JPH0565007B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、例えば金属薄板等からプレス成形し
た３次元立体表面の自由曲面を計測して、その被
計測面の法線および被計測面までの距離を求める
傾斜検出装置に関するものである。

従来技術 従来、金属薄板等からプレス成形した３次元立
体表面の自由曲面を計測して、その面の法線を求
める場合には、固定された計測軸に、この計測軸
に発生する曲げ、および引張りの力を計測するセ
ンサーを取り付け、さらにこの計測軸の先端に磁
石を取り付けて、計測に際し被計測面に上記計測
軸を接近させたときに、この磁石が被計測面に吸
引されることによつて発生する各センサーの出力
信号の大きさから法線誤差を算出するようにした
装置、あるいは固定された計測軸の先端に３個ま
たはそれ以上の距離計測センサーを取り付け、計
測に際し被計測面にこの計測軸を接近させたとき
に、各センサーが発生する出力信号の大きさから
法線誤差を算出するようにした装置が使用されて
いた。

しかし、前者の装置では、計測軸に発生する曲
げ力の方向と大きさを確実に計測し得るような計
測軸の構造を得るために、特に精密な機械加工が
必要であり、さらに計測軸の先端に取り付けた磁
石の特性から、被計測面が急激に屈曲している部
位や切断溝および端部等の近傍における計測が不
可能である。また、後者の装置では、計測軸の先
端に３個またはそれ以上のセンサーを取り付ける
ので、計測軸の先端部の形状が大きくなつて、前
者の装置と同様に被計測面の急激に屈曲している
部位や切断溝およ端部等の近傍における計測が不
可能で、しかも多数のセンサーを有することか
ら、それに対応して増幅器等が必要となり、コス
トが上昇してしまう等の問題があつた。

発明の目的 したがつて、本発明の目的は、計測軸先端部を
簡単、かつ小型に構成して、被計測面が急激に屈
曲している部位等の近傍においても、その表面の
法線および距離を計測できるようにすることであ
る。

発明の概要 上記の目的を達成するために、本発明は、計測
軸を回転させ、その回転位相に対応する信号を出
力する手段を設け、計測軸の先端部にその回転中
心より所定の偏心量の位置に非接触式の距離セン
サーを設けて、計測時に被計測面にこの計測軸を
接近させてから、計測軸を回転駆動することによ
り、この距離センサーを偏心回転せしめ、被計測
面との距離に応じて比例的に発生する距離センサ
ーからの出力信号と前記回転位相に対応する信号
とから法線誤差の方向、その大きさおよび距離セ
ンサーから被計測面までの距離を演算により算出
するようにしている。

実施例の構成 以下に、本発明の好適な実施例が図面に基づい
て説明される。

第１図において、本発明による傾斜検出装置１
は、フレーム２と、被計測面Ｓに対してほぼ垂直
な中心線Ａに沿つてフレーム２の内側から延び、
かつこの中心線Ａの周りに回転し得るように前記
フレーム２に上下の軸受け１３によつて支持され
ている計測軸３とを備えている。計測軸３は、そ
の内側端部に回転駆動用の歯車４を備えており、
この歯車４は、フレーム２内に固定的に配設され
たモータ５の駆動軸５ａに装着された駆動歯車６
と噛み合つている。さらに、モータ５には、ロー
タリエンコーダ７が連結されており、このロータ
リエンコーダ７およびモータ５は、駆動検出手段
を構成しており、駆動軸５ａの回転位置を検出し
て信号を計算器８に出力するようになつている。

一方、計測軸３の先端のホルダー３ａには、計
測軸３の中心線Ａに対して平行で、所定の偏心量
Ｒをもつような位置に被計測面Ｓとの距離を計測
するために、電磁式または静電容量式の距離セン
サー９が配設されている。この距離センサー９
は、その中心線Ｂの方向に移動しない状態で、か
つ計測軸３の先端のホルダー３ａに対して自由に
回転し得るようにはめ込まれている。そして、そ
のケーブル１０は、計測軸３の内部の補助軸１１
の中心を貫通し、さらに、フレーム２に固定され
たブラケツト１２のゴム製のブシユ１２ａに固定
され、かつこれを貫通して、増幅器９ａを介して
前記計算器８に接続されている。なお、補助軸１
１は、計測軸３に対して、上下の軸受け１４によ
り回転自在に支持されているが、ブラケツト１２
のストツパー１２ｂに対してピン１１ａにより回
り止め状態となつて、ケーブル１０を支えてい
る。

実施例の作用 次に、以上のように構成された本発明の実施例
の作用を説明する。

まず、傾斜検出装置１を第１図のように被計測
面Ｓに接近させ、その計測軸３が被計測面Ｓに対
してほぼ垂直になるような位置に設定し、この状
態でフレーム２を被計測面Ｓに対して位置させ
る。なお、この計測軸３の中心線Ａは、例えば加
工機の自由に傾斜できるヘツド軸と一致してい
る。その後モータ５を回転させることにより、駆
動歯車６および歯車４を介して計測軸３を回転駆
動する。この場合、ピン１１ａとストツパー１１
ｂとのはまり合いにより、補助軸１１は、計測軸
３の回転に際してフレーム２に対して静止してお
り、さらに距離センサー９は、ケーブル１０の剛
性により計測軸３の回転時に、計測軸３の先端の
計測ホルダー３ａ内で計測軸３の１回転に関して
その回転方向に１回転の公転運動をすると共に、
逆方向に１回転だけ自転する。すなわち距離セン
サー９は、中心線Ａの周りに、所定の偏心量Ｒを
半径として、回転運動を行う。この運動軌道は、
中心軸Ａに垂直な平面内で中心線Ａを中心とする
円軌道である。

このとき、被計測面Ｓが中心線Ａに対して垂直
な平面に対して３次元的に平行であれば、距離セ
ンサー９の下端面から、中心線Ｂに沿つた被計測
面Ｓまでの距離Ｄは、距離センサー９の回転中
に、常に一定である。しかし、被計測面Ｓが中心
線Ａに対して垂直でないならば、距離Ｄは、１回
転中に周期的に変化する。距離センサー９およ増
幅器９ａは、その距離Ｄの変化を電気的なアナロ
グ量に比例変換し、計算器８に送る。

そこで計算器８は、ロータリエンコーダ７から
の信号により計測軸３の回転中の位相角θを逐次
演算すると共に、その時の距離センサー９からの
信号の大きさにより、距離センサー９から計測す
べき被計測面Ｓまでの距離Ｄを算出して位相角θ
および距離Ｄを順次読み込み、第２図ａに示すよ
うな関係の正弦曲線を得、この関係に基づき正弦
曲線の最大量Dmaxおよび最小値Dminを与える
位相角θmaxおよび位相角θminを求め、またこの
位相角値から90度ずれた位相角θoにおける距離
Doを求める。なお、距離Doは、距離センサー９
から被計測面Ｓまでの平均距離を表す。ここで、
位相角θmax、θminは、被計測面Ｓの傾斜方向を
表し、それらの差（Dmax−Dmin）は、傾斜量
を表す。

なお、理論上、傾斜角αは、偏心量をＲとすれ
ば下記の式で求められる。

α＝tan^-1［（Dmax−Dmin）／2R］ このようにして、計算器８は、計測軸３の中心
線Ａと被計測面Ｓの法線との間に誤差、すなわち
傾斜方向および傾斜量および距離Ｄを演算して、
この誤差を修正するような方向、つまり、計測軸
３の中心線Ａを被計測面Ｓの法線に一致させ、か
つその距離Ｄをすべて同じとするような方向およ
び量の情報として、法線修正信号±α、βおよび
距離修正信号±Ｎを傾斜検出装置１の出力として
図示しない加工機の姿勢制御装置等に出力する。

さて、第２図ｂは、被計測面Ｓに溝がある場合
の第２図ａと同様の関係を示すグラフであり、こ
の場合の傾斜量は２×（Dmax−Do）により得ら
れる。

また、第２図ｃは、被計測面Ｓが材料の端部で
あるために、区間Ｐで材料が存在しない場合のグ
ラフであり、この場合も傾斜量は２×（Dmax−
Do）により得られる。

そして、第２図ｄは、被計測面Ｓが一側で上方
に急激に屈曲している場合のグラフであり、この
場合も、傾斜量は、同様に２×（Dmax−Do）か
ら求められる。

なお、最大値Dmaxでなく最小値Dminのみが
得られる場合でも、同様にして傾斜方向および傾
斜量が求められる。

変形例 以上述べた実施例の変形例として、距離センサ
ー９を計測軸３の先端部に固定し、かつ距離セン
サー９に接続したケーブル１０の途中にロータリ
コネクタを取り付けることにより、距離センサー
９を計測軸３と一体に回転させるようにしてもよ
く、この場合、計測軸３の先端部は、さらに小型
に形成できる。また、モータ５やロータリエンコ
ーダ７は、ケース２の外側にあつてもよい。それ
によつて、組み立てや調整が容易となる。

発明の効果 上述のように、本発明によれば、計測軸を回転
させ、その回転位相に対応する信号を出力する手
段と、計測軸の先端部にその回転軸を所定の偏心
量の位置に設けられた距離センサーとを備えて、
計測に際し、被計測面にこの計測軸を接近させて
回転駆動することにより、この距離センサーを偏
心回転せしめ、被計測面との距離に応じて発生す
る距離センサーからの出力信号と前記回転位相に
対応する信号とから法線誤差の方向および大きさ
を演算するようにしたので、計測軸の先端部が小
型に形成され、かつその構成が簡単であるから、
被計測面の近接が急激に屈曲していたり切断溝を
有していたり、また材料の端部である場合にも、
その傾斜の測定が可能であり、しかもその製作コ
ストが低減せしめられ得る等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による傾斜検出装置の一実施例
の要部を示す縦断面図、第２図は種々の形状の被
計測面の場合の第１図の装置により得られる計測
軸の回転位相角と距離センサーから被計測面まで
の距離との関係を示すグラフである。 １……傾斜検出装置、２……フレーム、３……
計測軸、４……歯車、５……モータ、６……駆動
歯車、７……ロータリエンコーダ、８……計算
器、９……距離センサー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被計測面に対してほぼ垂直な中心線の周りに
   回転可能に支持された計測軸と、この計測軸を回
   転駆動せしめると共にその回転位相を検出する駆
   動検出手段と、前記計測軸に対して所定の偏心量
   をもちかつ被計測面に非接触状態で対向するよう
   に計測軸先端部に支持され被計測面との距離を距
   離信号に変換する距離センサーと、前記駆動検出
   手段から出力される回転位相信号と前記距離セン
   サーから出力される距離信号とから計測軸の中心
   線と被計測面の法線との誤差（傾斜方向および傾
   斜量）および距離センサーから被計測面までの距
   離を算出すると共にこの誤差を修正するための信
   号を出力する計算器とから構成されていることを
   特徴とする傾斜検出装置。