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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkstückpositionierungsvorrichtung für eine Werkzeugmaschine, die eine Bildgabeeinheit verwendet, wie z. B. einen visuellen Sensor.
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2. Beschreibung des verwandten Stands der Technik
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In einigen Fällen ist ein Werkstück mit zwei Merkmalspunkten ausgebildet worden, wie z. B. Löcher, Vorsprünge, Kerben oder dergleichen, zur Positionierung oder zum Phasenabgleich. Derartige Merkmalspunkte gehen mit einem Stift, mit einer Rohrsteckverbindung oder einem Anschlag im Eingriff, der auf dem Tisch der Werkzeugmaschine bereitgestellt ist, um eine Positionierung und einen Phasenabgleich des Werkstücks zu erreichen. In der
japanischen geprüften Patentveröffentlichung Nr. 07-004737 , wir ein Referenzloch in einem Werkstück als ein Merkmalspunkt ausgebildet. Eine Bildgabeeinheit, z. B. eine Kamera, nimmt ein Bild des Referenzlochs des Werkstücks durch ein Loch auf, das durch den Tisch ausgebildet ist.
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Damit eine genauere Positionierung oder dergleichen erreicht wird, wird eine Berührsonde verwendet, die auf einer Spindel einer Werkzeugmaschine angebracht ist. Das Werkstück wird vorzugsweise unter einer gemeinsamen Verwendung einer elektrischen Kontakterfassungstechnik durch die Berührsonde und der vorstehend beschriebenen Technik unter Verwendung des Merkmalspunkts positioniert und phasenabgeglichen. Des Weiteren ist in der Beschreibung des
japanischen Patents Nr. 4,840,144 eine Vorrichtung offenbart, die konfiguriert ist, um einen Abstand zwischen einem Werkstück und einem Sensor kontaktlos zu messen.
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Kurzfassung der Erfindung
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In der
japanischen geprüften Patentoffenlegung Nr. 07-004737 ist es jedoch erforderlich, dass sich der Mittelpunkt des Lochs des Tisches vor der Bildgabeeinheit positioniert befindet, wenn der Tisch während der Bildgabe zum Ursprung zurück bewegt wird. In der
japanischen geprüften Patentoffenlegung Nr. 07-004737 ist mit anderen Worten die relative Position zwischen dem Tisch und der Bildgabeeinheit zu jedem Zeitpunkt während des Bildaufnehmens eine ortsfeste Positionsbeziehung.
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Des Weiteren werden in dem
japanischen Patent Nr. 4,840,144 der Sensor und das Werkstück relativ zueinander bewegt. Wenn das Werkstück in einen Längenmessbereich innerhalb eines vorbestimmten Bereichs eintritt, dann wird ein Erfassungssignal des Sensors ausgegeben. Wenn somit ein Grat oder dergleichen im äußeren Profil des Werkstücks vorliegt, dann liegt z. B. eine Möglichkeit dahingehend vor, dass eine Fehlerfassung auftreten kann. Wenn des Weiteren ein Merkmal als Punkt auf das Werkstück aufgedruckt wird, ist es nicht möglich, einen solchen Merkmalpunkt zu erfassen. Des Weiteren kann bei der Erfassung des Werkstücks ein Überschießen auftreten, und es ist viel Zeit auf Grund der zusätzlichen Bewegungsdistanz erforderlich.
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Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht derartiger Umstände angefertigt, und es ist ihre Aufgabe, eine Positionierungsvorrichtung vorzusehen, die in der Lage ist, ein Werkstück mit Leichtigkeit und in kurzer Zeit zu positionieren.
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Damit die vorstehend beschriebene Aufgabe gelöst wird, liegt gemäß einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung eine Positionierungsvorrichtung vor, die umfasst: eine Bildgabeeinheit, die von einem Werkstück Bilder aufnimmt, das an einem Tisch an einer Werkzeugmaschine fixiert ist; eine Bewegungseinheit, die die Bildgabeeinheit veranlasst, sich bei einer gewünschten relativen Position hinsichtlich des Tisches in einer Ebene parallel zu dem Tisch zu positionieren; eine Bildverarbeitungseinheit, die das Bild des Werkstücks verarbeitet, das durch die Bildgabeeinheit aufgenommen ist, und die eine Position eines Merkmalpunkts des Werkstücks in dem Bild erfasst; eine Speichereinheit, die als eine relative Referenzposition eine relative Position der Bildgabeeinheit hinsichtlich des Tisches speichert, wenn ein Referenzwerkstück durch die Bildgabeeinheit aufgenommen wird, und als eine Referenzpunktbildposition, eine Position eines Merkmalpunkts des Referenzwerkstücks in dem Bild des Referenzwerkstücks speichert, das durch die Bildgabeeinheit aufgenommen ist; eine Berechnungseinheit, die einen Betrag an Abweichung zwischen der Position des Merkmalpunkts des Referenzwerkstücks und des Merkmalpunkts des Werkstücks berechnet, indem die relative Position der Bildgabeeinheit hinsichtlich des Tisches, wenn das Werkstück durch die Bildgabeeinheit aufgenommen wird, mit der relativen Referenzposition verglichen wird, und indem die Position des Merkmalpunkts des Werkstücks in dem Bild des Werkstücks, das durch die Bildgabeeinheit aufgenommen ist, mit der Referenzpunktbildposition verglichen wird; und eine Programmänderungseinheit, die einen Betrag an Korrektur derart erzeugt, dass der Betrag an Änderung, der durch die Berechnungseinheit berechnet wird, zu Null wird, und dadurch ein Programm der Werkzeugmaschine ändert.
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Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfassen in der ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung das Werkstück und das Referenzwerkstück zumindest zwei Merkmalspunkte, und es umfasst der Betrag an Abweichung, der durch die Berechnungseinheit berechnet ist, einen Betrag an Drehungsabweichungen in einer Ebene parallel zu dem Tisch, indem eine Richtung eines Liniensegments, das die zwei Merkmalspunkte in dem Bild des Referenzwerkstücks kombiniert, und eine Richtung eines Liniensegments verglichen werden, das die entsprechenden zwei Merkmalspunkte in dem Bild des Werkstücks kombiniert.
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Diese Aufgaben, Merkmale und Vorteile sowie andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der ausführlichen Beschreibung beispielhafter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung deutlicher werden, wie sie in den beiliegenden Zeichnungen gezeigt sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht der Positionierungsvorrichtung auf der Grundlage der vorliegenden Erfindung;
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2 ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb der Positionierungsvorrichtung zeigt, die wiederum in 1 gezeigt ist;
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3 eine vergrößerte Ansicht eines Tisches und eines Werkstücks; und
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4 eine vergrößerte Ansicht eines Werkstücks und eines Referenzwerkstücks.
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Ausführliche Beschreibung
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden, nachfolgenden Zeichnungen beschrieben werden. In den Zeichnungen sind gleiche Elemente durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet. Damit das Verständnis erleichtert wird, wird der Maßstab der Figuren beliebig geändert.
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1 ist eine schematische Ansicht einer Positionierungsvorrichtung auf der Grundlage der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 gezeigt, ist ein (nicht gezeigtes) Werkzeug, das auf einer Spindel 11 auf einer Werkzeugmaschine 5 angebracht ist, konfiguriert, um ein Werkstück W zu bearbeiten, das auf einem Tisch 13 fixiert ist. Die Spindel 11 der Werkzeugmaschine 5 ist in der Lage, eine Hin- und Herbewegung in einer vertikalen Richtung (z. B. der Z-Richtung) sowie eine Rotation durchzuführen. Die Positionierungsvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung umfasst hauptsächlich die Werkzeugmaschine 5 und eine Steuervorrichtung 2, die die Werkzeugmaschine 5 steuert.
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Wie in 1 gezeigt, ist eine Bildgabeeinheit 12, z. B. eine Kamera, an der Spindel 11 fixiert. Die Positionsbeziehung zwischen der Bildgabeeinheit 12 und der Spindel 11 ist somit festgelegt. Die optische Achse der Bildgabeeinheit 12 verläuft vorzugsweise parallel zu der Spindel 11, und es deckt das Blickfeld der Bildgabeeinheit 12 das Werkstück W in seiner Gesamtheit ab.
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Das Werkstück W ist z. B. ein ebenes Werkstück, ein gekrümmtes Werkstück oder ein unebenes Werkstück, und umfasst zumindest zwei Merkmalspunkte. Der Merkmalspunkt ist z. B. ein Loch, ein Vorsprung, eine Nut oder dergleichen. Alternativ kann der Merkmalspunkt des Werkstücks W ein Muster, ein Zeichen oder dergleichen sein, das auf das Werkstück draufgedruckt ist. Der Merkmalspunkt des Werkstücks W in der vorliegenden Erfindung kann mit anderen Worten ein Teil der obenliegenden Oberfläche des Werkstücks W sein, die flach ist und durch einen Sensor vom Kontakttyp nicht erfasst werden kann.
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Der Tisch 13 ist mit einer Bewegungseinheit 21 der Steuervorrichtung 20 verbunden. Die Bewegungseinheit 21 veranlasst, dass der Tisch 13 in zwei Richtungen bewegt wird, z. B. X-Richtung und die Y-Richtung, die orthogonal aufeinander in einer Ebene parallel zu der Tischoberfläche des Tisches 13 stehen. Da die Spindel 11 der Werkzeugmaschine 5 in der X-Richtung und Y-Richtung unbeweglich ist, ist die Bewegungseinheit 21 in der Lage, die Spindel 11 und die Bildgabeeinheit 12 zu einer Positionierung in einer gewünschten relativen Position hinsichtlich des Tisches 13 in einer Ebene positioniert zu sein, die parallel zu dem Tisch 13 verläuft.
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Die Steuervorrichtung 20 umfasst: eine Bildverarbeitungseinheit 22, die ein Bild des Werkstücks verarbeitet, das durch die Bildgabeeinheit 12 aufgenommen ist, und die eine Position des Merkmalspunkts des Werkstücks in dem Bild erfasst; und eine Speichereinheit 23, die als eine relative Referenzposition eine relative Position der Bildgabeeinheit 12 hinsichtlich des Tisches 13 speichert, wenn ein Referenzwerkstück W0 durch die Bildgabeeinheit 12 aufgenommen wird, und ebenso als eine Referenzpunktbildposition eine Position eines Merkmalspunkts des Referenzwerkstücks in dem Bild des Referenzwerkstücks W0 speichert, das sich die Bildgabeeinheit 12 aufgenommen ist.
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Des Weiteren umfasst die Steuereinheit 20 eine Berechnungseinheit 24, die einen Betrag an Abweichung zwischen der Position des Merkmalspunkts des Referenzwerkstücks W0 und des Merkmalspunkts des Werkstücks W berechnet, indem die relative Position der Bildgabeeinheit 12 hinsichtlich des Tisches 13, wenn das Werkstück W durch die Bildgabeeinheit 12 aufgenommen wird, mit der relativen Referenzposition verglichen wird, und indem die Position des Merkmalpunkts des Werkstücks W in dem Bild des Werkstücks W, das durch die Bildgabeeinheit 12 hinsichtlich der Punktebildposition aufgenommen ist, mit der Referenzpunktbildposition verglichen wird. Des Weiteren umfasst Steuervorrichtung 20 eine Programmänderungseinheit 25, die das Programm der Werkzeugmaschine 5 ändert, indem ein Betrag an Korrektur derart erzeugt wird, dass der Betrag an Abweichung, der durch die Berechnungseinheit 24 berechnet ist, zu Null wird.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb der Positionierungsvorrichtung zeigt, die wiederum in 1 gezeigt ist. Unter Bezugnahme auf 1 und 2 wird nachstehend eine Beschreibung des Betriebs der Positionierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung angegeben werden. Zunächst wird im Schritt S11 das Referenzwerkstück W0 auf dem Tisch 13 fixiert. Das Referenzwerkstück W0 weist eine Größe ähnlich jener des Werkstücks W auf, und umfasst ebenso zumindest zwei Merkmalspunkte. Des Weiteren sei angenommen, dass das Referenzwerkstück W0 und das Werkstück W auf dem Tisch 13 durch einen geeigneten Fixierrahmen oder dergleichen fixiert sind.
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Dann wird in Schritt S12 die Bildgabeeinheit 12 relativ durch die Bewegungseinheit 21 zu einer gewünschten Position hinsichtlich des Tisches 13 bewegt. Die gewünschte Position bezieht sich auf eine relative Position zwischen dem Tisch 13 und der Bildgabeeinheit 12, bei der ein Merkmalspunkt hinreichend abgebildet werden kann, wenn das Referenzwerkstück W0 und das nachstehend beschriebene Werkstück W aufgenommen werden. Dann speichert die Speichereinheit 23 als die relative Referenzposition die Position des Referenzwerkstücks W0, nachdem die Bildgabeeinheit 12 bewegt worden ist (Schritt S13).
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Danach nimmt in Schritt S14 die Bildgabeeinheit 12 das Referenzwerkstück W0 auf. Die Bildverarbeitungseinheit 22 verarbeitet das aufgenommene Bild und erfasst die Position eines Merkmalspunkts des Referenzwerkstücks W0 in dem Bild. Die Speichereinheit 23 speichert als die Referenzpunktbildposition die Position des Merkmalspunkts des Referenzwerkstücks W0 in dem Bild (Schritt S15). Die Verarbeitung bis hin zu den Schritten S11 bis S15 ist eine Vorverarbeitung zur Bestimmung der relativen Referenzposition und der Referenzpunktbildposition. Wenn eine derartige Vorverarbeitung vorab durchgeführt wird und die relative Referenzposition und die Referenzpunktbildposition in der Speichereinheit 23 gespeichert sind, dann kann die Verarbeitung in Schritten S11 bis S15 ausgelassen werden.
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Dann wird in Schritt S16 das Referenzwerkstück W0 entfernt, und es wird das Werkstück W auf dem Tisch 13 fixiert. Dann wird in Schritt 17 die Bildgabeeinheit 12 relativ zu der vorstehend beschriebenen gewünschten Position hinsichtlich des Tisches 13 durch die Bewegungseinheit 21 bewegt. Die relative Position des Werkstücks W hinsichtlich des Tisches 13, nachdem die Bildgabeeinheit bewegt worden ist, kann in der Speichereinheit 23 gespeichert werden.
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In Schritt S18 nimmt die Bildgabeeinheit 12 das Werkstück auf, und es verarbeitet die Bildverarbeitungseinheit 22 das aufgenommene Bild und erfasst die Positionen der Merkmalspunkte des Werkstücks W in dem Bild. Die Positionen der Merkmalspunkte können in der Speichereinheit 23 gespeichert werden.
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Dann vergleicht in Schritt S19 die Berechnungseinheit 24 die relative Position des Werkstücks W und die relative Referenzposition des Referenzwerkstücks W0. In Schritt S20 vergleicht die Berechnungseinheit 24 die Position des Merkmalspunkts in dem Bild des Werkstücks W und die Referenzpunktbildposition in dem Bild des Referenzwerkstücks W0. Des Weiteren berechnet Berechnungseinheit 24 unter Verwendung des Ergebnisses des Vergleichs den Betrag an Abweichung zwischen der Position des Merkmalspunkts des Referenzwerkstücks W0 und dem Merkmalspunkt des Werkstücks W (Schritt S21).
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3 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Tisches und des Werkstücks. In 3 sind der Referenzursprung O des Tisches 13, die Referenzpunktbildposition a0 (x0, y0) der Referenz W0 und die Position a1 (x1, y1) des entsprechenden Merkmalspunkts des Werkstücks W gezeigt. In einem solchen Fall wird der Betrag an Abweichung a1 – a0 als (x1 – x0, y1 – y0) berechnet. Natürlich kann ein ähnlicher Betrag an Abweichung hinsichtlich des anderen Merkmalspunkts ebenso berechnet werden. Dann erzeugt in Schritt S22 die Programmänderungseinheit 25 in einen Betrag an Korrektur zum Korrigieren des Betrags an Abweichungen, und ändert das Programm der Werkzeugmaschine 5, um den Betrag an Korrektur dem Programm hinzuzufügen.
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Auf diese Art und Weise wird in der vorliegenden Erfindung das Programm geändert, um den Betrag an Abweichung zu korrigieren, an Stelle einer genauen Positionierung des Werkstücks. Somit besteht kein Bedarf an einer genauen Positionierung des Werkstücks, so dass es im Ergebnis möglich ist, das Werkstück innerhalb kurzer Zeit zu positionieren. Wie des Weiteren aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, ist es in der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich, dass während der Bildaufnahme die relative Position zwischen dem Tisch 13 und der Bildgabeeinheit 12 eine feste Beziehung zu jedem Zeitpunkt sein muss; es ist somit möglich, das Werkstück mit Leichtigkeit zu positionieren.
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Wenn der Merkmalspunkt ein Loch, ein Vorsprung oder eine Nut oder dergleichen ist, dann ist es für die Bildgabeeinheit 12 erforderlich, im Wesentlichen direkt oberhalb des Merkmalspunkts positioniert zu werden, um ein hinreichend gutes Bild zu erlangen. Diesbezüglich wird in der vorliegenden Erfindung die Bildgabeeinheit 12 relativ zu einer gewünschten Position bewegt, bei der der Merkmalspunkt mit genügender Qualität aufgenommen werden kann. Somit ist es in der Erfindung nicht erforderlich, dass der Merkmalspunkt ein Loch, ein Vorsprung, eine Nut oder dergleichen sein muss, und es ist möglich, die Position des Merkmalspunkts selbst dann genau zu bestimmen, wenn der Merkmalspunkt ein Muster, ein Zeichen oder dergleichen ist, das z. B. auf das Werkstück W aufgedruckt ist. Deshalb kann ein Fall auftreten, dem kein Bedarf an einer zusätzlichen Ausbildung eines Merkmalspunkts auf dem Werkstück W besteht.
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Selbst wenn des Weiteren ein Bedarf an der Ausbildung des Merkmalspunkts besteht, wie eines Lochs, eines Vorsprungs oder einer Nut oder dergleichen auf dem Werkstück W, dann kann der Merkmalspunkt auf irgendeinem Ort des Werkstücks W ausgebildet werden, da die Bildgabeeinheit 12 bewegt werden kann. Als solches ist es in der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich, dass die relative Position zwischen dem Tisch und der Bildgabeeinheit eine feste Beziehung zu jedem Zeitpunkt sein muss, so dass der Freiheitsgrad in der Position zum Ausbilden des Merkmalspunkts gemäß der vorliegenden Erfindung gesteigert wird.
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Des Weiteren zeigt 4 eine vergrößerte Ansicht des Werkstücks und des Referenzwerkstücks. Wie in 4 gezeigt, kann ein Fall auftreten, in dem das Werkstück W in dem Tisch 13 hinsichtlich des Referenzwerkstücks W0 gedreht wird (Drehabweichung). In 4 wird der Drehwinkel bezüglich eines Drehmittelpunkts C des Werkstücks W hinsichtlich des Referenzwerkstücks W0 durch θ dargestellt. In einem solchen Fall werden zumindest zwei Merkmalspunkte verwendet.
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In dem in 4 gezeigten Beispiel werden in Schritt S18 gemäß 2 die Merkmalspunkte A1 (X2, Y2) und B1 (X3, Y3) des Werkstücks W in dem Bild hinsichtlich des Referenzursprungs O des Tisches 13 erfasst. Die Merkmalspunkte A1 und B1 des Werkstücks W entsprechen jeweils den Merkmalspunkten A0 und B0 des Referenzwerkstücks W0. Wie aus 4 ersichtlich, entsprechen die Merkmalspunkte A0 und B0 den X Koordinaten in dem Bild.
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Der Drehwinkel θ, der in 4 gezeigt ist, ist ein Winkel zwischen der Richtung des Liniensegments, das die zwei Merkmalspunkte A0 und B0 in dem Bild des Referenzwerkstücks W0 kombiniert, und der Richtung eines Liniensegments, das die entsprechenden zwei Merkmalspunkte A1 und B1 in dem Bild des Werkstücks W kombiniert. Der Drehwinkel θ wird aus der nachfolgenden Gleichung (1) berechnet: θ = tan–1{(y3 – y2)/(x3 – x2)} (1)
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Die Koordinate (xc, yc) des Drehmittelpunkts C wird aus der nachfolgenden Gleichung (2) berechnet: xc = (x2 + x3)/2, yc = (y2 + y3)/2 (2)
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Die Berechnungseinheit 24 berechnet einen Betrag an Drehabweichung als den Drehwinkel θ und die Koordinate des Drehmittelpunkts C. Des Weiteren berechnet die Programmänderungseinheit 25 einen Korrekturbetrag für den so korrigierten Drehwinkel θ und den so korrigierten Drehmittelpunkt C, und veranlasst, dass der Korrekturbetrag in dem Programm der Werkzeugmaschine 5 wie vorstehend beschrieben widergespiegelt wird. Es ist offensichtlich, dass ein Vorteil ähnlich jenem vorstehend beschriebenen ebenso in diesem Fall erlangt werden kann.
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Vorteil der Erfindung
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In der ersten Ausgestaltung der Erfindung, da das Programm geändert wird, um den Betrag an Abweichung zu korrigieren, besteht kein Bedarf an einer präzisen Positionierung des Werkstücks, und ist es deshalb im Ergebnis möglich, das Werkstück in einer kurzen Zeitspanne zu positionieren.
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Da des Weiteren die Bildgabeeinheit relativ bewegt wird, kann die Position des Merkmalspunkts selbst dann genau bestimmt werden, wenn der Merkmalspunkt ein Muster, ein Zeichen oder dergleichen ist, das auf das Werkstück aufgedruckt ist, und kann zusätzlich der Freiheitsgrad in der Position zum Ausbilden des Merkmalspunkts gesteigert werden.
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In der zweiten Ausgestaltung der Erfindung, selbst wenn der Betrag an Abweichung einen Betrag an Drehabweichung umfasst, dann kann ein Vorteil ähnlich jenem vorstehend beschrieben erlangt werden.
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Während die vorliegende Erfindung unter Verwendung ihrer beispielhaften Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist für den Durchschnittsfachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Änderungen und eine Vielfalt anderer Änderungen, Auslassungen und Hinzufügungen durchgeführt werden können, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 07-004737 [0002, 0004, 0004]
- JP 4840144 [0003, 0005]
