JPH02212047A - デジタイズ装置 - 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】 〈産業上の利用公費〉 本発明は、デジタイズ装置に関する。

〈従来の技術〉 第８図に示すように、従来は倣い制御によってモデル１
をスキャンしていた。この装置はテーブル３１上に、Ｘ
軸送りモーター３にｗ１！Ｉ！＋されて移動する門型ア
ーム３２が設けられており、アーム３２には、Ｙ輸送り
モーター４によってアーム３２に沿って移動するヘッド
３３が設けられている。ヘッド３３には、スピンドル３
４をヘッド３３内の上下方向に移動させる２輸送りモー
ター５が設けられ、スピンドル３４の下端部にはスタイ
ラス２Ｂを取り付けたトレーサヘッド２７が取り付けら
れている。また、各送りモーター３，４゜５にはそれぞ
れＸ軸位置検出器７、Ｙ軸位置検出器８．２軸位置検出
器９が設けられており、トレーサヘッド２７の機械位置
を検出する。トレーサヘッド２７には、スタイラス２８
がモデル１より受ける反力によって生じる変位を計測す
る変位検出装置（図示せず）が設けられており、Ｘ軸方
向の変位ｔ、１Ｙ軸方向の変位ε１、Ｚ軸方向の変位ｃ
８を出力する。各輸送りモーター３，４，５は倣制御Ｅ
ｌ器３５によって制御されており、倣制御器３５はスタ
イラス２８の変位１１１，１．、ε８を入力してモデル
１の面方向を算出し、各輸送りモーター３゜４．５の速
度をモデル１の面方向にスタイラス２８が動くように倣
い制御を行う。

この時、各軸の現在位置！、３’＃　Ｚは各軸位置検出
器７，８．９によって検出され、デジタイズ９２９に入
力する。同様に、トレーサヘッド２７よりスタイラス２
Ｂの変位ε。。

ε１．Ｃ□をデジタイズ器２９に入力する。

デジタイズ器２９は下記の算出によりスタイラス２８の
座標ｘ、ｙ、ｚを求める。

Ｘ　＝　ｘ　＋　ｔ、、 Ｙ＝ｙ＋ε Ｚ　＝　　ｚ　　＋　　ｃ 求められた座＠ｘ、ｙ、ｚはデジタイズデータ３０とし
て出力される。

〈発明が解決しようとする課題〉 上記従来技術では、以下に示す理由によってモデルのス
キャン速度が遅くならざるを得ず、スキャンに時間がか
かるという問題点があった。

（１）　　倣い制御の制御ループにトレーサヘッドに取
ゆ付けられたスタイラスとモデルの接触面の不安定要素
が入り、安定な制御ができないため速度を上げられない
。

（２）　　ｍい制御の制御ループに、トレーサヘッドを
サポートする機構の低剛性が入っているため、倣い利得
を十分に上げられない。

このため、早く倣うとスタイラスがモデルの面から遊離
する。

（３）高速で倣う場合、急な立壁にスタイラスが出合う
とトレーサヘッドのスタイラスの変位スト四−りをオー
バしてトレーサヘッドを横島する。このため速度を上げ
られない。

本発明は、上記問題点に鑑みてスキャン速度を大幅に向
上するデジタイズ装置を提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 本発明は、上記目的を達成するために、各軸の送りモー
ターによって移動するトレーサヘッドと、トレーサヘッ
ドに取り付けられたスタイラスと、スタイラスの変位を
検出する変位検出装置と、トレーサヘッドの位置を検出
する位置検出器とを備えたデジタイズ装置に於て、立体
形状モデルの３次元座標データを得る光学式三次元測定
機と、得られた３次元座標データをデジタイズデータに
変換する三次元形状デジタイズ＃と、三次元形状デジタ
イズ器の形状デジタイズデータを記憶する形状データ記
憶器と、スキャニング条件を入力するスキャニング条件
設定語と、スキャニング条件設定器よりスキャニング条
件を入力して記憶するスキャニング条件記憶器と、形状
データ記憶器の形状デジタイズデータを入力し、スキャ
ニング条件記憶器のスキャニング条件を入力し、ＮＣス
キャン用のＮＣスキャニングデータを作成するスキャニ
ングデータ作成器と、ＮＣスキャニングデータを入力し
、ＮＣスキャニングデータによって各送りモーターを制
御するＮＣ装置と、位置検出器からトレーサヘッドの位
置及び変位検出装置からスタイラスの変位を入力してデ
ジタイズデータに変換するデジタイズ器を備えたことを
特徴とする。

く作　　　用〉 以上の構成であるので、本発明は、まず立体モデル形状
を光学式三次元測定機で測定する。光学式三次元測定機
によって得られる座標データの精度は、トレーサヘッド
でモデル面をスキャンする場合に得られる座標データに
較べて、一般的に格段に悪く、モデル面のデジタイズデ
ータとしては使用できない。しかし、その測定は超高速
であり、スタイラスを用いて測定する場合スタイラスの
ストロークがモデル面から流れない程度のモデルのラフ
形状を得ることができる。

得られた座標データは三次元形状デジタイズ器によって
デジタイズデータに変換され、ラフ形状データ記憶器に
記憶される。

まｔこ、デジタイズモード、領域、方向等のデジタイズ
に必要なスキャニング条件をスキャニング条件設定器よ
り入力し、スキャニング条件記憶器に記憶する。

ラフ形状データ記憶語とスキャニング条件記憶器からラ
フ形状デジタイズデータと、スキャニング条件をスキャ
ニングデータ作成器に入力し、ＮＣ１１１１１１１Ｉに
よるスキャンを行うためのＮＣスキャニングデータを作
成する。

次にＮＣスキャニングデータをＮＣ１１に入力し、ＮＣ
スキャニングデータに従って、各送りモーターの動作を
制御する。各送りモーターの動作によって、トレーサヘ
ッドに取り付けられているスタイラスが立体形状モデル
の表面を倣う。そして、各位置検出器とスタイラスの変
位検出装置によって検出されるトレーサヘッドの位置、
スタイラスの変位をデジタイズ器に入力してデジタイズ
データに変換する。

く実　施　例〉 本発明の一実施例を図に従って説明する。

尚、従来の技術と同一構成のものは同一符号を用いる。

第１図は本実施例の構成図である。モデル１を倣うデジ
タイザ２のＸ軸送りモーター３、Ｙ輸送りモーター４、
Ｚ輸送リモーター５はＮＣ装置６より指令信号を入力し
て駆動される。ＮＣ装置６は、Ｘ軸位置検出器７．Ｙ軸
位置検出器Ｓ、Ｚ軸位置検出器９より検出された位置を
入力してフィードバック制御すると共に、スキャニング
データ作成器１０からＮＣスキャニングデータ１１を入
力して、各送りモーター３，４．５をＮＧ副制御る。

スキャニングデータ作成器１０は、例えば第２図に示す
光学式三次元測定機１２によって作成されたモデル１の
ラフ形状デジタイズデータ１３を記憶しているラフ形状
データ記憶器１４と、スキャニング条件を記憶している
スキャニング条件記Ｉ！器１５とからモデル１のラフ形
状デジタイズデータ１３とスキャニング条件を入力して
、ＮＣスキャニングデータ１１を作成して出力する。デ
ジタイズモード、領域、方向等のスキャニング条件は、
オペレータ等によってスキャニング条件設定語１６から
、スキャニング条件記憶器１５に入力する。

ことで、ラフ形状デジタイズデータ１３を得る方法の１
例を第２図によって説明する。

光学式三次元測定機１２のパターン投影器１７から、細
長いスリット光１８をモデル１に投影する。ＴＶカメラ
１９はモデル１上のスリット光１８で作られる光のパタ
ーンを検出し、パターンデータを三次元形状デジタイズ
器２０（、こ出力する。三次元形状デジタイズ＠２０は
ラフ形状デジタイズデータ１３を作り、ラフ形状データ
記憶器１４へ出力し、ラフ形状データ記憶＠１４はラフ
形状デジタイズデータ１３を記憶する。

この光学式三次元形状測定方法は、第３図に示すように
、光源２１から出た光はスリット２２により細長いスリ
ット光２３になる。

このスリット光２３はモデル２４に投影され、光のパタ
ーンを作る。この時、例えば点Ｐの三次元座標を求める
方法はまずＴＶカメラ２５をＹ軸平行方向に光源２１か
ら距ｇｌＬの位置に設置すると、ＴＶカメラ２５を原点
として点Ｐの座標関係はＸ−Ｙ平面上では第４図に示す
ようにＸ軸と角θをなし原点を通る直線と、原点から距
離りのＸ軸の点を通りＸ軸と角φをなす直線との交点に
ある。Ｘ−２平面上では第５図に示すように、原点を通
り角δをなす直線上にある。この時、角θ、δはカメラ
２５の像により測定できる。角φはスリットの方向に固
定である。

以上の関係により、Ｐ点の座標を（Ｘ、Ｙ。

Ｚ）とすれば より Ｌ；Ｔｖカメラ２５と光＠２１（Ｄ距離θｊＸ−Ｙ平面
上で点ＰのＸ軸となす角φ１Ｘ−Ｙ平面上で点ＰのＸ軸
となす角δ、Ｘ−Ｚ平面上で点ＰのＸ軸となす角と求ま
る。

この場合、得られるｐ　（ｘ、ｙ、ｚ）の精度はスリッ
トの誤差、カメラの光学系の誤差等によりスタイラスで
モデル面を直接スキャンする場合に得られる三次元座標
に較べて、−収約には格段に悪い。このため、モデル面
のデジタイズデータとしては使えない。

黙しながら、スリット光のパターン上の座標が一度に線
として得られるため、第２図に示す光学式三次元測定機
１２に於て、スリット光１８がモデル１を切断する方向
の直角方向に移動するように送りモーター（図示せず）
を制御すれば、スリット光１８を１度スキャンするのみ
で非常に短時間でモデル１の全面の座標を得ることがで
きる。

以上のようにして、得られたモデル１の面のラフ形状デ
ジタイズデータをスキャニングデータ作成ｌ＃１０に入
力し、更に、スキャニング条件記憶蕾１５よりスキャニ
ング条件をスキャニングデータ作成器１０に入力して、
ＮＣ装置６の制御によるＮＣスキャニングに必要なＮＣ
スキャニングデータ１１を作成する。

このＮＣスキャニングデータ１１の作成方法は以下に説
明する通りである。

第６図に示すように、光学的に得たモデル１のラフ形状
データは、ｘ−ｙ平面上のＸ。

ｙのメツシュ座標に対応したＺ軸方向のモデル１の面の
高さｚ、のデータとして、ラフ形状データ記憶器１４に
記憶されている。

第７図に示すように、スキャニング条件のスキャンパス
がｘ　−ｙ平面上の投影スキャンパス２６としてスキャ
ニング条件設定器１６により設定される。ｘ−Ｙ平面投
影スキャンパス２６の通るＸ−Ｙ平面上のメツシュ（３
Ｃｌｚ　ｙｌ　）に対応するラフ形状データ記憶器１４
のＺ軸座標２」〕、スキャニングデータ（”ｌｊ　ｙｌ
　＃も）を作る。このようにして設定されたＸ−Ｙ平面
投影スキャニングパス２６からスキャニングデータ（”
ｌｊ　’ＩＩ　”ｌ）　＃　（”ｌ＋１ｊ　ｙｔ＋ｔ’
　”＋４１）　＃・・・　（ｘｌア”　ｌ＋ｍ’　”　
ｌ＋、）が求まる。これらのスキャニングデータをＮＣ
スキャニングデータ１１としてスキャニングデータ作成
昭１０はＮＣ装ｗ６へ出力する。ＮＣ装置６は、ＮＣス
キャニングデータ１１を使用して各軸の送りモーター３
，４．５をＮＣ制御する。

この制御によって、トレーサヘッド２７は、ＮＣスキャ
ニングデータ１１に指示されるスキャニング軌跡で動か
される。この時ＮＣスキャニングデータ１１は、トレー
サヘッド２７のスタイラス２８のストロークをオーバー
しない程度の精度でモデル１の面に追従している。

この場合、トレーサヘッド２７は倣い制御によるスキャ
ンと異なりＮＣ制御であるため格段に高速のスキャンが
可能である。

この時の各軸の現在位置Ｘ、Ｙ、Ｚは、各軸の位置検出
＠７，８．９により検出されデジタイズ９２９に出力さ
れる。また、トレーサヘッド２７よりスタイラスの変位
ｃ、、ε１．εがデジタイズ留２９に出力され、デジタ
イズ＠２９は、これらの変位ｃｗ、ε２．Ｃ８と現在位
Ｗｊｅ）’ｐＺによって、スタイラス２８の座標ｘ、ｙ
、ｚを求め、デジタイズデータ３０として出力する。

この特産＠ｘ、ｙ、ｚは Ｘ＝ｘ＋ε Ｙ＝ｙ＋ｔ Ｚｗｚ十ｇ である。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明はモデルをトレーサヘッド
によってスキャニングする時間をＮＣｆａＪ＊によって
大幅短縮することを可能にする。

【図面の簡単な説明】

第１図から第７図は本発明の一実施例に関し、第１図は
実施例の構成図、第２図は光学式三次元測定機の正面図
、第３図は光学式三次元測定の説明図、第４図と第５図
は座標の説明図、第６図はラフ形状デジタイズデータの
説明図、第７図はスキャニングパスの説明図、第８図は
従来の技術を示す構成図である。 図　　中、 １はモデル、２はデジタイザ、３はＸ軸送りモーター、
４はＹ輸送９モーター　５はＺ輸送りモーター　６ばＮ
Ｃ装置、７シよＸ軸位置検出器、８はＹ軸位置検出器、
９はＺ軸位置検出器、１０はスキャニングデータ作成器
、１１はＮＣスキャニングデータ、１２は光学式三次元
測定機、１３はラフ形状デジタイズデータ、１４はラフ
形状データ記憶器、１５はスキャニング条件記＠＠、　
１６はスキャニング条件設定器、２０はラフ形状デジタ
イズ讐、２７はトレーサヘッド、２８はスタイラスであ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 各軸の送りモーターによって移動するトレーサヘッドと
   、トレーサヘッドに取り付けられたスタイラスと、スタ
   イラスの変位を検出する変位検出装置と、トレーサヘッ
   ドの位置を検出する位置検出器とを備えたデジタイズ装
   置に於て、立体形状モデルの３次元座標データを得る光
   学式三次元測定機と、得られた３次元座標データをデジ
   タイズデータに変換する三次元形状デジタイズ器と、三
   次元形状デジタイズ器の形状デジタイズデータを記憶す
   る形状データ記憶器と、スキャニング条件を入力するス
   キャニング条件設定器と、スキャニング条件設定器より
   スキャニング条件を入力して記憶するスキャニング条件
   記憶器と、形状データ記憶器の形状デジタイズデータを
   入力し、スキャニング条件記憶器のスキャニング条件を
   入力し、ＮＣスキャン用のＮＣスキャニングデータを作
   成するスキャニングデータ作成器と、ＮＣスキャニング
   データを入力し、ＮＣスキャニングデータによって各送
   りモーターを制御するＮＣ装置と、位置検出器からトレ
   ーサヘッドの位置及び変位検出装置からスタイラスの変
   位を入力してデジタイズデータに変換するデジタイズ器
   を備えたことを特徴とするデジタイズ装置。