JPH079371B2 - Probe attitude control device - Google Patents

Probe attitude control device

Info

Publication number
JPH079371B2
JPH079371B2 JP61283237A JP28323786A JPH079371B2 JP H079371 B2 JPH079371 B2 JP H079371B2 JP 61283237 A JP61283237 A JP 61283237A JP 28323786 A JP28323786 A JP 28323786A JP H079371 B2 JPH079371 B2 JP H079371B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
probe
measured
force
axis
attitude
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
Application number
JP61283237A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS63135807A (en
Inventor
洋 渡邊
修司 大平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Construction Machinery Co Ltd filed Critical Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority to JP61283237A priority Critical patent/JPH079371B2/en
Publication of JPS63135807A publication Critical patent/JPS63135807A/en
Publication of JPH079371B2 publication Critical patent/JPH079371B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Manipulator (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、三次元形状測定機のプローブや超音波探傷ス
キャナ装置の超音波プローブ等の姿勢を制御する装置に
関する。
The present invention relates to a device for controlling the posture of a probe of a three-dimensional shape measuring machine, an ultrasonic probe of an ultrasonic flaw detection scanner device, or the like.

B.従来の技術 三次元形状測定機を示す第11図および第12図における従
来技術を説明する。
B. Conventional Technique The conventional technique shown in FIGS. 11 and 12 showing the three-dimensional shape measuring machine will be described.

プローブ1はx軸,y軸およびz軸方向に移動可能に保持
され、同一の姿勢のまま手動または自動にてプローブ1
の先端を被測定面2に接触させ、そのときのx,y,zの各
位置を読み取る。一般にプローブ1は第12図に示すよう
に、軸部1aとその先端の球部1bとを有し、被測定面2に
接触させたとき球部1bの先端Pの位置を測定値として測
定機本体が読みとる。以上の操作を複数位置で繰り返し
行ない、被測定面2の形状を測定する。なお、球部1bの
中心Oの位置を読み取ることもある。
The probe 1 is held so as to be movable in the x-axis, y-axis, and z-axis directions, and the probe 1 can be manually or automatically kept in the same posture.
The tip of the is contacted with the surface 2 to be measured, and the respective x, y, z positions at that time are read. In general, the probe 1 has a shaft portion 1a and a spherical portion 1b at its tip as shown in FIG. 12, and when the probe 1 is brought into contact with the surface 2 to be measured, the position of the tip P of the spherical portion 1b is used as a measurement value to measure the The main body reads it. The above operation is repeated at a plurality of positions to measure the shape of the measured surface 2. The position of the center O of the spherical portion 1b may be read.

C.発明が解決しようとする問題点 しかし、被測定面2が第12図に示すように水平面HPに対
してα度傾斜している場合、プローブ1の球部1bは接触
点Qにて被測定面2と接触する。このため、接触点Qの
位置と測定位置Pとの間に、δx,δzだけずれが生じ誤
差となる。
C. Problems to be Solved by the Invention However, when the surface 2 to be measured is inclined α degrees with respect to the horizontal plane HP as shown in FIG. 12, the spherical portion 1b of the probe 1 is contacted at the contact point Q. Contact the measurement surface 2. For this reason, an error occurs between the position of the contact point Q and the measurement position P by δx, δz.

従来は、その傾斜面の近傍で何点かを測定しそれらの点
を補間して傾斜角度αを求め、この角度αに基づいてず
れδx,δzを求め測定値を補正している。この場合、補
正演算が必要であり、これをコンピュータで行なっても
実時間計測とはならず、形状測定の自動化に障害とな
る。なお、以上は二次元にて説明したが三次元において
もずれδyが含まれるだけで本質的に同様な補正が必要
である。
Conventionally, several points are measured in the vicinity of the inclined surface, these points are interpolated to obtain an inclination angle α, deviations δx and δz are obtained based on the angle α, and the measured values are corrected. In this case, correction calculation is necessary, and even if it is performed by a computer, it does not result in real-time measurement, which is an obstacle to automation of shape measurement. It should be noted that the above description has been made in two dimensions, but essentially the same correction is necessary even in three dimensions, since the deviation δy is included.

この種のプローブ1はx軸,y軸,z軸に移動できてもその
姿勢は一定である。このため被測定面2の傾き角度αが
90度以上になるとプローブ1の先端球部1bを被測定面2
に接触できない。この場合、人力にて被測定物の姿勢を
変える等して測定を行なう必要があり、自動化に障害と
なる。
Even if this type of probe 1 can move in the x-axis, y-axis, and z-axis, its posture is constant. Therefore, the inclination angle α of the measured surface 2 is
When the angle is 90 degrees or more, the tip spherical portion 1b of the probe 1 is placed on the surface 2
Cannot be contacted. In this case, it is necessary to change the posture of the object to be measured manually, which is an obstacle to automation.

以上の如き問題点は、三次元形状測定機に限らず、超音
波プローブを有する超音波探傷自動スキャナ装置等、プ
ローブを被測定面に当接させて測定等を行なう各種の装
置にも同様にあてはまる。
The problems as described above are not limited to the three-dimensional shape measuring machine, and are similarly applied to various apparatuses for performing measurement by bringing the probe into contact with the surface to be measured, such as an ultrasonic flaw detection automatic scanner device having an ultrasonic probe. This is true.

本発明の目的は、プローブの姿勢を制御して上述の問題
点を解決したプローブ姿勢制御装置を提供することにあ
る。
An object of the present invention is to provide a probe attitude control device that controls the attitude of the probe and solves the above-mentioned problems.

D.問題点を解決するための手段 第1図に示すクレーム対応図に基づいて本発明を説明す
ると、この発明に係るプローブ姿勢制御装置は、多自由
度を有する例えばアーム等から成る支持手段101と、こ
れら支持手段101を駆動する例えばDCモータ等の駆動手
段102と、支持手段101に設けられたプローブ103と、支
持手段101とプローブ103との間に介在され、このプロー
ブ103を被測定面に当接させたときにプローブ103に作用
する力を検出する力検出手段104と、プローブ103の姿勢
を検出する姿勢検出手段105と、検出されたプローブ103
の姿勢に基づいて、力検出手段104で検出された力に含
まれるプローブ103の自重による力の成分を含め、この
力の成分により検出された力を補正し、この補正結果に
基づいてプローブ103の被測定面に対する傾きを演算し
て、プローブ103が被測定面に垂直に当接するよう駆動
手段102を駆動する駆動制御手段106とを有する。
D. Means for Solving the Problems The present invention will be described based on the claim correspondence diagram shown in FIG. 1. The probe attitude control device according to the present invention has a support means 101 having multiple degrees of freedom, such as an arm. A driving means 102 such as a DC motor for driving the supporting means 101, a probe 103 provided on the supporting means 101, and the probe 103 interposed between the supporting means 101 and the probe 103. Force detecting means 104 for detecting the force acting on the probe 103 when brought into contact with the probe 103, attitude detecting means 105 for detecting the attitude of the probe 103, and the detected probe 103.
Of the force detected by the force detection means 104, including the force component due to the own weight of the probe 103, the force detected by this force component is corrected, and the probe 103 is corrected based on the correction result. And a drive control means 106 for driving the drive means 102 so that the probe 103 abuts the measured surface perpendicularly to the measured surface.

E.作用 プローブ103が被測定面に当接すると、力検出手段104に
より、プローブ103が受ける抗力が検出される。この抗
力は、プローブ103の自重による力の成分を含んでいる
ので次のように補正する。姿勢検出手段105でプローブ1
03の姿勢を検出する。これに基づき駆動制御手段106
は、既知のプローブ自重から各軸方向の力の成分を求め
検出された力を補正し、この補正結果に基づいてプロー
ブ103の被測定面に対する傾きを演算する。そしてこの
傾きに基づいて駆動制御手段106は、プローブ103が被測
定面と垂直となるよう駆動手段102を制御する。これに
より支持手段101が駆動されてプローブ103が被測定面に
対して垂直となる。
E. Action When the probe 103 comes into contact with the surface to be measured, the force detection means 104 detects the drag force received by the probe 103. This drag force includes a force component due to the weight of the probe 103, and is corrected as follows. Attitude detection means 105 probe 1
The posture of 03 is detected. Based on this, the drive control means 106
Calculates the force component in each axial direction from the known weight of the probe and corrects the detected force, and calculates the tilt of the probe 103 with respect to the measured surface based on the correction result. Then, based on this inclination, the drive control means 106 controls the drive means 102 so that the probe 103 becomes perpendicular to the surface to be measured. As a result, the supporting means 101 is driven and the probe 103 becomes perpendicular to the surface to be measured.

F.実施例 第2図〜第9図により本発明の一実施例を説明する。F. Embodiment One embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

第2図はプローブ姿勢制御装置の概略全体構成を示し、
5自由度を有するロボット50の先端に軸力センサ3を介
して従来と同様のプローブ1を設けたものであり、ロボ
ット50の各関節はJISで定められたシンボルにより示し
ている。ロボット50は、回転機構52(モータM1を含む)
によりベース51に対して旋回可能である。回転機構52に
は回転軸53が接続され、その先端に接続された回転機構
54(モータM2を含む)により第1のアーム55が旋回可能
であり、第1のアーム55の先端に接続された第2のアー
ム回転機構56(モータM3を含む)により第2のアーム57
が旋回可能であり、第2のアーム57の先端に接続された
第3のアーム回転機構58(モータM4を含む)により第3
のアーム59が旋回可能である。第3のアーム59の先端に
は手首回転機構60(モータM5を含む)を介して手首61が
回転可能に設けられている。手首61の先端には例えば第
3図に示す多軸力センサ3が設けられ、この多軸力セン
サ3にプローブ1が取付けられている。多軸力センサ3
は、プローブ1を被測定面に当接させたときにプローブ
1に作用するx軸,y軸,z軸の各軸力を検出するものであ
る。
FIG. 2 shows a schematic overall configuration of the probe attitude control device,
The probe 1 similar to the conventional one is provided at the tip of a robot 50 having 5 degrees of freedom via an axial force sensor 3, and each joint of the robot 50 is shown by a symbol defined by JIS. The robot 50 includes a rotation mechanism 52 (including the motor M1).
It is possible to turn with respect to the base 51. A rotating shaft 53 is connected to the rotating mechanism 52, and the rotating mechanism is connected to the tip of the rotating shaft 53.
The first arm 55 is rotatable by 54 (including the motor M2), and the second arm 57 is rotated by the second arm rotation mechanism 56 (including the motor M3) connected to the tip of the first arm 55.
Is rotatable, and a third arm rotation mechanism 58 (including the motor M4) connected to the tip of the second arm 57 makes it
The arm 59 of the can be rotated. A wrist 61 is rotatably provided at the tip of the third arm 59 via a wrist rotation mechanism 60 (including a motor M5). A multi-axis force sensor 3 shown in FIG. 3 is provided at the tip of the wrist 61, and the probe 1 is attached to the multi-axis force sensor 3. Multi-axis force sensor 3
Is for detecting each axial force of the x-axis, y-axis, and z-axis that acts on the probe 1 when the probe 1 is brought into contact with the surface to be measured.

すなわち、第3図において、多軸力センサ3は、第1の
リング4と、これと対向する第2のリング5と、両リン
グ4,5を連結する3本のたわみ梁6と、たわみ梁6の内
面に設けられた引っ張り・圧縮力検出ゲージ7と、たわ
み梁6の外面に設けられた剪断力検出ゲージ8とから構
成されている。そして、第1のリング4が手首61に連結
され、第2のリング5がプローブ1と連結され、プロー
ブ1に作用する力に応じてたわみ梁6がたわむと各ゲー
ジから歪量に応じた信号が得られ、各軸力FX,FY,FZが知
れる。ここに、軸力FX、FY、FZは多軸力センサ3に作用
する軸力Fのx軸、y軸およびz軸(座標系は第3図に
示すもの)の分力である。
That is, in FIG. 3, the multi-axis force sensor 3 includes a first ring 4, a second ring 5 facing the first ring 4, three flexible beams 6 connecting both rings 4 and 5, and a flexible beam. The tension / compression force detection gauge 7 is provided on the inner surface of the flexible beam 6, and the shear force detection gauge 8 is provided on the outer surface of the flexible beam 6. Then, the first ring 4 is connected to the wrist 61, the second ring 5 is connected to the probe 1, and when the flexible beam 6 bends in accordance with the force acting on the probe 1, a signal corresponding to the amount of strain from each gauge is generated. And the axial forces F X , F Y , and F Z are known. Here, the axial forces F X , F Y and F Z are component forces of the x-axis, y-axis and z-axis (the coordinate system is shown in FIG. 3) of the axial force F acting on the multi-axis force sensor 3. .

再び第2図において、各関節の回転機構にはその回転角
を検出する回転角センサ例えばロータリーエンコーダR1
〜R5が設けられ、検出された回転角θ〜θが制御装
置9に入力される。また、軸力センサ3で検出された軸
力FX,FY,FZも駆動制御装置9に入力される。制御装置9
は、後述の演算に基づいてプローブ1が被測定面に垂直
になるように各回転機構のモータM1〜M5に駆動信号i1
i5を供給する。なお、第2図においては、第3のアーム
回転機構58に関する信号線D1,D2と軸力センサ3の信号
線D3のみを制御装置9と接続して示し、多の接続は省略
している。
Referring again to FIG. 2, the rotation mechanism of each joint has a rotation angle sensor for detecting the rotation angle, for example, a rotary encoder R1.
~ R5 are provided, and the detected rotation angles θ 1 to θ 5 are input to the control device 9. Further, the axial forces F X , F Y and F Z detected by the axial force sensor 3 are also input to the drive control device 9. Control device 9
Drive signals i 1 to motors M1 to M5 of the rotating mechanisms so that the probe 1 becomes vertical to the surface to be measured based on the calculation described later.
Supply i 5 . In FIG. 2, only the signal lines D 1 and D 2 relating to the third arm rotation mechanism 58 and the signal line D 3 of the axial force sensor 3 are shown connected to the control device 9, and many connections are omitted. ing.

制御装置9は、第4図に示すとおり、軸力センサ3から
の信号入力部として、軸力センサ3からのアナログ信号
を入力しその電圧レベルや零点を調整するインタフェー
ス9aと、入力アナログ信号を選択的に出力するマルチプ
レクサ9bと、マルチプレクサ9bからのアナログ信号をデ
ジタル信号に変換してCPU9dに入力するA/D変換器9cとを
有する。また、ロータリーエンコーダR1〜R5からの信号
入力部として、ロータリーエンコーダR1〜R5からのシリ
アルパルス信号を計数してパラレル角度信号に変換する
カウンタ回路9eと、このカウンタ回路9eからの信号が入
力されCPU9dに出力する入力用インタフェース9fとを有
する。更に、信号制御部として、処理手順を予め格納し
たROM9gと、各種の数値,データ等が一時的に記憶され
るRAM9hと、処理手順に従い各機器を制御するととも
に、入力された信号に基づいて各種演算を行ないその時
の関節角度と比較して関節速度指令信号を出力するCPU9
dとを有する。更にまた、出力部として、CPU9dから出力
されるデジタル関節速度指令信号をアナログ信号に変換
するD/A変換器9iと、関節速度指令信号とロータリーエ
ンコーダR1〜R5からの回転角信号から算出した関節速度
とが一致するようにモータM1〜M5を制御するサーボドラ
イバ9jとを有する。
As shown in FIG. 4, the control device 9 receives an analog signal from the axial force sensor 3 as a signal input section from the axial force sensor 3 and inputs an analog signal from the axial force sensor 3 to adjust its voltage level and a zero point, and an input analog signal. It has a multiplexer 9b that selectively outputs, and an A / D converter 9c that converts an analog signal from the multiplexer 9b into a digital signal and inputs the digital signal to the CPU 9d. Further, as a signal input unit from the rotary encoders R1 to R5, a counter circuit 9e that counts the serial pulse signals from the rotary encoders R1 to R5 and converts them into a parallel angle signal, and a signal from this counter circuit 9e is input to the CPU 9d. And an input interface 9f for outputting to. Further, as a signal control unit, a ROM 9g in which a processing procedure is stored in advance, a RAM 9h in which various numerical values, data, etc. are temporarily stored, each device is controlled in accordance with the processing procedure, and various signals are input based on an input signal. CPU9 that calculates and outputs the joint speed command signal comparing with the joint angle at that time
have d and. Furthermore, as an output unit, a D / A converter 9i that converts the digital joint speed command signal output from the CPU 9d into an analog signal, the joint speed command signal, and the joint calculated from the rotation angle signals from the rotary encoders R1 to R5. It has a servo driver 9j that controls the motors M1 to M5 so that their speeds match.

なお、以上の実施例の構成において、ベース51,アーム5
3,55,57,59および手首61が支持手段を、モータM1〜M5が
駆動手段を、軸力センサ3が力検出手段を、ローターリ
エンコーダR1〜R5と駆動制御装置9とが姿勢検出手段
を、駆動制御装置9が駆動制御手段をそれぞれ構成す
る。
In the configuration of the above embodiment, the base 51, the arm 5
3, 55, 57, 59 and wrist 61 serve as support means, motors M1 to M5 serve as drive means, axial force sensor 3 serves as force detection means, and rotary encoders R1 to R5 and drive control device 9 serve as posture detection means. The drive control device 9 constitutes drive control means.

次に第5図を参照してプローブの姿勢制御について説明
する。
Next, the attitude control of the probe will be described with reference to FIG.

今、プローブ1が被測定面に接触した状態とする。ステ
ップS1において、ロータリーエンコーダR1〜R5からのパ
ルス信号を計数するカウンタ回路9eの出力により各関節
の角度θ〜θを検出する。ステップS2では、これら
の角度θ〜θ、および第2図に示したロボット50の
各部の長さl1〜l5に基づいてプローブ1の球部1bの中心
点Oの位置および姿勢を演算する。なお、第2図におい
て、l1は、ベース51の取付点すなわちロボット座標原点
O1から第1のアーム回転機構54までの距離、l2は、第1
および第2のアーム回転機構54と56との間の距離、l
3は、第2および第3のアーム回転機構56と58との間の
距離、l4は、第3のアーム回転機構58から第3のアーム
59に沿ってプローブz軸心に達するまでの距離、l5は、
プローブ球部1bの中心Oから手首61に沿って第3のアー
ム59の軸心に達するまでの距離である。
Now, it is assumed that the probe 1 is in contact with the surface to be measured. In step S1, the angles θ 1 to θ 5 of each joint are detected by the output of the counter circuit 9e that counts the pulse signals from the rotary encoders R1 to R5. In step S2, the position and posture of the center point O of the spherical portion 1b of the probe 1 are determined based on these angles θ 1 to θ 5 and the lengths l 1 to l 5 of each part of the robot 50 shown in FIG. Calculate In FIG. 2, l 1 is the attachment point of the base 51, that is, the robot coordinate origin.
The distance from O 1 to the first arm rotation mechanism 54, l 2 is the first
And the distance between the second arm rotation mechanism 54 and 56, l
3 is the distance between the second and third arm rotation mechanisms 56 and 58, and l 4 is the third arm rotation mechanism 58 to the third arm.
The distance to reach the probe z axis along 59, l 5 is
It is the distance from the center O of the probe ball portion 1b to the axis center of the third arm 59 along the wrist 61.

ここで、プローブ1の位置はロボット座標の原点O1から
プローブ球部1bの中心Oまでの位置ベクトルとして、 =(Ox,Oy,Oz)=f1(θ〜θ5,l1〜l5) により求められる。また、プローブ1の姿勢は、ロボッ
ト座標系に対する軸力センサ3の座標系の傾きとして方
向余弦ベクトル(,,)を演算することにより求
められる。
Here, the position of the probe 1 is a position vector from the origin O 1 of the robot coordinates to the center O of the probe sphere 1b: = (Ox, Oy, Oz) = f 11 ~ θ 5 , l 1 ~ l 5 ) is required. The posture of the probe 1 is obtained by calculating the direction cosine vector (,,) as the inclination of the coordinate system of the axial force sensor 3 with respect to the robot coordinate system.

方向余弦ベクトルを、 とし、プローブx軸がロボット座標系のx軸となす角度
をθxx,y軸となす角度をθxy,z軸となす角度をθxzとす
ると、この方向余弦ベクトルは、 と表わせる。同様に、プローブy軸,z軸がロボット座標
系のx軸,y軸,z軸とそれぞれなす角度を、それぞれθy
x,θyy,θyzおよびθzx,θzy,θzzとすると、方向余弦
ベクトル,は、それぞれ、 と表わすことができる。例えば方向余弦ベクトルは、
第6図に示すように、ロボット座標系のx軸,y軸,z軸に
対して軸力センサ3の座標系の各軸がx′,y′,z′に位
置したとき、z′軸方向の単位ベクトルとなる方向余弦
ベクトルのx軸,y軸,z軸への投影が、それぞれhx,hy,
hzとなる。
Direction cosine vector, And the angle formed by the probe x-axis with the x-axis of the robot coordinate system is θxx, the angle formed with the y-axis is θxy, and the angle formed with the z-axis is θxz, the direction cosine vector is Can be expressed as Similarly, the angles formed by the probe y-axis and z-axis with the x-axis, y-axis, and z-axis of the robot coordinate system are θy and θy, respectively.
Given x, θyy, θyz and θzx, θzy, θzz, the direction cosine vector, respectively, Can be expressed as For example, the direction cosine vector is
As shown in FIG. 6, when each axis of the coordinate system of the axial force sensor 3 is located at x ', y', z'with respect to the x-axis, y-axis, and z-axis of the robot coordinate system, z'-axis The projection of the direction cosine vector, which is the unit vector of the direction, on the x-axis, y-axis, and z-axis is hx, hy, and
It becomes hz.

このようにしてプローブ1の位置および姿勢が演算され
るとステップS3に進み、軸力センサ3から3つの軸力の
分力FX、FY、FZ(x、y、zはそれぞれプローブの座標
系)を読み込む。
When the position and orientation of the probe 1 are calculated in this way, the process proceeds to step S3, where the three axial force components F X , F Y , and F Z (x, y, and z are the probe force components). Load the coordinate system).

第7図は、プローブ球部1bを被測定面2に当接させた場
合にプローブ1に作用する抗力Rとその各分力RX,RY(R
Zは省略)、プローブ自重による力の成分Wとその各分
力WX,WZ(WYは省略)、および軸力の分力FX,FY(FZは省
略)およびその合力である軸力Fを示している。軸力F
は、軸力センサ3を介してロボット50がプローブ1を被
測定面2に押しつけるために加えた力の反力であり、軸
力センサ3によって測定される力である。この軸力F
は、第7図に示すように、プローブ1の自重による力の
成分Wと、プローブ1が被測定面2から受ける抗力Rに
分けられる。したがって、第7図からもわかるように、
軸力センサ3は、軸力の分力FX、FY、FZすなわち、 FX=RX+WX FY=RY+WY FZ=RZ+WZ を検出していることになる。したがって、抗力Rの各分
力RX,RY,RZを、 RX=FX−WX RY=FY−WY …(1) RZ=FZ−WZ で求め、これらをプローブ自重分を補正した軸力として
傾き演算に供する。
FIG. 7 shows the drag force R acting on the probe 1 when the probe ball 1b is brought into contact with the surface 2 to be measured and the component forces R X and R Y (R
Z is omitted), the force component W due to the probe's own weight and its respective components W X , W Z (W Y is omitted), and the axial force components F X , F Y (F Z is omitted) and the resultant force. A certain axial force F is shown. Axial force F
Is the reaction force of the force applied by the robot 50 to press the probe 1 against the surface to be measured 2 via the axial force sensor 3, and is the force measured by the axial force sensor 3. This axial force F
Is divided into a force component W due to the weight of the probe 1 and a drag force R that the probe 1 receives from the measured surface 2 as shown in FIG. Therefore, as can be seen from FIG. 7,
The axial force sensor 3 detects the component force F X , F Y , F Z of the axial force, that is, F X = R X + W X F Y = R Y + W Y F Z = R Z + W Z . Therefore, each component R X , R Y , R Z of the drag force R is calculated by R X = F X −W X R Y = F Y −W Y (1) R Z = F Z −W Z Is used as the axial force corrected for the probe's own weight for tilt calculation.

すなわち、ステップS4において、ステップ2で求めた方
向余弦ベクトル(,,)と、既知のプローブ自重
による力の成分Wとから、軸力センサx′,y′,z′軸方
向の成分WX,WY,WZを、 WX=fX・W WY=gY・W WZ=hZ・W として求め、上記(1)式により補正後の軸力(つまり
抗力)RX,RY,RZを求める。ここに、fX,gX,hXは各方向余
弦ベクトル(,,)のX軸方向成分である。
That is, in step S4, the axial force sensor x ′, y ′, z ′ axial direction component W X , is calculated from the direction cosine vector (,,) obtained in step 2 and the known force component W due to the probe weight. W Y , W Z is calculated as W X = f X · W W Y = g Y · W W Z = h Z · W, and the corrected axial force (that is, drag force) R X , R by the above formula (1). Find Y and R Z. Here, f X , g X , and h X are the X-axis direction components of each direction cosine vector (,,).

そして、ステップS5において、このようにして求められ
た補正後の軸力RX,RY,RZから被測定面に対するプローブ
1の傾き(姿勢角度ξ,ψ)を演算する。
Then, in step S5, the tilt (posture angle ξ, ψ) of the probe 1 with respect to the surface to be measured is calculated from the corrected axial forces R X , R Y , R Z thus obtained.

第8図(a),(b)は、プローブ球部1bを被測定面2
に当接させた場合の各軸力RX,RY,RZを説明する図であ
る。
8 (a) and 8 (b) show the probe ball portion 1b on the surface to be measured 2
FIG. 6 is a diagram illustrating axial forces R X , R Y , and R Z when they are brought into contact with each other.

実線Jで示すように、プローブ1のz軸が被測定面2に
対して傾いている場合、プローブ1に作用する抗力Rの
方向とプローブz軸とは一致せず、抗力Rの分力RX,RY,
RZが検出される。また、プローブz軸が一点鎖線Iで示
すように被測定面2に対して垂直の場合には、プローブ
1に作用する抗力Rの方向とプローブz軸とが一致す
る。このことから、実線Jで示すプローブ1の姿勢に対
する一点鎖線Iで示すプローブ1の姿勢角度ξおよびψ
は、 で求められる。
As indicated by the solid line J, when the z axis of the probe 1 is tilted with respect to the measured surface 2, the direction of the drag force R acting on the probe 1 does not match the probe z axis, and the component force R of the drag force R X , R Y ,
R Z is detected. When the probe z-axis is perpendicular to the surface to be measured 2 as indicated by the alternate long and short dash line I, the direction of the drag force R acting on the probe 1 and the probe z-axis coincide. From this, the posture angles ξ and ψ of the probe 1 indicated by the alternate long and short dash line I with respect to the posture of the probe 1 indicated by the solid line J.
Is Required by.

次いでステップS6に進み、被測定面2の法線とプローブ
z軸との傾き角ξが零か否か(プローブz軸が被測定面
に対して垂直か否か)を判定する。ξ=0ならば終了
し、ξ≠0ならばステップS7に進む。
Next, in step S6, it is determined whether the inclination angle ξ between the normal to the surface to be measured 2 and the probe z-axis is zero (whether the probe z-axis is perpendicular to the surface to be measured). If ξ = 0, the process ends, and if ξ ≠ 0, the process proceeds to step S7.

ステップS7では、ステップS5で求めた姿勢角度ξ,ψを
用いて、プローブz軸が被測定面2に対して垂直になる
ような目標姿勢を目標方向余弦(s,s,s)とし
て、 (s,s,s)=f3(ξ,ψ(,,)) で求める。
In step S7, using the posture angles ξ and ψ obtained in step S5, a target posture such that the probe z axis is perpendicular to the surface 2 to be measured is set as a target direction cosine (s, s, s), and s, s, s) = f 3 (ξ, ψ (,,)).

次にステップS8に進み、この目標方向余弦(s,s,
s)と、ステップS2で求めたプローブ球部1bの中心Oの
位置ベクトルとに基づいて、プローブz軸が被測定面
2に対して垂直となる各関節の目標角度θs1〜θs5を、 (θs1〜θs5)=f4((s,s,s),) で求める。そして、ステップS9において、各関節がθs1
〜θs5となるようモータ駆動指令i1〜i5をD/A変換器9i
からサーボドライブ9jに供給し、これにより各モータM1
〜M5を駆動してローブz軸を被測定面2に対して垂直に
姿勢制御する。なお、この際、プローブ球部1bの中心点
Oをロボットの運動中心とし、第9図に示すように、プ
ローブ1が被測定面2上の接触点Qで被測定面2と接触
したまま、一点鎖線の姿勢Iから実線Jの姿勢にプロー
ブ1を姿勢制御する。
Next, in step S8, the target direction cosine (s, s,
s) and the position vector of the center O of the probe sphere 1b obtained in step S2, the target angles θs 1 to θs 5 of the joints in which the probe z axis is perpendicular to the measured surface 2 are (Θs 1 to θs 5 ) = f 4 ((s, s, s),). Then, in step S9, each joint has θs 1
~Shitaesu 5 and so as to motor driving command i 1 ~i 5 D / A converter 9i
Supply to the servo drive 9j from each motor M1
~ M5 is driven to control the attitude of the lobe z axis perpendicular to the surface 2 to be measured. At this time, the center point O of the probe ball portion 1b is set as the movement center of the robot, and as shown in FIG. 9, the probe 1 is kept in contact with the measured surface 2 at the contact point Q on the measured surface 2, The attitude of the probe 1 is controlled from the attitude I indicated by the alternate long and short dash line to the attitude indicated by the solid line J.

このようなプローブの姿勢制御装置を三次元形状測定機
に用い、プローブ球部1bのz軸を被測定面2と垂直に姿
勢制御して球部1bの点Pが被測定面2と接した状態で、
球部1bのx,y,z軸の各位置を測定すれば、従来のような
補間演算をすることなく実時間にて誤差のない形状寸法
の測定が可能となり、連続した寸法測定が行なえるから
測定の自動化に寄与する。また、被測定面2の傾斜角α
が90度以上あってもプローブ1を被測定面2と垂直に当
接可能であり、人力により被測定物の位置をずらす必要
がなく、測定の自動化に寄与する。
Using such a probe attitude control device in a three-dimensional shape measuring machine, the attitude of the probe sphere 1b is controlled so that the z axis is perpendicular to the surface 2 to be measured, and the point P of the sphere 1b is in contact with the surface 2 to be measured. In the state
By measuring each position of the x, y, z axis of the sphere 1b, it is possible to measure the shape and dimension without error in real time without performing the interpolation calculation as in the past, and continuous dimension measurement can be performed. Contributes to automation of measurement. In addition, the inclination angle α of the measured surface 2
Even if the angle is 90 degrees or more, the probe 1 can be brought into vertical contact with the surface 2 to be measured, and it is not necessary to manually shift the position of the object to be measured, which contributes to automation of measurement.

また、超音波探傷スキャナ装置にこの発明を適用すれ
ば、超音波プローブを被検査面に対して常時垂直に保持
でき検査精度が向上するのに加えて、被検査面が複雑な
形をしていても自動運転が可能となる。
Further, when the present invention is applied to the ultrasonic flaw detection scanner device, the ultrasonic probe can be always held perpendicular to the surface to be inspected, and the inspection accuracy is improved, and the surface to be inspected has a complicated shape. However, automatic driving is possible.

なお、以上説明したロボット50は5自由度を有している
が、被測定面の形状が限定されて予め既知であれば、特
に5自由度も必要ない。例えば、第10図に示すように、
x−z断面がy軸に沿って全て同一である立体であれば
3自由度のロボットにて本発明を構成可能である。ま
た、駆動手段もモータに限定されず、更に、軸力センサ
は、他のタイプのものでもよく、更にまた、プローブの
形状も実施例に限定されない。
The robot 50 described above has five degrees of freedom, but if the shape of the surface to be measured is limited and is known in advance, there is no particular need for five degrees of freedom. For example, as shown in FIG.
The present invention can be configured with a robot having three degrees of freedom as long as the solid has the same xz cross section along the y axis. Further, the driving means is not limited to the motor, and the axial force sensor may be of another type, and the shape of the probe is not limited to the embodiment.

G.発明の効果 本発明によれば、被測定面に対して垂直となるようにプ
ローブの姿勢を制御できるので、この種のプローブを備
えた三次元形状測定機や超音波探傷スキャナ装置の自動
化が可能となる。そして、この発明では特にプローブ自
重も考慮して被測定面に対するプローブの姿勢を求めて
いるので、より一層精度よくプローブを被測定面に対し
て垂直に制御できる利点がある。なお、本発明を三次元
形状測定機に用いれば誤差のない測定が可能となる。
G. Effect of the Invention According to the present invention, since the posture of the probe can be controlled to be perpendicular to the surface to be measured, automation of a three-dimensional shape measuring machine or an ultrasonic flaw detection scanner device equipped with this type of probe is possible. Is possible. Further, according to the present invention, since the attitude of the probe with respect to the surface to be measured is obtained in consideration of the weight of the probe in particular, there is an advantage that the probe can be controlled to be perpendicular to the surface to be measured with higher accuracy. If the present invention is applied to a three-dimensional shape measuring machine, it is possible to perform measurement without error.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図はクレーム対応図である。 第2図〜第9図は本発明の一実施例を示すもので、第2
図が全体概略構成図、第3図が軸力センサを示す斜視
図、第4図が制御装置を示すブロック図、第5図がプロ
ーブ姿勢制御の手順を示すフローチャート、第6図が方
向余弦を説明する図、第7図はプローブの自重による力
の成分、抗力、軸力をそれぞれ説明する図、第8図
(a),(b)が軸力センサで検出する軸力の説明図、
第9図がプローブの姿勢制御を説明する図である。 第10図は3自由度で測定可能な形状例を示す斜視図であ
る。 第11図および第12図は従来例を示すもので、第11図が従
来の三次元形状測定機の一例を示す斜視図、第12図がプ
ローブの詳細拡大図である。 1:プローブ、2:被測定面 3:軸力センサ、9:制御装置 R1〜R5:ロータリーエンコーダ M1〜M5:モータ
FIG. 1 is a claim correspondence diagram. 2 to 9 show an embodiment of the present invention.
The figure shows the overall schematic configuration, FIG. 3 is a perspective view showing an axial force sensor, FIG. 4 is a block diagram showing a control device, FIG. 5 is a flowchart showing a procedure of probe attitude control, and FIG. 6 is a direction cosine. FIG. 7 is a diagram for explaining the force component, drag force, and axial force due to the weight of the probe, and FIGS. 8A and 8B are explanatory diagrams of axial force detected by the axial force sensor.
FIG. 9 is a diagram for explaining the attitude control of the probe. FIG. 10 is a perspective view showing an example of a shape that can be measured with three degrees of freedom. 11 and 12 show a conventional example. FIG. 11 is a perspective view showing an example of a conventional three-dimensional shape measuring machine, and FIG. 12 is a detailed enlarged view of a probe. 1: Probe, 2: Surface to be measured 3: Axial force sensor, 9: Controller R1 to R5: Rotary encoder M1 to M5: Motor

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G01S 7/521 Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI technical display location G01S 7/521

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】多自由度を有する支持手段と、 この支持手段を駆動する駆動手段と、 前記支持手段に設けられたプローブと、 前記支持手段と前記プローブとの間に介在され、このプ
ローブを被測定面に当接させたときに当該プローブに作
用する力を検出する力検出手段と、 前記プローブの姿勢を検出する姿勢検出手段と、 前記検出されたプローブの姿勢に基づいて、前記力検出
手段で検出された力に含まれる前記プローブの自重によ
る力の成分を求め、この力の成分により前記検出された
力を補正し、この補正結果に基づいて前記プローブの前
記被測定面に対する傾きを演算して、前記プローブが前
記被測定面に垂直に当接するよう前記駆動手段を駆動す
る駆動制御手段とを具備することを特徴とするプローブ
姿勢制御装置。
1. A support means having multiple degrees of freedom, a drive means for driving the support means, a probe provided on the support means, and a probe interposed between the support means and the probe. Force detection means for detecting a force acting on the probe when brought into contact with the surface to be measured, attitude detection means for detecting the attitude of the probe, and the force detection based on the detected attitude of the probe. The force component due to the self-weight of the probe contained in the force detected by the means is obtained, the detected force is corrected by this force component, and the inclination of the probe with respect to the measured surface is corrected based on the correction result. And a drive control unit that drives the drive unit so that the probe comes into vertical contact with the surface to be measured.
JP61283237A 1986-11-28 1986-11-28 Probe attitude control device Expired - Lifetime JPH079371B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61283237A JPH079371B2 (en) 1986-11-28 1986-11-28 Probe attitude control device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61283237A JPH079371B2 (en) 1986-11-28 1986-11-28 Probe attitude control device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS63135807A JPS63135807A (en) 1988-06-08
JPH079371B2 true JPH079371B2 (en) 1995-02-01

Family

ID=17662864

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61283237A Expired - Lifetime JPH079371B2 (en) 1986-11-28 1986-11-28 Probe attitude control device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH079371B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH683032A5 (en) * 1991-06-26 1993-12-31 Escher Wyss Ag Apparatus for determining a surface contour.
US5347854A (en) * 1992-09-22 1994-09-20 International Business Machines Corporation Two dimensional profiling with a contact force atomic force microscope
JP4558981B2 (en) * 2000-11-14 2010-10-06 株式会社ダイヘン Transfer robot

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59170707A (en) * 1983-03-17 1984-09-27 Toyoda Mach Works Ltd Measuring device equipped with coordinate correcting function

Also Published As

Publication number Publication date
JPS63135807A (en) 1988-06-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA1330363C (en) Robot system
JP4072628B2 (en) Robot calibration method and system
JP2651251B2 (en) Mechanism error correction method for SCARA robot
JPS63135814A (en) Apparatus for controlling posture of probe
JPH11502776A (en) Apparatus and method for calibration of multi-axis industrial robot
JPWO2009057229A1 (en) Error map creation method and apparatus, and numerically controlled machine tool having error map creation function
JP2010032373A (en) Machine tool system for measuring shape of object under measurement by on-machine measuring apparatus
JP2001050741A (en) Calibration method and apparatus for robot
JP5672173B2 (en) 6-axis robot offset detection method
JPH079371B2 (en) Probe attitude control device
EP0353305A1 (en) Industrial robot capable of automatically changing operating conditions depending on its attitude of installation
JP2000055664A (en) Articulated robot system with function of measuring attitude, method and system for certifying measuring precision of gyro by use of turntable for calibration reference, and device and method for calibrating turntable formed of n-axes
JPH06304893A (en) Calibration system for positioning mechanism
JP3671694B2 (en) Robot teaching method and apparatus
JPH0464561B2 (en)
JPS62199383A (en) Control system of robot
JPH01222311A (en) Curve profile controller for multidegree of freedom work machine
JPH0446714B2 (en)
JPH0774964B2 (en) Robot positioning error correction method
JP3218553B2 (en) Robot system control method and device
JPS63135811A (en) Apparatus for controlling posture of probe
JP3206775B2 (en) Copying control method and copying control device for machining / assembly device
JP3196145B2 (en) Contact point and contact normal detection method for machining / assembly equipment
JPH0731536B2 (en) Teaching data correction robot
JPH06179187A (en) Direction detection type teaching mechanism