JPH01263503A - 三次元形状測定用タツチプローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、三次元形状測定用タッチプローブに関する。

従来技術 従来、三次元形状測定器において用いられているタッチ
プローブは、機械的な接点を有するスイッチにより構成
されている。第４図はその一例を示す。まず、先端に接
触子１を有するスタイラス２を保持するスタイラスホル
ダ３に、測定用加圧ばね４が設けられている。また、ス
タイラスホルダ３の外周面から放射状に突出させた３本
のビン５２Ｈ，これらのビン５を受けるＶ満ビン６とに
より、６個所に電気的な接点７が形成されている（第５
図参照）。このような構成により、接触子１が形状を測
定したいワークに触れることにより、第５図に示すビン
５がＶ満ビン６から離れ、電気接点７が開となるので、
接触したことを検知するものである。

しかし、このような方式の場合、その機構上、接触子１
に触れた方向を検知できない。また、計測器としての精
度はプローブの先端形状、即ち接触子１の形状に依存す
るものであり、接触子１以下の綱かい測定精度は持てな
い。また、接触方向によって検出感度に差があり、信頼
性に欠ける等の問題もある。

目的 本発明は、このような点に鑑みなされたもので、多成分
力の検出が可能な力覚センサを応用することにより、プ
ローブ先端でのワークへの接触位置の検出が可能となる
高感度・高精度な三次元形状測定用タッチプローブを得
ることを目的とする。

構成 本発明は、上記目的を達成するため、少なくとも三成分
力以上の力を検出する力覚センサを設け、この・力覚セ
ンサから既知の距離だけ離れた点に位置させて半径が既
知の球を設け、前記力覚センサからの各成分力信号を予
め定められた手順に従い演算処理して接触点位置と接触
力とを休出する信号処理手段とを設けたことを特徴とす
る。

以下、本発明の一実施例を第１図ないし第３図に基づい
て説明する。

本実施例は、既知の大きさの球状のプローブを設けた多
成分力（３成分力以上）の検出が可能な力覚センサから
の検知信号を信号処理することにより、球上の接触点の
位置と接触力との検出を可能とするものである。

まず、第２図により、多成分力が検出可能な公知の力覚
センサ１０（例えば、本出願人提案の特開昭６３−２１
５３０号公報等により開示されている）の作用点から既
知の距離Ｑ離れた点０を中心とする既知の半径ｒの球１
１面上の１点に、力Ｆが作用した場合の、接触点位置及
び接触力を求める方法を説明する。

いま、プローブ先端（球１１）の座標軸ｘ、ｙ。

Ｚを第３図に示すようにとる。各々の座標軸の向きに正
の軸力をとり、その向きで右ねじの向きに正のモーメン
トＭＸ、ＭＹ、ＭＺをとる。ここで、座ｎ（ｘ＋　　ｙ
ｔ　　ｚ）で示される点に力Ｆが作用したとする。この
時、球面が滑らかであれば、この力Ｆは接触面の法線方
向、即ち球１１の半径方向に作用する。

例えば、力Ｆの各軸方向の成分力を（ｆｘ＋　　ｆＹ。

ｆｚ）とすると、第３図に示すように極座標を用いると
、 ｆ　ｙ、＝　−Ｆｓｉｎψｃｏｓθ　　　・・・・・・
・・・・・・・・・・旧・・（１）ｆ　ｙ＝　−Ｆｓｉ
ｎψｓｉｎ　Ｏ・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・（２）ｆ　ｚ＝　−Ｆｃｏｓ　（３・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・（３）として表される
。ここで、角度θは回転角、角度ψは仰角であり、−π
≦θ≦π、０≦ψ≦πとする。

また、接触点の座標は、 ｘ＝ｒｓｉ口ψｃｏｓ　（３・・　・・・・・・・・・
・・・・・・・・・（４）ｙ＝ｒｓｉｎψｓｉｎθ　　
　　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（５
）ｚ　＝　ｒ　ｃｏｓψ　　　　　　　・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・（６）として表される。

そこで、（１）〜（３）式から、 ｆ　ｙ／　ｆ　）（＝ｓｉｎθ／ｃｏｓθ＋’ｅ　　ｅ
＝−π＋ｔａｎ−’（ｆｙ／ｆｘ）（−π≦θ≦−π／
２の場合） Ｏ＝　しａｎ−’　（ｆ　　ｙ／　　ｆ’　ｘ）（−π
／２≦θ≦π／２の場合） θ＝　ｙｔ　＋ｔａｎ−’（ｆ　ｙ／　ｆ　ｘ）（π／
２≦θ≦πの場合） ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（
７）（ｆｘ”＋　ｆｙ”）／　ｆｚ”＝ｓｉｎｔｅ／ｃ
ｏｓ’θ・°・　　ψ＝　ｊａｎ−’　Ｊ（ｆ　ｚ”　
＋　ｆ　ｙ”　）／　ｆ　ｚ”（０≦ψ≦π／２の場合
） ψ＝　ｙｔ　−ｔａｎ−’ｖ’（ｆ　ｘ”　＋　ｆ　ｙ
２）’／　ｆ　ｚ”（π／２≦ψ≦πの場合） ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（
８）として、θ、ψを求める。そして、これらの。。

ψの値を（４）〜（６）式に代入することにより、接触
点の座標位置を求めることができる。

また、（１）〜（３）式から、 ｆｘ”＋ｆｙ”＋ｆｚ”＝Ｆ” であるので、 Ｆ＝Ｊｆｘ”＋　ｆｙ十ｆｚ’　　　・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・（９）として、接触力Ｆも
検出可能となる。

このような検出原理によれば、多成分力検出用の力覚セ
ンサ１０として、上述した三成分力（ｆｘ、　　ｆｙ＋
　　ｆｚ）を検出できるものを用いれば、三次元形状測
定用タッチプローブを構成し得ることが判る。

しかして、本実施例では第１図に示すように三次元形状
測定用タッチプローブ１２゛を構成するものである。即
ち、力覚センサ１０により検出された三成分力信号（ｆ
　ｚ、　　ｆ　ｙ、　　ｆ　ｚ）を各々増幅する増幅手
段としてのアンプ１３　ａ、　　１３　ｂ、　　ｌ　３
　ｃを備えるとともに、各々増幅後の信号を上述した数
式手順により演算処理して、上述の如く、接触点位置と
接触力とを算出する信号処理手段１４を備える。この信
号処理手段１４は、演算処理部のみならず、表示部も含
む。また、この演算処理部ではデジタル処理を必要とす
るが、マイクロコンピュータ等を用いることで容易に実
現できる。また、アンプ１３ａ〜１３ｃは、力覚センサ
１０と一体型としたものでもよい。

ところ、軸力なる三成分力ＰＸ＋　　ｆＹ＋　　ｆＺで
なく、例えば特開昭６３−２１５３０号公報に開示した
力覚センサ、即ち検出可能な成分力としてＸ軸、Ｙ軸回
りのモーメントＭＸ、ＭＹとＺ軸方向の軸力ＦＺを１枚
の平板構造で検出する力覚センサを用いた場合を考える
。このような力覚センサの場合には、前述した（１）式
及び（２）式の軸力を直接検出できないが、第３図に示
した座標系によれば、 Ｍｘ＝　　ｆｙ・（Ｑ＋ｚ）　　ｆｚ−ｙ−−−（１０
）Ｍｙ＝　　ｆｚ・（Ｑ＋ｚ）＋ｆｚ−ｘ　　　−−−
（１１）Ｆｚ＝−ｆｚ　　　　　　　　　　　　　　　
・・・・・・・・・（１２）なる変換式で表すことがで
きる。

よって、前述した（１）〜（６）式を、これらの（１０
）〜（１２）式に代入することにより、ＭＸ＝　−Ｆ　
−Ｑ　ｓｉｎψｓｉｎθ　　　　　・−・−−−−−・
（１３）Ｍｙ＝　　Ｆ−ＱｓｉｎψＣＯ８θ　　　　　
・・・・・・・・・（１４）ｐｚ＝−Ｆ−Ωｃｏｓψ　
　　　　　　・・・・・・・・・（１５）という関係式
が得られる。これらの（１３）〜（１５）式を用いて、
前述の三軸力の場合と同様の演算処理を行なうことによ
り、プローブ（球１１）の接触点位置及び接触力を検出
することができる。

効果 本発明は、上述したように少なくとも三成分力信号の力
を検出する力覚センサを利用し、かつ、力覚センサから
の各成分力信号を予め定められた手順に従い演算処理し
て接触点位置と接触力とを算出する信号処理手段を備え
てなるので、力覚センサに対し既知の距離だけ離れた点
に位置させた半径が既知の球を単一のプローブとして備
えるだけで、そのプローブの接触点位置と接触力とを認
識でき、より詳細な三次元形状の計測が可能となり、検
出精度が方向依存性を持たないものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
タッチプローブの外観斜視図、第３図は座標系の説明図
、第４図は従来例を示す一部切欠いた斜視図、第５図は
その検出スイッチの構造図である。 １０・・・力覚センサ、１１・・・球、１４・・・信号
処理手段 出　願　人　　　株式会社　　　リ　コ　−ｔ：二−：
′、ｉ：：メ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくとも三成分力以上の力を検出する力覚センサと、
   この力覚センサから既知の距離だけ離れた点に位置させ
   た半径が既知の球と、前記力覚センサからの各成分力信
   号を予め定められた手順に従い演算処理して接触点位置
   と接触力とを算出する信号処理手段とからなることを特
   徴とする三次元形状測定用タッチプローブ。