JP6726695B2 - 多関節アーム型手動測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、多関節アーム型手動測定装置に係り、特に、マニュアル三次元測定機に用いるのに好適な、測定プローブが手動で移動するようにされた多関節アーム型手動測定装置に関する。

図１に多関節アーム型（単に多関節型とも称する）三次元測定機２０で例示する如く、特許文献１に記載されたような、アーム機構２２の先端に配置された測定プローブ２４が手動で移動するようにされたマニュアル三次元測定機は、デスクトップコンピュータ３０（または専用電装）のディスプレイ３２上に表示される設計情報や測定条件を参照しながら、測定プローブ２４でワークＷを接触または非接触で測定するシステムである。図において、２６は、多関節型三次元測定機２０を設置するための三脚台である。

このようなシステムで、測定者Ｕは自分が測定しなければならないワークＷ上の位置などをデスクトップコンピュータ３０のディスプレイ３２上で確認し、実際のワークＷの位置と照らし合わせて測定を行う。つまり、測定のたびに測定者Ｕはディスプレイ３２とワークＷを交互に見る動作を繰り返している。ワークＷの大きさや測定状況によってはディスプレイ３２を直接視認できない場合も考えられる。本来測定者Ｕは測定のたびにワークＷから大きく視線を外さずに測定する方が効率的で信頼性の高い結果を得られるはずであるが、このシステムは測定者Ｕがデスクトップコンピュータ３０のディスプレイ３２に視線を向けることを前提としている点が大きな欠点となっている。

図２はノートブックコンピュータ（ノートパソコン）３４に接続されている例である。この場合は、ワークＷの近傍に設置することもできデスクトップコンピュータよりは改善され、測定しながらディスプレイを確認することはデスクトップコンピュータより容易ではあるが、やはり視線を外すために、ほとんどの場合測定を中断して表示内容を確認しなければならない。また、ワークＷの大きさや測定環境によっては、ノートパソコン３４でも近くに置くことができず、したがってディスプレイを直接視認できない場合も考えられ、デスクトップコンピュータと同様の問題を抱えている。

なお、特許文献２には、関節アーム座標測定機の土台の付近に、開閉式のディスプレイを備えた電装部を設けることが記載されている。

又、特許文献３には、アームの先端にテキストを表示可能なスクリーンを設けることが記載されている。

特開２００７−４７０１４号公報 特表２０１３−５１７５０４号公報 米国特許第６１３１２９９号明細書

しかしながら、特許文献３に記載の技術においても、アーム先端に装着されるのは、テキストスクリーンであるため、適切なナビゲーションや測定指示を行うことはできなかった。

又、例えば自動車部品用検査ゲージ・検査治具は、指定されたポイントを測定するが、図３に例示する如く、測定者には実際のワークＷ上の位置がわからず、多関節型三次元測定機では指定されたポイントを測定することが困難であるという問題点を有していた。

本発明は、前記従来の問題を解消するべくなされたもので、多関節アーム機構の先端に、測定者の手元に引寄せ可能なアームヘッドが配設され、該アームヘッドに配設された測定プローブが手動で移動するようにされた多関節アーム型手動測定装置において、前記アームヘッドにリンク機構を介して装着される携帯端末を備え、該携帯端末をスマートフォ
ン又はタブレットＰＣとし、前記リンク機構を、前記携帯端末の位置や角度を調整すると共に、前記携帯端末を着脱可能とし、前記携帯端末が複数の測定装置の測定結果を区別して保存する機能を備えて複数の測定装置で共用可能とされる共に、前記携帯端末に複数の測定装置の測定結果をレイアウトする機能が設けられ、前記複数の測定装置の測定結果を１台の前記携帯端末で比較可能とすることにより、前記課題を解決したものである。

ここで、前記携帯端末に、前記測定プローブの測定点迄の誘導経路を表示する機能を設けることができる。

又、前記携帯端末に、前記測定プローブが測定許容範囲に入ったことを表示する機能を設けることができる。

又、前記携帯端末に、前記測定プローブによる測定値取得を指示する機能を設けることができる。

本発明によれば、コンピュータのディスプレイが直接視認できない状況でも、視線を外すことなく、また測定を中断することなく、制御ソフトウェアの情報を手元で確認できるようにすることによって、測定者が測定作業に集中できるようになると共に、複数の測定装置による測定結果の比較が容易となり、自分専用にカスタマイズした携帯端末の使用も可能になる。

従って、次のような効果を奏する。

（１）測定時間の短縮
制御ソフトウェアの表示内容を確認するために、測定を中断してディスプレイを確認する必要がないため、測定時間を大幅に短縮することができる。

（２）測定品質の向上
測定プローブを保持したままワークと同一視野で測定情報を確認できるため、無駄な動作が不要となって測定に集中でき、結果として測定品質を向上することが可能となる。

（３）測定ミスの低減
携帯端末に測定点迄の誘導経路を表示してナビゲーションすることにより、実際のワーク上の測定位置と携帯端末に表示されたナビゲーション情報を照らし合わせながら測定ができるため、測定ミスの低減が期待できる。

（４）使い勝手の向上
携帯端末のタッチパネル操作により制御ソフトウェアの操作が可能となるため、手元でほとんどの操作が可能となり、使い勝手を大幅に向上することができる。

（５）コンピュータの操作無しに結果を確認できる
ワークの測定結果を確認する場合、従来は（測定中の場合は一旦測定プローブを手放し、コンピュータの場所に移動した上で）コンピュータのマウス等を操作して画面上に表示されたワーク図形を回転・移動・拡大・縮小して確認したい位置が見えるようにしなければならなかったが、本発明によれば、測定プローブを保持したまま携帯端末上で結果を確認できる。

（６）実際のワークを見ながら設計値が確認できる
測定するワークの各部の設計値は、従来、ＣＡＤ図面（紙）やディスプレイ画面上に表示されたＣＡＤデータを確認し、目の前のワークと照らし合わせ、必要な設計値を一時的に覚えておく必要があったが、本発明によれば、設計値を確認したい部分に測定プローブを向けることにより、測定プローブが指している測定位置の設計値を携帯端末上に表示することができるため、測定者は設計値を覚えている必要がなくなる。

（７）コンピュータのディスプレイを確認できない（確認しづらい）場合に有効
大きなワークの場合、ワークの影にコンピュータのディスプレイが隠れてしまい直接視認できない場合や、ディスプレイが遠くなり表示内容を確認できない場合、従来はコンピュータの位置をその都度変更するか、測定を中断して測定者がコンピュータの場所まで移動しなければならなかったが、本発明によれば、コンピュータも測定者も移動する必要はなく、手元の携帯端末を確認することで良く、大抵の場合コンピュータに直接接続されたディスプレイでの確認は不要となる。

（８）制御ソフトウェアを手元で操作できる
制御ソフトウェアは、大抵の場合マウスやキーボードによりメニュー等を操作しなければならない。測定機が小型でノートパソコンが近くにあれば、片手で測定プローブを保持しながらもう片方の手でコンピュータの操作をすることもできるが、大抵の場合は測定プローブから一旦手を離し、両手でコンピュータを操作しなければならない。コンピュータが離れた場所にある場合は、測定者の移動が伴うことも少なくないが、携帯端末であれば、手元に装着されている携帯端末のタッチパネルで制御ソフトウェアの操作も可能となるため、使い勝手を大幅に向上することができる。

従来の多関節型三次元測定機とデスクトップコンピュータを用いて測定している状態の一例を示す斜視図 従来の多関節型三次元測定機とノートパソコンを用いて測定している状態の一例を示す斜視図 従来の問題点を説明するための斜視図 第１参考形態の全体構成を示す斜視図 同じく要部構成を示す拡大斜視図 同じくリンク機構を示す側面図 同じく処理部の構成を示すブロック図 同じく測定手順の例を示す斜視図 同じく作用を示す斜視図 第２参考形態の全体構成を示す斜視図 同じく要部構成を示す拡大斜視図 本発明の実施形態の全体構成を示す斜視図

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。尚、本発明は以下の実施形態及び実施例に記載した内容により限定されるものではない。又、以下に記載した実施形態及び実施例における構成要件には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。更に、以下に記載した実施形態及び実施例で開示した構成要素は適宜組み合わせてもよいし、適宜選択して用いてもよい。

最初に、第１参考形態に係る多関節型三次元測定機２０の構成を説明する。

多関節型三次元測定機２０は、図４に示す如く、測定プローブ２４と多関節のアーム機構２２とを有する。測定プローブ２４は、ワークＷを測定するためのものであり、その先端（プローブ先端）が例えばボール形状とされている。アーム機構２２は、図４で示す如く、基部２２Ａで第１関節２２Ｂを介して第１アーム２２Ｃを支持し、第１アーム２２Ｃは第２関節２２Ｄを介して第２アーム２２Ｅを支持し、第２アーム２２Ｅは第３関節２２Ｆを介してアームヘッド２２Ｇを支持している。アームヘッド２２Ｇは、アーム機構２２の先端とされ、測定プローブ２４を備えている。第１関節２２Ｂ、第２関節２２Ｄ、第３関節２２Ｆは、互いに直交する軸方向で回転可能とされており、回転角度を検出可能なロータリー型のエンコーダ（図示せず）を２つ内蔵している。つまり、本参考形態のアーム機構２２の軸は、６軸とされている（これに限定されず、アーム機構２２の軸は７軸等であってもよい）。これらすべてのエンコーダの出力に基づくことで、測定プローブ２４の位置（座標）を特定することが可能とされている。基部２２Ａは、ワークＷの置かれる作業台１０等に直接的に配置されてもよいし、三脚台２６を介して配置されていてもよい。

このような多関節型三次元測定機２０でワークＷの三次元形状を測定する際には、測定者Ｕは、図４及び図５に示すアームヘッド２２Ｇに設けられたグリップ２２Ｈを掴んで操作し測定プローブ２４を手動移動させる。即ち、多関節型三次元測定機２０は、アーム機構２２の軸に駆動源を有さないパッシブな構成とされている。そして、測定者Ｕは、ワークＷに対して測定プローブ２４を自由な方向から近づけることができ、自由な角度で接触させることが可能である。そして、測定者Ｕは、図示せぬスイッチの操作により、ワークＷの測定のオン・オフを切り替えることができる。

本参考形態は、上記のような多関節型三次元測定機２０に関するもので、図５に詳細に示す如く、測定プローブ２４の先端近傍に、図６に示される角度可変のリンク機構４２を介して、タッチパネルディスプレイを有する携帯端末（いわゆるスマートフォン）４０を装着したものである。

前記リンク機構４２により、測定者Ｕが測定時に携帯端末４０の位置や角度を調整することができ、携帯端末４０や測定個所の視認性が向上する。なお、リンク機構４２を省略することもできる。

前記携帯端末４０は、デスクトップコンピュータ又はノートパソコン３４と有線又は無線通信で接続され、ノートパソコン３４上の制御ソフトウェアから送信された測定情報をテキストデータやグラフィックデータとして前記携帯端末４０上に表示したり、音や音声で通知したりする機能を有している。又、前記携帯端末４０のタッチパネルディスプレイで入力された情報や音声認識で入力された情報をノートパソコン３４上の制御ソフトウェアに送信する機能も搭載され、制御ソフトウェアの操作を携帯端末４０から行うことも可能である。

例えば、前記ノートパソコン３４に含まれる処理部３６の構成を図７に示す。前記ノートパソコン３４には、図７に詳細に示す如く、座標及びベクトル生成部１２６、データ管理部１２８、ワーク形状記憶部１３０、座標計算部１３２、表示制御部１３６を含む処理部３６と、表示部３８とが備えられている。

前記座標及びベクトル生成部１２６は、多関節型三次元測定機２０の出力（エンコーダの出力）から測定プローブ２４の先端の位置（座標）を生成する。同時に、測定プローブ２４先端の方向ベクトル（測定プローブ２４が向いている方向）を生成する。

前記データ管理部１２８は、図示せぬ入力部又は携帯端末４０からのコマンドを処理して、そのコマンドに従い、ワーク形状記憶部１３０、表示制御部１３６へ、各種指示を行う。又、データ管理部１２８は、測定プローブ２４による測定条件などを指示する。

ワーク形状記憶部１３０は、三次元ＣＡＤデータ等から得られる測定対象となるワークＷの設計形状や設計値自体等の設計情報ＤＩを記憶している。なお、ワーク形状記憶部１３０では、設計情報ＤＩが測定プローブ２４で測定する際の座標系（ワーク座標系）上の情報とされている（即ち、ワーク形状記憶部１３０に記憶されているワークＷの設計情報ＤＩは、予め測定プローブ２４でワークＷの特徴的な座標を複数測定してワーク座標系上の情報に校正されている）。また、ワーク形状記憶部１３０には、座標及びベクトル生成部１２６から出力されるワークＷの測定値情報を含む測定済み位置の情報なども記憶される。なお、データ管理部１２８により、ワークＷの設計情報ＤＩのうちからワークＷの測定予定位置や設計値等が特定される。

座標計算部１３２は、座標及びベクトル生成部１２６で生成された測定プローブ２４の位置に基づいて、ワーク形状記憶部１３０によるワークＷまでの距離を計算する。また、座標計算部１３２は、座標及びベクトル生成部１２６で生成された測定プローブ２４の方向ベクトルに基づいて、ナビゲーションの方向を計算し、表示部３８や携帯端末４０のディスプレイに表示されるようにする。

以下、指定ポイントを測定するためのナビゲーションの処理を図８を用いて説明する。

まず、ステップ１００で設計図上に指定ポイントを表示する。

次いでステップ１１０で、測定プローブ２４の方向ベクトルが指し示す位置の設計図をリアルタイムで表示する。

次いでステップ１２０で、指定ポイントへのアーム移動方向を携帯端末４０上にナビゲーション表示する。

次いでステップ１３０で、指定ポイントの測定許容範囲に入ったら測定を指示する。

このようにして、図９に例示するように、指定ポイントの近傍を、指定ポイントの座標が取得できるまでなぞって、指定ポイントを通過するときに座標を取得することが可能となる。

この際、携帯端末４０の音声入力機能を利用して、測定位置とリンクさせてコメントを録音したり、カメラ機能を利用して画像を取得し、ノートパソコン３４や携帯端末４０の表示部３８に拡大／縮小／ズーム表示したり、測定プローブ２４の位置によって携帯端末４０の表示内容を変えることができる。

次に、門型の手動三次元測定機に搭載した第２参考形態を説明する。

門型三次元測定機５０は、図１０に示す如く、ワークＷが載置されるテーブル５２と、該テーブル５２に対して図の奥行方向（Ｙ方向）に移動自在とされた門型フレーム５４と、該門型フレーム５４上を図の左右方向（Ｘ方向）に移動自在とされたＸ軸スライダ５６と、該Ｘ軸スライダ５６上を図の上下方向（Ｚ方向）に移動自在とされたＺ軸スピンドル５８と、該Ｚ軸スピンドル５８の先端（図の下端）に固定された測定プローブ６０とを有し、該測定プローブ６０を手動で移動してワークＷの形状を測定するようにされている。

前記門型フレーム５４、Ｘ軸スライダ５６、Ｚ軸スピンドル５８には、図示しないリニアエンコーダが内蔵されており、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の位置や移動量を検出するようにされている。

この第２参考形態は、このような門型三次元測定機５０において、図１１に詳細に示す如く、測定プローブ６０近傍のＺ軸スピンドル５８に、図６に示したようなリンク機構４２を介して携帯端末４０を装着したものである。携帯端末４０に関わる動作は、第１参考形態と実質的に同じであるので、詳細な説明は省略する。

なお、前記参考形態においては、携帯端末としてスマートフォンを用いていたので、容易且つ安価に実施できる。なお、携帯端末の種類はこれに限定されない。例えば、小型のタブレットＰＣを装着することも可能である。

又、前記参考形態においては、携帯端末４０がノートパソコン３４とつながっていたが、クラウド経由でサーバやホストコンピュータとつながっていても良い。この場合には、最新のデータをダウンロードすることが可能となる。

本発明の実施形態は、図１２に示す如く、携帯端末４０を測定機２０、５０から着脱可能としたものである。図において、ＦＧは共通の測定対象のフロントガラスである。この場合、一方の測定機（図では２０）から携帯端末４０を取り外し、他方の測定機（図では５０）に取り付けて、測定機５０の制御ＰＣと接続するなど、複数の測定機２０、５０で携帯端末４０を共用することができる。無線であれば着脱するだけで接続／非接続が行われ（Bluetooth（登録商標）ではペアリング操作が必要）、１台の携帯端末４０で複数の測定機２０、５０の状態を保持することができる。例えば、従来は測定機２０の測定結果と測定機５０の測定結果を比較するためには、それぞれの測定結果をプリンターで印刷して紙上で見比べるか、もしくはどちらかの制御ＰＣにもう一方の測定結果をコピーし、ドキュメントソフトウェアでレイアウトして印刷するしかなかった。しかし、本実施形態によれば、両測定機２０、５０の測定結果を１台の携帯端末４０の中に（測定終了と同時に）保持することが可能となり、比較のための測定結果印刷も携帯端末４０から行うことが可能となり、ユーザーの利便性を大幅に向上することができる。また、測定制御のために使用されるソフトウェアは非常に柔軟性のあるカスタマイズが可能になっているが、複数のユーザーが１台の制御ＰＣを共用して測定する場合は、各個人で使いやすく別個にカスタマイズをすることができない（難しい）場合がある。しかし、本実施形態によれば、他人に迷惑をかけることなく、各個人が所有する携帯端末４０を自分専用にカスタマイズして使用することが可能となり、よりパーソナルな操作にすることができる。

なお、前記実施形態では、複数の測定機が多関節型三次元測定機２０と門型三次元測定機５０の組合せであったが、複数の測定機の組合せはこれに限定されず、台数も２台に限定されない。

又、前記実施形態においては、本発明が三次元測定機に適用されていたが、本発明の適用対象は、これに限定されず、測定プローブを手動で移動するようにされた手動測定装置一般に適用できる。

Ｕ…測定者
Ｗ…ワーク
２０…多関節型三次元測定機
２４、６０…測定プローブ
３４…ノートパソコン
４０…携帯端末
４２…リンク機構
５０…門型三次元測定機

Claims (4)

1. 多関節アーム機構の先端に、測定者の手元に引寄せ可能なアームヘッドが配設され、該アームヘッドに配設された測定プローブが手動で移動するようにされた多関節アーム型手動測定装置において、
   前記アームヘッドにリンク機構を介して装着される携帯端末を備え、
   該携帯端末がスマートフォン又はタブレットＰＣであり、
   前記リンク機構が、前記携帯端末の位置や角度を調整すると共に、前記携帯端末を着脱可能とし、
   前記携帯端末が複数の測定装置の測定結果を区別して保存する機能を備えて複数の測定装置で共用可能とされる共に、
   前記携帯端末に複数の測定装置の測定結果をレイアウトする機能が設けられ、
   前記複数の測定装置の測定結果を１台の前記携帯端末で比較可能とされていることを特徴とする多関節アーム型手動測定装置。
2. 前記携帯端末に、前記測定プローブの測定点迄の誘導経路を表示する機能が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の多関節アーム型手動測定装置。
3. 前記携帯端末に、前記測定プローブが測定許容範囲に入ったことを表示する機能が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の多関節アーム型手動測定装置。
4. 前記携帯端末に、前記測定プローブによる測定値取得を指示する機能が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の多関節アーム型手動測定装置。