JP6820100B2 - Control method of shape measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、形状測定装置の制御方法に関する。 The present invention relates to a control method for a shape measuring device.
プローブにより測定対象物の表面を検出する形状測定装置が広く用いられている。プローブは、三次元的に移動可能なように三次元測定機に取り付けられている。さらに、プローブ自身にも回転軸を内蔵して可動プローブヘッドとしたものがある。
(以後、本明細書では、可動プローブヘッドを単にプローブヘッドと称することにする。)
A shape measuring device that detects the surface of an object to be measured by a probe is widely used. The probe is attached to the coordinate measuring machine so that it can move three-dimensionally. Further, there is a probe itself having a built-in rotation shaft as a movable probe head.
(Hereinafter, in this specification, the movable probe head is simply referred to as a probe head.)
プローブヘッド500の例を図1に示す(特許文献1:特許2873404号)。
図1に示されるように、プローブヘッド500は、ヘッド固定部501と、先端に測定チップ503を有するスタイラス502と、を有する。
プローブヘッド500は、ヘッド固定部501によって三次元測定機に取り付けられる。
ヘッド固定部501とスタイラス502との間には2つの回転機構510、520が設けられている。2つの回転機構としては、第1回転軸A1を回転軸とする第1回転機構部510と、第1回転軸A1に対して直交する第2回転軸A2を回転軸とする第2回転機構部520と、が設けられている。
An example of the probe head 500 is shown in FIG. 1 (Patent Document 1: Patent No. 2873404).
As shown in FIG. 1, the probe head 500 has a head fixing portion 501 and a stylus 502 having a measuring tip 503 at its tip.
The probe head 500 is attached to the coordinate measuring machine by the head fixing portion 501.
Two rotation mechanisms 510 and 520 are provided between the head fixing portion 501 and the stylus 502. The two rotation mechanisms include a first rotation mechanism unit 510 having the first rotation axis A1 as the rotation axis and a second rotation mechanism unit having the second rotation axis A2 orthogonal to the first rotation axis A1 as the rotation axis. 520 and are provided.
したがって、測定チップ503は、三次元測定機が有する3つの駆動軸(X軸、Y軸、Z軸)と、プローブヘッド500に内蔵された2つの回転軸A1、A2と、の合計5つの駆動軸によって移動できるようになっている。
形状測定装置が測定チップ503の位置を単なる3軸ではなく5軸で制御できることにより、複雑な形状のワークも高速に測定できる。
Therefore, the measuring chip 503 drives a total of five drives, that is, the three drive axes (X-axis, Y-axis, and Z-axis) of the coordinate measuring machine and the two rotation axes A1 and A2 built in the probe head 500. It can be moved by the axis.
Since the shape measuring device can control the position of the measuring tip 503 with five axes instead of just three axes, it is possible to measure a workpiece having a complicated shape at high speed.
測定チップ503が5つの駆動軸で移動できるので複雑なワークを高速に測定できるようにはなったが、新たな問題も生じてきた。
例えば、次の測定対象箇所に測定チップ503を移動させるにあたって、測定チップ503を第1点から第2点に移動させるときを考える(例えば図4を参照)。
形状測定装置は、目標点である第2点のポジション(x、y、z、α、β)が与えられれば、そのポジションまで測定チップ503を移動させることはできる。
ここで、αは第1回転機構部510の回転角(第1回転角)、βは第2回転機構部520の回転角(第2回転角)を表わすとする。つまり、測定チップ503が移動するというのは、三次元的な位置(X、Y、Z)の変化だけでなく、プローブヘッド500の姿勢(α、β)も変化することを意味する。
Since the measuring tip 503 can be moved by five drive shafts, it has become possible to measure a complicated workpiece at high speed, but a new problem has arisen.
For example, when moving the measurement chip 503 to the next measurement target location, consider moving the measurement chip 503 from the first point to the second point (see, for example, FIG. 4).
The shape measuring device can move the measuring chip 503 to the position (x, y, z, α, β) of the second point, which is the target point, to that position.
Here, α represents the rotation angle (first rotation angle) of the first rotation mechanism unit 510, and β represents the rotation angle (second rotation angle) of the second rotation mechanism unit 520. That is, the movement of the measurement chip 503 means that not only the three-dimensional position (X, Y, Z) changes but also the posture (α, β) of the probe head 500 changes.
三次元測定機200の駆動軸(X軸、Y軸、Z軸)とプローブヘッド500の駆動軸(第1回転軸A1、第2回転軸A2)とがあるところ、それぞれの駆動軸は駆動軸ごとの位置決めフィードバック制御で最適に駆動制御される。
そして、目標点(第2点)に到達する。
ただ、目標点(第2点)には到達できるが、その途中の経路で測定チップ503がどう動くかは不明であり、測定チップ503がどう動くかはやってみないとわからない。
Where there are drive axes (X-axis, Y-axis, Z-axis) of the three-dimensional measuring machine 200 and drive axes of the probe head 500 (first rotation axis A1, second rotation axis A2), each drive axis is a drive axis. Optimal drive control is achieved by positioning feedback control for each.
Then, the target point (second point) is reached.
However, although the target point (second point) can be reached, it is unclear how the measuring chip 503 moves along the route on the way, and it is not known until the measurement chip 503 moves.
移動途中でオペレータが予想した以上に測定チップ503が振れ回ったりすると、測定チップ503(あるいはスタイラス502)とワークとが干渉する可能性がある。すると、測定チップ503(あるいはスタイラス502)とワークとが破損するという事態になる。
オペレータとしては、プローブヘッド500の移動時にスタイラス502とワークとが干渉しないように気を配る必要があるが、測定チップ503の軌道が簡単には予測できない以上、大きく余裕を見るか、あるいは、何度か試行して慎重に確かめる他ない。
If the measuring tip 503 swings more than the operator expected during the movement, the measuring tip 503 (or stylus 502) and the work may interfere with each other. Then, the measuring tip 503 (or the stylus 502) and the work are damaged.
As an operator, it is necessary to be careful not to interfere with the stylus 502 and the work when the probe head 500 is moved, but since the trajectory of the measuring tip 503 cannot be easily predicted, there is a large margin or what. There is no choice but to try it several times and check carefully.
本発明の目的は、5軸制御可能な形状測定装置において、測定チップの移動経路が予測可能なようにする形状測定装置の制御方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a control method for a shape measuring device capable of predicting a movement path of a measuring chip in a shape measuring device capable of controlling five axes.
本発明の形状測定装置の制御方法は、
先端に測定チップを有するスタイラスと、第1回転軸の回りに回転駆動する第1駆動軸と、前記第1回転軸に直交する第2回転軸の回りに回転駆動する第2駆動軸と、を有し、前記スタイラスの姿勢を前記第1駆動軸および前記第2駆動軸の回転動作によって変化させるプローブヘッドと、
互いに直交する3つの並進軸として第3駆動軸、第4駆動軸および第5駆動軸を有し、前記プローブヘッドの位置を三次元的に変位させる三次元測定機と、を備え、
前記測定チップの位置は、前記第3から第5駆動軸の座標値(T3、T4、T5)によって与えられるとともに、前記プローブヘッドの姿勢は、前記第1駆動軸の第1回転角αおよび前記第2駆動軸の第2回転角βによって与えられる形状測定装置の制御方法であって、
現在ポジションHs(Ts3、Ts4、Ts5、αs、βs)からスタートして目標ポジションHe(Te3、Te4、Te5、αe、βe)に至る移動経路がオペレータにより設定され、
前記現在ポジションHs(Ts3、Ts4、Ts5、αs、βs)から前記目標ポジションHe(Te3、Te4、Te5、αe、βe)に至る前記移動経路において、制御周期ごとの補間点を前記第1から第5駆動軸ごとに求め、
前記第1回転軸と前記第2回転軸との交点を回転中心Qとするとき、前記第1および第2駆動軸の前記補間点(αi、βi)の値を加味した所定の変換式によって前記測定チップの前記補間点の座標値を前記回転中心Qの座標値に変換して制御用補間点Qiとし、
制御周期ごとに、前記第3から第5駆動軸は前記制御用補間点Qiに位置決め制御するとともに、前記第1および第2駆動軸は前記第1および第2駆動軸の前記補間点(αi、βi)に位置決め制御を行う
ことを特徴とする。
The control method of the shape measuring device of the present invention is
A stylus having a measuring chip at the tip, a first drive shaft that is rotationally driven around the first rotary shaft, and a second drive shaft that is rotationally driven around a second rotary shaft that is orthogonal to the first rotary shaft. A probe head that has and changes the posture of the stylus by the rotational movement of the first drive shaft and the second drive shaft.
A three-dimensional measuring machine having a third drive shaft, a fourth drive shaft, and a fifth drive shaft as three translational axes orthogonal to each other and three-dimensionally displacing the position of the probe head is provided.
The position of the measuring chip is given by the coordinate values (T3, T4, T5) of the third to fifth drive shafts, and the posture of the probe head is the first rotation angle α of the first drive shaft and the said. It is a control method of the shape measuring device given by the second rotation angle β of the second drive shaft.
The movement route starting from the current position Hs (Ts3, Ts4, Ts5, αs, βs) to the target position He (Te3, Te4, Te5, αe, βe) is set by the operator.
In the movement path from the current position Hs (Ts3, Ts4, Ts5, αs, βs) to the target position He (Te3, Te4, Te5, αe, βe), the interpolation points for each control cycle are set from the first to the first. Obtained for each of the 5 drive shafts
When the intersection of the first rotation axis and the second rotation axis is the rotation center Q, the above-mentioned is described by a predetermined conversion formula in which the values of the interpolation points (αi, βi) of the first and second drive axes are taken into consideration. The coordinate value of the intersection point of the measurement chip is converted into the coordinate value of the rotation center Q to obtain the control interpolation point Qi.
For each control cycle, the third to fifth drive shafts are positioned and controlled at the control interpolation point Qi, and the first and second drive shafts are the interpolation points (αi,) of the first and second drive shafts. It is characterized in that positioning control is performed on βi).
本発明では、
前記現在ポジションHs(Ts3、Ts4、Ts5、αs、βs)からスタートして前記目標ポジションHe(Te3、Te4、Te5、αe、βe)に至る前記移動経路は、直線状の移動経路として設定されている
ことが好ましい。
In the present invention
The movement path starting from the current position Hs (Ts3, Ts4, Ts5, αs, βs) and reaching the target position He (Te3, Te4, Te5, αe, βe) is set as a linear movement path. It is preferable to have.
本発明では、
前記現在ポジションHs(Ts3、Ts4、Ts5、αs、βs)からスタートして前記目標ポジションHe(Te3、Te4、Te5、αe、βe)に至る前記移動経路は、折れ曲がった直線状の移動経路として設定されている
ことが好ましい。
In the present invention
The movement path starting from the current position Hs (Ts3, Ts4, Ts5, αs, βs) to the target position He (Te3, Te4, Te5, αe, βe) is set as a bent linear movement path. It is preferable that it is.
本発明では、
前記現在ポジションHs(Ts3、Ts4、Ts5、αs、βs)からスタートして前記目標ポジションHe(Te3、Te4、Te5、αe、βe)に至る前記移動経路は、円弧状の移動経路として設定されている
ことが好ましい。
In the present invention
The movement path starting from the current position Hs (Ts3, Ts4, Ts5, αs, βs) and reaching the target position He (Te3, Te4, Te5, αe, βe) is set as an arc-shaped movement path. It is preferable to have.
本発明では、
現在ポジションHs(Ts3、Ts4、Ts5、αs、βs)からスタートして目標ポジションHe(Te3、Te4、Te5、αe、βe)に至る速度パターンを前記第1から第5駆動軸についてそれぞれ生成し、
前記第3から第5駆動軸についてそれぞれ生成された前記速度パターンについては、共通の加減速時間および共通の所要時間で同期するように前記第3から第5駆動軸のそれぞれについて共通化速度パターンを生成する
ことが好ましい。
In the present invention
Velocity patterns starting from the current position Hs (Ts3, Ts4, Ts5, αs, βs) and reaching the target position He (Te3, Te4, Te5, αe, βe) are generated for each of the first to fifth drive shafts.
For the speed patterns generated for the third to fifth drive shafts, a common speed pattern is set for each of the third to fifth drive shafts so as to synchronize with a common acceleration / deceleration time and a common required time. It is preferable to generate.
本発明では、
現在ポジションHs(Ts3、Ts4、Ts5、αs、βs)からスタートして目標ポジションHe(Te3、Te4、Te5、αe、βe)に至る速度パターンを前記第1から第5駆動軸についてそれぞれ生成し、
前記第1から第5駆動軸についてそれぞれ生成された前記速度パターンを共通の加減速時間および共通の所要時間で同期するように前記第1から第5駆動軸のそれぞれについて共通化速度パターンを生成する
ことが好ましい。
In the present invention
Velocity patterns starting from the current position Hs (Ts3, Ts4, Ts5, αs, βs) and reaching the target position He (Te3, Te4, Te5, αe, βe) are generated for each of the first to fifth drive shafts.
A common speed pattern is generated for each of the first to fifth drive shafts so that the speed patterns generated for each of the first to fifth drive shafts are synchronized with a common acceleration / deceleration time and a common required time. Is preferable.
本発明の実施形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
(第1実施形態)
図2は、形状測定システム100の全体構成を示す図である。
形状測定システム100の構成自体は既知のものであるが、簡単に説明しておく。
形状測定システム100は、三次元測定機200と、三次元測定機200の駆動を制御するモーションコントローラ300と、モーションコントローラ300を制御すると共に必要なデータ処理を実行するホストコンピュータ400と、を備える。
An embodiment of the present invention will be illustrated and described with reference to the reference numerals attached to each element in the drawing.
(First Embodiment)
FIG. 2 is a diagram showing the overall configuration of the shape measuring system 100.
Although the configuration itself of the shape measurement system 100 is known, it will be briefly described.
The shape measurement system 100 includes a three-dimensional measuring machine 200, a motion controller 300 that controls the driving of the three-dimensional measuring machine 200, and a host computer 400 that controls the motion controller 300 and executes necessary data processing.
三次元測定機200は、定盤210と、移動機構220と、プローブヘッド500と、を備える。 The coordinate measuring machine 200 includes a surface plate 210, a moving mechanism 220, and a probe head 500.
移動機構220は、定盤210上をY方向にスライド可能に設けられた門型のYスライダ231と、Yスライダ231のX方向のビームに沿ってスライドするXスライダ241と、Xスライダ241に固定されたZ軸コラム251と、Z軸コラム251内をZ方向に昇降するZスピンドル252と、を備える。 The moving mechanism 220 is fixed to a gate-shaped Y slider 231 provided so as to be slidable on the surface plate 210 in the Y direction, an X slider 241 that slides along the beam in the X direction of the Y slider 231 and an X slider 241. The Z-axis column 251 is provided, and the Z-spindle 252 that moves up and down in the Z-axis column 251 in the Z direction is provided.
Yスライダ231、Xスライダ241およびZスピンドル252には、それぞれ、駆動モータ(不図示)とエンコーダ(不図示)とが付設されている。
モーションコントローラ300からの駆動制御信号によって各駆動モータが駆動制御される。エンコーダは、Yスライダ231、Xスライダ241およびZスピンドル252それぞれの移動量を検出し、検出値をモーションコントローラ300に出力する。
Zスピンドル252の下端にプローブヘッド500が取り付けられている。
A drive motor (not shown) and an encoder (not shown) are attached to the Y slider 231 and the X slider 241 and the Z spindle 252, respectively.
Each drive motor is drive-controlled by a drive control signal from the motion controller 300. The encoder detects the movement amount of each of the Y slider 231 and the X slider 241 and the Z spindle 252, and outputs the detected value to the motion controller 300.
A probe head 500 is attached to the lower end of the Z spindle 252.
以下の説明において、Yスライダ231を駆動させる駆動機構をY駆動軸230と称し、Xスライダ241を駆動させる駆動機構をX駆動軸240と称し、Zスピンドル252を駆動させる駆動させる駆動機構をZ駆動軸250と称することにする。
ここでいう駆動機構とは、例えば、ボールネジとモータの組み合わせなどを意味する。
In the following description, the drive mechanism for driving the Y slider 231 is referred to as the Y drive shaft 230, the drive mechanism for driving the X slider 241 is referred to as the X drive shaft 240, and the drive mechanism for driving the Z spindle 252 is referred to as Z drive. It will be referred to as the shaft 250.
The drive mechanism referred to here means, for example, a combination of a ball screw and a motor.
図3にプローブヘッド500の断面図を示す。
プローブヘッド500は、ヘッド固定部501と、第1回転機構部510と、第2回転機構部520と、先端に測定チップ503を有するスタイラス502と、を有する。
FIG. 3 shows a cross-sectional view of the probe head 500.
The probe head 500 includes a head fixing portion 501, a first rotation mechanism portion 510, a second rotation mechanism portion 520, and a stylus 502 having a measuring tip 503 at the tip.
ヘッド固定部501は、Zスピンドル252の下端に取り付けられる。
また、ヘッド固定部501の下端に第1回転機構部510が設けられている。
第1回転機構部510は、第1ハウジング511と、第1モータ512と、第1シャフト513と、を有する。
第1ハウジング511は、ヘッド固定部501の下端に取り付けられている。
第1ハウジング511の内側に第1モータ512が内設され、第1モータ512の電機子に第1シャフト513が取り付けられている。
いま、第1シャフト513の回転軸を第1回転軸A1とする。
本実施形態では、第1回転軸A1の軸線方向は、Z軸方向に一致している。
The head fixing portion 501 is attached to the lower end of the Z spindle 252.
Further, a first rotation mechanism portion 510 is provided at the lower end of the head fixing portion 501.
The first rotation mechanism unit 510 includes a first housing 511, a first motor 512, and a first shaft 513.
The first housing 511 is attached to the lower end of the head fixing portion 501.
The first motor 512 is installed inside the first housing 511, and the first shaft 513 is attached to the armature of the first motor 512.
Now, the rotation axis of the first shaft 513 is referred to as the first rotation axis A1.
In the present embodiment, the axial direction of the first rotation axis A1 coincides with the Z-axis direction.
第2回転機構部520は、第2ハウジング521と、第2モータ522と、第2シャフト523と、U型連結フレーム524と、を有する。
第2ハウジング521は、第1シャフト513に連結されている。
第2モータ522は、第2ハウジング521に内設され、第2モータ522の電機子に第2シャフト523が取り付けられている。
The second rotation mechanism unit 520 includes a second housing 521, a second motor 522, a second shaft 523, and a U-shaped connecting frame 524.
The second housing 521 is connected to the first shaft 513.
The second motor 522 is internally installed in the second housing 521, and the second shaft 523 is attached to the armature of the second motor 522.
いま、第2シャフト523の回転軸を第2回転軸A2とする。このとき、第1回転軸A1(の延長線)と第2回転軸A2とは直交している。第2シャフト523にU型連結フレーム524が取り付けられ、U型連結フレーム524が第2回転軸A2を回転中心にして回転するようになっている。 Now, the rotation axis of the second shaft 523 is referred to as the second rotation axis A2. At this time, the first rotation axis A1 (extension line) and the second rotation axis A2 are orthogonal to each other. A U-shaped connecting frame 524 is attached to the second shaft 523, and the U-shaped connecting frame 524 rotates about the second rotating shaft A2 as the center of rotation.
そして、U型連結フレーム524の下端にスタイラス502が取り付けられている。なお、スタイラス502の軸線A3(の延長線)は第2回転軸A2に直交している。 A stylus 502 is attached to the lower end of the U-shaped connecting frame 524. The axis A3 (extension line) of the stylus 502 is orthogonal to the second rotation axis A2.
いま、第1回転軸A1(の延長線)と、第2回転軸A2と、スタイラス502の軸線A3(の延長線)と、は1つの交点で交差する。
以後の説明のため、この交差点を、回転中心Qと名付けることにする。
Now, the first rotation axis A1 (extension line), the second rotation axis A2, and the axis A3 (extension line) of the stylus 502 intersect at one intersection.
For the following explanation, this intersection will be named the center of rotation Q.
また、第1回転軸A1の回転角をαで表わし、−180°≦α≦180°であるとする。
(電気的な接続がとれれば可動範囲に制限を設ける必要はなく、回転動作自体は何回転してもよい。)
図2あるいは図3において、正面手前が0°で、上方から見たときに左回りがプラス方向の回転で、右回りがマイナス方向の回転であるとする。
Further, the rotation angle of the first rotation axis A1 is represented by α, and it is assumed that −180 ° ≦ α ≦ 180 °.
(If an electrical connection can be made, there is no need to set a limit on the movable range, and the rotation operation itself may rotate any number of times.)
In FIG. 2 or 3, it is assumed that the front side is 0 °, the counterclockwise rotation is the positive direction rotation, and the clockwise rotation is the negative direction rotation when viewed from above.
第2回転軸A2の回転角をβで表わし、0°≦β≦90°であるとする。スタイラス502が鉛直下向きのときを0°とする。もちろん、どこを0°の基準にとるかは任意である。 The rotation angle of the second rotation axis A2 is represented by β, and it is assumed that 0 ° ≦ β ≦ 90 °. When the stylus 502 is vertically downward, it is defined as 0 °. Of course, it is arbitrary where the 0 ° reference is taken.
第1モータ512および第2モータ522は、例えばステッピングモータであって、印加される駆動パルスに同期して駆動するとする。つまり、第1回転機構部510および第2回転機構部520の運動量(回転角度)は駆動パルスの数に比例するとする。 It is assumed that the first motor 512 and the second motor 522 are, for example, stepping motors and are driven in synchronization with the applied drive pulse. That is, the momentum (rotation angle) of the first rotation mechanism unit 510 and the second rotation mechanism unit 520 is proportional to the number of drive pulses.
さらに、プローブヘッド500は、測定チップ503とワーク表面との接触を検出ため、スタイラス502の変位を検出するプローブセンサー(不図示)を備える。プローブセンサは検出値をモーションコントローラ300に出力する。 Further, the probe head 500 includes a probe sensor (not shown) that detects the displacement of the stylus 502 in order to detect the contact between the measuring tip 503 and the work surface. The probe sensor outputs the detected value to the motion controller 300.
なお以下の説明では、第1回転機構部510、第2回転機構部520の他、X駆動軸、Y駆動軸、Z駆動軸についても駆動パルスで駆動され、第1回転機構部510、第2回転機構部520、X駆動軸240、Y駆動軸230およびZ駆動軸250の応答特性は同じであるとする。
以下では、上記5軸の応答特性が同じであるという前提の下で本実施形態の制御方法を説明する。
もし、5軸の応答特性に違いがある場合、遅れがある要素の制御ゲインを調整しておく。
In the following description, in addition to the first rotation mechanism unit 510 and the second rotation mechanism unit 520, the X drive shaft, the Y drive shaft, and the Z drive shaft are also driven by drive pulses, and the first rotation mechanism unit 510 and the second It is assumed that the response characteristics of the rotation mechanism unit 520, the X drive shaft 240, the Y drive shaft 230, and the Z drive shaft 250 are the same.
Hereinafter, the control method of the present embodiment will be described on the premise that the response characteristics of the five axes are the same.
If there is a difference in the response characteristics of the five axes, adjust the control gain of the element with the delay.
ホストコンピュータ400は、外部のCADシステム等から経路情報を含んだCADデータ(例えばNURBS(Non−UniformRationalB−Spline:非一様有理Bスプライン)データ)を受け取り、測定経路情報を作成する。
作成された測定経路情報はモーションコントローラ300に与えられ、モーションコントローラ300は測定経路に沿って測定チップ503がワーク表面を倣い測定するように三次元測定機200およびプローブヘッド500の各駆動軸を駆動制御する。
The host computer 400 receives CAD data (for example, NURBS (Non-UniformRational B-Spline) data) including route information from an external CAD system or the like, and creates measurement route information.
The created measurement path information is given to the motion controller 300, and the motion controller 300 drives each drive axis of the coordinate measuring machine 200 and the probe head 500 so that the measuring tip 503 traces the surface of the work and measures along the measurement path. Control.
(形状測定装置の制御方法)
以下、本実施形態に係る形状測定装置の制御方法を説明する。
具体的な制御ステップを説明する前に、本実施形態が目指す形状測定装置の動作を概略説明しておく。
例えば、図4に例示するように、プローブヘッド500を第1点P1から第2点P2に移動させるときを考える。
(このとき、三次元的な位置(X、Y、Z)だけでなく、プローブヘッド500の姿勢(α、β)も変わる。)
プローブヘッド500が位置も変えつつ姿勢も変えるとなると、第1回転機構部510および第2回転機構部520の回転動作もあるのであるから、単純に考えると、測定チップ503の移動軌跡は直線にはならない。
この点、本実施形態では、測定チップ503の移動経路が容易に予測できるようにする。具体的には、測定チップ503の移動の軌跡が直線になるようにする。
(Control method of shape measuring device)
Hereinafter, a control method of the shape measuring device according to the present embodiment will be described.
Before explaining the specific control steps, the operation of the shape measuring device aimed at by the present embodiment will be outlined.
For example, consider moving the probe head 500 from the first point P1 to the second point P2, as illustrated in FIG.
(At this time, not only the three-dimensional positions (X, Y, Z) but also the postures (α, β) of the probe head 500 change.)
When the probe head 500 changes its position while changing its posture, the first rotation mechanism unit 510 and the second rotation mechanism unit 520 also rotate. Therefore, simply considering, the movement locus of the measuring tip 503 is linear. Must not be.
In this respect, in the present embodiment, the movement path of the measurement chip 503 can be easily predicted. Specifically, the locus of movement of the measuring chip 503 is set to be a straight line.
フローチャート(図5、図7)を参照しながら具体的な制御ステップを順番に説明する。
図5、図7の動作は主としてモーションコントローラ300にて実行される。
Specific control steps will be described in order with reference to the flowcharts (FIGS. 5 and 7).
The operations of FIGS. 5 and 7 are mainly executed by the motion controller 300.
まず、ST100において、モーションコントローラ300は、ホストコンピュータ400から受信した測定経路情報を順に読み出し、次の目標ポジションHe(Twex、Twey、Twez、αe、βe)を読み込む。
ここで、プローブヘッド500の移動および姿勢を制御するにあたっては、三次元的な座標位置(x、y、z)だけでなく、プローブヘッド500の姿勢(第1回転機構部510および第2回転機構部520の目標角度(α、β))も必要である。
First, in ST100, the motion controller 300 sequentially reads the measurement path information received from the host computer 400, and reads the next target position He (Twex, Twee, Twez, αe, βe).
Here, in controlling the movement and posture of the probe head 500, not only the three-dimensional coordinate positions (x, y, z) but also the posture of the probe head 500 (first rotation mechanism unit 510 and second rotation mechanism) The target angle (α, β) of part 520 is also required.
座標位置(x、y、z)と姿勢(α、β)とを合わせて、ポジション、という呼称を使用することにする。
単に三次元的な座標位置(x、y、z)を表わしたい場合は、"位置(ロケーション)"ということにする。
また、三次元測定機200およびプローブヘッド500の動作制御には、ワーク座標系、プローブ座標系およびマシン座標系といった各種の座標系が必要になる。
座標系の種別を明確にする必要があるときにはその旨を明記するが、座標系の区別が必要ない、あるいは、前後の文脈から明らかな場合には座標系の種別を省略する場合がある。
The coordinate position (x, y, z) and the posture (α, β) are combined, and the name “position” is used.
If we simply want to represent a three-dimensional coordinate position (x, y, z), we will call it "position".
Further, various coordinate systems such as a work coordinate system, a probe coordinate system, and a machine coordinate system are required for operation control of the coordinate measuring machine 200 and the probe head 500.
When it is necessary to clarify the type of the coordinate system, it is clearly stated, but when it is not necessary to distinguish the coordinate system or when it is clear from the context before and after, the type of the coordinate system may be omitted.
ホストコンピュータ400からモーションコントローラ300に与えられる指令において、三次元的な座標位置は、ワーク座標系における測定チップ503の座標Twiとして与えられる。
Twi=(Twix、Twiy、Twiz)
現在位置をTws=(Twsx、Twsy、Twsz)で表わし、目標位置をTwe=(Twex、Twey、Twez)で表わすことにする(図6参照)。
In the command given from the host computer 400 to the motion controller 300, the three-dimensional coordinate position is given as the coordinate Twi of the measurement chip 503 in the work coordinate system.
Twi = (Twix, Twiy, Twiz)
The current position is represented by Tws = (Twsx, Twsy, Twsz), and the target position is represented by Twe = (Twex, Twee, Twez) (see FIG. 6).
また、第1回転機構部510および第2回転機構部520の目標角度(α、β)はプローブ座標系で与えられる。
ワーク座標系の位置(ロケーション)とプローブ座標系の角度とを合わせて、ポジションHi(Twix、Twiy、Twiz、αi、βi)とする。
現在ポジションをHs(Twsx、Twsy、Twsz、αs、βs)とし、目標ポジションをHe(Twex、Twey、Twez、αe、βe)とする。
Further, the target angles (α, β) of the first rotation mechanism unit 510 and the second rotation mechanism unit 520 are given by the probe coordinate system.
The position (location) of the work coordinate system and the angle of the probe coordinate system are combined to form the position Hi (Twix, Twiy, Twix, αi, βi).
The current position is Hs (Twsx, Twsy, Twsz, αs, βs), and the target position is He (Twex, Twee, Twez, αe, βe).
次の目標ポジションHe(Twex、Twey、Twez、αe、βe)が設定できたら(ST100)、次に、モーションコントローラ300は、その目標ポジションに到達するように各駆動軸を駆動制御するための速度パターンを生成する(ST110)。
速度パターンの生成手順(ST110)を図7のフローチャートを参照して説明する。
When the next target position He (Twex, Twee, Twez, αe, βe) can be set (ST100), then the motion controller 300 drives and controls each drive axis so as to reach the target position. Generate a pattern (ST110).
The speed pattern generation procedure (ST110) will be described with reference to the flowchart of FIG.
ST111において、モーションコントローラ300は、駆動軸ごとに速度パターンを計画する。
この処理自体は従来通りである。
現在ポジションHs(Twsx、Twsy、Twsz、αs、βs)と目標ポジションHe(Twex、Twey、Twez、αe、βe)とが与えられている。現在ポジションで初速ゼロから移動を開始し、加速し、上限速度に達したら定速に移行し、その後減速して目標ポジションで停止する。このような速度パターンを生成する方法は種々知られている(例えば特開2014−48095)。
In ST111, the motion controller 300 plans a speed pattern for each drive shaft.
This process itself is the same as before.
The current position Hs (Twsx, Twsy, Twsz, αs, βs) and the target position He (Twex, Twee, Twez, αe, βe) are given. It starts moving from the initial speed of zero at the current position, accelerates, shifts to a constant speed when the upper limit speed is reached, then decelerates and stops at the target position. Various methods for generating such a velocity pattern are known (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-48095).
いま、図8から図12のように駆動軸ごとの速度パターンが求まったとする。
図8、図9、図10は、それぞれ三次元測定機200のX駆動軸240、Y駆動軸230、Z駆動軸250の速度パターンである。
(具体的には、Xスライダ241、Yスライダ231、Zスピンドル252の移動速度パターンである。)
例えば、図8はX駆動軸240の速度パターンである。
時刻ta(X)まで加速して上限速度に達し、定速に移行して、時刻te(X)で停止する。
図8、図9、図10において添え字の表記ルールを統一し、冗長な説明は省略する。
Now, suppose that the speed pattern for each drive shaft is obtained as shown in FIGS. 8 to 12.
8, 9, and 10 are speed patterns of the X drive shaft 240, the Y drive shaft 230, and the Z drive shaft 250 of the coordinate measuring machine 200, respectively.
(Specifically, it is a moving speed pattern of the X slider 241 and the Y slider 231 and the Z spindle 252.)
For example, FIG. 8 is a speed pattern of the X drive shaft 240.
It accelerates to time ta (X), reaches the upper limit speed, shifts to constant speed, and stops at time te (X).
The subscript notation rules are unified in FIGS. 8, 9 and 10, and redundant explanations are omitted.
なお、図8(X駆動軸240)や図9(Y駆動軸230)の速度パターンのように、定速移動の領域がある場合、このような移動モードを台形モードと称することにする。
また、図10(Z駆動軸250)の速度パターンのように、上限速度に達する前に減速開始になっていて定速移動の領域が無い場合、このような移動モードを三角モードと称することにする。
When there is a constant speed movement region as in the speed pattern of FIG. 8 (X drive shaft 240) and FIG. 9 (Y drive shaft 230), such a movement mode is referred to as a trapezoidal mode.
Further, as in the speed pattern of FIG. 10 (Z drive shaft 250), when deceleration is started before the upper limit speed is reached and there is no constant speed movement region, such a movement mode is referred to as a triangular mode. To do.
同じように、図11、図12は、それぞれプローブヘッド500の第1回転機構部510、第2回転機構部520の速度パターンである。
(具体的には、第1モータ512、第2モータ522の回転角速度である。)
Similarly, FIGS. 11 and 12 are speed patterns of the first rotation mechanism portion 510 and the second rotation mechanism portion 520 of the probe head 500, respectively.
(Specifically, it is the rotational angular velocity of the first motor 512 and the second motor 522.)
図8から図12のように駆動軸ごとの速度パターンが求まったら、次に、すべての軸を同期させる処理を行う。
ST112において、モーションコントローラ300は、所要時間が最大の駆動軸を特定する。
te(X)からte(A2)を比較し、最も長いものを特定する。
ここでは、X軸方向の移動距離が一番長く、te(X)が一番長いとする。そして、所要時間teが最大である駆動軸のパラメータを共通パラメータとする(ST113)。
After the speed pattern for each drive axis is obtained as shown in FIGS. 8 to 12, the process of synchronizing all the axes is performed next.
In ST112, the motion controller 300 identifies the drive shaft having the maximum required time.
Compare te (X) to te (A2) and identify the longest one.
Here, it is assumed that the moving distance in the X-axis direction is the longest and te (X) is the longest. Then, the parameter of the drive shaft having the maximum required time te is set as a common parameter (ST113).
共通パラメータとして、共通移動時間tec、共通移動モード、共通加速時間tac、共通減速時間tdcを決定する。
ここでは、X駆動軸240の速度パターンから、共通移動時間tecはX駆動軸の移動時間te(X)であり、共通移動モードは台形モードであり、共通加速時間tacはta(X)であり、共通減速時間tdcはtd(X)である。
As common parameters, the common movement time tec, the common movement mode, the common acceleration time tac, and the common deceleration time tdc are determined.
Here, from the speed pattern of the X drive shaft 240, the common movement time tec is the movement time te (X) of the X drive shaft, the common movement mode is the trapezoidal mode, and the common acceleration time tac is ta (X). , The common deceleration time tdc is td (X).
次に、ST114において、駆動軸ごとに共通化速度パターンを算出する。
所要時間が最大であるX駆動軸240の速度パターンはもともと共通パラメータが使用されているわけであるから、そのままでよい(図13)。
X駆動軸以外の速度パターンについて、移動時間te、移動モード、加速時間taおよび減速時間tdを共通パラメータに揃えるようにする(図14から図17)。
例えば、第2回転機構部520を例に説明する(図17)。
第2回転機構部520のもともとの移動モードは三角モードであったが、これを台形モードにする。そして、加速時間ta(A2)を共通加速時間tacとし、減速時間td(A12)を共通減速時間tdcとし、移動時間te(A2)を共通移動時間tecにする。
ただし、移動距離(回転角)は同じまま保存されなければならないので、共通化前と共通化後とで移動距離(回転角)が同じになるように加速度の大きさを調整する。
このようにして5軸が共通パラメータで同期した速度パターン(図13から図17)が得られる。
Next, in ST114, a common speed pattern is calculated for each drive shaft.
Since the common parameters are originally used for the speed pattern of the X drive shaft 240, which has the maximum required time, it can be left as it is (FIG. 13).
For speed patterns other than the X drive shaft, the movement time te, the movement mode, the acceleration time ta, and the deceleration time td are made to be aligned with the common parameters (FIGS. 14 to 17).
For example, the second rotation mechanism unit 520 will be described as an example (FIG. 17).
The original movement mode of the second rotation mechanism unit 520 was the triangular mode, but this is changed to the trapezoidal mode. Then, the acceleration time ta (A2) is set to the common acceleration time tac, the deceleration time td (A12) is set to the common deceleration time tdc, and the movement time te (A2) is set to the common movement time tec.
However, since the movement distance (rotation angle) must be stored as it is, the magnitude of acceleration is adjusted so that the movement distance (rotation angle) is the same before and after standardization.
In this way, a velocity pattern (FIGS. 13 to 17) in which the five axes are synchronized with common parameters can be obtained.
5軸が共通パラメータで同期した速度パターンが生成できたので(図7)、図5に戻って、次に制御周期ごとの目標となる補間点を算出する(ST120)。
つまり、モーションコントローラ300の1制御周期がΔtであるとして、制御周期ごとの目標点を駆動軸ごとに算出しておく。
制御周期ごとの目標点を補間点と称することにする。
共通移動時間tecを制御周期Δtで割ったときの商をnとする。
n=(tec/Δt)
5つの駆動軸の速度パターンの時間をn等分し、1制御周期Δtにおける増分を順に加算していけば、補間点が求まる。
Since the velocity pattern in which the five axes are synchronized with the common parameters can be generated (FIG. 7), the process returns to FIG. 5 and then the target interpolation point for each control cycle is calculated (ST120).
That is, assuming that one control cycle of the motion controller 300 is Δt, the target point for each control cycle is calculated for each drive axis.
The target point for each control cycle is referred to as an interpolation point.
Let n be the quotient when the common travel time tec is divided by the control cycle Δt.
n = (tec / Δt)
The interpolation point can be obtained by dividing the time of the speed pattern of the five drive shafts into n equal parts and adding the increments in one control cycle Δt in order.
図18は、X駆動軸の補間点を順に算出する様子を模式的に示した図である。
なお、図18では、1制御周期Δtにおける変位量ΔTwixを((Vx(i−1)+Vxi)×Δt/2)で求めるようにしているが、Vx(i−1)×Δtとしてもよいし、Vi×Δtとしてもよいし、速度パターンが曲線で与えられるような場合にはより精密に演算(積分)して求めるようにしてもよい。
このようにして駆動軸ごとに補間点が求まる。
Hi(Twix、Twiy、Twiz、αi、βi)
FIG. 18 is a diagram schematically showing how the interpolation points of the X drive shaft are calculated in order.
In FIG. 18, the displacement amount ΔTwix in one control cycle Δt is calculated by ((V x (i-1) + V xi ) × Δt / 2), but as V x (i-1) × Δt. It may be Vi × Δt, or when the velocity pattern is given by a curve, it may be calculated (integrated) more precisely.
In this way, the interpolation point can be obtained for each drive axis.
Hi (Twix, Twiy, Twiz, αi, βi)
ST120において補間点Hi(Twix、Twiy、Twiz、αi、βi)を算出したが、Twi(Twix、Twiy、Twiz)はワーク座標系の点として与えられている。
三次元測定機200の駆動制御にあたっては、マシン座標系の指令に変換する必要がある。指令は、ワーク座標系において測定チップ503の座標として与えられている。これを、本実施形態では、マシン座標系におけるプローブヘッド500の回転中心QMの座標に変換する(ST130)。
The interpolation point Hi (Twix, Twiy, Twiz, αi, βi) was calculated in ST120, but Twi (Twix, Twiy, Twiz) is given as a point in the work coordinate system.
In the drive control of the coordinate measuring machine 200, it is necessary to convert it into a command of the machine coordinate system. The command is given as the coordinates of the measuring tip 503 in the work coordinate system. This, in the present embodiment, converts the coordinate of the rotation center Q M of the probe head 500 in the machine coordinate system (ST130).
なお、マシン座標系でみたときのプローブヘッド500の回転中心Qの位置をQMで表わす。
ワーク座標系でみたときのプローブヘッド500の回転中心Qの位置をQWで表わす。さらに、プローブ座標系でみたときのプローブヘッド500の回転中心Qの位置をQPで表わす。
Note that represents the position of the center of rotation Q of the probe head 500 as viewed in the machine coordinate system Q M.
The position of the rotation center Q of the probe head 500 when viewed in the work coordinate system is represented by Q W. Further, representative of the position of the center of rotation Q of the probe head 500 as viewed in the probe coordinate system Q P.
変換式を説明しておく。 The conversion formula will be explained.
まずプローブ座標系において、第1回転角αおよび第2回転角βに対して回転中心Qpがどのように表わされるか考える。
いま、プローブ座標系の原点を測定チップ503(の中心)にとり、第1回転角α=第2回転角β=0としたときの回転中心Qの座標をQp0(Qpx0、Qpy0、Qpz0)とする(図19参照)。そして、第1回転角がαで、第2回転角がβのときの回転中心Qの座標をQp(Qpx、Qpy、Qpz)で表わすとする(図20)。
このとき、第1回転角α、第2回転角βのときの回転中心Qpの位置は、Qp0(Qpx0、Qpy0、Qpz0)を第1回転軸回りにα、第2回転軸回りにβ回転させたところにある(例えば図20参照)。
First, in the probe coordinate system, consider how the rotation center Qp is represented with respect to the first rotation angle α and the second rotation angle β.
Now, let the origin of the probe coordinate system be the measurement chip 503 (center), and the coordinates of the rotation center Q when the first rotation angle α = the second rotation angle β = 0 be Qp0 (Qpx0, Qpy0, Qpz0). (See FIG. 19). Then, it is assumed that the coordinates of the rotation center Q when the first rotation angle is α and the second rotation angle is β are represented by Qp (Qpx, Qpy, Qpz) (FIG. 20).
At this time, the position of the rotation center Qp at the first rotation angle α and the second rotation angle β is such that Qp0 (Qpx0, Qpy0, Qpz0) is rotated α around the first rotation axis and β around the second rotation axis. (See, for example, FIG. 20).
例えば、第1回転角α=第2回転角β=0のときの回転中心Qの座標Qp0が(0、0、L)であるとする。
このとき、任意の第1回転角α、第2回転角βのときの回転中心Qの座標Qp(Qpx、Qpy、Qpz)は次のようになる。
For example, suppose that the coordinate Qp0 of the rotation center Q when the first rotation angle α = the second rotation angle β = 0 is (0, 0, L).
At this time, the coordinates Qp (Qpx, Qpy, Qpz) of the rotation center Q when the first rotation angle α and the second rotation angle β are arbitrary are as follows.
先に制御周期Δtごとの目標点として補間点Hi(Twix、Twiy、Twiz、αi、βi)を求めてあった。
各制御補間点Hiに対応する回転中心Qwiを算出しておく必要がある。
Earlier, the interpolation point Hi (Twix, Twiy, Twiz, αi, βi) was obtained as a target point for each control cycle Δt.
It is necessary to calculate the rotation center Qwi corresponding to each control interpolation point Hi.
第1回転角αおよび第2回転角βについて制御周期ごとの補間点としてαiおよびβiが既に求まっている。
プローブ座標系での回転中心Qpiの補間点Qpi(Qpix、Qpiy、Qpiz)は、その時その時の第1回転角αiおよび第2回転角βiを用いて求められる。
For the first rotation angle α and the second rotation angle β, αi and βi have already been obtained as interpolation points for each control cycle.
The interpolation point Qpi (Qpix, Qpiy, Qpiz) of the rotation center Qpi in the probe coordinate system is obtained by using the first rotation angle αi and the second rotation angle βi at that time.
上記回転中心Qpi(Qpix、Qpiy、Qpiz)の座標は、プローブ座標系(測定チップ503を原点とする座標系)でのことであるから、ひとまず、これをワーク座標系に写す。
ワーク座標系における回転中心Qwi(Qwix、Qwiy、Qwiz)の座標は次のようになる(図21参照)。
Since the coordinates of the rotation center Qpi (Qpix, Qpiy, Qpiz) are in the probe coordinate system (coordinate system with the measurement tip 503 as the origin), this is copied to the work coordinate system for the time being.
The coordinates of the rotation center Qwi (Qwix, Qwiy, Qwiz) in the work coordinate system are as follows (see FIG. 21).
なお、ここではプローブ座標系とワーク座標系とでは、原点だけがずれていて、両座標系のx軸同士、y軸同士およびz軸同士は平行であることを仮定している。もし、プローブ座標系とワーク座標系とで軸の方向もずれているときは、回転の要素も必要になる。 Here, it is assumed that only the origin is deviated between the probe coordinate system and the work coordinate system, and the x-axis, y-axis, and z-axis of both coordinate systems are parallel to each other. If the direction of the axis is also different between the probe coordinate system and the work coordinate system, a rotation element is also required.
Qwi=Twi+Qpi
(Qwi、Twi、Qpiはベクトル)
成分を明示的に表わすと次のようになる。
Qwi = Twi + Qpi
(Qwi, Twi, Qpi are vectors)
The components are explicitly expressed as follows.
これでワーク座標系での回転中心Qwiが求まったので、これらをマシン座標系に変換する(図22参照)。ワーク座標系からマシン座標系への変換をアフィン変換MfWで表わす。 Now that the rotation center Qwi in the work coordinate system has been obtained, these are converted into the machine coordinate system (see FIG. 22). The transformation from the work coordinate system to the machine coordinate system is represented by the affine transformation M f W.
QMi=MfW・Qwi
(QMi、Qwiはベクトル)
Q Mi = M f W · Qwi
(Q Mi and Qwi are vectors)
ワーク座標系からマシン座標系への変換MfWは、回転移動と平行移動の合成であって、原点同士のずれをベクトルOwとし、回転行列をMCWとすれば、次のように表せる。
QMi=[MCW]Qwi+Ow
これでマシン座標系における制御用補間点QMiが求まる。
Converting M f W from the workpiece coordinate system to the machine coordinate system is a synthesis of rotational movement and translation, the displacement of the origin between the vector Ow, if a rotation matrix and M C W, expressed as follows ..
Q Mi = [M C W] Qwi + Ow
With this, the control interpolation point Q Mi in the machine coordinate system can be obtained.
求まった制御用補間点QMiをメモリ(不図示)に登録し(ST140)、メモリに格納された制御用補間点QMiに順次位置決め制御を行っていく(ST150)。駆動軸ごとに現在ポジションと目標ポジションとの差分を求め、差分に応じた駆動パルスで各軸のモータを駆動する。 The obtained control interpolation point Q Mi is registered in a memory (not shown) (ST140), and positioning control is sequentially performed on the control interpolation point Q Mi stored in the memory (ST150). The difference between the current position and the target position is obtained for each drive axis, and the motor of each axis is driven by the drive pulse according to the difference.
この制御を実行すると、測定チップ503の移動軌跡は直線になる。
計算の意味を少し振り返って説明する。
現在ポジションHs(Twsx、Twsy、Twsz、αs、βs)から目標ポジションHe(Twex、Twey、Twez、αe、βe)に変位するにあたり、位置情報(ロケーション情報)だけを抜き出して見ると、現在位置Tws(Twsx、Twsy、Twsz)から目標位置Twe(Twex、Twey、Twez)への変位である(図6参照)。
現在位置Tws(Twsx、Twsy、Twsz)から目標位置Twe(Twex、Twey、Twez)にプローブヘッド500を変位させるのに、三次元測定機200のX駆動軸240、Y駆動軸230およびZ駆動軸250を駆動させる。
このとき、本実施形態では、速度パターン(ST110)の生成にあたって、ST113で共通パラメータを決定し、ST114において、共通パラメータを用いた共通化速度パターンを求めた。
When this control is executed, the movement locus of the measuring chip 503 becomes a straight line.
I will explain the meaning of the calculation by looking back a little.
When shifting from the current position Hs (Twsx, Twsy, Twsz, αs, βs) to the target position He (Twex, Twee, Twez, αe, βe), when only the position information (location information) is extracted, the current position Tws This is the displacement from (Twsx, Twsy, Twsz) to the target position Twe (Twex, Twsy, Twez) (see FIG. 6).
To displace the probe head 500 from the current position Tws (Twsx, Twsy, Twsz) to the target position Twe (Twex, Twee, Twez), the X drive shaft 240, Y drive shaft 230 and Z drive shaft of the CMM 200 Drive 250.
At this time, in the present embodiment, in generating the speed pattern (ST110), the common parameter was determined in ST113, and the common speed pattern using the common parameter was obtained in ST114.
ちなみに、測定チップ503の移動軌跡を直線にすることだけを考えると、X駆動軸240、Y駆動軸230およびZ駆動軸250については速度パターンを共通パラメータで共通化しておく必要はあるが、第1回転機構部510および第2回転機構部520についてまで共通化する必要はない。
第1回転機構部510の速度パターンおよび第2回転機構部520の速度パターンまで含めて共通化する利点については後述する。
By the way, considering only to make the movement locus of the measurement chip 503 straight, it is necessary to make the speed patterns common for the X drive shaft 240, the Y drive shaft 230, and the Z drive shaft 250 with common parameters. It is not necessary to standardize the 1-rotation mechanism unit 510 and the 2nd rotation mechanism unit 520.
The advantages of sharing the speed pattern of the first rotation mechanism unit 510 and the speed pattern of the second rotation mechanism unit 520 will be described later.
共通化速度パターンにより、X駆動軸240、Y駆動軸230およびZ駆動軸250は、同時に移動を開始し、同じ時間だけ加速、減速し、目標位置で同時に停止する。
このように3軸同期した動きを合成すると、現在位置Tws(Twsx、Twsy、Twsz)から目標位置Twe(Twex、Twey、Twez)に向かう直線経路ができる(図6参照)。
According to the common speed pattern, the X drive shaft 240, the Y drive shaft 230, and the Z drive shaft 250 start moving at the same time, accelerate and decelerate for the same time, and stop at the target position at the same time.
By synthesizing the three-axis synchronized movements in this way, a linear path from the current position Tws (Twsx, Twsy, Twsz) to the target position Twe (Twex, Twee, Twez) is created (see FIG. 6).
そして、モーションコントローラ300の1制御周期がΔtであるとして、制御周期ごとの補間点を駆動軸ごとに求めた。
Hi(Twix、Twiy、Twiz、αi、βi)
Then, assuming that one control cycle of the motion controller 300 is Δt, the interpolation points for each control cycle were obtained for each drive axis.
Hi (Twix, Twiy, Twiz, αi, βi)
いま、Ti(Twix、Twiy、Twiz)の軌跡は直線となる。そして、i番目の制御周期における第1回転角αiおよび第2回転角βiが(αi、βi)として与えられている。そのときそのときの第1回転角αiおよび第2回転角βiを加味して測定チップ503の座標Tiをプローブヘッド500の回転中心の座標Qiに変換する。このようにして求まる制御用補間点QMi(QMix、QMiy、QMiz、αi、βi)を位置決めの目標点にすれば、5軸の動きが合成されたとき、当然のこととして、測定チップ503の軌跡は直線になる。
(もちろん、プローブヘッド500の回転中心Qの軌跡は直線ではなく、曲線になり得る。)
Now, the locus of Ti (Twix, Twiy, Twiz) is a straight line. Then, the first rotation angle αi and the second rotation angle βi in the i-th control cycle are given as (αi, βi). At that time, the coordinate Ti of the measuring chip 503 is converted into the coordinate Qi of the rotation center of the probe head 500 in consideration of the first rotation angle αi and the second rotation angle βi at that time. If the control interpolation points Q Mi (Q Mix , Q My , Q Miz , α i , β i ) obtained in this way are set as the positioning target points, it is natural that the movements of the five axes are combined. , The locus of the measuring chip 503 becomes a straight line.
(Of course, the locus of the rotation center Q of the probe head 500 can be a curved line instead of a straight line.)
このように本実施形態によれば、測定チップ503の移動経路が単純化(具体的には直線)されて予測可能であるため、測定パートプログラム(ワークの測定箇所や測定経路などを組み込んだ測定制御プログラム)の作成がより簡単になる。そして、測定チップ503(あるいはスタイラス502)とワークとの意図しない干渉もなくなる。 As described above, according to the present embodiment, since the movement path of the measurement chip 503 is simplified (specifically, a straight line) and can be predicted, the measurement part program (measurement location of the work, measurement path, etc.) is incorporated into the measurement. It becomes easier to create a control program). Then, unintended interference between the measuring tip 503 (or stylus 502) and the work is eliminated.
(変形例1)
三次元測定機200の移動機構220はもともと3軸同期制御がとれていることもある。
この場合、三次元測定機200の移動機構220の速度パターンは、もともとX駆動軸240、Y駆動軸230およびZ駆動軸250の速度が合成された合成速度Vsynの速度パターンとして得られる。
この場合、X駆動軸240、Y駆動軸230およびZ駆動軸250の速度パターンを共通化する手順(ST112−ST114)は必要ないが、逆に、制御補間点を算出する場合に、X方向、Y方向およびZ方向に分解する必要がある。
いま、1制御周期Δt当たりの移動量ΔTsyniを((Vsyn(i−1)+Vsyni)/2)×Δtとする。
また、現在位置Tws(Twsx、Twsy、Twsz)から目標位置Twe(Twex、Twey、Twez)に向かう直線移動の方向余弦を(I、J、K)とする。
このとき、ΔTwxi=I・ΔTsyni、ΔTwyi=J・ΔTsyni、ΔTwzi=K・ΔTsyni、である。
したがって、制御用補間点Twix、Twiy、Twizは次のようになる。
(Modification example 1)
The moving mechanism 220 of the coordinate measuring machine 200 may originally have three-axis synchronous control.
In this case, the speed pattern of the moving mechanism 220 of the coordinate measuring machine 200 is originally obtained as a speed pattern of the combined speed Vsync in which the speeds of the X drive shaft 240, the Y drive shaft 230, and the Z drive shaft 250 are combined.
In this case, the procedure (ST112-ST114) for sharing the speed patterns of the X drive shaft 240, the Y drive shaft 230, and the Z drive shaft 250 is not necessary, but conversely, when calculating the control interpolation point, the X direction, It is necessary to decompose in the Y direction and the Z direction.
Now, let the movement amount ΔTsynci per control cycle Δt be ((V sin (i-1) + Vsini ) / 2) × Δt.
Further, the direction cosine of the linear movement from the current position Tws (Twsx, Twsy, Twsz) to the target position Twe (Twex, Twee, Twez) is defined as (I, J, K).
At this time, ΔTwxi = I · ΔTsyni, ΔTwyi = J · ΔTsyni, ΔTwzi = K · ΔTsyni.
Therefore, the control interpolation points Twix, Twiy, and Twix are as follows.
Twix=Tw(i−1)x+ΔTwix=Tw(i−1)x+I・ΔTsyni
Twiy=Tw(i−1)y+ΔTwiy=Tw(i−1)y+J・ΔTsyni
Twiz=Tw(i−1)z+ΔTwiz=Tw(i−1)z+K・ΔTsyni
T wix = T w (i-1) x + ΔT wix = T w (i-1) x + I · ΔTsyni
T wy = T w (i-1) y + ΔT wy = T w (i-1) y + J · ΔTsyni
T wiz = T w (i-1) z + ΔT wiz = T w (i-1) z + K · ΔTsyni
(変形例2)
上記実施形態では、測定チップ503の座標として与えられていた指令をプローブヘッド500の回転中心Qの座標値に変換して、回転中心Qを制御目標点としている。
一方、速度パターンの算出(ST111)にあたっては、測定チップ503の移動を基準に考えている。したがって、変換処理後の回転中心Qの速度が最大速度以内に収まっている保証はなく、回転中心Qの速度が最大速度を超えてしまっている可能性がある。この場合、回転中心Qの最大速度を考慮して、測定チップ503の移動速度を逆算して修正する必要がある。
(Modification 2)
In the above embodiment, the command given as the coordinates of the measurement chip 503 is converted into the coordinate value of the rotation center Q of the probe head 500, and the rotation center Q is set as the control target point.
On the other hand, in calculating the speed pattern (ST111), the movement of the measurement chip 503 is used as a reference. Therefore, there is no guarantee that the speed of the rotation center Q after the conversion process is within the maximum speed, and there is a possibility that the speed of the rotation center Q exceeds the maximum speed. In this case, it is necessary to back-calculate and correct the moving speed of the measuring chip 503 in consideration of the maximum speed of the rotation center Q.
例えば、回転中心Qの軌道の一部または全体が曲線軌道であり、その加速度(遠心力)が三次元測定機200の耐加速度を超える場合がある。したがって、軌道(曲線)の部分ごとに曲率半径rを求め、各曲率半径rとそのときの速度Vとからプローブヘッド500の回転中心の加速度を求め、もしこの加速度が三次元測定機200の耐加速度aを超えるような場合には、最大速度VQmaxをVQmax≦√(a・r)に制限するように測定チップ503の速度パターンを計算し直す必要がある。 For example, a part or the whole of the orbit of the rotation center Q is a curved orbit, and its acceleration (centrifugal force) may exceed the withstand acceleration of the coordinate measuring machine 200. Therefore, the radius of curvature r is obtained for each part of the orbit (curve), and the acceleration of the center of rotation of the probe head 500 is obtained from each radius of curvature r and the velocity V at that time, and if this acceleration is the resistance of the three-dimensional measuring machine 200. When the acceleration a is exceeded, it is necessary to recalculate the velocity pattern of the measuring chip 503 so as to limit the maximum velocity V Qmax to V Qmax ≤ √ (a · r).
ここで、改めて、X、Y、Z駆動軸230−250だけでなく、第1回転機構部510および第2回転機構部520も含めて速度パターンを共通化する必要性を説明する。
測定チップ503の移動軌跡を直線にすることだけを考えると、X駆動軸240、Y駆動軸240およびZ駆動軸250の3軸を同期させておけばよい。 ただし、第1回転機構部510および第2回転機構部520を同期させなかった場合、回転中心Qの軌道の曲率がきつくなる(曲率が大きくなる)可能性が高まると考えられる。
例えば、第1回転機構部510および第2回転機構部520の速度パターンを図11、図12のままにして共通化しなかったとする。
すると、回転中心Qの軌道は、例えば図23のように、曲線的な軌道CP1を経た後、直線LP1を移動するようになると予想される。
Here, the necessity of standardizing the speed pattern not only for the X, Y, and Z drive shafts 230-250 but also for the first rotation mechanism unit 510 and the second rotation mechanism unit 520 will be described.
Considering only to make the movement locus of the measuring chip 503 a straight line, it is sufficient to synchronize the three axes of the X drive shaft 240, the Y drive shaft 240, and the Z drive shaft 250. However, if the first rotation mechanism unit 510 and the second rotation mechanism unit 520 are not synchronized, it is considered that the possibility that the curvature of the orbit of the rotation center Q becomes tight (the curvature becomes large) increases.
For example, it is assumed that the speed patterns of the first rotation mechanism unit 510 and the second rotation mechanism unit 520 are left as they are in FIGS. 11 and 12 and are not standardized.
Then, the orbit of the rotation center Q is expected to move on the straight line LP1 after passing through the curved orbit CP1 as shown in FIG. 23, for example.
初め、第1回転機構部510と第2回転機構部520とを合わせた回転分の座標変換があるので回転中心Qの軌道は曲線CP1のようになり、その後、第1回転機構部510も第2回転機構部520も停止すると、駆動するのはX駆動軸230、Y駆動軸240およびZ駆動軸250だけなので回転の寄与はなく、回転中心Qの軌道はただの直線LP1になるだろう。 At first, since there is a coordinate conversion for the rotation of the first rotation mechanism part 510 and the second rotation mechanism part 520, the trajectory of the rotation center Q becomes like the curve CP1, and then the first rotation mechanism part 510 is also the first. When the two-rotation mechanism unit 520 is also stopped, only the X drive shaft 230, the Y drive shaft 240, and the Z drive shaft 250 are driven, so there is no contribution of rotation, and the orbit of the rotation center Q will be just a straight line LP1.
回転中心Qの軌道に曲率が大きい曲線軌道や急な方向転換があったりすると、回転中心Qの加速度が三次元測定機200の耐加速度を超えてしまうだろう。
一方、上記実施形態のように5軸すべてを同期させておけば、回転中心Qの軌跡は、全体的にゆるやかな曲線となり(図21あるいは図22参照)、回転中心Qの加速度が三次元測定機200の耐加速度を超える可能性が低くなる。したがって、単純な数学的解法の問題ではなく、現実の三次元測定機200の駆動性能(例えば耐加速度性能)も含めて考えるとき、5軸のすべてを同期制御することが好ましいといえる。
If the orbit of the center of rotation Q has a curved orbit with a large curvature or a sudden change of direction, the acceleration of the center of rotation Q will exceed the withstand acceleration of the coordinate measuring machine 200.
On the other hand, if all five axes are synchronized as in the above embodiment, the locus of the rotation center Q becomes a gentle curve as a whole (see FIG. 21 or FIG. 22), and the acceleration of the rotation center Q is measured three-dimensionally. The possibility of exceeding the withstand acceleration of the machine 200 is reduced. Therefore, when considering not only the problem of a simple mathematical solution but also the driving performance (for example, acceleration resistance performance) of the actual coordinate measuring machine 200, it can be said that it is preferable to synchronously control all five axes.
なお、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
上記実施例では、測定チップ503の移動の軌跡が直線になる場合を例示した。
ここで、測定チップ503の位置の変化はないが、例えば図24に例示するように、プローブヘッド500の姿勢だけを変更したいような場合も有り得る。
もし従来技術をそのまま適用すると、最終的には測定チップ503は同じ位置に戻ってくるとしても、その途中の段階では測定チップ503(スタイラス502)が第1回転機構部510および第2回転機構部520の回転に伴ってかなり振り回されると予想される。
オペレータとしては測定チップ503を移動させている認識がないので測定チップ503(あるいはスタイラス502)とワークとが干渉するなどと思いもよらないかもしれないが、実際には測定チップ503(スタイラス502)がかなり動くことになり、測定チップ503(あるいはスタイラス502)とワークとの干渉が生じうる。
これに対し、本発明を適用すると、測定チップ503が全く動かずに、プローブヘッド500の姿勢だけを変更できることになる。
したがって、測定チップ503(あるいはスタイラス502)とワークとが意図しない干渉をすることはなくなる。
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be appropriately modified without departing from the spirit.
In the above embodiment, the case where the movement locus of the measurement chip 503 is a straight line is illustrated.
Here, although the position of the measurement chip 503 does not change, there may be a case where it is desired to change only the posture of the probe head 500, as illustrated in FIG. 24, for example.
If the conventional technique is applied as it is, even if the measuring tip 503 finally returns to the same position, the measuring tip 503 (stylus 502) is moved to the first rotation mechanism part 510 and the second rotation mechanism part in the middle of the process. It is expected to be swung considerably with the rotation of 520.
Since the operator does not recognize that the measuring tip 503 is being moved, it may not be thought that the measuring tip 503 (or stylus 502) interferes with the work, but in reality, the measuring tip 503 (stylus 502) Will move considerably, which may cause interference between the measuring tip 503 (or stylus 502) and the workpiece.
On the other hand, when the present invention is applied, only the posture of the probe head 500 can be changed without the measuring tip 503 moving at all.
Therefore, the measuring tip 503 (or stylus 502) and the work do not interfere unintentionally.
本発明のポイントは、測定チップの座標値として与えられている指令を第1回転角αiおよび第2回転角βiを加味した変換式で回転中心Qの座標に変換し、回転中心Qの座標を制御用補間点Qiとする点にある。
例えば、オペレータが測定チップの移動軌跡を直線の他、任意の円弧や、折れ曲がった直線など、任意に設定してもよい。
そのときそのときの第1回転角αiおよび第2回転角βiを織り込んだ変換で制御用補間点Qiを求め、X、Y、Z駆動軸がこの制御用補間点Qiを位置決め目標にすれば、測定チップの移動軌跡はオペレータが意図した通りになる。
The point of the present invention is to convert the command given as the coordinate value of the measurement chip into the coordinates of the rotation center Q by a conversion formula that takes into account the first rotation angle αi and the second rotation angle βi, and to convert the coordinates of the rotation center Q. It is at the point to be the control interpolation point Qi.
For example, the operator may arbitrarily set the movement locus of the measuring chip, such as a straight line, an arbitrary arc, or a bent straight line.
At that time, if the control interpolation point Qi is obtained by the conversion incorporating the first rotation angle αi and the second rotation angle βi at that time, and the X, Y, and Z drive axes set the control interpolation point Qi as the positioning target, The movement trajectory of the measuring chip is as intended by the operator.
100…形状測定システム、200…三次元測定機、210…定盤、220…移動機構、230…Y駆動軸、231…Yスライダ、240…X駆動軸、241…Xスライダ、250…Z駆動軸、251…Z軸コラム、252…Zスピンドル、300…モーションコントローラ、400…ホストコンピュータ、500…プローブヘッド、501…ヘッド固定部、502…スタイラス、503…測定チップ、510…第1回転機構部、511…第1ハウジング、512…第1モータ、513…第1シャフト、520…第2回転機構部、521…第2ハウジング、522…第2モータ、523…第2シャフト、524…U型連結フレーム。 100 ... shape measurement system, 200 ... three-dimensional measuring machine, 210 ... platen, 220 ... moving mechanism, 230 ... Y drive shaft, 231 ... Y slider, 240 ... X drive shaft, 241 ... X slider, 250 ... Z drive shaft , 251 ... Z-axis column, 252 ... Z spindle, 300 ... motion controller, 400 ... host computer, 500 ... probe head, 501 ... head fixing part, 502 ... stylus, 503 ... measuring chip, 510 ... first rotation mechanism part, 511 ... 1st housing, 512 ... 1st motor, 513 ... 1st shaft, 520 ... 2nd rotation mechanism, 521 ... 2nd housing, 522 ... 2nd motor, 523 ... 2nd shaft, 524 ... U-shaped connecting frame ..
Claims (6)
互いに直交する3つの並進軸として第3駆動軸、第4駆動軸および第5駆動軸を有し、前記プローブヘッドの位置を三次元的に変位させる三次元測定機と、を備え、
前記測定チップの位置は、前記第3から第5駆動軸の座標値(T3、T4、T5)によって与えられるとともに、前記プローブヘッドの姿勢は、前記第1駆動軸の第1回転角αおよび前記第2駆動軸の第2回転角βによって与えられる形状測定装置の制御方法であって、
現在ポジションHs(Ts3、Ts4、Ts5、αs、βs)からスタートして目標ポジションHe(Te3、Te4、Te5、αe、βe)に至る移動経路がオペレータにより設定され、
前記現在ポジションHs(Ts3、Ts4、Ts5、αs、βs)から前記目標ポジションHe(Te3、Te4、Te5、αe、βe)に至る前記移動経路において、制御周期ごとの補間点を前記第1から第5駆動軸ごとに求め、
前記第1回転軸と前記第2回転軸との交点を回転中心Qとするとき、前記第1および第2駆動軸の前記補間点(αi、βi)の値を加味した所定の変換式によって前記測定チップの前記補間点の座標値を前記回転中心Qの座標値に変換して制御用補間点Qiとし、
制御周期ごとに、前記第3から第5駆動軸は前記制御用補間点Qiに位置決め制御するとともに、前記第1および第2駆動軸は前記第1および第2駆動軸の前記補間点(αi、βi)に位置決め制御を行う
ことを特徴とする形状測定装置の制御方法。 A stylus having a measuring chip at the tip, a first drive shaft that is rotationally driven around the first rotary shaft, and a second drive shaft that is rotationally driven around a second rotary shaft that is orthogonal to the first rotary shaft. A probe head that has and changes the posture of the stylus by the rotational movement of the first drive shaft and the second drive shaft.
A three-dimensional measuring machine having a third drive shaft, a fourth drive shaft, and a fifth drive shaft as three translational axes orthogonal to each other and three-dimensionally displacing the position of the probe head is provided.
The position of the measuring chip is given by the coordinate values (T3, T4, T5) of the third to fifth drive shafts, and the posture of the probe head is the first rotation angle α of the first drive shaft and the said. It is a control method of the shape measuring device given by the second rotation angle β of the second drive shaft.
The movement route starting from the current position Hs (Ts3, Ts4, Ts5, αs, βs) to the target position He (Te3, Te4, Te5, αe, βe) is set by the operator.
In the movement path from the current position Hs (Ts3, Ts4, Ts5, αs, βs) to the target position He (Te3, Te4, Te5, αe, βe), the interpolation points for each control cycle are set from the first to the first. Obtained for each of the 5 drive shafts
When the intersection of the first rotation axis and the second rotation axis is the rotation center Q, the above-mentioned is described by a predetermined conversion formula in which the values of the interpolation points (αi, βi) of the first and second drive axes are taken into consideration. The coordinate value of the intersection point of the measurement chip is converted into the coordinate value of the rotation center Q to obtain the control interpolation point Qi.
For each control cycle, the third to fifth drive shafts are positioned and controlled at the control interpolation point Qi, and the first and second drive shafts are the interpolation points (αi,) of the first and second drive shafts. A control method for a shape measuring device, characterized in that positioning control is performed on βi).
前記現在ポジションHs(Ts3、Ts4、Ts5、αs、βs)からスタートして前記目標ポジションHe(Te3、Te4、Te5、αe、βe)に至る前記移動経路は、直線状の移動経路として設定されている
ことを特徴とする形状測定装置の制御方法。 In the control method of the shape measuring device according to claim 1,
The movement path starting from the current position Hs (Ts3, Ts4, Ts5, αs, βs) and reaching the target position He (Te3, Te4, Te5, αe, βe) is set as a linear movement path. A control method for a shape measuring device, characterized in that it is present.
前記現在ポジションHs(Ts3、Ts4、Ts5、αs、βs)からスタートして前記目標ポジションHe(Te3、Te4、Te5、αe、βe)に至る前記移動経路は、折れ曲がった直線状の移動経路として設定されている
ことを特徴とする形状測定装置の制御方法。 In the control method of the shape measuring device according to claim 1,
The movement path starting from the current position Hs (Ts3, Ts4, Ts5, αs, βs) and reaching the target position He (Te3, Te4, Te5, αe, βe) is set as a bent linear movement path. A control method for a shape measuring device, characterized in that it is used.
前記現在ポジションHs(Ts3、Ts4、Ts5、αs、βs)からスタートして前記目標ポジションHe(Te3、Te4、Te5、αe、βe)に至る前記移動経路は、円弧状の移動経路として設定されている
ことを特徴とする形状測定装置の制御方法。 In the control method of the shape measuring device according to claim 1,
The movement path starting from the current position Hs (Ts3, Ts4, Ts5, αs, βs) and reaching the target position He (Te3, Te4, Te5, αe, βe) is set as an arc-shaped movement path. A control method for a shape measuring device, characterized in that it is used.
現在ポジションHs(Ts3、Ts4、Ts5、αs、βs)からスタートして目標ポジションHe(Te3、Te4、Te5、αe、βe)に至る速度パターンを前記第1から第5駆動軸についてそれぞれ生成し、
前記第3から第5駆動軸についてそれぞれ生成された前記速度パターンについては、共通の加減速時間および共通の所要時間で同期するように前記第3から第5駆動軸のそれぞれについて共通化速度パターンを生成する
ことを特徴とする形状測定装置の制御方法。 In the control method of the shape measuring device according to any one of claims 1 to 4.
Velocity patterns starting from the current position Hs (Ts3, Ts4, Ts5, αs, βs) and reaching the target position He (Te3, Te4, Te5, αe, βe) are generated for each of the first to fifth drive shafts.
For the speed patterns generated for the third to fifth drive shafts, a common speed pattern is set for each of the third to fifth drive shafts so as to synchronize with a common acceleration / deceleration time and a common required time. A control method for a shape measuring device, characterized in that it is generated.
現在ポジションHs(Ts3、Ts4、Ts5、αs、βs)からスタートして目標ポジションHe(Te3、Te4、Te5、αe、βe)に至る速度パターンを前記第1から第5駆動軸についてそれぞれ生成し、
前記第1から第5駆動軸についてそれぞれ生成された前記速度パターンを共通の加減速時間および共通の所要時間で同期するように前記第1から第5駆動軸のそれぞれについて共通化速度パターンを生成する
ことを特徴とする形状測定装置の制御方法。
In the control method of the shape measuring device according to any one of claims 1 to 5 .
Velocity patterns starting from the current position Hs (Ts3, Ts4, Ts5, αs, βs) and reaching the target position He (Te3, Te4, Te5, αe, βe) are generated for each of the first to fifth drive shafts.
A common speed pattern is generated for each of the first to fifth drive shafts so that the speed patterns generated for each of the first to fifth drive shafts are synchronized with a common acceleration / deceleration time and a common required time. A control method for a shape measuring device.
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