WO1990014924A1 - Digitizing controller - Google Patents

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WO1990014924A1
WO1990014924A1 PCT/JP1990/000615 JP9000615W WO9014924A1 WO 1990014924 A1 WO1990014924 A1 WO 1990014924A1 JP 9000615 W JP9000615 W JP 9000615W WO 9014924 A1 WO9014924 A1 WO 9014924A1
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Inventor
Hitoshi Matsuura
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Fanuc Ltd
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    • 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
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/42—Recording and playback systems, i.e. in which the programme is recorded from a cycle of operations, e.g. the cycle of operations being manually controlled, after which this record is played back on the same machine
    • G05B19/4202—Recording and playback systems, i.e. in which the programme is recorded from a cycle of operations, e.g. the cycle of operations being manually controlled, after which this record is played back on the same machine preparation of the programme medium using a drawing, a model
    • G05B19/4207—Recording and playback systems, i.e. in which the programme is recorded from a cycle of operations, e.g. the cycle of operations being manually controlled, after which this record is played back on the same machine preparation of the programme medium using a drawing, a model in which a model is traced or scanned and corresponding data recorded
    • 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
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/37—Measurements
    • G05B2219/37425—Distance, range
    • 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
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/50—Machine tool, machine tool null till machine tool work handling
    • G05B2219/50356—Tool perpendicular, normal to 3-D surface

Definitions

  • the present invention relates to a digitizing control device that sequentially acquires position data while following the shape of a model and outputs the data as NC data, and in particular, a digitizing control device capable of obtaining highly accurate normal direction data with a simple configuration. Related to control equipment.
  • a contact-type probe has been used as a tracer head used in a digitizing control device, and by contacting this with a model surface, displacement information can be obtained, and feed control or NC data can be obtained.
  • displacement information can be obtained, and feed control or NC data can be obtained.
  • feed control or NC data can be obtained.
  • this method had a drawback that the surface of the model made of a soft material was damaged by the contact pressure of the probe.
  • a digitizing controller which consists of a tracer head with a non-contact distance detector that detects the distance to the model surface in a non-contact manner.
  • a non-contact distance detector can detect only one-dimensional displacement information at the same time. Therefore, in order to obtain the normal direction data necessary for calculating the offset amount of the tool, the above-mentioned digitizing control device, for example, installs three non-contact distance detectors and simultaneously detects three different points on the model surface. Coordinate values A method is conceivable in which the normal vector is calculated from the coordinate values of these three points. Another possible method is to create a zigzag-like path and calculate the normal vector from the coordinate values of three points measured sequentially on this path.However, non-contact distance detection is also possible. Providing three vessels increases the cost and is not preferred. In addition, creating a zigzag-like passage is restricted by mechanical conditions such as a feed rate, and the accuracy is reduced, and the time required for digitizing is increased. Disclosure of the invention
  • the present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide a digital finder control device capable of obtaining highly accurate normal direction data with a simple configuration.
  • a digitizing controller that successively captures position data while modeling the shape of the model and outputs it as NC data
  • the first and second non-contact distance detectors that measure the distance to the model surface independently in the feed direction
  • the first and second non-contact distance detectors for each predetermined sampling time.
  • a sampling means for sampling the value, and a first measurement value of the first non-contact distance detector and a second measurement value of the second distance detector sampled during the previous sampling.
  • Storage means for storing, the first and second measured values, and the value before sampling at the time of the current sampling.
  • the normal direction data of the model surface based on at least three of the third measured value of the first distance detector and the fourth measured value of the second non-contact distance detector.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a hardware controller of a digitizing control device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of a method of calculating normal direction data of a digitizing control device according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a flowchart of a normal direction data calculating method of the digitizing control device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a hardware configuration of a digitizing control device according to an embodiment of the present invention.
  • a processor 11 reads a system program stored in an R RM 12 via a bus 10 and controls the entire operation of the digitizing controller 1 according to the system program.
  • RAMI 3 is composed of DRAM, and stores sampled measurement data, which will be described later, and other temporary data.
  • the nonvolatile memory 14 is backed up with a battery (not shown) and stores various parameters required for digitizing. These parameters are input from the operation panel 2 via the interface 15.
  • Tracer head 3 is composed of distance detectors 30a and 30b.
  • a semiconductor laser or a reflected light type distance detector using a light emitting diode as a light source is used for the distance detectors 30a and 30b, and the distance to the model 4 is measured in a non-contact manner.
  • an optical triangulation distance detector, an eddy current distance detector using high frequency oscillation, an ultrasonic distance detector, and the like can also be used.
  • the sampling circuit 16 in the digitizing control device 1 samples the measured values from the distance detectors 30a and 30b at predetermined sampling times and stores the sampled values in RAM13. This data is sequentially read by the processor 11 to calculate the axial displacement amount and the normal direction data of the tracer head 3.
  • the trace control circuit 17 is instructed from the processor 11 by the feed direction of the tracer head 3, the trace speed, etc., and the axis displacement amount is input, and the speed signals Vx, Vy of each axis are input by a known technique. , Generating Vz. Servo amplifiers 18 x, 18 y, 18 z amplify the speed signals V x, V y, V z and mount them on the machine side for the X-axis servo motor 31 x, Y-axis servo motor 3 1 Drive the y and Z axis servo motors 3 1 z. This allows the tracer Head 3 uses the commanded feed direction and the following speed while maintaining a constant distance from either the distance detector 30a or 30b, or a predetermined intermediate point, to the surface of the model 4. Moving.
  • the copying control circuit 17 generates a rotation control command R ⁇ based on the commanded feed direction, and the servo amplifier 19 ⁇ ⁇ amplifies the rotation control signal R ⁇ and outputs a signal.
  • the servo amplifier 19 ⁇ ⁇ amplifies the rotation control signal R ⁇ and outputs a signal.
  • the luccoders 33X, 33y, 33z generate pulse signals FPX, FPy, FPz each time the servomotors 31x, 31y, 31z rotate by a predetermined angle.
  • the current position register 20 in the digitizing controller 1 reversibly counts each of these pulse signals, stores the current position of each axis, and inputs it to the processor 11 as position data.
  • the processor 11 captures the position data at regular time intervals or when the amount of change in the position data exceeds a predetermined tolerance value, and converts the position data into a tool shape based on the previously obtained normal direction data. Generate NC data by calculating the combined offset amount.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of a method for calculating normal direction data in the above-mentioned digitizing control device.
  • the tracer head 3 moves at a predetermined speed in the feed direction, and the measured value of the distance detector 30a is sampled every predetermined time, and this measured value and the current position register of FIG. 1 are sampled.
  • the normal vector data is obtained by calculating the cross product of the surface vector S 1 and the surface vector S 2 to obtain the normal vector N 0.
  • FIG. 3 is a flowchart when the normal direction data is calculated by the digitizing control device according to one embodiment of the present invention.
  • the number following ST indicates the step number. [ST 1] Start sampling.
  • the surface vector S1 is obtained based on the measured values of the distance detector 30a at the time of this sampling and the measured values of the distance detector 30b at the time of this sampling.
  • the surface vector S2 is obtained based on the measured value of the distance detector 30a at the time of the current sampling and the measured value of the distance detector 30a at the time of the previous sampling.
  • [ST5] Calculate the cross product of the surface vectors S1 and S2 to obtain the normal direction vector N O, and obtain the normal direction data of the surface.
  • [ST 6] Determine whether or not digitization in the specified range has been completed. If not completed, return to ST 1 and perform the next sampling.
  • the normal vector was obtained based on the measured values of one distance detector at the time of the previous sampling and the measured values of both distance detectors at the time of this sampling.
  • the present invention is not limited to this, and a similar normal vector can be obtained from at least three other combinations of the four measured values obtained by the previous and current samplings.
  • the coordinate values of each vertex of a small rectangle on the model surface are obtained based on the measurement values from the two distance detectors at the time of the previous and current samplings.
  • the normal vector is obtained based on the coordinate values of the three vertices, and the normal direction data is obtained.
  • the cost is lower than that.

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Description

明 デジタィ ジング制御装 i 技 術 分 野
本発明はモデルの形状をならいながら逐次位置データを取 り込み、 N Cデータとして出力するデジタィ ジング制御装置 に関し、 特に簡単な構成で高精度の法線方向データを得るこ とのできるデジタイ ジング制細御装置に関する。
' 背 景 技 術
従来より、 デジタイ ジング制御装置に使用される ト レーサ へッ ドとしては接触型プローブが使用されており、 これをモ デル面に接触させることにより変位情報を得て、 送り制御あ るいは N Cデータの算出を行っていた。 しかし、 この方法は プローブの接触圧により、 柔らかい材質のモデルの表面を傷 つける欠点があった。
この点を改良するために、 モデル表面までの距離を非接触 で検出する非接触距離検出器でト レーサへッ ドを構成したデ ジタィ ジング制御装置が開発されている。
一方、 接触型プローブと異なり、 非接触距離検出器は同時 に 1次元の変位情報しか検出できない。 したがって、 上記の デジタィ ジング制御装置は、 工具のオフセッ ト量等の計算に 必要な法線方向データを得るために、 例えば非接触距離検出 器を 3個設けて同時にモデル表面上の異なる 3点の座標値を 求め、 これら 3点の座標値から法線ベク トルを算出して求め る方法が考えられる。 また、 別な方法として、 ジグザグのな らい通路を創成し、 このならい通路上の順次測定した 3点の 座標値から法線べク トルを算出して求める方法も考えられる しかし、 非接触距離検出器を 3個設けることはコス トが高 くなり、 好ましくない。 また、 ジグザグのならい通路を創成 することは、 送り速度等の機械的な条件での制約がつき、 精 度が低下し、 またデジタイジングに要する時間が長くなる。 発 明 の 開 示
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、 簡単 な構成で高精度の法線方向データを得ることのできるデジタ ィ ジンダ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、
モデルの形状をならいながら逐次位置データを取り込み、 N Cデータとして出力するデジタィ ジング制御装置において， 各々独立にモデル表面までの距離を測定する第 1及び第 2の 非接触距離検出器を送り方向に对して互いに並送する位置に 設けた非接触検出器により構成される ト レーサへッ ドと、 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の測定値及び前記第 2の距離検出 器の第 2の測定値を記憶する記憶手段と、 前記第 1及び第 2 の測定値と、 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の測定値のうちの少なく とも三つの測定値に 基づいて前記モデル表面の法線方向データを求める潢算手段 と、 を有することを特徴とするデジタイ ジング制御装置が提 供される。
二つの距離検出器からの前回と今回のサンプリ ング時の測 定値に基づいてモデル面上の微小な長方形の各頂点の座標値 を得て、 この中の所要の三つの頂点の座標値に基づいて法線 べク トルを求め、 法線方向データを得る。 図 面 の 簡 単 な 説 明 第 1図は本発明の一実施例のデジタィ ジング制御装置のハ 一ドゥエァの構成を示したブロ ッ ク図、
第 2図は本発明の一実施例のデジタィ ジング制御装置の法 線方向データの算出方法の説明図、
第 3図は本発明の一実施例のデジタィ ジング制御装置の法 線方向データの算出方法のフロ ーチャー トである。 発明を実施するための最良の形態 以下、 本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第 1図は本発明の一実施例のデジタィ ジング制御装置のハ 一ドウヱァの構成を示したプロ ッ ク図である。 図において、 プロセッサ 1 1 はバス 1 0を介して R 〇 M 1 2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 従ってデジタィ ジング制御装置 1の全体の動作を制御する。 R A M I 3は D R A Mで構成され、 後述するサンプリ ングさ れた測定值、 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 1 4は図示されていなぃバッテリでバックアツプ されており、 デジタィ ジングに必要な各種のパラメ一夕を格 納する。 これらのパラメ ータはイ ンタ一フヱース 1 5を介し て操作盤 2より入力される。
ト レーサヘッ ド 3は距離検出器 3 0 a及び 3 0 bより構成 されている。 距離検出器 3 0 a及び 3 0 bには半導体レーザ、 あるいは発光ダイォ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 4までの距離を非接触で測定 する。 なお、 この他に同じく光学式の三角測量式距離検出器 あるいは高周波発振による渦電流式距離検出器、 超音波距離 検出器等も使用することができる。
デジタイ ジング制御装置 1内のサンプリ ング回路 1 6は距 離検出器 3 0 a及び 3 0 bからの測定値を所定のサンプリ ン グ時間毎にサンプリ ングして、 R A M 1 3に格納する。 この データは逐次プロセッサ 1 1 によって読み取られ、 ト レーサ へッ ド 3の軸変位量及び法線方向データが算出される。
ならい制御回路 1 7はプロセッサ 1 1から ト レーサへッ ド 3の送り方向、 ならい速度等を指令されると共に、 軸変位量 を入力され、 周知の技術によって各軸の速度信号 V x、 V y、 V zを発生する。 サ一ボアンプ 1 8 x、 1 8 y、 1 8 zは速 度信号 V x、 V y、 V zを増幅して機械側に取りつけられた X軸用サーボモータ 3 1 x、 Y軸用サーボモータ 3 1 y、 Z 軸用サーボモータ 3 1 zを駆動する。 これにより、 ト レーサ ヘッ ド 3は、 距離検出器 3 0 aあるいは 3 0 bの何れか一方、 またはこれらの中間の所定点からモデル 4の表面までの距離 を一定に保ちながら、 指令された送り方向、 ならい速度で移 動する。
また、 ならい制御回路 1 7は上記の制御と同時に、 指令さ れた送り方向に基づいて回転制御指令 R Θを発生し、 サーボ ア ンプ 1 9 ®がこの回転制御信号 R Θを増幅してト レーサへ ッ ド 3に取りつけられた Θ軸のサ一ボモータ 3 2 Θを駆動し、 これにより ト レーサヘッ ド 3の距離検出器 3 0 a及び 3 0 b が常に送り方向に対して正確に並送するように制御される。
ノ、。ルスコーダ 3 3 X、 3 3 y、 3 3 zはサ一ボモータ 3 1 x、 3 1 y、 3 1 zが所定角度回転する毎にパルス信号 F P X、 F P y、 F P zを発生する。 デジタィ ジング制御装置 1 内の現在位置レジスタ 2 0は、 これらのパルス信号をそれぞ れ可逆計数して各軸の現在位置を記憶し、 位置データとして プロセッサ 1 1 に入力する。
プロセッサ 1 1 はこの位置データを一定時間毎に、 あるい は位置データの変動量が所定のト レラ ンス値を越えた時に取 り込むと共に、 先に求めた法線方向データより工具の形状に 合わせたオフセッ ト量を求めて N Cデータを生成する。
この N Cデータはイ ンタ ーフ ヱース 2 1を介して紙テープ リーダ Zパンチヤ ー 3 4に入力され、 N Cテープが作成され る。 また、 イ ンタ 一フ ェース 2 1 に直接に図示されていない 数値制御工作機械を接続することにより、 オ ンライ ンで高精 度のならい加工を行うこともできる。 第 2図は上記のデジタィ ジング制御装置における法線方向 データの算出方法の説明図である。 図において、 ト レーサへ ッ ド 3が送り方向に所定のならい速度で移動し、 所定時間毎 に距離検出器 3 0 aの測定値がサンプリ ングされ、 この測定 値と第 1図の現在位置レジスタ 2 0に格納されたデータとか ら、 モデル 4の面上の点 P 11 、 · · · · P 1 n―, 、 P 1 n の座標値が求められる。 同様に、 サンプリ ングされた距離検 出器 3 0 bの測定値と現在位置レジスタ 2 0に格納されたデ ータとから、 点 P 2 , 、 · · · · P 2 η-, . Ρ 2„ の座標値 が求められる。
次に、 点 Ρ 1 η の座標値 （X 1„ ， Y i n , Z 1„ ) 及び 点 P 2 n の座標値 （X 2 n ， Y 2 n ， Z 2 n ) から、 表面べ ク トル S I CX 2„ - 1 n , Y 2„ - Y 1„ , Z 2„ - Z
1„ 〕 を求める。 また、 点 P 1 n の座標値 （X 1 n ， Y i n , Z 1 n ) 及び点 P 1 の座標値 （X 1 η— , ， Y 1 n-! ， Z
1„-. ) から、 表面べク トル S 2 [X 1„_! -X 1„ , Y 1
„-. "Y i n , Z 1 η - Ι , Ζ 1 η 〕 を求める。
次式
Ν 0 = S 1 X S 2
で表面べク トル S 1と表面べク トル S 2との外積を演算して 法線べク トル N 0を求めることによって、 法線方向データが 得られる。
第 3図は本発明の一実施例のデジタイ ジング制御装置の法 線方向データの算出時のフロ一チャー トである。 図において、 S Tに続く数値はステツプ審号を示す。 〔 S T 1〕 サンプリ ングを開始する。
[ S Τ 2 1回目のサンプリ ングの場合は S Τ 1へ戻って次 のサンプリ ングを行う。
〔 S Τ 3〕 今回のサンプリ ング時における距離検出器 3 0 a の測定値と、 今回のサンプリ ング時における距離検出器 3 0 bの測定値に基づいて表面べク トル S 1を求める。
〔 S T 4〕 今回のサンプリ ング時における距離検出器 3 0 a の測定値と、 前回のサンプリ ング時における同じく距離検出 器 3 0 aの測定値に基づいて表面べク トル S 2を求める。 〔 S T 5〕 表面ベク トル S 1及び S 2の外積を演算して法線 方向べク トル N Oを求め、 その表面の法線方向データを得る。 〔 S T 6〕 指令された範囲のデジタィ ジングが縿了したかど うかを判断し、 終了していなければ S T 1へ戻って次のサン プリ ングを行う。
なお、 上記の実施例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べク トルを求めたが、 これに限 らず、 少なく とも前回と今回のサンプリ ングによって得られ た四つの測定値のうちの他の組み合わせによる 3点からも同 様な法線べク トルを求めることもできる。
以上説明したように本発明では、 二つの距離検出器からの 前回と今回のサンプリ ング時の測定値に基づいてモデル面上 の微小な長方形の各頂点の座標値を得て、 この中の所要の三 つの頂点の座標値に基づいて法線べク トルを求め、 法線方向 データを得るので、 従来の 3個の距離検出器を用いたものに 比較して低コス ト となる。 また、 ト レ一サヘッ ドの送り方向 をジグザグにする必要がなく、 送り速度に制約されない髙精 度のデジタィ ジングが可能になる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . モデルの形状をならいながら逐次位置データを取り込 み、 N Cデータとして出力するデジタィ ジング制御装置にお いて、
各々独立にモデル表面までの距離を測定する第 1及び第 2 の非接触距離検出器を送り方向に対して互いに並送する位置 に設けた ト レーサへッ ドと、
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の測定値及び前記第 2の距離検出器の 第 2の測定値を記憶する記憶手段と、
前記第 1及び第 2の測定値と、 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の測定値のうちの少なく とも三つの測定値に基づいて前記モデル表面の法線方向デー タを求める演算手段と、
を有することを特徵とするデジタィ ジング制御装置。
2 . 前記演算手段は、 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 から第 1及び第 2のべク トルを作成し、 前記第 1及び第 2の べク トル間の外積演算を行うことにより前記法線方向データ を求めることを特徴とする特許請求の範囲第 1項記載のデジ タイ ジング制御装置。 3， 前記ト レーサヘッ ドを前記送り方向の角度に従って回 転制御することを特徴とする特許請求の範囲第 1項記載のデ ジタィ ジング制御装置。
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