工作物を前記測定ヘッドで測定するようにしたことを特徴とする工作機械における工作物測定方法。
【請求項４】
テーブルが旋回中心のまわりに旋回可能な工作機械において、この工作機械に取付けられるとともに３次元オフセットを含む有線式または無線式の測定ヘッドにより、前記テーブルに取付けられた工作物をレーザ光で測定する方法であって、
固有の特定点を有する基準物を前記テーブル上の任意の位置に設置し、
第１の方向を向く前記テーブル上の前記基準物を前記測定ヘッドで測定することによって、この測定ヘッドの第１の機械座標の点群と、前記レーザ光の焦点である基準位置からの距離データとを取得し、
この取得した点群と距離データから、実際の前記基準物における前記特定点の座標と、第１の架空の基準物における第１の特定点の座標とを算出し、
次いで、前記テーブルを前記旋回中心を中心として所定角度旋回させ、
第２の方向を向く前記テーブル上の前記基準物を前記測定ヘッドで測定することによって、前記測定ヘッドの第２の機械座標の点群と、前記基準位置からの距離データとを取得し、
この取得した点群と距離データから、実際の前記基準物における前記特定点の座標と、第２の架空の基準物における第２の特定点の座標とを算出し、
前記第１の架空の基準物における前記第１の特定点と、前記第２の架空の基準物における前記第２の特定点と、架空の旋回中心とにより形成される架空の三角形が、前記テーブルが前記所定角度旋回する前後の実際の前記基準物におけるそれぞれの前記特定点と、実際の前記旋回中心とにより形成される実際の三角形と合同であることに基づいて、前記測定ヘッドの前記３次元オフセットを取得し、
その後、この測定ヘッド自身の前記３次元オフセットを使用して、前記工作物を前記測定ヘッドで測定するようにしたことを特徴とする工作機械における工作物測定方法。
【請求項５】
工作機械に取付けられる有線式または無線式の測定ヘッドが、工作物に対して、直交３軸方向のうち移動しない１軸方向以外の直交２軸方向に相対移動可能で且つ旋回可能で、テーブルが旋回中心のまわりに旋回可能な前記工作機械において、３次元オフセットを含む前記測定ヘッドにより、前記工作物をレーザ光で測定する方法であって、
固有の特定点を有する基準物を前記テーブル上の任意の位置に設置し、
第１の方向を向く前記テーブル上の前記基準物を前記測定ヘッドで測定することによって、この測定ヘッドの第１の機械座標の点群と、前記レーザ光の焦点である基準位置からの距離データとを取得し、
この取得した点群と距離データから、実際の前記基準物における前記特定点の座標と、第１の架空の基準物における第１の特定点の座標とを算出し、
次いで、前記テーブルを前記旋回中心を中心として所定角度旋回させ、
第２の方向を向く前記テーブル上の前記基準物を前記測定ヘッドで測定することによって、前記測定ヘッドの第２の機械座標の点群と、前記基準位置からの距離データとを取得し、
この取得した点群と距離データから、実際の前記基準物における前記特定点の座標と、第２の架空の基準物における第２の特定点の座標とを算出し、
前記第１の架空の基準物における前記第１の特定点と、前記第２の架空の基準物における前記第２の特定点と、架空の旋回中心とにより形成される架空の三角形が、前記テーブルが前記所定角度旋回する前後の実際の前記基準物におけるそれぞれの前記特定点と、実際の前記旋回中心とにより形成される実際の三角形と合同であることに基づいて、前記測定ヘッドにおける前記移動する直交２軸方向の各オフセットを取得し、
所定の手段で前記レーザ光の傾き角度を取得し、このレーザ光の傾き角度から、前記測定ヘッドにおける前記移動しない１軸方向のオフセットを算出し、
前記測定ヘッドにおける、前記移動する直交２軸方向の前記各オフセットと、前記移動しない１軸方向の前記オフセットとに基づいて、前記測定ヘッドの前記３次元オフセットを算出し、
その後、この測定ヘッド自身の前記３次元オフセットを使用して、前記工作物を前記測定ヘッドで測定するようにしたことを特徴とする工作機械における工作物測定方法。
【請求項６】
工作機械に取付けられる有線式または無線式の測定ヘッドが、工作物に対して直交３軸方向または直交２軸方向に相対移動可能で且つ旋回でき、テーブルが旋回中心のまわりに旋回可能な前記工作機械において、３次元オフセットを含む前記測定ヘッドにより前記工作物をレーザ光で測定する方法であって、
請求項２，３または４に記載の前記各手順単独により、またはこれらの手順を複数組合わせることにより、前記測定ヘッドにおける前記移動する直交２軸方向の各オフセットを取得し、
請求項３または４に記載の前記各手順により、前記測定ヘッドにおける残りの１軸方向のオフセットを取得し、
前記測定ヘッドにおける、前記移動する直交２軸方向の各オフセットと、前記残りの１軸方向のオフセットとに基づいて、前記測定ヘッドの前記３次元オフセットを算出し、
その後、この測定ヘッド自身の前記３次元オフセットを使用して、前記工作物を前記測定ヘッドで測定するようにしたことを特徴とする工作機械における工作物測定方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかの項に記載の工作機械における工作物測定方法であって、
前記測定ヘッドは、前記工作物を非接触で測定する機能と、前記工作物に接触子が接触して測定する機能の、いずれか一方または両方の機能を有することを特徴とする工作機械における工作物測定方法。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかの項に記載の測定方法により前記測定ヘッドで前記工作物を測定することを特徴とする工作機械における工作物測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１１−２５７３０２（Ｐ２０１１−２５７３０２Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３３０７７（Ｐ２０１０−１３３０７７）
【出願日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【出願人】（０００１４６８４７）株式会社森精機製作所 (204)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【出願人】（０００１４６８４７）株式会社森精機製作所 (204)
【Ｆターム（参考）】
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