JP2650036B2 - 三次元計測ロボットによる長穴又は角穴の中心座標の算出方法 - Google Patents

三次元計測ロボットによる長穴又は角穴の中心座標の算出方法

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JP2650036B2
JP2650036B2 JP62309588A JP30958887A JP2650036B2 JP 2650036 B2 JP2650036 B2 JP 2650036B2 JP 62309588 A JP62309588 A JP 62309588A JP 30958887 A JP30958887 A JP 30958887A JP 2650036 B2 JP2650036 B2 JP 2650036B2
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Description

【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野] 本発明は、三次元計測ロボットによる長穴又は角穴の
中心座標の算出方法に関する。 [従来の技術] 従来、ティーチングプレイバック方式の三次元計測ロ
ボットにより長穴の中心座標を自動計測により求めるに
は、計測対象となる長穴のティーチングデータによる計
測開始点に三次元計測ロボットのプローブをアプローチ
させて該長穴内において、プローブを計測開始点を通っ
て長穴内を横断又は縦断させて第1及び第2の接触点の
座標を読みとるとともにこれらの第1及び第2の接触点
の中点の座標を求め、次にプローブを前記中点を通りか
つ前記移動方向と直角に長穴内を縦断又は横断させて第
3及び第4の接触点の座標を読みとるとともにこれら第
3及び第4の接触点の中点の座標を求めてこれにより長
穴の中心座標の求めるものである。そして、この場合、
オペレータが長穴の計測開始点(中心と思われる点)に
接触式のプローブをアプローチさせ、また長穴内でプロ
ーブを横・縦断させて穴の縁から第1ないし第4の接触
点の座標データを得るためにプローブの移動方向を教示
しておき、このティーチングデータに基いてプローブを
自動操作して自動計測を行うものである。 [発明が解決しようとする問題点] ところで従来の方法では、ティーチングの誤差や被計
測物の加工精度に起因する計測対象となる穴位置のバラ
ツキ等により、必ずしも正確に穴の中心座標を求めるこ
とができないという問題があった。 すなわち、第4図は従来の長穴の中心座標を算出する
方法の一例を示すものであり、P′は計測開始点、
P′は第1の接触点、P′は第2の接触点、M′
はP′とP′の中点、P′は第3の接触点、P′
は第4の接触点、M′はP′とP′の中点であ
り、このM′が計測上での長穴の中心点となる。しか
しM′は真の中心座標0に対して大きな誤差があるこ
とがわかる。計測開始点P′は本来、長穴の中心と思
われる箇所に、また第1ないし第4の接触点の座標を得
るためにプローブは長穴内を正確な方向性をもって縦横
断させるよう予めティーチングしておくのであるが、実
際の計測ではティーチングの誤差や計測対象となる長穴
の位置のバラツキ等により、第3図のように計測開始点
P′が真の中心天0から外れたり、またプローブの穴
内での縦横断方向が斜めになることが多々あり、これら
が原因で計測精度が悪くなる。 本発明は上記従来の問題点を解決するためのものであ
り、誤差を極力小さくして中心座標算出の精度を向上さ
せ得る三次元計測ロボットによる長穴又は角穴の中心座
標の算出方法を提供することを目的とする。 [問題点を解決するための手段] 上記の問題点は本発明によれば、 計測対象となる穴のティーチングデータによる形状認
識計測開始点に三次元計測ロボットのプローブをアプロ
ーチさせて該穴内において、プローブを前記計測開始点
を通って穴内を横断又は縦断させて第1及び第2の接触
点の座標を読みとるとともにこれらの第1及び第2の接
触点の第1中点座標を求め、次にプローブを前記中点を
通りかつ前記移動方向と直角に穴内を縦断又は横断させ
て第3及び第4の接触点の座標を読みとるとともにこれ
らの第3及び第4の接触点の第2の中点座標を求めて、
次いで、上記穴の形状認識計測に基づく上記第2中点座
標を上記穴の正しい中心座標計測開始点とし、上記プロ
ーブを前記正しい中心座標計測開始点を通りかつ前記最
初の横断又は縦断方向と平行に穴内を横断又は縦断させ
て第5及び第6の接触点の座標を読みとるとともにこれ
ら第5及び第6の接触点の第3中点座標を求め、さら
に、この中点を通りかつ前記第2の計測開始点を含む移
動方向と直角に穴内を縦断又は横断させて第7及び第8
の接触点の座標を読みとり、これら第7及び第8の接触
点の第4中点座標を求める1回の中心座標計測によって
穴の正しい中心座標とすることを特徴とする三次元計測
ロボットによる長穴又は角穴の中心座標の算出方法。 とすることで解決することができる。 [作用] 上記の手段を有する本発明方法では、まず従来方法通
りにプローブを計測対象となる穴の計測開始点からスタ
ートさせて穴内を縦横断して第1ないし第4の接触点の
座標を読みとり、第3及び第4の接触点の中点の座標を
求める。従来の方法ではこの中点をもって穴の中心点と
するものであるが、本発明ではこの中点の求めるまでの
計測を第1段階とし、この中点を第2の計測開始点とし
ての点からスタートして第2段階の計測を行うものであ
り、第2段階の計測では第1ないし第4の接触点の座標
を計測すると同様な手順で第5ないし第8の接触点の座
標を読みとり、第7及び第8の接触点の中点の座標を穴
の中心座標として算出するものである。すなわち、本発
明方法ではティーチングデータによりプローブをアプロ
ーチさせる計測開始点と計測途中で演算により求められ
る第2の計測開始点の二つの計測開始点が存在し、第2
の計測開始点は最初の計測開始点に比べてより真の中心
に接近している。したがって第2の計測開始点は最初の
計測開始点の補正した点であるとも云え、前述のように
計測開始点は、本来ティーチング時に穴の中心と思われ
る箇所に決めかつ真の穴の中心と計測開始点がより接近
すればする程、計測の精度が向上することから、ティー
チングデータによる最初の計測開始点より常に真の中心
に接近した第2の計測開始点を利用して計測する本発明
方法では、中心座標の計測精度においてより有利に作用
するものである。 [実 施 例] 以下、本発明の実施例を図面によって説明する。 第3図は三次元計測ロボットの一例を示すもので、1
は直交3軸の計測機機構であり、2はその計測機機構の
1のアームに設けた多関節アーム、3は多関節アーム2
の先端に設けた被計測物に接触する接触式のプローブで
ある。 直交3軸の計測機機構1は、被計測物を載置する定盤
4に沿って水平に配置した固定ベース5と、この固定ベ
ース5の上面に長手方向に設けたレール6,7上を移動可
能に設けた移動ベース8と、移動ベース8上に垂直に立
設したコラム9と、このコラム9上に摺動可能に配設し
たヘッド本体10と、固定ベース5とコラム9に夫々直交
しヘッド本体10を貫通して摺動可能に配設したアーム11
とで構成される。 また、この直交3軸の計測機機構は従来より十分に公
知であるため、詳しい説明は省略するが、各動作踏は所
定の駆動機構を備えている。すなわち、移動ベース8上
には移動ベース駆動用の交流三相サーボモータが配設さ
れ、このモータにて減速機を介して回転駆動されるピニ
オンギヤが固定ベース5に沿って配設されるラックギヤ
と噛み合うことでベース8を固定ベース5上に沿って駆
動する。またコラム9の頂部にはヘッド本体10の駆動用
の交流三相サーボモータ及び減速機が配設され、この減
速機の出力軸と連結されたボールねじ軸がコラム9内に
配設されるとともにヘッド本体10に固定されたボールね
じナットと螺合されており、モータによりボールねじ軸
を回駆動することによりヘッド本体10をコラム9に沿っ
て上下動する。またヘッド本体10にはアーム11の駆動用
の交流三相サーボモータが配設され、このモータにて減
速機を介して回転駆動されるピニオンギヤがアーム11に
沿って配設されるラックギヤと噛み合うことでアーム11
をヘッド本体10に対して駆動可能にしている。 多関節アーム2は、直交3軸の計測機機構1のアーム
11の先端に配設され、このアーム11と同軸に回転可能に
配設される第1回転アーム部12と、この第1回転アーム
部12に対して曲折可能に配設される第1曲折アーム部13
と、この第1曲折アーム13と同軸に回転可能に配設され
る第2回転アーム部14と、この第2回転アーム部14に対
して曲折可能に配設される第2曲折アーム部15とからな
り、この第2曲折アーム部15の先端に接触子3が設けら
れる。 なお、各アーム部には駆動用の直流サーボモータ及び
減速機が内臓され、これら減速機の出力軸に各アーム部
が連結されており、回転・曲折アーム部はこれら駆動機
構によって所定の角度範囲で回動・曲折される。 16ははコンピュータ装置を含む制御装置であり、ティ
ーチング時に三次元計測機機構1及び多関節アーム2の
姿勢及びそれに至る経路等を前記角度センサーの検出値
によりティーチングデータとして記憶し、次に自動計測
の際にティーチングデータに基いて各動作部を駆動制御
するとともにプローブ3が計測点と接触してON信号を発
生したときに前記各角度センサーの検出値を読みとって
計測点の座標の計測を行う。 本発明は、このようなティーチングプレイバック方式
の三次元計測ロボットにおいてティーチングのデータに
基づいて自動計測による長穴又は角穴の中心座標を算出
する方法であり、コンピュータプログラムに従って実行
される。 以下詳述すると、第1図のような長穴20に対し、その
内部に設定された計測開始点P0にプローブ3をアプロー
チさせ、プローブ3を長穴20内の横断させ長穴20の縁に
接触させて第1及び第2の接触点P1,P2の座標を読みと
る。これら座標値はコンピュータへ入力され第1及び第
2の接触点P1,P2の第1中心点M1座標が演算される。中
点M1の座標が求まると、次にプローブ3を中点M1の位置
まで移動させるとともに前記横断方向と直角に縦断させ
長穴20の縁に接触させて第3及び第4の接触点P3,P4
座標を読みとる。そしてコンピュータにて第3及び第4
の接触点P3,P4の第2中点M2座標が演算される。以上の
計測で上記穴の形状が認識される。次いで、上記中点M2
は第2の計測開始点でもあり、プローブを第2計測開始
点M2に移動させ、この点からスタートして前記縦断方向
と直角に長穴20内を横断させ長穴20の縁に接触させて第
5及び第6の接触点P5,P6の座標を読みとり、これら座
標値からその第3中点M3座標が演算される。さらにプロ
ーブ3を中点M3の位置まで移動させるとともに前記縦断
方向と平行に横断させ長穴20の縁に接触させて第7及び
第8の接触点P7,P8の座標を読みとり、これら第7及び
第8の接触点P7,P8の座標から算出されるこれら接触点
の第4中点M4座標をもって長穴20の中心点の座標とする
ものである。即ち、上記穴の形状認識のための計測を基
として単なる1回の中心座標計測で正しい中心座標を計
測することができる。 第1図に図示する例ではティーチングデータによる計
測開始点P0が真の中心点0より大きく離れ、またプロー
ブの長穴内での縦・横断方向が斜めとなっているため、
従来方法で求めた場合の中心点(第1図ではM2)は真の
中心点0に対して大きな誤差を生じるが、本発明方法で
は計測開始点P0より真の中心点0に接近した第2の計測
開始点からさらに計測を続けるため、それより得られる
計測上の中心点M4は真の中心点0にきわめて接近し精度
の高い計測ができることがわかる。 なお、実施例で説明した計測では第1,第2,第5及び第
6の接触点P1,P2,P5,P6を長穴20の横断方向に、また第
3,第4,第7及び第8の接触点P3,P4,P7,P8を縦断方向に
とったが、これを逆にしてもよい。しかし、プローブの
長穴内での縦・横断方向が大きく傾いた場合等のときは
前者の方がより精度の高い計測が可能になる。
【発明の効果】
以上述べたように発明の三次元計測ロボットによる長
穴又は角穴の中心座標を算出方法では、ティーチングデ
ータによる計測開始点からプローブをスタートさせる上
記穴の形状認識のための計測により上記穴の正しい中心
座標のための計測開始点を求め、次に前記計測開始点に
比べて真の中心座標により近づいた上記中心座標のため
の計測開始点からプローブをスタートさせる上記中心座
標のための計測により長穴又は角穴の中心座標を単なる
1回で求めるため、極めて能率的であり、しかも、ティ
ーチングの誤差や計測対象となる穴位置のバラツキによ
り計測開始点が真の中心座標より大きく外れても精度の
高い中心座標の算出が可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例に係る長穴の中心座標を算出す
る計測の説明図、第2図は長穴又は角穴の中心座標を算
出する方法の手順を示すフローチャート、第3図は三次
元計測ロボットの全体図、第4図は従来の長穴の中心座
標を算出する計測の説明図である。 3〜プローブ、20〜長穴 P0〜計測開始点、P1〜第1の接触点 P2〜第2の接触点、P3〜第3の接触点 P4〜第4の接触点、P5〜第5の接触点 P6〜第6の接触点、P7〜第7の接触点 P8〜第8の接触点 M1〜P1とP2の中点 M2〜P3とP4の中点(第2の計測開始点) M3〜P5とP6の中点 M4〜P7とP8の中点(計測により算出した穴の中心)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】計測対象となる穴のティーチングデータに
    よる形状認識計測開始点に三次元計測ロボットのプロー
    ブをアプローチさせて該穴内において、プローブを前記
    計測開始点を通って穴内を横断又は縦断させて第1及び
    第2の接触点の座標を読みとるとともにこれらの第1及
    び第2の接触点の第1中点座標を求め、次にプローブを
    前記中点を通りかつ前記移動方向と直角に穴内を縦断又
    は横断させて第3及び第4の接触点の座標を読みとると
    ともにこれらの第3及び第4の接触点の第2の中点座標
    を求めて、次いで、上記穴の形状認識計測に基づく上記
    第2中点座標を上記穴の正しい中心座標計測開始点と
    し、上記プローブを前記正しい中心座標計測開始点を通
    りかつ前記最初の横断又は縦断方向と平行に穴内を横断
    又は縦断させて第5及び第6の接触点の座標を読みとる
    とともにこれら第5及び第6の接触点の第3中点座標を
    求め、さらに、この中点を通りかつ前記第2の計測開始
    点を含む移動方向と直角に穴内を縦断又は横断させて第
    7及び第8の接触点の座標を読みとり、これら第7及び
    第8の接触点の第4中点座標を求める1回の中心座標計
    測によって穴の正しい中心座標とすることを特徴とする
    三次元計測ロボットによる長穴又は角穴の中心座標の算
    出方法。
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