JPH02220106A - 計測機能を有するデジタイズ制御装置 - Google Patents

計測機能を有するデジタイズ制御装置

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JPH02220106A
JPH02220106A JP1042735A JP4273589A JPH02220106A JP H02220106 A JPH02220106 A JP H02220106A JP 1042735 A JP1042735 A JP 1042735A JP 4273589 A JP4273589 A JP 4273589A JP H02220106 A JPH02220106 A JP H02220106A
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JP
Japan
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vector
stylus
representing
displacement
model
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JP1042735A
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Hiroshi Oyama
博司 大山
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Okuma Corp
Original Assignee
Okuma Machinery Works Ltd
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Publication date
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    • 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—Program-control systems
    • G05B19/02—Program-control systems electric
    • G05B19/42—Recording and playback systems, i.e. in which the program 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 program 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 program medium using a drawing, a model
    • G05B19/4207—Recording and playback systems, i.e. in which the program 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 program medium using a drawing, a model in which a model is traced or scanned and corresponding data recorded

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Numerical Control (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、モデル表面をスキャニングしてモデル形状を
表わす表面座標値を得ることができる計測機能を有する
デジタイズ制御装置に関する＝（従来の技術） 複雑な３次元形状の加工を行なう場合、従来はその３次
元モデルを作って倣いフライス盤等で加工を行なってい
た。しかし、近年では３次元モデル表面にスタイラスを
接触させてスタイラスの２位の大きさを一定に保ちなが
らスキャニングヘッドを所定のスキャニング平面内で相
対移動させ、位置検出器により得られるスタイラスの球
心の軌跡の座標データをサンプリングするデジタイズ制
御装置と、サンプリングした座標データに従って工具を
制御するＮＣ（数値制御）加工機とで加工を行なってい
る。このようなデジタイズ制御装置は、スタイラスとモ
デルとの接触点の座標値を算出することによりモデルの
表面座標値を計測する計測装置としても利用されるよう
になりて来た。
（発明が解決しようとする課題） 従来のデジタイズ制御装置ではスタイラスとモデルとの
接触点を求めるのに次式（１）を用いている。
但し、 σニスタイラスとモデルとの接触 点を表わす位置ベクトル ｐ：機械座標値を表わす位置ベク ］・ル ？ニスタイラスの変位ベクトル Ｒ：球形スタイラスの半径 上式（１）について第６図を用いて説明する。なお、ベ
クトルシとベクトル−Ｒ−ｉ：／ｌｉ　　とは木来重な
っているが、第６図においてはわかりやすくするために
少しずらして示す。ベクトルごはスタイラスＳの中心を
表わす位置ベクトルであり、次式（２）で表わされる。
Ｃ＝　Ｐ　＋　６ ・・・・・・・・・（２） 一方、モデルＭとスタイラスＳとの接触点を表わす位置
ベクトルｄは、スタイラスＳの変位ベクトル（がモデル
Ｍの法線方向を示すベクトルとすれは次式（３）で表わ
される。
ε Ｇ＝Ｃ−Ｒ・　　　　　　　　　　　　　・・・・・・
・・・（３）ε 上式（２）及び上式（３）によりスタイラスＳの中心を
表わす位置ベクトルＣを消去すれば上式（１）％式％ ここで、スタイラスＳの変位ベクトルくがモデルＭの法
線方向を示すベクトルと仮定したが、実際はモデルＭと
スタイラスＳとの摩擦によってスタイラスＳの変位ベク
トルすの方向はモデルＭの法線方向とはずれている０例
えば第７図において上式（１）から求まるモデルＭとス
タイラスＳとの接触点を表わす位置ベクトルＧは実際の
モデルＭとスタイラスＳとの接触点を表わす４ｕ、　Ｍ
ベクトルごとずれていることがわかる。この結果、３１
測値に誤差が生じるという問題があった。
本発明は上述のような事情から成されたもので。
あり、本発明の目的は、モデルとスタイラスとの接触点
を正確に算出し、・誤差のないモデルの表面座標値を得
ることができる計測機能を有するデジタイズ制御装置を
提供することにある。
（課題を解決するための手段） 本発明は、モデル表面にスタイラスを接触させて当該ス
タイラスの変位の大きさを一定に保ちながら当該スタイ
ラスを把持するスキャニングヘッドを相対移動させ、位
置検出器により得られる機械座標値をサンプリングする
デジタイズ制御装置に関するも、のであり、本発明の上
記目的は、前記スキャニングヘッドにより得られる前記
スタイラスの変位ベクトルと前記機械座標値を表わす位
置ベクトルとを加算して得られる１１記スタイラスの中
心を表わす位置ベクトルの軌跡から前記Ｘデルの接線ベ
クトルを算出する手段と、前記変位ベクトルと前記接線
ベクトルとにより当該接線ベクトルに直交する法線ベク
トルを算出する手段と、前記変位ベクトルと前記機械座
標値を表わす位置ベクトルと前記法線ベクトルと前記ス
タイラスの半径とにより当該スタイラスと前記モデルと
の接触点を表わす位置ベクトルを算出する手段とを具備
することによって達成される。
（作用） 本発明の計測機能を有するデジタイズ制御装置は、スキ
ャニングヘッドにより得られるスタイラスの変位ベクト
ルと位置検出器により得られる機械座標値を表わす位置
ベクトルとに基づいてスタイラスとモデルとの正確な接
触点を求めているので、スタイラスとそデルとの間に発
生する摩擦の影響を排除し、計測値の誤差を減少するこ
とができる。
（実施例） 第１図は本発明の計測機能を有するデジタイズ制御装置
の一例を示すブロック図であり、スキャニング制御部凰
は、スキャニングヘッドＨから得られるスタイラスＳの
変位ベクトルとの大きさを一定に保ちながら、スタイラ
スＳがモデルＭの表面に沿って相対移動するようにサー
ボモータＭＸ。
Ｍ、、Ｍ、を駆動する。
接触点演算部２は、スキャニングヘッドＨから得られる
スタイラスＳの変位ベクトルでと、位置検出器Ｅｘ、Ｅ
ｙ、Ｅｚからの機械座標値Ｐｘ、Ｐｙ、Ｐｚを表わす位
置ベクトルｐとによりモデルＭとスタイラスＳとの接触
点を表わす位置ベクトルｄを求め、記憶部３に計測結果
として記憶させる。
第２図は、上述した接触演算部２の詳細例を示すブロッ
ク図であり、接線ベクトル算出部２１は、スタライスＳ
の変位ベクトル？と機械座標値を表わす位置ベクトルｐ
との和であるスタイラスＳの中心を表わす位置ベクトル
Ｃの軌跡より接線ベクトル（を求める。すなわち、第３
図に示すようにスタイラスＳの中心を表わす位置ベクト
ルＣの軌跡りにおいて現在の位置ベクトルをＣ１ｓΔを
紗面の位置ベクトルＣい、とすると接線ベクトル（は次
式（４）で求められる。
る。
ｔ　＝ＣｔＣｔ−ｔ ・・・・・・・・・（４） 法線ベクトル算出部２２は、スタイラスＳの変位ベクト
ル？と接線ベクトル算出部２１からの接線ベクトル℃と
から法線ベクトルｂを求める。すなわち、第４図に示す
ように法線ベクトルｉをｎ＝ε十　ｋ（ ・・・・・・・・・（５） 但し、ｋ：未知数 としたとき、法線ベクトル式と接線ベクトル（とは直交
することから、ｋは次式（６）　で表わされる。
ｋ＝− ε　・　ｔ ・・・・・・・・・　（６） 従って、法線ベクトルｎは次式（７）で求められ一般に
摩擦による変位はスタイラスの移動方向と同じ方向、す
なわち接線方向に発生するから法゛線ベクトルｂは摩擦
の影響を排除した変位ベクトルを表わすといえる。
接触点算出部２３は、ス、タイラスＳの変位ベクトル？
９機械座標値を表わす位置ベクトルβ、スタイラスＳの
半径Ｒ及び法線ベクトル算出部２２からの法線ベクトル
ｉによりスタイラスＳと干デルＭとの接触点を表わす位
置ベクトルｄを算出する。
すなわち、第５図に示すようにスタイラスＳの中心を表
わす位置ベクトルＣはスタイラスＳの変位ベクトル（と
、機械座標値を表わす位置ベクトルｐとから式（２）で
表わされるので、スタイラスＳとモデルＭとの接触点を
表わす位置ベクトルσは次式（８）で求められる。
Ｇ＝Ｃ−Ｒ・ 尚、上述した実施例においては接線ベクトル（を現在の
スタイラスの中心を表わす位置ベクトルＣｔと、Δを紗
面のスタイラスの中心を表わす位置ベクトルＣｔ−ｔ＆
から求めるようにした（式（４））が、現在のスタイラ
スの中心を表わす位置ベクトルＣｔから一定の距麺Δｄ
だけ離れたスタイラスの中心を表わす位置ベクトルＣｄ
＊（Ｈにより次式（９）で求めるようにしてもよい。
ｔ　＝Ｃｔ−Ｃｄｓ　（１・・・・・・（９）（発明の
効果） 以上のように本発明の計測機能を有するデジタイズ制御
装置によれば、モデルとスタイラスとの摩擦に影習され
ることなく、精度の高い計測値を得ることができるので
、例えば製品の寸法検査に通用すれば製品の信頼性を大
幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の計測機能を有するデジタイズ制御装置
の一例を示すブロック図、第２図はその主要部の一例を
示すブロック図、第３図は接線ベクトルの算出を説明す
るための図、第４図は法線ベクトルの算出を説明するた
めの図、第５図は接触点の算出を説明するための図、第
６図及び第７図はそれぞれ従来のデジタイズ制御装置に
おける計測を説明するための図である。 ｌ・・・スキャニング制御部、２・・・接触点演算部、
３・・・記憶部、２１・・・接線ベクトル算出部、２２
・・・法線ベクトル算出部、２３・・・接触点算出部。 第 第４ 図 某 国 甚 固

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、モデル表面にスタイラスを接触させて当該スタイラ
    スの変位の大きさを一定に保ちながら当該スタイラスを
    把持するスキャニングヘッドを相対移動させ、位置検出
    器により得られる機械座標値をサンプリングするデジタ
    イズ制御装置において、前記スキャニングヘッドにより
    得られる前記スタイラスの変位ベクトルと前記機械座標
    値を表わす位置ベクトルとを加算して得られる前記スタ
    イラスの中心を表わす位置ベクトルの軌跡から前記モデ
    ルの接線ベクトルを算出する手段と、前記変位ベクトル
    と前記接線ベクトルとにより当該接線ベクトルに直交す
    る法線ベクトルを算出する手段と、前記変位ベクトルと
    前記機械座標値を表わす位置ベクトルと前記法線ベクト
    ルと前記スタイラスの半径とにより当該スタイラスと前
    記モデルとの接触点を表わす位置ベクトルを算出する手
    段とを備えたことを特徴とする計測機能を有するデジタ
    イズ制御装置。 ２、前記法線ベクトル算出手段が、前記変位ベクトルと
    、前記接線ベクトルに所定の数値を乗算したものとを加
    算して前記法線ベクトルを得るようにした請求項１に記
    載の計測機能を有するデジタイズ制御装置。 ３、前記接触点を表わす位置ベクトル算出手段が、前記
    変位ベクトルと、前記機械座標値を表わす位置ベクトル
    と、前記法線ベクトルの方向とは逆方向であって前記ス
    タイラスの半径と同じ大きさのベクトルとを加算して前
    記接触点を表わす位置ベクトルを得るようにした請求項
    １に記載の計測機能を有するデジタイズ制御装置。
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