JPH0482658A - 非接触ならい制御装置 - Google Patents
非接触ならい制御装置Info
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- JPH0482658A JPH0482658A JP2196797A JP19679790A JPH0482658A JP H0482658 A JPH0482658 A JP H0482658A JP 2196797 A JP2196797 A JP 2196797A JP 19679790 A JP19679790 A JP 19679790A JP H0482658 A JPH0482658 A JP H0482658A
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- 239000013598 vector Substances 0.000 claims abstract description 55
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 49
- 239000000700 radioactive tracer Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 15
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 15
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
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- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000007779 soft material Substances 0.000 description 1
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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
- B23Q35/128—Sensing by using optical means
-
- 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
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- G05B2219/37—Measurements
- G05B2219/37422—Distance and attitude detector
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
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- Numerical Control (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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。
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〕
本発明は非接触ならい制御装置に関し、特にならい精度
を向上させた非接触ならい制御装置に関する。
を向上させた非接触ならい制御装置に関する。
近年、非接触距離検出器を使用してモデルの形状をなら
う非接触ならい制御装置が開発されている。この非接触
距離検出器には光学式距離検出器が使用され、これをト
レーサヘッドの先端に固定してモデル面までの距離を検
出してならいを行う。
う非接触ならい制御装置が開発されている。この非接触
距離検出器には光学式距離検出器が使用され、これをト
レーサヘッドの先端に固定してモデル面までの距離を検
出してならいを行う。
モデルを傷つける心配がないので、柔らかい材質のモデ
ルを使用することができ、ならい加工における適用分野
の拡大が期待されている。
ルを使用することができ、ならい加工における適用分野
の拡大が期待されている。
しかし、従来の非接触ならい制御装置ではモデルの傾斜
角度が大きい部分でならい精度が低下してしまう問題が
あった。すなわち、この部分では距離検出器の測定光軸
がモデル面に対して平行に近くなり、モデル面上のスポ
ットが楕円状に拡大されて距離検出器の分解能が低下し
、ならい精度が低下する。特に、三角測距式の距離検出
器では、この傾斜角度によっては測定光軸がモデル面と
干渉して測定不能になってしまうこともあった。
角度が大きい部分でならい精度が低下してしまう問題が
あった。すなわち、この部分では距離検出器の測定光軸
がモデル面に対して平行に近くなり、モデル面上のスポ
ットが楕円状に拡大されて距離検出器の分解能が低下し
、ならい精度が低下する。特に、三角測距式の距離検出
器では、この傾斜角度によっては測定光軸がモデル面と
干渉して測定不能になってしまうこともあった。
そこで、点２個の検出器を使用して、２回の測定を行い
、この４点から任意の３点を選び、この３点からモデル
面の法線ベクトルを求め、距離検出器をこの法線ベクト
ル方向に回転させ、測定精度を向上させている。このよ
うな例として、特願平１−１９４５００号がある。
、この４点から任意の３点を選び、この３点からモデル
面の法線ベクトルを求め、距離検出器をこの法線ベクト
ル方向に回転させ、測定精度を向上させている。このよ
うな例として、特願平１−１９４５００号がある。
しかし、４点の中から３点を適当に選ぶと、３点が直線
上にあったり、あるいは直線近傍上にあったりして、正
確なモデル面の法線ベクトルが得られない場合がある。
上にあったり、あるいは直線近傍上にあったりして、正
確なモデル面の法線ベクトルが得られない場合がある。
すなわち、３点が直線上にあれば、法線ベクトルを求め
ることはできない。
ることはできない。
さらに、直線近傍にあると、実際のモデル面の局面変化
率が大きい部分では、モデル面の近似平面とはかけ離れ
た面が得られる結果となる。
率が大きい部分では、モデル面の近似平面とはかけ離れ
た面が得られる結果となる。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、正
確なモデル平面の法線ベクトルを求めるための点を選択
できる非接触ならい制御装置を提供することを目的とす
る。
確なモデル平面の法線ベクトルを求めるための点を選択
できる非接触ならい制御装置を提供することを目的とす
る。
本発明では上記課題を解決するために、モデルの形状を
非接触でならいながらワークをならい加工する非接触な
らい制御装置において、所定の直線軸に対してそれぞれ
一定の角度だけ傾斜させて、前記直線軸及び前記直線軸
を中心として回転する回転軸によって制御されるトレー
サヘッドに取り付けられ、それぞれ前記モデル面までの
距離を非接触で測定する第１及び第２の非接触距離検出
器と、所定のサンプリング時間毎に前記第１及び第２の
非接触距離検出器のそれぞれの測定値をサンプリングす
るサンプリング手段と、前回のサンプリング時にサンプ
リングされた前記第１の非接触距離検出器の第１の測定
値、前記第２の非接触距離検出器の第２の測定値、今回
のサンプリング時にサンプリングされた前記第１の非接
触距離検出器の第３の測定値、及び前記第２の非接触距
離検出器の第４の測定値を記憶する記憶手段と、前記第
１の測定位置、第２の測定位置、第３の測定位置及び第
４の測定位置から、２点を選択し、残りの２点から１点
を選択する点選択手段と、前記選択手段によって選択さ
れた３点の測定値に基づいて前記モデル表面の法線ベク
トルを算出するベクトル算出手段と、前記法線ベクトル
を前記直線軸に直角な平面に投影した射影の前記平面上
での角度を算出する角度算出手段と、前記角度の方向に
前記回転軸を回転させる回転軸駆動手段と、を有するこ
とを特徴とする非接触ならい制御装置が、提供される。
非接触でならいながらワークをならい加工する非接触な
らい制御装置において、所定の直線軸に対してそれぞれ
一定の角度だけ傾斜させて、前記直線軸及び前記直線軸
を中心として回転する回転軸によって制御されるトレー
サヘッドに取り付けられ、それぞれ前記モデル面までの
距離を非接触で測定する第１及び第２の非接触距離検出
器と、所定のサンプリング時間毎に前記第１及び第２の
非接触距離検出器のそれぞれの測定値をサンプリングす
るサンプリング手段と、前回のサンプリング時にサンプ
リングされた前記第１の非接触距離検出器の第１の測定
値、前記第２の非接触距離検出器の第２の測定値、今回
のサンプリング時にサンプリングされた前記第１の非接
触距離検出器の第３の測定値、及び前記第２の非接触距
離検出器の第４の測定値を記憶する記憶手段と、前記第
１の測定位置、第２の測定位置、第３の測定位置及び第
４の測定位置から、２点を選択し、残りの２点から１点
を選択する点選択手段と、前記選択手段によって選択さ
れた３点の測定値に基づいて前記モデル表面の法線ベク
トルを算出するベクトル算出手段と、前記法線ベクトル
を前記直線軸に直角な平面に投影した射影の前記平面上
での角度を算出する角度算出手段と、前記角度の方向に
前記回転軸を回転させる回転軸駆動手段と、を有するこ
とを特徴とする非接触ならい制御装置が、提供される。
トレーサヘッドに設けられた二つの非接触距離検出器か
らの前回と今回のサンプリング時の測定値よりモデル面
上の微小な四角形の各頂点の座標値を得る。このうちの
まず２点を決め、残りの２点のうちから、より正確にモ
デルの法線ベクトルが得られる点を選択する。この三つ
の頂点の座標値を用いて法線ベクトルを求め、この法線
ベクトルのＸ−Ｙ平面への射影の方向にトレーサヘッド
を回転する。非接触距離検出器の測定軸がモデル面に対
して最も垂直に近くなる方向に向けられるので、高精度
の距離測定ができる。
らの前回と今回のサンプリング時の測定値よりモデル面
上の微小な四角形の各頂点の座標値を得る。このうちの
まず２点を決め、残りの２点のうちから、より正確にモ
デルの法線ベクトルが得られる点を選択する。この三つ
の頂点の座標値を用いて法線ベクトルを求め、この法線
ベクトルのＸ−Ｙ平面への射影の方向にトレーサヘッド
を回転する。非接触距離検出器の測定軸がモデル面に対
して最も垂直に近くなる方向に向けられるので、高精度
の距離測定ができる。
以下、本発肋の一実施例を図面に基づいて説明する。
第１図は本発明の非接触ならい制御装置及び周辺装置の
構成を示したブロック図である。図において、プロセッ
サ１１はバス１０を介してＲＯＭ１２に格納されたシス
テムプログラムを読みだし、このシステムプログラムに
従って非接触ならい制御装置１の全体の動作を制御する
。ＲＡＭ１３はデータの一時記憶装置であり、後述する
距離検出器からの測定値、及びその他の一時的なデータ
を記憶する。不揮発性メモリ１４は図示されていないバ
ッテリでバックアップされており、インターフェース１
５を介して操作盤２より入力されたならい方向、ならい
速度等の各種のパラメータ等を格納する。
構成を示したブロック図である。図において、プロセッ
サ１１はバス１０を介してＲＯＭ１２に格納されたシス
テムプログラムを読みだし、このシステムプログラムに
従って非接触ならい制御装置１の全体の動作を制御する
。ＲＡＭ１３はデータの一時記憶装置であり、後述する
距離検出器からの測定値、及びその他の一時的なデータ
を記憶する。不揮発性メモリ１４は図示されていないバ
ッテリでバックアップされており、インターフェース１
５を介して操作盤２より入力されたならい方向、ならい
速度等の各種のパラメータ等を格納する。
ならい工作機械３のトレーサヘッド４には距離検出器５
ａ及び５ｂが設けられている。距離検出器５ａ及び５ｂ
には半導体レーザあるいは発光ダイオードを光源とした
反射光量式の距離検出器が使用され、それぞれモデル６
までの距離を非接触で測定する。これらの距離検出器の
測定値Ｌａ及びＬｂは、ならい制御装置１内のＡ／Ｄ変
換器１６ａ及び１６ｂでディジタル値に変換されて逐次
プロセッサ１１に読み取られる。
ａ及び５ｂが設けられている。距離検出器５ａ及び５ｂ
には半導体レーザあるいは発光ダイオードを光源とした
反射光量式の距離検出器が使用され、それぞれモデル６
までの距離を非接触で測定する。これらの距離検出器の
測定値Ｌａ及びＬｂは、ならい制御装置１内のＡ／Ｄ変
換器１６ａ及び１６ｂでディジタル値に変換されて逐次
プロセッサ１１に読み取られる。
プロセッサ１１は測定値Ｌａ及びＬｂと後述する現在位
置レジスタ１９ｘ、１９ｙ及び１９ｚからの信号に基づ
いて各軸変位量を算出すると共に、この変位量と指令さ
れたならい方向、ならい速度に基づいて、周知の技術に
より、各軸の速度指令ＶｘＳＶｙ及びＶｚを発生する。
置レジスタ１９ｘ、１９ｙ及び１９ｚからの信号に基づ
いて各軸変位量を算出すると共に、この変位量と指令さ
れたならい方向、ならい速度に基づいて、周知の技術に
より、各軸の速度指令ＶｘＳＶｙ及びＶｚを発生する。
これらの速度指令はＤ／Ａ変換器１７ｘ、１７ｙ及び１
７ｚでディジタル値に変換され、サーボアンプ１８ｘ、
１８ｙ及び１８ｚに入力される。サーボアンプ１８Ｘ及
び１８ｙはこの速度指令に基づいてならい工作機械３の
サーボモータ３２ｘ及び３２ｙを駆動し、これによりテ
ーブル３１がＸ軸方向及び紙面と直角なＹ軸方向に移動
する。また、サーボアンプ１８ｚがサーボモータ３２ｚ
を駆動し、トレーサヘッド４及び工具３４がＸ軸方向に
移動する。
７ｚでディジタル値に変換され、サーボアンプ１８ｘ、
１８ｙ及び１８ｚに入力される。サーボアンプ１８Ｘ及
び１８ｙはこの速度指令に基づいてならい工作機械３の
サーボモータ３２ｘ及び３２ｙを駆動し、これによりテ
ーブル３１がＸ軸方向及び紙面と直角なＹ軸方向に移動
する。また、サーボアンプ１８ｚがサーボモータ３２ｚ
を駆動し、トレーサヘッド４及び工具３４がＸ軸方向に
移動する。
サーボモータ３２ｘ、３２ｙ及び３２ｚには、これらが
所定量回転する毎にそれぞれ検出パルスＦＰｘＳＦＰｙ
及びＦＰｚを発生するパルスコーダ３３ｘ、３３ｙ及び
３３ｚが設けられている。
所定量回転する毎にそれぞれ検出パルスＦＰｘＳＦＰｙ
及びＦＰｚを発生するパルスコーダ３３ｘ、３３ｙ及び
３３ｚが設けられている。
非接触ならい制御装置１内の現在位置レジスタ１９ｘ、
１９ｙ及び１９ｚは検出パルスＦＰｘ、Ｆｐｙ及びＦＰ
ｚをそれぞれ回転方向に応じてカウントアツプ／ダウン
して各軸方向の現在位置データＸａ、Ｙａ及びＺａを求
め、プロセッサ１１に人力している。
１９ｙ及び１９ｚは検出パルスＦＰｘ、Ｆｐｙ及びＦＰ
ｚをそれぞれ回転方向に応じてカウントアツプ／ダウン
して各軸方向の現在位置データＸａ、Ｙａ及びＺａを求
め、プロセッサ１１に人力している。
一方、プロセッサ１１は上記の各軸の制御と同時に、距
離検出器５ａ及び５ｂの測定値Ｌａ及びＬｂを所定のサ
ンプリング時間毎にサンプリングし、このサンプリング
データを用いて後述する方法によりモデル６の表面の法
線ベクトルを求め、法線ベクトルのＸ−Ｙ平面上の射影
の方向に対応した回転指令ＳＣを発生する。回転指令Ｓ
ＣはＤ／Ａ変換器１７ｃでディジタル値に変換された後
、サーボアンプ１８ｃに入力され、この指令に基づいて
サーボアンプ１８ｃがＣ軸のサーボモータ３２ｃを駆動
する。
離検出器５ａ及び５ｂの測定値Ｌａ及びＬｂを所定のサ
ンプリング時間毎にサンプリングし、このサンプリング
データを用いて後述する方法によりモデル６の表面の法
線ベクトルを求め、法線ベクトルのＸ−Ｙ平面上の射影
の方向に対応した回転指令ＳＣを発生する。回転指令Ｓ
ＣはＤ／Ａ変換器１７ｃでディジタル値に変換された後
、サーボアンプ１８ｃに入力され、この指令に基づいて
サーボアンプ１８ｃがＣ軸のサーボモータ３２ｃを駆動
する。
これにより、トレーサヘッド４が指令された角度に回転
されると共に、モデル６との間隔が後述する一定距離を
保つように制御され、同時にテーブル３１が指令された
ならい方向、ならい速度で移動して、トレーサヘッド４
と同じくＺ軸制御される工具３４によってワーク３５に
モデル６と同様の形状の加工が施される。
されると共に、モデル６との間隔が後述する一定距離を
保つように制御され、同時にテーブル３１が指令された
ならい方向、ならい速度で移動して、トレーサヘッド４
と同じくＺ軸制御される工具３４によってワーク３５に
モデル６と同様の形状の加工が施される。
第２図はトレーサヘッド４の詳細図である。図において
、トレーサヘッド４にはＺ軸に対して角度φだけ傾斜さ
せて距離検出器５ａが取り付けられ、これがＣ軸によっ
て回転指令ＳＣの指令角度ｅＣで所定の半径の円周上を
回転する。また、距離検出器５ａの外側に重ねて距離検
出器５ｂが取り付けられており、同様に指令角度ｅＣの
角度で回転制御される。
、トレーサヘッド４にはＺ軸に対して角度φだけ傾斜さ
せて距離検出器５ａが取り付けられ、これがＣ軸によっ
て回転指令ＳＣの指令角度ｅＣで所定の半径の円周上を
回転する。また、距離検出器５ａの外側に重ねて距離検
出器５ｂが取り付けられており、同様に指令角度ｅＣの
角度で回転制御される。
前述したように、距離検出器５ａの測定値がならい制御
装置にフィードバックされることにより、距離検出器５
ａからモデル６上の測定点Ｐａまでの距離１ａは一定に
保たれる。また、この距離βａは距離検出器５ａの測定
軸と２軸との交点までの距離に設定されており、トレー
サヘッド４がＣ軸によって回転しても測定点Ｐａは移動
せず、したがってトレーサヘッド４とモデル６との距離
βも一定に保たれる。
装置にフィードバックされることにより、距離検出器５
ａからモデル６上の測定点Ｐａまでの距離１ａは一定に
保たれる。また、この距離βａは距離検出器５ａの測定
軸と２軸との交点までの距離に設定されており、トレー
サヘッド４がＣ軸によって回転しても測定点Ｐａは移動
せず、したがってトレーサヘッド４とモデル６との距離
βも一定に保たれる。
距離検出器５ｂはモデル６上の測定点Ｐｂまでの距離Ｉ
！ｂを測定してならい制御装置に入力している。
！ｂを測定してならい制御装置に入力している。
次に、トレーサヘッド４の回転角度の算出方法について
第３図を参照して説明する。図において、トレーサヘッ
ド４をモデル６に対して相対的に、Ｘ軸方向に所定のな
らい速度で移動させてならいを行うと共に、所定時間毎
に距離検出器５ａ及び５ｂの測定値をサンプリングし、
これらの測定値と現在位置レジスタから出力される現在
位置データに基づいて、モデル６上の点ＰＩ１１Ｐ１ｎ
−，、ＰＬ、、及びＰ２．、 Ｐ２゜、Ｐ２．、
の座標値を求めていく。
第３図を参照して説明する。図において、トレーサヘッ
ド４をモデル６に対して相対的に、Ｘ軸方向に所定のな
らい速度で移動させてならいを行うと共に、所定時間毎
に距離検出器５ａ及び５ｂの測定値をサンプリングし、
これらの測定値と現在位置レジスタから出力される現在
位置データに基づいて、モデル６上の点ＰＩ１１Ｐ１ｎ
−，、ＰＬ、、及びＰ２．、 Ｐ２゜、Ｐ２．、
の座標値を求めていく。
そして、例えば点Ｐ１．．の座標値（Ｘｌ、、、Ｙｌｎ
、Ｚｌ、、）と、点Ｐ２．．の座標値（Ｘ２．、。
、Ｚｌ、、）と、点Ｐ２．．の座標値（Ｘ２．、。
Ｙ２．、、Ｚ２．、）から、表面ベクトルＳ１ｎ［Ｘ２
ｎ−Ｘｉｎ、Ｙ２．、−Ｙｌ、、、Ｚ２．−Ｚｌ、。
ｎ−Ｘｉｎ、Ｙ２．、−Ｙｌ、、、Ｚ２．−Ｚｌ、。
〕を求める。ま′た、点Ｐ１．．の座標値（Ｘｉ、。
Ｙｌ、、、Ｚｌ、）と、点ＰＬ、、の座標値（ＸＩｎ−
１、Ｙｌ、、Ｉ 、 Ｚ １．、 ） から、表面ベ
クトルＳ ２ ｎ 〔Ｘ １．、−＋ Ｘ １．。、
Ｙｌ、、−、−Ｙｌｌ、。
１、Ｙｌ、、Ｉ 、 Ｚ １．、 ） から、表面ベ
クトルＳ ２ ｎ 〔Ｘ １．、−＋ Ｘ １．。、
Ｙｌ、、−、−Ｙｌｌ、。
Ｚ Ｌ＋−１−ｚ １．、］を求める。
次に次式、
Ｎｎ＝５１ｎＸＳ２ｎ
（但し、Ｎｎ、Ｓｌｎ、Ｓ２ｎはベクトルを表す）
によって表面ベクトルＳｉｎとＳ２ｎの外積を演算して
点Ｐｎにおける法線ベクトルＮｎを求める。
点Ｐｎにおける法線ベクトルＮｎを求める。
そして、法線ベクトルＮｎをＸ−Ｙ平面上に投影した射
影ＮｌｎのＸ軸となす角度θｃｎを次式、ｅｃｎ＝ｊａ
ｎ−’ （Ｊｎ／Ｉｎ） 但し、Ｉｎ＝ベクトルＮｎのＸ成分 Ｊｎ：ベクトルＮｎ（７）Ｙ成分 で求め、この角度ｅｃｎをＣ軸の指令値として出力する
。
影ＮｌｎのＸ軸となす角度θｃｎを次式、ｅｃｎ＝ｊａ
ｎ−’ （Ｊｎ／Ｉｎ） 但し、Ｉｎ＝ベクトルＮｎのＸ成分 Ｊｎ：ベクトルＮｎ（７）Ｙ成分 で求め、この角度ｅｃｎをＣ軸の指令値として出力する
。
この角度はモデル６の傾斜に対応して変化していき、例
えば点Ｐｌｑではθｃｑとなる。
えば点Ｐｌｑではθｃｑとなる。
したがって、トレーサヘッド４は距離検出器の測定軸が
常にモデル６の表面に対して最も垂直に近い方向に向け
られ、高精度の距離測定が行われる。
常にモデル６の表面に対して最も垂直に近い方向に向け
られ、高精度の距離測定が行われる。
第４図は上記の回転角度の算出時のフローチャートであ
る。図において、Ｓに続く数値はステップ番号を示す。
る。図において、Ｓに続く数値はステップ番号を示す。
〔Ｓ１〕所定時間毎に距離検出器５ａ及び５ｂの測定値
をサンプリングする。
をサンプリングする。
〔Ｓ２〕それぞれの距離検出器の今回の測定値からベク
トルＳ１を求める。
トルＳ１を求める。
〔Ｓ３〕距離検出器５ａの今回の測定値と前回の測定値
からベクトルＳ２を求める。
からベクトルＳ２を求める。
〔Ｓ４〕ベクトルＳ１とベクトルＳ２の外債を演算して
表面ベクトルＮを求める。
表面ベクトルＮを求める。
〔Ｓ５〕表面ベクトルＮをＸ−Ｙ平面に投影した射影の
Ｘ軸となす角度Ｏｃを算出する。
Ｘ軸となす角度Ｏｃを算出する。
上記の説明では、前回のサンプリング時の一方の距離検
出器の測定値と、今回のサンプリング時の両方の距離検
出器の測定値に基づいて法線ベクトルを求めたが、この
ようにして求めた３点が直線あるいは直線の近傍にある
場合は、正確な法線ベクトルＮｎは得られない。
出器の測定値と、今回のサンプリング時の両方の距離検
出器の測定値に基づいて法線ベクトルを求めたが、この
ようにして求めた３点が直線あるいは直線の近傍にある
場合は、正確な法線ベクトルＮｎは得られない。
次に、正確な法線ベクトルＮｎを求めるために望ましい
３点を選択する手順について述べる。第５図は第３の点
を選択するた約の点選択手段の説明図である。距離検出
器５ａの今回の測定点をＰｌ、前回の測定点をｐＨとす
る。これらの点は第３図のｐｉ、、点Ｐ１゜−１に相当
する。また、距離検出器５ｂの今回の測定点をＰ２、前
回の測定点をＰ２１とする。これらの点は第３図のＰ２
゜、点Ｐ２．．に相当する。
３点を選択する手順について述べる。第５図は第３の点
を選択するた約の点選択手段の説明図である。距離検出
器５ａの今回の測定点をＰｌ、前回の測定点をｐＨとす
る。これらの点は第３図のｐｉ、、点Ｐ１゜−１に相当
する。また、距離検出器５ｂの今回の測定点をＰ２、前
回の測定点をＰ２１とする。これらの点は第３図のＰ２
゜、点Ｐ２．．に相当する。
まず、２点として距離検出器５ａの測定点Ｐ１とｐＨを
選択する。次に点Ｐ２あるいは点Ｐ２１が以下の条件を
満足するが順次調べ、満足する点を選択して、これら３
点から法線ベクトルＮｎを求める。
選択する。次に点Ｐ２あるいは点Ｐ２１が以下の条件を
満足するが順次調べ、満足する点を選択して、これら３
点から法線ベクトルＮｎを求める。
第１の条件は点Ｐ２から直線りに下ろした垂線と直線り
との交点Ｐｖが点Ｐ１と点ｐＨの間にあることである。
との交点Ｐｖが点Ｐ１と点ｐＨの間にあることである。
すなわち、交点Ｐｖが線分り上（すなわち点Ｐ１と点ｐ
Ｈの間）に無ければ、選択された３点により構成される
三角形が鈍角三角形になり、ＰｌもしくはｐＨが対辺に
近くなってしまうので、使用する点としては望ましくな
い。
Ｈの間）に無ければ、選択された３点により構成される
三角形が鈍角三角形になり、ＰｌもしくはｐＨが対辺に
近くなってしまうので、使用する点としては望ましくな
い。
第２の条件は点Ｐ２と直線りとの距離Ｌ２が一定以上あ
ることである。距離Ｌ２が小さい程、点Ｐ２は直線りに
近く、使用する点として不適当となる。
ることである。距離Ｌ２が小さい程、点Ｐ２は直線りに
近く、使用する点として不適当となる。
点Ｐ２が上記の２つの条件を満足すれば、点Ｐ２を第３
の点として選択する。点Ｐ２が上記の２つの条件を満た
さないときは、点Ｐ２１について、２つの条件を満足す
るか調べ、満足すれば点Ｐ２１を第３の点として選択す
る。
の点として選択する。点Ｐ２が上記の２つの条件を満た
さないときは、点Ｐ２１について、２つの条件を満足す
るか調べ、満足すれば点Ｐ２１を第３の点として選択す
る。
もし、いずれの点も２つの条件を満足しないときは、よ
り条件に近い点を選択する。すなわち、例えば、点Ｐ２
と点Ｐ２１の垂線が、共に直線り上にあり、距離が条件
を満足しないときは、距離の大きい方の点を選択する。
り条件に近い点を選択する。すなわち、例えば、点Ｐ２
と点Ｐ２１の垂線が、共に直線り上にあり、距離が条件
を満足しないときは、距離の大きい方の点を選択する。
第６図は第３の点を選択するための点選択手段の処理の
フローチャートである。図において、Ｓに続く数値はス
テップ番号を示す。
フローチャートである。図において、Ｓに続く数値はス
テップ番号を示す。
〔Ｓ１〕点Ｐ２から直線りへ下ろした垂線と直線りの交
点Ｐｖは線分り上にあるか判別する。この判別は以下の
計算で行う。点Ｐ１を始点とし、点ｐＨを終点とするベ
クトルをベクトルＡとする。
点Ｐｖは線分り上にあるか判別する。この判別は以下の
計算で行う。点Ｐ１を始点とし、点ｐＨを終点とするベ
クトルをベクトルＡとする。
点Ｐ１を始点とし点Ｐ２を終点とするベクトルをベクト
ルＢとする。ここで、内積の定義がら、ｃｏｓθ＝に／
ｌＡｌ＊ｌＢ、ま ただし、ＩＡＩ ＩＢｉはそれぞれベクトルＡ、ベク
トルＢの長さを表す。また、θはベクトルＡトヘクトル
Ｂのなす角を表す。ただし、Ｋ＝Ａｘ＊Ｂｘ＋Ａｙ＊Ｂ
ｙ＋Ａｚ＊Ｂｚテする。Ａｘ、Ａｙ、Ａｚは、それぞれ
ベクトルＡ（７）Ｘ、Ｙ、Ｚ成分である。同様に、Ｂｘ
、Ｂｙ、Ｂｚは、それぞれベクトルＢのｘ、ｙ、ｚ成分
である。
ルＢとする。ここで、内積の定義がら、ｃｏｓθ＝に／
ｌＡｌ＊ｌＢ、ま ただし、ＩＡＩ ＩＢｉはそれぞれベクトルＡ、ベク
トルＢの長さを表す。また、θはベクトルＡトヘクトル
Ｂのなす角を表す。ただし、Ｋ＝Ａｘ＊Ｂｘ＋Ａｙ＊Ｂ
ｙ＋Ａｚ＊Ｂｚテする。Ａｘ、Ａｙ、Ａｚは、それぞれ
ベクトルＡ（７）Ｘ、Ｙ、Ｚ成分である。同様に、Ｂｘ
、Ｂｙ、Ｂｚは、それぞれベクトルＢのｘ、ｙ、ｚ成分
である。
ここで、点Ｐ１と点Ｐｖとの距離をＬｌとすれば、
Ｌ１＝ Ｂ ｃｏｓθ
である。従って、
０≦Ｌ１≦ＩＡＩ
であれば、垂線と直線りの交点Ｐｖは線分り上（点ＰＩ
と点ｐＨの開）にあることが判別できる。この結果、点
Ｐｖが直線り上にあればｓ２へ、そうでなければＳ４へ
進む。
と点ｐＨの開）にあることが判別できる。この結果、点
Ｐｖが直線り上にあればｓ２へ、そうでなければＳ４へ
進む。
〔Ｓ２〕点Ｐ２と直線りとの距離Ｌ２を求め、距離Ｌ２
が規定値Ｌａより大かどうか判別する。距離Ｌ２は三平
方の定理から、 （Ｌ２） ２＝ＩＢＭ−（Ｌｌ）” で求めることができる。従って、 Ｌ２≧Ｌａ を調べればよい。実際には平方根計算は時間がかかるの
で、 （Ｌ２）２≧（Ｌａ）’ を調べる。この結果、上記の式を満足すればＳ３へ、そ
うでなければＳ４へ進む。
が規定値Ｌａより大かどうか判別する。距離Ｌ２は三平
方の定理から、 （Ｌ２） ２＝ＩＢＭ−（Ｌｌ）” で求めることができる。従って、 Ｌ２≧Ｌａ を調べればよい。実際には平方根計算は時間がかかるの
で、 （Ｌ２）２≧（Ｌａ）’ を調べる。この結果、上記の式を満足すればＳ３へ、そ
うでなければＳ４へ進む。
〔Ｓ３〕点Ｐ２が２つの条件を満足するので、点Ｐ２を
第３の点として選択する。
第３の点として選択する。
〔Ｓ４〕点Ｐ２１が第１の条件を満足するかを調べる。
すなわち、点２１から直線りへ下ろした垂線と直線りの
交点が線分り上にあるか調べる。その方法はＳｌと同じ
である。直線上にあれば、Ｓ５へ進む。
交点が線分り上にあるか調べる。その方法はＳｌと同じ
である。直線上にあれば、Ｓ５へ進む。
［３５］Ｓ２と同じように、点Ｐ２１と直線りとの距離
Ｌ２１が、 Ｌ２１≧Ｌａ を満足するか判別する。満足すればＳ６へ進む。
Ｌ２１が、 Ｌ２１≧Ｌａ を満足するか判別する。満足すればＳ６へ進む。
〔Ｓ６〕点Ｐ２１は２つの条件を満足するので、点Ｐ２
１を第３の点として選択する。
１を第３の点として選択する。
このようにして、第３の点を選択することができる。な
お、上記のフローチャートでは２つの点がいずれも２つ
の条件を満たさない場合を含んでいないが、これは先に
述べたように、より条件に近い方を選択することとなる
。実際には両方の点がともに２つの条件を満たさないこ
とはほとんどない。
お、上記のフローチャートでは２つの点がいずれも２つ
の条件を満たさない場合を含んでいないが、これは先に
述べたように、より条件に近い方を選択することとなる
。実際には両方の点がともに２つの条件を満たさないこ
とはほとんどない。
上記の説明では、最初の２点を距離検出器５ａの測定点
としたが、これに限ることなく、４点の内の２点を任意
に選択することができる。どの２点を選択するかは、距
離検出器５ａと距離検圧器５ｂとの距離、対象となるモ
デルの形状、必要とするならい精度等によって判断する
。
としたが、これに限ることなく、４点の内の２点を任意
に選択することができる。どの２点を選択するかは、距
離検出器５ａと距離検圧器５ｂとの距離、対象となるモ
デルの形状、必要とするならい精度等によって判断する
。
このようにして、３点を選択して、法線ベクトルを求め
、この法線ベクトルからトレーサヘッドの回転角を制御
することにより、より精度の高いならい制御が可能にな
る。
、この法線ベクトルからトレーサヘッドの回転角を制御
することにより、より精度の高いならい制御が可能にな
る。
上記の説明ではならい制御について説明したが、デジタ
イジング制御についても同様である。
イジング制御についても同様である。
また、距離検出器は反射光量式の他に光学式の三角測距
式、あるいは渦電流式、超音波式等の距離検圧器等も使
用できる。
式、あるいは渦電流式、超音波式等の距離検圧器等も使
用できる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明では、トレーサヘッドに設け
られた二つの非接触距離検出器からの前回と今回のサン
プリング時の測定点から、モデル表面を正確に表す３点
を選択し、その測定値に基づいてモデル面の法線ベクト
ルを求め、この法線ベクトルを所定の平面に投影した射
影の方向にトレーサヘッドを回転制御するので、非接触
距離検出器の測定軸は常にモデル面に対して最も垂直に
近い方向に向けられ、高精度の距離測定ができ、ならい
精度が向上する。
られた二つの非接触距離検出器からの前回と今回のサン
プリング時の測定点から、モデル表面を正確に表す３点
を選択し、その測定値に基づいてモデル面の法線ベクト
ルを求め、この法線ベクトルを所定の平面に投影した射
影の方向にトレーサヘッドを回転制御するので、非接触
距離検出器の測定軸は常にモデル面に対して最も垂直に
近い方向に向けられ、高精度の距離測定ができ、ならい
精度が向上する。
また、同様に精度の高いデジタイジングも可能となる。
第１図は本発明の一実施例の非接触ならい制御装置の構
成を示したブロック図、 第２図は本発明の一実施例におけるトレーサへラドの詳
細図、 第３図は本発明の一実施例におけるトレーサヘッドの回
転角度の算出方法の説明図、 第４図は本発明の一実施例における回転角度の算出時の
フローチャート、 第５図は第３の点を選択するための点選択手段の説明図
、 第６図は第３の点を選択するための点選択手段の処理の
フローチャートである。 ■ 非接触ならい制御装置 ３ ° ならい工作機械 ４゛ トレーサヘッド ５ａ、５ｂ 距離検出器 ６ ・ モデル １１・−・−プロセッサ １３・−−−ＲＡ Ｍ βａ、ｊ！ｂ 測定値 φ °傾斜角度 Ｓ ｌ ｎ、 Ｓ ２ｎ−−・・・表面ベクトルＮｎ Ｎ１ｎ５ Ｎｌｑ θｃｎ、ｅＣＱ 法線ベクトル 射影 指令角度 特許出願人 ファナック株式会社 代理人 弁理士 服部毅巖 第３図 第４図 Ｐｖ 第５図
成を示したブロック図、 第２図は本発明の一実施例におけるトレーサへラドの詳
細図、 第３図は本発明の一実施例におけるトレーサヘッドの回
転角度の算出方法の説明図、 第４図は本発明の一実施例における回転角度の算出時の
フローチャート、 第５図は第３の点を選択するための点選択手段の説明図
、 第６図は第３の点を選択するための点選択手段の処理の
フローチャートである。 ■ 非接触ならい制御装置 ３ ° ならい工作機械 ４゛ トレーサヘッド ５ａ、５ｂ 距離検出器 ６ ・ モデル １１・−・−プロセッサ １３・−−−ＲＡ Ｍ βａ、ｊ！ｂ 測定値 φ °傾斜角度 Ｓ ｌ ｎ、 Ｓ ２ｎ−−・・・表面ベクトルＮｎ Ｎ１ｎ５ Ｎｌｑ θｃｎ、ｅＣＱ 法線ベクトル 射影 指令角度 特許出願人 ファナック株式会社 代理人 弁理士 服部毅巖 第３図 第４図 Ｐｖ 第５図
Claims (4)
- （１）モデルの形状を非接触でならいながらワークをな
らい加工する非接触ならい制御装置において、 所定の直線軸に対してそれぞれ一定の角度だけ傾斜させ
て、前記直線軸及び前記直線軸を中心として回転する回
転軸によって制御されるトレーサヘッドに取り付けられ
、それぞれ前記モデル面までの距離を非接触で測定する
第１及び第２の非接触距離検出器と、 所定のサンプリング時間毎に前記第１及び第２の非接触
距離検出器のそれぞれの測定値をサンプリングするサン
プリング手段と、 前回のサンプリング時にサンプリングされた前記第１の
非接触距離検出器の第１の測定値、前記第２の非接触距
離検出器の第２の測定値、今回のサンプリング時にサン
プリングされた前記第１の非接触距離検出器の第３の測
定値、及び前記第２の非接触距離検出器の第４の測定値
を記憶する記憶手段と、 前記第１の測定位置、第２の測定位置、第３の測定位置
及び第４の測定位置から、２点を選択し、残りの２点か
ら１点を選択する点選択手段と、前記選択手段によって
選択された３点の測定値に基づいて前記モデル表面の法
線ベクトルを算出するベクトル算出手段と、 前記法線ベクトルを前記直線軸に直角な平面に投影した
射影の前記平面上での角度を算出する角度算出手段と、 前記角度の方向に前記回転軸を回転させる回転軸駆動手
段と、 を有することを特徴とする非接触ならい制御装置。 - （２）前記ベクトル算出手段は、前記三つの測定値に基
づいて前記モデル表面上の異なる３点の座標値を求め、
前記３点の座標値の一点より他の二点へそれぞれ向かう
第１及び第２のベクトルを求め、前記第１及び第２のベ
クトル間の外積演算を行うことにより前記法線ベクトル
を算出するように構成したことを特徴とする請求項１記
載の非接触ならい制御装置。 - （３）前記点選択手段は、残りの点のうち、先に選択さ
れた２点を通る直線上に下ろした垂線と前記直線上との
交点が先に選択された２点を結ぶ線分上にあるとする第
１の条件と、前記直線までの距離が一定値以上であると
する第２の条件を満足する点を選択することを特徴とす
る請求項１記載の非接触ならい制御装置。 - （４）前記点選択手段は、残りの２点が共に、前記第１
の条件及び第２の条件を満足しないときは、前記第１の
条件あるいは前記第２の条件により近い点を選択するこ
とを特徴とする請求項３記載の非接触ならい制御装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2196797A JPH0482658A (ja) | 1990-07-25 | 1990-07-25 | 非接触ならい制御装置 |
| PCT/JP1991/001002 WO1992001534A1 (en) | 1990-07-25 | 1991-07-25 | Non-contact copy control device |
| US07/842,345 US5345687A (en) | 1990-07-25 | 1991-07-25 | Noncontact tracing control device |
| DE69120791T DE69120791T2 (de) | 1990-07-25 | 1991-07-25 | Berührungsloses kopiersteuergerät |
| EP91913115A EP0494314B1 (en) | 1990-07-25 | 1991-07-25 | Non-contact copy control device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2196797A JPH0482658A (ja) | 1990-07-25 | 1990-07-25 | 非接触ならい制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0482658A true JPH0482658A (ja) | 1992-03-16 |
Family
ID=16363812
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2196797A Pending JPH0482658A (ja) | 1990-07-25 | 1990-07-25 | 非接触ならい制御装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5345687A (ja) |
| EP (1) | EP0494314B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0482658A (ja) |
| DE (1) | DE69120791T2 (ja) |
| WO (1) | WO1992001534A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013181758A (ja) * | 2012-02-29 | 2013-09-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 法線検出方法、法線検出装置および法線検出機能を備えた加工機 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04256554A (ja) * | 1991-02-06 | 1992-09-11 | Fanuc Ltd | 非接触デジタイジング制御装置 |
| ES2089931B1 (es) * | 1992-08-10 | 1997-04-01 | Alcaine Eduardo Diaz | Mejoras introducidas en un procedimiento de fabricacion de masas para el moldeo de piezas para la construccion |
| DE19540062A1 (de) * | 1995-10-27 | 1997-04-30 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Abstandsmessung |
| US6166506A (en) * | 1998-06-19 | 2000-12-26 | Tregaskiss, Ltd. | Wireless safety clutch |
| ES2155029B1 (es) * | 1999-05-28 | 2001-11-01 | Dominguez Francisco Segura | Copiadora en tres dimensiones |
| US6480271B1 (en) | 2001-01-08 | 2002-11-12 | The Boeing Company | Traversing laser locating system |
| WO2003008900A1 (de) * | 2001-07-16 | 2003-01-30 | Werth Messtechnik Gmbh | Verfahren zum scannenden messen einer oberflächenkontur |
| US20050235506A1 (en) * | 2004-04-22 | 2005-10-27 | Eastman Kodak Company | Method for profilometer position registration |
| JP4291382B2 (ja) * | 2007-07-31 | 2009-07-08 | ファナック株式会社 | 接触検知による取り付け誤差の自動補正機能を有する工作機械 |
| CN114688967B (zh) * | 2020-12-29 | 2024-08-16 | 北京机械工业自动化研究所有限公司 | 基于机器视觉的法向量测量方法、装置及作业设备 |
| CL2021003554A1 (es) | 2021-12-29 | 2023-08-04 | Univ Tecnica Federico Santa Maria Utfsm | Herramienta de carpintería para la estereotomía colaborativa humano-robot; y método de operación. |
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| JPH01109058A (ja) * | 1987-10-23 | 1989-04-26 | Fanuc Ltd | 非接触ならい制御装置 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59190607A (ja) * | 1983-04-13 | 1984-10-29 | Hitachi Ltd | 物体形状の非接触測定装置 |
| JPS61274852A (ja) * | 1985-05-28 | 1986-12-05 | Agency Of Ind Science & Technol | 非接触曲面ならいセンサ |
| JPS62264307A (ja) * | 1986-05-13 | 1987-11-17 | Fanuc Ltd | 法線ベクトル演算方法 |
| JP2542631B2 (ja) * | 1987-09-02 | 1996-10-09 | ファナック株式会社 | 非接触ならい方法 |
| IT212380Z2 (it) * | 1987-10-26 | 1989-07-04 | Advanced Data Processing | Macchina per il rilevamento e la matematizzazione della superficie di modelli tridimensionali partico larmente per la costruzione di stampi con macchine utensili a controllo numerico |
| JPH01188254A (ja) * | 1988-01-19 | 1989-07-27 | Fanuc Ltd | 非接触倣いデジタイジング方法 |
| FR2629198B1 (fr) * | 1988-03-25 | 1994-07-08 | Kreon Ingenierie Marketing | Procede de determination et de reconstitution des coordonnees spatiales de chacun des points d'un ensemble de points echantillonnant une surface tridimensionnelle, et procede de realisation d'une image tridimensionnelle de cette surface a partir desdites coordonnees |
| JPH033760A (ja) * | 1989-05-30 | 1991-01-09 | Fanuc Ltd | デジタイジング制御装置 |
| 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 |
-
1990
- 1990-07-25 JP JP2196797A patent/JPH0482658A/ja active Pending
-
1991
- 1991-07-25 WO PCT/JP1991/001002 patent/WO1992001534A1/ja active IP Right Grant
- 1991-07-25 EP EP91913115A patent/EP0494314B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-07-25 DE DE69120791T patent/DE69120791T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-07-25 US US07/842,345 patent/US5345687A/en not_active Expired - Fee Related
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| JP2013181758A (ja) * | 2012-02-29 | 2013-09-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 法線検出方法、法線検出装置および法線検出機能を備えた加工機 |
| US9619433B2 (en) | 2012-02-29 | 2017-04-11 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Normal-line detection method, normal-line detection device, and machine tool having normal-line detection function |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69120791D1 (de) | 1996-08-14 |
| WO1992001534A1 (en) | 1992-02-06 |
| EP0494314B1 (en) | 1996-07-10 |
| US5345687A (en) | 1994-09-13 |
| EP0494314A1 (en) | 1992-07-15 |
| DE69120791T2 (de) | 1996-11-07 |
| EP0494314A4 (en) | 1993-03-17 |
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