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 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11305013
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 清野 慧 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (40005468)
• 研究分担者: 清水 浩貴 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (50323043) ; 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
• キーワード: 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 / 自律校正

研究概要

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。本年度はまず前年度の結果を踏まえて、光走査型センサを製作し、このセンサを用いて姿勢検出実験を行った。2次元方向の姿勢(ピッチング角、ローリング角)を分離して検出することができ、それぞれの姿勢検出の繰り返し精度は約5秒であった。さらに角度センサの出力から姿勢と並進移動を分離する手法を提案した。それによって、一つの角度センサでXY2自由度の位置とピッチング、ローリング角の2自由度姿勢を同時に測定できるようになった。次に、角度格子のピッチ間隔誤差が測定精度に影響を与える問題に対処するために、ピッチ間隔を外部基準を用いずに自律的に校正する手法を提案し、位置・姿勢検出精度の向上を目指した。その結果、自律校正法で求めた格子間隔誤差を補正することによって、位置検出誤差が約15μmから1μm程度に低減することができた。また、デジタルオシロスコープを用いて、角度センサの出力波形を高速にサンプリングして、定量的に解析する手法を導入した。それによって、センサの走査周波数を最適に決めることができる。さらに、本年度では、2次元離散フーリエ変換による角度格子の形状誤差を評価する手法を確立し、実際に製作した2次元角度格子の評価に用いて、その有効性を確認した。

研究成果

• [文献書誌] Ping Cai,Satoshi Kiyono,Wei Gao,and Liangming Lin: "Analysis on the calibration of angle function in angle grid"Proceedings of of SPIE Vol.4222, In-Process Control and Inspection for Industry. 378-382 (2000)
• [文献書誌] Wei Gao,Satoshi Genda and Satoshi Kiyono: "In-process force monitoring in diamond turning of micro-patterns"Proceedings of of SPIE Vol.4222, In-Process Control and Inspection for Industry. 412-416 (2000)
• [文献書誌] 高偉,須藤正守,清野慧: "2次元角度格子製作システムの開発(第2報)角度格子製作の高精度化"日本機械学会2000年度年次大会講演論文集. 519-520 (2000)
• [文献書誌] 清水裕樹,高偉,清野慧: "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-デジタルオシロスコープによる高速サンプリング-"精密工学会東北支部学術講演会. 59-60 (2000)
• [文献書誌] 荒木武,高偉,清野慧: "2次元角度格子の高精度創成に関する研究"日本機械学会東北支部第36期総会・講演会. (発表予定). (2001)
• [文献書誌] 星野唯,高偉,清野慧: "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-角度格子の格子間隔校正による検出精度の向上-"精密工学会2001年度春季学術講演会. (発表予定). (2001)
• [文献書誌] 清野慧,高偉,金井雅也,星野唯,清水裕樹: "多自由度の位置と姿勢の精密検出法の研究"精密工学会誌. (掲載予定). (2001)