Non-contact profiling method

专利摘要:

公开号:WO1989005212A1
申请号:PCT/JP1988/001194
申请日:1988-11-25
公开日:1989-06-15
发明作者:Hitoshi Matsuura
申请人:Fanuc Ltd；
IPC主号:B23Q35-00

专利说明:
[0001] 明 細 書
[0002] 非接触倣い方法
[0003] 技術分野
[0004] 本発明は非接触倣い方法に係 り 、 特に 距離測定 プ ロ ー プ を傾け て倣い を 行 う 非接触倣い方法に 関す る 。
[0005] 背景技術
[0006] レ 一 ザ測長 プ α — ブの よ う な非接触で距離が測定で き る プ π — フ" セ ン サ （距離測定プ ロ ー ブ ） に よ り モ デ ル面 を な ら わせ 、 こ れ に よ り 該 モ デ ル 通 り の倣 い 加工 を 行 つ た り 、 あ る レ、 は 乇 デル面デ 一 タ を デ ジ タ イ ジ ン グ す る 接触倣い方法があ る 。
[0007] かか る 非接触倣い に お い て 用 い ら れ る 距離測定 "/ ロ ー ブ は一般に基準距離 L。 を持 っ て お り 、 実際の測定距離 L と 基準距離 L。 の差を誤差量厶 し と し て 出 力で き る よ う に な っ て い る 。
[0008] 第 9 図は非接触倣い の説明図で あ り 、 モ デ ル M D L を 倣 う も の と し 、 又 A ， B ， C 点を適当に選ばれた サ ン プ リ ン グ 点 と し た場合、 ま ず A 点で の距離 L ，_ ( = L。 + Δ L _: ) を測定 し こ れが基準距離 L に 比べて Δ L，_ だ け誤差 が あ る 時、 そ の誤差分だ け測定軸方向 （光軸方向） に 補 正動作 を 掛け な が ら 次の サ ン つ。 'ί ン ゲ 点 Β 向か う ： そ し て 、 Β 点に お け る 誤差量 Δ L を求め て 同様に該誤差分 だ け 補正す る よ う C 点に 向か い .、 以後同様な 処理 を 行 う こ と に よ り 乇 デ /し面を 非接触で倣 う
[0009] と こ ろ で 、 非接触の距離測定 つ' — つ- と し て は 、 た と え ば光学的三角測距方法を採用 し た も のがあ り 、 かか る プ ロ ー ブで は発光素子 （半導体 レ ーザ） か ら 出た レ ーザ 光が投光 レ ン ズ を介 し て モ デル表面に照射 さ れ、 そ の際 に拡散反射 し た光線の一部が受先 - ン ズを介し て位置検 出素子上に ス ポッ ト を作 り 、 該 ポ ジ ト 位置がモ デ 表 面迄の距離に応じ て変化す る こ と に よ り 距離が測定さ れ る よ う に な っ て い る 。 尚、 受光 レ ン ズ に十分の光量が入 力 さ れな い と 正確な距離測定がで き な く な る 。
[0010] こ の た め 、 距離測定プ ロ ー ブ ' P B に は正確に距離を測定 で き る範囲があ り 、 第 1 0 図に お いて基準距離 L。土 の 範囲が測定可能範囲 M S R と な る 。 又、 距離測定プ ロ 一 プ P B には正確に距離測定で き る モ デ ；レ面傾斜角度 ^
[0011] (第 1 1 図参照） の限界値があ り 、 該限界値以上の傾斜 角度を有す る面迄の距離は正確に測定で き な い 。
[0012] こ のた め 、 第 1 2 図に示す よ う に モ デ ル M D L に直角 に近い壁 （上 り 、 下 り を問わな い ） W A L が存在す る 場 合に お い て 、 距離測定プ ロ ー ブ P B 力 S A— B と 移動す る と コ 一 ナ部 P で距離が測定で き な く な る 。 そ して 、 距離 測定が不可能に な る と従来は 、 逆方向に プ π — ザ P B を 戻し 、 極端に速度を落 と し て再び A→ B 方向：こ プ ロ ー ブ を移動 さ せ 、 かつ プ ー プを 上下 さ せて測定可能に な る 位置を捜 し 、 測定可能位置が求ま れば該位置か ら通常の 非接触倣い を再開す る よ う 〖こ し て い る
[0013] し か し 、 かか る従来の非接触倣い方法に お いて は 、 距 離測定不能 な る と 正常の非接触 いが再開 さ れ る 迄に 相当の時閭が掛 り 、 高速の非接触倣い加工や高速の非接 触倣い に よ る デ ジ タ ィ ジ ン グ 力；で き な い と い う 問題力⁵ あ る o
[0014] 又、 従来の方法で は距離の測定がで き な い範囲、 換言 すれば非接触倣いがで き な い範囲が大 き く な る と い う 問 題も あ る 。
[0015] 以上か ら 、 本発明の 目 的は距離測定不能 と な っ て も 、 短時間に正常の非接触倣い を再開す る こ と がで き 、 し か も 傲い不可能な範囲を減少す る こ と がで き る 非接触倣 い 方法を提供す る こ と で あ る ：.
[0016] — 発明の開示
[0017] 本発明の非接触倣い方法に お い て は 、 距離測定プ ロ 一 プ の光軸を垂直方向か ら角度 Θ 傾け て非接触倣い を行い 、 距離測定不可能 と な つ た場合に は距離測定プ ロ 一 ブの移 動を停止す る と 共に 、 該距離測定プ ロ ー ブ の光軸を垂直 方向か ら逆方向に ^ 傾け 、 し か る 後非接触倣い を再開す る 。 こ の非接触倣い方法に よ れば、 距離測定不能 と な つ て も 、 短時間に正常の非接触倣い を再開す る こ と がで き 、 し か も 倣い不可能な範囲を 減少す る こ と がで き る 。
[0018] 図面の簡草な説明
[0019] 第 1 図は本発明方法の説明図、
[0020] 第 2 図は本発明方法にかか る シ ス テ ム の ブ ' π ツ ク 図、. 第 3 図及び第 4 図は ~ί コ 一 ブ回転機搆の原理図、， 第 5 図は非接触倣い お け る 倣い方向 の算出説明図 .、 第 6 図は位置デ ー タ 襦正説明図、 第 7 図は プ ^！ ー ブ回転後の現在位置デー タ 補正説明図、 第 8 図は倣いが行われな い範囲説明図、
[0021] 第 9 図は非接触倣い の概略説明図、
[0022] 第 1 0 図は距離測定プ ロ ー ブ説明図、
[0023] 第 1 1 図は距離測定で き る モ デ ル面傾斜角度の限界値 説明図、
[0024] 第 1 2 図は従来の問題点説明図で あ る 。
[0025] 発明を実施す る た め の最良の形態 第 1 図は本発明の概略説明図で あ り 、 M D L は上 り ま た 〖ま下 り の壁 W A L 1 〜W A L 4 を有す る モ デ ル 、 P B は非接触で距離を測定で き る 距離測定プロ ー ブ、 P 〜 P ₃は距離測定不能点で あ る 。
[0026] 距離測定プ π — ブ P B の光軸を垂直軸か ら角度 （9 傾け て非接触倣い を行い 、 ポ イ ン ト P に到達し て距離測定不 可能 と な つ た場合に は距離測定プ π — プ P B の移動を停 止す る と 共に 、 該距離測定ゴ ロ 一 づ'を 回転 さ せて光軸を 垂直方向か ら逆方向に 傾け 、 し か る後非接触倣い を再 開す る 。 以後距離測定不能点 P ₂ ， P ₃に到達す る毎に距 離測定プ σ — プ P B に同様の動作を行わせて非接触倣い を続行す る c
[0027] 第 2 図は本発明 の非接触倣い方法を実現す る シ ス テ ム の つ- 口 ッ ク 図で あ る e
[0028] 1 1 は傲い制御装置 、 1 2 Ζ . 1 2 X ·:ま傲い制御装置 か ら発生す る デ ジ タ 'レ の各軸速度信号 V，， V を D Α変 換す る D A変換器 、 1 3 Z , 1 S X ば各軸の サ 一 ボ 回路 、 一 —
[0029] 1 4 Z , 1 4 X は Ζ 軸及び X軸駆動用 の モ ー タ 、 1 5 Ζ ，
[0030] 1 5 X は対応す る モ ー タ が所定角度回転す る 毎に検出パ ル. ス Ρ _ζ ， P _y を発生す る 位置検出用 のパ ル ス コ ー ダ 、 1 6 Z ， 1 6 X は対応す る バル ス コ ー ダか ら発生す る バ ) - ス を移動方向に応 じ て可逆計数 し て 各軸現在.位置 Z _Α , X .を監視す る 各軸現在位置 レ ジ ス タ 、 1 7 は レ 一 ザを用 い て非接触で モ デル表面迄の距離を測定で き る 距離測定プ ロ ー ブ （第 1 図に お け る 距離測定プ ロ ー ブ P B に対応） -、 1 8 は倣い制御装置か ら の回転指令 R D S に よ り プ ロ 一 フ" 1 7 を 回転 さ せ る プ ロ ー ブ回転駆動部で あ る 。
[0031] 倣い制御装置 1 1 は コ ン ビ ュ 一 タ 構成に な っ て お り 、 プ ロ セ ッ サ （ C P U ) 1 1 a 、 プ ロ グ ラ ム メ モ リ （ R O M ) 1 1 b 、 各種演算結果等を記億す る R A M I 1 c を 備 え 、 非接触倣いやデ ジ タ イ ジ ン グ処理がで き る よ う に な っ て い る 。 尚 、 第 2 図の フ ロ ッ ク 図に は Y軸に関係す る 部分は省略 し て い る が当然 Y軸に つ いて も 他の軸 と 同 様の構成を有 し て い る も ので あ る 。
[0032] 距離測定プ ロ ー ブ 1 7 は 、 垂直軸か ら の光軸の傾 き を 変更で き る よ う に な つ て お り 、 垂直軸か ら倣い進行方向 への傾 き の符号を プ ラ ス と すれば、 最初一 ( た と え ば = 3 0 ° ) の状態で非接触倣い を 行 い (第 1 図参照） 、 距離測定不能 と な る 毎に （ ポ イ ン ト P ： 〜 P こ お い て ） — Θ -→ ÷ Θ あ る い は 十 — へ先車由の ft頁 き を変更す る ， 第 3 図及び第 4 図は光軸の傾 き を 変更 さ せ る 機構の原理 説明図で あ り 、 第 3 図は レ 一 R L に ¾ --. て機械的に つ _g c — ブ 1 7 を移動 さ せ る こ と に よ り モ デル M D L上の測 定点 P を変更す る こ と な く ¾軸 を進行方向に 土 Θ の間で 変更さ せ る も ので あ り 、 第 4 図は水平に配設さ れた円形 レ ー ル R L ' に沿 っ て プ ロ ー ブ を 1 8 0 " 回転 さ せ る こ と に よ り モ デル M D L 上の測定点 P を変更す る こ と な く 光 軸を進行方向に 土 の間で変更 さ せ る も ので あ る 。
[0033] 又、 距離測定プ ロ ー ブ 1 7 は 、 検出光量が設定値以上 かチ ： cッ ク し 、 換言すれば正 し く 距離測定可能かを チ ヱ ッ ク し 、 検出光量が設定値以上で あればハ ィ レ ベル の距 離測定可能信号 D M S を 出力す る よ う に な つ て い る 。
[0034] 以下、 非接触傲い を行い な力 ら デ ジ タ イ ジ ン グす る場 合につ いて本発明 を説明す る 。 尚、 初期時、 距離測定プ ロ ー ブ 1 7 の光軸を垂直軸力 ら ー （9 傾け て お く （第 1 図 参照） 。
[0035] 非接触な ら いの起動が掛か っ て 、 ブ コ 一 プ 1 7 か ら測 定距離 L が入力 さ れ る と 、 プ セ ッ サ ：！ l a は基準距離 L。 と測定距離 L と の誤差量厶 し を計算す る と 共に 、 Δ L — V _N特性、 Δ L — V 特性に従っ て法線方向速度信号 V _n と 接線方向速度信号 V を計算す る ，：
[0036] 又 .、 プ ロ セ ッ サ 1 1 a は非接触な ら い開始か ら の時間 を所定のサ ン つ。 リ ン ゲ時閼 T _c.毎！こ 分割す る時 、 前 々 回の タ ィ ム ス 口 、リ ？、 お け る な ら い方向 6 _η― , (第 5 図参照 '！ と 前回のタ ノ ム ス コ ト に お け る な ら い方向 6 と の差分 Δ 。並び：こ前回の な ら い方向 6 " を いて 、
[0037] θ ^ - ( 1 / η ) · A & → έ fl i ( ri は適宜に 決め た定数： 通常 1 ノ 2 ) に よ り 今回の タ ィ ム ス ロ ッ ト に お け る な ら い方向 _{η +} , を演算す る 。
[0038] そ し て 、 速度信号 V _N , V _τ及び倣い方向が求 ま れば、 プ ロ セ ッ サ は次式
[0039] V _T - c 0 s & _{n + 1} → V (2)
[0040] V _τ · s i η + i ■→ V ζ (3)
[0041] に よ り 各軸速度信号 V _χ , V ₂ を発生 し 、 該各軸方向のな ら い速度信号 V _x ， V ₂ を D A変換器 1 2 X ， 1 2 Z 及び サ 一 ボ 回路 1 3 X ， 1 S Z を 介 し て モ ー タ 1 4 X ， 1 4 Z に 印加 し て距離測定プ π — プ 1 7 を 各軸方向に 同時に 移動 さ せ モ デ ル面を な ら わせ る 。 こ れ に よ り 、 プ ロ ー ブ 1 7 は な ら い方向演算部 1 1 a で計算 さ れた方向 _{π+ 1} の 方向に移動す る 。
[0042] 以上の非接触做い制御 と 並行 し て 、 ゴ σ セ ッ サ 1 1 a は所定のサ ン プ リ ン グ時閭 T _s毎に各軸現在位置デー タ Z _A ， X _A を現在軸 レ ジ ス タ 1 6 Z ， 1 S X か ら取 り 込んで モ デ ル面を デ ジ タ イ ジ ン グす る 。 尚、 光軸を傾け て い る た め 、 Z _A , X _A を そ の ま 面デ ー タ と し て 用 い る こ と が で き ず補正が必要で あ る 。 第 S 図は位置デ ー タ の補正処 理説明図で あ り 、 測定距離を L 、 傾斜角度を ^ と すれば、 測定点 P の座標値 X _¾ ， Z。 は次式
[0043] X。 = X_A±L · s i η δ (4)
[0044] Z_D=z,_A -! -L · c o s 6 (5i
[0045] で 与 え ら れ る ：. 尚 、 （4)式に お い て プ ラ ス は光軸が進行方 向 '： ÷ X方向 ） と 逆方向に傾 て い る 場合で あ り , マ ·' ス は進行方向に傾いて い る場合で あ る _c:
[0046] 又、 プ ロ セ ッ サ は 1 1 a は非接触倣い に よ る デ ジ タ イ ジ ン グ処理 と 並行 し て 、 距離測定可能信号 D M S を参照 し て距離測定不能位置に到達し たかチ ッ ク し て い る c, そ し て 、 距離測定不能点 （ た と え ば第 1 図の Ρ ,. , P ₂ ， P ₃等） に到達し て距離測定可能信号 D M S がロ ー レ べ . に な る と 、 直ち に 接触做い を停止 し て プ ロ 一 プ 1 7 の 移動を停止す る 。
[0047] し 力 > る後、 プ ロ セ ッ サ 1 1 a は プ ロ ー プ回転駆動部 1 8 に 回転駆動信号 R D S を入力し 、 該回転駆動部を し て プロ ー プ 1 7 を 回転 さ せ、. 光軸が垂直軸か ら逆方向に Θ 傾 く よ う に制御す る （第 1 図の P 〜 P ₃点に おけ る プ α — フ の傾き を参照） 。
[0048] 尚、 倣い停止直後に光軸が垂直軸か ら進行方向に 6 傾 いて いれば、 進行方向 と 逆方向に 傾 く よ う に プ ロ 一 - を 回転 さ せ （ + —— ^ ) , 一方非接触倣い停止直後に 光軸が垂直軸か ら進行方向 と 逆方向に 傾いて いれば、 進行方向に 傾 く よ う に プ ロ ー ブ回転 さ せ る （一 6 — + Θ ) _c.
[0049] し か る後、 回転に よ り プロ ー ブ の現在位置が変化し て い る か ら 、 第 7 図（a'!の A矢印で示す よ う に進行方向 （ X 方向） に 回転 し た場合に は次式
[0050] X_ 2 · L · s i η. Θ -→Χ^ (6ι
[0051] Ζ ,-→Ζ ,
[0052] に よ り 現在位置を補正 し 、 一方第 7 図（b)で Β 矢印で示す 一 一
[0053] よ う に進行方向 と 逆方向に 回転 し た場合に は次式
[0054] X_A— 2 .い s i n Θ-→Χ (7)
[0055] ζ ζ_Α
[0056] に よ り 現在位置を補正す る 。
[0057] さ て 、 プ ロ ー ブ の回転に よ り 、 距離測定が可能に な る か ら以後非接触傲い に よ る デ ジ タ ィ ジ ン グ処理を行い 、 距離測定不可能に な る 毎に同様に プ ロ 一 プ を 回転 さ せて 非接触倣い を継続す る 。
[0058] 第 8 図は本発明に よ り 距離測定不能点で プ ロ 一 プ を停 止 さ せ 、 し か る 後光軸方向 を 回転 さ せて非接触倣い を再 開す る 場合に お いて 、 非接触倣いが行われな か っ た範囲、 換言すればデ ジ タ ィ ジ ン グ さ れな か っ た範囲 を示す説明 図で あ る 。 距離測定プ ロ ー ブ の送 り 速度を V ^ s e c^ 傾斜角度を 、 壁 W A L の垂直面 と の角度 、 サ ン プ リ ン グ時閭 を T _s ( m s ) と す る と 距離測定不能が検出 さ れ て瞬時に停止 し た時の最大行 き 過 ぎ量 Δ L (第 8 図（a)参 照） は
[0059] AL = T_S - V/1 0 0 0 (8)
[0060] と な る 。 又、 壁部 W A L の最高点 P か ら光が当た る 位置 Q (第 8 図（b)参照） 迄の垂直方向距離 H は
[0061] H = ALZ ( t a d÷ t a η φ) (9)
[0062] と な り 、 例 え ば V = 1 0 0 mm/ s e c, T, = 2 m s e c Θ = Ζ 0 °^ 0= 0 °と すれば -、
[0063] H= 0♦ 2 0 , 5 8 = 0. 3mm
[0064] す な わ ち ， 高 さ 方向 に 約 3 0 0 下が . た位置か ら壁面 の デ ジ タ ィ ジ ン グが''再開 さ れ る こ と に な り 、 精度上問題 は無い o
[0065] 以上本発明に よ れば、 距離測定プ —プの光軸を垂直 方向か ら角度 頓け て非接触傲い を行い .、 距離測定不可 能と な つ た場合に は距離測定プ ロ 一 プの移動を停止す る と 共に 、 該距離測定プ ロ ー ブ の光軸を垂直方向か ら逆方 向に ^ 傾け 、 し か る後非接触倣い を再開す る よ う に構成 . し たか ら 、 モ デル面の傾.斜がき つ く な つ て距離測定不能 と な っ て も 、 短時間に正常の非接触傲い を再開す る こ と がで き 、 し か も 做い不可能な範囲を減少で き 、 従 っ て傲 い精度を低下す る こ と も な い 。

权利要求:
Claims

請求の範囲
1 ♦ 非接触で モ デ ル面迄の距離 L を測定で き る 光学的 な 距離測定プ ロ - ブに よ り モ デル面を な ら わせ る 非接触 倣い方法に お い て 、
光学的距離測定プ π — ブ の光軸を垂直方向か ら角度 傾け て非接触倣い を行い 、
距離測定不可能 と な つ た場合に は光学的距離測定プ 口 ー ブ の移動 を停止 し 、
つ い で 、 該光学的距離測定 プ ロ ー ブ の光軸を垂直方向 か ら逆方向に 傾け 、
し か る 後非接触倣い を再開す る こ と を特徵 と す る 非接 触倣い方法。
2 * 光学的距離測定プ ロ ー ブに よ る 検出光量が設定値 以上の時に距離測定可能信号 を 出力す る よ う に該距離測 定 プ ロ ー ブを構成 し 、 距離測定可能信号が出力 さ れて い る か否かに基づ いて距離測定可能 不可能を 識別す る こ と を特徵 と す る 請求の範囲第 1 項記載の非接触倣い方法。
3 . 光学的距離測定プ ロ ー プ の光軸を垂直方向か ら進 行方向に 、 ま た は進行方向 と 逆方向に 一 傾け る 時、 モ デル測定点の座標値 X _P ， Z _p を 距離測定プ π — プの現 在位置座標値 X— ， z を 用 い て 次式
X _D = X _A + L · s i n ^
Ζ―, = Z _fi + L · c o s ^
に よ り 演算す る こ と を特徵 と す る 請求の範囲第 1 項記載 の非接触倣い方 ¾ ―
⁴ . 光学的距離測定プ ロ ー プの傾き — 6 か ら + に 変更し た時、 該距離測定プ π — ブ の現在位置座標値 X _Λ， Ζ _Α の う ち Χ_Δ を 次式
Χ.+ 2 ，い s i II →X_A
に よ り 更新す る こ と を待徵と す る請求の範囲第 3 項記載 の非接触倣い方法。
5 ♦ 光学的距離測定プ ロ ー ブの傾き を + 0 か ら一 に 変更 し た時、 該距離測定プ σ — ブ の現在位置座標値 χ_Α， Z _A の う ち X _A を次式
X_A-2 ·い _S i n^→X_A
に よ り 更新す る こ と を特徵 と す る請求の範囲第 3 項記載 の非接触倣い方法。

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公开号 | 公开日

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DE3850391D1|1994-07-28|

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JP2542653B2|1996-10-09|

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EP0353302A1|1990-02-07|

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JPH01153253A|1989-06-15|

引用文献:

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法律状态:
1989-06-15| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): US |

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1989-06-15| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |

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1989-08-04| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1988910125 Country of ref document: EP |

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1990-02-07| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1988910125 Country of ref document: EP |

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1994-06-22| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1988910125 Country of ref document: EP |

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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JP62/312913||1987-12-10||

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JP62312913A|JP2542653B2|1987-12-10|1987-12-10|非接触倣い方法|EP19880910125| EP0353302B1|1987-12-10|1988-11-25|Non-contact profiling method|

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DE19883850391| DE3850391D1|1987-12-10|1988-11-25|Kontaktlose profilierungsmethode.|

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DE19883850391| DE3850391T2|1987-12-10|1988-11-25|Kontaktlose profilierungsmethode.|