角度情報をベースとする多自由度位置・姿勢検出法の研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11305013
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 清野 慧 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (40005468)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 張 世宙 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30282099) ; 山中 将 東北大学, 大学院・工学研究科, 講師 (20292229) ; 高 偉 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (70270816) ; 岡崎 祐一 機械技術研究所, 生産システム部, 主任研究官
• Keywords: 位置姿勢検出 / 多自由度 / 角度情報 / センサ / 角度格子 / 光走査 / 精度 / 高速工具サーボ

Research Abstract

本研究では、既知の2次元周期関数に従って角度が変化する目盛(2次元角度格子と呼ぶ)と光学式の2次元角度センサを用いて、2次元角度出力から、角度格子とセンサとの面内の相対並進変位と回転変位及び面外の回転姿勢誤差が分離検出できる新しい位置と姿勢の検出法を提案し、その基本特性を明らかにすることを目的としている。本年度では、まず提案の手法では一組のセンサと格子により、xとyの変位を独立に検出することが可能であることを原理的に示した。また変位測定システムの中心的役割を担う角度センサを開発し、角度格子をこのセンサで測定することによりx、yの角度の独立性を確認し、面内変位検出実現の可能性を提示した。なお、2次元角度格子の形状誤差(理想的な正弦波からの偏差)が位置検出精度に影響を与える問題に対処するために、音響光学素子を用いて角度格子上を光スポットで走査し、時間方式の目盛り間内挿法を採用し、その有効性を確認した。この方法は目盛り間内挿の精度に及ぼす角度格子の形状誤差を緩和することができる。また光を走査したときの角度センサの出力から、ピッチング、ローリングなどの姿勢誤差も検出できる。この場合、角度格子の格子間隔のぱらつきが誤差要因として残るが、マルチ光源を採用することによって、その影響を低減し、位置検出精度を向上させることができた。さらに、本年度では、超精密旋削において、工具切り込み量を高速かつ精密に制御することで、2次元角度格子の創成を可能にした。また、2次元角度格子創成時における誤差要因等の考察、及び除去手法についても検討し、2次元角度格子製作の高精度化を行った。

Research Products

• [Publications] 小倉一朗、清野慧、岡崎祐一: "2次元角度格子と2次元角度センサを組み合わせた面内変位検出機構の開発"精密工学会誌. 66・2. 272-276 (2000)
• [Publications] 清野慧、清水裕樹、星野唯、高偉: "角度情報をベースとする多自由度位置・姿勢検出法の研究"2000年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集. (発表予定). (2000)
• [Publications] 清野慧、星野唯、高偉: "光スポット走査型角度センサによる位置検出の研究"日本機会学会IIP部門講演会講演論文集. (発表予定). (2000)
• [Publications] 清野慧、須藤、正守、高偉: "2次元角度格子製作システムの開発(第1報)"平成11年度日本機会学会東北支部講演会講演論文集. (発表予定). (2000)
• [Publications] Satoshi Kiyono,Tadashi Hoshino and Wei Gao: "A New Method of Position Detection Based on an Optical Angular Sensor System"MECHATRONICS 2000, Warsaw, Poland. (発表予定). (2000)