CN104937371A - 法线检测装置、加工装置及法线检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种法线检测装置、加工装置及法线检测方法。本发明的法线检测装置具备：非接触式距离传感器(31)，在钻头主体(22)的周围且与钻头主体(22)的轴线(CL)正交的配置平面上配置有4个以上，并且各个距离测定轴(ML)与轴线(CL)交叉，测定至加工物的加工面(56)为止的距离；及PC，根据基于各非接触式距离传感器(31)的测定值及各非接触式距离传感器(31)相对于轴线的角度计算加工面(56)的近似面，将该近似面的法线作为加工面(56)的法线来求出。由此，法线检测装置在加工面(56)上有凹凸时也能够检测加工面(56)的法线方向，且能够确保用于设置加工机的空间，并使加工轴的轴线仿效加工面(56)的法线。

Description

法线检测装置、加工装置及法线检测方法

技术领域

本发明涉及一种法线检测装置、加工装置及法线检测方法。

背景技术

一直以来，作为检测3维工件的加工面等曲面的法线方向的方法，已知有专利文献1中记载的方法。

专利文献1中记载的方法是在对象物的曲面上设置在基准点附近至少测定3点的位置的测距构件，根据各测定位置的位置，设定包含各测定位置的假想平面，并检测该假想平面的法线方向的方法。

专利文献1中记载的方法中，当测定对象中存在突起部或高低差等凹凸时，无法检测正确的法线。并且，专利文献1中并未充分公开利用4点以上的测定位置时的平面近似的方法。

另一方面，专利文献2中公开有如下方法，即，在距测定轴的旋转(加工)中心沿半径方向偏离偏心量R而配置距离传感器，并使距离传感器以测定轴为中心回转，从而获取至被测定面为止的连续的距离信息，从距离信息排除高低差部，由此检测法线。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开平3-57910号公报

专利文献2：日本专利公开昭62-191710号公报

发明内容

发明要解决的技术课题

然而，专利文献2中记载的方法中，需要用于使距离传感器旋转的机构或在旋转中心附近配置距离传感器，存在无法确保用于配置加工机的空间的问题。并且，即使将专利文献2中记载的方法适用于加工机，也存在无法获得为了使加工机的加工轴的轴线向检测出的法线对位而充分的控制信息的问题。

本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种加工面上有凹凸时也能够检测加工面的法线方向，且能够确保用于设置加工机的空间，并使加工轴的轴线仿效加工面的法线的法线检测装置、加工装置及法线检测方法。

用于解决技术课题的手段

为了解决上述课题，本发明的法线检测装置、加工装置及法线检测方法采用以下方法。

本发明的第1方式所涉及的法线检测装置具备：距离测定构件，在加工机的周围且与该加工机的加工轴正交的平面上配置有4个以上，并且各个测定轴与所述加工轴交叉，测定至加工物的加工面为止的距离；及运算构件，根据基于各所述距离测定构件的测定值及各所述距离测定构件相对于所述加工轴的角度计算所述加工面的近似面，将该近似面的法线作为所述加工面的法线来求出。

本结构所涉及的法线检测装置中，在加工机的周围配置有4个以上的距离测定构件。各距离测定构件在与加工机的加工轴正交的平面上配置有4个以上，并且各个测定轴与加工轴交叉而配置。另外，加工轴例如为与z轴平行的轴，构成上述平面的轴为x轴及y轴。

并且，运算构件根据基于各距离测定构件的测定值及各距离测定构件相对于加工轴的角度计算加工面的近似面。相对于加工轴的角度例如为距离测定构件的测定轴与加工轴的交叉角度、与加工轴正交的平面上的距离测定构件的配置角度。若对配置角度进行详述，是以该平面上的规定轴(例如，x轴)为基准的至距离测定构件为止的方位角度。

由此，只要至少有基于距离测定构件的3点的测定值，运算构件就能够准确地求出加工面的近似面。并且，近似面的法线被当作加工面的法线。

并且，只要有3点的测定值就能够计算加工面的近似面，但是本结构中具备4个以上的距离测定构件。因此，加工面上有高低差或突起等凹凸，并且存在测定出不适于近似面的计算的至凹凸为止的距离的距离测定构件时，具备4个以上的距离测定构件的本结构也能够排除该测定值来计算近似面。

而且，4个以上的距离测定构件配置于加工机的周围，因此能够确保用于设置加工机的空间，并使加工轴的轴线仿效法线。

如以上，本结构在加工面上有凹凸时也能够检测加工面的法线方向，且能够确保用于设置加工机的空间，并使加工轴的轴线仿效加工面的法线。

上述第1方式中，优选所述运算构件将所述近似面与所述距离测定构件之间的距离超出规定范围的基于所述距离测定构件的所述测定值判定为不适于所述近似面的计算的所述测定值。

本结构能够简单地判定不适于近似面的计算的测定值。

上述第1方式中，优选所述加工物的曲率越大，所述规定范围设定为越大。

本结构能够抑制不适于近似面的计算的测定值的误判定，因此能够以更高精确度计算近似面。

上述第1方式中，优选所述运算构件排除不适于所述近似面的计算的所述测定值，并再次求出近似面。

本结构能够计算不受加工面的凹凸影响的更准确的近似面。

上述第1方式中，优选相对于所述加工轴的角度为所述距离测定构件的测定轴与所述加工轴之间的交叉角度、及以构成所述平面的规定轴为基准的至所述距离测定构件为止的方位角度。

本结构能够简单且高精确度地计算近似面。

本发明的第2方式所涉及的加工装置具备：加工机，对加工物进行加工；及上述中记载的法线检测装置，并且，使所述加工机与所述加工物相对移动，以使所述加工机的加工轴仿效通过所述法线检测装置检测出的法线。

上述第2方式中，优选在使所述加工轴的轴线仿效所述加工面的法线之后，在使所述加工机的前端与相对于所述加工物的加工点接触的状态下，通过所述距离测定构件进行距离测定，当排除了不适于所述近似面的计算的所述测定值后的所述距离测定构件的测定值的偏差包含在预先确定的容许范围内时，进行基于所述加工机的加工。

本结构能够实现更高精确度的加工。

本发明的第3方式所涉及的法线检测方法包含：第1工序，在加工机的周围且与该加工机的轴线正交的平面上配置4个以上，并且使各个测定轴与所述加工轴交叉，测定至加工物的加工面为止的距离；及第2工序，根据基于各所述距离测定构件的测定值及各所述距离测定构件相对于所述加工轴的角度计算所述加工面的近似面，将该近似面的法线作为所述加工面的法线来求出。

发明效果

根据本发明，具有如下优异效果，即，加工面上有凹凸时也能够检测加工面的法线方向，且能够确保用于设置加工机的空间，并使加工轴的轴线仿效加工面的法线。

附图说明

图1是本发明的实施方式所涉及的加工装置的立体图。

图2A是本发明的实施方式所涉及的加工装置的侧视图，表示夹具框与加工机支承体分离的状态。

图2B是本发明的实施方式所涉及的加工装置的侧视图，表示夹具框与加工机支承体连结的状态。

图3是表示本发明的实施方式所涉及的钻头单元的纵剖视图。

图4是表示本发明的实施方式所涉及的法线检测装置的电结构的框图。

图5是表示本发明的实施方式所涉及的法线检测方法的概要的示意图。

图6是表示本发明的实施方式所涉及的非接触式距离传感器的配置位置的详细内容的示意图。

图7是表示本发明的实施方式所涉及的法线检测处理的流程的流程图。

图8A是表示本发明的实施方式所涉及的加工物的曲率与测定位置之间的关系的示意图，表示曲率较小的加工物的测定位置。

图8B是表示本发明的实施方式所涉及的加工物的曲率与测定位置之间的关系的示意图，表示曲率较大的加工物的测定位置。

图9是表示本发明的实施方式所涉及的A轴的仿效角度α及B轴的仿效角度β的示意图。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明所涉及的实施方式进行说明。

图1是本实施方式所涉及的加工装置1的立体图。该加工装置1为例如以钻头对形成航空器的翼或机身等的弯曲的板材状加工物2实施开孔的装置，但并不限定于开孔，也可适用于磨削或铆钉的打钉之类的其他种类的加工或这些加工之后的检查等。图2是加工装置1的侧视图。图2(A)表示夹具框3与加工机支承体5分离的状态，图2(B)表示夹具框3与加工机支承体5连结的状态。

如图1及图2(A)、(B)所示，加工装置1具备用于固定加工物2的夹具框3、及支承钻头单元4的加工机支承体5。并且，具备以能够分离的方式连结夹具框3与加工机支承体5的连结部6。加工物2可以是单曲面(单轮廓)也可以是复合曲面(双轮廓)。

夹具框3例如由方管等构成，具备俯视观察时呈H字形状的脚部3a、及从该脚部3a的中央部铅垂地竖立的框体3b。在脚部3a上例如设置有6个脚轮7，由此整个夹具框3能够在设置有加工装置1的工厂车间等设置面10上自由地移动。另外，为了便于说明，将夹具框3的宽度方向称作x轴方向，将铅垂方向称作y轴方向，并且将与x轴方向正交的水平方向称作z轴。并且，将绕x轴方向的移动方向称作A方向，将绕y轴的移动方向称作B方向。

夹具框3的框体3b为如包围加工物2的尺寸，加工物2经由未图示的定位器(保持件)，以其弯曲面朝向z轴方向且其弯曲的弦沿着y轴方向的姿势安装于框体3b。另外，基于夹具框3的加工物2的支承形态和加工物2的面方向并不仅限于该例。另外，实际上，框体3b彼此的间隔为比图1中描绘的间隔更宽的跨距。

另一方面，加工机支承体5中，在与夹具框3同样地能够通过脚轮12在设置面10上自由地移动的底座部13上，经由x轴滑块14铅垂地立设有主柱部15，该主柱部15上经由y轴滑块17(坐标位置调整部)设置有z轴滑块18(坐标位置调整部)，在z轴滑块18的下侧安装有钻头单元4。

并且，水平梁部件19从主柱部15的上端附近沿z轴方向延伸，在其自由端设置有前述的连结部6。作为连结部6的具体结构，可考虑使和与夹具框3的框体3b的上部之间形成的未图示的凹凸形状锁扣嵌合的方式或通过强力电磁铁吸附的方式等。

如图1及图2(B)所示，加工机支承体5通过在进入夹具框3的脚部3a的H字形状之间的位置，使连结部6与夹具框3的框体3b连结来准确地被定位并固定。夹具框3的框体3b的跨距与加工机支承体5的底座部13的宽度相比充分宽，因此加工机支承体5能够在夹具框3的框体3b之间沿x轴方向移动，在沿着安装于夹具框3的加工物2的长边方向(x轴方向)改变连结部6的连结位置的同时进行加工物2的加工。

另外，在脚轮7、12上装有使转动停止的制动构件，通过解除其制动，能够使夹具框3与加工机支承体5在一体连结的状态下在设置面10上移动。

作为钻头单元4的坐标位置调整部的x轴滑块14、y轴滑块17及z轴滑块18在夹具框3与加工机支承体5通过连结部6连结的状态下，使钻头单元4的加工轴(后述的钻头轴24)的轴线指向加工物2。并且，钻头单元4相对于底座部13，能够沿x轴方向、y轴方向、z轴方向这3方向调整位置。

如图3所示，钻头单元4中，作为加工机的钻头主体22以其后端侧能够沿y方向上下移动的方式安装于从x轴方向观察时呈L字形的臂部件21上。钻头主体22为大致圆筒状，在其内部具备钻头轴24(加工轴)及加工轴驱动器(未图示)，所述加工轴驱动器旋转驱动该钻头轴24，并且使其从固定于钻头主体22的前端面的尾端件25向外部出没。加工轴驱动器为使钻头轴24旋转的旋转驱动器与将钻头轴24送至(推出至)加工物2侧的送出驱动器一体化的驱动器，但两者也可分离。尾端件25由硬质橡胶或树脂材料等形成，以免在与加工物2接触时划伤加工物2。

另外，对于加工装置1的形态，只要是头部(本实施方式中为钻头单元4)与工件(本实施方式中为加工物2)能够相对移动的方式，则可以是头部为支架式的加工装置1、或载置有工件的工件加工台移动的方式的加工装置1等，并不限定于图1等所示的形态。

在如图3所示的臂部件21的纵壁内表面，经由一对弧形轨道28(使直线轨道弯曲的轨道；俗称Gonio Way)安装有钻头主体22。如图3所示，侧视观察时，基于弧形钻头28的钻头主体22的转动中心与尾端件25的前端部的接触点S一致。尾端件25是使钻头轴24的轴线CL沿着贯穿加工物2的加工点的法线NL(参考图5)时，成为与加工物2的加工点抵接的抵接部的点。因此，钻头主体22能够以尾端件25的接触点S为中心，沿A方向及B方向转动。如此，图3所示的弧形轨道28用于使钻头主体22沿A方向转动。用于使钻头主体22沿B方向转动的弧形轨道28(未图示)相对于图3所示的弧形轨道28正交而设置。

并且，加工装置1具备固定钻头主体22的角度的制动部35。制动部35只要是能够牢固地固定钻头主体22的角度，则其结构并不特别受限。

加工装置1中，作为构成法线检测装置50的设备，在钻头主体22的周围配置有4个以上的非接触式距离传感器31。非接触式距离传感器31测定至加工物2的加工面56为止的距离。如此，非接触式距离传感器31配置于钻头主体22的周围，因此用于设置钻头主体22的空间得到确保。

另外，作为非接触式距离传感器31，例如优选接收激光La的反射来测定至加工物2的加工面56为止的距离的激光距离传感器。

图4是表示本实施方式所涉及的法线检测装置50的电结构的框图。

如图4所示，法线检测装置50例如具备作为PLC(programmable logiccontroller)的控制部51。

控制部51中输入有基于非接触式距离传感器31的测定值，并向PC(Personal computer)输出该测定值。PC52根据被输入的测定值，计算贯穿加工物2的加工点的加工面56的法线NL。而且，PC52计算相对于钻头轴24的A方向及B方向的仿效角度α、β，以使钻头轴24的轴线CL仿效法线NL。另外，法线检测装置50可不具备PC52，而是由控制部51具有在PC52中执行的计算仿效角度α、β的功能。

通过PC52计算出的仿效角度α、β输出至控制部51。

输入至控制部51的仿效角度α输出至用于使钻头主体22沿着弧形轨道28向A方向转动的马达53A的控制器54A。并且，输入至控制部51的仿效角度β输出至用于使钻头主体22沿着弧形轨道28向B方向转动的马达53B的控制器54B。

控制器54A、54B中，若输入有各个仿效角度α、β，则根据仿效角度α、β使马达53A、53B驱动。由此，钻头轴24的轴线CL的角度被改变而仿效法线NL。

并且，控制部51与用于使x轴滑块14、y轴滑块17及z轴滑块18移动的各驱动器(未图示)连接，且被输入和输出各种控制信号。

图5是表示本实施方式所涉及的法线检测方法的概要的示意图。

图5中，作为一例图示了法线检测装置50具备8个非接触式距离传感器31的情况，P_n所示的位置表示非接触式距离传感器31的配置位置(光源点)。并且，基于非接触式距离传感器31的测定位置以P’_n表示。并且，非接触式距离传感器31测定至加工物2的加工面56为止的距离ΔL_n。另外，n是用于指定非接触式距离传感器31的编号，图5的例子中为1至8中的任一个。

法线检测装置50所具备的PC52使用基于非接触式距离传感器31的测定值ΔL_n计算加工面56的近似面，将近似面的法线NL作为加工面56的法线来求出。

然而，例如如测定位置P’₆，有可能会测定至加工面56的高低差或突起为止的距离。另外，高低差或突起例如为已开设于夹具、夹具销及加工面56的孔等。至如该高低差或突起的凹凸为止的测定值是非接触式距离传感器31的光轴干扰了凹凸的测定值，因此不适于近似面的计算。

并且，本实施方式所涉及的法线检测方法中，排除不适于近似面的计算的测定值(以下，称为“干扰点”)来计算近似面。

图6是表示非接触式距离传感器31的配置位置P_n的详细内容的概要图。

非接触式距离传感器31配置于钻头主体22的周围且与钻头主体22的轴线CL正交的平面(以下，称为“配置平面”)J上。

另外，以下说明中，为了简略化，以轴线CL为与z轴平行的状态且构成配置平面J的轴分别与x轴及y轴平行的情况为例进行说明。

并且，非接触式距离传感器31配置成各个距离测定轴ML与轴线CL以交叉角度θ_n交叉。另外，各非接触式距离传感器31的距离测定轴ML优选在比加工点G更深处的收敛点O’收敛。

并且，配置平面J上的非接触式距离传感器31的配置角度γ_n通过以构成配置平面J的规定轴(例如，x轴)为基准的至非接触式距离传感器31为止的方位角度来定义。

图7是表示本实施方式所涉及的法线检测处理的流程的流程图。另外，法线检测处理在每对加工物2进行加工时通过法线检测装置50执行。

首先，在步骤100中，控制部51相对于各非接触式距离传感器31输出用于进行至加工面56为止的距离的测定的控制信号。并且，控制部51向PC52输出来自非接触式距离传感器31的测定值。

在接下来的步骤102中，PC52使用测定值进行近似面的计算。

更具体而言，PC52根据基于各非接触式距离传感器31的测定值及各非接触式距离传感器31相对于轴线CL的角度计算加工面56的近似面。另外，相对于轴线CL的角度为各非接触式距离传感器31的交叉角度θ_n及配置角度γ_n。如以下说明，使用交叉角度θ_n及配置角度γ_n求出测定位置P’_n的坐标，并计算近似面，由此能够简单且更高精确度地计算近似面。

下述公式(1)是用于使用基于非接触式距离传感器31的测定值求出加工面56上的测定位置P’_n的坐标(x’_n，y’_n，z’_n)的公式。另外，公式(1)中，x_n、y_n、z_n为表示第n个非接触式距离传感器31的光源点即配置位置P_n的坐标。

[数式1]

x′_n＝x_n+ΔL_ncosθn×cosγ_n

y′_n＝y_n+ΔL_ncosθ_n×sinγ_n···(1)

z′_n＝x_n+ΔL_nsinθ_n

接着，使用通过公式(1)计算出的加工面56的坐标(x’_n，y’_n，z’_n)，对计算加工面56的近似面的方法的一例进行说明。另外，本实施方式中，作为一例进行平面近似，但并不限于此，可利用直线近似、圆近似、球面近似及自由曲面近似等其他方法对加工面56进行近似。

另外，干扰点较大地偏离加工面56时，有时近似面的精确度会明显恶化。因此，这种情况下优选使用鲁棒估计法(robust estimation method)计算近似面。

下述公式(2)为作为平面的通式定义的公式。另外，公式(2)中，a、b、c为未知数。

[数式2]

z＝αx+by+c···(２)

并且，如下述公式(3)那样定义偏差平方和S，以使来自各Zi的平方的和最小。即，偏差平方和S变得最小的条件下误差最少，成为与加工面56近似的平面。

[数式3]

$S(a,b,c)=e_i=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\[z_i-{({\mathrm{ax}}_i+{\mathrm{by}}_i+c)}^2\]=0...\left(3\right)$

若相对于偏差平方和S，以未知数a、b、c进行偏微分，则可获得下述公式(4)所示的联立方程式。

[数式4]

$\begin{array}{c}\frac{\∂e_i}{\∂a}=-\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}xz+a\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{x}^2+b\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}xy+c\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}x=0\\ \frac{\∂e_i}{\∂b}=-\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}yz+a\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}xy+b\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{y}^2+c\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}y=0\\ \frac{\∂e_i}{\∂c}=-\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}z+a\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}x+b\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}y+c=0\end{array}...\left(4\right)$

相对于未知数a、b、c求出有3个方程式，因此通过如下述公式(5)所示那样解公式(4)，可求出未知数a、b、c，并定义近似平面。

[数式5]

$\left(\begin{array}{c}a\\ b\\ c\end{array}\right)={\left[\begin{array}{ccc}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{x}^2& \underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}xy& \underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}x\\ \underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}xy& \underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{y}^2& \underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}y\\ \underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}x& \underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}y& 1\end{array}\right]}^{-1}\left(\begin{array}{c}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}xz\\ \underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}yz\\ \underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}z\end{array}\right)...\left(5\right)$

在接下来的步骤104中，PC52判定干扰点的有无，肯定判定时过渡到步骤106。另一方面，否定判定时可确定近似面，因此过渡到步骤112。

另外，本实施方式所涉及的PC52将近似面与非接触式距离传感器31的配置位置P_n的距离超出规定范围(以下，称为“非干扰范围”)的、基于非接触式距离传感器31的测定值判定为干扰点。

以下说明具体的干扰点的判定方法的一例。

将近似面设为平面时，近似平面的通式对上述公式(2)进行变形，如下述公式(6)那样被定义。

[数式6]

ax+by-z+c＝0···(6)

由此，通过下述公式(7)定义近似平面的法线方向上的近似平面与非接触式距离传感器31的配置位置(x_n，y_n，z_n)之间的距离h_n。

[数式7]

$h_n=\frac{|{\mathrm{ax}}_n+{\mathrm{by}}_n-z_n+c|}{\sqrt{a^2+b^2+1}}...\left(7\right)$

并且，距离h_n超出预先设定的非干扰范围的测定值被判定为干扰点。

另外，加工物2的曲率越大，非干扰范围设定地越大。

参考表示加工物2的曲率与测定位置P’_n之间的关系的图8对该理由进行说明。图8(A)表示曲率较小的加工物2的测定位置P’_n，图8(B)表示曲率较大的加工物2的测定位置P’_n。

如测定位置P’₂中的距离ΔL₂，即使非接触式距离传感器31的配置位置P_n相同，有时也如图8(B)所示，曲率越大，各距离ΔL_n的差越变大。

因此，若虽然加工物2的曲率较大，但仍然使用与曲率较小时相同的非干扰范围，则测定至加工面56为止的距离的测定值有可能被判定为干扰点。

并且，本实施方式中，加工物2的曲率越大，非干扰范围设定地越大。由此，不适于近似面的计算的测定值的误判定得到抑制，因此能够更高精确度地计算近似面。

例如，成为基准的非干扰范围以预先输入的加工物2的曲率半径为基准来计算，也可通过进行基于所测量的与加工物2的距离、加工物2的角度、被输入的加工物2的表面性状等中的至少任一个的加权来计算。

而且，加工点G与非接触式距离传感器31之间的距离较大时，即使曲率相同，各非接触式距离传感器31的测量距离的差也变大，因此需要较大地设定非干扰范围。

并且，非接触式距离传感器31的测量精确度较差时，也需要较大地设定非干扰范围。例如，加工面56为光滑面时或非接触式距离传感器31的光轴与加工面56所呈的角度较大时，有时测量精确度会变差，因此较大地设定非干扰范围，以此防止干扰点的错误检测。

然而，设定非干扰范围时，除了上述条件之外，满足规定的角度精确度也很重要。即，设定有各种最佳条件，以防止干扰点的错误检测且满足规定的角度精确度。

步骤106中，从基于非接触式距离传感器31的测定值排除干扰点。

在接下来的步骤108中，判定排除干扰点之后的测定值是否为3个以上。这是因为以2点的测定值无法指定一个平面，因此为了准确地求出加工面56的近似面，需要至少3点的测定值。在步骤108中，肯定判定时过渡到步骤110，否定判定时无法计算近似面，因此结束本法线检测处理，并进行故障处理。

步骤110中，使用已排除干扰点的测定值再次计算近似面。

只要有3点的测定值就能够计算加工面56的近似面，但是本实施方式所涉及的加工装置1具备4个以上的非接触式距离传感器31。因此，在加工面56上有高低差或突起等凹凸，并且存在测定出不适于近似面的计算的至凹凸为止的距离的非接触式距离传感器31时，具备4个以上的非接触式距离传感器31的本实施方式所涉及的加工装置1也能够排除该测定值来计算近似面。

由此，法线检测处理能够计算不受加工面56的凹凸影响的更准确的近似面。

法线检测处理中，在步骤110中计算出近似面之后，返回步骤104，再次判定干扰点的有无。

在步骤104中成为否定判定时将过渡到的步骤112中，PC52计算仿效角度α、β，将计算出的仿效角度α、β输出至控制部51。并且，控制部51将仿效角度α、β输出至各控制器54A、54B。

控制部54A、54B以钻头主体22以与仿效角度α、β相应的移动量移动的方式驱动马达53A、54B，并使钻头轴24的轴线CL仿效法线NL。

具体的仿效角度α、β的计算方法如下。

近似面的法线矢量通过下述公式(8)定义。

[数式8]

$\stackrel{\→}{a}=\left(\begin{array}{c}a\\ b\\ -1\end{array}\right)...\left(8\right)$

因此，如图9的示意图所示，A方向的仿效角度α及B方向的仿效角度β如下述公式(9)那样被定义。

[数式9]

α＝tna^-1(-b)

                  ···(9)

β＝tan^-1(-a)

在接下来的步骤114中，控制部51为了使钻头主体22靠近加工面56，根据测定值计算z轴方向的进给量，并驱动z轴滑块18。若z轴滑块18驱动，则设置于钻头主体22前端的尾端件25的接触点S与加工物2的加工点G相抵。此时，z轴滑块18被驱动而尾端件25以适当的抵接力按压于加工物2。此时的抵接力的大小优选设定为超过加工物2的加工反作用力且不会使加工物2变形的程度的力。由此，能够防止尾端件25的接触点S偏离加工物2的加工接触点P。如此，通过驱动z轴滑块18来进行力量控制，钻头主体22的前端的接触点S与加工点G相抵。

并且，通过轴线CL仿效法线NL的钻头轴24，进行相对于加工点G的加工。

另外，优选在钻头主体22的前端的接触点S与加工点G接触的状态下，再次通过非接触式距离传感器31进行距离测定，当排除了干扰点的各非接触式距离传感器31的测定值的偏差包含在预先确定的容许范围内时，进行加工。由此，实现更高精确度的加工。

如以上说明，本实施方式所涉及的法线检测装置50具备：非接触式距离传感器31，在钻头主体22的周围且与钻头主体22的轴线CL正交的配置平面J上配置有4个以上，并且各个距离测定轴ML与轴线CL交叉，测定至加工物2的加工面56为止的距离；及PC52，根据基于各非接触式距离传感器31的测定值及各非接触式距离传感器31相对于轴线CL的角度计算加工面56的近似面，将该近似面的法线作为加工面56的法线来求出。

由此，本实施方式所涉及的法线检测装置50在加工面56上有凹凸时也能够检测加工面56的法线方向，且能够确保用于设置钻头主体22的空间，并使钻头主体22的轴线CL仿效加工面56的法线。

以上，使用上述实施方式对本发明进行了说明，但本发明的技术范围不限于上述实施方式中记载的范围。在不脱离发明宗旨的范围内，能够对上述实施方式加以各种变更或改良，该加以变更或改良的方式也包含于本发明的技术范围。

例如，上述实施方式中，对将测定至加工物2的加工面56为止的距离的距离测定构件设为非接触式距离传感器31的方式进行了说明，但本发明并不限定于此，可设为将距离测定构件设为在接触点前端配置有触控传感器的接触式距离传感器等其他传感器的方式。

并且，上述实施方式中，对使钻头主体22向加工物2移动以使钻头主体22的轴线CL仿效通过法线检测装置50检测出的法线NL的方式进行了说明。但是，本发明并不限定于此，只要钻头主体22与加工物2能够相对移动，则可设为使加工物2向钻头主体22移动的方式、或使钻头主体22与加工物2一同移动的方式。

并且，上述实施方式中，对通过驱动马达53A、53B来改变钻头轴24的轴线CL的角度的方式进行了说明，但本发明并不限定于此，也可设为利用气缸等其他驱动器改变钻头轴24的轴线CL的角度的方式。

并且，上述实施方式中说明的法线检测处理的流程也是一例，可在不脱离本发明宗旨的范围内删除不需要的步骤、或追加新的步骤、或者替换处理顺序。

符号说明

1-加工装置，2-加工物，4-钻头单元，24-钻头轴，31-非接触式距离传感器，50-法线检测装置，51-控制部，52-PC，56-加工面。

Claims (8)

1.一种法线检测装置，其具有：

距离测定构件，在加工机的周围且与该加工机的加工轴正交的平面上配置有4个以上，并且各个测定轴与所述加工轴交叉，测定至加工物的加工面为止的距离；及

运算构件，根据基于各所述距离测定构件的测定值及各所述距离测定构件相对于所述加工轴的角度计算所述加工面的近似面，将该近似面的法线作为所述加工面的法线来求出。

2.根据权利要求1所述的法线检测装置，其中，

所述运算构件将所述近似面与所述距离测定构件的距离超出规定范围的基于所述距离测定构件的所述测定值判定为不适于所述近似面的计算的所述测定值。

3.根据权利要求2所述的法线检测装置，其中，

所述加工物的曲率越大，所述规定范围设定为越大。

4.根据权利要求2或3所述的法线检测装置，其中，

所述运算构件排除不适于所述近似面的计算的所述测定值，并再次求出近似面。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的法线检测装置，其中，

相对于所述加工轴的角度为所述距离测定构件的测定轴与所述加工轴之间的交叉角度、及以构成所述平面的规定轴为基准的至所述距离测定构件为止的方位角度。

6.一种加工装置，其具备：

加工机，对加工物进行加工；及

权利要求1至5中任一项所述的法线检测装置，

并且，使所述加工机与所述加工物相对移动，以使所述加工机的加工轴仿效通过所述法线检测装置检测出的法线。

7.根据权利要求6所述的加工装置，其中，

在使所述加工轴的轴线仿效所述加工面的法线之后，在使所述加工机的前端与相对于所述加工物的加工点接触的状态下，通过所述距离测定构件进行距离测定，当排除了不适于所述近似面的计算的所述测定值的所述距离测定构件的测定值的偏差包含在预先确定的容许范围内时，进行基于所述加工机的加工。

8.一种法线检测方法，其包含：

第1工序，在加工机的周围且与该加工机的轴线正交的平面上配置4个以上，并且使各个测定轴与所述加工轴交叉，测定至加工物的加工面为止的距离；及

第2工序，根据基于各所述距离测定构件的测定值及各所述距离测定构件相对于所述加工轴的角度计算所述加工面的近似面，将该近似面的法线作为所述加工面的法线来求出。