WO2024095748A1 - 計測装置 - Google Patents

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WO2024095748A1
WO2024095748A1 PCT/JP2023/037360 JP2023037360W WO2024095748A1 WO 2024095748 A1 WO2024095748 A1 WO 2024095748A1 JP 2023037360 W JP2023037360 W JP 2023037360W WO 2024095748 A1 WO2024095748 A1 WO 2024095748A1
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WO
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measurement
angle
support member
tilt
rotation
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/037360
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English (en)
French (fr)
Inventor
直幸 高橋
Original Assignee
株式会社三共製作所
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.)
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Publication date
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C9/00—Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels

Definitions

  • the present invention relates to a measurement device that can directly, highly accurately, widely, and easily measure the inclination angle of a measurement surface relative to a measurement reference surface.
  • any measurement surface such as the workpiece loading surface of a tilting circular table that can rotate around a tilting rotation axis, the end effector of a robot arm, etc.
  • the tilt angle of the measurement surface can be measured using a reflector and laser placed on the tilting rotation axis, such as a laser goniometer, autocollimator, etc.
  • the tilt angle of the measurement surface can be measured using a rotary encoder. Since the rotary encoder cannot be placed on the workpiece loading surface of a tilting circular table, it is placed on the tilting rotation axis, and is also placed on the tilting rotation axis of the end effector of a robot arm.
  • the tilt angle of the measurement surface can be measured using a spirit level. The spirit level can be placed directly on the measurement surface.
  • Patent Document 1 discloses an indexing device that includes a rotary table device and a support device attached to a common base, and a cradle that is supported by the rotary table device and the support device via a pair of arms and on which a jig and a workpiece to be processed are placed.
  • the rotary table device is provided with a main shaft that is rotatably supported relative to a frame and attached to one of the arms via a circular table, a detectable ring that is part of a rotation detector that detects the rotation angle of the main shaft is attached to the main shaft, and a detection sensor that is part of the rotation detector is attached to the frame.
  • the tilt angle of the measurement surface cannot be measured because the end effector moves significantly from the laser irradiation position, so a reflector is placed on the tilt rotation axis of the joint, but the members from the joint to the end effector deform due to gravity and/or load, so there is a problem in that the tilt angle of the joint measured by the reflector and laser does not match the tilt angle of the end effector, which is the measurement surface.
  • the rotary encoder When using a rotary encoder, the rotary encoder is placed on the tilt rotation axis of the drive unit that tilts the workpiece loading surface of the tilting circular table, and the rotary encoder is placed at the joint of the robot arm, but the members from the rotary encoder to the workpiece loading surface of the tilting circular table and the end effector of the robot arm are deformed by gravity and/or load, so the tilt angle measured by the rotary encoder does not match the tilt angle of the measurement surface, and it is not possible to place a rotary encoder on the workpiece loading surface of the tilting circular table or the end effector of the robot arm, so the tilt angle of the measurement surface cannot be measured directly.
  • a spirit level that can measure tilt angles with high accuracy on the order of 1/3600° or less has an extremely narrow measurement range of -1° to +1° and is not suitable for measuring the tilt angle of the measurement surface over a wide range such as 360°.
  • the components from the rotation detector that detects the rotation angle of the spindle to the cradle on which the jig and the workpiece to be processed are placed are deformed by the weight of the jig, the workpiece to be processed, and the cradle, so the rotation angle measured by the rotation detector and the rotation angle of the cradle do not match, and the cradle cannot be positioned with high precision.
  • the object of the present invention is therefore to provide a measurement device that can solve the above problems and easily measure the inclination angle of a measurement surface relative to a measurement reference surface, with high accuracy, over a wide range, and directly.
  • a measurement device for measuring the inclination angle of a measurement surface relative to a measurement reference surface includes a rotation mechanism, a support member rotatable about the support member axis by the rotation mechanism, an angle detector for detecting the rotation angle of the support member, and a tilt detector disposed on the support member for detecting the inclination angle of the support member relative to the measurement reference surface, the measurement device is disposed on the measurement surface, the rotation mechanism rotates the support member so that the inclination detector is approximately parallel to the measurement reference surface, and the measurement device is configured to measure the inclination angle of the measurement surface relative to the measurement reference surface based on the rotation angle associated with the rotation of the support member detected by the angle detector and the inclination angle detected by the inclination detector.
  • a rotation mechanism rotates a support member so that the tilt detector is parallel to the measurement reference surface based on the tilt angle detected by the tilt detector.
  • the tilt detector is a spirit level.
  • the measurement surface is configured to rotate around a tilted rotation axis
  • a rotation mechanism rotates the support member in association with the rotation of the measurement surface
  • the measurement device is configured to measure the rotation angle of the measurement surface by measuring the tilt angle of the measurement surface relative to the measurement reference plane in association with the rotation of the measurement surface.
  • the measuring device is positioned on the measuring plane so that the support member axis is parallel to the tilted rotation axis.
  • a rotation mechanism rotates a support member in a predetermined direction when a tilt detector detects the tilt angle of the support member relative to a measurement reference plane.
  • the measurement surface is configured to rotate based on a predetermined rotation angle
  • a rotation mechanism rotates the support member according to the predetermined rotation angle
  • the measurement device is configured to measure the inclination angle of the measurement surface relative to the measurement reference surface according to the predetermined rotation angle
  • the measurement device further includes an inclination sensor, and the rotation mechanism rotates the support member so that the inclination angle of the support member relative to the measurement reference surface detected by the inclination sensor is within a predetermined range, and the measurement device is configured to measure the inclination angle of the measurement surface relative to the measurement reference surface based on the inclination angle detected by the inclination detector when the inclination angle detected by the inclination sensor is within the predetermined range.
  • the rotation mechanism rotates the support member while the measurement surface rotates
  • the measurement device is configured to measure the inclination angle of the measurement surface relative to the measurement reference surface while the measurement surface rotates.
  • the measurement surface is a first measurement surface
  • the measurement device is configured to measure a first inclination angle of the first measurement surface relative to the measurement reference surface, and then to be positioned on a second measurement surface different from the first measurement surface to measure a second inclination angle of the second measurement surface relative to the measurement reference surface, and to measure the relative difference in inclination angle between the first measurement surface and the second measurement surface based on the first inclination angle and the second inclination angle.
  • the measurement device can directly, highly accurately, widely, and easily measure the inclination angle of the measurement surface relative to the measurement reference surface.
  • FIG. 1 is a perspective view of a measurement device for measuring a tilt angle of a measurement surface relative to a measurement reference surface according to an embodiment of the present invention
  • 1B is a perspective view of the measuring device according to the embodiment of FIG. 1A, seen from a different direction from that of FIG. 1A.
  • 1B is a perspective view showing the measurement device of the embodiment of FIG. 1A placed on a tilting circular table
  • FIG. 1B is a cross-sectional view showing the measurement device of the embodiment of FIG. 1A placed on a tilting circular table.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view showing a state in which the measurement surface is rotated from the state in FIG. 3A.
  • FIG. 3C is a cross-sectional view showing a state in which the support member is rotated from the state in FIG. 3B.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view showing the measurement device of the embodiment of FIG. 1A disposed on an end effector of a robot arm.
  • FIG. 4B is a cross-sectional view showing a state in which the measurement surface is rotated from the state in FIG. 4A.
  • FIG. 4C is a cross-sectional view showing a state in which the support member is rotated from the state in FIG. 4B.
  • 1B is a perspective view showing a state in which the measurement device of the embodiment in FIG. 1A is placed on a measurement reference surface and a measurement surface.
  • FIG. 1B is a front view showing a state in which the measurement device of the embodiment in FIG. 1A is placed on a measurement reference surface and a measurement surface.
  • FIG. 1B is a side view showing a state in which the measurement device of the embodiment of FIG. 1A is placed on a measurement reference surface and a measurement surface.
  • 3B is a cross-sectional view showing a state in which the measurement surface is rotated in the opposite direction from the state of FIG. 3A.
  • FIG. 6B is a cross-sectional view showing a state in which the support member is rotated in the opposite direction to that of FIG. 3C from the state of FIG. 6A.
  • 6C is a cross-sectional view showing a state in which the support member is rotated in the same direction as in FIG.
  • FIG. 1B is a perspective view of the measurement device of the embodiment of FIG. 1A further comprising a tilt sensor.
  • 1B is a perspective view showing a state in which the measurement device of the embodiment in FIG. 1A is placed on an evaluation device.
  • FIG. 1B is a front view showing a state in which the measurement device of the embodiment in FIG. 1A is placed on an evaluation device.
  • 1B is a front view showing a state in which the measurement device of the embodiment in FIG. 1A is placed on another evaluation device;
  • 8C is a graph showing a measurement angle error versus a positioning command angle for the measurement device of the present invention and the prior art measurement device, which are arranged on the evaluation device of FIG. 8B .
  • 8C is a graph showing a difference in a measured angle error versus a position command angle between a measuring device of the present invention and a measuring device of the prior art, which are arranged on the evaluation device of FIG. 8B .
  • 8B is a graph showing a measurement angle error versus a positioning command angle for the measurement device of the present invention and the prior art measurement device, which are arranged on the evaluation device of FIG. 8C ;
  • 8B is a graph showing a difference in a measured angle error versus a positioning command angle between the measuring device of the present invention and a measuring device of the prior art, which are arranged on the evaluation device of FIG. 8C .
  • the measurement device 100 includes a rotation mechanism 101, a support member 102 that can be rotated around a support member axis 103 by the rotation mechanism 101, an angle detector 104 for detecting the rotation angle of the support member 102, and an inclination detector 105 disposed on the support member 102 for detecting the inclination angle of the support member 102 relative to the measurement reference surface 108.
  • the rotation mechanism 101 may include a motor, a reducer, a cam mechanism, etc.
  • the angle detector 104 may be, but is not limited to, a rotary encoder, resolver, inductosyn, or the like, in order to detect the rotation angle of the support member 102.
  • the angle detector 104 can detect a rotation angle with high accuracy of the order of 1/3600° (1 arcsec) or less, and may be, for example, an angle detector with a self-calibration function as disclosed in Patent Documents 2 to 4.
  • the tilt detector 105 may be, but is not limited to, a spirit level, level, tilt sensor, or the like, in order to detect the tilt angle of the support member 102 relative to the measurement reference plane 108.
  • the tilt detector 105 can detect a tilt angle with high accuracy of the order of 1/3600° or less.
  • the measurement reference plane 108 may be the ground, or may be a virtual plane in space on which the tilt detector 105 detects an arbitrary angle of 1°, 10°, or the like relative to the ground.
  • the measurement device 100 may include a control unit that rotates the support member 102 using a rotation mechanism 101, detects the rotation angle of the support member 102 using an angle detector 104, and detects the tilt angle of the support member 102 using a tilt detector 105, in order to automatically measure the tilt angle of the measurement surface 106 relative to the measurement reference surface 108.
  • the measuring device 100 is placed on a measurement surface 106 for measuring the tilt angle relative to the measurement reference surface 108.
  • the measuring device 100 may be placed, for example, on the measurement surface 106 of a tilting circular table 109 that can rotate around a tilting rotation axis 107, on the measurement surface 106 of an end effector 111 of a robot arm 110, on the measurement surface 106 of a joint part of the robot arm 110, etc., or on a first measurement surface 112, a second measurement surface 113, etc., which are fixed tilt surfaces.
  • the rotation mechanism 101 rotates the support member 102 so that the tilt detector 105 is roughly parallel to the measurement reference surface 108.
  • the tilt detector 105 is roughly parallel to the measurement reference surface 108
  • the tilt angle of the support member 102 with respect to the measurement reference surface 108 is set to an angle in the range of -10° to +10°, preferably in the range of -5° to +5°, more preferably in the range of -3° to +3°, and even more preferably in the range of -1° to +1°. Since the measurement range of the tilt detector 105, such as a level, is extremely narrow in order to detect a highly accurate tilt angle on the order of 1/3600° or less, the rotation mechanism 101 needs to rotate the support member 102 so that the tilt detector 105 can measure the tilt angle within the measurement range.
  • the rotation mechanism 101 rotates the support member 102 so that the tilt angle of the support member 102 with respect to the measurement reference surface 108 is in the range of -1° to +1°.
  • the measuring device 100 is configured to measure the inclination angle of the measurement surface 106 relative to the measurement reference surface 108 based on the rotation angle associated with the rotation of the support member 102 detected by the angle detector 104 and the inclination angle detected by the inclination detector 105.
  • the rotation mechanism 101 may be configured to rotate the support member 102 based on the inclination angle detected by the inclination detector 105 so that the inclination detector 105 is parallel to the measurement reference surface 108
  • the measuring device 100 may be configured to measure the inclination angle of the measurement surface 106 relative to the measurement reference surface 108 based on the rotation angle associated with the rotation of the support member 102 detected by the angle detector 104.
  • the rotation mechanism 101 rotates the support member 102 so that the tilt angle of the support member 102 relative to the measurement reference surface 108 becomes 0°, and the measurement device 100 measures the tilt angle of the measurement surface 106 relative to the measurement reference surface 108 based on the rotation angle associated with the rotation of the support member 102 detected by the angle detector 104.
  • the measurement surface 106 may be configured to rotate about the tilted rotation axis 107.
  • the measurement device 100 is placed on the measurement surface 106 so that the support member axis 103 is parallel to the tilted rotation axis 107.
  • the measurement device 100 may be placed on the measurement surface 106 of the tilting circular table 109, and the measurement device 100 may measure the tilt angle of the measurement surface 106 relative to the measurement reference surface 108 for each rotation angle of the measurement surface 106 about the tilted rotation axis 107, or as shown in FIGS.
  • the measurement device 100 may be placed on the measurement surface 106 of the end effector 111 of the robot arm 110, and the measurement device 100 may measure the tilt angle of the measurement surface 106 relative to the measurement reference surface 108 for each rotation angle of the measurement surface 106 about the tilted rotation axis 107.
  • the angle detector 104 detects a rotation angle ⁇ E0 of the support member 102
  • the tilt detector 105 detects a tilt angle ⁇ L0 of the support member 102 with respect to the measurement reference surface 108.
  • the start tilt angle ⁇ 0 is set so that the measurement surface 106 is parallel to the measurement reference surface 108, but the start tilt angle ⁇ 0 of the measurement surface 106 does not necessarily have to be set so that the measurement surface 106 is parallel to the measurement reference surface 108.
  • the start tilt angle ⁇ 0 may be set to 0°, and in that case, the rotation angle ⁇ E0 detected by the angle detector 104 may be set to 0°, and the tilt angle ⁇ L0 detected by the tilt detector 105 may be set to 0°.
  • the measurement surface 106 is rotated around the tilt rotation axis 107 to the target tilt angle ⁇ 1 .
  • the rotation mechanism 101 rotates the support member 102 in accordance with the rotation of the measurement surface 106 so that the tilt detector 105 becomes approximately parallel to the measurement reference surface 108, that is, so that the tilt angle ⁇ L1 of the support member 102 with respect to the measurement reference surface 108 becomes approximately equal to the tilt angle ⁇ L0 .
  • the rotation mechanism 101 may rotate the support member 102 in the same direction as the rotation direction of the measurement surface 106, or may rotate the support member 102 in the opposite direction to the rotation direction of the measurement surface 106.
  • the angle detector 104 detects the rotation angle ⁇ E1 of the support member 102
  • the tilt detector 105 detects the tilt angle ⁇ L1 of the support member 102 with respect to the measurement reference surface 108.
  • the rotation angle ⁇ 1 - ⁇ 0 of the measurement surface 106 is obtained by - ⁇ ( ⁇ E1 - ⁇ E0 ) - ( ⁇ L1 - ⁇ L0 ) ⁇ .
  • the measurement device 100 may be configured to measure the rotation angle of the measurement surface 106 by measuring the tilt angle of the measurement surface 106 relative to the measurement reference surface 108 accompanying the rotation of the measurement surface 106. For example, as shown in FIG. 3C and FIG.
  • the rotation angle ⁇ E0 detected at the start tilt angle ⁇ 0 is 0°
  • the tilt angle ⁇ L0 is 0°
  • the rotation angle ⁇ E1 detected at the target tilt angle ⁇ 1 is 40°
  • the tilt angle ⁇ L1 is -5°
  • the counterclockwise direction is taken as a positive angle
  • the clockwise direction is taken as a negative angle.
  • the rotation angle ⁇ 1 - ⁇ 0 of the measurement surface 106 is obtained by -( ⁇ E1 - ⁇ E0 ). This is effective because the rotation angle ⁇ 1 - ⁇ 0 can be obtained with high accuracy even if the measurement linearity of the tilt detector 105 is not good.
  • the rotation mechanism 101 may rotate the support member 102 clockwise and/or counterclockwise in the range of -360° to +360° around the support member axis 103. This makes it possible to measure the rotation angle of the measurement surface 106 even when the measurement surface 106 is rotated clockwise and/or counterclockwise in the range of -360° to +360° around the tilt rotation axis 107.
  • the resolution and accuracy at which the tilt angle of the measurement surface 106 relative to the measurement reference surface 108 and the rotation angle of the measurement surface 106 can be measured depend on the resolution and accuracy of the angle detector 104 and the tilt detector 105, but both the angle detector 104 and the tilt detector 105 are commercially available with a resolution of 1/3600° or less and an accuracy in the range of -1/3600° to +1/3600°.
  • the tilt angle of the measurement surface 106 relative to the measurement reference surface 108 and the rotation angle of the measurement surface 106 can be measured directly on the measurement surface 106 with high accuracy on the order of 1/3600° or less, over a wide range of 360°, and easily.
  • the measurement device 100 may first be placed on the measurement reference surface 108.
  • the angle detector 104 detects the rotation angle ⁇ E0 of the support member 102
  • the tilt detector 105 detects the tilt angle ⁇ L0 of the support member 102 with respect to the measurement reference surface 108.
  • the rotation angle ⁇ E0 and the tilt angle ⁇ L0 detected in the measurement reference surface 108 are set to 0° and 0°, respectively, and the tilt angle ⁇ 0 of the measurement reference surface 108 is set to 0°.
  • the measurement device 100 may be placed on the first measurement surface 112.
  • the rotation mechanism 101 rotates the support member 102 according to the tilt angle ⁇ 1 of the first measurement surface 112 so that the tilt detector 105 is approximately parallel to the measurement reference surface 108, that is, so that the tilt angle ⁇ L1 of the support member 102 with respect to the measurement reference surface 108 is approximately equal to the tilt angle ⁇ L0 .
  • the angle detector 104 detects a rotation angle ⁇ E1 of the support member 102
  • the tilt detector 105 detects a tilt angle ⁇ L1 of the support member 102 with respect to the measurement reference surface 108.
  • the first tilt angle ⁇ 1 - ⁇ 0 of the first measurement surface 112 with respect to the measurement reference surface 108 is obtained by - ⁇ ( ⁇ E1 - ⁇ E0 ) - ( ⁇ L1 - ⁇ L0 ) ⁇ .
  • the measurement apparatus 100 may be configured to measure the first tilt angle ⁇ 1 - ⁇ 0 of the first measurement surface 112 with respect to the measurement reference surface 108.
  • the counterclockwise direction is taken as a positive angle
  • the clockwise direction is taken as a negative angle.
  • the measurement device 100 may be disposed on the second measurement surface 113.
  • the rotation mechanism 101 rotates the support member 102 according to the tilt angle ⁇ 2 of the second measurement surface 113 so that the tilt detector 105 is approximately parallel to the measurement reference surface 108, that is, so that the tilt angle ⁇ L2 of the support member 102 with respect to the measurement reference surface 108 is approximately the same as the tilt angle ⁇ L0 .
  • the angle detector 104 detects the rotation angle ⁇ E2 of the support member 102
  • the tilt detector 105 detects the tilt angle ⁇ L2 of the support member 102 with respect to the measurement reference surface 108.
  • the second tilt angle ⁇ 2 - ⁇ 0 of the second measurement surface 113 with respect to the measurement reference surface 108 is obtained by - ⁇ ( ⁇ E2 - ⁇ E0 ) - ( ⁇ L2 - ⁇ L0 ) ⁇ .
  • measurement apparatus 100 may be configured to measure the second tilt angle ⁇ 2 - ⁇ 0 of second measurement surface 113 with respect to measurement reference surface 108.
  • the measurement apparatus 100 may be configured to measure a relative difference ⁇ 2 - ⁇ 1 in the tilt angles between the first measurement surface 112 and the second measurement surface 113, based on a first tilt angle ⁇ 1 - ⁇ 0 of the first measurement surface 112 with respect to the measurement reference surface 108 and a second tilt angle ⁇ 2 - ⁇ 0 of the second measurement surface 113 with respect to the measurement reference surface 108.
  • one measurement apparatus 100 may be used to measure each of the tilt angles of the measurement reference surface 108, the first measurement surface 112, and the second measurement surface 113, or two or more measurement apparatuses 100 may be used to measure each of the tilt angles of the measurement reference surface 108, the first measurement surface 112, and the second measurement surface 113.
  • the measurement surface 106 of the tilting circular table 109 rotates clockwise, but as shown in FIGS. 6A to 6C, the measurement surface 106 of the tilting circular table 109 may rotate counterclockwise. As shown in FIGS. 3A to 3C, after rotating the measurement surface 106 clockwise, the rotation mechanism 101 rotates the support member 102 counterclockwise. On the other hand, as shown in FIGS.
  • the rotation mechanism 101 may rotate the support member 102 in a predetermined direction when the tilt detector 105 detects the tilt angle of the support member 102 relative to the measurement reference surface 108. For example, as shown in Fig.
  • the rotation mechanism 101 rotates the support member 102 clockwise so as to overrun the tilt angle at which the tilt detector 105 becomes approximately parallel to the measurement reference surface 108.
  • the rotation mechanism 101 rotates the support member 102 counterclockwise so that the tilt detector 105 becomes approximately parallel to the measurement reference surface 108.
  • the rotation mechanism 101 rotates the support member 102 counterclockwise, thereby suppressing the hysteresis difference of the measurement device 100 itself in the tilt angle of the measured measurement surface 106.
  • the rotation mechanism 101 may rotate the support member 102 counterclockwise without rotating the support member 102 clockwise so that the tilt detector 105 is approximately parallel to the measurement reference surface 108.
  • the robot arm 110 may rotate the support member 102 counterclockwise without rotating the support member 102 clockwise so that the tilt detector 105 is approximately parallel to the measurement reference surface 108.
  • the robot arm 110 may rotate the support member 102 counterclockwise without rotating the support member 102 clockwise so that the tilt detector 105 is approximately parallel to the measurement reference surface 108.
  • the robot arm 110 as to the tilt circular table 109.
  • the measurement surface 106 may be configured to rotate around the tilt rotation axis 107 based on a predetermined rotation angle.
  • the measurement surface 106 is rotated around the tilt rotation axis 107 to a predetermined rotation angle.
  • the rotation mechanism 101 rotates the support member 102 according to the predetermined rotation angle so that the tilt detector 105 is approximately parallel to the measurement reference surface 108.
  • the angle detector 104 detects the rotation angle of the support member 102
  • the tilt detector 105 detects the tilt angle of the support member 102 relative to the measurement reference surface 108.
  • the measurement device 100 may be configured to measure the tilt angle of the measurement surface 106 relative to the measurement reference surface 108 according to the predetermined rotation angle based on the rotation angle detected by the angle detector 104 and the tilt angle detected by the tilt detector 105. This makes it possible to obtain the difference between the positioning command angle of the measurement surface 106 on the tilted rotation axis 107 and the tilt angle of the measurement surface 106 relative to the measurement reference surface 108.
  • the measurement device 100 may further include a tilt sensor 114.
  • the tilt sensor 114 detects the tilt angle of the support member 102 relative to the measurement reference surface 108.
  • the measurement range of such a level is generally very narrow, such as a range of -1° to +1°.
  • the rotation mechanism 101 may rotate the support member 102 using the tilt angle of the support member 102 relative to the measurement reference surface 108 detected by the tilt sensor 114 so that the tilt angle of the support member 102 relative to the measurement reference surface 108 is within a predetermined range in which the tilt detector 105 can measure the tilt angle with high accuracy.
  • the tilt sensor 114 used may be capable of measuring a wide range of tilt angles, but may only need to measure tilt angles with a rough resolution and accuracy, such as a resolution of 0.1° or less and an accuracy in the range of -0.1° to 0.1°.
  • the measurement device 100 may be configured to measure the tilt angle of the measurement surface 106 relative to the measurement reference surface 108 based on the rotation angle associated with the rotation of the support member 102 detected by the angle detector 104 and the tilt angle detected by the tilt detector 105 when the tilt angle detected by the tilt sensor 114 is within a predetermined range.
  • the rotation mechanism 101 rotates the support member 102 around the support member axis 103, and then the measurement device 100 may be configured to measure the inclination angle of the measurement surface 106 relative to the measurement reference surface 108 based on the rotation angle associated with the rotation of the support member 102 detected by the angle detector 104 and the inclination angle of the support member 102 relative to the measurement reference surface 108 detected by the inclination detector 105, and an indexing operation may be performed in this manner.
  • the rotation mechanism 101 rotates the support member 102 around the support member axis 103
  • the measurement device 100 may be configured to measure the tilt angle of the measurement surface 106 relative to the measurement reference surface 108 based on the rotation angle associated with the rotation of the support member 102 detected by the angle detector 104 and the tilt angle of the support member 102 relative to the measurement reference surface 108 detected by the tilt detector 105, and thus continuous operations may be performed.
  • the evaluation device 115 includes a driving table 117 for rotating the measurement surface 106 and a driven table 118 for assisting the load.
  • a conventional measurement device 116 is connected to the driving table 117 for comparison with the measurement value by the measurement device 100. Examples of the conventional measurement device 116 include an encoder, an autocollimator, and a laser angle meter. In the evaluation device 115 of FIG.
  • the height of the measurement surface 106 is adjusted so that the center of gravity of the measurement surface 106 coincides with the tilted rotation axis 107, and a counterweight 119 is provided on the opposite side of the measurement surface 106 to balance the weight with the measurement device 100 placed on the measurement surface 106.
  • the height of the measurement surface 106 is adjusted so that the center of gravity of the measurement surface 106 is offset from the tilted rotation axis 107.
  • FIG. 9A shows a graph of the measured angle error versus the positioning command angle for each of the measuring device 100 of the present invention and the measuring device 116 of the prior art, which are arranged on the evaluation device 115 of FIG. 8B.
  • the positioning command angle is the rotation angle from the reference angle of the tilt rotation axis 107.
  • the measured angle error is the difference between the positioning command angle and the measured tilt angle.
  • FIG. 9B shows a graph of the difference (instrument error) in the measured angle error versus the positioning command angle between the measuring device 100 of the present invention and the measuring device 116 of the prior art, which are arranged on the evaluation device 115 of FIG. 8B.
  • FIG. 9A shows a graph of the measured angle error versus the positioning command angle for each of the measuring device 100 of the present invention and the measuring device 116 of the prior art, which are arranged on the evaluation device 115 of FIG. 8B.
  • FIG. 9C shows a graph of the measured angle error versus the positioning command angle for each of the measuring device 100 of the present invention and the measuring device 116 of the prior art, which are arranged on the evaluation device 115 of FIG. 8C.
  • FIG. 9D shows a graph of the difference (instrument error) in the measured angle error versus the positioning command angle between the measuring device 100 of the present invention and the measuring device 116 of the prior art, which are arranged on the evaluation device 115 of FIG. 8C.
  • 9A and 9C the offset of the center of gravity of the measurement surface 106 from the tilt rotation axis 107 generates an unbalanced load, and the tilt angle of the measurement surface 106 relative to the measurement reference surface 108 does not match the positioning command angle, and the positioning error in FIG.

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Abstract

計測基準面に対する計測面の傾斜角度を計測するための計測装置を提供する。計測装置１００は、回転機構１０１と、回転機構１０１によって支持部材軸線１０３を中心として回転可能な支持部材１０２と、支持部材１０２の回転角度を検出するための角度検出器１０４と、支持部材１０２上に配置され、計測基準面に対する支持部材１０２の傾斜角度を検出するための傾斜検出器１０５とを備え、計測装置１００は、計測面上に配置され、回転機構１０１は、傾斜検出器１０５が計測基準面に対して大よそ平行になるように支持部材１０２を回転させ、計測装置１００は、角度検出器１０４によって検出された支持部材１０２の回転に伴う回転角度と、傾斜検出器１０５によって検出された傾斜角度とに基づいて、計測基準面に対する計測面の傾斜角度を計測するように構成されている。

Description

計測装置
　本発明は、計測基準面に対する計測面の傾斜角度を直接的、高精度、広範囲、且つ簡易に計測することが可能である計測装置に関するものである。
　傾斜回転軸線を中心として回転可能な傾斜円テーブルのワーク積載面、ロボットアームのエンドエフェクタ、等の任意の計測面について、傾斜角度を直接的且つ高精度に計測したいニーズがある。レーザー角度計、オートコリメータ、等のように、傾斜回転軸線上に配置された反射鏡及びレーザーを使用して、計測面の傾斜角度が計測されることができる。また、ロータリエンコーダを使用して、計測面の傾斜角度が計測されることができる。ロータリエンコーダは、傾斜円テーブルにおいては、ワーク積載面に配置されることができないので、傾斜回転軸線上に配置され、ロボットアームのエンドエフェクタにおいても同様に、傾斜回転軸線上に配置される。また、水準器を使用して、計測面の傾斜角度が計測されることができる。水準器は、計測面上に直接配置されることができる。
　特許文献１には、共通のベースに取り付けられた回転テーブル装置及び支持装置と、一対のアームを介して回転テーブル装置及び支持装置に支持され、治具及び加工対象のワークを載置するクレードルとを含む割り出し装置が開示されている。回転テーブル装置には、フレームに対して回転可能に支持され、円テーブルを介して一方のアームに取り付けられた主軸が設けられ、主軸には、主軸の回転角度を検出する回転検出器の一部を成す被検出リングが取り付けられ、フレームには、回転検出器の一部を成す検出センサが取り付けられる。
特開２０１２－２０３７８号公報 特開２００６－９８３９２号公報 特開２０１１－９９８０２号公報 特開２０１１－９９８０４号公報
　反射鏡及びレーザーを使用する場合、傾斜円テーブルにおいては、ワーク積載面の高さ位置によっては反射鏡の中心と傾斜回転軸線の中心とを合致させることができず、計測面の傾斜角度を高精度に計測することができず、また、計測面の傾斜角度は、レーザーが遮られない範囲でのみ計測されることができ、３６０°のような広範囲で計測されることができないという問題点がある。ロボットアームのエンドエフェクタにおいては、エンドエフェクタ上に反射鏡を配置しても、エンドエフェクタがレーザーの照射位置から大きく移動するために計測面の傾斜角度を計測することができないことから、関節部の傾斜回転軸線上に反射鏡が配置されるが、関節部からエンドエフェクタまでの部材は重力及び／又は負荷によって変形するので、反射鏡及びレーザーによって計測される関節部の傾斜角度と、計測面であるエンドエフェクタの傾斜角度とは合致しないという問題点がある。ロータリエンコーダを使用する場合、傾斜円テーブルにおいてはワーク積載面を傾斜させる駆動装置の傾斜回転軸線上にロータリエンコーダは配置され、ロボットアームにおいては関節部にロータリエンコーダは配置されるが、ロータリエンコーダから傾斜円テーブルのワーク積載面及びロボットアームのエンドエフェクタまでの部材は重力及び／又は負荷によって変形するので、ロータリエンコーダによって計測される傾斜角度と計測面の傾斜角度とは合致せず、また、傾斜円テーブルのワーク積載面及びロボットアームのエンドエフェクタにロータリエンコーダを配置することができず、計測面の傾斜角度を直接的に計測することができないという問題点がある。水準器を使用する場合、１／３６００°以下のオーダーの高精度の傾斜角度を計測することができる水準器は、計測範囲が－１°～＋１°の範囲のように極めて狭く、３６０°のような広範囲で計測面の傾斜角度を計測するには適していないという問題点がある。
　特許文献１の割り出し装置においては、主軸の回転角度を検出する回転検出器から治具及び加工対象のワークを載置するクレードルまでの部材は、治具及び加工対象のワーク、並びにクレードルの重量によって変形するので、回転検出器によって計測される回転角度とクレードルの回転角度とは合致せず、クレードルを高精度に位置決めすることができないという問題点がある。
　従って、本発明の目的は、上記問題点を解決して、計測基準面に対する計測面の傾斜角度を直接的、高精度、広範囲、且つ簡易に計測することが可能である計測装置を提供することである。
　本発明の１つの観点によれば、計測基準面に対する計測面の傾斜角度を計測するための計測装置が、回転機構と、回転機構によって支持部材軸線を中心として回転可能な支持部材と、支持部材の回転角度を検出するための角度検出器と、支持部材上に配置され、計測基準面に対する支持部材の傾斜角度を検出するための傾斜検出器とを備え、計測装置が、計測面上に配置され、回転機構が、傾斜検出器が計測基準面に対して大よそ平行になるように支持部材を回転させ、計測装置が、角度検出器によって検出された支持部材の回転に伴う回転角度と、傾斜検出器によって検出された傾斜角度とに基づいて、計測基準面に対する計測面の傾斜角度を計測するように構成されている。
　本発明の一具体例によれば、計測装置において、回転機構が、傾斜検出器によって検出された傾斜角度に基づいて、傾斜検出器が計測基準面に対して平行になるように支持部材を回転させる。
　本発明の一具体例によれば、計測装置において、傾斜検出器が水準器である。
　本発明の一具体例によれば、計測面が、傾斜回転軸線を中心として回転するように構成され、計測装置において、回転機構が、計測面の回転に伴って支持部材を回転させ、計測装置が、計測面の回転に伴う計測基準面に対する計測面の傾斜角度を計測することによって、計測面の回転角度を計測するように構成されている。
　本発明の一具体例によれば、計測装置が、支持部材軸線が傾斜回転軸線に対して平行になるように計測面上に配置されている。
　本発明の一具体例によれば、計測装置において、回転機構が、傾斜検出器が計測基準面に対する支持部材の傾斜角度を検出する際に、支持部材を所定の一方向に回転させる。
　本発明の一具体例によれば、計測面が、予め決定された回転角度に基づいて回転するように構成され、計測装置において、回転機構が、予め決定された回転角度に応じて支持部材を回転させ、計測装置が、予め決定された回転角度に応じた計測基準面に対する計測面の傾斜角度を計測するように構成されている。
　本発明の一具体例によれば、計測装置が、傾斜センサを更に備え、回転機構が、傾斜センサによって検出される、計測基準面に対する支持部材の傾斜角度が、所定の範囲内の角度になるように、支持部材を回転させ、計測装置が、傾斜センサによって検出された傾斜角度が所定の範囲内の角度である場合に、傾斜検出器によって検出された傾斜角度に基づいて、計測基準面に対する計測面の傾斜角度を計測するように構成されている。
　本発明の一具体例によれば、計測装置において、回転機構が、計測面が回転している間に支持部材を回転させ、計測装置が、計測面が回転している間に、計測基準面に対する計測面の傾斜角度を計測するように構成されている。
　本発明の一具体例によれば、計測面が、第１の計測面であり、計測装置が、計測基準面に対する第１の計測面の第１の傾斜角度を計測した後、第１の計測面とは異なる第２の計測面上に配置されて、計測基準面に対する第２の計測面の第２の傾斜角度を計測し、第１の傾斜角度と第２の傾斜角度とに基づいて、第１の計測面と第２の計測面との間の傾斜角度の相対差を計測するように構成されている。
　本発明によれば、計測装置は、計測基準面に対する計測面の傾斜角度を直接的、高精度、広範囲、且つ簡易に計測することができる。
　なお、本発明の他の目的、特徴及び利点は、添付図面に関する以下の本発明の実施例の記載から明らかになるであろう。
本発明の一実施形態としての、計測基準面に対する計測面の傾斜角度を計測するための計測装置の斜視図である。 図１Ａの実施形態の計測装置の図１Ａとは異なる方向から見た斜視図である。 図１Ａの実施形態の計測装置が傾斜円テーブル上に配置されている状態を示す斜視図である 図１Ａの実施形態の計測装置が傾斜円テーブル上に配置されている状態を示す断面図である。 図３Ａの状態から計測面を回転させた状態を示す断面図である。 図３Ｂの状態から支持部材を回転させた状態を示す断面図である。 図１Ａの実施形態の計測装置がロボットアームのエンドエフェクタ上に配置されている状態を示す断面図である。 図４Ａの状態から計測面を回転させた状態を示す断面図である。 図４Ｂの状態から支持部材を回転させた状態を示す断面図である。 図１Ａの実施形態の計測装置が計測基準面及び計測面上に配置されている状態を示す斜視図である。 図１Ａの実施形態の計測装置が計測基準面及び計測面上に配置されている状態を示す正面図である。 図１Ａの実施形態の計測装置が計測基準面及び計測面上に配置されている状態を示す側面図である。 図３Ａの状態から計測面を図３Ｂとは反対の方向に回転させた状態を示す断面図である。 図６Ａの状態から支持部材を図３Ｃとは反対の方向に回転させた状態を示す断面図である。 図６Ｂの状態から支持部材を図３Ｃと同じ方向に回転させた状態を示す断面図である。 傾斜センサを更に備える図１Ａの実施形態の計測装置の斜視図である。 図１Ａの実施形態の計測装置が評価装置上に配置されている状態を示す斜視図である。 図１Ａの実施形態の計測装置が評価装置上に配置されている状態を示す正面図である。 図１Ａの実施形態の計測装置が別の評価装置上に配置されている状態を示す正面図である。 図８Ｂの評価装置上に配置されている本発明の計測装置及び従来技術の計測装置のそれぞれの位置決め指令角度に対する計測角度誤差のグラフである。 図８Ｂの評価装置上に配置されている本発明の計測装置と従来技術の計測装置との間の位置決め指令角度に対する計測角度誤差の差のグラフである。 図８Ｃの評価装置上に配置されている本発明の計測装置及び従来技術の計測装置のそれぞれの位置決め指令角度に対する計測角度誤差のグラフである 図８Ｃの評価装置上に配置されている本発明の計測装置と従来技術の計測装置との間の位置決め指令角度に対する計測角度誤差の差のグラフである。
　以下、本発明の実施例について図面を参照して説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
　図１Ａ～図７を参照して、本発明の一実施形態としての、計測基準面１０８に対する計測面１０６の傾斜角度を計測するための計測装置１００について説明する。計測装置１００は、回転機構１０１と、回転機構１０１によって支持部材軸線１０３を中心として回転可能な支持部材１０２と、支持部材１０２の回転角度を検出するための角度検出器１０４と、支持部材１０２上に配置され、計測基準面１０８に対する支持部材１０２の傾斜角度を検出するための傾斜検出器１０５とを備える。回転機構１０１は、支持部材１０２を回転させるために、モータ、減速機、カム機構、等を備えてもよいが、これに限定されず、支持部材１０２を回転させることができるものであればよく、また、支持部材１０２を手動で回転させるものでもよい。角度検出器１０４は、支持部材１０２の回転角度を検出するために、ロータリエンコーダ、レゾルバ、インダクトシン、等であってもよいが、これらに限定されず、１／３６００°（１ａｒｃｓｅｃ）以下のオーダーの高精度の回転角度を検出することができるものが好ましく、例えば、特許文献２～４に開示されるような自己校正機能付き角度検出器であってもよい。傾斜検出器１０５は、計測基準面１０８に対する支持部材１０２の傾斜角度を検出するために、水準器、水平器、傾斜センサ、等であってもよいが、これらに限定されず、１／３６００°以下のオーダーの高精度の傾斜角度を検出することができるものが好ましい。なお、計測基準面１０８は、地面であってもよいし、傾斜検出器１０５が地面に対して１°、１０°、等の任意の角度を検出する空間上の仮想面であってもよい。計測装置１００は、計測基準面１０８に対する計測面１０６の傾斜角度を自動的に計測するために、回転機構１０１によって支持部材１０２を回転させ、角度検出器１０４によって支持部材１０２の回転角度を検出させ、傾斜検出器１０５によって支持部材１０２の傾斜角度を検出させる制御部を備えてもよい。
　計測装置１００は、計測基準面１０８に対する傾斜角度を計測するための計測面１０６上に配置される。計測装置１００は、例えば、傾斜回転軸線１０７を中心として回転可能な、傾斜円テーブル１０９の計測面１０６上、ロボットアーム１１０のエンドエフェクタ１１１の計測面１０６上、ロボットアーム１１０の関節部の計測面１０６上、等に配置されてもよく、固定された傾斜面である、第１の計測面１１２、第２の計測面１１３、等に配置されてもよい。回転機構１０１は、傾斜検出器１０５が計測基準面１０８に対して大よそ平行になるように支持部材１０２を回転させる。ここで、「傾斜検出器１０５が計測基準面１０８に対して大よそ平行になる」とは、計測基準面１０８に対する支持部材１０２の傾斜角度を、－１０°～＋１０°の範囲、好ましくは－５°～＋５°の範囲、より好ましくは－３°～＋３°の範囲、更に好ましくは－１°～＋１°の範囲の角度にすることを意味する。水準器のような傾斜検出器１０５は、１／３６００°以下のオーダーの高精度の傾斜角度を検出するためには、計測範囲が極めて狭いので、回転機構１０１は、傾斜検出器１０５が計測範囲内で傾斜角度を計測することができるように、支持部材１０２を回転させる必要がある。例えば、傾斜検出器１０５の計測範囲が－１°～＋１°の範囲である場合には、回転機構１０１は、計測基準面１０８に対する支持部材１０２の傾斜角度が－１°～＋１°の範囲の角度になるように支持部材１０２を回転させる。
　計測装置１００は、角度検出器１０４によって検出された支持部材１０２の回転に伴う回転角度と、傾斜検出器１０５によって検出された傾斜角度とに基づいて、計測基準面１０８に対する計測面１０６の傾斜角度を計測するように構成されている。この際、回転機構１０１は、傾斜検出器１０５によって検出された傾斜角度に基づいて、傾斜検出器１０５が計測基準面１０８に対して平行になるように支持部材１０２を回転させて、計測装置１００は、角度検出器１０４によって検出された支持部材１０２の回転に伴う回転角度に基づいて、計測基準面１０８に対する計測面１０６の傾斜角度を計測するように構成されてもよい。例えば、傾斜検出器１０５によって計測基準面１０８に対する支持部材１０２の傾斜角度を検出させながら、回転機構１０１は、計測基準面１０８に対する支持部材１０２の傾斜角度が０°になるように支持部材１０２を回転させ、そして、計測装置１００は、角度検出器１０４によって検出された支持部材１０２の回転に伴う回転角度に基づいて、計測基準面１０８に対する計測面１０６の傾斜角度を計測してもよい。
　計測面１０６は、傾斜回転軸線１０７を中心として回転するように構成されてもよい。計測装置１００は、支持部材軸線１０３が傾斜回転軸線１０７に対して平行になるように計測面１０６上に配置される。例えば、図３Ａ～図３Ｃに示すように、計測装置１００を傾斜円テーブル１０９の計測面１０６上に配置し、計測装置１００は、傾斜回転軸線１０７を中心とする計測面１０６の回転角度毎に計測基準面１０８に対する計測面１０６の傾斜角度を計測してもよいし、図４Ａ～図４Ｃに示すように、計測装置１００をロボットアーム１１０のエンドエフェクタ１１１の計測面１０６上に配置し、計測装置１００は、傾斜回転軸線１０７を中心とする計測面１０６の回転角度毎に計測基準面１０８に対する計測面１０６の傾斜角度を計測してもよい。図３Ａ及び図４Ａに示すように、計測面１０６の開始傾斜角度θ０において、角度検出器１０４によって支持部材１０２の回転角度θＥ０が検出され、傾斜検出器１０５によって計測基準面１０８に対する支持部材１０２の傾斜角度θＬ０が検出される。図３Ａ及び図４Ａにおいては、計測面１０６が計測基準面１０８に対して平行になるように、開始傾斜角度θ０が設定されているが、必ずしも計測面１０６が計測基準面１０８に対して平行になるように、計測面１０６の開始傾斜角度θ０が設定されなくてもよい。なお、理解しやすくするために、開始傾斜角度θ０を０°と設定して、その場合に、角度検出器１０４によって検出された回転角度θＥ０を０°、傾斜検出器１０５によって検出された傾斜角度θＬ０を０°と設定してもよい。
　次に図３Ｂ及び図４Ｂに示すように、計測面１０６を、目標傾斜角度θ１まで傾斜回転軸線１０７を中心として回転させる。そして図３Ｃ及び図４Ｃに示すように、回転機構１０１は、計測面１０６の回転に伴って、傾斜検出器１０５が計測基準面１０８に対して大よそ平行になるように、すなわち、計測基準面１０８に対する支持部材１０２の傾斜角度θＬ１が傾斜角度θＬ０と大よそ同じになるように支持部材１０２を回転させる。回転機構１０１は、計測面１０６の回転方向と同じ方向に支持部材１０２を回転させてもよいし、計測面１０６の回転方向とは反対の方向に支持部材１０２を回転させてもよい。計測面１０６の目標傾斜角度θ１において、角度検出器１０４によって支持部材１０２の回転角度θＥ１が検出され、傾斜検出器１０５によって計測基準面１０８に対する支持部材１０２の傾斜角度θＬ１が検出される。計測面１０６の回転角度θ１－θ０は、－｛（θＥ１－θＥ０）－（θＬ１－θＬ０）｝によって得られる。このように、計測装置１００は、計測面１０６の回転に伴う計測基準面１０８に対する計測面１０６の傾斜角度を計測することによって、計測面１０６の回転角度を計測するように構成されてもよい。例えば、図３Ｃ及び図４Ｃに示すように、開始傾斜角度θ０において検出された回転角度θＥ０を０°、傾斜角度θＬ０を０°、目標傾斜角度θ１において検出された回転角度θＥ１を４０°、傾斜角度θＬ１を－５°とすると、計測面１０６の回転角度θ１－θ０＝－｛（４０°－０°）－（－５°－０°）｝＝－４５°が得られる。なお、便宜上、反時計回りの方向を正の角度とし、時計回りの方向を負の角度とする。また、計測基準面１０８に対する支持部材１０２の傾斜角度θＬ１が傾斜角度θＬ０と同じになるように支持部材１０２を回転させると、計測面１０６の回転角度θ１－θ０は、－（θＥ１－θＥ０）によって得られる。これは、傾斜検出器１０５の計測線形性が良好でない場合であっても、高精度に回転角度θ１－θ０が得られるために有効である。
　回転機構１０１は、支持部材軸線１０３を中心として支持部材１０２を－３６０°～＋３６０°の範囲で時計回り及び／又は反時計回りに回転させてもよい。これによって、傾斜回転軸線１０７を中心として計測面１０６を－３６０°～＋３６０°の範囲で時計回り及び／又は反時計回りに回転させた場合にも、計測面１０６の回転角度を計測することができる。また、計測基準面１０８に対する計測面１０６の傾斜角度及び計測面１０６の回転角度の計測可能な分解能及び精度は、角度検出器１０４及び傾斜検出器１０５の分解能及び精度に依存するが、角度検出器１０４及び傾斜検出器１０５の何れについても、１／３６００°以下の分解能及び－１／３６００°～＋１／３６００°の範囲の精度を有するものが市販されている。このような角度検出器１０４及び傾斜検出器１０５を使用することによって、計測基準面１０８に対する計測面１０６の傾斜角度及び計測面１０６の回転角度を、計測面１０６において直接的、１／３６００°以下のオーダーの高精度、３６０°の広範囲、且つ簡易に計測することができる。
　図５Ａ～図５Ｃに示すように、計測装置１００は、最初に計測基準面１０８上に配置されてもよい。計測基準面１０８において、角度検出器１０４によって支持部材１０２の回転角度θＥ０が検出され、傾斜検出器１０５によって計測基準面１０８に対する支持部材１０２の傾斜角度θＬ０が検出される。計測基準面１０８において検出された回転角度θＥ０及び傾斜角度θＬ０をそれぞれ０°及び０°と設定し、計測基準面１０８の傾斜角度θ０を０°と設定する。次に図５Ａ及び図５Ｂに示すように、計測装置１００は、第１の計測面１１２上に配置されてもよい。回転機構１０１は、第１の計測面１１２の傾斜角度θ１に応じて、傾斜検出器１０５が計測基準面１０８に対して大よそ平行になるように、すなわち、計測基準面１０８に対する支持部材１０２の傾斜角度θＬ１が傾斜角度θＬ０と大よそ同じになるように支持部材１０２を回転させる。第１の計測面１１２の傾斜角度θ１において、角度検出器１０４によって支持部材１０２の回転角度θＥ１が検出され、傾斜検出器１０５によって計測基準面１０８に対する支持部材１０２の傾斜角度θＬ１が検出される。計測基準面１０８に対する第１の計測面１１２の第１の傾斜角度θ１－θ０は、－｛（θＥ１－θＥ０）－（θＬ１－θＬ０）｝によって得られる。このように、計測装置１００は、計測基準面１０８に対する第１の計測面１１２の第１の傾斜角度θ１－θ０を計測するように構成されてもよい。例えば、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、第１の計測面１１２において検出された回転角度θＥ１及び傾斜角度θＬ１をそれぞれ２０°及び０°とすると、計測基準面１０８に対する第１の計測面１１２の第１の傾斜角度θ１－θ０＝－｛（２０°－０°）－（０°－０°）｝＝－２０°が得られる。なお、便宜上、反時計回りの方向を正の角度とし、時計回りの方向を負の角度とする。
　次に図５Ａ及び図５Ｃに示すように、計測装置１００は、第２の計測面１１３上に配置されてもよい。回転機構１０１は、第２の計測面１１３の傾斜角度θ２に応じて、傾斜検出器１０５が計測基準面１０８に対して大よそ平行になるように、すなわち、計測基準面１０８に対する支持部材１０２の傾斜角度θＬ２が傾斜角度θＬ０と大よそ同じになるように支持部材１０２を回転させる。第２の計測面１１３の傾斜角度θ２において、角度検出器１０４によって支持部材１０２の回転角度θＥ２が検出され、傾斜検出器１０５によって計測基準面１０８に対する支持部材１０２の傾斜角度θＬ２が検出される。計測基準面１０８に対する第２の計測面１１３の第２の傾斜角度θ２－θ０は、－｛（θＥ２－θＥ０）－（θＬ２－θＬ０）｝によって得られる。このように、計測装置１００は、計測基準面１０８に対する第２の計測面１１３の第２の傾斜角度θ２－θ０を計測するように構成されてもよい。例えば、図５Ａ及び図５Ｃに示すように、第２の計測面１１３において検出された回転角度θＥ２及び傾斜角度θＬ２をそれぞれ４５°及び０°とすると、計測基準面１０８に対する第２の計測面１１３の第２の傾斜角度θ２－θ０＝－｛（４５°－０°）－（０°－０°）｝＝－４５°が得られる。なお、便宜上、反時計回りの方向を正の角度とし、時計回りの方向を負の角度とする。
　計測装置１００は、計測基準面１０８に対する第１の計測面１１２の第１の傾斜角度θ１－θ０と、計測基準面１０８に対する第２の計測面１１３の第２の傾斜角度θ２－θ０とに基づいて、第１の計測面１１２と第２の計測面１１３との間の傾斜角度の相対差θ２－θ１を計測するように構成されてもよい。なお、１つの計測装置１００を使用して、計測基準面１０８、第１の計測面１１２、及び第２の計測面１１３の傾斜角度をそれぞれ計測してもよいし、２つ以上の計測装置１００を使用して、計測基準面１０８、第１の計測面１１２、及び第２の計測面１１３の傾斜角度をそれぞれ計測してもよい。
　図３Ａ～図３Ｃにおいては、傾斜円テーブル１０９の計測面１０６は、時計回りに回転しているが、図６Ａ～図６Ｃに示すように、傾斜円テーブル１０９の計測面１０６は、反時計回りに回転してもよい。図３Ａ～図３Ｃに示すように、計測面１０６を時計回りに回転させた後、回転機構１０１は、支持部材１０２を反時計回りに回転させている。一方、図６Ａ及び図６Ｃに示すように、計測面１０６を反時計回りに回転させた後、回転機構１０１が、単に支持部材１０２を時計回りに回転させた場合に、支持部材１０２の回転方向の違いに起因して、角度検出器１０４によって検出される回転角度及び／又は傾斜検出器１０５によって検出される傾斜角度にヒステリシス差を生じる場合があり、これによって、計測される計測面１０６の傾斜角度にもヒステリシス差が生じる場合がある。従って、計測される計測面１０６の傾斜角度におけるヒステリシス差を抑制するように、回転機構１０１は、傾斜検出器１０５が計測基準面１０８に対する支持部材１０２の傾斜角度を検出する際に、支持部材１０２を所定の一方向に回転させてもよい。例えば、図６Ｂに示すように、計測面１０６を反時計回りに回転させた後、回転機構１０１は、支持部材１０２を時計回りに、傾斜検出器１０５が計測基準面１０８に対して大よそ平行になる傾斜角度を通り越してオーバーランさせるように回転させる。続いて、図６Ｃに示すように、回転機構１０１は、支持部材１０２を反時計回りに、傾斜検出器１０５が計測基準面１０８に対して大よそ平行になるように支持部材１０２を回転させる。このように、図３Ｃ及び図６Ｃに示すように、回転機構１０１が、傾斜検出器１０５が計測基準面１０８に対する支持部材１０２の傾斜角度を検出する際に、支持部材１０２を反時計方向に回転させることによって、計測される計測面１０６の傾斜角度における計測装置１００自身のヒステリシス差を抑制することができる。また、図６Ａに示すように、計測面１０６を反時計回りに回転させた後、回転機構１０１は、支持部材１０２を時計回りに回転させることなく、支持部材１０２を反時計回りに、傾斜検出器１０５が計測基準面１０８に対して大よそ平行になるように回転させてもよい。なお、ロボットアーム１１０についても傾斜円テーブル１０９と同様である。
　計測面１０６は、予め決定された回転角度に基づいて、傾斜回転軸線１０７を中心として回転するように構成されてもよい。計測面１０６を、予め決定された回転角度まで傾斜回転軸線１０７を中心として回転させる。回転機構１０１は、予め決定された回転角度に応じて、傾斜検出器１０５が計測基準面１０８に対して大よそ平行になるように、支持部材１０２を回転させる。計測面１０６の予め決定された回転角度において、角度検出器１０４によって支持部材１０２の回転角度が検出され、傾斜検出器１０５によって計測基準面１０８に対する支持部材１０２の傾斜角度が検出される。計測装置１００は、角度検出器１０４によって検出された回転角度と、傾斜検出器１０５によって検出された傾斜角度とに基づいて、予め決定された回転角度に応じた計測基準面１０８に対する計測面１０６の傾斜角度を計測するように構成されてもよい。これによって、傾斜回転軸線１０７における計測面１０６の位置決め指令角度と計測基準面１０８に対する計測面１０６の傾斜角度との間の差を得ることができる。
　図７に示すように、計測装置１００は、傾斜センサ１１４を更に備えてもよい。傾斜センサ１１４は、計測基準面１０８に対する支持部材１０２の傾斜角度を検出する。傾斜検出器１０５として、１／３６００°以下のオーダーの高精度の傾斜角度を計測することができる水準器を使用する場合に、このような水準器の計測範囲は、一般的に－１°～＋１°の範囲のように極めて狭い。回転機構１０１は、計測基準面１０８に対する支持部材１０２の傾斜角度が、傾斜検出器１０５が傾斜角度を高精度に計測することができる所定の範囲内の角度になるように、傾斜センサ１１４によって検出される、計測基準面１０８に対する支持部材１０２の傾斜角度を使用して、支持部材１０２を回転させてもよい。使用される傾斜センサ１１４は、広範囲の傾斜角度を計測することができるものの、例えば０．１°以下の分解能及び－０．１°～０．１°の範囲の精度のような粗い分解能及び精度の傾斜角度を計測することができればよい。計測装置１００は、傾斜センサ１１４によって検出された傾斜角度が所定の範囲内の角度である場合に、角度検出器１０４によって検出された支持部材１０２の回転に伴う回転角度と、傾斜検出器１０５によって検出された傾斜角度とに基づいて、計測基準面１０８に対する計測面１０６の傾斜角度を計測するように構成されてもよい。
　計測面１０６が傾斜回転軸線１０７を中心として回転した後に、回転機構１０１は、支持部材軸線１０３を中心として支持部材１０２を回転させ、続いて、計測装置１００は、角度検出器１０４によって検出された支持部材１０２の回転に伴う回転角度と、傾斜検出器１０５によって検出された計測基準面１０８に対する支持部材１０２の傾斜角度とに基づいて、計測基準面１０８に対する計測面１０６の傾斜角度を計測するように構成されてもよく、このように、割出動作が行われてもよい。また、計測面１０６が傾斜回転軸線１０７を中心として回転している間に、回転機構１０１は、支持部材軸線１０３を中心として支持部材１０２を回転させながら、計測装置１００は、角度検出器１０４によって検出された支持部材１０２の回転に伴う回転角度と、傾斜検出器１０５によって検出された計測基準面１０８に対する支持部材１０２の傾斜角度とに基づいて、計測基準面１０８に対する計測面１０６の傾斜角度を計測するように構成されてもよく、このように、連続動作が行われてもよい。
　図８Ａ～図８Ｃに、評価装置１１５の計測面１０６上に配置されている計測装置１００を示す。評価装置１１５は、計測面１０６を回転させるための駆動テーブル１１７と、荷重を補助するための従動テーブル１１８とを備える。駆動テーブル１１７には、計測装置１００による計測値と比較するために、従来技術の計測装置１１６が接続されている。従来技術の計測装置１１６として、例えば、エンコーダ、オートコリメータ、レーザー角度計、等がある。図８Ｂの評価装置１１５においては、計測面１０６の高さが、計測面１０６の重心を傾斜回転軸線１０７に合致させるように調整され、計測面１０６上に配置されている計測装置１００との重量バランスを図る目的で、計測面１０６の反対側に、カウンタウェイト１１９が設けられる。図８Ｃの評価装置１１５においては、計測面１０６の高さが、計測面１０６の重心を傾斜回転軸線１０７からオフセットさせるように調整されている。
　図９Ａに、図８Ｂの評価装置１１５上に配置されている本発明の計測装置１００及び従来技術の計測装置１１６のそれぞれの位置決め指令角度に対する計測角度誤差のグラフを示す。位置決め指令角度とは、傾斜回転軸線１０７の基準角度からの回転角度である。計測角度誤差とは、位置決め指令角度と計測された傾斜角度との間の差である。図９Ｂに、図８Ｂの評価装置１１５上に配置されている本発明の計測装置１００と従来技術の計測装置１１６との間の位置決め指令角度に対する計測角度誤差の差（器差）のグラフである。図９Ｃに、図８Ｃの評価装置１１５上に配置されている本発明の計測装置１００及び従来技術の計測装置１１６のそれぞれの位置決め指令角度に対する計測角度誤差のグラフを示す。図９Ｄに、図８Ｃの評価装置１１５上に配置されている本発明の計測装置１００と従来技術の計測装置１１６との間の位置決め指令角度に対する計測角度誤差の差（器差）のグラフである。図９Ａと図９Ｃとを比較すると、計測面１０６の重心が傾斜回転軸線１０７からオフセットすることによって偏荷重が発生し、計測基準面１０８に対する計測面１０６の傾斜角度が、位置決め指令角度とは合致せず、図９Ｃにおける位置決め誤差が図９Ａにおける位置決め誤差に対して増加していることを示している。図９Ｂと図９Ｄとを比較すると、図９Ｂにおいては、器差は２ａｒｃｓｅｃであるのに対し、図９Ｄにおいては、器差は１８ａｒｃｓｅｃもあり、これは、偏荷重の発生により、駆動テーブル１１７に接続された従来技術の計測装置１１６によって計測された傾斜角度が、実際の計測基準面１０８に対する計測面１０６の傾斜角度とは合致しないことを示している。このように、計測装置１００を計測面１０６上に配置して、計測基準面１０８に対する計測面１０６の傾斜角度を直接的に計測することによって、計測基準面１０８に対する計測面１０６の傾斜角度を高精度に計測することができる。
　上記記載は特定の実施例についてなされたが、本発明はそれに限らず、本発明の原理と添付の特許請求の範囲の範囲内で種々の変更及び修正をすることができることは当業者に明らかである。
　１００　計測装置
　１０１　回転機構
　１０２　支持部材
　１０３　支持部材軸線
　１０４　角度検出器
　１０５　傾斜検出器
　１０６　計測面
　１０７　傾斜回転軸線
　１０８　計測基準面
　１０９　傾斜円テーブル
　１１０　ロボットアーム
　１１１　エンドエフェクタ
　１１２　第１の計測面
　１１３　第２の計測面
　１１４　傾斜センサ
　１１５　評価装置
　１１６　従来技術の計測装置
　１１７　駆動テーブル
　１１８　従動テーブル
　１１９　カウンタウェイト
 

Claims (10)

  1. 　計測基準面に対する計測面の傾斜角度を計測するための計測装置であって、
    　前記計測装置は、回転機構と、前記回転機構によって支持部材軸線を中心として回転可能な支持部材と、前記支持部材の回転角度を検出するための角度検出器と、前記支持部材上に配置され、前記計測基準面に対する前記支持部材の傾斜角度を検出するための傾斜検出器とを備え、
    　前記計測装置は、前記計測面上に配置され、前記回転機構は、前記傾斜検出器が前記計測基準面に対して大よそ平行になるように前記支持部材を回転させ、前記計測装置は、前記角度検出器によって検出された前記支持部材の回転に伴う回転角度と、前記傾斜検出器によって検出された傾斜角度とに基づいて、前記計測基準面に対する前記計測面の傾斜角度を計測するように構成されている、計測装置。
  2. 　前記回転機構は、前記傾斜検出器によって検出された傾斜角度に基づいて、前記傾斜検出器が前記計測基準面に対して平行になるように前記支持部材を回転させる、請求項１に記載の計測装置。
  3. 　前記傾斜検出器は水準器である、請求項１に記載の計測装置。
  4. 　前記計測面は、傾斜回転軸線を中心として回転するように構成され、前記回転機構は、前記計測面の回転に伴って前記支持部材を回転させ、前記計測装置は、前記計測面の回転に伴う前記計測基準面に対する前記計測面の傾斜角度を計測することによって、前記計測面の回転角度を計測するように構成されている、請求項１～３の何れか一項に記載の計測装置。
  5. 　前記計測装置は、前記支持部材軸線が前記傾斜回転軸線に対して平行になるように前記計測面上に配置されている、請求項４に記載の計測装置。
  6. 　前記回転機構は、前記傾斜検出器が前記計測基準面に対する前記支持部材の傾斜角度を検出する際に、前記支持部材を所定の一方向に回転させる、請求項４に記載の計測装置。
  7. 　前記計測面は、予め決定された回転角度に基づいて回転するように構成され、前記回転機構は、前記予め決定された回転角度に応じて前記支持部材を回転させ、前記計測装置は、前記予め決定された回転角度に応じた前記計測基準面に対する前記計測面の傾斜角度を計測するように構成されている、請求項４に記載の計測装置。
  8. 　前記計測装置は、傾斜センサを更に備え、前記回転機構は、前記傾斜センサによって検出される、前記計測基準面に対する前記支持部材の傾斜角度が、所定の範囲内の角度になるように、前記支持部材を回転させ、前記計測装置は、前記傾斜センサによって検出された傾斜角度が前記所定の範囲内の角度である場合に、前記傾斜検出器によって検出された傾斜角度に基づいて、前記計測基準面に対する前記計測面の傾斜角度を計測するように構成されている、請求項４に記載の計測装置。
  9. 　前記回転機構は、前記計測面が回転している間に前記支持部材を回転させ、前記計測装置は、前記計測面が回転している間に、前記計測基準面に対する前記計測面の傾斜角度を計測するように構成されている、請求項４に記載の計測装置。
  10. 　前記計測面は、第１の計測面であり、前記計測装置は、前記計測基準面に対する前記第１の計測面の第１の傾斜角度を計測した後、前記第１の計測面とは異なる第２の計測面上に配置されて、前記計測基準面に対する前記第２の計測面の第２の傾斜角度を計測し、前記第１の傾斜角度と前記第２の傾斜角度とに基づいて、前記第１の計測面と前記前記第２の計測面との間の傾斜角度の相対差を計測するように構成されている、請求項１～３の何れか一項に記載の計測装置。
     
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JP2007333712A (ja) * 2006-06-19 2007-12-27 Tokyo Univ Of Agriculture & Technology 傾斜角測定装置、これを搭載した工作機械および工作機械の傾斜角校正方法
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