JPH0249675B2 - Hisokuteibutsunoichikenshutsuhoho - 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位置検出
方法に関する。

従来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で、３７，３８，
３９はそれぞれ対象物体１３の各辺１４，１５，
１６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
４０，４１，４２及び反射信号強度４３，４４，
４５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を回転走査させた後の被測定物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はそれぞれ被測定
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１３，１４，１５の座標を
求めることができ、被測定物１３の位置を検出す
ることができる。

しかしながら、従来の位置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
を高速高精度で検出する位置検出方法を提供する
ことを目的とする。

発明の構成 本発明は超音波素子から送波される超音波ビー
ムを被測定物に対して走査することにより得られ
た反射信号強度の極小値を検出して前記被測定物
の一方の軸方向の中心位置を検出する第１工程
と、前記被測定物に対する前記超音波ビームの走
査位置をビームの走査方向とは垂直方向に変え
て、前記第１工程を複数回実行して得られた前記
反射信号強度の極小値から他方の軸方向の中心位
置を検出する第２工程により前記被測定物の位置
検出を高精度、高速で行なう方法を得るものであ
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、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を介して動作を制御している。また超
音波送受波素子５３はマニピユレータ５０上に第
６図に示すように設置されている。

超音波送受波素子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。超音波送
受波素子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FDD６０およびCPU
６１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のプログラ
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５５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CPU
６１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と超音波送受波素子５３の距離が100
mm、対象物体５４上の被測定物６５（以下穴とい
う）の直径が５mmで、超音波送受波素子５３の送
受波面は対象物前体５４に対向しており、超音波
送受波素子５３を対象物体５４に対して２mmのス
テツプで平行に矢印Ａ方向へＸ軸に沿つて３回走
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図の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
動して超音波送受波素子５３をセンシング開始位
置に移動して第１回目のセンシングを実行する。
第６図において、６２は超音波送受波素子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、第１回目の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
例はＸ軸方向のセンシング区間は10mmである。

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を動作させ超音波送
受波素子５３で所定の周波数の超音波を対象物体
５４に向けて送波すると同時に、Ａ／Ｄ変換器５
７、メモリ５８を動作させて、対象物体５４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
信号を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、超音波送受
波素子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、横軸に超音波送
受波素子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
信号強度の極小値およびこの時の超音波送受波素
子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2900
ｍＶ、またこの時の超音波送受波素子５３の平行
走査量は６mmとなる。穴６５のＸ軸方向の中心位
置は、前述の超音波送受波素子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。

つぎにステツプ６では第６図に示すように超音
波送受波素子５３をＹ軸方向にＬmm（本実施例で
は３mm）移動して第２回目のＸ軸方向のセンシン
グを実行する。７１はセンシング開始時の、また
７２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の交点を示す。

つぎのステツプ７，８，９，１０では前述のス
テツプ２，３，４，５と同様に実行して反射信号
強度の極小値P₂およびこの時の超音波送受波素
子５３の平行走査量を検出する。本実施例では、
反射信号の極小値P₂は700ｍＶ、またこの時の超
音波送受波素子５３の平行走査量は６mmであつ
た。

つぎにステツプ１１では第６図に示すように、
超音波送受波素子５３をＹ軸方向にL₁mm（本実
施例では３mm）移動して第３回目のＸ軸方向のセ
ンシングを美行する。７３はセンシング開始時の
また７４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の交点を示す。

つぎのステツプ１２，１３，１４，１５では前
述のステツプ２，３，４，５と同様に実行して反
射信号強度の極小値P₃およびこの時の超音波送
受波素子５３の平行走査量を検出する。本実施例
では、反射信号の極小値P₃は1300ｍＶ、またこ
の時の超音波送受波素子５３の平行走査は６mmで
あつた。

つぎにステツプ１６では、前述のステツプ６，
１０，１５で得られた穴６５からの反射信号強度
P₁，P₂，P₃をもとにして穴６５のＹ軸方向の中
心位置を検出する。

第１０図は、超音波送受波素子５３を矢印Ａ方
向に３回平行走査した時の穴６５を含む対象物体
５４からの反射信号強度を、横軸に超音波送受波
素子５３の平行走査時のＹ軸位置、縦軸に反射信
号強度の極小値をとつてプロツトしたものであ
り、横軸は第１回目の平行走査時のＹ軸位置を基
準にしている。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反射信号強
度の極小値P₁，P₂，P₃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P₄を
検出する。第１０図において７５は補間結果であ
り曲線７５の頂点から反射信号強度の極小値P₄
は500ｍＶ、またこの時の超音波送受波素子５３
の平行走査時のＹ軸位置は４mmであることを検出
した。穴６５のＹ軸方向の中心位置は前述の第１
回目の超音波送受波素子５３のセンシング開始位
置のＹ座標に上記Ｙ軸位置を加えることにより検
出できた。

また穴６５のＸ軸方向の中心位置は、３回のＸ
軸方向センシングで得たそれぞれの反射信号強度
が極小値を示す時の超音波送受波素子５３の平行
走査量の平均値（本実施例では６mm）に前述の超
音波送受波素子５３のセンシング開始位置のＸ座
標に上記平行走査量の平均値を加えることにより
検出でき、第１１図に示す穴６５の中心位置O₁
を検出することができた。

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
して超音波送受波素子５３をＹ軸の位置を変更し
てＸ軸方向に３回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，P₂，P₃を検出してさらにこれらの極小
値P₄から穴６５のＹ軸方向の中心位置を検出し、
また、それぞれの平行走査において、反射信号強
度が極小値を示すときの超音波送受波素子５３の
平行走査量の平均値を検出することで穴６５の中
心位置O₁を検出することができ、本実施例では
それぞれ0.05mmの高い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15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１個の超音波送受波素子５３
を用いて３回のＸ軸方向のセンシングを実行した
が３個の超音波送受波素子５３を用いて同時にセ
ンシングを実行すればさらに高速の穴６５の位置
検出が可能である。

発明の効果 以上のように本発明は、超音波素子から送波さ
れる超音波ビームを被測定物に対して走査するこ
とにより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、前記被測定物の一方の軸
方向の中心位置を検出する第１工程と、前記被測
定物に対する前記超音波ビームの走査位置をビー
ムの走査方向とは垂直方向に変えて、前記第１工
程を複数回実行して得られた前記反射信号強度の
深小値から他方の軸方向の中心位置を検出する第
２工程とからなるので、高速高精度の小径穴位置
検出方法をうることができ、その実用的効果は大
なるものである。

【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Ｙ軸
方向に相対位置関係を変化した時の変化量と反射
信号強度の極小値の関係を示す図、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……超音波送受波素子、６５……穴、５０
……マニピユレータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 超音波素子から送波される超音波ビームを被
   測定物に対して走査することにより得られた前記
   被測定物からの反射信号強度の極小値を検出して
   前記被測定物の一方の軸方向の中心位置を検出す
   る第１工程と、前記被測定物に対する前記超音波
   ビームの走査位置をビームの走査方向とは垂直方
   向に変えて、前記第１工程を複数回実行して得ら
   れた前記反射信号強度の極小値から他方の軸方向
   の中心位置を検出する第２工程とからなる被測定
   物の位置検出方法。