JP3459969B2 - Ball joint angle detector - Google Patents
Ball joint angle detectorInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は球ジョイントの角度検出
装置に関する。さらに詳しくは、非接触により球ジョイ
ントの角度を検出できる角度検出装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ball joint angle detecting device. More specifically, the present invention relates to an angle detection device that can detect the angle of a ball joint without contact.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、メンテナンス検査や医療検査
に用いられる小型で高性能の検査装置の開発・研究がな
されている。この検査装置に用いるために、図８に示す
ような、ジョイント軸ａ1を有する被駆動球ａと、その
球ａを支持する支持ユニットｂと、その球ａを駆動する
ための駆動ユニットｃと、ハウジングｄとからなる球ジ
ョイントｊの開発がなされている（「３自由度小型アク
チュエータの開発（第１報）」、第１１回日本ロボット
学会学術講演会、講演論文集、９７７頁）。また、この
種の球ジョイントｊの角度を検出する角度検出装置ｅと
して、図９に示すように、球ジョイントｊのジョイント
軸ａ1に２本のスライドバーｆ，ｆを直交させて介装
し、ついでこのスライドバーｆ，ｆの動きをロータリー
エンコーダｇ，ｇにより計測して、しかるのちその計測
値を演算処理して角度を検出するように構成したものが
提案されている（１９９４年度精密工学会春季大会講演
論文集、７２１頁）。2. Description of the Related Art Conventionally, small-sized and high-performance inspection devices used for maintenance inspections and medical inspections have been developed and researched. For use in this inspection apparatus, as shown in FIG. 8, a driven ball a having a joint axis a 1 , a support unit b for supporting the ball a, and a drive unit c for driving the ball a. , A housing d and a ball joint j have been developed ("Development of small actuator with 3 degrees of freedom (1st report)", 11th Annual Conference of the Robotics Society of Japan, Proceedings, p. 977). Further, as an angle detection device e for detecting the angle of the ball joint j of this kind, as shown in FIG. 9, two slide bars f, f are provided so as to be orthogonal to the joint axis a 1 of the ball joint j. Then, a structure is proposed in which the movements of the slide bars f, f are measured by the rotary encoders g, g, and then the measured values are arithmetically processed to detect the angle (1994 precision work). Proceedings of the Spring Meeting of the Society, p. 721).
【０００３】しかしながら、前記角度検出装置ｅは次の
ような問題を有している。However, the angle detecting device e has the following problems.
【０００４】エンコーダｇを利用してメカニカルに検
出するようにしているので、接触負荷トルクを生ずるの
で、球ジョイントｊの円滑な動作を阻害する。Since the encoder g is used for mechanical detection, a contact load torque is generated, which hinders the smooth operation of the ball joint j.
【０００５】エンコーダｇ部が大きく、しかもその小
型化ができないために、球ジョイントｊのハウジングｄ
内部に収納することができない。Since the encoder g portion is large and cannot be downsized, the housing d of the ball joint j is
Cannot be stored inside.
【０００６】スライド機構ｆを採用しているのでガタ
のために精度が悪い。Since the slide mechanism f is adopted, the precision is poor due to backlash.
【０００７】ジョイント軸ａ1回りの回転を検出する
ことができない。The rotation about the joint axis a 1 cannot be detected.
【０００８】また、ホール素子を用いた方法も提案され
ているが（１９９４年度精密工学会春季大会講演論文
集、７２１頁）、しかしながら磁界を用いているため
に、外部からの磁場などの外乱の影響を受けやすいとい
う問題がある。A method using a hall element has also been proposed (Proceedings of the 1994 Spring Meeting of the Japan Society for Precision Engineering, p. 721). There is a problem that it is easily affected.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来技
術の問題点に鑑みなされたものであって、球ジョイント
のハウジング内に収納でき、しかも精度のよい球ジョイ
ントの角度検出装置を提供することを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and provides a ball joint angle detecting device which can be housed in a housing of a ball joint and has high accuracy. It is an object.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明の球ジョイントの
角度検出装置は、回転自在に保持されている球に、外方
に向けて配設されている光源と、該光源に対応させて前
記球を保持している保持部材に配設されている受光位置
検出素子と、該受光位置検出素子の受光位置から角度を
算出する演算処理手段とを備えてなる球ジョイントの角
度検出装置であって、前記光源が、第１の光源と、該第
１の光源と取付け位置および角度を異にする第２の光源
とからなり、前記第１の光源および第２の光源からの照
射光の受光位置検出素子における受光位置に基づいて、
ジョイント軸回りの回転角の検出がなされることを特徴
とする。SUMMARY OF THE INVENTION An angle detecting device for a ball joint according to the present invention comprises a light source which is disposed outwardly on a rotatably held sphere, and a light source which corresponds to the light source. An angle of a ball joint comprising a light receiving position detecting element arranged on a holding member holding a sphere, and an arithmetic processing means for calculating an angle from the light receiving position of the light receiving position detecting element.
A degree detection device, wherein the light source comprises a first light source,
A second light source having a mounting position and an angle different from those of the first light source
And the illumination from the first light source and the second light source.
Based on the light receiving position in the light receiving position detection element of the emitted light,
It is characterized in that the rotation angle around the joint axis is detected .
【００１１】本発明の球ジョイントの角度検出装置にお
いては、前記光源の電源が前記球に内蔵されてなるのが
好ましい。In the ball joint angle detecting device of the present invention, it is preferable that the power source of the light source is built in the sphere.
【００１２】 また、本発明の球ジョイントの角度検出
装置の好ましい態様においては、前記２個の光源の点灯
切り換え手段が前記球に内蔵され、また第２の光源がジ
ョイント軸と第１の光源とを結ぶ線に直交させて球の赤
道上に配設されている。In a preferred embodiment of the ball joint angle detecting device of the present invention, the lighting switching means for the two light sources is built in the sphere, and the second light source is a dice.
Red the sphere by making it orthogonal to the line connecting the joint axis and the first light source.
It is located on the road .
【００１３】 さらに、本発明の球ジョイントの角度検
出装置の別の好ましい態様においては、受光位置検出素
子が、第１の光源に対応させて配設されている第１の受
光位置検出素子と、第２の光源に対応させて配設されて
いる第２の受光位置検出素子とからなるものとされてい
る。Further, in another preferable aspect of the angle detecting device for the ball joint of the present invention, the light receiving position detecting element is arranged to correspond to the first light source.
The light position detection element and the second light source are provided so as to correspond to each other.
And a second light receiving position detecting element .
【００１４】ここで、前記光源としては例えばＬＥＤな
どの発光素子または光ファイバーなどの外部光を導光す
る素子が用いられ、また前記受光位置検出素子として
は、例えば２次元ＰＳＤが用いられる。Here, a light emitting element such as an LED or an element for guiding external light such as an optical fiber is used as the light source, and a two-dimensional PSD is used as the light receiving position detecting element.
【００１５】その上、本発明の球ジョイントの角度検出
装置においては、光路に集光レンズが介装されてなるの
が好ましい。In addition, in the ball joint angle detecting device of the present invention, it is preferable that a condenser lens is provided in the optical path.
【００１６】[0016]
【作用】本発明の球ジョイントの角度検出装置は前記の
ごとく構成されているので、球ジョイントに内臓でき
る。また、その角度検出は、球に埋設された発光素子の
スポット光を受光位置検出素子により検出して、その受
光位置に基づいて演算処理を行い球ジョイントの角度を
検出しているので、接触負荷トルクを生じさせることな
く角度検出がなされる。さらに、このように、その角度
検出に際し、スライド機構を介在させていないために検
出精度が高い。Since the angle detecting device for the ball joint of the present invention is constructed as described above, it can be incorporated in the ball joint. In addition, as for the angle detection, the spot light of the light emitting element embedded in the sphere is detected by the light receiving position detecting element, and the angle of the ball joint is detected by performing arithmetic processing based on the light receiving position. Angle detection is performed without producing torque. Further, in this way, when the angle is detected, the slide mechanism is not interposed, so that the detection accuracy is high.
【００１７】本発明の好ましい態様においては、取付け
位置および／または角度を異にする２個の発光素子が用
いられているので、球ジョイントのジョイント軸回りの
回転角度も検出できる。また、本発明の別の好ましい態
様においても、発光素子と受光位置検出素子との対が２
組用いられているので、同様に、球ジョイントのジョイ
ント軸回りの回転角度が検出できる。In the preferred embodiment of the present invention, since two light emitting elements having different mounting positions and / or different angles are used, the rotation angle of the ball joint about the joint axis can also be detected. Also, in another preferable embodiment of the present invention, the number of pairs of the light emitting element and the light receiving position detecting element is two.
Since they are used as a set, the rotation angle of the ball joint about the joint axis can be detected in the same manner.
【００１８】また、光路に集光レンズが介装されてい
る、本発明の別の好ましい態様によれば、照射光を受光
位置検出素子上に集光できるので、測定精度をさらに向
上できる。According to another preferred embodiment of the present invention in which a condenser lens is provided in the optical path, the irradiation light can be condensed on the light receiving position detecting element, so that the measurement accuracy can be further improved.
【００１９】[0019]
【実施例】以下、添付図面を参照しながら本発明を実施
例に基づいて説明するが、本発明はかかる実施例のみに
限定されるものではない。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described based on embodiments with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such embodiments.
【００２０】実施例１
本発明の実施例１にかかわる球ジョイントの角度検出装
置を図１に示し、実施例１の角度検出装置Ａは、ジョイ
ント軸１１を有する球１２と、この球１２を回転可能に
支持している球受け１３と、この球受け１３を保持して
いるハウジング１４とからなる球ジョイント１０におい
て、球１２に外方に発光するようにして球１２の下部の
ジョイント軸１１の反対側に、球１２の円滑な動作を妨
げないようにして埋設された光源２１としての発光素子
２１と、この発光素子２１からの光を受光するためのハ
ウジング１４の底面１４ａに配設された受光位置検出素
子２２と、この受光位置検出素子２２からの検出信号を
演算処理して球ジョイント１０の角度を検出する演算処
理手段２３とを備えてなるものである。First Embodiment FIG. 1 shows an angle detecting device for a ball joint according to the first embodiment of the present invention. The angle detecting device A of the first embodiment rotates a sphere 12 having a joint shaft 11 and the sphere 12. In a ball joint 10 composed of a ball receiver 13 that is supported movably and a housing 14 that holds the ball receiver 13, a ball 12 has a joint shaft 11 under the ball 12 that emits light outward. The light emitting element 21 as a light source 21 is embedded on the opposite side so as not to hinder the smooth operation of the ball 12, and the bottom surface 14a of the housing 14 for receiving light from the light emitting element 21. The light receiving position detecting element 22 and an arithmetic processing means 23 for arithmetically processing the detection signal from the light receiving position detecting element 22 to detect the angle of the ball joint 10.
【００２１】発光素子２１には、例えば、球１２に内蔵
されたバッテリー２４より所要電力が供給されるように
されている。しかしながら、発光素子２１への電力の供
給はこれに限定されるものではなく、球ジョイント１０
内に一端がジョイント軸１１の途中において開口し、他
端が発光素子２１の接続端子（図示せず）に向けて開口
している配線ルートを形成し、そのルートによりハウジ
ング１４の外部に設けられた電源から配線することによ
り電力を供給するようにしてもよい。この場合は、配線
は球１２の円滑な動作を妨げないようにするために、適
度の裕度を有するよう調整されている。ただし、構成の
簡素化の点から電源内蔵型とされるのが好ましい。ちな
みに、この発光素子２１としては、例えば発光ダイオー
ド（ＬＥＤ）が用いられる。A required power is supplied to the light emitting element 21, for example, from a battery 24 built in the sphere 12. However, the supply of electric power to the light emitting element 21 is not limited to this, and the ball joint 10
A wiring route is formed in which one end is opened in the middle of the joint shaft 11 and the other end is opened toward a connection terminal (not shown) of the light emitting element 21, and is provided outside the housing 14 by the route. Electric power may be supplied by wiring from a power source. In this case, the wiring is adjusted to have an appropriate margin so as not to interfere with the smooth operation of the sphere 12. However, from the viewpoint of simplifying the configuration, it is preferable that the power source is incorporated. Incidentally, as the light emitting element 21, for example, a light emitting diode (LED) is used.
【００２２】また、光源２１としては、発光素子２１に
代えて光ファイバー等のにより外部光を導光する素子を
用いてもよい。その場合には、ファイバーケーブルが球
ジョイントの円滑な動作を妨げないように配慮するの
は、外部電源を用いる場合と同様である。Further, as the light source 21, instead of the light emitting element 21, an element such as an optical fiber for guiding the external light may be used. In that case, the consideration that the fiber cable does not hinder the smooth operation of the ball joint is the same as when an external power source is used.
【００２３】受光位置検出素子２２は、前記発光素子２
１からの光線スポットの位置が変化しても、その変化に
対応して受光できるようにそのサイズが調整されてい
る。ちなみに、この受光位置検出素子２２としては、例
えば２次元半導体位置検出素子（２次元ＰＳＤ）が用い
られる。The light receiving position detecting element 22 is the light emitting element 2
Even if the position of the light spot from 1 changes, its size is adjusted so that light can be received in response to the change. By the way, as the light receiving position detecting element 22, for example, a two-dimensional semiconductor position detecting element (two-dimensional PSD) is used.
【００２４】なお、光源２１と受光位置検出素子２２と
の間の光路に集光レンズ（図示せず）を介装するように
してもよい。その場合には、照射光を受光位置検出素子
２２に集光できるので、測定精度がさらに向上する。A condenser lens (not shown) may be provided in the optical path between the light source 21 and the light receiving position detecting element 22. In that case, the irradiation light can be condensed on the light receiving position detection element 22, so that the measurement accuracy is further improved.
【００２５】演算処理手段２３としては、例えば電子計
算機やワークステーションに後述する演算処理に対応さ
せたプログラムを格納させたものが用いられる。As the arithmetic processing means 23, for example, an electronic computer or a workstation in which a program corresponding to the arithmetic processing described later is stored is used.
【００２６】次に、図２を参照しながら、このように構
成された角度検出装置Ａによる角度検出について説明す
る。Next, with reference to FIG. 2, the angle detection by the angle detection device A thus constructed will be described.
【００２７】図２に示すように、球１２および受光位置
検出素子２２上に、球１２の座標系の原点の真下に受光
位置検出素子２２の座標系の原点が位置するように座標
系を設定し、かつ両者の原点間距離をＬとする。As shown in FIG. 2, the coordinate system is set on the sphere 12 and the light receiving position detecting element 22 so that the origin of the coordinate system of the light receiving position detecting element 22 is located directly below the origin of the coordinate system of the sphere 12. And the distance between the two origins is L.
【００２８】球座標系におけるＸ軸回りの回転角θX
の検出
回転角θXは下記式により容易に算出される。
θX＝arctan(x1/L)
ここに、
x1：発光素子の光線スポットの受光位置検出素子上のｘ
座標 Rotation angle θ X about the X axis in the spherical coordinate system
The rotation angle θ X can be easily calculated by the following formula. θ X = arctan (x 1 / L) where x 1 : x on the light receiving position detecting element of the light beam spot of the light emitting element
Coordinate
【００２９】球座標系におけるＹ軸回りの回転角θY
の検出
回転角θYは下記式により容易に算出される。
θY＝arctan(y1/L)
ここに、
y1：発光素子の光線スポットの受光位置検出素子上のy
座標 Rotation angle θ Y about the Y axis in the spherical coordinate system
The rotation angle θ Y can be easily calculated by the following formula. θ Y = arctan (y 1 / L) where y 1 : y on the light receiving position detecting element of the light beam spot of the light emitting element
Coordinate
【００３０】このように、実施例１の角度検出装置Ａに
よれば、球ジョイント１０の２軸に関する回転角を非接
触により検出することができる。As described above, according to the angle detection device A of the first embodiment, the rotation angle of the ball joint 10 with respect to the two axes can be detected without contact.
【００３１】実施例２
本発明の実施例２にかかわる球ジョイントの角度検出装
置を図３に示し、実施例２の角度検出装置Ａは、ジョイ
ント軸１１を有する球１２と、この球１２を回転可能に
支持している球受け１３と、この球受け１３を保持して
いるハウジング１４とからなる球ジョイント１０におい
て、球１２に外方に発光するようにして球１２の下部の
ジョイント軸１１の反対側に、球１２の円滑な動作を妨
げないようにして埋設されている第１発光素子２１Ａ
と、同じく球１２の円滑な動作を妨げないようにして、
この第１発光素子２１Ａと角度および位置を異にして外
方に発光するようにして埋設されている第２発光素子２
１Ｂと、この第１および第２発光素子２１Ａ，２１Ｂに
所要電力を供給する内蔵電源２４と、この第１および第
２発光素子２１Ａ，２１Ｂの点灯を切り換える、球１２
に内蔵されている点灯切り換え手段２５と、この点灯切
り換え手段２５による点灯の切り換えを検出する光検出
素子２６と、この第１および第２発光素子２１Ａ，２１
Ｂからの光を受光するためのハウジング１４の底面１４
ｂに配設された受光位置検出素子２２と、この受光位置
検出素子２２および光検出素子２６からの検出信号を演
算処理して球ジョイント１０の回転角度を検出する演算
処理手段２３とを備えてなるものである。Second Embodiment FIG. 3 shows an angle detecting device for a ball joint according to a second embodiment of the present invention. An angle detecting device A according to the second embodiment rotates a sphere 12 having a joint shaft 11 and the sphere 12. In a ball joint 10 composed of a ball receiver 13 that is supported movably and a housing 14 that holds the ball receiver 13, a ball 12 has a joint shaft 11 under the ball 12 that emits light outward. The first light emitting element 21A embedded on the opposite side so as not to hinder the smooth operation of the ball 12.
And like not to disturb the smooth movement of the ball 12,
The second light emitting element 2 which is embedded so as to emit light outward at a different angle and position from the first light emitting element 21A.
1B, a built-in power supply 24 that supplies required power to the first and second light emitting elements 21A and 21B, and a bulb 12 that switches lighting of the first and second light emitting elements 21A and 21B.
The lighting switching means 25 built in, the light detecting element 26 for detecting the lighting switching by the lighting switching means 25, and the first and second light emitting elements 21A, 21.
Bottom surface 14 of housing 14 for receiving light from B
The light receiving position detecting element 22 disposed in b, and the arithmetic processing means 23 for arithmetically processing the detection signals from the light receiving position detecting element 22 and the light detecting element 26 to detect the rotation angle of the ball joint 10. It will be.
【００３２】点灯切り換え手段２５は、受光位置検出素
子２２として用いられる２次元ＰＳＤが、同時に２個の
光線スポットの位置を検出できないために、第１発光素
子２１Ａと第２発光素子２１Ｂとの点灯時期を異ならせ
るためのものである。かかる機能を達成する、点灯切り
換え手段２５としては、例えば、交互点灯回路があげら
れる。ただし、受光位置検出素子２２として、２個の光
線スポット光を同時に検出できるものが用いられた場合
には、この点灯切り換え手段２５は設けられなくてもよ
い。The lighting switching means 25 lights the first light emitting element 21A and the second light emitting element 21B because the two-dimensional PSD used as the light receiving position detecting element 22 cannot detect the positions of two light beam spots at the same time. It is for changing the time. Examples of the lighting switching means 25 that achieves such a function include an alternating lighting circuit. However, when the light receiving position detecting element 22 that can detect two light beam spot lights at the same time is used, the lighting switching means 25 may not be provided.
【００３３】光検出素子２６は、前記点灯切り換え手段
２５による第１発光素子２１Ａと第２発光素子２１Ｂと
の切り換えを検出して、演算処理手段２３に発光素子２
１の切り換えがあったことを知らせる切り換え用信号を
出力するものであり、例えば、例えばフォトマルが用い
られる。The light detecting element 26 detects the switching between the first light emitting element 21A and the second light emitting element 21B by the lighting switching means 25, and causes the arithmetic processing means 23 to perform the light emitting element 2 operation.
It outputs a switching signal notifying that the switching of 1 has been performed, and, for example, Photomul is used.
【００３４】発光素子２１、受光位置検出素子２２およ
び演算処理手段２３としては、実施例１と同様に、それ
ぞれＬＥＤ、２次元ＰＳＤおよび後述する処理に対応さ
せたプログラムが格納されたワークステーションが用い
られる。As the light emitting element 21, the light receiving position detecting element 22 and the arithmetic processing means 23, similarly to the first embodiment, an LED, a two-dimensional PSD and a workstation storing a program corresponding to the processing described later are used. To be
【００３５】次に、このように構成された角度検出装置
Ａの動作について、図４に示すタイムチャートを参照し
ながら説明する。Next, the operation of the angle detecting device A thus constructed will be described with reference to the time chart shown in FIG.
【００３６】点灯切り換え手段２５により第１発光素
子２１Ａが点灯される。このとき、第２発光素子２１Ｂ
は消灯されている。The lighting switching means 25 lights the first light emitting element 21A. At this time, the second light emitting element 21B
Is off.
【００３７】第１発光素子２１Ａの点灯と同時に光検
出素子２６が第１発光素子２１Ａの点灯を検出する。At the same time when the first light emitting element 21A is turned on, the light detecting element 26 detects that the first light emitting element 21A is turned on.
【００３８】また、受光位置検出素子２２の受光個所
がオンする。The light receiving position of the light receiving position detecting element 22 is turned on.
【００３９】演算処理手段２３は、光検出素子２６の
検出信号に同期して、受光位置検出素子２２の検出信号
に基づいて演算処理を実行する。第１発光素子２１Ａ
は、演算処理手段２３が演算処理を実行する間点灯させ
られている。The arithmetic processing means 23 executes arithmetic processing in synchronization with the detection signal of the photodetection element 26 based on the detection signal of the light receiving position detection element 22. First light emitting element 21A
Is lit while the arithmetic processing means 23 executes the arithmetic processing.
【００４０】点灯切り換え手段２５により第１発光素
子２１Ａが消灯される。この状態ではまだ第２発光素子
２１Ｂは点灯されない。これは、光検出素子２６に第１
発光素子２１Ａの消灯を確認させるためである。The lighting switching means 25 turns off the first light emitting element 21A. In this state, the second light emitting element 21B is not yet turned on. This is the first
This is to confirm that the light emitting element 21A is turned off.
【００４１】光検出素子２６により第１発光素子２１
Ａの消灯が確認できるだけの時間が経過すると点灯切り
換え手段２５により第２発光素子２１Ｂが点灯させられ
る。The light detecting element 26 allows the first light emitting element 21.
After a lapse of time sufficient to confirm that A is turned off, the lighting switching means 25 turns on the second light emitting element 21B.
【００４２】第２発光素子２１Ｂの点灯と同時に光検
出素子２６が第２発光素子２１Ｂの点灯を検出する。At the same time when the second light emitting element 21B is turned on, the light detecting element 26 detects that the second light emitting element 21B is turned on.
【００４３】また、受光位置検出素子２２の受光個所
がオンする。Further, the light receiving portion of the light receiving position detecting element 22 is turned on.
【００４４】演算処理手段２３は、光検出素子２６の
検出信号に同期して、受光位置検出素子２２の検出信号
に基づいて演算処理を実行する。第２発光素子２１Ｂ
は、演算処理手段２３が演算処理２を実行する間点灯さ
せられている。この演算処理においては、第１発光素子
２１Ａの光線スポット位置が前記により既知であるの
で、この値をも用いて、後述するBＺ軸回りの回転角度
θZも算出される。The arithmetic processing means 23 executes arithmetic processing in synchronization with the detection signal of the photodetection element 26 based on the detection signal of the light receiving position detection element 22. Second light emitting element 21B
Is lit while the arithmetic processing means 23 executes the arithmetic processing 2. In this calculation process, since the light beam spot position of the first light emitting element 21A is already known, the rotation angle θ Z about the B Z axis, which will be described later, is also calculated using this value.
【００４５】以下、第２発光素子２１Ｂが消灯され、つ
いで第１発光素子２１Ａが点灯されて前記手順が繰り返
される。Thereafter, the second light emitting element 21B is turned off, then the first light emitting element 21A is turned on, and the above procedure is repeated.
【００４６】次に、このように構成された角度検出装置
Ａによる角度検出について、図５を参照しながら説明す
る。なお、座標系は図５に示すように定める。すなわ
ち、球１２の中心を原点としハウジング１４に固定され
た座標系をBΣとし、球１２に固定された座標系をSΣと
する。また、受光位置検出素子２２のｘーｙ座標系の原
点を球の中心の真下に設定する。Next, the angle detection by the angle detection device A thus constructed will be described with reference to FIG. The coordinate system is set as shown in FIG. That is, the coordinate system fixed to the housing 14 with the origin of the center of the sphere 12 is B Σ, and the coordinate system fixed to the sphere 12 is S Σ. Further, the origin of the xy coordinate system of the light receiving position detecting element 22 is set right below the center of the sphere.
【００４７】 BＺ軸回りの回転角度θZの検出
いま、第１発光素子２１Ａを球表面上のSＺ軸上に設定
するとともに、第２発光素子２１Ｂを第１発光素子２１
ＡからSＹ軸方向に角度θ1だけずらした位置に設定す
る。また、初期状態においてはBΣとSΣとが一致してい
るものとする。[0047] B Z-axis rotational angle theta Z of the detection current, together with the first light emitting element 21A is set on S Z axis on the sphere surface, the second light emitting element 21B the first light emitting element 21
Is set to a position shifted by an angle theta 1 to the S Y axis direction from A. In addition, it is assumed that B Σ and S Σ match in the initial state.
【００４８】球ジョイント１０が回転して、受光位置検
出素子２２における第１発光素子２１Ａおよび第２発光
素子２１Ｂのそれぞれの受光位置が変化し、そのときの
座標をそれぞれＰ1（ｘ1，ｙ1）、Ｐ2（ｘ2，ｙ2）とす
る。このときのBＺ軸回りの回転角度θZは下記式により
容易に算出される。
θZ＝arctan((ｙ2-ｙ1)/(ｘ2-ｘ1))The ball joint 10 rotates to change the light receiving positions of the first light emitting element 21A and the second light emitting element 21B in the light receiving position detecting element 22, and the coordinates at that time are changed to P 1 (x 1 , y). 1 ) and P 2 (x 2 , y 2 ). Rotation angle theta Z of B Z-axis at this time is easily calculated by the following equation. θ Z = arctan ((y 2 -y 1 ) / (x 2 -x 1 ))
【００４９】また、BＸ軸，BＹ軸回りの回転角度θX，
θYは、例えば、第１発光素子２１Ａの受光位置Ｐ1（ｘ
1，ｙ1）を用いて実施例１と同様にして算出できる。な
お、第２発光素子２１Ｂの受光位置、Ｐ2（ｘ2，ｙ2）
を用いて算出してもよい。Further, the rotation angle θ X about the B X axis and the B Y axis,
θ Y is, for example, the light receiving position P 1 (x
It can be calculated in the same manner as in Example 1 by using 1 , y 1 ). The light receiving position of the second light emitting element 21B, P 2 (x 2 , y 2 )
You may calculate using.
【００５０】このように、実施例２によれば球ジョイン
ト１０のBＸ軸，BＹ軸およびBＺ軸回りの回転角度θX，
θYおよびθZを容易に算出できる。すなわち、実施例２
によれば、実施例１では測定できなかった、ジョイント
軸１１回りの回転角も検出できる。As described above, according to the second embodiment, the rotation angle θ X of the ball joint 10 around the B X axis, the B Y axis, and the B Z axis,
θ Y and θ Z can be easily calculated. That is, Example 2
According to the above, it is possible to detect the rotation angle around the joint shaft 11, which could not be measured in the first embodiment.
【００５１】実施例３
本発明の実施例３にかかわる球ジョイントの角度検出装
置を図６に示し、実施例４の角度検出装置Ａは、ジョイ
ント軸１１を有する球１２と、この球１２を回転可能に
支持している球受け１３と、この球受け１３を保持して
いるハウジング１４からなる球ジョイント１０におい
て、球１２に外方に発光するようにして球１２の下部の
ジョイント軸１１の反対側に、球１２の円滑な動作を妨
げないようにして埋設された第１発光素子２１Ａと、こ
の第１発光素子２１Ａからの光を受光するためのハウジ
ング１４の底面１４ａに配設された第１受光位置検出素
子２２Ａと、ジョイント軸１１と第１発光素子２１Ａと
結ぶ線に直交させて、１２球のいわゆる赤道上に外方に
発光するように配設された第２発光素子２１Ｂと、この
第２発光素子２１Ｂからの光を受光するためのハウジン
グ１４の側面１４ｂに配設された第２受光位置検出装置
２２Ｂと、この第１および第２受光位置検出素子２２
Ａ，２２Ｂからの検出信号を演算処理して球ジョイント
１０の角度を検出する演算処理手段２３とを備えてなる
ものである。Embodiment 3 An angle detecting device for a ball joint according to Embodiment 3 of the present invention is shown in FIG. 6, and an angle detecting device A of Embodiment 4 rotates a sphere 12 having a joint shaft 11 and this sphere 12. In a ball joint 10 composed of a ball receiver 13 that is supported movably and a housing 14 that holds the ball receiver 13, the ball joint 12 is arranged so as to emit light outwardly to the ball 12 and to oppose the joint shaft 11 below the ball 12. On the side, the first light emitting element 21A embedded so as not to hinder the smooth operation of the sphere 12 and the first light emitting element 21A disposed on the bottom surface 14a of the housing 14 for receiving light from the first light emitting element 21A. One light receiving position detecting element 22A, a second light emitting element 21B arranged so as to emit light outwardly on the so-called equator of 12 balls, orthogonal to the line connecting the joint shaft 11 and the first light emitting element 21A, This Second light receiving position detecting device 22B disposed on the side surface 14b of the housing 14 for receiving the light from the second light emitting element 21B, and the first and second light receiving position detecting elements 22.
It is provided with an arithmetic processing means 23 for arithmetically processing the detection signals from A and 22B to detect the angle of the ball joint 10.
【００５２】次に、このように構成された角度検出装置
Ａによる角度検出について、図７を参照しながら説明す
る。なお、座標系は第２受光位置検出素子２２Ｂ上にα
ーβ座標軸を設定するとともに、その原点を球１２の原
点の真横に設定し、その間の距離をＬ2とする。また、
その他については実施例２と同様とする。Next, the angle detection by the angle detection device A thus constructed will be described with reference to FIG. The coordinate system is located on the second light receiving position detecting element 22B by α
The -β coordinate axis is set, its origin is set just beside the origin of the sphere 12, and the distance between them is L 2 . Also,
Others are the same as those in the second embodiment.
【００５３】 BＺ軸回りの回転角度θZの検出
いま第２発光素子２１Ｂを球１２表面上においてSＹ軸
上に設定する。なお、第１発光素子２１Ａは実施例２と
同様に設定されている。[0053]Detection of rotation angle θ Z around B Z axis
Now, place the second light emitting element 21B on the surface of the sphere 12.SY axis
Set on. The first light emitting element 21A is the same as that of the second embodiment.
It is set similarly.
【００５４】球ジョイント１０が回転して、第１および
第２受光位置検出素子２２Ａ，２２Ｂにおける第１発光
素子２１Ａおよび第２発光素子２１Ｂのそれぞれの受光
位置が変化し、そのときの座標をそれぞれＰ1（ｘ1，ｙ
1）、Ｐ2（α2，β2）とする。このときのBＺ軸回りの
回転角度θZは下記式により容易に算出される。
θZ＝arctan(β2/Ｌ2)When the ball joint 10 rotates, the light receiving positions of the first light emitting element 21A and the second light emitting element 21B in the first and second light receiving position detecting elements 22A and 22B change, and the coordinates at that time are changed. P 1 (x 1 , y
1 ) and P 2 (α 2 , β 2 ). Rotation angle theta Z of B Z-axis at this time is easily calculated by the following equation. θ Z = arctan (β 2 / L 2 )
【００５５】また、BＸ軸，BＹ軸回りの回転角度θX，
θYは、例えば、第１発光素子２１Ａの受光位置Ｐ1（ｘ
1，ｙ1）を用いて実施例１と同様にして算出できる。な
お、第２発光素子２１Ｂの受光位置Ｐ2（α2，β2）を
用いて算出してもよい。Further, the rotation angle θ X about the B X axis and the B Y axis,
θ Y is, for example, the light receiving position P 1 (x
It can be calculated in the same manner as in Example 1 by using 1 , y 1 ). The light receiving position P 2 (α 2 , β 2 ) of the second light emitting element 21B may be used for the calculation.
【００５６】このように、実施例３によれば、実施例２
と同様に、球ジョイント１０のBＸ軸，BＹ軸およびBＺ
軸回りの回転角度θX，θYおよびθZを容易に算出でき
る。すなわち、実施例３によれば、実施例２と同様に、
実施例１では測定できなかった、ジョイント軸１１回り
の回転角も検出できる。As described above, according to the third embodiment, the second embodiment
Similarly to, the B joint X of the ball joint 10, the B Y axis, and the B Z
The rotation angles θ X , θ Y and θ Z around the axis can be easily calculated. That is, according to the third embodiment, as in the second embodiment,
The rotation angle around the joint shaft 11, which could not be measured in the first embodiment, can also be detected.
【００５７】[0057]
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば次のような優れた効果が得られる。As described above, according to the present invention, the following excellent effects can be obtained.
【００５８】発光素子と受光位置検出素子とにより非
接触で回転角度を検出するようにしているので、接触負
荷トルクを生ずることがない。そのため、球ジョイント
の円滑な動作を阻害しない。Since the rotation angle is detected in a non-contact manner by the light emitting element and the light receiving position detecting element, contact load torque is not generated. Therefore, it does not hinder the smooth operation of the ball joint.
【００５９】検出部が球および球ジョイントのハウジ
ング内部に収納されているので、球ジョイントの取付け
場所に制約を生じさせない。Since the detector is housed inside the housing of the ball and ball joint, there is no restriction on the mounting location of the ball joint.
【００６０】スライド機構を採用していないのでガタ
による精度が低下が生じず、測定精度がよい。Since the slide mechanism is not adopted, the accuracy due to backlash does not decrease, and the measurement accuracy is good.
【００６１】ジョイント軸回りの回転も検出できる。Rotation about the joint axis can also be detected.
【００６２】また、光源と受光位置検出素子との間の光
路に集光レンズを介装した、本発明の好ましい態様によ
れば、照射光を受光位置検出素子上に集光できるので、
測定精度がさらに向上するという優れた効果が得られ
る。According to the preferred embodiment of the present invention in which the condenser lens is provided in the optical path between the light source and the light receiving position detecting element, the irradiation light can be condensed on the light receiving position detecting element.
An excellent effect that the measurement accuracy is further improved is obtained.
【図１】本発明の実施例１の球ジョイントの角度検出装
置の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a ball joint angle detection device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】実施例１における角度検出の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of angle detection according to the first embodiment.
【図３】本発明の実施例２の球ジョイントの角度検出装
置の概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a ball joint angle detection device according to a second embodiment of the present invention.
【図４】実施例２のタイムチャートである。FIG. 4 is a time chart of the second embodiment.
【図５】実施例２における角度検出の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of angle detection according to the second embodiment.
【図６】本発明の実施例３の球ジョイントの角度検出装
置の概略図である。FIG. 6 is a schematic view of a ball joint angle detection device according to a third embodiment of the present invention.
【図７】実施例３における角度検出の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of angle detection in the third embodiment.
【図８】球ジョイントの概略図である。FIG. 8 is a schematic view of a ball joint.
【図９】従来の球ジョイントの回転角検出装置の概略図
である。FIG. 9 is a schematic view of a conventional rotation angle detecting device for a ball joint.
１０ 球ジョイント １１ ジョイント軸 １２ 球 １３ 球受け １４ ハウジング ２１ 光源、発光素子、ＬＥＤ ２２ 受光位置検出素子、２次元ＰＳＤ ２３ 演算処理手段、ワークステーション ２４ 電源、バッテリー ２５ 点灯切り換え手段、交互点灯回路 ２６ 光検出素子、フォトマル Ａ 角度検出装置 10 ball joint 11 joint axis 12 spheres 13 ball catch 14 housing 21 Light source, light emitting element, LED 22 Light receiving position detector, 2D PSD 23 Arithmetic processing means, workstation 24 power supply, battery 25 Lighting switching means, alternate lighting circuit 26 Photodetector, Photomul A angle detector
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−119105（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−91939（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−32131（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−40334（ＪＰ，Ｕ) 独国特許出願公開3830520（ＤＥ，Ａ １) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 11/26 G06F 3/033 ─────────────────────────────────────────────────── --- Continuation of the front page (56) References JP-A-6-119105 (JP, A) JP-A-7-91939 (JP, A) JP-A-61-232131 (JP, A) 40334 (JP, U) German patent application publication 3830520 (DE, A 1) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G01B 11/26 G06F 3/033
Claims (9)
向けて配設されている光源と、該光源に対応させて前記
球を保持している保持部材に配設されている受光位置検
出素子と、該受光位置検出素子の受光位置から角度を算
出する演算処理手段とを備えてなる球ジョイントの角度
検出装置であって、 前記光源が、第１の光源と、該第１の光源と取付け位置
および角度を異にする第２の光源とからなり、 前記第１の光源および第２の光源からの照射光の受光位
置検出素子における受光位置に基づいて、ジョイント軸
回りの回転角の検出がなされる ことを特徴とする球ジョイントの角度検出装置。1. A sphere that is rotatably held in an outward direction.
The light source arranged facing the light source and the light source corresponding to the light source.
Light receiving position detection provided on a holding member holding a sphere
Calculate the angle from the output element and the light receiving position of the light receiving position detection element
And arithmetic processing means for outputtingAngle of ball joint
A detection device, The light source is a first light source, and the first light source and a mounting position.
And a second light source with a different angle, Receiving position of irradiation light from the first light source and the second light source
Based on the light receiving position of the position detector, the joint axis
Rotation angle around is detected A ball joint angle detecting device characterized by the above.
ることを特徴とする請求項１記載の球ジョイントの角度
検出装置。2. The angle detecting device for a ball joint according to claim 1, wherein a power source for the light source is built in the sphere.
記球に内蔵されていることを特徴とする請求項１記載の
球ジョイントの角度検出装置。Wherein the two light sources of the lighting switching means the angle detecting device of a sphere joint according to claim 1, characterized in that it is built on the sphere.
とを結ぶ線に直交させて球の赤道上に配設されているこIt is placed on the equator of the sphere orthogonal to the line connecting
とを特徴とする請求項１記載の球ジョイントの角度検出The angle detection of the ball joint according to claim 1, wherein
装置。apparatus.
させて配設されている第１の受光位置検出素子と、第２
の光源に対応させて配設されている第２の受光位置検出
素子とからなることを特徴とする請求項４記載の球ジョ
イントの角度検出装置。5. The light receiving position detecting element corresponds to the first light source.
A first light receiving position detecting element and a second light receiving position detecting element
Second light-receiving position detection that is arranged corresponding to the light source of
Angle detecting device of a sphere joint according to claim 4, wherein Rukoto such from the device.
する素子とされ、前記受光位置検出素子が２次元ＰＳＤ
とされてなることを特徴とする請求項１ないし請求項５
のいずれか一項に記載の球ジョイントの角度検出装置。6. The light source is a light emitting element or an element for guiding external light, and the light receiving position detecting element is a two-dimensional PSD.
6. The method according to claim 1, wherein
An angle detection device for a ball joint according to any one of 1.
を特徴とする請求項６記載の球ジョイントの角度検出装
置。7. The angle detecting device for a ball joint according to claim 6, wherein the light emitting element is an LED.
ーであることを特徴とする請求項６記載の球ジョイント
の角度検出装置。8. The angle detecting device for a ball joint according to claim 6, wherein the element for guiding the external light is an optical fiber.
を特徴とする請求項１ないし請求項８記載の球ジョイン
トの角度検出装置。9. The angle detecting device for a ball joint according to claim 1, wherein a condensing lens is provided in the optical path.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16632894A JP3459969B2 (en) | 1994-06-23 | 1994-06-23 | Ball joint angle detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16632894A JP3459969B2 (en) | 1994-06-23 | 1994-06-23 | Ball joint angle detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0814864A JPH0814864A (en) | 1996-01-19 |
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Family
ID=15829330
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16632894A Expired - Fee Related JP3459969B2 (en) | 1994-06-23 | 1994-06-23 | Ball joint angle detector |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP3459969B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108955749A (en) * | 2017-05-18 | 2018-12-07 | 东京威尔斯股份有限公司 | Workpiece appearance inspection device and workpiece appearance inspection method |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6023229A (en) * | 1999-03-02 | 2000-02-08 | Gentex Corp | Rearview mirror with internally-mounted compass sensor |
| DE60020094T2 (en) * | 1999-03-02 | 2006-03-09 | Gentex Corp., Zeeland | REAR MIRROR ARRANGEMENT COMPLETED WITH INSIDE ASSEMBLED COMPASS SENSOR |
-
1994
- 1994-06-23 JP JP16632894A patent/JP3459969B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH0814864A (en) | 1996-01-19 |
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