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JPS6365470B2 - - Google Patents
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JPS6365470B2 - - Google Patents

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JPS6365470B2
JPS6365470B2 JP13295084A JP13295084A JPS6365470B2 JP S6365470 B2 JPS6365470 B2 JP S6365470B2 JP 13295084 A JP13295084 A JP 13295084A JP 13295084 A JP13295084 A JP 13295084A JP S6365470 B2 JPS6365470 B2 JP S6365470B2
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JP
Japan
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stylus
displacement
comparison voltage
jumping
signal
Prior art date
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JP13295084A
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JPS6114839A (en
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, 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
    • B23Q35/00Control systems or devices for copying directly from a pattern or a master model; Devices for use in copying manually
    • B23Q35/04Control 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
    • B23Q35/08Means for transforming movement of the feeler or the like into feed movement of tool or work
    • B23Q35/12Means for transforming movement of the feeler or the like into feed movement of tool or work involving electrical means
    • B23Q35/121Means for transforming movement of the feeler or the like into feed movement of tool or work involving electrical means using mechanical sensing
    • B23Q35/123Means for transforming movement of the feeler or the like into feed movement of tool or work involving electrical means using mechanical sensing the feeler varying the impedance in a circuit

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Machine Tool Copy Controls (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、倣い装置に関し、対象物をスタイラ
スがジヤンピングせずに正しく倣えたかどうかを
判定することができるように改良したものであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a copying device and is improved so that it can be determined whether or not a stylus has correctly copied an object without jumping.

従来の倣い装置は第1図に示すようにトレーサ
ヘツド2からスタイラス3を対象物1に向けて付
勢し、トレーサヘツド2の移動に伴つてスタイラ
ス3を対象物に倣わせるようにしたものである。
ところが、対象物1の形状が急変する箇所、例え
ば段部において、トレーサヘツド2の移動速度が
速い場合には、スタイラス3が対象物1の表面形
状に追従することができず、対象物1の表面から
遊離する現象が起こつていた。
As shown in FIG. 1, a conventional copying device biases a stylus 3 from a tracer head 2 toward an object 1, and causes the stylus 3 to follow the object as the tracer head 2 moves. It is.
However, if the movement speed of the tracer head 2 is fast at a place where the shape of the object 1 suddenly changes, for example at a step, the stylus 3 cannot follow the surface shape of the object 1, and the shape of the object 1 changes rapidly. A phenomenon of release from the surface occurred.

斯かるジヤンピング現象が起こつた場合にはス
タイラス3が対象物1の表面を倣わなかつたこと
になるから、トレーサヘツド2の移動速度を減速
して倣いを再度実行しなければならないが、果た
してジヤンピング現象が起きたかどうかを判定す
る方法が従来なかつたのである。
If such a jumping phenomenon occurs, it means that the stylus 3 has not traced the surface of the object 1, so the moving speed of the tracer head 2 must be slowed down and the tracing must be performed again. Until now, there was no way to determine whether a phenomenon had occurred.

本発明は、上記従来技術の不具合点に鑑み、ス
タイラスの変位信号に基づいて電気的に処理する
ことにより、ジヤンピング現象が起きたかどうか
を判定することのできる倣い装置を提供すること
を目的とする。斯かる目的を達成する本発明の構
成は対象物表面にスタイラスを付勢させて変位さ
せると共にスタイラスの変位を検出する一方、ス
タイラスが対象物から遊離する際、上記スタイラ
スの変位信号に基づいて、ジヤンピング検出信号
を発生する倣い装置において、スタイラスの三次
元変位信号εx,εy,εzを合成して変位信号ε(=
x 2y 2z 2)を出力する変位合成器と、変位
信号εを微分して微分値d2ε/dt2を出力する変位微分 器と、付勢された前記スタイラスに生じ得る最大
加速度αmaxに対応する比較電圧VCを発生する比
較電圧発生器と、比較電圧VCと微分値d2ε/dt2を比 較してd2ε/dt2=VCのときジヤンピング検出信号を 発生する比較器とを具えることを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned drawbacks of the prior art, it is an object of the present invention to provide a copying device that can determine whether or not a jumping phenomenon has occurred by electrically processing a stylus displacement signal. . The configuration of the present invention to achieve such an object is to bias the stylus against the surface of the object to displace it and detect the displacement of the stylus, and when the stylus is released from the object, based on the stylus displacement signal, In a copying device that generates a jumping detection signal, the three-dimensional displacement signals ε x , ε y , ε z of the stylus are synthesized to generate a displacement signal ε (=
x 2 + y 2 + z 2 A comparison voltage generator generates a comparison voltage V C corresponding to the maximum acceleration αmax, and a jumping detection signal is generated by comparing the comparison voltage V C and the differential value d 2 ε/dt 2 and when d 2 ε/dt 2 = V C and a comparator that generates.

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明
する。尚、前述した従来技術と同一部分には同一
番号を付して説明を省略する。
Hereinafter, the present invention will be specifically explained based on Examples. Incidentally, the same parts as those in the prior art described above are given the same numbers and the description thereof will be omitted.

第2図及び第3図に本発明の一実施例を示す。
同図に示すように本実施例では、相互に直交する
3方向をX,Y,Zとし、このうち、スタイラス
3の付勢される方向をZとした。即ち、スタイラ
ス3のX,Y,Z方向に対する変位x,y,zは
各々変位検出器4,5,6にて検出され、各々こ
れに比例する3次元変位信号εx,εy,εzとして変
位合成器7に出力される。変位合成器7は、3次
元変位信号εx,εy,εzを各々二乗して加えた後、
更に平方に開いて変位信号ε(=√x 2y 2z 2
を演算する。この変位信号εは変位微分器8、比
較電圧発生器9にそれぞれ出力される。変位微分
器8において、変位信号εは2回微分され、微分
値d2ε/dt2が演算される。一方比較電圧発生器9にお いては、変位信号εに比例する比較電圧VCが演
算される。変位信号εと比較電圧VCとの比例定
数は、比較電圧VCが前記スタイラス3に生じ得
る最大加速度αnaxに対応して定められている。こ
れは後述するように付勢されたスタイラス3の加
速度αが最大加速度αnaxと等しい時に、ジヤンピ
ング現象が起こることによるためである。これら
微分値d2ε/dt2及び比較電圧VCは各々比較器10に 出力される。比較器10においては、これら微分
値d2ε/dt2と比較電圧VCとが比較され、微分値d2ε/d
t2 と比較電圧VCとが等しい時にジヤンピング検出
信号Aが出力される。このようにジヤンピング検
出信号Aが出力されると、ジヤンピング現象が起
こつたことが客観的に認識される。
An embodiment of the present invention is shown in FIGS. 2 and 3.
As shown in the figure, in this embodiment, the three mutually orthogonal directions are defined as X, Y, and Z, and among these, the direction in which the stylus 3 is urged is defined as Z. That is, displacements x, y, and z of the stylus 3 in the X, Y, and Z directions are detected by displacement detectors 4, 5, and 6, respectively, and three-dimensional displacement signals ε x , ε y , and ε z proportional to the displacements are detected, respectively. It is output to the displacement synthesizer 7 as a displacement synthesizer 7. After the displacement synthesizer 7 squares the three-dimensional displacement signals ε x , ε y , and ε z and adds them,
Furthermore, the displacement signal ε (=√ x 2 + y 2 + z 2 ) is divided into squares.
Calculate. This displacement signal ε is output to a displacement differentiator 8 and a comparison voltage generator 9, respectively. In the displacement differentiator 8, the displacement signal ε is differentiated twice, and a differential value d 2 ε/dt 2 is calculated. On the other hand, in the comparison voltage generator 9, a comparison voltage V C proportional to the displacement signal ε is calculated. The proportionality constant between the displacement signal ε and the comparison voltage V C is determined in correspondence with the maximum acceleration α nax that the comparison voltage V C can cause to the stylus 3 . This is because, as will be described later, a jumping phenomenon occurs when the acceleration α of the energized stylus 3 is equal to the maximum acceleration α nax . The differential value d 2 ε/dt 2 and the comparison voltage V C are each output to the comparator 10 . In the comparator 10, these differential values d 2 ε/dt 2 and the comparison voltage V C are compared, and the differential value d 2 ε/d
Jumping detection signal A is output when t 2 and comparison voltage V C are equal. When the jumping detection signal A is output in this way, it is objectively recognized that the jumping phenomenon has occurred.

上記構成を有する倣い装置は次の様に使用され
る。まず、第3図イに示すように、スタイラス3
が対象物に接触せず空中にフリーの状態では、Z
方向に対する変位z=0、つまり変位信号εz=0
となるように初期設定され、そして同図ロに示す
ように倣い動作中においては、Z方向に対するz
が予め設定した目標変位z0、つまりεz=ε0となる
ように倣い制御がなされる。このとき、x方向及
びy方向に対する変位x,yは零であるので、検
出器4,5から出力される変位信号εx,εyはいず
れも零である。従つて、変位合成器7により合成
される変位信号εは、(イ),(ロ)の場合について、次
の様になる。
The copying device having the above configuration is used as follows. First, as shown in Figure 3A, stylus 3
When is free in the air without contacting the object, Z
Displacement in direction z = 0, that is, displacement signal ε z = 0
During the copying operation, as shown in FIG.
The tracing control is performed so that the displacement becomes a preset target displacement z 0 , that is, ε z0 . At this time, since the displacements x and y in the x and y directions are zero, the displacement signals ε x and ε y output from the detectors 4 and 5 are both zero. Therefore, the displacement signal ε synthesized by the displacement synthesizer 7 is as follows for cases (a) and (b).

(イ)の場合、 ε=√x 2y 2z 2=√02+02+02=0 (ロ)の場合、 ε=√x 2y 2z 2=√02+020 2=ε0 また、トレーサヘツド2内のバネによりスタイ
ラス3が対象物1に対し付勢される力Fは、(イ),
(ロ)の場合について次の様になる。
In case (a), ε=√ x 2 + y 2 + z 2 =√0 2 +0 2 +0 2 =0 In case (b), ε=√ x 2 + y 2 + z 2 =√0 2 +0 2 + 0 2 = ε 0 Also, the force F by which the stylus 3 is urged against the object 1 by the spring in the tracer head 2 is (a),
In case (b), the situation is as follows.

(イ)の場合、F=0 (ロ)の場合、F=F0 以上のことをまとめると第4図に示すように、
スタイラス3のZ方向に対する変位z及び変位量
εはスタイラス3を付勢する力Fに比例すること
が判る。ここで、スタイラス3が対象物1の表面
に沿つて追従可能な最大加速度αnaxについて考え
てみると、次の様に表わせる。
In the case of (a), F=0 In the case of (b), F=F 0 To summarize the above, as shown in Figure 4,
It can be seen that the displacement z and displacement amount ε of the stylus 3 in the Z direction are proportional to the force F that urges the stylus 3. Now, considering the maximum acceleration α nax that the stylus 3 can follow along the surface of the object 1, it can be expressed as follows.

αnax=−F/M=−K1・Z/M=−K2・ε/M…(1) 但し、 Mはスタイラスの質量、 K1はスタイラスを付勢するバネのバネ定数、 K2は比例定数である。 α nax = −F/M=−K 1・Z/M=−K 2・ε/M…(1) However, M is the mass of the stylus, K 1 is the spring constant of the spring that biases the stylus, K 2 is a proportionality constant.

上記(1)式の関係を表す第5図から明らかなよう
に、追従可能な最大加速度αnaxは変位信号εに比
例する値として演算できるものである。ジヤンピ
ング現象が起こる条件は、スタイラス3の変位z
が減少する際、その加速度αが上記最大加速度
αnaxに一致する、即ちα=αnaxとなることであ
る。スタイラス3の加速度αは、変位zと変位信
号εとの比例関係から下式の様に表わせる。
As is clear from FIG. 5 showing the relationship of equation (1) above, the maximum followable acceleration α nax can be calculated as a value proportional to the displacement signal ε. The condition for the jumping phenomenon is that the displacement z of the stylus 3
When decreases, the acceleration α matches the maximum acceleration α nax , that is, α=α nax . The acceleration α of the stylus 3 can be expressed as shown in the following equation from the proportional relationship between the displacement z and the displacement signal ε.

α=d2z/dt2=K3d2ε/dt2 …(2) 但し、K3は比例定数である。 α=d 2 z/dt 2 =K 3 d 2 ε/dt 2 (2) where K 3 is a proportionality constant.

従つて、ジヤンピング現象が起こる条件α=
αnaxは下式のように変形できる。
Therefore, the condition α=
α nax can be transformed as shown below.

α=αnax K3d2ε/dt2=−K2・ε/M …(3) d2ε/dt2=−K2/K3M・ε …(4) 微分値d2ε/dt2は変位微分器8にて求められる一 方、−K2/K3M・εは比較電圧発生器9にて、予め 記憶した定数K2,K3及びスタイラス3の質量M
並びに変位合成器7から入力された変位εに基づ
いて演算され比較電圧VCとして求められている。
これら微分値d2ε/dt2及び比較電圧VCは各々比較器 10において比較され、比較器10はこれら微分
値d2ε/dt2と比較電圧VCとが等しくなつた時、即ち 上記(4)式に示すジヤンピング現象が起こる条件を
満足する時にジヤンピング検出信号Aを出力す
る。ジヤンピング検出信号Aが出力されたら、正
常に倣いが行なわれなかつたことになるので、そ
の部分に対して速度を落して再度倣いを行う。
α=α nax K 3 d 2 ε/dt 2 = −K 2・ε/M …(3) d 2 ε/dt 2 =−K 2 /K 3 M・ε …(4) Differential value d 2 ε/ dt 2 is obtained by the displacement differentiator 8, while -K 2 /K 3 M·ε is obtained by the comparison voltage generator 9 using pre-stored constants K 2 and K 3 and the mass M of the stylus 3.
It is also calculated based on the displacement ε inputted from the displacement synthesizer 7 and obtained as the comparison voltage V C .
These differential values d 2 ε/dt 2 and the comparison voltage V C are compared in the comparator 10, and the comparator 10 detects when these differential values d 2 ε/dt 2 and the comparison voltage V C become equal, that is, the above-mentioned A jumping detection signal A is output when the conditions for the occurrence of the jumping phenomenon shown in equation (4) are satisfied. If the jumping detection signal A is output, it means that the copying has not been performed normally, so the speed is reduced and the copying is performed again for that part.

このように、本発明の倣い装置によればジヤン
ピング検出信号Aによりジヤンピング現象が起つ
たことが直ちに認識することができるので、倣い
が正常に行なわれたかどうかの判定が可能であ
り、またジヤンピングの発生限界が判ることとな
るので、倣い速度を可能な限り高めて、倣い時間
を短縮することができる。尚、本実施例では比較
電圧VCをスタイラス3の質量Mやスタイラスを
付勢するバネのバネ定数K1等に基づいて定めら
れているが、例えば、スタイラス3を付勢する手
段としてバネ以外の手段を用いる場合にはバネ定
数に相当する他の値に基づいて比較電圧VCを求
めても良く、いずれにしても比較電圧VCは付勢
されたスタイラスに生じ得る最大加速度αnaxに対
応した値であればよい。
As described above, according to the copying apparatus of the present invention, it is possible to immediately recognize that a jumping phenomenon has occurred based on the jumping detection signal A, so it is possible to determine whether copying has been performed normally, and also to detect jumping. Since the generation limit is known, the scanning speed can be increased as much as possible to shorten the scanning time. In this embodiment, the comparison voltage V C is determined based on the mass M of the stylus 3 and the spring constant K 1 of the spring that biases the stylus. When using the above means, the comparison voltage V C may be determined based on another value corresponding to the spring constant; in any case, the comparison voltage V C is determined based on the maximum acceleration α nax that can occur in the energized stylus. Any corresponding value is sufficient.

以上、実施例に基づいて具体的に説明したよう
に本発明によれば、ジヤンピング検出信号によ
り、対象物をスタイラスが正しく倣えたかどうか
を判定することができ、急激に形状が変化する対
象物を倣う場合に特に好適である。尚、本発明の
倣い装置は、型彫り機、スキヤニングマシン及び
三次元測定機等に応用可能である。
As described above in detail based on the embodiments, according to the present invention, it is possible to determine whether the stylus has correctly traced the object based on the jumping detection signal, and it is possible to detect objects whose shape changes rapidly. This is particularly suitable for copying. Note that the copying device of the present invention can be applied to a die-sinking machine, a scanning machine, a three-dimensional measuring machine, and the like.

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

第1図はスタイラスが対象物から遊離する様子
を示す説明図、第2図は本発明の一実施例の構成
を示すブロツク図、第3図イは初期設定の様子を
示す説明図、第3図ロは倣い動作中の様子を示す
説明図、第4図は変位及び変位信号に対するスタ
イラスに付勢される力の関係を示すグラフ、第5
図は変位信号に対する追従可能な最大加速度の関
係を示すグラフである。 図面中、1は対象物、2はトレーサヘツド、3
はスタイラス、4,5,6は位置検出器、7は変
位合成器、8は変位微分器、9は比較電圧発生
器、10は比較器、Aはジヤンピング信号であ
る。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing how the stylus is released from the object, FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention, FIG. Figure B is an explanatory diagram showing the state during the copying operation, Figure 4 is a graph showing the relationship between displacement and the force applied to the stylus with respect to the displacement signal, and Figure 5
The figure is a graph showing the relationship between the maximum acceleration that can be tracked and the displacement signal. In the drawing, 1 is the object, 2 is the tracer head, 3
is a stylus, 4, 5, and 6 are position detectors, 7 is a displacement synthesizer, 8 is a displacement differentiator, 9 is a comparison voltage generator, 10 is a comparator, and A is a jumping signal.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 対象物表面にスタイラスを付勢させて変位さ
せると共にスタイラスの変位を検出する一方、ス
タイラスが対象物から遊離する際、上記スタイラ
スの変位信号に基づいて、ジヤンピング検出信号
を発生する倣い装置において、スタイラスの三次
元変位信号εx,εy,εzを合成して変位信号ε(=
x 2y 2z 2)を出力する変位合成器と、変位
信号εを微分して微分値d2ε/dt2を出力する変位微分 器と、付勢された前記スタイラスに生じ得る最大
加速度αmaxに対応する比較電圧VCを発生する比
較電圧発生器と、比較電圧VCと微分値d2ε/dt2を比 較してd2ε/dt2=VCのときジヤンピング検出信号を 発生する比較器とを具えることを特徴とする倣い
装置。
[Scope of Claims] 1. The stylus is biased against the surface of the object to be displaced and the displacement of the stylus is detected, and when the stylus is released from the object, a jumping detection signal is generated based on the stylus displacement signal. In the copying device that generates the displacement signal ε ( =
x 2 + y 2 + z 2 A comparison voltage generator generates a comparison voltage V C corresponding to the maximum acceleration αmax, and a jumping detection signal is generated by comparing the comparison voltage V C and the differential value d 2 ε/dt 2 and when d 2 ε/dt 2 = V C A copying device comprising: a comparator that generates .
JP13295084A 1984-06-29 1984-06-29 Profiling device Granted JPS6114839A (en)

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