JPH09243344A - Three-dimensional position measuring device - Google Patents
Three-dimensional position measuring deviceInfo
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- JPH09243344A JPH09243344A JP4621296A JP4621296A JPH09243344A JP H09243344 A JPH09243344 A JP H09243344A JP 4621296 A JP4621296 A JP 4621296A JP 4621296 A JP4621296 A JP 4621296A JP H09243344 A JPH09243344 A JP H09243344A
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- A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば工作機械や
産業用ロボット等の位置や速度等を計測し、特に三次元
計測において、位置決め精度の計測、移動中の軌跡の精
度、及び移動距離と合成速度などの全項目の測定を一回
の操作で行うことができる三次元位置計測装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention measures, for example, the position and speed of a machine tool, an industrial robot or the like, and particularly, in three-dimensional measurement, positioning accuracy measurement, accuracy of a moving path, and movement distance. The present invention relates to a three-dimensional position measuring device capable of measuring all items such as a synthetic speed with a single operation.
【０００２】[0002]
【従来の技術】工作機械や産業用ロボット等の位置決め
制御を目的とする機械においては、その位置決め精度を
計測して検証する必要があり、また、その最終位置決め
点のみならずその移動中の軌跡の精度をも計測して検証
する必要があり、さらに、その他移動距離と合成速度な
どについても同様である。2. Description of the Related Art In machines intended for positioning control such as machine tools and industrial robots, it is necessary to measure and verify the positioning accuracy, and not only the final positioning point but also the locus during its movement. It is also necessary to measure and verify the accuracy of, and the same applies to other moving distances and synthetic speeds.
【０００３】例えば、工作機械の位置決め精度を計測す
る場合には、従来、機械の軸数分の計測作業が必要であ
り、機械の一次元ごとの計測作業が行われている。この
一次元の位置計測装置としては、例えば、レーザー光線
式のものが知られている。For example, in the case of measuring the positioning accuracy of a machine tool, conventionally, it is necessary to perform the measurement work for the number of axes of the machine, and the measurement work is performed for each dimension of the machine. As this one-dimensional position measuring device, for example, a laser beam type is known.
【０００４】また、工作機械等において合成速度を測定
して検証する場合には、一次元計測装置を用いて、この
一次元計測装置の測定結果から演算し、これを合成速度
として用いている。Further, when measuring and verifying the composite speed in a machine tool or the like, a one-dimensional measuring device is used to calculate from the measurement result of the one-dimensional measuring device, and this is used as the composite speed.
【０００５】さらに、多くの機械の場合、最終位置決め
点の精度のみならずその移動中の軌道精度も測定する必
要があるが、従来一次元計測装置では計測できないた
め、予め実際の加工作業を試行し、この結果得られた加
工物の加工精度を測定して軌道精度を想定している。Further, in many machines, it is necessary to measure not only the accuracy of the final positioning point but also the accuracy of the trajectory during its movement, but since it cannot be measured by the conventional one-dimensional measuring device, the actual machining work is tried in advance. Then, the machining accuracy of the workpiece obtained as a result is measured and the trajectory accuracy is assumed.
【０００６】一方、産業用ロボットの場合には、空間的
な三次元領域の位置決め精度を計測する必要があり、従
来、三次元位置計測装置が使用されている。On the other hand, in the case of an industrial robot, it is necessary to measure the positioning accuracy of a spatial three-dimensional area, and a three-dimensional position measuring device has been conventionally used.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような一次元位置計測装置により工作機械の位置決め
精度を計測する場合には、非常に多くの労力を必要と
し、煩雑であるといったことがある。However, when the positioning accuracy of the machine tool is measured by the one-dimensional position measuring device as described above, it requires a lot of labor and may be complicated.
【０００８】また、移動中の軌道精度も測定する場合、
予め実際の加工作業を試行して得られた加工物の加工精
度を測定して軌道精度を想定しているが、この方法は、
コストと時間を必要以上に要し、また、加工条件などに
よっても左右されるといったことがある。In addition, when measuring the trajectory accuracy during movement,
The orbit accuracy is assumed by measuring the processing accuracy of the workpiece obtained by trialing the actual processing work in advance, but this method
It may be more costly and time consuming than required, and may be affected by processing conditions.
【０００９】さらに、産業用ロボットのように空間的な
三次元領域の位置決め精度の計測を行う場合、三次元位
置計測装置を用いているが、この三次元計測装置は非常
に高価であると共に操作も複雑であり煩雑であるといっ
たことがある。Further, when measuring the positioning accuracy of a spatial three-dimensional area like an industrial robot, a three-dimensional position measuring device is used, but this three-dimensional measuring device is very expensive and operation is difficult. May be complicated and complicated.
【００１０】本発明は、このような従来技術の欠点に鑑
みてなされたものであり、三次元位置決め精度の計測、
移動中の軌跡の精度、及び合成移動距離と合成速度など
の実特性の測定を簡易に行うことができると共に、コス
トも低廉である三次元位置計測装置を提供することを目
的とする。The present invention has been made in view of the above-mentioned drawbacks of the prior art.
It is an object of the present invention to provide a three-dimensional position measuring device that can easily measure the accuracy of a trajectory during movement and actual characteristics such as a synthetic moving distance and a synthetic velocity, and is low in cost.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明に係る三次元位置
計測装置は、被計測対象のヨー角、ピッチ角、及び距離
を計測するための三次元位置計測装置であって、被計測
対象のヨー角を検出するためのヨー角検出手段と、この
ヨー角検出手段の回転軸に支持され、被計測対象のピッ
チ角を検出するためのピッチ角検出手段と、このピッチ
角検出手段の回転軸に支持され、被計測対象の移動距離
を検出するための距離検出手段と、これら検出されたヨ
ー角、ピッチ角、及び距離に基づいて、所定のデータを
演算する演算手段と、を具備することを特徴としてい
る。A three-dimensional position measuring apparatus according to the present invention is a three-dimensional position measuring apparatus for measuring a yaw angle, a pitch angle and a distance of an object to be measured. A yaw angle detecting means for detecting a yaw angle, a pitch angle detecting means for detecting a pitch angle of an object to be measured, which is supported by a rotation axis of the yaw angle detecting means, and a rotation axis of the pitch angle detecting means. A distance detecting means for detecting the moving distance of the object to be measured, and a calculating means for calculating predetermined data on the basis of the detected yaw angle, pitch angle and distance. Is characterized by.
【００１２】また、上記演算手段は、所定のデータとし
て、被計測対象の三次元位置、速度、移動距離、及び合
成速度の少なくとも一つを演算してもよい。The calculating means may calculate, as the predetermined data, at least one of the three-dimensional position, speed, moving distance, and combined speed of the object to be measured.
【００１３】このように構成されているため、被計測対
象である産業用ロボット等の作用点が移動されると、計
測装置の基準位置に対する被計測対象のヨー角、ピッチ
角及び移動距離が変化する。これらの角度の変化に追随
して、ヨー角検出手段の回転軸及びピッチ角検出手段の
回転軸が変化し、ヨー角検出手段により被測定対象のヨ
ー角が、ピッチ角検出手段により被測定対象のピッチ角
が、各々検出される。さらに、被計測対象の移動距離の
変化に追随して、距離検出手段により被測定対象の移動
距離が検出される。このような三次元的な検出データに
基づいて、被計測対象の三次元位置、速度、移動距離、
及び合成速度などが演算されるため、１回の計測で行う
ことができ、計測が簡易であると共に、正確に計測する
ことができ、しかも、そのコストも低廉にすることがで
きる。With this configuration, when the point of action of the industrial robot or the like to be measured is moved, the yaw angle, pitch angle and movement distance of the measured object with respect to the reference position of the measuring device change. To do. Following the changes in these angles, the rotation axis of the yaw angle detection means and the rotation axis of the pitch angle detection means change, and the yaw angle of the measured object by the yaw angle detection means and the measured object by the pitch angle detection means. The pitch angle of each is detected. Further, the distance detecting means detects the moving distance of the measured object in accordance with the change in the moving distance of the measured object. Based on such three-dimensional detection data, the three-dimensional position of the measured object, speed, moving distance,
Since the composite speed and the like are calculated, the measurement can be performed once, and the measurement is simple and accurate, and the cost can be reduced.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態に係る三
次元位置計測装置を図面を参照しつつ説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A three-dimensional position measuring apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１５】図１に示すように、ヨー角検出用ハウジン
グ１が配設されており、このヨー角検出用ハウジング１
に回転自在に垂直に設けられたヨー角検出用回転軸２の
上に、ピッチ角検出用ハウジング３が配設されている。
このピッチ角検出用ハウジング３には、回転自在に水平
にピッチ角検出用回転軸４が設けられている。As shown in FIG. 1, a yaw angle detecting housing 1 is provided, and the yaw angle detecting housing 1 is provided.
A pitch angle detecting housing 3 is disposed on a yaw angle detecting rotary shaft 2 which is rotatably provided vertically.
The pitch angle detecting housing 3 is provided rotatably horizontally with a pitch angle detecting rotary shaft 4.
【００１６】図２に示すように、ヨー角検出用ハウジン
グ１の上壁には、ヨー角センサとしてのヨー角検出用エ
ンコーダ１１が設けられ、ヨー角検出用回転軸２が回転
されると、後述する被計測対象のヨー角がヨー角検出用
エンコーダ１１によって検出されるように構成されてい
る。さらに、図２に示すように、ピッチ角センサとして
のピッチ角検出用エンコーダ１２がピッチ角検出用ハウ
ジング３の側壁に設けられ、ピッチ角検出用回転軸４が
回転されると、被計測対象のピッチ角がピッチ角検出用
エンコーダ１２によって検出されるように構成されてい
る。As shown in FIG. 2, a yaw angle detecting encoder 11 as a yaw angle sensor is provided on the upper wall of the yaw angle detecting housing 1, and when the yaw angle detecting rotary shaft 2 is rotated, The yaw angle of the object to be measured, which will be described later, is detected by the yaw angle detection encoder 11. Further, as shown in FIG. 2, a pitch angle detecting encoder 12 as a pitch angle sensor is provided on a side wall of the pitch angle detecting housing 3, and when the pitch angle detecting rotating shaft 4 is rotated, the measured object is measured. The pitch angle is configured to be detected by the pitch angle detecting encoder 12.
【００１７】さらに、図２に示すように、ピッチ角検出
用回転軸４に、ブラケット５を介して距離検出手段とし
ての距離検出用エンコーダ６が設けられている。一方、
図１に示すように、被計測対象としての産業用ロボット
７の作用点８には、自在継手９が設けられている。距離
検出用エンコーダ６と、自在継手９との間には、ワイヤ
１０が掛け渡されている。このようなワイヤ１０を用い
る距離検出手段（エンコーダ６）としては、具体的に
は、ワイヤー引き出し式マイクロエンコーダであって、
ワイヤーの引き出し量に応じた直線位置を検出するもの
であり、カウンターと接続することによりカウンター表
示とすることもできる。この距離検出用エンコーダ６
は、ヨー角検出用回転軸２及びピッチ角検出用回転軸４
の回転の自在性により、ワイヤ１０がその巻き込み力に
より真直に張られるように、その正面を自在継手９を介
して作用点８に向けるようになっている。Further, as shown in FIG. 2, a pitch angle detecting rotary shaft 4 is provided with a distance detecting encoder 6 as a distance detecting means via a bracket 5. on the other hand,
As shown in FIG. 1, a universal joint 9 is provided at an action point 8 of an industrial robot 7 as an object to be measured. A wire 10 is stretched between the distance detecting encoder 6 and the universal joint 9. The distance detecting means (encoder 6) using such a wire 10 is specifically a wire pull-out type micro encoder,
It detects the linear position according to the amount of wire pulled out, and can also be used as a counter display by connecting to a counter. This distance detection encoder 6
Is a yaw angle detecting rotary shaft 2 and a pitch angle detecting rotary shaft 4
Due to the freedom of rotation of the wire, the front surface of the wire 10 is directed to the point of action 8 via the universal joint 9 so that the wire 10 is stretched straight by the winding force.
【００１８】ここに、ワイヤ１０は、図３の三次元座標
における基準点Ａと作用点８（ｘ，ｙ，ｚ）との間に対
応し、ヨー角検出用回転軸２はＺ軸を中心として角度β
の方向に回転してピッチ角検出用回転軸４をＸＹ平面内
で旋回させて直線ａと直角に向け、ピッチ角検出用回転
軸４は角度αの方向に回転するように構成されている。
従って、産業用ロボット７の作用点８が移動すると、自
在継手９を介して、ワイヤ１０が変位され、これに追随
して、ピッチ角検出用回転軸５及びヨー角検出用回転軸
２が変位され、これらの変位量が、各々、ヨー角検出用
エンコーダ１１、ピッチ角検出用エンコーダ１２、及び
距離検出用エンコーダ６により検知されて、演算装置に
一定周期で取り込まれる。Here, the wire 10 corresponds between the reference point A and the action point 8 (x, y, z) in the three-dimensional coordinates of FIG. 3, and the yaw angle detecting rotary shaft 2 is centered on the Z axis. As angle β
Is rotated in the XY plane so that the pitch angle detecting rotary shaft 4 is swiveled to be perpendicular to the straight line a, and the pitch angle detecting rotary shaft 4 is rotated in the direction of the angle α.
Therefore, when the action point 8 of the industrial robot 7 moves, the wire 10 is displaced via the universal joint 9, and the pitch angle detecting rotary shaft 5 and the yaw angle detecting rotary shaft 2 are displaced accordingly. Then, these displacement amounts are detected by the yaw angle detection encoder 11, the pitch angle detection encoder 12, and the distance detection encoder 6, respectively, and are taken into the arithmetic unit at a constant cycle.
【００１９】ここで、図３に示すように、距離検出用エ
ンコーダ６の長さをＬ、ピッチ角をα、ヨー角をβとす
ると、三次元座標におけるＸ，Ｙ，Ｚ軸とは、以下に示
すような関係が成立する。Here, as shown in FIG. 3, when the length of the distance detecting encoder 6 is L, the pitch angle is α, and the yaw angle is β, the X, Y, and Z axes in the three-dimensional coordinates are as follows. The relationship shown in is established.
【００２０】ａ＝Ｌ×ｃｏｓα Ｘ＝ａ×ｃｏｓβ＝Ｌｃｏｓα×ｃｏｓβ Ｙ＝ａ×ｓｉｎβ＝Ｌｃｏｓα×ｓｉｎβ Ｚ＝Ｌｓｉｎα 従って、距離検出用エンコーダ６の長さＬ、ピッチ角
α、ヨー角βが各エンコーダにより検出されていると、
上記の関係式により作用点８の座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が
求められ、これにより、位置決め精度を演算することが
でき、また、各軸の速度、及び合成速度も単位時間当た
りの移動量から演算することができ、さらに、軌道精度
も一定周期毎の三次元座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）から演算す
ることができる。A = L × cos α X = a × cos β = L cos α × cos β Y = a × sin β = L cos α × sin β Z = L sin α Therefore, the length L of the distance detecting encoder 6, the pitch angle α, and the yaw angle β are respectively When detected by the encoder,
The coordinate value (X, Y, Z) of the action point 8 is obtained by the above relational expression, and the positioning accuracy can be calculated from this, and the velocity of each axis and the combined velocity can be moved per unit time. It can be calculated from the amount, and the trajectory accuracy can also be calculated from the three-dimensional coordinate values (X, Y, Z) at constant intervals.
【００２１】このように、三次元座標値に基づいて、被
計測対象の三次元位置、速度、移動距離、及び合成速度
などを演算できるため、１回の計測で行うことができ、
計測が簡易であると共に、正確に計測することができ、
しかも、そのコストも低廉にすることができる。As described above, since the three-dimensional position, speed, moving distance, combined speed and the like of the object to be measured can be calculated based on the three-dimensional coordinate values, the measurement can be performed once.
It is easy to measure and can be measured accurately,
Moreover, the cost can be reduced.
【００２２】なお、本発明は、上述した実施形態に限定
されないのは勿論であり、種々変形可能である。特に、
距離検出手段としては、図４に示すように、磁気スケー
ルなどを用いたリニア測長器本体６Ａをピッチ角検出用
回転軸４に取り付け、このリニア測長器本体６Ａを貫通
して移動自在に伸びる磁気スケールなどのロッド１０Ａ
の先端を、自在継手９を介してロボット７の作用点８に
揺動自在に連結したり、また、図５に示すようにレーザ
ー式測長器本体６Ｂをピッチ角検出用回転軸４に取り付
け、このレーザー式測長器本体６Ｂを貫通して移動自在
に伸びるロッド１０Ｂの先端を、自在継手９を介してロ
ボット７の作用点８に揺動自在に連結すると共に、ロッ
ド１０Ｂの先端にレーザー光の反射鏡１３を取り付けた
りすることにより、距離を検出するようにしてもよくこ
れらによれば、高精度な検出が可能になる。The present invention is, of course, not limited to the above-mentioned embodiment, and can be variously modified. Especially,
As a distance detecting means, as shown in FIG. 4, a linear length measuring device main body 6A using a magnetic scale or the like is attached to the pitch angle detecting rotary shaft 4, and the linear length measuring device main body 6A is movably pierced. Rod 10A such as magnetic scale that extends
The tip of the is swingably connected to the action point 8 of the robot 7 via a universal joint 9, or the laser type length measuring machine main body 6B is attached to the pitch angle detecting rotary shaft 4 as shown in FIG. The tip of a rod 10B that extends movably through the laser length measuring device main body 6B is swingably connected to an action point 8 of a robot 7 via a universal joint 9, and a laser is attached to the tip of the rod 10B. The distance may be detected by attaching a light reflecting mirror 13 or the like, which enables highly accurate detection.
【００２３】[0023]
【発明の効果】以上述べたように、本発明では、被計測
対象である産業用ロボット等の作用点が移動されると、
被計測対象の揺動角及び移動距離が変化し、これに追随
して、被測定対象のヨー角、ピッチ角、及び移動距離が
各々検出される。このような三次元的な検出データに基
づいて、被計測対象の三次元位置、速度、移動距離、及
び合成速度などが演算されるため、１回の計測で行うこ
とができ、計測が簡易であると共に、正確に計測するこ
とができ、しかも、そのコストも低廉にすることができ
る。As described above, according to the present invention, when the action point of the industrial robot or the like to be measured is moved,
The swing angle and the movement distance of the measurement target change, and following the changes, the yaw angle, the pitch angle, and the movement distance of the measurement target are detected. Based on such three-dimensional detection data, the three-dimensional position, speed, moving distance, combined speed, and the like of the measurement target are calculated, so that the measurement can be performed once and the measurement is simple. In addition to the above, accurate measurement can be performed, and the cost can be reduced.
【図１】本発明の実施形態に係る三次元位置計測装置の
模式図。FIG. 1 is a schematic diagram of a three-dimensional position measuring device according to an embodiment of the present invention.
【図２】図１に示す三次元位置計測装置の断面図。FIG. 2 is a sectional view of the three-dimensional position measuring device shown in FIG.
【図３】三次元座標と各エンコーダの回転軸との関係を
示す模式図。FIG. 3 is a schematic diagram showing a relationship between three-dimensional coordinates and a rotation axis of each encoder.
【図４】本発明の他の実施形態に係る三次元位置計測装
置の模式図。FIG. 4 is a schematic diagram of a three-dimensional position measuring device according to another embodiment of the present invention.
【図５】本発明のさらに他の実施形態に係る三次元位置
計測装置の模式図。FIG. 5 is a schematic diagram of a three-dimensional position measuring apparatus according to still another embodiment of the present invention.
１ ヨー角検出用ハウジング ２ ヨー角検出用回転軸 ３ ピッチ角検出用ハウジング ４ ピッチ角検出用回転軸 ５ ブラケット ６ 距離検出用エンコーダ（距離検出用手段） ６Ａ リニア測長器本体 ６Ｂ レーザー式測長器本体 ７ 被計測対象 ８ 作用点 ９ 自在継手 １０ ワイヤ １０Ａ，１０Ｂ ロッド １１ ヨー角検出用エンコーダ（ヨー角検出用手段） １２ ピッチ角検出用エンコーダ（ピッチ角検出用手
段） １３ 反射鏡1 Yaw angle detection housing 2 Yaw angle detection rotation shaft 3 Pitch angle detection housing 4 Pitch angle detection rotation shaft 5 Bracket 6 Distance detection encoder (distance detection means) 6A Linear length measuring device body 6B Laser type length measurement Instrument body 7 Measurement target 8 Action point 9 Universal joint 10 Wires 10A, 10B Rod 11 Yaw angle detection encoder (yaw angle detection means) 12 Pitch angle detection encoder (pitch angle detection means) 13 Reflector
Claims (2)
を計測するための三次元位置計測装置であって、 被計測対象のヨー角を検出するためのヨー角検出手段
と、 このヨー角検出手段の回転軸に支持され、被計測対象の
ピッチ角を検出するためのピッチ角検出手段と、 このピッチ角検出手段の回転軸に支持され、被計測対象
の移動距離を検出するための距離検出手段と、 これら検出されたヨー角、ピッチ角、及び距離に基づい
て、所定のデータを演算する演算手段と、を具備するこ
とを特徴とする三次元位置計測装置。1. A three-dimensional position measuring device for measuring a yaw angle, a pitch angle, and a distance of an object to be measured, comprising yaw angle detecting means for detecting the yaw angle of the object to be measured. A pitch angle detecting means for detecting the pitch angle of the object to be measured, which is supported by the rotating shaft of the angle detecting means, and a rotating shaft of the pitch angle detecting means for detecting the moving distance of the object to be measured. A three-dimensional position measuring device comprising: distance detecting means; and calculating means for calculating predetermined data based on the detected yaw angle, pitch angle, and distance.
計測対象の三次元位置、速度、移動距離、及び合成速度
の少なくとも一つを演算することを特徴とする請求項１
に記載の三次元位置計測装置。2. The calculation means calculates, as the predetermined data, at least one of a three-dimensional position, a speed, a moving distance, and a combined speed of the object to be measured.
The three-dimensional position measuring device described in.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4621296A JPH09243344A (en) | 1996-03-04 | 1996-03-04 | Three-dimensional position measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4621296A JPH09243344A (en) | 1996-03-04 | 1996-03-04 | Three-dimensional position measuring device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09243344A true JPH09243344A (en) | 1997-09-19 |
Family
ID=12740801
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4621296A Pending JPH09243344A (en) | 1996-03-04 | 1996-03-04 | Three-dimensional position measuring device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09243344A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003513259A (en) * | 1999-11-03 | 2003-04-08 | ブロックス，セオドルス ウィルヘルムス アントニウス コルネリス | Measuring device with movable measuring probe |
| JP2014006080A (en) * | 2012-06-21 | 2014-01-16 | Toyota Motor Corp | Tool position detection device and tool position detection method |
| JP2020056655A (en) * | 2018-10-01 | 2020-04-09 | 日本放送協会 | Distance measurement device and position calculation system |
-
1996
- 1996-03-04 JP JP4621296A patent/JPH09243344A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2014006080A (en) * | 2012-06-21 | 2014-01-16 | Toyota Motor Corp | Tool position detection device and tool position detection method |
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