JPS62282882A - 三次元位置計測装置 - 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】 ３、発明の詳細な説明 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は加工装置や産業用ロボットの三次元位置計測装
置に係わり、特に三次元空間形状を有する被加工物くワ
ーク）の表面に描かれた例えばけがき線のような連続す
る教示点の中で計測したい教示点を選定し、その教示点
位置に設けられた送波器から送波される超音波を予めワ
ーク上方空間に配設された複数個の受波器で受波してワ
ーク表面の法線方向、傾斜角と共に教示点を計測して加
工に必要な加工ヘッドの一連の教示位置を加工装置に入
力する三次元位置計測装置に関する。

（従来の技術〉 例えば工場の材料切断工程または加工工程に設置された
加工装置（産業用ロボットを含む）においては、実際に
稼動させる前に加工装置に対して加工ヘッドの移動手順
および動作手順を三次元的なワークの形状に即して教え
込む必要がある。

ところで、例えばＣＯ２レーザ切断用加工装置において
は加工ヘッドの近傍位置に磁気センサを設置して鉄板等
の被切断体としてのワークに生じた渦電流の大きざを検
出して、その電流値によって加工ヘッドとワーク表面の
距離を算出するようにしていた。

従って、このような加工装置において、実際の三次元位
置計測と教示作業を行なうには作業者がティーチングペ
ンダントを操作しながら加工ヘッドをワーク表面に描か
れたけがき線等の連続する教示点へ接近させる作業と、
加工ヘッドのレーザ照射角度を教示点におけるワーク表
面に対して直角になるように加工ヘッドの姿勢を合せる
作業と、前述の磁気センサでもって加工ヘッドとワーク
表面上の教示点との間に距離を一定値に設定する作業と
の三つの作業をそれぞれ目視により試行錯誤的に実施す
る必要があった。

しかし、上記のように作業者が各教示点毎に目視で三つ
の作業からなる教示作業を実施することは各教示点間に
おいて加工ヘッドまでの距離とか加工ヘッドの姿勢角等
の設定値に差が生じる問題がある。このため、ワークの
切断面が不揃いになったり、一部切断できない場所が生
じたりする虞れがあった。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来の加工装置に対する教示作業は各教示点
への接近作業、加工ヘッドの姿勢合せ作業および教示点
との間の距離を一定値に設定するための作業を目視によ
り試行錯誤的に行なっていたため、切断面が不揃いにな
ったり、一部切断できない場所が生じたりする問題があ
った。そこで、上記のような問題を回避するためには前
述の教示作業を丁寧に且つ正確に実施すればよいが、こ
れでは教示作業時間が増大するため、加工装置が実際に
切断作業を実行している時間の割合いを示す稼動率が低
下するという問題があり、しかもゞ　　　　加工装置の
操作に熟達した作業者を必要としていた。

そこで、本発明はけかき線等の連続する教示点に沿って
送波器を移動させる一種類の作業だけで測定したい教示
点を測定して加工に必要な一連の加工ヘッドの教示位置
を自助的に加工装置に教示できるようにすることにより
、熟達した作業者を必要とせずに加工装置に対する教示
作業を正確に且つ能率的に実施でき、もって自動化され
た加工装置の稼働率を大幅に向上させることができる三
次元位置計測装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （発明が解決するための手段） 本発明は上記のような目的を達成するため、加工ａ置に
対して加工ヘッドの移動手順および動作手順を三次元的
な被加工物の形状に即してその表面に描かれたけがき線
等の連続する教示点の中で測定したい教示点を計測して
その教示点を教示するようにした三次元位置計測装置に
おいて、正三角形状に配置され且つ時分割で超音波を送
波する３個の送波素子を有し、これら送波素子の３送波
位置が作る正三角形の内心が被加工物表面の連続する教
示点上に位置するように移動可能に設けられる送波器と
、前記被加工物表面の上方空間に設けられ前記送波器の
各送波素子から送波される超音波をそれぞれ受波する複
数個の受波器と、前配送波器と受波器との間の空間に設
けられた温度センサと、前記各受波器で受波された超音
波の受波時間を前記温度センサで計測された温度に基き
補正して求め、この受波時間から前記各送波素子と各受
波器との間の距離を計算して前記送波器の３送波位置の
三次元座標値を求める第１の演算手段と、この第１の演
算手段により求められた３送波位置の三次元座標値で構
成される平面の向きと基準面との傾斜角により法線方向
と正三角形の内心の座標値を求め、この座標値に前記平
面の法線上を前配送波器の厚み分だけ被加工物方向に加
算した座標値を前記連続する教示点の測定点として求め
る第２の演算手段と、この第２の演算手段により求めら
れた測定点から前記平面の法線上に被加工物表面の外方
へ所望の加工距離だけ離れた位置の座標値を算定してそ
の座１値を加工ヘッドの教示位置として得る第３の演算
手段とを備えたことを特徴としている。

（作用） 従って、このような構成の三次元位置計画装置にあって
は、まず被加工物に描かれたけがき線等の連続する教示
点の中で測定したい位置に送波器を設けて３個の送波素
子から時分割で超音波を送波すると、この超音波は被加
工物表面の上方空間に設けられた複数個の受波器により
受波される。

これらの受波器により超音波が受波されると各送波位置
からの受波時間を、温度センサーにより計測された温度
に基く温度補正をして求め、この受波時間から各送波素
子と各受波器との間の距離を計算して３送波位置の三次
元座標値を求める。次に３送波位置の三次元座標値で構
成される平面の木 向きと基準面に対する傾斜角によりｌ！ｆ１方向と正三
角形の内心の座標値を求めて、その内心から法線上を送
波器の厚み分だけ被加工物方向に加算した座標値を求め
る。さらに連続する教示点の測定位置から法線上を被加
工物表面の外方へ所望の加工距離だけ離れた位置の座標
値を算定することにより加工ヘッドの教示位置が得られ
る。そして、この加工ヘッドの教示位置が求まり次第送
波器を連続する教示点に沿って順次移動させれば、加工
に必要な一連の加工ヘッドの教示位置を加工装置に教示
することが可能となる。

（実施例） 以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明による三次元位置計測装置をＣ○２レー
ザ切断用加工装置と組合せた場合の装置全体の構成例を
示すものである。第１図において、１は加工装置本体で
、この加工装置本体１には鉄板等のワークをセットする
ためのテーブル２と、その上方位置をＸ、ｙ軸方向へ移
動可能な移動アーム３ａとこの移動アーム３ａに連結さ
れたＺ軸方向へ移動可能な移動アーム３ｂが設けられ、
また移動アーム３ｂにはレーザ光を照射する加工ヘッド
４が設けられている。移動アーム３ｂは軸回りに回転で
きるように構成されており、加工ヘッド４は移動アーム
３ｂの先端に取付けられた軸受は部によりアーム３ｂと
直角をなす軸回りにも回転できるように接続されている
。従って、加工ヘッド４はテーブル２の上方位置におい
て三次元的に移動制御されると共にその姿勢も自由に制
御されるようになっている。またテーブル２の上方空間
部には超音波を受波する３個の受波器５ａ。

５ｂ、５ｃがテーブル２面に向き合うように設けられて
いる。なお、受波器はテーブル２の上方空間部に加えて
その前後左右方向にも設けられるが、ここでは図示を省
略している。一方、図中６は加工装置の操作卓で、この
操作卓６には後述する制御部が収納されている。７は加
工ヘッド４の教示位置の情報が引き渡される加工装置の
制御用コンピュータである。これら操作卓４．制御用コ
ンピュータ７、加工ヘッド４及び受波器５ａ、５ｂ。

５Ｃは相互に接続され、情報の送受ができるようになっ
ている。

第２図は第１図に示したテーブル２上にセットされる三
次元的な形状を有するワークの構成例を示すものである
。第２図において、８は鉄板からなるワークで、このワ
ーク８の表面にはけかき線９が描かれている。１０はこ
のけがき線９の真上に置かれる送波器で、この送波器１
０は詳細を後述するが表面に超音波を送波する３個の送
波素子が設けられており、けがき線の測定したい教示点
の座標値が求まり次第作業者によってけがき線上を移動
させるものである。

第３図は本発明による三次元位置計測装置全体の構成例
を示すものである。

第３図に示すように送波器１０はワーク８の表面に描か
れたけがき線９上の測定したい教示点にセットされてい
る。この送波器１０はリング状の送波器本体の上面に３
個の送波素子１１ａ。

１１ｂ、１１Ｃが正三角形状に配置され、その内側の中
空部には例えばガラスからなる透明体１２が嵌め込まけ
ている。そして、この透明体１２には送波素子１１ａ、
１１ｂ、１１ｃが作る正三角形の内心位置で且つ少なく
とも裏面（ワーク８側面）に中心マーク１３が付されて
いる。本例では透明体１２の表面にも中心マーク１３を
付した場合を示している。また、送波器本体の上面の適
宜の位置に計測中に点灯する表示ランプ１４が取付けら
れている。なお、この表示ランプ１４を透明体１２側に
設けて透明体内を照明するようにしてもよいが、この場
合には計測中に表示ランプ１４が消灯するようにしてお
く。ざらに送波器本体の裏面には因示点線で示すよう←
小形の永久磁石１９が複数個設けられ、送波器１０が磁
性体のワーク８の表面に磁気吸着できるようにしである
。

一方、受波器５ａ、５１）、５Ｃは’７−り８の上方空
間部に送波器１０の各送波素子１１ａ。

１１ｂ、１１ｃから送波される超音波１５が受波できる
ように設けられ、これらワーク８と受波器５ａ、５ｂ、
５ｃとの間でワーク側近傍と受波器側近傍に超音波が伝
搬される空間温度を計測するための温度センサ１６ａ、
１６ｂが設けられている。また、制御部１８は操作卓６
に収納されており、この制御部１８は送波器１０に対し
て計測開始指令、超音波送波指令を与え、また受波器５
ａ。

５ｂ、５ｃ及び温度センサ１６ａ、１６ｂからの情報を
収集してけがき線の教示点を測定するに必要な演算処理
を行なって加工ヘッドの教示位置を求め、その情報を加
工装置の制御用コンピュータ７に引き渡すものである。

第４図はこのような三次元位置計測装置のブロック回路
の構成例を示すものである。第４図において、制御部１
８はタイマ２０．データ収集ユニット２３．マイクロプ
ロセッサ回路（ＭＰＵ）回路２４．メモリ２５及び入出
カニニット２６を備えている。タイマ２０は送波器１０
に計測開始指令及び発信動作指令を与えると共に受波器
５ａ。

５ｂ、５ｃ及び温度センサ１６ａ、１６ｂにオン指令を
与えるものであり、またデータ収集ユニット２３はマル
チプレクサ、サンプル・アンド・ホールド回路、アナロ
グ・ディジタル・コンパレータ、３ステート・バッファ
、クロック・カウンタなどから構成されており、タイマ
２０からの指令により受波器５ａ、５ｂ、５ｃで受波さ
れたデータ及び温度センサ１６ａ、１６ｂで計測された
データの収集を行なうものである。ＭＰＵ回路２４はス
イッチ２７からの計測準備完了指令が与えられるとオン
となり、データ収集ユニット２３で収集されたデータを
取込んで教示点の測定及び加工ヘッドの教示位置を求め
るに必要な演算処理を行ニット２６は作業者からの転送
指令によりメモリ２５に記憶されている加工ヘッドの教
示位置に応じたデータをＭＰＵ回路２４を通して制御用
コンピュータ７に転送させるものである。

送波器１０はタイマ２０から計測開始指令が入力される
と表示ランプ１４が点灯するようになっており、またタ
イマ２０からの発成動作指令が入力されると発振回路２
１が動作してその出力がマルチプレクサ２２で切換えら
れて送波素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃに送られるように
なっている。この場合、送波素子１１ａ、１１ｂ、１１
Ｃから送波される超音波の周波数としては数十ｋＨ２〜
数ｋＨｚの間の一つの固定された周波数。

例えば４０ｋＨｚが選ばれる。但し、超音波の計測区間
が２〜ａＭｓ以内であれば、超音波の周波数の上限はほ
ぼ０．２ＭＺであり、この範囲内の任意の周波数でよい
。また、送波素子１１ａ。

１１ｂ、１１ｃからは６０°位に広がって超音波が送波
され、受波器５ａ、５ｂ、５ｃによりタイマ２０による
超音波の受波時間が計測されるようになっている。図中
、１７は制御部１８と送波器１０．１度センサ１６ａ、
１６ｂ及びスイッチ２７との間を結ぶ信号伝送線路であ
る。

なお、上記では送波器１ｏ内に発振回路２１とマルチプ
レクサ２２を設ける場合について示したが、この発振回
路２１とマルチプレクサ２２を制御部１８内に移して送
波器１０には表示ランプ１４と送波素子１１ａ、１１ｂ
、１１ｃのみを設ける構成とすれば、送波器１０自体を
例えば直径２０ｍ＋未満の小形なものになし得る。

次にこのように構成された三次元位置計測装置の作用に
ついて述べる。

今、レーザ加工装置のテーブル２にセットされたワーク
８の表面に描かれているけがき腺９の真上に送波器１０
の中心マーク１３が一致するように送波器１０を永久磁
石１つにより磁気吸着させて固定されているものとする
。この状態でスイッチ２７をオンして計測準備完了信号
をＭＰｔＪ回路２４に入力すると、このＭ　Ｐ　Ｕ回路
２４からタイマ２０に計測開始指令が出力される。この
タイマ２０が計測開始指令を受取るとその旨を送波器１
０に与えて表示ランプ１４を点灯させ、次に動作指令を
発振回路２１及びマルチプレクサ２２゜受波器５ａ、５
ｂ、５Ｃ，ｒａ度センサ１６ａ。

１６ｂ、データ収集ユニット２３に同時に伝送してこれ
らをオン状態とする。ここで、発振回路２１が例えば４
０ｋＨｚの発振状態に入ると同時にマルチプレクサ２２
により送波素子１１ａが切換え接続されているものとす
れば、この送波素子１１ａから超音波１５が送波される
。さらに同じ時刻に受波器５ａ、５ｂ’、５ｃが一斉に
データ収集ユニット２３内の対応するパルスカウンタと
接続されてクロックパルスのカウントが開始される。

送波素子１１ａから送波された超音波１５は受波器５ａ
、５ｂ、５ｃによりそれぞれ受波されるが、この場合送
波素子１１ａと受波器５ａ、５ｂ。

５０との間の距離が異なっているため、受波器５ａ、５
ｂ、５ｃはこの距離の相違に比例してそれぞれ異なる時
刻に超音波を受波する。そして、受波器５ａ、５ｂ、５
ｃでそれぞれ異なる時刻に超音波１５が受波されると、
その時刻にクロックパルスのカウントを停止し、その時
データ収集ユニット２３内でラッチされたディジタルデ
ータをＭＰＵ回路２４に割込みをかけて転送する。一方
、温度センサ１６ａ、１６ｂからのアナログ信号がデー
タ収集ユニット２３に伝送されると、マルチプレクサに
よるチャンネル切換えでデータ収集ユニット２３に順次
取込まれ、サンプル・アンド・ホールド回路によってサ
ンプリング後ホールドされる。このホールド期間中に温
度センサ１６ａ。

１６ｂからのアナログデータは順次ディジタル変換され
、そのディジタルデータは３ステート・バッファを通し
てＭＰＵ回路２４に順次渡される。

このＭＰＵ回路２４では温度センサ１６ａ。

１６ｂの温度データｔａ、ｔｂの平均をとってｔとして
取り扱い、データ収集ユニット２３から転送されたディ
ジタルデータに基いて送波素子１１ａと受波器５ａ、５
ｂ、５ｃとの間の距離を次のようにして求める。即ち、
距離については温度ｔ″Ｃでの空気中の音速■が３３１
．７＋０゜６ｔ（ｍ／Ｓ）であるから、送波素子１１ａ
の位置から送波された超音波１５が受波器５ａ、５ｂ。

５Ｃに受波されるまでの間のクロックパルス数にパルス
間隔時間と平均温度ｔ°で補正した音速とを掛けて距離
Ｌａａ、Ｌａｂ、Ｌａｃを求める。

ここで、Ｌの直ぐ後の添え字は送波素子の符号を付け、
その後の添え字は受波器の符号を付けて送波素子と受波
器の関係が分るように示しである。

次にＭ　Ｐ　Ｕ回路２４にて送波素子１１ａの位置ｐａ
の座標値を求めるには受波器５ａ、５ｂ。

５Ｃの三次元位置座標が予め定められているので、受波
器５ａから半径１ａａの球面、受波器５ｂからは半径ｊ
ａｂの球面、受波器５Ｃからは半径１−ａｃの球面を描
いた時、３球面が交わる点の位置を送波素子１１ａの位
置ｐａの座標値（Ｘａ。

ｙａ、ｚａ）として演算により求めることができる。こ
のようにして求められた送波素子１１ａの座標値（ｘａ
、ｙａ、Ｚａ）はメモリ２５に記憶される。

第５図は上述した送波素子と受波器との位置関係を示す
もので、各受波器５ａ、５ｂ、５ｃの位置は受波面の中
心位置をＲａ、Ｒｂ、Ｒｃとして示している。

前述したデータ収集ユニット２３において、クロックパ
ルスのカウントが停止され、ＭＰＵ回路２４にディジタ
ルデータの引き渡たしが完了すると、このＭＰＵ回路２
４からタイマ２ｏへその旨の指令が出される。タイマ２
ｏはこの指令を受けると、発振回路２１．マルチプレク
サ２２．受波器５ａ、５ｂ、５ｃ及びデータ収集ユニッ
ト２３にそれぞれオフ指令を与える。すると、発振回路
２１は発振を停止し、マルチプレクサ２２は発振回路２
１と送波素子１１ａとの接続を切離し、これと同時に受
波器５ａ、５ｂ、５ｃとデータ収集ユニット２３内のパ
ルスカウンタとの接続も切離される。

送波素子１１’　ａの位置ｐａの座標値が求まりメモリ
２５に記憶されると、ＭＰＵ回路２４から再びタイマ２
０に計測開始指令が出される。タイマ２０は再びその旨
の指令を発振回路２１．マルチプレクサ２２．受波器５
ａ、５ｂ、５ｃ、温度センサ１６ａ、１６ｂ及びデータ
収集ユニット２３に与えてオン状態とする。発振回路２
１が発振状態に入ると、これと同時に今度は送波素子１
１ｂが発振回路２１にマルチプレクサ２２によって切換
え接続され、送波素子１１ｂから超音波が送波される。

この送波素子１１ｂから送波された超音波は受波器５ａ
、５ｂ、５ｃにより受波されるが、この時のデータ収集
ユニット２３内での動作及びデータ転送後のＭＰＵ回路
２４での演算処理は前述した送波素子１１ａからの超音
波を受波した時と全く同様にして行なわれる。したがっ
て、ＭＰＵ回路２４では送波素子１１ｂと受波器５ａ、
５ｂ、５ｃとの間の距離１ｂａ、Ｌｂｂ。

Ｌｂｃを求め、さらに第５図に示す送波素子１１ｂの位
置ｐｂの座標値（ｘｂ、ｙｂ、ｚｂ）を求めてメモリ２
５に記憶される。

さらに、送波素子１１ｂの位置ｐｂの座標値（ｘｂ、ｙ
ｂ、ｚｂ）が求まり、メモリ２５に記憶されると今度は
送波素子１１Ｃについても全く同じ手順が繰り返され、
第５図に示す送波素子１１Ｇと受波器５ａ、５ｂ、５Ｇ
との間の距離Ｌｃａ、Ｌｃｂ、Ｌｃｃを求めて送波素子
１１ｃの位置Ｐｃの座標値（ＸＣ，ｙＣ，ＺＣ）が求め
られ、メモリ２５に記憶される。

このような送波素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃの位置計測
は前述したように音速が３３１．７＋０．６ｔ　（ｍｓ
）な１７）Ｔ−１１μ５（７）間には０．３４４履く２
０”Ｃ）進むことになり、パルス間隔が１μｓであれば
０．３５４の分解能で計測できる。

次に上記のようにして求められた送波器１０の各送波素
子１１ａ、１１ｂ、１１ｃの各位置の座標値に基いて加
工ヘッドの教示位置を求める演算処理を第５図を参照し
ながら述べる。送波器１０の表面の３送波位ＩＰａ、Ｐ
ｂ、Ｐｃの座標値が決まると、この３点で構成される平
面Ｐと基準面１例えばテーブル２の表面との傾斜角及び
法線方向Ｎのベクトル成分（Ｎｘ、Ｎ’ｊ、ＮＺ）が得
られるが、平面Ｐの向きは送波器１０の表面と受波器５
ａ、５ｂ、５ｃの相互位置関係から決まる。ざらに３送
波位ＩＰａ、Ｐｂ、ＰＣ，が構成する正三角形の内心の
位置ＰＭの座標値（ＸＭ　。

ｙＭ、ＺＭ）を求め、この点ＰＭから平面Ｐの法線方向
Ｎを逆向きに送波器１０の厚み分しＳだけワーク８の方
にとった位置ＱＫの座標値（Ｘに。

’Ｔ’Ｋ　、　ＺＫ　）が求められ、けがき線９上の１
点の位置が決まる。さらに、けがき線９上の点ＱＫの近
傍の面（少なくとも送波器１０が置かれている範囲内）
と面Ｐとは平行なので、法線方向が一致する。したがっ
て、点ＱＫの位置から面Ｐの法線方向Ｎに力Ｕ工ヘッド
４の所望の加工距離Ｌｗだけ離れた位置ＱＴの座標値（
ＸＴ　、ＶＴ、ＺＴ　）を計算することで、加工ヘッド
４の教示位置が得られる。

これら一連の計算はＭ　Ｐ　Ｕ回路２４で行なわれ、３
座標値（ＸＭ、　ｙＭ、ＺＭ）、（Ｘに。

ｙＫ　、ＺＫ　）、（ＸＴ、　ｙＴ、ＺＴ）と法線方向
のベクトル成分（Ｎｘ、　Ｎｙ、ＮＺ）がメモリ２５に
記憶される。

このようにしてけがき線の一つの教示点に対する教示位
置ＱＴの座標値が計算されると、ＭＰＵ回路２４からタ
イマ２０を通して出された指令により送波器１ｏの表示
ランプ１４が消灯するので、作業者はけがきＩｉ９上の
ＱＫ点の教示作業を終了したことが分る。なお、表示ラ
ンプ１４が透明体１２内を照明できるような箇所に取付
けられている場合には送波器１０をけがき線上に置く作
業を容易にするため、計測していない時に表示ランプ１
４を点灯しておき、計測中には消灯するようにしである
。

作業者が表示ランプ１４により一つの教示点に対する教
示作業が終了したことを確認すると、送波器１０をけが
き線９の新しい教示点に移動させて前述同様の教示作業
にかかることになる。ここで、第３図に示すようにけが
き線９がワーク８の端面で途切れている場合には途切れ
た位置でのニット２６からＭＰＵ回路２４に指令を出し
てけがき線１本毎にメモリ２５内の教示データをグルー
プにまとめて識別と区切りを示すマークを付加しておけ
ばよい。また、第２図に示すようにけがき線９上がエン
ドレスで複数本ある場合には教示開始点と終了点を同じ
位置にとって一巡した時点で作業者が入出カニニット２
６からＭＰＵ回路２４に指令を出し、メモリ２５内の教
示データをけがき線１本毎にグループ化して識別と区切
りを示すマークをデータに付しておけばよい。したがっ
て、ワーク８上に複数本のけかき線９がある場合でも送
波器１０の位置を別のけがき線９の位置に移すだけで連
続して教示作業を行なうことができる。

かくしてけがき線９の全部の教示作業が終了すると、メ
モリ２５に記憶されている教示データを制御用コンピュ
ータ７へ転送することになるが、この場合には作業者が
入出カニニット２６を通して教示データの転送指令を出
すことにより、ＰＭ。

ＱＫ、ＱＴの座標値と法線方向Ｎのベクトル成分を示す
データがメモリ２５からＭＰＵ回路２４のインターフェ
ースを通して制御用コンピュータ７へ転送される。

以上のようなＭＰＵ回路２４での一遍の演算処理の手順
をフローチャーチにて示すと第６図のようになる。

以上述べたように本実施例ではワーク８の表面に描かれ
たけがきＩ１９上の測定したい教示点に送波器１０を置
くだけの作業で、３送波素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃか
ら順次送波される足音波をそれぞれ受波する受波器５ａ
、５ｂ、５ｃの受波時刻から距離と３送波位置の三次元
座標圃。

また３送波位置が構成する平面の向きと傾斜角かざ ら法線方向と３送波素子が作る挫三角形の内心の座標値
、ざらにこの座標値からけがき線の１点から法線上をワ
ーク面の外側へ所望の加工距離だけ離れた位置の座標値
をタイマ２０．データ収集ユニット２３．ＭＰＵ回路２
４メモリ２５及び入出カニニット２６からなる制御部１
８により自動的に得て、加工装置に加工ヘッド４の教示
位置を教示できるようにしたので、従来手間のかかった
加工ヘッドの教示作業を熟練した作業者を必要とするこ
となく、正確に且つ能率的に行なうことができ、もって
加工装置の稼動率を大幅に向上させることができる。

次に本発明の他の実施例について述べる。

第７図は送波器として、第２図に示す非磁性材料からな
るワーク８の表面のけがき線９が斜面Ｓｒ　、３２．８
３．８４　、Ｓｓや横向きの面Ｓ６にある場合でも吸着
固定してその教示点を教示できるようにするための構成
例を示すものである。

即ち、本例の送波器１０は第７図に示すように送波器本
体の側面に吸着面近傍の状況に合せて曲げることが可能
な３個の吸着アーム２８が設けられ、これら吸着アーム
２８の先端には１個の吸着素子２９が取付けられている
。また、送波器本体の側面からは本体内部で３個の吸着
アーム２８に分岐接続されたチューブ３０が引き出され
ており、このチューブ３０は吸着駆動器３１と接続され
ている。この吸着駆動器３１の上面にはボタン３２が設
けられており、このボタン３２を押し操作すると吸着駆
動器３１内のモータが真空ポンプを駆動して吸着素子２
９に至るチューブ３０内の空気が外部へ排気できるよう
になっている。

従って、このような構成の送波器１０において、ワーク
８の傾斜面Ｓ６のけかき１１９の教示点を教示する場合
には、例えば２個の吸着素子２９を上向きの面Ｓ７に配
置し、残り１個の吸着素子２９を面Ｓ６又は面Ｓ５に配
置してボタン３２を押せば、吸着駆動器３１の動作によ
りワーク８の表面と吸着素子２９の間の空間を真空に近
い減圧状態となり、周辺の大気圧により吸着素子２９が
それぞれの面に押し付けられるので、送波器１０を必要
な場所に固定することができる。

［発明の効果コ 以上述べたように本発明によれば、加工装置に対して加
工ヘッドの移動手順および動作手順を三次元的な被加工
物の形状に即してその表面に描かれたけがき線等の連続
する教示点の中で測定したい教示点を計測してその教示
点を教示するようにした三次元位置計測装置において、
正三角形状に配置され且つ時分割で超音波を送波する３
個の送波素子を有し、これら送波素子の３送波位置が作
る正三角形の内心が被加工物表面の連続する教示点上に
位置するように移動可能に設けられる送波器と、前記被
加工物上方空間に設けられ前記送波器の各送波素子から
送波される超音波をそれぞれ受波する複数個の受波器と
、前記送波器と受波器との間の空間に設けられた温度セ
ンサと、前記各受波器で受波された超音波の受波時間を
前記温度センサで計測された濃度に基き補正して求め、
この受波時間から前記各送波素子と各受波器との間の距
離を計算して前配送波器の３送波位置の三次元座標源を
求める第１の演算手段と、この第１の演算手段により求
められた３送波位置の三次元座標値で構成される平面の
向きと基準面との傾斜角により法線方向と正三角形の内
心の座標値を求め、この座標値に前記平面の法線上を前
記送波器の厚み分だけ被加工物方向に加算した座標値を
前記連続する教示点の測定点として求める第２の演算手
段と、この第２の演算手段により求められた測定点から
前記平面の法線上に被加工物表面の外方へ所望の加工距
離だけ離れた位置の座標値を算定してその座標値を加工
ヘッドの教示位置として得る第３の演算手段とを備えて
前記送波器を前記けがき線等の連続する教示点に沿って
移動させながらその各計測位置での座標値を前記第１乃
至第３の演算手段により求めて順次一連の加工に必要な
加工ヘッドの教示位置を加工装置に教示させるようにし
たので、熟達した作業者を必要とせずに加工装置に対す
る教示作業を正確に且つ能率的に実施でき、もって自動
化された加工装置の稼働率を大幅に向上させることがで
きる三次元位置計測１ｉ１ｔを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＣＯ２レーザ切断用加工装置に本発明による三
次元位置計測装置を組込んだ装置全体を示す斜視図、第
２図は一加工例のワークを示す斜視図、第３図は本発明
の一実施例を示す三次元位置計測装置全体の概略構成図
、第４図は同実施例の計測に関係する信号処理のブロッ
ク図、第５図は同実施例装置の動作原理の説明図、第６
図は同実施例装置の動作手順を示すフローチャート、第
７図は第３因に示す送波器の変形例を示す平面図である
。 １・・・・・・Ｃ○２レーザ加工装置本体、４・・・・
・・加工ヘッド、５ａ、５ｂ、５ｃ・・・・・・受波器
、８・・・・・・ワーク、９・・・・・・けがき線、１
０・・・・・・送波器、１１ａ、１　ｌｂ、１１ｃ、−
＝−・送波素子、１２・・・・・・透明体、１３・・・
・・・中心マーク、１４・・・・・・表示ランプ、１５
・・・・・・超音波、１６ａ、１６ｂ・・・・・・温度
センサ、１７・・・・・・接続線、１８・・・・・・制
御部、１つ・・・・・・永久磁石、２０・・・・・・タ
イマ、２１・・・・・・発振回路、２２・・・・・・マ
ルチプレクサ、２３・・・・・・データ収集ユニット、
２４・・・・・・マイクロプロセッサ回路（ＭＰＵ回路
）、２５・・・・・・メモリ、２６・・・・・・入出カ
ニニット、２７・・・・・・スイッチ。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第３図 第４図 第５図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 加工装置に対して加工ヘッドの移動手順および動作手順
   を三次元的な被加工物の形状に即してその表面に描かれ
   たけがき線等の連続する教示点の中で測定したい教示点
   を計測してその教示点を教示するようにした三次元位置
   計測装置において、正三角形状に配置され且つ時分割で
   超音波を送波する３個の送波素子を有し、これら送波素
   子の３送波位置が作る正三角形の内心が被加工物表面の
   連続する教示点上に位置するように移動可能に設けられ
   る送波器と、前記被加工物表面の上方空間に設けられ前
   記送波器の各送波素子から送波される超音波をそれぞれ
   受波する複数個の受波器と、前記送波器と受波器との間
   の空間に設けられた温度センサと、前記各受波器で受波
   された超音波の受波時間を前記温度センサで計測された
   温度に基き補正して求め、この受波時間から前記各送波
   素子と各受波器との間の距離を計算して前記送波器の３
   送波位置の三次元座標値を求める第１の演算手段と、こ
   の第１の演算手段により求められた３送波位置の三次元
   座標値で構成される平面の向きと基準面との傾斜角によ
   り法線方向と正三角形の内心の座標値を求め、この座標
   値に前記平面の法線上を前記送波器の厚み分だけ被加工
   物方向に加算した座標値を前記連続する教示点の測定点
   として求める第２の演算手段と、この第２の演算手段に
   より求められた測定点から前記平面の法線上に被加工物
   表面の外方へ所望の加工距離だけ離れた位置の座標値を
   算定してその座標値を加工ヘッドの教示位置として得る
   第３の演算手段とを備え、前記送波器を前記けがき線等
   の連続する教示点に沿つて移動させながらその各計測位
   置での座標値を前記第１乃至第３の演算手段により求め
   て順次一連の加工に必要な加工ヘッドの教示位置を加工
   装置に教示させるようにしたことを特徴とする三次元位
   置計測装置。