JPH0489513A - 位置検出装置及びその検出動作制御方式 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、例えば３次元測定機や１作機械において、
対象物の（１置情報を検知する位置検出装置、及びその
検出動作制御方式に関するものである。

［従来の技術］ ３次元測定機においては、対象物の高精度位置検出のた
めに位置検出装置は重要なキーコンポーネントである。

また工作機械においても、位置検出装置は八ＴＣにより
工具と自動交換して取り付けられるもので、加工前の段
取り作業中のロードされた加工対象物の位置計測による
ワーク座標の自動決定や、加工後の寸法計測、形状計測
に用いられており、工作機械によるＦＭＳを構築するた
めには不可欠の装置である。

対象位置を高精度に検出する位置検出装置として、従来
、第８図に示される接触型のオンオフセンサ、即ちタッ
チプローブが用いられている。第８図（ａ）は従来の位
置検出装置を一部切り欠いて示す構成図、第８図（ｂ）
は第８図（ａ）のＡの部分を拡大して示す構成図である
０図において、（１）はタッチプローブ本体、（２）は
スタイラス、（３）は測定球、（２１）はスプリング、
（２２）はセンタ、（２３）は圧力２Ａ幣ネジ、（２４
ａ）　、　　（２４ｂ）　、　　（２５ａ）　、　　ｆ
２５ｂｌ　、　　［２６ａｌ　、　　（２６ｈ）はボー
ルプレート、（２７）はビン、（２８）は電気接点であ
る。

このタッチ１０−ブ（１）は、スタイラス（２）の測定
球（３）を測定対象に接触させることによって精密な位
置計測を可能とするものである。この時スプリング（２
１〕によって押さえられたセンタ（２２）がスタイラス
（２）の動きに従って移動し、ボールプレート（２４ａ
ｌ　　、　　（２４ｂｌ　　、　　（２５ａ）　、　　
（２５ｂ）　、　　（２６ａ）　、　（２６ｂ）とビン
（２７）の電気接点（２８）が開放される。これを検出
することによって接触したタイミングを検出する。

計測対象物の絶対位置は、上記の接触検知信号なトリガ
として、タッチプローブ（１）を動かす駆動機構の各軸
に取り付けられたりニヤスケールなどの位置検出器の目
盛りを読み込むことによって検出することができる。又
、接触後は、タッチプローブ（１）の倣い範囲、即ち一
接触後機減的にリミットのかかる範囲内の位置にタッチ
プローブ（１）の駆動機構を用いて停止する必要があり
、計測対象へのアプローチ速度を低速に制限する必要が
ある。

第９図は従来のタッチプローブ（１）の検出動作制御方
式の速度パターンを説明するものであり、第９図（ａ）
はプローブの計測許容範囲Ｐ■ａｘを示す説明図、第９
図（ｂ）は時間に対するタッチブロー１の送り速度ＶＭ
を示すグラフ、第９図（Ｃ）は時間に対するタッチプロ
ーブの出力を示すグラフである０図に示した如く、プロ
ーブの計測許容範囲Ｐ鵬ａｘに停止可能な送り速度ＶＭ
でタッチプローブ（＋３を検出対象に対して移動させる
。接触を検知した時、タッチプローブ（１）は接触トリ
ガー信号Ｂを出力してタッチプローブ（１）の送りを停
止し、その時の駆動軸位置を制御装置が読み込むことで
検出対象の位置検知を行なう、タッチプローブ（１）の
停止までの時間（Ｔ、　−Ｔ、）の間にタッチプローブ
（１）の移動する距離はプローブの計測許容範囲Ｐ　ｓ
＋ａｘより大きくならないように移動速度を制御してい
る。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の位置検出装置及びその検出動作制御方式は以上の
ように構成されているので、安定で高精度な計測を行な
うためには、プローブ（りの計測許容範囲Ｐ　ｓａｘが
狭いため、計測速度ＶＭを著しく遅くすることが必要で
ある。このため多数点の計測を伴う形状計測作業や段取
り時のワーク取り付は位１ｌ１２１１１定作業において
、測定に要する時間が非常に長くかかり、作業能率を著
しく損なっていた。

この問題を解決する一つの方法として、非接触型の位置
検出装置を用いて対象物位置を検出することが考えられ
る。しかし現状では計測可能範囲が広く、かつ計測精度
や信顧性がタッチプローブに匹敵するものが出現してお
らず、位置検出装置として非接触型検出器のみを用いる
のには問題があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、計測精度を損なうことなく。

かつ従来装置に比へて非常に高速に計測できる位置検出
装置及びその検出動作制御方式を提供することを目的と
している。

［Ｒ題を解決するための手段］ この発明に係る位置検出装置は、検出対象と接触したこ
とを検知して検知信号を出力する接触型位置検出器、及
び検出対象との距離を非接触で検出する非接触距離セン
サを備え、非接触距離センサの検出可能範囲を接触型位
置検出器の検出可能範囲よりも広くし、かつ非接触距離
センサの検出可能範囲を接触型位置検出器の検出方向の
前方に設けたものである。

又、この発明に係る位置検出装置の検出動作制御方式は
、検出対象と接触したことを検知して検知信号を出力す
る接触型位置検出器、及び検出対象との距離を非接触で
検出する非接触距離センサを備え、非接触距離センサの
検出可能範囲を接触型位置検出器の検出可能範囲よりも
広くし、かつ非接触距離センサの検出可能範囲を接触型
位置検出器の検出方向の前方に設け、非接触距離センサ
を用いて検出可能ｉｉ２囲内での検出対象の有無を判定
する第１手順、第１１順の判定で検出対象が検出可能範
囲内に無い場合には検出対象が検出可能範囲内になるよ
うに検出方向に♀送りする第２１順、検出可能範囲内に
ある検出対象の位置検出を行なう第３手順、第３手順で
検出した検出値を用いて接触型位置検出器の近傍に検出
対象の位置決めを行い、この位置から対象方向に向かっ
て予め指定された計測速度で移動する第４手順、接触型
位置検出器によって検出対象との接触を検知して検知信
号を出力し、接触型位置検出器の送り動作を停止する第
５手順を備えたものである。

し作用］ この発明における位置検出装置及びその検出動作制御方
式は、非接触型距離センサを輪λ１、非接触センサセン
サの光軸を接触型検出器の検出移動の進行方向にとるよ
うにしているため、位置検出装置の計測動作方向の先の
情報を非接触に一時にして検知することができる。従っ
て、計測動作の高速化を図ることができる。

［実施例〕 以下、この発明の一実施例について説明する。

第１図はこの発明の一実施例による位置検出装置の側面
を模式的に表わす説明図であり、図において、（１）は
接触型位置検出器、（４）は発光素子、（５）は集光レ
ンズ、（６）は投光軸、（７ａｌ　、　（７ｂｌは投光
ビームの光束、（１２）は光路屈曲用ミラー、１１３）
は非接触距離センサ、（１４）はホルダ、（１５）は回
転軸、（Ｉ６）は検出対象物、（１７）は非接触距離セ
ンサ（１３）の検出可能範囲である。

第２図は非接触距離センサ（ｉ３）の構成を示す説明図
である９図において、（８）は光学的−次元位置検出器
、（９）は受光レンズ、（ｌＯ）は受光軸、（ｌＩａ）
　、　　＋ｌｌｂンは検出視野である８第３図は、一実
施例による位置検出装置を第１図に対して直角方向から
見た説明図である。又、第４図は一実施例による位置検
出装置を上から見た説明図である。

次に動作について説明する。第２図に示す非接触距離セ
ンサ（１３ｊは、良く知られた三角測量の原理に基づく
ものであり、半導体レーザや発光ダイオードなどの発光
素子（４）からの光束を集光レンズ（５ンで集光し、検
出対象物（」６）に微少なスポット光を投射する。検出
対象物（１５）上にできたこの光スポットを、光ビーム
の投光軸（６）からは別角度に設定された受光軸（ｔｏ
ｌｌの一次元位置検出器（８）により位置計測を行ない
、この結果により対象物までの距離を計測する。受光レ
ンズ（９）は光学的位置検出器（８）上に対象光スポッ
ト像を結像させるために用いる。

第１図に示した装置は、従来のタッチプローブ（１）と
先に述べた非接触距離センサ（１３）を組み合わせたも
のである。この実施例においては、非接触距離センサ（
１３）の投光軸（６）及び受光軸（１０）が共に光７ミ
ラー等からなる光路屈曲部（１２）によってタッチ１０
−ブ〔１）の検出方向に光路を変更され、かつ距離検出
可能範囲（１７）をタッチプローブ（１）の前方に設置
１−るように構成されている。

この一実施例では、まず非接触センサ（１３）によって
検出対象物（１６）が検出範囲内（１７）にある時は一
時にしてタッチプローブ（１）との距離が計測され、こ
の値を用いてタッチプローブ（目の測定球（３）　を対
象物（１６）の近傍まで高速に位置決めすることが可能
である。又、検出対象物（■６）が検出範園内（１７）
に人っていない場合においても、まず非接触距離検出セ
ンサ（＋３）を用いて一旦位置決めを行って、検出対象
物（１６）が検出範囲内（１７）に入るようにする。こ
の後、停止した位置から測定球（３）近傍までの距離を
割り出し、更にこの近傍まで高速位置決めを行う、その
後従来のタッチプローブ（１１による位置計測を行うこ
とで高速な位置計測が可能である。

第５図、第６図にこの発明の検出動作制御方式の一実施
例を示し、第５図（ａ）、第６図（ａ）は時間に対する
タッチプローブ（１）の送り速度ＶＭを示すグラフ、第
５図（ｂ）、第６図（ｂ）は時間に対するタッチプロー
ブ（＋）の出力を示すグラフである。

第５図は、検出対象物（１６）が、予め非接触距離セン
サ（＋３）の検出”Ｊ能範囲（１７）内にある場合にお
ける検出動作制御方式をあられしたものである。

この時、まず非接触距離センサ（＋３）で検出対象物（
１６）の位ＲＬを測定し、この価をもとにタッチプロー
ブ（１）を対象物の近傍に移動させる距離Ｌｐを計算す
る。この発明の一実施例の検出動作制御では、まず距離
Ｌｐを早送り速度ＶＲで位置決めし、その後タッチプロ
ーブ［１）のアプローチ速度ＶＭで従来の位置検出動作
をおこなう、対象物が検知できた時タッチプローブ（１
１はＯＮ信号を出力し、これと同時に予め定められた加
速度で検出動作を停止する。

第６図は、検出対象物（１６）が、非接触距離センサ（
１３）の検出可能範囲（璽７）外にある場合における検
出動作制御方式をあられしたものである。この場合、非
接触距離センサ（＋３）による対象物体の探索動作を行
なう、即ち、位置検知装置を検出方向に早送りし、対象
物が非接触距離センサ（１３）の検出可能範囲（１７）
内に入ったことを検知（時刻Ｔ８）して、−旦位置検知
装置を停止させる（時刻Ｔ９）、非接触距離センサ（１
３）の検出可能範囲はタッチプローブ（１）の検出許容
範囲に比へて非常に広いため、この領域内に位置検知装
置を確実に停止させるに足る高速な早送り速度ｖＳを選
択することができる。この後、第５図で示したものと同
様の手順で位置検出動作を行なう。

第７図は、この実施例の位置検出動作制御方式に係る動
作手順をフローチャートで示したものである。

まず、位置検出動作がスタート（ステップＳｌ）すると
、ステップＳ２にて、まず対象物（１６）が非接触距離
センサ（１３）の検出範囲（１７）内にあるかどうかを
チエツクする。もし検出範囲（１７）内になければステ
ップＳ３を芙行し、対象物（１７）の探索のために予め
指定されたアプローチ方向に速度ＶＳで￥送りを行なう
、早送り中に絶えず対象物（１６）が検出範囲（＋７）
内に入ったかどうかを判定しくステップＳ４）、もし入
っていなければこの早送りを継続して実施する（ステッ
プＳ３）、もし対象物（１６）が検出範囲（１７）内に
入れば、ただちに位置検出装置の駆動装置に停止指令を
出し、耐大加速度で停止する（ステップＳ５）。

次に、ステップＳ６では対象物（１６）がすでに非接触
距離センサ（１３）の検出範囲内に入っているので、Ｊ
ｌ＝１１触距離センサ（＋３）によってこの距離りを計
測する。ステップＳ７では、この距離りをもとにタッチ
プローブ（りの測定球（３）近傍までの距離Ｌａを演算
し、距離Ｌａを早送りして停止する制御を行なう、ステ
ップＳ８において、この地点からアプローチ方向に速度
ＶＭにて送り制御を行ない、タッチプローブ＋１）の出
力を絶えずモニタしながら対象物（１６）に接触したか
どうかを判定する（ステップＳ９）、もし接触していな
ければアプローチ動作（ステップＳ８）を継続し、もし
接触が検知されればアプローチ動作を停止する。この停
止時の機械庄標値を読み取る（ステップ５ｌＯ）０以上
のようにして位置検出動作を終了する（ステップ５ｌｌ
）。

又、上記実施例では接触型位置検出器として接触型タッ
チプローブについて説明したが、この部分は接触型の変
位検出装置であってもよく、上記の実施例と同様の効果
を奏する。

［発明の効果］ 以上のように、この発明の請求項１の発明によれば、検
出対象と接触したことを検知して検知信号を出力する接
触型位置検出器、及び検出対象との距離を非接触で検出
する非接触距離センサを備え、非接触距離センサの検出
可能範囲を接触型位置検出器の検出可能範囲よりも広く
し、かつ非接触距離センサの検出可能範囲を接触型位置
検出器の検出方向の訂方に設けたことにより、計測精度
を損なうことなく、かつ従来装置に比へて非常に高速に
計測できる高性能な位置検出装置を得ることができる効
果がある。

また、この発明の請求項２の発明によれば、検出対象と
接触したことを検知して検知信号を出力する接触型位置
検出器、及び検出対象との距離を非接触で検出する非接
触距離センサを備え、非接触距離センサの検出ｉ】Ｊ能
範囲を接触型位置検出器の検出可能範囲よりも広くし、
かつ非接触距離センサの検出可能範囲を接触型位置検出
器の検出方向の前方に設け、非接触距離センサを用いて
検出可能範囲内での検出対象の有無を判定する第１手順
、第１手順の判定で検出対象が検出可能範囲内に無い場
合には検出対象が検出可能範囲内になるように検出方向
に早送りする第２手順、検出可能範囲内にある検出対象
の位置検出を行なう第３手順、第３手順で検出した検出
値を用いて接触型位置検出器の近傍に検出対象の位置決
めを行い、この位置から対象方向に向かって予め指定さ
れた計測速度で移動する第４手順、接触型位置検出器に
よって検出対象との接触を検知して検知信号を出力し、
接触型位置検出器の送り動作を停止する第５手順を備え
たことにより、計測精度を損なうことなく、かつ従来″
Ａ＠に比へて非常に高速に計測できる高性能な位置検出
装置の検出動作制御方式を得ることができる効果があっ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による位置検出装置の側面
を示す説明図、第２図は一実施例に係る非接触距離セン
サを示す説明図、第３図は第１図とは直交する側面から
みた説明図、第４図は一実施例による位置検出装置を上
面からみた説明図、第５図はこの発明の一実施例の検出
動作ｉ’ＨＩｌ方式において対象が非接触センサの検出
可能領域にあ第１図 ７図は一実施例に係る位置検出動作制御手順を示すフロ
ーチャート、第８図（ａｌ　は従来の位置検出装置を一
部切り欠いて示す構成図、第８図（ｂ）は第８図（ａｌ
のＡの部分を拡大して示す構成図、第９図（ａ）はプロ
ーブの３１測許容範囲Ｐ　ｗａｘを示す説明図、第９図
（ｂｌは時間に対するタッチプローブの送り速度ＶＭを
示すグラフ、第９図ｆｃ）は時間に対するタッチプロー
ブの出力を示すグラフである。 ＋１＋　　・・・タッチプローブ、（１３）・・・非接
触距離センサ、（１６）・・・検出対象、（Ｉ７）・・
・非接触距離センサの検出可能範囲。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す、

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）検出対象と接触したことを検知して検知信号を出
   力する接触型位置検出器、及び上記検出対象との距離を
   非接触で検出する非接触距離センサを備え、上記非接触
   距離センサの検出可能範囲を上記接触型位置検出器の検
   出可能範囲よりも広くし、かつ上記非接触距離センサの
   検出可能範囲を上記接触型位置検出器の検出方向の前方
   に設けたことを特徴とする位置検出装置。
2. （２）検出対象と接触したことを検知して検知信号を出
   力する接触型位置検出器、及び上記検出対象との距離を
   非接触で検出する非接触距離センサを備え、上記非接触
   距離センサの検出可能範囲を上記接触型位置検出器の検
   出可能範囲よりも広くし、かつ上記非接触距離センサの
   検出可能範囲を上記接触型位置検出器の検出方向の前方
   に設け、上記非接触距離センサを用いて検出可能範囲内
   での上記検出対象の有無を判定する第１手順、第１手順
   の判定で上記検出対象が検出可能範囲内に無い場合には
   上記検出対象が検出可能範囲内になるように検出方向に
   早送りする第２手順、検出可能範囲内にある上記検出対
   象の位置検出を行なう第３手順、第３手順で検出した上
   記検出値を用いて上記接触型位置検出器の近傍に上記検
   出対象の位置決めを行い、この位置から上記検出対象方
   向に向かって予め指定された計測速度で移動する第４手
   順、及び上記接触型位置検出器によって上記検出対象と
   の接触を検知して検知信号を出力し、上記接触型位置検
   出器の送り動作を停止する第５手順を備えたことを特徴
   とする位置検出装置の検出動作制御方式。