JPH02201211A - Three-dimensional coordinates input apparatus - Google Patents
Three-dimensional coordinates input apparatusInfo
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- JPH02201211A JPH02201211A JP2200389A JP2200389A JPH02201211A JP H02201211 A JPH02201211 A JP H02201211A JP 2200389 A JP2200389 A JP 2200389A JP 2200389 A JP2200389 A JP 2200389A JP H02201211 A JPH02201211 A JP H02201211A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野〕
この発明は、被測定物の局面をなぞることにより当該被
測定物の三次元の座標を得ることができ−る三次元座標
入力装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a three-dimensional coordinate input device that can obtain three-dimensional coordinates of an object to be measured by tracing the surface of the object.
従来の三次元座標入力装置の一例の概要を、第9図に示
しである。FIG. 9 shows an outline of an example of a conventional three-dimensional coordinate input device.
この三次元座標入力装置は、ペン形状の位置指示器1の
先端部に、超音波信号から超音波に変換する変換素子2
を設け、この位置指示器1の変換素子2に超音波発生器
3から超音波信号を導き。This three-dimensional coordinate input device has a conversion element 2 at the tip of a pen-shaped position indicator 1 that converts an ultrasonic signal into an ultrasonic wave.
is provided, and an ultrasonic signal is guided from an ultrasonic generator 3 to the conversion element 2 of this position indicator 1.
その位置指示器1の先端部で被測定物4をなぞり、その
なぞった点からの超音波をX軸、Y軸、Z軸の各点に設
けたセンサ5X、5Y、5Zで受信し、これらセンサ5
X、5Y、5Zからの信号を処理装置6に入力し、処理
装置6において位置指示器1の先端部で指示した点の座
標を求めるものである。つまり、この三次元座標入力装
置は、位置指示器1の先端から超音波がセンサ5X、5
Y、5Zで受信されるまでの時間に基づいて位置指示器
1の先端から各受信点(センサ5X、5Y、5Z)まで
の距離を求め、これにより当該位置指示器1の先端部で
指示した点の座標を決定するものである。The object to be measured 4 is traced with the tip of the position indicator 1, and the ultrasonic waves from the traced point are received by the sensors 5X, 5Y, and 5Z provided at each point on the X, Y, and Z axes. sensor 5
Signals from X, 5Y, and 5Z are input to the processing device 6, and the processing device 6 determines the coordinates of the point indicated by the tip of the position indicator 1. In other words, in this three-dimensional coordinate input device, ultrasonic waves are transmitted from the tip of the position indicator 1 to the sensors 5X, 5
The distance from the tip of the position indicator 1 to each reception point (sensors 5X, 5Y, 5Z) is calculated based on the time until reception at Y and 5Z, and based on this, the distance indicated by the tip of the position indicator 1 is calculated. It determines the coordinates of a point.
しかしながら、超音波は温度に応じて伝播速度が異なる
ので、超音波を計測に使用している上記三次元座標入力
装置は温度による補正をする必要があり、かつこの補正
が甚だ困難であることから、精度上に問題が生じる。However, since the propagation speed of ultrasonic waves differs depending on the temperature, the above three-dimensional coordinate input device that uses ultrasonic waves for measurement needs to be corrected depending on the temperature, and this correction is extremely difficult. , a problem arises in terms of accuracy.
また、上記三次元座標入力装置は、第10図に示すよう
に被測定物4が円筒形である場合に、その円筒形内部に
位置指示器1の先端部が差し込まれると、超音波が各受
信点(センサ5X、5Y、5Z)まで届かず、測定がで
きないという欠点がある。Further, in the three-dimensional coordinate input device, when the object to be measured 4 is cylindrical as shown in FIG. 10, when the tip of the position indicator 1 is inserted into the cylindrical shape, ultrasonic waves It has the disadvantage that it cannot reach the receiving points (sensors 5X, 5Y, 5Z) and cannot perform measurements.
さらに、上記三次元座標入力装置は、位置指示111が
各受信点(センサ5X、5Y、5Z)に対して被測定物
4を挾んだ位置、つまり各受信点に対して被測定物4の
裏側に位置した場合にも、超音波が各受信点(センサ5
X、5Y、5Z)に届かないという欠点がある。Further, in the three-dimensional coordinate input device, the position instruction 111 indicates the position of the object to be measured 4 between each reception point (sensors 5X, 5Y, 5Z), that is, the position of the object to be measured 4 for each reception point. Even when located on the back side, ultrasonic waves are transmitted to each reception point (sensor 5
It has the disadvantage of not being able to reach X, 5Y, 5Z).
そこで、この発明は、被測定物の三次元座標を測定する
際に測定点に対する制約がなく、かつ温度等の外部環境
条件に関係なく測定できるようにした三次元座標入力装
置を提供することを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, it is an object of the present invention to provide a three-dimensional coordinate input device that has no restrictions on the measurement point when measuring the three-dimensional coordinates of an object to be measured, and is capable of measuring regardless of external environmental conditions such as temperature. The purpose is
そして、上記の目的を達成するため、この発明に係る三
次元座標入力装置は、二次元上の少なくとも二点を指示
する位置指示器と、前記位置指示器により指示された位
置を検出し二次元位置信号として出力する二次元位置検
出装置と、前記2位置指示器に設けられ二次元位置検出
装置の二次元測定面に対して垂直方向の位置を検出して
垂直位置信号を出力する垂直方向位置検出装置と、前記
二次元位置検出装置および垂直方向位置検出装置からの
各信号を処理して記憶・表示する処理装置とにより構成
したことを特徴とし、前記垂直方向位置検出装置を、前
記位置指示器に設けた支柱と、前記支柱に沿って摺動す
るスライダと、前記スライダに設けたプローブと、スラ
イダの移動量を電気信号にする変換装置とから構成した
ことを特徴としている。In order to achieve the above object, a three-dimensional coordinate input device according to the present invention includes a position indicator that indicates at least two points on a two-dimensional plane, and a two-dimensional coordinate input device that detects a position indicated by the position indicator. a two-dimensional position detection device that outputs a position signal; and a vertical position that is provided in the two-position indicator and detects a position perpendicular to the two-dimensional measurement surface of the two-dimensional position detection device and outputs a vertical position signal. It is characterized by comprising a detection device and a processing device that processes, stores and displays each signal from the two-dimensional position detection device and the vertical position detection device, The device is characterized by comprising a support provided on the device, a slider that slides along the support, a probe provided on the slider, and a conversion device that converts the amount of movement of the slider into an electrical signal.
例えば、被測定物の局面の垂直方向に、垂直方向位置検
出装置のプローブを当接させてなぞる。For example, the probe of the vertical position detection device is brought into contact with and traced in the vertical direction of the surface of the object to be measured.
このときの位置指示器の位置を二次元位置検出装置によ
り二次元位置信号として出力する。また、このときの垂
直方向の位置を、垂直方向位置検出装置により検出して
垂直位置信号を出力する。こうして、被測定物の垂直方
向について全て測定終了したところで、垂直方向の測定
点を所定の位置だけずらし、再び上記測定を行う、そし
て、被測定物の全周面(360度)、あるいは所定の測
定面積を計測したところで、測定を終了する。この際に
測定の結果得られた信号の処理を、処理装置で行う。The position of the position indicator at this time is output as a two-dimensional position signal by the two-dimensional position detection device. Further, the vertical position at this time is detected by a vertical position detection device and a vertical position signal is output. In this way, when all measurements have been completed in the vertical direction of the object to be measured, the measurement point in the vertical direction is shifted by a predetermined position and the above measurement is performed again. Once the measurement area has been measured, the measurement ends. At this time, the signal obtained as a result of the measurement is processed by the processing device.
上記測定は、垂直方向に行なったが、水平方向に測定す
る方法もある。これは、いわゆる輪切り状に上記測定を
行うものである。このようにしても被測定物の三次元座
標が得られる。Although the above measurements were performed in the vertical direction, there is also a method of measuring in the horizontal direction. In this method, the above-mentioned measurement is performed in so-called round slices. Even in this manner, the three-dimensional coordinates of the object to be measured can be obtained.
以下1図示した実施例に基づいてこの発明に係る三次元
座標入力装置を具体的に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A three-dimensional coordinate input device according to the present invention will be specifically described below based on an embodiment shown in one figure.
第1図は、この発明に係る三次元座標入力装置の実施例
を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a three-dimensional coordinate input device according to the present invention.
第1図に示す三次元座標入力装置10は、二次元位置検
出装置11の上で、二次元上の少なくとも二点を指示で
きる位置指示器12p、 12qを設けたベース13が
自由に移動できる構成としてあり、かつベース13上に
垂直方向位置検出装置14を設けた構造をしている。The three-dimensional coordinate input device 10 shown in FIG. 1 has a configuration in which a base 13 provided with position indicators 12p and 12q that can indicate at least two points on two dimensions can be freely moved on a two-dimensional position detection device 11. It has a structure in which a vertical position detection device 14 is provided on a base 13.
前記二次元位置検出装置11は、位置指示器12p。The two-dimensional position detection device 11 is a position indicator 12p.
12qにより指示された位置を検出して二次元位置信号
として出力する装置であり、その構造については例えば
特開昭63−295902号公報に記載されたものがあ
る。この二次元位置検出装置11の概略を第2図に示し
、同図に従ってこの二次元位置検出装置11の原理の概
略を説明する。This is a device that detects the position indicated by 12q and outputs it as a two-dimensional position signal, and its structure is described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 63-295902. The two-dimensional position detecting device 11 is schematically shown in FIG. 2, and the principle of the two-dimensional position detecting device 11 will be explained in accordance with the figure.
この二次元位置検出装置11は、鉄を多量に含むアモル
ファス合金等の強磁性体で形成した磁歪伝達媒体21の
、端部に第1コイル22を巻回し、定常的磁場を発生す
る位置指示器12p、 12qによって指示される位置
を検出すべき範囲に第2コイル24を巻回したものが主
体となって構成されている。This two-dimensional position detection device 11 is a position indicator that generates a steady magnetic field by winding a first coil 22 around the end of a magnetostrictive transmission medium 21 made of a ferromagnetic material such as an amorphous alloy containing a large amount of iron. The main component is a second coil 24 wound around the range where the position indicated by 12p and 12q is to be detected.
第1コイル22は瞬時的磁場変動をコイル面に垂直に発
生させて磁歪伝達媒体21のそれぞれの巻回部位に磁歪
振動波を生起させるものであり、それぞれの第1コイル
22は第1マルチプレクサ25を介して、磁歪振動波を
発生するに足るパルス電流を第1コイル22に供給でき
るパルス電流発生器26に接続しである。そして、この
第1コイル22は隣接している一対の磁歪伝達媒体21
を一組にして巻回してあり、第1マルチプレクサ25に
よって選択された一対の磁歪伝達媒体21ごとにパルス
電流が印加される。ここで、組み合わされた磁歪伝達媒
体21のそれぞれの組にat be at dの添字を
付し、さらに同一の組の一方に添字、を、他方に添字2
を付して21a、 、 21a、 、 −−、21da
、 、 21d、のように表し、以下これら磁歪伝達媒
体21に関連する部材についても同様とする。The first coils 22 generate instantaneous magnetic field fluctuations perpendicular to the coil surface to generate magnetostrictive vibration waves at each winding portion of the magnetostrictive transmission medium 21. Each first coil 22 is connected to the first multiplexer 25. is connected to a pulsed current generator 26 that can supply the first coil 22 with a pulsed current sufficient to generate magnetostrictive vibration waves. This first coil 22 is connected to a pair of adjacent magnetostrictive transmission media 21.
are wound as a set, and a pulse current is applied to each pair of magnetostrictive transmission media 21 selected by the first multiplexer 25. Here, each set of the combined magnetostrictive transmission media 21 is given a subscript "at be at d", and one of the same sets is given a subscript "2", and the other one is given a subscript "2".
with 21a, , 21a, , --, 21da
, , 21d, and the same applies to the members related to the magnetostrictive transmission medium 21 hereinafter.
磁歪伝達媒体21の第1コイル22を巻回した側の端面
に臨んで、例えば永久磁石からなるバイアス用磁気発生
器28が配設してあり、各磁歪伝達媒体21の第1コイ
ル22を巻回した部位に磁歪伝達媒体21の長手方向に
平行なバイアス磁場を形成する。A bias magnetic generator 28 made of, for example, a permanent magnet is disposed facing the end face of the magnetostrictive transmission medium 21 on the side around which the first coil 22 is wound. A bias magnetic field parallel to the longitudinal direction of the magnetostrictive transmission medium 21 is formed at the rotated portion.
上記第2コイル24も第1コイル22と同様に、隣接す
る磁歪伝達媒体21を一組として巻回してあり、第1コ
イル22が巻回された一対の磁歪伝達媒体21と同じも
のを一組としである。この第2コイル24は磁歪伝達媒
体21を伝搬する磁歪振動波により生じる誘導電圧を検
出するためのもので、それぞれの第2コイル24の巻き
方向は全て同一であるとともに、−組の磁歪伝達媒体2
1で極性が逆となる。Like the first coil 22, the second coil 24 is also wound with adjacent magnetostrictive transmission media 21 as a set, and the same pair of magnetostrictive transmission media 21 around which the first coil 22 is wound are wound as a set. It's Toshide. This second coil 24 is for detecting the induced voltage generated by the magnetostrictive oscillation wave propagating through the magnetostrictive transmission medium 21, and the winding direction of each second coil 24 is the same, and the - set of magnetostrictive transmission medium 2
1 reverses the polarity.
そして、この第2コイル24は第2マルチプレクサ27
を介して処理装置20に接続される。This second coil 24 is connected to a second multiplexer 27.
It is connected to the processing device 20 via.
処理装置20は第1マルチプレクサ25および第2マル
チプレクサ27の両方に信号を送出し、−組の磁歪伝達
媒体21に巻回した第1コイル22とパルス電流発生器
26とを接続させるとともに、当該−組の磁歪伝達媒体
21に巻回した第2コイル24とこの処理装置20とを
接続する。The processing device 20 sends a signal to both the first multiplexer 25 and the second multiplexer 27 to connect the first coil 22 wound around the magnetostrictive transmission medium 21 of the set and the pulse current generator 26, and A second coil 24 wound around the set of magnetostrictive transmission media 21 is connected to this processing device 20 .
そして、第1コイル22にパルス電流を印加すると第1
コイル22で瞬時的磁場変動が発生し、磁歪伝達媒体2
1の第1コイル22を巻回した部位で磁歪振動波が発生
する。この磁歪振動波は磁歪伝達媒体21固有の伝搬速
度で磁歪伝達媒体21の長手方向に伝搬する。この伝搬
中において、磁歪振動波が存在する磁歪伝達媒体21の
各部位でその電気機械結合係数(機械的エネルギから電
気的エネルギ(または電気的エネルギから機械的エネル
ギ)への変換効率を示す係数)の大きさに応じて機械的
エネルギから磁気的エネルギへの変換が行われ、第2コ
イル24に誘導電圧が発生する。Then, when a pulse current is applied to the first coil 22, the first
An instantaneous magnetic field fluctuation occurs in the coil 22, and the magnetostrictive transmission medium 2
Magnetostrictive vibration waves are generated at the portion around which the first coil 22 of No. 1 is wound. This magnetostrictive vibration wave propagates in the longitudinal direction of the magnetostrictive transmission medium 21 at a propagation speed specific to the magnetostrictive transmission medium 21. During this propagation, the electromechanical coupling coefficient (a coefficient indicating the conversion efficiency from mechanical energy to electrical energy (or from electrical energy to mechanical energy)) at each part of the magnetostrictive transmission medium 21 where the magnetostrictive vibration wave exists. Conversion from mechanical energy to magnetic energy is performed depending on the magnitude of , and an induced voltage is generated in the second coil 24 .
この際、磁歪伝達媒体21の任意の部位に、その電気機
械結合係数が大きくなる程度の定常的な磁場が存在する
と、前記磁歪振動波が当該部位に到達したときに、第2
コイル24に大きな誘導電圧Vが発生する。At this time, if a steady magnetic field exists in any part of the magnetostrictive transmission medium 21 to the extent that its electromechanical coupling coefficient becomes large, when the magnetostrictive vibration wave reaches that part, the second
A large induced voltage V is generated in the coil 24.
パルス電流を第1コイル22に印加した時点から誘導電
圧Vが検出されるまでの時間Tは、磁歪振動波が磁歪伝
達媒体21の第1コイル22を巻回した位置から位置指
示器12により指示された位置に到達するまでの時間に
ほぼ等しい、したがって、この時間Tを処理装置20で
測定し磁歪振動波の伝搬速度との積をとれば、第1コイ
ル22と位置指示器12との間の距離Ω、即ち位置指示
器12の指示位置(座標)を算出できる。The time T from the time when the pulse current is applied to the first coil 22 until the induced voltage V is detected is determined by the position indicator 12 from the position where the magnetostrictive vibration wave is wound around the first coil 22 of the magnetostrictive transmission medium 21. Therefore, if this time T is measured by the processing device 20 and multiplied by the propagation speed of the magnetostrictive vibration wave, the time T between the first coil 22 and the position indicator 12 The distance Ω, that is, the indicated position (coordinates) of the position indicator 12 can be calculated.
第2図に示す二次元位置検出装置11では、処理装置2
0の指令に基づいて第1マルチプレクサ25と第2マル
チプレクサ27が、第1コイル22とパルス電流発生器
26との接続および第2コイル24と処理装置20との
接続を順次切り替えながら、第1コイル22にパルス電
流を印加し、第2コイル24に誘導電圧Vが発生するま
での時間Tを処理装置20で測定する。In the two-dimensional position detection device 11 shown in FIG.
0, the first multiplexer 25 and the second multiplexer 27 sequentially switch the connection between the first coil 22 and the pulse current generator 26 and the connection between the second coil 24 and the processing device 20, while A pulse current is applied to the coil 22, and the time T until the induced voltage V is generated in the second coil 24 is measured by the processing device 20.
すなわち、まず第1マルチプレクサ25が第1コイル2
2aを選択して該第1コイル22aにパルス電流発生器
26を接続させるとともに、第2マルチプレクサ27が
第2コイル24aを選択して該第2コイル24aに処理
装置20を接続させる。第2図に示すように、磁歪伝達
媒体21a1上に位置指示器12pが存在する場合には
、磁歪振動波が位置指示器12pで指示された位置に到
達したときに第2コイル24a、に大きな誘導電圧Vユ
が発生する。したがって、第1コイル22aにパルス電
流を印加した時点からこの誘導電圧v1が検出されるま
での時間を処理装置20で計測すれば、第1コイル22
aが巻回された部位から位置指示器12pで指示された
位置までの距離Q1を算出することができる。磁歪伝達
媒体21aについての計測が終了したならば、第1マル
チプレクサ25が第1コイル22bを選択するとともに
、第2マルチプレクサ27が第2コイル24bを選択す
る。第2コイル24bの上には位置指示器は存在してい
ないから上記のような大きな誘導電圧は発生しない、す
なわち、何も検出されないのでこの第2コイル24b上
では位置が指示されていない、所定の時間が経過したな
らば、第1マルチプレクサ25は第1コイル22cを選
択し、第2マルチプレクサ27は第2コイル24cを選
択する。第2コイル24c2上には位置指示器12qが
存在しているから、大きな誘導電圧v2が発生して、上
述のように距離Q2が求められる。That is, first, the first multiplexer 25 connects the first coil 2
2a to connect the pulse current generator 26 to the first coil 22a, and the second multiplexer 27 selects the second coil 24a to connect the processing device 20 to the second coil 24a. As shown in FIG. 2, when the position indicator 12p is present on the magnetostrictive transmission medium 21a1, when the magnetostrictive vibration wave reaches the position indicated by the position indicator 12p, the second coil 24a has a large An induced voltage Vyu is generated. Therefore, if the processing device 20 measures the time from the time when the pulse current is applied to the first coil 22a until the induced voltage v1 is detected, the first coil 22a
The distance Q1 from the part where a is wound to the position indicated by the position indicator 12p can be calculated. When the measurement of the magnetostrictive transmission medium 21a is completed, the first multiplexer 25 selects the first coil 22b, and the second multiplexer 27 selects the second coil 24b. Since there is no position indicator above the second coil 24b, no large induced voltage as described above is generated.In other words, since nothing is detected, no position is indicated on this second coil 24b. After the time has elapsed, the first multiplexer 25 selects the first coil 22c, and the second multiplexer 27 selects the second coil 24c. Since the position indicator 12q is present on the second coil 24c2, a large induced voltage v2 is generated, and the distance Q2 is determined as described above.
なお、マルチプレクサ25.27を介することなく、パ
ルス電流発生器26に直接接続された1本のコイルを順
に磁歪伝達媒体21に巻回して第1コイルとするととも
に、処理袋w20に直接接続された1本のコイルを磁歪
伝達媒体21に巻回して第2コイルとするものでは、2
つ以上の位置指示器で指示された位置が近接している場
合には、誘起される誘導電圧が干渉しあって、あたかも
1カ所を指示しているかのような検出結果が得られる。Note that one coil directly connected to the pulse current generator 26 is wound around the magnetostrictive transmission medium 21 in order without going through the multiplexers 25 and 27 to form the first coil, and a coil directly connected to the processing bag w20 is In the case where one coil is wound around the magnetostrictive transmission medium 21 to form the second coil, 2
If the positions indicated by two or more position indicators are close to each other, the induced voltages will interfere with each other, resulting in a detection result that looks as if one location is being indicated.
これに対して、上述のように、位置指示器によって指示
された位置を、マルチプレクサ25.27を介してそれ
ぞれの磁歪伝達媒体21について各別に検出するように
すれば、2つ以上の位置指示器12を用いて同時に2つ
以上の位置を指示する場合でも、これら位置指示器によ
って誘起される大きな誘導電圧が相互に干渉し合うこと
が極力防止されるので、2つ以上の位置が近接している
場合でも当該位置を確実に検出できる。On the other hand, as described above, if the position indicated by the position indicator is detected separately for each magnetostrictive transmission medium 21 via the multiplexer 25, 27, two or more position indicators 12 to indicate two or more positions at the same time, the large induced voltages induced by these position indicators are prevented from interfering with each other as much as possible, so two or more positions should not be placed in close proximity. The position can be reliably detected even if the
以上により構成される磁歪伝達媒体21、第1コイル2
2等を二組備え、それらの磁歪伝達媒体21を直交させ
て組み合わせれば、−組をX方向の位置検出用とし、他
の一組をY方向の位置検出用として二次元の位置検出装
置を構成できることになる。Magnetostrictive transmission medium 21 and first coil 2 configured as above
If two sets of magnetostrictive transmission media 21 are provided and combined with their magnetostrictive transmission media 21 perpendicular to each other, a two-dimensional position detection device can be obtained, with the - set used for position detection in the X direction and the other set used for position detection in the Y direction. This means that you can configure
垂直方向位置検出装置!14は位置指示器12p、 1
2qを有するベース13上に設けられており、二次元位
置検出装置11の二次元測定面Aに対して垂直方向の位
置を検出して垂直位置信号を出力する装置である。この
垂直方向位置検出装置14は、ベース13上で位置指示
器’2P* 12qの間の中間位置に支柱15を垂設し
、支柱15に沿って摺動するスライダ16を設け、スラ
イダ16にプローブ17を取付け、かつスライダ16の
移動量を垂直位置信号として電気信号に変換する変換装
置18をスライダ16に内蔵した構成としてあり、変換
装置18の出力垂直位置信号をケーブル19を介して取
り出せるようにしである。Vertical position detection device! 14 is a position indicator 12p, 1
It is a device that is provided on a base 13 having a diameter of 2q, detects a position in a direction perpendicular to a two-dimensional measurement surface A of the two-dimensional position detection device 11, and outputs a vertical position signal. This vertical position detection device 14 has a support 15 suspended on a base 13 at an intermediate position between the position indicators '2P* 12q, a slider 16 that slides along the support 15, and a probe attached to the slider 16. 17 is attached, and a conversion device 18 for converting the amount of movement of the slider 16 into an electric signal as a vertical position signal is built into the slider 16, and the output vertical position signal of the conversion device 18 can be taken out via a cable 19. It is.
また、プローブ17が被測定物に接触しているときにの
み、二次元位置検出装置11および垂直方向位置検出装
W14の出力信号が共力されるようにしてあり1例えば
接触スイッチ、手動スイッチ等によってこれを行うよう
にすればよい、垂直方向位置検出装置14のさらに詳細
な構造については後述する。Further, the output signals of the two-dimensional position detecting device 11 and the vertical position detecting device W14 are output together only when the probe 17 is in contact with the object to be measured.For example, a contact switch, a manual switch, etc. A more detailed structure of the vertical position detecting device 14, which can perform this operation, will be described later.
この二次元位置検出装置11からの信号と、垂直方向位
置検出装置14からの信号とは、処理装置20に供給さ
れるようにしである。処理装置20は、上記各信号を処
理し、記憶し1図示しないがCRTデイスプレィ等に表
示できるとともに、二次元位置検出装置11内の回路等
の動作を制御する装置である。The signal from the two-dimensional position detection device 11 and the signal from the vertical position detection device 14 are supplied to the processing device 20. The processing device 20 is a device that processes and stores the above-mentioned signals and can display them on a CRT display or the like (not shown in the figure), and also controls the operation of circuits and the like within the two-dimensional position detection device 11.
第3図は垂直方向位置検出装置14の取付は状態を示す
斜視図である。同図において、位置指示器12P、 1
2qは一定の間隔りをもって配設されており、その間隔
りの中間に位置、即ち位置指示器12p 。FIG. 3 is a perspective view showing how the vertical position detection device 14 is installed. In the figure, position indicators 12P, 1
2q are arranged at regular intervals, and the position indicator 12p is located in the middle of the interval.
12qの双方から距離dの位置に位置させて支柱15が
垂設しである。この支柱15は角柱状をしており、−側
面をガイド面40としである。この支柱15の形状は角
柱状に限らず、後述するようにスライダ16の移動量が
検出できるものであれば、他の形状であっても構わない
、ただし、支柱15の形状を円柱などにしてスライダ1
5がこの支柱15を中心にして回動できるようにした場
合には、後述するように2つの位置指示器12P、 1
2qを含む垂直面に対してプローブ17の方向が常に一
定の角度となるようにしておく必要があり、従ってスラ
イダ16の回動に連動して位置指示器12p、 12q
も支柱15を中心にして旋回できる構造にする必要があ
る。あるいは、プローブ17の方向と上記垂直面とがな
す角度を常に検出できるようにしておくものであっても
構わない、このようにスライダ16を支柱15を中心に
して回動可能とすれば、被測定物4の三次元座標を測定
する際にプローブ17の方向を変更でき、ベース13の
位置を一定にしたまま広範囲の測定を行えるので便利で
ある。A column 15 is vertically disposed at a distance d from both the columns 12q and 12q. This support 15 has a prismatic shape, and has a guide surface 40 on its negative side. The shape of this support 15 is not limited to a prismatic shape, but may be any other shape as long as the amount of movement of the slider 16 can be detected as described later.However, the shape of the support 15 may be a cylinder or the like. slider 1
5 can be rotated around this support 15, two position indicators 12P, 1, as described later.
It is necessary to keep the direction of the probe 17 at a constant angle with respect to the vertical plane including 2q. Therefore, in conjunction with the rotation of the slider 16, the position indicators 12p and 12q
It is also necessary to have a structure that allows rotation around the pillar 15. Alternatively, the angle between the direction of the probe 17 and the above-mentioned vertical plane may be detected at all times. This is convenient because the direction of the probe 17 can be changed when measuring the three-dimensional coordinates of the object to be measured 4, and measurement can be carried out over a wide range while keeping the position of the base 13 constant.
そして、スライダ16に取付けたプローブ17の先端は
、中心線0に対して距離りの位置となる。The tip of the probe 17 attached to the slider 16 is located at a distance from the center line 0.
第4図は、スライダ16に内蔵する変換装置18を示す
図である。変換装置18は、減速機構41とエンコーダ
42とを有しており、この減速機構41の回転子43を
支柱15に設けられたガイド面40に当接させ、減速機
構41の機械出力端にエンコーダ42を取り付けである
。エンコーダ42の出力はリード線44を介して出力コ
ネクタ45に接続されている。そして。FIG. 4 is a diagram showing the conversion device 18 built into the slider 16. The converting device 18 has a speed reduction mechanism 41 and an encoder 42. The rotor 43 of the speed reduction mechanism 41 is brought into contact with a guide surface 40 provided on the support column 15, and the encoder is connected to the mechanical output end of the speed reduction mechanism 41. 42 is for installation. The output of the encoder 42 is connected to an output connector 45 via a lead wire 44. and.
スライダ16を移動させると回転子43が回転し、該回
転が減速機構41を介して適宜に減速されてエンコーダ
42に伝えられる。エンコーダ42は、その回転に応じ
てスライダ16の移動量、即ち垂直位置信号を出力する
。なお、支柱15とスライダ16とは、いわゆるデジタ
ルノギスに類似する構造であって構わない。When the slider 16 is moved, the rotor 43 rotates, and the rotation is appropriately decelerated via the deceleration mechanism 41 and transmitted to the encoder 42. The encoder 42 outputs the amount of movement of the slider 16, ie, a vertical position signal, in accordance with its rotation. Note that the support 15 and the slider 16 may have a structure similar to a so-called digital caliper.
次に、プローブ17の先端の二次元位置信号を求めるた
めの原理を第5図(1)ないしく■)、第6図を参照し
て説明する。Next, the principle for obtaining a two-dimensional position signal of the tip of the probe 17 will be explained with reference to FIGS. 5(1) to 2) and FIG. 6.
まず、プローブ17の先端と位置指示器tzp、 12
qとの位置が異なるため、プローブ17の先端の二次元
位置を得るための原理を説明する。First, the tip of the probe 17 and the position indicator tzp, 12
The principle for obtaining the two-dimensional position of the tip of the probe 17 will be explained since the position is different from that of the tip of the probe 17.
第5図(1)に示すように位置指示器12p* 12q
の座標を(Xll 3’z) + (Xss 3’i
)とすると、これら位置指示器12p、 12qを結ぶ
直線r上の0点の座標は(< x t + x t )
/ 2 # < y 1+ y x ) / 2
)となる、直線r上の点0から垂線を引いて長さLとな
る点をプローブ17の先端Pとして、この点Pを(x、
y)とおく。そして、直線rの傾きmは、m= (ya
−yl) /(xi−xi) −−−−−−−°−
■線分poの傾きMは、rlPoなので、m−M=−1
であるから、
M=−(x□−X工)/(y、−y□) ・・・・・・
・・・■ここで、第5図(II)に示すように、ΔPR
Oについて考える1辺PRを1とすると、辺ORは。As shown in FIG. 5 (1), position indicators 12p* 12q
The coordinates of (Xll 3'z) + (Xss 3'i
), the coordinates of the 0 point on the straight line r connecting these position indicators 12p and 12q are (< x t + x t )
/ 2 # < y 1 + y x ) / 2
), draw a perpendicular line from point 0 on the straight line r, and set the point with length L as the tip P of the probe 17, and define this point P as (x,
y). Then, the slope m of the straight line r is m= (ya
−yl) /(xi−xi) −−−−−−−°−
■The slope M of the line segment po is rlPo, so m-M=-1
Therefore, M=-(x□-X engineering)/(y,-y□)...
...■Here, as shown in Figure 5 (II), ΔPR
Considering O, if one side PR is 1, the side OR is.
(x z −x z ) / (y s −y t )
となり、(xz’−X t) / (V m −3’
z)をbとおくと、斜辺opは、fT]]ごとなる。(x z −x z ) / (y s −y t )
So, (xz'-X t) / (V m -3'
If z) is set as b, the hypotenuse op becomes fT]].
そこで、ΔPROの斜辺0P=(r丁ワ]7)で全通を
除算すると、第5図(m)に示すように。Therefore, if we divide the total by the hypotenuse 0P of ΔPRO = (r d wa] 7), we get the result shown in Fig. 5 (m).
辺PRは、(1/(v’丁+b))となり、辺。The side PR is (1/(v'+b)), which is the side.
RはCb/C(丁ワ]P)〕となる。R is Cb/C (Ding Wa] P)].
さらに、第5図(III)の全通にプローブ17の長さ
Lを乗じると、第5図(mV)に示すように、斜辺OP
はL、辺PRは(L/ C(丁’TV’) )となり、
辺ORは〔Lb/(f丁℃箇7))となる。Furthermore, when the length L of the probe 17 is multiplied by the length L of the probe 17 in FIG. 5 (III), as shown in FIG. 5 (mV), the hypotenuse OP
is L, the side PR is (L/C(Ding'TV')),
The side OR is [Lb/(f ℃ 7)).
上述の内容は、直線rに直交する直線上であって直ar
上の点0から距離乙のところにある点を求めたのである
が、当該点は第5図(I)に示すように、PとP′の2
点が存在することになる。すなわち、プローブ17の指
向した方向によってPまたはP′の点を指示することに
なる。The above content is on a straight line perpendicular to the straight line r, and the straight line ar
I found a point at a distance B from the point 0 above, and as shown in Figure 5 (I), this point is the distance between P and P'.
There will be a point. That is, the point P or P' is indicated depending on the direction in which the probe 17 is directed.
点Oの座標に辺PRの長さB、/(v’丁1]7))を
減算するとXが、点0の座標に辺ORの長さ(Lb/(
v’丁’TV” ) )を減算すればyが、また点oの
座標に辺PRの長さ(L/(7丁−17))を加算する
とX′が、点0の座標に辺ORの長さ(Lb/(4丁’
TV’)3を加算すればy′が、それぞれ求められる。Subtracting the length of side PR (B, /(v'd1]7)) from the coordinates of point O gives X, and subtracting the length of side OR from the coordinates of point 0 (Lb/(
By subtracting ``v'TV''), we get y, and by adding the length of side PR (L/(7-17)) to the coordinates of point o, we get X'. Length (Lb/(4 pieces')
By adding TV')3, y' can be obtained.
これは、位置指示器12p、 12qが二点であるため
に生じる。被測定物4の形状を測定するためには、P、
P’のいずれの点が真の測定点であるのかが求められな
ければならない。This occurs because there are two position indicators 12p and 12q. In order to measure the shape of the object to be measured 4, P,
It must be determined which point of P' is the true measurement point.
第6図に示すように、二次元位置検出装置11の一隅を
原点(0,0)とし、対隅を最大点(X、。As shown in FIG. 6, one corner of the two-dimensional position detection device 11 is set as the origin (0,0), and the opposite corner is set as the maximum point (X,.
V WIE )とし、その中間点を基準点Cとすれば、
Cは(xwm/2m ’/ヨ/2)となるとともに、測
定を行う場合には、被測定物4をこの基準点C上に載置
するものとする。V WIE ) and its midpoint is the reference point C, then
C is (xwm/2m'/yo/2), and when measuring, the object to be measured 4 is placed on this reference point C.
そして、測定に際して、前述のようにして得られたP
(x * y )とP’ (x’ + y’ )とを比
較して。Then, during the measurement, the P obtained as described above was
Compare (x * y) and P'(x' + y').
C(X wm/ 2 、 yヨ/2)点に近い方の値を
有するものを選択すればよい。The one having the value closer to the point C(Xwm/2, yyo/2) may be selected.
第7図は、81II定の方法を説明する図である。被測
定物4は、その中心を基準点Cに一致するようにおく、
そして1例えば、被測定物4の局面の垂直方向に測定ラ
インJいJ3、・・・・・・Jnを決定する。また、各
測定ラインJ1、J2、・・・・・・Jnごとに垂直位
置測定点PいP2.・・・・・・Paを決定する。FIG. 7 is a diagram illustrating the 81II method. The object to be measured 4 is placed so that its center coincides with the reference point C,
Then, for example, measurement lines J3, . . . Jn are determined in the vertical direction of the surface of the object to be measured 4. Also, for each measurement line J1, J2, . . . Jn, vertical position measurement points P and P2. ...Determine Pa.
垂直方向位置検出装置14のプローブ17を測定ライン
J1の垂直位置測定点P2、P3、・・・・・・Ps+
に当接させる。このときの位置指示器12p、 12q
の位置を二次元位置検出装置11により二次元位置信号
として出力する。また、このときの垂直方向の位置を、
垂直方向位置検出装置14により検出して垂直位置信号
を出力する。こうして、測定が終了したところで、垂直
方向の測定ラインJ2にずらし。The probe 17 of the vertical position detection device 14 is moved to the vertical position measurement points P2, P3, ...Ps+ of the measurement line J1.
bring it into contact with. Position indicators 12p and 12q at this time
The two-dimensional position detection device 11 outputs the position as a two-dimensional position signal. Also, the vertical position at this time is
The vertical position detection device 14 detects and outputs a vertical position signal. In this way, when the measurement is completed, it is shifted to the measurement line J2 in the vertical direction.
再び上記測定を行う、そして、被測定物の全周面(36
0度)、あるいは所定の測定面積を計測したところで測
定を給了し、測定の結果得られた信号の処理を処理装置
20で行うことにより三次元座標を得ることができる。The above measurement is performed again, and the entire circumference of the object to be measured (36
0 degree) or when a predetermined measurement area has been measured, the measurement is terminated, and the processing device 20 processes the signal obtained as a result of the measurement, thereby obtaining three-dimensional coordinates.
このような実施例によれば、環境条件を選ぶことなく使
用できるとともに、測定できない点が存することがない
。According to such an embodiment, it can be used without selecting any environmental conditions, and there are no points that cannot be measured.
第8図は、この発明に係る三次元座標入力装置の他の実
施例を示す斜視図である。FIG. 8 is a perspective view showing another embodiment of the three-dimensional coordinate input device according to the present invention.
第8図に示す実施例が第一実施例と異なるところは、プ
ローブの形状である。プローブ17’は。The embodiment shown in FIG. 8 differs from the first embodiment in the shape of the probe. The probe 17' is.
自由に形状を選べるので、図示形状のようにすることに
より、被測定物4が円筒形状をしていても、その内周面
を測定することができる。Since the shape can be freely selected, by using the illustrated shape, even if the object to be measured 4 has a cylindrical shape, the inner circumferential surface of the object can be measured.
また、プローブ17.17′の水平方向の長さを伸縮自
在なものとし、その伸縮量を測定して信号として処理装
置20に入力できるようにすれば、測定の際にベース1
3を一定にしたままで垂直位置測定点PいP2、・・・
・・・Paを連続して測定できる。Furthermore, if the horizontal length of the probes 17 and 17' is made to be expandable and retractable, and the amount of expansion and contraction can be measured and inputted as a signal to the processing device 20, the base 1
While keeping 3 constant, set the vertical position measurement point P2,...
...Pa can be measured continuously.
この実施例では、二次元位置検出装置11として第2図
に示すような装置を用いたものについて説明したが、他
の手段による二次元位置検出装置を用いて二次元位置を
検出するものであっても構わない。In this embodiment, a device as shown in FIG. 2 is used as the two-dimensional position detecting device 11. However, it is also possible to detect the two-dimensional position using a two-dimensional position detecting device using other means. I don't mind.
また、位置指示器12p、 12qが2つのものについ
て説明したが、3つ以上であっても構わず、3つの位置
指示器が同一直線上にないように配設すれば、前述した
ように測定されるべき点が複数存することがないので、
処理装置での演算処置がより迅速に行える。Furthermore, although the explanation has been made regarding two position indicators 12p and 12q, there may be three or more, and as long as the three position indicators are arranged so that they are not on the same straight line, the measurement can be performed as described above. Since there are no multiple points to be
Calculation processing in the processing device can be performed more quickly.
以上説明したように、この発明に係る三次元入力装置に
よれば、位置指示器で指示した二次元位置を二次元位置
検出装置で検出するとともに、垂直方向位置検出装置に
より垂直位置信号を得られるので、あらゆる測定点にお
いて三次元座標を得ることができる。As explained above, according to the three-dimensional input device according to the present invention, the two-dimensional position indicated by the position indicator can be detected by the two-dimensional position detecting device, and a vertical position signal can be obtained by the vertical position detecting device. Therefore, three-dimensional coordinates can be obtained at every measurement point.
また1機械的に三次元座標を得ているので、温度等の外
部環境に影響されることがない。Furthermore, since the three-dimensional coordinates are obtained mechanically, it is not affected by the external environment such as temperature.
さらに1機械的に半固定の状態で測定するので、測定点
が変動等することがなく精密に測定できる。Furthermore, since the measurement is performed in a mechanically semi-fixed state, the measurement point does not fluctuate and can be measured accurately.
加えて、垂直位置信号は、支柱に沿って移動した移動量
を変換装置で減速し電気信号に変換するようにしである
ので、正確なものとなる。In addition, the vertical position signal is accurate because the amount of movement along the column is slowed down by a conversion device and converted into an electrical signal.
第1図は、この発明に係る三次元座標入力装置の実施例
を示す斜視図である。第2図は、同実施例で用いるのに
適した二次元位置検出装置の概略を示す斜視図である。
第3図は、位置指示器と垂直方向位置検出装置の位置関
係を示す一部破断してして示す斜視図である。第4図は
、垂直方向位置検出装置の変換装置の概略構成を示す説
明図である。第5図は、プローブの先端の座標を位置指
示器の指示点から求める原理を説明するために示す説明
図である。第6図は、位置指示器が二点であることによ
るプローブ先端の座標を決定する原理を説明するために
示す説明図である。第7図は。
本装置を使用して被測定物を測定するための方法の説明
図である。第8図は1本発明の他の実施例を示す斜視図
である。
第9図は従来の三次元座標入力装置の原理を示す説明図
である。第10図は、従来の三次元座標入力装置による
測定の不都合を説明するための図である。
10・・・三次元座標入力装置
11・・・二次元位置検出装置
12p、12q・・・位置指示器
13・・・ベース 14・・・垂直方向位置検出
装置15・・・支柱 16・・・スライダ17
・・・プローブ 18・・・変換装置第
図FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a three-dimensional coordinate input device according to the present invention. FIG. 2 is a perspective view schematically showing a two-dimensional position detection device suitable for use in the same embodiment. FIG. 3 is a partially cutaway perspective view showing the positional relationship between the position indicator and the vertical position detection device. FIG. 4 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a converting device of a vertical position detecting device. FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the principle of determining the coordinates of the tip of the probe from the indicated point of the position indicator. FIG. 6 is an explanatory diagram shown to explain the principle of determining the coordinates of the tip of the probe when there are two position indicators. Figure 7 is. FIG. 2 is an explanatory diagram of a method for measuring an object using the present device. FIG. 8 is a perspective view showing another embodiment of the present invention. FIG. 9 is an explanatory diagram showing the principle of a conventional three-dimensional coordinate input device. FIG. 10 is a diagram for explaining the disadvantages of measurement using a conventional three-dimensional coordinate input device. 10... Three-dimensional coordinate input device 11... Two-dimensional position detection device 12p, 12q... Position indicator 13... Base 14... Vertical position detection device 15... Support 16... Slider 17
... Probe 18 ... Conversion device diagram
Claims (2)
と、前記位置指示器により指示された位置を検出し二次
元位置信号として出力する二次元位置検出装置と、前記
位置指示器に設けられ二次元位置検出装置の二次元測定
面に対して垂直方向の位置を検出して垂直位置信号を出
力する垂直方向位置検出装置と、前記二次元位置検出装
置および垂直方向位置検出装置からの各信号を処理して
記憶・表示する処理装置とにより構成したことを特徴と
する三次元座標入力装置。(1) A position indicator that indicates at least two points on two dimensions, a two-dimensional position detection device that detects the position indicated by the position indicator and outputs it as a two-dimensional position signal, and a position indicator that is provided in the position indicator. a vertical position detecting device that detects a position perpendicular to a two-dimensional measurement surface of the two-dimensional position detecting device and outputs a vertical position signal, and each of the two-dimensional position detecting device and the vertical position detecting device A three-dimensional coordinate input device comprising a processing device that processes, stores, and displays signals.
設けた支柱と、前記支柱に沿って摺動するスライダと、
前記スライダに設けたプローブと、スライダの移動量を
電気信号にする変換装置とから構成したことを特徴とす
る請求項1記載の三次元座標入力装置。(2) The vertical position detection device includes a support provided on the position indicator, and a slider that slides along the support.
2. The three-dimensional coordinate input device according to claim 1, comprising: a probe provided on the slider; and a conversion device that converts the amount of movement of the slider into an electrical signal.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2200389A JP2639582B2 (en) | 1989-01-31 | 1989-01-31 | 3D coordinate input device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2200389A JP2639582B2 (en) | 1989-01-31 | 1989-01-31 | 3D coordinate input device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02201211A true JPH02201211A (en) | 1990-08-09 |
| JP2639582B2 JP2639582B2 (en) | 1997-08-13 |
Family
ID=12070832
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2200389A Expired - Fee Related JP2639582B2 (en) | 1989-01-31 | 1989-01-31 | 3D coordinate input device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2639582B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007064736A (en) * | 2005-08-30 | 2007-03-15 | Maeda Corp | Surface flaw data recording device of concrete |
-
1989
- 1989-01-31 JP JP2200389A patent/JP2639582B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007064736A (en) * | 2005-08-30 | 2007-03-15 | Maeda Corp | Surface flaw data recording device of concrete |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2639582B2 (en) | 1997-08-13 |
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