JPH0852644A - ならい制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安定したトレーサヘッドの移動を行い、モデ
ル面の急変部でもより正確なならい制御を可能にする。 【構成】 位置検出手段３がモデル２面をならうトレー
サヘッド１の位置を検出し、トレーサヘッド１に設けら
れたスタイラス１ａの変位量を変位量検出手段４が検出
する。補正位置算出手段５は、トレーサヘッド１の位置
をスタイラス１ａの変位量で補正した補正位置を算出す
る。この変位補正された位置を記憶手段６が記憶する。
移動ベクトル算出手段７は、第１の所定間隔ｄｓ毎に、
その第１の所定間隔ｄｓよりも長い第２の所定間隔ΔＳ
だけ前のトレーサヘッド１の位置を第１の記憶手段６か
ら読み出し、読み出した位置と現在の位置との区間の移
動ベクトルを算出する。ならい速度算出手段８は、算出
した移動ベクトルを送り方向としてならい速度を算出
し、このならい速度に基づいて軸移動制御手段９がトレ
ーサヘッド１の軸移動を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はモデル面形状を測定する
ためのならい制御方式に関し、特にスタイラスによって
モデル面形状を測定するならい制御方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、スタイラスによってモデル面形状
を測定するならい制御方式では、スタイラスの合成変位
量の方向ベクトルをならい平面内に投影し、その投影し
た方向に対して直角の向きを送り方向とし、さらに、合
成変位量の大きさに応じて送り方向の速度成分と補正速
度成分とを算出し、これらに従ってトレーサヘッドの軸
移動を行うようにしていた。

【０００３】しかし、実際のならい制御実行中は、モデ
ル面との摩擦のため、スタイラスの変位方向がモデルの
法線方向に一致しないことが多い。ところが、従来のな
らい制御では、この摩擦による変位量を考慮できなかっ
たため、必要以上に補正速度成分を働かせてしまい、ス
タイラスがモデル面から離れ過ぎたり食い込み過ぎたり
して、デジタイジングデータに波ができてしまうという
問題があった。

【０００４】そこで、本願出願人は、所定周期毎になら
い平面の各軸について位置および変位量を検出し、位置
の前回読み出した値からの増分量を変位量で補正して位
置増分量として算出し、算出された位置増分量に基づい
て前回の移動区間の移動ベクトルを算出し、算出された
移動ベクトルを今回の移動区間におけるならい方向とす
るようにした発明を出願している（特願平６−７６９４
８号）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この技術で
は、移動区間が１ｍｍ程度と比較的長いため、モデル面
形状の変化が大きい場合には、一定値である移動ベクト
ルを移動区間内のならい方向とするには不適切であっ
た。一方、移動区間を小さく設定すればデータは細かく
取れるが、移動ベクトルがスタイラスの変位量に大きく
影響を受けるため、ならい動作が振動してしまうという
問題が生じる。

【０００６】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、モデル面形状の変化が大きい場合でも正確な
ならい制御ができるならい制御方式を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、モデル面形状を測定するためのならい制
御方式において、トレーサヘッドの位置を検出する位置
検出手段と、前記トレーサヘッドに設けられたスタイラ
スの変位量を検出する変位量検出手段と、前記トレーサ
ヘッドの位置を前記スタイラスの変位量で補正した補正
位置を算出する補正位置算出手段と、前記変位補正され
た位置を記憶する記憶手段と、第１の所定間隔毎に前記
第１の所定間隔よりも長い第２の所定間隔だけ前の前記
トレーサヘッドの位置を前記記憶手段から読み出し、前
記読み出した位置と現在の位置との区間の移動ベクトル
を算出する移動ベクトル算出手段と、前記算出した移動
ベクトルを送り方向としてならい速度を算出するならい
速度算出手段と、前記ならい速度に基づいて前記トレー
サヘッドの軸移動を制御する軸移動制御手段と、を有す
ることを特徴とするならい制御方式が提供される。

【０００８】

【作用】位置検出手段がトレーサヘッドの位置を検出
し、トレーサヘッドに設けられたスタイラスの変位量を
変位量検出手段が検出する。補正位置算出手段は、トレ
ーサヘッドの位置をスタイラスの変位量で補正した補正
位置を算出する。そして、この変位補正された位置を記
憶手段が記憶する。移動ベクトル算出手段は、第１の所
定間隔毎に、その第１の所定間隔よりも長い第２の所定
間隔だけ前のトレーサヘッドの位置を記憶手段から読み
出し、読み出した位置と現在の位置との区間の移動ベク
トルを算出する。ならい速度算出手段は、算出した移動
ベクトルを送り方向としてならい速度を算出し、このな
らい速度に基づいて軸移動制御手段がトレーサヘッドの
軸移動を制御する。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は本実施例の機能の概念を示す図である。
位置検出手段３がモデル２面をならうトレーサヘッド１
の位置を検出し、トレーサヘッド１に設けられたスタイ
ラス１ａの変位量を変位量検出手段４が検出する。補正
位置算出手段５は、トレーサヘッド１の位置をスタイラ
ス１ａの変位量で補正した補正位置を算出する。この変
位補正された位置を記憶手段６が記憶する。移動ベクト
ル算出手段７は、第１の所定間隔ｄｓ毎に、その第１の
所定間隔ｄｓよりも長い第２の所定間隔ΔＳだけ前のト
レーサヘッド１の位置を第１の記憶手段６から読み出
し、読み出した位置と現在の位置との区間の移動ベクト
ルを算出する。ならい速度算出手段８は、算出した移動
ベクトルを送り方向としてならい速度を算出し、このな
らい速度に基づいて軸移動制御手段９がトレーサヘッド
１の軸移動を制御する。

【００１０】図２は本発明の一実施例のならい・加工シ
ステムの構成を示すブロック図である。このならい・加
工システムは、主にならい制御装置１０とならい工作機
械２０とから構成される。ならい制御装置１０のプロセ
ッサ１１は、バス１９を介してＲＯＭ１２に格納された
システム・プログラムを読み出し、このシステム・プロ
グラムに従ってならい制御装置１０の全体の動作を制御
する。ＲＡＭ１３には一時的なデータが格納される。不
揮発性メモリ１４は、図示されていないバッテリでバッ
クアップされており、ＣＲＴ／ＭＤＩユニット３１の図
示されていないパネル上のキーにより入力されたならい
モード、ならい平面、ならい速度等の各種のパラメータ
が格納される。また、不揮発性メモリ１４には、ならい
工作機械２０のトレーサヘッド２６で測定したモデル面
形状のデジタイジングデータも格納される。

【００１１】ならい工作機械２０に設けられているトレ
ーサヘッド２６は、その先端のスタイラス２７がモデル
２８に接触することにより生じるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸
方向の各変位量εｘ、εｙおよびεｚを検出し、その変
位量に応じたアナログ信号をインタフェース（ＩＮＴ）
１８に送る。インタフェース１８は各アナログ信号をデ
ィジタル信号に変換してプロセッサ１１側に送る。

【００１２】プロセッサ１１は、変位量εｘ、εｙおよ
びεｚと、指令されたならいモード、ならい平面、およ
び軸移動速度に基づいて、Ｘ軸の速度指令Ｖｘ、Ｙ軸の
速度指令Ｖｙ、およびＺ軸の速度指令Ｖｚを発生する。
これらの速度指令は、それぞれサーボアンプ１６ｘ、１
６ｙおよび１６ｚに入力され、その出力によってならい
工作機械２０のサーボモータ２２ｘ、２２ｙおよび２２
ｚが駆動される。

【００１３】これにより、トレーサヘッド２６が移動す
ると共にテーブル２１がＸ軸および紙面と直角なＹ軸方
向に移動する。このとき、トレーサヘッド２６とモデル
２８間の相対的位置関係は、一定に保たれるように制御
される。そして、トレーサヘッド２６と同じくＺ軸制御
されるカッタ２４によって、ワーク２５にモデル２８と
同様の形状の加工が施される。

【００１４】また、サーボモータ２２ｘ、２２ｙおよび
２２ｚには、これらが所定量回転する毎にそれぞれ検出
パルスＦＰｘ、ＦＰｙおよびＦＰｚを発生するパルスコ
ーダ２３ｘ、２３ｙおよび２３ｚが設けられている。な
らい制御装置１０内の現在位置レジスタ１７ｘ、１７ｙ
および１７ｚは、検出パルスＦＰｘ、ＦＰｙおよびＦＰ
ｚをそれぞれ回転方向に応じてカウントアップ／ダウン
してトレーサヘッド２６の現在位置データＸａ、Ｙａお
よびＺａを求めており、これらの位置データはプロセッ
サ１１によって読み取られる。

【００１５】プロセッサ１１は、ならい加工中の状態を
示す画像表示信号等をバス１９を介してＣＲＴ／ＭＤＩ
ユニット３１に送る。ＣＲＴ／ＭＤＩユニット３１で
は、内蔵されたグラフィック制御装置が送られた画像表
示信号を画像データに変換し、図示されていない表示装
置に表示する。この表示装置では、ならい加工の開始に
当たってならい加工の条件の入力操作画面が表示され
る。オペレータは、図示されていないパネル上のキーを
使用して、ならいモード、ならい平面、ならい指令速度
等を入力指令する。この入力指令されたならいモード、
ならい平面、ならい指令速度等は、インタフェース３２
を介してバス１９上に読み込まれ、不揮発性メモリ１４
に格納される。

【００１６】また、バス１９にはインタフェース１５を
介して操作盤３０が接続されている。操作盤３０では、
ならい加工開始指令や停止指令などが行われる。これら
各指令信号は、インタフェース１５およびバス１９を介
してプロセッサ１１に送られる。

【００１７】図３は本実施例のならい制御方式の機能の
具体的な構成を示すブロック図である。トレーサヘッド
２６は、先端のスタイラス２７がモデルに接触すること
により生じるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向の各変位量ε
ｘ、εｙおよびεｚを検出して、前述のならい制御装置
１０のソフトウェア機能である軸制御機能部４０に送
る。軸制御機能部４０に入力された各変位量εｘ、εｙ
およびεｚは、合成回路４１および切換回路４２に入力
される。

【００１８】合成回路４１では、各変位量εｘ、εｙお
よびεｚから合成変位量ε＝（εｘ ² ＋εｙ² ＋ε
ｚ² ）^1/2 を求めて演算器４３に入力する。演算器４３
は、合成変位量εと予め設定された基準変位量ε０との
差分Δε＝ε−ε０を演算して速度成分発生回路４４お
よび４５に入力する。速度成分発生回路４４は、差分Δ
εに基づいてスタイラス変位方向に対して直角方向の送
り速度成分（接線方向速度成分）Ｖｔを発生し、分配回
路４６に送る。また、速度成分発生回路４５は、差分Δ
εに比例させて、スタイラス変位方向の補正速度成分
（法線方向速度成分）Ｖｎを発生し、分配回路４６に送
る。

【００１９】一方、切り換え回路４２では、各変位量ε
ｘ、εｙおよびεｚの中から予めＣＲＴ／ＭＤＩユニッ
ト３１で入力指令されたならい平面を形成する二軸の変
位量ε１、ε２を選択して割出回路４７に入力する。な
お、本実施例では、二軸としてＸ軸およびＺ軸を選択す
るものとする。

【００２０】割出回路４７は、ならい動作開始から微小
の所定間隔ｄｓ、例えば０．２５ｍｍ間隔でモデル面の
位置データをサンプリングし、不揮発性メモリ１４に格
納する。なお、この位置データは、トレーサヘッド２６
の位置をスタイラス２７の変位量で補正した値である。
そして、割出回路４７は、ならい動作開始から所定間隔
ΔＳ、例えば前述の微小間隔０．２５ｍｍの４倍の１ｍ
ｍだけ移動するまでは、変位量ε１およびε２を用いた
次式（１）、（２）に基づいて、割り出し信号Ｅｃおよ
びＥｓを求める。

【００２１】 Ｅｃ＝ε１／（ε１² ＋ε２² ）^1/2 ＝ｃｏｓθ ・・・（１） Ｅｓ＝ε２／（ε１² ＋ε２² ）^1/2 ＝ｓｉｎθ ・・・（２） ここで、θは、合成変位量εをＸ−Ｚ平面に投影した成
分εｘｚがＸ軸との間でつくる角度である。この場合ε
１がεｘに、ε２がεｚに対応している。こうして求め
られたＥｃおよびＥｓは、分配回路４６に送られる。

【００２２】また、割出回路４７には、位置検出手段４
９で検出された各モータ２２ｘ、２２ｙ、２２ｚの現在
の位置のデータが送られる。割出回路４７は、送られた
位置のデータを読み取り、トレーサヘッド２６が所定間
隔ｄｓだけ移動する度に、そのときのトレーサヘッド２
６の位置およびスタイラス２７の変位量を不揮発性メモ
リ１４に格納する。

【００２３】図４は割出回路４７の演算タイミングを示
す図である。なお、各位置Ｑ₀ 、Ｑ ₁ 、Ｑ₂ 、Ｑ₃ 等
は、トレーサヘッド２６の位置データにその時のスタイ
ラス２７の変位量を加算して補正したものである。モデ
ル２８の形状のならい開始位置をＱ₀ とすると、割出回
路４７は、Ｘ軸方向へ所定間隔ｄｓ移動する毎にそのと
きの位置データをＱ₁ 、Ｑ₂ 、Ｑ₃ 、Ｑ₄ ・・・という
ようにサンプリングして不揮発性メモリ１４に格納す
る。割出回路４７は、開始位置Ｑ₀ から４番目の位置Ｑ
₄ までは、上述したように式（１）、（２）に基づいて
割り出し信号ＥｃおよびＥｓを求める。

【００２４】トレーサヘッド２６が定常状態となる最初
の位置Ｑ₄ にくると、割出回路４７は、所定間隔ΔＳだ
け前の位置、すなわち４×ｄｓだけ前の位置Ｑ₀ との間
のトレーサヘッド２６の移動ベクトルＢ₀ を後述する手
順により算出する。そして、次の所定間隔ｄｓ先の位置
Ｑ₅ までの間は、この移動ベクトルＢ₀ をならいの送り
方向とし、それに基づいて後述する手順により割り出し
信号ＥｃおよびＥｓを求める。以後は、同様に所定間隔
ｄｓの位置Ｑ₅ 、Ｑ₆ 、Ｑ₇ 、Ｑ₈ ・・・にくる毎に、
それぞれΔＳだけ前の位置Ｑ₁ 、Ｑ₂ 、Ｑ₃ 、Ｑ₄ ・・
・との間の移動ベクトルＢ₁ 、Ｂ₂ 等を算出し、それら
に基づいてならいの送り方向を決定していく。

【００２５】図５は定常時の移動ベクトルの求め方を示
す図である。ここでは、トレーサヘッド２６がΔＳだけ
前にあるときの位置をＰn-1 、今回の位置をＰn として
いる。また、位置Ｐn-1 ，Ｐn 間のＸ軸方向の移動量を
ｄｘ（＝ΔＳ）、Ｚ軸方向の移動量をｄｚとする。

【００２６】位置Ｐn-1 ，Ｐn が求まると、割出回路４
７は、位置Ｐn-1 から位置Ｐn に向かう移動ベクトル値
を算出し、これを送り速度成分Ｖｔの向きを示すベクト
ルとする。この送り速度成分Ｖｔの向きが決定すると、
図に示すように補正速度成分Ｖｎは、送り速度成分Ｖｔ
に対して直角方向に決められる。送り軸をＸ軸とした場
合、補正速度成分ＶｎのＸ軸に対する角度をθａとする
と、割り出し信号ＥｃおよびＥｓはそれぞれ、 Ｅｃ＝ｃｏｓθａ ＝−ｄｚ／（ｄｘ² ＋ｄｚ² ）^1/2 Ｅｓ＝ｓｉｎθａ ＝ｄｘ／（ｄｘ² ＋ｄｚ² ）^1/2 となる。図３に戻り、割出回路４７は、これら割り出し
信号ＥｃおよびＥｓを分配回路４６に送る。

【００２７】分配回路４６は、割り出し信号Ｅｃ、Ｅ
ｓ、送り速度信号Ｖｔおよび補正速度成分Ｖｎを用いて
次式（３）、（４）を演算する。 Ｖ１＝Ｖｔ×Ｅｓ＋Ｖｎ×Ｅｃ ・・・（３） Ｖ２＝−Ｖｔ×Ｅｃ＋Ｖｎ×Ｅｓ ・・・（４） Ｖ１およびＶ２はならい平面の二軸の速度成分であり、
図５においてはそれぞれＸ軸およびＺ軸に対応する。こ
れら速度成分Ｖ１およびＶ２は、出力軸選択回路４８を
介してＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の速度信号Ｖｘ、Ｖｙおよ
びＶｚとして出力され、サーボアンプ１６ｘ、１６ｙお
よび１６ｚによって増幅される。

【００２８】そして、サーボアンプ１６ｘおよび１６ｚ
の出力によってサーボモータ２２ｘおよび２２ｚが駆動
され、図２で示したテーブル２１が移動する。この結
果、スタイラス２６は、モデル２８に対して速度成分Ｖ
１およびＶ２の合成速度であるならい速度Ｖａ（図５）
の方向に移動される。また、サーボアンプ１６ｚの出力
によってサーボモータ２２ｚが駆動され、トレーサヘッ
ド２６と共に、図２で示したカッタ２４がＺ軸方向に移
動する。

【００２９】図６はならい制御装置１０の主な処理手順
を示すフローチャートである。なお、このフローチャー
トは、ならい制御の動作開始とともに実行開始される。 〔Ｓ１〕スタイラス２７の変位量に基づいて送り方向を
算出するならい制御を行う。 〔Ｓ２〕所定間隔ｄｓだけ移動したか否かを判断し、移
動すればステップＳ３に進み、そうでなければステップ
Ｓ５に進む。 〔Ｓ３〕現在のトレーサヘッド２６の位置をサンプリン
グして不揮発性メモリ１４に格納する。 〔Ｓ４〕ならい制御開始から所定間隔ΔＳだけ移動した
か否かを判断し、移動すればステップＳ６に進み、そう
でなければステップＳ５に進む。

【００３０】〔Ｓ５〕ならい動作の停止指令がなされた
か否かを判断し、なされれば本フローチャートを終了
し、そうでなければステップＳ１に戻る。 〔Ｓ６〕現在の位置と所定間隔ΔＳだけ前の位置との間
の移動ベクトルを算出する。 〔Ｓ７〕算出した移動ベクトルに基づいて送り方向を算
出し、ならい制御を行う。 〔Ｓ８〕所定間隔ｄｓだけ移動したか否かを判断し、移
動すればステップＳ１０に進み、そうでなければステッ
プＳ９に進む。 〔Ｓ９〕ならい動作の停止指令がなされたか否かを判断
し、なされれば本フローチャートを終了し、そうでなけ
ればステップＳ７に戻る。 〔Ｓ１０〕現在のトレーサヘッド２６の位置をサンプリ
ングして不揮発性メモリ１４に格納する。 〔Ｓ１１〕ならい動作の停止指令がなされたか否かを判
断し、なされれば本フローチャートを終了し、そうでな
ければステップＳ６に戻る。

【００３１】このように、本実施例では、微小な所定間
隔ｄｓでトレーサヘッド２６の位置をサンプリングし、
そのサンプリングの位置毎に所定間隔ｄｓよりも十分に
大きい所定間隔ΔＳの間の移動ベクトルを算出し、この
移動ベクトルを送り方向として次の所定間隔ｄｓの間だ
けならい速度制御を行うようにしたので、より細かい間
隔でかつスタイラス変位量の変化に大きな影響を受ける
ことなく送り方向を決定することができる。したがっ
て、急変部でも安定したならい動作が可能となり、正確
なデジタイジングデータを得ることができる。

【００３２】なお、本実施例では、所定間隔ｄｓおよび
ΔＳをＸ軸の移動距離に対応させたが、モデル２８面に
沿った移動距離、またはＺ軸の移動距離に対応させても
よい。

【００３３】また、本実施例では、所定間隔ｄｓおよび
ΔＳをトレーサヘッドの移動距離に対応するようにした
が、移動時間に対応するようにしてもよい。さらに、本
実施例では、所定間隔ｄｓとΔＳとの比を１対４にした
が、本発明はこれに限られることなく、状況に応じて他
の比でもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、第１の
所定間隔毎に、その第１の所定間隔よりも長い第２の所
定間隔だけ前のトレーサヘッドの位置と現在の位置との
区間の移動ベクトルを算出し、算出した移動ベクトルを
送り方向としてならい速度を算出するようにしたので、
より細かい間隔でかつスタイラス変位量の変化に大きな
影響を受けることなく送り方向を決定することができ
る。したがって、急変部でも安定したならい動作が可能
となり、デジタイジング時においては、正確なデジタイ
ジングデータを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の機能の概念を示す図である。

【図２】本発明の一実施例のならい・加工システムの構
成を示すブロック図である。

【図３】本実施例のならい制御方式の機能の具体的な構
成を示すブロック図である。

【図４】割出回路の演算タイミングを示す図である。

【図５】定常時の移動ベクトルの求め方を示す図であ
る。

【図６】ならい制御装置の主な処理手順を示すフローチ
ャートである。

【符号の説明】

１ トレーサヘッド １ａ スタイラス ２ モデル ３ 位置検出手段 ４ 変位量検出手段 ５ 補正位置算出手段 ６ 記憶手段 ７ 移動ベクトル算出手段 ８ ならい速度算出手段 ９ 軸移動制御手段 １０ ならい制御装置 １１ プロセッサ １２ ＲＯＭ １３ ＲＡＭ １４ 不揮発性メモリ ２０ ならい工作機械 ２６ トレーサヘッド ２７ スタイラス ２８ モデル ４７ 割出回路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モデル面形状を測定するためのならい制
   御方式において、 トレーサヘッドの位置を検出する位置検出手段と、 前記トレーサヘッドに設けられたスタイラスの変位量を
   検出する変位量検出手段と、 前記トレーサヘッドの位置を前記スタイラスの変位量で
   補正した補正位置を算出する補正位置算出手段と、 前記変位補正された位置を記憶する記憶手段と、 第１の所定間隔毎に前記第１の所定間隔よりも長い第２
   の所定間隔だけ前の前記トレーサヘッドの位置を前記記
   憶手段から読み出し、前記読み出した位置と現在の位置
   との区間の移動ベクトルを算出する移動ベクトル算出手
   段と、 前記算出した移動ベクトルを送り方向としてならい速度
   を算出するならい速度算出手段と、 前記ならい速度に基づいて前記トレーサヘッドの軸移動
   を制御する軸移動制御手段と、 を有することを特徴とするならい制御方式。
2. 【請求項２】 前記第２の所定間隔は、前記第１の所定
   間隔の整数倍であることを特徴とする請求項１記載のな
   らい制御方式。
3. 【請求項３】 前記記憶手段は不揮発性メモリであるこ
   とを特徴とする請求項１記載のならい制御方式。
4. 【請求項４】 前記ならい速度算出手段は、前記ならい
   動作の開始から前記スタイラスが前記第２の所定間隔移
   動するまでは、前記スタイラスのならい平面への投影変
   位方向と直角の方向を送り方向とするように構成されて
   いることを特徴とする請求項１記載のならい制御方式。
5. 【請求項５】 前記第１の所定間隔および第２の所定間
   隔は、トレーサヘッドの移動距離に対応して設定されて
   いることを特徴とする請求項１記載のならい制御方式。
6. 【請求項６】 前記第１の所定間隔および第２の所定間
   隔は、トレーサヘッドの移動時間に対応して設定されて
   いることを特徴とする請求項１記載のならい制御方式。