• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:

    公开号:WO1992008576A1
    申请号:PCT/JP1991/001552
    申请日:1991-11-12
    公开日:1992-05-29
    发明作者:Hitoshi Matsuura；Eiji Matsumoto
    申请人:Fanuc Ltd；
    IPC主号:B23Q35-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書 デジタィ ジング制御装置
    [0002] 技 術 分 野 '
    [0003] 本発明は非接触のデジタィ ジング制御装置に関し、 特に非 接触でモデル面をならい、 モデルの形状に関するならいデー タを生成するデジタィ ジング制御装置に関する。 背 景 技 術
    [0004] モデルにスタイ ラスが接触しながら倣い、 同時にワークを モデルと同じ形状に加工するならい機能を有するならい装置 に代えて、 光学式距離検出器を使用して、 モデル形状データ を非接触で取り込むならい制御装置が開発されている。 また， ならい機能を N C装置内部に持たせれば、 N C装置とならい 制御装置とは直接に結合せずに、 モデルの形状についてのな らいデータが生成できる。
    [0005] 一般に、 モデル形状をならい、 その軌跡データを時々刻々 に検出して N Cテープなどに自動的に出力する機能を持つ装 置は、 デジタイ ジング制御装置と呼ばれている。
    [0006] 非接触のデジタィ ジング制御装置では、 検出器をモデル面 に押しつけなくても軌跡データが得られる。 したがって、 非 接触でモデル面をならう ト レ一サへッ ドの変位情報から、 モ デル面を傷付けないでデジタィ ジングデ タが算出できる。 この場合に従来の光学式距離検出器の多く は、 モデルにスポ ッ ト光を当てて、 モデル面から検出器の受光面までの距離を 検出する、 スポ ッ ト方式が採用されている。
    [0007] このようなスポッ ト方式では、 モデル面に対してト レーサ へッ ドを制御して、 自動的に検出器の受光面を最適方向に向 ける必要がある。 モデルから検出器までの距離の検出精度は、 デジタィ ジングデータに影響するからである。
    [0008] ところで、 距離検出器はト レーサへッ ドに固定されていて、 通常は基準距離だけ離れた位置でモデル面を追従している。 したがって、 モデル面の傾斜が小さいところでは、 距離の検 出誤差はそれほど問題にならない。 しかし、 モデル面の傾斜 角度が大きくなれば、 ト レーサへッ ドとモデル面の法線との なす角度も大きくなり、 あるいはモデル面からの距離が基準 距離から大きく変化する。 このため、 モデルから検出器まで の距離の検出精度が低下し、 モデル面と干渉したり、 ならい 精度にも影響する。
    [0009] そこで発明者等は、 モデルの形状に関するならいデータか らモデル面の法線を求め、 法線方向の変動に応じて ト レーサ へッ ドを回転制御するようにした発明を Γ非接触ならい制御 装置」 として、 既に出願している （特願平 1一 1 9 4 5 0 0 号明細書） 。
    [0010] ところが、 モデル面が水平に近づいてく ると、 法線の潢算 誤差や距離の測定誤差に起因して、 回転制御される ト レーザ へッ ドの姿勢が安定しないという問題があった。 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、 モデ ル面の傾斜に最適な方向に ト レーサへッ ドを回転制御すると ともに、 非接触で安定したならい動作を可能とするデジタィ ジング制御装置を提供することを目的とする。
    [0011] 本発明では上記課題を解決するために、
    [0012] ト レーサへッ ドが非接触でモデルをならいながら、 前記モ デルの形状に関するならいデータを生成するデジタィ ジング 制御装置において、 前記ト レ一サへッ ドをモデルの設置面に 対して垂直方向に位置決めする制御軸及び前記ト レーサへッ ドを前記制御軸廻りに所定角度傾斜しつつ回転制御する回転 軸を制御する制御手段と、 前記ト レ一サへッ ドからモデル面 までの距離を測定する距離測定手段と、 前記モデルの形状に 関するならいデータからモデル面の傾斜を算出する演算手段 と、 前記モデル面の傾斜を基準角度と比較する比較手段と、 前記モデル面の傾斜が前記基準角度以内の場合に前記ト レー サへッ ドの回転制御を禁止する禁止手段と、 を有することを 特徵とするデジタィジング制御装置が、 提供される。
    [0013] モデル面の傾斜の状態に応じて ト レーサへッ ドを回転制御 して、 距離測定手段における測定精度が低下しないように制 御し、 さらにモデル面の傾斜が基準角度以内の場合に ト レー サへッ ドの回転制御を禁止して、 距離測定が安定して行われ るように制御している。
    [0014] 従って、 非接触でモデル面をならつて、 精度の良いならい データを生成できる。 図 面 の 簡 単 な 説 明
    [0015] 第 1図は本発明の一実施例の非接触のデジタィ ジング制御 装置の構成を示すプロ ッ ク図、
    [0016] 第 2図は本発明の一実施例における ト レーサへッ ドの詳細 図、
    [0017] 第 3図はトレーザへッ ドの回転制御を示す説明図、
    [0018] 第 4図はモデル面の傾斜と基準角度との関係を示す説明図 である。 発明を実施するための最良の形態
    [0019] 以下、 本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
    [0020] 第 1図は非接触のデジタィ ジング制御装置及び周辺装置の 構成を示すブロ ック図である。
    [0021] デジタィ ジング制御装置 1側では、 プロセッサ 1 1がバス 1 0を介して R O 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イ ジング 制御装置 1の全体の動作を制御する。 R A M 1 3はデータの 一時記憶装置であり、 後述するならい工作機械の光源や力メ ラからの測定データ、 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は図示されていないバッテリでバッ クアツプされており、 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 —タ等を格納する。
    [0022] ならい工作機械 3のト レーザへッ 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 式のセンサ等が使用される。 モデル面までの距離の測定値^ a及び^ bは、 デジタィ ジング制御装置 1内の AZD変換器
    [0023] 1 6 a及び 1 6 bでディ ジタル値に変換され、 逐次プロセッ サ 1 1に読み取られる。
    [0024] プロセッサ 1 1は A Z D変換されたディ ジタ ル値と後述す る現在位置レジスタ 1 9 x、 1 9 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、 ならい速度に基づいて、 周知の技術により、 各軸の速度指令 V x、 V y及び V zを発生する。 これらの速 度指令は DZA変換器 1 7 x、 1 7 y及び 1 7 zでアナログ 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。 サ一ボアンプ 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のサーボモータ 3 2 X及び 3 2 y を駆動し、 これによりテーブル 3 1を X軸方向及び紙面に垂 直な Y軸方向に移動する。 また、 サーボアンプ 1 8 zはサー ボモータ 3 2 zを駆動し、 ト レーサヘッ ド 4及び工具 3 4を Z軸方向に移動する。
    [0025] 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、 F P y及び F P zを発生するパルスコーダ 3 3 X、 3 3 y及び 3 3 zが設 けられている。 デジタイ ジング制御装置 1内の現在位置レジ スタ 1 9 x、 1 9 及び 1 9 2は検出パルス ？ 、 F P y 及び F P zをそれぞれ回転方向に応じ tカウ ン トアツプ Zダ ゥ 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、 制御データとしてプロセッサ 1 1 に入力している。
    [0026] —方、 プロセッサ 1 1 は上記各軸の制御と同時に、 距離検 出器 5 a及び 5 bの測定値^ a及び^ bを所定のサンプリ ン グ時間毎にサンプリ ングし、 これを使用して後述する方法に よってモデル面の法線ぺク トルを求める。 法線べク トルの X 一 Y平面上の射影べク トルに对応して、 回転指令 S Cが形成 され、 D Z A変換器 1 7 cによりアナログ値に変換される。 サ一ボアンプ 1 8 cはこの回転指令 S Cに基づいてサーボモ 一夕 3 3 cを駆動し、 ト レーサヘッ ド 4を Z軸廻りに所定角 度傾斜しつつ回転制御する。 そして同時にテーブル 3 1が指 令されたならい方向、 ならい速度で移動して、 ト レーサへッ 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 &と同様の形状の加工が施される。
    [0027] ところが、 モデル面が水平に近づいてく ると、 法線べク ト ルの向きの微小な変化に対して、 X— Y平面上の射影べク ト ルの基準となる軸からの回転角が不安定になる。 即ち、 プロ セッサ 1 1 によるモデル面の傾斜の演算誤差や、 距離検出器 5 a及び 5 bの測定値 £ a及び: β bの誤差に起因して、 回転 指令 S Cが大きく変化することがある。 このために回転制御 される ト レ一サへッ ドの姿勢が安定しないという問題を解消 すべく、 本発明ではプロセッサ 1 1 において、 モデル 6の傾 斜状態を算出し、 傾斜が設定されている基準角度以内の場合 には、 ト レーサヘッ ド 4の回転制御を禁止する処理を行って いる ο
    [0028] 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 レーサへッ ド 4には Z軸に対して角度 4 5 ° だけ傾斜させ て距離検出器 5 aが取り付けられ、 これが C軸によって回転 指令 S Cの指令角度 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がー体 に取り付けられ、 同様に指令角度 cで回転制御される。
    [0029] これによつて距離検出器 5 a、 5 bは、 モデル 6の傾斜に 対して最適な方向、 即ちモデル面の法線に最も近づいた位置 に回転制御される。
    [0030] また前述したように、 距離検出器 5 aの測定値がデジタイ ジング制御装置 1 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 aまでの距離 aは一 定に保たれる。 この距離^ aは距離検出器 5 aの測定軸と Z 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 P aは移動せず、 したがつ てト レ一サへッ ド 4 とモデル 6 との距離 £ も一定に保たれる。 同様に、 距離検出器 5 bはモデル 6上の測定点 P b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。
    [0031] 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。
    [0032] ト レーザへッ 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 2点 P n、 Q nの測定データを同時にサンプリ ングす る。 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 P n— 1、 Q n - P n、 Q n、 P n + 1、 Q n + 1、 · ♦ · の座標値を求めて い < o
    [0033] そして、 例えば点 P nの座標値 （X I， Y l , Z 1 ) と、 点 Qnの座標値 （X 2， Y 2 , Z 2 ) から、 表面べク ト ル S 1 [ X 2 - X 1 , Y 2 - Y 1 , Z 2— Z l〕 を求める。 また、 点 P n― 1の座標値 （X 3， Y 3， Ζ 3 ) と、 点 Ρ ηの座標 値 （X I， Υ 1 , Ζ 1 ) から、 表面べク ト ル S 2 〔X 3— X 1 , Y 3 -Y 1 , Z 3 - Z 1 を求める。 この場合に、 点 Ρ η一 1の座標値は、 先行するサンプ ングによる測定データ を R AM 1 3などに格納しておく。 これら 2つの表面べク ト ル S 1、 S 2を次式、
    [0034] n = S 1 X S 2
    [0035] (但し、 Nn， S I , S 2はベク ト ルを表す）
    [0036] によって表面ぺク ト ル S 1と S 2の外積を演算し、 点 P nに おける法線べク トル N nを求めることができる。
    [0037] 次に、 法線べク ト ル Nnを X— Y平面上に投影した射影べ ク トル Nの X軸となす角度 cを次式、
    [0038] Θ c = t a n"1 ( J n/ I n )
    [0039] 但し、 I n ： ベク ト ル] Si nの X成分
    [0040] J n ： ベク ト ル N nの Y成分
    [0041] で求め、 この角度 / cを C軸の指令値として出力する。
    [0042] この角度 cはモデル 6の傾斜に対応して変化し、 例えば 点 P qでは別の角度 c qとなる。 ト レーサヘッ ド 4はこう した角度 ^ c、 c qの変化に応じて回転する。
    [0043] 第 4図は測定点での傾斜が基準角度以内の場合のモデル 6 面を示す説明図である。 ここで Z軸は、 測定点を原点として、 モデル 6の設置面 ( X— Y平面） に対して垂直方向の軸である。 基準べク トル はこの Z軸と基準角度 をなす単位べク トルである。
    [0044] 今、 測定されたモデル面の法線べク トルを Ν (単位べク ト ル） として、 その各成分を N X， N Y , N Zとする。 そして、 このべク トル Nと Z軸との間の角度 ^が、 基準角度 より小 さい場合に、 モデル面が水平面に近いとみなしている。 した がって、 基準角度なの余弦値 cos "と、 cos とを 0。 から
    [0045] 1 8 0 ° の範囲で比較すれば、 モデル面の傾斜が基準角度以 上かどうかが判断できる。 ここで、 cos < = N Zとなるので、 N Zと基準角度 "の余弦値 cos "とを比較し、
    [0046] N Z > co s
    [0047] の場合に、 回転指令 S Cを D Z A変換器 1 7 cに出力しない ようにして、 ト レーサヘッ ド 4の回転制御を禁止する。
    [0048] なお、 上記の実施例では前回のサンプリ ング時の一方の測 定データと、 今回のサンプリ ング時の 2点の検出点について の測定データに基づいて法線べク トルを求めている。 しかし、 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モデ ル面上の 3点が特定されれば、 その内の 1点を始点とする 2 本の表面べク トルを決定できる。
    [0049] 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。
    [0050] 更に、 上記した実施例では ト レ一サへ >シ ドの回転軸を制御 軸に対して 4 5 ° の角度で傾斜させたが、 モデル形状に応じ - 1 o - てこの角度を自由に変更設定するようにしても良い。
    [0051] なお、 モデルを同時加工するならい機能を持たず、 モデル 形状からのデータを N Cテープなどに自動的に出力する機能 のみを持つデジタィ ジング制御装置についても、 本発明は同 様に適用できることは言うまでもない。
    [0052] 以上説明したように本発明では、 ト レーサヘッ ドをモデル 面の傾斜の状態に応じて回転制御して、 さらにモデル面の傾 斜が基準角度以内の場合に ト レーサへッ ドの回転制御を禁止 して、 距離測定が安定して行われるように制御している。 これによつて、 距離測定手段における測定精度が低下しな いように、 距離測定手段の測定軸はモデル面に対して最も垂 直に近い方向に向けられ、 また水平面に近いモデル面をなら うときも、 ト レーサヘッ ドの制御が安定して行われるから、 高精度の距離測定ができ、 ならい精度が向上する。
    [0053] したがって、 本発明のデジタィ ジング制御装置によれば、 モデルにスポッ ト光を当てて距離を検出するスポッ ト方式を 利用して、 高速に且つ低コス トで、 効率良くならいデータを 得ることができる。
    权利要求:
    Claims請 求 の 範 囲
    1 . ト レ一サへッ ドが非接触でモデルをならいながら、 前 記モデルの形状に関するならいデータを生成するデジタィ ジ ング制御装置において、
    前記ト レーサへッ ドをモデルの設置面に対して垂直方向に 位置決めする制御軸及び前記ト レーサへッ ドを前記制御軸廻 りに所定角度傾斜しつつ回転制御する回転軸を制御する制御 手段と、
    前記ト レーザへッ ドからモデル面までの距離を測定する距 離測定手段と、
    前記モデルの形状に関するならいデータからモデル面の傾 斜を算出する演算手段と、
    前記モデル面の傾斜を基準角度と比較する比較手段と、 前記モデル面の傾斜が前記基準角度以内の場合に前記ト レ —ザへッ ドの回転制御を禁止する禁止手段と、
    を有することを特徴とするデジタィ ジング制御装置。
    2 . 前記制御手段は、 前記ト レーサへッ ドの回転軸を制御 軸に対して 4 5 ° の角度で傾斜しつつ回転制御することを特 徵とする請求項 1記載のデジタィ ジ ング制御装置。
    3 . 前記距離測定手段は、 モデル面の測定点からの反射光 を検出する光センサから構成されていることを特徴とする請 求項 1記載のデジタィ ジング制御装置。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    US10295341B2|2019-05-21|High speed metrology with numerically controlled machines
    US5651600A|1997-07-29|Method for controlling projection of optical layup template utilizing cooperative targets
    JP2708458B2|1998-02-04|倣い制御ロボット
    US6167634B1|2001-01-02|Measurement and compensation system for thermal errors in machine tools
    US5088046A|1992-02-11|Mounting for surface-sensing stylus and a method of using said mounting
    US5341183A|1994-08-23|Method for controlling projection of optical layup template
    US4908951A|1990-03-20|Coordinate measuring and testing machine
    US6070109A|2000-05-30|Robot calibration system
    US5987591A|1999-11-16|Multiple-sensor robot system for obtaining two-dimensional image and three-dimensional position information
    EP1664673B1|2008-11-12|Method of measuring workpieces
    US5333386A|1994-08-02|Method of measuring the effective instantaneous position of a slide-mounted probe element or tool
    US4831316A|1989-05-16|Control system for an industrial robot with a foresight function
    US5798828A|1998-08-25|Laser aligned five-axis position measurement device
    US4769763A|1988-09-06|Control for coordinate measuring instruments
    Lau et al.1985|Robot performance measurements using automatic laser tracking techniques
    US6163973A|2000-12-26|Non-contact surface roughness measuring device
    EP1592536B1|2008-10-29|A method and a system for programming an industrial robot to move relative to defined positions on an object, including generation of a surface scanning program
    US8786243B2|2014-07-22|Method and device for preparing error map and numerically controlled machine tool having error map preparation function
    JP4291382B2|2009-07-08|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
    CA1214850A|1986-12-02|Automatic dynamic error compensator
    US4131837A|1978-12-26|Machine tool monitoring system
    US7482776B2|2009-01-27|Controlling relative movement between a workpiece and a tool of a machine tool
    US7101126B2|2006-09-05|Cutting force detection method and machining control method and apparatus based on detected cutting force
    US4636960A|1987-01-13|Method of operating a machine tool with a sensing probe in order to gather positional data for the calculation of tool offset parameters
    US20030033104A1|2003-02-13|Marking out method and system
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE69121554D1|1996-09-26|
    EP0511399B1|1996-08-21|
    EP0511399A1|1992-11-04|
    US5247233A|1993-09-21|
    JPH04189452A|1992-07-07|
    DE69121554T2|1997-01-02|
    EP0511399A4|1993-03-17|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1992-05-29| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): US |
    1992-05-29| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FR GB GR IT LU NL SE |
    1992-06-22| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1991919793 Country of ref document: EP |
    1992-11-04| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1991919793 Country of ref document: EP |
    1996-08-21| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1991919793 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP2/314806||1990-11-20||
    JP31480690A|JPH04189452A|1990-11-20|1990-11-20|Digitizing control device|EP91919793A| EP0511399B1|1990-11-20|1991-11-12|Equipment for controlling digitizing|
    DE1991621554| DE69121554T2|1990-11-20|1991-11-12|Vorrichtung zur steuerung von digitalisierungsvorgängen|
    [返回顶部]