WO1992004157A1 - Dispositif de commande de copiage sans contact - Google Patents

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WO1992004157A1
WO1992004157A1 PCT/JP1991/001136 JP9101136W WO9204157A1 WO 1992004157 A1 WO1992004157 A1 WO 1992004157A1 JP 9101136 W JP9101136 W JP 9101136W WO 9204157 A1 WO9204157 A1 WO 9204157A1
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distance
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Hitoshi Matsuura
Eiji Matsumoto
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Fanuc Corp
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Fanuc Corp
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q35/00—Control systems or devices for copying directly from a pattern or a master model; Devices for use in copying manually
    • B23Q35/04—Control systems or devices for copying directly from a pattern or a master model; Devices for use in copying manually using a feeler or the like travelling along the outline of the pattern, model or drawing; Feelers, patterns, or models therefor
    • B23Q35/08—Means for transforming movement of the feeler or the like into feed movement of tool or work
    • B23Q35/12—Means for transforming movement of the feeler or the like into feed movement of tool or work involving electrical means
    • B23Q35/127—Means for transforming movement of the feeler or the like into feed movement of tool or work involving electrical means using non-mechanical sensing
    • B23Q35/128—Sensing by using optical means
    • G—PHYSICS
    • 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
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form
    • G05B19/41—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form characterised by interpolation, e.g. the computation of intermediate points between programmed end points to define the path to be followed and the rate of travel along that path

Definitions

  • the present invention relates to a non-contact copying control device, and more particularly to a non-contact copying control device with improved copying accuracy.
  • This non-contact distance detector uses an optical distance detector, which is fixed to the tip of the tracer head to detect the distance to the model surface. Since there is no fear of damaging the model, it is possible to use a model made of a soft material, and it is expected that the field of application in contour machining will be expanded.
  • the conventional non-contact profile control device has a problem in that the profile accuracy is reduced in a portion where the inclination angle of the model is large.
  • the measurement optical axis of the distance detector becomes almost parallel to the model surface, the spot on the model surface expands in an elliptical shape, the resolution of the distance detector decreases, and the tracing accuracy decreases You.
  • the measurement optical axis sometimes interfered with the model surface and could not be measured due to this inclination angle.
  • the three points may be on a straight line or near the straight line, and an accurate normal vector of the model surface may not be obtained. is there. That is, if the three points are on a straight line, the normal vector cannot be determined. In addition, if it is near the straight line, the result is that a surface far from the approximate plane of the model surface is obtained in the part where the change rate of the actual model surface is large. Disclosure of the invention
  • the present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide a non-contact profile control device capable of selecting a point for obtaining an accurate normal vector of a model plane.
  • the model In a non-contact leveling control device that shapes a model while non-contacting and shaping a peak, the model is tilted at a fixed angle with respect to a predetermined linear axis, and is rotated about the linear axis and the linear axis.
  • First and second non-contact distance detectors attached to a tracer head controlled by a rotating shaft that measures the distance to the model surface in a non-contact manner, and a predetermined sampling A sampler that samples the distance measurement of each of the first and second non-contact distance detectors at each time interval
  • a sampling unit a storage unit configured to store measurement values of the first non-contact distance detector and the second non-contact distance detector sampled during a plurality of samplings, and Point selection means for selecting three points close to an equilateral triangle; vector calculation means for calculating a normal vector of the model surface based on the measured values of the three points selected by the point selection means; Angle calculating means for calculating an angle on the plane of a projection of the normal vector on a plane perpendicular to the linear axis; and rotating shaft driving means for rotating the rotating shaft in the direction of the angle.
  • a non-contact copying control device characterized by having:
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a non-contact copying control device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a detailed view of a tracer head in one embodiment of the present invention
  • Fig. 3 shows the rotation of the tracer head in one embodiment of the present invention. Explanatory drawing of a method of calculating an angle
  • FIG. 4 is a flowchart for calculating the rotation angle in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of a point selecting means for selecting three points closer to an equilateral triangle.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a non-contact profile control device and peripheral devices according to the present invention.
  • a processor 11 reads a system program stored in R0M12 via a bus 10 and controls the entire operation of the non-contact control device 1 according to the system program.
  • R AMI 3 is a temporary data storage device, which stores a measured value from a distance detector described later and other temporary data.
  • the non-volatile memory 14 is backed up by a battery (not shown), and controls various parameters such as a direction, a profile speed, and the like input from the operation panel 2 through the interface 15. Store.
  • the tracer head 4 of the copying machine tool 3 is provided with distance detectors 5a and 5b.
  • a reflected light type distance detector using a semiconductor laser or a light emitting diode as a light source is used, and the distance to the model 6 is measured in a non-contact manner.
  • These distances a and b are converted into digital values by the AZD converters 16 a and 16 b in the non-contact profile control device 1, and are sequentially read by the processor 11.
  • the processor 11 calculates the amount of displacement of each axis based on the distances ⁇ a and ⁇ b and signals from the current position registers 19x, 19y, and 19z, which will be described later.
  • the speed commands Vx, Vy, and Vz for each axis are generated by a known technique. These speed commands are converted to digital values by the DZA converters 17x, 17y and 17z and input to the servo amplifiers 18x, 18y and 18z.
  • the servo amplifiers 18x and 18y drive the servo motors 32X and 32y of the machine tool 3 based on the speed command, so that the table 31 moves in the X-axis direction and at right angles to the paper. Move in the Y-axis direction.
  • the servo amplifier 18 z drives the servo motor 32 z, and the tracer head 4 and the tool 34 move in the Z-axis direction.
  • the pulse motors 33 X, 33 Y, and 33 Z that generate detection pulses FP x, FP y, and FP z each time they rotate a predetermined amount are provided to the servo motors 32 x, 32 y, and 32 z. z is installed.
  • the current position registers 19X, 19Y, and 19Z in the non-contact profile control device 1 count down the detection pulses FPx, FPy, and FPz according to the rotation direction, respectively.
  • the current position data Xa, Ya and Za in each axis direction are obtained and input to the processor 11.
  • the processor 11 samples the distances ⁇ a and ⁇ b measured by the distance detectors 5a and 5b at a predetermined sampling time simultaneously with the control of each axis described above, and obtains the sampling data. And the normal vector of the surface of model 6 by the method described later using Then, a rotation command SC corresponding to the direction of projection of the normal vector on the XY plane is generated.
  • the rotation command SC is converted into a digital value by the DZA converter 17c, and then input to the servo amplifier 18c.
  • the servo amplifier 18c controls the C-axis servo motor 3 2c based on this command. Drive.
  • the train head 4 is rotated to the commanded angle, and the distance between the train head 4 and the model 6 is controlled so as to maintain a constant distance, which will be described later.
  • the tool 35 moves at the speed and is controlled in the Z-axis direction in the same way as the train head 4.
  • the workpiece 3 5 is machined in the same shape as the model 6 by the tool 34.
  • FIG. 2 is a detailed view of the tracer head 4.
  • a distance detector 5a is attached to the train head 4 at an angle with respect to the Z-axis. Rotate on top.
  • a distance detector 5b is attached so as to overlap the outside of the distance detector 5a, and the rotation is similarly controlled at an angle of the command angle ⁇ c.
  • the distance ⁇ a from the distance detector 5a to the measurement point P1 on the model 6 is kept constant by feeding back the measured value of the distance detector 5a to the tracing control device. It is.
  • This distance a is set to the distance between the intersection of the measurement axis of the distance detector 5a and the Z axis. Even if the tracer head 4 is rotated by the C axis, the measurement point P 1 does not move, so the distance £ between tracer head 4 and model 6 is also kept constant.
  • Distance detector 5 b is the distance to measurement point P 2 on model 6 £ b Is input to the control device according to the measurement.
  • the train head 4 is moved relative to the model 6 at a predetermined speed in the X-axis direction, and the distance detectors 5a and 5b are measured at predetermined time intervals. Values, and based on these measured values and the current position data output from the current position register, points P 1,, P 1 n- ,, P 1 n , and P 2, on model 6 , P 2, and P 2 n .
  • N n S l n x S 2 n
  • ⁇ cn tan -1 (J n / I n)
  • This angle changes in accordance with the inclination of the model 6, and for example, becomes cq at the point P1q.
  • the tracer head 4 has the measurement axis of the distance detector always oriented in the direction most perpendicular to the surface of the model 6, and performs a highly accurate distance measurement.
  • FIG. 4 is a flowchart for calculating the rotation angle in one embodiment of the present invention.
  • the numeral following S indicates the step number.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of a point selecting means for selecting three points close to an equilateral triangle.
  • the current measurement point of the distance detector 5a is P1
  • the previous measurement point is P11
  • the previous and previous measurement points are P12. These points correspond to P 1 admittedin Fig. 3, point P 1 ⁇ - , etc.
  • the current measurement point of the distance detector 5b is P 2
  • the previous measurement point is P 21
  • the number of measurement points is set to P 22. These points correspond to P 2 n , point P 2, etc. in FIG.
  • measurement points P1 and P11 of the distance detector 5a are selected as two points.
  • a point closer to an equilateral triangle is selected from the points P2, P21, and P22.
  • R 2 C 2 / B 2 R 3-AXB 3
  • the triangles P1, P11, and P21 are closer to equilateral triangles, and the point P21 can be selected as the third point. That is, three points P1, P11, and P21 may be selected.
  • the first two points are the current measurement point of the distance detector 5a and the previous measurement point, but the present measurement points of the distance detectors 5a and 5b are not limited to this. Can also be used.
  • an optical triangular distance measuring type As the distance detector, besides the reflected light amount type, an optical triangular distance measuring type, an eddy current type, an ultrasonic type or the like can be used. As described above, in the present invention, three points closer to an equilateral triangle are selected from a plurality of measurement points from two non-contact distance detectors provided on the laser head, and based on the measured values, The normal vector of the model surface is obtained by using the method described above, and the tracer head is controlled to rotate in the direction of projection by projecting this normal vector onto a predetermined plane. Is always oriented in the direction most perpendicular to the model plane, enabling high-accuracy distance measurement and improved tracing accuracy. Digitization with high precision is also possible.

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Description

明 細 書 非接触ならい制御装置 技 術 分 野
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
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 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。
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 度が大きい部分でならい精度が低下してしまう問題があつた。 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 つ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 つ ことああった。
そこで、 2つの検出器を使用して、 複数回の測定を行い、 この複数点から任意の 3点を選び、 この 3点からモデル面の 法線べク ト ルを求め、 距離検出器をこの法線べク ト ル方向に 回転させ、 測定精度を向上させている。 このような例として、 特願平 1 一 1 9 4 5 0 0号がある。
しかし、 複数点の中から 3点を適当に選ぶと、 3点が直線 上にあったり、 あるいは直線近傍上にあったり して、 正確な モデル面の法線べク トルが得られない場合がある。 すなわち、 3点が直線上にあれば、 法線べク トルを求めることはできな い。 さらに、 直線近傍にあると、 実際のモデル面の局面変化 率が大きい部分では、 モデル面の近似平面とはかけ離れた面 が得られる結果となる。 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、 正確 なモデル平面の法線べク トルを求めるための点を選択できる 非接触ならい制御装置を提供することを目的とする。
本発明では上記課題を解決するために、
モデルの形状を非接触でならいながらヮ一クをならい加工 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 ドに取り付けられ、 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 出器のそれぞれの前記距離の測定値をサンプリ ングするサン プリ ング手段と、 複数回のサンプリ 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及び第 2の非接触距離検出 器の測定値を記憶する記憶手段と、 前記測定値から、 より正 三角形に近い 3点を選択する点選択手段と、 前記点選択手段 によって選択された 3点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が、 提供される。
ト レーサへッ ドに設けられた二つの非接触距離検出器から の複数回のサンプリ ング時の測定値よりモデル面上の複数の 点の座標値を得る。 このうちから、 より正三角形に近い 3点 を選択する。 この 3点の頂点の座標値を用いて法線べク ト ル を求め、 この法線ベク 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、
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、
第 3図は本発明の一実施例における ト レーサへッ ドの回転 角度の算出方法の説明図、
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 ャ ー ト、
第 5図はより正三角形に近い 3点を選択するための点選択 手段の説明図である。 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。
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 ムに従って非接触な 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 は図示されていないバッテリでバックアツプされており、 ィ 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 ータ等を格納する。
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一ドを光源とした反射光量式 の距離検出器が使用され、 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 a及び bは、 非接触なら 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 に読み取られる。 プロセッサ 1 1 は距離^ a及び^ b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 D ZA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、 サ一ボアンプ 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 X軸方向及び紙面と直角な Y軸方 向に移動する。 また、 サ一ボア ンプ 1 8 zがサ一ボモータ 3 2 zを駆動し、 ト レーサへッ ド 4及び工具 3 4が Z軸方向に 移動する。
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。 非接触ならい制御装置 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カウ ン トアップ 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。
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の測定した距離 ^ 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、 このサンプリ ングデ一 タを用いて後述する方法によりモデル 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 7 cでディ ジタル値に変換された後、 サーボアンプ 1 8 c に入力され、 この指令に基づいてサ一ボアンプ 1 8 cが C軸 のサーボモータ 3 2 cを駆動する。
これにより、 ト レ一サヘッ 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 に、 ならい速度で移動して、 ト レ一サヘッ ド 4と同じく Z軸 方向に制御される工具 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 レ一サへッ ド 4の詳細図である。 図において、 ト レ—サヘッ ド 4には Z軸に対して角度 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 Θ 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が取り付けら れており、 同様に指令角度 Θ cの角度で回転制御される。 前述したように、 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 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、 従って、 ト レーサ ヘッ ド 4 とモデル 6 との距離 £ も一定に保たれる。
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。
次に、 ト レ一サヘッ 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。 図において、 ト レ一サヘッ 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 6上の点 P 1 , 、 P 1 n -, 、 P 1 n 、 及び P 2 , 、 P 2 、 P 2 n の座標値を求めていく。
そして、 例えば点 P 1„ の座標値 （X l n , Y 1 » , Z 1 n ) と、 点 P 2 n の座標値 （X 2 n ， Y 2 n ， Ζ 2 η ) から、 表 面ベク ト ル S i n CX 2„ -X l n , Υ 2„ - Υ 1 η , Ζ 2 η 一 Ζ 1 η 〕 を求める。 また、 点 Ρ 1 η の座標値 （X l n , Y
1 η ， Ζ 1 η ) と、 点 Ρ 1 の座標値 （X 1 η―, ， Υ 1 ， Ζ 1 η-, ) から、 表面べク ト ル S 2 n [X 1 η-, -X l n ,
Y i n-. 一 Y i n , Z 1„-, - Z 1„ を求める。
次に次式、
N n = S l n x S 2 n
(但し、 N n， S i n, S 2 nはベク トルを表す）
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における法線べク ト ル N nを求める。
そして、 法線べク トル N nを X— Y平面上に投影した射影 N l nの X軸となす角度 ® c nを次式、
Θ c n = t a n - 1 ( J n / I n )
但し、 I n ： ベク ト ル N nの X成分 J n : ベク トル N nの Y成分
で求め、 この角度 G) c nを C軸の指令値として出力する。
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 ® c qとなる。
従って、 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。
次に上記の回転角度の算出について述べる。 第 4図は本発 明の一実施における回転角度の算出時のフローチャー 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。
〔 S 1 〕 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 ングする。
〔 S 2〕 距離検出器 5 aの今回の測定点と前回の測定点から、 後述するように、 まず 2点を選択し、 その 2点を結ぶべク ト ル S 1を求める。
〔 S 3〕 残りの点を距離検出器 5 bの今回の測定点、 前回の 測定点、 前前回の測定点から後述する点選択手段で求める。 距離検出器 5 aの前回の測定点と選択された点を結び、 べク トル S 2を求める。
〔 S 4〕 ベク トル S 1 とベク トル S 2の外積を演算して法線 べク トル Nを求める。
〔 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。
次に、 正確な法線べク トル N nを求めるために、 より正三 角形に近い 3点を選択する手順について述べる。 第 5図はよ り正三角形に近い 3点を選択するための点選択手段の説明図 である。 距離検出器 5 aの今回の測定点を P 1、 前回の測定 点を P 1 1、 前前回の測定点を P 1 2とする。 これらの点は 第 3図の P 1„ 、 点 P 1 η-, 等に相当する。 また、 距離検出 器 5 bの今回の測定点を P 2、 前回の測定点を P 2 1、 前前 回の測定点を P 2 2とする。 これらの点は第 3図の P 2 n 、 点 P 2 等に相当する。
まず、 2点と して距離検出器 5 aの測定点 P 1 と P 1 1を 選択する。 次に点 P 2、 点 P 2 1、 点 P 2 2の内から、 より 正三角形に近く なる点を選択する。
ここで、 三角形 P 1、 P 1 1、 P 2、 三角形 P 1、 P 1 1、 P 2 1及び三角形 P l、 P 1 1、 P 2 2の 3個の三角形を考 点 P 1 と点 P 1 1の距離を Aとする。 点 P 1 と点 P 2、 点 P 2 1、 点 P 2 2との距離をそれぞれ B l、 B 2、 B 3とす る。 また、 点 P 1 1 と点 P 2、 点 P 2 1、 点 P 2 2との距離 をそれぞれ C l、 C 2、 C 3とする。
ここで、 例えばそれぞれの三角形の各辺の間で以下の式が 成り立つものとする。
C 1 > A > B 1
B 2 > A > C 2
B 3 > C 3 > A
すると、 各三角形の最小長と最大長の比は以下の値となる。 R 1 = B 1 XC 1
R 2 = C 2 /B 2 R 3 - A X B 3
こ こで、
R 2 > R 1 > R 3
が成立すれば、 三角形 P 1、 P 1 1、 P 2 1がより正三角形 に近いことになり、 第 3の点として、 点 P 2 1を選択するこ とができる。 すなわち、 点 P 1、 点 P 1 1、 点 P 2 1の 3点 を選択すればよい。
上記の説明では、 最初の 2点を距離検出器 5 aの今回の測 定点と前回の測定点としたが、 これに限ることなく、 距離検 出器 5 aと 5 bの今回の測定点を使用することもできる。
このようにして、 3点を選択して、 法線ベク トルを求め、 この法線べク トルから ト レーザへッ ドの回転角を制御するこ とにより、 より精度の高いならい制御が可能になる。
上記の説明ではならい制御について説明したが、 デジタィ ジング制御についても同様である。
また、 距離検出器は反射光量式の他に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等も使用できる。 以上説明したように本発明では、 ト レーザへッ ドに設けら れた二つの非接触距離検出器からの複数の測定点から、 より 正三角形に近い 3点を選択し、 その測定値に基づいてモデル 面の法線べク 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、 同様に精度の高いデジタイ ジングも可能となる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 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 ドに取り付けられ、 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 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前記距離の測定値をサンプリ ングする サンプリ ング手段と、
複数回のサ ンプリ ング時にサンプリ ングされた前記第 1の 非接触距離検出器及び第 2の非接触距離検出器の測定値を記 憶する記憶手段と、
前記測定値から、 より正三角形に近い 3点を選択する点選 択手段と、
前記点選択手段によって選択された 3点の測定値に基づい 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、
を有することを特徵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 1点より他の 2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 トル間の外積演 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請求項 1記載の非接触ならい制御装置。
3 . 前記点選択手段は、 2点を選択し、 残りの複数の点の うち、 三角形を構成したときの各辺の最小値と最大値の比 (最小値 Z最大値） が最大になる点を選択するように構成さ れたことを特徴とする請求項 1記載の非接触ならい制御装置。
4 . 前記 2点は前記第 1 あるいは第 2の非接触距離検出器 の今回の測定点と前回の測定点を使用することを特徴とする 請求項 3記載の非接触ならい制御装置。
5 . 前記 2点は前記第 1及び第 2の非接触距離検出器の今 回の測定点を使用することを特徴とする請求項 3記載の非接 触ならい制御装置。
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