JP2006007369A - 工作機械における被測定物の表面形状判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被測定物の位置を検出することができるとともに、被測定物の表面形状を測定して報知することができ、加工穴の穴径及び穴の中心間距離を容易に測定することができる工作機械における被測定物の表面形状判定装置を提供する。
【解決手段】加工されたワークＷに対して、エア噴射ノズル２３の先端面を所定間隔ｈだけ離隔した状態で、エア噴射ノズル２３をＸ軸方向に一定の速度で移動すると共に、ノズル本体２７の噴射孔２７ａからエアを噴射し、ワークＷの加工された穴Ｗｂ，Ｗｃの中心Ｏ１，Ｏ２を通るように移動する。圧力測定器３０によって、圧力変動が測定される。この測定されたＸ軸座標に対する圧力の曲線Ｌｘの傾斜部Ｌｄ，Ｌｕの中心点Ｔ１，Ｔ２の座標に基づいて、穴Ｗｂ，Ｗｃの中心Ｏ１，Ｏ２のＸ座標、穴径Ｅ及び穴の中心間距離Ｄ１を演算する。
【選択図】 図８

Description

本発明は、工作機械における被測定物の表面形状判定装置に関する。

一般に、工作機械においては、ベッドの上面に、ワーク支持テーブルを介してワークを支持し、同じくベッドの上面にＸ，Ｙ，Ｚ軸の３軸方向にそれぞれ数値制御移動される主軸装置に装着された工具によって、ワークを加工するようになっている。従来、主軸装置のＺ軸方向の位置測定として、例えばレーザー測長、近接センサーあるいはタッチセンサー等を使用した種々の方法がある。しかし、これらのセンサーを使用した変位測定には、耐環境、インラインのような悪い環境、クーラントミスト、切粉あるいは温度変化における信頼性が低く、例えば、読み取りエラー、温度ドリフトあるいは切粉噛み込み等の問題がある。

上記問題を解消するため、特許文献１に開示された位置検出装置が提案されている。この位置検出装置は、流体供給源から固定絞りを介してノズルに送られる流体を前記ノズル先端の噴射孔からワーク等の被検査部位に噴射して、ノズル背圧を得ることにより前記被検査部位の位置を検出するようになっている。

又、工具により加工されたワークの加工穴の穴径及び穴位置を測定する装置として、特許文献２に開示されたものが提案されている。この測定装置は、ワーク位置決め治具にセットされたワークの測定穴に対し、測定器に設けた測定子を挿入し、この測定子の先端部付近に備えた複数の噴出口から上記測定子の長手方向に対して直交する方向へエアを噴出して、各エアの背圧を検出する。そして、各エア噴出口から前記加工孔の内周面までの距離を算出して、測定穴の穴径を演算すると共に、測定穴の中心位置を演算するようになっている。
特開２００２−３５７４１０号公報 特開平１０−３３９６２３号公報

ところが、特許文献１に開示された従来の位置検出装置は、ワーク等の被検査部位の位置を検出することができるが、被測定物の表面形状を測定することができないという問題があった。

又、特許文献２に開示された従来の穴径及び穴位置の測定装置は、測定穴に対して、測定子を挿入する構成をとっていたので、測定作業が面倒で測定時間が長くなるとともに、穴径の変化に追従することも難しく、小さい穴径の加工穴には適用が難しいという問題があった。

本発明の第１の目的は、上記従来の技術に存する問題点を解消して、被測定物の位置を検出することができるとともに、被測定物の表面形状を測定して報知することができる工作機械における被測定物の表面形状判定装置を提供することにある。

又、本発明の第２の目的は、上記第１の目的に加えて、ワークの加工穴の穴径及び穴の中心間距離を容易に測定することができる工作機械における被測定物の表面形状判定装置を提供することにある。

さらに、本発明の第３の目的は、上記第１の目的に加えて、ワークを加工する加工プログラムの主軸装置の３軸方向への移動量を補正することができる工作機械における被測定物の表面形状判定装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の３軸方向に数値制御移動される主軸装置に装着した工具によりワークの加工を行うようにした工作機械において、前記主軸装置に装着されたノズルに流体供給源から流体を供給し、該ノズル先端から被測定物に流体を噴射する流体噴射手段と、前記流体噴射手段の流体の圧力を測定する圧力測定手段と、前記ノズルを主軸装置により移動させるノズル移動制御手段と、前記圧力測定手段により測定された流体の圧力の変化に基づいて、被測定物の表面形状を演算する表面形状演算手段と、前記表面形状演算手段により演算された表面形状データを報知する報知手段とを備えたことを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記表面形状演算手段は、被測定物に形成された段部又は穴の位置を演算するように構成されていることを要旨とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２において、前記表面形状演算手段は、被測定物の平面度を演算するように構成されていることを要旨とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１において、被測定物としてのワークに形成された穴の中心座標演算手段、穴径演算手段及び複数の穴の中心間距離演算手段を備えていることを要旨とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項において、前記ノズル移動制御手段は、流体噴射手段のノズル先端と前記被測定物の表面との距離を一定に保持した状態で前記ノズルを主軸装置と共に一定速度で移動させるように構成されていることを要旨とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１において、被測定物はワークと別体で基準位置に配置された治具であり、前記主軸装置を前記治具の平面部と対向し、かつ前記ノズル先端と治具の平面部との間のＺ軸方向の距離を一定に保持したＺ軸初期座標位置におけるＺ軸初期座標値を設定するＺ軸初期座標値設定手段と、前記主軸装置を前記治具に形成された第１段部と対向し、かつ前記ノズル先端と第１段部との間のＺ軸方向の距離を一定に保持したＸ軸初期座標位置におけるＸ軸初期座標値を設定するＸ軸初期座標値設定手段と、前記主軸装置を前記治具に形成された第２段部と対向し、かつ前記ノズル先端と第２段部との間のＺ軸方向の距離を一定に保持したＹ軸初期座標位置におけるＹ軸初期座標値を設定するＹ軸初期座標値設定手段と、前記３軸の各初期座標位置を通るようにそれぞれ同軸方向に前記ノズルを移動させて流体を治具に噴射して圧力測定手段により測定された３軸の座標と圧力との関係を表す初期座標・圧力データをそれぞれ記憶する初期座標・圧力データ記憶手段と、ワークの加工後に、前記ノズルを前記３軸の各初期座標位置に順次移動して治具に流体を噴射して圧力測定手段により測定された３軸の圧力データと、前記初期座標・圧力データとに基づいて、３軸の測定座標値をそれぞれ演算する測定座標値演算手段と、前記測定座標値に基づいて加工プログラムの主軸装置の３軸方向への移動量を補正する移動量補正手段とを備えていることを要旨とする。

請求項７に記載の発明は、請求項６において、前記治具の平面部と第１段部及び第２段部との間には、第１段部又は第２段部に近づくほどノズルの先端から離隔する傾斜面が設けられていることを要旨とする。

請求項１〜７のいずれか１項に記載の発明によれば、被測定物の位置を検出することができるとともに、被測定物の表面形状を測定して報知することができる。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の効果に加えて、前記表面形状演算手段によって前記被測定物に形成された段部又は穴の位置を演算することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明の効果に加えて、前記表面形状演算手段により被測定物の平面度を演算することができる。
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明の効果に加えて、前記表面形状演算手段穴の中心座標演算手段、穴径演算手段及び複数の穴の中心間距離演算手段によって、被測定物としてのワークに形成された複数の穴の中心座標演、穴径及び穴の中心間距離を演算することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発明の効果に加えて、前記ノズル移動制御手段によって、流体噴射手段のノズル先端と前記被測定物の表面との距離を一定に保持した状態で前記ノズルを主軸装置により一定速度で移動させることができ、このため、被測定物の形状の判定精度を向上することができる。

請求項６記載の発明は、請求項１記載の発明の効果に加えて、ワークの前記加工プログラムの主軸装置の３軸方向への移動量を補正することができる。このため、ワークの加工精度を向上することができる。

請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明の効果に加えて、Ｘ軸及びＹ軸方向の初期座標・圧力データの単位距離当たりの圧力変化量を大きく設定することができ、圧力の検出精度を向上して、主軸装置の３軸方向への移動量の補正精度を向上することができる。

以下、本発明を具体化した工作機械における被測定物の表面形状判定装置の一実施形態を図１〜図１０に従って説明する。
最初に、工作機械の概略構成について説明する。図６に示すように、ベッド１１の上面には、被測定物としてのワークＷを支持するためのワーク支持テーブル１２が装着されている。前記ベッド１１の上面にはＺ軸案内レール１３が敷設され、このＺ軸案内レール１３にはＺ軸サドル１４が後述するＺ軸駆動機構４０Ａ（図７参照）によりＺ軸方向（図６の左右方向）の往復動可能に支持されている。前記Ｚ軸サドル１４の上面には、Ｘ軸案内レール１５が敷設され、このＸ軸案内レール１５には、Ｘ軸サドル１６が後述するＸ軸駆動機構４０Ｂ（図７参照）によりＸ軸方向（図６の紙面直交方向）の往復動可能に装着されている。前記Ｘ軸サドル１６の上面には、コラム１７が立設され、このコラム１７の前面には、Ｙ軸案内レール１８が敷設され、このＹ軸案内レール１８には、Ｙ軸サドル１９が後述するＹ軸駆動機構４０Ｃ（図７参照）によりＹ軸方向（図６の上下方向）の往復動可能に装着されている。

前記Ｙ軸サドル１９には、主軸装置２０が装着され、この主軸装置２０の内部に回転可能に支持された主軸２１には、ノズルホルダ２２を介して、流体としてのエアを噴射するためのエア噴射ノズル２３が装着されている。前記ノズルホルダ２２は、図示しない工具交換装置によって、主軸２１から取り出され、工具を装着した工具ホルダ（図示略）と交換されるようになっている。

前記ワーク支持テーブル１２の上面には、ワークＷと別体の被測定物としての治具２６が基準位置に取り付けられている。前記エア噴射ノズル２３は図１に示すように、噴射孔２７ａ及び圧力室２７ｂを有するノズル本体２７と、前記圧力室２７ｂに嵌入固定された絞り通路２８ａを有するオリフィス２８とを備えている。前記オリフィス２８の基端部には、コンプレッサー等の流体供給源としてのエア供給源２９から圧力エアが供給されるようになっている。前記エア噴射ノズル２３とエア供給源２９の間には電磁式の開閉弁Ｖが設けられている。前記噴射孔２７ａと絞り通路２８ａとの間には圧力検出室Ｒが形成され、この圧力検出室Ｒと連通するように、前記ノズル本体２７には圧力測定手段としての圧力測定器３０が装着されている。前記オリフィス２８を設けることによって、前記圧力検出室Ｒ内の圧力の変動が緩和されるようになっている。

この実施形態では、前記主軸装置２０、主軸２１、ノズルホルダ２２、エア噴射ノズル２３、ノズル本体２７、オリフィス２８及びエア供給源２９等によって流体噴射手段を構成している。

前記治具２６には、図１及び図２に示すように被測定面としての平面部２６ａが形成され、治具２６の平面部２６ａから所定距離だけ離隔した位置をＺ軸初期座標位置Ｐｚとしている。又、前記治具２６の右側の第１段部としての第１端面２６ｂ上の所定位置、つまり前記Ｚ軸初期座標位置ＰｚからＸ軸方向に所定距離だけ離隔した位置をＸ軸初期座標位置Ｐｘとしている。さらに、図２に示すように前記治具２６の上端の第２段部としての第２端面２６ｃ上の所定位置、つまりＺ軸初期座標位置ＰｚからＹ軸方向に所定距離だけ離隔した位置をＹ軸初期座標位置Ｐｙとしている。

前記治具２６の平面部２６ａには、切粉、ごみ等が付着しないように、ポリテトラフルオロエチレン等のコーティングが施されている。又、前記ノズル本体２７には、前記治具２６の平面部２６ａに付着した切粉等の異物を除去するための補助エア噴射ノズル（図示略）が設けられている。

次に、図７に基づいて、工作機械のワークの加工プログラムの補正を行なう制御システムについて説明する。
制御装置３１には各種の演算処理を行うための中央演算処理装置（ＣＰＵ）３２が設けられている。このＣＰＵ３２には、工作機械の動作を制御するための加工プログラム、あるいは測定プログラム等の各種のデータを記憶した書き換え可能な不揮発性メモリ３３が接続されている。又、前記ＣＰＵ３２には、各種のデータを記憶するための読み出し書き込み可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）３４が接続されている。前記ＣＰＵ３２には、入出力インターフェース３５を介して、キーボードあるいはマウス等の入力手段３６が接続されている。同じく前記ＣＰＵ３２には、入出力インターフェース３７を介して、報知手段としての表示装置３８が接続されている。同じく前記ＣＰＵ３２には、入出力インターフェース３９及び図示しない駆動回路を介して、Ｚ，Ｘ，Ｙ軸の各軸駆動機構４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃが接続され、主軸装置２０がＸ，Ｙ，Ｚ軸方向にそれぞれ数値制御移動されるようになっている。

前記ＣＰＵ３２には、入出力インターフェース３５を介して、前記圧力測定器３０が接続されている。前記ＣＰＵ３２には、前記入出力インターフェース３９及び図示しない駆動回路を介して前記エア供給源２９及び開閉弁Ｖが接続されている。

前記ＣＰＵ３２には、図１に示すように、エア噴射ノズル２３の先端面と、治具２６の平面部２６ａ又はワークＷとの間隔ｈ（例えば０．５ｍｍ）を一定に保持した状態で、主軸装置２０及びエア噴射ノズル２３を一定速度で移動するためのノズル移動制御手段としてのノズル定速移動制御手段４１が設けられている。又、前記ＣＰＵ３２には、Ｚ，Ｘ，Ｙ軸初期座標値設定手段４２が設けられ、Ｚ軸初期座標値、Ｘ軸初期座標値及びＹ軸初期座標値がそれぞれ設定されるようになっている。この３軸の初期座標値の設定は、前述した図１及び図２に示すように前記エア噴射ノズル２３をＺ軸，Ｘ軸，Ｙ軸の各初期座標位置Ｐｚ，Ｐｘ、Ｐｙに順次移動させた状態で、前記入力手段３６をオペレーターが操作することにより初期座標値設定手段４２によって順次設定される。

前記ＣＰＵ３２には初期Ｚ，Ｘ，Ｙ軸座標・圧力データ設定手段４３が設けられている。この座標・圧力データ設定手段４３は、図１に示すように、前記エア噴射ノズル２３をＺ軸初期座標位置Ｐｚを通るようにＺ軸方向に移動しながらノズル本体２７の噴射孔２７ａからエアを治具２６の平面部２６ａに向かって噴射し、このときの前記間隔ｈ、つまりＺ軸方向の座標と、圧力測定器３０によって測定された圧力との関係を図３のグラフに示すようにデータ化して設定する機能を備えている。又、前記座標・圧力データ設定手段４３は、前記エア噴射ノズル２３をＸ軸初期座標位置Ｐｘを通るようにＸ軸方向に移動しながらノズル本体２７の噴射孔２７ａからエアを治具２６の第１端面２６ｂに向かって噴射し、このときのＸ軸方向の座標と、圧力測定器３０によって測定された圧力との関係を図４のグラフに示すようにデータ化して設定する機能を備えている。同様に、前記座標・圧力データ設定手段４３は、前記エア噴射ノズル２３をＹ軸初期座標位置Ｐｙを通るようにＹ軸方向に移動しながらノズル本体２７の噴射孔２７ａからエアを治具２６の第２端面２６ｃに向かって噴射し、このときのＹ軸方向の座標と、圧力測定器３０によって測定された圧力との関係を図５のグラフに示すようにデータ化して設定する機能を備えている。

前記ＣＰＵ３２には、測定座標値演算手段４４が設けられている。この測定座標値演算手段４４は、ワークの加工後に前記各初期座標位置Ｐｚ，Ｐｘ，Ｐｙに前記エア噴射ノズル２３を移動して、それぞれ測定された測定圧力と、前記初期座標・圧力データとに基づいて、３軸の実際の測定座標値をそれぞれ演算する機能を備えている。

前記ＣＰＵ３２には移動量補正手段４５が設けられている。この移動量補正手段４５は、予め設定された３軸の初期座標値と、実際の測定座標値とに基づいて、加工プログラムの主軸装置２０の移動量を補正する機能を有している。

前記ＣＰＵ３２には、前記圧力測定器３０からの測定圧力データに基づいて、被測定物としてのワークＷの加工面の表面Ｗａの形状を演算するための表面形状演算手段４６が設けられている。同じく、前記ＣＰＵ３２には、ワークＷに加工された穴Ｗｂ，Ｗｃの中心座標Ｏ１ｘｙ，Ｏ２ｘｙを演算するための中心座標演算手段４７が設けられている。同じく、前記ＣＰＵ３２には、穴径Ｅを演算するための穴径演算手段４８が設けられている。前記中心座標演算手段４７及び穴径演算手段４８は、例えば図８及び図９に示すようにワークＷの表面Ｗａに二つの加工穴Ｗｂ，ＷｃがＸ軸方向に所定間隔をおいて形成されている場合に、次の手順によって中心座標Ｏ１ｘｙ，Ｏ２ｘｙ及び穴径Ｅを演算する。

最初に、前記ノズル定速移動制御手段４１によって、エア噴射ノズル２３をワークＷの表面Ｗａから所定間隔ｈだけ離隔した状態で、Ｘ軸方向に一定速度で移動して、エア噴射ノズル２３からエアをワークＷに向かって噴射し、このときの圧力を圧力測定器３０によって測定する。この測定された圧力は、図８に示すように横軸にＸ座標を縦軸に圧力を示すグラフの曲線Ｌｘのようになり、このデータが表面形状データとしてＲＡＭ３４に記憶される。従って、前記曲線Ｌｘの圧力が降下する傾斜部Ｌｄと、上昇する傾斜部Ｌｕの圧力変化点の中心点を中心座標演算手段４７により演算することによって、加工穴Ｗｂ，Ｗｃの中心Ｏ１，Ｏ２のＸ軸方向に関する座標Ｏ１ｘ，Ｏ２ｘを設定する。次に、エア噴射ノズル２３を図９に示すように穴Ｗｂ，Ｗｃをそれぞれ通るようにＹ軸方向に二回移動して、前記Ｘ座標に関する座標の測定演算と同様にして、前記加工穴Ｗｂ，Ｗｃの中心Ｏ１，Ｏ２のＹ軸方向に関する座標Ｏ１ｙ，Ｏ２ｙを演算する。前記Ｘ軸座標Ｏ１ｘ，Ｏ２ｘとＹ軸座標Ｏ１ｙ，Ｏ２ｙから中心座標演算手段４７により前記加工穴Ｗｂ，Ｗｃの中心座標Ｏ１ｘｙ，Ｏ２ｘｙを演算する。

次に、前記加工穴Ｗｂ，Ｗｃの中心座標Ｏ１ｘｙ，Ｏ２ｘｙをそれぞれ通るようにエア噴射ノズル２３をＸ軸（又はＹ軸）方向に移動して、圧力データを収集し、この圧力データに基づいて前記穴径演算手段４８により加工穴Ｗｂ，Ｗｃの穴径Ｅの寸法をそれぞれ演算する。この演算は上記圧力データの曲線Ｌｘ（又は曲線Ｌｙ）の傾斜部Ｌｄ及び傾斜部Ｌｕのそれぞれの中心点Ｔ１，Ｔ２の位置座標を求めることにより演算される。

前記ＣＰＵ３２には、ワークＷに加工された穴Ｗｂ，Ｗｃの中心Ｏ１，Ｏ２の距離Ｄ１を演算するための中心間距離演算手段４９が設けられている。この中心間距離演算手段４９は、先に演算された前記加工穴Ｗｂ，Ｗｃの中心座標Ｏ１ｘｙ，Ｏ２ｘｙに基づいて中心間距離Ｄ１を演算するようになっている。

前記書き換え可能な不揮発性メモリ３３には、ワークの加工動作を制御するための加工プログラムを記憶する加工プログラム記憶エリア５０が設けられるとともに、予め設定された初期Ｚ軸、Ｘ軸、Ｙ軸の各座標値を記憶するための初期座標値記憶エリア５１が設けられている。又、前記書き換え可能な不揮発性メモリ３３には、初期座標・圧力データを記憶するための初期座標・圧力データ記憶手段としての初期座標・圧力データ記憶エリア５２が設けられている。前記ＲＡＭ３４には、測定された３軸の圧力データを記憶するための測定・圧力データ記憶エリア５３が設けられるとともに、測定座標値演算手段４４によって演算された測定座標値を記憶するための測定座標値記憶手段としての測定座標値記憶エリア５４が設けられている。

次に、前記のように構成した工作機械の各種の動作について説明する。
図１０に基づいて、工作機械の各種の動作について説明する。
図１０のステップＳ１において、主軸装置２０に装着されたエア噴射ノズル２３のＺ，Ｘ，Ｙ軸の３軸方向の初期座標値を前述したように順次設定して、記憶エリア５１に記憶する。ステップＳ２において、前述したようにエア噴射ノズル２３の初期座標と圧力の関係を示す初期座標・圧力データを測定して、初期座標・圧力データ記憶エリア５２に記憶する。次に、ステップＳ３において主軸装置２０の主軸２１からエア噴射ノズル２３を取り外し、図示しない例えばドリルを装着した工具ホルダを主軸装置２０の主軸２１に装着する。

次に、ステップＳ４において、主軸装置２０を３軸方向に移動してドリルによりワークＷに穴の加工を行う。ワークＷには、図８及び図９に示すように、Ｘ軸方向に所定距離だけ離れた２カ所に穴Ｗｂ，Ｗｃが形成される。又、工具をドリルからフライスに交換することによって、ワークの表面が仕上げ加工される。

ステップＳ５において、加工終了後に、主軸２１から工具ホルダとともに加工具（ドリル）を取り外し、エア噴射ノズル２３を主軸装置２０の主軸２１に装着する。ステップＳ６において、加工されたワークＷの表面Ｗａからエア噴射ノズル２３の先端面をＺ軸方向に所定間隔ｈだけ離隔すると共に、間隔ｈを一定に保持した状態でエア噴射ノズル２３を前述したようにＸ軸方向及びＹ軸方向に移動して、圧力データを収集し、中心座標演算手段４７によって穴Ｗｂ，Ｗｃの中心座標Ｏ１ｘｙ，Ｏ２ｘｙを演算する。

次に、ステップＳ７において、穴径演算手段４８によって、前述したように穴Ｗｂ，Ｗｃの穴径Ｅの寸法を演算する。ステップＳ８において、先に求められた前記加工穴Ｗｂ，Ｗｃの中心座標Ｏ１ｘｙ，Ｏ２ｘｙに基づいて前記中心間距離演算手段４９によって、穴Ｗｂ，Ｗｃの中心間距離Ｄ１を演算する。又、ステップＳ９において、前記表面形状演算手段４６によって、ワークＷの表面Ｗａの平面状態の演算を行う。

次に、ステップＳ１０において、エア噴射ノズル２３を治具２６側に移動して、前述したように３軸の初期座標位置Ｐｚ，Ｐｘ，Ｐｙにおける圧力をそれぞれ測定し、これらの測定座標・圧力データを測定・圧力データ記憶エリア５３に記憶する。ステップＳ１１において、測定された各軸座標の圧力データと、予め記憶された初期座標・圧力データとに基づいて、前記測定座標値演算手段４４により３軸の測定座標値を演算する。ステップＳ１２において、３軸の初期座標値と、３軸の測定座標値に基づいて、前記移動量補正手段４５によって、加工プログラムの主軸装置２０の移動量を補正する。

これによって、次に加工されるワークＷの加工具による加工精度が高められる。
上記実施形態の工作機械における被測定物の表面形状判定装置によれば、以下のような効果を得ることができる。

（１）上記実施形態では、ワークＷからエア噴射ノズル２３を所定間隔ｈだけ離隔した状態で、かつ一定の速度でエア噴射ノズル２３をＸ軸方向又はＹ軸方向に移動しながらワークＷの表面Ｗａにエアを噴射して、圧力測定器３０によって圧力を測定するようにした。このため、その圧力変動によって、ワークＷの加工された表面Ｗａの平面度を測定することができる。

（２）上記実施形態では、エア噴射ノズル２３をワークＷの加工された複数の穴Ｗｂ，Ｗｃを通過するようにＸ軸方向及びＹ軸方向に移動して、それらの圧力変動を測定し、この圧力変動に基づいて、前記穴径演算手段４８及び中心間距離演算手段４９によって、前述したように穴径Ｅ寸法及び中心間距離Ｄ寸法を演算するようにした。このため、従来のような測定子を穴に挿入する必要がなく、測定作業を迅速かつ簡単に行うことができる。又、小径の穴の寸法測定や大径の穴の寸法の測定も容易に行うことができる。

（３）上記実施形態では、前記ワーク支持テーブル１２の近傍の基準位置に治具２６を設け、この治具２６に対するエア噴射ノズル２３の３軸方向の初期座標値をそれぞれ設定して初期座標値記憶エリア５１に記憶する。又、この状態における初期座標・圧力の関係を示すデータを測定して、初期座標・圧力データ記憶エリア５２に記憶する。さらに、ワークＷの加工後に再び、前記各軸の初期座標位置Ｐｚ，Ｐｘ，Ｐｙにエア噴射ノズル２３を順次移動して、エア噴射ノズル２３からエアを噴射して、実際の圧力を測定し、この測定された圧力データと、設定された初期座標・圧力データとに基づいて、測定座標値演算手段４４によって各軸の測定座標値を演算する。そして、移動量補正手段４５によって、３軸の初期座標値と、３軸の測定座標値の差に基づいて加工プログラムの主軸装置の移動量を補正するようにした。このため、加工プログラムの主軸装置２０の移動量の補正を適正に行うことができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○図１１に示すように、前記治具２６の第１端面２６ｂに対して、傾斜面２６ｄを形成し、ノズル本体２７がＸ軸（Ｙ軸）方向へ移動されると、治具２６とノズル本体２７の間隔ｈが増大するようにしてもよい。又、図１２に示すように、前記エア噴射ノズル２３の移動を斜め上方に数値制御し、治具２６とノズル本体２７の間隔ｈが増大するようにしてもよい。これらの場合には、図１３に示すように二点鎖線で示す曲線Ｌｘ（Ｌｙ）〔図４，５参照〕が、実線で示す曲線Ｌｘ（Ｌｙ）のようになり、軸方向の単位距離Δｘ（Δｙ）当たりの圧力Ｐの変化量ΔＰの割合が大きくなり、圧力の検出精度を向上して、主軸装置２０の３軸方向への移動量の補正精度を向上することができる。

○前記エア噴射ノズル２３に設けた前記圧力測定器３０を省略し、この圧力測定器３０を治具２６の平面部２６ａに設けてもよい。
○前記実施形態では主軸装置２０の主軸２１の先端部に測定専用のノズルホルダ２２とノズル２３を装着するようにしたが、主軸２１には工具ホルダ及び工具のみを装着し、主軸装置２０の外周面にエア噴射ノズル２３を装着してもよい。

○エア噴射ノズル２３に代えて、クーラント、油等の液体を噴射するノズルを用いてもよい。
○前記オリフィス２８を二箇所に設け、両オリフィス２８の間の中間圧力を圧力測定器３０により測定するようにしてもよい。

○前記治具２６に円形、四角形あるいは溝等を形成し、これらのエッジ部をＸ，Ｙ軸初期座標位置Ｐｘ，Ｐｙの設定と、Ｘ，Ｙ軸座標位置の測定に用いてもよい。
○圧力測定器３０により測定された圧力に基づいて前記表面形状演算手段４６によって、加工されたワークＷの表面Ｗａの面粗度を演算するようにしてもよい。

○前記圧力測定器３０によって測定された圧力を平滑化処理（フィルター処理）することにより圧力データの高周波成分を単純移動平均又は重み付移動平均等により除去するようにしてもよい。

この発明のエア噴射ノズルと被測定物の関係を示すＹ軸方向から見た縦断面図。 エア噴射ノズルと被測定物の関係を示すにＺ軸方向から見た正面図。 Ｚ軸座標とエア噴射ノズルによって噴射された圧力との関係を示すグラフ。 Ｘ軸座標とエア噴射ノズルによって噴射された圧力との関係を示すグラフ。 Ｙ軸座標とエア噴射ノズルによって噴射された圧力との関係を示すグラフ。 工作機械の全体構成を示す正面図。 制御システムのブロック回路図。 加工されたワークとエア噴射ノズルとの関係を示す断面図。 加工されたワークとエア噴射ノズルとの関係を示す平面図。 工作機械の各種の動作を説明するためのフローチャート。 この発明の別の実施形態を示す断面図。 この発明の別の実施形態を示す断面図。 別の実施形態の座標と圧力との関係を示すグラフ。

符号の説明

Ｐ…圧力、Ｗ…被測定物としてのワーク、Ｄ１…中心間距離、Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ…初期座標位置、Ｐｘ…Ｘ軸初期座標位置、Ｐｙ…Ｙ軸初期座標位置、Ｐｚ…Ｚ軸初期座標位置、Ｗａ…表面、Ｗｂ，Ｗｃ…穴、Ｏ１ｘ，Ｏ１ｙ，Ｏ２ｘ，Ｏ２ｙ…座標、２０…主軸装置、２３…ノズル、２６…被測定物としての治具、２６ａ…平面部、２６ｄ…傾斜面、４４…測定座標値演算手段、４５…移動量補正手段、４６…表面形状演算手段、４７…中心座標演算手段、４８…穴径演算手段、４９…中心間距離演算手段。

Claims (7)

1. Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の３軸方向に数値制御移動される主軸装置に装着した工具によりワークの加工を行うようにした工作機械において、
   前記主軸装置に装着されたノズルに流体供給源から流体を供給し、該ノズル先端から被測定物に流体を噴射する流体噴射手段と、
   前記流体噴射手段の流体の圧力を測定する圧力測定手段と、
   前記ノズルを主軸装置により移動させるノズル移動制御手段と、
   前記圧力測定手段により測定された流体の圧力の変化に基づいて、被測定物の表面形状を演算する表面形状演算手段と、
   前記表面形状演算手段により演算された表面形状データを報知する報知手段と
   を備えたことを特徴とする工作機械における被測定物の表面形状判定装置。
2. 請求項１において、前記表面形状演算手段は、被測定物に形成された段部又は穴の位置を演算するように構成されていることを特徴とする工作機械における被測定物の表面形状判定装置。
3. 請求項１又は２において、前記表面形状演算手段は、被測定物の平面度を演算するように構成されていることを特徴とする工作機械における被測定物の表面形状判定装置。
4. 請求項１において、被測定物としてのワークに形成された穴の中心座標演算手段、穴径演算手段及び複数の穴の中心間距離演算手段を備えていることを特徴とする工作機械における被測定物の表面形状判定装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項において、前記ノズル移動制御手段は、流体噴射手段のノズル先端と前記被測定物の表面との距離を一定に保持した状態で前記ノズルを主軸装置と共に一定速度で移動させるように構成されていることを特徴とする工作機械における被測定物の表面形状判定装置。
6. 請求項１において、被測定物はワークと別体で基準位置に配置された治具であり、
   前記主軸装置を前記治具の平面部と対向し、かつ前記ノズル先端と治具の平面部との間のＺ軸方向の距離を一定に保持したＺ軸初期座標位置におけるＺ軸初期座標値を設定するＺ軸初期座標値設定手段と、
   前記主軸装置を前記治具に形成された第１段部と対向し、かつ前記ノズル先端と第１段部との間のＺ軸方向の距離を一定に保持したＸ軸初期座標位置におけるＸ軸初期座標値を設定するＸ軸初期座標値設定手段と、
   前記主軸装置を前記治具に形成された第２段部と対向し、かつ前記ノズル先端と第２段部との間のＺ軸方向の距離を一定に保持したＹ軸初期座標位置におけるＹ軸初期座標値を設定するＹ軸初期座標値設定手段と、
   前記３軸の各初期座標位置を通るようにそれぞれ同軸方向に前記ノズルを移動させて流体を治具に噴射して圧力測定手段により測定された３軸の座標と圧力との関係を表す初期座標・圧力データをそれぞれ記憶する初期座標・圧力データ記憶手段と、
   ワークの加工後に、前記ノズルを前記３軸の各初期座標位置に順次移動して治具に流体を噴射して圧力測定手段により測定された３軸の圧力データと、前記初期座標・圧力データとに基づいて、３軸の測定座標値をそれぞれ演算する測定座標値演算手段と、
   前記測定座標値に基づいて加工プログラムの主軸装置の３軸方向への移動量を補正する移動量補正手段と
   を備えていることを特徴とする工作機械における被測定物の表面形状判定装置。
7. 請求項６において、前記治具の平面部と第１段部及び第２段部との間には、第１段部又は第２段部に近づくほどノズルの先端から離隔する傾斜面が設けられていることを特徴とする工作機械における被測定物の表面形状判定装置。

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