JP4754865B2 - 物体を測定する方法および装置 - Google Patents
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Description
(1)測定方法、データ処理方法。
(2)測定装置。
(3)上記の装置や方法を実現するためのコンピュータプログラム。
(4)上記の装置や方法を実現するためのコンピュータプログラムを記録した記録媒体。
(5)上記の装置や方法を実現するためのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号。
A.第1実施例:
A−1.測定装置の構成:
A−2.測定装置の動作:
A−3.インデテーション部Wp1の構造を測定する際の原理:
A−4.測定の手順:
B.第2実施例:
B−1.ナゲット部Wp2および圧着部Wp3の構造を測定する際の原理:
B−2.測定の手順:
C.第3実施例:
D.第4実施例:
E.変形例:
A−1.測定装置の構成:
図1は、本発明の実施例である測定装置の構成を示す説明図である。この測定装置は、センサ部10と、制御部20と、データ処理部30と、を備える。センサ部10は、ユーザが保持して、その先端部を被測定物である鉄鋼板IP1,IP2に押しあて、溶接部分Wpの内部構造を測定する機器である。制御部20は、パーソナルコンピュータであるデータ処理部30に装着される制御基板である。この制御部20は、センサ部10を制御し、かつ、センサ部10から受け取った信号を処理する。データ処理部30は、CPU31、ディスプレイ32およびキーボード33を備えたパーソナルコンピュータである。データ処理部30は、制御部20が処理した信号に基づいて鉄鋼板IP1,IP2の溶接部分Wpの内部構造を推定し、その画像をディスプレイ32に表示する。
次に、測定装置の動作について説明する。鉄鋼板IP1,IP2の溶接部分Wpの内部構造を測定する際には、センサ部10は、カバー16cをユーザに保持され、図1に示すように、突出しているガイド部17を先にして、鉄鋼板IP1,IP2の溶接部分Wpに押しつけられる。その際、ユーザは、図2に示すように、ガイド部17の窓18a〜18dを通じて、鉄鋼板IP1の表面IP1sのうち、測定部16が押し出されたときに測定部16の先端面16asが押しつけられる部分を外部から視認することができる。なお、図2において、ユーザの目をEyで表し、ユーザの視線を目Eyからインデテーション部Wp1に向かって伸びる一点鎖線で表す。
図7は、溶接部分Wp周辺の磁束密度の測定値を示すグラフである。磁束密度の強さは、励磁部11からインデテーション部Wp1の中心Cp近傍の各位置までの距離によって異なる。このため、以下のようにして、インデテーション部Wp1の位置を推定することができる。すなわち、アレーセンサ12によって測定された各位置における磁束密度同士を比較し、隣同士の位置で磁束密度が大きく異なる位置を特定する。そして、その位置をインデテーション部Wp1の端Wp1eが存在する位置と推定する。
図8は、磁性体の構造を測定する際の手順を示すフローチャートである。磁性体の構造を測定する際には、まず、ステップS2で、ユーザは、センサ部10を保持して、所定の角度で鉄鋼板IP1,IP2の溶接部分Wpに押し当てる(図1参照)。その際、ユーザは、ガイド部17の先端の開口部の中心位置Cs(図5参照)に鉄鋼板IP1,IP2の溶接部分Wpの中心Cpが来るように、センサ部10を配置する。
第2実施例の測定方法においては、インデテーション部Wp1の形状だけではなく、ナゲット部Wp2および圧着部Wp3の形状も測定する。このため、第2実施例の測定方法においては、図8のステップS10の判定結果がYesであったときの処理が、第1実施例とは異なっている。他の点は、第2実施例の方法は、第1実施例の測定方法と同じである。また、第2実施例における測定装置のハードウェア構成も、第1実施例と同じである。
ここでは、まず、ナゲット部Wp2および圧着部Wp3の構造を測定する際の原理について説明する。鉄鋼板IP1,IP2への静磁場の印加が遮断されると、鉄鋼板IP1,IP2周辺の磁束の磁束密度i1は、徐々に減少する。各時刻における磁束密度i1を時間tで微分した(di1/dt)は、以下の式(1)で表される形状に近い形状となる。
図11は、第2実施例において、磁性体の構造を測定する際の手順を示すフローチャートである。第2実施例のステップS2〜S12までの手順は、図8に示した第1実施例の手順と同じである。このため、図11においては、ステップS4〜S8およびステップS12を省略している。ステップS10において、すべてのサブパターンSp1〜Sp4が緑色である場合には、ユーザは測定部16に設けられたボタン16g(図1参照)を押す。
図12は、第3実施例の測定装置の構成を示す説明図である。第3実施例の測定方法においては、センサ部10は、ロボットアーム40に接続されており、センサ制御部20aによって鉄鋼板IP1,IP2に対して自動的に配される。そして、センサ部10は、センサ制御部20aによって自動的に鉄鋼板IP1,IP2に対する位置および角度を修正される。他の点は、第1実施例と同様である。
第3実施例においては、センサ部10の角度は、図4の矢印R1の方向についてのみ検討され、調整された。しかし、第4実施例においては、センサ部10の傾きは、図4の矢印R2の方向についても検討され、調整される。さらに、第3実施例においては、センサ部10の傾き、すなわち近似直線L1の傾きθ1は、回帰計算によって得られた。しかし、近似直線L1の傾きθ1は、磁気センサSR0とSR15の磁束密度の測定値の差に基づいて計算される。第4実施例の他の点は、第3実施例と同様である。
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
11…励磁部
12…アレーセンサ
12a…サブアレーセンサ
16…測定部
16a…先端部
16as…先端部の端面
16b…胴部
16c…カバー
16g…ボタン
17…ガイド部
17a〜17d…側壁部
17s…側壁部17a〜17dに囲まれた空間
18a〜18d…窓
18t…照準マーク
19…コイルバネ
20…制御部
20a…センサ制御部
20b…信号処理部
30…データ処理部
31…CPU
31a…時定数決定部
31b…構造決定部
31c…近似直線決定部
32…ディスプレイ
33…キーボード
40…ロボットアーム
41…並進関節
42,44,46…ねじり関節
43,45,47…曲げ関節
A1…測定部16の動作を示す矢印
A2…測定部16の先端部16aの動作を示す矢印
B…磁束線
Bx1…磁束
Bx2…磁束
C…測定部16の中心軸
Cp…インデテーション部Wp1の中心を通る軸
Cs…側壁部17a〜17dによって囲まれる空間17sの中心軸
Ey…ユーザの目
IP1,IP2…鉄鋼板
IPb…鉄鋼板IP1,IP2の空隙部分
IPbe…鉄鋼板IP1とIP2の空隙部分IPbの縁
IPs…鉄鋼板IP1の表面
L…各位置における磁束密度の測定値の近似直線
Pp…位置パターン
Pt…センサ部10の位置および角度を表す点
SL1、SL2,SL3,SL4…センサ部10の位置および角度を表す辺
SL10、SL20,SL30,SL40…センサ部10の好ましい位置および角度の目安である辺
SR0〜SR17,SRi…磁気センサ
SRS…検出信号
Sp1、Sp2,Sp3,Sp4…位置パターンを構成するサブパターン
Wi1…インデテーション部Wp1の直径
Wp…溶接部分
Wp1…インデテーション部
Wp1e…インデテーション部Wp1の端
Wp2…ナゲット部
Wp3…圧着部
dB…磁束密度の差
i1…磁束密度
t…時間
x…平面
τ1,τ2…時定数
Claims (20)
- 物体の構造を測定する測定方法であって、
(a)被測定物を測定するためのセンサを、被測定物に対する所定の相対位置に配する工程と、
(b)前記センサで前記被測定物に静磁場を印加して、前記被測定物の複数の測定位置について磁束密度を測定する工程と、
(c)前記複数の測定位置のうちの少なくとも一部の測定位置における磁束密度に基づいて、前記センサと前記被測定物との前記相対位置に関する第1の特性値を決定する工程と、
(d)一定の条件下で前記被測定物の構造に関する第2の特性値を計算する工程であって、
(d1)前記第1の特性値が所定の範囲内にある場合に、前記複数の測定位置における磁束密度に基づいて、前記被測定物の構造に関する第2の特性値を求めて、処理を終了する工程と、
(d2)前記第1の特性値が所定の範囲内にない場合に、前記センサと前記被測定物との相対位置を変えて、再度前記工程(b)〜(d)を繰り返す工程と、を備える測定方法。 - 請求項1記載の測定方法であって、
前記工程(d1)は、
(d3)前記静磁場の印加を遮断する工程と、
(d4)前記被測定物の複数の測定位置について、微分磁束密度の過渡変化を測定する工程と、
(d5)前記複数の測定位置における微分磁束密度の過渡変化に基づいて、前記被測定物の内部構造に関する前記第2の特性値を計算する工程と、を備える測定方法。 - 請求項1記載の測定方法であって、
前記工程(d1)は、
前記静磁場が印加されているときの前記複数の測定位置における磁束密度に基づいて、前記被測定物の表面構造に関する前記第2の特性値を計算する工程を備える測定方法。 - 請求項1記載の測定方法であって、
前記工程(c)は、
前記複数の測定位置のうちの二つの測定位置である第1の基準測定位置の磁束密度の差に基づいて、前記第1の特性値として、前記センサに対する前記被測定物の相対角度を実質的に表す特性値を計算する工程を備える、測定方法。 - 請求項4記載の測定方法であって、さらに、
(e)前記複数の測定位置のうちの二つの測定位置であって、少なくとも一方の測定位置は前記第1の基準測定位置とは異なる測定位置である第2の基準測定位置における磁束密度の差に基づいて、前記第1の特性値とは異なる方向についての前記センサに対する前記被測定物の相対角度を実質的に表す第3の特性値を計算する工程を備え、
前記工程(d1)は、
(d3)前記第1および第3の特性値がそれぞれ所定の範囲内にある場合に、前記複数の測定位置における磁束密度に基づいて、前記被測定物の構造に関する第2の特性値を求めて、処理を終了する工程と、
(d4)前記第1の特性値が所定の範囲内にあり、前記第3の特性値が所定の範囲内にない場合に、前記センサと前記被測定物との相対位置を変えて、再度前記工程(b)〜(d)を繰り返す工程と、を含む、測定方法。 - 請求項1記載の測定方法であって、
前記工程(b)は、
(b1)磁束密度を測定するための磁束密度測定部であって前記センサ上に一列に設けられた複数の磁束密度測定部で、前記被測定物の複数の測定位置について磁束密度を測定する工程を備え、
前記工程(c)は、
前記複数の測定位置の情報と、前記複数の磁束密度測定部で測定した磁束密度と、に基づいて回帰計算を行い、前記センサに対する前記被測定物の相対角度を実質的に表す前記第1の特性値を計算する工程を備える、測定方法。 - 請求項1記載の測定方法であって、
前記工程(c)は、
(c1)前記複数の測定位置に含まれる少なくとも二つの測定位置である基準測定位置の磁束密度を、前記センサと前記各基準測定位置との距離をそれぞれ実質的に表す前記第1の特性値として選択する工程と、
(c2)前記基準測定位置にそれぞれ対応する少なくとも二つのサブパターンを含む位置パターンを表示部に表示する工程であって、前記対応する基準測定位置の磁束密度が前記所定の範囲内にある場合と、前記対応する基準測定位置の磁束密度が前記所定の範囲内にない場合とでは、前記各サブパターンについて、色と形状と表示位置とのうちの少なくとも一つを変えて表示を行う工程と、を含む測定方法。 - 請求項1記載の測定方法であって、
前記工程(c)は、
前記複数の測定位置に含まれ菱形の各頂点を構成する四つの基準測定位置のうち、向かい合う二つの基準測定位置における磁束密度の差と、向かい合う他の二つの基準測定位置における磁束密度の差とを、それぞれ異なる方向についての前記センサに対する前記被測定物の相対角度を実質的に表す前記第1の特性値として選択する工程を含み、
前記工程(d)は、
位置パターンを表示部に表示する工程であって、
互いに直交するX座標およびY座標を基準としたときに、前記位置パターンの表示位置が、
前記X座標については、前記向かい合う二つの基準測定位置における磁束密度の差に応じた位置であり、
前記Y座標については、前記向かい合う他の二つの基準測定位置における磁束密度の差に応じた位置である工程を含む、測定方法。 - 請求項1記載の測定方法であって、
前記工程(c)は、
前記複数の測定位置に含まれ菱形の各頂点を構成する四つの測定位置である基準測定位置の磁束密度を、前記センサと前記各基準測定位置との距離をそれぞれ実質的に表す前記第1の特性値として選択する工程を含み、
前記工程(d)は、
前記基準測定位置にそれぞれ対応する四つの辺で構成される四角形の位置パターンを表示部に表示する工程であって、
対応する基準測定位置の磁束密度が比較的大きい場合には、対応する前記辺を基準点から比較的近い位置に表示し、
対応する基準測定位置の磁束密度が比較的小さい場合には、対応する前記辺を基準点から比較的遠い位置に表示する工程を含む、測定方法。 - 物体の構造を測定する測定方法であって、
(a)センサで前記被測定物に静磁場を印加して磁束密度を測定し、前記被測定物の前記センサの端面に対する相対角度を計算する工程と、
(b)前記センサの端面と前記被測定物とがほぼ並行になるように前記センサと前記被測定物とを配して、前記センサで前記被測定物に静磁場を印加して前記被測定物の構造を測定する工程と、を備える測定方法。 - 物体の構造を測定する測定装置であって、
被測定物に静磁場を印加して、前記被測定物の複数の測定位置について磁束密度を測定することができるセンサと、
前記センサを制御し、前記センサの信号を処理する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記複数の測定位置のうちの少なくとも一部の測定位置における磁束密度に基づいて、前記センサと前記被測定物との前記相対位置に関する第1の特性値を決定する相対位置決定部と、
前記第1の特性値が所定の範囲内にある場合に、前記複数の測定位置における磁束密度に基づいて、前記被測定物の表面の構造に関する第2の特性値を計算する構造決定部と、を備える測定装置。 - 請求項11記載の測定装置であって、
前記構造決定部は、前記静磁場の印加を遮断した後の微分磁束密度の過渡変化に基づいて、前記被測定物の内部構造に関する前記第2の特性値を計算することができる、測定装置。 - 請求項11記載の測定装置であって、
前記構造決定部は、前記静磁場が印加されているときの前記複数の測定位置における磁束密度に基づいて、前記被測定物の表面構造に関する前記第2の特性値を計算することができる、測定装置。 - 請求項11記載の測定装置であって、
前記センサは、それぞれ前記測定位置における磁束密度を測定するための二つの磁束密度測定部からなる第1の磁束密度測定部グループを備え、
前記相対位置決定部は、前記第1の磁束密度測定部グループの磁束密度測定部によって測定された磁束密度の差に基づいて、前記第1の特性値として、前記センサに対する前記被測定物の相対角度を実質的に表す特性値を計算する、測定装置。 - 請求項14記載の測定装置であって、
前記センサは、それぞれ前記測定位置における磁束密度を測定するための二つの磁束密度測定部であって、少なくとも一方の磁束密度測定部は前記第1の磁束密度測定部グループに含まれない磁束密度測定部である第2の磁束密度測定部グループを備え、
前記相対位置決定部は、前記第2の磁束密度測定部グループの磁束密度測定部によって測定された磁束密度の差に基づいて、前記第1の特性値とは異なる方向についての前記センサに対する前記被測定物の相対角度を実質的に表す第3の特性値を計算し、
前記構造決定部は、前記第1および第3の特性値がそれぞれ所定の範囲内にある場合に、前記複数の測定位置における磁束密度に基づいて、前記被測定物の構造に関する第2の特性値を求める、測定装置。 - 請求項11記載の測定装置であって、
前記センサは、それぞれ前記測定位置における磁束密度を測定するための磁束密度測定部であって、前記センサ上に一列に設けられた複数の磁束密度測定部を備え、
前記相対位置決定部は、前記各磁束密度測定部の位置の情報と、前記各磁束密度測定部で測定した磁束密度と、に基づいて回帰計算を行い、前記センサに対する前記被測定物の相対角度を実質的に表す前記第1の特性値を計算する、測定装置。 - 請求項11記載の測定装置であって、さらに、
前記センサと前記被測定物との相対位置を表す位置パターンを表示する表示部を備え、
前記センサは、それぞれ前記測定位置における磁束密度を測定するための二つの基準磁束密度測定部を備え、
前記制御部は、
前記基準磁束密度測定部にそれぞれ対応する二つのサブパターンを含む前記位置パターンを前記表示部に表示し、前記対応する基準磁束密度測定部によって測定された磁束密度が前記所定の範囲内にある場合と、前記対応する基準磁束密度測定部によって測定された磁束密度が前記所定の範囲内にない場合とでは、前記各サブパターンについて、色と形状と表示位置とのうちの少なくとも一つを変えて表示を行う、測定装置。 - 請求項11記載の測定装置であって、さらに、
前記センサと前記被測定物との相対位置を表す位置パターンを表示する表示部を備え、
前記センサは、前記被測定物と向かい合う面において、菱形の各頂点を構成する四つの位置にそれぞれ基準磁束密度測定部を備え、
前記相対位置決定部は、
前記基準磁束密度測定部のうち、向かい合う位置に設けられた二つの基準磁束密度測定部によって測定された磁束密度の差と、向かい合う位置に設けられた他の二つの基準磁束密度測定部によって測定された磁束密度の差と、に基づいて、それぞれ異なる方向についての前記センサに対する前記被測定物の相対角度を実質的に表す前記第1の特性値を計算することができ、
前記制御部は、
前記位置パターンを前記表示部に表示させ、
互いに直交するX座標およびY座標を基準としたときに、前記位置パターンの表示位置が、
前記X座標については、前記向かい合う二つの基準測定位置における磁束密度の差に応じた位置であり、
前記Y座標については、前記向かい合う他の二つの基準測定位置における磁束密度の差に応じた位置である、測定装置。 - 請求項11記載の測定装置であって、さらに、
前記センサと前記被測定物との相対位置を表す位置パターンを表示する表示部を備え、
前記センサは、前記被測定物と向かい合う面において、菱形の各頂点を構成する四つの位置にそれぞれ基準磁束密度測定部を備え、
前記相対位置決定部は、前記各基準磁束密度測定部によって測定された磁束密度を、前記センサと前記各基準測定位置との距離をそれぞれ実質的に表す前記第1の特性値として選択し、
前記制御部は、
前記基準測定位置にそれぞれ対応する四つの辺で構成される四角形の前記位置パターンを前記表示部に表示し、
対応する基準測定位置の磁束密度が比較的大きい場合には、対応する前記辺を基準点から比較的近い位置に表示し、
対応する基準測定位置の磁束密度が比較的小さい場合には、対応する前記辺を基準点から比較的遠い位置に表示する、測定装置。 - 物体の構造を測定する測定装置であって、
被測定物に静磁場を印加して磁束密度を測定するセンサを備え、
前記センサで前記被測定物に静磁場を印加して磁束密度を測定し、
前記被測定物の前記センサの端面に対する相対角度を計算し、
前記センサの端面と前記被測定物とがほぼ並行になるように前記センサと前記被測定物とを配して、前記センサで前記被測定物に静磁場を印加して前記被測定物の構造を測定する、測定装置。
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