JPH04203907A - 位置、姿勢測定装置用指示具 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、位置、姿勢測定装置用指示具に関する。

［従来技術］ ワークの形状等を測定する方法として第９図に示す指示
具２を使用している。指示具２は平面状に形成された平
板３０に３個の発光体５ａ、５ｂ。

５Ｃが固定されたものを使用し、該指示具２の尖頭状の
端部をワーク上に載置して発光体の位置を測定する。即
ち、第１図に示すように指示具２をワーク上に載置し、
２台の受光器（例えばＣＣＤカメラ）３ａ、３ｂで該発
光体５ａ、５ｂ、５ｃを受像する。受像したときの受光
器３ａ、３ｂの角度から発光体５ａ、５ｂ％５Ｃの各々
の位置を算出する。

［発明が解決しようとする課題］ 上記した指示具２は平板上（こ発光体５ａ、５ｂ。

５ｃが配列されているため、２台の受光器３ａ、３ｂが
設置できる相対角度は決り、ワークの形状によっては両
方の受光器３ａ、３ｂが受光できない場合が生ずる。そ
の場合には、受光器３ａ１３ｂの設置位置を変えて行う
必要がある。又、従来の発光体５ａ、５ｂ、５Ｃの光度
は発光方向に対して均一ではないため、受光器の設置位
置によっては正確な受光器の角度を得ることは困難であ
る。

その結果、発光体の位置を正確に測定することは出来な
いという問題点がある。

そこで本発明は、係る不都合を解決する位置、姿勢測定
装置用指示具を提供するものである。

［課題を解決するための手段］ 発光体を有する指示具と、該発光体の光を受光する２台
以上の受光器と、該受光器の位置、角度を算出する演算
装置とを有する位置、姿勢測定装置に使用する請求項第
１項の指示具は、該指示具の把手部に少なくとも３本の
分枝を形成し、該分枝の端部に発光体を取り付けたもの
である。

請求項第２項の指示具は、請求項第１項の指示具の分枝
を伸縮自在に形成したものである。

又、請求項第３項の指示具は、請求項第１項の指示具の
分枝を着脱自在に形成したものである。

請求項第４項は、請求項第１項乃至第３項に使用する発
光体の光度を全方向に対して既知の光度分布をなす発光
体とするものである。

［作用コ 請求項第１項の位置、姿勢測定装置用指示具は、把手部
に少なくとも３本の分枝を形成し、該分枝の端部に発光
体を取り付けたものである。この指示具によって、受光
器は位置を変えずに発光体をほぼ全方向から見ることが
出来き、受光器で各発光体を受像して演算装置で算出す
れば各発光体の位置を測定することが出来る。

又、請求項第２項の位置、姿勢測定装置用指示具は分枝
を伸縮自在に形成し、発光体の位置を調節できるように
したものである。その為、受光器の位置を変えることな
くワークの形状に対応して教示点の位置、姿勢が測定で
きる。

請求項第３項の位置、姿勢測定装置用指示具は、把手部
に取り付けられている分枝が着脱自在に形成されている
。そのため、予め用意された長さの分枝を把手部に取り
付けることによって、発光体の位置を選択でき、ワーク
の形状に対応して教示点の位置、姿勢が測定できる。

請求項第４項は、発光体の光度を全方向に対して既知の
光度分布をなす発光体を請求項第１項乃至第３項の分枝
に取り付けるものである。この発光体を使用することに
よって、発光体の位置に関係なく光度が既知であるため
、発光体の位置がより正確に測定できる。

［実施例］ 本発明の１実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の位置、姿勢測定装置用指示具２（以
下、指示具という。）を使用して発光体５ａの位置を測
定する概念図である。即ち、Ｘ、　　Ｙ。

Ｚ軸で表される空間内には、位置検出手段として異なる
位置に２台のＣＣＤカメラ３ａ、３ｂが配設され、該Ｃ
ＣＤカメラ３ａ、３ｂで受光する為の発光源を有する指
示具２がワーク１上に載置されている図である。ＣＣＤ
カメラ３ａ、３ｂの其々は発光体５ａ、５ｂ、５ｃの位
置が大きく移動しても受光できるように調節機構が付設
されている。ワーク１上に載置される指示具２は第２図
に示すように、把手部１５の先端が尖頭状の教示点６が
形成され、更に任意の長さ及び角度で３本の細円柱形状
等の分枝１６　ａ、　１６　ｂ、　１６　ｃが合成樹脂
或いは金属等で一体に成形されている。又、該分枝１６
ａ、１６ｂ、１６ｃの端部には、後述するように位置及
び姿勢（角度）をも測定できるように３個の発光体５ａ
、５ｂ、５ｃが配設されている。

次に、上記した２台のＣＣＤカメラ３ａ、３ｂと指示具
２を使用しての発光体の位置、発光体間の距離及び教示
点の角度の測定方法について説明する。

まず、第１図に示す様に指示具２の教示点６をワーク１
上の測定する位置及び姿勢（角度）で載置する。そして
、ＣＣＤカメラ３ａ、３ｂを発光体５ａ、’５ｂ、５ｃ
から発光される光を受光する位置に調節する。

尚、ＣＣＤカメラ３ａ、３ｂ等のＸ５ＹＸＺ軸で表す空
間内の位置を其々下記の通りとする。即ち、固定された
ＣＣＤカメラ３ａ、３ｂの位置座標をＰａ　（Ｘａ、Ｙ
ａ、Ｚａ）　、Ｐｂ　（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）と、指示具
２の発光体５ａ、５ｂ、５Ｃの各位置座標をＰｉ　（Ｘ
ｉ、Ｙｌ、Ｚｌ）　、Ｐ２　（Ｘ２．Ｙ２．Ｚ２）　、
Ｐ３　（Ｘａ、Ｙ３．Ｚａ）と、又、指示具２の教示点
６の座標をｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）とする。

（１）発光体５ａの座標ＰＬ　（Ｘｉ、Ｙｌ、Ｚｌ）を
求める。

ＣＣＤカメラ３ａ及び３ｂで発光体５ａからの光を受像
して、或いは受光できるように調節してＣＣＤカメラ３
ａ及び３ｂの天頂角をα１１、α２１、水平角をβ１１
、β２１を検出する（第１図）。

ＰａとＰｌ間の距離をＬｌａ、ＰｂとＰｌの距離をＬｌ
ｂとすると、天頂角α１１、α２１、水平角β１１、β
２１に関しては其々、 Ｘ１＝Ｘａ −Ｌｌａ　−３ＩＮ　（ａｌｌ）　・ＣＯ３（β１１）
Ｙ１＝Ｙａ −Ｌ１ａ−８ＵＮ　（α１１）・　ＳＩＮ　（β１１）
Ｚ１＝Ｚａ＋Ｌ１ａ　−ＣＯ８（αＩＩ）Ｘ１＝Ｘｂ −Ｌｌｂ−８ＩＮ（α２１）・　ＣＯ８（β２１）Ｙ１
＝Ｙｂ −Ｌｌｂ−８ＩＮ（α２１）・　５ＩＮ（β２１）Ｚ１
＝Ｚｂ＋Ｌ１ｂ−ＣＯ３（α２１）の関係式が成立する
。

以上の各式より発光体５ａの座標ＰＩ　（Ｘｉ。

Ｙｌ、Ｚｌ）が求まる。

（２）次に、発光体５ｂの座標Ｐ２　（Ｘ２．　Ｙ２゜
Ｚ２）を求める。

上記（１）で求めたと同様にして求めることができるた
め図示は省略する。求まった天頂角をα１２、α２２、
水平角をβ１２、β２２とし、Ｐａと２２間の距離をＬ
２ａ、Ｐｂと２２間の距離をＬ２ｂとすると、 Ｘ２＝Ｘａ −Ｌ２ａ　−３ＩＮ　　（α１２）　　・ＣＯ８（β１
２）Ｙ２＝Ｙａ −Ｌ２ａ　−８ＩＮ　　（α１２）　　・Ｓ　ＩＮ　　
（β１２）Ｚ２＝Ｚａ十Ｌ２ａ　−ＣＯ８（（ｌＥ１２
）Ｘ２＝Ｘａ −Ｌ２ｂ−８ＩＮ（α２２）・　ＣＯ８（β２２）Ｙ２
＝Ｙａ −Ｌ２ｂ−８ＩＮ（α２２）・　５ＩＮ（β２２）Ｚ２
＝Ｚａ＋Ｌ２ｂ−ＣＯ８（α２２）の各式が成立し、発
光体５ｂの座標Ｐ２（Ｘ２゜Ｙ２．Ｚ２）が求まる。

（３）更に、発光体５ｃ（７）座標Ｐ３’（Ｘａ、Ｙ３
゜Ｚａ）を求める。

発光体５Ｃの座標Ｐ３も上記と同様に、求まった天頂角
をα１３、α２３、水平角をβ１３、β２３とし、Ｐａ
と２３間の距離をＬ３ａ、Ｐｂと２３間の距離をＬ３ｂ
とすると、 Ｘ３＝Ｘａ −Ｌ３ａ−３Ｉ　Ｎ　（α１３）　−ＣＯ８（β１３）
Ｙ３＝Ｙａ −Ｌ３ａ　−８Ｉ　Ｎ　　（α１３）　　・Ｓ　ＩＮ　
　（β１３）Ｚ３＝Ｚａ＋Ｌ３ａ　　−ＣＯ８（α１３
）Ｘ３＝Ｘａ −Ｌ３ｂ−Ｓ　ＩＮ　　（α２３）・　ＣＯ３（β２３
）Ｙ３＝Ｙａ −Ｌ３ｂ−８ＩＮ（α２３）・　５ＩＮ（β２３）Ｚ３
＝Ｚａ＋Ｌ２ｂ−ｃｏｓ　（α２３）の各式が成立し、
発光体５ｃの座標Ｐ３（Ｘａ。

Ｙ３．Ｚａ）が求まる。

（４）以上のごとく求めた、各発光体５ａ、５ｂ。

５Ｃの各座標点ＰＬ　（Ｘｉ、Ｙｌ、Ｚｌ）、Ｐ２（Ｘ
２．Ｙ２．Ｚ２）　、Ｐ３　（Ｘａ、Ｙ３．Ｚａ）から
、各座標を通る平面式は、 となる。

次に、上記平面の方向余弦り、Ｍ、Ｎを求める。

ここで、各方向余弦をＬ＝ＣＯ８（α）、Ｍ＝ＣＯ８（
β）　、Ｎ＝ＣＯ８（γ）とすると、（Ｘ−Ｘｉ）／Ｌ
＝　（Ｙ−Ｙｌ）／Ｍ＝　（Ｚ−Ｚｌ）／Ｎ （Ｘ−Ｘ２）／Ｌ＝　（Ｙ−Ｙ２）／Ｍ＝　（Ｚ−２２
）／Ｎ （Ｘ−Ｘ３）／Ｌ＝　（Ｙ−Ｙ３）／Ｍ＝　（Ｚ−２３
）／Ｎ の関係式が成立し、上記の各式より方向余弦り。

Ｍ、Ｎが求まる。即ち、異なる３個の発光体の位置を測
定すれば、該発光体を通る角度を求めることが出来る。

（５）次に、座標Ｐｔ、即ちワーク１上の載置点の座標
ｐｔ　　（ｘｔ、ｙｔ、ｚＢを求める。

座標Ｐ１、Ｐ２の平面と座標点ｐｔを含む面が同じであ
るときには、座標点ｐｔは位置関係が既知である座標Ｐ
１、Ｐ２或いはＰ３から求まる。

しかしながら、座標Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の平面と座標点Ｐ
ｔ（教示点）を含む面が任意の既知の角度（α′、β゛
、γ°）で形成されている指示具２の場合にあっては、
前記で求めた方向余弦Ｌ１Ｍ、Ｎに対して角度補正をし
てＬ’　、Ｍ’　、Ｎ’として求める。

□　　尚、本例に用いた指示具２は分枝１６ａ、１６ｂ
、１６ｃの先端に発光体５ａ、５ｂ、５ｃを取り付けた
ものであるため、指示具を回転させることなく、即ちワ
ーク１で遮断されない限り受光器の位置に関係なく測定
できる。又、本例の指示具の分枝数は３本で形成されて
いるが、更に本数を増加させることによって、受光器は
任意の発光体を選択して測定できるため種々のワークの
形状に対応できる。又、分枝を把手に取り付ける角度は
、発光体を受光できる受光器の位置を想定して決定すれ
ば良く、例えば第３図に示すように形成する。

即ち、第３図（ａ）は正面図、第３図（ｂ）は平面図を
示し、分枝１６　ａ、　１６　ｂ、　１５　ｃの長さを
異にし、角度を平面上１２０°に形成してあり、受光器
の殆どの位置で発光体を受光できる。

次に、第４図は請求項第２項に対応するものであり、分
枝１６　ａ、　１６　ｂ、　１６　ｃが伸縮自在に形成
されている。即ち、把手部１５にはネジ２０を有する支
持部１８　ａ、　１８　ｂ、　１８　ｃが任意の方向に
形成され、該ネジ２０に歯合する分枝１６ａ、１６ｂ、
１６ｃが取り付けられたものである。

分枝１６　ａ、　１６　ｂ、　１６　ｃを回転させるこ
とによって、発光体５ａ、５ｂ、５ｃの位置を変えるこ
とが出来るため、ワークの形状に対応して測定できる。

尚、第５図に示すように、分枝を多数に分割し、各分割
された分枝２２ａ、２２．ｂ、２２ｃを摺動可能に形成
して伸縮自在となるように形成してもよい。

第６図は、請求項第３項に対応するものであって、把手
部１５に各方向に多数の支持部１８ａ１１８ｂ、１８ｃ
に長孔２１が穿設されている。この長孔２１に嵌合挿入
できるように予め長さの異なる分枝１６を用意しておき
、ワークの形状に対応する位置に適宜の長さの分枝１６
を挿入する。

発光体の位置を挿入取着する分枝１６で選定できるため
、種々のワーク形状に対応できる。

第７図は、発光体の光度を全方向に対して既知の光度分
布として、ガウス分布をなす発光体を使用して、受光器
での受像画面１１を示す図である。

即ち、受光器２ａ、２ｂ　（ＣＣＤカメラ）の受像画面
１１は縦横に配設された画素１０（長さを縦ａ１横ｂ）
で構成され、受光器３ａ、３ｂの受像画面１１の中心（
線ｍ、ｎで示す画素上の交点）となるように受光器３ａ
、３ｂの角度を調整する。

しかしながら、発光体５の種類によっては第７図斜線部
に示されるように複数の画素１０に渡って受像される場
合があり、係る場合には発光体５の位置に対する受像画
面１１との位置関係が不明確となり、画素１０の長さ以
下の精度で発光体５の位置を測定精度を得ることは困難
である。即ち、発光体５の光度分布が未知であるため、
受光器３ａ、３ｂの位置、角度が異なることによって受
像画面１１上の光度分布は異なる。その為、例え受像画
面１１の中心（線ｍＳｎで示す画素上の交点）で受光す
るように受光器２ａ、２ｂの角度を調整しても、該角度
は不正確である。

しかしながら、全方向に対して既知の、例えばガウス分
布で発光する発光体５を使用する場合には、第８図に示
すように受光された受光光度も同様に受像画面１１の中
心ｍＸｎにピークを持つガウス分布となり、受光器３ａ
、３ｂの位置、角度に無関係に受像される。その為、発
光体５の受光を受像画面１１の中心（ｍ、ｎの交点）と
なるように各受光器３ａ、３ｂを作動させた時の角度（
天頂角α１１、α２１．水平角β１１、β２１）を検出
して、演算処理装置で前記の要領で発光体５の位置Ｐ１
を求める。

この様に、全方向に体してガウス分布を有する発光体を
使用すれば、受光器の位置に関係なく受光器２ａ、２ｂ
の正確な角度が測定できる。その結果、求まった教示点
の位置及び姿勢（角度）も正確に、即ち画素１０の長さ
以下の精度で測定できる。

又、全方向に対してガウス分布を有する発光体を前記し
た種々の形態の指示具に取り付ければ、正確で且つ受光
器の位置を変えることなく種々の形状のワークに対して
容易に対応することができる。

［発明の効果］ 本発明の位置、姿勢測定装置用指示具によれば、ワーク
の形状等を測定する時、単に指示具を手に持って所望の
位置及び姿勢にすれば受光器を移動させることもなく、
種々のワークの形状に容易に対応できる。又、発光体と
して全方向に対して既知の光度分布を有する発光体を使
用すればより精度の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は発光体の
位置を測定する概念図、第２図は請求項第１項に対応す
る指示具の正面図、第３図は請求項第１項に対応する指
示具で（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、第４．５図は
請求項第２項に対応する指示具の側断面図、第６図は請
求項第３項に対応する指示具の側断面図、第７図は受光
器の受像画面の図、第８図は受光器の受光光度分布を示
す図、第９図は従来の指示具の正面である。 １・・・ワーク ２・・・指示具 ３ａ、：３ｂ−ＣＣＤカメラ Ｐａ、Ｐｂ・・・ＣＣＤカメラの座標 ５　ａ、　５　ｂ、　５　ｃ−−−発光体Ｐ１、Ｐ２、
Ｐａ・・・位置検出具の座標ｐｔ・・・教示点 α１１、α２１・・　・・・天頂角 β１１、β２１・・　・・・水平角

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）発光体を有する指示具と、該発光体の光を受光す
   る２台以上の受光器と、 該受光器の位置、角度を算出する演算装置とを有する位
   置、姿勢測定装置に於て、 前記指示具の把手部に少なくとも３本の分枝を形成し、
   該分枝の端部に発光体を取り付けたことを特徴とする位
   置、姿勢測定装置用指示具。
2. （２）指示具に於て、分枝を伸縮自在とすることを特徴
   とする請求項第１項の位置、姿勢測定装置用指示具。
3. （３）指示具に於て、分枝を着脱自在に形成したことを
   特徴とする請求項第１項の位置、姿勢測定装置用指示具
   。
4. （４）発光体の光度を全方向に対して既知の光度分布を
   なす発光体とすることを特徴とする請求項第１項、第２
   項、第３項の位置、姿勢測定装置用指示具。