JPS62191710A - 傾斜検出装置 - 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、例えば金属薄板等からプレス成形した３次元
立体表面の自由曲面を計測して、その被計測面の法線お
よび被計測面までの距離を求める傾斜検出装置に関する
ものである。

従来技術 従来、金属薄板等からプレス成形した３次元立体表面の
自由曲面を計測して、その面の法線を求める場合には、
固定された計測軸に、この計測軸に発生する曲げ、およ
び引張りの力を計測するセンサーを取り付け、さらにこ
の計測軸の先端に磁石を取り付けて、計測に際し被計測
面に上記計測軸を接近させたときに、この磁石が被計測
面に吸引されることによって発生する各センサーの出力
信号の大きさから法線誤差を算出するようにした装置、
あるいは固定された計測軸の先端に３個またはそれ以上
の距離計測センサーを取り付け、計測に際し被計測面に
この計測軸を接近させたときに、各センサーが発生する
出力信号の大きさから法線誤差を算出するようした装置
が使用されていた。

しかし、前者の装置では、計測軸に発生する曲げ力の方
向と大きさを確実に計測し得るような計測軸の構造を得
るために、特に精密な機械加工が必要であり、さらに計
測軸の先端に取り付けた磁石の特性から、被計測面が急
激に屈曲している部位や切断溝および端部等の近傍にお
ける計測が不可能である。また、後者の装置では、計測
軸の先端に３個またはそれ以上のセンサーを取り付ける
ので、計測軸の先端部の形状が大きくなって、前者の装
置と同様に被計測面の急激に屈曲している部位や切断溝
および端部等の近傍における計測が不可能で、しかも多
数のセンサーを有することから、それに対応して増幅器
等が必要となり、コストが上昇してしまう等の問題があ
った。

発明の目的 したがって、本発明の目的は、計測軸先端部を簡単、か
つ小型に構成して、被計測面が急激に屈曲している部位
等の近傍においても、その表面の法線および距離を計測
できるようにすることである。

発明の概要 上記の目的を達成するために、本発明は、計測軸を回転
させ、その回転位相に対応する信号を出力する手段を設
け、計測軸の先端部にその回転中心より所定の偏心量の
位置に非接触式の距離センサーを設けて、計測時に被計
測面にこの計測軸を接近させてから、計測軸を回転駆動
することにより、この距離センサーを偏心回転せしめ、
被計測面との距離に応じて比例的に発生する距離センサ
ーからの出力信号と前記回転位相に対応する信号とから
法線誤差の方向、その大きさおよび距離センサーから被
計測面までの距離を演算により算出するようにしている
。

実施例の構成 以下に、本発明の好適な実施例が図面に基づいて説明さ
れる。

第１図において、本発明による傾斜検出装置１は、フレ
ーム２と、被計測面Ｓに対してほぼ垂直な中心線Ａに沿
ってフレーム２の内側から延び、かつこの中心線Ａの周
りに回転し得るように前記フレーム２に上下の軸受け１
３によって支持されている計測軸３とを備えている。計
測軸３は、その内側端部に回転駆動用の歯車４を備えて
おり、この歯車４は、フレーム２内に固定的に配設され
たモータ５の駆動軸５ａに装着された駆動歯車６と噛み
合っている。さらに、モータ５には、ロークリエンコー
ダ７が連結されており、このロークリエンコーダ７およ
びモータ５は、駆動検出手段を構成しており、駆動軸５
ａの回転位置を検出して信号を計算器８に出力するよう
になっている。

一方、計測軸３の先端のホルダー３ａには、計測軸３の
中心線Ａに対して平行で、所定の偏心量Ｒをもつような
位置に被計測面Ｓとの距離を計測するために、電磁式ま
たは静電容量式の距離センサー９が配設されている。こ
の距離センサー９は、その中心線Ｂの方向に移動しない
状態で、かつ計測軸３の先端のホルダー３ａに対して自
由に回転し得るようにはめ込まれている。そして、その
ケーブル１０は、計測軸３の内部の補助軸１１の中心を
貫通し、さらに、フレーム２に固定されたブラケット１
２のゴム製のブシュ１２ａに固定され、かつこれを貫通
して、増幅器９ａを介して前記計算器８に接続されてい
る。なお、補助軸１１は、計測軸３に対して、上下の軸
受け１４により回転自在に支持されているが、ブラケッ
ト１２のストッパー１２ｂに対してビンｌｌａにより回
り止め状態となって、ケーブル１０を支えている。

実施例の作用 次に、以上のように構成された本発明の実施例の作用を
説明する。

まず、傾斜検出装置１を第１図のように被計測面Ｓに接
近させ、その計測軸３が被計測面Ｓに対してほぼ垂直に
なるような位置に設定し、この状態でフレーム２を被計
測面Ｓに対して位置させる。

なお、この計測軸３の中心線Ａは、例えば加工機の自由
に傾斜できるヘッド軸と一致している。その後モータ５
を回転させることにより、駆動歯車６および歯車４を介
して計測軸３を回転駆動する。

この場合、ピンｌｌａとストッパー１１ｂとのはまり合
いにより、補助軸１１は、計測軸３の回転に際してフレ
ーム２に対して静止しており、さらに距離センサー９は
、ケーブル１０の剛性により計測軸３の回転時に、計測
軸３の先端のホルダー３ａ内で計測軸３の１回転に関し
てその回転方向に１回転の公転運動をすると共に、逆方
向に１回転だけ自転する。すなわち距離センサー９は、
中心ｂｉＡの周りに、所定の偏心量Ｒを半径として、回
転運動を行う。この運動軌道は、中心軸Ａに垂直な平面
内で中心線Ａを中心とする円軌道である。

このとき、被計測面Ｓが中心線Ａに対して垂直な平面に
対して３次元的に平行であれば、距離センサー９の下端
面から、中心線已に沿った被計測面Ｓまでの距離りは、
距離センサー９０回転中に、常に一定である。しかし、
被計測面Ｓが中心線Ａに対して垂直でないならば、距Ｑ
Ｄは、１回転中に周期的に変化する。距離センサー９お
よび増幅器９ａは、その距離りの変化を電気的なアナロ
グ量に比例変換し、計算器８に送る。

そこで計算器８は、ロータリエンコーダ７からの信号に
より計測軸３の回転中の位相角θを逐次演算すると共に
、その時の距離センサー９からの信号の大きさにより、
距離センサー９から計測すべき被計測面Ｓまでの距離り
を算出して位相角θおよび距離りを順次読み込み、第２
図（ａ）に示すような関係の正弦曲線を得、この関係に
基づき正弦曲線の最大量Ｄｍａｘおよび最小値Ｄｍｉｎ
を与える位相角θｍａｘおよび位相角θｍｉｎを求め、
またこの位相角値から９０度ずれた位相角θＯにおける
距離Ｄｏを求める。なお、距離り。

は、距離センサー９から被計測面Ｓまでの平均距離を表
す。ここで、位相角θｍ　ａ　ｘ、６ｍ　ｉ　ｎは、被
計測面Ｓの傾斜方向を表し、それらの差（Ｄｍａｘ−Ｄ
ｍｉｎ）は、傾斜量を表す。

なお、理論上、傾斜角αは、偏心量をＲとすれば下記の
弐で求められる。

α＝ｊａｎ−’　　［（Ｄｍａｘ−Ｄｍｉｎ）／２Ｒコ
このようにして、計算器８は、計測軸３の中心線Ａと被
計測面Ｓの法線との間の誤差、すなわち傾斜方向および
傾斜量および距離りを演算して、この誤差を修正するよ
うな方向、つまり、計測軸３の中心線Ａを被計測面Ｓの
法線に一敗させ、がつその距離りをすべて同じとするよ
うな方向および量の情報として、法線修正信号±α、β
および距離修正信号±Ｎを傾斜検出装置１の出力として
図示しない加工機の姿勢制御装置等に出力する。

さて、第２図（ｂ）は、被計測面Ｓに溝がある場合の第
２図（ａ）と同様の関係を示すグラフであり、この場合
の傾斜量は２　ｘ　（Ｄｍａ　ｘ−Ｄ　ｏ）により得ら
れる。

また、第２図（ｃ）は、被計測面Ｓが材料の端部である
ために、区間Ｐで材料が存在しない場合のグラフであり
、この場合も傾斜量は２Ｘ（Ｄｍａｘ−Ｄｏ）により得
られる。

そして、第２図（ｄ）は、被計測面Ｓが一例で上方に急
激に屈曲している場合のグラフであり、この場合も、傾
斜量は、同様に２Ｘ（Ｄｍａｘ−Ｄｏ）から求められる
。

なお、最大値Ｄｍａｘでなく最小値Ｄｍｉｎのみが得ら
れる場合でも、同様にして傾斜方向および傾斜量が求め
られる。

変形例 以上述べた実施例の変形例として、距離センサー９を計
測軸３の先端部に固定し、かつ距離センサー９に接続し
たケーブル１０の途中にロークリコネクタを取り付ける
ことにより、距離センサー９を計測軸３と一体に回転さ
せるようにしてもよく、この場合、計測軸３の先端部は
、さらに小型に形成できる。また、モータ５やロークリ
エンコーダ７は、ケース２の外側にあってもよい。それ
によって、組み立てや調整が容易となる。

発明の効果 上述のように、本発明によれば、計測軸を回転させ、そ
の回転位相に対応する信号を出力する手段と、計測軸の
先端部にその回転軸心を所定の偏心量の位置に設けられ
た距離センサーとを備えて、計測に際し、被計測面にこ
の計測軸を接近させて回転駆動することにより、この距
離センサーを偏心回転せしめ、被計測面との距離に応じ
て発生する距離センサーからの出力信号と前記回転位相
に対応する信号とから法線誤差の方向および大きさを演
算するようにしたので、計測軸の先端部が小型に形成さ
れ、かつその構成が簡単であるから、被計測面の近傍が
急激に屈曲していたり切断溝を有していたり、また材料
の端部である場合にも、その傾斜の測定が可能であり、
しかもその製作コストが低減せしめられ得る等の効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による傾斜検出装置の一実施例の要部を
示す縦断面図、第２図は種々の形状の被計測面の場合の
第１図の装置により得られる計測軸の回転位相角と距離
センサーから被計測面までの距離との関係を示すグラフ
である。 ■・・傾斜検出装置、２・・フレーム、３・・計測軸、
４・・歯車、５・・モータ、６・・駆動歯車、７・・ロ
ークリエンコーダ、８・・計算器、９・・距離センサー
。 特　許　出　願人株式会社日平トヤマ 代　　　理　　　人　弁理士　中　川　國　男第７図 第２図 ００　θ〜よ　θ００〜ｎ　θ０　θ−ｆ３ｏ　　気　
凸　θ’ｒｎｊｎ　　らθ＝第２図 （ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被計測面に対してほぼ垂直な中心線の周りに回転可能に
   支持された計測軸と、この計測軸を回転駆動せしめると
   共にその回転位相を検出する駆動検出手段と、前記計測
   軸に対して所定の偏心量をもちかつ被計測面に非接触状
   態で対向するように計測軸先端部に支持され被計測面と
   の距離を距離信号に変換する距離センサーと、前記駆動
   検出手段から出力される回転位相信号と前記距離センサ
   ーから出力される距離信号とから計測軸の中心線と被計
   測面の法線との誤差（傾斜方向および傾斜量）および距
   離センサーから被計測面までの距離を算出すると共にこ
   の誤差を修正するための信号を出力する計算器とから構
   成されていることを特徴とする傾斜検出装置。