JPH01188254A - 非接触倣いデジタイジング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は非接触倣いデジタイジング方法に係り、特にモ
デル面の傾斜が距離測定プローブの進行方向及び該進行
方向と直交する方向において距ｍ測定不可能な程大きく
なった場合における非接触倣いデジタイジング方法に関
する。

〈従来技術〉 非接触で距離が測定、できる光触針方式のレーザ距離検
出器（距離測定プローブ）によりモデル面をならわせて
モデル面データをデジタイジングする非接触倣いデジタ
イジング方式がある。かかる非接触型の距離測定プロー
ブは一般に基準距ｇｌＬ。

を持っており、実際の測定圧ｇＩＬ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。第４
図は非接触倣いの説明図であり、モデルＭＤＬを倣うも
のとし、又Ａ、Ｂ、Ｃ点を適当に選ばれたサンプリング
点とした場合、まずＡ点での距＠Ｌ　　（＝Ｌ　＋ΔＬ
）を測定しこれが基準距離り。に比べてΔＬ、だけ誤差
がある時、その誤差分だけ測定軸方向（光軸ＡＸの方向
）に補正動作を掛けながら次のサンプリング点已に向か
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測定軸方向に移動させなが
ら０点に向かい、以後同様な処理を行うことによりモデ
ル面を非接触で倣う。

非接触の距離測定プ四−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。尚、受光レンズに十分の光量が入力されないと
正確な距離測定ができな（なる。

このため、距離測定プローブＰＢには正確に距離を測定
できる範囲があり、第５図において基準距離Ｌ０±ｌの
範囲が測定可能範囲ＭＳＲとなる。又、距離測定プロー
ブＰＢには正確に距離測定できろモデル面傾斜角度θ（
第６図参照）の限界値があり、該限界値以上の傾斜角度
を有する面迄の距離は正確に測定できない。

このため、モデルに限界値以上の傾斜角度の壁が存在す
る場合には従来の非接触倣いではデジタイジングができ
なかった。たとえば第７図に示すような壁（上り、下り
を問わない）ＷＡＬが存在するモデルのデジタイジング
は不可能であった。

そこで、限界値以上の傾斜角を有するモデルであっても
非接触倣いができるように距離測定プローブの光軸を常
時モデル法線方向に向けるようにする方法が提案されて
いる。

〈発明が解決しようとしている課題〉 しかし、かかる方法では光軸ＡＸを法線方向にむけるた
めに複雑な姿勢制御機構（第８図参照）が距離測定プロ
ーブＰＢに必要とされ、高価となると共に、光軸を法線
方向に向ける制御が大変となり処理に相当の時間が掛か
るという問題がある。

尚、第８図において、ＭＨＤは測定ヘッド、ｖＲＭは測
定ヘッドＭＨＤを垂直平面内で回転させる垂直回転機構
、ＨＲＭは垂直回転機構ＶＲＭを水平平面内で回転させ
る水平回転機構である。

このため、本願出願人は第９図に示すように距離測定プ
四−ブＰＢの光軸ＡＸを垂直軸から角度θ傾けて非接触
倣いを行ってモデルＭＤＬの面データをデジタイジング
し、ポイントＰで距ａ測定不可能となった場合には距離
測定プローブＰＢの移動を停止すると共に、該距離測定
プローブを回転させて光軸を垂直方向から逆方向にθ傾
け、しかる後非接触倣いを再開してデジタイジングする
方法を提案している。この方法によれば、比較的簡単な
機構により限界値以上の傾斜面のデジタイジングができ
る。第１０図は球面に近いモデルＭＤＬを上記提案され
た方法で非接触倣いデジタイジングする場合の距離測定
プローブＰＢの姿勢を示す説明図であり、ポイントＰで
垂直軸の回りに１８００回転させている。

しかし、この第２の提案された方法は距離測定プローブ
の進行方向に沿ったモデルの傾斜角度が限界値を越えた
場合に有効であるが、モデルの傾斜角度が進行方向と直
交する方向において限界値を越えた場合には無力であり
、かかる場合にはモデル面データをデジタイジングでき
ない。すなわち、第１１図に示す半球モデルＭＤＬを非
接触倣いでデジタイジングする場合を考えると、半球の
中央部付近の通路ＰＴｏに沿って非接触倣いを行う場合
には進行方向と直交する方向の傾斜角度は小さいため提
案されている方法により正確なデジタイジングができる
。しかし、半球の端部付近の通路ＰＴＥに沿って非接触
倣いを行う場合には進行方向と直交する方向のモデル傾
斜角度が急になって限界値を越又るためデジタイジング
ができなくなる。

以上から、本発明の目的は進行方向及び該方向と直交す
る方向のいずれの方向にモデル傾斜角度が限界値を越え
でも非接触倣いデジタイジングが第１図は本発明の概略
説明図である。

ＰＢＩよ距離測定プローブ、ＭＨＤは測定ヘッド、ＲＭ
は水平回転機構、ＭＤＬはモデル、ＡＸは光軸、ＰＴは
非接触倣い通路である。

く作用〉 距離測定プローブＰＢの光軸ＡＸを垂直方向から角度θ
傾けると共に、該傾斜角度を維持したま一水平回転機構
ＲＭ（第１図（ａ））により光軸ＡＸを垂直軸の回りに
回転可能に構成する。そして、距離測定プローブＰＢの
進行方向に対して垂直軸よりθ傾けてスタート点Ｓから
非接触倣いを行い（第１図（ｂ））、モデル面ＭＤＬ上
のポイントＰで距離測定不可能となった場合には距離測
定プローブＰＢの移動を停止すると共に、該距離測定プ
ローブの光軸ＡＸを垂直軸の回りに９０°回転させて距
離測定が可能かチェックし、可能であれば非接触倣いを
再開し、距離測定が不可能であれば更に９００回転させ
た後非接触倣いを再開する。尚、９０°回転方向はモデ
ル傾斜面と反対方向にθ傾くように回転させる。

〈実施例〉 第２図は本発明にかかる非接触デジタイジング方法を実
施するシステムのブロック図である。

１１は非接触倣いによりモデル面をデジタイジングする
コンピュータ構成のデジタイジング制御装置、１２Ｚ、
１２Ｘ、１２Ｙはデジタイジング制御装置から発生する
デジタルの各軸速度信号ｖ２゜Ｖｘ、Ｖ、ＩＤＡ変換す
るＤＡ変換器、１３２，１３Ｘ、１３Ｙは各軸ノサーホ
回路、１４Ｚ、１４Ｘ、１４Ｙｌｆ各軸駆動用ノモータ
、１５２，１５Ｘ、１５Ｙは対応するモータが所定角度
回転する毎に検出パルスＰ２．　ＰＸ、　ＰＹを発生す
る位置検出用（７）　／ｆ　ルス：Ｉ−ダ、１６ｚ、１
６Ｘ、１６Ｙ＋ｆ対応するパルスコーダから発生するパ
ルスを移動方向に応じて可逆計数して各軸現在位置ＺＡ
、ｘＡ。

ＹＡを監視する各軸現在位置レジスタ、１７はレーザを
用いて非接触でモデル表面迄の距離を測定できる距離測
定プロニブ（第１図における距離測定プローブＰＢに対
応）、１８は距離測定プローブから出力される検出光量
ＤＬＱが所定のスレッショールドレベル以上であるかチ
ェックし以下であれば、ハイレベルの距離測定不可能信
号ＤＭＮを出力する受光量検出回路、１９は距離測定プ
ローブ１７の測定ヘッドＭＨＤ　（第１図！、１参照）
を垂直軸の回りに回転させてθ°、±９０°、±１８０
゜位置（第１図（ａｌ参照）に位置決めさせる割出し制
御回路、２０は光軸回転用のサーボ回路、２１は距離測
定プローブ１７の測定ヘッドＭＨＤを回転させる光軸回
転用モータ、２２（ｆ光軸回転用モーフが所定角度回転
する毎に１個のパルスＰＬを発生するパルスコーダであ
る。

以下、図面に従って本発明の非接触倣いを説明する。た
だし、距離測定プローブをＸ軸方向に送って境界リミッ
ト線迄デジタイジングし、しかる後Ｙ軸方向にピックフ
ィードし、以後Ｘ軸方向の送すとビックフィードを繰り
返してデジタイジングするものとする。又、初期時、距
離測定プローブ１７の光軸ＡＸを垂直軸から進行方向（
−Ｘ方向）にθ、たとえば３０°傾けておき（第１図（
ｂｌ参照）、この位置を光軸回転方向θ°位置（第１図
（ａ）参照）とする。

非接触ならいの起動が掛かって、プローブ１７から測定
距１ＩＩＬと基準距離り。との差ΔＬが入力されると、
デジタイジング制御装置１１のプロセッサ１１　ａ　ｌ
ｅｔΔＬ−ＶＮ特性、ΔＬ　−ＶＴ特性に従って法線方
向速度信号ｖＮと接線方向速度信号Ｖ工を計算する。

又、プロセッサｌｌａは非接触倣い開始からの時間を所
定のサンプリング時間Ｔ、、毎に分割する時、前々回の
タイムスロットにおけるならい方向θ、、−１（第３図
参照）と前回のタイムスロットにおけるならい方向θ。

との差分Δθ。並びに前回のならい方向θ。を用いて、 θ。＋（１／ｎ）　　・Δθ。→θ、、＋、（１）（ｎ
は適宜に決めた定数：通常１／２）により今回のタイム
スロットにおけるならい方向θ、、＋１を演算する。

そして、速度信号ｖＮ、ｖ工及び倣い方向が求まれば、
プロセッサは次式 Ｖ　　−ｃｏｓθ　　→Ｖ　　　　　　（２１Ｖ−ｓｉ
ｎθ　　→ｖ（３） により各軸速度信号ｖｘ、ｖ２を発生し、該各軸方向の
ならい速度信号ｖｘ、Ｖ２をＤＡ変換器１２Ｘ。

１２Ｚ及びサーボ回路１３Ｘ、１３２を介してモータ１
４Ｘ、１４Ｚに印加して距離測定プローブ１７を各軸方
向に同時に移動させモデル面をなられせる。これにより
、プローブ１７はならい方向演算部１１ａで計算された
方向θ、、＋１の方向に移動する。

又、プロセッサ１１ａは所定のサンプリング時間Ｔｌｉ
毎に、あるいは所定距離移動する毎、あるいは許容位置
誤差を越える毎に各軸現在位置データＺＡ、ｘＡ、ＹＡ
ヲ現在値レジスタ１６Ｚ、１６ｘ。

１６Ｙから取り込んで追従誤差ΔＬの各軸成分ΔＬＺ、
ΔＬＸ、ΔＬＹを加算し、モデル面をデジタイジングす
る。そして、倣い範囲のＸ軸方向境界ＩＪ　Ｅットに到
達すればＹ方向に所定量ピックフィードし、しかる後再
びＸ軸方向に送って非接触倣いデジタイジングを繰り返
す。

一方、上記非接触倣いデジタイジング処理と並行して、
受光量判定回路１８は、距離測定プｏ　−ブ１７から出
力された検出光量ＤＬＱが距離測定可能な光量（スレッ
シ１−ルドレベル）以上であるかチェックする。そして
、ポイントＰ（第１図（ｂ））の位置データをデジタイ
ジングした後、検出光量が少なくなってスレッショール
ドレベル以下となれば、受光量判定回路１８はハイレベ
ルの距離測定可能信号ＤＭＮを出力する。

距離測定不可能信号ＤＭＮがハイレベルとなれば、割出
し制御回路１９はその旨を示す信号ＴＤ２をデジタイジ
ング制郵装置１１に入力する。

これにより、デジタイジング制御装置１１のプロセッサ
ｌｌａは非接触倣いを直ちに停止すると共に、現在位置
においてモデル傾斜面が進行方向の左側にあるか右側に
あるか計算し、モデル傾斜面の存在する側に応じて距離
測定プローブＰＢの回転方向を割出し制御回路１９に入
力する。尚、最新にデジタイジングされたポイントＰの
座標値を（ｘＡ、ＹＡ、ＺＡ）、該ポイントのＸ軸成分
と等しいＸ軸座標値を有する隣接倣い通路上のポイント
をＱとすれば、ポイントＰ、ＱのＺ軸座標値の大小に基
づいてモデル傾斜面が進行方向の右側にあるのか、左側
にあるのかを計算できる。そして、傾斜面が進行方向左
側にあれば光軸を反時計方向に９０’回転させる回転指
令ＲＴＣＣＬＪを割出し制御回路１９に出力し、進行方
向右側にあれば時計方向に９０°回転させろ回転指令Ｒ
Ｔｃ、を出力する。

第１図（ｂｌの例では反時計方向への９００回転が指令
される。

割出し制御回路１９は回転指令を受領すれば垂直軸の回
りに、指令された方向に距離測定プローブ１７の測定ヘ
ッド（光軸）を９０°回転させ＋９００位置または一９
０°位置（第１図（ａ）参照）に位置決めさせる。

この状態で、受光量検出回路１８は検出光量ＤＬＱがス
レッシロールドレベル以上になったかチェックする。割
出し制御回路１９は検出光量がスレッショールドレベル
以上になれば距Ｓ測定が可能であるから、信号ＴＤＳＰ
のレベルをローレベルにする。この結果、デジタイジン
グ制御装置１１は非接触倣いデジタイジング処理を再開
する。尚、９０°回転した時に検出光量がスレッショー
ルドレベル以上になったということは、停止位置におい
て進行方向と直交する方向にモデルの傾斜角度がきつく
なったことを意味している。

一方、９０°回転しても検出光量がスレッシワールドレ
ベル以上にならなければ、割出し制御回路１９は信号Ｔ
Ｄｓｐをハイレベルにしたま＼、再度最初の回転方向と
同一方向に９０°回転させ±１８０°位置に位置決めす
る。

この状態で、検出光量がスレッシロールドレベル以上に
なれば距離測定が可能であるから、割出し制御回路１９
は信号ＴＤっ、のレベルをローレベルにし、デジタイジ
ング制御装置１１は非接触倣いデジタイジング処理を再
開する。尚、トータル１８０°回転した時に検出光量が
スレッシロールドレベル以上になったということは、進
行方向におけるモデルの傾斜方向が変化し、かつその傾
斜角度がきつくなったことを意味している。

又、トータル１８０°回転しても検出光量がスレッショ
ールドレベル以上にならなければ、アラーム信号を出力
して処理を終了する。

以後、同様の非接触倣いデジタイジング処理を繰り返し
て面データを得る。尚、第１図（ｂｌの例ではポイント
Ｒにおいて光軸は更に９０°回転されて１８０°位置に
位置決めされて、非接触倣いデジタイジングが行われる
。

〈発明の効果〉 以上本発明によれば、傾斜面が進行方向の左側あるいは
右側において限界値を越えても簡単な構成で非接触倣い
デジタイジングができるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概略説明図、 第２図は本発明を実現するシステムのブロック図、 第３図は非接触倣いにおけろ角度割出し説明図、第４図
は非接触倣いの説明図、 第５図は距離測定プローブの説明図、 第６図は傾斜面の限界角度説明図、 第７図は従来の問題点説明図、 第８図は従来の距離測定プローブの説明図、第９図乃至
第１１図は提案されている方法の説明図である。 ＰＢ・・距離測定プローブ、 ＲＭ・・水平回転機構、 ＭＨＤ・・測定ヘッド、 ＭＤＬ・・モデル、 ＡＸ・・光軸、 ＰＴ・・非接触倣い通路 特許出願人　　　　　　　　ファナック株式会社代理人
　　　　　　　　　　弁理士　　齋藤千幹第１図 （ｂ） 第３図 ／″ 第５図 第６図 Ｓ 第８図 第９図 一一一退行方向 第１０図 第１１図 Ｔｔ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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てモデル面データをデジタイジン
   グするデジタイジング方法において、距離測定プローブ
   の光軸を垂直方向から角度θ傾けると共に、該傾斜角度
   θを維持したまゝ光軸を垂直軸の回りに回転可能に構成
   し、 距離測定プローブの進行方向に対して垂直軸よりθ傾け
   て非接触倣いを行い、 距離測定不可能となった場合には距離測定プローブの移
   動を停止すると共に、該距離測定プローブの光軸を現在
   位置より垂直軸の回りに９０°回転させて距離測定が可
   能かチェックし、可能であれば非接触倣いを再開し、 距離測定が不可能であれば更に９０°回転させた後非接
   触倣いを再開することを特徴とする非接触倣いデジタイ
   ジング方法。
2. （２）垂直面に関してモデル傾斜面と反対方向にθ傾く
   ように前記最初の９０°回転をさせることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の非接触ならいデジタイジン
   グ方法。