JPH03285104A

JPH03285104A - 非接触式デジタイザ用スキヤニングヘツド

Info

Publication number: JPH03285104A
Application number: JP8626190A
Authority: JP
Inventors: Isao Takesawa; 武沢　勲
Original assignee: Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 1990-03-31
Filing date: 1990-03-31
Publication date: 1991-12-16

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、モデル形状を数値化し、ＮＣプログラムを作
成するデジタイザ用のスキャニングヘッドに関するもの
である。

従来の技術非接触式デジタイザ用スキャニングヘッドは、モデル表
面上に照射した輝点の変化を高精度に検出し、スキャニ
ングヘッドのモデル表面からの距離を常に一定に保ちな
がらトレースして、モデル表面の座標値を連続的に検出
するものである。このときスキャニングヘッド又はモデ
ルを自動的に軸移動させるため、速度ベクトルを算出す
る必要がある。このためにモデル表面上の一定距１はな
れた移動軸線上の２個所の輝点の変化を同時に検出する
ために、同一センサを２個並置して同時検出する方法が
行われていた。この方法はスキャニングヘッド全体が大
きくなり、作業域を狭め、操作性が悪くなる等の欠点が
あった。この欠点を補うために、２個の光源から出る光
を、モデル表面上の移動軸線上に２つの輝点とし結像さ
せる光学系と、この２つのモデル表面上の輝点を、第５
図に示すように、２個のリニアセンサ１０１，１０２を
並設した１組の検出素子上に、２つの輝点像として結像
させる１個の光学系からなるスキャニングヘッドを開発
した。

発明が解決しようとするｔ！ｌＢ従来の技術で述べたスキャニングヘッドの検出素子は、
リニアセンサ１０１，１０２を２個並設したもので、セ
ンサの長手（ｉｓ）方向中心部に輝点像が結像されてい
るうちは像の中心をとらえていても、ＸＳ方向両端部の
測定範囲の限界位置に近づくにつれて、像の中心が直交
軸＜ｙｓ＞方向にふれてセンサ軸心から外れることが多
い、これは光軸とセンサ軸の調整不良や、光学系のレン
ズ球面収差が大きい場合に生じやすい現象で、これによ
り検出精度を悪化させるという問題点を有している。

本発明は、従来の技術の有するこのような問題点に鑑み
なされたものであり、その目的とするところは、輝点像
の中心がｙｓ方向にふれても検出精度が悪化しないスキ
ャニングヘッドを提供しようとするものである。

課題を解決するための手段上記目的を達成するために本発明の非接触式デジタイザ
用スキャニングヘッドは、スキャニング方向に対する直
角平面内において投光部と受光部が所定角度を有してＶ
字形に配設される光学式スキャニングヘッドにおいて、
２個の光源を交互に発光させる手段と、前記２個の光源
から交互に出る光をモデル表面上の離れた少なくとも２
点に輝点として結像させる光学系でなるものである。

またスキャニング方向に対する直角平面内において投光
部と受光部が所定角度を有して７字形に配設される光学
式スキャニングヘッドにおいて、２個の光源を交互に発
光させる手段と、前記２個の光源から交互に出る光をモ
デル表面上の離れた少な（とも２点に輝点として結像さ
せる光学系と、前記２点の輝点の輝点像を２点に結像さ
せる１個の光学系と、この輝点像のそれぞれの変位量を
同時に出力する検出素子とを含んでなるものである。

また検出素子はｘｙ二次元出力が可能なエリアセンサで
この一方向出力のみを使用するものとすることもできる
。

作用２個の光源から交互に出た光は、投光部の光学系によっ
てモデル上面の離れた２点に輝点を交互に結像する。こ
の２点の輝点は受光検出部の１個の光学系によって１７
二次元出力が可能な１個の検出素子上に、それぞれの輝
点像を交互に結像させる。この輝点像は、スキャニング
ヘッド又はモデルの移動により、モデル面の凹凸に従っ
て検出素子の一方の軸ＬＸ）方向に変位すると同時に、
光軸ｔｉｉ整の狂いや、レンズの球面収差等により直交
軸（ｙ）方向にも変位し、検出素子からｘ、　　ｙ軸両
方の変位量が検出させる。この両方の検出信号のうちｙ
軸方向の信号を無視して、Ｘ軸方向の交互に出力される
２つの輝点像の信号を、モデル面上の輝点に耐応するそ
れぞれの出力信号に分別し、この分別した出力データを
もとにモデル表面の形状及び速度ベクトルとを求める。

実施例実施例について第１図〜第４図を参照して説明する。

周知のデジタイザにおいて、ベツド１上に設けられたＸ
軸方向の案内上に、モデル２を載置するためのテーブル
３が移動可能に載置され、ヘッド１０両側に立設された
コラム４上に、Ｙ軸方向の案内を有する横桁５が締着さ
れている。横桁５の案内上に主軸６が移動可能に載置さ
れ、主軸頭６にトレーサ用クイル７がＹ軸方向に移動可
能に設けられ、クイル７の先端に光学式スキャニングヘ
ッド８が着脱可能に装着されている。スキャニングヘッ
ド８の本体９内には、投光部１０Ａと受光検出部１０Ｂ
が、スキャニング方向に対する直角平面内において所定
角度θを有してＶ字形に配設されている。本体９内の投
光部１０Ａの上部には、光源となるレーザ光を発する半
導体素子１１が下向きに取付けられており、その下方に
拡散するレーザ光を平行な光束にするためのレンズ１２
が組込まれ、レンズ１２の下方に輝点をモデル上に結像
させるためのレンズ１３が取付けられている。

更に投光部１０Ａにはレンズ１２とレンズ１３の中央に
おいて、レンズ１２．１３を遣る光軸に対して直交する
光軸が得られるように、前記半導体素子１１及びレンズ
１２と同様の光源用半導体素子１４及びレンズ１５が、
スキャニング方向に対する平行面内に取付けられている
。半導体素子１１と１４は、本体９内に設けられた交互
発光回路１７により等間隔かつ交互に電圧が供給されて
断続的にレーザ光が発光されるようになっている。

そして両交軸の交点位置に１片面１６ａが光を反射する
鏡面で、反対面１６ｂが光を通過させるように形成され
た一方向透過形ハーフミラー１６が取付けられている。

このハーフミラ−１６の取付角度θ゛を調整することに
より、レンズ１２．１３を通る直線光軸に対して僅かに
反射光軸を傾斜させ、モデル上面の離れた２点ａ、ｂに
それぞれの輝点を交互に結像させるようになっている。

この２点ａ、ｂ間の距Ｈｉは、ベクトル夏山のため例え
ば２簡に正確に確保され、半導体素子１１の光がａ位置
に、また半導体素子１４の光がｂ位置にそれぞれ結像さ
れる。

更に本体９内には受光検出部１０Ｂが設けられている。

この受光検出部１０Ｂのレンズ２０は、モデル表面上の
輝点ａ、ｂの反射光を捕らえ、それぞれの輝点像ａ’、
ｂ’　を検出素子１８上に結ぶ、検出素子１８は、長手
（ｘｓ）方向及び直交＜ｙｓ＞方向の二次元出力が可能
なＣＣＤ素子等の二次元エリアセンサが使用され、モデ
ル上の２点ａ、ｂ間距１ｌＩＩｔに対応する輝点像ａ″
、ｂ゛の間隔！”をｙｓ方向とし、モデル表面の変化に
応じて動く輝点像の移動方向を１Ｍ方向にして取付けら
れている。この輝点像ａ’、ｂ’　の間隔ｌ′は、レン
ズ２０の結像倍率と距ｌＩｌから決まり、検出素子Ｉ８
のｙｓ方向の巾は、ｌｏに光軸の調整不良及びレンズの
球面収差等によるずれを考慮して余裕を持たせである。

そしてＣＣＤ素子の読取回路は輝点像ａ’、ｂ’のｘｓ
軸方向及びｙｓ軸方向の移動を読取って同時に出力する
ようになっており、この両出力のうちｙｓ軸方向の出力
を無視して切り捨て、ＸＳ軸方向の出力のみを更に交互
に出てくる信号を分別して輝点ａに対応する輝点像ａ′
　と、輝点すに対応する輝点像ｂ′の出力信号に分け、
この分けた出力信号によるそれぞれのデータをもとにＮ
Ｃデータを作成するデジタイズ制御装置２１がベツドｌ
の近傍に設置されている。

続いて本実施例の作用について説明する。

半導体素子１１．１４に交互に電圧が印加されてレーザ
光が断続的に発光され、光源より拡散するレーザ光は、
レンズ１２．１５によりそれぞれ平行光とされる。そし
てレンズ１２から出た一方の平行光は、直線的にハーフ
ミラ−１６を通過してレンズ１３に達し、またレンズ１
５から出た他方の平行光は、ハーフミラ−１６の反射面
により直角に近い所定角度に屈折された平行光となって
レンズ１３に達する。そしてそれぞれの平行光は、モデ
ル２表面上のａ、ｂ位置にそれぞれの輝点を交互に結像
する。この輝点ａ、ｂの反射光は、レンズ２０により捕
らえられて検出素子１８上に輝点像ａ’、ｂ’　を結像
する。そしてモデル２又はスキャニングヘッド８の移動
とモデル面の凹凸により検出素子１８上の輝点像ａ’、
ｂ“が変位し、この変位量が検出素子１８により検出さ
れてデジタイズ制御装置２１に入力される。この入力さ
れる検出素子１日の信号は、ｙｓ方向の信号が無視され
て切り捨てられてｘｓ方向の信号のみとされ、ｘｓ方向
の交互の断続信号から、輝点ａに対応する輝点像ａ“の
位置信号と、輝点すに対応する輝点像ｂ°の位置信号と
に分別される。そしてモデル面上の輝点ａ、ｂからスキ
ャニングへンド８までの距離が、常に一定になるように
、クイ−ルアのＺ軸制御がテーブル３又は主軸ｆｆＪｊ
６のＸ又はＹ軸ｗ御によって行われる。このテーブル又
は主軸頭のＸ、Ｙ現在位置とクイ−ルアの２軸現在位置
からモデル表面の座標値が求められ、同時に検出素子１
８の輝点像ａ”、ｂｏのデータの偏差値からモデル面の
斜面角度及び速度ベクトルが夏山されて送り軸速度が求
められ、ＮＣデータが作成される。

発明の効果本発明は、上述のとおり構成されているので、次に記載
する効果を奏する。

２１１１の光源から交互に出る光を、投光部の光学系に
よりモデル面上の離れた２点に輝点として結像させ、こ
の２点の輝点の反射光を受光検出部の光学系によりＸ７
二次元エリアセンサ形の検出素子上に交互に輝点像を結
像させ、検出素子より出力されるＸＦ方向の２つの信号
のうち、Ｘ方向のみの信号を取り上げ、このＸ方向の交
互の出力信号をモデル面上の２点の輝点に対応するそれ
ぞれの輝点像の出力信号に分別して、それぞれの変位量
を検出するようになしたので、センサ組付時の光軸調整
作業を厳密に行う必要がなくなり組付時間が短縮され、
計測精度が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図はスキャニングヘッドの投光部と受光検出部の正
面切断図、第２図はスキャニングヘッドの投光部を示す
第１図の側面図、第３図は検出素子を示す第１図のＡ−
Ａ線視図、第４図はデジタイザの姿図、第５図は従来の
検出素子を表す図である。２・・モデル　８・・スキャニングヘッド１０Ａ・・投
光部　１０Ｂ・・受光検出部１１．１４・・光源用半導
体素子１２．１３．１５．２０・・レンズ１６・・ハーフミラ−１７・・交互発光回路１８・・検
出素子＠１図／／９＠２１２／

Claims

【特許請求の範囲】

（１）スキャニング方向に対する直角平面内において投
光部と受光部が所定角度を有してＶ字形に配設される光
学式スキャニングヘッドにおいて、２個の光源を交互に
発光させる手段と、前記２個の光源から交互に出る光を
モデル表面上の離れた少なくとも２点に輝点として結像
させる光学系でなることを特徴とする非接触式デジタイ
ザ用スキャニングヘッド。
（２）スキャニング方向に対する直角平面内において投
光部と受光部が所定角度を有してＶ字形に配設される光
学式スキャニングヘッドにおいて、２個の光源を交互に
発光させる手段と、前記２個の光源から交互に出る光を
モデル表面上の離れた少なくとも２点に輝点として結像
させる光学系と、前記２点の輝点の輝点像を２点に結像
させる１個の光学系と、この輝点像のそれぞれの変位量
を同時に出力する検出素子とを含んでなる非接触式デジ
タイザ用スキャニングヘッド。
（３）検出素子はｘｙ二次元出力が可能なエリアセンサ
で、この一方向出力のみを使用することを特徴とする請
求項２記載の非接触式デジタイザ用スキャニングヘッド
。