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    公开号:WO1991001849A1
    申请号:PCT/JP1990/000904
    申请日:1990-07-12
    公开日:1991-02-21
    发明作者:Hitoshi Matsuura
    申请人:Fanuc Ltd；
    IPC主号:G01B7-00
    专利说明:
    [0001] - 叨 細 書 非接触ならい制御装置 技 術 分 野
    [0002] 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。 背 景 技 術
    [0003] 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
    [0004] ' 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 レーサへッ 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。.
    [0005] 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 度が大きい部分ではならい精度が低下してしまう 題があつ' 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
    [0006] ' 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。 • 発 明 の 開 示
    [0007] 本発明ば ^このような点に鑑みてなされたものであり、 なら い精度を向上させた非接触ならい制御装置を提供することを 目的とする。
    [0008] 本発明 は上記課題を解決するために、
    [0009] モデルの形钦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つて制御される ト レー サへッ ドに取りつけられ、 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 定のサクプリ 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の非接触距 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の測定値のうちの少なく とも三 ' つの測定值に基づいて前記モデル表面の法線べク トルを算出 するベク トル算出手段と、 前記法線べク トルを前記回転軸に 平行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^提供ざれる。 ト レーサ 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て、 このうちの所要の三つ の頂点の座標値を用いて法線べク ト ルを求め、 この法線べク ト ルの X— Y平面への射影の方向に ト レーサへッ 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 図 面 の 簡 単 な 説 明 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 を示したプロ ッ ク図、
    [0010] 第 2図は本発明の一実施例における ト レーサヘッ ドの詳細 図、
    [0011] 第 3図は本発明の一実施例における ト レーザへッ ドの回転 角度の算出方法の説明図、
    [0012] 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 ヤ -: 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。
    [0013] 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 1 1 はバス 1 0を介して R 0 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ならい制 御装置 1 の全体の動作を制御する。 R A M I 3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 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ぉり、 イ ン ターフ ュース 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。
    [0014] ならい工作機械 3のト レーサへッ ド 4には距離検出器 5 a 及び 5 bが設けられている。 距離検出器 5 a及び 5 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 tti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 L a及び L b は、 ならい制御装置 1 内の A Z D変換器 1 6 a及び 1 6 bで ディ ジタル値に変換されて逐次プロセ ッ サ 1 1 に読み取られ o
    [0015] プロセッサ 1 1 は測定値 L a及び L bと後述する現在位置 レジスタ 1 9 X、 1 y及び 1 9 z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 い速度に基づいて、 周知の技術により、 各軸の速 度指令 V x、 及び を発生する。 これらの速度指令は D Z A変換器 1 7 x、 1 7 y及び 1 7 zでディ ジタ ル値に変 換され、 サーボア ンプ 1 8 X、 1 8 y及び 1 8 zに入力され る。 サーボアンプ 1 8 X及び 1 8 yはこの速度指令に基づい てならい工作機械 3のサ一ボモータ 3 2 X及び 3 2 yを駆動 し、 これによりテーブル 3 1が）（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 1 8 zがサーボモー ― 0 タ 3 2 zを駆動し、 ト レーサへソ ド 4及び工具 3 3が Z軸方 向に移動する。
    [0016] サ一ボモータ 3 2 x、 3 2 y及び 3 2 zには、 これらが所 定量回転する毎にそれぞれ検出パルス F P x、 及び？ P zを発生するパルスコ一.ダ 3 3 X、 3 3 y及び 3 3 zが設 けられている。 ならい制御装置 1 内の現在位置レジスタ 1 9 x、 1 9 y及び 1 9 z は検出パルス F P x、 F P y及び F P zをそれぞれ回転方向に応じて力ゥ ン ト ァップ Zダウ ンして 各軸方向の現在位置データ X a、 Y a及び Z aを求め、 プロ セッサ 1 1 に入力している。
    [0017] 一方、 プロセッサ 1 1 は上記の各軸の制御と同時に、 距離 検出器 5 a及び 5 bの測定値 L a及び L b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^法によりモデル 6 の表面の法線べク トルを求 め、 法線べク ト ルの X— Y平面上の射影の方向に対応した回 転指令 S Cを発生する。 回転指令 S Cは D Z A変換器 1 Ί. c でディ ジタル値に変換された後、 サ一ボアンプ 1 8 cに入力 され、 この指令に基づいてサーボア ンプ 1 8 cが C軸のサー ボモータ 3 2 cを駆'動する。
    [0018] 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 3 1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 3 4によってワーク · 3 5にモデル 6 と同様の形状 の加工が施される。 第 2図は ト レ一サヘッ ド 4の詳細図である。 図において、 ト レ—サへッ ド 4には 軸に対して角度 だけ傾斜させて距 離検出器 5 aが取りつけられ、 これが C軸によって回転指令 S Cの指令角度 O cで所定の半径の円周上を回転する。 また、 距離検出器 5 aの外側に重ねて距離検出器 5 bが取りつけら れており、 同様に指令角度 ® cの角度で回転制御される。 前述したょゔに、 距離検出器 5 a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 P 1 までの距離 aは一定に保たれる。 また、 この距離 ί aは距離検出器 5 aの測定軸と 軸との交 点までの距離に設定されており、 ト レ一サへッ ド 4が C軸に よって回転しても測定点 P 1 は移動せず、 したがって ト レ一 サヘッ ド 4 とモデル 6 との距離 ί も一定に保たれる。
    [0019] 距離検出器 5 bはモデル 6上の測定点 P 2までの距離^ b を測定してならい制御装置に入力している。
    [0020] 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 いて、 ト レーサヘッ ド を モデル 6に対して相対的に、 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 5 a及び 5 b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 上の点 、 、 n 、 及び 2 、 2 。—， 、 2 の座標値を求めていく。
    [0021] そして、 例えば点 1 の座.標値 （ 1 1 ) と、 点 2 の座標値 （ 2 2 ， 2 n ) から、 表面ベク ト ル S i n [ X 2 n - X 1 n , Y 2 n - Y i n , Z
    [0022] 2 n - Z 1 n を求める。 また、 点 P 1 n の座標値 （X 1 n ， Y i n , Z 1 n ) と、 点 P 1 n— ! の座標値 （ X 1 n— h Y
    [0023] 1 „_ , , Ζ.1 η― , ) から、 表面べク トル S 2 η 〔X 1 η— , -
    [0024] X 1 η , Υ 1 η- , - Υ 1 η , Ζ ΐ η— , — Ζ 1 η 〕 を求める。 次に次式、
    [0025] N n = S l n X S 2 n
    [0026] (但し、 N n， S i n , S 2 nはべク トルを表す）
    [0027] によって表面べク ト ル S 1 n と S 2 nの外積を演算して点 P nにおける法線ベク トル K nを求める。
    [0028] そして、 法線べク ト ル N nを X— Y平面上に投影した射影 1 n の X軸となす角度 Θ c nを次式、
    [0029] B c n = t a n -1 ( J n / I n )
    [0030] 但し、 I n ： ベク ト ル N n の X成分
    [0031] J n ： べク ト ル N nの Y成分
    [0032] で求め、 この角度 Θ c.nを C軸の指令値として出力する。
    [0033] 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 P 1 qでは Θ c qとなる。 ' したがって、 ト レーサへッ 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。
    [0034] 第 4図は上記の回転角度の算出時のフ ローチ 'ヤ 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。
    [0035] 〔 S 1 〕 所定時間^に距離検出器 5 a及 5 bの測定値をサ ンプリ ングする。 〔 S 2〕 それぞれの距離検出器の今回の測定値からべク トル S 1を求める。
    [0036] 〔 S 3〕 距離検出器 5 aの今回の測定値と前回の測定値から ベク ト ル S 2を求める。
    [0037] 〔 S 4〕 ベク トル S 1 とベク トル S 2の外積を演算して表面 べク トル Nを求める。
    [0038] 〔 S 5〕 表面べク ト ル Nを X— Y平面に投影した射影の X軸 となす角度 Θ cを算出する。
    [0039] 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 ルを求めることができる。
    [0040] また、 距離検出器には反射光量式の他に、 同じく光学式の 三角測距式、 あるいは渦電流式、 超音波式等の距離検出器も 使用できる。
    [0041] 以上説明したように本発明では、 ト レ一サヘッ 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ブリ ン グ時の測定値に基づいてモデル面の法線ベク トルを求め、 こ の法線べク トルを所定の平面に投影した射影の方向に ト レー サへッ 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、 モデル 面との干渉による死角が生じないので、 複雑な 3次元モデル のならいが可能になる
    权利要求:
    Claims

    . - 01849 PCT/JP90/00904
    - 1 0 -
    求 の 範 囲
    ι ·. 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 つて制御される ト レーサへッ ドに取りつけられ、 それぞれ前 記モデ 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の測定値及び前記第 2の非接触距離検 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の測定値のうちの 少なく と つの測定値に基づいて前記モデル表面の法線べ ク ト ルを算出するべク ト ル算出手段と、
    前記法線べク 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 . 前記べク 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 のべク トルを求め、 前記第 1 及び第 2のべク トル間の外積濱 算を行う ことにより前記法線べク トルを算出する-ように構成 したことを特徴とする特許.請求の範囲第 1項記載の非接触な らい制御装置。
    3 . 前記第 1及び第 2の非接触距離検出器のうちの一方の 前記モデル面上の測定点が前記回転軸の回転に係わらず前記 直線軸上に位置されるように、 前記直線軸を制御するように 構成したことを特徴とする特許請求の範囲第 1項記載の非接 触ならい制御装置。
    4 . 前記第 1及び第 2の非接触距離検出器は光学式距離検 出器であることを特徴とする特許請求の範囲第 1項記載の非 接触ならい制御装置。
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    申请号 | 申请日 | 专利标题
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    JP1/194500||1989-07-27||EP19900910947| EP0436735B1|1989-07-27|1990-07-12|Noncontact profile control unit|
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