JPH0575322B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0575322B2 JPH0575322B2 JP16267787A JP16267787A JPH0575322B2 JP H0575322 B2 JPH0575322 B2 JP H0575322B2 JP 16267787 A JP16267787 A JP 16267787A JP 16267787 A JP16267787 A JP 16267787A JP H0575322 B2 JPH0575322 B2 JP H0575322B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rod
- center
- light
- case
- light source
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、被測定物中心の工作誤差等による三
次元位置を測定する接触式の測定器に係り、特
に、高精度でかつ簡便安価な三次元位置検出装置
に関する。
次元位置を測定する接触式の測定器に係り、特
に、高精度でかつ簡便安価な三次元位置検出装置
に関する。
〔従来の技術〕
従来、被測定物中心の三次元位置測定には、テ
レビカメラを用いた画像処理による装置がある
が、環境の設定や演算処理が複雑で装置としては
高価なものであつた。
レビカメラを用いた画像処理による装置がある
が、環境の設定や演算処理が複雑で装置としては
高価なものであつた。
一例として被測定物のボルト穴の加工誤差を測
定する場合は、被測定物を完全な水平面を有する
機械定盤の上に支持台を介してセツトする。ダイ
ヤルゲージなどを使用して支持台を微調整し被測
定物の水平基準線を水平に維持する。ボルト穴の
中心の垂直方向つまりＺ方向の位置は定盤からの
寸法を実測し、ｘ，ｙ方向も基準となるＺ軸を含
みそれぞれ直角なｘ面、ｙ面（例えば横断面、縦
断面）からの寸法を実測することによつて求める
ことが出来るが、寸法計測には熟練を要し、また
いくつかの演算が必要で、かつ、誤差の発生がさ
けられない。
定する場合は、被測定物を完全な水平面を有する
機械定盤の上に支持台を介してセツトする。ダイ
ヤルゲージなどを使用して支持台を微調整し被測
定物の水平基準線を水平に維持する。ボルト穴の
中心の垂直方向つまりＺ方向の位置は定盤からの
寸法を実測し、ｘ，ｙ方向も基準となるＺ軸を含
みそれぞれ直角なｘ面、ｙ面（例えば横断面、縦
断面）からの寸法を実測することによつて求める
ことが出来るが、寸法計測には熟練を要し、また
いくつかの演算が必要で、かつ、誤差の発生がさ
けられない。
被測定物の三次元位置測定は画像処理など高価
な装置を必要とするか、定盤上の実測では熟練を
要しながら精度が得難いなどの問題がある。
な装置を必要とするか、定盤上の実測では熟練を
要しながら精度が得難いなどの問題がある。
本発明の目的は、被測定物の三次元位置測定の
ために高精度でかつ構造が単純、安価な三次元位
置検出装置を提供することにある。
ために高精度でかつ構造が単純、安価な三次元位
置検出装置を提供することにある。
前記の目的を達成するため、本発明は被測定物
の中心に先端中心を合致させて取付ける手段を有
するロツドと、先端から所定長さをへだてた位置
でロツドを摺動自在に支持するリニアボールベア
リングと、このリニアボールベアリングを球形の
中心方向に挿着しかつロツドを貫通するボールジ
ヨイントと、このボールジヨイントを回動自在に
嵌合する球面凹部を有する上面部材と、この上面
部材が端面を形成する中空円筒体からなるケース
と、ロツドの摺動および回動運動を緩衝しロツド
と上面部材との間に設けられるスプリングと、ケ
ース内に収容されかつロツドの後端に円板の中心
部が固定される光源体と、この中心部内に取付け
られて円板内の半径方向に設けられたスリツトを
通してスリツト光を放射する光源と、ケースの側
壁内面に配設されてスリツト光を受光する少なく
とも３個以上の位置検出受光素子とからなり、そ
れぞれの位置検出受光素子の光点位置を演算処理
して被測定物の三次元位置を検出するように構成
されている。
の中心に先端中心を合致させて取付ける手段を有
するロツドと、先端から所定長さをへだてた位置
でロツドを摺動自在に支持するリニアボールベア
リングと、このリニアボールベアリングを球形の
中心方向に挿着しかつロツドを貫通するボールジ
ヨイントと、このボールジヨイントを回動自在に
嵌合する球面凹部を有する上面部材と、この上面
部材が端面を形成する中空円筒体からなるケース
と、ロツドの摺動および回動運動を緩衝しロツド
と上面部材との間に設けられるスプリングと、ケ
ース内に収容されかつロツドの後端に円板の中心
部が固定される光源体と、この中心部内に取付け
られて円板内の半径方向に設けられたスリツトを
通してスリツト光を放射する光源と、ケースの側
壁内面に配設されてスリツト光を受光する少なく
とも３個以上の位置検出受光素子とからなり、そ
れぞれの位置検出受光素子の光点位置を演算処理
して被測定物の三次元位置を検出するように構成
されている。
本発明によれば、三次元位置検出装置のロツド
の先端中心が被測定物の中心に合致して取付けら
れることによつてロツドが基準位置され三次元的
に移動し、同時にロツドの後端に固定した光源体
がケース内で三次元移動する。光源体の中心部内
から放射される光は、円板の半径方向スリツトを
通してスリツト光となり、ケース側壁に配設した
位置検出受光素子に投影するため、それぞれの光
点位置を演算処理することによつてボールジヨイ
ントの球中心を座標原点とする被測定物の三次元
位置を演算するデータが得られる。
の先端中心が被測定物の中心に合致して取付けら
れることによつてロツドが基準位置され三次元的
に移動し、同時にロツドの後端に固定した光源体
がケース内で三次元移動する。光源体の中心部内
から放射される光は、円板の半径方向スリツトを
通してスリツト光となり、ケース側壁に配設した
位置検出受光素子に投影するため、それぞれの光
点位置を演算処理することによつてボールジヨイ
ントの球中心を座標原点とする被測定物の三次元
位置を演算するデータが得られる。
本発明の一実施例を第１図及び第２図を参照し
ながら説明する。
ながら説明する。
第１図に示されるように、被測定物の中心Ｑに
先端中心を合致させて例えば小スプリング１３を
介して備えてある自動調心エンド１４などで揺動
自在に取付ける手段を有するロツド７と、先端か
ら所定長さをへだててロツド７を摺動自在に支持
するリニアボールベアリング５と、このリニアボ
ールベアリング５を球形の中心方向に挿着しかつ
ロツド７を貫通するボールジヨイント４と、この
ボールジヨイント４を回動自在に支持する球面凹
部を有する上面部材１６と、この上面部材１６が
端面を形成する中空円筒体からなるケース１２
と、ロツド７の傾斜角度を制限し上面部材１６の
上面に設ける複数の傾斜角度ストツパー１０と、
ロツド７の摺動方向に制限し、上面部材１６はさ
んでロツド７に設ける複数のストツパー８，９
と、ロツド７の摺動および回動を緩衝しロツド７
と上面部材１６との間に設けられるスプリング６
と、ケース１２内に収容されかつロツド７と直角
にその後端に円板の中心部が固定される光源体１
１と、この中心部内のＰ点に収容され電気コード
１５に接続し、円板内に半径方向に設けたスリツ
トを通してスリツト光３を放射する光源（LED）
１と、ケース１２の側壁内面に配設されてスリツ
ト光３を受光する少なくとも３個以上の位置検出
受光素子２ａ〜２ｃとからなり、第２図に示され
るようにそれぞれの位置検出受光素子２ａ〜２ｃ
の光点位置Ａ〜Ｃを演算式(1)により演算処理して
ボールジヨイント４の球中心Ｏを座標原点とする
被測定物の中心Ｑの三次元位置を検出する構成で
ある。
先端中心を合致させて例えば小スプリング１３を
介して備えてある自動調心エンド１４などで揺動
自在に取付ける手段を有するロツド７と、先端か
ら所定長さをへだててロツド７を摺動自在に支持
するリニアボールベアリング５と、このリニアボ
ールベアリング５を球形の中心方向に挿着しかつ
ロツド７を貫通するボールジヨイント４と、この
ボールジヨイント４を回動自在に支持する球面凹
部を有する上面部材１６と、この上面部材１６が
端面を形成する中空円筒体からなるケース１２
と、ロツド７の傾斜角度を制限し上面部材１６の
上面に設ける複数の傾斜角度ストツパー１０と、
ロツド７の摺動方向に制限し、上面部材１６はさ
んでロツド７に設ける複数のストツパー８，９
と、ロツド７の摺動および回動を緩衝しロツド７
と上面部材１６との間に設けられるスプリング６
と、ケース１２内に収容されかつロツド７と直角
にその後端に円板の中心部が固定される光源体１
１と、この中心部内のＰ点に収容され電気コード
１５に接続し、円板内に半径方向に設けたスリツ
トを通してスリツト光３を放射する光源（LED）
１と、ケース１２の側壁内面に配設されてスリツ
ト光３を受光する少なくとも３個以上の位置検出
受光素子２ａ〜２ｃとからなり、第２図に示され
るようにそれぞれの位置検出受光素子２ａ〜２ｃ
の光点位置Ａ〜Ｃを演算式(1)により演算処理して
ボールジヨイント４の球中心Ｏを座標原点とする
被測定物の中心Ｑの三次元位置を検出する構成で
ある。
なお、ストツパー８，９および１０は光源体１
１がケース１２の内面に衝突したり、光源体１１
からのスリツト光３が位置検出受光素子２ａ〜２
ｃの感能帯域をオーバーしないように設置するも
ので、また、小スプリング１３とスプリング６は
初期点Q0にロツド７の先端を保持するものであ
る。
１がケース１２の内面に衝突したり、光源体１１
からのスリツト光３が位置検出受光素子２ａ〜２
ｃの感能帯域をオーバーしないように設置するも
ので、また、小スプリング１３とスプリング６は
初期点Q0にロツド７の先端を保持するものであ
る。
例えば、ボルト穴の工作誤差を三次元的にＱ点
の（Δx，Δy，Δz）を求めるには、ロツド７の先
端がＱ点への移動に従つてロツド７の後端に設け
た光源体１１が三次元移動し、スリツトみぞ又は
レンズによつてスリツト光３が位置検出受光素子
（例えばPSD）２ａ〜２ｃに投影する。３つの
PSD（２ａ，２ｂ，２ｃ）は一次元PSDでＡ／Ｖ
変換器、アンプ、演算等を通して求めたこれらの
光点位置をもとに(1)式の演算式で電算処理するこ
とにより、Ｏ−xyz座標を基準としたＱ点の三次
元位置を算出することができる。そして、ケース
１２を自動制御機構等で移動させて設計点のQr
点にＱ点を自動調心エンド１４を介して移動すれ
ば良い。
の（Δx，Δy，Δz）を求めるには、ロツド７の先
端がＱ点への移動に従つてロツド７の後端に設け
た光源体１１が三次元移動し、スリツトみぞ又は
レンズによつてスリツト光３が位置検出受光素子
（例えばPSD）２ａ〜２ｃに投影する。３つの
PSD（２ａ，２ｂ，２ｃ）は一次元PSDでＡ／Ｖ
変換器、アンプ、演算等を通して求めたこれらの
光点位置をもとに(1)式の演算式で電算処理するこ
とにより、Ｏ−xyz座標を基準としたＱ点の三次
元位置を算出することができる。そして、ケース
１２を自動制御機構等で移動させて設計点のQr
点にＱ点を自動調心エンド１４を介して移動すれ
ば良い。
なお、被測定物の三次元位置は座標原点Ｏをベ
ースにしており、被測定物が有する寸法基準線と
原点Ｏとの関係位置は必要に応じて確認するもの
とする。また、ロツド７と光源体１１及び位置検
出受光素子２ａ〜２ｃとの取付角度はそれぞれ直
角及び平行を基準とし、又、ロツド７に対するケ
ース１２の回転を防止する手段を設けることも出
来て、それぞれの関係位置のずれによる誤差は事
前に把握し演算式(1)を補正すれば良い。
ースにしており、被測定物が有する寸法基準線と
原点Ｏとの関係位置は必要に応じて確認するもの
とする。また、ロツド７と光源体１１及び位置検
出受光素子２ａ〜２ｃとの取付角度はそれぞれ直
角及び平行を基準とし、又、ロツド７に対するケ
ース１２の回転を防止する手段を設けることも出
来て、それぞれの関係位置のずれによる誤差は事
前に把握し演算式(1)を補正すれば良い。
つぎに、演算式(1)を第３図を参照しながら説明
する。
する。
第３図に示されるように、それぞれの点におけ
るベクトル及び座標は下記のとおりである。
るベクトル及び座標は下記のとおりである。
OQ→＝（ｘ，ｙ，ｚ）
OA→＝（ax，ay，az）
OB→＝（bx，by，bz）
OC→＝（cx，cy，cz）
OP→＝（xp，yp，yz）
ｘ＝−Ｒ・xp
ｙ＝−Ｒ・yp
ｚ＝−Ｒ・zp ………(1)
ここで、Ｒ＝OQ／OP＝PQ−OP／OP
＝一定
＝√2＋2＋2
なお、光点位置Ａ，Ｂ，Ｃからxp，yp，zpを
求めるには、 xp＝Ｓ・｜A1｜ yp＝Ｓ・｜A2｜ zp＝Ｓ・｜A3｜ ここで、 Ｓ＝｜Ａ｜／｜A1｜2＋｜A2｜2＋｜A3｜2 Ａ＝ax bx cx ay by cy az bz cz AiはＡの第ｉ列を列ベクトル〔111〕Tに
置き換えたもの。
求めるには、 xp＝Ｓ・｜A1｜ yp＝Ｓ・｜A2｜ zp＝Ｓ・｜A3｜ ここで、 Ｓ＝｜Ａ｜／｜A1｜2＋｜A2｜2＋｜A3｜2 Ａ＝ax bx cx ay by cy az bz cz AiはＡの第ｉ列を列ベクトル〔111〕Tに
置き換えたもの。
本発明によれば、被測定物の中心に三次元位置
検出装置のロツドの先端中心を合致することによ
つて、ロツドとともに光源体が三次元的に移動し
その先点位置が位置検出受光素子に投影される結
果、演算処理によつてＯ点を原点とする被測定物
の三次元位置が検出でき、簡便で安価な装置でし
かも高精度に測定が可能となる。
検出装置のロツドの先端中心を合致することによ
つて、ロツドとともに光源体が三次元的に移動し
その先点位置が位置検出受光素子に投影される結
果、演算処理によつてＯ点を原点とする被測定物
の三次元位置が検出でき、簡便で安価な装置でし
かも高精度に測定が可能となる。
第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第
２図は第１図の横断面図、第３図は本発明の装置
の光路図である。 １…光源、２ａ〜２ｃ…位置検出受光素子、３
…スリツト光、４…ボールジヨイント、５…リニ
アボールベアリング、６…スプリング、７…ロツ
ド、１１…光源体、１２…ケース、１６…上面部
材。
２図は第１図の横断面図、第３図は本発明の装置
の光路図である。 １…光源、２ａ〜２ｃ…位置検出受光素子、３
…スリツト光、４…ボールジヨイント、５…リニ
アボールベアリング、６…スプリング、７…ロツ
ド、１１…光源体、１２…ケース、１６…上面部
材。
Claims (1)
- １ 被測定物の中心に先端中心を合致させて取付
ける手段を有するロツドと、前記先端から所定長
さをへだてた位置で該ロツドを摺動自在に支持す
るリニアボールベアリングと、該リニアボールベ
アリングを球形の中心方向に挿着しかつ前記ロツ
ドを貫通するボールジヨイントと、該ボールジヨ
イントを回動自在に嵌合する球面凹部を有する上
面部材と、該上面部材が端面を形成する中空円筒
体からなるケースと、前記ロツドの摺動および回
動を緩衝し該ロツドと前記上面部材との間に設け
られるスプリングと、前記ケース内に収容されか
つ前記ロツドの後端に円板の中心部が固定される
光源体と、該中心部内に取付けられて該円板内の
半径方向に設けたスリツトを通してスリツト光を
放射する光源と、前記ケースの側壁内面に配設さ
れて前記スリツト光を受光する少なくとも３個以
上の位置検出受光素子とからなり、それぞれの該
位置検出受光素子の光点位置を演算処理して前記
被測定物の三次元位置を検出することを特徴とす
る三次元位置検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16267787A JPS646806A (en) | 1987-06-30 | 1987-06-30 | Three-dimensional position detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16267787A JPS646806A (en) | 1987-06-30 | 1987-06-30 | Three-dimensional position detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS646806A JPS646806A (en) | 1989-01-11 |
| JPH0575322B2 true JPH0575322B2 (ja) | 1993-10-20 |
Family
ID=15759192
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16267787A Granted JPS646806A (en) | 1987-06-30 | 1987-06-30 | Three-dimensional position detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS646806A (ja) |
-
1987
- 1987-06-30 JP JP16267787A patent/JPS646806A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS646806A (en) | 1989-01-11 |
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