JPH09126807A - 測定ロボットにおける測定エラー補償方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外部からの障害作用によって引き起こされる
測定エラーを僅かなコストで確実に補償し、測定結果に
誤りを生ぜしめない測定方法ないし装置を提供するこ
と。 【解決手段】 走査部における加速度を検出し、測定対
象物における加速度か又は測定対象物近傍における加速
度を検出し、測定された加速度から、相対移動を表す補
正データを算出し、測定ロボットによって記録された測
定値を前記補正データによって補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、測定ロボットにお
ける測定対象物と測定走査部との間の相対移動によって
生じる測定エラーを補正するための方法に関する。

【０００２】さらに本発明は、測定対象物における形状
及び座標検出のための測定ロボットであって、基体部
と、該基体部に配設される少なくとも１つの移動式測定
走査部と、測定対象物を支持するための前記基体部に配
設される支持装置とを有し、前記測定走査部自体か又は
前記測定走査部近傍に第１の加速検出器が配設されてい
る形式の測定ロボットに関する。

【０００３】

【従来の技術】この種の測定装置は、製造工場における
測定ロボットとして公知である。この種の測定ロボット
の目的は、測定すべき対象物における寸法の検出ないし
所定値からの偏差の検出である。その際検査対象物表面
の所定のプロフィルの経過が高精度に求められる。測定
装置は、制御計算機と評価計算機に接続される。制御さ
れ測定されるプロフィルは、測定対象物を種々の形状許
容偏差、位置許容偏差、表面許容偏差に従って検査する
ために、計算機によって評価される。

【０００４】このような、例えば形状測定機または座標
測定機として構成される測定ロボットは、基体部を有し
ている。この基体部には、検査対象物を固定する緊締装
置と移動式測定走査部が設けられている。この移動式測
定走査部には、プロフィル検出のための所属の経路検出
器が配設されている。測定走査部の移動性は測定目的に
適合され、測定対象物の完全な空間的周回を許容する。

【０００５】しかしながらしばしば緊締装置も旋回可能
か又は直線的にシフト可能な台上で移動可能に配設され
ている。それにより測定走査部の移動自由度は１つの方
向をめぐって低減される。従って測定対象物の全表面の
走査は、そのような中でも緊締台上で測定走査部に対し
て相対的な調整が可能な測定対象物でないと不可能であ
る。実質的には測定走査部は形状測定のために測定対象
物と相対的に移動し、それに対して測定走査部に設けら
れた経路検出器はその測定センサで測定対象物表面との
コンタクトを維持する。

【０００６】この所望の周知の相対移動に対してさらに
付加的な別の未知の動き（例えば振動の影響などによ
る）が生じた場合には、測定対象物における表面プロフ
ィルの検出にはエラーが含まれる。

【０００７】それ故にこの種の測定ロボットは、可動で
しかも片持ち式に空間に突出した測定アーム形状のため
に振動には比較的敏感である。しかしながらこの種の測
定装置は特に製造ラインで使用されるため、振動の影響
はほとんど避けられない。工場内には多くの振動源、例
えば回転ベンチ、ボーリング機、ＣＮＣ作業センタ、ベ
ルトコンベアなどが投入されている。これらの障害的振
動は、測定走査部と測定対象物との間の不所望な相対運
動につながり、これが後で測定エラーに結び付く。

【０００８】故に高精度な測定結果は、この測定ロボッ
トが相応に剛性の高いコンポーネントを有している場合
にのみ達成される。しかしながらこれは重量の著しい増
加につながる。さらに剛性の高い材料が用いられなけれ
ばならないため、コストが高くなりその処理も難しくな
る。その上設置個所によってはある程度の振動遮閉が必
要である。結果としてこれら全ては多大なコストアップ
につながる。

【０００９】外部の障害源から生ぜしめられる高周波な
障害作用を取り除くために、記録された測定データをフ
ィルタリングする試みがある。この場合は例えば８０Ｈ
ｚ〜１００Ｈｚの限界周波数が選択される。これについ
ての欠点は、測定対象物において検出された不正確さも
この周波数帯域で消去されてしまうことである。特にこ
の種の測定データの低域フィルタリングは測定速度を制
限する。なぜなら所望の測定信号も相対移動の速度上昇
に伴って高周波になるからである。

【００１０】測定を多重に実施すること、例えば平均値
形成によって障害成分を抑圧することもほとんど不可能
である。なぜなら経済的な観点からみれば、時間単位毎
の測定すべき対象物の実施頻度を可及的に多くする必要
があるからである。

【００１１】ドイツ連邦共和国特許公開第４３４２３１
２号公報からは、座標測定装置に対する測定エラーの補
正方法が公知である。この公知方法では、振動に起因す
る測定エラーの補正に対して、障害的振動の時間経過が
座標測定装置の測定ヘッドに配設された３つの加速度セ
ンサを用いて記録される。これらのセンサの測定値は、
記憶された補正パラメータ（これは固有周波数と振動の
減衰ならびに障害振動をもたらす振動の固有形態の振幅
／位相情報）と比較される。センサの補正された測定値
の時間経過からは、振動に起因する座標測定装置の走査
時点における測定エラーが算出される。

【００１２】この方法の欠点は、固有周波数、固有形
態、減衰値の考慮下で自由振動に起因するエラーとして
理論的な測定エラー補正しか算出されないことである。
走査ヘッドと測定対象物との間の相対移動の実際の検出
は不可能である。装置的にはさらに測定テーブルにおい
て、作業台の振動を考慮するための更なるセンサを設け
なければならない。このセンサが測定対象物の重量に依
存する補正パラメータを考慮する。

【００１３】ドイツ連邦共和国特許公開第４３４５０９
５号公報からは、空間地点の正確な検出のための測定装
置が公知である。この装置では、移動の際に生じる移送
作用力及び重量作用力を検出するための多軸形移動系が
設けられている。それに対して相応の多軸形基準系は、
発生した相対移動を外部からの作用力に影響されずに測
定する。それにより走査部と測定対象物との間の相対移
動が空間的に完全に求められるが、しかしながらこれは
加速検出器と共に行われるのではなく、いわゆる多軸形
の基準系によって行われるだけである。これは、経路セ
ンサによって種々の移送系要素間の装置移動を求めるた
めに用いられる。これらの種々の相対移動の重畳から
は、走査部と測定対象物との間の相対移動に関する情報
が形成される。この装置の欠点は、基準系が開ループ形
の測定連鎖を形成するため、基準系の種々の部材対の相
対移動検出の際に生じる全てのエラーが加算されること
である。さらに測定装置は製造技術的に複雑で、その運
転も困難である。

【００１４】さらにドイツ連邦共和国特許公開第３８０
１８９３号公報からは、プログラム制御可能な自動測定
装置が公知である。この装置には、エラー測定を引き起
こす障害的な振動検出のために、装置基体部に固定形の
耐振性加速度センサが設けられる。加速度は３つの座標
軸に分割されて記録され、信号評価装置によって振動ベ
クトルの絶対値を表す出力信号が形成される。この信号
は、所定の限界値を上回った場合には測定装置の静止化
に作用する。

【００１５】この公知装置の欠点は、測定に対する補正
値算出のために加速度が量的に検出されるのではなく、
測定加速度に対する限界値を上回った場合に測定値の記
録の繰り返しのために測定サイクルが中断されることで
ある。それ故にこの装置は一時的な障害に対してしか適
していない。また頻繁な中断が生じる場合は測定時間が
著しく長期化される。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、測定
ロボットにおける測定エラー補償方法及び装置におい
て、外部からの障害作用によって引き起こされる測定エ
ラーを僅かなコストで確実に補償し、測定結果に誤りを
生ぜしめない測定方法ないし装置を提供することであ
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題は本発明によ
り、走査部における加速度を検出し、測定対象物におけ
る加速度又は測定対象物近傍における加速度を検出し、
測定された加速度から、相対移動を表す補正データを算
出し、測定ロボットによって記録された測定値を前記補
正データによって補正するようにして解決される。

【００１８】さらに上記課題は本発明により、第２の加
速検出器が基体部に設けら、さらに第１及び第２の加速
検出器の測定データから補正データを算出する評価回路
が設けられる構成によって解決される。

【００１９】本発明によれば、揺れや振動などの外的な
障害作用によって生ぜしめられた測定走査部と基体部と
の間の相対移動が加速度測定に基づいて検出され、相応
の測定結果の補正が行われる。加速度の測定個所ではこ
の測定個所の空間における絶対移動が検出される。この
ことは、測定ロボットの基体部と測定走査部にそれぞれ
加速度検出器が配設されたことにより、測定対象物に対
しても、測定走査部に対しても当てはまる。

【００２０】本発明による測定方法では、測定装置の所
望の走査移動だけが生じるとみなされる個所の加速度が
検出される。同じことが基体部における固定的なポイン
トにおいても実施される。これらの加速度の値からは計
算によって、所定の基準点を規定することなく、既知の
移動均等化を介して補正値が導出される。導出された補
正データは、経路測定データから減算される。されによ
り補正された測定信号が形成される。さらに測定装置の
意図的な移動も補正データ算出の際に考慮される。それ
により不所望な相対移動、すなわち障害成分のみが消去
される。

【００２１】これにより測定装置の構造も簡素化でき
る。特に材料コストの低減が可能である。さらに高価な
振動遮断手段も設ける必要がない。このことは製造の際
の著しいコストの削減につながる。稼働においては測定
装置の利便性にも秀でたものがある。なぜならこの装置
は、障害的な振動に基づく測定エラーの影響を心配する
ことなく、検査すべき対象物の製造個所のすぐ近く、例
えばＣＮＣセンタの直ぐそばに配置できるからである。

【００２２】それ故に本発明による測定装置は、測定走
査部の個所か又はその近傍に第１の加速度検出器を装備
する。全ての移動自由度を完全に検出するために、６つ
の第１加速度検出器が設けられる。これらの加速度検出
器の相応の配向によって、直線的な加速度がＸ，Ｙ，Ｚ
軸方向で、ならびに回転がＸ，Ｙ，Ｚ軸方向で検出され
る。この種の加速度測定方式は、とくに長くて多重調整
可能な測定アームを有する測定装置に対して用いられ
る。所定の空間方向で安定した測定アームの実施例は、
装置の簡素化のために加速測定の個々の構成要素を省略
可能である。

【００２３】さらに基体部に２つの加速度検出器を備え
た測定装置も実施される。全ての移動自由度の完全な検
出のために、ここでも有利には、６つの加速度検出器が
設けられる。２つの加速度検出器の相応の配向によっ
て、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の直線的な加速度がそして測定装
置基体部と、支持装置を介して固定的に接続される測定
対象物におけるＸ，Ｙ，Ｚ軸を中心とする回転がそれぞ
れ検出される。測定装置の簡素化のために、加速度測定
の個々の構成要素を、相応に安定した基体部の実施のも
とで、及び（又は）相応の障害が予測されない場合に省
略することもできる。

【００２４】場合によっては、加速度検出器を多数設け
ることにより、さらに正確な相対移動の検出手段を提供
することも可能である（そのつどの最小数を上回る付加
的な配置構成により）。冗長性のある測定値は、例えば
最小二乗法によって平均化される。それによりセンサに
依存する測定エラーが低減する。

【００２５】請求項６に記載の較正手法によれば、振動
に起因する測定エラーの検出の際の測定精度が考慮され
る。この較正は各測定ないし各測定シーケンスの前に行
われる。較正に対する基準としては走査部の信号が得ら
れる。この場合測定装置は測定対象物と共に１つの測定
に対するように構成され、測定走査部は移動軸を操作す
ることなく測定対象物の表面に対してコンタクトする。
この走査部は振動に起因する移動成分のみを検出する。
加速度検出器から得られたエラー信号に測定精度の補償
のための相応の較正係数が施される場合には、この補正
係数は次のように適合化される。すなわちエラー信号と
して算出される補正データと測定走査部信号との差が最
小となるように適合化される。

【００２６】典型的な体系的測定精度の低下は以下のよ
うな理由による。

【００２７】１. 加速度検出器からの信号の評価に
は、センサならびにセンサ増幅器やその他の電子評価装
置の伝送特性が基礎となるが、通常この特性は実際の伝
送特性から偏差している。簡単な例では、（センサから
供給される信号と相応の加速との間の変換係数として）
関係する全ての周波数帯域に亘って一定の感度を前提と
すれば、感度の値は外部の影響による作用のもとで変化
し得る。それに加えて実際の特性は通常は周波数に依存
している。さらに加速とセンサ信号との間には、実際の
換算係数によっては考慮されない位相変位が存在する。

【００２８】2. ベース上の走査部と測定対象物の間の
相対移動における加速度信号の測定エラーに関係する成
分の算出は、加速度の測定される個所ならびに測定走査
部の走査される個所の位置に関する正確な情報に基づ
く。しかしながら実際にはこの個所は初期の許容偏差の
枠内のみでしか求められない。

【００２９】３. 加速センサは正確に方向を選択され
て測定されるわけではない。すなわち加速成分に対して
所期の感度が生じる。この感度はとりわけセンサの配向
における不正確さによって著しく高まる。

【００３０】種々の作用の補償に対しては、種々の複合
的な較正方法が用いられる。最も簡単な例では、較正係
数が正確に一定である（位相変位なしの簡単な換算係
数）例えば１つ又は複数の以下に述べるような特性を有
する広範囲なものも可能である。

【００３１】・（位相変位も考慮される）複合的な特性 ・周波数依存性の特性 ・測定対象物と相対する測定走査部の位置の依存特性、 補正はデジタルの形態でもアナログの形態でも行われ
る。デジタルの場合にはデジタル化された検出器信号が
換算され、アナログの場合では信号が、設定可能なフィ
ルタによって影響を受ける。これらの２つの組み合わせ
ももちろん可能である。

【００３２】前述した較正に対する代替例ないし減縮例
として、測定装置に較正装置が設けられる。この較正装
置は、所期の体系的不正確さを構成的な手法で低減する
ために用いられる。前記ポイント２および３で示された
ような不正確さに対して考えられる装置は、固定調整可
能な支持部のセンサの特殊な固定部からなる。これはセ
ンサの位置及び（又は）センサの配向の微調整を可能に
する。この場合走査信号が微調整に対する基準として利
用される。

【００３３】測定データは、有利にはアナログ／デジタ
ル変換器を介して評価計算機に供給される。この計算機
は、評価プログラムによって測定された加速度を相応の
補正データに変換する。

【００３４】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施例を図面に基づ
き詳細に説明する。

【００３５】図１には形状測定装置として構成された測
定ロボットが概略的に側面図で示されている。この測定
ロボットは、測定すべき対象物１００における形状許容
偏差、位置許容偏差、表面許容偏差の検出に用いられ
る。

【００３６】測定装置は、実質的に直方体状の基体部３
を有している。この基体部３は扁平なベースないし基台
部上の直立脚部４に配置可能である。この基体部３上に
は調整サドル１０形状の調整テーブルが配設されてい
る。この調整テーブル１０上には測定対象物１００の把
持のための緊締装置１が設けられている。この緊締装置
１は、２つの対向して配置されている緊締バッケン１７
を有している。このバッケンは相互に逆方向に調整可能
であり、そのためこの間に配設される測定対象物１００
が把持される。

【００３７】調整サドル１０は、基体部３の中で２つの
線形駆動部１８に支承されている。それによりこのサド
ル１０は、緊締装置１と共に水平方向で線形に調整可能
である。図１に示された実施例では、この線形駆動部１
８が図平面に対して垂直に、すなわちＹ軸方向で配設さ
れている。それにより緊締装置１内に把持される測定対
象物１００が直線的にＹ軸方向でシフト可能となる。

【００３８】測定装置ケーシング３の対向する上側には
測定アーム基部５が設けられている。この測定アーム基
部５には測定アーム２０が旋回可能に固定されている。
測定アーム２０は、有利には複数の区分に分けられる。
この場合この区分が相互に旋回可能である。図１に示さ
れた実施例では測定アーム２０が二分割に構成されてい
る。この場合測定アーム２０の２つの区分はリンク２７
を介して接続されている。

【００３９】測定アーム２０の基体部３とは反対側端部
には測定走査部２が設けられている。この測定走査部２
は、測定センサ２８を有している。このセンサは測定対
象物１００を所定のラインに沿って走査検出する。測定
走査部２には相応の経路検出器が設けられている。この
経路検出器は測定センサ２８のふれを正確に測定値に置
き換える。さらに測定走査部２には６つの第１の加速度
検出器２１，２２，２３，２４，２５，２６が設けられ
ている。これらの加速度検出器は測定アーム２０のヘッ
ドに作用する加速度を検出する。

【００４０】リニアな加速度を測定するためには３つの
加速度検出器２１,２２,２３が３つの相互に垂直な関係
の空間方向に配設される。さらに付加的に３つの加速度
検出器２４,２５,２６が設けられ、これらは検出器２
１,２２,２３と共に３つの空間軸を中心とする回転加速
度を検出する。これらの加速度検出器２１,２２,２３,2
4,２５,２６を用いて測定ヘッドの移動の６つの自由度
が検出される。

【００４１】測定アームに作用する加速度の検出に対す
る捕捉として調整サドル１０にまたは基体部３に第２の
加速度検出器１１,１２,１３,１４,１５,１６が設けら
れる。これらの検出器は、基体部３の移動と調整サドル
１０の移動と測定対象部１００の移動を検出する。

【００４２】測定評価の簡単化のために、場合によって
は６つの全ての移動自由度における加速度値の検出を省
いてもよい。図１に示されている実施例では走査部の全
ての測定がＸＹ平面で行われる。そのためＹ軸方向の移
動はＸおよびＺ軸方向の移動に比べてさほど重要ではな
い。そのためこの場合はＹ軸方向の加速度検出器が省か
れる。

【００４３】図２には測定ロボットにおける加速度検出
器の概略的な配置構成が示されている。簡単化のために
この配置構成では加速度の検出を便宜上１つの空間方向
と１つの回転軸方向に限定する。

【００４４】測定ロボットの測定ヘッド３は調整サドル
又は回転テーブル１０を支持している。これは緊締装置
１を有している。緊締装置１では測定すべき対象物１０
０が緊締バッケン１７内に緊締されている。基体部３と
測定対象物の間の接続関係は中実な対象物と緊締装置１
内への固定的な緊締に基づいて示されている。

【００４５】図には示されていない測定アームに旋回可
能に固定されている測定走査部２は、経路検出器を有し
ている。この検出器は測定走査部２内に配設された測定
センサ２８の移動を検出する。測定センサ２８はその先
端で測定対象物１００を走査する。

【００４６】基体部３にも測定走査部２にもそれぞれ１
対の加速度検出器１１,１２および２１,２２が設けられ
ている。図平面中のＸ軸方向に相互に平行に配設されて
いる加速度検出器１１,１２、２１,２２はＸ軸方向の加
速度を検出する。基台部において相互に平行にかつ離間
して配置される２つの加速度検出器の配置構成により、
図平面に対して垂直に配設されるＹ軸回りの付加的な回
転移動が、測定された加速度絶対値の差分に基づいて検
出可能である。

【００４７】測定対象物１００の走査点において測定セ
ンサ２８により検出された測定値の補正のためには、測
定対象物１００と測定走査部２との間の不所望な相対移
動も検出しなければならない。この２つの対象間の相対
移動は、測定された加速度（この最も簡単な例ではＸ軸
方向のみ）から差分形成と積分によって検出される。

【００４８】この場合注意する点は、振動が生じた場合
には移動の中に一定の成分ないしはリニアな成分が見込
まれないことである。そのため積分中に不確定部分は生
じない。それ故に、測定された加速度値から相対移動絶
対値を算出し、これを測定走査部２から検出された経路
絶対値の補正データとして取り除くことが可能である。
それによりこの測定結果は測定走査部２と測定対象物１
００の間の相対移動に基づき障害の影響から開放され
る。

【００４９】ここでは、測定対象物１００と測定走査部
２においてこれらの測定から差分を形成するのにはそれ
ぞれ１つの加速度検出器で十分である。２つの素子が均
等に定められる加速は、結果（−１つの経路又は間隔測
定−）に対してはささいである。

【００５０】図２に示されているような相互に平行に離
間して配設されるそれぞれ２つの加速度検出器１１,１
２ないし２１,２２における加速度の検出からは、走査
点における相対移動絶対値がさらに正確に検出され得
る。基体部に作用する加速からの相対移動に対しては、
図２の左側に概略図が示されている。走査点においては
基体部の絶対移動量ｕ_ａが移動成分ｕ_１とｕ_２から検出
される。同様に絶対移動量ｕ_ｂも測定走査部２における
加速度検出器から図２の右側に示されているように算出
される。総体的に相対移動に対して次の式が当てはま
る。

【００５１】ｕ_ｒ＝ｕ_ａ−ｕ_ｂ 図１に示された調整サドル１０は、選択的にまたは補足
的に回転可能に支承されてもよい。それにより回転対称
に構成される測定対象物１００が測定走査部２によって
有利に検出される。回転テーブルとして構成される調整
サドル１０は、この場合Ｚ軸を中心に回転可能である。
リンク２７を介して２つに分割される測定アーム２０
は、測定アーム基部５においてもリンク２７においても
回転可能に構成される。測定アーム基部部５の基体部３
ではここでは図示されていない相応の駆動素子が測定ア
ーム２０の旋回のために設けられる。

【００５２】測定走査部２に配設された経路検出器の測
定出力側並びに加速度検出器１１〜１６および２１〜２
６の測定出力側は作用線路３０を用いてアナログ／デジ
タル変換器３１に接続されている。デジタル測定側はデ
ジタルデータ線路３２を介して評価計算機３３に接続さ
れている。

【００５３】次に本発明による装置の作用を説明する。

【００５４】所定の寸法安定性に基づいて検査すべき対
象物１００は調整サドル及び（又は）回転テーブル１０
の上に載置され、緊締装置１によって調整サドル１０上
に固定される。その後で測定アーム２０は、その測定走
査部２に配設されている測定センサ２８を測定対象物１
００に向けて旋回させる。測定対象物１００が細長い場
合には、測定対象物１００の表面が線形駆動部１８の操
作によって、つまりＹ軸方向に沿って方向付けされた移
動によって線形状に走査される。測定に対しては大抵は
１つの直線上の走査で十分である。なぜなら所定の許容
偏差の維持のみに注意を払うだけでよいからである。し
かしながら表面の完全な測定に対して次のように行うこ
とも可能である。すなわち、調整サドル１０上に固定さ
れた測定対象物１００をそれぞれ往復移動する際に、測
定アーム２０を所定の僅かな量だけ旋回させ、それによ
って測定走査部２の測定センサ２８が新たな表面ライン
を走査するように行うことも可能である。

【００５５】付加的に例えば調整テーブル１０を回転可
能に構成することも可能である。それにより測定アーム
２０は、測定対象物１００の裏側も何の問題もなく測定
可能となる。回転対称な測定対象物１００は、回転テー
ブル上に支承させて、設定可能な回転数で動かしてもよ
い。その場合は測定走査部２の測定センサ２８は、回転
対称な測定対象物１００の表面を、例えば旋回ラインに
沿って走査する。回転数も直線間隔も、所望の測定精度
に応じて予め選択される。それにより測定ロボットは、
測定対象物の目標値からの許容偏差を決定するためにそ
の測定走査部２でもって測定対象物１００の全表面を走
査検出する。比較的簡単で実質的に頻繁に用いられる測
定方法では、１つか又は２つの環状ラインが走査され
る。

【００５６】測定走査部２では、測定アーム２０の、基
体部３に対向する側の端部における加速度が加速度検出
器２１,２２,２３,２４,２５,２６によって測定され
る。アナログの加速度測定値は作用線路３０を介してア
ナログ／デジタル変換器３１に供給され、そこでデジタ
ル信号に変換される。このデジタルデータは、その後で
データ線路３２を介して評価計算機３３に供給される。
この評価計算機３３では１つの評価プログラムに従って
加速度データから測定走査部２の移動量が算出される。
付加的に測定アーム２０の旋回移動量も評価計算機３３
に供給される。

【００５７】基体部３ないし調整サドル１０に配設され
た加速度検出器１１,１２,１３,１４,１５,１６は、測
定対象物１００の絶対移動量を検出する。それらは第１
の加速度検出器２１,２２,２３,２４,２５,２６によっ
て検出された絶対移動量に対する基準として用いられ、
それによって算出すべき相対移動量が検出される。基体
部３ないし調整サドル１０は測定対象物１００と共に緊
締装置１を介して非常に剛性の高い接続を形成するの
で、基体部３ないし調整サドル１０における加速度の検
出は測定対象物１００における検出自体とかわらない。

【００５８】図３及び図４には本発明の別の有利な実施
例の側面図と斜視図が示されている。ここでは測定ロボ
ットは、測定対象物１００として円筒体の環状形態を測
定する。

【００５９】直方体状の基体部３には柱体６に沿って上
下移動可能な測定アーム２０が設けられている。この測
定アーム２０はその他にも柱体６に対して垂直に、つま
り水平方向にも移動可能である。測定アームの位置は、
最も正確に規定可能である。測定アーム２８の端部から
は測定センサ２８が突出している。この測定センサ２８
は、所定の速度で回転する回転テーブル１０上の測定対
象物１００の表面を走査する。

【００６０】この回転テーブル１０の速度の精度は、回
転軸線に対して垂直方向で生じ得る偏差よりは少ない割
合で表面測定の補正精度に影響を及ぼす。それ故に加速
度検出器は有利には、回転テーブル１０の加速度ないし
は軸線に垂直なその支持部分を検出するように用いられ
る。しかしながら別のさらなる加速度成分を検出しても
よい。

【００６１】実施形態に応じて２*６の成分に対して測
定された加速度データからは、評価計算機３３におい
て、不所望な振動とその他の障害作用に基づいて生じた
測定対象物１００に対する不所望な測定走査部２の相対
移動量が算出される。そのように算出された補正データ
は、測定走査部２の測定データから取り除かれる。それ
により、測定対象物１００に相対する測定走査部２の不
所望な移動に基づいて生じた測定エラーが補正される。

【００６２】評価コストを低減するために、有利には調
整サドル１０の移動方向に対して垂直な加速度成分、す
なわち例えば図１による実施例ではＸ軸方向の加速度成
分のみが考慮されるだけでもよい。これによれば単に１
つの加速度検出器１１のみが調整サドル１０に設けら
れ、その測定信号が作用線路を介してアナログ／デジタ
ル変換器３１に伝送され、さらにデータ線路３２を介し
て評価計算機３３に伝送される。特別なケースで求めら
れている場合には、補正データの算出に影響を与えない
ように調整サドル１０の所望の線形的な調整移動量が線
形駆動部１８によって評価計算機３３に供給される。

【００６３】次に測定エラーに対して重要な移動成分を
求めるための計算手法を説明する。

【００６４】この処理は次のようなことを前提とする。
すなわち微視的な振動の誘発される走査部移動領域が、
少なくともセンサの存在する領域において、剛性体移動
によって良好に近似可能であることを前提とする。基体
部についても同じことが当てはまる。

【００６５】選択された１つの軸系に関連して走査部の
剛性体移動が以下の６つのパラメータによって規定され
得る。

【００６６】

【数１】

【００６７】この場合前記U,V,Wは、それぞれＸ軸,Ｙ
軸,Ｚ軸に沿った並進移動を表し、前記υ,φ,ψは、そ
れぞれ軸線回りの回転を表している。座標ｘ,ｙ,ｚから
余弦方向α,β,γによって規定される方向への一般点の
シフトに対しては以下の式が当てはまる。

【００６８】ｕ(ｘ,ｙ,ｚ,α,β,γ）＝Ｕｓ この場合の変換マトリックスに対しては以下の式が当て
はまる。

【００６９】Ｕ(ｘ,ｙ,ｚ,α,β,γ）＝[α,β,γ(-β
ｚ+γｙ),(αｚ-γx),(-αｙ+βｘ)] 測定走査部がｎ個の加速センサで走査を行うならば（こ
こでは二次元又は三次元センサは２ないし３個に分離さ
れたセンサとして考慮される）前記項も相応に以下のよ
うになる。

【００７０】ｘ_１,ｘ_２…ｘ_ｎ；ｙ_１,ｙ_２…ｙ_ｎ；
ｚ_１,ｚ_２…ｚ_ｎ 加速度が測定されるポイントの座標は所定の座標系に関
連する。相応の測定方向は以下の余弦方向から定められ
る。

【００７１】α_１,α_２…α_ｎ；β_１,β_２,…β_ｎ；γ
_１,γ_２,…γ_ｎ ｎ個のＵ−マトリックス（これは順にｎ*６のマトリッ
クス内に統合してもよい）が存在するならば以下の式が
成り立つ。

【００７２】

【数２】

【００７３】ここにおいて加速度信号をベクトルｂにま
とめるならば以下のようになる。

【００７４】

【数３】

【００７５】従ってｂ＝Ｔｓが成り立つ。

【００７６】ｎ＝６ならば以下のようになる。

【００７７】ｓ＝Ｔ^-1ｂ 変換マトリックスＴの反転と剛生体移動の計算は、次の
条件 ｄｅｔ（Ｔ）≠０ が満たされる場合にのみ可能である。

【００７８】すなわちこれは加速度検出器が相互に依存
していない信号を供給する場合を意味する。

【００７９】相互に依存しないセンサが６個よりも多く
設けられている場合には、測定精度を低下する作用の低
減に用いることのできる冗長性が得られる。それにより
剛生体移動は例えば最小二乗法による最適な方法の結果
として算出される。

【００８０】ｓ＝（Ｔ^TＴ)^-1Ｔ^Tｂ 同じ処理は基体部の剛生体移動の検出毎に、基体部にて
測定された加速度の関数として用いら得る。つまり２つ
のベクトルｓ_Tとｓ_Gがそれぞれ走査部と基体部に対して
検出される。

【００８１】ここにおいてｘ_ｍ,ｙ_ｍ,ｚ_ｍが走査点の座
標で、α_ｍ,β_ｍ,γ_ｍが走査測定装置の余弦方向である
ならば、走査信号に関係する、走査部と測定対象物との
間の相対移動成分が以下のようにして算出される。

【００８２】 ｕ＝Ｕ(ｘ_ｍ,ｙ_ｍ,ｚ_ｍ,α_ｍ,β_ｍ,γ_ｍ)(s_G-ｓ_T) 二重積分によって加速度からはシフトに比例した信号が
得られる。

【００８３】適用例に応じてこれらの一般的な処置から
は、移動フィールドが６つの座標よりも少ない、簡単な
処置を導出することもできる。例えば測定走査部が、所
定の１つの平面しか測定せず、加速度も同じ平面でしか
測定されない状態にあるのならば、移動フィールドを検
出するのには３つの剛生体座標（２つの並進と１つの回
転）で十分である。

【００８４】結果として本発明による測定ロボットは、
外部から作用する振動と障害作用を検出することができ
る。それによりこの障害作用に基づいて生じた測定エラ
ーが補正可能となる。それと共にこの測定ロボットは、
測定対象物の表面上の予め定められたプロフィルライン
の経過を高精度で求めることができる。測定走査部の旋
回移動並びに調整サドルの直線移動及び（又は）回転移
動は、有利には所定の移動経過の後で評価計算機の制御
のもとに実施される。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＡおよびＢは本発明による測定ロボットの概略
的な側面図である。

【図２】本発明による測定ロボットの加速度検出器の配
置構成を概略的に示した図である。

【図３】図１に対する選択的な構成の概略的側面図であ
る。

【図４】測定ロボットの斜視図である。

【符号の説明】

１ 緊締装置 ２ 測定走査部 ３ 基体部 ４ 直立脚部 ５ 測定アーム基部 ６ 柱体 １０ 調整テーブル（調整サドル又は回転テーブルと
しての） １１,１２,１３,１４,１５,１６ 加速度検出器 １７ 線形駆動部 ２０ 測定アーム ２１,２２,２３,２４,２５,２６ 加速度検出器 ２８ 測定線センサ ３１ Ａ／Ｄ変換器 ３３ 評価計算機 １００ 測定対象物

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定ロボットにおける測定対象物と測定
   走査部との間の相対移動によって生じる測定エラーを補
   正するための方法において、 走査部における加速度を検出し、 測定対象物における加速度又は測定対象物近傍における
   加速度を検出し、 測定された加速度から、相対移動を表す補正データを算
   出し、 測定ロボットによって記録された測定値を前記補正デー
   タによって補正することを特徴とする、測定ロボットに
   おける測定エラー補償方法。
2. 【請求項２】 相対移動を表す補正データを、測定され
   た加速度値からの差分形成と二重積分によって算出す
   る、請求項１記載の測定ロボットにおける測定エラー補
   償方法。
3. 【請求項３】 意図的な移動に基づいて引き起こされた
   加速度を前記補正データ算出に算入させない、請求項１
   又は２記載の測定ロボットにおける測定エラー補償方
   法。
4. 【請求項４】 空間における加速度を３つの並進的移動
   方向と３つの回転移動方向において完全に検出する、請
   求項１〜３いずれか１項記載の測定ロボットにおける測
   定エラー補償方法。
5. 【請求項５】 所望の加速度成分を、多数の加速度検出
   器を用いて検出し、測定値を平均化する、請求項１〜４
   いずれか１項記載の測定ロボットにおける測定エラー補
   償方法。
6. 【請求項６】 １つの測定の前に較正ステップを実施
   し、 測定走査部を測定対象物の表面とコンタクトさせ、 測定移動の実施を中断し、 補正データを算出し、 算出された補正データを測定走査部の信号と比較し、 そこから較正係数を算出する、請求項１〜５いずれか１
   項記載の測定ロボットにおける測定エラー補償方法。
7. 【請求項７】 測定対象物（１００）における形状及び
   座標検出のための測定ロボットであって、基体部（３）
   と、該基体部（３）に配設される少なくとも１つの移動
   式測定走査部（２）と、測定対象物（１００）を支持す
   るための前記基体部（３）上に配設される支持装置
   （１）とを有し、前記測定走査部（２）自体か又は前記
   測定走査部（２）近傍に第１の加速度検出器（２１〜２
   ６）が配設されている形式のものにおいて、 第２の加速度検出器（１１〜１６）が基体部（３）に設
   けら、さらに第１及び第２の加速度検出器（１１〜１
   ６、２１〜２６）の測定データから補正データを算出す
   る評価回路（３１〜３３）が設けられていることを特徴
   とする測定ロボット。
8. 【請求項８】 少なくとも６つの第１の加速度検出器
   （２１〜２６）設けられており、該加速度検出器は３つ
   の空間方向ならびに３つの可能な回転方向を検出する、
   請求項７記載の測定ロボット。
9. 【請求項９】 少なくとも６つの第２の加速度検出器
   （１１〜１６）が設けられており、該加速度検出器は、
   ３つの空間方向ならびに３つの可能な回転方向を検出す
   る、請求項７又は８記載の測定ロボット。
10. 【請求項１０】 前記第２の加速度検出器（１１〜１
    ６）は、支持装置（１）近傍の基体部（３）に配設され
    ている、請求項７〜９いずれか１項記載の測定ロボッ
    ト。
11. 【請求項１１】 前記各加速度検出器（１１〜１６、２
    １〜２６）は、その位置又は配向が後調整可能な支持部
    に配設されている、請求項７〜１０いずれか１項記載の
    測定ロボット。
12. 【請求項１２】 前記評価装置は、アナログ／デジタル
    変換器（３１）と評価計算機（３３）を有しており、前
    記アナログ／デジタル変換器（３１）は前記加速度検出
    器（１１,１２,１３,１４,１５,１６,２１,２２,２３,
    ２４,２５,２６）の測定データをデジタル化し、評価計
    算機（３３）に転送する、請求項７〜１１いずれか１項
    記載の測定ロボット。
13. 【請求項１３】 前記支持装置として緊締バッケン（１
    ７）を備えた緊締装置（１）が設けられている、請求項
    ７〜１２いずれか１項記載の測定ロボット。
14. 【請求項１４】 前記緊締装置（１）は、旋回可能か又
    は直線的にシフト可能な調整テーブル（１０）に配設さ
    れている、請求項１３記載の測定ロボット。