WO1991008861A1 - Noncontact profile controller - Google Patents

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WO1991008861A1
WO1991008861A1 PCT/JP1990/001622 JP9001622W WO9108861A1 WO 1991008861 A1 WO1991008861 A1 WO 1991008861A1 JP 9001622 W JP9001622 W JP 9001622W WO 9108861 A1 WO9108861 A1 WO 9108861A1
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optical distance
model
distance
detectors
control device
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PCT/JP1990/001622
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hitoshi Matsuura
Eiji Matsumoto
Original Assignee
Fanuc Ltd
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Publication date
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Classifications

    • 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
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/37—Measurements
    • G05B2219/37425—Distance, range

Definitions

  • Non-contact profile control device fetches position data sequentially while tracing the shape of the model using a detector, creates NC data, and performs tracing, and in particular, improves the drive method of the optical distance detector.
  • FIG. 4 is a diagram showing the principle of the optical distance detector.
  • the semiconductor laser oscillator 43 is excited by the laser drive circuit 42 and outputs a laser beam 44.
  • the laser beam 44 is condensed by the projection lens 45 and irradiates the surface of the model 20c. Irradiated
  • the reflected laser beam 44 is reflected by the surface of the model 20 c, and a part of the reflected light 46 is collected by the light receiving lens 47 on the position sensor 48.
  • the position sensor 48 is an element that converts the reflected light 46 into an electric signal corresponding to the position of the light-converging point and the amount of light. Therefore, as shown in the figure, when the model 20c is at the point P0, it is at the center of the position sensor 48, when it is at the point P1, it is at the upper left, and when it is at the point P2, it is at the lower right.
  • the reflected light 46 is focused. Since the position sensor 48 outputs a detection signal D corresponding to the position and amount of the reflected light 46 collected in this way, the detection signal D is amplified by a predetermined conversion circuit to obtain a distance. It is possible to obtain a signal corresponding to This optical distance detector can detect only one-dimensional displacement information.
  • two or three optical distance detectors are provided to obtain data in the normal direction necessary for calculating the offset amount of the tool, etc.
  • the coordinates of three different points are calculated, and the normal vector is calculated.
  • a zigzag shaped path is created, and an optical distance detector is sequentially measured on the shaped path, and a normal vector is calculated from the coordinate values of the three points obtained.
  • 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 copying control device that can detect a plurality of measurement points without interference even when the measurement points are brought close to some extent.
  • any one of the optical distance detectors detects the distance.
  • a non-contact profile control device characterized in that the other optical distance detector does not execute the distance detection operation by operating the irradiation light when the optical distance detector is in operation.
  • any of the optical distance detectors When any of the optical distance detectors is detecting distance. Other optical distance detectors do not detect distance. Therefore, when two or three optical distance detectors are fixed on the laser head and the coordinate values on the model surface are detected, one optical distance detector is When detecting above, the remaining optical distance detector does not detect the distance, so even if the reflected light from the model surface enters the position sensor of another optical distance detector However, they do not interfere with each other. In this way, even if the measurement points on the model surface are brought close to each other to some extent, multiple measurement points can be detected without interference.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a non-contact copying control device and peripheral devices according to the present invention.
  • Fig. 2 is a detailed view of the train head
  • FIG. 3 is a diagram showing the state of the projection power of the optical distance detector
  • FIG. 4 is a diagram showing the principle of the optical distance detector.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a non-contact profile control device and peripheral devices of the present invention.
  • a processor (CPU) 11 controls the entire operation of the control device 1.
  • ROM 12 stores a system program for controlling the control device 1. Accordingly, the processor 11 reads out the system program stored in the ROM 12 via the bus 10 and controls the operation of the controller 1 according to the system program.
  • RAM 13 temporarily stores various data-stores measured values from optical distance detectors 5a and 5b described later, and other temporary data.
  • the non-volatile memory 14 is backed up by a battery (not shown), and various parameters such as a direction and a speed to be input from the operation panel 2 via the interface unit 15 are provided. Data etc. are stored.
  • the tracer head 4 of the copying machine tool 3 is provided with optical distance detectors 5a and 5b.
  • Optical distance detector 5a Beauty 5 b is a semiconductor laser or a light emitting die O - is composed of a reflected light amount type distance detector as a light source de, each of which measures the distance to the model 6 in a non-contact manner.
  • the sensor control circuits 21 a and 21 b alternately switch the size of the light emitting panels of the optical distance detectors 5 a and 5 b in accordance with the light emitting panel control signal from the control device 1.
  • FIG. 3 is a diagram showing the state of the light projection power of the optical distance detectors 5a and 5b.
  • the optical distance detectors 5a and 5b alternately switch their light emission patterns to 20111 and 2111 ⁇ every 2 ms.
  • one of the optical distance detectors 5a detects a distance with a light emitting power of 20 mW
  • the other optical distance detector 5b outputs a light of 2 mW. Therefore, the laser beam interference between the optical distance detectors 5a and 5b is greatly reduced by / J.
  • the sensor control circuits 21a and 21b alternately turn on and off the outputs of the optical distance detectors 5a and 5b in accordance with the projection power control signal from the control device 1. You may. In this case, similarly, the interference of the laser beams emitted from both the optical distance detectors 5a and 5b is eliminated.
  • the measured values L a and L b of these optical distance detectors are converted into digital values by the AZD converters 16 a and 16 b in the copying 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 measured values La and L and signals from the current position registers 19x, 19y, and 19z, which will be described later. Based on the -e-direction and the tracing speed, a speed command Vx for each axis is generated by a known technique. These speed commands are
  • the servo amplifiers 18 X and 18 y drive the servo motors 3 2 X and 3 2 y of the machine tool 3 based on the speed command, so that the table 31 is in the X-axis direction and at right angles to the paper surface. Move in the direction of the Y axis.
  • 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 servo motors 3 2 X, 3 2 y and 3 2 z have pulse coder 3 3 X, 3 3 y and 3 3 which generate detection pulses FPX, FP y and FP z, respectively, every time they rotate a fixed amount. z is installed.
  • the current position registers 19 X, 19 y, and 19 z in the copying control device 1 output the detection pulses FPX, FP y, and FP z according to the rotation direction, respectively.
  • the current position data Xa, Ya and Za in the axial direction are obtained and input to the processor 11.
  • the processor 11 samples the measured values La and Lb of the optical distance detectors 5a and 5b at predetermined sampling times simultaneously with the control of each axis described above.
  • the normal vector of the surface of the model 6 is obtained using the data, and 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 to a digital value by the DZA converter 17c, and then input to the sampler 18c.
  • the servo amplifier 18c drives the C-axis servomotor 32c.
  • the tracer head 4 rotates according to the command angle, and is controlled so that the distance from the model 6 is kept constant.At the same time, the table 31 moves in the direction and speed according to the command, The work 3 5 is machined in the same shape as the model 6 by the tool 3 4 that is controlled in the Z-axis similarly to the train head 4.
  • FIG. 2 is a detailed view of the tracer head 4.
  • the tracer head 4 is provided with optical distance detectors 5a and 5b which are inclined at an angle ⁇ with respect to the Z axis. Then, the optical distance detectors 5a and 5b rotate on the circumference of a predetermined radius at the command angle of the rotation command SC (9c by the C axis.
  • the optical distance detector 5b is an optical type. It is mounted on the outside of the distance detector 5a, and is similarly rotationally controlled at the command angle c.
  • the measured value of the optical distance detector 5a is fed back to the controller, so that the distance ⁇ a from the optical distance detector 5 to the measurement point P1 on the model 6 is calculated. It is kept constant.
  • the distance £ a is set to the distance between the intersection of the measurement axis of the optical distance detector 5a and the Z axis, and is measured even if the tracer head 4 rotates about the C axis. Point P 1 does not move, and thus the distance between tracer head 4 and model 6 is also constant.
  • Optical distance detector 5b is the distance to measurement point P2 on model 6. The distance b is measured and input to the controller.
  • the optical distance detector of the reflected light amount type has been described.
  • the present invention can be applied to a triangular distance detector.

Description

明 細 書 非接触ならい制御装置 技 ·術 分 野
検出器を用いてモデルの形状をならいながら逐次その位置 データを取り込み、 N Cデータを作成したり、 ならい加工を 行う非接触ならい制御装置に係り、 特に光学式距離検出器の 駆動方式を改良した非接触ならい制御装置に関する c 背 景 技 術
従来のならい制御装置は ト レーサヘッ ドと して接触型のプ ローブを使用し、 これをモデル表面に接触させることによつ て、 その変位情報を得て送り速度の制御又は N Cデータの作 成を行っていた。
しかし、 この ト レーサへッ ドで柔らかいモデル表面をなら うと、 接触型プローブの接触圧によりモデル表面を傷つける という欠点があるため、 最近ではモデル表面までの距離を非 接触で検出する光学式距離検出器をト レーサへッ ドの先端に 固定した非接触型のならい制御装置が開発されている。 この 光学式距離検出器には光学式の距離検出器が使用されている, 第 4図は光学式距離検出器の原理を示す図である。 半導体 レーザ発振器 4 3はレーザ駆動回路 4 2 により励起され、 レ 一ザビーム 4 4を出力する。 レーザビーム 4 4は投光レ ンズ 4 5で集光され、 モデル 2 0 cの表面に照射される。 照射さ れたレーザビーム 4 4はモデル 2 0 cの表面で反射し、 その 反射光 4 6 の一部が受光レ ンズ 4 7によってポジシ ョ ンセ ン サ 4 8上に集光される。
ポジシ ョ ンセ ンサ 4 8は反射光 4 6を集光点の位置と光量 に応じた電気信号に変換する素子である。 従って、 図のよう にモデル 2 0 cが点 P 0 にある時はポジショ ンセ ンサ 4 8の 中心に、 点 P 1 にある時はその左上に、 点 P 2にある時はそ の右下にそれぞれ反射光 4 6 は集光する。 このように集光し た反射光 4 6の位置と光量に応じた検出信号 Dをポジシ ヨ ン センサ 4 8は出力するので、 この検出信号 Dを所定の変換回 路で増幅することによって、 距離に対応した信号を得ること ができる。 この光学式距離検出器は 1次元の変位情報しか検 出できない。 従って、 通常のならい制御装置では、 工具のォ フセ ッ ト量等の計算に必要な法線方向のデータを得るために、 光学式距離検出器を 2個又は 3個設けて、 同時にモデル表面 上の異なる 3点の座標値を求め、 法線べク ドルを算出してい る。 また、 別の方法として、 ジグザグのならい通路を創成し、 このならい通路上を光学式距離検出器で順次測定し、 求めた 3点の座標値から法線べク ト ルを算出している。
しかし、 2個又は 3個の光学式距離検出器をト レーサへッ ド上に固定して、 モデル表面上の座標値を測定する場合、 モ デル表面上における測定点を近接させるに従いモデル表面か らの反射光が他の光学式距離検出器のポジショ ンセ ンサに入 射し、 互いに干渉を起こし正確な距離の測定ができなくなる という問題がある。 一方、 測定点をある程度離してやれば干渉は生じなく なる が、 今度は逆にならい測定時の傾斜測定の精度が大幅に劣化 するという問題がある。 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、 測定 点をある程度近接させても複数の測定点を干渉なく検出でき '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、
モデルまでの距離を検出する少なく とも 2個の光学式距離 検出器を用いて前記モデルの形状をならう非接触ならい制御 装置において、 前記光学式距離検出器のいずれかが前記距離 を検出しているときに、 他の前記光学式距離検出器は照射光 を操作して前記距離の検出動作を実行しないことを特徴とす る非接触ならい制御装置が提供される。
光学式距離検出器のいずれかが距離を検出しているときに. 他の光学式距離検出器は距離を検出しない。 従って、 2個又 'は 3個の光学式距離検出器を ト レーザへッ ド上に固定して、 モデル表面上の座標値を検出する場合、 1個の光学式距離検 出器がモデル表面上を検出しているときに、 残りの光学式距 離検出器は距離の検出を行っていないので、 モデル表面から の反射光が他の光学式距離検出器のポジショ ンセ ンサに入射 しても、 互いに干渉を起こすことはない。 これによつて、 モ デル表面上の測定点をある程度近接させても複数の測定点を 干渉なく検出できる。 図 面 の 簡 単 な 説 明
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 成を示すブロ ッ ク図、
第 2図は ト レ一サヘッ ドの詳細図、
第 3図は光学式距離検出器の投光パワーの状態を示す図、 第 4図は光学式距離検出器の原理を示す図である。 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を用いて説明する。' 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 成を示すブロ ッ ク図である。 図において、 プロセッサ （C P U ) 1 1 は制御装置 1の全体の動作を制御する。 R O M 1 2 は制御装置 1を制御するためのシステムプログラムを格納す る。 従って、 プロセッサ 1 1 はバス 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厶を読みだし、 このシステム プログラムに従ってならい制御装置 1の動作を制御する。
R A M 1 3は各種のデータを一時的に記憶するものであり - 後述する光学式距離検出器 5 a及び 5 b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 クアップされており、 ィ ン ターフ ニ 一ス 1 5を介して操作盤 2から入力されるならい方 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には光学式距離検出 器 5 a及び 5 bが設けられている。 光学式距離検出器 5 a及 び 5 bは半導体レーザ又は発光ダイ ォ― ドを光源とする反射 光量式の距離検出器で構成されており、 それぞれがモデル 6 までの距離を非接触で測定する。
センサ制御回路 2 1 a及び 2 1 bは制御装置 1 からの投光 パヮ一制御信号に応じて、 光学式距離検出器 5 a及び 5 bの 投光パヮ一の大きさを交互に切り換える。
第 3図は光学式距離検出器 5 a及び 5 bの投光パワーの状 態を示す図である。 例えば、 光学式距離検出器 5 a及び 5 b はその投光パヮ一を 2 m s e c毎に 2 0 111 と 2 111 ¥に交互 に切り換える。 これによつて、 一方の光学式距離検出器 5 a が 2 0 m Wの投光パワーで距離を検出している間は、 他方の 光学式距離検出器 5 bは 2 m Wの投光パヮ一なので、 光学式 距離検出器 5 a と 5 bとの間でレーザビームの干渉が非常に /J、さ くなる。
また、 センサ制御回路 2 1 a及び 2 1 bは、 制御装置 1 か らの投光パワー制御信号に応じて、 光学式距離検出器 5 a及 び 5 bの出力を交互にオ ン ' オフしてもよい。 この場合も同 様に両方の光学式距離検出器 5 a及び 5 bから出射されるレ —ザビー厶の干渉はなく なる。
これらの光学式距離検出器の測定値 L a及び L bは、 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 は測定値 L a及び L 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 - e - 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、 及ぴ を発生する。 これらの速度指令は
D Z A変換器 1 ? χ、 1 7 y及び 1 ？ Ζでデジタ ル値に変換 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、 サーボア ンプ 1 8 zがサーボモータ 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。 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力ゥ ン ト 了 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 に入力じている。
一方、 プロセッサ 1 1 は上記の各軸の制御と同時に、 光学 式距離検出器 5 a及び 5 bの測定値 L a及び L 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 タを用いてモデル 6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でデジタル値に 変換された後、 サ一ポア ンプ 1 8 cに入力され、 この指令に 基づいてサーボアンプ 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 レーサヘッ ド 4は指令角度に応じて回転す ると共に、 モデル 6 との間隔を一定に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、 ならい速度で 移動して、 ト レ一サヘッ 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 6 と同様の形状の加工が施さ れる。
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 øだけ傾斜させて光 学式距離検出器 5 a及び 5 bが取りつけられている。 そして、 この光学式距離検出器 5 a及び 5 bが C軸によって回転指令 S Cの指令角度（9 cで所定の半径の円周上を回転する。 また、 光学式距離検出器 5 bは光学式距離検出器 5 aの外側に重ね て取り付けられており、 同様に指令角度 cの角度で回転制 御される。
前述したように、 光学式距離検出器 5 aの測定値がならい 制御装置にフイー ドバッ クされることにより、 光学式距離検 出器 5 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は光学式距離検出器 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 ザへッ ド 4が C軸によつて回転しても測定点 P 1 は移動せず、 したがって ト レ一サへッ ド 4 とモデル 6 との距離 も一定に たれる。
光学式距離検出器 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。
尚、 上述の実施例では光学式距離検出器として反射光量式 のものについて説明したが、 他に三角測距式の距離検出器に 適用でさ o
以上説明したように本発明によれば、 モデル表面上の測定 点をある程度近接きせても複数の測定点を干渉なぐ検出でき な

Claims

― 8 -- 請 求 の 範 囲
1 . モデルまでの距離を検出する少なく とも 2個の光学式 距離検出器を用いて前記モデルの形状をならう非接触ならい 制御装置において、
前記光学式距離検出器のいずれかが前記距離を検出してい るときに、 他の前記光学式距離検出器は照射光を操作して前 記距離の検出動作を実行しないことを特徴とす'る非接触なら い制御装置。
2 . 前記光学式距離検出器を 2個設け、 前記第 1 及び第 2 の照射光の強度を交互に変更して前記距離を検出するように したことを特徴とする特許請求の範囲第 1 項記載の非接触な らい制御装置。
3 . 前記光学式距離検出器のいずれかが検出用の第 1 の照 射光を出射して前記距離を検出している場合に、 他の前記光 学式距離検出器の検出用の第 2の照射光を出力しないことを 特徴とする特許請求の範囲第 1項記載の非接触ならい制御装
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