JPS6031619B2 - Copying control device for copying machine tools - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は倣い工作機械における倣い制御装置に関するも
ので、モデルの三次元形状を検出するトレーサヘッドに
おいて、フィーラとモデルとの接触によって生じる摩擦
の影響を倣い制御回路上にて補正することにより、倣い
精度の向上を図ると共に三次元測定機等で自動倣い機能
（スキャン機能）を用いて三次元形状測定を行う場合に
も、自動倣い機能の精度向上を図り、更に三次元形状測
定精度、そのものの向上を可能ならしめたものである。Detailed Description of the Invention The present invention relates to a copying control device for a copying machine tool.In a tracer head that detects the three-dimensional shape of a model, the influence of friction caused by contact between a feeler and a model is controlled on a copying control circuit. In addition, when performing three-dimensional shape measurement using the automatic scanning function (scan function) on a coordinate measuring machine, the accuracy of the automatic scanning function is improved, and the three-dimensional This makes it possible to improve the accuracy of measuring the original shape.

倣い工作機械の従来技術を倣いフライス盤を例にとつて
説明すると、次の通りである。木型、石こう型などをモ
デルとして、この表面をスタィラスが移動することによ
り、工具に同じ動きを与えてモデルと同じ形状を被削材
（型材）上に再現する加工法が倣い加工と呼ばれている
ものである。The conventional technology for copying machine tools will be explained using a copying milling machine as an example. Copying is a machining method that uses a wooden mold, plaster mold, etc. as a model, and by moving the stylus over this surface, gives the same movement to the tool and reproduces the same shape as the model on the workpiece (shape material). It is something that

現在多用されている電気式倣いフライス盤に於ては、第
１図に示す如くスタィラス１がモデル２に接したときの
スタィラスの三次元変位を検出して、モデル表面の接線
方向に送りがかけられ倣い動作が行なわれる。この第１
図のｘｙ面内に於ける輪郭倣いの場合、トレーサヘッド
で検出された変位から、その大きさを表わす変位ごを合
成演算したのち、基準変位ご０を引算して偏差信号（ご
ーご０）を作る。この偏差信号（ごーご０）から、スタ
ィラス変位方向に対して直角方向に送り速度成分ＶＴを
発生させる。スタィラス変位方向がモデル表面の法線方
向に一致している理想的な場合には、送り速度成分ＶＴ
はモデル表面の接線方向に一致していることになる。し
かし実際には、スタィラスとモデル表面との接触部にて
生じる摩擦抵抗により、スタィラス変位方向はモデル表
面の法線方向と一致しておらず、このため送り速度成分
ＶＴで送られると、スタイラスは喰込むかまたは離れる
かして、正常な倣い動作を行なうことができない。この
ため第２図に示す如く補正速度成分ＶＮをスタィラス変
位方向に偏差信号に比例して発生させて、Ｖ丁とＶＮと
の合成速度がモデル表面の接線方向になるように制御さ
れる。一方、トレーサヘッドで検出された変位から、割
出回路で変位方向とＸ座標軸との成す角度ａの関数ｓｉ
ｎ８、ｃｏｓａを演算し、これによってＶＴ、ＶＮを分
配整流回路によってＸ鞠及び軸に分配して、×軸及びＹ
軸のモータの送り指令として速度制御ユニットへ送られ
、倣い動作が行なわれる。上述の如く、従釆技術ではモ
デルの材質や表面性状が異なると、当然のことながらス
タィラスとモデル表面間で生じる摩擦による誤差変位も
異なり、割出角度８の算出に誤差を伴なし、倣い精度が
低下する。As shown in Figure 1, in the electric profile milling machines that are currently widely used, the three-dimensional displacement of the stylus 1 when it comes into contact with the model 2 is detected, and feed is applied in the tangential direction of the model surface. A copying motion is performed. This first
In the case of contour tracing in the xy plane shown in the figure, after performing a composite calculation on each displacement representing the magnitude of the displacement detected by the tracer head, a deviation signal (gogogogogogo) is obtained by subtracting 0 from each reference displacement. 0). From this deviation signal (gogo 0), a feed rate component VT is generated in a direction perpendicular to the stylus displacement direction. In the ideal case where the stylus displacement direction coincides with the normal direction of the model surface, the feed rate component VT
corresponds to the tangential direction of the model surface. However, in reality, the stylus displacement direction does not coincide with the normal direction of the model surface due to the frictional resistance generated at the contact between the stylus and the model surface. Therefore, when the stylus is fed at the feed rate component VT, the stylus It bites in or separates, making it impossible to perform normal copying operations. For this reason, as shown in FIG. 2, a correction velocity component VN is generated in the stylus displacement direction in proportion to the deviation signal, and control is performed such that the combined velocity of the V blade and VN is in the tangential direction of the model surface. On the other hand, from the displacement detected by the tracer head, the indexing circuit calculates the function si of the angle a formed between the displacement direction and the X coordinate axis.
n8, cosa are calculated, and VT, VN are distributed to the X axis and the axis by the distribution rectifier circuit, and the
This is sent to the speed control unit as a feed command for the shaft motor, and a copying operation is performed. As mentioned above, in the follow-up technology, if the material and surface texture of the model differ, the error displacement due to the friction generated between the stylus and the model surface will naturally also differ, resulting in an error in the calculation of the index angle 8, and the scanning accuracy decreases.

偏差信号（ｚ−ご０）が生じてから、この量に比例した
補正速度成分ＶＮを発生させる。いわゆるフィードバッ
ク制御であり、しかも割出角度０の検出も正確でないた
め、倣い精度向上のネックとなっている。又割出角度の
検出が正確でないため、補正速度成分ＶＮのゲイン（感
度）をあまり大きくすることができず、倣い速度が制約
される。以上の現用されている制御方式に於ては、スタ
ィラス変位ごと基準変位ご０との偏差信号（ごーご０）
が生じて初めて、速度成分の補正が行なわれており、し
かも割出回路で算出される角度のまスタィラスがモデル
表面の法線方向に理想的に一致しているものと仮定した
ときの×軸に対する傾きであり、この割出回路には摩擦
抵抗等による検出誤差に対する考慮が為されていないの
が実情である。After the deviation signal (z-0) is generated, a correction speed component VN proportional to this amount is generated. This is so-called feedback control, and the detection of index angle 0 is not accurate either, which is a bottleneck in improving tracing accuracy. Furthermore, since the detection of the index angle is not accurate, the gain (sensitivity) of the corrected velocity component VN cannot be made very large, and the scanning velocity is restricted. In the above currently used control method, the deviation signal (gogo 0) for each stylus displacement from the reference displacement 0
When the velocity component is corrected, and the angle calculated by the indexing circuit is assumed to ideally coincide with the normal direction of the model surface, the The actual situation is that this indexing circuit does not take into account detection errors due to frictional resistance and the like.

本発明は、従来の装置の上記の欠点に鑑み、之れを改良
したもので、スタィラスとモデル表面との接触部にて生
じる摩擦抵抗を考慮して、摩擦抵抗によるスタィラス変
位分を差し引いて真の傾き角０を割出回路にて演算し、
この結果に基いて倣い動作を行ない倣い精度を向上させ
るもので、まず輪郭倣いに於ける摩擦の影響について考
察すると、第４図に於て、スタィラス１とモデル２の表
面との接触部にて生じる摩擦抵抗により、スタィラス変
位方向はモデル表面の法線方向に対し、摩擦角入だけ傾
いていると考えられる。In view of the above-mentioned drawbacks of the conventional device, the present invention is an improvement on the above, and takes into consideration the frictional resistance that occurs at the contact area between the stylus and the model surface, and calculates the true value by subtracting the displacement of the stylus due to the frictional resistance. Calculate the inclination angle 0 using an indexing circuit,
Based on this result, the scanning operation is performed to improve the scanning accuracy. First, considering the influence of friction in contour scanning, in Figure 4, at the contact point between the stylus 1 and the surface of the model 2, Due to the frictional resistance generated, the stylus displacement direction is considered to be inclined by the angle of friction with respect to the normal direction of the model surface.

即ち、×、Ｙ軸方向のスタィラス変位成分ごｘ ご は
次式のようになる。That is, the stylus displacement component x in the x and Y axis directions is expressed as follows.

そのため、従来の倣い制御回路（第２図）では、割出回
路で求められる角度は実際には（８十＾）であり、分配
回路に送られる割出し信号は次式で与えられることにな
る。Therefore, in the conventional scanning control circuit (Fig. 2), the angle determined by the indexing circuit is actually (80^), and the indexing signal sent to the distribution circuit is given by the following equation. .

即ち、割出角度は摩擦角入を含んだ（０十＾）で制御し
ていることになり、それだけ倣い精度が低下することに
なる。In other words, the indexing angle is controlled at (01^) including the friction angle, and the tracing accuracy is reduced accordingly.

本発明は、■式で求められる角度（８十入）から摩擦角
入を差し引いて、真の割出角度８を求める方法を提示す
るもので、第３図に示すように、従来の割出回路の後に
割出角度補正回路を付加して、（８十＾）からの真の割
出角度８を求めようとするものである。The present invention proposes a method for finding the true index angle 8 by subtracting the friction angle from the angle (80) obtained by formula (2).As shown in FIG. An index angle correction circuit is added after the circuit to obtain the true index angle 8 from (80^).

その補正回路の演算式は次式に基づいている。The calculation formula of the correction circuit is based on the following formula.

上式のｃｏｓ（８十＾）、ｓｉｎ（８十入）は割出回路
からの出力であり、入は摩擦角である。よって、スタィ
ラスとモデル表面との摩擦係数、更には係数から計数さ
れる摩擦角＾が既知であれば、‘３｝式により容易に真
の割出角度８を求めることが可能となる。上記〔３｝式
の意味するところは、スタィラスとモデルとの間で発生
する摩擦角入の誤差を含んだ角度成分Ｘｉｎ（０十＾）
、ｃｏｓ（８十入）から、真の角度成分ｓｉｎｏ、ｃｏ
ｓ８を求める演算式を表している。In the above equation, cos (80^) and sin (80 input) are the outputs from the indexing circuit, and input is the friction angle. Therefore, if the friction coefficient between the stylus and the model surface and the friction angle ^ calculated from the coefficient are known, the true indexing angle 8 can be easily determined using equation '3'. The meaning of the above formula [3} is that the angle component Xin (00^) that includes the friction angle error that occurs between the stylus and the model
, cos (80 pieces), the true angle components sino, co
It represents an arithmetic expression for calculating s8.

上記‘３１式は、三角公式を用いて次のように導くこと
ができる。The above equation '31 can be derived as follows using trigonometric formulas.

乳ｎ８−Ｓｉｎ（８十＾）＝本瓜（ａ＋会）‐Ｓｉｎ（
−う）：−柵（今）‐ＣＯＳ（８十を） ＝−公ｉｎ（今）・■Ｓ｛（８十入）−会｝＝−本ｉｎ
今‐｛■Ｓ（ａ＋入）‐■Ｓう）十Ｓｉｎ（８十入）‐
Ｓｉｎ会｝−・‐Ｓｉｎ８＝Ｓｉｎ（川入）−本ｉｎ会
｛ＣＯＳ（８十＾）‐ＣＯＳ今十Ｓｉｎ（８十＾〉‐Ｓ
ｉｎ会｝ が得られる。Breast n8-Sin (80＾)=Honmelon (a+kai)-Sin(
- U): - Fence (now) - COS (80) = - Public in (now), ■S {(80 entered) - meeting} = - Hon in
Now-{■S (a+ in)-■Su) 10 Sin (80 in)-
Sin-kai}-・-Sin8=Sin (Kawairi)-Main in-kai {COS(80＾)-COS Imajyo Sin(80＾>-S
In-meeting} is obtained.

同様にして、ｃｏｓａも導くことができる。即ち、‘３
１式で＾／２は摩擦角でモデル材質により一義的に決ま
る定数で、ｃｏｓ（０十＾）ｓｉｎ（０十＾）は従来の
倣い制御装置で得られる電気信号であり、これら入力値
から、真の割出し角度０が求められることになる。第５
図は上記糊式の演算を行わせるための割出角度補正回路
の一例を示すもので、上記｛３ー式の演算をより簡単化
するため、Ｓｉｎ今＝ａ、ｍＳ会＝ｂ ■ とおいて、 なる演算を行なって、ｓｉｎ８、ｃｏｓ８を算出するよ
うに設計したものである。Similarly, cosa can also be derived. That is, '3
In equation 1, ^/2 is the friction angle, which is a constant uniquely determined by the model material, and cos (00^) sin (00^) is the electric signal obtained by the conventional copying control device, and from these input values , the true indexing angle 0 is found. Fifth
The figure shows an example of an indexing angle correction circuit for calculating the above-mentioned glue formula. , is designed to calculate sin8 and cos8 by performing the following calculations.

第５図の補正回路を第３図の割出回路に付加することに
より、分配整流回路にて、合≦ヱー÷Ｓ」舞子ごべ；静
チミ軍勢）｝■の演算が実行され、高精度の倣い動作を
行なうことが可能となる。By adding the correction circuit shown in Figure 5 to the indexing circuit shown in Figure 3, the distribution rectifier circuit executes the calculation of sum ≦ ヱ ÷ S 〈Maikogobe; It becomes possible to perform accurate copying operations.

第５図に於て、摩擦角入の設定は図中のＲ，，Ｒ２，Ｒ
５，Ｒ６のポテンショメータにより調整される。実際の
倣い工作機械に於ては、第３図に示す如く操作盤等に設
けられた摩擦角設定ダイヤルにより、モデル材質や表面
性状に応じて、外部から任意に摩擦角（もしくは摩擦係
数）を設定できるようにすることも可能である。倣い工
作機械そのものに、摩擦係数測定機能を持たせることも
可能である。In Figure 5, the friction angle settings are R, , R2, and R in the diagram.
It is adjusted by potentiometers 5 and R6. In an actual copying machine tool, as shown in Figure 3, the friction angle (or friction coefficient) can be set arbitrarily from the outside using a friction angle setting dial provided on the operation panel, etc., depending on the model material and surface texture. It is also possible to make it configurable. It is also possible to equip the copying machine tool itself with a friction coefficient measurement function.

即ち、第６図に示すように、Ｘ軸（もしくはＹ軸）に平
行なモデル表面をスタィラスが移動するように送りをか
ける。スタイラスとモデル間に摩擦抵抗がない場合には
、スタィラスは法線方向のみの変位△Ｙを検出する。と
ころが、実際には摩擦抵抗による変位−△Ｘｆを生じる
。摩擦力Ｆｘは Ｆｘ＝仏ｋご…・・・の ム、摩擦係数 ｋ、バネ定数 ご・スタイラス変位量 で表わされ、その結果、摩擦力による×方向変位は△Ｘ
ｆ＝事＝仏ご……【８１ となる。That is, as shown in FIG. 6, the stylus is fed so that it moves along the model surface parallel to the X-axis (or Y-axis). If there is no frictional resistance between the stylus and the model, the stylus detects displacement ΔY only in the normal direction. However, in reality, a displacement -ΔXf occurs due to frictional resistance. Frictional force Fx is expressed as Fx=Fx, friction coefficient k, spring constant, and stylus displacement, and as a result, displacement in the × direction due to frictional force is △X
f=Thing=Buddha...[81]

よつてムニ△幻ノご・・…・脚 となり、Ｘ方向変位をスタィラスＹ方向倒れ量ごで割っ
たものが摩擦係数となり、■式の演算結果をメータ表示
させることにより、実際に使用するスタイラルとモデル
間の摩擦係数を実測することが可能となる。Yotsute muni△phantom...legs, and the coefficient of friction is the displacement in the X direction divided by the amount of inclination of the stylus in the Y direction. It becomes possible to actually measure the friction coefficient between the model and the model.

この実測値に基づいて、り＝ｔａｎ＾の関係から摩擦角
（もしくは摩擦係数）を設定してやることにより、高精
度倣いが実現しうる。Highly accurate copying can be achieved by setting the friction angle (or friction coefficient) from the relationship ri=tan^ based on this measured value.

以上説明したように、本発明はトレーサヘッドで検出し
たスタィラス変位と基準変位との偏差信号を求め、スタ
ィラス変位方向と直角方向の送り速度成分及び上記偏差
信号に比例した補正速度成分を発生させる回路と、上記
スタィラス変位から変位方向と移動軸とのなす角度ａを
求め、この角度から関数ｃｏｓ８、ｓｉｎ８を演算する
割出回路と、上記両回路からの出力を受けて×軸及びＹ
軸方向の送り速度を演算する分配整流回路とを有する倣
い工作機械において、上記割出回路と分配整流回路との
間にスタィラスとモデルとの間で発生する摩擦角＾の誤
差を含んだ角度成分Ｘｉｎ（８十入）、ｃｏｓ（８十入
）からの真の角度成分ｓｉｎ８、ｃｏｓｏを電気的に演
算する割出角度補正回路を設けたから、モデルの材質、
表面性状に応じて摩擦による影響をキャンセルできると
共に摩擦角（もしくは摩擦係数）を予め設定することが
でき、従来のフィードバック制御の他に、フィード制御
機能を持たせることができ、倣い精度が著しく向上する
。As explained above, the present invention provides a circuit that obtains a deviation signal between the stylus displacement detected by a tracer head and a reference displacement, and generates a feed speed component in a direction perpendicular to the stylus displacement direction and a correction speed component proportional to the deviation signal. and an indexing circuit that calculates the angle a between the displacement direction and the movement axis from the stylus displacement and calculates the functions cos8 and sin8 from this angle, and receives the outputs from both circuits and calculates the
In a copying machine tool that has a distribution rectification circuit that calculates the feed rate in the axial direction, an angular component that includes an error in the friction angle ^ that occurs between the stylus and the model between the indexing circuit and the distribution rectification circuit. Since we have installed an indexing angle correction circuit that electrically calculates the true angle components sin8 and coso from Xin (80 inputs) and cos (80 inputs), the material of the model,
The effect of friction can be canceled according to the surface texture, and the friction angle (or friction coefficient) can be set in advance.In addition to conventional feedback control, it can also be equipped with a feed control function, which significantly improves tracing accuracy. do.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は倣いフライス盤による輪郭倣いのスタィラスと
モデルとの関係を示す説明図、第２図は従来の倣い制御
回路のブロック線図、第３図は本発明に係る倣い制御回
路のブロック線図、第４図は輪郭倣いに於ける摩擦の影
響についての説明図、第５図は本発明に係る倣い制御装
置の回路図であり、第６図はスタイラスとモデルとの関
係を示す説明図である。 １……スタイラス、２……モデル。 第１図 第３図 第４図 第２図 第５図 第６図Fig. 1 is an explanatory diagram showing the relationship between the stylus and model for contour profiling by a copy milling machine, Fig. 2 is a block diagram of a conventional profiling control circuit, and Fig. 3 is a block diagram of a profiling control circuit according to the present invention. , FIG. 4 is an explanatory diagram of the influence of friction in contour tracing, FIG. 5 is a circuit diagram of the tracing control device according to the present invention, and FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between the stylus and the model. be. 1...Stylus, 2...Model. Figure 1 Figure 3 Figure 4 Figure 2 Figure 5 Figure 6

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] １ トレーサヘツドで検出したスタイラス変位と基準変
位との偏差信号を求め、スタイラス変位方向と直角方向
の送り速度成分及び上記偏差信号に比例した補正速度成
分を発生させる回路と、上記スタイラス変位から変位方
向と移動軸とのなす角度θを求め、この角度から関数ｃ
ｏｓθ、ｓｉｎθを演算する割出回路と、上記両回路か
らの出力を受けてＸ軸及びＹ軸方向の送り速度を演算す
る分配整流回路とを有する倣い工作機械において、上記
割出回路と分配整流回路との間にスタイラスとモデルと
の間で発生する摩擦角λの誤差を含んだ角度成分ｓｉｎ
（θ＋λ）、ｃｏｓ（θ＋λ）から真の角度成分ｓｉｎ
θ、ｃｏｓθを電気的に演算する割出角度補正回路を設
けたことを特徴とする倣い工作機械における倣い制御装
置。1. A circuit that obtains a deviation signal between the stylus displacement detected by the tracer head and a reference displacement, and generates a feed speed component in a direction perpendicular to the stylus displacement direction and a correction speed component proportional to the deviation signal, and Find the angle θ between and the movement axis, and from this angle, calculate the function c
In a copying machine tool that has an indexing circuit that calculates osθ and sinθ, and a distribution rectification circuit that receives outputs from both of the circuits and calculates feed rates in the X-axis and Y-axis directions, the above-mentioned indexing circuit and distribution rectification are provided. An angular component sin that includes the error of the friction angle λ that occurs between the stylus and the model between the circuit and the model.
(θ+λ), cos(θ+λ) to true angle component sin
A copying control device for a copying machine tool, characterized in that it is provided with an index angle correction circuit that electrically calculates θ and cos θ.