WO1991008861A1 - Noncontact profile controller - Google Patents
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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
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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