工件測量裝置、防止碰撞裝置和機床的制作方法

專利名稱：工件測量裝置、防止碰撞裝置和機床的制作方法
技術領域：
本發明涉及工件測量裝置、防止碰撞裝置和機床，特別是涉及對工件進行三維加工時所使用的合適的工件測量裝置、防止碰撞裝置和機床。
背景技術：
一般地在由數控裝置(以下表記為“NC” )控制機床進行加工時，要進行記述有機床工具移動的NC程序(加工用NC數據)的調試。即，事前把加工對象物即工件設置在機床的工作臺，操作者按每個步驟來進行NC程序以進行NC程序的驗證。這時，由于NC程序不良和操作者的誤操作等人為失誤則有可能使工具和滑塊等機床的一部分與工件接觸而破損(例如參照專利文獻1)。特別是在沒進行工件切削加工的工具定位作業等時，為了提高作業效率而進行加快動作速度的設定。在這種狀態下進行NC程序的調試時，當機床的一部分要與工件接觸時，通過操作者的判斷而瞬時使機床的主軸動作停止是困難的。為了防止上述由與工件接觸而引起的機床破損，提出各種技術方案。例如知道有檢測工件與工具接觸的傳感器，利用該傳感器來進行確認工具與工件有無接觸。另一方面，還知道有為了避免工件與工具等的碰撞而在與工件碰撞前使工具等停止的控制方法。在實施該控制方法時，必須要事前掌握工件的大小、尺寸、形狀和工件在工作臺上的位置等工件形狀的三維數據(3D-CAD數據)。但加工前的工件形狀三維數據多不能在事前掌握，需要通過測量工件等方法來掌握。作為掌握工件形狀三維數據的方法知道有非接觸測量的方法。例如知道有把立體物數字數據化的數字化儀(例如參照非專利文獻1)。還知道有利用非接觸位移計來測量像加工條痕(切削痕)那樣的微細表面形狀的技術(例如參照專利文獻2和3)。通過代替工具而把該位移計安裝在滑塊以掃描工件，則能夠高精度檢測工件的形狀。作為這樣得到的三維數據的表現方法知道有三維位圖的方法(例如參照專利文獻4)。且還知道有把上述工件檢測裝置與工具同樣地進行自動更換的技術(例如參照專利文獻5)。現有技術文獻專利文獻專利文獻1 (日本)特開2007-048210號公報專利文獻2 (日本)特開2004-012430號公報專利文獻3 (日本)特開2004-012431號公報專利文獻4 國際公開第02/023408號手冊
專利文獻5 (日本)特開平4-089513號公報非專利文獻非專利文獻1 “關于3-D數字化儀(Danae系列)的制品強化”從第15行到第 16行，“online” 2005年6月20日，[平成20年3月7日檢索]，英特網<URL :http/www. nec-eng. cc. jp/press/050620press. html>

發明內容
發明要解決的技術問題在使用上述檢測工件與工具接觸的傳感器的方法中，由于伴隨有接觸而不能提高工具等的動作速度，所以有效率不好的問題。且在滑塊與工件接觸的情況下等，由于是與工件接觸的部位，而有不能檢測與工件接觸的部位的問題。在上述非專利文獻1記載的技術中，在設置工件時需要與坐標系一致，有測量麻煩的問題。且有傳感器不能測量到工件形狀的區域即產生死角的問題。另外還有價格高的問題。在上述專利文獻2和3記載的技術中，為了在避免工件與工具等碰撞中使用而有得到的三維形狀數據過于詳細的問題。由于是利用機床的動作軸來使傳感器對工件的所有面進行掃描，所以有取得三維數據的效率不好的問題。由于需要與工件形狀一致而使傳感器掃描，所以在取得三維數據時，有工件和機床的一部分與傳感器的電線等產生干涉的問題。本發明是為了解決上述課題而開發的，目的在于提供一種工件測量裝置、防止碰撞裝置和機床，能夠容易取得在防止工件與機床的一部分產生碰撞時所使用的工件形狀的三維數據。解決技術問題的技術方案為了達到上述目的，本發明提供以下機構。本發明第一形態的工件測量裝置設置有測定部，其被安裝在安裝有加工加工對象物即工件的工具的主軸，以非接觸來掃描測定到所述工件的距離；形狀識別部，其生成把空間分割成多面體狀而形成的三維網格結構，根據測定的到所述工件的距離信息來計算所述工件的測定點坐標，在被所述三維網格結構的一單位包含的次數相對與所述一單位對應的所述工件位置進行掃描的次數的比率是規定的界限值以上時，所述計算的測定點把所述一單位作為所述工件的形狀而制作測定形狀圖。根據上述第一形態，由于根據被一單位所包含的測定點次數相對掃描次數的比率來制作工件的測定形狀圖，所以能夠確保工件的三維數據即測定形狀圖的精度。S卩，根據被一單位所包含的測定點次數相對掃描次數的比率來制作工件的測定形狀圖，與根據由一次掃描得到的距離信息等來制作測定形狀圖的情況相比，難于受到測定部的測定精度和從測定部到工件的距離等的影響，容易確保測定形狀圖的精度。且與更換成測定精度不同的測定部的方法等相比，通過調整測定到容易變更的工件的距離的掃描次數和界限值的值等，就能夠容易調整測定形狀圖的精度。另一方面，由于把測定部安裝在主軸，所以與把測定部安裝在其他部分相比，而容易確保測定形狀圖的精度。
即，由于把測定部安裝在為了在工件加工中使用而以高位置精度控制的主軸，所以能夠以高精度掌握測定部的配置位置。其結果是也能夠以高精度掌握相對具備上述主軸的機床等的工件的配置位置，容易確保相對機床等的測定形狀圖的位置精度。換言之，由于把測定形狀圖的制作和相對機床等的測定形狀圖的配置位置測定同時進行，所以與把工件的三維設計數據作為測定形狀圖來使用的方法相比，不需要另外進行相對機床等的測定形狀圖的配置位置測定即校準，測定形狀圖的制作容易。由于測定部能夠把測定到工件距離的地點設定多個，所以能夠防止產生工件有未測定區域，即，從測定部看到的工件的死角。如上所述，由于把測定部安裝在主軸，把測定地點設定多個，所以即使使測定部在多個地點之間移動，也能夠確保測定形狀圖的精度。而且通過在多個地點來測定從測定部到工件的距離，能夠防止產生工件有未測定區域而對工件整體進行測定。且由于是測定從被安裝在主軸的測定部到工件的距離，所以例如包括放置工件的工作臺和把工件向工作臺固定的固定夾具等也能夠同時測定從測定部開始的距離。因此， 能夠制作還包含工作臺、固定夾具等的測定形狀圖。該測定形狀圖與把工件的三維設計數據作為測定形狀圖來使用的情況相比，由于還包含有工作臺和固定夾具等，所以例如成為防止工件與機床的一部分碰撞的合適的測定形狀圖。上述第一形態中，所述一單位的一邊的尺寸優選根據所述工具和所述主軸向所述工件接近而轉移到所述工件的加工地點與所述工件之間的距離來設定。根據上述第一形態，由于把三維網格結構一單位的一邊的尺寸根據向工件接近的工具轉移到工件的加工地點與工件之間的距離來設定，所以在工具和主軸高速移動期間， 能夠防止工件與工具等接觸。即，通過根據測定形狀圖來控制工具和主軸的移動而能夠確保上述加工轉移地點與測定形狀圖的間隔。且由于把測定形狀圖中一單位的一邊的尺寸根據上述加工轉移地點與工件的距離來設定，所以在測定形狀圖與工件之間存在有不到上述距離的間隙。因此，實際的加工轉移地點與工件的距離是上述間隔和上述間隙的和，在工具和主軸高速移動期間能夠防止工件與工具等接觸。上述第一形態中，所述測定部設置有掃描測定到所述工件距離的傳感器頭、發送該傳感器頭測定的距離信息的發送部、向所述傳感器頭和所述發送部供給電力的電池，而且優選設置有接收從所述發送部發送的所述距離信息并把接收的所述距離信息向所述形狀識別部輸出的接收部。根據上述第一形態，測定部不使用進行電力供給、距離信息發送等的配線等就能夠進行到工件距離的測定，并把測定的距離信息向形狀識別部輸出。即，傳感器頭使用從電池供給的電力來測定到工件的距離，發送部經由接收部而把測定得到的距離信息向形狀識別部發送，都不需要使用進行電力供給和距離信息發送等的配線等。因此，測定部向主軸的安裝和拆卸容易，例如能夠由自動工具變換等自動更換裝置來進行測定部的更換。且由于不需要連接測定部與形狀識別部之間的配線等，所以能夠防止配線等與工件產生干涉。
上述第一形態中，所述測定部優選設置有安裝部，該安裝部經由所述主軸而接受電力供給并經由所述主軸把所述測定信息向所述形狀識別部輸出。根據上述第一形態，測定部不使用進行電力供給、距離信息發送等的配線等就能夠進行到工件的距離測定，并把測定的距離信息向形狀識別部輸出。即測定部經由主軸和安裝部而接受電力供給來測定到工件的距離，并把測定得到的距離信息經由主軸和安裝部向形狀識別部發送，因此，不需要另外設置進行電力供給和距離信息發送等的配線等。因此，由于不需要連接測定部與形狀識別部之間的配線等，所以能夠防止配線等與工件產生干涉。本發明第二形態的防止碰撞裝置設置有所述本發明的工件測量裝置、至少判斷所述主軸或所述工具與所述測定形狀圖之間的干涉的判斷部、根據該判斷部的判斷結果來控制所述主軸移動的控制部。根據本發明的第二形態，依據由上述本發明工件測量裝置制作的測定形狀圖而至少能夠防止主軸或工具與工件之間的碰撞。S卩，通過判斷比工件大的測定形狀圖與主軸等之間的干涉而能夠可靠地防止比測定形狀圖小的工件與主軸等的碰撞。本發明第三形態的機床配置有設置加工對象即工件的工作臺、安裝有加工所述工件的工具的主軸和所述本發明的防止碰撞裝置。根據上述第三形態，依據由上述本發明工件測量裝置制作的測定形狀圖而至少能夠防止主軸或工具與工件和工作臺等之間的碰撞。S卩，通過判斷比工件和工作臺等大的測定形狀圖與主軸等之間的干涉而能夠可靠地防止比測定形狀圖小的工件和工作臺等與主軸等的碰撞。根據本發明的工件測量裝置、防止碰撞裝置和機床，能夠具有如下的效果由于根據被一單位所包含的測定點次數相對掃描次數的比率來制作工件的測定形狀圖，所以能夠容易取得在防止工件與機床的一部分產生碰撞時所使用的工件形狀三維數據。


圖1是說明本發明第一實施例機床整體結構的模式圖；圖2是說明圖1機床中控制部的方塊圖；圖3是說明圖1測定部和滑塊結構的局部放大圖；圖4是說明測定形狀圖制作方法的流程圖；圖5是說明從測定部到工件的距離測定的模式圖；圖6是說明被形狀識別部定義的測定形狀圖的形狀的圖；圖7是說明本發明第二實施例機床結構的整體圖；圖8是說明圖7測定部結構的方塊圖；圖9是說明圖8機床控制部結構的方塊圖；圖10是說明本發明第三實施例機床結構的整體圖。
具體實施例方式[第一實施例]
以下參照圖1到圖5說明本發明第一實施例的機床。圖1是說明本實施例機床整體結構的模式圖。圖2是說明圖1機床中控制部的方塊圖。本實施例的機床1具備根據工件W等來制作測定形狀圖MP的工件測量裝置2和防止機床1的滑塊13和工具等與工件W等碰撞的防止碰撞裝置3，并且是把加工對象即工件W從五個方向進行加工的五面加工機，由NC來控制動作。 如圖1和圖2所示，機床1設置有向X軸方向移動的工作臺11、向Y軸方向移動的鞍座12、向Z軸方向移動的滑塊(主軸)13、被安裝在滑塊13來測定到工件W距離的測定部15、對工作臺11、鞍座12和滑塊13的移動進行NC控制的機床控制部16。如圖1所示，工作臺11是固定工件W的臺，被配置成能夠沿X軸方向移動。如圖 2所示，工作臺11被機床控制部16的移動控制部沈控制向X軸方向的移動。如圖1所示，鞍座12配置有滑塊13，且被配置在沿形成門形而跨越工作臺11設置的支承部14的Y軸方向延伸的梁部14A，能夠沿Y軸方向移動。如圖2所示，鞍座12被移動控制部沈控制向Y軸方向的移動。如圖1所示，在測定工件W的形狀時，滑塊13在工作臺11側的端部安裝有測定部 15，在對工件W進行切削加工時，安裝有工具。且把滑塊13配置在鞍座12并能夠沿Z軸方向移動。如圖2所示，滑塊13被移動控制部沈控制向Z軸方向的移動。圖3是說明圖1測定部和滑塊結構的局部放大圖。如圖1和圖3所示，測定部15是在制作工件W的測定形狀圖MP時使用的激光距離傳感器，被安裝在滑塊13的工作臺11側的端部。如圖3所示，測定部15變更在距離測定中使用的激光射出角θ來進行二維掃描 (掃描)。且通過使上述的滑塊13圍繞中心軸線L旋轉來由測定部15進行三維掃描。如圖2所示，由測定部15測量的從工件W和工作臺11等到測定部15的距離信息被向形狀識別部23輸入。機床控制部16在工件W切削加工前制作工件W的測定形狀圖ΜΡ，在記述切削工件 W的工具移動的NC程序調試時，根據制作的測定形狀圖MP來防止滑塊13和工具與工件W 碰撞，在工件W切削加工時，控制工作臺11、鞍座12和滑塊13的移動。如圖2所示，機床控制部16包括有在進行工件W加工時生成控制工具移動信號的程序存儲部21和程序解釋部22、制作工件W的測定形狀圖MP的形狀識別部23、存儲安裝在主軸的工具形狀的形狀存儲部Μ、干涉判斷部(判斷部)25和控制工作臺11、鞍座12 和滑塊13移動的移動控制部(控制部)26。在此，工件測量裝置2包括測定部15和形狀識別部23，防止碰撞裝置3包括工件測量裝置2、干涉判斷部25和移動控制部26。程序存儲部21存儲有記述進行工件W切削加工的工具移動路徑的NC程序。如圖2所示，程序存儲部21與程序解釋部22連接，把存儲在程序存儲部21的NC 程序向程序解釋部22輸出。程序解釋部22根據NC程序來制作關于工具移動量和移動速度的信息。如圖2所示，程序解釋部22與干涉判斷部25和移動控制部沈連接，把程序解釋部22制作的關于工具等移動量的信息向干涉判斷部25和移動控制部沈輸出。
形狀識別部23在進行NC程序的調試時制作防止滑塊13、工具等與工件W碰撞所使用的測定形狀圖MP。如圖2所示，形狀識別部23與測定部15和干涉判斷部25連接。形狀識別部23輸入測定部15測定的距離信息，并從形狀識別部23向干涉判斷部25輸出測定形狀圖MP的
fn息ο關于形狀識別部23的測定形狀圖MP制作方法則后述。形狀存儲部M存儲在向工件W接近時有可能碰撞的滑塊13和安裝在滑塊13的工具的形狀等。如圖2所示，形狀存儲部M與干涉判斷部25連接。把存儲在形狀存儲部M的滑塊13等的形狀向干涉判斷部25輸出。干涉判斷部25在NC程序調試時，通過判斷測定形狀圖MP與滑塊13等的干涉而來防止滑塊13和工具等與工件W碰撞。如圖2所示，干涉判斷部25與形狀識別部23、形狀存儲部M、程序解釋部22和移動控制部沈連接。干涉判斷部25從形狀識別部23輸入有測定形狀圖MP，從形狀存儲部 24輸入有滑塊13等的形狀，從程序解釋部22輸入有關于工具等的移動量等的信息。另一方面，把干涉判斷部25中的有無干涉的判斷結果向移動控制部沈輸出。移動控制部沈通過控制工作臺11、鞍座12和滑塊13的移動而來控制安裝在滑塊 13端部的工具等的移動量和移動速度。且在NC程序調試時，判斷測定形狀圖MP與滑塊13 等產生干涉的情況下，使工作臺11、鞍座12和滑塊13的移動停止。如圖2所示，移動控制部沈與程序解釋部22和干涉判斷部25連接。移動控制部 26從程序解釋部22輸入有工具等的移動量等的信息，從干涉判斷部25輸入有測定形狀圖 MP與滑塊13等有無干涉的判斷結果。另一方面，把在移動控制部沈制作的控制工作臺11、 鞍座12和滑塊13移動的控制信號分別向工作臺11、鞍座12和滑塊13輸出。接著說明由上述結構構成的機床1的工件W加工方法。在利用機床1加工工件W時，首先使用固定夾具J把工件W固定在工作臺11上 (參照圖5)。然后如圖2所示，從程序存儲部21把NC程序以一數據組(一個移動單位，例如一線段)單位向程序解釋部22輸出。程序解釋部22根據NC程序來制作關于工具等的移動量和移動速度的信息，并向移動控制部沈輸出。移動控制部沈把輸入的信息分解成工作臺11、鞍座12和滑塊13的移動量和移動速度，并分別輸出控制工作臺11、鞍座12和滑塊13的移動量和移動速度的控制信號。被從移動控制部沈輸入了控制信號的工作臺11、鞍座12和滑塊13被各自具備的電動機基于輸入的控制信號所驅動，進行工件W的加工。接著，說明本實施例特長的工件W的測定形狀圖MP制作方法和使用制作的測定形狀圖MP來防止工件W與機床1的一部分碰撞的方法。在此說明的工件W的測定形狀圖MP制作和防止碰撞控制例如在進行上述的工件 W加工前階段的NC程序調試，即，檢查工件W與滑塊13和工具有無干涉時進行。圖4是說明測定形狀圖制作方法的流程圖。圖5是說明從測定部到工件的距離測定的模式圖。首先，如圖5所示，在工作臺11上設置工件W(步驟Si)。這時，工件W被固定夾具 J固定在工作臺11。然后如圖3所示，在滑塊13的端部安裝測定部15 (步驟S2)。測定部15和機床控制部16的形狀識別部23例如通過電線等被連接成能夠向測定部15供給電力和把測定部 15測定的距離信息向形狀識別部23輸入(參照圖2)。如圖5所示，若把測定部15安裝到滑塊13，則測定部15向第一測定位置Pl移動， 測定從測定部15到工件W的距離(步驟S3)。如圖3所示，測定部15 —邊改變掃描角度θ —邊射出激光，測定從測定部15到工件W的距離r。換言之，進行二維掃描。這時，同時還測定從測定部15到工作臺11的距離和從測定部15到固定夾具J的距離。進而使滑塊13圍繞中心軸線L旋轉，測定部15改變激光的掃描方向并再次進行二維掃描。由此來進行工件W的三維掃描。若第一測定位置Pl的三維掃描完成，則接著使測定部15向第二測定位置P2移動，再次進行工件W的三維掃描。該第二測定位置P2是能夠測定測定部15從第一測定位置Pl三維掃描工件W時出現的死角BA，換言之，未測量區域的位置。作為這些測定位置例如能夠舉出工件W的上方(Z軸正方向)、前方(X軸正方向)、后方(X軸負方向)、兩側方(Y軸正方向和負方向)這五個部位。由于測定位置的數量和場所隨工件W的配置位置和形狀以及從測定部15射出的激光的反射率等而變化，所以沒有特別的限定。如圖2所示，測定部15測定的距離r和掃描角度θ被輸入到形狀識別部23。且測定距離r時的滑塊13的位置0CrJr、Zr)以及滑塊13的旋轉角度Φ也被輸入到形狀識別部23。形狀識別部23根據這些被輸入的信息而依據以下的計算式來計算被測定了距離 r的工件W的測定點坐標(Xm、Ym、Zm)(步驟S4)。Xm = Xr+r ‘ sin θYm = Yr+r · sin ΦZm = Zr-r · cos Φ · cos θ圖6是說明被形狀識別部定義的測定形狀圖的形狀的圖。形狀識別部23把測量空間分割成六面體狀的三維網格區域，即，生成三維網格結構，對包含有上述測定點坐標(Xm、Ym、Zm)的三維網格結構一單位(以下表記為“體積元素 (#々*>)”)進行投票，定義測定形狀圖MP (步驟S5)。具體說就是，每進行測定部15的二維掃描就對包含測定點坐標的體積元素進行投票，例如登錄為“1”。把該處理對所有的二維掃描進行。其結果是，對于各體積元素最多地與進行的二維掃描的次數相應地被投票，最少的情況是一次投票也沒有。形狀識別部23根據相對進行了二維掃描的總數的投票次數來判斷各體積元素內是否包含有工件W。即，在投票次數相對進行了二維掃描的總數的比率比規定界限值高的情況下，則判斷該體積元素內包含有工件W，在比規定界限值低的情況下，則判斷該體積元素內不包含有工件W。
規定的界限值隨測定部15的測定精度、工件W的反射率等而變化，沒有特別的限定。另一方面，上述體積元素一邊的尺寸要根據機床1加工時從使工具向工件W接近的接近模式向由工具進行工件W切削加工的加工模式切換時，工具和滑塊13等機床1的部位與工件W的距離來設定。該距離要綜合考慮機床1的性能和用途、工件的規格、操作者的操作性、測量的處理速度等項目來設定。因此，作為體積元素一邊的尺寸能夠例示從Imm左右到40mm左右的值，但由于是考慮上述項目而變動的值，所以沒有特別的限定。若形狀識別部23制作測定形狀圖MP，則接著進行NC程序的調試作業。首先，在滑塊13的端部安裝工件W加工所使用的端銑刀等工具。且如圖2所示，按照操作者的指示把每一數據組的NC程序從程序存儲部21向程序解釋部22輸出，并從程序解釋部22把關于工具等的移動量等的信息向干涉判斷部25輸入。干涉判斷部25根據輸入的工具等的移動量等信息、從形狀識別部23輸入的測定形狀圖MP、從形狀存儲部M輸入的工具和滑塊13的形狀來判斷有無干涉。向干涉判斷部25輸入的工具和滑塊13的形狀被預先存儲在形狀存儲部24，是進行調試作業等時被安裝在機床1的工具和滑塊13的形狀。干涉判斷部25根據關于工具等的移動量等的信息來判斷在工具和滑塊13移動時，工具或滑塊13是否與測定形狀圖MP產生干涉，把判斷結果向移動控制部沈輸出。在干涉判斷部25判斷產生干涉的情況下，移動控制部沈終止實行產生干涉的NC 程序，防止工具或滑塊13與工件W碰撞。另一方面，在干涉判斷部25判斷不產生干涉的情況下，移動控制部沈根據被輸入的工具等的移動量等的信息而向工作臺11、鞍座12和滑塊13輸出控制信號。根據上述結構，由于根據被體積元素所包含的測定點次數相對二維掃描次數的比率來制作工件W的測定形狀圖MP，所以能夠確保工件W的三維數據即測定形狀圖MP的精度。因此，能夠容易取得防止工件W與機床1的滑塊13等碰撞時所使用的工件W形狀的三維數據。S卩，根據被體積元素所包含的測定點次數相對二維掃描次數的比率來制作工件W 的測定形狀圖MP，與根據由一次掃描得到的距離信息等來制作測定形狀圖MP的情況相比， 難于受到測定部15的測定精度和從測定部15到工件W的距離r等的影響，容易確保測定形狀圖MP的精度。且與更換成測定精度不同的測定部15的方法等相比，通過調整容易變更的二維掃描的次數、界限值的值等就能夠容易調整測定形狀圖MP的精度。另一方面，由于把測定部15安裝在滑塊13，所以與把測定部15安裝在其他部分相比而能夠容易確保測定形狀圖MP的精度。S卩，由于把測定部15安裝在為了加工工件W使用而以高位置精度控制的滑塊13， 所以能夠以高精度掌握測定部15的配置位置。其結果是也能夠以高精度掌握相對具備滑塊13的機床1的工件W的配置位置，能夠容易確保相對機床1的測定形狀圖MP的位置精度。
換言之，由于把測定形狀圖MP的制作和相對機床1的測定形狀圖MP的配置位置測定同時進行，所以與把工件W的三維設計數據作為測定形狀圖MP來使用的方法相比，不需要另外進行相對機床1的測定形狀圖MP的配置位置測定即校準，能夠容易制作測定形狀圖MP。通過測定部15能夠把測定到工件W距離r的地點設定多個，就能夠防止產生工件 W有未測定區域，即防止產生從測定部看的工件W的死角BA。由于把測定部15安裝在滑塊13，把測定地點設定多個，所以即使使測定部15在多個地點之間移動，也能夠確保測定形狀圖MP的精度。而且通過在多個地點P1、P2來測定從測定部15到工件W的距離r，能夠防止產生工件W有死角BA而對工件W整體進行測定。且由于是測定從被安裝在滑塊13的測定部15到工件W的距離r，所以例如也包含放置工件W的工作臺11和把工件W向工作臺固定的固定夾具J等，能夠同時測定從測定部 15開始的距離。因此，能夠制作還包含工作臺11、固定夾具J等的測定形狀圖MP。該測定形狀圖MP與把工件W的三維設計數據作為測定形狀圖MP來使用的情況相比，由于還包含有工作臺11和固定夾具J等，所以成為防止工件W與機床1的滑塊13等碰撞的合適的測定形狀圖MP。由于把體積元素的一邊的尺寸根據向工件W接近的工具轉移到工件W的加工地點與工件W之間的距離來設定，所以在工具和滑塊13高速移動期間，能夠防止工件W與工具等接觸。S卩，通過根據測定形狀圖MP來控制工具和滑塊13的移動而能夠確保上述加工轉移地點與測定形狀圖MP的間隔。且由于把測定形狀圖MP中體積元素的一邊的尺寸根據上述加工轉移地點與工件 W的距離來設定，所以在測定形狀圖MP與工件W之間存在有不到上述距離的間隙。因此，實際的加工轉移地點與工件W的距離是上述間隔和上述間隙的和，在工具和滑塊13高速移動期間能夠防止工件W與工具等接觸。[第二實施例]下面參照圖7到圖9來說明本發明的第二實施例。本實施例機床的基本結構與第一實施例相同，但測定部和機床控制部的結構與第一實施例不同。因此，使用圖7到圖9僅說明本實施例的測定部和機床控制部的周邊，省略相同結構元件等的說明。圖7是說明本實施例機床結構的整體圖。圖8是說明圖7測定部結構的方塊圖。對于與第一實施例相同的結構元件則付與相同的符號而省略其說明。如圖7和圖8所示，機床101設置有向X軸方向移動的工作臺11、向Y軸方向移動的鞍座12、向Z軸方向移動的滑塊13、被安裝在滑塊13并且測定到工件W距離的測定部 115和對工作臺11、鞍座12和滑塊13的移動進行NC控制的機床控制部116。如圖7所示，測定部115是在制作工件W的測定形狀圖MP時使用的激光距離傳感器，被安裝在滑塊13的工作臺11側的端部。且測定部115與加工工件W的工具等同樣地能夠利用機床101的自動工具變換而向滑塊13的端部裝卸。如圖8所示，在測定部115設置有傳感器頭121、傳感器控制部122、發送部123和電池1M。傳感器頭121變更在距離測定中使用的激光的射出角θ來進行二維掃描(掃描)O如圖8所示，傳感器頭121與傳感器控制部122和電池IM連接。傳感器頭121 從傳感器控制部122輸入控制信號，且電力由電池IM供給。另一方面，由傳感器頭121測量的距離信息向傳感器控制部122輸出。傳感器控制部122控制從傳感器頭121激光的射出和掃描角度θ。如圖8所示，傳感器控制部122與傳感器頭121、發送部123和電池IM連接。傳感器控制部122從傳感器頭121輸入測定的距離信息，電力由電池IM供給。另一方面，從傳感器控制部122向傳感器頭121輸出控制信號，向發送部123輸出距離信息。發送部123把傳感器頭121測定的距離信息向機床控制部116的接收部131無線發送。如圖8所示，發送部123與傳感器控制部122和電池IM連接。發送部123從傳感器控制部122輸入距離信息，電力由電池IM供給。向發送部123輸入的距離信息被無線向接收部131發送。電池124向傳感器頭121、傳感器控制部122和發送部123供給電力。如圖8所示，電池124與傳感器頭121、傳感器控制部122和發送部123能夠供給電力地連接。機床控制部116在工件W切削加工前制作工件W的測定形狀圖ΜΡ，在記述切削工件W的工具移動的NC程序調試時，根據制作的測定形狀圖MP來防止滑塊13和工具與工件 W碰撞，在工件W切削加工時，控制工作臺11、鞍座12和滑塊13的移動。圖9是說明圖8機床控制部結構的方塊圖。如圖9所示，在機床控制部116設置有接收從測定部115發送的距離信息的接收部131、程序存儲部21和程序解釋部22、形狀識別部23、形狀存儲部Μ、干涉判斷部25和移動控制部26。接收部131接收從測定部115的發送部123無線發送的距離信息。如圖9所示，接收部131與形狀識別部23連接，把接收的距離信息向形狀識別部 23輸出。下面說明本實施例的發送部123和機床控制部116的作用。本實施例的測定部115與加工工件W的工具同樣地能夠利用自動工具變換而向滑塊13自動裝卸。在測定從測定部115到工件W的距離時，從傳感器控制部122向傳感器頭121輸出控制信號，從傳感器頭121輸出測定用激光。把傳感器頭121測定的距離信息從傳感器頭121向傳感器控制部122輸出，并從傳感器控制部122向發送部123輸出。如圖8和圖9所示，發送部123把輸入的距離信息利用無線向機床控制部116發送。由無線發送的距離信息被接收部131接收，并從接收部131向形狀識別部23輸出。由于以后的作用與第一實施例相同，所以省略其說明。根據上述結構，測定部115不使用進行電力供給和距離信息發送等的配線等就能夠進行到工件W的距離測定，并把測定的距離信息向形狀識別部23輸出。S卩，傳感器頭121 使用從電池1 供給的電力來測定到工件W的距離，發送部123經由接收部131而把測定
12得到的距離信息向形狀識別部發送，因此，不需要使用進行電力供給和距離信息發送等的配線等。因此，測定部115向滑塊13的安裝和拆卸容易，例如能夠由自動工具變換等自動更換裝置來進行測定部115的更換。且由于不需要連接測定部115與形狀識別部23之間的配線等，所以能夠防止配線等與工件W的干涉。[第三實施例]下面參照圖10來說明本發明的第三實施例。本實施例機床的基本結構與第一實施例相同，但滑塊和測定部的安裝方法與第一實施例不同。因此，使用圖10僅說明本實施例的滑塊和測定部的周邊，省略相同結構元件等的說明。圖10是說明本實施例機床結構的整體圖。對于與第一實施例相同的結構元件則付與相同的符號而省略其說明。如圖10所示，機床201設置有向X軸方向移動的工作臺11、向Y軸方向移動的鞍座12、向Z軸方向移動的滑塊13和被安裝在滑塊13的測定單元215。測定單元215設置有測定到工件W的距離的測定部15和被安裝在滑塊13的安裝部216。安裝部216設置有測定部15，是能夠向滑塊13裝卸的配件。在安裝部216設置有與滑塊13之間供給電力和傳送控制信號與距離信息等信號的接口(未圖示)。本實施例適當地說明了從滑塊13的端部向Z軸方向延伸且把測定部15支承在中心軸線沿Z軸的方向的安裝部216，但并不限定于該結構，例如也可以是中心軸線與X-Y平面平行地支承測定部15的結構和能夠任意控制測定部15中心軸線的方向的結構，沒有特別的限定。測定單元215與第一和第二實施例同樣地在進行NC程序調試等時被安裝在滑塊 13。安裝作業使用在工件W加工時所使用的配件更換作業用更換裝置(未圖示)，與加工用配件同樣地自動進行。如工件W加工時等那樣，在不使用測定單元215的情況下，與加工用配件同樣地被收存在機床201所設置的自動更換用收存箱(未圖示)內。根據上述結構，測定部15不使用進行電力供給和距離信息發送等的配線等就能夠進行到工件W的距離測定，并把測定的距離信息向形狀識別部23輸出。S卩，測定部15經由滑塊13和安裝部216來接受電力的供給并測定到工件W的距離，把測定得到的距離信息經由滑塊13和安裝部216向形狀識別部23發送，因此，不需要另外設置進行電力供給和距離信息發送等的配線等。因此，由于不需要連接測定部15與形狀識別部23之間的配線等，所以能夠防止配線等與工件W的干涉。符號說明1、101機床 2、102工件測量裝置 3、103防止碰撞裝置13滑塊(主軸) 15、115測定部 23形狀識別部
25干涉判斷部(判斷部) 沈移動控制部(控制部)121傳感器頭 123發送部 IM電池 216安裝部W工件 MP測定形狀圖
權利要求
1.一種工件測量裝置，其中，設置有測定部，其被安裝在安裝有加工加工對象物即工件的工具的主軸，以非接觸來掃描測定到所述工件的距離；形狀識別部，其生成把空間分割成多面體狀而形成的三維網格結構，根據測定的到所述工件的距離信息來計算所述工件的測定點坐標，在被所述三維網格結構的一單位包含的次數相對與所述一單位對應的所述工件位置進行掃描的次數的比率是規定的界限值以上時，所述計算的測定點把所述一單位作為所述工件的形狀而制作測定形狀圖。
2.如權利要求1所述的工件測量裝置，其中，所述一單位的一邊的尺寸根據所述工具和所述主軸向所述工件接近而轉移到所述工件的加工地點與所述工件之間的距離來設定。
3.如權利要求1或2所述的工件測量裝置，其中，所述測定部設置有掃描測定到所述工件距離的傳感器頭、發送該傳感器頭測定的距離信息的發送部、向所述傳感器頭和所述發送部供給電力的電池，而且設置有接收從所述發送部發送的所述距離信息并把接收的所述距離信息向所述形狀識別部輸出的接收部。
4.如權利要求1或2所述的工件測量裝置，其中，所述測定部設置有經由所述主軸而接受電力供給并經由所述主軸把所述測定信息向所述形狀識別部輸出的安裝部。
5.一種防止碰撞裝置，其中，設置有權利要求1到權利要求4所述的工件測量裝置、至少判斷所述主軸或所述工具與所述測定形狀圖之間的干涉的判斷部、根據該判斷部的判斷結果來控制所述主軸移動的控制部。
6.一種機床，其中，配置有設置加工對象即工件的工作臺、安裝有加工所述工件的工具的主軸和權利要求5所述的防止碰撞裝置。
全文摘要
提供一種工件測量裝置、防止碰撞裝置和機床，能夠容易取得在防止工件與機床的一部分產生碰撞時所使用的工件形狀的三維數據。工件測量裝置設置有測定部(15)，其被安裝在安裝有加工加工對象物即工件的工具的主軸，以非接觸來掃描測定到所述工件的距離；形狀識別部(23)，其生成把空間分割成多面體狀而形成的三維網格結構，根據測定的到所述工件的距離信息來計算工件的測定點坐標，在計算的測定點被一單位包含的次數相對與三維網格結構一單位對應的工件位置進行掃描的次數的比率是規定的界限值以上時，把一單位作為是所述工件的形狀而制作測定形狀圖。
文檔編號G05B19/4097GK102472617SQ20098016000
公開日2012年5月23日 申請日期2009年11月10日 優先權日2009年11月10日
發明者久良賢二, 佐佐野祐一, 川內直人, 松下裕一, 松村昭彥, 樋口優, 淺野伸 申請人:三菱重工業株式會社