JPH079371B2 - プロ−ブ姿勢制御装置 - Google Patents
プロ−ブ姿勢制御装置Info
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- JPH079371B2 JPH079371B2 JP61283237A JP28323786A JPH079371B2 JP H079371 B2 JPH079371 B2 JP H079371B2 JP 61283237 A JP61283237 A JP 61283237A JP 28323786 A JP28323786 A JP 28323786A JP H079371 B2 JPH079371 B2 JP H079371B2
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- force
- axis
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- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、三次元形状測定機のプローブや超音波探傷ス
キャナ装置の超音波プローブ等の姿勢を制御する装置に
関する。
キャナ装置の超音波プローブ等の姿勢を制御する装置に
関する。
B.従来の技術 三次元形状測定機を示す第11図および第12図における従
来技術を説明する。
来技術を説明する。
プローブ１はｘ軸,y軸およびｚ軸方向に移動可能に保持
され、同一の姿勢のまま手動または自動にてプローブ１
の先端を被測定面２に接触させ、そのときのx,y,zの各
位置を読み取る。一般にプローブ１は第12図に示すよう
に、軸部1aとその先端の球部1bとを有し、被測定面２に
接触させたとき球部1bの先端Ｐの位置を測定値として測
定機本体が読みとる。以上の操作を複数位置で繰り返し
行ない、被測定面２の形状を測定する。なお、球部1bの
中心Ｏの位置を読み取ることもある。
され、同一の姿勢のまま手動または自動にてプローブ１
の先端を被測定面２に接触させ、そのときのx,y,zの各
位置を読み取る。一般にプローブ１は第12図に示すよう
に、軸部1aとその先端の球部1bとを有し、被測定面２に
接触させたとき球部1bの先端Ｐの位置を測定値として測
定機本体が読みとる。以上の操作を複数位置で繰り返し
行ない、被測定面２の形状を測定する。なお、球部1bの
中心Ｏの位置を読み取ることもある。
C.発明が解決しようとする問題点 しかし、被測定面２が第12図に示すように水平面HPに対
してα度傾斜している場合、プローブ１の球部1bは接触
点Ｑにて被測定面２と接触する。このため、接触点Ｑの
位置と測定位置Ｐとの間に、δx,δｚだけずれが生じ誤
差となる。
してα度傾斜している場合、プローブ１の球部1bは接触
点Ｑにて被測定面２と接触する。このため、接触点Ｑの
位置と測定位置Ｐとの間に、δx,δｚだけずれが生じ誤
差となる。
従来は、その傾斜面の近傍で何点かを測定しそれらの点
を補間して傾斜角度αを求め、この角度αに基づいてず
れδx,δｚを求め測定値を補正している。この場合、補
正演算が必要であり、これをコンピュータで行なっても
実時間計測とはならず、形状測定の自動化に障害とな
る。なお、以上は二次元にて説明したが三次元において
もずれδｙが含まれるだけで本質的に同様な補正が必要
である。
を補間して傾斜角度αを求め、この角度αに基づいてず
れδx,δｚを求め測定値を補正している。この場合、補
正演算が必要であり、これをコンピュータで行なっても
実時間計測とはならず、形状測定の自動化に障害とな
る。なお、以上は二次元にて説明したが三次元において
もずれδｙが含まれるだけで本質的に同様な補正が必要
である。
この種のプローブ１はｘ軸,y軸,z軸に移動できてもその
姿勢は一定である。このため被測定面２の傾き角度αが
90度以上になるとプローブ１の先端球部1bを被測定面２
に接触できない。この場合、人力にて被測定物の姿勢を
変える等して測定を行なう必要があり、自動化に障害と
なる。
姿勢は一定である。このため被測定面２の傾き角度αが
90度以上になるとプローブ１の先端球部1bを被測定面２
に接触できない。この場合、人力にて被測定物の姿勢を
変える等して測定を行なう必要があり、自動化に障害と
なる。
以上の如き問題点は、三次元形状測定機に限らず、超音
波プローブを有する超音波探傷自動スキャナ装置等、プ
ローブを被測定面に当接させて測定等を行なう各種の装
置にも同様にあてはまる。
波プローブを有する超音波探傷自動スキャナ装置等、プ
ローブを被測定面に当接させて測定等を行なう各種の装
置にも同様にあてはまる。
本発明の目的は、プローブの姿勢を制御して上述の問題
点を解決したプローブ姿勢制御装置を提供することにあ
る。
点を解決したプローブ姿勢制御装置を提供することにあ
る。
D.問題点を解決するための手段 第１図に示すクレーム対応図に基づいて本発明を説明す
ると、この発明に係るプローブ姿勢制御装置は、多自由
度を有する例えばアーム等から成る支持手段101と、こ
れら支持手段101を駆動する例えばDCモータ等の駆動手
段102と、支持手段101に設けられたプローブ103と、支
持手段101とプローブ103との間に介在され、このプロー
ブ103を被測定面に当接させたときにプローブ103に作用
する力を検出する力検出手段104と、プローブ103の姿勢
を検出する姿勢検出手段105と、検出されたプローブ103
の姿勢に基づいて、力検出手段104で検出された力に含
まれるプローブ103の自重による力の成分を含め、この
力の成分により検出された力を補正し、この補正結果に
基づいてプローブ103の被測定面に対する傾きを演算し
て、プローブ103が被測定面に垂直に当接するよう駆動
手段102を駆動する駆動制御手段106とを有する。
ると、この発明に係るプローブ姿勢制御装置は、多自由
度を有する例えばアーム等から成る支持手段101と、こ
れら支持手段101を駆動する例えばDCモータ等の駆動手
段102と、支持手段101に設けられたプローブ103と、支
持手段101とプローブ103との間に介在され、このプロー
ブ103を被測定面に当接させたときにプローブ103に作用
する力を検出する力検出手段104と、プローブ103の姿勢
を検出する姿勢検出手段105と、検出されたプローブ103
の姿勢に基づいて、力検出手段104で検出された力に含
まれるプローブ103の自重による力の成分を含め、この
力の成分により検出された力を補正し、この補正結果に
基づいてプローブ103の被測定面に対する傾きを演算し
て、プローブ103が被測定面に垂直に当接するよう駆動
手段102を駆動する駆動制御手段106とを有する。
E.作用 プローブ103が被測定面に当接すると、力検出手段104に
より、プローブ103が受ける抗力が検出される。この抗
力は、プローブ103の自重による力の成分を含んでいる
ので次のように補正する。姿勢検出手段105でプローブ1
03の姿勢を検出する。これに基づき駆動制御手段106
は、既知のプローブ自重から各軸方向の力の成分を求め
検出された力を補正し、この補正結果に基づいてプロー
ブ103の被測定面に対する傾きを演算する。そしてこの
傾きに基づいて駆動制御手段106は、プローブ103が被測
定面と垂直となるよう駆動手段102を制御する。これに
より支持手段101が駆動されてプローブ103が被測定面に
対して垂直となる。
より、プローブ103が受ける抗力が検出される。この抗
力は、プローブ103の自重による力の成分を含んでいる
ので次のように補正する。姿勢検出手段105でプローブ1
03の姿勢を検出する。これに基づき駆動制御手段106
は、既知のプローブ自重から各軸方向の力の成分を求め
検出された力を補正し、この補正結果に基づいてプロー
ブ103の被測定面に対する傾きを演算する。そしてこの
傾きに基づいて駆動制御手段106は、プローブ103が被測
定面と垂直となるよう駆動手段102を制御する。これに
より支持手段101が駆動されてプローブ103が被測定面に
対して垂直となる。
F.実施例 第２図〜第９図により本発明の一実施例を説明する。
第２図はプローブ姿勢制御装置の概略全体構成を示し、
５自由度を有するロボット50の先端に軸力センサ３を介
して従来と同様のプローブ１を設けたものであり、ロボ
ット50の各関節はJISで定められたシンボルにより示し
ている。ロボット50は、回転機構52（モータM1を含む）
によりベース51に対して旋回可能である。回転機構52に
は回転軸53が接続され、その先端に接続された回転機構
54（モータM2を含む）により第１のアーム55が旋回可能
であり、第１のアーム55の先端に接続された第２のアー
ム回転機構56（モータM3を含む）により第２のアーム57
が旋回可能であり、第２のアーム57の先端に接続された
第３のアーム回転機構58（モータM4を含む）により第３
のアーム59が旋回可能である。第３のアーム59の先端に
は手首回転機構60（モータM5を含む）を介して手首61が
回転可能に設けられている。手首61の先端には例えば第
３図に示す多軸力センサ３が設けられ、この多軸力セン
サ３にプローブ１が取付けられている。多軸力センサ３
は、プローブ１を被測定面に当接させたときにプローブ
１に作用するｘ軸,y軸,z軸の各軸力を検出するものであ
る。
５自由度を有するロボット50の先端に軸力センサ３を介
して従来と同様のプローブ１を設けたものであり、ロボ
ット50の各関節はJISで定められたシンボルにより示し
ている。ロボット50は、回転機構52（モータM1を含む）
によりベース51に対して旋回可能である。回転機構52に
は回転軸53が接続され、その先端に接続された回転機構
54（モータM2を含む）により第１のアーム55が旋回可能
であり、第１のアーム55の先端に接続された第２のアー
ム回転機構56（モータM3を含む）により第２のアーム57
が旋回可能であり、第２のアーム57の先端に接続された
第３のアーム回転機構58（モータM4を含む）により第３
のアーム59が旋回可能である。第３のアーム59の先端に
は手首回転機構60（モータM5を含む）を介して手首61が
回転可能に設けられている。手首61の先端には例えば第
３図に示す多軸力センサ３が設けられ、この多軸力セン
サ３にプローブ１が取付けられている。多軸力センサ３
は、プローブ１を被測定面に当接させたときにプローブ
１に作用するｘ軸,y軸,z軸の各軸力を検出するものであ
る。
すなわち、第３図において、多軸力センサ３は、第１の
リング４と、これと対向する第２のリング５と、両リン
グ4,5を連結する３本のたわみ梁６と、たわみ梁６の内
面に設けられた引っ張り・圧縮力検出ゲージ７と、たわ
み梁６の外面に設けられた剪断力検出ゲージ８とから構
成されている。そして、第１のリング４が手首61に連結
され、第２のリング５がプローブ１と連結され、プロー
ブ１に作用する力に応じてたわみ梁６がたわむと各ゲー
ジから歪量に応じた信号が得られ、各軸力FX,FY,FZが知
れる。ここに、軸力FX、FY、FZは多軸力センサ３に作用
する軸力Ｆのｘ軸、ｙ軸およびｚ軸（座標系は第３図に
示すもの）の分力である。
リング４と、これと対向する第２のリング５と、両リン
グ4,5を連結する３本のたわみ梁６と、たわみ梁６の内
面に設けられた引っ張り・圧縮力検出ゲージ７と、たわ
み梁６の外面に設けられた剪断力検出ゲージ８とから構
成されている。そして、第１のリング４が手首61に連結
され、第２のリング５がプローブ１と連結され、プロー
ブ１に作用する力に応じてたわみ梁６がたわむと各ゲー
ジから歪量に応じた信号が得られ、各軸力FX,FY,FZが知
れる。ここに、軸力FX、FY、FZは多軸力センサ３に作用
する軸力Ｆのｘ軸、ｙ軸およびｚ軸（座標系は第３図に
示すもの）の分力である。
再び第２図において、各関節の回転機構にはその回転角
を検出する回転角センサ例えばロータリーエンコーダR1
〜R5が設けられ、検出された回転角θ１〜θ５が制御装
置９に入力される。また、軸力センサ３で検出された軸
力FX,FY,FZも駆動制御装置９に入力される。制御装置９
は、後述の演算に基づいてプローブ１が被測定面に垂直
になるように各回転機構のモータM1〜M5に駆動信号i1〜
i5を供給する。なお、第２図においては、第３のアーム
回転機構58に関する信号線D1,D2と軸力センサ３の信号
線D3のみを制御装置９と接続して示し、多の接続は省略
している。
を検出する回転角センサ例えばロータリーエンコーダR1
〜R5が設けられ、検出された回転角θ１〜θ５が制御装
置９に入力される。また、軸力センサ３で検出された軸
力FX,FY,FZも駆動制御装置９に入力される。制御装置９
は、後述の演算に基づいてプローブ１が被測定面に垂直
になるように各回転機構のモータM1〜M5に駆動信号i1〜
i5を供給する。なお、第２図においては、第３のアーム
回転機構58に関する信号線D1,D2と軸力センサ３の信号
線D3のみを制御装置９と接続して示し、多の接続は省略
している。
制御装置９は、第４図に示すとおり、軸力センサ３から
の信号入力部として、軸力センサ３からのアナログ信号
を入力しその電圧レベルや零点を調整するインタフェー
ス9aと、入力アナログ信号を選択的に出力するマルチプ
レクサ9bと、マルチプレクサ9bからのアナログ信号をデ
ジタル信号に変換してCPU9dに入力するA/D変換器9cとを
有する。また、ロータリーエンコーダR1〜R5からの信号
入力部として、ロータリーエンコーダR1〜R5からのシリ
アルパルス信号を計数してパラレル角度信号に変換する
カウンタ回路9eと、このカウンタ回路9eからの信号が入
力されCPU9dに出力する入力用インタフェース9fとを有
する。更に、信号制御部として、処理手順を予め格納し
たROM9gと、各種の数値，データ等が一時的に記憶され
るRAM9hと、処理手順に従い各機器を制御するととも
に、入力された信号に基づいて各種演算を行ないその時
の関節角度と比較して関節速度指令信号を出力するCPU9
dとを有する。更にまた、出力部として、CPU9dから出力
されるデジタル関節速度指令信号をアナログ信号に変換
するD/A変換器9iと、関節速度指令信号とロータリーエ
ンコーダR1〜R5からの回転角信号から算出した関節速度
とが一致するようにモータM1〜M5を制御するサーボドラ
イバ9jとを有する。
の信号入力部として、軸力センサ３からのアナログ信号
を入力しその電圧レベルや零点を調整するインタフェー
ス9aと、入力アナログ信号を選択的に出力するマルチプ
レクサ9bと、マルチプレクサ9bからのアナログ信号をデ
ジタル信号に変換してCPU9dに入力するA/D変換器9cとを
有する。また、ロータリーエンコーダR1〜R5からの信号
入力部として、ロータリーエンコーダR1〜R5からのシリ
アルパルス信号を計数してパラレル角度信号に変換する
カウンタ回路9eと、このカウンタ回路9eからの信号が入
力されCPU9dに出力する入力用インタフェース9fとを有
する。更に、信号制御部として、処理手順を予め格納し
たROM9gと、各種の数値，データ等が一時的に記憶され
るRAM9hと、処理手順に従い各機器を制御するととも
に、入力された信号に基づいて各種演算を行ないその時
の関節角度と比較して関節速度指令信号を出力するCPU9
dとを有する。更にまた、出力部として、CPU9dから出力
されるデジタル関節速度指令信号をアナログ信号に変換
するD/A変換器9iと、関節速度指令信号とロータリーエ
ンコーダR1〜R5からの回転角信号から算出した関節速度
とが一致するようにモータM1〜M5を制御するサーボドラ
イバ9jとを有する。
なお、以上の実施例の構成において、ベース51,アーム5
3,55,57,59および手首61が支持手段を、モータM1〜M5が
駆動手段を、軸力センサ３が力検出手段を、ローターリ
エンコーダR1〜R5と駆動制御装置９とが姿勢検出手段
を、駆動制御装置９が駆動制御手段をそれぞれ構成す
る。
3,55,57,59および手首61が支持手段を、モータM1〜M5が
駆動手段を、軸力センサ３が力検出手段を、ローターリ
エンコーダR1〜R5と駆動制御装置９とが姿勢検出手段
を、駆動制御装置９が駆動制御手段をそれぞれ構成す
る。
次に第５図を参照してプローブの姿勢制御について説明
する。
する。
今、プローブ１が被測定面に接触した状態とする。ステ
ップS1において、ロータリーエンコーダR1〜R5からのパ
ルス信号を計数するカウンタ回路9eの出力により各関節
の角度θ１〜θ５を検出する。ステップS2では、これら
の角度θ１〜θ５、および第２図に示したロボット50の
各部の長さl1〜l5に基づいてプローブ１の球部1bの中心
点Ｏの位置および姿勢を演算する。なお、第２図におい
て、l1は、ベース51の取付点すなわちロボット座標原点
O1から第１のアーム回転機構54までの距離、l2は、第１
および第２のアーム回転機構54と56との間の距離、l
3は、第２および第３のアーム回転機構56と58との間の
距離、l4は、第３のアーム回転機構58から第３のアーム
59に沿ってプローブｚ軸心に達するまでの距離、l5は、
プローブ球部1bの中心Ｏから手首61に沿って第３のアー
ム59の軸心に達するまでの距離である。
ップS1において、ロータリーエンコーダR1〜R5からのパ
ルス信号を計数するカウンタ回路9eの出力により各関節
の角度θ１〜θ５を検出する。ステップS2では、これら
の角度θ１〜θ５、および第２図に示したロボット50の
各部の長さl1〜l5に基づいてプローブ１の球部1bの中心
点Ｏの位置および姿勢を演算する。なお、第２図におい
て、l1は、ベース51の取付点すなわちロボット座標原点
O1から第１のアーム回転機構54までの距離、l2は、第１
および第２のアーム回転機構54と56との間の距離、l
3は、第２および第３のアーム回転機構56と58との間の
距離、l4は、第３のアーム回転機構58から第３のアーム
59に沿ってプローブｚ軸心に達するまでの距離、l5は、
プローブ球部1bの中心Ｏから手首61に沿って第３のアー
ム59の軸心に達するまでの距離である。
ここで、プローブ１の位置はロボット座標の原点O1から
プローブ球部1bの中心Ｏまでの位置ベクトルとして、 ＝（Ox,Oy,Oz）＝f1（θ１〜θ5,l1〜l5） により求められる。また、プローブ１の姿勢は、ロボッ
ト座標系に対する軸力センサ３の座標系の傾きとして方
向余弦ベクトル（，，）を演算することにより求
められる。
プローブ球部1bの中心Ｏまでの位置ベクトルとして、 ＝（Ox,Oy,Oz）＝f1（θ１〜θ5,l1〜l5） により求められる。また、プローブ１の姿勢は、ロボッ
ト座標系に対する軸力センサ３の座標系の傾きとして方
向余弦ベクトル（，，）を演算することにより求
められる。
方向余弦ベクトルを、 とし、プローブｘ軸がロボット座標系のｘ軸となす角度
をθxx,y軸となす角度をθxy,z軸となす角度をθxzとす
ると、この方向余弦ベクトルは、 と表わせる。同様に、プローブｙ軸,z軸がロボット座標
系のｘ軸,y軸,z軸とそれぞれなす角度を、それぞれθy
x,θyy,θyzおよびθzx,θzy,θzzとすると、方向余弦
ベクトル，は、それぞれ、 と表わすことができる。例えば方向余弦ベクトルは、
第６図に示すように、ロボット座標系のｘ軸,y軸,z軸に
対して軸力センサ３の座標系の各軸がｘ′,y′,z′に位
置したとき、ｚ′軸方向の単位ベクトルとなる方向余弦
ベクトルのｘ軸,y軸,z軸への投影が、それぞれhx,hy,
hzとなる。
をθxx,y軸となす角度をθxy,z軸となす角度をθxzとす
ると、この方向余弦ベクトルは、 と表わせる。同様に、プローブｙ軸,z軸がロボット座標
系のｘ軸,y軸,z軸とそれぞれなす角度を、それぞれθy
x,θyy,θyzおよびθzx,θzy,θzzとすると、方向余弦
ベクトル，は、それぞれ、 と表わすことができる。例えば方向余弦ベクトルは、
第６図に示すように、ロボット座標系のｘ軸,y軸,z軸に
対して軸力センサ３の座標系の各軸がｘ′,y′,z′に位
置したとき、ｚ′軸方向の単位ベクトルとなる方向余弦
ベクトルのｘ軸,y軸,z軸への投影が、それぞれhx,hy,
hzとなる。
このようにしてプローブ１の位置および姿勢が演算され
るとステップS3に進み、軸力センサ３から３つの軸力の
分力FX、FY、FZ（ｘ、ｙ、ｚはそれぞれプローブの座標
系）を読み込む。
るとステップS3に進み、軸力センサ３から３つの軸力の
分力FX、FY、FZ（ｘ、ｙ、ｚはそれぞれプローブの座標
系）を読み込む。
第７図は、プローブ球部1bを被測定面２に当接させた場
合にプローブ１に作用する抗力Ｒとその各分力RX,RY（R
Zは省略）、プローブ自重による力の成分Ｗとその各分
力WX,WZ（WYは省略）、および軸力の分力FX,FY（FZは省
略）およびその合力である軸力Ｆを示している。軸力Ｆ
は、軸力センサ３を介してロボット50がプローブ１を被
測定面２に押しつけるために加えた力の反力であり、軸
力センサ３によって測定される力である。この軸力Ｆ
は、第７図に示すように、プローブ１の自重による力の
成分Ｗと、プローブ１が被測定面２から受ける抗力Ｒに
分けられる。したがって、第７図からもわかるように、
軸力センサ３は、軸力の分力FX、FY、FZすなわち、 FX＝RX＋WX FY＝RY＋WY FZ＝RZ＋WZ を検出していることになる。したがって、抗力Ｒの各分
力RX,RY,RZを、 RX＝FX−WX RY＝FY−WY …（１） RZ＝FZ−WZ で求め、これらをプローブ自重分を補正した軸力として
傾き演算に供する。
合にプローブ１に作用する抗力Ｒとその各分力RX,RY（R
Zは省略）、プローブ自重による力の成分Ｗとその各分
力WX,WZ（WYは省略）、および軸力の分力FX,FY（FZは省
略）およびその合力である軸力Ｆを示している。軸力Ｆ
は、軸力センサ３を介してロボット50がプローブ１を被
測定面２に押しつけるために加えた力の反力であり、軸
力センサ３によって測定される力である。この軸力Ｆ
は、第７図に示すように、プローブ１の自重による力の
成分Ｗと、プローブ１が被測定面２から受ける抗力Ｒに
分けられる。したがって、第７図からもわかるように、
軸力センサ３は、軸力の分力FX、FY、FZすなわち、 FX＝RX＋WX FY＝RY＋WY FZ＝RZ＋WZ を検出していることになる。したがって、抗力Ｒの各分
力RX,RY,RZを、 RX＝FX−WX RY＝FY−WY …（１） RZ＝FZ−WZ で求め、これらをプローブ自重分を補正した軸力として
傾き演算に供する。
すなわち、ステップS4において、ステップ２で求めた方
向余弦ベクトル（，，）と、既知のプローブ自重
による力の成分Ｗとから、軸力センサｘ′,y′,z′軸方
向の成分WX,WY,WZを、 WX＝fX・Ｗ WY＝gY・Ｗ WZ＝hZ・Ｗ として求め、上記（１）式により補正後の軸力（つまり
抗力）RX,RY,RZを求める。ここに、fX,gX,hXは各方向余
弦ベクトル（，，）のＸ軸方向成分である。
向余弦ベクトル（，，）と、既知のプローブ自重
による力の成分Ｗとから、軸力センサｘ′,y′,z′軸方
向の成分WX,WY,WZを、 WX＝fX・Ｗ WY＝gY・Ｗ WZ＝hZ・Ｗ として求め、上記（１）式により補正後の軸力（つまり
抗力）RX,RY,RZを求める。ここに、fX,gX,hXは各方向余
弦ベクトル（，，）のＸ軸方向成分である。
そして、ステップS5において、このようにして求められ
た補正後の軸力RX,RY,RZから被測定面に対するプローブ
１の傾き（姿勢角度ξ，ψ）を演算する。
た補正後の軸力RX,RY,RZから被測定面に対するプローブ
１の傾き（姿勢角度ξ，ψ）を演算する。
第８図（ａ），（ｂ）は、プローブ球部1bを被測定面２
に当接させた場合の各軸力RX,RY,RZを説明する図であ
る。
に当接させた場合の各軸力RX,RY,RZを説明する図であ
る。
実線Ｊで示すように、プローブ１のｚ軸が被測定面２に
対して傾いている場合、プローブ１に作用する抗力Ｒの
方向とプローブｚ軸とは一致せず、抗力Ｒの分力RX,RY,
RZが検出される。また、プローブｚ軸が一点鎖線Ｉで示
すように被測定面２に対して垂直の場合には、プローブ
１に作用する抗力Ｒの方向とプローブｚ軸とが一致す
る。このことから、実線Ｊで示すプローブ１の姿勢に対
する一点鎖線Ｉで示すプローブ１の姿勢角度ξおよびψ
は、 で求められる。
対して傾いている場合、プローブ１に作用する抗力Ｒの
方向とプローブｚ軸とは一致せず、抗力Ｒの分力RX,RY,
RZが検出される。また、プローブｚ軸が一点鎖線Ｉで示
すように被測定面２に対して垂直の場合には、プローブ
１に作用する抗力Ｒの方向とプローブｚ軸とが一致す
る。このことから、実線Ｊで示すプローブ１の姿勢に対
する一点鎖線Ｉで示すプローブ１の姿勢角度ξおよびψ
は、 で求められる。
次いでステップS6に進み、被測定面２の法線とプローブ
ｚ軸との傾き角ξが零か否か（プローブｚ軸が被測定面
に対して垂直か否か）を判定する。ξ＝０ならば終了
し、ξ≠０ならばステップS7に進む。
ｚ軸との傾き角ξが零か否か（プローブｚ軸が被測定面
に対して垂直か否か）を判定する。ξ＝０ならば終了
し、ξ≠０ならばステップS7に進む。
ステップS7では、ステップS5で求めた姿勢角度ξ，ψを
用いて、プローブｚ軸が被測定面２に対して垂直になる
ような目標姿勢を目標方向余弦（s,s,ｓ）とし
て、 （s,s,ｓ）＝f3（ξ，ψ（，，）） で求める。
用いて、プローブｚ軸が被測定面２に対して垂直になる
ような目標姿勢を目標方向余弦（s,s,ｓ）とし
て、 （s,s,ｓ）＝f3（ξ，ψ（，，）） で求める。
次にステップS8に進み、この目標方向余弦（s,s,
ｓ）と、ステップS2で求めたプローブ球部1bの中心Ｏの
位置ベクトルとに基づいて、プローブｚ軸が被測定面
２に対して垂直となる各関節の目標角度θs1〜θs5を、 （θs1〜θs5）＝f4（（s,s,ｓ），） で求める。そして、ステップS9において、各関節がθs1
〜θs5となるようモータ駆動指令i1〜i5をD/A変換器9i
からサーボドライブ9jに供給し、これにより各モータM1
〜M5を駆動してローブｚ軸を被測定面２に対して垂直に
姿勢制御する。なお、この際、プローブ球部1bの中心点
Ｏをロボットの運動中心とし、第９図に示すように、プ
ローブ１が被測定面２上の接触点Ｑで被測定面２と接触
したまま、一点鎖線の姿勢Ｉから実線Ｊの姿勢にプロー
ブ１を姿勢制御する。
ｓ）と、ステップS2で求めたプローブ球部1bの中心Ｏの
位置ベクトルとに基づいて、プローブｚ軸が被測定面
２に対して垂直となる各関節の目標角度θs1〜θs5を、 （θs1〜θs5）＝f4（（s,s,ｓ），） で求める。そして、ステップS9において、各関節がθs1
〜θs5となるようモータ駆動指令i1〜i5をD/A変換器9i
からサーボドライブ9jに供給し、これにより各モータM1
〜M5を駆動してローブｚ軸を被測定面２に対して垂直に
姿勢制御する。なお、この際、プローブ球部1bの中心点
Ｏをロボットの運動中心とし、第９図に示すように、プ
ローブ１が被測定面２上の接触点Ｑで被測定面２と接触
したまま、一点鎖線の姿勢Ｉから実線Ｊの姿勢にプロー
ブ１を姿勢制御する。
このようなプローブの姿勢制御装置を三次元形状測定機
に用い、プローブ球部1bのｚ軸を被測定面２と垂直に姿
勢制御して球部1bの点Ｐが被測定面２と接した状態で、
球部1bのx,y,z軸の各位置を測定すれば、従来のような
補間演算をすることなく実時間にて誤差のない形状寸法
の測定が可能となり、連続した寸法測定が行なえるから
測定の自動化に寄与する。また、被測定面２の傾斜角α
が90度以上あってもプローブ１を被測定面２と垂直に当
接可能であり、人力により被測定物の位置をずらす必要
がなく、測定の自動化に寄与する。
に用い、プローブ球部1bのｚ軸を被測定面２と垂直に姿
勢制御して球部1bの点Ｐが被測定面２と接した状態で、
球部1bのx,y,z軸の各位置を測定すれば、従来のような
補間演算をすることなく実時間にて誤差のない形状寸法
の測定が可能となり、連続した寸法測定が行なえるから
測定の自動化に寄与する。また、被測定面２の傾斜角α
が90度以上あってもプローブ１を被測定面２と垂直に当
接可能であり、人力により被測定物の位置をずらす必要
がなく、測定の自動化に寄与する。
また、超音波探傷スキャナ装置にこの発明を適用すれ
ば、超音波プローブを被検査面に対して常時垂直に保持
でき検査精度が向上するのに加えて、被検査面が複雑な
形をしていても自動運転が可能となる。
ば、超音波プローブを被検査面に対して常時垂直に保持
でき検査精度が向上するのに加えて、被検査面が複雑な
形をしていても自動運転が可能となる。
なお、以上説明したロボット50は５自由度を有している
が、被測定面の形状が限定されて予め既知であれば、特
に５自由度も必要ない。例えば、第10図に示すように、
ｘ−ｚ断面がｙ軸に沿って全て同一である立体であれば
３自由度のロボットにて本発明を構成可能である。ま
た、駆動手段もモータに限定されず、更に、軸力センサ
は、他のタイプのものでもよく、更にまた、プローブの
形状も実施例に限定されない。
が、被測定面の形状が限定されて予め既知であれば、特
に５自由度も必要ない。例えば、第10図に示すように、
ｘ−ｚ断面がｙ軸に沿って全て同一である立体であれば
３自由度のロボットにて本発明を構成可能である。ま
た、駆動手段もモータに限定されず、更に、軸力センサ
は、他のタイプのものでもよく、更にまた、プローブの
形状も実施例に限定されない。
G.発明の効果 本発明によれば、被測定面に対して垂直となるようにプ
ローブの姿勢を制御できるので、この種のプローブを備
えた三次元形状測定機や超音波探傷スキャナ装置の自動
化が可能となる。そして、この発明では特にプローブ自
重も考慮して被測定面に対するプローブの姿勢を求めて
いるので、より一層精度よくプローブを被測定面に対し
て垂直に制御できる利点がある。なお、本発明を三次元
形状測定機に用いれば誤差のない測定が可能となる。
ローブの姿勢を制御できるので、この種のプローブを備
えた三次元形状測定機や超音波探傷スキャナ装置の自動
化が可能となる。そして、この発明では特にプローブ自
重も考慮して被測定面に対するプローブの姿勢を求めて
いるので、より一層精度よくプローブを被測定面に対し
て垂直に制御できる利点がある。なお、本発明を三次元
形状測定機に用いれば誤差のない測定が可能となる。
第１図はクレーム対応図である。 第２図〜第９図は本発明の一実施例を示すもので、第２
図が全体概略構成図、第３図が軸力センサを示す斜視
図、第４図が制御装置を示すブロック図、第５図がプロ
ーブ姿勢制御の手順を示すフローチャート、第６図が方
向余弦を説明する図、第７図はプローブの自重による力
の成分、抗力、軸力をそれぞれ説明する図、第８図
（ａ），（ｂ）が軸力センサで検出する軸力の説明図、
第９図がプローブの姿勢制御を説明する図である。 第10図は３自由度で測定可能な形状例を示す斜視図であ
る。 第11図および第12図は従来例を示すもので、第11図が従
来の三次元形状測定機の一例を示す斜視図、第12図がプ
ローブの詳細拡大図である。 1:プローブ、2:被測定面 3:軸力センサ、9:制御装置 R1〜R5:ロータリーエンコーダ M1〜M5:モータ
図が全体概略構成図、第３図が軸力センサを示す斜視
図、第４図が制御装置を示すブロック図、第５図がプロ
ーブ姿勢制御の手順を示すフローチャート、第６図が方
向余弦を説明する図、第７図はプローブの自重による力
の成分、抗力、軸力をそれぞれ説明する図、第８図
（ａ），（ｂ）が軸力センサで検出する軸力の説明図、
第９図がプローブの姿勢制御を説明する図である。 第10図は３自由度で測定可能な形状例を示す斜視図であ
る。 第11図および第12図は従来例を示すもので、第11図が従
来の三次元形状測定機の一例を示す斜視図、第12図がプ
ローブの詳細拡大図である。 1:プローブ、2:被測定面 3:軸力センサ、9:制御装置 R1〜R5:ロータリーエンコーダ M1〜M5:モータ
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｓ 7/521
Claims (1)
- 【請求項１】多自由度を有する支持手段と、 この支持手段を駆動する駆動手段と、 前記支持手段に設けられたプローブと、 前記支持手段と前記プローブとの間に介在され、このプ
ローブを被測定面に当接させたときに当該プローブに作
用する力を検出する力検出手段と、 前記プローブの姿勢を検出する姿勢検出手段と、 前記検出されたプローブの姿勢に基づいて、前記力検出
手段で検出された力に含まれる前記プローブの自重によ
る力の成分を求め、この力の成分により前記検出された
力を補正し、この補正結果に基づいて前記プローブの前
記被測定面に対する傾きを演算して、前記プローブが前
記被測定面に垂直に当接するよう前記駆動手段を駆動す
る駆動制御手段とを具備することを特徴とするプローブ
姿勢制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61283237A JPH079371B2 (ja) | 1986-11-28 | 1986-11-28 | プロ−ブ姿勢制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61283237A JPH079371B2 (ja) | 1986-11-28 | 1986-11-28 | プロ−ブ姿勢制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63135807A JPS63135807A (ja) | 1988-06-08 |
| JPH079371B2 true JPH079371B2 (ja) | 1995-02-01 |
Family
ID=17662864
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61283237A Expired - Lifetime JPH079371B2 (ja) | 1986-11-28 | 1986-11-28 | プロ−ブ姿勢制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH079371B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH683032A5 (de) * | 1991-06-26 | 1993-12-31 | Escher Wyss Ag | Vorrichtung zur Bestimmung einer Flächenkontur. |
| US5347854A (en) * | 1992-09-22 | 1994-09-20 | International Business Machines Corporation | Two dimensional profiling with a contact force atomic force microscope |
| JP4558981B2 (ja) * | 2000-11-14 | 2010-10-06 | 株式会社ダイヘン | トランスファロボット |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59170707A (ja) * | 1983-03-17 | 1984-09-27 | Toyoda Mach Works Ltd | 座標補正機能を備えた測定装置 |
-
1986
- 1986-11-28 JP JP61283237A patent/JPH079371B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63135807A (ja) | 1988-06-08 |
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