JP2012168107A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パネル上に穴加工の基準となる目標点の座標を短時間で検出することが可能な位置検出装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る位置検出装置１は、被測定面と交差する方向の高さを有する基準ボルトＢの頭部Ｂｔに直線光を照射し、その反射光から基準ボルトＢの頭部Ｂｔまでの距離を測定する光学センサ２と、直線光を照射方向と交差する２つの方向へ移動させる回転支軸３と、光学センサ２により所定の値の距離が測定された時点の回転支軸３の移動位置を検出する位置センサと、この位置センサから得られた複数の位置データから２つの移動方向により規定される平面において、基準ボルトＢの略中心にあるボルト穴Ｐｂの中心の座標を演算する演算部と、を有するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、被測定面から突出する目標物までの距離を光学センサで測定することにより、被測定面上において目標物の略中心に位置する目標点を検出する位置検出装置に関するものである。

従来、航空機の主翼パネルのような大型のパネルにボルト穴等の穴開けを行う場合、まず穴加工の基準となる目標点をパネル上に高い精度で定め、この目標点に対する相対的な位置関係に基づいて対象となるボルト穴等の位置が決定される。

ここで、穴加工の基準となる目標点として、いわゆる基準ボルトのボルト穴の中心を採用する場合がある。この基準ボルトは、主翼の上下面を形成するパネルと長手方向両側部を形成するスパーとを仮固定するためのボルトである。そして、パネルに取り付けられた状態の基準ボルトの外形形状を検知することにより、ボルト穴の中心を検出する位置検出装置が従来用いられている。

この位置検出装置の一例としては、いわゆるタッチプローブを使用する接触式のものが挙げられる。この位置検出装置は、プローブと呼ばれる探針を移動させながら、この探針が基準ボルトに接触した時の探針の位置データを取得し、取得した複数の位置データに基づいてボルト穴の中心位置を演算処理により求めるものである。

すなわち位置検出装置は、基準ボルトの径方向であって互いに直交するＸ軸及びＹ軸を設定した場合に、Ｘ軸に沿って正方向及び負方向にそれぞれ探針を移動させるとともに、Ｙ軸に沿って正方向及び負方向にもそれぞれ探針を移動させる。そして、探針がボルト頭部に接触するＸ軸方向に沿った２箇所及びＹ軸方向に沿った２箇所の合計４箇所において探針の位置データをそれぞれ取得する。そして位置検出装置は、この４箇所の位置データに基づいてボルト穴の中心位置、すなわち目標点の座標を算出する。

また、他の方式の位置検出装置としては、いわゆるレーザー測長器を使用する非接触式のものが挙げられる（例えば、特許文献１を参照）。この位置検出装置は、レーザー測長器を移動させながら基準ボルトの頭部までの距離を測定する。そしてレーザー測長器は、その距離が変化した時のレーザー測長器の位置データを取得し、取得した複数の位置データに基づいてボルト穴の中心位置を演算処理により求めるものである。

すなわち位置検出装置は、前記Ｘ軸に沿って正方向にレーザー測長器を移動させるとともに、前記Ｙ軸に沿って正方向にもレーザー測長器を移動させる。そして、基準ボルトまでの距離が変化するＸ軸方向に沿った２箇所及びＹ軸方向に沿った２箇所の合計箇所においてレーザー測長器の位置データをそれぞれ取得する。そして位置検出装置は、この４箇所の位置データに基づいて目標点の座標を算出する。

特開平１−３０８９０５号公報

しかし、従来の接触式の位置検出装置は、穴加工の基準となる目標点の検出までに長い時間を要するという問題があった。すなわち、接触式の位置検出装置は、探針を基準ボルトに接触するまで移動させるという動作を４つの方向それぞれについて行う必要があり、動作数が多いために目標点を検出するための所要時間が長くなる。

また、従来の非接触式の位置検出装置も、レーザー測長器を移動させる方向は２方向と接触式より少ないものの、各方向についてレーザー測長器を移動させる距離は接触式の位置検出装置が探針を移動させる距離より長いため、接触式と同様に目標点の検出までに長い時間を要するという問題があった。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、パネル上に穴加工の基準となる目標点の座標を短時間で検出することが可能な位置検出装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。すなわち、本発明に係る位置検出装置は、被測定面と交差する方向の高さを有する目標物に直線光を照射し、その反射光から前記目標物までの距離を測定する光学センサと、前記直線光を照射方向と交差する２つの方向へ移動させる移動手段と、前記光学センサにより所定の値の距離が測定された時点の前記移動手段の移動位置を検出する位置センサと、この位置センサから得られた複数の位置データから前記２つの移動方向により規定される平面において、前記目標物の略中心にある目標点の座標を演算する演算部と、を有することを特徴とする。

このような構成によれば、光学センサが２つの移動位置それぞれにおいて測定した目標物までの距離と、位置センサによって検出された移動手段の移動位置とに基づいて演算部が演算することにより、目標物の略中心にある目標点の座標を高速且つ正確に検出することができる。

また、本発明に係る位置検出装置は、前記目標物は、前記被測定面から突出するボルト頭部であることを特徴とする。

このような構成によれば、光学センサが２つの移動位置においてボルト頭部までの距離をそれぞれ測定することにより、目標物であるボルトの略中心である目標点、すなわち被測定面に形成されたボルト穴の中心を高速且つ正確に検出することができる。

また、本発明に係る位置検出装置は、前記光学センサが１つのスキャン方向を持ち、前記移動手段が前記光学センサ全体を前記２つの移動方向へ移動させることを特徴とする。

このような構成によれば、移動手段は、１つのスキャン方向を持つ光学センサ全体を２つの移動方向へ移動させることによって、直線光を照射方向と交差する２つの方向へ容易且つ高速に移動させることができる。

本発明に係る位置検出装置によれば、パネル上に穴加工の基準となる目標点を短時間で検出することができる。

本実施形態に係る位置検出装置の外観を示す概略斜視図である。 光学センサによる基準ボルトのスキャンを説明するための説明図である。 位置検出装置の機能構成を示す機能ブロック図である。 演算部による目標点の座標の演算を説明するための説明図であって、図２において第１直線光の位置におけるボルトの頭部の概略断面図である。 演算部による目標点の座標の演算を説明するための説明図であって、図２において第２直線光の位置におけるボルトの頭部の概略断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。まず、本発明の実施形態に係る位置検出装置の構成について説明する。本実施形態では、航空機の主翼の上下面を形成するパネルにボルト穴等の穴開けを行う場合に、穴加工の基準となる目標点として、基準ボルトのボルト穴の中心座標を検出する場合を例に説明する。尚、本実施形態における基準ボルトとは、主翼の長手方向両側部を形成するスパーに対して前記パネルを仮固定するために用いるボルトのことである。

まず、本発明の実施形態に係る位置検出装置の外観構成について説明する。図１は、本実施形態に係る位置検出装置１の外観を示す概略斜視図である。位置検出装置１は、パネルＰから突出する基準ボルトＢ（目標物）までの距離を測定する光学センサ２と、この光学センサ２を支持するとともに不図示のモータ等によって回転駆動される回転支軸３（移動手段）と、を備えている。

光学センサ２は、基準ボルトＢに対して光を照射してその反射光を受光することにより、基準ボルトＢまでの距離を測定するものである。この光学センサ２は、図１に示すように、筐体としてのセンサ本体２１と、このセンサ本体２１の先端部における下面に設けられた発光部２２と、センサ本体２１の基端部における下面に設けられた受光部２３と、を有している。

センサ本体２１は、図１に示すように、その基探部を挿通して設けられた回転支軸３が駆動されることにより、図１（ａ）に示す第１スキャン位置Ｐ１と、図１（ｂ）に示す第２スキャン位置Ｐ２との間を移動可能となっている。ここで、第２スキャン位置Ｐ２は、センサ本体２１が第１スキャン位置Ｐ１から回転支軸３を支点として略９０°回転した位置である。

発光部２２は、基準ボルトＢに対して直線光を照射するものである。すなわちこの発光部２２は、図１に詳細は示さないがその照射角度を変更可能に設けられ、この照射角度を短時間で変化させることにより、直線状の光を照射可能となっている。

受光部２３は、発光部２２から照射した直線光の反射光を受光するためのものである。この受光部２３は、図１に示すように、発光部２２がその照射方向を変更しながら基準ボルトＢに照射した直線光について、パネルＰ表面で反射して戻ってきた反射光或いは基準ボルトＢの頭部Ｂｔで反射して戻ってきた反射光を受光するようになっている。

ここで図２は、光学センサ２による基準ボルトＢのスキャンを説明するための説明図である。上記のように構成される光学センサ２は、まず図１（ａ）に示す第１スキャン位置Ｐ１にセンサ本体２１が位置した状態において、所定のＸ軸方向に略平行して延びる第１直線光Ｌ１を発光部２２から基準ボルトＢに照射し、その反射光を受光部２３にて受光する。これにより、第１スキャン位置Ｐ１における光学センサ２から基準ボルトＢの頭部ＢｔまたはパネルＰの表面Ｐａまでの距離が測定される。

続いて、回転支軸３が不図示のモータによって回転駆動されることにより、センサ本体２１が第１スキャン位置Ｐ１から９０°回動して第２スキャン位置Ｐ２へと移動する。そして、この第２スキャン位置Ｐ２において、Ｙ軸方向に略平行して延びる第２直線光Ｌ２を発光部２２から基準ボルトＢに照射し、その反射光を受光部２３にて受光する。これにより、第２スキャン位置Ｐ２における光学センサ２から基準ボルトＢの頭部ＢｔまたはパネルＰの表面Ｐａまでの距離が測定される。ここで、Ｙ軸方向は、Ｘ軸方向に対して略直交する方向である。
尚、本実施形態ではまず第１スキャン位置Ｐ１におけるスキャンを行った後に第２スキャン位置Ｐ２におけるスキャンを行ったが、これとは逆に、まず第２スキャン位置Ｐ２におけるスキャンを行った後に第１スキャン位置Ｐ１におけるスキャンを行ってもよい。

次に、本発明の実施形態に係る位置検出装置１の機能構成について説明する。図３は、位置検出装置１の機能構成を示す機能ブロック図である。位置検出装置１は、制御部４と、光学センサ２と、回転支軸３と、位置センサ５と、演算部６とが制御バス７を介して互いに電気的に接続されたものである。

制御部４は、各部の動作を制御するものである。より詳細には、制御部４は、光学センサ２を構成する発光部２２の照射角度、回転支軸３の回転角度、位置センサ５の動作、演算部６の動作等を制御する。

光学センサ２は、前述のように基準ボルトＢまでの距離を測定するものである。この光学センサ２による第１スキャン位置Ｐ１における測定結果、及び第２スキャン位置Ｐ２における測定結果は、図３に示す演算部６にそれぞれ入力される。

位置センサ５は、光学センサ２を構成するセンサ本体２１の位置を検出するものである。すなわち位置センサ５は、光学センサ２が第１スキャン位置Ｐ１と第２スキャン位置Ｐ２のいずれに位置しているかを検出する。この位置センサ５による検出結果は、図２に示す演算部６に入力される。

演算部６は、光学センサ２及び位置センサ５からの入力に基づいて、穴加工の基準となる目標点の座標を演算するものである。ここで本発明では、この目標点を、光学センサ２の２つの移動方向により規定される平面において目標物の中心にある点に設定している。すなわち本実施形態では、図２に示すように、第１直線光Ｌ１と第２直線光Ｌ２とによって規定される平面であるパネルＰの表面Ｐａにおいて、基準ボルトＢが挿通されるボルト穴Ｐｂ（図２には破線で記載）の中心Ｔを目標点として設定している。また図３に示すように、演算部６の内部には、基準ボルトＢの頭部Ｂｔの外形形状に関する情報が、プロファイルデータ６１として予め格納されている。尚、目標点の設定は本実施形態に限定されず、目標物の形状等に応じて任意の点に設定することが可能である。

次に、演算部６による目標点の座標の演算について説明する。ここで、図４及び図５は、演算部６による目標点の座標の演算を説明するための説明図であって、図４は図２において第１直線光Ｌ１の位置すなわちＸ＝Ｘ１の位置におけるボルトの頭部Ｂｔの概略断面図、図５は第２直線光Ｌ２の位置すなわちＹ＝Ｙ１の位置におけるボルトの頭部Ｂｔの概略断面図である。

まず演算部６は、第１スキャン位置Ｐ１における光学センサ２の測定結果に基づいて、基準ボルトＢの頭部Ｂｔの外形を表す直線の式を求める。すなわち演算部６は、図４における基準ボルトＢの頭部Ｂｔの断面において基準ボルトＢの頭部Ｂｔの上面を示すライン１の式を、プロファイルデータ６１に基づいて以下の式（１）のように算出する。同様に演算部６は、基準ボルトＢの頭部Ｂｔの底面を示すライン２の式、頭部Ｂｔの両側面を示すライン３及びライン４の式を、プロファイルデータ６１に基づいて以下の式（２）、式（３）、及び式（４）のようにそれぞれ算出する。

次に演算部６は、式（１）及び式（３）に基づいて、ライン１とライン３の交点である点Ａの座標を以下の式（５）のように算出する。同様に演算部６は、式（１）及び式（４）に基づいて、ライン１とライン４の交点である点Ｂの座標を以下の式（６）のように算出する。

次に演算部６は、点Ａからライン２へ下ろした垂線であるライン５の式を、以下の式（７）のように算出する。同様に演算部６は、点Ｂからライン２へ下ろした垂線であるライン６の式を、以下の式（８）のように算出する。

次に演算部６は、ライン５及びライン６の両方に略平行するとともに両方から略等しい距離に位置するライン７の式を、以下の式（９）のように算出する。

次に演算部６は、ライン７とライン２の交点である点ＣのＺ座標を、式（９）及び式（２）に基づいて算出する。これにより演算部６は、点Ｃの座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）を導き出す。

続いて演算部６は、第２スキャン位置Ｐ２における光学センサ２の測定結果に基づいて、基準ボルトＢの頭部Ｂｔの外形を表す直線の式を求める。すなわち演算部６は、図５における基準ボルトＢの頭部Ｂｔの断面において基準ボルトＢの頭部Ｂｔの上面を示すライン８の式を、以下の式（１０）のように算出する。同様に演算部６は、基準ボルトＢの頭部Ｂｔの底面を示すライン９の式、頭部Ｂｔの両側面を示すライン１０及びライン１１の式を、プロファイルデータ６１に基づいて以下の式（１１）、式（１２）、及び式（１３）のようにそれぞれ算出する。

次に演算部６は、式（１０）及び式（１２）に基づいて、ライン８とライン１０の交点である点Ｄの座標を以下の式（１４）のように算出する。同様に演算部６は、式（１０）及び式（１３）に基づいて、ライン８とライン１１の交点である点Ｅの座標を以下の式（１５）のように算出する。

次に演算部６は、点Ｄからライン９へ下ろした垂線であるライン１２の式を、以下の式（１６）のように算出する。同様に演算部６は、点Ｅからライン９へ下ろした垂線であるライン１３の式を、以下の式（１７）のように算出する。

次に演算部６は、ライン１２及びライン１３の両方に略平行するとともに両方から略等しい距離に位置するライン１４の式を、以下の式（１８）のように算出する。

次に演算部６は、ライン９と平行であって且つ点Ｆ（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）を通過するライン１５の式を、以下の式（１９）のように算出する。

次に演算部６は、式（１８）及び式（１９）に基づいて、ライン１４とライン１５の交点である点Ｇの座標（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）を導き出す。更に演算部６は、図４に示すライン７上の点ＧのＹ座標であるＹ３を導き出す。

以上により演算部６は、目標点である基準ボルトＢのボルト穴Ｐｂの中心座標を（Ｘ２，Ｙ３，Ｚ２）として検出する。

尚、上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ、或いは動作手順等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

１ 位置検出装置
２ 光学センサ
３ 回転支軸
４ 制御部
５ 位置センサ
６ 演算部
７ 制御バス
２１ センサ本体
２２ 発光部
２３ 受光部
６１ プロファイルデータ
Ｂ 基準ボルト
Ｂｔ 頭部（基準ボルト）
Ｌ１ 第１直線光
Ｌ２ 第２直線光
Ｐ パネル
Ｐ１ 第１スキャン位置
Ｐ２ 第２スキャン位置
Ｐａ 表面（パネル）
Ｐｂ ボルト穴（パネル）
Ｔ 中心（ボルト穴）

Claims (3)

1. 被測定面と交差する方向の高さを有する目標物に直線光を照射し、その反射光から前記目標物までの距離を測定する光学センサと、
   前記直線光を照射方向と交差する２つの方向へ移動させる移動手段と、
   前記光学センサにより所定の値の距離が測定された時点の前記移動手段の移動位置を検出する位置センサと、
   この位置センサから得られた複数の位置データから前記２つの移動方向により規定される平面において、前記目標物の略中心にある目標点の座標を演算する演算部と、
   を有することを特徴とする位置検出装置。
2. 前記目標物は、前記被測定面から突出するボルト頭部であることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記光学センサが１つのスキャン方向を持ち、前記移動手段が前記光学センサ全体を前記２つの移動方向へ移動させることを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出装置。

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