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JPS60170709A - 形状測定装置 - Google Patents

形状測定装置

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Publication number
JPS60170709A
JPS60170709A JP59027424A JP2742484A JPS60170709A JP S60170709 A JPS60170709 A JP S60170709A JP 59027424 A JP59027424 A JP 59027424A JP 2742484 A JP2742484 A JP 2742484A JP S60170709 A JPS60170709 A JP S60170709A
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JP
Japan
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probe
measured
arm body
plane
shape
Prior art date
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Pending
Application number
JP59027424A
Other languages
English (en)
Inventor
Takashi Moriyasu
守安　隆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPS60170709A publication Critical patent/JPS60170709A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints
    • B25J17/02—Wrist joints
    • B25J17/0258—Two-dimensional joints
    • B25J17/0275—Universal joints, e.g. Hooke, Cardan, ball joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/02—Programme-controlled manipulators characterised by movement of the arms, e.g. cartesian coordinate type
    • B25J9/04—Programme-controlled manipulators characterised by movement of the arms, e.g. cartesian coordinate type by rotating at least one arm, excluding the head movement itself, e.g. cylindrical coordinate type or polar coordinate type
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/004—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring coordinates of points
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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    • G01B7/28—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring contours or curvatures

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

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〕 本発明は被測定物体の３次元物体形状を簡易に、且つ高
精度に測定することのできる形状測定装置に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
従来、３次元形状を有する物体の形状を測定する場合、
一般にその被測定物体を構成する各面の頂点位置をそれ
ぞれ測定し、これらの各頂点を相互に結んで上記被測定
物体の近似形状をめている。例えば、第１図に示すよう
な８つの多角形平面で囲まれた物体の形状を測定する場
合、その１２個の頂点の位置をそれぞれ測定し、これら
の各頂点によって上記物体形状を表現していた。然し乍
ら、曲面を持つ被測定物体の場合、その明確な頂点がな
いことから一般に物体表面近傍の点の位置を測定し、こ
れらの点から近似的に物体形状をめ・ているので、その
近似誤差が多かった。
〔発明の目的〕
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、そ
の目的とするところは、３次元形状を為す被測定物体の
形状をその接平面をそれぞれ直接検出することにより、
簡易に、且つ高精度に測定し得るようにした形状測定装
置を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は可動アーム体の先端部に設けられたプローブを
被測定物体の各面にそれぞれ当接させ、上記プローブの
基準位置に対する位置および該プローブの上記面に対す
る当接方向から前記被測定物体の各接平面をそれぞれめ
てその３次元形状を測定するようにしたものである。
（発明の効果） かくして本発明によれば、被測定物体の接平面をプロー
ブの基準点に対する位置および面に対する当接方向から
直接求めるので、従来の頂点位置をそれぞれめる計測装
置に比して少ない副側回数で効率良く、且つ近似誤差を
少なくして該被測定物体の３次元形状を高精度にめるこ
とが可能となる。つまり多角形平面で構成される被測定
物体についてはその接平面をそれぞれ高精度に、且つ少
ない計測回数でめ得ることは勿論のこと、曲面を有する
被測定物体であってもその曲面の近似接平面を高精度に
め得るので、従来に比して遥かに近似誤差を少なくして
その３次元物体形状を測定することが可能となり、その
実用的利点が絶大である。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例につき図面を参照して説明する
。
第２図は実施例装置の概略構成図である。図中１は平面
基板であり、この基板１にはその面内で回転自在に支柱
２が設けられている。この支柱２の上端部には前記基板
１の面に垂直な１つの平面内で回動自在に第１のアーム
体３．第２のアーム体４および第３のアーム体５が直列
に設けられている。第３のアーム体５は、プローブ支持
体６を介してプローブ７を上記回動平面およびこの回動
平面と直角な面に回動自在に支持したち・のである。
そして、このプローブ７はその軸に垂直な平板を有し、
この平板を被測定物体の面に当接させるものとなってい
る。
しかしてこの装置は、前記基板１の面を基準としたｘ−
ｙ−ｚ空間を第３図に示す如く定義するように、基板１
が形成するｘ−ｙ平面に対してＸ軸方向に設けられた前
記支柱２がＸ軸方向に対してφなる角度で回動するよう
になっており、第１のアーム体３は上記支柱２の上端部
の高さｈの位置ｘ１を基準として前記Ｘ−Ｖ平面に対し
てθ１の角度で回動するようになっている。また第２の
アーム体４は前記第１のアーム体３との連結点ｘ２を回
動中心とし、且つ該第１のアーム体３に対してθ２の角
度で回動し、また第３のアーム体５は第２のアーム体４
との連結点ｘ３を回動中心とし、且つ該第２のアーム体
４に対してθ３なる角度で回動するようになっている。
しかして前記アーム支持体６は上記第３のアーム体５に
対する回動中心をＸ４として前記各アーム体の回動方向
と同じ方向にプローブ７をθ４の角度で回動し、またこ
の回動面に対して直角方向に前記プローブ７をψの角度
で回動するようになっている。尚、前記各アーム体の長
さは、それぞれ℃１．β２１℃３として与えられる。そ
してプローブ７は上記アーム支持体６の回動中心×４か
ら距ｍλ４の位置×０に設けられ、任意の方向に向けら
れるようになっている。
しかして、上記の如く構成された装置の各回動部には第
４図に示すようにそれぞれポテンショメータ１１ａ、〜
１１「が設けられ、上述した各回動角φ、θ１．θ２．
θ３．θ４．ψが５１測されている。そしてこれらのポ
テンショメータによりそれぞれ計測された各回動角の情
報は、演算装置１２に与えられている。この演算装置１
２はレジスタ１３にプリセットされた前記各アーム体の
長さ等、ｈ。
！２１．λ２．β３，２４の既知データを入力して前記
プローブ７の位置ｘＯおよび該プローブ１が当接した被
測定物体の面、即ちその接平面の角度を計算するもので
ある。
即ち、今Ｘ１の座標を（ｘｉ、　ｙｌ、　ｚｉ）で表わ
すものとすると、前記ｘ１の座標は で示される。また×２の座標は で示される。同様にしてｘ３．　ｘ４．　ｘＯの座標は
それぞれ次のように示される。
但し、 ａ＝　ｓｉｎ’　（ｃｏｓψ　５ｉｎ（θ１−θ２−θ
３−θ４））β＝　ｔａＩＶｌ（ｔａｎφ／ｃｏｓ（θ
１−θ２−θ３−θ４））である。従って、前記プロー
ブ７の位置座標Ｘ。
は次のように８１算できる。即ち、上述した各式を整理
して としてめられる。ここで前記プローブ７が当接した被測
定物体の接平面に対する法線の方向は、前記Ｚ軸のまわ
りにＸ軸から（φ＋β）、ｘ−ｙ平面より上方向へαの
角度で傾く向きとなる。従って、上記接平面は次のよう
に表わされる。
（Ｘ−１−ＸＯ）　ｃｏＳａ　ｃｏｓ　（φ＋β）＋　
（ｙ＋ｙＯ）　ｃｏｓα５ｉｎ（φ＋β）＋　（ｚ＋ｚ
Ｏ）　ｓｉｎα＝０ このようにして被測定物体の接平面をそれぞれ計測する
ことによって、複数の接平面で構成される被測定物体の
３次元形状を効果的に測定することが可能となる。
尚、被測定物体の面が曲面で構成されているような場合
には、例えば第５図に示すようにその接平面を近似的に
それぞれめるようにすれば良い。
つまり１つの曲面を複数の接平面で表現するようにすれ
ばよい。この場合、第６図に示すようにプローブ７の当
接面を平行移動させても、その接平面の角度が変わるこ
とがないので、そこに生じる近似誤差は極めて小さいも
のとなる。従って、その計測精度が損われる虞れがない
。
かくして上述した本装置によれば、四角形以上の多角形
によって構成される多面体からなる被測定物体の形状を
測定する場合、従来の各頂点を測定するものに比してそ
の測定回数を大幅に少なくすることができる。しかも各
接平面をそれぞれ直接測定するので近似誤差の要因が極
めて少なく、故に高精度な形状測定が可能となる。また
被測定物体が凸面で囲まれている場合には、計測された
複数の接平面からなる近似多面体は前述したように実際
の曲面に内接したものとなるが、被測定物体を所謂ひな
型として鋳物型の設計を行う場合等、外接多角形近似で
設計された成形物は上記鋳型が前記ひな型よりも大きめ
に現われるので、その修正等に都合が良い等の効果が奏
せられる。
尚、本発明は上記実施例に限定されるものではない。例
えば前記プローブ７を支持するアーム体の構成や、その
運動自由性等は仕様に応じて定めれば良いものである。
またプローブ７の形状を小−さなものとしておくことに
より、凹面の接平面を８１測するようにすることも可能
である。要するに本発明はその要旨を逸脱しない範囲で
種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は被測定物体の一例と従来の計測法の問題点を説
明する為の図、第２図乃至第６図は本発明の一実施例を
示すもので、第２図は装置の概略構成図、第３図は実施
例装置の座標空間を示す図、第４図は接平面の計測部の
構成を示す図、第５図および第６図は実施例装置の作用
を説明する図である。 １・・・基板、２・・・支柱、３，４．５・・・アーム
体、プローブ支持体、ｌ・・・プローブ。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第２図 第３］ Ｘつ ｊＩ４図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 可動アーム体の先端部に設（プられて被測定物体の面に
    当接するプローブの、基準点に対する位置および該プロ
    ーブの上記面に対する当接方向から前記被測定物体の各
    接平面をそれぞれ計測して前記被測定物体の形状を測定
    してなることを特徴とする形状測定装置。
JP59027424A 1984-02-16 1984-02-16 形状測定装置 Pending JPS60170709A (ja)

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DE8585300949T DE3563652D1 (en) 1984-02-16 1985-02-13 Device for measuring the shape of a three-dimensional object
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