JPS61243308A - 三次元位置測定装置 - Google Patents
三次元位置測定装置Info
- Publication number
- JPS61243308A JPS61243308A JP60084385A JP8438585A JPS61243308A JP S61243308 A JPS61243308 A JP S61243308A JP 60084385 A JP60084385 A JP 60084385A JP 8438585 A JP8438585 A JP 8438585A JP S61243308 A JPS61243308 A JP S61243308A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic
- dimensional position
- signal
- measuring
- phase difference
- Prior art date
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- Pending
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B17/00—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
この発明は、被測定物の各部を指定することにより、そ
の三次元位置を計測する三次元位置測定装置に関するも
のである。
の三次元位置を計測する三次元位置測定装置に関するも
のである。
［従来の技術］
従来の三次元位置測定装置は、測定テーブルに一端が固
定された多関節リンク機構からなり、測定テーブル上に
載置された被測定物の各部に接触させたときの各関節の
変位量を計測することにより、機械的に被測定点の三次
元位置を決定し、ている、又、このような多関節リンク
機構に光学的距離測定装置を取り付け、非接触で三次元
位置を計測することも知られている。
定された多関節リンク機構からなり、測定テーブル上に
載置された被測定物の各部に接触させたときの各関節の
変位量を計測することにより、機械的に被測定点の三次
元位置を決定し、ている、又、このような多関節リンク
機構に光学的距離測定装置を取り付け、非接触で三次元
位置を計測することも知られている。
［発明が解決しようとする問題点］
しかしながら、上記の従来装置はいずれにしても機械的
可動部分を有するため、その構成部分の機械的剛性およ
び機械的精度を高くすることが要求される結果、装置自
体が大規模となり使用分野が限られるという問題点があ
った。
可動部分を有するため、その構成部分の機械的剛性およ
び機械的精度を高くすることが要求される結果、装置自
体が大規模となり使用分野が限られるという問題点があ
った。
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、測定棒の先端で被測定物の各点すなわち被測定点
を指定するのみで、他には何ら可動部および位置決め部
を設けずに、その三次元位置を算出可能とし、精度を損
なうことなく極めて軽量かつ小型な三次元位置測定装置
を得ることを目的とする。
ので、測定棒の先端で被測定物の各点すなわち被測定点
を指定するのみで、他には何ら可動部および位置決め部
を設けずに、その三次元位置を算出可能とし、精度を損
なうことなく極めて軽量かつ小型な三次元位置測定装置
を得ることを目的とする。
［−問題点を解決するための手段］
この発明に係る三次元位置測定装置は、被測定点を指定
するための測定棒に超音波発振器を設け、この超音波発
振器からの信号を受信する超音波受信器を測定テーブル
上方に複数配設しこの超音波受信器で得られた信号に基
づいて被測定点の三次元位置を算出する演算装置を備え
たしのである。
するための測定棒に超音波発振器を設け、この超音波発
振器からの信号を受信する超音波受信器を測定テーブル
上方に複数配設しこの超音波受信器で得られた信号に基
づいて被測定点の三次元位置を算出する演算装置を備え
たしのである。
［作用］
この発明においては、演算装置が、測定棒の基準位置に
対する移動量を超音波受信器からの信号に基づいて常に
監視することにより、超音波発振器と超音波受信器との
距離を算出し、これにより非測定点の三次元位置を決定
する。
対する移動量を超音波受信器からの信号に基づいて常に
監視することにより、超音波発振器と超音波受信器との
距離を算出し、これにより非測定点の三次元位置を決定
する。
〔実施例］
以下図面と共にこの発明の詳細な説明する。
第１図はこの発明による三次元位置測定装置の実施例を
示す一部側面ブロック図である。図において、１は測定
テーブル、２は測定テーブル１上に載置された被測定物
、３はペン形状をなし被測定物２の各点すなわち被測定
点を指定するための測定棒、４．５は測定棒３の先端部
および中央部に一体的に設けられた超音波発振器（以下
単に発振器という）、６は測定棒３に設けられ適宜信号
を出力するための押しボタンスイッチ、７は測定棒３に
接続された柔軟性に富んだ信号線、８は信号線７を介し
て測定棒３と接続されたマイクロコンピュータ（以下単
にマイコンという）である。１１〜１６は測定テーブル
１の上方に位置決め配設された複数の超音波受信器（以
下単に受信器という）であり、受信器１１〜】３は発振
器４からの超音波信号を検出し、受信器１４〜１６は発
振器５からの超音波信号を検出するようになっている。
示す一部側面ブロック図である。図において、１は測定
テーブル、２は測定テーブル１上に載置された被測定物
、３はペン形状をなし被測定物２の各点すなわち被測定
点を指定するための測定棒、４．５は測定棒３の先端部
および中央部に一体的に設けられた超音波発振器（以下
単に発振器という）、６は測定棒３に設けられ適宜信号
を出力するための押しボタンスイッチ、７は測定棒３に
接続された柔軟性に富んだ信号線、８は信号線７を介し
て測定棒３と接続されたマイクロコンピュータ（以下単
にマイコンという）である。１１〜１６は測定テーブル
１の上方に位置決め配設された複数の超音波受信器（以
下単に受信器という）であり、受信器１１〜】３は発振
器４からの超音波信号を検出し、受信器１４〜１６は発
振器５からの超音波信号を検出するようになっている。
２１〜２６は各受信器１１〜１６により受信された信号
１１ａ〜１６ａをそれぞれ増幅するための信号増幅回路
、３１〜３６は各信号増幅回路２１〜２６にそれぞれ対
応して設けられ、増幅受信器２１ａ〜２６ａを入力する
位相差測定回路、４０は発振器４を駆動するための超音
波発振回路（以下単に発振回路という）、５０は発振器
５を駆動するための超音波発振回路（以下単に発振回路
という）であり、各発振回路４０ ．５０と発振器４゜
５とを接続する信号線７ａ 、？ｂは前述の信号線７と
一体に形成されている。又、発振回路４０の出力信号４
０ａは位相差測定回路３１〜３３の他の入力端子にも接
続されており、それぞれに、各増幅受信信号２１ａ〜２
３ａと比較されるようになっている。一方、発振回路５
０の出力信号５０ａは位相差測定回路３４〜３６の他の
入力端子に接続され、それぞれに各増幅受信信号２４ａ
〜２６ａと比較されるようになっている０位相差測定回
路３１〜３６の各位相差出力 ３１ａ〜３６ａはマイコ
ン８に入力されている。これら信号増幅回路２１〜２６
、位相差測定回路３１〜３６および発振回路４０．５０
はマイコン８と共に演算装置１０を構成している。
１１ａ〜１６ａをそれぞれ増幅するための信号増幅回路
、３１〜３６は各信号増幅回路２１〜２６にそれぞれ対
応して設けられ、増幅受信器２１ａ〜２６ａを入力する
位相差測定回路、４０は発振器４を駆動するための超音
波発振回路（以下単に発振回路という）、５０は発振器
５を駆動するための超音波発振回路（以下単に発振回路
という）であり、各発振回路４０ ．５０と発振器４゜
５とを接続する信号線７ａ 、？ｂは前述の信号線７と
一体に形成されている。又、発振回路４０の出力信号４
０ａは位相差測定回路３１〜３３の他の入力端子にも接
続されており、それぞれに、各増幅受信信号２１ａ〜２
３ａと比較されるようになっている。一方、発振回路５
０の出力信号５０ａは位相差測定回路３４〜３６の他の
入力端子に接続され、それぞれに各増幅受信信号２４ａ
〜２６ａと比較されるようになっている０位相差測定回
路３１〜３６の各位相差出力 ３１ａ〜３６ａはマイコ
ン８に入力されている。これら信号増幅回路２１〜２６
、位相差測定回路３１〜３６および発振回路４０．５０
はマイコン８と共に演算装置１０を構成している。
次に第２図（ａ）、（ｂ）の波形図も参照して具体的動
作について説明する。
作について説明する。
この実施例では、発振器４と受信器１１〜１３との距離
、および発振器５と受信器１４〜１６との距離を精度良
く測定するために、これらの発振器の信号波形と受信器
の信号波形との位相関係を常時監視することにより、発
振器４゜５と受信器１１〜１６との距離の変化量を求め
て両者の距離を算出する方法をとっている。まず測定者
は測定棒３を手に持ち、測定テーブル１上の被測定物２
の被測定点例えば点Ｐを測定棒３の先端で指定する。こ
の状態で、発振器４゜５は発振回路４０．５０によりそ
れぞれ駆動されているが、ここに、発振回路４０の発振
周波数は例えば４０Ｋｆｌｚであり、発振回路５０の発
振周波数は２６ Ｋ）ｌｚであるようにされている。
、および発振器５と受信器１４〜１６との距離を精度良
く測定するために、これらの発振器の信号波形と受信器
の信号波形との位相関係を常時監視することにより、発
振器４゜５と受信器１１〜１６との距離の変化量を求め
て両者の距離を算出する方法をとっている。まず測定者
は測定棒３を手に持ち、測定テーブル１上の被測定物２
の被測定点例えば点Ｐを測定棒３の先端で指定する。こ
の状態で、発振器４゜５は発振回路４０．５０によりそ
れぞれ駆動されているが、ここに、発振回路４０の発振
周波数は例えば４０Ｋｆｌｚであり、発振回路５０の発
振周波数は２６ Ｋ）ｌｚであるようにされている。
従って、各発振器４．５はそれぞれ４０ＫＨｚ。
２６ＫＨｚの超音波を放出していることになる。
各受信器１１〜１３および１４〜１６はそれぞれ４ＱＫ
）Ｉｚおよび２６にＨｚの周波数を弁別し、各発振器４
又は５のみからの信号を受信信号１．１ａ〜１６ａとし
、信号増幅回路２１〜２６で増幅する。いま、点Ｐを基
準点とすれば、この点Ｐを原点として他の被測定点が測
定されていくが、測定テーブル上に所望の原点を設定す
ることは適宜なし得ることである。
）Ｉｚおよび２６にＨｚの周波数を弁別し、各発振器４
又は５のみからの信号を受信信号１．１ａ〜１６ａとし
、信号増幅回路２１〜２６で増幅する。いま、点Ｐを基
準点とすれば、この点Ｐを原点として他の被測定点が測
定されていくが、測定テーブル上に所望の原点を設定す
ることは適宜なし得ることである。
６を操作すると、その時点の各位相差信号３１ａ〜３６
ａがマイコン８に印加され、ここで所定の演算がなされ
て、前記点Ｐの三次元位置をマイコン８内のメモリ（図
示されない）に記憶する。
ａがマイコン８に印加され、ここで所定の演算がなされ
て、前記点Ｐの三次元位置をマイコン８内のメモリ（図
示されない）に記憶する。
勿論、測定棒３に対する各発振器４．５の位置に関する
情報は予めマイコン８に入力されているので、測定棒３
を持つ手が点Ｐを中心に回転移動しても、この点Ｐの算
出位置は変動しない。
情報は予めマイコン８に入力されているので、測定棒３
を持つ手が点Ｐを中心に回転移動しても、この点Ｐの算
出位置は変動しない。
次に、測定棒３が他の被測定点に移動したとする。例え
ば、４０Ｋｔｈ、の超音波を放出する発振器４と受信器
１１との距離が、４０ＫＨｚの音波の波長の１，５倍す
なわち１２．７５ ｍｍ 遠ざかったとすると、発振
器４の出力信号すなわち発振回路４０の出力信号４０ａ
と受信器１１の受信信号１１ａどの位相関係は第２図（
、）から第２図（ｂ）のように変化する。第２図（ａ）
のように、測定棒３の移動前は出力信号４０ａのピーク
Ｗ ＋ 〜Ｗ ３と受信信号１１ｎのビークＩｌｌ ｌ
〜１１ ）とが位相差ゼロの状態で一致していたとす
ると、測定棒３が前記されたように１．５倍波長相当遠
ざかった後は、第２図（ｂ）のように、受信信号１１ａ
は出力信号４０ａと比較して１．５倍波長分の位相遅れ
が生じることが分かる。演算装置１０は常に受信信号１
１ａ〜１６ａと出力信号４０ａ、５０ａとを比較してそ
れらの間の位相差を監視しているので、受信信号１１ａ
〜１６ａの刻々の変化が認識できる。従って、第２図（
ｂ）の状態が、第２図（ａ）の状態から半波長の遅れを
生じているものではなく、１．５倍波長分の位相遅れを
生じているものであることを認識している。
ば、４０Ｋｔｈ、の超音波を放出する発振器４と受信器
１１との距離が、４０ＫＨｚの音波の波長の１，５倍す
なわち１２．７５ ｍｍ 遠ざかったとすると、発振
器４の出力信号すなわち発振回路４０の出力信号４０ａ
と受信器１１の受信信号１１ａどの位相関係は第２図（
、）から第２図（ｂ）のように変化する。第２図（ａ）
のように、測定棒３の移動前は出力信号４０ａのピーク
Ｗ ＋ 〜Ｗ ３と受信信号１１ｎのビークＩｌｌ ｌ
〜１１ ）とが位相差ゼロの状態で一致していたとす
ると、測定棒３が前記されたように１．５倍波長相当遠
ざかった後は、第２図（ｂ）のように、受信信号１１ａ
は出力信号４０ａと比較して１．５倍波長分の位相遅れ
が生じることが分かる。演算装置１０は常に受信信号１
１ａ〜１６ａと出力信号４０ａ、５０ａとを比較してそ
れらの間の位相差を監視しているので、受信信号１１ａ
〜１６ａの刻々の変化が認識できる。従って、第２図（
ｂ）の状態が、第２図（ａ）の状態から半波長の遅れを
生じているものではなく、１．５倍波長分の位相遅れを
生じているものであることを認識している。
このように各受信器１１〜１６からの受信信号１１ａ〜
１６ａに基づく位相差信号３１ａ〜３６ａにより、演算
装置１０内のマイコン８は、発振器４．５ と受信器１
１〜１６ との距離変化から距離を算出し、移動後の被
測定点の三次元位置を算出決定する。そして前述と同様
に、押しボタンスイッチの操作により次の被測定点の位
置がマイコン８内のメモリに記憶される。
１６ａに基づく位相差信号３１ａ〜３６ａにより、演算
装置１０内のマイコン８は、発振器４．５ と受信器１
１〜１６ との距離変化から距離を算出し、移動後の被
測定点の三次元位置を算出決定する。そして前述と同様
に、押しボタンスイッチの操作により次の被測定点の位
置がマイコン８内のメモリに記憶される。
こうして次々と記憶された被測定物２の被訳定点は、図
示しない他の押しボタン又はマイコン８に接続された入
力装置等により適宜変更あるいは表示することができる
。
示しない他の押しボタン又はマイコン８に接続された入
力装置等により適宜変更あるいは表示することができる
。
尚、以上の実施例においては、測定棒３の２カ所に発振
器４．５を取り付け、各発振器４．５に対応する受信器
１１〜１３および１４〜４６としてそれぞれ３個ずつ配
設して位相検出を行なったが、測定棒３の先端に唯一の
発振器を設け、受信器を３個のみで構成すれば全体構成
および演算内容が簡略化することは言うまでもない。
器４．５を取り付け、各発振器４．５に対応する受信器
１１〜１３および１４〜４６としてそれぞれ３個ずつ配
設して位相検出を行なったが、測定棒３の先端に唯一の
発振器を設け、受信器を３個のみで構成すれば全体構成
および演算内容が簡略化することは言うまでもない。
又、精度をそれ程必要としない場合は、位相差測定回路
３１〜３６を用いずに、通常の超音波による距離計測に
採用されているように、発振器４．５から一定時間間隔
で放出される超音波パルスが受信器１１〜１６に到達す
るのに要する時間から両者の距離を算出する方法をとっ
ても良い。
３１〜３６を用いずに、通常の超音波による距離計測に
採用されているように、発振器４．５から一定時間間隔
で放出される超音波パルスが受信器１１〜１６に到達す
るのに要する時間から両者の距離を算出する方法をとっ
ても良い。
［発明の効果］
この発明は以上説明したとおり、測定棒に超音波発振器
を設け、この出力信号を受信する超音波受信器を配設し
、この受信信号に基づいて被測定点を算出する構成とし
たので、測定精度を損なうことなく極めて軽量かつ小型
の三次元位置測定装置を提供できる効果がある。
を設け、この出力信号を受信する超音波受信器を配設し
、この受信信号に基づいて被測定点を算出する構成とし
たので、測定精度を損なうことなく極めて軽量かつ小型
の三次元位置測定装置を提供できる効果がある。
第１図はこの発明による三次元位置測定装置の実施例を
示す一部側面ブロック図、第２図（ａ）、（ｂ）は出力
信号４０ａおよび受信信号１１ａの測定棒移動前と移動
後との波形図である。 １は測定テーブル、２は被測定物、３は測定棒、４．５
は超音波発振器、８はマイクロコンピュータ、１０は演
算装置、１１〜１６は超音波受信器、ｌｌａ〜１６ａは
受信信号、３１〜３６は位相差測定回路、３１ａ〜３６
ａは位相差信号、４０．．５０は超音波発振回路、４０
ａ、５０ａは出力信号である。 晃２図 （ｂ）
示す一部側面ブロック図、第２図（ａ）、（ｂ）は出力
信号４０ａおよび受信信号１１ａの測定棒移動前と移動
後との波形図である。 １は測定テーブル、２は被測定物、３は測定棒、４．５
は超音波発振器、８はマイクロコンピュータ、１０は演
算装置、１１〜１６は超音波受信器、ｌｌａ〜１６ａは
受信信号、３１〜３６は位相差測定回路、３１ａ〜３６
ａは位相差信号、４０．．５０は超音波発振回路、４０
ａ、５０ａは出力信号である。 晃２図 （ｂ）
Claims (5)
- （１）測定テーブル上に載置された被測定物の各部を指
定するための測定棒と、この測定棒に一体に設けられた
超音波発振器と、前記測定テーブル上方に配設された複
数の超音波受信器と、この超音波受信器が前記超音波発
振器から受信する受信信号に基づいて前記被測定物の各
部の三次元位置を算出する演算装置とからなる三次元位
置測定装置。 - （２）演算装置が前記超音波発振器に対応する超音波発
振回路と位相差測定回路とを含み、この位相差測定回路
が、前記超音波発振回路の出力信号と超音波受信器の受
信信号とを入力して位相差信号を出力し、この位相差信
号に基づいて被測定点の各部の三次元位置を算出するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の三次元位置
測定装置。 - （３）超音波発振器が測定棒の２カ所に設けられたこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の三
次元位置測定装置。 - （４）超音波受信器が、各超音波発振器に対し３個ずつ
配設したことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の
三次元位置測定装置。 - （５）各超音波発振器の発振周波数が互いに異なること
を特徴とする特許請求の範囲第３項又は第４項記載の三
次元位置測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60084385A JPS61243308A (ja) | 1985-04-22 | 1985-04-22 | 三次元位置測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60084385A JPS61243308A (ja) | 1985-04-22 | 1985-04-22 | 三次元位置測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61243308A true JPS61243308A (ja) | 1986-10-29 |
Family
ID=13829092
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60084385A Pending JPS61243308A (ja) | 1985-04-22 | 1985-04-22 | 三次元位置測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61243308A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS623318A (ja) * | 1985-06-28 | 1987-01-09 | Canon Inc | 座標検出装置 |
| JPH01172140U (ja) * | 1988-05-20 | 1989-12-06 |
-
1985
- 1985-04-22 JP JP60084385A patent/JPS61243308A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS623318A (ja) * | 1985-06-28 | 1987-01-09 | Canon Inc | 座標検出装置 |
| JPH01172140U (ja) * | 1988-05-20 | 1989-12-06 |
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