JPS61235714A - ワ−ク座標系による駆動装置 - 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】 （発明の技術分野） 本発明はジョイスティック等の指令によってモーター駆
動されるＸ−Ｙテーブルや三次元座標測定機の駆動装置
に関するものである。

（発明の背景） Ｘ方向モータとＹ方向モータによって駆動されるＸ−Ｙ
ステージを備えた投影機や工具顕微鏡によるワーク（被
測定物）の測定は、該測定機の観察装置によりワークを
観察しつつステージの駆動装置を操作し、ワーク上の測
定点を観察装置の基準点１例えば投影スクリーンやレチ
クルの十字線に順次合致させ、それらの点の座標値をＸ
−Ｙステージに備えたリニアエンコーダ等によって読み
取ることにより実行される。駆動装置にはステージをＸ
、Ｙ任意の方向に駆動する為の操作部材を有する入力装
置（例えばジョイスティック）が具備されている。

測定すべき寸法の多くはワーク上の基準点や基準面によ
り設定されるワーク座標系の座標軸と平行である。

測定すべき寸法をリニアエンコーダの読みから直接又は
、２点での読みの差と言う簡単な計算で求める為には、
測定すべき長さがステージの移動方向、すなわち機械座
標系の座標軸であるＸ軸又はＹ軸と平行でなければなら
ないので、測定に先立ちワーク座標系の座標軸（Ｘ軸又
はＸ軸）が。

ステージの移動方向、すなわち機械座標系の座標軸と平
行になるようワークの向きを調整する。第５図はこのよ
うに調整され次状態を示している。

ステージ１２の機械座標系の座標軸と、ワーク１３上に
設定されたワーク座標系の座標軸とは平行である。従っ
てワーク座標系の座標軸と平行な寸法ΔＸ、Δｙの測定
の為のステージ移動は１寸法ΔＸに関してはＸ軸方向の
み２寸法Δｙに関してはＹ軸方向のみで良い。

最近は、ステージ移動量読み取りのディジタル化及びコ
ンビーータの発達により各測定点の機械座標系の座標値
を直接コンビーータに取り込み。

処理させることによって必要なワーク上の寸法を求める
ことがなされている。この場合、複雑な計算も容易であ
るから、測定すべき長さがステージの移動方向と平行で
あることはもはや必要ではない。このような状態を第６
図に示す。ここではステージ１の機械座標系の座標軸と
ワーク座標系の座標軸とは角−だけ傾斜している。例え
ば寸法ΔＸは２点Ａと点Ｂの機械座標系の座標値（Ｘム
＋ＹＡ）＋（ＸＢ、　ＹＢ　）からΔｘ＝　　（ＸＢ−
ＸＡ）’＋（ＹＢ−ＹＡ）”Ｃ０Ｉｌ＃を計算すること
により求められる。従ってワーク座標系を機械座標系に
合わせるという調整作業は不要となるが、ワーク座標系
の座標軸に平行な寸法を測定する為にはステージをＸ軸
方向及びＹ軸方向へ移動させる必要がある。そこでステ
ージｌｘ軸方向とＹ軸方向とで交互に移動させても良い
が、ステージをワーク座標系の座標軸方向へ移動した方
が測定時間を短縮でき有利であり。

その為にはステージをＸ軸方向とＹ軸方向へ同時に駆動
しなければならない。

すなわち、前者（第５図）ではステージに駆動指令を与
える操作はＸ軸方向又はＹ軸方向へ択一的であるので容
易であるが、後者（第６図）の場合には、ステージのＸ
軸方向とＹ軸方向へ角−に応じた速度比Ｖｙ／ｖｘ＝ｔ
ａｎ＃　の駆動指令を与えなければならない。

ステージに駆動指令を与える為の入力装置としてジョイ
スティックが良く使用される。ジョイスティックは、常
時は中立位置にある操作レバーの傾斜方向と傾斜角によ
り、移動方向と移動速度を指令するのが通例である。１
つのジョイスティックでステージのＸ軸方向又はＹ軸方
向への移動を制御する駆動装置では、Ｘ軸方向又はＹ軸
方向に対応した２つのジョイスティックが必要であり。

２つのジョイスティックをそれらの傾斜角の比がｔａｎ
ａとなるよう操作することになり、細かなステージ制御
は困難である。１つのジョイスティックでＸ軸方向とＹ
軸方向とを制御できるジョイスティックを有する駆動装
置では、ジョイスティックの操作レバーは任意の方向に
倒すことができ。

角度Δの方向に角度Ｖだけ操作レバーを傾斜させた時ス
テージのＸ軸方向とＹ軸方向には夫々Ｖｘ＝　Ｖ（１ｃ
ｏｓ　Ｂ、　Ｖｙ　＝　ｖ（１ｓｔ　ｎ　１１１の指令
値が与えられる。すなわち、Ｘ軸方向駆動装置には指令
値Ｖｘ、　Ｙ軸方向駆動部材には指令値Ｍｙが入力され
る。ここでＶ（ｆ５はＶの値で決まる指令速度である。

Ｘ軸方向とＹ軸方向との速度比はｖＹ／ｖＸ＝ｔａｎｏ
なので、ステージをワーク座標系のＸ軸と平行に移動さ
せるにはジョイスティックの操作レバーを角一方向に傾
斜させれば良いが、これも容易ではない。更に、ステー
ジの細かな送り制御を容易とする為、ジョイスティック
の操作レバーの傾斜角に対し非線形な速度特性を与える
ことが多いが、この場合にはジョイスティックの操作レ
バーの傾斜方向とステージの移動方向とは必ずしも一致
しないので一層困難となる。

また１機械座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に沿って移動可能
なプローブの三次元座標値を、プローブの接触子がワー
クに接触することによって発せられる電気信号によって
コンピュータに読み取らせ。

求める寸法を算出する三次元測定機においても。

とハまでに述べたと同様の事情がある。ただし三次元測
定機では座標軸が３つあるためジョイスティックの操作
レバーの前後、左右への操作に加え。

第３軸（２軸）への駆動指令を与えるため、ジョイステ
ィックの操作レバーのつまみを回転させて指令出力を行
う構造のものを使用するか、別のジョイスティックを第
３軸の指令のために追加しなければならない。

二次元的なステージ等と異なり三次元測定機での測定対
象は水平面（ｘ−ｙ面）内にあるとは限らず、２軸が加
わる事によりしばしばＹ−２面。

ｚ−Ｘ面等のほぼ鉛直な側面上の測定を行う場合があり
、さらに時としてワーク上に設定される工軸、ｙ軸、ｚ
軸のうちの１つの軸には平行であるが、他の軸とは平行
でない面や３つの座標軸のいずれに対しても平行でない
斜面上での測定を行う場合もある。これらのような場合
には測定対象となる面に溜った動きや２面に画直な動き
を行わせるためには一般に３軸間時に適切な比をもって
制御しなければならず、現実的には不可能といわなけれ
ばならないという欠点があった。

なお、これらの欠点はジョイスティックによって速度指
令を行うかわりに、エンコーダーを内蔵したトラックボ
ールや、または単にエンコーダーに手動用ノブをつけて
移動量を指令するように構成した場合も同様である。

（発明の目的） 本発明はこれまで述べてきたような問題点を解決し、ワ
ーク上に任意に設定されているワーク座標系の軸に平行
な移動指令を容易に与えられる駆動装置を実現し、測定
操作を容易にすることを目的とする。

（発明の概Ｊｉり 本発明は、ワーク上に測定座標位置を決定する九めの位
置決定手段と、ワ（→りと前記位置決定手段とを相対移
動させる駆動手段と、前記駆動手段の駆動方向によって
定めた機械座標系における座標値を出力する座標値測定
手段と、前記位置決定手段により決定されたワーク上の
測定座標位置における前記座標値測定手段の座標値を出
力する選択手段と、ワーク座標系の各軸に対応して速度
指令信号を出力する速度指令手段と、前記選択手段から
出力された座標値に基づいて、前記速度指令信号を±機
械〉座標系における各軸方向への指令信号に変換し、変
換信号を出力する変換手段と。

前記変換信号によって前記駆動手段を駆動する制御手段
と、を有することを特徴とするワーク座標系による駆動
装置であって、ワーク座標系の軸に平行な移動指令を容
易に得ることができる。

（実施例） 以下１図面に示した実施例に基づいて本発明を゛　説明
する。第１図は本発明の第１実施例のブロック図である
。Ｘ軸エンコーダ１とＹ軸エンコーダ２はＸ−Ｙステー
ジ１２の駆動方向によって定めた機械座標系のＸ、Ｙ座
標値に対応した座標信号を出力する。座標取込スイッチ
３はワーク上の測定点を不図示の観察装置の基準点１例
えば投影スクリーンやレチクルの十字線に合致させて後
、オンされるものであり２位置測定手段として機能する
。スイッチ回路４は座標取込スイッチ３から座標取込信
号（座標取込スイッチがオンされ友ことにより生ずる）
が入力されたときのＸ軸エンコーダ１、Ｙ軸エンコーダ
２からの座標信号をマイクロコンビエータ６に入力せし
める選択手段として機能する。以上のＸ軸エンコーダｌ
、Ｙ軸エン；−ダ２．座標取込スイッチ３．スイッチ回
路４によって２次元座標値入力装置５を形成する。マイ
クロコンピュータ６は入力された座標信号から座標変換
マトリックスを演算する。

ジョイスティック７は不図示の操作レバーを有し、操作
レバーの傾は方向ｌ及び傾は角Ｖに応じたＸ軸とＹ軸と
の速度指令値Ｖｘ＝Ｖ（Ｆ）・ｃｏｏ　ａＶｙ＝Ｖ（ｆ
）・ｓｉｎ＃を出力する速度指令手段として機能する。

アナログ・デジタルコンバータ（以下、Ａ／Ｄコンバー
タと称す）８ａ、８ｂは指令値ｖｚ、　ｖｙ　’６夫々
アナログ・デジタル変換し、デジタル指令値ＶＸＤ、　
ＶＹＤを出力する。マイクロコンピュータ６はデジタル
指令値ＶＸＤ、　ＶＹＤ　　を先に求めた座標変換マト
リックスによってワーク座標系の指令値ＶＸＤ、Ｖｙｏ
　　に変換して出力する変換手段として機能する。

指令値ＶＸＱ、ＶｙＤはデジタル・アナログコンバータ
（以下Ｄ／Ａコンバータと称す）９ａ、９ｂに入力され
、アナログ指令値ｖｘ、ｖｙに変換される。アナログ指
令値Ｖ、、ｖｙは夫々モータ駆動回路１０ａ、１０ｂに
入力される。モータ駆動回路１０ａ、１０ｂは夫々Ｘ−
Ｙステージ１２をＸ方向へ駆動するＸ軸モータｌｌａ、
Ｙ方向へ駆動するＹ軸モータｌｌｂを駆動する。

Ｘ軸モータｌｌａとＹ軸モータｌｌｂは協同してＸ−Ｙ
ステージ１をワーク座標系に基づいて移動するから、結
局ジョイスティック７は１機械座標系に従った駆動装置
から、座標値入力装置５により求められ九ワーク座標系
に従りた駆動装置に変換されたことになる。

それ故、ジョイスティック７の操作レバーをＸ軸方向へ
傾ければ、ステージはワーク座標系のＸ軸方向へ移動し
、また操作レバーをＹ軸方向へ傾ければ、ステージはワ
ーク座標系のＸ軸方向へ移動する。

次に、第２図のフローチャートによってマイクロコンピ
ュータ６の動作を詳述する。このフローチャートによる
処理は連続にまたは一定時間毎に繰り返し実行される。

第２図に示したように、マイクロコンビエータ６はマト
リックス決定のための座標値を座標値入ルを決定する（
ステップ６２）。本例の場合には機械座標系に対するワ
ーク座標系の回転角を−とすればマトリックス八は以下
の如くである。

次に、ステップ６３においてＡ／Ｄコンバータ８ｍ、８
ｂより指令値ＶＸＤ、”／ＹＤを入力する。そして入力
した指令［＋Ｖｘ　Ｄ、　ｌｖＹ　ｏは先に求めたマト
リックスＡを用いてワーク座標系の指令値ｖｘＤ。

Ｖ　ｙ　Ｄに変換される（ステップ６４）。すなわち。

である。

そして得られた指令値ＶＸＤ、ＶＹＤはＤ／Ａコンバー
タ９ａ、９ｂに出力される（ステップ６５）。

以後、ステップ６３，６４．６５ｔ一連続的に実行する
０ 以上の実施例では、ワークを２次元的に測定するとき、
ワーク上に設定し友ワーク座標系とステージの機械座標
系とを平行に合わせることなく。

機械座標系に対するワーク座標系の回転角θを。

座標値入力装置からの座標値によって求める事により、
以後はこの回転角θによってジョイスティック７の機械
座標系の座標軸方向への速度指令値ＶＸ、ＶＹにマトリ
ックスＡによる座標回転の変換を施し、ワーク座標系の
座標軸方向への速度指令値ｖｘ、ｖｙによるステージ制
御が行なえる。という利点を有する。

なお、測定の内容によっては、ワーク上に設定されたワ
ーク座標系の一方の座標軸方向へのみステージを可動と
し、他方の座標軸方向へのステージの動きを禁止したい
ことがある。このような場合、ワーク座標系の各座標軸
に対応させて設けた不図示のクランプスイッチのいずれ
かをオンすることにより、ジョイスティックからの対応
する座標軸方向への速度指令値を無視し、その方向への
速度指令値を零と見なすことにより、ワーク上に設定さ
れた座標軸の任意に選択された方向への動きを禁止する
こともできる。

第３図は本発明の第２実施例のブロック図である。第２
実施例は、Ｘ軸、Ｙ軸、２軸を有する三次元測定機に本
発明を適用したものである。第３図において第１図と同
一機能のものには同一の図番を付する。

Ｘ軸エンコーダ１とＹ軸エンコーダ２及び２軸エンコー
ダ３０は三次元測定機におけるプローブＪの接触子の位
置に対応した座標値である機械座標系のｘ、ｙ、ｚ座標
値に対応した座標信号を出力する。プローブ３′は接触
子がワークに当接すると接触信号を出力する。スイッチ
回路４はプローブ３′から接触信号が入力されたときの
Ｘ軸エンコーダ１．Ｙ軸エンコーダ２．Ｚ軸エンコーダ
３０からの座標信号をマイクロコンピー−タロ０に入力
せしめる。以上のＸ軸エンコーダ１．Ｙ軸エンコーダ２
．Ｚ軸エンコーダ３０．グローブ３′、スイッチ回路４
によって三次元座標値入力装置５０を形成する。マイク
ロコンビエータ６０は入力された座標信号から座標変換
マ）　ＩＪラックス演算する。

ジョイスティック７１は不図示の操作レバーを有し、操
作レバーの傾は方向２．傾は角Ｖ及び先端の回転つまみ
の回転角γに応じたＸ軸とＹ軸と２軸との指令値Ｖｘ　
＝　Ｖ（Ｆ）　・ｃｏｓ　（ｌ、　Ｍｙ　＝　Ｖ（Ｆ）
　・＠ｉｎ　ｆ３　、　ｖｚ　＝　Ｖ（ｒ）を出力する
。Ａ　／　Ｄ　：ｌ　ｙバーク８　ａ　＋　８　ｂ　、
８　ｃは指令値Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚｆ夫に７ナログ・デジ
タル変換し、デジタル指令値ＶＸＯ。

ＶＹＤ、　ＶＪｉＤを出力する。マイクロコンビエータ
６０はデジタル指令値ＶＸＤ、ＶＹＤ、ＶＺＤｆ先に求
めた座標変換マトリックスによってワーク座標系の指令
値Ｖ　ｘ　Ｄｔ　Ｖ　ｙ　Ｄ　＃　Ｖ　ｚ　Ｄに変換し
て出力する。

指令値ＶＸＤ＋ｖｙｏ、ｙｚＤ　Ｄ／Ａコンバータ９ａ
。

９ｂ、９ｃに入力され、アナログ指令値Ｖｘ、Ｖｙ。

ｖｚに変換される。アナログ指令値ＶＸ、　Ｖ、、　Ｖ
。

は夫々モータ駆動回路１０ａ、１０ｂ、１０ｃに入力さ
れる。モータ駆動回路１０ａ、１０ｂ、１０ｃは夫夫グ
ローブ３′をＸ方向へ駆動するＸ軸モータ１１ａ。

Ｙ方向へ駆動するＹ軸モータｌｌｂ、Ｚ方向へ駆動する
２軸モータｌｌｃによって駆動する。

Ｘ軸％−タ１１＠、Ｙ軸モーＲ１１ｂ、Ｚ軸モータ１１
ｃは協同してプローブ３′をワーク座標系に基づいて移
動するから、結局ジョイスティック７１は９機械座標系
に従った駆動装置から、座標値入力装置５０により求め
られたワーク座標系に従った駆動装置に変換されたこと
になる。

次に、ＷＩ４図のフローチャートによってマイクロコン
ピュータ６０の動作を詳述する。

第４図に示したように、マイクロコンピュータ６０はマ
）　ＩＪフックス定のための座標値を座標値入力装置５
０より入力する（ステップ６６）。そして、ステップ６
６で入力した座標値からマトリックス八を決定する（δ
テップ６７）。このマトリックス八は以下のように決定
する。ある平面（ワーク上のある面）上にジョイスティ
ック７１により定まるＸ軸とＹ軸とに対応させるべき座
標軸を設定し、この平面に垂直な向きをジョイスティッ
ク７１により定まるｚ軸に対応させるものとする。この
とき、まず目的とする平面（ワーク上のある面ン上の同
一直線上にない３点の座標値と。

この平面上のＸ軸となるべき軸上の２点の座標値と、が
座標値入力装置５０より入力されると（ステップ６６）
、前者の座標値からこの平面の法線ベクトルＶ’ｇ　　
を求め、後者の座標値からこの直線の空間的方向ベクト
ルＶＴＩ　　を求め、さらにぺ’　　　り）／Ｉ／ＶＴ
Ｉ、　ＶＴＩ　（７）外積ｖｒ２　（＝　Ｗ　ｓ　ｘ　
Ｖｒ　１）を求める。ここでベクトル’Ｔ　ｔ　＋　　
ＶＴ　２１　　ｖＴｓの単位ベクトルを１Ｅｔ（Ｊｘ、
　ｍｘ、　ｎｘ　）、　Ｅ２（Ｌ２．ｍ３　　ｎ２）、
！ｉ：ｓ　（ｔｓ、ｍｓ、ｎｉ　）とするとき、座標変
換マトリックス八は で与えられる（ステップ６７）。

次に、ステップ６８においてＡ／Ｄコンバータ８ａ、　
８ｂ、　８ｃ　　ヨり指令値ＶＸＤＩＶＹＤ、ＶＺＤを
入力する。そして入力した指令値ＶＸＤ、　ＶＹＤ、　
ＶＺＤは先に求めたマトリックス八を用いてワーク座標
系の指令値ｖｘＤ、ｖｙＤ、ｖｚＤに変換される（ステ
ップ６９）。　　。

そして得られた指令値ｖｘＤ、ｖｙＤ、ｖ２ＤはＤ／Ａ
コンバータ９ａ、９ｂ、９ｃに出力される（ステップ７
０）。以後ステップ６８，６９．７０を連続的に実行す
る。

従って以上の構成により、三次元的なワークを測定する
とき、ワーク上に設定されるワーク座標系と三次元測定
機の機械座標系とを平行に合わせる事なく、ジョイステ
ィック７１のＸ軸、Ｙ軸。

２軸方向への速度指令値　　　　　　　　　に座標回転
の変換を施し、ワーク上に設定されたワーク座標系のＸ
軸＋、Ｙ軸、２軸に対応させることができる。

さらに三次元測定機では２機械座標系ｘ　−ｙ　−ｚの
Ｘ−Ｙ平面に平行な面を基準とする測定のみならず、Ｙ
−Ｚ面やＺ−Ｘ面に平行な面を基準とする測定が必要と
なる場合も多い。本実施例では。

このようにワークの側面を測定するとき、測定の対象と
なる面に垂直な方向をジョイスティック７１の２軸に対
応させるように、座標変換マ）　ＩＪックス八へ決定し
ているので、ワークの側面に沿ったプローブ３′の動き
をジョイスティック７１における操作レバーのＸ軸、Ｙ
軸操作、側面に垂直方向のプローブ３′の動きをジョイ
スティック７１における操作レバーの２軸操作で行う事
ができる。

また時にはワーク上に一度設定されたＸ軸、ｙ軸、２軸
のどれとも平行でない斜面上の測定を行う場合がある。

このような場合にはプローブ３を斜面に沿って動かすに
も、斜面に垂直に動かすにも常にジョイスティックの操
作レバーによってＸ軸、Ｙ軸、２軸を同時に操作しなけ
ればならず極めて困難である。本実施例ではワーク上に
一度設定したＸ軸、ｙ軸、ｚ軸とは別に、斜面を測定し
て得られる面に垂直な軸をジョイスティック７の２軸に
対応させ、ジョイスティック７の他の２つの軸は適切な
斜面上の直交する軸に対応させる事によって斜面上の測
定を容易にする事ができるという利点がある。

なお２以上の実施例では、駆動指令を行うためにジョイ
スティックを用いる゛場合を例に上げたが。

トラックポールや手動ノブに取り付けたエンコーダのパ
ルスによって駆動指令を行うような場合にも有効である
。

（発明の効果） 以上述べた如く２本発明によれば、ステージ等の移動方
向即ち機械座標軸に対し傾斜した方向への移動が、容易
な操作で、かつ正確に実現することができるので測定作
業の能率向上を図ることができる。特に、各攬の寸法測
定用データ処理装置との併用により飛躍的効果をあげる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例のブロック図、第２図は第
１図で用いられるマイクロコンビエータのフローチャー
ト、第３図は本発明の第２実施例のブロック図、第４図
は第３図で用いられるマイクロコンビシータのフローチ
ャート、第５図はステージの移動方向によって定まる機
械座標系の座標軸Ｘ−Ｙとワーク上のワーク座標系の座
標軸Ｘ−ｙとが平行な場合を示す平面図、第６図は機械
座標系の座標軸Ｘ−Ｙとワーク座標系の座標軸Ｘ−ｙと
が角度Ｉを有する場合を示す平面図、である。 （主要部分の符号の説明） １・・・・・・Ｘ軸エンコーダ、　　　２・・・・・・
Ｙ軸エンコーダ。 ３０・・・・・・ｚ軸エンコーダ　　　、　３／・・・
・・・プローブ。 ４・・・・・・スイッチ回路、　　３・・・・・・７座
標肛込又イヅナ。 ６．６０・・・・・・マイクロコンビエータ。 ７．７１・・・・・・ジョイスティック。 １０ａ、ｌＯｂ、１０ｃ・・・・・・モータ駆動回路。 １１ａ・・・・・・Ｘ軸モータ、１１ｂ・・川・Ｙ軸モ
ータ。 １１　ｃ−・・・・２軸モータ、１２・・・・・・Ｘ−
Ｙステージ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ワーク上に測定座標位置を決定するための位置決定手段
   と、 ワークと前記位置決定手段とを相対移動させる駆動手段
   と、 前記駆動手段の駆動方向によって定めた機械座標系にお
   ける座標値を出力する座標値測定手段と、前記位置決定
   手段により決定されたワーク上の測定座標位置における
   前記座標値測定手段の座標値を出力する選択手段と、 ワーク座標系の各軸に対応して速度指令信号を出力する
   速度指令手段と、 前記選択手段から出力された座標値に基づいて、前記速
   度指令信号を−（機械）−座標系における各軸方向への
   指令信号に変換し、変換信号を出力する変換手段と、 前記変換信号によって前記駆動手段を駆動する制御手段
   と、 を有することを特徴とするワーク座標系による駆動装置
   。