JPH0679588A - 非接触ならい制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 モデルの凹部をならうときでも、モデルの内
壁面と距離センサが干渉することなく回転制御できるよ
うにする。 【構成】 モデル６の凹部６ｂをならうときに、光学式
距離センサ５ａ、５ｂの測定点が段差部６ｃ上の点Ｐに
到達すると、測定距離が許容測定距離をはずれて、測定
が不能になる。このとき、トレーサヘッド４を矢印Ａで
示す方向に逃がし、矢印Ａで示す方向に回転し、光学式
距離センサ５ａ、５ｂの位置を測定可能な位置まで回転
させから、元の位置に戻す。これによって、光学式距離
センサ５ａ、５ｂがモデルの内壁面６ｄと干渉すること
なく回転でき、ならい動作を続行することができる。こ
のような凹部６ｂのならいを行うときは、凹部６ｂを干
渉領域として定義しておき、干渉領域で光学式距離セン
サ５ａ、５ｂの回転制御が必要になったときに逃げ動作
を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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、特にモデル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関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からならい加工の精度を向上させる
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が知られている。
この非接触ならい制御装置では、先端に半導体レーザや
発光ダイオード等を用いた光学式距離検出器が装着され
たトレーサヘッドが使用されている。このようなトレー
サヘッドを使用して、モデル面との間隔が一定の値にな
るように、フィードバック制御しながらスポット位置の
座標から変位量データを得ることによって、ならい制御
が実行される。

【０００３】ところが非接触ならいでは、一般に同時に
一次元の変位情報しか得られないから、トレーサヘッド
による測定精度が接触式のならい制御装置に比較すると
低かった。この測定精度を高めるために、テーブルを通
る垂直軸に対して光軸のなす角を一定に保ってこの垂直
軸の周りで回動自在に、トレーサヘッドに傾斜させて光
学式距離検出器を装着しており、常にその光軸とモデル
面とのなす角が垂直に近くなるように回転角度を制御し
ていた。しかしモデルの形状に段差部のような不連続に
傾斜角度が変化する部分があると、光学式距離検出器の
回転角度制御に支障をきたし、ならい制御が出来なくな
る場合があった。

【０００４】そこで、このような不都合を解消するた
め、本出願人はならい制御中にモデル上の受光位置が光
学式距離検出器の検出範囲を外れたとき、ならい制御と
角度制御を一旦停止して、検出器を検出範囲に入るまで
回転指令を与えて、その後に検出器の距離情報に基づい
てテーブルを移動して、ならい制御を再開する非接触な
らい制御方式を出願をしている（特願平３−２０８８１
４号）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、モデルの凹部
をならう場合に、光学式距離検出器を回転するとモデル
と干渉してしまうときがあり、従来の非接触ならい制御
方式をそのまま使用することができない場合がある。

【０００６】すなわち、光学式距離検出器の回転直径よ
り狭い部分を持つ凹部をならう場合には、そのまま光学
式距離検出器を回転させることができない。本発明はこ
のような点に鑑みてなされたものであり、モデルの凹部
をならうときでも、距離センサを回転制御してならい制
御を行うことの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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、モデル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、前
記モデルが配置されたテーブルを通る垂直軸に対して一
定の傾斜角度を保持しつつ回動する距離センサが装着さ
れたトレーサヘッドと、前記距離センサの測定可能な範
囲を越えて前記トレーサヘッドから前記モデルまでの距
離が開いた場合、ならい制御を一時的に停止するととも
に前記距離センサを測定可能な位置に回転制御する測定
制御手段と、前記距離センサを回転制御するときに、前
記距離センサが予め定義された干渉領域にあるときは、
前記距離センサを逃がすための逃げ動作を行う逃げ動作
制御手段と、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。

【０００８】

【作用】モデル形状を非接触でならいながらワークをな
らい加工する場合に、例えばモデルの段差部に達して、
距離センサによる距離測定が不能になったときに測定制
御手段は距離センサを測定可能な位置に回転制御する。
そして、このときに、距離センサが予め定義された干渉
領域にあるときは逃げ動作制御手段によって、逃げ動作
を行い距離センサをモデルと干渉しない位置まで逃が
し、回転制御を行い、再度元の位置まで戻す。そして、
ならい動作を継続する。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図２は本発明の非接触ならい制御装置のブロッ
ク図である。ここでは、非接触ならい制御装置１および
非接触ならい制御装置１で制御される工作機械３の概略
構成を説明する。工作機械３は、加工ヘッド部３６とワ
ーク載置部３７とからなる。加工ヘッド部３６には、エ
ンドミル等の工具３４を駆動する図示しない主軸モータ
と、加工ヘッド部３６全体をワーク載置部３７に対して
相対的に上下移動するＺ軸サーボモータ３２ｚが設けら
れている。また、ワーク載置部３７には、ワーク３５や
モデル６を載置するためのテーブル３１が配備されてい
る。このテーブル３１は、Ｘ軸サーボモータ３２ｘおよ
びＹ軸サーボモータ３２ｙにより各軸の方向に移動され
る。

【００１０】また、加工ヘッド部３６の下面には、工具
３４とともにテーブル３１を通る垂直軸に沿ってトレー
サヘッド４が設けられている。このトレーサヘッド４の
先端には、光学式距離センサ５ａおよび５ｂの各々が、
照射光の光軸を基準としてトレーサヘッド４に対して共
に角度をなして並列的に固定されている。光学式距離セ
ンサ５ａおよび５ｂの各々はトレーサヘッド４を回転駆
動するＣ軸サーボモータ３２ｃにより、トレーサヘッド
４の中心軸を構成するＣ軸の周りにトレーサヘッド４と
一定の角度φを保って一体的に回転しながら、加工ヘッ
ド部３６と一体的に上下移動する。

【００１１】光学式距離センサ５ａおよび５ｂ自体は、
例えば半導体レーザや発光ダイオード等の照射手段とＣ
ＣＤ等の受光素子とからなる通常の光学式距離センサで
あり、受光素子上での反射光の位置データと照射角度と
に基づいて光学式距離センサ５ａ、５ｂからモデル６上
の受光位置までの距離を求めるものである。

【００１２】また、非接触ならい制御装置１は制御手段
とマイクロプロセッサ１１を有している。このマイクロ
プロセッサ１１には、工作機械３の制御やトレーサヘッ
ド４によるならい制御等を実施するための各種のシステ
ムプログラムを格納したＲＯＭ１２、光学式距離センサ
５ａおよび５ｂからの距離測定値Ｌａ，Ｌｂ等のデータ
を一次記憶するＲＡＭ１３、および、各種のパラメー
タ、ならい方向、テーブル移動速度（ならい速度）等の
設定データを記憶する不揮発性メモリ１４、ならびに、
データ入力手段としての操作盤２を取り付けたインタフ
ェース１５等がバス１０を介して接続されている。

【００１３】非接触ならい制御装置１と接続された工作
機械３の各軸のサーボモータ３２ｘ，３２ｙ，３２ｚ
は、マイクロプロセッサ１１から入力された各軸の速度
指令Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚにより各軸のサーボアンプ１８
ｘ，１８ｙ，１８ｚで回転駆動される。各軸に配備され
たパルスコーダ３３ｘ，３３ｙ，３３ｚは各軸の所定回
転毎にフィードバックパルスＦＰｘ，ＦＰｙ，ＦＰｚを
出力して各軸の現在位置レジスタ１９ｘ，１９ｙ，１９
ｚに入力する。各軸の現在位置レジスタ１９ｘ，１９
ｙ，１９ｚは、各軸の回転方向に応じてフィードバック
パルスＦＰｘ，ＦＰｙ，ＦＰｚを積算的に加算または減
算記憶して各軸の現在位置データＸａ，Ｙａ，Ｚａ，を
求め、これらの値をマイクロプロセッサ１１に入力す
る。また、光学式距離センサ５ａおよび５ｂは所定のサ
ンプリング周期毎に制御回路２１ａ，２１ｂを介してマ
イクロプロセッサ１１から入力される測定指令により距
離測定を実行し、各々の距離測定値ＬａおよびＬｂをマ
イクロプロセッサ１１に入力する。マイクロプロセッサ
１１は各々の測定結果Ｌａ，およびＬｂが入力される毎
に各軸の現在位置レジスタ１９ｘ，１９ｙ，１９ｚの値
とトレーサヘッド４の回転現在位置、即ち、Ｃ軸サーボ
モータ３２ｃに対応して配備された現在位置レジスタの
値を１対１に対応させ、少なくとも、最近の２回分のサ
ンプリング結果を循環的にＲＡＭ１３に保存する。

【００１４】かかる構成において、まずテーブル３１上
にモデル６とワーク３５を固定し、トレーサヘッド４の
先端がモデル６上のトレース開始点に近接するようにテ
ーブル３１および加工ヘッド３６をセッティングする。
その後、操作盤２を介して不揮発性メモリ１４にならい
方向、テーブル移動速度（ならい速度）等を設定入力し
て加工開始キーを操作すると、マイクロプロセッサ１１
はＲＯＭ１２の制御プログラムに従って工作機械３のな
らい制御を開始する。

【００１５】ならい制御を開始したマイクロプロセッサ
１１は不揮発性メモリ１４に設定されたならい方向やテ
ーブル移動速度等に基づいてテーブル３１に関する各軸
の速度指令Ｖｘ，Ｖｙ，を出力する。各軸のサーボアン
プ１８ｘ，１８ｙを介して各軸のサーボモータ３２ｘ，
３２ｙが制御されることにより、テーブル３１はＸ−Ｙ
平面内で移動する。同時に、マイクロプロセッサ１１は
光学式距離センサ５ａおよび５ｂによる距離測定値Ｌａ
およびＬｂを所定のサンプリング周期毎に検出し，モデ
ル６とトレーサヘッド４とのクリアランスＬに対応する
距離測定値と今回のサンプリング結果による光学式距離
センサ５ａの距離測定値Ｌａとの差を求める。この値を
Ｚ軸方向の距離に変換してクリアランスに関する位置偏
差が算出されると、この位置偏差に基づいてＺ軸サーボ
アンプモータ３２ｚへの速度指令Ｖｚを出力する。この
速度指令ＶｚによってＤ／Ａ変換器１７ｚとサーボアン
プ１８ｚが駆動制御され、加工ヘッド３６をテーブル３
７に対し相対的に上下移動する。この結果、モデル６の
表面とトレーサヘッド４とのクリアランスを規定値Ｌに
保持しつつ、工具３４によりワーク３５をモデル６と同
形状に切削できる。

【００１６】このときマイクロプロセッサ１１では、所
定のサンプリング周期毎に、ＲＡＭ１３に記憶された前
回および今回分のサンプリングデータ、即ち、光学式距
離センサ５ａおよび５ｂの距離測定値ＬａおよびＬｂと
各軸の現在位置レジスタ１９ｘ，１９ｙ，１９ｚの値、
更にトレーサヘッド４の回転現在位置ならびに光学式距
離センサ５ａおよび５ｂ間のオフセットデータ等を読み
込んで、前回と今回のサンプリング時における光学式距
離センサ５ａおよび５ｂによるモデル６上の受光位置の
座標データを算出する。これら受光位置の座標データに
基づいて、モデル６表面における現在の受光位置の法線
ベクトルを求めることができる。マイクロプロセッサ１
１は、法線ベクトルをテーブル３１のＸ−Ｙ平面に投影
した位置までトレーサヘッド４を回転する回転指令ＳＣ
を出力し、サーボアンプ１８ｃを介してＣ軸サーボモー
タ３２ｃを駆動する。この結果トレーサヘッド４は法線
ベクトルの投影位置に一致するまで回転駆動され、光学
式距離センサ５ａ，５ｂの照射光の光軸が法線ベクトル
と近似する位置に移動させることができる。

【００１７】したがってトレーサヘッド４が回転制御さ
れることによって光学式距離センサ５ａ、５ｂの姿勢
は、その照射光の光軸が近似的にモデル６表面の法線ベ
クトルと略一致する。しかも、モデル６の表面とトレー
サヘッド４とのクリアランスは常に規定値Ｌに保たれ
る。同様に、次のサンプリング周期においても、照射光
によるモデル６上の受光位置は各光学式距離センサ５
ａ、５ｂの受光素子による検出可能範囲に収められ、適
応制御による正確なならい動作の実施が可能となる。

【００１８】図１は光学式距離センサとモデルの位置の
詳細を示す図である。モデル６の凹部６ａをトレーサヘ
ッド４に取りつけられた光学式距離センサ５ａ、５ｂで
Ｐ点に向かってならい動作を行っている。ここで、光学
式距離センサ５ａ、５ｂの測定点が段差部６ｃ上のＰ点
に達すると距離Ｌａ，Ｌｂが許容測定距離を逸脱し、測
定が不可能になる。

【００１９】そこで、トレーサヘッド４を回転させて、
光学式距離センサ５ａ、５ｂの方向を矢印Ａで示す方向
に回転させる必要がある。しかし、そのままトレーサヘ
ッド４を回転させると、光学式距離センサ５ａ、５ｂが
モデルの内壁面６ｄに衝突してしまう。したがって、こ
のようなモデル６の凹部６ｂをならう場合は、凹部６ｂ
を干渉領域として定義しておく。すなわち、内壁面６
ｄ，６ｅ及び底面６ｆで囲まれた領域を予め干渉領域と
して定義しておく。

【００２０】そして、干渉領域でトレーサヘッド４の回
転動作が必要になったときは、矢印Ｂで示す上方にトレ
ーサヘッド４を逃がし、干渉領域を脱した位置でトレー
サヘッド４の回転動作を行い、回転動作後に元の位置ま
で下降して、ならい動作を再開する。

【００２１】また、干渉領域を定義するときに、トレー
サヘッド４の逃げ方向も同時に定義しておく。図１の例
ではトレーサヘッド４の逃げ方向は＋Ｚ方向である。勿
論、これらの干渉領域データ、逃げ方向データは不揮発
性メモリ１４に格納される。

【００２２】このような干渉領域等を定義しておけば、
光学式距離センサ５ａ、５ｂがモデルと干渉するとこな
く回転動作が可能になり、モデルの凹部をならい中に端
部に到達したときでも、そのままならい動作を続行する
ことができる。

【００２３】なお、上記の説明では干渉領域を凹部６ｂ
で説明したが、凹部以外でもトレーサヘッド４の回転に
より光学式距離センサ５ａ、５ｂが干渉する場所、例え
ばモデルの側面の一部等を干渉領域として定義しておく
こともできる。これらは、ならいの領域を決めるときに
定義する。

【００２４】また、上記の説明では光学式距離センサを
使用したが、これ以外に超音波センサ等の距離センサを
使用することもできる。さらに、上記の動作はならい加
工で説明したが、加工を行うことなくモデルのならい動
作を行い、デジタイジングデータのみを収集して、この
デジタイジングデータでワークの加工を行うこともでき
る。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、トレー
サヘッドを回転する場合に、距離センサが予め定義され
た干渉領域にあるときは逃げ動作を行って、回転動作を
するように構成したので、モデルの凹部をならう場合で
も、トレーサヘッドを回転してならい動作を続行するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光学式距離センサとモデルの位置の詳細を示す
図である。

【図２】本発明の非接触ならい制御装置のブロック図で
ある。

【符号の説明】

１ 非接触ならい制御装置 ３ 工作機械 ４ トレーサヘッド ５ａ，５ｂ 光学式距離センサ ６ モデル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モデル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、 前記モデルが配置されたテーブルを通る垂直軸に対して
   一定の傾斜角度を保持しつつ回動する距離センサが装着
   されたトレーサヘッドと、 前記距離センサの測定可能な範囲を越えて前記トレーサ
   ヘッドから前記モデルまでの距離が開いた場合、ならい
   制御を一時的に停止するとともに前記距離センサを測定
   可能な位置に回転制御する測定制御手段と、 前記距離センサを回転制御するときに、前記距離センサ
   が予め定義された干渉領域にあるときは、前記距離セン
   サを逃がすための逃げ動作を行う逃げ動作制御手段と、 を有することを特徴とする非接触ならい制御装置。
2. 【請求項２】 前記干渉領域を定義するときに同時に前
   記距離センサの逃げ方向を定義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。