JP3698216B2

JP3698216B2 - ジョイスティック駆動装置

Info

Publication number: JP3698216B2
Application number: JP13277095A
Authority: JP
Inventors: 和彦山田; 兼史植田
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 1995-05-02
Filing date: 1995-05-02
Publication date: 2005-09-21
Anticipated expiration: 2020-09-21
Also published as: JPH08305489A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ジョイスティック駆動装置に係り、特にジョイスティック操作手段として用いた駆動制御可能な二次元および三次元座標測定機の測定作業効率の向上に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
定盤に載置された被測定物表面の座標や形状を測定する装置として、コンピュータ駆動制御可能な三次元測定機が周知である。図６にこの三次元測定機システムの概観図を示す。通常、三次元測定機はそれぞれ直行するＸ，Ｙ，Ｚ駆動軸を有し、Ｚ駆動軸の先端には測定のためのプローブが取り付けられ、さらにプローブの先端には球状の測定子が取り付けられている。三次元測定機はこの球状の測定子の中心座標値を測定している。
【０００３】
次にこの三次元測定機の操作について説明する。図２にはジョイスティック操作盤４０の概観図を示す。筺体右側のジョイスティックのレバーをその前側の筺体上面に表示されている矢印と平行な方向に操作すると、プローブを±Ｘ軸方向へ移動させることができる。また、このレバーをその左側の筺体上面に表示されている矢印と平行な方向に操作すると、プローブを±Y 軸方向へ移動させることができる。また、筺体左側のジョイスティックのレバーをその右側の筺体上面に表示されている矢印と平行な方向に操作すると、プローブを±Ｚ軸方向へ移動させることができる。プローブの移動はまず、プローブを動かしたい方向が何軸かを判断して、その軸に対して駆動指令を発するジョイスティックのレバーを選択する。次にこのレバーを傾動させると、ジョイスティック内部のポテンショメータ等によりレバーの傾斜角に対応した電圧信号が出力される。次にこの電圧信号は駆動制御装置へ入力され、この電圧信号に対応する駆動速度を得るため、あらかじめ設定されている加減速パターンに沿って駆動モータは駆動制御装置により制御される。このようにして作業者の意図する方向へ任意の速度でプローブを移動させることができる。
【０００４】
通常、作業者は、ジョイスティック操作盤の左右上面に突出した２本のレバーを両手で操作して三次元測定機を駆動させることができる。特に右側のレバーにつながるジョイスティック本体内部には２個のポテンショメータが備え、レバーの左右方向と前後方向の２方向のそれぞれの傾斜に応じて独立して電圧を発生させられるので、このレバーの操作によりプローブを±Ｘ，±Ｙ軸方向へ駆動させることが可能である。また、左側のレバーにつながるジョイスティック本体内部に備えたポテンショメータにより、レバーの前後方向の傾斜に応じて電圧を発生させられるので、このレバーの操作によりプローブを±Ｚ軸方向へ駆動させることが可能である。また、左右両方のレバーを同時に傾動させプローブを任意の方向へ駆動させることも可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、三次元測定機のプローブを意図した方向へ駆動することができるが、ジョイスティックのレバーの傾動によりそれぞれ三次元測定機のＸ，Ｙ，Ｚ駆動軸方向と平行な座標系、いわゆる機械座標系に対して平行な方向にプローブを移動させているにすぎにない。図３、図４、図５はそれぞれ定盤上に載置された種々の形状のワークを定盤の上方、Ｚ駆動軸プラス方向から見たものであり、説明の便宜上Ｚ軸は省略している。Ｘ−Ｙは機械座標系、Ｗｘ−Ｗｙはワーク上に構築されたワーク座標系を示している。図３に示すような機械座標系に対して平行ではない状態で定盤上に載置されたワークの上面に開けられた複数の穴径を連続して測定する場合、例えばプローブをこのワークの縁に沿って平行に移動させるには、前記ジョイスティック操作盤右側のレバーを斜め方向に傾動させなくてはならない。この傾動させる方向によりプローブが斜に移動する方向が微妙に変化する。これは極めて微妙で熟練を要する作業なので、一般には交互にＸ，Ｙ方向にプローブを移動させる等の繁雑な操作をせざるを得ない。または始めにワークを定盤上に載置する際に、ワークの縁が機械座標系と平行になるように位置を調整することが多い。しかしこのような段取り作業は測定の効率化の妨げになっている。ここでもしもレバーの傾動に伴い、図３のＶａまたはＶｂの方向にプローブを移動させることができれば操作は極めて簡単なものとなる。
【０００６】
また、図４に示すような菱形ワークの場合、ワークのどの面を機械座標系に平行に載置したとしても、ワーク上面の複数の穴径を連続して測定するにはやはりジョイスティックレバーの微妙な操作が要求される。また、図５に示すような円筒ワークの外周に沿ってプローブを移動させる場合にも、同様の問題がある。もしもレバーの傾動に伴い、図４、図５の、ＶａまたはＶｂの方向にプローブを移動させることができれば図３の場合と同様、操作は極めて簡単なものとなる。ただし、図５のＶａ，Ｖｂはプローブの位置により絶えず変更される必要がある。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的はジョイスティックのレバーの傾動によってプローブを移動させる方向をリアルタイムに自由に設定変更できるようにして、二次元および三次元座標測定機の測定作業効率を向上させると共に、円筒形ワークのような従来では繁雑で熟練を要するジョイスティックのレバー操作を不要とし、初心者でも容易にワークに沿ったプローブ移動を可能とするジョイスティック駆動装置を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために、モーターにより駆動可能な複数の駆動軸を組み合わせた座標測定機の駆動を操作するジョイスティック駆動装置において、レバーの傾斜角に応じて電圧信号を出力する複数のジョイスティックと、前記それぞれの電圧信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器と、前記それぞれのジョイスティックに対して座標測定機を駆動させる方向を定義する単位方向ベクトルを設定するＣＰＵと、前記それぞれのデジタル信号と前記それぞれの単位方向ベクトルとのスカラー積を演算して得られたベクトルを合成して駆動ベクトルを算出する積和演算回路と、前記駆動ベクトルをアナログ信号に変換するＤＡ変換器と、前記アナログ信号に応じて座標測定機の各軸駆動モータを駆動させる各軸モータ駆動回路と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、上記手段に加え、前記それぞれのジョイスティックに対して座標測定機を駆動させる方向を定義する単位方向ベクトルを座標測定機上の空間に構築された任意の直行座標系の座標軸方向に設定するステップをＣＰＵ内に備えることで本発明を構成することも可能である。
【００１０】
また、上記手段に加え、前記それぞれのジョイスティックに対して座標測定機を駆動させる方向を定義する単位方向ベクトルを座標測定機が駆動中にリアルタイムに変更可能とするステップをＣＰＵ内に備えることで本発明を構成することも可能である。
【００１１】
また、上記手段に加え、前記それぞれのジョイスティックに対して座標測定機を駆動させる方向を定義する単位方向ベクトルを円筒座標系および極座標系の半径方向および円筒面接線方向にリアルタイムに設定するステップをＣＰＵ内に備えることで本発明を構成することも可能である。
【００１２】
【作用】
本発明では各ジョイスティックのレバーの傾動方向に対して、三次元測定機のプローブの移動方向を、リアルタイムに変更可能な三次元単位方向ベクトルにより定義可能としたため、従来、機械座標系の各駆動軸に平行な方向のみプローブを移動させられなかったものが、機械座標系に対して必ずしも平行でない直行座標系または極座標系または円筒座標系等に沿ってプローブを移動させることが可能となる。また、各ジョイスティックのレバーの傾動方向に対して定義される三次元単位方向ベクトルは相互に直行関係を維持するという拘束を受けずに自由に設定可能なので、座標系によらない自由な方向を定義することができる。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明を用いた好適な実施例について図面を用いて説明する。なお、全図中において同一符号を付したものは同一構成要素を表わしている。
図１は本発明に係るブロック構成図であり、大雑把にその構成内容を説明すると、モータ駆動可能な三次元測定機１０と、ワークと接触するとタッチ信号を出力する先端に球状の測定子を備えたプローブ１１と、ジョイスティック操作盤４０からの信号またはホストコンピュータからの駆動指令を入力してこの三次元測定機のモータを駆動制御して、さらに２つある駆動制御モード、すなわち移動モードと測定モードのうち、測定モード時にタッチ信号が入力されたとき、各駆動軸に設けられたエンコーダの測定値を読み取ると共にホストコンピュータへ転送する駆動制御装置２０と、測定データに対して幾何計算処理を行いその結果を記録、表示、印字出力したり、予めプログラムされた駆動指令を駆動制御装置２０へ送信するホストコンピュータシステム３０と、作業者がプローブの移動を操作するジョイスティック操作盤４０と、から構成されている。
【００１４】
ジョイスティック操作盤４０内部にはジョイスティック４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃと、３個のＡＤ変換器を備え、各ジョイスティックから出力されるアナログの電圧信号Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれデジタル信号ａ，ｂ，ｃに変換されて、駆動制御装置２０へ入力される。
【００１５】
駆動制御装置２０内部にはそれぞれのジョイスティックに対応する三次元の単位方向ベクトルＶａ，Ｖｂ，Ｖｃを記憶するバッファ回路２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃと、前記ａ，ｂ，ｃとこのＶａ，Ｖｂ，Ｖｃとのスカラー積をそれぞれ計算して、求めたベクトルを合成して駆動ベクトルを算出する積和演算回路２３と、この駆動ベクトルの成分ごとにそれぞれアナログ信号に変換する３個のＤＡ変換器２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃと、このアナログ信号により三次元測定機の各駆動軸モータを駆動させる各軸駆動回路２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃと、三次元測定機の各駆動軸エンコーダ１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃとプローブ１０からタッチ信号を入力して、測定座標値をホストコンピュータ３１へ送信して、さらに前記バッファ回路２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃに単位方向ベクトルを書き込むＣＰＵと、を備えている。
【００１６】
最初に駆動制御装置２０に電源を入れるとバッファ回路２２Ａ，２２Ｂ，２２ＣのＶａ，Ｖｂ，Ｖｃには初期値としてそれぞれ（１，０，０），（０，１，０），（０，０，１）の機械座標系の各軸に平行な単位ベクトルがＣＰＵより設定される。この状態では従来と全く同じようにジョイスティックにより三次元測定機を駆動させることができる。
【００１７】
次に図３に示すようなワークの場合は、ワーク上にＷｘ−Ｗｙで示されるようなワーク座標系を構築して、このＷｘと一致する単位方向ベクトルをバッファ回路２２ＡのＶａにセットして、同様にＷｙと一致する単位方向ベクトルをバッファ回路２２ＢのＶｂにセットする。図３は二次元図形として描かれているがＶａ，Ｖｂと同様Ｖｃについても処理する。こうすることで、以後、ジョイスティックのレバー４３をその前側の筺体上面に表示された矢印に平行な方向に傾動させると、プローブ１１を図３のＶａの方向に移動させ、また、ジョイスティックのレバー４３をその左側の筺体上面に表示された矢印に平行な方向に傾動させると、プローブ１１を図３のＶｂの方向に移動させることができる。
【００１８】
また、図４に示すようなワークの場合は、ワーク上にＷｘ−Ｗｙで示されるようなワーク座標系を構築しても、図に示すようなＶａ，Ｖｂを設定することができない。このような場合は、ワークの縁を２点計測してその点を通る直線を求め、この直線の方向ベクトルをＶａ，Ｖｂ，Ｖｃに設定すればよい。すなわちワークの右上がり斜面のどこかで２点を計測して直線を求めてＶａを設定すればよい。またこの例ではＶｂはもともとＹ駆動軸と平行なので改めて変更する必要はない。
【００１９】
次に、図５に示すような円筒形ワークの場合について説明する。まず円筒ワークの中心軸にワーク座標系のＺ軸を設定する。次に座標系の表現形式を円筒座標系モードすなわち（ｒ，θ，ｈ）とする。ここでｒは中心軸からの距離、θは編角、ｈは高さ、またＯは円筒ワークの中心を表わしている。ただしｈは省略して説明する。Ｖａはプローブ１１の現在位置を通る半径方向を示すベクトルであり、Ｖａ＝Ｐ１ーＯにより求められる。また、ＶｂはＶａを左に９０度回転させることで求められ、円筒面の接線方向を示すベクトルである。以上のようにＣＰＵ２１内でＶａ，Ｖｂは計算され、通常このＶａとＶｂは１秒間に数百回程度更新されている。従って、ジョイスティック４１Ａを操作すると、プローブ１１を円筒面に常に垂直となる方向に移動させることができ、またジョイスティック４１Ｂを操作すると、円筒面に沿って略円軌道を描くように移動させることができる。
【００２０】
以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明したが、本発明は、この実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での変更が可能である。
たとえば、上記実施例では、三次元測定機に限って説明したが、Ｘ−Ｙテーブルを駆動させる投影機および顕微鏡、またはＮＣ工作機械においても本発明を容易に実施可能である。
また、本発明の要旨である、ジョイスティックに割り当てられる、駆動方向ベクトルをリアルタイムに算出更新する機能を用いれば、予め駆動制御装置のＣＰＵに自由曲線や自由曲面のデータを与えておき、ベクトルＶａ，Ｖｂ，Ｖｃをそれらの直交する２つの接線ベクトルと法線ベクトルとすることで、自由曲線や自由曲面に沿ってプローブを移動可能とすることにも容易に応用できる。
【００２１】
【発明の効果】
以上、本発明によるジョイスティック駆動装置により、ジョイスティックのレバーの傾動によってプローブを移動させる方向をリアルタイムに自由に設定変更できるようになり、二次元および三次元座標測定機の測定作業効率を大幅に向上させると共に、円筒形ワークのような従来では繁雑で熟練を要するジョイスティックのレバー操作を不要とし、初心者でも容易にワークに沿ったプローブ移動を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るブロック構成図である。
【図２】本発明に係るジョイスティック操作盤の概観図である。
【図３】定盤上に長方形ワークを斜めに載置した図である。
【図４】定盤上に菱形ワークを斜めに載置した図である。
【図５】定盤上に円筒形ワークを載置した図である。
【図６】本発明に係る三次元測定機システムの概観図である。
【符号の説明】
10 三次元測定機
11 プローブ
12A,B,C 各軸駆動モータ
13A,B,C 各軸エンコーダ
20 駆動制御装置
21 ＣＰＵ
22A,B,C バッファ回路
23 積和演算回路
24A,B,C ＤＡ変換器
25A,B,C 各軸モータ駆動回路
30 ホストコンピュータシステム
31 ホストコンピュータ
32 モニタ
33 プリンタ
34 キーボード
40 ジョイスティック操作盤
41A,B,C ジョイスティック
42A,B,C ＡＤ変換器
43,44 レバー

Claims

モーターにより駆動可能な複数の駆動軸を組み合わせた座標測定機の駆動を操作するジョイスティック駆動装置において、
レバーの傾斜角に応じて電圧信号を出力する複数のジョイスティックと、
前記それぞれの電圧信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器と、
前記それぞれのジョイスティックに対して座標測定機を駆動させる方向を定義する単位方向ベクトルを設定するＣＰＵと、
前記それぞれのデジタル信号と前記それぞれの単位方向ベクトルとのスカラー積を演算して得られたベクトルを合成して駆動ベクトルを算出する積和演算回路と、
前記駆動ベクトルをアナログ信号に変換するＤＡ変換器と、
前記アナログ信号に応じて座標測定機の各軸駆動モータを駆動させる各軸モータ駆動回路と、を備えたことを特徴とするジョイスティック駆動装置。
請求項１において、前記それぞれのジョイスティックに対して座標測定機を駆動させる方向を定義する単位方向ベクトルを座標測定機上の空間に構築された任意の直行座標系の座標軸方向に設定するステップをＣＰＵ内に備えたことを特徴とするジョイスティック駆動装置。
請求項１において、前記それぞれのジョイスティックに対して座標測定機を駆動させる方向を定義する単位方向ベクトルを座標測定機が駆動中にリアルタイムに変更可能とするステップをＣＰＵ内に備えたことを特徴とするジョイスティック駆動装置。
請求項３において、前記それぞれのジョイスティックに対して座標測定機を駆動させる方向を定義する単位方向ベクトルを円筒座標系および極座標系の半径方向および円筒面接線方向にリアルタイムに設定するステップをＣＰＵ内に備えたことを特徴とするジョイスティック駆動装置。