JP2972248B2 - 超音波距離計測装置 - Google Patents
超音波距離計測装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は超音波距離計測装置、さらに超音波の伝播を
利用する距離計測技術を取り入れた各種応用装置一般に
関するものである。
利用する距離計測技術を取り入れた各種応用装置一般に
関するものである。
［従来の技術］ 超音波距離計測の応用装置として考案されたものの一
つに超音波座標入力装置がある。以後この装置を例にと
つて本発明についての説明を行う。
つに超音波座標入力装置がある。以後この装置を例にと
つて本発明についての説明を行う。
第12図は一般に考案されている超音波座標入力装置の
概観概略図である。１は座標指示具（以後ペンと呼ぶ）
であり、内部に圧電素子が組み込まれていて先端より所
望の超音波信号を発信する発信器である。2a,2b,2cはセ
ンサであり、ペンから発せられた超音波信号を伝播体３
を介して受信する受信器である。３は伝播体で超音波の
伝播媒体となるガラス，アルミ他等が用いられる。４は
防振材でセンサ2a〜2cにペン１からの直接波以外の反射
波が混入しないようにする目的で設定されている。以上
のような構成をとる超音波座標入力装置において、２個
以上の複数の各センサと指示点の距離より指示点の座標
が計算される。
概観概略図である。１は座標指示具（以後ペンと呼ぶ）
であり、内部に圧電素子が組み込まれていて先端より所
望の超音波信号を発信する発信器である。2a,2b,2cはセ
ンサであり、ペンから発せられた超音波信号を伝播体３
を介して受信する受信器である。３は伝播体で超音波の
伝播媒体となるガラス，アルミ他等が用いられる。４は
防振材でセンサ2a〜2cにペン１からの直接波以外の反射
波が混入しないようにする目的で設定されている。以上
のような構成をとる超音波座標入力装置において、２個
以上の複数の各センサと指示点の距離より指示点の座標
が計算される。
センサと指示点の距離算出方法はさまざまなものが考
案されているが、基本的にはペンから発せられた超音波
信号のセンサまでの到達時間によつて算出する。群速度
vgと位相速度vpとが異なる横超音波を用いる場合、受信
波形に対しエンベローブをとり群到達時間を求めて大ま
かな距離計算を行い、さらに精度を求められる場合には
適当な位置の位相を検知し、位相到達時間を求めてより
細かい精度を出している。
案されているが、基本的にはペンから発せられた超音波
信号のセンサまでの到達時間によつて算出する。群速度
vgと位相速度vpとが異なる横超音波を用いる場合、受信
波形に対しエンベローブをとり群到達時間を求めて大ま
かな距離計算を行い、さらに精度を求められる場合には
適当な位置の位相を検知し、位相到達時間を求めてより
細かい精度を出している。
次に、群到達時間と位相到達時間の２つの時間情報か
らペン・センサ間の距離ｒを算出する手順を説明する。
まず、第13図で示すような電圧をペン内の圧電素子に印
加した場合、センサの受信信号波形は第14図で示すよう
になる。これに対しそのピーク位置を群到達時間tgとし
て検出する場合には、第15図のようにセンサ出力信号に
対して初段増幅器5,全波整流器6,ローパスフイルタ7,微
分回路８の各回路を通し、微分信号のゼロクロスをコン
パレータ９によつて検出し、その時刻を群到達時間tgと
して認識する。
らペン・センサ間の距離ｒを算出する手順を説明する。
まず、第13図で示すような電圧をペン内の圧電素子に印
加した場合、センサの受信信号波形は第14図で示すよう
になる。これに対しそのピーク位置を群到達時間tgとし
て検出する場合には、第15図のようにセンサ出力信号に
対して初段増幅器5,全波整流器6,ローパスフイルタ7,微
分回路８の各回路を通し、微分信号のゼロクロスをコン
パレータ９によつて検出し、その時刻を群到達時間tgと
して認識する。
これにより、ｒ＝υｇ・tgからｒを算出することがで
きるが、エンベローブをもとに時間を検出するという方
法によるため、信号出力の大きさやフイルタ特性の影響
でどうしてもある程度のゆらぎΔｔが発生する。従つて
一般的には、特定の位相ゼロクロスポイントを検出して
時間を決定する方がよりゆらぎの少ない値を得ることが
できる。
きるが、エンベローブをもとに時間を検出するという方
法によるため、信号出力の大きさやフイルタ特性の影響
でどうしてもある程度のゆらぎΔｔが発生する。従つて
一般的には、特定の位相ゼロクロスポイントを検出して
時間を決定する方がよりゆらぎの少ない値を得ることが
できる。
そこで、群到達時間tg決定直後の位相ゼロクロスポイ
ントというように検出ポイントを規定すると、υｇ≠υ
ｐであり距離ｒと共に群の中の位相がずれるため、位相
到達時間tpとして第16図に示すような階段状のものが観
測される。この段は位相の検出ポイントの移動を示すも
ので、各段のつなぎ目は信号の同期Ｔだけ平行移動した
ものとなる。υｇとυｐが等しく常に一定の位相検出ポ
イントを観測できる場合には、このような階段はできず
直線ａのような位相到達時間tpが得られる。
ントというように検出ポイントを規定すると、υｇ≠υ
ｐであり距離ｒと共に群の中の位相がずれるため、位相
到達時間tpとして第16図に示すような階段状のものが観
測される。この段は位相の検出ポイントの移動を示すも
ので、各段のつなぎ目は信号の同期Ｔだけ平行移動した
ものとなる。υｇとυｐが等しく常に一定の位相検出ポ
イントを観測できる場合には、このような階段はできず
直線ａのような位相到達時間tpが得られる。
従つて、階段状に得られるtpを元の直線ａに変換すれ
ばよい。
ばよい。
つまり、 tpa≒（υg/υｐ）tg−tof（tof:オフセツト値） であるが，群到達時間tgはゆらぎが大きいので tpi＝（υg/υｐ）tg−tof−tp（ｎは整数） という性質を利用して tpa＝tp＋Ｔ×Int(tpi/T＋0.5) ＝tp＋Ｔ×Int[{(υg/υｐ)tg−tof＋tp}/T−0.5] とする手続きをとればよい。
このtpaを用い、ペン・センサ間距離ｒは次式で与え
られる。
られる。
ｒ＝υｐ・tpa−rof（rof:オフセツト値） ＝ATp＋Ｂ×Int｛CTg＋DTp＋Ｅ＋0.5｝＋Ｆ A:υｐ B:υｐ・Ｔ＝λ C:（υg/υｐ）/T＝ｆ・（υs/υｐ） D:−1/T＝−ｆ E:−tof/T F:−rof … ［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、以上のような方法でペンとセンサ間の
距離ｒを精度よく算出するには、当然正確な計算定数
（A,B,C,D,E,F）を用いることが大前提となる。ここ
で、回路の遅延時間に起因するオフセツト値Ｅ及びＦ
は、ペンとセンサとの距離ｒが正確に認識されている点
における信号到達時間（tg・tp）を基に逆算されるもの
であるため、定数決定に際しセンサの絶対的な位置を知
ることが必要不可欠となる。
距離ｒを精度よく算出するには、当然正確な計算定数
（A,B,C,D,E,F）を用いることが大前提となる。ここ
で、回路の遅延時間に起因するオフセツト値Ｅ及びＦ
は、ペンとセンサとの距離ｒが正確に認識されている点
における信号到達時間（tg・tp）を基に逆算されるもの
であるため、定数決定に際しセンサの絶対的な位置を知
ることが必要不可欠となる。
ところが、伝播体としてAl等の不透明な材料を用いセ
ンサを裏側に取り付けた場合や、またセンサがホルダ等
により視覚的にみえない場合は、センサの絶対的な位置
を知ることは容易でない。また、センサの接触面は直径
１〜数mmの円形状であることが多く、それ以下のオーダ
ーの精度を要求する場合は、センサの実効的中心点を正
確に知る必要が出てくるが、これもセンサの取り付け状
態などにより微妙に変動するため、検知が容易でない。
ンサを裏側に取り付けた場合や、またセンサがホルダ等
により視覚的にみえない場合は、センサの絶対的な位置
を知ることは容易でない。また、センサの接触面は直径
１〜数mmの円形状であることが多く、それ以下のオーダ
ーの精度を要求する場合は、センサの実効的中心点を正
確に知る必要が出てくるが、これもセンサの取り付け状
態などにより微妙に変動するため、検知が容易でない。
そのため、センサの取り付け精度程のあいまいさがペ
ン・センサ間の距離精度にどうしてもついてまわること
となり、結果として座標精度もこれを反映したあいまい
なものとなつてしまう。
ン・センサ間の距離精度にどうしてもついてまわること
となり、結果として座標精度もこれを反映したあいまい
なものとなつてしまう。
本発明は、前記従来の欠点を除去し、構成部材のばら
つき，取り付け具合のばらつき，経時変化等による最適
定数変動を吸収できる超音波距離計測装置を提供する。
つき，取り付け具合のばらつき，経時変化等による最適
定数変動を吸収できる超音波距離計測装置を提供する。
［課題を解決するための手段］ この課題を解決するために、本発明の超音波距離計測
装置は、群速度と位相速度が異なる超音波を発信具から
伝播体に発信し、該伝播体を介して所定位置に設置した
受信具によりこの伝播波の群全体の伝播遅延時間及び伝
播波中の所定部分の位置に関する伝播遅延時間の両者か
ら発信具と受信具の距離を計測する超音波距離計測装置
であって、伝播体の任意の位置で、前記発信具を移動さ
せながら連続的に発信された超音波を受信する受信手段
と、前記受信手段より受信された受信波形の位相に関す
る伝播遅延時間が所定値以上不連続に変化したか否かを
順次識別する識別手段と、前記発信具の移動開始時点に
おいて予め定めた所定の整数値から、不連続点を認識す
る毎に、伝播遅延時間が増加する場合には該整数値を＋
１し、伝播遅延時間が減少する場合には該整数値を−１
し、不連続点を検出しない場合は該整数値をそのままの
値に維持するようにし、前記整数値を各超音波発信ごと
の群伝播遅延時間及び位相伝播遅延時間に対応させる対
応手段と、前記受信具と発信具間の距離を算出する場合
に、位相検出点の測定距離による不連続性にもとづく整
数化処理関数内の小数点以下のオフセット定数値を、前
記整数値と対応する群伝播遅延時間及び位相伝播遅延時
間を使用して連立方程式または最小二乗法等の統計処理
によって求めて校正する校正手段とを有することを特徴
とする。
装置は、群速度と位相速度が異なる超音波を発信具から
伝播体に発信し、該伝播体を介して所定位置に設置した
受信具によりこの伝播波の群全体の伝播遅延時間及び伝
播波中の所定部分の位置に関する伝播遅延時間の両者か
ら発信具と受信具の距離を計測する超音波距離計測装置
であって、伝播体の任意の位置で、前記発信具を移動さ
せながら連続的に発信された超音波を受信する受信手段
と、前記受信手段より受信された受信波形の位相に関す
る伝播遅延時間が所定値以上不連続に変化したか否かを
順次識別する識別手段と、前記発信具の移動開始時点に
おいて予め定めた所定の整数値から、不連続点を認識す
る毎に、伝播遅延時間が増加する場合には該整数値を＋
１し、伝播遅延時間が減少する場合には該整数値を−１
し、不連続点を検出しない場合は該整数値をそのままの
値に維持するようにし、前記整数値を各超音波発信ごと
の群伝播遅延時間及び位相伝播遅延時間に対応させる対
応手段と、前記受信具と発信具間の距離を算出する場合
に、位相検出点の測定距離による不連続性にもとづく整
数化処理関数内の小数点以下のオフセット定数値を、前
記整数値と対応する群伝播遅延時間及び位相伝播遅延時
間を使用して連立方程式または最小二乗法等の統計処理
によって求めて校正する校正手段とを有することを特徴
とする。
［作用］ かかる構成において、受信具と発信具間の距離を算出
する場合に、位相検出点の測定距離による不連続性にも
とづく整数化処理関数内の小数点以下のオフセット定数
値を、整数値と対応する群伝播遅延時間及び位相伝播遅
延時間を使用して連立方程式または最小二乗法等の統計
処理によって求めて校正することにより、構成部材のば
らつき、取り付け具合のばらつき、経時変化等による最
適定数変動を吸収できる。
する場合に、位相検出点の測定距離による不連続性にも
とづく整数化処理関数内の小数点以下のオフセット定数
値を、整数値と対応する群伝播遅延時間及び位相伝播遅
延時間を使用して連立方程式または最小二乗法等の統計
処理によって求めて校正することにより、構成部材のば
らつき、取り付け具合のばらつき、経時変化等による最
適定数変動を吸収できる。
［実施例］ 以下添付図面を参照して、本発明の実施例を説明す
る。
る。
第１図は実施例の超音波座標入力装置の構成例を示す
図である。図中、１は振動ペン、２はセンサ、３は振動
板、４は防振材であり、振動ペン１はペン制御部10によ
りその制御をされ、センサ制御部20には第16図に示す各
回路が含まれていても良い。100は演算制御用のCPU、10
1は較正プログラム101a等の制御プログラムを格納するR
OM、102は補助記憶用RAMで、定数記憶部102aには例えば
本例の定数A,B,C,D,E,Fを記憶する。103は入力座標を表
示画面等に出力する出力部である。
図である。図中、１は振動ペン、２はセンサ、３は振動
板、４は防振材であり、振動ペン１はペン制御部10によ
りその制御をされ、センサ制御部20には第16図に示す各
回路が含まれていても良い。100は演算制御用のCPU、10
1は較正プログラム101a等の制御プログラムを格納するR
OM、102は補助記憶用RAMで、定数記憶部102aには例えば
本例の定数A,B,C,D,E,Fを記憶する。103は入力座標を表
示画面等に出力する出力部である。
＜第１実施例＞ 第２図〜第４図により、本発明の第１実施例を説明す
る。
る。
まず、何らかのモード切り換えスイツチにより通常の
動作モードから較正モードに移る。次に座標入力有効エ
リア内で任意の曲線を、例えば第２図のように描き、そ
の際適当な時間間隔で超音波信号到達時間（tg・tp）を
サンプリングする。このサンプリング時間はtgの検出ポ
イントが一周期ずれる（第16図に示すtpの階段の切れ
目）のを確実に検出できる範囲である必要がある。その
ように（tg・tp）をサンプリングした結果の例を第３図
に示す。このrs−tpの関係図において階段ごとに整数の
番号をつける。たとえば始点を０としてセンサから離れ
てゆく方向で次の段のデータになるごとに＋１してゆ
く。これらの整数の番号Ｎは実際にはInt関数で求まる
整数値ｎに対して一定整数値OFだけずれたものである。
従つて、この時のデータ群（N,tg,tp）に対し、 という関係式ができ、これに基づいてC,D,E＋OFを統計
的に、例えば最小二乗法などの方法により最適化して推
定できる。
動作モードから較正モードに移る。次に座標入力有効エ
リア内で任意の曲線を、例えば第２図のように描き、そ
の際適当な時間間隔で超音波信号到達時間（tg・tp）を
サンプリングする。このサンプリング時間はtgの検出ポ
イントが一周期ずれる（第16図に示すtpの階段の切れ
目）のを確実に検出できる範囲である必要がある。その
ように（tg・tp）をサンプリングした結果の例を第３図
に示す。このrs−tpの関係図において階段ごとに整数の
番号をつける。たとえば始点を０としてセンサから離れ
てゆく方向で次の段のデータになるごとに＋１してゆ
く。これらの整数の番号Ｎは実際にはInt関数で求まる
整数値ｎに対して一定整数値OFだけずれたものである。
従つて、この時のデータ群（N,tg,tp）に対し、 という関係式ができ、これに基づいてC,D,E＋OFを統計
的に、例えば最小二乗法などの方法により最適化して推
定できる。
しかし、ＥとOFについては分離することができない。
ところがＥは検出回路系の遅延時間に起因する項であ
り、実用の回路においては１以上の実数となるのでＥの
整数分Int｛Ｅ｝についてはｒ算出式中においてＢ・Int
｛Ｅ｝としてInt回路から外に出すと、Ｆと共にｒ計算
のオフセツト量とみることができる。従つて、本実施例
においては Ｅ＝（Ｅ＋OF）−Int｛（Ｅ＋OF）｝ … として（Ｅ＋OF）の小数部のみをＥとして採用する。以
上の手続きにより求められたＥを、新たに最適定数とし
て定数記憶部102aの書き換えを行い、RAMバックアップ
を行う。
ところがＥは検出回路系の遅延時間に起因する項であ
り、実用の回路においては１以上の実数となるのでＥの
整数分Int｛Ｅ｝についてはｒ算出式中においてＢ・Int
｛Ｅ｝としてInt回路から外に出すと、Ｆと共にｒ計算
のオフセツト量とみることができる。従つて、本実施例
においては Ｅ＝（Ｅ＋OF）−Int｛（Ｅ＋OF）｝ … として（Ｅ＋OF）の小数部のみをＥとして採用する。以
上の手続きにより求められたＥを、新たに最適定数とし
て定数記憶部102aの書き換えを行い、RAMバックアップ
を行う。
以上の流れを第４図のフローチヤートに示す。
ステップS41〜S44では所定間隔で（tg,tp）を入力し
て整数値ｎを決定し、これから最小二乗法により最適値
を求める為、所定データ数、本例では100個の入力値に
よる統計計算をする。100個の入力が終ると、ステツプS
45でC,D,（Ｅ＋OF）を算出し、ステツプS46でRAM102内
の定数記憶部102aの内容を書き替える。
て整数値ｎを決定し、これから最小二乗法により最適値
を求める為、所定データ数、本例では100個の入力値に
よる統計計算をする。100個の入力が終ると、ステツプS
45でC,D,（Ｅ＋OF）を算出し、ステツプS46でRAM102内
の定数記憶部102aの内容を書き替える。
＜第２実施例＞ 第５図，第６図により、本発明の第２実施例を説明す
る。
る。
まず、何らかのモード切り換えスイツチにより通常の
動作モードから較正モードに移る。次に座標値が既知で
ある４点、例えば第５図に示すＡ〜Ｄの各点をポイント
し、超音波信号到達時間（tg・tp）を各センサ０と１と
が取り込む。
動作モードから較正モードに移る。次に座標値が既知で
ある４点、例えば第５図に示すＡ〜Ｄの各点をポイント
し、超音波信号到達時間（tg・tp）を各センサ０と１と
が取り込む。
一方、ｘ座標を第５図のように設定したときｘ座標の
計算は次のようになされる。例えばＡ点では、 となり、これを次のように整理する。
計算は次のようになされる。例えばＡ点では、 となり、これを次のように整理する。
υｐについては他の手段で求めることが可能であり、
既知でると考えることができる。従つて、式における
未知数は、1/X,F0/X,F1/X,Sの４つである。よつて、座
標値ｘが既知である４点のデータ（x,,m,n）Ａ〜（x,
,m,n）Ｄをもとに決定することができ、F0,F1,X,Sが
得られる。
既知でると考えることができる。従つて、式における
未知数は、1/X,F0/X,F1/X,Sの４つである。よつて、座
標値ｘが既知である４点のデータ（x,,m,n）Ａ〜（x,
,m,n）Ｄをもとに決定することができ、F0,F1,X,Sが
得られる。
なお、さらに信頼性の高い数値が得たい場合は、指示
ポイント数を増やし最小二乗などの統計処理を行い1/X,
F0/X,F1/X,Sを求めればよい。
ポイント数を増やし最小二乗などの統計処理を行い1/X,
F0/X,F1/X,Sを求めればよい。
本実施例を行うことにより、２センサの距離及び距離
計算を行う際のオフセツト値を容易に推定することが可
能となり、製品個別におこりうるセンサ位置のずれ、検
出計処理時間のばらつき、さらには経年変化によるそれ
らの変動を個別に較正することが可能となる。
計算を行う際のオフセツト値を容易に推定することが可
能となり、製品個別におこりうるセンサ位置のずれ、検
出計処理時間のばらつき、さらには経年変化によるそれ
らの変動を個別に較正することが可能となる。
本実施例の動作手順を第６図にフローチヤートで示
す。
す。
まず、ステツプS61で較正用の基準点（Ａ〜Ｄ）の指
示により、センサ０と１への（tg,tp）を入力し、ステ
ツプS62で（x,,m,n）Ａ〜（x,,m,n）Ｄを算出し、
これを連立方程式で解いて、 定数（1/X,F0/X,F1/X,S）を求める。
示により、センサ０と１への（tg,tp）を入力し、ステ
ツプS62で（x,,m,n）Ａ〜（x,,m,n）Ｄを算出し、
これを連立方程式で解いて、 定数（1/X,F0/X,F1/X,S）を求める。
ステツプS64で、上記定数でRAM102内の定数記憶部102
aを書き替える。
aを書き替える。
本実施例においては、実際に座標入力として使用する
絶対座標におけるｘ座標（またはｙ座標）と信号の到達
時間（tg・tp）より定数を推定するものであるから、例
えばｘ座標を算出するための２つのセンサはｘ座標と平
行に並んでいるものとして推定される。それ故、現実に
２つのセンサが平行から微妙にずれている場合にも、そ
れとは無関係に較正用に入力する座標既知のポイントに
おける絶対座標を算出するような計算定数F0,F1,Xを推
定することとなる。
絶対座標におけるｘ座標（またはｙ座標）と信号の到達
時間（tg・tp）より定数を推定するものであるから、例
えばｘ座標を算出するための２つのセンサはｘ座標と平
行に並んでいるものとして推定される。それ故、現実に
２つのセンサが平行から微妙にずれている場合にも、そ
れとは無関係に較正用に入力する座標既知のポイントに
おける絶対座標を算出するような計算定数F0,F1,Xを推
定することとなる。
従つて、較正用ポイントを有効エリアの広い範囲で設
定し、最小二乗等の平均化処理を行えば、２つのセンサ
の並びと座標との平行のずれによる影響を最小限におし
とどめるようなF0,F1,Xを推定することになり、平行の
ずれによる座標精度の低下が重大な問題となるような非
常に高精度な座標精度を要求される場合でないときに
は、本実施例は特に有効であり平行のずれによる座標精
度の低下を簡単なアルゴリズムで最小限におさえ込む効
果がある。
定し、最小二乗等の平均化処理を行えば、２つのセンサ
の並びと座標との平行のずれによる影響を最小限におし
とどめるようなF0,F1,Xを推定することになり、平行の
ずれによる座標精度の低下が重大な問題となるような非
常に高精度な座標精度を要求される場合でないときに
は、本実施例は特に有効であり平行のずれによる座標精
度の低下を簡単なアルゴリズムで最小限におさえ込む効
果がある。
＜第３実施例＞ 第７図，第８図により、本発明の第３実施例を説明す
る。
る。
前記第２実施例においては、センサ並びと絶対座標と
の平行からのずれについて、計算定数F0,F1,Xの値を操
作することにより、その影響を最小限に押さえる効果が
あることを述べた。しかし、Ｘ−Ｙ座標入力装置等にお
いて、より高い座標精度を求める場合は、２センサ並び
と絶対座標との平行からのずれをもともと考慮した座標
計算式を用いる必要がある。ｘ座標算出用に２個,y座標
算出用に２個のセンサを組み込んだ座標入力装置を例と
して、各センサの並びとｘ座標及びｙ座標とのそれぞれ
の平行からのずれを考慮した座標算出式を用いる計算定
数推定アルゴリズムを説明する。
の平行からのずれについて、計算定数F0,F1,Xの値を操
作することにより、その影響を最小限に押さえる効果が
あることを述べた。しかし、Ｘ−Ｙ座標入力装置等にお
いて、より高い座標精度を求める場合は、２センサ並び
と絶対座標との平行からのずれをもともと考慮した座標
計算式を用いる必要がある。ｘ座標算出用に２個,y座標
算出用に２個のセンサを組み込んだ座標入力装置を例と
して、各センサの並びとｘ座標及びｙ座標とのそれぞれ
の平行からのずれを考慮した座標算出式を用いる計算定
数推定アルゴリズムを説明する。
まず、絶対座標と各センサ０〜３の位置が第７図のよ
うであるとする。センサ０〜３が作る座標系をｘ′−
ｙ′とし絶対座標をｘ−ｙとすると、両座標系の間には
次のような関係式が成立する。
うであるとする。センサ０〜３が作る座標系をｘ′−
ｙ′とし絶対座標をｘ−ｙとすると、両座標系の間には
次のような関係式が成立する。
このような一時変換による補正を行うことで、製品個
別に生じるセンサ位置のバラツキを吸収することができ
る。この際の定数決定方法を次に述べる。
別に生じるセンサ位置のバラツキを吸収することができ
る。この際の定数決定方法を次に述べる。
ｘ＝A1 ｘ＋A2mx−A3nx＋A4 ｙ＋A5my−A6ny＋A7 … ｙ＝B1 ｘ＋B2mx−B3nx＋B4 ｙ＋B5my−B6ny＋B7 … υｐについては他の手段で求めることが可能であり既
知であると考えることができる。従つて、式，にお
ける未知数は各々７つである。よつて、座標値が既知で
ある７つのポイントにおける（tg・tp）をもとにした７
つのデータセツト（x,x,mx,nx,y,my,ny）１〜（x,
x,mx,nx,y,my,ny）７をもとに係数A1〜A7を、また
（y,x,mx,nx,y,my,ny）１〜（y,x,mx,nx,y,my,
ny）７をもとに係数B1〜B7を決定することができる。
知であると考えることができる。従つて、式，にお
ける未知数は各々７つである。よつて、座標値が既知で
ある７つのポイントにおける（tg・tp）をもとにした７
つのデータセツト（x,x,mx,nx,y,my,ny）１〜（x,
x,mx,nx,y,my,ny）７をもとに係数A1〜A7を、また
（y,x,mx,nx,y,my,ny）１〜（y,x,mx,nx,y,my,
ny）７をもとに係数B1〜B7を決定することができる。
以上の流れを第８図のフローチヤートで説明する。
ステツプS81では７つの較正用基準点を指示し、各ポ
イントでのセンサ０〜３での（tg,tp）を算出する。ス
テツプS82で各ポイントでの（x,n,mn,nx,y,my,ny）
及び（y,x,mn,nn,y,my,ny）を算出する。ステツプS
83で式，からA1〜A7とB1〜B7を求め、ステツプS84
でRAM102の定数記憶部102aを書き替える。
イントでのセンサ０〜３での（tg,tp）を算出する。ス
テツプS82で各ポイントでの（x,n,mn,nx,y,my,ny）
及び（y,x,mn,nn,y,my,ny）を算出する。ステツプS
83で式，からA1〜A7とB1〜B7を求め、ステツプS84
でRAM102の定数記憶部102aを書き替える。
A1〜A7及びB1〜B7は、これまで述べてきたようにセン
サ位置，検出系遅延時間に関する項であり、どちらもそ
の実際の値を精密に計測することは大変むずかしく、例
えば一旦市場に出た製品に関しては再計測することは事
実上不可能であるが、本実施例を行うことで、実際のセ
ンサ位置，検出系遅延時間を計測することなく、簡単に
それらに関与した計算定数を知ることができ、経時変化
などに対する構成が実現する。
サ位置，検出系遅延時間に関する項であり、どちらもそ
の実際の値を精密に計測することは大変むずかしく、例
えば一旦市場に出た製品に関しては再計測することは事
実上不可能であるが、本実施例を行うことで、実際のセ
ンサ位置，検出系遅延時間を計測することなく、簡単に
それらに関与した計算定数を知ることができ、経時変化
などに対する構成が実現する。
＜第４実施例＞ 第９図〜第11図により、本発明の第４実施例を説明す
る。
る。
前記第１実施例においては、任意の曲線を描くことに
よりInt関数内の計算定数を決定することを述べた。と
ころが、座標入力有効エリアの全範囲にわたつて信頼性
の高い定数を得るためには、各センサにおいて近距離か
ら遠距離にわたる広い範囲のデータをサンプリングする
必要がある。しかしそのようにすると、かなり長い曲線
を描くことになつて簡易性が失われる。そこで、本実施
例においてはセンサに近接する適当長の曲線及びセンサ
から遠方の適当長の曲線を入力する。この様子を第９図
及び第10図に示す。それぞれのサンプリングデータ（N,
tg,tp）A,（N,tg,tp）Ｂに対し、第１実施例と同様にC.
D.E＋OFを統計的に求める。そして、その結果の（Ｅ＋O
F）Ａと（Ｅ＋OF）Ｂの差はデータ群Ａとデータ群Ｂに
おける整数値Ｎの基準値の違いであるから、データ群Ｂ
の整数値Ｎに対して全て、 Int＋｛（Ｅ＋OF）Ａ−（Ｅ＋OF）Ｂ＋0.5｝ … の値を加えてやり、あらためてデータ群（Ｅ＋OF）Ａと
（Ｅ＋OF）Ｂをあわせて定数C.D.E＋OFを統計的に求め
る。
よりInt関数内の計算定数を決定することを述べた。と
ころが、座標入力有効エリアの全範囲にわたつて信頼性
の高い定数を得るためには、各センサにおいて近距離か
ら遠距離にわたる広い範囲のデータをサンプリングする
必要がある。しかしそのようにすると、かなり長い曲線
を描くことになつて簡易性が失われる。そこで、本実施
例においてはセンサに近接する適当長の曲線及びセンサ
から遠方の適当長の曲線を入力する。この様子を第９図
及び第10図に示す。それぞれのサンプリングデータ（N,
tg,tp）A,（N,tg,tp）Ｂに対し、第１実施例と同様にC.
D.E＋OFを統計的に求める。そして、その結果の（Ｅ＋O
F）Ａと（Ｅ＋OF）Ｂの差はデータ群Ａとデータ群Ｂに
おける整数値Ｎの基準値の違いであるから、データ群Ｂ
の整数値Ｎに対して全て、 Int＋｛（Ｅ＋OF）Ａ−（Ｅ＋OF）Ｂ＋0.5｝ … の値を加えてやり、あらためてデータ群（Ｅ＋OF）Ａと
（Ｅ＋OF）Ｂをあわせて定数C.D.E＋OFを統計的に求め
る。
本実施例により、センサから近い距離と遠い距離とを
平均化した最適定数を、比較的短い距離の２つの曲線を
入力することにより決定することができる。なお、求め
られる平均化の程度により入力する曲線の数を３つ以上
に増やすことも可能である。その際は２つの場合と同様
に、整数値Ｎの基準値を全て統一する作業を経て全てデ
ータ群に対し統計処理を行い、定数C,D,E＋OFを求め
る。
平均化した最適定数を、比較的短い距離の２つの曲線を
入力することにより決定することができる。なお、求め
られる平均化の程度により入力する曲線の数を３つ以上
に増やすことも可能である。その際は２つの場合と同様
に、整数値Ｎの基準値を全て統一する作業を経て全てデ
ータ群に対し統計処理を行い、定数C,D,E＋OFを求め
る。
上記の流れを第11図のフローチヤートに示す。
まず、ステツプS111でセンサに近い曲線Ａを入力し、
ステツプS112でC,D,（Ｅ＋OF）Ａを算出する。次に、ス
テツプS113でセンサに遠い曲線Ｂを入力し、ステツプS1
14でC,D,（Ｅ＋OF）Ｂを算出する。ステツプS115で式
に従つて曲線Ａによるデータ群と曲線Ｂによるデータ群
の整数値の基準値を統一し、ステツプS116で新たに平均
化されたC,D,（Ｅ＋OF）を算出する。ステツプS117でRO
M102内の定数記憶部102aを書き替える。
ステツプS112でC,D,（Ｅ＋OF）Ａを算出する。次に、ス
テツプS113でセンサに遠い曲線Ｂを入力し、ステツプS1
14でC,D,（Ｅ＋OF）Ｂを算出する。ステツプS115で式
に従つて曲線Ａによるデータ群と曲線Ｂによるデータ群
の整数値の基準値を統一し、ステツプS116で新たに平均
化されたC,D,（Ｅ＋OF）を算出する。ステツプS117でRO
M102内の定数記憶部102aを書き替える。
［発明の効果］ 本発明により、構成部材のばらつき、取り付け具合の
ばらつき、経時変化等による最適定数変動を吸収する超
音波距離計測装置を提供できる。
ばらつき、経時変化等による最適定数変動を吸収する超
音波距離計測装置を提供できる。
すなわち、伝播体の任意の位置で、前記発信具を移動
させながら連続的に発信された超音波を受信し、受信さ
れた受信波形の位相に関する伝播遅延時間が所定値以上
不連続に変化したか否かを順次識別し、発信具の移動開
始時点において予め定めた所定の整数値から、不連続点
を認識する毎に、伝播遅延時間が増加する場合には該整
数値を＋１し、伝播遅延時間が減少する場合には該整数
値を−１し、不連続点を検出しない場合は該整数値をそ
のままの値に維持するようにし、前記整数値を各超音波
発信ごとの群伝播遅延時間及び位相伝播遅延時間に対応
させ、前記受信具と発信具間の距離を算出する場合に、
位相検出点の測定距離による不連続性にもとづく整数化
処理関数内の小数点以下のオフセット定数値を、前記整
数値と対応する群伝播遅延時間及び位相伝播遅延時間を
使用して連立方程式または最小二乗法等の統計処理によ
って求めて校正することにより、構成部材のばらつき、
取り付け具合のばらつき、経時変化等による最適定数変
動を簡単な操作で吸収することが可能になり、種々の超
音波距離計測応用装置が量産実用化できる。
させながら連続的に発信された超音波を受信し、受信さ
れた受信波形の位相に関する伝播遅延時間が所定値以上
不連続に変化したか否かを順次識別し、発信具の移動開
始時点において予め定めた所定の整数値から、不連続点
を認識する毎に、伝播遅延時間が増加する場合には該整
数値を＋１し、伝播遅延時間が減少する場合には該整数
値を−１し、不連続点を検出しない場合は該整数値をそ
のままの値に維持するようにし、前記整数値を各超音波
発信ごとの群伝播遅延時間及び位相伝播遅延時間に対応
させ、前記受信具と発信具間の距離を算出する場合に、
位相検出点の測定距離による不連続性にもとづく整数化
処理関数内の小数点以下のオフセット定数値を、前記整
数値と対応する群伝播遅延時間及び位相伝播遅延時間を
使用して連立方程式または最小二乗法等の統計処理によ
って求めて校正することにより、構成部材のばらつき、
取り付け具合のばらつき、経時変化等による最適定数変
動を簡単な操作で吸収することが可能になり、種々の超
音波距離計測応用装置が量産実用化できる。
第１図は本実施例の超音波距離計測装置の構成を示すブ
ロツク図、 第２図は第１実施例における較正用データの入力の例を
示す図、 第３図は第１実施例における較正用データの一例を示す
図、 第４図は第１実施例を示すフローチヤート、 第５図はｘ座標算出式の説明図、 第６図は第２実施例を示すフローチヤート、 第７図はセンサ座標系と絶対座標系のずれの例を示す説
明図、 第８図は第３実施例を示すフローチヤート、 第９図は第４実施例における較正用データの入力例を示
す図、 第10図は第４実施例における較正用データの一例を示す
図、 第11図は第４実施例を示すフローチヤート、 第12図は座標入力装置の概略図、 第13図はペン駆動信号を示す図、 第14図はセンサ受信信号を示す図、 第15図は超音波信号到達時間を決定する検出系の概略
図、 第16図は距離算出式の説明図である。 図中、１……座標指示具、2,2a〜2c……センサ、３……
伝播体、４……防振材、10はペン制御部、20……センサ
制御部、100……CPU、101……ROM、101a……較正プログ
ラム、102……RAM、102a……定数記憶部、103……出力
部である。
ロツク図、 第２図は第１実施例における較正用データの入力の例を
示す図、 第３図は第１実施例における較正用データの一例を示す
図、 第４図は第１実施例を示すフローチヤート、 第５図はｘ座標算出式の説明図、 第６図は第２実施例を示すフローチヤート、 第７図はセンサ座標系と絶対座標系のずれの例を示す説
明図、 第８図は第３実施例を示すフローチヤート、 第９図は第４実施例における較正用データの入力例を示
す図、 第10図は第４実施例における較正用データの一例を示す
図、 第11図は第４実施例を示すフローチヤート、 第12図は座標入力装置の概略図、 第13図はペン駆動信号を示す図、 第14図はセンサ受信信号を示す図、 第15図は超音波信号到達時間を決定する検出系の概略
図、 第16図は距離算出式の説明図である。 図中、１……座標指示具、2,2a〜2c……センサ、３……
伝播体、４……防振材、10はペン制御部、20……センサ
制御部、100……CPU、101……ROM、101a……較正プログ
ラム、102……RAM、102a……定数記憶部、103……出力
部である。
Claims (1)
- 【請求項１】群速度と位相速度が異なる超音波を発信具
から伝搬体に発信し、該伝搬体を介して所定位置に設置
した受信具によりこの伝搬波の群全体の伝搬遅延時間及
び伝搬波中の所定部分の位置に関する伝搬遅延時間の両
者から発信具と受信具の距離を計測する超音波距離計測
装置であって、 伝搬体の任意の位置で、前記発信具を移動させながら連
続的に発信された超音波を受信する受信手段と、 前記受信手段より受信された受信波形の位相に関する伝
搬遅延時間が所定値以上不連続に変化したか否かを順次
識別する識別手段と、 前記発信具の移動開始時点において予め定めた所定の整
数値から、不連続点を認識する毎に、伝搬遅延時間が増
加する場合には該整数値を＋１し、伝搬遅延時間が減少
する場合には該整数値を−１し、不連続点を検出しない
場合は該整数値をそのままの値に維持するようにし、前
記整数値を各超音波発信ごとの群伝搬遅延時間及び位相
伝搬遅延時間に対応させる対応手段と、 前記受信具と発信具間の距離を算出する場合に、位相検
出点の測定距離による不連続性にもとづく整数化処理関
数内の小数点以下のオフセット定数値を、前記整数値と
対応する群伝搬遅延時間及び位相伝搬遅延時間を使用し
て連立方程式または最小二乗法等の統計処理によって求
めて校正する校正手段とを有することを特徴とする超音
波距離計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33125589A JP2972248B2 (ja) | 1989-12-22 | 1989-12-22 | 超音波距離計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33125589A JP2972248B2 (ja) | 1989-12-22 | 1989-12-22 | 超音波距離計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03192421A JPH03192421A (ja) | 1991-08-22 |
| JP2972248B2 true JP2972248B2 (ja) | 1999-11-08 |
Family
ID=18241642
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33125589A Expired - Fee Related JP2972248B2 (ja) | 1989-12-22 | 1989-12-22 | 超音波距離計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2972248B2 (ja) |
-
1989
- 1989-12-22 JP JP33125589A patent/JP2972248B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03192421A (ja) | 1991-08-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |