JPH0148997B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は超音波を利用した被測定物の穴位置検
出方法に関する。

従来例の構成とその問題点 従来の被測定物の形状検出方法としては超音波
送受波素子を被測定物に対して回転走査して得ら
れた反射信号強度から、被測定物の位置と姿勢を
検出するものがある。以下その内容の概略を説明
する。

第１図は従来の装置の概略の構成を示すシステ
ム図である。第２図は従来の装置を用いた位置検
出を示す斜視図である。第１図において超音波送
受波素子１に第３図に示す高電圧パルス１７を印
加すると空気中に所定の周波数の超音波パルスが
発射される。この超音波パルスが第２図の対象物
体１３で反射され、対象物体１３の各辺１４，１
５，１６からの反射信号が超音波送受波素子１に
到達し、受波信号増巾器３で増幅された後、アナ
ログ−デジタル変換されてメモリ５に記憶され
る。第３図は、メモリ５に記憶された超音波送受
波素子１の動作波形を示すもの、３７，３８，３
９はそれぞれ対象物体１３の各辺１４，１５，１
６からの反射信号を示す。メモリ５に記憶された
反射信号は小型電子計算機６に転送され、第３図
に示した反射信号３７，３８，３９の伝播時間４
０，４１，４２及び反射信号強度４３，４４，４
５を検出している。

また第２図において超音波送受波素子１は、小
型電子計算機６からの制御信号によりパルスモー
タドライバ１１とパルスモータ１０を介して矢印
Ａ，Ｂ方向に回転走査する構成となつており、超
音波送受波素子１を所定の角度でステツプしなが
ら前述の被測定物間で反射信号の伝播時間及び強
度の検出を行なつている。第４図は、超音波送受
波素子１を回転走査させた時の被測定物１３から
の反射信号強度を横軸に超音波送受波素子の回転
角、縦軸に反射信号強度をとつてプロツトしたも
のである。４６，４７，４８それぞれ被測物１３
の各辺１４，１５，１６からの反射信号を整理し
たものであり、それぞれの反射信号強度が最大と
なるときの超音波送受波素子１の回転走査角度か
ら被測定物１３の各辺１４，１５，１６の方向を
検出している。また前述の反射信号の伝播時間か
ら被測定物の各辺までの距離が得られるので被測
定物１３の各辺１４，１５，１６の座標を求める
ことができ、被測定物１３の位置に検出すること
ができる。

しかしながら、従来の形状検出装置を穴の位置
検出に適用した場合、大径穴ではその位置検出が
可能であるが、小径穴では、穴の各辺からの反射
信号が重畳されるので、超音波送受波素子の減衰
性を大幅に向上しないと、位置検出ができないと
いう問題点があつた。さらに従来例を用いて大径
穴の位置検出を行なう場合には、超音波送受波素
子１を２軸方向に回転走査する必要があり大径穴
の高速位置検出をはかる上で大きな問題点になつ
ていた。

発明の目的 本発明は、上述の欠点をなくし、小径穴の位置
を高速で検出する穴位置検出方法を提供すること
を目的とする。

発明の構成 本発明は超音波送受波素子と被測定物の相対位
置関係を変化させたときの被測定物の穴の中心位
置からの反射信号強度を含む反射信号強度を予め
記憶する第１工程と、前記超音波送受波素子と前
記被測定物の相対位置関係を変化させて前記超音
波送受波素子により超音波を送受波して得られた
前記被測定物からの反射信号強度の極小値を検出
して前記被測定物の穴の一方の軸方向の中心位置
を検出する第２工程と、前記第１工程の反射信号
強度と前記第２工程の反射信号強度の極小値を照
合して前記被測定物の穴の他方の軸方向の仮想中
心位置を検出する第３工程と、この第３工程の仮
想中心位置に対して前記超音波送受波素子により
超音波を送受波して得られた反射信号強度と前記
第２工程の反射信号強度の極小値とを比較して前
記被測定物の穴の中心位置を検出する第４工程か
らなるものである。

実施例の説明 以下本発明の一実施例について、図面を参照し
ながら説明する。

第５図は本発明の一実施例における被測定物の
位置検出装置の概略を示すシステム図である。第
５図において５０は被測定物と超音波送受波素子
５３（以下超音波トランスデユーサという。）の
相対位置関係を変化させる手段（以下マニピユレ
ータという）であり、マニピユレータ制御装置５
２を介して動作を制御している。また第６図に示
すように超音波トランスデユーサ５３はマニピユ
レータ５０上に設置されている。

超音波トランスデユーサ５３は、発振器５５に
より所定の周波数の超音波を対象物体５４に向け
て送波し、またその反射信号を受波している。超
音波トランスデユーサ５３が出力する受波信号は
受波信号増幅器５６を経て、アナログ−デジタル
変換器５７（以下Ａ／Ｄ変換器という。）によつ
てデジタル値に変換され、メモリ５８に記憶され
る。さらにデータ処理制御装置５１が設けられる
が、このデータ処理制御装置５１はインタフエイ
スコントロールユニツト５９（以下ICUとい
う。）・フロツピデイスクドライブ装置６０（以下
FDDという。）および小型電子計算機６１（以下
CPUという。）から構成される。ICU５９はFDD
６０およびCPU６１に接続されるとともに、前
述の発振器５５とメモリ５８に接続される。
FDD６０は本位置検出装置を用いて位置検出を
行なうためプログラム或は諸条件を入力する。こ
のデータ処理制御装置５１においては、発振器５
５を動作させるための制御信号の出力、マニピユ
レータ５０の動作を制御するマニピユレータ制御
装置５２への制御信号の出力を行なうとともにメ
モリ５８から転送された入力データの前処理を行
ない、FDD６０から予め入力ストアされたプロ
グラムに従つてCPU６１で反射信号強度の検出、
被測定物の位置の演算処理、マニピユレータ５０
の移動量の演算処理を行なう。

次に上記のように構成した位置検出装置の動作
を説明する。なお本実施例では、第６図に示す対
象物体５４と超音波トランスデユーサ５３の距離
が100mm、対象物体５４上の被測定物６５（以下
穴という。）の直径が５mmで、超音波トランスデ
ユーサ５３の送受波面は対象物体５４に対向して
おり、超音波トランスデユーサ５３を対象物体５
４に対して２mmのステツプで平行に矢印Ａ方向へ
走査した場合について説明する。

位置検出はFDD６０から予め入力ストアされ
た第７図はフローチヤートに示す位置検出プログ
ラムの手順に従つて行なわれる。第７図のフロー
チヤートにおいて、まずステツプ１でデータ処理
制御装置５１からの制御信号によりマニピユレー
タ制御装置５２を介してマニピユレータ５０を駆
動して超音波トランスデユーサ５３をセンシング
開始位置に移動する。第６図において６２は超音
波トランスデユーサ５３から送波される超音波ビ
ームの中心位置を示す。また６３はセンシング開
始時の、また６４はセンシング完了時の、超音波
ビームの中心位置と対象物体５４の交点を示し、
Ｘ軸方向のセンシングは、この区間内で行なわれ
る。なお本実施例ではＸ軸方向のセンシング区間
は10mmである。またＹ軸方向のセンシングは線分
６３−６４に対してＹ軸方向に±５mmの範囲内で
行なわれる。

次にステツプ２でデータ処理制御装置５１から
の制御信号により発振器５５を動作させ超音波ト
ランスデユーサ５３で所定の周波数の超音波を被
測定物５４に向けて送波すると同時に、Ａ／Ｄ変
換器５７、メモリ５８を動作させて、対象物体５
４からの反射信号をメモリ５８に記憶する。第８
図にはメモリ５８に記憶された反射信号を示す。
６８は対象物体５４からの反射信号を示す。

次にステツプ３でメモリ５８に記憶された反射
信号ICU５９を介してCPU６１に転送する。
CPU６１では予めFDD６０から入力ストアされ
ているプログラムに従つて対象物体５４からの反
射信号６８の反射信号強度Ｐを検出して記憶して
おく。

次にステツプ４では所定のセンシング回数を完
了していなければマニピユレータ５０を矢印Ａ方
向へ２mm移動して上記ステツプ２、ステツプ３を
繰返す。所定のセンシング回数（本実施例では５
回）を完了すればステツプ５へ進む。

ステツプ５では、上記ステツプ２、ステツプ３
を繰返して得られた対象物体５４からの反射信号
６８の反射信号強度をもとにして穴６５のＸ軸方
向の中心位置を検出する。第９図は、超音波トラ
ンスデユーサ５３を矢印Ａ方向に平行走査した時
の対象物体５４からの反射信号強度を、横軸に超
音波トランスデユーサ５３の平行走査量、縦軸に
反射信号強度をとつてプロツトしたものであり、
CPU６１では、FDD６０から予め入力ストアさ
れたプログラムに従つて平行走査して得られた反
射信号強度について２次回帰を用いた補間処理を
行ない反射信号強度の極小値P₁およびこの時の
超音波トランスデユーサ５３の平行走査量を検出
する。第９図において６９は２次回帰を用いた補
間処理結果であり、曲線６９の頂点から反射信号
強度の極小値P₁は1100ｍＶ、またこの時の超音
波トランスデユーサ５３の平行走査量は６mmであ
つた。穴６５のＸ軸方向の中心位置は、前述の超
音波トランスデユーサ５３のセンシング開始位置
のＸ座標に上記平行走査量６mmを加えることによ
り検出できる。

またCPU６１には、第１０図に示すように対
象物体５４の穴６５に対して超音波トランスデユ
ーサ５３を穴６５の中心位置を通る−軸方向に相
対位置関係を変化した時の変化量と反射信号強度
の関係が曲線式でプログラム化されており、この
曲線に前述の極小値P₁をあてはめて穴６５のＹ
軸方向の仮想中心位置を検出している。本実施例
では前述の平行走査により得た反射信号強度の極
小値P₁は1100ｍＶであり、これを第１０図にあ
てはめると穴６５と超音波トランスデユーサ５３
の相対位置関係ズレは＋1.8mmと−1.8mmであるこ
とがわかる。すなわち第１１図に示すように穴６
５の中心位置はＸ座標が上述した穴６５のＸ軸方
向の中心位置、Ｙ座標は上述した超音波トランス
デユーサ５３のセンシング開始位置のＹ座標に対
して＋1.8mmの位置O₁または−1.8mmの位置O₂のど
ちらかであることがわかる。７０は穴６５のＸ軸
方向の中心位置を示す。

つぎにステツプ６ではマニピユレータ５０を移
動して超音波トランスデユーサ５３から送波され
る超音波ビームのセンタが仮想中心O₁の位置で
対象物体５４に対して超音波を送受波して前述の
ステツプ２、ステツプ３と同様にして対象物体５
４からの反射信号強度P₂を検出しさらに反射信
号強度P₂と前述のステツプ５で検出した極小値
P₁を比較して仮想中心位置O₁が穴６５の中心位
置か否かを判定する。すなわち反射信号強度P₂
＜反射信号強度の極小値P₁であれば穴６５の中
心位置を示すことになる。また反射信号強度P₂
＞反射信号強度の極小値P₁であれば他方の仮想
中心位置O₂が穴６５の中心位置を示すことにな
る。本実施例では反射信号強度P₃は500ｍＶであ
り仮想中心位置O₁が穴６５の中心位置のＹ座標
であることを検出した。

以上のように本実施例によれば、穴６５を有す
る対象物体５４に超音波を送受波すると同時に、
マニピユレータ５０を動作させて対象物体５４に
対して超音波トランスデユーサ５３を平行に走査
することにより得られる反射信号強度について補
間処理を行ない極小値P₁を検出して穴６５のＸ
軸方向の中心位置検出し、さらに予め求めておい
た対象物体５４の穴６５に対して超音波トランス
デユーサ５３を−軸方向に相対位置関係を変化さ
せたときの反射信号強度と前述の極小値P₁を比
較して穴６５のＹ軸方向の２点の仮想中心位置
O₁、O₂を検出し、さらにマニピユレータ５０を
動作せて、上記どちらか一方の仮想中心位置に対
して超音波を送受波して得られた反射信号強度
P₂を上記極小値P₁と比較することで穴６５の中
心位置を検出することができ本実施例では0.2mm
の位置精度が得られた。

さらにセンシング区間（Ｘ、Ｙ軸共に±５mm）
に対して穴６５の位置を検出するためのセンシン
グ回数は５回と従来例に比して大巾に低減され高
速で穴位置検出を行なうことができた。

なお本実施例では穴６５のＹ軸方向の仮想中心
位置O₁、O₂を検出後、ステツプ６でマニピユレ
ータ５０を駆動して、仮想中心位置O₁に対して
超音波トランスデユーサ５３により超音波を送受
波して得られた反射信号強度P₂を前述の極小値
P₁と比較して穴６５の中心位置を検出したが反
射信号強度P₂を予めCPU６１に記憶した第１０
図に示す反射信号強度の極小値と比較しても穴６
５の中心位置を検出できる。

発明の効果 以上のように本発明は、被測定物に対して超音
波を送受波すると同時に超音波送受波手段と被測
定物の相対位置関係を変化して得られた反射信号
強度の極小値から前記被測定物の一方の軸方向の
穴の中心位置を検出し、さらにこれを予め記憶し
た前記被測定物と前記超音波送受波素子の相対位
置関係の変化した時の反射信号強度と照合して前
記被測定物の他方の軸方向の穴の仮想中心位置を
検出し、さらにこの穴を仮想中心位置からの反射
信号強度を前記極小値と比較して前記被測定物の
位置を検出する方法を得るのでその実用的効果は
大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の被測定物の形状検出装置の概略
の構成を示すシステム図、第２図は従来の装置の
斜視図、第３図は従来の装置の動作波形を示す
図、第４図は従来の装置の動作波形を整理した
図、第５図は本発明の一実施例における被測定物
の穴位置検出装置の概略の構成を示すシステム
図、第６図は同装置の斜視図、第７図は穴位置検
出のためのプログラムの一例を示すフローチヤー
ト図、第８図は穴位置検出装置の動作波形を示す
図、第９図は動作波形及び補間処理結果を示す
図、第１０図は穴に対し超音波送受波素子を−軸
方向に相対位置関係を変化した時を変化量と反射
信号強度の関係を示す図、第１１図は穴のＹ軸方
向の中心位置検出方法の説明図である。 ５３……超音波トランスデユーサ、６５……
穴、５０……マニピユレータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 超音波送受波素子と被測定物の相対位置関係
   を変化させたときの被測定物の穴の中心位置から
   の反射信号強度を含む反射信号強度を予め記憶す
   る第１工程と、前記超音波送受波素子と前記被測
   定物の相対位置関係を変化させて前記超音波送受
   波素子により超音波を送受波して得られた前記被
   測定物からの反射信号強度の極小値を検出して前
   記被測定物の穴の一方の軸方向の中心位置を検出
   する第２工程と、前記第１工程の反射信号強度と
   前記第２工程の反射信号強度の極小値を照合して
   前記被測定物の穴の他方の軸方向の仮想中心位置
   を検出する第３工程と、この第３工程の仮想中心
   位置に対して前記超音波送受波素子により超音波
   を送受波して得られた反射信号強度と前記第２工
   程の反射信号強度の極小値とを比較して前記被測
   定物の穴の中心位置を検出する第４工程からなる
   被測定物の穴位置検出方法。 ２ 第４工程は、前記第３工程の仮想中心位置に
   対して前記超音波送受波素子により超音波を送受
   波して得られた反射信号強度と前記第１工程の反
   射信号強度とを比較して前記被測定物の中心位置
   を検出する特許請求の範囲第１項記載の被測定物
   の穴位置検出方法。