JPH07117385B2 - 測定装置 - Google Patents

測定装置

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JPH07117385B2
JPH07117385B2 JP1121153A JP12115389A JPH07117385B2 JP H07117385 B2 JPH07117385 B2 JP H07117385B2 JP 1121153 A JP1121153 A JP 1121153A JP 12115389 A JP12115389 A JP 12115389A JP H07117385 B2 JPH07117385 B2 JP H07117385B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は測定装置、とりわけ計測ユニットと測定対象と
の干渉を防ぐ構造に関する。
従来の技術 プレス成形したパネルのような測定対象の形状を三角測
量の原理で測定する場合において、産業用ロボットのア
ームに計測ユニットを取り付け、産業用ロボットのアー
ムを駆動することにより計測ユニットを測定対象に対し
て移動させながら、計測ユニットから計測対象の測定面
にスリット光を照射,投影し、この投影像を計測ユニッ
トの撮像手段で捕らえて測定対象の立体的な全体形状を
計測する所謂光切断法による測定位置が知られている
(特開昭62−299708号公報参照)。
発明が解決しようとする課題 しかし、このような従来の技術では、測定対象の種類が
変わる毎にX,Y,Z方向のデータを記憶し直さなければな
らず汎用性に欠ける。
そこで、本発明は、測定対象の種類が変わっても測定位
置指令として与えられる2次元の目標位置データを供用
することができるようにした測定装置を提供することを
目的とする。
課題を解決するための手段 本発明は、直交3軸,回転3軸の合計6軸の自由度を有
する産業用ロボットのアームに計測ユニットを取付け、
前記アームの駆動により計測ユニットを測定対象に対し
て移動させることにより、三角測量の原理で前記測定対
象の形状を測定するようにした測定装置であって、測定
対象の測定面に対してスリット光を照射する照射手段お
よびそのスリット光像を撮像する2次元位置センサを有
する計測ユニットと、前記計測ユニットに取り付けられ
て、測定対象上の測定面までの距離を計測する第1測距
センサおよび測定対象上の測定面前方までの距離を計測
する第2測距センサと、前記2次元位置センサ第1,2測
距センサの検出出力および計測ユニットの現在位置デー
タをそれぞれ入力として、2次元位置センサで検出した
撮像出力を平均化処理して、この平均化処理結果と2次
元位置センサの中心とのオフセット量ならびに上記平均
化処理結果の傾きのそれぞれを算出した上で、計測ユニ
ットと測定対象との間の距離が常に一定で且つ2次元位
置センサで捕らえられる撮像位置が該2次元位置センサ
の中心にくるような計測ユニットの位置データを算出す
る位置補正演算手段と、測定位置指令手段から測定位置
指令信号として与えられる測定対象の2次元平面内での
計測ユニットの目標位置データと前記位置補正演算手段
からの位置データとに基づいて計測ユニットの3次元の
測定位置データを作成する3次元位置補正手段と、前記
3次元位置補正手段からの指令に基づいて産業用ロボッ
トのアームを駆動させる6軸位置決め制御手段と、前記
6軸位置決め制御手段からの計測ユニットの現在位置デ
ータと前記計測ユニットからの測定データとに基づい
て、測定結果として測定対象の3次元の面データを作成
する面データ作成手段とから構成されている。
作用 測定対象の種類が変わっても、測定位置指令として与え
られる2次元の目標位置データを共用し、この目標位置
データと距離データとで測定対象と計測ユニットとの間
の距離を一定に維持しつつ、測定対象に対する計測ユニ
ットの現在位置を確認しながら、産業用ロボットのアー
ムを駆動し、計測ユニットを倣い制御して、測定対象の
全体形状を測定する。
実施例 第1,2図において、1は測定対象であって、例えば所要
の形状にプレス成形されたパネルである。2は計測ユニ
ットであって、照射手段3と撮像手段としての2次元位
置センサ4とを備えている。照射手段3は光源からの光
をスリット光Lに形成し、このスリット光Lを測定対象
1の測定面に照射,投影する構造になっている。2次元
位置センサ4は測定対象1の測定面にスリット光Lによ
り描かれた投影像を撮像して電気量に変換して出力する
構造になっている。
ここで計測ユニット2は第1図に示すように、X軸,Y
軸,Z軸のほか、Z軸まわりに回転するA軸、X軸まわり
に回転するB軸、Y軸まわりに回転するC軸の合計6軸
を有する産業用ロボットのアーム10に取り付けられ、ア
ーム10のX,Y,Z,A,B,Cの6軸が駆動することにより、測
定対象1と一定の離間距離を保ちながらスリット光Lの
長手方向と直交するX方向に移動して、測定対象1の全
体形状を測定するようになっている。
具体的には、第1図の3次元位置補正回路12が測定位置
指令部11から出力される目標値としてのX−YデータQ
11と位置補正演算部13から出力されるフィードバック量
としての補正信号Q13-1,Q13-2とに基づいて制御信号Q12
を演算して6軸位置決め制御部14に出力し、6軸位置決
め制御部14が制御信号Q12に応じてX軸モータ15、Y軸
モータ16、Z軸モータ17、A軸モータ18、B軸モータ1
9、C軸モータ20を駆動することにより、計測ユニット
2が測定対象1から一定の距離離れてX,Y,Z方向に合成
移動するとともに、6軸位置決め制御部14からのA,B,C
の現在位置信号Q14-1と計測ユニット2の2次元位置セ
ンサ4からの測定値信号Q4とを3次元方向変換部21と位
置補正演算部13に取り込む。
そして3次元方向変換部21ではA,B,C方向の現在位置信
号Q14-1を基準として測定値信号Q4をX軸,Y軸,Z軸の3
次元方向の測定位置信号Q21(P(X,Y,Z))に変換し、
この測定位置信号Q21と6軸位置決め制御部14からのX,
Y,Zの現在位置信号Q14-2を面データ作成手段としての加
算演算部22で加算演算し、この加算信号Q22を同じく面
データ作成手段としての面データ処理部23に取り込み、
面データ処理部23が加算信号Q22に基づいて面データQ23
を演算し、この面データQ23を測定結果として出力す
る。
一方、計測ユニット2には第1測距センサ30と第2測距
センサ31とを取り付けてある。第1測距センサ30は超音
波ビームaを測定対象1上に照射されたスリット光Lの
略中央部を含む測定面に向けて発射するとともに、この
測定面からの反射波を受信し、超音波ビームaの発射時
刻t1と反射波の受信時刻t2との差Δt3を演算して、測定
対象1上にスリット光Lによる測定面までの距離を計測
する。第2測距センサ31は前述とは別の周波数の超音波
ビームbをスリット光Lによる測定面の前方、つまり計
測ユニット2の移動方向前方に存在する測定対象1の部
分に向けて発射し、この部分からの反射波を受信し、超
音波ビームbの発射時刻t4と反射波の受信時刻t5との差
Δt6を演算して、測定対象1上のスリット光Lによる測
定面の前方までの距離を計測する。
これら第1,第2測距センサ30,31から出力される測定距
離信号Q30,Q31は加重平均演算部26に増幅器24,25を介し
て取り込まれる。加重平均演算部26は上記両測定距離信
号Q30,Q31に基づいて加重平均を演算し、この演算結果
を位置補正演算部13に出力する。
また、位置補正演算部13は計測ユニット2からの測定値
信号Q4を平均化処理し、この演算結果と2次元位置セン
サ4の中心線とのオフセット量Pfならびに上記演算結果
の傾きθそれぞれを演算するとともに、6軸位置決め制
御部14からのA,B,C方向の現在位置信号Q14-1からスリッ
ト光方向X0,Y0,Z0を算出し、上記オフセット量Pf傾き
θ,スリット光方向X0,Y0,Z0に基づいてX軸モータ15、
Y軸モータ16、Z軸モータ17への補正信号Q13-1(ε
(X,Y,Z))を演算し、この演算結果よりA軸モータ1
8、B軸モータ19、C軸モータ20への補正信号Q13-2(ε
(A,B,C))を演算する一方、一定時間毎に第1,第2測
距センサ30,31で検出した距離として加重平均演算部26
からの出力信号(加重平均)Q26を取り込んでアーム10
を駆動するX軸,Y軸,Z軸およびA軸,B軸,C軸の現在位置
を演算して記憶し、この現在位置を自由曲線で結ぶ移動
データを演算する。
以上の実施例構造によれば、第2図に示すように照射手
段3から発射するスリット光Lの長手方向を産業用ロボ
ットY軸方向と平行にセットし、スリット光Lが産業用
ロボットのX軸方向と平行に移動するように、産業用ロ
ボットのアーム10を駆動しながらスリット光Lを測定対
象1に照射,投影し、この投影像を2次元位置センサ4
で捕らえて測定対象1の全体形状を測定する。
この場合において、位置補正演算部13が計測ユニット2
からの測定値信号Q4からオフセット量Pfと傾きθとを求
め、このオフセット量Pfと傾きθから補正信号Q13-1,Q
13-2を算出して3次元位置補正回路12に出力する。この
3次元位置補正回路12では、上記の位置補正演算部13か
らの補正信号Q13-1,Q13-2により測定位置司令部11から
の2次元の目標位置データ(X−Yデータ)Q11を補正
して制御信号Q12をつくり出し、3次元位置補正回路12
からの制御信号Q12により、6軸位置決め制御部14がX
軸モータ15、Y軸モータ16、Z軸モータ17、A軸モータ
18、B軸モータ19、C軸モータ20を駆動制御し、これに
より産業用ロボットのアーム10を撮像位置が2次元位置
センサ4の中心にくるように駆動する。
例えば、測定の進行に伴って2次元位置センサ4で捕え
られる撮像位置の画像がその2次元位置センサ4の有効
視野内の中心部よりも下方に位置するような場合、ある
いは2次元位置センサ4の中心線に対して傾きθをもっ
て位置するような場合でも、上記のように産業用ロボッ
トのアーム10が駆動制御されて、その画像が2次元位置
センサ4の有効視野の中心部に傾きθをもつことなく位
置するように位置補正される。その結果、測定対象上の
撮像画像の一部が2次元位置センサ4の検出領域から外
れるような不都合を解消することができ、測定位置司令
部11に予め設定された目標値を変更せずに計測ユニット
2をいわゆる倣い制御方式で移動させて、測定対象の全
体形状を自動測定することができる。
一方、位置補正演算部13では一定時間毎に、アーム10を
駆動するX軸,Y軸,Z軸,A軸,B軸,C軸の現在位置を演算
し、この現在位置を自由曲線で結ぶ移動データを演算し
ているので、計測ユニット2は第3図に示すように一定
時間毎の測定点であるポイントP1〜Pnを結ぶ軌跡を描い
て、測定対象1から一定距離離れつつ倣い移動する。
したがって、例えば今仮りに計測ユニット2が測定対象
1の平坦部の計測を行っていて、その計測ユニット2の
移動方向前方側に膨出部があるような場合、すなわち第
3図に矢印で示す移動方向と逆方向に計測ユニット2が
移動している場合、計測ユニット2が測定対象1の平坦
部1aから膨出部1bに近づいて第2測距センサ31が膨出部
1bの存在を認識し、この第2測距センサ31からの測定距
離信号Q31の変化量に応じて位置補正演算部13から出力
される補正信号Q13-2が変化し、産業用ロボットのZ軸
モータ17が回転駆動する。このZ軸モータ17の回転駆動
とY軸モータ16の回転駆動との合成により、計測ユニッ
ト2は第3図に示すように平坦部1aおよび膨出部1bの断
面形状と平行な軌跡を描くように倣い移動して膨出部1b
を逃げる。
このように、第1,第2測距センサ30,31で測定対象1と
計測ユニット2との位置関係を的確に把握し、計測ユニ
ット2を測定対象1から一定間隔で離して倣い移動する
ことにより、測定対象1の一部に大きな膨出部分が存在
するような場合でも、測定位置司令部11に予め設定され
た目標値を変更せずに、計測ユニット2と膨出部との干
渉を未然に阻止しつつ、その膨出部分を含む3次元形状
を測定することができる。
発明の効果 以上のように本発明によれば、測定対象の種類が変わっ
ても測定位置指令として与えられる2次元の目標位置デ
ータを共用することができるので、測定位置司令部に予
め設定された2次元の目標位置データを変更せずに、計
測ユニットを倣い移動させて、測定対象の全体形状を自
動的に測定できるほか、測定対象上の撮像画像の一部分
が2次元位置センサの検出領域から外れるような不都合
を解消することができ、さらに、計測ユニットを測定対
象から一定間隔で離して倣い移動させることにより、測
定対象の一部に大きな膨出部分が存在するような場合で
も、測定位置司令部に予め設定された2次元の目標位置
データを変更せずに計測ユニットと膨出部との干渉を未
然に防止しつつ、その膨出部分を含む形状を測定できる
効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す構成図、第2,3図は同
実施例の作用説明図である。 1……測定対象、2……計測ユニット、4……2次元位
置センサ、10……アーム、11……測定位置指令部、12…
…3次元位置補正回路、13……位置補正演算部、14……
6軸位置決め制御部、22……加算演算部(面データ作成
手段)、23……面データ処理部(面データ作成手段)、
30……第1測距センサ、31……第2測距センサ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】直交3軸,回転3軸の合計6軸の自由度を
    有する産業用ロボットのアームに計測ユニットを取り付
    け、前記アームの駆動により計測ユニットを測定対象に
    対して移動させることにより、三角測量の原理で前記測
    定対象の形状を測定するようにした測定装置であって、 測定対象の測定面に対してスリット光を照射する照射手
    段およびそのスリット光像を撮像する2次元位置センサ
    を有する計測ユニットと、 前記計測ユニットに取り付けられて、測定対象上の測定
    面までの距離を計測する第1測距センサおよび測定対象
    上の測定面前方までの距離を計測する第2測距センサ
    と、 前記2次元位置センサと第1,2測距センサの検出出力お
    よび計測ユニットの現在位置データをそれぞれ入力とし
    て、2次元位置センサで検出した撮像出力を平均化処理
    して、この平均化処理結果と2次元位置センサの中心と
    のオフセット量ならびに上記平均化処理結果の傾きのそ
    れぞれを算出した上で、計測ユニットと測定対象との間
    の距離が常に一定で且つ2次元位置センサで捕らえられ
    る撮像位置が2次元位置センサの中心にくるような計測
    ユニットの位置データを算出する位置補正演算手段と、 測定位置指令手段から測定位置指令信号として与えられ
    る測定対象の2次元平面内での計測ユニットの目標位置
    データと、前記位置補正演算手段からの位置データとに
    基づいて計測ユニットの3次元の測定位置データを作成
    する3次元位置補正手段と、 前記3次元位置補正手段からの指令に基づいて産業用ロ
    ボットのアームを駆動させる6軸位置決め制御手段と、 前記6軸位置決め制御手段からの計測ユニットの現在位
    置データと前記計測ユニットからの測定データとに基づ
    いて、測定結果として測定対象の3次元の面データを作
    成する面データ作成手段、 とから構成されていることを特徴とする測定装置。
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