JPS60501379A - ２−ｄ圧力画像表示装置 - 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】 ２−Ｄ圧力画像表示装置 〔発明の背景〕 この発明は、センサ・デバイスを物体に接触させ、光学系を通して物体の形状を 決定することに関する。

センサ・デバイスを接触させて物体の形状を決定するためには現在電気的の変換 器が使用されている。この種の変換器は複雑な構成であり本質的に高価であり、 特に製造現場で使用されるときは故障を起し易い。

〔発明の要約〕

この発明の目的は、物体の外形を決定するための廉価であるにもかかわらず信頼 性の高い装置を提供することである。

ロボットが触れる物体の形状を決定することができるようにする装置を提供する こともこの発明の別の目的である。

製造現場において部品選定用の装置を提供することもこの発明の更に別の目的で ある。

この目的は、物体の記述又は画像表示を高い解像力をもって低価格で実現するた めに、光学部品の新らしい組合わせを利用するものであるから圧力画像表示の分 野で大きな進歩と見られるものである。

物体の形状を決定する従来の電気的方法に比べて設計が簡略化されているため、 故障し易い部品が少く高い信頼性が達成される。

更に必要な修理がどのようなものであっても短時間で完了するから、熟練者によ る長時間の修理を必要とする電気装置に比べて稼動時間が著しく延長される。

この発明による装置は高い信頼性を示すヒ同時に簡単な構成であることから、製 造現場においてロボット装置へ組込むことや部品選定系として使用に適している 。

一般的に言ってこの発明は一つの圧力画像表示装置であって、物体に接触してそ の形態を記述し表示するものである。この装置はコリメート光の発生源、フリメ ート光を受ける光ビーム分割器、光ビーム分割器近くに置かれそれを通過した光 を受ける透明でたわみ性のセンサ板、およびセンサ板に接触するマ）　ＩＪラッ クス含む。このマトリックスはたわみ性の上表面とセンサ板に接触するあらい下 表面を持ち、対象物はその上表面に接触してマトリックスを変形させる。更にセ ンサ板の上表面で反射された光を受ける部分と、この反射光に基いて対象物の形 態を決定する部分が含まれている。

この発明の有利な実施例ではコリメート光の発生源が白熱電球とレンズを備え、 光ビーム分割器はガラス製の立方体であって分割器の対角面に沿ってそれを二分 割する対角界面を備えている。

センサ板はシリコーン・エラストマーで作られ平坦な上表面を持ち、その下面に は多数のピラミッド形突起がある。反射光を受ける部分はＣＣＤカメラ又はビジ コン等の光検出器の集合を備え、反射光の分布に基いて対象物の形態を決定する 。反射光は集光レンズによって光検出器集合上に集められる。光検出器は光の二 次元分布を対象物の形態を決める信号に変換する。更に電気信号から作られた対 象物の像をビデオ表示する装置が設けられている。

別の有利な実施例では、圧力画像表示系が対象物に接触する装置の接触面の主要 部分として接触した対象物の形態を決定する。

この発明のその他の特徴とその長所は実施例の説明と特許請求の範囲の記載によ って明らかにされる。

図面を参照し実施例についてこの発明を更に詳細に説明する。

〔図面の簡単な説明〕

第１図はこの発明の一つの実施例の概略図、第２図は対象物に接触している実施 例の概略図、第３図は第２図に示されているマトリックスの拡大概略図である。

〔選ばれた実施例の詳細説明〕 ここでこの発明の実施例の中から選ばれた一つを図面を参照して説明する。

第１図に示されている圧力画像表示系には光源１．０が含まれ、それから出た光 ビーム１１はレンズ］２を通過してコリメートされる。光源には白熱電球又は発 光ダイオードが使用される。

コリメートされた光ビーム１４は反射鏡１６で反射され、・平行光束として光ビ ーム分割器１８に入る。分割器は典型的なガラス立方体であり、その対角面に沿 って立方体を２等分する界面２０を持つ。

光ビーム分割器１８．に進入した光ビームは界面２０に当たり、その一部２２は 左方に反射され、残り２４は分割器のトップ面に向って進む。光ビーム部分２２ は黒色面２Ｇに吸収される。

光ビーム部分２４はセンサ板２８を通過する。このセンサ板は透明なシリコーン ・エラストマー又はゴムであって、光分割器のトップ面に置かれる。光２４は接 触面３０に当たるが、この面ばセンサ板の上面となっている。

接触面３０は入射光を界面２０に向って反射する。この反射光３２は界面２０に よってレンズ３４に向って反射され、光検出器アレイ３６上に焦点を結ぶ。

光検出器はこの入射光によりその光量に対応する電気信号を発生する。

マトリックス４２はトップ面４６において結合された多数のたわみ外突起部４／ ４から構成され、接触面３０の上に置かれている。

トップ面は極めて薄く充分なたわみ性を示すもので、その一部がそれに接触する 対象物体の位置に応じて変形してもその周囲の面部分にはとんと影響を及ぼさな いようになっている。

マ）　Ｉ）ツクスの典型的なものは平坦なトップ面を持ち、下面が多数の小ピラ ミッドの規則正しい２次元アレイを構成するシリコーン・エラストマーで作られ ている。小ピラミッドの空間密度が圧力画像の分解度を決定する。

典型的なマトリックスの寸法は１インチ×１インチで、厚さは２乃至３ミリメー タであり、下面に１００　Ｘ　］、　００ピラミツドアレイが設けられている。

第２図、第３図を参照して上記のデバイスの動作を詳細に説明する。

一つの物体が表面４６に接触すると、この表面は物体に対応して変形する。上面 ３０がマトリックス４２に直接接触しているセンサ板２８もこれに対応して変形 する。センサ板の変形はマトリックスの変形に一致する。変形状態にあるマトリ ックス４２とセンサ板２８を第２図と第３図に示す。対象物体との接触が終れば センサ板とマトリックスは無変形状態に戻る。

マトリックスが多数のピラミッド突起４４で作られたあらい下表面を持つと、セ ンサ板の変形状態はこのあらい下表面に同形であり、変形面部分に当たる光はそ のあらさに応じて散乱される。

この散乱によりセンサ２８の変形した部分によって境面２ｏに向って反射された 光量３２が低下する。センサ板の無変−形部分で反射された光３２は散乱を受け ることなく反射されるがら反射散乱光よりも強い。

第３図にはセンサ２８の変形部分で反射された光３２が詳細に示されている。

接触面３０のピラミッド頂点間にある部分４８は光学的に滑らかな凹面となり、 反射光３２を点Ａに集める。

ピラミッドの頂点に接している接触面部分５ｏに当った光は散乱されるから、こ こで反射された光３２の強さは面部分４８で反射さｌした光よりも低い。

反射光３２は界面２０によってレンズ３４に向けられ、レンズ３１は入射する光 を光検出器アレイの種々の部分に集める。

光検出器アレイは入射光に応答して電気信号を発生し、この電気信号は光検出器 に入射した光の量に比例する。

この信号はセンサ板２８の変形に対応し、センサ板上に置かれた物体によって生 ずるセンサ板上の圧力分布に比例する。この信号によって作られた光検出器出力 ３８はセンサ板上に置かれた物体の大きさと形状の決定に使用され、更に物体の ビテ剖画像を陰極線管ディスプレイ（図示せず）に表示させる。

光検出器アレイ３６から直接作られる圧力分布画像は規則的に配置された点の集 りであり、その各点はピラミッド頂点がセンサ板に接す′る点の一つに対応する 。ピラミッド頂点とセンサ板上面の間の接触面積はピラミッドに加わる圧力に近 似的に比例するから、画像点は可変面積を持ちその面積によってマトリックスに 加わる圧力を表わす。従って圧力情報は表示画像上の面積にエンコードされてい る。この種の面積変調画像は通常ハーフ・トーン、イメージと呼ばれ、新聞紙の 写真像に似たものである。

連続調画像の方が望まれる場合には焦点外しによって画像をぼかすことができろ 。これはレンズ３４を動かして僅かに焦点を外すことによって実現される。この 場合規則的な点パターンが圧力分布に対応する灰色調イメージに変えられる。こ れは本質的に空間的の低域フィルタリング操作である。

この発明の一つの実施例においては圧力表示系がロボツＩ・の手の指先に組み込 まれ、センサ板２８は指先の外表面に置かれる。

ロボットの指先が物体に触れるとセンサ板が変形し、ロボットはその出力からセ ンサ板上の圧力分布に基く物体形状の決定を行なうことができる。

別の実施例では、製造現場において部品の確認の！、−め光検出器の出力が物体 のビデオ・イメージを陰極線管ディスプレイ上に表示するのに使用される。

総ての目的を満たし希望する利点を達成することかで′きる実施例について説明 して来たが、この発明の装置には種々の変更、改造等が可能であり、更に上記以 外の目的に使用することも可能である。どれらは請求の範囲に示されているこの 発明の精神と限界から逸脱しない・限り総てこの発明に包含されるものである。

図面の簡単な説明 ＦＩＧ、　’１ 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）　（ａ）　コリメートされた光の発生部；（ｂ）　コリメートされた光を受 けるように配置された光ビーム分割器； （Ｃ）　光ビーム分割器近くに置かれ光ビーム分割器を通過したコリメート光を 受ける透明でたわみ性のセンサ板；（ｄ）トップ面がたわみ性であり、多数のピ ラミッド形突起を備える下面がセンサ板に接触し、トップ面に対象物体が接触し て変形するようになっているマトリックス；（ｅ）　センサ板のトップ面で反射 された光を受ける部分：（ｆ）　反射光に基いて対象物体の形状を決定する部分 から構成される接触する物体の形状を表わす圧力画像表示装置。 ２）　コリメートされた光の発生部が白熱電球とレンズを含むことを特徴とする 請求の範囲第１項記載の装置。 ３）　光ビーム分割器が立方体であることを特徴とする請求の範囲第１項記載の 装置。 づ）　光ビーム分割器がガラス製であることを特徴とする請求の範囲第１項記載 の装置。 ５）　）’ｅビーム分割器がその対角線に沿って分割器を２分割する界面を持つ ことを特徴とする請求の範囲第３項記載の装置。 ６）　センサ板がシリコーン・エラストマーであることを特徴とする請求の範囲 第１項記載の装置。 ７）　マトリックスが、平坦なトップ面と多数のピラミッド形突起が設けられて いる下面を持つシリコーン・エラストマ一体であることを特徴とする請求の範囲 第１項記載の装置。 ８）　マトリックスが滑かなトップ面と均等に荒れた下面を持つ布製品であるこ とを特徴とする請求の範囲第１項記載の装置。 ９）　反射光を受ける部分が反射光の分布に基いて対象物体の形態を決定する光 検出器アレイを含むことを特徴とする請求の範囲第１項記載の装置。 ■の　収束レンズが反射光を受け光検出器７１−イ上に焦点を結ばせることを特 徴とする請求の範囲第９項記載の装置。 】１）　光検出器アレイが光の分布を対象物の形態を決定する電気信号に変える ようになっていることを特徴とする請求の範囲第９項記載の装置。 １２）　電気信号によって対象物体のビデオディスプレイを行なうことを特徴と する請求の範囲第１１項記載の装置。 １３）請求の範囲第１項記載の装置を主要部品として含み、対象物体に接触して その形態を決定する装置。 １４）　ロボットの主要部品であることを特徴とする請求の範囲第１３項記載の 装置。