JPH0352809B2 - - Google Patents
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- JPH0352809B2 JPH0352809B2 JP24513783A JP24513783A JPH0352809B2 JP H0352809 B2 JPH0352809 B2 JP H0352809B2 JP 24513783 A JP24513783 A JP 24513783A JP 24513783 A JP24513783 A JP 24513783A JP H0352809 B2 JPH0352809 B2 JP H0352809B2
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
- G01B5/24—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
- B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
- B23Q1/26—Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members
- B23Q1/34—Relative movement obtained by use of deformable elements, e.g. piezoelectric, magnetostrictive, elastic or thermally-dilatable elements
- B23Q1/36—Springs
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/30—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、被測定物表面の法線方法の測定方法
及び装置に関する。
及び装置に関する。
〔従来技術〕
従来は、たとえば被測定物との当接を検出する
タツチプローブと、このタツチプローブを移動す
る位置決め装置とから成る３次元測定装置があつ
た。この３次元測定装置は、位置決め装置により
タツチプローブ被測定物に接触させ、接触時の位
置決め装置の移動距離から予め決められた座標系
における接触点の座標を検出するものである。し
たがつて、被測定物の任意の測定点における法線
方向を測定するには、被測定物の表面を特定する
ための測定点近傍の少なくとも３点の座標を測定
して計算を行なう必要があり、座標測定時の誤差
と計算時の誤差が累積され、高精度の測定ができ
ないという欠点があつた。
タツチプローブと、このタツチプローブを移動す
る位置決め装置とから成る３次元測定装置があつ
た。この３次元測定装置は、位置決め装置により
タツチプローブ被測定物に接触させ、接触時の位
置決め装置の移動距離から予め決められた座標系
における接触点の座標を検出するものである。し
たがつて、被測定物の任意の測定点における法線
方向を測定するには、被測定物の表面を特定する
ための測定点近傍の少なくとも３点の座標を測定
して計算を行なう必要があり、座標測定時の誤差
と計算時の誤差が累積され、高精度の測定ができ
ないという欠点があつた。
本発明は、上記のような欠点を解決するために
なされたもので、３分力検出プローブを被測定物
に押し付けたときに生ずる反力方向から、３分力
検出プローブと被測定物との接触点における法線
を高精度に測定することのできる物体表面の法線
方向の測定方法及びその装置を提供するものであ
る。
なされたもので、３分力検出プローブを被測定物
に押し付けたときに生ずる反力方向から、３分力
検出プローブと被測定物との接触点における法線
を高精度に測定することのできる物体表面の法線
方向の測定方法及びその装置を提供するものであ
る。
第１図は３分力検出プローブ１が被測定物２に
接触したときに生ずる力の状態を３分力検出プロ
ーブ１を基準とした直交３次元座標系ｘ，ｙ，ｚ
上で示した説明図である。３分力検出プローブ１
に作用する力を検出しながら、３分力検出プロー
ブ１をｚ軸方向へ移動させて被測定物２に接触さ
せ、３分力検出プローブ１に作用するｘ，ｙ，ｚ
軸方向の力x1，y1，z1のいずれかが所定の値（例
えば歪ゲージなどの力検出器により精度良く計測
できるスパン中央部の所定の値以上に達したとこ
ろで、ｚ軸方向への移動を停止する。接触点での
面の法線方向がｚ軸方向でなければ、３分力検出
プローブ１には法線方向抗力Ｎと摩擦力Faとの
合力F1が作用する。３分力検出プローブ１に作
用する力F1は、接触点での面の法線方向ベクト
ルとｘ，ｙ平面とのなす角θ2が90゜−θ2＞θf、90゜
−θ2≦θfの場合によつて異なる。ここでθfは摩擦
角であり、３分力検出プローブ１と被測定物２と
の間の摩擦係数がμであれば、tanθf＝μである。
90゜−θ2＞θfすなわち被測定物２の表面とｘ−ｙ平
面のなす角度が摩擦角θfより大きい場合、３分力
検出プローブ１に作用する力F1の方向の成分x1，
y1，z1は次式で与えられる。
接触したときに生ずる力の状態を３分力検出プロ
ーブ１を基準とした直交３次元座標系ｘ，ｙ，ｚ
上で示した説明図である。３分力検出プローブ１
に作用する力を検出しながら、３分力検出プロー
ブ１をｚ軸方向へ移動させて被測定物２に接触さ
せ、３分力検出プローブ１に作用するｘ，ｙ，ｚ
軸方向の力x1，y1，z1のいずれかが所定の値（例
えば歪ゲージなどの力検出器により精度良く計測
できるスパン中央部の所定の値以上に達したとこ
ろで、ｚ軸方向への移動を停止する。接触点での
面の法線方向がｚ軸方向でなければ、３分力検出
プローブ１には法線方向抗力Ｎと摩擦力Faとの
合力F1が作用する。３分力検出プローブ１に作
用する力F1は、接触点での面の法線方向ベクト
ルとｘ，ｙ平面とのなす角θ2が90゜−θ2＞θf、90゜
−θ2≦θfの場合によつて異なる。ここでθfは摩擦
角であり、３分力検出プローブ１と被測定物２と
の間の摩擦係数がμであれば、tanθf＝μである。
90゜−θ2＞θfすなわち被測定物２の表面とｘ−ｙ平
面のなす角度が摩擦角θfより大きい場合、３分力
検出プローブ１に作用する力F1の方向の成分x1，
y1，z1は次式で与えられる。
x1＝｜Ｎ→｜cosθ2・cosθ1−μ｜Ｎ→
｜sinθ2・sosθ1 x1＝｜Ｎ→｜cosθ2・cosθ1−μ｜Ｎ→
｜sinθ2・sosθ1 y1＝｜Ｎ→｜cosθ2・sinθ1−μ｜Ｎ→｜sinθ2・sin
θ1 z1＝｜Ｎ→｜sinθ2＋μ｜Ｎ→｜sosθ2 一方、90゜−θ2≦θfすなわち被測定物２の表面と
ｘ−ｙ平面とのなす角が摩擦角θfと等しいか、小
さい場合、３分力検出プローブ１に作用するF1
の 各方向の成分x1，y1，z1は、次式で与えられ
る。
｜sinθ2・sosθ1 x1＝｜Ｎ→｜cosθ2・cosθ1−μ｜Ｎ→
｜sinθ2・sosθ1 y1＝｜Ｎ→｜cosθ2・sinθ1−μ｜Ｎ→｜sinθ2・sin
θ1 z1＝｜Ｎ→｜sinθ2＋μ｜Ｎ→｜sosθ2 一方、90゜−θ2≦θfすなわち被測定物２の表面と
ｘ−ｙ平面とのなす角が摩擦角θfと等しいか、小
さい場合、３分力検出プローブ１に作用するF1
の 各方向の成分x1，y1，z1は、次式で与えられ
る。
x1＝０
y1＝０
z1＝｜Ｎ→｜sinθ2−｜Ｎ→｜
sosθ2／tanθ2
したがつて、３分力検出プローブ１に作用する
力F1のｘ，ｙ方向成分より、90゜−θ2＞θf、90゜−
θ2≦θfの状態が明確に判別できる。
力F1のｘ，ｙ方向成分より、90゜−θ2＞θf、90゜−
θ2≦θfの状態が明確に判別できる。
90゜−θ2＞θfの場合には、前記のｚ軸方向からの
接触動作に次いで、tanθ1＝y1／x1で与えられる
θ1の方向へ３分力検出プローブ１を移動し、３分
力検出プローブ１に力が作用しないところで停止
した後、θ1の逆方向へ移動し、３分力検出プロー
ブ１に作用する法線方向の力Ｎと摩擦力Ｆ→bと合
力Ｆ→2のｘ，ｙ，ｚ軸方向の力x2，y2，z2のいず
れかが所定の値（例えば前記ｚ軸方向の移動を停
止させたときに使用した値と同一の所定の値）以
上に達しところで移動を停止する。この時点で、
３分力検出プローブ１に作用する力Ｆ→2の各方向
の成分x2，y2，z2は次式で与えられる。
接触動作に次いで、tanθ1＝y1／x1で与えられる
θ1の方向へ３分力検出プローブ１を移動し、３分
力検出プローブ１に力が作用しないところで停止
した後、θ1の逆方向へ移動し、３分力検出プロー
ブ１に作用する法線方向の力Ｎと摩擦力Ｆ→bと合
力Ｆ→2のｘ，ｙ，ｚ軸方向の力x2，y2，z2のいず
れかが所定の値（例えば前記ｚ軸方向の移動を停
止させたときに使用した値と同一の所定の値）以
上に達しところで移動を停止する。この時点で、
３分力検出プローブ１に作用する力Ｆ→2の各方向
の成分x2，y2，z2は次式で与えられる。
x2＝｜Ｎ｜cosθ・cosθ1＋μ｜Ｎ｜sin
θ2・cosθ1 y2＝｜Ｎ｜cosθ2・cosθ1＋μ｜Ｎ｜sinθ2・sinθ1 z2＝｜Ｎ｜sinθ2−μ｜Ｎ｜cosθ2 前記２回の接触動作により得られた力x1，y1，
z1，x2，y2，z2から、接触点での面の法線ベクト
ルｌ→＝cosθ2・cosθ1i→＋cosθ2・sinθ1j→＋sin
θ2k→の
ｘ，ｙ，ｚ方向の成分は、次式で与えられる。こ
こでｉ→，ｊ→，ｋ→はそれぞれｘ，ｙ，ｚ方向の単位
ベクトルを示している。
θ2・cosθ1 y2＝｜Ｎ｜cosθ2・cosθ1＋μ｜Ｎ｜sinθ2・sinθ1 z2＝｜Ｎ｜sinθ2−μ｜Ｎ｜cosθ2 前記２回の接触動作により得られた力x1，y1，
z1，x2，y2，z2から、接触点での面の法線ベクト
ルｌ→＝cosθ2・cosθ1i→＋cosθ2・sinθ1j→＋sin
θ2k→の
ｘ，ｙ，ｚ方向の成分は、次式で与えられる。こ
こでｉ→，ｊ→，ｋ→はそれぞれｘ，ｙ，ｚ方向の単位
ベクトルを示している。
cosθ2・cosθ1＝（x1＋y1）／√（x1＋x2
）2＋（y1＋y2）2＋（z1＋z2）2 cosθ2・cosθ1＝（x1＋y1）／√（x1＋x2
）2＋（y1＋y2）2＋（z1＋z2）2 cosθ2・sinθ1＝（y1＋y2）／√（x1＋x2）2＋（y1＋y
2）2＋（z1＋z2）2 cosθ2・cosθ1＝（x1＋y1）／√（x1＋x2
）2＋（y1＋y2）2＋（z1＋z2）2 cosθ2・sinθ1＝（y1＋y2）／√（x1＋x2）2＋（y1＋y
2）2＋（z1＋z2）2 sinθ2＝（z1＋z2）／√（x1＋x2）2＋（y1＋y2）2＋（
z1＋z2）2 一方、90゜−θ2≦θfの場合は、３分力検出プロー
ブ１を接触点のまわりに、ｚ軸に対して摩擦角θf
の２倍より大きい角度θ0傾ける。３分力検出プロ
ーブ１を傾けたときの、３分力検出プローブ１を
基準にとつた直交座標系をx′1，y′，z′とすれば、
z′軸方向に３分力検出プローブ１を後退させた
後、x′，y′，z′座標系において90゜−θ2＞θfの場
合
と同様に２回の接触動作を行なうことにより、
x′，y′，z′座標系での法線ベクトルが得られ、こ
の法線ベクトルをｘ，ｙ，ｚ座標系に変換すれ
ば、ｘ，ｙ，ｚ座標系での法線ベクトルが得られ
る。たとえば、第２図に示すようにｙ軸方向のま
わりに、３分力検出プローブ１を角度θ0回転した
ときの、３分力検出プローブ１を基準とした座標
系x′，y′，z′において得られた法線方向ベクトル
の成分がlx′，ly′，lz′であれば、ｘ，ｙ，ｚ座標
系での法線ベクトルは次式で変換される。
）2＋（y1＋y2）2＋（z1＋z2）2 cosθ2・cosθ1＝（x1＋y1）／√（x1＋x2
）2＋（y1＋y2）2＋（z1＋z2）2 cosθ2・sinθ1＝（y1＋y2）／√（x1＋x2）2＋（y1＋y
2）2＋（z1＋z2）2 cosθ2・cosθ1＝（x1＋y1）／√（x1＋x2
）2＋（y1＋y2）2＋（z1＋z2）2 cosθ2・sinθ1＝（y1＋y2）／√（x1＋x2）2＋（y1＋y
2）2＋（z1＋z2）2 sinθ2＝（z1＋z2）／√（x1＋x2）2＋（y1＋y2）2＋（
z1＋z2）2 一方、90゜−θ2≦θfの場合は、３分力検出プロー
ブ１を接触点のまわりに、ｚ軸に対して摩擦角θf
の２倍より大きい角度θ0傾ける。３分力検出プロ
ーブ１を傾けたときの、３分力検出プローブ１を
基準にとつた直交座標系をx′1，y′，z′とすれば、
z′軸方向に３分力検出プローブ１を後退させた
後、x′，y′，z′座標系において90゜−θ2＞θfの場
合
と同様に２回の接触動作を行なうことにより、
x′，y′，z′座標系での法線ベクトルが得られ、こ
の法線ベクトルをｘ，ｙ，ｚ座標系に変換すれ
ば、ｘ，ｙ，ｚ座標系での法線ベクトルが得られ
る。たとえば、第２図に示すようにｙ軸方向のま
わりに、３分力検出プローブ１を角度θ0回転した
ときの、３分力検出プローブ１を基準とした座標
系x′，y′，z′において得られた法線方向ベクトル
の成分がlx′，ly′，lz′であれば、ｘ，ｙ，ｚ座標
系での法線ベクトルは次式で変換される。
ｌ→＝（cosθ0・lx′＋sinθ0・lz′）ｉ→
＋ly′ｊ→＋（cosθ0l′z−sinθ0・l′x）ｋ→ このようにして３分力検出プローブ１を被測定
物２に接触させたときのｘ，ｙ，ｚ軸方向の力よ
り被測定物表面の法線方向が得られる。
＋ly′ｊ→＋（cosθ0l′z−sinθ0・l′x）ｋ→ このようにして３分力検出プローブ１を被測定
物２に接触させたときのｘ，ｙ，ｚ軸方向の力よ
り被測定物表面の法線方向が得られる。
第３図は本発明に係る物体表面の法線方向の測
定装置の機構部の全体構成を示した斜視図であ
る。２は被測定物、１はｘ，ｙ，ｚ方向の力を検
出できる３分力検出プローブ、３は先端に取付け
られた３分力検出プローブ１のｘ，ｙ，ｚ方向の
位置とｙ軸まわりの姿勢を変える４自由度の位置
決め装置である。
定装置の機構部の全体構成を示した斜視図であ
る。２は被測定物、１はｘ，ｙ，ｚ方向の力を検
出できる３分力検出プローブ、３は先端に取付け
られた３分力検出プローブ１のｘ，ｙ，ｚ方向の
位置とｙ軸まわりの姿勢を変える４自由度の位置
決め装置である。
第４図は３分力検出プローブ１の実施例を示す
斜視図である。４はベース、５はベース４に両端
が固定された板バネ、６は板バネ４の中央部に固
定され、ｘ，ｙ方向にそれぞれ２ケ所づつ薄肉部
を有する弾性体、７は先端が球状に形成され後端
が弾性体６に固定された触針である。８，９，１
０は歪ゲージで、板バネ５には歪ゲージ８が中央
を対称に２個貼りつけている。また弾性体６には
ｘ方向に薄くなつている部分に歪ゲージ９が２個
貼りつけられており、ｙ方向に薄くなつている部
分に歪ゲージ１０が２個貼りつけられている。板
バネ５及び弾性体６に、上記のように歪ゲージ８
〜１０を貼りつけ、後述のように歪ゲージ８〜１
０をブリツジ回路に結線することによつて、触針
７に作用する力のｚ方向成分を歪ゲージ８、ｘ方
向成分を歪ゲージ９、ｙ方向成分を歪ゲージ１０
によつてそれぞれ独立して検出することができ
る。
斜視図である。４はベース、５はベース４に両端
が固定された板バネ、６は板バネ４の中央部に固
定され、ｘ，ｙ方向にそれぞれ２ケ所づつ薄肉部
を有する弾性体、７は先端が球状に形成され後端
が弾性体６に固定された触針である。８，９，１
０は歪ゲージで、板バネ５には歪ゲージ８が中央
を対称に２個貼りつけている。また弾性体６には
ｘ方向に薄くなつている部分に歪ゲージ９が２個
貼りつけられており、ｙ方向に薄くなつている部
分に歪ゲージ１０が２個貼りつけられている。板
バネ５及び弾性体６に、上記のように歪ゲージ８
〜１０を貼りつけ、後述のように歪ゲージ８〜１
０をブリツジ回路に結線することによつて、触針
７に作用する力のｚ方向成分を歪ゲージ８、ｘ方
向成分を歪ゲージ９、ｙ方向成分を歪ゲージ１０
によつてそれぞれ独立して検出することができ
る。
第５図は制御装置の一例を示すブロツク図で、
制御装置１１は３分力検出プローブ１からの出力
を処理する３分力検出回路１２と、位置決め装置
３を制御する位置決め装置制御回路１３と、マイ
クロコンピユータ１４とからなつている。３分力
効出回路１２は歪ゲージ８〜１０ごとにそれぞれ
歪ゲージ出力信号処理回路１５〜１７を備えてい
る。たとえば、処理回路１５では、２個の歪ゲー
ジ８と２個の固定抵抗１８で構成されたブリツジ
回路がストレインアンプ１９によつて印加され、
このプリツジの出力信号はストレインアンプ１９
で増幅され、直流信号として出力される。他の歪
ゲージ出力信号処理回路１６，１７も同様に直流
信号を出力する。ただし、歪ゲージ出力信号処理
回路１５におけるブリツジ回路は、歪ゲージ８が
貼り付けてある板バネ５に作用するｚ方向の力だ
けを取り出すために、２個の歪ゲージ８が対向す
るように構成し、歪ゲージ出力信号処理回路１
６，１７におけるプリツジ回路は、弾性体６に作
用するｘ，ｙ方向の力を取り出すためにそれぞれ
２個の歪ゲージ９，１０が隣接するように構成さ
れている。ゲージ出力処理回路１５，１７からの
直流信号はサンプルホールド回路２０に入力さ
れ、マルチプレクサ２１を介してＡ／Ｄ変換回路
２２でデジタル信号化された後、マイクロコンピ
ユータ１４に取り込まれる。マイクロコンピユー
タ１４は、CPU（セントラルプロセツサユニツ
ト）、ROM（読出し専用メモリ）、RAM（読出し
書込みメモリ）、Ｉ／Ｏ（入力／出力）インタフエ
ース等を内蔵し、本法線方向測定装置の判別・指
令・演算手段を構成し、下記の制御指令発生手
段、３分力値判別手段及び法線方向演算手段とを
含むものである。
制御装置１１は３分力検出プローブ１からの出力
を処理する３分力検出回路１２と、位置決め装置
３を制御する位置決め装置制御回路１３と、マイ
クロコンピユータ１４とからなつている。３分力
効出回路１２は歪ゲージ８〜１０ごとにそれぞれ
歪ゲージ出力信号処理回路１５〜１７を備えてい
る。たとえば、処理回路１５では、２個の歪ゲー
ジ８と２個の固定抵抗１８で構成されたブリツジ
回路がストレインアンプ１９によつて印加され、
このプリツジの出力信号はストレインアンプ１９
で増幅され、直流信号として出力される。他の歪
ゲージ出力信号処理回路１６，１７も同様に直流
信号を出力する。ただし、歪ゲージ出力信号処理
回路１５におけるブリツジ回路は、歪ゲージ８が
貼り付けてある板バネ５に作用するｚ方向の力だ
けを取り出すために、２個の歪ゲージ８が対向す
るように構成し、歪ゲージ出力信号処理回路１
６，１７におけるプリツジ回路は、弾性体６に作
用するｘ，ｙ方向の力を取り出すためにそれぞれ
２個の歪ゲージ９，１０が隣接するように構成さ
れている。ゲージ出力処理回路１５，１７からの
直流信号はサンプルホールド回路２０に入力さ
れ、マルチプレクサ２１を介してＡ／Ｄ変換回路
２２でデジタル信号化された後、マイクロコンピ
ユータ１４に取り込まれる。マイクロコンピユー
タ１４は、CPU（セントラルプロセツサユニツ
ト）、ROM（読出し専用メモリ）、RAM（読出し
書込みメモリ）、Ｉ／Ｏ（入力／出力）インタフエ
ース等を内蔵し、本法線方向測定装置の判別・指
令・演算手段を構成し、下記の制御指令発生手
段、３分力値判別手段及び法線方向演算手段とを
含むものである。
前記制御指令発生手段は、３分力検出プローブ
１を被測定物体表面に押つけたり離したりする複
数の手順（前記測定方法で説明したｚ軸方向に押
しつけたり、θ1の逆方向及びθ1の正方向に移動し
たりする複数の手順）の指令を記載した制御プロ
グラムを前記ROMに内蔵し、入力される下記の
第２の判別結果信号を勘案して選択した手順の指
令制御プログラムをROMより読出し、位置決め
装置制御回路１３に３分力検出プローブ１の位置
及び姿勢を多自由度（例えば４自由度）に制御す
るための制御指令を逐次出力し、入力される下記
の第１の判別結果信号により前記制御指令の出力
を停止する手段を有するものである。
１を被測定物体表面に押つけたり離したりする複
数の手順（前記測定方法で説明したｚ軸方向に押
しつけたり、θ1の逆方向及びθ1の正方向に移動し
たりする複数の手順）の指令を記載した制御プロ
グラムを前記ROMに内蔵し、入力される下記の
第２の判別結果信号を勘案して選択した手順の指
令制御プログラムをROMより読出し、位置決め
装置制御回路１３に３分力検出プローブ１の位置
及び姿勢を多自由度（例えば４自由度）に制御す
るための制御指令を逐次出力し、入力される下記
の第１の判別結果信号により前記制御指令の出力
を停止する手段を有するものである。
前記３分力値判別手段は、前記制御指令発生手
段が制御指令を出力しているとき（例えば３分力
検出プローブ１をｚ軸方向に押つけているとき）、
前記３分力検出回路１２の各出力値のいずれかが
所定の値になつたか、または前記各出力値がすべ
て零になつた（例えば３分力検出プローブ１を前
記θ1の逆方向へ移動中にこの状態になつた）こと
を判別し、該判別結果に基づき制御指令の出力を
停止させるための第１の判別結信号と、前記制御
指令発生手段が制御指令の出力開始及び停止の前
後に、前記３分力検出回路１２が出力するｘ軸及
びｙ軸方向の力成分がともに零である（例えば前
記測定方法で説明した３分力検出プローブ１をｚ
軸方向に押しつける移動を停止後のｘ軸方向の力
x1及びｙ軸方向の力y1がともに零である）ことを
判別し、該判別結果に基づき制御指令プログラム
を選択させる（例えば３分力検出プローブ１を傾
けて別の座標系で測定する）ための第２の判別結
果信号とをそれぞれ前記制御指令発生手段に出力
する手段を有するものである。
段が制御指令を出力しているとき（例えば３分力
検出プローブ１をｚ軸方向に押つけているとき）、
前記３分力検出回路１２の各出力値のいずれかが
所定の値になつたか、または前記各出力値がすべ
て零になつた（例えば３分力検出プローブ１を前
記θ1の逆方向へ移動中にこの状態になつた）こと
を判別し、該判別結果に基づき制御指令の出力を
停止させるための第１の判別結信号と、前記制御
指令発生手段が制御指令の出力開始及び停止の前
後に、前記３分力検出回路１２が出力するｘ軸及
びｙ軸方向の力成分がともに零である（例えば前
記測定方法で説明した３分力検出プローブ１をｚ
軸方向に押しつける移動を停止後のｘ軸方向の力
x1及びｙ軸方向の力y1がともに零である）ことを
判別し、該判別結果に基づき制御指令プログラム
を選択させる（例えば３分力検出プローブ１を傾
けて別の座標系で測定する）ための第２の判別結
果信号とをそれぞれ前記制御指令発生手段に出力
する手段を有するものである。
前記法線方向演算手段は、３分力検出プローブ
１が接触する被測定物表面の法線方向を算出する
プログラム（例えば前記式(1)〜(5)等の演算式をプ
ログラム化したもの）を前記ROMに内蔵し、該
プログラムに基づき、前記制御指令発生手段が制
御指令の出力開始及び停止の前後に、前記３分力
検出回路１２が出力するｘ，ｙ，ｚ軸方向の力成
分から被測定物表面の法線方向を算出する手段を
有するものである。
１が接触する被測定物表面の法線方向を算出する
プログラム（例えば前記式(1)〜(5)等の演算式をプ
ログラム化したもの）を前記ROMに内蔵し、該
プログラムに基づき、前記制御指令発生手段が制
御指令の出力開始及び停止の前後に、前記３分力
検出回路１２が出力するｘ，ｙ，ｚ軸方向の力成
分から被測定物表面の法線方向を算出する手段を
有するものである。
位置決め装置制御回路１３は、３分力検出プロ
ーブ１の位置と姿勢を変える位置決め装置３の４
個のアクチユエータ駆動回路２３〜２６からな
り、それぞれアクチエータ２７〜３０をマイクロ
コンピユータ１４から出力される指令に従つて駆
動する。
ーブ１の位置と姿勢を変える位置決め装置３の４
個のアクチユエータ駆動回路２３〜２６からな
り、それぞれアクチエータ２７〜３０をマイクロ
コンピユータ１４から出力される指令に従つて駆
動する。
上記のように構成した本発明に係る物体表面の
法線方向測定装置の動作を第６図，第７図ａ〜ｆ
で説明する。第６図は３分力検出プローブ１が接
触している面とｘ−ｙ平面のなす角度が摩擦角よ
り大きい場合における、３分力検出プローブ１の
先端の動作を、法線ベクトルを含みｘ−ｙ平面に
垂直な平面上で示している。第７図は３分力検出
プローブ１が接触している面とｘ−ｙ平面のなす
角度が摩擦角より小さい場合における３分力検出
プローブ１の動作をｘ−ｚ平面上でで示してい
る。
法線方向測定装置の動作を第６図，第７図ａ〜ｆ
で説明する。第６図は３分力検出プローブ１が接
触している面とｘ−ｙ平面のなす角度が摩擦角よ
り大きい場合における、３分力検出プローブ１の
先端の動作を、法線ベクトルを含みｘ−ｙ平面に
垂直な平面上で示している。第７図は３分力検出
プローブ１が接触している面とｘ−ｙ平面のなす
角度が摩擦角より小さい場合における３分力検出
プローブ１の動作をｘ−ｚ平面上でで示してい
る。
３分力検出プローブ１を位置決め装置３により
ｚ軸方向に移動させるとともに、逐次３分力検出
プローブ１からの出力を制御装置１１へ取込む。
３分力検出プローブ１が被測定物２に接触し、３
分力検出プローブ１に作用するｘ，ｙ，ｚ軸方向
のいずれかが所定の値以上になつたところで、ｚ
軸方向への移動を停止する。この時点での３分力
検出プローブ１に作用するｘ，ｙ，ｚ軸方向の力
x1，y1，z1をマイクロコンピユータ１４に記憶し
ておく。
ｚ軸方向に移動させるとともに、逐次３分力検出
プローブ１からの出力を制御装置１１へ取込む。
３分力検出プローブ１が被測定物２に接触し、３
分力検出プローブ１に作用するｘ，ｙ，ｚ軸方向
のいずれかが所定の値以上になつたところで、ｚ
軸方向への移動を停止する。この時点での３分力
検出プローブ１に作用するｘ，ｙ，ｚ軸方向の力
x1，y1，z1をマイクロコンピユータ１４に記憶し
ておく。
次にx1，y1のいずれかが零でないならば、マイ
クロコンピユータ１４にtanθ1＝y1／x1で与えら
れるθ1を計算し、位置決め装置３により３分力検
出プローブ１をθ1の方向へ後退させ、３分力検出
プローブ１に作用する力が零になつたところで後
退を停止した後、再び逆方向へ移動させ、３分力
検出プローブ１に作用するｘ，ｙ，ｚ軸方向の力
x2，y2，z2のいずれかが所定の値以上になつたと
ころで、移動を停止する。x1，y1，z1，x2，y2，
z2よりマイクロコンピユータ１４で法線方向を計
算することにより、物体表面の法線方向を得るこ
とができる。
クロコンピユータ１４にtanθ1＝y1／x1で与えら
れるθ1を計算し、位置決め装置３により３分力検
出プローブ１をθ1の方向へ後退させ、３分力検出
プローブ１に作用する力が零になつたところで後
退を停止した後、再び逆方向へ移動させ、３分力
検出プローブ１に作用するｘ，ｙ，ｚ軸方向の力
x2，y2，z2のいずれかが所定の値以上になつたと
ころで、移動を停止する。x1，y1，z1，x2，y2，
z2よりマイクロコンピユータ１４で法線方向を計
算することにより、物体表面の法線方向を得るこ
とができる。
一方、x1，y1がともに零であれば、位置決め装
置３により３分力検出プローブ１の先端の球の中
心まわりに摩擦角の２倍以上の角度回転させる。
３分力検出プローブ１を回転したときの３分力検
出プローブ１を基準にとつた座標系をx′，y′，
z′とすれば、次に位置決め装置３により３分力検
出プローブ１をz′方向へ後退させ、３分力検出プ
ローブ１に力が作用しなくなるところで停止した
後、z′方向へ移動し３分力検出プローブに作用す
る力x3，y3，z3のいずれかが所定の値を越えたと
ころで移動を停止し、x3，y3，z3をマイクロコン
ピユータ１４に記憶する。次にマイクロコンピユ
ータ１４によりtanθ1＝y3／x3で与えられるθ1を
計算し、位置決め装置３により３分力検出プロー
ブ１をθ1の方向へ後退させ、３分力検出プローブ
１に作用する力が零になつたところで後退を停止
した後再び逆方向へ移動させ、３分力検出プロー
ブ１に作用するｘ，ｙ，ｚ軸方向の力x4，y4，z4
のいずれかが所定の値以上になつたところで移動
を停止する。x3，y3，z3，x4，y4，z4よりマイク
ロコンピユータ１４でx′，y′，z′座標系での法線
方向を計算した後、３分力検出プローブ１を傾け
た角度の分を補正すれば物体表面の法線方向を得
ることができる。
置３により３分力検出プローブ１の先端の球の中
心まわりに摩擦角の２倍以上の角度回転させる。
３分力検出プローブ１を回転したときの３分力検
出プローブ１を基準にとつた座標系をx′，y′，
z′とすれば、次に位置決め装置３により３分力検
出プローブ１をz′方向へ後退させ、３分力検出プ
ローブ１に力が作用しなくなるところで停止した
後、z′方向へ移動し３分力検出プローブに作用す
る力x3，y3，z3のいずれかが所定の値を越えたと
ころで移動を停止し、x3，y3，z3をマイクロコン
ピユータ１４に記憶する。次にマイクロコンピユ
ータ１４によりtanθ1＝y3／x3で与えられるθ1を
計算し、位置決め装置３により３分力検出プロー
ブ１をθ1の方向へ後退させ、３分力検出プローブ
１に作用する力が零になつたところで後退を停止
した後再び逆方向へ移動させ、３分力検出プロー
ブ１に作用するｘ，ｙ，ｚ軸方向の力x4，y4，z4
のいずれかが所定の値以上になつたところで移動
を停止する。x3，y3，z3，x4，y4，z4よりマイク
ロコンピユータ１４でx′，y′，z′座標系での法線
方向を計算した後、３分力検出プローブ１を傾け
た角度の分を補正すれば物体表面の法線方向を得
ることができる。
以上の説明では３分力検出プローブが被測定物
に接触したときに生じる力の方向から物体表面の
法線方向を測定する場合を示したが、本発明の物
体表面の法線方向測定装置は高精度の３次元物体
形状測定装置としても用いることができる。通常
の３次元物体形状測定装置では、位置決め装置の
先に取付けたタツチプローブが被測定物に接触し
たときのタツチプローブのｘ，ｙ，ｚ座標を求め
る動作を多数点行なつて被測定物の形状を測定し
ていたため、測定点間の補間の際の誤差とタツチ
プローブ先端の大きさによる実際の接触点と測定
した接触点との位置の誤差が避られない。しかし
ながら本発明のように接触点での法線方向がわか
れば、測定点間を補間するときの情報量がふえ、
補間の精度を上げることができる。また、ｘ軸と
角度θをなす斜面と先端が半径ｒの球になつてい
る３分力検出プローブとを２次元で示した第８図
のように、法線方向より球の接触位置がわかるた
め、正確に被測定物上の接触点の位置を測定でき
る。したがつて、本発明によれば、３次元物体の
形状測定を高精度に測定することが可能である。
に接触したときに生じる力の方向から物体表面の
法線方向を測定する場合を示したが、本発明の物
体表面の法線方向測定装置は高精度の３次元物体
形状測定装置としても用いることができる。通常
の３次元物体形状測定装置では、位置決め装置の
先に取付けたタツチプローブが被測定物に接触し
たときのタツチプローブのｘ，ｙ，ｚ座標を求め
る動作を多数点行なつて被測定物の形状を測定し
ていたため、測定点間の補間の際の誤差とタツチ
プローブ先端の大きさによる実際の接触点と測定
した接触点との位置の誤差が避られない。しかし
ながら本発明のように接触点での法線方向がわか
れば、測定点間を補間するときの情報量がふえ、
補間の精度を上げることができる。また、ｘ軸と
角度θをなす斜面と先端が半径ｒの球になつてい
る３分力検出プローブとを２次元で示した第８図
のように、法線方向より球の接触位置がわかるた
め、正確に被測定物上の接触点の位置を測定でき
る。したがつて、本発明によれば、３次元物体の
形状測定を高精度に測定することが可能である。
以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば被測定物の表面上の測定点での法線方向が直接
得られ、高精度の測定が行なえる等の顕著な効果
をあげることができる。
ば被測定物の表面上の測定点での法線方向が直接
得られ、高精度の測定が行なえる等の顕著な効果
をあげることができる。
第１図は３分力検出プローブが物体表面に接触
したときの力の状態を示す説明図、第２図は３分
力検出プローブを傾ける場合の力の状態を示す説
明図、第３図は物体表面の法線方向測定装置の機
構部を示す斜視図、第４図は３分力検出プローブ
を示す斜視図、第５図は制御回路構成の一例を示
すブロツク図、第６図、第７図ａ，ｂ，ｃ，ｄ，
ｅ，ｆは３分力検出プローブの動作説明図、第８
図は本発明の他の実施例を示す説明図である。 １……３分力検出プローブ、２……被測定物、
３……位置決め装置、１１……制御装置。なお各
図中同一符号は同一または相当部分を示すものと
する。
したときの力の状態を示す説明図、第２図は３分
力検出プローブを傾ける場合の力の状態を示す説
明図、第３図は物体表面の法線方向測定装置の機
構部を示す斜視図、第４図は３分力検出プローブ
を示す斜視図、第５図は制御回路構成の一例を示
すブロツク図、第６図、第７図ａ，ｂ，ｃ，ｄ，
ｅ，ｆは３分力検出プローブの動作説明図、第８
図は本発明の他の実施例を示す説明図である。 １……３分力検出プローブ、２……被測定物、
３……位置決め装置、１１……制御装置。なお各
図中同一符号は同一または相当部分を示すものと
する。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 作用する力の直交３次元座標系をなすｘ，
ｙ，ｚ軸方向の分力をそれぞれ独立に検出できる
３分力検出プローブを被測定物表面に押しつけ被
測定物表面の法線方向を測定する方法において、 ３分力検出プローブに作用する力を測定しな
がら３分力検出プローブをｚ軸方向に移動さ
せ、３分力検出プローブが被測定物に接触し
て、３分力検出プローブに作用する前記ｘ，
ｙ，ｚ軸方向の力x1，y1，z1のいずれかが所定
の値になると移動を停止する。 x1，y1がともに零でない場合には、tanθ1＝
y1／x1で与えられる角度θ1方向へ３分力検出プ
ローブに作用する力が零になるまで移動した後
停止する。次いで、角度θ1の逆方向へ移動し、
３分力検出プローブが被測定物に接触し３分力
検出プローブに作用する前記ｘ，ｙ，ｚ軸方向
の力x2，y2，z2のいずれかが前記所定の値にな
ると移動を停止する。この動作で得られたx1，
y1，z1とx2，y2，z2より、前記ｘ，ｙ，ｚ軸方
向の単位ベクトルをｉ，ｊ，ｋとすると、被測
定物表面の法線ベクトルｌ＝lxｉ＋lyｊ＋lzｋ
のｘ，ｙ，ｚ軸方向の成分として lx＝（x1＋x2）／√（1＋2）2＋
（1＋2）2＋（1＋2）2， ly＝（y1＋y2）／√（1＋2）2＋
（1＋2）2＋（1＋2）2， lz＝（z1＋z2）／√（1＋2）2＋
（1＋2）2＋（1＋2）2， を得る。 x1，y1がともに零の場合には、３分力検出プ
ローブを被測定物と３分力検出プローブの摩擦
角の２倍以上の角度傾けた後、前記，と同
様の動作で法線方向を得、傾けた角度の補正を
行なつて被測定物表面の法線方向を得ることを
特徴とする物体表面の法線方向の測定方法。 ２ 作用する力の直交３次元座標系をなすｘ，
ｙ，ｚ軸方向の成分を、それぞれ独立に検出でき
るように歪ゲージを貼り付けた３分力検出プロー
ブと、 前記３分力検出プローブからの出力信号により
作用する力の前記ｘ，ｙ，ｚ軸方向の成分を演算
する３分力検出回路と、 判別・指令・演算手段と、 前記判別・指令・演算手段から出力される制御
指令に基づき前記３分力検出プローブの位置及び
姿勢を多自由度に駆動制御する位置決め装置とを
備え、 前記判別・指令・演算手段は、 前記３分力検出回路の出力信号により３分力
検出プローブに作用する３分力値をそれぞれ測
定しながら、３分力検出プローブをＺ軸方向に
移動させ、３分力検出プローブが被測定物に接
触後は、３分力検出プローブに作用する３分力
値x1，y1，z1のいずれかが所定の値になつたこ
とを判別し、該判別結果に基づき前記ｚ軸方向
への移動を停止させる制御指令を位置決め装置
に出力する第１の３分力値判別手段及び制御指
令発生手段と、 前記３分力値x1，y1がともに雰でない場合に
は、前記３分力検出回路の出力信号により３分
力検出プローブに作用する３分力値をそれぞれ
測定しながら、まず３分力検出プローブを
tanθ1＝y1／x1で与えられる角度θ1方向へ移動
させ、３分力検出プローブに作用する３分力値
がすべて零になつたことを判別し、該判別結果
に基づき前記角度θ1方向への移動を停止させ、
次に３分力検出プローブを前記角度θ1の逆方向
へ移動させ、３分力検出プローブに作用する３
分力値x2，y2，z2のいずれかが所定の値になつ
たことを判別し、該判別結果に基づき前記角度
θ1の逆方向への移動を停止させる制御指令を位
置決め装置に出力する第２の３分力値判別手段
及び制御指令発生手段と、 前記３分力検出プローブの位置決め制御に基
づき、３分力検出回路から出力された３分力値
x1，y1，z1とx2，y2，z2より、前記ｘ，ｙ，ｚ
軸方向の単位ベクトルをｉ，ｊ，ｋとすると、
被測定物表面の法線ベクトル ｌ＝lxｉ＋lyｊ＋lzｋをｘ，ｙ，ｚ軸方向の成
分は lx＝（x1＋x2）／√（1＋2）2＋
（1＋2）2＋（1＋2）2， ly＝（y1＋y2）／√（1＋2）2＋
（1＋2）2＋（1＋2）2， lz＝（z1＋z2）／√（1＋2）2＋
（1＋2）2＋（1＋2）2， として演算して、被測定物表面の法線方向を算
出する第１の法線方向演算手段と、 前記３分力値x1，y1がともに零の場合には、
３分力検出プローブを被測定物と３分力検出プ
ローブの摩擦角の２倍以上の角度傾ける姿勢制
御指令を位置決め装置に出力する制御指令発生
手段と、 前記３分力検出プローブの姿勢制御終了後に、
前記，と同様の３分力検出プローブの位置決
め制御に基づく法線方向演算式により法線方向を
算出し、前記姿勢制御により傾けた角度の補正を
行なつて被測定物表面の法線方向を演算する第２
の法線方向演算手段とを含むことを特徴とする物
体表面の法線方向の測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24513783A JPS60140110A (ja) | 1983-12-28 | 1983-12-28 | 物体表面の法線方向の測定方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24513783A JPS60140110A (ja) | 1983-12-28 | 1983-12-28 | 物体表面の法線方向の測定方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60140110A JPS60140110A (ja) | 1985-07-25 |
| JPH0352809B2 true JPH0352809B2 (ja) | 1991-08-13 |
Family
ID=17129177
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24513783A Granted JPS60140110A (ja) | 1983-12-28 | 1983-12-28 | 物体表面の法線方向の測定方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60140110A (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5212646A (en) * | 1987-12-19 | 1993-05-18 | Renishaw Plc | Method of using a mounting for surface-sensing stylus |
| GB8803847D0 (en) * | 1988-02-18 | 1988-03-16 | Renishaw Plc | Mounting for surface-sensing device |
| US5152072A (en) * | 1988-02-18 | 1992-10-06 | Renishaw Plc | Surface-sensing device |
| US5189806A (en) * | 1988-12-19 | 1993-03-02 | Renishaw Plc | Method of and apparatus for scanning the surface of a workpiece |
| JP2899809B2 (ja) * | 1989-04-28 | 1999-06-02 | 前澤工業株式会社 | 自動給水方法及びその装置 |
| EP0471371B1 (en) * | 1990-08-17 | 1995-04-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Displacement-measuring apparatus |
| US5611147A (en) * | 1993-02-23 | 1997-03-18 | Faro Technologies, Inc. | Three dimensional coordinate measuring apparatus |
| DE4309082A1 (de) * | 1993-03-20 | 1994-09-22 | Pietzsch Automatisierungstech | Meßvorrichtung zum Vermessen der Form von Zylindern |
| GB0506158D0 (en) * | 2005-03-24 | 2005-05-04 | Renishaw Plc | Measurement probe |
| CZ302109B6 (cs) * | 2006-12-04 | 2010-10-20 | CVUT v Praze - Fakulta strojní CENTRUM AUTOMOBILU A SPALOVACÍCH MOTORU JOSEFA BOŽKA II | Multiaxiální variabilní silový snímac |
| DE102009020533C5 (de) * | 2009-05-08 | 2015-12-17 | SIOS Meßtechnik GmbH | Vorrichtung zur Kraftkomponentenmessung |
-
1983
- 1983-12-28 JP JP24513783A patent/JPS60140110A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60140110A (ja) | 1985-07-25 |
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