JPH0457202B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ 本発明は、デカルト座標系においてＸ−、Ｙ
−、Ｚ−方向の移動およびこれら３つの軸の周り
の角度回転である６つの成分を同時に与えること
のできる、合成物質球内に設置された光電装置に
関するものである。 ［従来の技術およびその問題点］ そのような装置により、ロボツト運動の学習、
あるいは一般的に表わすと操縦装置の動作が簡
単、容易に、迅速に行われる。３−Ｄ図式応用に
おいても、合成物質球に設置された装置により、
スクリーンにおける表示が非常に迅速に、移動さ
れ、回転され、ズームされる。 このためには、DE3240251で広告されたような
人間の手の直径に適するようにされた合成物質球
を使用すると度合がよい。測定系としては、
DE2727704で公知の力−回転モーメント感知器が
使用された。 公知の力−回転モーメント感知器においては、
この感知器において使用される湾曲体の製造、全
体で16の伸び測定片の手動接着および配線、およ
び伸び測定片の後に接続される高価な増幅用電子
装置の費用がかさむことは欠点である。 従つて本発明は、構成が簡潔で、公知の力−回
転モーメント感知器に比して簡単に作られる光電
装置を提供しようとするもので、これによつて、
力やモーメントの代わりに、行程や角度移動を測
定し、得られた測定値を簡単な電子装置によつて
増幅し、評定する。 ［問題点を解決するための手段］ 本発明によれば、このことは、互いに同じ角度
間隔で１つの平面内に取付けられた少なくとも６
つの発光装置の各々に、検出器軸がそれぞれ対応
するスリツト絞りのスリツト方向に直角に整列さ
せられたそれぞれ１つの位置感知検出器に向合つ
てそれぞれ前に接続されて固定して配置されたス
リツト絞りを設けられて、対応するスリツト絞り
を備えた発光装置と位置感知検出器とが互いに相
対的に動くことができようにされており、各感知
検出器に個々に対応する発光装置が、それぞれ１
つの調整電子装置により制御され、この調整電子
装置は対応する位置感知検出器中に流れる２つの
電流の和をすべての６つの系に対して等しい値に
一定に保持し、このために発光装置の放射度を調
整することにより達成される。本発明の別の有利
な形態は後述の通りである。 合成物質球内に取付けられた光電装置の勝れた
実施形態によれば、互いに同じ角度間隔で１つの
平面内に少なくとも６つの発光装置が設けられて
いて、それらの装置にはそれぞれ予め定められた
間隔に相当して作られたスリツト絞りが固定して
対応させられている。さらに、発光装置の各々に
向合つて位置感知検出器が配置されて、その検出
器軸が検出器の各々に対応するスリツト絞りのス
リツト方向に直角に作られている。 本発明による装置によつて、６つの異なつた成
分、すなわち、デカルト座標のＸ−、Ｙ−、Ｚ−
軸の方向における３つの移動、およびこれらの３
つの軸の周りの３つの角度回転を測定するために
は、発光装置がそれらに固定して対応させられた
スリツト絞りと共に位置感知検出器に関して相対
的に互いに動き得るように配置されている。位置
感知検出器が、合成物質球の内側に取付けられた
シリンダ状のリングの内側に配置されていると都
合がよい。 位置感知検出器を支持するリングと、中央に発
光装置を支持する保持装置との間には、ばね素
子、なるべくはうず巻ばねの形のもの、が設けら
れていて、例えばねじ付きボルトにより保持され
て、位置感知検出器を支持するリングが静止保持
装置に関して、６つの発光装置と固定して対応す
るスリツト絞りと共に動くことができ、リングが
常にその出発位置に戻るようになつている。 従来使用されていた測定系と異なり、本発明に
よる光電装置は非常に簡単で、著しく価格的に有
利で、非常に小さく、すなわち簡潔に作られてい
るので、従来の系に特有な欠点が除去されてい
る。 その上に、本発明によれば各検出器には、個々
の１つの定められた発光装置が対応し、この装置
は簡単な調整電子装置により制御され、各発光装
置に別々に対応させられた検出器に流れる２つの
電流の和を常に１つの値に保持するが、この値は
発光装置と、対応させられたスリツト絞りと、検
出器とからなるすべての６つの系に対して等し
い。 このことを達成するために、発光装置の放射
度、すなわち例えば発光ダイオードの形のような
発光装置における放射度、導通電流に相当して調
整される。前述の調整、すなわち選別、濾過、デ
イジタル化、およびそれに続いて測定値を６つの
デカルト座標出力信号に換算さるために必要とさ
れるすべての電子構成部分は、約70mmの直径を持
つ合成物質球内に取付けることができる。 本発明による装置は前述のような簡単な機構で
あるにも拘らず、１％以下の分解能で、測定され
る６つの成分の間の非常に良好な結合分離性を持
つている。 既に述べたように、全電子装置は球内に一体と
することができる。さらに、本発明による装置に
おいては、レンズ系を必要とせず、調節または較
正作業を必要としない。 ［実施例］ 以下図面により本発明を実施例について説明す
る。 第２図の断面から判るように、発光装置、なる
べくは発光ダイオード２−１が概略的にしか示さ
れていない保持装置２に取付けられている。発光
ダイオード２−１には予め一定に定められた間隔
でシリンダ状リング３内に作られたスリツト絞り
が対応していて、この絞りは第２図の断面におい
ては水平に延びるスリツト絞り３−１である。そ
れぞれのスリツト絞りのスリツト方向に直角に、
位置感知検出器（PSD）４−１が設けられてい
て、第２図に示された断面においてはシリンダ状
リング４に取付けられている。 第２図に示されて上述のように互いに対応する
素子、すなわち発光ダイオード２−１、スリツト
絞り３−１およびそのスリツト方向に直角に配置
された位置感知検出器４−１はある程度まで基本
測定系を作り、これは第１図の斜視図に見られる
ように少なくとも６重に必要である。 本発明による光電装置においては、６つの発光
装置、なるべくは６つの発光ダイオード２−１〜
２−６が１つの平面内に配置されていて、発光装
置には定められた間隔でそれぞれ１つのスリツト
絞り３−１〜３−６が対応させられている。この
場合に隣接するスリツト絞りは１つのリング３内
でそれぞれ互いに90゜ずらされている。従つて例
えばスリツト絞り３−１は水平で、２つの隣接す
るスリツト絞り３−２および３−６はこれに直角
に作られている。この関係は、すべて残りのスリ
ツト絞りおよびそれらに隣接するスリツト絞りに
も当てはまるものである。 第１図に概略的に示された実施形態において
は、少なくとも６つの位置感知検出器４−１〜４
−６がシリンダ状リング４においてそれらに対応
するスリツト絞り３−１〜３−６に関して相当し
て整列させられている。さらにリング４は６つの
検出器４−１〜４−６と共に合成物質球１の内側
に固定して取付けられている。６つの発光ダイオ
ード２−１〜２−６は第１図においては概略的に
シリンダとして示された保持装置２内に取付けら
れていて、この保持装置はまた支持体６を介して
静止しているので、合成物質球１を介して、これ
に固定して結合されたリング４はこれに取付けら
れた６つの検出器と伴に、６つの発光装置２−１
〜２−６およびこれに固定して対応させられたス
リツト絞りリング３に向合つて動くことができ
る。 第１図に概略的にシリンダとして示された静止
保持装置２は、実用的実施形態においては、静止
支持体６と固く結合された板として作られてもよ
く、この板の直径は検出器４−１〜４−６を支持
するリング４の外径に相当するものであつて、こ
の板はリング４の上または下に配置される。 この場合には、リング４と板状保持装置２との
間にばね素子、なるべくはうず巻ばねが設けられ
ていて、これらのばねはねじ付きボルトによりリ
ングにも板状保持装置にも固く対応させられてい
る。都合よいことに、そのようなうず巻ばねによ
り、検出器４−１〜４−６を支持するリング４は
合成物質球を介して、発光装置２−１〜２−６の
静止装置および固定して対応させられたスリツト
絞り３に関して動くことができ、それぞれ移動ま
たは角度回転した後に再びその出発位置へ戻る。 第１図の概略的な斜視図においては、個々の発
光ダイオード２−１〜２−６を遮蔽するために、
それらの間にそれぞれ半径方向に延びる遮蔽板５
−１〜５−６が示されている。しかしながらその
ような板は、個々の発光ダイオードがその形態に
より、あるいは相当する配置により、あるいは保
持装置２上にとか、内にとかに取付けることによ
りそれ自体で遮蔽されて、設置された半径方向に
向合う発光装置の光だけがこれに固定して対応さ
せられたスリツト絞りを介してそれぞれの位置感
知検出器に当たることが保証されるならば、その
板を取除いてもよい。 選択された、都合のよい全装置により、原理的
には精確である光学的対応の反転のときに可能と
なるものよりも、空間的に簡潔な測定系が提供さ
れる。 第２図により説明される少なくとも６つの基本
測定系は、互いに同じ角度間隔、すなわち60゜の
間隔で１つの平面内に配置されていて、既に述べ
たように、この平面に対して交互に水平および垂
直に整列させられたスリツト絞り３−１〜３−６
を持つている。個々のスリツト絞りの位置および
ハツチングにより表示された発光ダイオード２−
１〜２−６から出る平面の位置から判るように、
個々の位置感知検出器４−１〜４−６の検出器軸
は常に対応するスリツト絞り３−１〜３−６に直
角に整列されられている。 これにより各個の基本測定系は検出器軸方向に
おいて行われる運動に対する選択的な測定感度を
保持し、スリツト状絞りに基く検出基に直角な運
動も、検出器表面に直角な運動も完全に分離され
ることが可能であるが、そのような運動によつて
は測定信号は発生されない。 いわゆる測定平面内でずらされた、第２図に概
略的に示された基本測定系の少なくとも６重の装
置により、すべての６つの可能な運動成分、すな
わち座標系の３つの軸の方向における３つの移
動、およびこれら３つの軸の周りの角度運動を完
全に検出することができる。 少なくとも６つの位置感知検出器４−１〜４−
６はシリンダ状リング５に取付けられていて、そ
れらの検出器表面の零点は共通な平面、既に述べ
られた測定表面を作る。合成物質球１は検出器４
−１〜４−６を支持するリング４に固定して取付
けられており、このリング４は上記のようななる
べくはばね素子により静止保持装置に結合されて
いて、この保持装置は６つの発光装置２−１〜２
−６およびこれに固定して対応させられたスリツ
ト絞り３−１〜３−６からなる装置を支持してい
るので、これらのばね素子は、命令が球１にもた
らされなければ、全測定系を機会的零位置に保持
する。 この場合にばね特性（剛性）の変化により、球
の運動特性が広範囲に影響を受ける。比較的柔軟
なばね素子を使用すれば、球１は行程感知センサ
より早く作用し、硬いばね素子を使用すれば命令
は力およびモーメントを加えたことにより多く与
えられる。 すべての検出系に対して１つの光源だけでな
く、それぞれ個有の各個のいわゆる基本測定系に
対応する光源を使用するために、必要な信号選別
電子装置が非常に簡単に実現される。各位置感知
検出器に相当する光スリツトの問題となつている
位置は、予め比例する電圧（V₁、V₂）に換算さ
れた２つの出力電流（I₁、I₂）から公知の数式
（V₁−V₂）／（V₁＋V₂）により測定される。し
かしながらこの商は比較的費用を要してアナログ
技術的にしか定められない。電圧V₁およびV₂の
検出もデイジタル化も、またそれに続く表現のデ
イジタル決定も、分解能の低い価格の高い変成器
を使用する場合には特に成果において付加的な量
子化誤差を生じる。 既に述べたように、この困難は本発明による光
電装置によれば、各位置感知検出器に固有の光源
を対応させ、この光源が簡単な調整電子装置によ
り制御されることにより除去される。この調整電
子装置により、２つの検出器電流I₁およびI₂の和
（I₁＋I₂）が測定され、対応する光源放射度が調
整され、対応するスリツト絞り３−１〜３−６の
間隔および位置に関係なくこの和が常に固定して
設定された値に相当するようにされるが、この値
はすべての少なくとも６つの基本測定系に対して
等しいものである。 この調整電子装置により、このとき異なつた検
出器感度、異なつた光ダイオード効率、電子構成
素子の公差および温度ドリフトが自動的に迅速に
調整される。このようにして、付加的な補償が必
要でなく、従つてこの装置は不用である。所望の
位置信号はそのとき簡単に非常に精確に検出器の
出力電流I₁およびI₂に比例する電圧V₁およびV₂の
差形成だけで定められる。 そのようにして得られた個々の位置感知検出器
４−１〜４−６の少なくとも６つの位置電圧V_L1
〜L_L6はデイジタル化され、マイクロコンピユー
タに導かれるが、このコンピユータはそのとき例
えば後にあつて再び与えられた簡単な方程式系を
介して全体で６つの移動および角度回転を計算す
る。

【表】 本発明による光電装置のプロト型での運転試験
によれば、合成物質球１内に設置された測定装置
の明白な機能が証明された。例えば、６つの自由
度を有するロボツトが運動中に整然と結合から外
されて、室内の直線軌道において案内された。同
様に、トランスレータ運動が現われることなく、
手の配位を命令することができた。 本発明による光電装置は、例えばロボツトおよ
び工作機械において現われるような、非常に精確
な位置決め目的に対しても特に適している。その
ような場合には、発光装置からなる装置と、これ
に固定して対応させられた絞り部分と、位置感知
検出器を備えたリングとはそのときバネに結合さ
れておらず、分離して２つの整列させられた機械
部分に取付けられている。本発明による光電装置
と、その後に接続されている調整電子装置とによ
り、そのとき前記の部分は６つのすべて自由度に
おいて整列させられ、あるいは残存している整列
誤差を非常に正確に確定することができる。 本発明による光電装置の根本思想を変更するこ
となく、広い面積の検出器を使用して、これによ
り大きい行程および角度測定範囲を保つこともで
きる。この場合には、そのとき光線束を作るた
め、または検出器面にそれを写像するためにレン
ズ系を使用することが重要である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による光電装置を合成物質球
内に取付けた部分の斜視図、および、第２図は、
第１図の斜視図からの拡大部分図で、本発明によ
る光電装置の部分の対応が示されている。 １……球、２……保持装置、２−１〜２−６…
…発光装置、３……シリンダ状リング、３−１〜
３−６……スリツト絞り、４……シリンダ状リン
グ、４−１〜４−６……位置感知検出器、５−１
〜５−６……遮蔽板、６……支持装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ６つの成分、すなわちデカルト座標系の３つ
   の軸の中、またはその周りの３つの移動および角
   度回転を同時に与えるための合成物質球内に取付
   けられた光電装置において、 互いに同じ角度間隔で１つの平面内に取付けら
   れた少なくとも６つの発光装置２−１〜２−６の
   各々に、検出器軸がそれぞれ対応するスリツト絞
   り３−１〜３−６のスリツト方向に直角に整列さ
   せられたそれぞれ１つの位置感知検出器４−１〜
   ４−６に向合つてそれぞれ前に接続されて固定し
   て配置されたスリツト絞り３−１〜３−６を設け
   られて、対応するスリツト絞り３−１〜３−６を
   備えた発光装置２−１〜２−６と位置感知検出器
   ４−１〜４−６とが互いに相対的に動くことがで
   きるようにされており、各感知検出器４−１〜４
   −６に個々に対応する発光装置２−１〜２−６が
   それぞれ１つの調整電子装置により制御され、こ
   の調整電子装置は対応する位置感知検出器４−１
   〜４−６中に流れる２つの電流の和をすべての６
   つの系に対して等しい値に一定に保持し、このた
   めに発光装置２−１〜２−６の放射度を調整する
   ことを特徴とする光電装置。 ２ 位置感知検出器４−１〜４−６がシリンダ状
   のリング４の内側に対応して配置されていて、こ
   のリングは合成物質球１の内側に固定して配置さ
   れており、このリングはリング４と中央に発光装
   置を支持している保持装置との間に設けられたば
   ね素子を介して、少なくとも６つの発光装置２−
   １〜２−６とこれらにそれぞれ固定して対応させ
   られた６つのスリツト絞り３−１〜３−６とに関
   して動くことができて、リング４が常にその出発
   位置に戻るようにされていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の光電装置。 ３ 少なくとも６つの発光装置２−１〜２−６が
   なるべくは１つの保持装置２に取付けられてい
   て、この保持装置には、なるべくは半径方向に延
   びる板５−１〜５−６を介してシリンダ状リング
   ３が固定して結合されていて、このリング内で
   は、保持装置２に取付けられた発光装置２−１〜
   ２−６と同じ角度間隔で、これらの発光装置に半
   径方向で向合つてそれぞれ互いに90゜ずらされた
   スリツト絞り３−１〜３−６が交互に作られてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項または
   第２項記載の光電装置。