JPH0464561B2 - - Google Patents

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JPH0464561B2
JPH0464561B2 JP61283236A JP28323686A JPH0464561B2 JP H0464561 B2 JPH0464561 B2 JP H0464561B2 JP 61283236 A JP61283236 A JP 61283236A JP 28323686 A JP28323686 A JP 28323686A JP H0464561 B2 JPH0464561 B2 JP H0464561B2
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JP
Japan
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probe
axis
measured
force sensor
contact
Prior art date
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JP61283236A
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Japanese (ja)
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JPS63135813A (en
Inventor
Shuji Oohira
Hiroshi Watanabe
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Publication of JPH0464561B2 publication Critical patent/JPH0464561B2/ja
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 A 産業上の利用分野 本発明は、三次元形状測定機のプローブや超音
波探傷スキヤナ装置の超音波プローブ等の姿勢を
制御する装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A. Field of Industrial Application The present invention relates to a device for controlling the posture of a probe of a three-dimensional shape measuring machine, an ultrasonic probe of an ultrasonic flaw detection scanner, and the like.

B 従来の技術 三次元形状測定機を示す第9図および第10図
により従来技術を説明する。
B. Prior Art The prior art will be explained with reference to FIGS. 9 and 10 showing a three-dimensional shape measuring machine.

プローブ1はx軸,y軸およびz軸方向に移動
可能に保持され、同一の姿勢のまま手動または自
動にプローブ1の先端を被測定面2に接触させ、
そのときのx,y,zの各位置を読み取る。一般
にプローブ1は第10図に示すように、軸部1a
とその先端の球部1bとを有し、被測定面2に接
触させたとき球部1bの先端Pの位置を測定値と
して測定機本体が読みとる。以上の操作を複数位
置で繰り返し行ない、被測定面2の形状を測定す
る。なお、球部1bの中心Oの位置を読み取るこ
ともある。
The probe 1 is held movably in the x-axis, y-axis, and z-axis directions, and the tip of the probe 1 is brought into contact with the surface to be measured 2 manually or automatically while maintaining the same posture.
Read the x, y, and z positions at that time. Generally, the probe 1 has a shaft portion 1a as shown in FIG.
and a spherical portion 1b at the tip thereof, and when brought into contact with the surface to be measured 2, the measuring instrument body reads the position of the tip P of the spherical portion 1b as a measurement value. The above operation is repeated at a plurality of positions to measure the shape of the surface to be measured 2. Note that the position of the center O of the spherical portion 1b may be read.

C 発明が解決しようとする問題点 しかし、被測定面2が第10図に示すように水
平面HPに対してα度傾斜している場合、プロー
ブ1の球部1bは接触点Qにて被測定面2と接触
する。このため、接触点Qの位置と測定位置Pと
の間に、δx,δzだけずれが生じ誤差となる。
C Problems to be Solved by the Invention However, when the surface to be measured 2 is inclined by α degrees with respect to the horizontal plane HP as shown in FIG. Contact with surface 2. Therefore, a deviation occurs between the position of the contact point Q and the measurement position P by δx and δz, resulting in an error.

従来は、その傾斜面の近傍で何点かを測定しそ
れらの点を補間して傾斜角度αを求め、この角度
αに基づいてずれδx,δzを求め測定値を補正し
ている。この場合、補正演算が必要であり、これ
をコンピユータで行なつても実時間計測とはなら
ず、形状測定の自動化に障害となる。なお、以上
は二次元にて説明したが三次元においてもずれ
δyが含まれるだけで本質的に同様な補正が必要
である。
Conventionally, several points are measured in the vicinity of the inclined surface, the points are interpolated to obtain the inclination angle α, and based on this angle α, the deviations δx and δz are calculated to correct the measured values. In this case, a correction calculation is required, and even if this is performed by a computer, real-time measurement will not be possible, which will hinder automation of shape measurement. Note that although the above description has been made in two dimensions, essentially the same correction is required in three dimensions as well, except that the deviation δy is included.

この種のプローブ1はx軸,y軸,z軸に移動
できてもその姿勢は一定である。このため被測定
面2の傾き角度αが90度以上になるとプローブ1
の先端球部1bを被測定面2に接触できない。こ
の場合、人力にて被測定物の姿勢を変える等して
測定を行なう必要があり、自動化に障害となる。
Although this type of probe 1 can move in the x-axis, y-axis, and z-axis, its posture remains constant. Therefore, if the inclination angle α of the surface to be measured 2 becomes 90 degrees or more, the probe 1
The tip ball portion 1b cannot be brought into contact with the surface to be measured 2. In this case, it is necessary to perform measurements by manually changing the posture of the object to be measured, which poses an obstacle to automation.

以上の如き問題点は、三次元形状測定機に限ら
ず、超音波プローブを有する超音波探傷自動スキ
ヤナ装置等、プローブを被測定面に当接させて測
定等を行なう各種の装置にも同様にあてはまる。
The above-mentioned problems are not limited to three-dimensional shape measuring machines, but also apply to various types of equipment that perform measurements by bringing the probe into contact with the surface to be measured, such as an automatic ultrasonic flaw detection scanner equipped with an ultrasonic probe. That applies.

本発明の目的は、プローブの姿勢を制御して上
述の問題点を解決したプローブ姿勢制御装置を提
供することにある。
An object of the present invention is to provide a probe attitude control device that controls the attitude of a probe and solves the above-mentioned problems.

D 問題点を解決するための手段 一実施例を示す第1図に基づいて本発明を説明
すると、この発明に係るプローブ姿勢制御装置
は、多自由度を有する例えばアーム等から成る支
持手段51〜61と、これら支持手段を駆動する
例えばDCモータ等の駆動手段M1〜M5と、支
持手段61に設けられたプローブ1と、このプロ
ーブ1を被測定面に当接させたときにプローブ1
に作用する少なくとも2つの座標軸方向の力およ
び他の1つの座標軸回りのモーメントを検出する
多軸力センサ3と、この多軸力センサ3の検出結
果に基づきプローブ1の被測定面に対する傾きξ
(第6図)を演算して、プローブ1が被測定面に
垂直に当接するよう駆動手段M1〜M5を駆動す
る駆動手段9とを有する。
D. Means for Solving the Problems The present invention will be described based on FIG. 61, driving means M1 to M5 such as DC motors for driving these supporting means, a probe 1 provided on the supporting means 61, and a probe 1 when the probe 1 is brought into contact with the surface to be measured.
A multi-axis force sensor 3 detects forces in the direction of at least two coordinate axes and moments around one other coordinate axis acting on the surface, and an inclination ξ of the probe 1 with respect to the surface to be measured based on the detection results of the multi-axis force sensor 3.
(FIG. 6) and drives the driving means M1 to M5 so that the probe 1 comes into contact with the surface to be measured perpendicularly.

E 作用 プローブ1が被測定面に当接する多軸力センサ
3でプローブ1に作用する力が検出される。プロ
ーブ1と被測定面との傾きにより検出される力が
異なるから、多軸力センサ3の検出値を駆動制御
手段9に入力してそこでプローブ1と被測定面と
の傾きξ(第6図)を求める。そして、この傾き
ξが零となるよう駆動手段M1〜M5を駆動す
る。
E Effect The force acting on the probe 1 is detected by the multi-axial force sensor 3 where the probe 1 comes into contact with the surface to be measured. Since the force detected differs depending on the inclination of the probe 1 and the surface to be measured, the detected value of the multi-axis force sensor 3 is input to the drive control means 9, and the inclination ξ of the probe 1 and the surface to be measured (Fig. 6) is inputted to the drive control means 9. ). Then, the driving means M1 to M5 are driven so that this slope ξ becomes zero.

F 実施例 第1図〜第7図により本発明の一実施例を説明
する。
F Example One example of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7.

第1図はプローブ姿勢制御装置の概略全体構成
を示し、5自由度を有するロボツト50の先端に
軸力センサ3を介して従来と同様のプローブ1を
設けたものであり、ロボツト50の各関節はJIS
で定められたシンボルにより示している。ロボツ
ト50は、回転機構52(モータM1を含む)に
よりベース51に対して旋回可能である。回転機
構52には回転軸53が接続され、その先端に接
続された回転機構54(モータM2を含む)によ
り第1のアーム55が旋回可能であり、第1のア
ーム55の先端に接続された第2のアーム回転機
構56(モータM3を含む)により第2のアーム
57が旋回可能であり、第2のアーム57の先端
に接続された第3のアーム回転機構58(モータ
M4を含む)により第3のアーム59が旋回可能
である。第3のアーム59の先端には手首回転機
構60(モータM5を含む)を介して手首61が
回転可能に設けられている。手首61の先端には
例えば第2図に示す多軸力センサ3が設けられ、
この6軸力センサ(以下、多軸力センサと呼ぶ)
3にプローブ1が取付けられている。多軸力セン
サ3は、プローブ1を被測定面に当接させたとき
にプローブ1に作用するx軸、y軸、z軸の各軸
力を検出するものである。
FIG. 1 shows a schematic overall configuration of a probe attitude control device, in which a probe 1 similar to the conventional one is provided at the tip of a robot 50 having five degrees of freedom via an axial force sensor 3, and each joint of the robot 50 is is JIS
It is indicated by the symbol specified in . The robot 50 can rotate relative to the base 51 by a rotation mechanism 52 (including a motor M1). A rotation shaft 53 is connected to the rotation mechanism 52, and a first arm 55 can be rotated by a rotation mechanism 54 (including a motor M2) connected to the tip of the rotation shaft 53. The second arm 57 can be rotated by a second arm rotation mechanism 56 (including a motor M3), and by a third arm rotation mechanism 58 (including a motor M4) connected to the tip of the second arm 57. A third arm 59 is pivotable. A wrist 61 is rotatably provided at the tip of the third arm 59 via a wrist rotation mechanism 60 (including a motor M5). For example, a multi-axial force sensor 3 shown in FIG. 2 is provided at the tip of the wrist 61.
This 6-axis force sensor (hereinafter referred to as a multi-axis force sensor)
Probe 1 is attached to 3. The multi-axial force sensor 3 detects the axial forces of the x-axis, y-axis, and z-axis that act on the probe 1 when the probe 1 is brought into contact with the surface to be measured.

すなわち、第2図において、多軸力センサ3
は、第1のリング4と、これと対向する第2のリ
ング5と、両リング4,5を連結する3本のたわ
み梁6と、たわみ梁6の内面に設けられた引つ張
り・圧縮力検出ゲージ7と、たわみ梁6の外面に
設けられた剪断力検出ゲージ8とから構成されて
いる。そして、第1のリング4が手首61に連結
され、第2のリング5がプローブ1と連結され、
プローブ1に作用する力に応じてたわみ梁6がた
わむと各ゲージから歪量に応じた信号が得られ、
各軸力Fx、Fy、Fzおよび各軸回りのモーメント
Mx、My、Mzが知れる。
That is, in FIG. 2, the multiaxial force sensor 3
consists of a first ring 4, a second ring 5 opposing this, three flexible beams 6 connecting both rings 4 and 5, and a tension/compression ring provided on the inner surface of the flexible beam 6. It consists of a force detection gauge 7 and a shear force detection gauge 8 provided on the outer surface of the flexible beam 6. Then, the first ring 4 is connected to the wrist 61, the second ring 5 is connected to the probe 1,
When the flexible beam 6 deflects in response to the force acting on the probe 1, a signal corresponding to the amount of strain is obtained from each gauge,
Each axial force Fx, Fy, Fz and moment around each axis
You can know Mx, My, and Mz.

再び第1図において、各関節の回転機構にはそ
の回転角を検出する回転角センサ例えばロータリ
ーエンコーダR1〜R5が設けられ、検出された
回転角θ1〜θ5が制御装置9に入力される、また、
軸力センサ3で検出された軸力Fx、Fy、Fzも制
御装置9に入力される。制御装置9は、後述の演
算に基づいてプローブ1が被測定面に垂直になる
ように各回転機構のモータM1〜M5に駆動信号
θS1〜θS5を供給する。なお、第1図においては、
第3のアーム回転機構58に関する信号線D1
D2と軸力センサ3の信号線D3のみを制御装置9
と接続して示し、他の接続は省略している。
Referring again to FIG. 1, the rotation mechanism of each joint is provided with rotation angle sensors such as rotary encoders R1 to R5 that detect the rotation angle thereof, and the detected rotation angles θ 1 to θ 5 are input to the control device 9. ,Also,
The axial forces Fx, Fy, and Fz detected by the axial force sensor 3 are also input to the control device 9. The control device 9 supplies drive signals θ S1 to θ S5 to the motors M1 to M5 of each rotating mechanism so that the probe 1 is perpendicular to the surface to be measured based on calculations to be described later. In addition, in Figure 1,
Signal line D 1 related to the third arm rotation mechanism 58,
D 2 and the signal line D 3 of the axial force sensor 3 are connected to the control device 9.
, and other connections are omitted.

制御装置9は、第3図に示すとおり、軸力セン
サ3からの信号入力部として、軸力センサ3から
のアナログ信号を入力してその電圧レベルや零点
を調整するインタフエース9aと、入力アナログ
信号を選択的に出力するマルチプレクサ9bと、
マルチプレクサ9bからのアナログ信号をデジタ
ル信号に変換してCPU9dに入力するA/D変
換器9cとを有する。また、ロータリーエンコー
ダR1〜R5からの信号入力部として、ロータリ
ーエンコーダR1〜R5からのシリアルパルス信
号を計数してパラレル角度信号に変換するカウン
タ回路9eと、このカウンタ回路9eからの信号
が入力されCPU9dに出力する入力用インタフ
エース9fとを有する。更に、信号制御部とし
て、処理手段を予め格納したROM9gと、各種
の数値、データ等が一時的に記憶されるRAM9
hと、処理手順に従い各機器を制御するととも
に、入力された信号に基づいて各種演算を行ない
その時の関節角度と比較して関節速度指令信号を
出力するCPU9dとを有する。更にまた、出力
部として、CPU9dから出力されるデジタル関
節速度指令信号をアナログ信号に変換するD/A
変換器9iと、関節速度指令信号とロータリーエ
ンコーダR1〜R5からの回転角信号から算出し
た関節速度とが一致するようにモータM1〜M5
を制御するサーボドライバ9jとを有する。
As shown in FIG. 3, the control device 9 includes, as a signal input section from the axial force sensor 3, an interface 9a that inputs an analog signal from the axial force sensor 3 and adjusts its voltage level and zero point, and an input analog input section. a multiplexer 9b that selectively outputs signals;
It has an A/D converter 9c that converts the analog signal from the multiplexer 9b into a digital signal and inputs the digital signal to the CPU 9d. Further, as a signal input section from the rotary encoders R1 to R5, there is a counter circuit 9e that counts serial pulse signals from the rotary encoders R1 to R5 and converts them into parallel angle signals, and a CPU 9d to which signals from the counter circuit 9e are input. It has an input interface 9f for outputting to. Further, as a signal control unit, a ROM 9g in which processing means is stored in advance, and a RAM 9 in which various numerical values, data, etc. are temporarily stored.
h, and a CPU 9d that controls each device according to a processing procedure, performs various calculations based on input signals, compares the joint angles at that time, and outputs a joint speed command signal. Furthermore, as an output unit, a D/A converts the digital joint speed command signal output from the CPU 9d into an analog signal.
The converter 9i controls the motors M1 to M5 so that the joint speed command signal and the joint speed calculated from the rotation angle signals from the rotary encoders R1 to R5 match.
and a servo driver 9j for controlling the servo driver 9j.

なお、以上の実施例の構成において、ベース5
1、アーム53,55,57,59および手首6
1が支持手段を、モータM1〜M5が駆動手段
を、軸力センサ3が力センサをそれぞれ構成す
る。
In addition, in the configuration of the above embodiment, the base 5
1. Arms 53, 55, 57, 59 and wrist 6
1 constitutes a support means, motors M1 to M5 constitute a drive means, and axial force sensor 3 constitutes a force sensor.

次に第4図を参照してプローブの姿勢制御につ
いて説明する。
Next, attitude control of the probe will be explained with reference to FIG.

ステツプS1において、ロータリーエンコーダ
R1〜R5からのパルス信号を計数するカウンタ
回路9eの出力により各関節の角度θ1〜θ5を検出
する。ステツプS2では、これらの角度θ1〜θ5、お
よび第1図に示したロボツト50の各部の長さl1
〜l5に基づいてプローブ1の球部1bの中心点O
の位置および姿勢を演算する。なお、第1図にお
いて、l1は、ベース51の取付点すなわちロボツ
ト座標原点O1から第1のアーム回転機構54ま
での距離、l2は、第1および第2のアーム回転機
構54と56との間の距離、l3は、第2および第
3のアーム回転機構56と58との間の距離、l4
は、第3のアーム回転機構58から第3のアーム
59に沿つてプローブz軸心に達するまでの距
離、l5は、プローブ球部1bの中心Oから手首6
1に沿つて第3のアーム59の軸心に達するまで
の距離である。
In step S1, the angles θ 1 to θ 5 of each joint are detected by the output of the counter circuit 9e that counts pulse signals from the rotary encoders R1 to R5. In step S2, these angles θ 1 to θ 5 and the length l 1 of each part of the robot 50 shown in FIG.
The center point O of the spherical part 1b of the probe 1 based on ~l 5
Calculate the position and orientation of. In FIG. 1, l 1 is the distance from the attachment point of the base 51, that is, the robot coordinate origin O 1 to the first arm rotation mechanism 54, and l 2 is the distance between the first and second arm rotation mechanisms 54 and 56. , l3 is the distance between the second and third arm rotation mechanisms 56 and 58, l4
is the distance from the third arm rotation mechanism 58 to the probe z-axis along the third arm 59, and l5 is the distance from the center O of the probe sphere 1b to the wrist 6.
1 to reach the axis of the third arm 59.

ここで、プローブ1の位置はロボツト座標の原
点O1からプローブ球部1bの中心Oまでの位置
ベクトルとして、 =(Ox,Oy,Oz)=f1(θ1〜θ5,l1〜l5) により求められる。また、プローブ1の姿勢は、
ロボツト座標系に対する軸力センサ3の座標系の
傾きとして方向余弦ベクトル(、、)を演
算することにより求められる。
Here, the position of the probe 1 is expressed as a position vector from the origin O 1 of the robot coordinates to the center O of the probe sphere 1b as follows: = (Ox, Oy, Oz) = f 11 ~ θ 5 , l 1 ~ l 5 ). Also, the attitude of probe 1 is
It is obtained by calculating the direction cosine vector (,,) as the inclination of the coordinate system of the axial force sensor 3 with respect to the robot coordinate system.

方向余弦ベクトルを、 =fx fy fz とし、プローブx軸がロボツト座標系のx軸とな
す角度をθxx、y軸となす角度をθxy、z軸とな
す角度をθxzとすると、この方向余弦ベクトル
は、 =cosθxx cosθxy cosθxz と表わせる。同様に、プローブy軸、z軸がロボ
ツト座標系のx軸、y軸、z軸とそれぞれなす角
度を、それぞれθyx、θyy、θyzおよびθzx、θzy、
θzzとすると、方向余弦ベクトル、は、それ
ぞれ、 =gx gy gz=cosθyx cosθyy cosθyz =hx hy hz=cosθzx cosθzy cosθzz と表わすことができる、例えば方向余弦ベクトル
hは、第5図に示すように、ロボツト座標系のx
軸、y軸、z軸に対して軸力センサ3の座標系の
各軸がx′、y′、z′に位置したとき、z′軸方向の単
位ベクトルとなる方向余弦ベクトルのx軸、y
軸、z軸への投影が、それぞれhx、hy、hzとな
る。
If the direction cosine vector is =fx fy fz, and the angle the probe x-axis makes with the x-axis of the robot coordinate system is θxx, the angle with the y-axis is θxy, and the angle with the z-axis is θxz, then this direction cosine vector is , = cosθxx cosθxy cosθxz. Similarly, the angles that the probe y-axis and z-axis make with the x-axis, y-axis, and z-axis of the robot coordinate system are respectively θyx, θyy, θyz and θzx, θzy,
If θzz, then the direction cosine vectors can be expressed as: =gx gy gz=cosθyx cosθyy cosθyz =hx hy hz=cosθzx cosθzy cosθzz For example, the direction cosine vector h can be expressed as coordinate system x
When the respective axes of the coordinate system of the axial force sensor 3 are located at x', y', and z' with respect to the axis, y-axis, and z-axis, y
The projections to the axis and z axis are hx, hy, and hz, respectively.

このようにしてプローブ1の位置および姿勢が
演算されるとステツプS3に進み、軸力センサ3
から3つの軸力Fx、Fy、Fzを読み込む。そし
て、ステツプS4において、これら3つの軸力Fx、
Fy、Fzから被測定面に対するプローブ1の傾き
(姿勢角度ξ、φ)を演算する。
When the position and orientation of the probe 1 are calculated in this way, the process proceeds to step S3, where the axial force sensor 3
Read the three axial forces Fx, Fy, and Fz from. Then, in step S4, these three axial forces Fx,
The inclination (posture angle ξ, φ) of the probe 1 with respect to the surface to be measured is calculated from Fy and Fz.

第6図は、プローブ球部1bを被測定面2に当
接させた場合の各軸力Fx、Fy、Fzを説明する図
である。
FIG. 6 is a diagram illustrating each axial force Fx, Fy, and Fz when the probe ball portion 1b is brought into contact with the surface to be measured 2. FIG.

実線Jで示すように、プローブ1のz軸が被測
定面2に対して傾いている場合、プローブ1に作
用する抗力Fの方向とプローブz軸とは一致せ
ず、抗力Fの分力として各軸力Fx、Fy、Fzが検
出される。また、プローブz軸が一点鎖線Iで示
すように被測定面2に対して垂直の場合には、プ
ローブ1に作用する抗力Fの方向とプローブz軸
とが一致する。このことから、実線Jで示すプロ
ーブ1の姿勢に対する一点鎖線Iで示すプローブ
1の姿勢角度ξおよびφは、 ξ=tan-1(√FX 2+FY 2/FZ) ψ=tan-1(FY/FX) で求められる。
As shown by the solid line J, when the z-axis of the probe 1 is inclined with respect to the surface to be measured 2, the direction of the drag force F acting on the probe 1 does not match the probe z-axis, and the component force of the drag force F is Each axial force Fx, Fy, Fz is detected. Further, when the probe z-axis is perpendicular to the surface to be measured 2 as shown by the dashed line I, the direction of the drag force F acting on the probe 1 and the probe z-axis coincide. From this, the attitude angles ξ and φ of the probe 1 shown by the dashed-dotted line I with respect to the attitude of the probe 1 shown by the solid line J are as follows: ξ=tan -1 (√F X 2 +F Y 2 /F Z ) ψ=tan -1 It is found by (F Y /F X ).

次いでステツプS5に進み、被測定面2の法線
とプローブz軸との傾き角ξが零か否か(プロー
ブz軸が被測定面に対して垂直か否か)を判定す
る。ξ=0ならば終了し、ξ≠0ならばステツプ
S6に進む。
Next, the process proceeds to step S5, where it is determined whether the inclination angle ξ between the normal to the surface to be measured 2 and the probe z-axis is zero (whether or not the probe z-axis is perpendicular to the surface to be measured). If ξ=0, end; if ξ≠0, step
Proceed to S6.

ステツプS6では、ステツプS4で求めた姿勢角
度ξ、ψを用いて、プローブz軸が被測定面2に
対して垂直になるような目標姿勢を目標方向余弦
(s、、)として、 (s、s、s)=f3(ξ、ψ(、、)
で求める。
In step S6, using the attitude angles ξ and ψ obtained in step S4, the target attitude in which the probe z-axis is perpendicular to the surface to be measured 2 is set as the target direction cosine (s, , ). s, s)=f 3 (ξ, ψ(,,)
Find it with

次にステツプS7に進み、この目標方向余弦
(s、s、s)と、ステツプS2で求めたプ
ローブ球部1bの中心Oの位置ベクトルとに基
づいて、プローブx軸が被測定面2に対して垂直
となる各関節の目標角度θS1〜θS5を、 (θS1〜θS5)f4(s、s、s、) で求める。そして、ステツプS8において、各関
節がθS1〜θS5となるようモータ駆動指令i1〜i5
D/A変換器9iからサーボドライブ9jに供給
し、これにより各モータM1〜M5を駆動してプ
ローブz軸を被測定面2に対して垂直に姿勢制御
する。なお、この際、プローブ球部1bの中心点
Oをロボツトの運動中心とし、第7図に示すよう
に、プローブ1が被測定面2上の接触点Qで被測
定面2と接触したまま、一点鎖線の姿勢Iから実
線Jの姿勢にプローブ1を姿勢制御する。
Next, proceeding to step S7, the probe x-axis is set relative to the surface to be measured 2 based on the target direction cosine (s, s, s) and the position vector of the center O of the probe sphere 1b obtained in step S2. The target angles θ S1 to θ S5 of each joint that are perpendicular to each other are determined by (θ S1 to θ S5 ) f 4 (s, s, s,). Then, in step S8, motor drive commands i 1 to i 5 are supplied from the D/A converter 9i to the servo drive 9j so that each joint becomes θ S1 to θ S5 , thereby driving each motor M1 to M5. to control the orientation of the probe z-axis perpendicular to the surface to be measured 2. At this time, the center point O of the probe sphere 1b is set as the center of motion of the robot, and as shown in FIG. 7, while the probe 1 is in contact with the surface to be measured 2 at the contact point Q on the surface to be measured 2, The attitude of the probe 1 is controlled from the attitude I shown by the dashed-dotted line to the attitude shown by the solid line J.

このようなプローブの姿勢制御装置を三次元形
状測定機に用い、プローブ球部1bのz軸を被測
定面2と垂直に姿勢制御して球部1bの点Pが被
測定面2と接した状態で、球部1bのx、y、z
軸の各位置を測定すれば、従来のような補間演算
をすることなく実時間にて誤差のない形状寸法の
測定が可能となり、連続した寸法測定が行なえる
から測定の自動化に寄与する。また、被測定面2
の傾斜角αが90度以上あつてもプローブ1を被測
定面2と垂直に当接可能であり、人力により被測
定物の位置をずらす必要がなく、測定の自動化に
寄与する。
Such a probe attitude control device is used in a three-dimensional shape measuring machine to control the attitude of the probe sphere 1b so that the z-axis is perpendicular to the surface to be measured 2 so that point P of the sphere 1b is in contact with the surface to be measured 2. In the state, x, y, z of the sphere 1b
By measuring each axis position, shape and dimensions can be measured in real time without error without performing interpolation calculations as in the past, and continuous dimension measurements can be performed, contributing to measurement automation. In addition, the surface to be measured 2
Even if the inclination angle α is 90 degrees or more, the probe 1 can be brought into contact with the surface to be measured 2 perpendicularly, and there is no need to manually shift the position of the object to be measured, contributing to automation of measurement.

さらに、プローブ1に作用する力を検出する手
段として6軸力センサを用いたので、xyz軸回り
の各モーメントMx、My、Mzも検出でき、これ
により三次元形状の被測定面2の摩擦力の大きさ
に拘らず正確にプローブ1を被測定面2に対して
垂直に当接させることが可能となる。なお、第8
図のようにx、y、z方向の二次元形状の被測定
面の場合には、6軸力センサに代えて、Fx、Fz、
Myのみを検出可能な3軸力センサを用いてもよ
い。
Furthermore, since a 6-axis force sensor is used as a means for detecting the force acting on the probe 1, it is also possible to detect the moments Mx, My, and Mz around the x, y, and z axes. It becomes possible to accurately bring the probe 1 into contact perpendicularly to the surface to be measured 2 regardless of the size of the surface. In addition, the 8th
If the surface to be measured has a two-dimensional shape in the x, y, and z directions as shown in the figure, instead of the 6-axis force sensor, Fx, Fz,
A three-axis force sensor capable of detecting only My may be used.

また、超音波探傷スキヤナ装置にこの発明を適
用すれば、超音波プローブを被検査面に対して常
時垂直に保持でき検査精度が向上するのに加え
て、被検査面が複雑な形をしていても自動運転が
可能となる。
Furthermore, if this invention is applied to an ultrasonic flaw detection scanner device, the ultrasonic probe can be held perpendicularly to the surface to be inspected at all times, improving inspection accuracy. Autonomous driving will become possible.

なお、以上説明したロボツト50は5自由度を
有しているが、被測定面の形状が限定されて予め
既知であれば、特に5自由度も必要ない。例え
ば、第8図に示すようにx−z断面がy軸に沿つ
て全て同一である立体であれば3自由度のロボツ
トにて本発明を構成可能である。また、駆動手段
もモータに限定されず、更に、多軸力センサは、
他のタイプのものでもよく、更にまた、プローブ
の形状も実施例に限定されない。
Although the robot 50 described above has five degrees of freedom, five degrees of freedom are not particularly necessary if the shape of the surface to be measured is limited and known in advance. For example, as shown in FIG. 8, if the three-dimensional robot has the same x-z cross section along the y-axis, the present invention can be constructed using a robot with three degrees of freedom. In addition, the driving means is not limited to a motor, and furthermore, the multi-axis force sensor is
Other types may be used, and furthermore, the shape of the probe is not limited to the embodiment.

G 発明の効果 本発明によれば、被測定面に対して垂直となる
ようにプローブの姿勢を制御できるので、この種
のプローブを備えた三次元形状測定機や超音波探
傷スキヤナ装置等の自動化が可能となる。また、
三次元形状測定機に用いれば、誤差のない測定が
可能となる。
G. Effects of the Invention According to the present invention, since the attitude of the probe can be controlled so that it is perpendicular to the surface to be measured, automation of three-dimensional shape measuring machines, ultrasonic flaw detection scanners, etc. equipped with this type of probe is possible. becomes possible. Also,
If used in a three-dimensional shape measuring machine, error-free measurement becomes possible.

さらに 多軸力センサを用いたことにより、
xyz軸回りの各モーメントも検出できるので、被
測定面の摩擦力の大きさに拘らず正確にプローブ
を被測定面に対して垂直に当接させることができ
る。
Furthermore, by using a multi-axis force sensor,
Since each moment around the x, y, and z axes can also be detected, the probe can be accurately brought into contact perpendicularly to the surface to be measured, regardless of the magnitude of the frictional force on the surface to be measured.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図〜第7図は本発明の一実施例を示すもの
で、第1図が全体概略構成図、第2図を軸力セン
サを示す斜視図、第3図が制御装置を示すブロツ
ク図、第4図がプローブ姿勢制御の手順を示すフ
ローチヤート、第5図が方向余弦を説明する図、
第6図a,bが軸力センサで検出する軸力の説明
図、第7図がプローブの姿勢制御を説明する図で
ある。第8図は3自由度で測定可能な形状を示す
斜視図である。第9図および第10図は従来例を
示すもので、第9図が従来の三次元形状測定機の
一例を示す斜視図、第10図がプローブの詳細拡
大図である。 1:プローブ、2:被測定面、3:軸力セン
サ、9:制御装置、R1〜R5:ロータリーエン
コーダ、M1〜M5:モータ。
1 to 7 show an embodiment of the present invention, in which FIG. 1 is a general schematic diagram, FIG. 2 is a perspective view of an axial force sensor, and FIG. 3 is a block diagram of a control device. , FIG. 4 is a flowchart showing the procedure of probe attitude control, and FIG. 5 is a diagram explaining direction cosine.
FIGS. 6a and 6b are diagrams for explaining the axial force detected by the axial force sensor, and FIG. 7 is a diagram for explaining the attitude control of the probe. FIG. 8 is a perspective view showing a shape that can be measured with three degrees of freedom. 9 and 10 show a conventional example, in which FIG. 9 is a perspective view showing an example of a conventional three-dimensional shape measuring machine, and FIG. 10 is a detailed enlarged view of the probe. 1: Probe, 2: Surface to be measured, 3: Axial force sensor, 9: Control device, R1 to R5: Rotary encoder, M1 to M5: Motor.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 多自由度を有する支持手段と、 この支持手段を駆動する駆動手段と、 前記支持手段に設けられたプローブと、 このプローブを被測定面に当接したときに当該
プローブに作用する少なくとも2つの座標軸方向
の力および他の1つの座標軸回りのモーメントを
検出する多軸力センサと、 この多軸力センサの検出結果に基づき前記プロ
ーブの被測定面に対する傾きを演算して、前記プ
ローブが被測定面に垂直に当接するよう前記駆動
手段を駆動する駆動制御手段とを具備することを
特徴とするプローブ姿勢制御装置。
[Scope of Claims] 1. A support means having multiple degrees of freedom; a drive means for driving the support means; a probe provided on the support means; a multi-axis force sensor that detects forces in the directions of at least two coordinate axes and moments around one other coordinate axis acting on the probe; . A probe attitude control device comprising: drive control means for driving the drive means so that the probe comes into contact with the surface to be measured perpendicularly.
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