JPS63300903A - 干渉判別における高速化の方式 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、三次元計測装置におけるオフラインティーチ
ングにより作成された計測ヘッドの移動経路の適・不適
検証に係り、特に、面対面の干渉チェックをする際に、
干渉判別すべき面の組合せ数を限定するのに好適な干渉
判別における高速化方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、三次元計測装置における、計測ヘッドの移動径路
の教示には、ティーチングプレーバック方式が用いられ
ていた。しかし、多数の点列や形状計測では、多くの教
示点を入力せねばならず、一点一点の教示に多くの時間
をさいていた。この問題点を解決するため、ＣＡＤデー
タをもとにしたオフラインティーチングにより数値を入
力する教示方式を採用することが有効である。しかし、
このオフラインティーチングによって作成される計測ヘ
ッド移動データには、しばしば計測ヘッドが通過できな
い径路や、ワークと衝突してしまう位置を入力するよう
な誤まりが生じる。よって、従来このデータで計測を実
行する場合には、ワークを設置せずに動作させ、計測ヘ
ッドの移動径路を目視で検証するか、移動速度を遅くし
て、衝突しそうな所で緊急停止の装作をする用意をしな
がら移動径路を確認する作業を必要とした。なお、この
種の問題をシミュレーションによって干渉のチェックを
事前に行うことを目的とした干渉チェック法に関しては
、例えば、特開昭６１−１２７００７号、特開昭５８−
２２６９０号公報が挙げられ、また、この種の他の方法
としては、コミュニケーションズオブザアソシエーショ
ンフオーコンピューティングマシナリー、２２−１（１
９７９）第３ページから第９ページ（Ｃｏｍｍｕｎｉｃ
ａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅＡＣＭ　Ｊａｎｕａｒｙｌ
　９７９　ｖｏｌ、２２　Ｎａ　１）において論じられ
ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

さて、これら従来技術は、干渉判定の対象物を四角柱や
円柱で近似し、それらの中心間の距離を用いて干渉の判
定を行う方式をとっているが、本発明の計測装置では、
ワークにセンサを接近させて測定をする必要があるが、
従来技術ではこの微少な間隔を判定するような場合の精
度に関して配慮がされておらず、接近作業における誤判
定率の高さに問題があった。また、他の従来技術では、
干渉判定の対象物の面や辺を数式表現して、これらの交
点や交線を計算して干渉を調べているが、干渉判定の対
象物の形状が複雑になったり、計測点が多い場合におけ
る干渉判定時間の長時間化の問題があった。

本発明の目的は、ごく接近した物体同土間でも正確に、
かつ、高速に干渉の判定ができるような干渉判別方法を
提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、計測ヘッドとワークを直方体の集合で記述
し、次いで、いずれ一方、または双方に対して直方体の
独立な三辺を軸とする直交座標系をとり、これら各軸を
法線としてもつ二次元平面に対して相方の立体の構成面
を投影し、その後、各投影図形間の重なりを判別して立
体間の干渉の有無を決定することと、双方の位置の構成
面同士の干渉から立体間の干渉を判別する際に最小限の
面の組合せとして、向い合った面の間だけで面対面干渉
チェックをすることと、もし、干渉判別の対象となる直
方体同士が、互いに平行な位置にあった場合には、片側
の直方体を三軸のまわりに少し回転させて、向い合う面
の組合せ数を減少させ、こうして得られる向い合う面の
組合せに対し１面対面の干渉チェックをして立体間の干
渉を判別することにより達成される。

〔作用〕

この場合、センサとワークを直方体の集合で近似して、
各座標系に対して三軸方向に両方の構成面を一つずつ投
影することで、少くとも一軸方向の投影図形同士が重な
らなければ、それらの構成面同士は非干渉であることが
判明する。

また、面対面のチェックを、センサ側直方体とワーク側
直方体の全面の組合せでやらずに、互い互いに向き合っ
た面同士のみで実行して立体同士の干渉を判定するため
１面対面の組合せのチェック回数が一立体間で３６回か
ら１８回に減少し。

計算時間を少くすることができる。また、互いに平行な
位置にある直方体同士の場合、向い合う面（直角な面同
士も含む）はセンサ面−面に対して五面あるため、−立
体間で三十回の面対面チェックが必要であるが、片側の
立体を三軸まわりに微少回転させた時に向い合う面との
間で、もとの平行位置のままチェックすることで１８回
のチェックですみ、計算時間を短縮することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を用いて詳細に説明する
。

第６図は、本発明の干渉チェック方式を、三次元ワーク
形状測定機に適用した場合の一実施例を示すシステム構
成図である。

測定点を教示“するためにワーク形状とセンサの移動位
置、角度を入力するデータ入力装置２２を持つ。干渉判
別システムでは、センサとワークの形状およびセンサの
移動位置、角度をこのデータ入力装置２１を使って入力
する。このデータによリセンサの移動をシミュレートし
干渉の判別をする干渉判別表＠２２と、この判別結果を
表示しオペレータに知らせる干渉判別結果表示装置２３
と、干渉が生じる場合に、それを回避するためにデータ
を修正するデータ修正装置２４から干渉判別システムが
構成される。

第１図（ｄ）は、本発明の干渉チェック方式を三次元ワ
ーク形状測定機に適用した場合における。

−測定位置でのセンサ近似直方体４０とワーク近似直方
体５０の位置関係を示した斜視図である。

第１図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれＸ−ｚ、ｙ
−ｚ、ｘ−ｚ面へ第１図（ｄ）の位置のワーク近似直方
体とセンサ近似直方体を投影した図である。

本発明における干渉チェック方式は、■ワーク及びセン
サを直方体の集合で近似し、■ワーク近似直方体の構成
面とセンサ近似直方体の構成面を一面づつ取り出し、各
面をＸ　　）’ｌ　ｙ−Ｚｙ　Ｘ−２、平面に投影し、
■三つの投影面上で二つの直方体構成面の投影図形がす
べて重なれば、面同士の干渉の可能ありと判定し、■面
同士の干渉がある場合に直方体同士の干渉があると判定
するものである。

本発明は、この干渉チェック方式による面対面の干渉チ
ェック回数を減少させる方法であり、その実施例の手法
を以下詳細に説明する。

まず、第１図（ｄ）に示すように、センサおよびワーク
を直方体の集合で近似して、センサ近似直方体とワーク
近似直方体を一つづつ取り出す。

その後、センサ近似直方体をセンサ駆動位置まで移動す
る。この時、ワークおよびセンサの近位置、方体の各頂
点座標は、ワーク近似直方体の基準点（第１図（ｄ）で
は頂点５１を基準点とする）を原点とする座標系０−ｘ
ｙｚに対して記述してデータとして保存する。

一方、センサ胎よびワーク近似直方体の各構成面は、各
直方体の頂点番号の列として記述する。

たとえば、第１図（ｄ）のように、センサ近似直方体の
頂点に４１〜４８、ワーク近似直方体の頂点に５１〜５
８の番号を付けた場合、ワーク近似直方体の構成面とセ
ンサ近似直方体の構成面は第１表および第２表に示すよ
うに、頂点番号の列で記述できる。

第　　　１　　　表 第　　　２　　　表 たとえば、ワーク近似直方体の第１番面は、第１表の第
１行のように５１５２５３５４５１という頂点番号の列
で表す。この頂点番号の順番は、近似直方体の面を外か
ら見て左回りの順番に頂点番号を並べたものである。こ
のように定義することで、後に面の法線ベクＩ・ルを計
算する際に任意の連続する二辺の外積をとることで算出
することができる。

本発明の干渉チェック方式では、ワーク面とセンサ面の
面対面の干渉チェックを行う。この際、ワーク面、セン
サ面からそれぞれ一面ずつ取出し、ワーク側の基準座標
系０−ｘｙｚに基づいて、各面を第１図に示すようにｘ
−ｚ面（ｃ）、ｘ−ｙ面（ａ）、ｙ−ｚ面（ｂ）に投影
する。この三つの面への投影のうち一つでも投影図形が
重なっていなければ、面同士の干渉が無いと判定できる
。

この方法では、ワークの六面をセンサの六面に対して、
それぞれ三回ずつ投影して図形の重なりを調べるので、
最大右面×六面×三投影の計１０８回の投影面でのチェ
ックの必要があった。しかし、直方体同士が干渉してい
るかどうかを判別するためのには、必ずしも面対面のす
べての組合せに対してチェックする必要はない。面対面
の干渉チェックで、−組でも干渉する組合せを見つけた
場合には、後の残りの組合せは省略できる。そこで、よ
り干渉の可能性の高い面から干渉チェックを始める手段
を用いる。

二つの直方体が接近して、接触し、干渉が生じる場合、
始めに接する面同士は、互いに向い合った面である。そ
こで、面対面の干渉チェックの対象面を互いに向い合っ
た面同士に限定する。この限定をする場合、以下の三つ
を条件とする。

■二つの直方体は初期位置では干渉していないとする。

■初期位置から順次ある距離間隔ごとに移動径路上を移
動した点で干渉チェックをする。■前項で記したある距
離間隔は、二つの直方体を構成する六種の長方形の対角
線のうち最も短い対角線の長さの半分以下の長さとする
。

で向い合っている面を以下で定義する。まず、セ→ ンサ面の面法線ベクトルをＮ５（ｘｓ、　ｙｓ、　ｚｓ
）、→ ワーク面の面法線ベクトルをＮ　ｗ　（ｘｗ、　ｙｗ、
　　ｚｗ）とした時、この二つのベクトルの内積Ａは、
＝＝　Ｉ　Ｎｓｌ　　ｌ　Ｎｗｌ　　ｃ　ｏ　ｓ　０−
（２）で表わされる。この内積Ａが以下の関係を満す時
、二つの面は向い合っているとする。

Ａｓ２　　　　　　　　　　　　　　　・・・（３）つ
まり、式（２）において、 ９０″≦θ≦２７０＠　　　　　　　　・・・（４）の
関係にある場合に二つの面は向い合っているとし、 −９０”　＜０＜９０’　　　　　　　　・（５）の場
合に、二つの面は背中合せであるとする。

−例として、第１図（ｄ）に示すような位置にセンサ近
似直方体とワーク直方体が位置し、各直方体の面番号を
第１表、第２表に示すように定義している場合に、チェ
ック対象となる面の組合せを第３表にまとめる。

第　　　３　　　表 第３表で、Ｏ印のある面の組合せが向い合っている場合
であり、チェックを必要とする。−印のある面の組合せ
は１面が背中合せになっている面の組合せであり、この
チェックは省略できる。

このようにして、向い合っている面同士だけをチェック
することで直方体同士の干渉の有無が判定できるため、
この方法だと、直方体同士が干渉していない場合に、面
対面の干渉チェックの回数を３６回から１８回の半分に
することができ、計算時間を短縮することができる効果
がある。

次に１面対面の干渉チェックが必要な面の組合せが分っ
た後の、干渉チェック手法について、以下、例をあげて
説明する。

第１図（ｄ）で、センサ面の四番面（４２４６４７４３
４２）とワーク面の五番面（５３５７５８５４５３）は
、干渉チェック対象面となっている。

センサ面のｘ−ｙ面投影図形は第１図（ａ）の口４２４
６４７４３、ワーク面の投影図形は口５３５７５８５４
であり、この投影面で二つの図形は重なっているが、次
の投影面ｘ−ｚ面上で口４２４６４７４３と−５４５３
は重なっていないため、−投影面上ででも重なりが無い
時は面同士は非干渉であるという判定により、次の面対
面の組合せのチェックに進む。

直方体同士に干渉がある場合、面対面の干渉のある面を
一つ見つけることで判定するため５面対面の干渉チェッ
クの順番により判定時間が左右されるが、一般的に、向
い合った面同士が干渉している場合が多いため、向い合
った面だけで干渉チェックをした場合の方が速く干渉チ
ェックができる効果がシミュレーションで確認された。

次に他の実施例として、第２図（ｄ）に示すような位置
にセンサ近似直方体とワーク近似直方体が位置している
場合（二つの直方体の位置関係が平行移動成分のみしか
持たない場合）における、干渉チェック面削減方法につ
いて説明する。第２図（ｄ）に示す位置関係における干
渉チェック対象面の組合せ表を第４表に示す。

第　　４　　表 内積がＯとなるΔ印の面の組合せを含め、向い合った面
の組合せの数は、０６ケ、Δ２４ケの計３０ケとなる。

実際に干渉している面はＸ印で示してあり、この面はチ
ェック対象面なので直方体の干渉判別は正確にできるが
、干渉していない場合に三十回のチェックが必要で時間
がかかる。そこで、第３図（ｄ）に示すように、片側（
この場合はセンサ側）の直方体を、直方体の中心を原点
とした座標系のｘ、ｙ、ｚ軸まわりにそれぞれ微少角Δ
θ、Δψ、Δφだけ回転させる。そのうえで、センサ面
の面法線ベクトルとワーク面の面法線ベクトルとの内積
を計算して干渉チェック対象面を選定すると第５表に示
すような組合せとなり、第４表であった３０組の対象面
を１８組に減少できる。

第　　　５　　　表 そこで、この１８組に対して、元の第２図（ｄ）に示す
頂点座標で各面を投影して重なりを調べることで直方体
同士の干渉チェックを行う。

このように、互いに平行な位置にある直方体同士の干渉
チェックの場合には、片側の直方体を微少角回転させた
時に向い合う面同士を元の平行な位置で投影して面間の
干渉チェックをすることで干渉なしの場合には１８／３
０に計算時間を短縮でき、かつ干渉がある場合にも、高
速に干渉有の判定をすることができる効果がある。

また、他の実施例として第４図には、円柱を直方体で近
似した場合のｘｙ面投影図とｙ−ｚ面投影図を示してい
る。第４図（ｂ）の場合、円柱を近似した直方体の各辺
は、ワーク近似直方体の各辺と平行又は直角の位置にあ
り、二つの直方体は、平行移動の成分のみを持つ位置関
係にある。こ゛の場合チェック対象面は、第４表に示す
場合と同様に３０ケとなってしまい、ｘｙｚ軸まわりの
微少回転変換をしてチェック対象面を減少させる必要が
ある。

しかし、あらかじめワーク近似直方体の座標系の軸と平
行でない辺を持つ直方体で近似すれば（例えば第５図の
様に）チェックの対象面は２４ケに減少させることがで
きる。

このように、円柱等の物体を直方体で近似する場合には
、もう一方の干渉チェック対象の直方体の各辺とは非平
行な辺を持つ直方体であらかじめ近似しておくことで、
干渉チェック対象面の数を減少させ、座標変換の計算時
間や干渉チェックの計算時間を短縮できる効果がある。

第　　　６　　　表 〔発明の効果〕 本発明によれば、直方体同士の干渉を判別するのに必要
な面同士の干渉判別の回数を、干渉が無い場合には、最
大１／２に減少させるとともに、干渉がある場合にも、
干渉の可能性の高い面から干渉判別することができ、干
渉がある場合にも、無い場合にも、高速に正確に判定結
果を導出できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例における近似直方体の位置
を示す斜視図、第２図は、他の実施例における近似直方
体の位置を示す斜視図、第３図は、微少回転後の近似直
方体の位置を示す斜視図、第４図、第５図は、他の実施
例における近似直方体の位置を示す投影図、第６図はシ
ステム構成図である。 ４ｏ・・・センサ近似直方体、５０・・・ワーク近似直
方体、４１〜４８・・・センサ頂点番号、５１〜５８・
・・ワーク頂点番号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、空間内に存在する二つの直方体同士の干渉の有無を
   、互いの前記直方体を構成する面同士の干渉の有無によ
   り判別する干渉チェック方式において、 面対面の組合せのうち、二つの面の面法線ベクトルの内
   積の値により前記面対面の干渉チェックの組合せを減少
   させることを特徴とする干渉判別における高速化の方式
   。 ２、特許請求の範囲第１項において、 面対面の組合せのうち、二つの面の外向き面法線ベクト
   ルの内積の値が０以下となる面同士のみの組合せに対し
   て面対面の干渉チェックを行い、その結果から、直方体
   同士の干渉の有無を判別することを特徴とする干渉判別
   における高速化の方式。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項において、面同
   士の干渉チェックを実行中、最初に干渉ありと判別され
   た面のチェックをもつて直方体同士の干渉ありと判別す
   ることを特徴とする干渉判別における高速化の方式。 ４、特許請求の範囲第１項または第２項において、減少
   された面対面の干渉チェックの組合せすべてに干渉なし
   と判別されたことをもつて、直方体同士の干渉なしと判
   別することを特徴とする干渉判別における高速化の方式
   。 ５、特許請求の範囲第３項または第４項における高速化
   方式を両方用いることを特徴とする干渉判別における高
   速化の方式。 ６、特許請求の範囲第１項において、 二つの直方体を構成する辺同士が平行又は直角な位置に
   ある場合に、どちらか片方の直方体を、その平行又は直
   角の関係にある辺を非直角、非平行な関係になるように
   微少回転した後に、２つの面の面法線ベクトルの内積に
   より、その面対面の干渉チェックの組合せの数を減少さ
   せることを特徴とする干渉判別における高速化の方式。 ７、特許請求の範囲第６項において、 二つの面の外向き法線ベクトルの内積が０以下となる面
   同士のみの組合せに対して面対面の干渉チェックを行い
   、その結果から直方体同士の干渉の有無を判別すること
   を特徴とする干渉判別における高速化の方式。 ８、特許請求の範囲第６項または第７項において、微少
   回転した直方体の面法線により干渉判別すべき面対面を
   限定した後、元の微少回転前の直方体の対応する面と、
   もう一方の直方体の対応する面との間で面対面の干渉チ
   ェックをすることを特徴とする干渉判別における高速化
   の方式。 ９、空間内に存在する二つの物体の干渉の有無を、二つ
   の物体をそれぞれ直方体で近似したのち互いの直方体を
   構成する面同士の干渉の有無により判別する干渉チェッ
   ク方式において、 二つの近似直方体同士の辺が直角又は平行になることを
   少なくするように近似直方体を構成して、後の面対面の
   干渉判別対象面を減少させることを特徴とする干渉判別
   における高速化の方式。