JPH03251346A - 倣い制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、デジタイザや倣い機械や倣い機能を有する三
次元測定機など、トレーサヘッドを倣いバスに沿いスキ
ャンしてモデル形状を倣う装置を制御する倣い制御装置
に関するものである。

〈従来の技術〉 第３図は従来の倣い制御装置を示す。同図に示すように
トレーサヘッド１は、スフ１′ラス２を有しており、ト
レーサヘッド１は、Ｘ軸モータ鳩、Ｙ軸モータＭ、、Ｚ
軸モータＭ２の駆動により、倣いパスに沿い移動してモ
デル３をスキャンする。スタイラス２はト１／−サヘッ
ド１に対し、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向に変位できるようになっ
ている。モデル３６．・スキャンしているときには、ト
レーサヘッド１に備えたスタイラス２のｘ、ｙ、ｚ軸方
向の変位量ε８．ε７．ε２を示す信号がトレーサヘッ
ド１から出力されるとともに、スケール４に接続された
機械位置検出器５から（よトレーサヘッド１の位置Ｘ、
Ｙ、Ｚを示す位置信号が出力される。

変位量検出器６は、変位量ε８．ε７．ε２をベクトル
的に合成して検出変位量εを求める。

倣い条件設定器７て設定した基準変位量ε。と、検出変
位量εとの偏差変位Δεは、垂直方向速度演算器８及び
倣い方向速度演算器９に送られる。垂直方向速度演算器
８は垂直方向速度■８を求め、倣い方向速度演算器９は
倣い方向速度■。を求める。

送り制御器１０ば、位置Ｘ、Ｙ、Ｚ、垂直方向速度ｖＮ
１倣い方向速度■□を基に、モータＭｘ、　Ｍ、、　Ｍ
２を駆動する。かくて検出変位量εが基準変位量ε。と
等しくなるような、即ち偏差変位△εが零になるような
制御を行ないつつ、トレーサヘッド１が倣い送りされる
。

〈発明が解決しようとする課題〉 最近では、倣い速度が４０００　ｍｍ／　ｍｉｎとなっ
ている高速倣いが実現されているが、更に倣い速度を高
速にする乙とが企画され研究が進んでいる。

倣い速度が遅いときには、スタイラス２とモデル３との
摩擦はほとんど問題とならず正確な倣いが実行できるが
、倣い速度が速くなると上記摩擦が原因となって、スタ
イラス２がモデル３から離れたり、逆に喰い込んだりす
る事態が生じることがある。このような事態が生じると
正確な倣いができず大きな問題であり、倣い速度を向上
させようとしたときの障害であった。

ここで摩擦による不具合の発生を、第４図（ａｌ　（ｂ
）を参照して説明する。摩擦の無い理想状態では、第４
図（ａｌに示すように、検出変位量εはモデル面に対し
垂直となり、垂直方向速度ｖＴは検出量εとは逆方向に
なり、倣い方向＝３− 速度ＶＴは検出変位量εに対し直角方向になり、合成速
度ＶはｖＴとｖＮをベクトル的に加算したものとなる。

ところがスタイラス２とモデル３との間で摩擦が生じる
と、第４図（ｂｌに示すように、摩擦により生じる摩擦
ベクトルε。の影響により検出変位量εが傾き、これに
併せて垂直方向速度ｖＮ、倣い方向速度■Ｔ、合成速度
Ｖも傾く。第４図（ａ）と第４図（ｂｌとを比べると判
るように、摩擦が生じろと合成速度Ｖの方向が変化して
しまう。このため、スタイラス２がモデル３から離れた
り喰い込んだりしてしまうのである。

本発明は、上記従来技術に鑑み、モデルとの間で大きな
摩擦が生じても、スタイラスにより正確な倣いのてきる
倣い制御装置を提供するものである。

〈課題を解決するための手段〉 上記課題を解決する本発明の構成は、 トレーサヘッドに対しスタイラスが三次元の各方向に移
動できるように取り付けられた前記トレーサヘッドを、
モータの駆動により移動させてモデルを倣わせる倣い制
御装置であって、 スタイラスの変位量とトレーサヘッドの位置からスタイ
ラスの位置を求めるとともに、スタイラスの位置を時間
微分することにより、スタイラスが接しているモデルの
傾斜を演算する手段と、 スタイラスの変位ｌとモデルの傾斜から、スタイラスと
モデルとの摩擦による作用がない状態下でのスタイラス
の変位量を求める手段と、 求めたスタイラスの変位量とあらかじめ設定した基準変
位量との差から垂直方向速度を求めるとともに、求めた
垂直方向速度と直交する方向を倣い方向速度の方向と定
め、垂直方向速度と倣い方向速度との合成速度でもって
トレーサヘッドを動かすようモータ駆動する手段と、 を備えたことを特徴とする。

く実　施　例〉 以下に本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。

なお従来技術と同一機能を果す部分には同一符号を付す
。

第１図は本発明の実施例を示し、第２図はスタイラスま
わりの作用状態を示している。

第１図に示すように、スタイラス２はモデル３に沿いス
キャンされ、トレーサヘッド１からは変位量ε８．ε７
．ε２を示す信号が出力され、変位量検出器６は検出変
位量εを出力する。検出変位量εは、第２図に示すよう
に、摩擦により生じた摩擦ベクトルε。を含むものであ
り、モデル面に対し垂直な方向から傾むいた方向のベク
トル量となる。一方、スケール４に接続された機械位置
検出器５は、トレーサヘッド１の位置Ｘ、Ｙ、Ｚを示す
位置信号を出力する。

モデルデジタイズ器２１は、トレーサヘッド１の位置（
ｘ、ｙ、ｚ）と検出変位量εの各軸成分（ε８．ε７．
ε２）を加えることにより、スタイラス２の先端に形成
したスタイラス球２ａ（Ｄ中心位置ｐ−（ｘ’、　ｙ’
、　ｚ’）　ヲ求める。つまり、 （Ｘ’　、　Ｙ’　、　Ｚ’　）　＝　（Ｘ＋ε、、　
Ｙ＋ε、、、　Ｚ＋ε２）となる。

記憶Ｎ２２は、微小時間Δｔごとにスタイラス球２ａの
中心位置ｐ＝　（ｘ’、　ｙ’、　ｚ’）を記憶する。

この記憶器２２におけろ記憶量は一定であり、最新の中
心位置のデータが記憶されると、記憶されている中で最
先に記憶された中心位置のデータが消去されるようにな
っている。

モデル傾斜演算器２３は、記憶器２２に記憶されている
スタイラス球中心位置Ｐのうち、最新の位置Ｐ（ｔ、）
から、前回の位置Ｐ（ｔ、−１）を減算して傾斜ベクト
ルΔＰを求める。つまり、 ΔＰ＝Ｐ　（ｔ、）　−Ｐ　（ｔ、、−１）という演算
をする。この場合、Δｔは小さい７− ので傾斜ベクトルΔＰは実質的に微分演算値となる。こ
のため、傾斜ベクトルΔＰの方向は、スタイラス球２ａ
の移動方向、つまりモデル３の面と平行な方向となる（
第２図参照）。

このようにして求めた傾斜ベクトルΔＰは時間Δｔごと
に出力される。

摩擦補正器２４は、傾斜ベクトルΔＰを定数倍して摩擦
ベクトルε。を求める。っまりε　＝Ｋ・ΔＰ という演算をする。摩擦ベクトルε、の方向は、モデル
３の表面と平行な方向であるので、傾斜ヘクトルΔＰＱ
Ｋ倍することにより摩擦ベクトルε、を求めることがで
きるのである。

更に摩擦補正器２４ば、検出変位量εと摩擦ベクトルε
、を用いて、補正変位量ε８を求める。補正変位量ε８
は、摩擦が生じなかった場合に検出される変位量であり
、モデル面に垂直となっている（第２図参照）。この補
正変位量ε９は、ベクトル的に、検出変位量εから摩擦
ベクトルε、を減算する乙とにより演算できる。

８ かかる演算を具体的に説明すると次のようになる。即ち
、傾斜ベクトルΔＰの各軸成分を（△Ｘ、Δｙ、Δ２）
とするとε。−Ｋ・△Ｐより摩擦ベクトルε、の各軸成
分は（Ｋ・△Ｘ。

Ｋ・Δｙ、Ｋ・△Ｚ）となる。また摩擦が生じなかった
場合に検出される変位量を補正変位量ε８としその成分
を（ε、　　εア　　ε　′）とすると、ベクトル的に ε＝ε　＋ε、　　となる。

従って　ε９＝ε−ε、より ε　Ｘ　　＝　ε　ｘ　−Ｋ　　−ΔＸεｙ　＝εｙ−
に舎Δｙ ε　Ｚ　　　＝　ε　ｚ−Ｋ　　参　Δ　Ｚとなる。こ
こでε８とε。は垂直であるので、その内積は０となる
。すなわち εＸ′・Ｋ・Δχ十εｙ′　・Ｋ・Δｙ＋εＺ　−Ｋ・
Δｚ　＝　０（ｃ　ｘ−に’△ｘ）・△ｘ＋（εｙ−に
Δｙ）・△ｙ＋（εｚ−Ｋ・Δｚ）−△ｚ−０これより となり、定数Ｋが算出できる。その結果、補正変位量ε
４．が求められた。

できる。このような演算は、摩擦ベクトルε、に対し補
正変位量ε９が直角になるという知見を基にして実行し
ているのである。

垂直方向速度演算器８は、補正変位量εが、倣い条件設
定器７で設定した基準変位量ε。と等しくなるような垂
直方向速度ＶＮを求める。

垂直方向速度ｖＮは、補正変位量ε８の方向に対し逆方
向であり、モデル面に対し直角となっている。

倣い方向速度演算器２６は、倣い条件設定器７で設定さ
れる倣い方向速度Ｖ、の方向を、垂直方向速度ｖＮに対
し直交する方向に定め、このように方向を決めた倣い方
向速度Ｖ□を出力する。

送り制御Ｎ１０ば、垂直方向速度演算器２５から送られ
てくる垂直方向速度ＶＮと、倣い方向速度演算器２６か
ら送られてくる倣い方向速度Ｖ□と、機械位置検出器５
から送られてくるトレーサヘッド１の位置ｘ、ｙ、ｚを
基にモータＭｘ２ＭＹ２Ｍ２　を駆動する。このためス
タイラス２は速度ｖＴと速度ｖＮとをベクトル的に加算
した合成速度Ｖでもって移動させられ、かつ、補正変位
量ε、が基準変位量ε。

と等しくなるような制御を行ないつつ、トレーサヘッド
１が倣い送りされる。

このように摩擦に起因する摩擦ベクトルεの影響を除い
た補正変位量ε８を基に、垂直方向速度ｖＮひいては倣
い方向速度ｖＴを求めているので、合成速度■は、摩擦
のない理想状態におけるそれと同じになり、スタイラス
２がモデル３から離れたり、逆に喰い込むことはない。

〈発明の効果〉 以上実施例とともに具体的に説明したように本発明によ
れば、検出変位量から摩擦による影響を除いて補正変位
量を求め、この補正変位量を基に垂直方向速度の方向及
び大きさ並びに倣い方向速度の方向を決めているため、
１１ スタイラスの合成速度の方向は、摩擦の無い理想状態の
ときと同じになる。かくてスタイラスの離れや喰い込み
が生しることなく正確な倣いが実行できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロック図、第２図は本
発明におけるスタイラスまわりの作用状態を示すベクト
ル図、第３図は従来技術を示すブロック図、第４図は従
来技術におけるスタイラスまわりの作用状態を示すベク
トル図である。 図　面　中、 １はトレーサヘッド為 ２はスタイラス、 ２ａはスタイラス球、 ４はスケール、 ５は機械位置検出器、 ６は変位量検出器、 ７は倣い条件設定器、 １０は送り制御器、 １２ ２１はモデルデジタイズ器、 ２２は記憶器、 ２３はモデル傾斜演算器、 ２４は摩擦補正器、 ２５は垂直方向速度演算器、 ２６は倣い方向速度演算器、 Ｍｘ、ＭＹ、Ｍ２はモータである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 トレーサヘッドに対しスタイラスが三次元の各方向に移
   動できるように取り付けられた前記トレーサヘッドを、
   モータの駆動により移動させてモデルを倣わせる倣い制
   御装置であって、スタイラスの変位量とトレーサヘッド
   の位置からスタイラスの位置を求めるとともに、スタイ
   ラスの位置を時間微分することにより、スタイラスが接
   しているモデルの傾斜を演算する手段と、 スタイラスの変位量とモデルの傾斜から、スタイラスと
   モデルとの摩擦による作用がない状態下でのスタイラス
   の変位量を求める手段と、求めたスタイラスの変位量と
   あらかじめ設定した基準変位量との差から垂直方向速度
   を求めるとともに、求めた垂直方向速度と直交する方向
   を倣い方向速度の方向と定め、垂直方向速度と倣い方向
   速度との合成速度でもってトレーサヘッドを動かすよう
   モータ駆動する手段と、を備えたことを特徴とする倣い
   制御装置。