JP2542631B2 - 非接触ならい方法 - Google Patents
非接触ならい方法Info
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- JP2542631B2 JP2542631B2 JP62219746A JP21974687A JP2542631B2 JP 2542631 B2 JP2542631 B2 JP 2542631B2 JP 62219746 A JP62219746 A JP 62219746A JP 21974687 A JP21974687 A JP 21974687A JP 2542631 B2 JP2542631 B2 JP 2542631B2
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- distance measuring
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q35/00—Control systems or devices for copying directly from a pattern or a master model; Devices for use in copying manually
- B23Q35/04—Control systems or devices for copying directly from a pattern or a master model; Devices for use in copying manually using a feeler or the like travelling along the outline of the pattern, model or drawing; Feelers, patterns, or models therefor
- B23Q35/08—Means for transforming movement of the feeler or the like into feed movement of tool or work
- B23Q35/12—Means for transforming movement of the feeler or the like into feed movement of tool or work involving electrical means
- B23Q35/127—Means for transforming movement of the feeler or the like into feed movement of tool or work involving electrical means using non-mechanical sensing
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
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- G05B2219/37425—Distance, range
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- G—PHYSICS
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- G05B2219/50356—Tool perpendicular, normal to 3-D surface
Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は非接触ならい法に係り、特に同時にモデル面
上の３点の距離測定が可能な非接触型プローブの光軸を
常にモデル面の法線方向に向くように姿勢制御しながら
モデル表面をならわせる非接触ならい方法に関する。
上の３点の距離測定が可能な非接触型プローブの光軸を
常にモデル面の法線方向に向くように姿勢制御しながら
モデル表面をならわせる非接触ならい方法に関する。
＜従来技術＞ 従来のならい制御は、スタイラスをモデルに接触させ
ながら移動させると共に、該スタイラスとモデルとの接
触によりトレーサヘッドから発生する３次元の各軸変位
量を用いてならい演算を行って各軸方向のならい速度を
発生し、該各軸方向の速度信号によりスタイラスをモデ
ル表面に接触させながら該モデルをならわせるものであ
った。
ながら移動させると共に、該スタイラスとモデルとの接
触によりトレーサヘッドから発生する３次元の各軸変位
量を用いてならい演算を行って各軸方向のならい速度を
発生し、該各軸方向の速度信号によりスタイラスをモデ
ル表面に接触させながら該モデルをならわせるものであ
った。
かかる接触ならい方式によっても精度の高いならい制
御ができるがスタイラスがモデルと接触するものである
ため、ならい速度がある程度以上上げられないとかスタ
イラスが摩耗してスタイラスの交換が必要になると共
に、交換しないと精度の高いならい制御ができなくなる
という問題がある。そこで、非接触で距離を測定できる
距離測定プローブによりモデル面を非接触でならわせる
非接触ならい制御方式が提案されている。
御ができるがスタイラスがモデルと接触するものである
ため、ならい速度がある程度以上上げられないとかスタ
イラスが摩耗してスタイラスの交換が必要になると共
に、交換しないと精度の高いならい制御ができなくなる
という問題がある。そこで、非接触で距離を測定できる
距離測定プローブによりモデル面を非接触でならわせる
非接触ならい制御方式が提案されている。
第７図はかかる非接触ならい方式の概略説明図であ
る。さて、非接触ならいとは、レーザ測長プローブのよ
うな非接触で距離の測定ができるプローブセンサ（距離
測定プローブ）PBを用いて該プローブをモデルMDLに接
触させることなくモデル面をならわせるならい方式であ
る。この非接触型の距離測定プローブPBは一般に基準距
離L0を持っており、実際の測定距離Ｌと基準距離L0の差
を誤差量ΔＬとして出力できるようになっている。尚、
非接触の距離測定プローブとしては、たとえば光学的三
角測距方式を採用したものがあり、かかるプローブでは
発光素子（半導体レーザ）から出たレーザ光が投光レン
ズを介してモデル表面に照射され、その際に拡散反射し
た光線の一部が受光レンズを介して位置検出素子上にス
ポットを作り、該スポット位置がモデル表面迄の距離に
応じて変化することにより距離が測定されるようになっ
ている。
る。さて、非接触ならいとは、レーザ測長プローブのよ
うな非接触で距離の測定ができるプローブセンサ（距離
測定プローブ）PBを用いて該プローブをモデルMDLに接
触させることなくモデル面をならわせるならい方式であ
る。この非接触型の距離測定プローブPBは一般に基準距
離L0を持っており、実際の測定距離Ｌと基準距離L0の差
を誤差量ΔＬとして出力できるようになっている。尚、
非接触の距離測定プローブとしては、たとえば光学的三
角測距方式を採用したものがあり、かかるプローブでは
発光素子（半導体レーザ）から出たレーザ光が投光レン
ズを介してモデル表面に照射され、その際に拡散反射し
た光線の一部が受光レンズを介して位置検出素子上にス
ポットを作り、該スポット位置がモデル表面迄の距離に
応じて変化することにより距離が測定されるようになっ
ている。
今、第７図に示すようなモデルMDLをならうものと
し、又A,B,C点を適当に選ばれたサンプリング点（測定
点）とした場合、まずＡ点での距離L1（＝L0＋ΔL1）を
測定しこれが基準距離L0に比べてΔL1だけ誤差がある
時、その誤差分だけ測定軸方向（光軸方向）に補正動作
を掛けながら次のサンプリング点Ｂに向かう。そして、
Ｂ点における誤差量ΔL2を求めて同様に該誤差分だけ補
正するようにＣ点に向かい、以後同様な処理を行うこと
により距離L0を保ってモデル面を非接触でならうことが
出来る。
し、又A,B,C点を適当に選ばれたサンプリング点（測定
点）とした場合、まずＡ点での距離L1（＝L0＋ΔL1）を
測定しこれが基準距離L0に比べてΔL1だけ誤差がある
時、その誤差分だけ測定軸方向（光軸方向）に補正動作
を掛けながら次のサンプリング点Ｂに向かう。そして、
Ｂ点における誤差量ΔL2を求めて同様に該誤差分だけ補
正するようにＣ点に向かい、以後同様な処理を行うこと
により距離L0を保ってモデル面を非接触でならうことが
出来る。
＜発明が解決しようとしている問題点＞ ところで、上記非接触型の距離測定プローブは測定軸
方向に一次元的な測定しかできないため、第８図（ａ）
に示すように測定光軸AXとモデル面とのなす角度θが大
きくなる程、精度良く距離測定ができなくなり測定不能
な範囲が生じる。このため、提案されている非接触なら
い方式ではならい範囲が狭くなり、前記角度θが大きく
なると非接触ならいを適用できなくなるという問題点が
あった。
方向に一次元的な測定しかできないため、第８図（ａ）
に示すように測定光軸AXとモデル面とのなす角度θが大
きくなる程、精度良く距離測定ができなくなり測定不能
な範囲が生じる。このため、提案されている非接触なら
い方式ではならい範囲が狭くなり、前記角度θが大きく
なると非接触ならいを適用できなくなるという問題点が
あった。
この制約を出来るだけ緩和するためには第８図（ｂ）
及び第９図に示すようにならい平面（たとえばＸ−Ｚ平
面）においてプローブPBをその回転中心Rcの回りに所定
角度回転させて測定光軸AXをモデル面に対して常に直角
に向くように制御すると共に、ならい平面に垂直な面
（Ｙ−Ｚ平面）で切断したモデル面においても測定光軸
が該モデル面に垂直となるように制御すればよい。すな
わち、光軸が常にモデル面の法線方向を向くように制御
すればモデル形状にかかわらず常に精度良く距離測定す
ることができ、非接触ならい範囲を拡大することができ
る。
及び第９図に示すようにならい平面（たとえばＸ−Ｚ平
面）においてプローブPBをその回転中心Rcの回りに所定
角度回転させて測定光軸AXをモデル面に対して常に直角
に向くように制御すると共に、ならい平面に垂直な面
（Ｙ−Ｚ平面）で切断したモデル面においても測定光軸
が該モデル面に垂直となるように制御すればよい。すな
わち、光軸が常にモデル面の法線方向を向くように制御
すればモデル形状にかかわらず常に精度良く距離測定す
ることができ、非接触ならい範囲を拡大することができ
る。
しかし、光軸をモデル面の法線方向に向けながら非接
触ならいする有効な方法が提案されていなかった。
触ならいする有効な方法が提案されていなかった。
本発明はかかる従来の問題点に鑑みなされたものであ
り、非接触プローブの光軸をモデル面の法線方向に向け
ながら倣いができる非接触倣い方法を提供することをそ
の目的とする。
り、非接触プローブの光軸をモデル面の法線方向に向け
ながら倣いができる非接触倣い方法を提供することをそ
の目的とする。
＜問題点を解決するための手段＞ 第１図は本発明の概略説明図である。
PRBはモデル上の少なくとも３つのポイント迄の距離
を同時に測定できる非接触型の距離測定プローブ、MDL
はモデル、DM1〜DM3は光学式距離測定手段、OP1〜OP3は
光軸、Ａ〜Ｃは距離測定手段DM1〜DM3の測定点である。
を同時に測定できる非接触型の距離測定プローブ、MDL
はモデル、DM1〜DM3は光学式距離測定手段、OP1〜OP3は
光軸、Ａ〜Ｃは距離測定手段DM1〜DM3の測定点である。
＜作用＞ 所定サンプリング時間TS毎に測定されるプローブ送り
方向の２点A,Bの距離L1,L2を用いて求まる送り方向（Ｘ
方向）の傾斜角増分と、直交方向（Ｙ方向）の２点A,C
を用いて求まる直交方向の傾斜角増分とから測定点Ａに
おけるモデル法線方向Ｎを割り出す。
方向の２点A,Bの距離L1,L2を用いて求まる送り方向（Ｘ
方向）の傾斜角増分と、直交方向（Ｙ方向）の２点A,C
を用いて求まる直交方向の傾斜角増分とから測定点Ａに
おけるモデル法線方向Ｎを割り出す。
ついで、（ｉ）第１の距離測定手段DM1の光軸OP1とモ
デル面との交点である測定点Ａを固定した状態で光軸OP
1を法線方向Ｎに向けるに必要な直交座標系３軸及びプ
ローブ回転２軸の各インクリメンタル量と、（ii）なら
い速度とプローブ送り方向の傾斜角とから求まる所定サ
ンプリング時間TS毎の送り方向（Ｘ方向）及び倣い方向
（Ｚ方向）のインクリメンタル量と、（iii）サンプリ
ング時間TS毎に第１の距離測定手段DM1により測定され
た距離L1と基準距離L0との誤差分のＺ軸方向成分とを用
いて直交座標系３軸及びプローブ回転２軸のサンプリン
グ時間TS毎のトータルの角軸インクリメンタル量を求
め、該トータルの角軸インクリメンタル量を用いて同時
５軸制御を行って光軸OP1をモデル法線方向Ｎに向けな
がらモデルMDLをならわせる。
デル面との交点である測定点Ａを固定した状態で光軸OP
1を法線方向Ｎに向けるに必要な直交座標系３軸及びプ
ローブ回転２軸の各インクリメンタル量と、（ii）なら
い速度とプローブ送り方向の傾斜角とから求まる所定サ
ンプリング時間TS毎の送り方向（Ｘ方向）及び倣い方向
（Ｚ方向）のインクリメンタル量と、（iii）サンプリ
ング時間TS毎に第１の距離測定手段DM1により測定され
た距離L1と基準距離L0との誤差分のＺ軸方向成分とを用
いて直交座標系３軸及びプローブ回転２軸のサンプリン
グ時間TS毎のトータルの角軸インクリメンタル量を求
め、該トータルの角軸インクリメンタル量を用いて同時
５軸制御を行って光軸OP1をモデル法線方向Ｎに向けな
がらモデルMDLをならわせる。
＜実施例＞ 本発明は光軸をモデル面の法線方向に向けながら非接
触ならいを行うものである。以下、第１図乃至第５図を
参照して本発明の非接触ならい方式を説明する。
触ならいを行うものである。以下、第１図乃至第５図を
参照して本発明の非接触ならい方式を説明する。
第１図は本発明の概略説明図であり、PRBは非接触型
の距離測定プローブ、MDLはモデル、DM1〜DM3は光学式
距離測定手段、OP1〜OP3は光学式距離測定手段の光軸、
Ａ〜Ｃは距離測定手段DM1〜DM3の測定点、XZ平面は表面
ならいにおける倣い平面で、Ｘ方向はプローブ送り方
向、Ｚ方向はならい方向、YZ平面はならい平面に垂直な
直交断面である。尚、各光学式距離測定手段DM1〜DM3は
便宜上単に丸印で示しているが、発光素子（半導体レー
ザ）から出たレーザ光が投光レンズを介してモデル表面
に照射され、その際に拡散反射した光線の一部が受光レ
ンズを介して位置検出素子上にスポットを作り、該スポ
ット位置がモデル表面迄の距離に応じて変化することに
より距離が測定できるように構成されている。
の距離測定プローブ、MDLはモデル、DM1〜DM3は光学式
距離測定手段、OP1〜OP3は光学式距離測定手段の光軸、
Ａ〜Ｃは距離測定手段DM1〜DM3の測定点、XZ平面は表面
ならいにおける倣い平面で、Ｘ方向はプローブ送り方
向、Ｚ方向はならい方向、YZ平面はならい平面に垂直な
直交断面である。尚、各光学式距離測定手段DM1〜DM3は
便宜上単に丸印で示しているが、発光素子（半導体レー
ザ）から出たレーザ光が投光レンズを介してモデル表面
に照射され、その際に拡散反射した光線の一部が受光レ
ンズを介して位置検出素子上にスポットを作り、該スポ
ット位置がモデル表面迄の距離に応じて変化することに
より距離が測定できるように構成されている。
距離測定プローブPRBにはモデルMDL上の少なくとも３
つのポイントＡ〜Ｃ迄の距離を同時に測定できるように
第１〜第３の光学式距離測定手段DM1〜DM3が続けられる
と共に、プローブ送り方向（Ｘ方向）と平行に第１、第
２の２つの光学式距離測定手段DM1,DM2が距離dl12だけ
離して配設され、かつプローブ送り方向と直交する方向
（Ｙ方向）に第１の光学式距離測定手段DM1から距離dl
13だけ離して第３の距離測定手段DM3が配設されてい
る。
つのポイントＡ〜Ｃ迄の距離を同時に測定できるように
第１〜第３の光学式距離測定手段DM1〜DM3が続けられる
と共に、プローブ送り方向（Ｘ方向）と平行に第１、第
２の２つの光学式距離測定手段DM1,DM2が距離dl12だけ
離して配設され、かつプローブ送り方向と直交する方向
（Ｙ方向）に第１の光学式距離測定手段DM1から距離dl
13だけ離して第３の距離測定手段DM3が配設されてい
る。
第２図はプローブ送り方向に並設された２つの距離測
定手段DM1,DM2により測定したモデル面迄の距離L1,L2を
用いてプローブ送り方向（Ｘ方向）における法線の傾斜
角の増分ΔθＸを演算する演算方法説明図であり、図よ
り傾斜角の増分ΔθＸは ΔθＸ＝tan-1（L1−L2）/dl12 （１） として得られる。そして、同様にプローブ送り方向に垂
直な方向（Ｙ方向）に並設された２つの距離測定手段DM
1,DM3により測定したモデル面迄の距離L1,L3を用いてＹ
方向における法線の傾斜角の増分ΔθＹは ΔθＹ＝tan-1（L1−L3）/dl13 （２） により得られる。
定手段DM1,DM2により測定したモデル面迄の距離L1,L2を
用いてプローブ送り方向（Ｘ方向）における法線の傾斜
角の増分ΔθＸを演算する演算方法説明図であり、図よ
り傾斜角の増分ΔθＸは ΔθＸ＝tan-1（L1−L2）/dl12 （１） として得られる。そして、同様にプローブ送り方向に垂
直な方向（Ｙ方向）に並設された２つの距離測定手段DM
1,DM3により測定したモデル面迄の距離L1,L3を用いてＹ
方向における法線の傾斜角の増分ΔθＹは ΔθＹ＝tan-1（L1−L3）/dl13 （２） により得られる。
従って、あるサンプリング時刻T1において光軸OP1が
モデル面の法線方向に向いており、この時のＸ方向傾斜
角をθX1,Y方向傾斜角をθY1とすると、光軸OP1をその
方向を変化させないでモデル面に沿って非接触ならいに
より移動させて次のサンプリング時刻T2（＝T1＋TS,TS
はサンプリング周期）において第２図実線に示す状態に
なれば、ポイントＡにおける法線N1のＸ方向傾斜角
θX2,Y方向傾斜角θY2はそれぞれ θX2＝θX1＋ΔθＸ （３） θY2＝θY1＋ΔθＹ （４） となり、この方向に光軸を向かせばよい。
モデル面の法線方向に向いており、この時のＸ方向傾斜
角をθX1,Y方向傾斜角をθY1とすると、光軸OP1をその
方向を変化させないでモデル面に沿って非接触ならいに
より移動させて次のサンプリング時刻T2（＝T1＋TS,TS
はサンプリング周期）において第２図実線に示す状態に
なれば、ポイントＡにおける法線N1のＸ方向傾斜角
θX2,Y方向傾斜角θY2はそれぞれ θX2＝θX1＋ΔθＸ （３） θY2＝θY1＋ΔθＹ （４） となり、この方向に光軸を向かせばよい。
第３図は測定点Ａにおいて光軸OP1を法線方向に向か
せる前と向かせた後の説明図であり、ポイントP1,角度
θ１はそれぞれ法線方向に向かせる前の光軸OP1の回転
中心、即ちその点を中心にプローグが回転する点、及び
光軸OP1とＺ軸とのなす角度であり、ポイントP2,θ２は
法線方向に向かせた後の光軸OP1の回転中心、及び光軸O
P1とＺ軸のなす角度である。尚、光軸OP1とモデル面と
の交点（測定点）Ａが原点となるように三次元座標系が
測定されている。又、θX1,θY1,θX2,θY2はそれぞれ
（１）〜（４）式で示されるＺ軸からの角度である。
せる前と向かせた後の説明図であり、ポイントP1,角度
θ１はそれぞれ法線方向に向かせる前の光軸OP1の回転
中心、即ちその点を中心にプローグが回転する点、及び
光軸OP1とＺ軸とのなす角度であり、ポイントP2,θ２は
法線方向に向かせた後の光軸OP1の回転中心、及び光軸O
P1とＺ軸のなす角度である。尚、光軸OP1とモデル面と
の交点（測定点）Ａが原点となるように三次元座標系が
測定されている。又、θX1,θY1,θX2,θY2はそれぞれ
（１）〜（４）式で示されるＺ軸からの角度である。
この第３図から明らかなように角度θ1,θ２は次式 により与えられる。従って、回転中心P1,P2のＺ座標値Z
1,Z2はそれぞれ Z1＝L1・cosθ１ （７） Z2＝L1・cosθ２ （８） （ただし、L1は測定点Ａ迄の距離により与えられ、回転
中心P1,P2のX,Y座標値dx1,dy1,dx2,dy2はそれぞれ次式 dx1＝L1・cosθ１・tanθX1 （９） dy1＝L1・cosθ１・tanθY1 （10） dx2＝L1・cosθ２・tanθX2 （11） dy2＝L1・cosθ２・tanθY2 （12） で与えられる。以上から、光軸OP1とモデル面との交点
である測定点を動かさないで該光軸を法線方向に向ける
に必要な直交座標系３軸及びプローブ回転２軸の各イン
クリメンタル量Δx,Δy,Δz,ΔθX,ΔθＹは Δｘ＝dx2−dx1＝L１(cosθ２・tanθX2−cosθ１・tanθ
X1) （13） Δｙ＝dy2−dy1＝L１(cosθ２・tanθY2−cosθ１・tanθ
Y1) （14） Δｚ＝z2−z1＝L1（cosθ２−cosθ１） （15） ΔθＸ＝θX2−θX1＝tan-1（L2−L1）/dl12 （16） ΔθＹ＝θY2−θY1＝tan-1（L3−L1）/dl13 （17） となる。
1,Z2はそれぞれ Z1＝L1・cosθ１ （７） Z2＝L1・cosθ２ （８） （ただし、L1は測定点Ａ迄の距離により与えられ、回転
中心P1,P2のX,Y座標値dx1,dy1,dx2,dy2はそれぞれ次式 dx1＝L1・cosθ１・tanθX1 （９） dy1＝L1・cosθ１・tanθY1 （10） dx2＝L1・cosθ２・tanθX2 （11） dy2＝L1・cosθ２・tanθY2 （12） で与えられる。以上から、光軸OP1とモデル面との交点
である測定点を動かさないで該光軸を法線方向に向ける
に必要な直交座標系３軸及びプローブ回転２軸の各イン
クリメンタル量Δx,Δy,Δz,ΔθX,ΔθＹは Δｘ＝dx2−dx1＝L１(cosθ２・tanθX2−cosθ１・tanθ
X1) （13） Δｙ＝dy2−dy1＝L１(cosθ２・tanθY2−cosθ１・tanθ
Y1) （14） Δｚ＝z2−z1＝L1（cosθ２−cosθ１） （15） ΔθＸ＝θX2−θX1＝tan-1（L2−L1）/dl12 （16） ΔθＹ＝θY2−θY1＝tan-1（L3−L1）/dl13 （17） となる。
以上は、光軸OP1とモデル面との交点である測定点を
動かさないで該光軸を法線方向に向けるに必要な直交座
標系３軸及びプローブ回転２軸の各インクリメンタル量
を求める説明であるが、上記インクリメンタルΔx,Δy,
Δz,ΔθX,ΔθＹだけではモデル表面を非接触ならいす
ることができない。次に、モデル表面に沿って非接触な
らいを行うための制御量について第４図及び第５図を参
照して説明する。
動かさないで該光軸を法線方向に向けるに必要な直交座
標系３軸及びプローブ回転２軸の各インクリメンタル量
を求める説明であるが、上記インクリメンタルΔx,Δy,
Δz,ΔθX,ΔθＹだけではモデル表面を非接触ならいす
ることができない。次に、モデル表面に沿って非接触な
らいを行うための制御量について第４図及び第５図を参
照して説明する。
さて、モデル表面をならわせるためには、ならい平面
をXZ軸としたとき第４図に示すように指令されたならい
速度をV,XZ表面ならい平面におけるプローブ送り軸（Ｘ
軸）に対するモデルのポイントＱにおける傾斜角（接触
方向の角度）をθX1とすれば、送り方向（Ｘ方向）及び
ならい方向（Ｚ方向）へ次式で示す速度VX,VZ VX＝Ｖ・cosθX1 VZ＝Ｖ・sinθX1 で移動させると共に、距離測定手段DM1により測定され
た距離L1（第５図参照）と基準距離L0の誤差Δl1（＝L1
−L0）が零となるようにＺ軸の送り量をΔl1・cosθ１
だけ補正すればよい。
をXZ軸としたとき第４図に示すように指令されたならい
速度をV,XZ表面ならい平面におけるプローブ送り軸（Ｘ
軸）に対するモデルのポイントＱにおける傾斜角（接触
方向の角度）をθX1とすれば、送り方向（Ｘ方向）及び
ならい方向（Ｚ方向）へ次式で示す速度VX,VZ VX＝Ｖ・cosθX1 VZ＝Ｖ・sinθX1 で移動させると共に、距離測定手段DM1により測定され
た距離L1（第５図参照）と基準距離L0の誤差Δl1（＝L1
−L0）が零となるようにＺ軸の送り量をΔl1・cosθ１
だけ補正すればよい。
従って、光軸を法線方向に向けさせる各種インクリメ
ンタル量（（13）〜（17）式）を演算するサンプリング
時間をTSとすれば、該サンプリング時間の間に速度VX,V
Zにより移動する距離ΔXQ,ΔZQはそれぞれ VXQ＝Ｖ・cosθX1・TS （18） VZQ＝Ｖ・sinθX1・TS （19） となるから、該距離（インクリメンタル量）を（13）式
及び（15）式で示されるインクリメンタル量Δx,Δｚに
加算すると共に、Ｚ軸インクリメンタル量をΔl1・cos
θ１だけ補正すればよい。
ンタル量（（13）〜（17）式）を演算するサンプリング
時間をTSとすれば、該サンプリング時間の間に速度VX,V
Zにより移動する距離ΔXQ,ΔZQはそれぞれ VXQ＝Ｖ・cosθX1・TS （18） VZQ＝Ｖ・sinθX1・TS （19） となるから、該距離（インクリメンタル量）を（13）式
及び（15）式で示されるインクリメンタル量Δx,Δｚに
加算すると共に、Ｚ軸インクリメンタル量をΔl1・cos
θ１だけ補正すればよい。
以上から、距離測定手段DM1の光軸OP1をモデル面の法
線方向に向けながら、かつ測定距離が基準距離L0となる
ようにモデルを非接触ならいするためのサンプリング時
間TS毎の各軸インクリメンタル量は となる。
線方向に向けながら、かつ測定距離が基準距離L0となる
ようにモデルを非接触ならいするためのサンプリング時
間TS毎の各軸インクリメンタル量は となる。
第６図は本発明にかかる非接触ならい方式を実現する
システムのブロック図である。
システムのブロック図である。
11はならい制御装置、12ZはＺ軸サーボ回路、12XはＸ
軸サーボ回路、12YはＹ軸サーボ回路、12AはＡ軸（たと
えばXZならい平面における光軸の回転軸、第１図参照）
のサーボ回路、12BはＢ軸（たとえばXZならい平面に垂
直なYZ断面における光軸の回転軸）のサーボ回路、13は
同時にモデル上の３点迄の距離を測定できる第１図構成
の距離測定プローブ、14は非接触ならいに必要な各種デ
ータ、たとえばならい速度Ｖ、ならい方式（表面ならい
とする）、ならい平面、送り方向、ピックフィード量、
ならい範囲等を設定するための操作盤である。
軸サーボ回路、12YはＹ軸サーボ回路、12AはＡ軸（たと
えばXZならい平面における光軸の回転軸、第１図参照）
のサーボ回路、12BはＢ軸（たとえばXZならい平面に垂
直なYZ断面における光軸の回転軸）のサーボ回路、13は
同時にモデル上の３点迄の距離を測定できる第１図構成
の距離測定プローブ、14は非接触ならいに必要な各種デ
ータ、たとえばならい速度Ｖ、ならい方式（表面ならい
とする）、ならい平面、送り方向、ピックフィード量、
ならい範囲等を設定するための操作盤である。
各軸サーボ回路12Z〜12Bは全く同一の構成を有し、Ｚ
軸サーボ回路のみ示されている。Ｚ軸サーボ回路12Zは
サンプリング時間TS毎にＺ軸インクリメンタル量ΔＺを
入力されてパルス分配演算を行うパルス分配回路PDC
と、パルス分配回路から出力される指令パルスPCを累積
すると共に実際の移動に応じてパルスPFが発生する毎に
その内容を零方向に減少するエラーレジスタ（アップ／
ダウンカウンタ）ERRと、エラーレジスタの計数値に比
例したアナログ電圧に基づいてサーボモータを制御する
速度制御回路VCCと、Ｚ軸サーボモータMZと、モータが
所定角度回転する毎にフィードバックパルスPFを発生す
るパルスコーダPCDと、フィードバックパルスPFを移動
方向に応じて可逆計数してＺ軸現在位置Z1を監視する現
在位置レジスタAPRを有している。尚、各種サーボ回路1
2Z〜12Bからそれぞれ各軸現在位置Z1,X1,Y1,A1（＝
θX1）,B1（＝θY1）が読み取れるようになっている。
軸サーボ回路のみ示されている。Ｚ軸サーボ回路12Zは
サンプリング時間TS毎にＺ軸インクリメンタル量ΔＺを
入力されてパルス分配演算を行うパルス分配回路PDC
と、パルス分配回路から出力される指令パルスPCを累積
すると共に実際の移動に応じてパルスPFが発生する毎に
その内容を零方向に減少するエラーレジスタ（アップ／
ダウンカウンタ）ERRと、エラーレジスタの計数値に比
例したアナログ電圧に基づいてサーボモータを制御する
速度制御回路VCCと、Ｚ軸サーボモータMZと、モータが
所定角度回転する毎にフィードバックパルスPFを発生す
るパルスコーダPCDと、フィードバックパルスPFを移動
方向に応じて可逆計数してＺ軸現在位置Z1を監視する現
在位置レジスタAPRを有している。尚、各種サーボ回路1
2Z〜12Bからそれぞれ各軸現在位置Z1,X1,Y1,A1（＝
θX1）,B1（＝θY1）が読み取れるようになっている。
ならい制御装置11は、サンプリング時間TS毎に距離測
定プローブ13からモデル上の３点迄の距離L1〜L3を読み
取り、（１）〜（２）式によりＡ軸及びＢ軸方向におけ
る法線の傾斜角の増分ΔθX,ΔθＹを求め、（３）〜
（４）式により法線のＡ軸及びＢ軸方向角度θX2,θY2
を求める。尚、（３）、（４）式における角度θX1,θ
Y1はＡ軸サーボ回路12A及びＢ軸サーボ回路12Bにける現
在位置レジスタの内容を用いる。
定プローブ13からモデル上の３点迄の距離L1〜L3を読み
取り、（１）〜（２）式によりＡ軸及びＢ軸方向におけ
る法線の傾斜角の増分ΔθX,ΔθＹを求め、（３）〜
（４）式により法線のＡ軸及びＢ軸方向角度θX2,θY2
を求める。尚、（３）、（４）式における角度θX1,θ
Y1はＡ軸サーボ回路12A及びＢ軸サーボ回路12Bにける現
在位置レジスタの内容を用いる。
ついで、（５），（６）式により法線方向θ1,Δ２を
求め、又（L1−L0）をΔl1とする。しかる後、（20）式
より直交座標系３軸のインクリメンタル量及び回転２軸
のインクリメンタル量を演算し、それぞれ対応するサー
ボ回路12Z,12X,12Y,12A,12Bに入力し、同時５軸のパル
ス分配を実行させ、得られたパルスにより各軸サーボモ
ータを回転させ、距離測定プローブ13をモデル面に沿っ
て移動させる。
求め、又（L1−L0）をΔl1とする。しかる後、（20）式
より直交座標系３軸のインクリメンタル量及び回転２軸
のインクリメンタル量を演算し、それぞれ対応するサー
ボ回路12Z,12X,12Y,12A,12Bに入力し、同時５軸のパル
ス分配を実行させ、得られたパルスにより各軸サーボモ
ータを回転させ、距離測定プローブ13をモデル面に沿っ
て移動させる。
以後、サンプリング時間TS毎にならい制御装置は上記
処理を組り返して距離測定手段DM1（第１図参照）の光
軸OP1をモデル面の法線方向に向けながら、かつ測定距
離が基準距離L0となるようにモデルを非接触ならいさせ
る。
処理を組り返して距離測定手段DM1（第１図参照）の光
軸OP1をモデル面の法線方向に向けながら、かつ測定距
離が基準距離L0となるようにモデルを非接触ならいさせ
る。
又、現在位置レジスタに記憶されている各軸現在位置
をサンプリング時間毎に読み取ることによりモデルのデ
ジタイジングデータを得ることができる。
をサンプリング時間毎に読み取ることによりモデルのデ
ジタイジングデータを得ることができる。
＜発明の効果＞ 以上本発明によれば、同時にモデル上の３点迄の距離
L1〜L3を測定できるようにすると共に、該距離L1〜L3を
用いて光軸をモデル面の法線方向に向けながら非接触な
らいするように構成したから、正確な非接触ならいがで
き、しかもならい範囲を拡大するすことができる。
L1〜L3を測定できるようにすると共に、該距離L1〜L3を
用いて光軸をモデル面の法線方向に向けながら非接触な
らいするように構成したから、正確な非接触ならいがで
き、しかもならい範囲を拡大するすことができる。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の概略説明図、 第２図乃至第５図は本発明方式の説明図、 第６図は本発明方式を実現するシステムのブロック図、 第７図乃至第９図は非接触ならいの概略及びその問題点
を説明するための説明図である。 PRB……非接触型の距離測定プローブ、 MDL……モデル、 DM1〜DM3……光学式距離測定手段、 OP1〜OP3……光軸、 Ａ〜Ｃ……測定点
を説明するための説明図である。 PRB……非接触型の距離測定プローブ、 MDL……モデル、 DM1〜DM3……光学式距離測定手段、 OP1〜OP3……光軸、 Ａ〜Ｃ……測定点
Claims (2)
- 【請求項１】非接触で距離を測定できる距離測定プロー
ブによりモデル面をならわせる非接触ならい方法におい
て、 モデル上の少なくとも３つのポイント迄の距離を同時に
測定できるように第１〜第３の光学式距離測定手段を設
けると共に、プローブ送り方向に第１、第２の２つの光
学式距離測定手段を所定距離はなして並設し、かつプロ
ーブ送り方向と直交する方向に第１の光学式距離測定手
段から所定距離はなして第３の距離測定手段を設けて前
記距離測定プローブを構成し、 所定サンプリング時間TS毎に測定されるプローブ送り方
向の２点の距離を用いて求まる送り方向の傾斜角増分
と、送り方向と直交する方向の２点を用いて求まる直交
方向の傾斜角増分とからモデル法線方向を割り出し、 第１の距離測定手段の光軸とモデル面との交点である測
定点を固定した状態で該光軸を前記法線方向に向けるに
必要な直交座標系３軸及びプローブ回転２軸の各インク
リメンタル量と、ならい速度とプローブ送り方向の傾斜
角とから求まる所定サンプリング時間TS毎の直交座標系
各軸インクリメンタル量と、サンプリング時間TS毎に第
１の距離測定手段により測定された距離と基準距離との
誤差分のＺ軸方向成分とを用いて直交座標系３軸及びプ
ローブ回転２軸のサンプリング時間TS毎のトータルの各
軸インクリメンタル量を求め、 該各軸インクリメンタル量を用いて同時５軸制御を行っ
て前記光軸をモデル法線方向に向けながらモデルをなら
わせることを特徴とする非接触ならい方法。 - 【請求項２】非接触ならいを行った結果からモデル面上
の点を算出し、この値をデジタイジングする特許請求の
範囲第１項記載の非接触ならい方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62219746A JP2542631B2 (ja) | 1987-09-02 | 1987-09-02 | 非接触ならい方法 |
| PCT/JP1988/000863 WO1989001845A1 (en) | 1987-09-02 | 1988-08-31 | Non-contact profiling method |
| DE3850487T DE3850487T2 (de) | 1987-09-02 | 1988-08-31 | Kontaktfreies profilierungsverfahren. |
| EP88907828A EP0328694B1 (en) | 1987-09-02 | 1988-08-31 | Non-contact profiling method |
| US07/343,261 US5071252A (en) | 1987-09-02 | 1988-08-31 | Method for contactless profiling normal to a surface |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62219746A JP2542631B2 (ja) | 1987-09-02 | 1987-09-02 | 非接触ならい方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6464753A JPS6464753A (en) | 1989-03-10 |
| JP2542631B2 true JP2542631B2 (ja) | 1996-10-09 |
Family
ID=16740345
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62219746A Expired - Lifetime JP2542631B2 (ja) | 1987-09-02 | 1987-09-02 | 非接触ならい方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5071252A (ja) |
| EP (1) | EP0328694B1 (ja) |
| JP (1) | JP2542631B2 (ja) |
| DE (1) | DE3850487T2 (ja) |
| WO (1) | WO1989001845A1 (ja) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2810709B2 (ja) * | 1989-07-27 | 1998-10-15 | ファナック 株式会社 | 非接触ならい制御装置 |
| JPH03121754A (ja) * | 1989-10-04 | 1991-05-23 | Fanuc Ltd | 非接触ならい制御装置 |
| JPH03190652A (ja) * | 1989-12-19 | 1991-08-20 | Fanuc Ltd | 非接触ならい制御装置 |
| JPH0482658A (ja) * | 1990-07-25 | 1992-03-16 | Fanuc Ltd | 非接触ならい制御装置 |
| JPH04115854A (ja) * | 1990-09-07 | 1992-04-16 | Fanuc Ltd | 非接触ならい制御装置 |
| JPH04241603A (ja) * | 1991-01-14 | 1992-08-28 | Fanuc Ltd | 非接触デジタイジング方法 |
| JPH04256554A (ja) * | 1991-02-06 | 1992-09-11 | Fanuc Ltd | 非接触デジタイジング制御装置 |
| JPH07270238A (ja) * | 1994-03-30 | 1995-10-20 | Minolta Co Ltd | 測色装置 |
| US5512998A (en) * | 1994-06-22 | 1996-04-30 | The Titan Corporation | Contactless method and system for determining static and dynamic characteristics of target objects |
| US5612785A (en) * | 1996-01-03 | 1997-03-18 | Servo Robot Inc. | Twin sensor laser probe |
| US6217334B1 (en) | 1997-01-28 | 2001-04-17 | Iris Development Corporation | Dental scanning method and apparatus |
| GB9828473D0 (en) * | 1998-12-24 | 1999-02-17 | British Aerospace | Non-contact positioning apparatus |
| KR100382905B1 (ko) * | 2000-10-07 | 2003-05-09 | 주식회사 케이씨아이 | 치아 컴퓨터 모델링용 삼차원 스캐너 시스템 |
| US7715602B2 (en) * | 2002-01-18 | 2010-05-11 | Orthosoft Inc. | Method and apparatus for reconstructing bone surfaces during surgery |
| US6665128B1 (en) | 2002-07-23 | 2003-12-16 | Charles C. Tai | Corrective lens for copying books |
| DE102005039094B4 (de) * | 2005-08-08 | 2009-03-19 | Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Führen eines Maschinenteils entlang einer definierten Bewegungsbahn über einer Werkstücksoberfläche |
| CN107063086B (zh) * | 2017-03-13 | 2019-03-12 | 浙江优迈德智能装备有限公司 | 一种基于双红外传感器的局部曲面法向量确定方法 |
| DE102017113419A1 (de) * | 2017-06-19 | 2018-12-20 | Keba Ag | Vorrichtung und Verfahren zum Bestimmen eines Winkels zwischen zwei Werkstückflächen |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2508160A1 (fr) * | 1981-06-23 | 1982-12-24 | Cilas | Dispositif pour determiner la position d'un objet |
| DE3445981A1 (de) * | 1984-12-17 | 1986-06-19 | Messer Griesheim Gmbh, 6000 Frankfurt | Einrichtung zum bearbeiten von werkstuecken mit einem aus einem laserkopf austretenden laserstrahl |
| JPS61274852A (ja) * | 1985-05-28 | 1986-12-05 | Agency Of Ind Science & Technol | 非接触曲面ならいセンサ |
| JPS62803A (ja) * | 1985-06-27 | 1987-01-06 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ３次元測定方法 |
| US4708483A (en) * | 1985-06-28 | 1987-11-24 | Rexnord Inc. | Optical measuring apparatus and method |
| US4789243A (en) * | 1986-07-30 | 1988-12-06 | Amada Engineering & Service & Co., Inc. | Orientation determining system for a device |
-
1987
- 1987-09-02 JP JP62219746A patent/JP2542631B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1988
- 1988-08-31 EP EP88907828A patent/EP0328694B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-08-31 WO PCT/JP1988/000863 patent/WO1989001845A1/ja active IP Right Grant
- 1988-08-31 US US07/343,261 patent/US5071252A/en not_active Expired - Fee Related
- 1988-08-31 DE DE3850487T patent/DE3850487T2/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3850487T2 (de) | 1994-10-13 |
| EP0328694B1 (en) | 1994-06-29 |
| EP0328694A1 (en) | 1989-08-23 |
| US5071252A (en) | 1991-12-10 |
| EP0328694A4 (en) | 1992-07-01 |
| WO1989001845A1 (en) | 1989-03-09 |
| JPS6464753A (en) | 1989-03-10 |
| DE3850487D1 (de) | 1994-08-04 |
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