JP5111844B2 - Articulated coordinate measuring device - Google Patents
Articulated coordinate measuring device Download PDFInfo
- Publication number
- JP5111844B2 JP5111844B2 JP2006349665A JP2006349665A JP5111844B2 JP 5111844 B2 JP5111844 B2 JP 5111844B2 JP 2006349665 A JP2006349665 A JP 2006349665A JP 2006349665 A JP2006349665 A JP 2006349665A JP 5111844 B2 JP5111844 B2 JP 5111844B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- arm
- measurement
- joint
- link
- force
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Description
本発明は、ユーザが多関節型の測定アームを動かして、測定アームの先端に取
り付けられた接触型または非接触型のプローブを被測定物上の任意の点に近づけ
ることにより、複雑な三次元形状を有する被測定物上の任意の点の空間座標を測
定することのできる装置に関する。
In the present invention, a user moves a multi-joint type measurement arm to bring a contact or non-contact type probe attached to the tip of the measurement arm close to an arbitrary point on the object to be measured. The present invention relates to an apparatus capable of measuring a spatial coordinate of an arbitrary point on an object having a shape.
屈曲自在な測定アームが、空間を移動して被測定物の位置や寸法等を測定する
多関節型座標測定装置においては、測定アームの各関節に対応してロータリーエ
ンコーダ等の角度センサが内蔵されており、これらの角度センサが検出する各関
節の回転角度と、アームの関節−関節間や関節−プローブ間等の長さとに基づい
て、プローブの先端点の空間座標が計算される。
In an articulated coordinate measuring device in which a flexible measuring arm moves in space and measures the position, dimensions, etc. of the object to be measured, an angle sensor such as a rotary encoder is built in corresponding to each joint of the measuring arm. Based on the rotation angle of each joint detected by these angle sensors and the length of the joint between the joints and between the joint and the probe, the spatial coordinates of the tip of the probe are calculated.
このような測定装置において、その測定誤差を低減するために、様々な工夫が
行なわれている。例えば、特許文献1には、各関節にその関節の回転の限界とな
る端部ストップを設け、各関節の角度センサが、その関節の角度が端部ストップ
に近づきすぎると、ライトを点灯させたり警告音を発したりすることにより、ア
ームの向きを調整し直すようユーザに促すことが、開示されている。
In such a measuring apparatus, various devices have been devised in order to reduce the measurement error. For example, in Patent Document 1, each joint is provided with an end stop that becomes a limit of rotation of the joint, and an angle sensor of each joint turns on a light when the angle of the joint is too close to the end stop. It is disclosed that the user is prompted to readjust the direction of the arm by generating a warning sound.
また、同公報には、測定アームを組み立てた後、アームの各部材の機械加工も
しくは組み立てにより生じる設計値からのずれを、校正ジグを用いた測定結果に
基づいて求め、この求めた位置ずれの値を、アームの先端の空間座標を求めるた
めの運動式に組み込むことで、より正確な座標測定を実現することも、開示され
ている。
Further, in this publication, after assembling the measurement arm, a deviation from a design value caused by machining or assembling of each member of the arm is obtained based on a measurement result using a calibration jig, and the obtained positional deviation is calculated. It is also disclosed that a more accurate coordinate measurement can be realized by incorporating the value into a motion equation for obtaining the spatial coordinates of the tip of the arm.
上述したような多関節型座標測定装置で測定を行なっているとき、ユーザが、
測定アームを強く引っ張ったり、あるいは測定アームを無理に縮めたりすること
で、測定装置にストレスを与えると、アームがたわんで位置の変化が角度センサ
の出力に表れなくなったり、逆に関節の角度が変化していなくても角度センサが
回転を検出してしまう等の不都合が生じ、測定誤差が大きくなる。
When performing measurement with an articulated coordinate measuring apparatus as described above,
If the measuring device is stressed by pulling the measuring arm strongly or by forcibly shrinking the measuring arm, the arm will bend and the position change will not appear in the output of the angle sensor. Even if it does not change, there is a disadvantage that the angle sensor detects rotation and the measurement error becomes large.
このように測定誤差が大きくなる測定アームの特定の姿勢は、各関節の角度が
それぞれの端部ストップに近づいたかどうかで検出することはできないため、ユ
ーザは、測定誤差が増えていることに気が付かず測定を続けてしまっていた。
The specific posture of the measurement arm that increases the measurement error in this way cannot be detected by whether or not the angle of each joint has approached its end stop, so the user notices that the measurement error has increased. The measurement continued.
また、アームの操作性と安全性を向上するために、測定アームの根元付近にバ
ランサーを設ける構成が知られているが、測定アームの姿勢によってバランサー
の負荷力が変化するため、測定装置にかかるストレスに差が発生し、これも測定
誤差の大きくなる原因となっている。
In addition, in order to improve the operability and safety of the arm, a configuration in which a balancer is provided near the base of the measurement arm is known. However, since the load force of the balancer varies depending on the posture of the measurement arm, the measurement device is applied A difference occurs in stress, which also causes a large measurement error.
このようなバランサーは、例えばバネを用いて構成され、このバネにアームの
中立位置からの旋回量に応じて弾性エネルギーが蓄積されるようになっており、
測定アームが自重で根元から倒れようとする力を軽減する。このバネの働きによ
り、ユーザは測定時には測定アームを軽く動かすことができ、また、測定をやめ
て手を離した際にアームが倒れてくる危険性を低減することができる。
Such a balancer is configured using, for example, a spring, and elastic energy is accumulated in the spring according to the amount of turning from the neutral position of the arm.
Reduces the force that the measuring arm tries to fall from its root under its own weight. Due to the action of this spring, the user can lightly move the measurement arm during measurement, and the risk of the arm falling when the measurement is stopped and the hand is released can be reduced.
このバネが測定アームを持ち上げようとする力は、アームの中立位置、すなわ
ち測定アームが根元から垂直に立っている状態からの旋回量に応じて変化する。
そして、上述した位置ずれの校正は、例えば、測定アームにかかる重力と、バネ
が測定アームを持ち上げようとする力とが釣り合うポイントの付近で、測定誤差
が最小になるように、行なわれる。この場合、測定アームがこの釣り合いポイン
トよりも上方に持ち上げられるにつれて、実際に測定アームにかかるバランサー
の力は弱くなり、逆に測定アームがこの釣り合いポイントよりも下方に押し下げ
られるにつれて、実際に測定アームにかかるバランサーの力は強くなるため、こ
のバランサーの力の差が、測定誤差を広げることになる。
The force with which the spring attempts to lift the measurement arm changes according to the neutral position of the arm, that is, the amount of rotation from the state where the measurement arm stands vertically from the root.
Then, the above-described calibration of the positional deviation is performed, for example, so that the measurement error is minimized in the vicinity of a point where the gravity applied to the measurement arm balances with the force with which the spring lifts the measurement arm. In this case, as the measurement arm is lifted above the balance point, the balancer force actually applied to the measurement arm becomes weaker. Conversely, as the measurement arm is pushed below the balance point, the measurement arm actually Since the force of the balancer applied to is increased, this difference in balancer force widens the measurement error.
このバランサーの力の差による誤差は、発生する力が小さいバランサーを使用
すれば小さくなるが、その場合は、測定アームの自重がバランサーの力に勝るこ
ととなるので、ユーザが手を離すと測定アームは根元から倒れてしまい、安全性
が損なわれる。
The error due to the difference in balancer force is reduced if a balancer with a small force is used, but in this case, the weight of the measurement arm exceeds the balancer's force. The arm falls from the root, and safety is impaired.
本発明は、以上のような事情を考慮し、測定アームが測定精度の良好に保たれ
る測定姿勢をとっているかどうかを、ユーザに知らせることのできる多関節型座
標測定装置を提供することを、一つの目的とする。
In view of the circumstances as described above, the present invention provides an articulated coordinate measuring apparatus capable of notifying a user whether or not a measurement arm is in a measurement posture in which measurement accuracy is kept good. One purpose.
本発明の別の目的は、測定アームの姿勢によってバランサーが発生する力に差
が出る場合であっても、測定精度の良い空間座標を得ることのできる多関節型座
標測定装置を提供することである。
Another object of the present invention is to provide an articulated coordinate measuring apparatus capable of obtaining spatial coordinates with high measurement accuracy even when there is a difference in the force generated by the balancer depending on the posture of the measurement arm. is there.
本発明に係る多関節型座標測定装置は、一端にプローブを取り付け可能であり
、プローブ取り付け部材と第1リンクと第2リンクとが順に連結され、他端が支
持部材に取り付けられる、多関節型測定アームと、この測定アームの各関節の角
度に基づいて、プローブの位置に対応する空間座標を算出するプロセッサとを備
える。上記の測定アームは、第1リンクに対するプローブ取り付け部材の曲げ動
作を提供する手首関節と、第2リンクに対する第1リンクの曲げ動作を提供する
肘関節と、支持部材に対する第2リンクの曲げ動作を提供する肩関節とを備える
ものである。上記の測定アームは、これらに加えて、第1リンクに対するプロー
ブ取り付け部材のねじり動作を提供する関節と、前記第2リンクに対する前記第
1リンクのねじり動作を提供する関節と、前記支持部材に対する前記第2リンク
のねじり動作を提供する関節とのうち、少なくとも一つをさらに備えるものとし
ても良い。
The articulated coordinate measuring apparatus according to the present invention can attach a probe to one end, the probe attaching member, the first link, and the second link are sequentially connected, and the other end is attached to the support member. A measurement arm and a processor that calculates spatial coordinates corresponding to the position of the probe based on the angle of each joint of the measurement arm. The measurement arm includes a wrist joint that provides a bending action of the probe attachment member relative to the first link, an elbow joint that provides a bending action of the first link relative to the second link, and a bending action of the second link relative to the support member. And a shoulder joint to be provided. In addition to the above, the measurement arm further includes a joint that provides a torsional motion of the probe attachment member with respect to the first link, a joint that provides the torsional motion of the first link with respect to the second link, and the joint with respect to the support member It is good also as a thing further provided with at least 1 among the joints which provide the twist operation | movement of a 2nd link.
ユーザがこの測定アームを引っ張って遠くの方を測定しようとすると、測定誤
差が許容範囲を超えて大きくなることがあるが、本発明の第一の発明によれば、
このような状態での測定になってしまう前に、測定アームの姿勢に関するパラメ
ータに基づいて、ユーザに対して警告を行なうので、警告されたユーザは、測定
アームを測定精度の良好に保たれる姿勢に戻して測定を続行することができ、結
果として出力される空間座標の精度を高めることができる。
When the user tries to measure the far side by pulling this measuring arm, the measurement error may increase beyond the allowable range, but according to the first invention of the present invention,
Before the measurement is performed in such a state, a warning is given to the user based on the parameters related to the posture of the measurement arm, so that the user who is warned can maintain the measurement arm with good measurement accuracy. The measurement can be continued by returning to the posture, and the accuracy of the spatial coordinates output as a result can be improved.
上記のパラメータとして、単一のパラメータ(例えば後述する第一及び第二の
パラメータのいずれかのみ)を用いても良いが、測定アームのリンクがなす角度
に関する第一のパラメータと、測定アームの到達距離に関する第二のパラメータ
とを併用すると、測定誤差が許容範囲を超えて大きくなる前に確実に警告を行な
うことができる。
Although a single parameter (for example, only one of the first and second parameters described later) may be used as the above parameter, the first parameter related to the angle formed by the link of the measurement arm and the arrival of the measurement arm When the second parameter relating to the distance is used in combination, a warning can be surely given before the measurement error exceeds the allowable range.
第一のパラメータについては、例えば、第1リンクと第2リンクとがなす角度
が180°に近いということは、測定アームが伸び切る状態が近いということで
あり、180°に近づくにつれて測定誤差は大きくなるので、所望の測定精度が
出る角度の限界(例えば170°)を超えていたら、あるいはその限界に近づい
たら、警告を行なうようにする。
Regarding the first parameter, for example, the fact that the angle formed by the first link and the second link is close to 180 ° means that the measurement arm is almost fully extended, and the measurement error becomes closer to 180 °. Therefore, if the angle limit (eg, 170 °) at which the desired measurement accuracy is obtained is exceeded or approached, an alarm is issued.
第二のパラメータについては、例えば、手首関節と測定アームの根元の支点と
の間の距離が遠くなるほど、測定アームが伸び切る状態が近いことになるため、
所望の測定精度が出る距離の限界(例えば、伸び切った状態での手首関節から測
定アームの支点までの長さが1350mmである場合に、1300mm)を超え
ていたら、あるいはその限界に近づいたら、警告を行なうようにする。
For the second parameter, for example, as the distance between the wrist joint and the base fulcrum of the measurement arm increases, the state where the measurement arm is fully extended is closer.
If the distance limit (for example, 1300 mm when the length from the wrist joint in the fully extended state to the fulcrum of the measurement arm is 1350 mm) is exceeded, or if the limit is approached, Make a warning.
ここでは、代表的に、手首関節から測定アームの支点までの距離を用いている
が、これは、ユーザが測定アームの手首関節付近を握って動かすことが多く、そ
の場合にはプローブやプローブ取り付け部材に測定誤差を生じさせるような力が
かかることはほぼ無いという事情による。しかし、ユーザがプローブやプローブ
取り付け部材の付近を持って測定アームを動かすことが多いタイプの装置であれ
ば、プローブ先端から測定アームの支点までの距離、もしくはプローブ取り付け
部材の所定位置から測定アームの支点までの距離を用いても良く、このような実
施も本発明の範囲に含まれる。また、測定アームの支点も、測定装置の構成によ
り、肩関節の位置、他端を支持部材に取り付ける位置、これらの間の任意の位置
のうち、いずれを採用しても構わない。
Here, the distance from the wrist joint to the fulcrum of the measurement arm is typically used here, but this is often done by the user holding and moving near the wrist joint of the measurement arm. This is due to the fact that a force that causes a measurement error is hardly applied to the member. However, if the user often moves the measurement arm around the probe or probe mounting member, the distance from the tip of the probe to the fulcrum of the measurement arm or the predetermined position of the probe mounting member The distance to the fulcrum may be used, and such an implementation is within the scope of the present invention. Further, as the fulcrum of the measurement arm, any of a position of the shoulder joint, a position where the other end is attached to the support member, and an arbitrary position between them may be adopted depending on the configuration of the measurement apparatus.
上記の距離は、例えば、測定装置が備えるプロセッサを利用して手首関節等の
位置を求め、この求めた位置と予め知られている測定アームの支点の位置との間
の距離を算出することにより、求めることができる。
The above-mentioned distance is obtained by, for example, obtaining the position of the wrist joint or the like using a processor provided in the measurement apparatus, and calculating the distance between the obtained position and the position of the fulcrum of the measurement arm known in advance. Can be sought.
上述した本発明の第一の発明に係る測定装置は、肘関節の角度から、第1リン
クと第2リンクとがなす角度が所定値を超えて180°に近づいたことを検出す
る第一の手段と、手首関節の位置の、測定アームの支点に対する距離が、所定値
を超えて遠くなったことを検出する第二の手段と、これら第一及び第二の手段の
少なくとも一方が検出をした場合に、ユーザへの警告を行なう警告手段とを具備
したことを特徴とする。
The measuring apparatus according to the first aspect of the present invention described above is a first device that detects from the angle of the elbow joint that the angle formed by the first link and the second link exceeds a predetermined value and approaches 180 °. And a second means for detecting that the distance of the position of the wrist joint with respect to the fulcrum of the measurement arm exceeds a predetermined value, and at least one of the first and second means detected. In this case, a warning means for warning the user is provided.
上述した本発明の第一の発明に係る測定制御方法は、プローブにより支持部材
から離れた位置を測定しようとするユーザの測定アームに対する引っ張り力によ
り生じる測定誤差が、許容範囲を超える可能性があることを、測定アームの姿勢
に関する所定のパラメータが所定値を超えたかどうかに基づいて、プロセッサに
検出させ、検出がされた場合に、ユーザへの警告を行なうことを特徴とする。
In the measurement control method according to the first aspect of the present invention described above, there is a possibility that the measurement error caused by the pulling force on the measurement arm of the user trying to measure the position away from the support member by the probe exceeds the allowable range. This is characterized in that a processor is detected based on whether or not a predetermined parameter relating to the posture of the measurement arm exceeds a predetermined value, and a warning is given to the user when the detection is detected.
次に、本発明の第二の発明に係る測定装置は、肩関節もしくはその近辺に設け
られ、測定アームにかかる重力に対抗して第2リンクの前記肘関節側が持ち上が
るような力を発生するためのバランサーをさらに備えている。
Next, the measuring device according to the second invention of the present invention is provided at or near the shoulder joint and generates a force that lifts the elbow joint side of the second link against the gravity applied to the measuring arm. The balancer is further provided.
このようなバランサーを備える測定装置の場合、バランサーの力は、一般的に
、測定アームが垂直に立っているときに最も小さく、測定アームが肩関節の周り
に下方向へ回転するにつれて大きくなる。一方、測定アーム組み立て後の校正は
、バランサーの力がある値となるポイント、例えば、バランサーにより発生され
る力が測定アームにかかる重力と釣り合うポイントにおいて行なわれるため、こ
のポイントを略中心とする所定範囲を外れて、ユーザが測定アームを曲げて測定
しようとすると、測定誤差が許容範囲を超えて大きくなることがある。
In the case of a measuring device equipped with such a balancer, the force of the balancer is generally the smallest when the measuring arm is standing vertically and increases as the measuring arm rotates downward around the shoulder joint. On the other hand, the calibration after the measurement arm is assembled is performed at a point where the force of the balancer takes a certain value, for example, at a point where the force generated by the balancer balances with the gravity applied to the measurement arm. If the user tries to measure by bending the measurement arm out of the range, the measurement error may increase beyond the allowable range.
本発明の第二の発明によれば、このようなバランサーの力の強弱により、測定
誤差が許容範囲となる所定範囲から外れた状態での測定になってしまう前に、測
定アームの姿勢に関するパラメータに基づいて、ユーザに対して警告を行なうの
で、警告されたユーザは、測定アームを測定精度の良好に保たれる姿勢に戻して
測定を続行することができ、結果として出力される空間座標の精度を高めること
ができる。
According to the second invention of the present invention, the parameter related to the posture of the measurement arm before the measurement error is measured in a state deviating from a predetermined range that is an allowable range due to the strength of the balancer. Therefore, the user who has been warned can return the measurement arm to a posture in which the measurement accuracy is kept good, and can continue the measurement. Accuracy can be increased.
第二の発明におけるパラメータについては、例えば、第2リンクが水平である
状態が、上記のバランサーの力が所定の値となるポイントであるとすれば、第2
リンクが肩関節の周りを上方向に回転して垂直に近づくと、バランサーの力は弱
くなり過ぎ、第2リンクが肩関節の周りを下方向に回転して垂直に近づくと、バ
ランサーの力は強くなり過ぎるので、肩関節の角度が、所望の測定精度が出る角
度の限界(例えば水平の状態を0°として、±80°)を超えていたら、あるい
はその限界が近づいたら、警告を行なうようにする。
Regarding the parameters in the second invention, for example, if the state in which the second link is horizontal is the point at which the force of the balancer becomes a predetermined value,
When the link rotates up around the shoulder joint and approaches vertical, the balancer's force becomes too weak, and when the second link rotates down around the shoulder joint and approaches vertical, the balancer's force is Since the shoulder joint angle is too strong, a warning is issued if the shoulder joint angle exceeds the limit of the angle at which the desired measurement accuracy can be obtained (for example, ± 80 ° when the horizontal state is 0 °) or approaches that limit. To.
ここで、バランサーの力が所定の値となるポイントとしては、重力と釣り合う
ポイントでなくても、他のどのような状態を採用しても構わない。また、バラン
サーの力が強くなる方での測定精度の悪化が許容範囲であれば、バランサーの力
が弱くなる方での警告のみ(上記の例であれば、水平から上方向に80°以上回
転した場合のみ警告)を行なうことにしても良いし、逆にバランサーの力が強く
なる方での警告のみ(上記の例であれば、水平から下方向に80°以上回転した
場合のみ警告)を行なうことにしても良いし、上方向の限界と下方向の限界とし
て異なる角度(例えば水平から+80°と−70°等)を設定しても良い。
Here, the point at which the force of the balancer takes a predetermined value is not limited to a point that balances with gravity, and any other state may be adopted. In addition, if the deterioration of measurement accuracy with the stronger balancer force is acceptable, only the warning for the weaker balancer force (in the above example, rotate more than 80 ° from horizontal to upward) Only when the balancer's force is strong (in the above example, the warning only occurs when the wheel is rotated 80 ° or more downward from the horizontal). Alternatively, different angles (eg, + 80 ° and −70 ° from the horizontal) may be set as the upper limit and the lower limit.
上述した本発明の第二の発明に係る測定装置は、肩関節の角度から、バランサ
ーにより発生される力に基づいて定められる所定範囲を超えて第2リンクが曲げ
られたことを検出する検出手段と、この検出手段が検出をした場合に、ユーザへ
の警告を行なう警告手段とを具備したことを特徴とする。
The measuring apparatus according to the second aspect of the present invention described above is a detecting means for detecting that the second link is bent from a shoulder joint angle exceeding a predetermined range determined based on a force generated by the balancer. And warning means for giving a warning to the user when the detection means detects.
上述した本発明の第二の発明に係る測定制御方法は、プローブにより所望の位
置を測定しようとするユーザの測定アームに取らせる姿勢が、上記のバランサー
の測定アームに及ぼす力の影響で許容範囲を超える測定誤差を生じさせる可能性
があることを、測定アームの姿勢に関する所定のパラメータが所定値を超えたか
どうかに基づいて、プロセッサに検出させ、検出がされた場合に、ユーザへの警
告を行なうことを特徴とする。
In the measurement control method according to the second aspect of the present invention described above, the posture that the user's measurement arm that wants to measure the desired position with the probe takes into account the influence of the force on the measurement arm of the balancer. May cause a measurement error that exceeds the specified value based on whether a predetermined parameter related to the posture of the measurement arm exceeds a predetermined value, and if a detection is detected, a warning to the user is issued. It is characterized by performing.
上述した第一の発明と第二の発明は、組み合わせて実施しても効果的である。
例えば、第1リンクと第2リンクとがなす角度が所定値を超えて180°に近づ
いたことを検出する第一の手段と、手首関節から支点への距離が所定値を超えて
遠くなったことを検出する第二の手段と、第2リンクが支持部材に対して、バラ
ンサーにより発生される力に基づいて定められる所定範囲を超えて、曲げられた
ことを検出する第三の手段とを備え、これら第一乃至第三の手段の少なくとも一
つが検出をした場合に、ユーザへの警告を行なうように構成しても良い。
The first and second inventions described above are effective even when combined.
For example, the first means for detecting that the angle formed by the first link and the second link exceeds a predetermined value and approaches 180 °, and the distance from the wrist joint to the fulcrum exceeds the predetermined value. And second means for detecting that the second link is bent with respect to the support member beyond a predetermined range determined based on the force generated by the balancer. It is also possible to provide a warning to the user when at least one of these first to third means detects.
また、上述した第一の発明においても、第二の発明においても、ユーザに警告
を行なうことに加えて、プロセッサからの空間座標の出力を中止すれば、ユーザ
が測定精度の悪い空間座標値を使用してしまうことを確実に防ぐことができる。
空間座標の出力を中止させる方法として、プロセッサへの各関節の角度の取り込
みを停止して空間座標値の算出自体が行われないようにしても良いし、プロセッ
サが算出した空間座標値を外部へ出力しないようにするのでも良い。
In both the first and second inventions described above, in addition to warning the user, if the output of the spatial coordinates from the processor is stopped, the user can obtain a spatial coordinate value with poor measurement accuracy. It can be surely prevented from being used.
As a method of canceling the output of the spatial coordinates, it is possible to stop taking the angles of the joints into the processor so that the calculation of the spatial coordinate values is not performed, or the spatial coordinate values calculated by the processor are sent to the outside. It is also possible not to output.
このように、ユーザへの警告と空間座標値の出力中止とを併用する場合、観測
される各パラメータが、所望の測定精度が出せる限界値より少し手前の所定値に
達したときに、ユーザへの警告を開始し、この警告を無視してユーザが測定アー
ムを動かし続けてそのパラメータが限界値を超えたときに、空間座標値の出力を
中止するようにしても、効果的である。
As described above, when the warning to the user and the output stop of the spatial coordinate value are used together, when each observed parameter reaches a predetermined value slightly before the limit value at which the desired measurement accuracy can be obtained, It is also effective to start the warning, and to discontinue the output of the spatial coordinate value when the user continues to move the measurement arm and the parameter exceeds the limit value by ignoring this warning.
最後に、本発明の第三の発明に係る測定装置は、肩関節もしくはその近辺に設
けられ、測定アームにかかる重力に対抗して第2リンクの前記肘関節側が持ち上
がるような力を発生するためのバランサーをさらに備えており、プロセッサが空
間座標を算出するための方程式として、バランサーにより発生される力が肩関節
の角度によって変化することにより生じる誤差を補正する項を含む方程式を用い
ることを特徴とする。例えば、上記の方程式に、バランサーの力により第2リン
クに発生するたわみを表すパラメータを含ませ、このたわみを表すパラメータの
値として肩関節の角度に基づいて定められる値を用いる。
Finally, the measuring device according to the third aspect of the present invention is provided at or near the shoulder joint and generates a force that lifts the elbow joint side of the second link against the gravity applied to the measuring arm. The balancer is further provided, and an equation including a term for correcting an error caused by a change in the force generated by the balancer depending on the angle of the shoulder joint is used as an equation for the processor to calculate the spatial coordinates. And For example, a parameter representing the deflection generated in the second link by the balancer force is included in the above equation, and a value determined based on the angle of the shoulder joint is used as the value of the parameter representing the deflection.
本発明の第三の発明によれば、測定アームの姿勢によってバランサーの力が小
さくなったり大きくなったりしても、プロセッサがこれにより生じる誤差を吸収
するように空間座標を算出するので、出力される空間座標の精度を高めることが
できる。
According to the third aspect of the present invention, even when the force of the balancer decreases or increases depending on the posture of the measurement arm, the processor calculates the spatial coordinates so as to absorb the error caused by this, and therefore is output. The accuracy of spatial coordinates can be increased.
本発明の第二の発明は、バランサーの力の影響で生じる測定誤差を、ユーザに
警告することで避けようとするものであるのに対し、本発明の第三の発明は、バ
ランサーの強弱の影響をプロセッサが用いるソフトウェアで補正することで、測
定誤差を近似的に除去しようとするものである。したがって、第三の発明は、第
二の発明を代替するものとして実施することもできるし、第二の発明と組み合せ
て実施する(ソフトウェアにより補正しても測定誤差が除去しきれないところま
で第2のリンクが曲げられたらユーザに警告する等)こともできる。
The second invention of the present invention is intended to avoid measurement errors caused by the influence of the balancer's force by warning the user, whereas the third invention of the present invention is based on the strength of the balancer. By correcting the influence by software used by the processor, the measurement error is approximately removed. Therefore, the third invention can be implemented as an alternative to the second invention, or in combination with the second invention (until the measurement error cannot be completely eliminated even if corrected by software). If the second link is bent, the user may be warned).
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施形態に係る多関節型座標測定装置の一例の外観を示す図である
。測定アームは、プローブ取り付け部2、第1リンク5、第2リンク8と、6個
の関節から構成されており、プローブ取り付け部2にプローブ1が取り付けられ
るようになっている。6番目の関節が、測定アームを支持する支柱に取り付けら
れて、測定アームと支柱との間の回転を提供している。
FIG. 1 is a diagram illustrating an appearance of an example of an articulated coordinate measuring apparatus according to the present embodiment. The measurement arm is composed of a probe attachment portion 2, a
No.1関節(手首関節)3は、第1リンク5に対するプローブ取り付け部2の曲
げ動作(図2のA軸周りの回転)を提供し、No.2関節4は、第1リンク5に対す
るプローブ取り付け部2のねじり動作(図2のB軸周りの回転)を提供し、No.3
関節(肘関節)4は、第2リンク8に対する第1リンク5の曲げ動作(図2のC
軸周りの回転)を提供し、No.4関節7は、第2リンク8に対する第1リンク5の
ねじり動作(図2のD軸周りの回転)を提供し、No.5関節(肩関節)9は、支柱
11に対する第2リンク8の曲げ動作(図2のE軸周りの回転)を提供し、No.6
関節10は、支柱11に対する第2リンク8のねじり動作(図2のF軸周りの回
転)を提供する。これらNo.1〜No.6の各関節には、ロータリーエンコーダ等の角
度センサが内蔵されており、それぞれの軸周りの回転角度が検出される。No.2、
No.4、No.6関節のねじり動作は、回転角度に限界があってもよいし、エンドレス
に回転するものであっても良い。
The No. 1 joint (wrist joint) 3 provides the bending operation (rotation around the A axis in FIG. 2) of the probe mounting portion 2 with respect to the
The joint (elbow joint) 4 is bent by the
No. 4 joint 7 provides torsional motion of the
The joint 10 provides torsional motion (rotation about the F axis in FIG. 2) of the second link 8 with respect to the column 11. Each of the joints No. 1 to No. 6 incorporates an angle sensor such as a rotary encoder, and the rotation angle around each axis is detected. No.2,
The twisting operation of the No. 4 and No. 6 joints may have a limit in the rotation angle or may rotate endlessly.
支柱11は、移動可能な台12に据え付けられており、台12には、専用プロ
セッサ13と、コンピュータ14が、備え付けられている。専用プロセッサ13
と、各関節のロータリーエンコーダとは、有線または無線で接続されており、各
ロータリーエンコーダの出力が専用プロセッサ13に入力されるようになってい
る。専用プロセッサ13は、入力される各関節の角度と、各部材の固定的な位置
関係(リンクやプローブの長さ等を含む)とに基づいて、プローブ1の先端の(
X,Y,Z)座標を算出することができる。コンピュータ14では、様々なアプ
リケーションプログラムを起動実行することができ、専用プロセッサ13で算出
された空間座標値が、そのアプリケーションプログラムに入力される。
The column 11 is installed on a movable table 12, and the table 12 is provided with a dedicated processor 13 and a computer 14. Dedicated processor 13
The rotary encoder of each joint is connected by wire or wirelessly, and the output of each rotary encoder is input to the dedicated processor 13. The dedicated processor 13 determines the position of the tip of the probe 1 based on the input angle of each joint and the fixed positional relationship of each member (including the length of the link and the probe).
X, Y, Z) coordinates can be calculated. The computer 14 can start and execute various application programs, and the spatial coordinate value calculated by the dedicated processor 13 is input to the application program.
上記の測定アームは、プローブ取り付け部2に、様々なプローブを取り付ける
ことができる。図1のプローブ1は、その先端を被測定物の表面に接触させて、
接触点の座標を求めるものであるが、これを例えば図3に示すような非接触型プ
ローブに付け替えることもできる。図3の例では、非接触型のレーザプローブ3
1を、G軸周りの回転を提供するプローブ関節32に組み込んだものを、プロー
ブ取り付け部2に装着している。非接触型プローブ31のセンサ部分の位置を特
定するために、プローブ関節32にもロータリーエンコーダが内蔵されており、
この場合は、専用プロセッサ13は、No.1〜No.6及びプローブの各関節の角度に
基づいて、プローブの先端の空間座標を求めることになる。非接触型プローブ3
1のレーザによるセンシングの結果は、各関節の角度とは別に、非接触型プロー
ブコントローラ33に入力され、ここで処理されたセンシング結果と、専用プロ
セッサ13で求められたプローブ先端の座標とを合成して、被測定物の表面のデ
ータが得られる。
The measurement arm can attach various probes to the probe attachment portion 2. The probe 1 in FIG. 1 has its tip brought into contact with the surface of the object to be measured,
The coordinates of the contact point are obtained, but this can be replaced with a non-contact type probe as shown in FIG. 3, for example. In the example of FIG. 3, the non-contact
1 is mounted on the probe mounting portion 2 in which the probe 1 is incorporated into a probe joint 32 that provides rotation around the G axis. In order to specify the position of the sensor portion of the
In this case, the dedicated processor 13 obtains the spatial coordinates of the tip of the probe based on No. 1 to No. 6 and the angle of each joint of the probe.
The result of sensing by laser 1 is input to the non-contact
このように構成された測定アームをユーザが動かして、被測定物の位置座標を
測定する際に、その測定精度が許容範囲を超えて悪化しないように、測定アーム
が図4及び図5に例示するような姿勢になると、ユーザに警告を行なう。図4及
び図5には、図3のプローブ31を使用した例を示したが、図1のプローブ1を
使用する場合も、同様な制御を行なう。
The measurement arm is illustrated in FIGS. 4 and 5 so that the measurement accuracy does not deteriorate beyond the allowable range when the user moves the measurement arm configured in this way to measure the position coordinates of the object to be measured. When the posture is such that the user is warned, a warning is given to the user. 4 and 5 show an example in which the
図4は、ユーザが測定アームを引っ張って遠くの方を測定しようとしている場
合に、測定誤差が許容範囲を超えて大きくなる姿勢を特定するためのパラメータ
の一例を示す。
FIG. 4 shows an example of parameters for specifying a posture in which the measurement error increases beyond the allowable range when the user is going to measure the far side by pulling the measurement arm.
一つのパラメータは、No.3関節(肘関節)6の角度である。No.3関節6の角度
センサは、この例では、第1リンク5と第2リンク8とが直角であるときに0°
を示すように設定されている。そして、No.3関節6の角度センサが+80°を超
えると、第1リンク5と第2リンク8とは平行に近くなり、測定誤差が許容範囲
を超えて大きくなる。したがって、この場合は、80°(第1リンク5と第2リ
ンク8との相対角度で言えば170°)が特定姿勢限界となる。
One parameter is the angle of No. 3 joint (elbow joint) 6. In this example, the angle sensor of the No. 3 joint 6 is 0 ° when the
Is set to show. When the angle sensor of the No. 3 joint 6 exceeds + 80 °, the
もう一つのバラメータは、No.1関節(手首関節)3の中心の位置と、測定アー
ムの支点との間の距離である。測定アームの支点としては、例えば、支柱11に
取り付けられるNo.6関節10の中心の位置を用いることができる。図4の測定ア
ームのNo.1関節3までの最大長さは1350mmであるが、No.1関節3のアーム
支点からの距離が1300mmを超えると、測定誤差が許容範囲を超えて大きく
なるので、この場合は、1300mmが特定姿勢限界となる。
Another parameter is the distance between the center position of No. 1 joint (wrist joint) 3 and the fulcrum of the measurement arm. As the fulcrum of the measurement arm, for example, the center position of the No. 6 joint 10 attached to the column 11 can be used. The maximum length of the measurement arm in FIG. 4 up to the No. 1
上記の二つのパラメータのいずれかが特定姿勢限界に近づくと、測定装置がア
ラーム音を鳴らす、ライトを点滅させる等の方法で、ユーザに警告する。例えば
、No.3関節6の角度が78°を超えるか、No.1関節3の距離が1270mmを超
えるかしたら、ユーザに警告する。その後、No.3関節6の角度が80°を超える
か、No.1関節3の距離が1300mmを超えるかしたら、専用プロセッサ13の
、各関節の角度センサからの信号を取り込む処理か空間座標を出力する処理の少
なくとも一方を止める。このとき、ユーザへの警告を続行するとともに、そのア
ラーム音の音質や音量、ライトの点灯等を変化させても良いし、ユーザが空間座
標の出力が中止されたことを認識できる他の方法を採っても良い。
When either of the above two parameters approaches the specific posture limit, the measuring device warns the user by a method such as sounding an alarm sound or blinking a light. For example, if the angle of the No. 3 joint 6 exceeds 78 ° or the distance of the No. 1
図1及び図2に示すように、本例の測定アームは、プローブ取り付け部2がA
軸の周りに360°もしくはエンドレスに回転するため、ユーザは、No.1関節3
を持って測定アームを被測定物の付近に移動させることが多い。このため、本例
の測定アームでは、プローブ取り付け部2の位置やプローブ1の先端からアーム
支点までの距離ではなく、No.1関節3からの距離を、姿勢を特定するパラメータ
として用いている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the measurement arm of this example has a probe mounting portion 2 with A.
Because it rotates 360 ° around the axis or endlessly, the user can
In many cases, the measurement arm is moved near the object to be measured. For this reason, in the measurement arm of this example, the distance from the No. 1
図5は、測定アームのバランサーが発生する力の大きさが、測定アームの姿勢
によって異なる様子を示し、このバランサーの影響で測定誤差が許容範囲を超え
て大きくなる姿勢を特定するためのパラメータの一例を示す。
FIG. 5 shows a state in which the magnitude of the force generated by the balancer of the measurement arm varies depending on the posture of the measurement arm, and parameter values for specifying the posture in which the measurement error increases beyond the allowable range due to the influence of the balancer. An example is shown.
バランサーとしては、種々の公知の構成のものを採用することができる。例え
ば、特開昭61−168491号公報に示されるようなバネ組立体を、No.5関節
9に対して結合させる構成や、特開昭58−34791号公報に示されるような
ねじりコイルバネを、No.5関節9に組み込む構成がある。また、USP5189
797号公報に示されるように、第2リンクと平行にリンク支持部材を設け、No
.5関節9に隣り合わせてバネを設け、このバネの力をリンク支持部材を介して第
2リンクに伝達させる構成もある。
As the balancer, various known configurations can be employed. For example, a structure in which a spring assembly as shown in JP-A-61-168491 is coupled to the No. 5 joint 9 or a torsion coil spring as shown in JP-A-58-34791 is used. There is a configuration to be incorporated into the No. 5 joint 9. USP5189
As shown in Japanese Patent No. 797, a link support member is provided in parallel with the second link.
There is also a configuration in which a spring is provided adjacent to the .5 joint 9 and the force of this spring is transmitted to the second link via the link support member.
いずれの形態のバランサーであっても、本例の測定アームでは、図5に示すよ
うに、No.5関節9を中心に第2リンク8を持ち上げればバランサーの力は弱くな
り、逆に第2リンク8を押し下げればバランサーの力は強くなる。本例の場合、
ユーザが測定アームから手を離したニュートラルの状態は、第2リンク8がほぼ
水平で、第1リンク5が地面に垂直にぶら下がっている状態であり、この状態で
、測定アームにかかる重力とバランサーが測定アームを押し上げようとする力と
が釣り合っている。そして、この釣り合っている状態の近辺で、最も高い測定精
度が出るように、測定アームの組み立て後の校正や各種調整が行なわれている。
In any form of balancer, in the measurement arm of this example, as shown in FIG. 5, if the second link 8 is lifted around the No. 5 joint 9, the balancer's force becomes weaker. If the two links 8 are pushed down, the balancer's power increases. In this example,
The neutral state in which the user has released his / her hand from the measurement arm is a state in which the second link 8 is substantially horizontal and the
本例の場合、バランサーの力の強弱の影響で許容範囲を超える測定誤差が出る
ので、図5に示すように、バランサーの力が弱くなり過ぎて、許容範囲を超える
測定誤差が出る特定姿勢限界として、No.5関節9の角度センサが+80°という
値を設定する。なお、No.5関節9の角度センサは、この例では、第2リンク8が
地面と平行であるときに0°を示すように設定されているので、この特定姿勢限
界は、支柱11と第2リンク8との相対角度で言えば170°ということになる
。特定姿勢限界が近づくと(例えばNo.5関節9の角度センサが78°になると)
、ユーザに警告し、特定姿勢限界を超えると、角度センサからのデータの取得お
よび/または空間座標の出力を行なわないようにすることは、図4の例と同様で
ある。
In the case of this example, a measurement error exceeding the allowable range occurs due to the influence of the balancer force. Therefore, as shown in FIG. 5, the specific posture limit where the balancer force becomes too weak and a measurement error exceeding the allowable range occurs. As a result, the angle sensor of the No. 5 joint 9 sets a value of + 80 °. In this example, the angle sensor of the No. 5 joint 9 is set to indicate 0 ° when the second link 8 is parallel to the ground. In terms of the relative angle with the two links 8, it is 170 °. When the specific posture limit approaches (for example, when the angle sensor of No. 5 joint 9 becomes 78 °)
As in the example of FIG. 4, the user is warned and the acquisition of data from the angle sensor and / or the output of the spatial coordinates is not performed when the specific posture limit is exceeded.
バランサーの力が強くなり過ぎる場合も、同様に特定姿勢限界を定めることが
できる(図5の例ではNo.5関節9の角度センサが−70°)が、本例の測定アー
ムでは、測定アームをそのように押し下げる姿勢は取らせにくいため、ユーザが
下側の特定姿勢限界を超えることはないと見越して、下側のユーザ警告機能を省
略することも可能である。
Even when the force of the balancer becomes too strong, the specific posture limit can be set similarly (in the example of FIG. 5, the angle sensor of the No. 5 joint 9 is −70 °), but in the measurement arm of this example, the measurement arm Since it is difficult to take such a posture that pushes down, it is possible to omit the lower user warning function in anticipation that the user will not exceed the lower specific posture limit.
図6には、図4及び図5で説明した特定姿勢限界に基づく測定制御を行なうた
めの、専用プロセッサ13の内部構成例を示す。No.1〜No.6関節の各ロータリー
エンコーダからの出力は、カウンタ回路61に入力されて、各関節の角度を表わ
す信号となる。専用プロセッサ13のプロセッサ部60は、下記に説明する条件
判断部62と座標算出部63を含む。
FIG. 6 shows an internal configuration example of the dedicated processor 13 for performing measurement control based on the specific posture limit described in FIGS. 4 and 5. The outputs from the rotary encoders of the No. 1 to No. 6 joints are input to the
座標算出部63は、測定アームの各部材の固定的な位置関係を規定する設計値
と、測定アーム組立て後に求めた設計値からの位置ずれ(校正値)とを、記憶部
65から読み込み、これらの値と、カウンタ回路61から入力される各関節の角
度とを、運動方程式に代入して、プローブの先端の(X,Y,Z)座標を算出す
る。算出された座標は、通信インタフェース68を介して、コンピュータ14の
アプリケーションプログラムへ送出される。
The coordinate
条件判断部62は、図4及び図5の例によれば、以下の三つの処理を行なう。
一つ目は、カウンタ回路61から入力されるNo.3関節の角度を、条件判断用設
定値記憶部64に記憶されている値(図4の例では78°と80°)と比較する
処理である。そして、条件判断部62は、No.3関節の角度が78°を超えていれ
ば、警告インタフェース66を介して、スピーカかランプ67に信号を送ってユ
ーザに警告し、80°を超えていれば、座標算出部63からの空間座標値の出力
を中止する。
The
First, a process of comparing the angle of No. 3 joint input from the
二つ目は、カウンタ回路61から入力される各関節の角度を座標算出部63に
入力してNo.1関節の位置を算出させ、この算出結果に基づいてNo.1関節からアー
ム支点までの距離を計算し、この計算結果を、条件判断用設定値記憶部64に記
憶されている値(図4の例では1270mmと1300mm)と比較する処理で
ある。そして、条件判断部62は、計算した距離が1270mmを超えていれば
、警告インタフェース66を介して、スピーカかランプ67に信号を送ってユー
ザに警告し、1300mmを超えていれば、座標算出部63からの空間座標値の
出力を中止する。
Second, the angle of each joint input from the
三つ目は、カウンタ回路61から入力されるNo.5関節の角度を、条件判断用設
定値記憶部64に記憶されている値(図5の例では78°と80°)と比較する
処理である。そして、条件判断部62は、No.5関節の角度が78°を超えていれ
ば、警告インタフェース66を介して、スピーカかランプ67に信号を送ってユ
ーザに警告し、80°を超えていれば、座標算出部63からの空間座標値の出力
を中止する。
The third processing is to compare the angle of the No. 5 joint input from the
上記のように座標算出部63からの空間座標値の出力を中止することにより、
プロセッサ部60もしくは専用プロセッサ13からの空間座標値の出力は中止さ
れる。なお、条件判断用設定値64と測定アームの設計値及び校正値65は、R
OMやRAM等の記憶媒体の形で専用プロセッサ13に組み込むことができる。
また、カウンタ回路61と警報インタフェース66と記憶部64及び65を、コ
ントロール部69として構成することもできる。
By stopping the output of the spatial coordinate value from the coordinate
The output of the spatial coordinate value from the processor unit 60 or the dedicated processor 13 is stopped. The condition
It can be incorporated in the dedicated processor 13 in the form of a storage medium such as OM or RAM.
Further, the
ここでは、プロセッサ部60として説明したが、条件判断部62と座標算出部
63は、別々のプロセッサで構成しても良いし、一つのプロセッサがある時点で
は条件判断部62の処理を記述したプログラムに従って動作し別の時点では座標
算出部63の処理を記述したプログラムに従って動作するように構成しても良い
。
Although described here as the processor unit 60, the
なお、No.3関節とNo.5関節の曲げ動作には、測定アームの構造上の回転角度限
界が存在するが、その物理的な回転限界とは関わりなく、上述した特定姿勢限界
で、ユーザに警告を行ない、空間座標値の出力を中止する。
The bending motion of the No. 3 joint and No. 5 joint has a rotation angle limit on the structure of the measurement arm, but regardless of the physical rotation limit, the specific posture limit described above, Is warned and the output of the spatial coordinate value is stopped.
図4及び図5にその一例を示した特定姿勢限界の値は、同一の設計により製造
された測定装置に対しては同一の値を設定するようにしても良いが、測定装置毎
に検証データに従って決定していくことも可能である。後者の場合、各測定装置
に固有の誤差要因も含めて測定精度の落ちるアーム姿勢を特定できるので、安定
した測定結果が得られるアーム姿勢を維持できる効果がより高くなる。
The specific posture limit value shown in FIG. 4 and FIG. 5 as an example may be set to the same value for measurement devices manufactured by the same design, but the verification data for each measurement device. It is also possible to decide according to. In the latter case, it is possible to specify an arm posture with reduced measurement accuracy including an error factor specific to each measuring apparatus, and thus the effect of maintaining an arm posture with which a stable measurement result can be obtained becomes higher.
測定装置毎に検証データを得る方法の一例を、図7に示す。図7の例では、例
えば1mのブロックゲージを測定装置の前方周辺の様々な場所に配置し、それぞ
れについて測定を行ない、測定誤差が規定値より大きい姿勢についてNo.3関節の
角度、No.1関節の到達位置、No.5関節の角度を調べ、各パラメータの限界値を決
定する。なお、図7(a)は、測定装置を真上から見た場合のブロックゲージの
配置を、図7(b)は、測定装置を真横から見た場合のブロックゲージの配置を
示す。図7に加えて、特殊なゲージを種々の位置に配置して測定した結果を用い
て、各パラメータの限界値を決定しても良い。
An example of a method for obtaining verification data for each measuring apparatus is shown in FIG. In the example of FIG. 7, for example, 1 meter block gauges are placed at various locations around the front of the measuring device, and measurement is performed on each of them. Check the joint arrival position and the No.5 joint angle, and determine the limit value of each parameter. FIG. 7A shows the arrangement of the block gauge when the measuring apparatus is viewed from directly above, and FIG. 7B shows the arrangement of the block gauge when the measuring apparatus is viewed from the side. In addition to FIG. 7, the limit value of each parameter may be determined using the results of measurement with special gauges arranged at various positions.
以下には、バランサーの強弱の影響を補正ソフトで近似的に除去する場合の、
図6の座標算出部63及びこれに付随する記憶部65の動作内容を説明する。
Below, when the effect of balancer strength is roughly removed with correction software,
The operation contents of the coordinate
まず、座標算出部63が用いる運動方程式は、6関節型三次元座標測定装置の
プローブ先端Pの空間座標値を与えるもので、4行4列のマトリックスを6個か
それ以上掛け合わせた変換マトリックスの運動方程式であるが、ここでは、バラ
ンサーの力の影響を受ける第2リンク部について簡略化して説明する。
First, the equation of motion used by the coordinate
図8に示すモデル(バランサーの力の影響が無視できる場合のモデル)で、No
.4関節部を無視した第2リンク機構の座標系において、No.3関節部から見たプロ
ーブ先端Pの空間座標値を、No.5関節部から見たプローブ先端Pの空間座標値P
(x,y,z)に変換する4行4列変換マトリックスの運動方程式は、下記の数
式(1)のようになる。
In the model shown in Fig. 8 (model where the influence of balancer force can be ignored), No
.4 In the coordinate system of the second link mechanism ignoring the joint, the spatial coordinate value of the probe tip P viewed from the No. 3 joint is the spatial coordinate value P of the probe tip P viewed from the No. 5 joint.
The equation of motion of the 4 × 4 conversion matrix to be converted into (x, y, z) is as shown in the following equation (1).
数式(1)において、Aは、第2リンクの長さであり、Yは、No.5関節の角度
である。数式(1)には、バランサーの強弱による影響を補正する項が含まれて
いないため、数式(1)により計算されるP(x,y,z)は、バランサーの力
の変化に伴う動的な測定誤差を有する。
In Equation (1), A is the length of the second link, and Y is the angle of No. 5 joint. Since the formula (1) does not include a term for correcting the influence of the balancer strength, P (x, y, z) calculated by the formula (1) is dynamic according to the balancer force change. Measurement error.
これに対し、本実施形態では、図5に示すように第2リンクをNo.5関節の周り
に回転させると、バランサー力Fの強弱により動的なたわみが発生することを考
慮した運動方程式を用いる。すなわち、本実施形態における座標算出部63は、
No.3関節部から見たプローブ先端Pの空間座標値を、No.5関節部から見たプロー
ブ先端Pの(補正された)空間座標値P0(x,y,z)に変換する4行4列変
換マトリックスの運動方程式として、例えば下記の数式(2)を用いる。この数
式(2)は、上述したたわみを、図9に示すようにモデル化することにより導出
されるものである。
On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 5, when the second link is rotated around the No. 5 joint, an equation of motion that takes into account that dynamic deflection occurs due to the strength of the balancer force F is obtained. Use. That is, the coordinate
Four lines for converting the spatial coordinate value of the probe tip P viewed from the No. 3 joint to the (corrected) spatial coordinate value P0 (x, y, z) of the probe tip P viewed from the No. 5 joint. For example, the following mathematical formula (2) is used as the equation of motion of the four-row transformation matrix. This mathematical formula (2) is derived by modeling the above-described deflection as shown in FIG.
数式(2)において、Bは、図9に示すように、No.3関節中心からたわみによ
る変曲点までの距離であり、Cは、No.5関節中心からたわみによる変曲点までの
距離であり、B+CはほぼA(第2リンクの長さ)に等しいとする。Yは、No.5
関節の角度であり、Xは、たわみによるNo.3関節部の誤差角度ΔNo.3である。な
お、たわみによるNo.5関節部の角度誤差ΔNo.5は、No.5関節の検出角度Yに含ま
れて検知される。
In Equation (2), B is the distance from the No. 3 joint center to the inflection point due to deflection, as shown in FIG. 9, and C is the distance from the No. 5 joint center to the inflection point due to deflection. And B + C is approximately equal to A (the length of the second link). Y is No.5
This is the angle of the joint, and X is the error angle ΔNo. 3 of the No. 3 joint due to deflection. Note that the angle error ΔNo. 5 of the No. 5 joint due to the deflection is detected by being included in the detection angle Y of the No. 5 joint.
数式(2)には、バランサーの強弱による影響を補正する項として、たわみに
よる変曲点が1箇所である場合の近似補正が含まれている。すなわち、数式(2
)には、バランサー力の強弱により変動する項として、sinX、cosX、B、Cが
含まれている。但し、B及びCは、固定値として扱っても構わない。Xは、バラ
ンサーの強弱による変化を反映し、No.5関節の角度Yによって異なる値をとる(
バランサーの力が大きくなるときはXも大きくなり、バランサーの力が小さくな
るときはXも小さくなる)。
Formula (2) includes approximate correction in the case where there is one inflection point due to deflection as a term for correcting the influence of the balancer strength. That is, the mathematical formula (2
) Includes sinX, cosX, B, and C as terms that vary depending on the balancer strength. However, B and C may be treated as fixed values. X reflects changes due to balancer strength, and takes different values depending on the angle Y of the No.5 joint (
X increases as the balancer force increases, and X decreases as the balancer force decreases.)
したがって、例えばNo.5関節の所定の角度毎に設定された補正定数から近似的
に内部補間した補正値Xを算出し、これを数式(2)に代入することで、数式(
2)により計算されるP0(x,y,z)は、バランサーの力の変化に伴う動的
な測定誤差が近似的に除去されたものとなる。ここで用いる補正定数は、校正フ
ァイルとして記憶部65に記憶させておけばよく、その値を状況に応じて変更す
ることも可能である。また、バランサーの力をセンサで検知することにより、自
動的(リアルタイム)に補正値を演算して、この演算値を設定するようにしても
良い。
Therefore, for example, a correction value X that is approximately internally interpolated from a correction constant set for each predetermined angle of the No. 5 joint is calculated, and this is substituted into the equation (2) to obtain the equation (2).
P0 (x, y, z) calculated by 2) is obtained by approximately removing the dynamic measurement error accompanying the change in the balancer force. The correction constant used here may be stored in the
上記の例では、第2リンクのYZ平面上の補正(Y,Z座標値に補正の影響が
出る)を示したが、X座標値についても、同様な補正により測定誤差を近似的に
除去できる。バランサーの力を受ける第2リンクは、No.4、No.5、No.6の各関節
の回転が連動して運動するので、Y,Z座標値だけでなくX座標値についても補
正すれば、より高精度に空間座標値P0を算出することができる。
In the above example, correction on the YZ plane of the second link is shown (the Y and Z coordinate values are affected by the correction). However, measurement errors can also be approximately eliminated for X coordinate values by similar correction. . The second link that receives the force of the balancer moves in conjunction with the rotation of the joints of No.4, No.5, and No.6, so if you correct not only the Y and Z coordinate values, but also the X coordinate value Thus, the spatial coordinate value P0 can be calculated with higher accuracy.
また、上記の例では、変曲点が1箇所であるモデルを説明したが、アームの構
造上複数の変曲点が存在しうる場合にも、同様に変換マトリックスを展開するこ
とができる。さらに、ねじれの影響による誤差も、同様に変換マトリックスを展
開して、補正することができる。
In the above example, the model having one inflection point has been described. However, even when a plurality of inflection points may exist due to the structure of the arm, the transformation matrix can be similarly developed. Furthermore, errors due to the influence of torsion can be corrected similarly by developing the transformation matrix.
上記には、No.3関節部から見た空間座標値(x、y、z)を、No.5関節部から
見た空間座標値に変換する例を示したが、その逆の変換も勿論可能である。
In the above example, the spatial coordinate value (x, y, z) viewed from the No. 3 joint is converted to the spatial coordinate value viewed from the No. 5 joint, but the reverse conversion is of course also possible. Is possible.
なお、バランサーの強弱による影響が、図9に示した以外のリンク機構や関節
部に生じている場合、その影響が何軸の回転運動か平行運動かを分析し、上記に
例示した運動方程式に取り入れることにより、幅広く補正をかけることもできる
。
In addition, when the influence by the balancer strength is generated in the link mechanism or joint part other than that shown in FIG. 9, it is analyzed how many axes the rotational movement or parallel movement is, and the above equation of motion is expressed. By incorporating it, it is possible to apply a wide range of corrections.
以上に本発明の実施形態について説明したが、上述の実施形態を本発明の範囲
内で当業者が変形可能なことはもちろんである。例えば、本発明は、図1のよう
な構成以外の構成を持つ多関節型測定装置にも適用できる。図1の測定アームは
、垂直な支柱に対して、第2リンクが水平に支持され、そこから第1リンクが垂
れ下がるのを基本姿勢としているが、支柱の代わりに支持台を持つ装置でも、第
2リンクが垂直な状態が基本姿勢である装置でも、本発明が応用実施できること
は当然である。
Although the embodiments of the present invention have been described above, it goes without saying that the above-described embodiments can be modified by those skilled in the art within the scope of the present invention. For example, the present invention can be applied to an articulated measuring apparatus having a configuration other than the configuration shown in FIG. The measurement arm in FIG. 1 is basically configured such that the second link is supported horizontally with respect to the vertical support and the first link hangs down from the vertical support. Of course, the present invention can also be applied to an apparatus in which the basic posture is when two links are perpendicular.
以上のように、本発明によれば、測定アームに測定誤差要因となるストレスが
かからない測定姿勢が維持されているかどうかを、測定装置が検出することがで
き、それを外れた場合にユーザに知らせることができるため、安定した測定結果
を得ることができる。
As described above, according to the present invention, the measurement device can detect whether or not the measurement posture in which the measurement arm is not subjected to the stress that causes the measurement error is maintained, and informs the user when the measurement posture is removed. Therefore, stable measurement results can be obtained.
また、測定誤差要因となるストレスが測定アームのバランサーの力である場合
には、上述したようにユーザに知らせることで安定した測定結果が得られる測定
姿勢を維持することもできるが、測定装置がバランサーの力の影響を補正して空
間座標を算出することで、精度の良い測定結果を得るようにすることもできる。
In addition, when the stress that causes the measurement error is the balancer force of the measurement arm, it is possible to maintain a measurement posture in which a stable measurement result can be obtained by notifying the user as described above. It is also possible to obtain an accurate measurement result by correcting the influence of the balancer force and calculating the spatial coordinates.
1 プローブ
2 プローブ取り付け部
3 No.1関節(手首関節)
4 No.2関節
5 第1リンク
6 No.3関節(肘関節)
7 No.4関節
8 第2リンク
9 No.5関節(肩関節)
10 No.6関節
11 支柱
12 台
13 専用プロセッサ
14 コンピュータ
31 非接触型プローブ
32 プローブ関節
33 非接触型プローブコントローラ
60 プロセッサ部
61 カウンタ回路
62 条件判断部
63 座標算出部
64 条件判断用設定値記憶部
65 測定アームの設計値と校正値記憶部
66 警報インタフェース
67 スピーカ及び/又はランプ
68 通信インタフェース
69 コントロール部
1 Probe 2
4 No.2 joint 5 First link 6 No.3 joint (elbow joint)
7 No.4 joint 8 Second link 9 No.5 joint (shoulder joint)
10 No. 6 joint 11 support 12 stand 13 dedicated processor 14
Claims (6)
前記測定アームの各関節の角度に基づいて、前記プローブの位置に対応する空間座標を算出するプロセッサと、
ユーザが加える力が前記測定アームをたわませることによって生じる測定誤差が許容範囲を超える可能性があることを、前記測定アームの姿勢に関する所定のパラメータが所定値を超えたかどうかに基づいて検出するために、該所定値を記憶する記憶手段と、
前記測定アームの姿勢に関する所定のパラメータが前記記憶手段により記憶された所定値を超えたかどうかに基づいて、前記可能性があることが検出された場合に、ユーザへの警告を行なう警告手段とを具備し、
前記測定アームの姿勢に関する所定のパラメータとして、前記測定アームのリンクがなす角度に関する第一のパラメータと前記測定アームの到達距離に関する第二のパラメータとのいずれかもしくは双方を用いることを特徴とする多関節型座標測定装置。 A probe can be attached to one end, a probe attachment member, a first link and a second link are connected in order, and an articulated measurement arm with the other end attached to a support member;
A processor for calculating a spatial coordinate corresponding to the position of the probe based on an angle of each joint of the measurement arm;
Based on whether or not a predetermined parameter related to the posture of the measurement arm exceeds a predetermined value, it is possible that a measurement error caused by the user's applied force deflecting the measurement arm may exceed an allowable range. for a storage means for storing said predetermined value,
Warning means for giving a warning to a user when it is detected that there is the possibility based on whether a predetermined parameter relating to the posture of the measurement arm exceeds a predetermined value stored in the storage means; equipped with,
As the predetermined parameter relating to orientation of the measuring arm, characterized by Rukoto with either or both of the second parameter related reach of the first parameter and the measuring arm with respect to the angle the link makes the measuring arm Articulated coordinate measuring device.
あることを特徴とする請求項1に記載の多関節型座標測定装置。 The articulated coordinate measuring apparatus according to claim 1, wherein the force applied by the user is a force pulling the measurement arm away from the support member.
ことを特徴とする請求項1に記載の多関節型座標測定装置。 The articulated coordinate measuring apparatus according to claim 1, wherein the force applied by the user is a force for contracting the measuring arm toward the support member.
前記測定アームの各関節の角度に基づいて、前記プローブの位置に対応する空間座標を算出するプロセッサと、
前記測定アームの肩関節もしくはその近辺に設けられ、前記測定アームにかかる重力に対抗して前記第2リンクの肘関節側が持ち上がるような力を発生するためのバランサーと、
前記バランサーにより加えられる力が前記測定アームをたわませることによって生じる測定誤差が許容範囲を超える可能性があることを、前記測定アームの姿勢に関する所定のパラメータが所定値を超えたかどうかに基づいて検出するために、該所定値を記憶する記憶手段と、
前記測定アームの姿勢に関する所定のパラメータが前記記憶手段により記憶された所定値を超えたかどうかに基づいて、前記可能性があることが検出された場合に、ユーザへの警告を行なう警告手段とを具備し、
前記測定アームの姿勢に関する所定のパラメータとして、前記測定アームのリンクがなす角度に関する第一のパラメータと前記測定アームの到達距離に関する第二のパラメータとのいずれかもしくは双方を用いることを特徴とする多関節型座標測定装置。 A probe can be attached to one end, a probe attachment member, a first link and a second link are connected in order, and an articulated measurement arm with the other end attached to a support member;
A processor for calculating a spatial coordinate corresponding to the position of the probe based on an angle of each joint of the measurement arm;
Provided shoulder joint or near the measuring arm, the balancer for the upper has the elbow joint end of the second link against the force of gravity exerted on the measuring arm to generate a so that force,
Based on whether or not a predetermined parameter related to the posture of the measurement arm exceeds a predetermined value, a measurement error caused by the force applied by the balancer being deflected by the measurement arm may exceed an allowable range. to detect a storage means for storing said predetermined value,
Warning means for giving a warning to a user when it is detected that there is the possibility based on whether a predetermined parameter relating to the posture of the measurement arm exceeds a predetermined value stored in the storage means; equipped with,
As the predetermined parameter relating to orientation of the measuring arm, characterized by Rukoto with either or both of the second parameter related reach of the first parameter and the measuring arm with respect to the angle the link makes the measuring arm Articulated coordinate measuring device.
前記測定アームの肩関節もしくはその近辺に設けられ、前記測定アームにかかる重力に対抗して前記第2リンクの肘関節側が持ち上がるような力であって、前記測定アームをたわませるような力を発生するためのバランサーと、
前記測定アームの各関節の角度を、前記測定アームをたわませる力が前記肩関節の角度によって変化することにより生じる誤差を補正する項を含む方程式に入力することにより、前記プローブの位置に対応する空間座標を算出するプロセッサとを具備することを特徴とする多関節型座標測定装置。
A probe can be attached to one end, a probe attachment member, a first link and a second link are connected in order, and an articulated measurement arm with the other end attached to a support member;
Wherein provided in the shoulder joint or near the measuring arm, the upper having the elbow joint end of the second link against the force of gravity exerted on the measuring arm is a so that force, so as to deflect the measuring arm A balancer to generate
Corresponding to the position of the probe by inputting the angle of each joint of the measurement arm into an equation including a term that corrects an error caused by the force that deflects the measurement arm varies depending on the angle of the shoulder joint An articulated coordinate measuring apparatus comprising a processor for calculating spatial coordinates.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006349665A JP5111844B2 (en) | 2006-12-26 | 2006-12-26 | Articulated coordinate measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006349665A JP5111844B2 (en) | 2006-12-26 | 2006-12-26 | Articulated coordinate measuring device |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003054218A Division JP4707306B2 (en) | 2003-02-28 | 2003-02-28 | Articulated coordinate measuring device |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012184931A Division JP5507632B2 (en) | 2012-08-24 | 2012-08-24 | Articulated coordinate measuring device |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007127667A JP2007127667A (en) | 2007-05-24 |
JP2007127667A5 JP2007127667A5 (en) | 2007-08-16 |
JP5111844B2 true JP5111844B2 (en) | 2013-01-09 |
Family
ID=38150397
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006349665A Expired - Lifetime JP5111844B2 (en) | 2006-12-26 | 2006-12-26 | Articulated coordinate measuring device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5111844B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103884302B (en) * | 2014-03-20 | 2016-04-13 | 安凯 | The collision checking method of space manipulator and cabin body |
CN111938658B (en) * | 2020-08-10 | 2023-09-01 | 陈雪丽 | Joint activity monitoring system and method for hand, wrist and forearm |
-
2006
- 2006-12-26 JP JP2006349665A patent/JP5111844B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2007127667A (en) | 2007-05-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4707306B2 (en) | Articulated coordinate measuring device | |
US8800346B2 (en) | Wind tunnel balance calibrator | |
JP5550468B2 (en) | Force sensor calibration method | |
US7885777B2 (en) | Probe calibration | |
JP5153228B2 (en) | Parameter calibration method for articulated coordinate measuring device | |
US10138094B2 (en) | Crane and method for crane control | |
CN109483528B (en) | Robot and offset correction device for force sensor | |
JP5111844B2 (en) | Articulated coordinate measuring device | |
KR101952043B1 (en) | 6-axis baseplatform device with force/moment sensing capability | |
JP5507632B2 (en) | Articulated coordinate measuring device | |
JP2012250334A (en) | Robot, and method for controlling robot | |
KR20010012989A (en) | Compensation for undesired angle deviations arising during vehicle wheel alignment operations | |
JP6943906B2 (en) | robot | |
JP2021021650A (en) | Parameter calibration method for surface property measuring device | |
JP7534440B2 (en) | Command value correction device and robot system | |
JP6650178B2 (en) | Spray nozzle sensor | |
JP2022168826A (en) | Calibration method of force sensor | |
JP7339691B2 (en) | Detection device and sensor calibration method | |
JP7259198B2 (en) | Surface shape measuring device | |
CN110520705B (en) | Triaxial force detection device | |
US20200254620A1 (en) | Robot calibration method and robot calibration device | |
JP5319633B2 (en) | Center of gravity shake meter | |
JP2007127667A5 (en) | ||
JP2013234951A (en) | Three-dimensional measuring apparatus | |
CN113816267B (en) | Lateral displacement measuring method and device for crane boom and crane |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070628 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100427 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20110222 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110520 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20110530 |
|
A912 | Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20110930 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120824 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20121010 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151019 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5111844 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151019 Year of fee payment: 3 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |