JPH0665946U - 光学的パターン・トレーサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 構成が簡単で、制御も容易な光学的パターン
・トレーサを得る。 【構成】 ホトマトリクス１０によりパターンをスキャ
ンニングし、パターンの方向を示す方向信号を導出する
と共に、所望の接線追従速度を表わす速度信号を発生
し、前記速度信号と前記方向信号を組合わせて一対の座
標速度信号を発生し、前記座標速度信号に比例する座標
速度で前記パターンの平面に平行な平面においてホトマ
トリクス１０を動かすことで前記パターンに接する方向
に前記速度信号に比例する速度で前記ホトマトリクスを
動かす。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は光学的パターン・トレーサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

光学的パターン・トレーサは、工作機械の分野では周知であり、種々の工作 機械、特に所定のパターンに基づいて材料から特定の形状を切断するガス切断機 および火炎切断機による切断を制御するために普通に使用されている。そのよう なパターン・トレーサの１種が光学的パターン・トレーサであり、これは白い表 面上の黒いシルエットや線のようなパターンを認識してトレーサおよびその関連 機械工具にパターンを旋回追従させる。望ましい形態の一種の光学的パターン・ トレーサは、円形スキャンすることによりパターンの縁と反復的に交差しかつこ の交差時に反射率の変化を表わす電気信号を発生する。この電気信号を基準信号 および他の情報と一緒に使用して、Ｘ軸駆動電動機およびＹ軸駆動電動機（これ らはパターンのまわりで工作機械を一定の接線速度で動かす）を制御するための 座標駆動情報を生じる。

【０００３】 この種のトレーサの代表的な例は、米国特許第3,704,372 号、第3,727,120 号 、第3,860,862 号および第3,883,735 号に開示されている。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

そのような装置の複雑さが増すと、導出されなければならない別な情報は電子 回路を極めて複雑にし得る。それは、工作機械がパターン自体のみならずパター ンに関連した補助マーク（時には指令マークと呼ばれる）、パターン中の不連続 点および特殊な問題を起こす他の状態を識別できるようにするためである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

この考案によれば、上述した従来技術に述べられたような機械的装置ではな くてホトマトリクスを使用してスキャンニング作用が行われ、そして適当な電子 回路によりホトマトリクスによって認識されたパターンが円形でサンプリングさ れる。ホトマトリクス上のサンプリングされる区域から成る円は、所定の直径を 有し、その中心は所望の切り溝の巾を考慮した補正、およびパターンの方向によ って決定され、ホトマトリクス内の１点にある。

【０００６】 実施例２では、サンプリングした区域の第２の円が作られ、これは第１の円よ りも大きい直径および第１の円と同じ中心を有する。ホトマトリクスはこれに当 たる光、この場合には追従しようとするパターンに応答して信号を発生する。

【０００７】 ホトマトリクスから導出された信号は、円形のサンプリング区域においてサン プリングされたホトマトリクスのイメージ・センサ素子によって発生される信号 に制限される。

【０００８】 得られた信号は処理されてパターンの縁すなわち１つの反射レベルから他の反 射レベルを示す信号が選択される。選択した信号は処理されてパターンの相対方 向を表わす信号を発生する。パターンの相対方向を示す信号は適当な座標速度信 号を発生するのに使用され、座標速度信号はＸ軸用およびＹ軸用の駆動電動機へ 印加され、工作機械をパターンのまわりに一定の速度で動かす。パターンの相対 方向を表わす信号はホトマトリクス中のスキャンの中心を確立するためにも使用 される。パターンの相対方向の変化または指令マークを示す別な信号は、これも また導出されかつ工作機械を所望通り制御するために使用され得る。

【０００９】 この考案は、添付図面と一緒に望ましい実施例についての以下の説明を参照す ることによりもっと明白に理解されるだろう。

【００１０】

【実施例】

実施例１． 図１に示すように、極めて多数のイメージ・センサ素子から成るホトマトリク ス１０は、追従しようとするパターンを認識するために使用される。そのような ホトマトリクス１０の代表的な例は、２４４×１９０個のイメージ・センサ素子 を含む固体電荷結合素子並びに他の関連レジスタおよび補助デバイスから成るフ ェアチャイルド社製ＣＣＤ２１１である。

【００１１】 追従しようとするパターンは、適当な光学系（図示しない）によって照射され かつホトマトリクス１０へ投射される。ホトマトリクス１０の呼び出されるべき イメージ・センサ素子の位置はスキャン・ゼネレータ１１によって決定される。 スキャン・ゼネレータ１１によって決定されたアドレスは、例えば楕円形のよう な、どんな閉じられた幾何学的図形をも決定することができる。しかし、一般に は円を定め、以下には円形スキャンについてのみ説明する。

【００１２】 このスキャン・ゼネレータ１１はリード制御器１２からのリード情報“ｒ”を 切り溝巾ゼネレータ１３からの切り溝巾情報“ｘ₀，ｙ₀”と組合わせる。なお、 切り溝巾ゼネレータ１３は、切り溝巾制御器１４から切り溝巾変位情報“ｋ”を 導出し、そしてφ計算器１５へ角度方向情報φを導出する。

【００１３】 スキャン・ゼネレータ１１はホトマトリクス１０中のイメージ・センサ素子の アドレスに対応する一連の点位置“ｘ₁，ｙ₁”を生じる。これらの点位置“ｘ₁ ，ｙ₁”は、切り溝巾変位情報“ｋ”および角度方向情報φで決定された切り溝 巾情報“ｘ₀，ｙ₀”を中心とする半径“ｒ”の円を定める。上述の点位置“ｘ₁ ，ｙ₁”はメモリ１６に格納される。端子１７でホトマトリクス１０へ印加され たクロック・パルスは、簡単なラスタまたは標準テレビジョンの飛越しラスタと 同様なラスタでホトマトリクス１０をスキャンさせる。同時にホトマトリクス１ ０中のスキャンされているイメージ・センサ素子のアドレスはホトマトリクス・ アドレス・ゼネレータ１８から導出される。

【００１４】 このホトマトリクス・アドレス・ゼネレータ１８からのアドレスは、メモリ１ ６に格納された点位置と比較器１９にて比較される。アドレスと格納された点位 置とが一致する時に、ゲート信号はホトマトリクス１０へ印加されてビデオ信号 をレベル検出器２０へ印加させる。ホトマトリクス１０からの基準レベルはレベ ル検出器２０へ印加され、基準レベルよりも大きい或る特定レベルのビデオ信号 はφ計算器１５へ印加される。

【００１５】 ホトマトリクス１０へ投射されたような追従しようとするパターンは、それが 投射されたイメージ・センサ素子からのビデオ・レベルを変化させることが分か る。格納された点位置すなわちスキャンに相当するイメージ・センサ素子だけが 呼び出され、すなわちゲートされるので、レベル検出されたビデオ出力はスキャ ンとパターンの交差を表わす。

【００１６】 φ計算器１５は、ホトマトリクス１０におけるイメージ・センサ素子のアドレ スの形態であるゲートされたビデオ信号をスキャン情報の中心“ｘ₀，ｙ₀”およ び半径“ｒ”と組合わせて、ホトマトリクス１０に対するパターンの角度方向を 表わす出力φを発生する。

【００１７】 この出力φすなわち角度方向情報は座標速度ゼネレータ２１へ印加される。こ の座標速度ゼネレータ２１へは速度制御器２２から、パターンについてのパター ントレーサの所望の接線速度を表す速度信号も印加される。その結果、光学的パ ターン・トレーサのｘドライバ、ｙドライバをそれぞれ制御するのに使用される ｘ速度出力信号、ｙ速度出力信号が得られる。そして、平面内においてホトマト リクスをパターンの平面に対して平行に、座標速度信号に比例する座標速度で駆 動する。そして、これにより上記パターンの接線方向に上記速度信号に比例する 速度でホトマトリクスを駆動する。動作時、オペレータは所望の切り溝巾、リー ドおよび速度をセットする。工作機械が急激な方向変化に応答するのに充分なリ ードをもつように、リード制御器１２と速度制御器２２を相互結合することが望 ましい。上述した値がセットされるやいなや、スキャン・ゼネレータ１１はスキ ャン位置（メモリ１６に格納される）を定める点を生じる。第１スキャン時はパ ターンに出会うまで、φの値は固定され得るか、或はパターンに対して光学的パ ターン・トレーサを手動で操作するために使用された手動操作信号から導出され 得る。第１スキャンにおいて点位置が格納されたならば、ホトマトリクス１０は スキャンされそしてパターンと交差するスキャン位置でゲートされたビデオ信号 を生じ、φ計算をすることになる。このφ計算は、ホトマトリクス・アドレス・ ゼネレータ１８からのアドレスによって指示されたようなホトマトリクス１０の ラスタ・スキャンの完了によって開始される。このようにして生じたφは、次の スキャンが完了するまで格納、保持される。それぞれのφが生じるので、新しい 値の“ｘ₀，ｙ₀”が切り溝巾ゼネレータ１３によって計算され、そしてスキャン を定める新しい１組の点位置がメモリ１６に格納される。

【００１８】 φ並びに指令マーク、反対方向などのようなパターンに関する他の任意の情報 を計算するために、φ計算器１５はパターンと交差するスキャン位置のアドレス を格納するための簡単なメモリ並びに“ｘ₀，ｙ₀”，“ｒ”およびパターンと交 差するスキャン位置の情報を処理するための演算ユニットしか必要としない。

【００１９】 実施例２． 図２は、パターンの方向に関する他の情報を提供するこの考案の実施例２を示 す。 図２において、他のスキャン・ゼネレータ、２４は、アドバンス制御器２３の 制御下で、ホトマトリクス１０中のアドレスに対応する一連の点位置ｘ₂，ｙ₂（ スキャン・ゼネレータ１１によって定められる半径ｒ₁ の円と比較されるような 半径半径ｒ₂ の円を定める）を生じる。半径ｒ₂ は半径ｒ₁ よりも大きい。 スキャン・ゼネレータ２４からの点位置ｘ₂，ｙ₂ はメモリ２５に格納される 。

【００２０】 図１におけるように、メモリ１６中の点位置は比較器１９にてホトマトリクス ・アドレス・ゼネレータ１８からのアドレスと比較され、両者が一致する時にゲ ート信号が発生される。同様に、メモリ２５中の点位置は比較器２６にてホトマ トリクス・アドレス・ゼネレータ１８からのアドレスと比較され、両者が一致す る時にゲート信号が発生される。

【００２１】 比較器１９および２６からのゲート信号は両方共ＯＲゲート２７へ印加され、 そしてもしどちらかのゲート信号があればそれはホトマトリクス１０へ印加され る。前述したように、ホトマトリクス１０からのビデオ信号はレベル検出器２０ へ印加され、このレベル検出器２０はホトマトリクス１０からのビデオ信号が所 定の基準レベルを超える時に出力を出す。

【００２２】 半径ｒ₁ のスキャン時に認識されるようなパターンと半径ｒ₂ のスキャン時に 認識されるようなパターンとを区別するために、比較器１９，２６からのゲート 信号によってそれぞれ作動されるゲート２９，２８を設ける必要がある。比較器 １９からのゲート信号で開かれる時にゲート２９はホトマトリクス１０からのビ デオ信号をφ₁ 計算器１５へ印加させる。比較器２６からのゲート信号で開れる 時にゲート２８はホトマトリクス１０からのビデオ信号をφ₂ 計算器３０へ印加 させる。なお、２つのφの値を区別するために、これらをそれぞれφ₁とφ₂で示 した。

【００２３】 前述したように、φ₁ 信号は座標速度ゼネレータ２１へ印加され、平面内にお いてホトマトリクスをパターンの平面に対して平行に、座標速度信号に比例する 座標速度で駆動し、そして、これにより上記パターンの接線方向に上記速度信号 に比例する速度でホトマトリクスを駆動するために、速度制御器２２からの速度 信号と一緒になって座標ドライバを制御する座標制御信号すなわちｘ速度出力信 号およびｙ速度出力信号を発生する。

【００２４】 φ₁ 信号は差検出器３１へも印加され、ここでφ₂ 信号と比較されて、半径ｒ₁ のスキャンによってスキャンされた点と半径ｒ₂ のスキャンによってスキャン された点との間のパターンの方向変化量を示す差出力を発生する。

【００２５】 この差出力は差限界信号発生器３２へ印加され、この差限界信号発生器３２は 差が或るセットされた値を超えるならば出力すなわち差限界信号を発生する。 図示のように、差限界信号発生器３２の出力は速度限界信号発生器３３へ印加 される。この速度限界信号発生器３３の出力は速度限界信号であって速度制御器 ２２へ印加される。従って、光学的パターン・トレーサの最高速度はパターンの 方向変化率によって制限され得る。

【００２６】 詳しく図示しないが、差限界信号は、パターンの方向変化率に依存して変わら なければならない他の機能を制御するためにも使用され得る。

【００２７】 動作時、図２の光学的パターン・トレーサは、トレース点の前方のパターンを 認識することができ、かつこのようにして検出したパターンの方向変化に従って 調節を行なえる別な機器と共に、図１の光学的パターン・トレーサと同様な仕方 で働く。

【００２８】 パターンと指令マークを区別するためのゲートを含む光学的パターン・トレー サは図１または図２のどちらも使用でき、そして半径ｒ₂ のスキャンによって検 出され、かつゲート２８によってゲされた指令マークは特定のアドバンス指令制 御のために使用できる。

【００２９】 φ₁ 計算器１５またはφ₂ 計算器３０で処理された信号は、当業者に周知の仕 方で前方パターンと交差するスキャン位置を後方パターンと交差するスキャン位 置すなわち指令マークなどから区別するためにゲートされ得ることも理解されよ う。 多数の個別機能要素から成る光学的パターン・トレーサについて説明した が、適当なプログラムを有する単一のマイクロプロセッサによって多くの機能を 果たせることが理解されよう。

【００３０】

【考案の効果】

この考案によれば、従来技術の機械的装置と違って、ホトマトリクス１０を使 用する電子的装置が提供されるので、構成が簡単であるのみならず制御もしやす いという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の実施例１を示すブロック図である。

【図２】この考案の実施例２を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０ ホトマトリクス １１、２４ スキャン・ゼネレータ １３ 切り溝巾ゼネレータ １５、３０ φ計算器 １６、２５ メモリ １８ ホトマトリクス・アドレス・ゼネレータ １９、２６ 比較器 ２１ 座標速度ゼネレータ ２２ 速度制御器 ２３ アドバンス制御器 ２８、２９ ゲート ３１ 差検出器 ３２ 差限界信号発生器 ３３ 速度限界信号発生器

Claims (10)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ホトマトリクスと、このホトマトリクス
   にパターンの一部を光学的に投射するための手段と、所
   定の閉じた幾何学的図形を表わす第１の一連のアドレス
   を前記ホトマトリクス中に生じるための手段と、前記ホ
   トマトリクス中の前記アドレスに位置付けられた素子を
   呼び出すための手段と、前記パターンと前記呼び出され
   た素子との一致を示す信号を発生するための手段と、前
   記ホトマトリクス中の基準方向に対する前記パターンの
   方向を示す方向信号を前記一致信号から導出するための
   手段と、所望の接線追従速度を表わす速度信号を発生す
   るための手段と、前記速度信号と前記方向信号を組合わ
   せて一対の座標速度信号を発生するための手段と、前記
   座標速度信号に比例する座標速度で前記パターンの平面
   に平行な平面において前記ホトマトリクスを動かすこと
   で前記パターンに接する方向に前記速度信号に比例する
   速度で前記ホトマトリクスを動かすための手段とを備え
   た光学的パターン・トレーサ。
2. 【請求項２】 幾何学的図形が楕円である請求項１の光
   学的パターン・トレーサ。
3. 【請求項３】 アドレスがメモリに格納される請求項１
   の光学的パターン・トレーサ。
4. 【請求項４】 幾何学的図形が直径を選択できる円であ
   る請求項１の光学的パターン・トレーサ。
5. 【請求項５】 円の中心がホトマトリクスの幾何学的中
   心から選択された所望の切り溝巾の許容値に等しい量だ
   けオフセットされる請求項４の光学的パターン・トレー
   サ。
6. 【請求項６】 円の中心のオフセットは方向信号に対し
   て直角の方向にある請求項５の光学的パターン・トレー
   サ。
7. 【請求項７】 第１の円の選択された直径よりも直径が
   大きいが同心である第２の円を表わす第２の一連のアド
   レスを含む請求項４の光学的パターン・トレーサ。
8. 【請求項８】 パターンと第１の一連のアドレスとの一
   致および前記パターンと第２の一連のアドレスとの一致
   の両方を示す信号を発生するための手段と、前記パター
   ンと前記第１の一連のアドレスを有するマトリクス素子
   との一致を表わす信号と、前記パターンと前記第２の一
   連のアドレスを有するマトリクス素子との一致を表わす
   信号とを区別するための手段と、第２の円上の点で前記
   パターンの方向を表わす第２の方向信号を導出するため
   の手段とを備えた請求項７の光学的パターン・トレー
   サ。
9. 【請求項９】 方向信号と第２の方向信号とを比較して
   その差が或る値を超える時に制御信号を発生するための
   手段を備えた請求項８の光学的パターン・トレーサ。
10. 【請求項１０】 制御信号が速度信号を制御するために
    使用される請求項９の光学的パターン・トレーサ。