JPH0334596B2

JPH0334596B2 -

Info

Publication number: JPH0334596B2
Application number: JP58101113A
Authority: JP
Inventors: Hisanori Ootsuki; Teruo Maruyama
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1983-06-06
Filing date: 1983-06-06
Publication date: 1991-05-23
Also published as: JPS59225313A

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溝または
穴の中心位置検出装置。

従来例の構成とその問題点従来の被測定物の形状検出装置としては超音波
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
検出するものである。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形状検
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１５に記憶され
る。第３図は、メモリ１５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、３７，３
８，３９はそれぞれ対象物体１３の各辺１４，１
５，１６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４３，４
４，４５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の位置と姿勢を
検出することができる。

しかしながら、従来の位置・姿勢検出装置を
穴・溝の形状検出に適用した場合、大径穴あるい
は大巾溝では穴・溝の各辺からの反射信号が重畳
され、超音波送受波素子の減衰性を大幅に向上し
ないと、形状検出ができないという問題点があつ
た。

発明の目的本発明者らは、超音波送受波素子の大幅な減衰
性向上なしに上述の小径穴・小幅溝の形状検出を
行なう装置について鋭意検討し、小径穴、小幅溝
の存在により減少する反射信号強度を信号処理す
る手段を用いることにより、上記問題をすべて解
決できることを見出し、本発明に到つた。

すなわち本発明は、上述の欠点をなくし、小径
穴・小幅溝の高精度な形状検出装置を提供するこ
とを目的とする。

発明の構成本発明は、超音波送受波素子を用いて溝または
穴を有する被測定物に超音波を送波する手段と、
手段超音波送受波素子から送波される超音波ビー
ムを手段被測定物に対して走査する手段を、手段
被測定物の反射信号強度の極小値を求め、前記被
測定物の溝または穴の中心位置を検出する手段と
を備えてなるものである。

実施例の説明以下本発明の第１の実施例について、図面を参
照しながら説明する。

第５図は本発明の第１実施例における溝の形状
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はロボツトのマニピユレータであ
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。またマニピユレータ５０上には、第
６図に示すように送受波兼用の超音波トランスデ
ユーサ５３が設置されている。

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の溝６
５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は本形状検出装置を用いて形状検出を
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、対象物体の溝の形状の演算処理、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形状検出装置の動作
を説明する。なお本実施例では、第６図に示す対
象物体５４と超音波トランデユーサ５３の距離が
100mm、対象物体５４の溝６５の幅が５mm、深さ
10mm、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５４に対して0.2mmのステ
ツプで平行に走査した場合について説明する。

形状検出は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形状検出プログ
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、センシングは、この区間内で行なわれる。な
お本実施例ではセンシング区間は40mm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の平面部分６６からの反射信
号、６９は対象物体５４の溝６５の底面部分６７
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FDD６０から予め入力ストアされ
ているプログラムに従つて対象物体５４の平面部
分６６からの反射信号６８の反射信号強度Ｐを検
出する。

次にステツプ４ではマニピユレータ５０を矢印
Ａ方向へ0.2mm移動して上記ステツプ１、ステツ
プ２を繰返して所定のセンシング回数（本実施例
では200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
で得られた検出対象溝６５を含む対象物体５４か
らの反射信号強度をもとにして検出対象溝６５の
中心位置・幅を検出する。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５点おきにプロツトしたも
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反射信号強度
の極小値を検出して溝６５の中心位置を検出して
いる。さらに閾値強度６８を設定し、閾値強度６
８が前記反射信号強度とクロスする区間に該当す
る超音波トランスデユーサ５３の平行走査量Ｗを
検出することにより検出対象溝６５の幅を検出し
ている。なお穴検出感度Ｓは−12dBであつた。

以上のように本実施例によれば、溝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対象物体５４からの反射
信号強度の中で溝５３を有する対象物体５４から
の反射信号強度は、溝５３が存在しない対象物体
からの反射信号強度に比して大幅に減少するの
で、その極小値を検出することにより検出対象溝
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、前記
閾値強度６８が反射信号強度とクロスする区間に
該当する超音波トランスデユーサ５３の平行走査
量から検出対象溝６５の幅が検出でき、本実施例
では0.2mmの精度が得られた。

つぎに本発明の第２の実施例について図面を参
照しながら説明する。

第１０図は本発明の第２の実施例における穴の
形状検出装置の概略を示すシステム図である。第
１０図においてマニピユレータ制御装置７１はマ
ニピユレータ７２をＸ・Ｙ軸の直交２軸で動作可
能な構成になつている。これ以外のシステム構成
は前述の第１実施例と同様である。第１１図は本
実施例の形状検出装置による穴形状検出を示す斜
視図である。

次に上記のように構成した形状検出装置の動作
を説明する。なお本実施例では、第１１図に示す
対象物体８１と超音波トランスデユーサ７３の距
離が100mm、対象物体８１の穴８２の直径が５mm
で、超音波トランスデユーサ７３の送受波面は対
象物体８１に対向しており、超音波トランスデユ
ーサ７３を対象物体８１に対して0.2mmのステツ
プでＸ・Ｙ軸に平行に走査した場合について説明
する。

形状検出はFDD７８から予め入力ストアされ
た第１３図のフローチヤートに示す形状検出プロ
グラムの手順に従つて行なわれる。第１３図のフ
ローチヤートにおいて、ステツプ１で前記第１実
施例と同様に超音波トランスデユーサ７３をＸ軸
のセンシング開始位置へ移動する。第１１図にお
いて、８３は超音波トランスデユーサ７３から送
波される超音波ビームの中心位置を示す。また８
４はＸ軸方向のセンシング開始時の、８５はＸ軸
方向のセンシング完了時の、また８６はＹ軸方向
の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８１の交点を示し、Ｘ軸・Ｙ軸のセンシ
ングは、それぞれこの区間（本実施例では各40
mm）内で行なわれる。

次にステツプ２，３，４では前記第１実施例と
同様にマニピユレータ７２を動作させ、超音波ト
ランスデユーサ７３をＸ軸方向へ平行走査して得
られた検出対象穴８２を含む対象物体８１からの
反射信号強度をもとにして検出対象穴８２のＸ軸
方向の中心位置を検出する。第１２図にはメモリ
７６に記憶された反射信号を示す。９０は対象物
体８１からの反射信号を示す。

次にステツプ５では、Ｙ軸方向のセンシングを
すべくマニピユレータ７２を動作させ超音波トラ
ンスデユーサ７３をＹ軸のセンシング開始位置へ
移動する。この時の超音波ビームの中心位置と対
象物体８１の交点のＸ座標は上述のＸ軸方向のセ
ンシングで検出した穴の中心位置座標と同一に設
定している。

次にステツプ２，３，４では、前記第１実施例
と同様にマニピユレータ７２を動作させ、超音波
トランスデユーサ７３をＹ軸方向へ平行走査して
得られた検出対象穴８２を含む対象物体８１から
の反射信号強度をもとにして穴８２のＹ軸方向の
中心位置を検出する。これにより穴８２の中心位
置の座標が検出できる。さらに前記第１実施例と
同様にして検出対象穴８２の直径を検出してい
る。

以上のように本実施例によれば、穴８２を有す
る対象物体８１に超音波を送受波すると同時に、
マニピユレータ７２を動作させて対象物体８１に
対して超音波トランスデユーサ７３を平行に走査
することにより得られる対象物体８１からの反射
信号強度の中で穴８２を有する対象物体８１から
の反射信号強度は、穴８２が存在しない対象物体
８１からの反射信号強度に比して大幅に減少する
ので、その極小値を検出することにより穴８２の
Ｘ，Ｙ軸方向の中心位置を検出でき、本実施例で
は0.2mmの位置精度が得られた。さらに、超音波
トランスデユーサ７３をＹ軸方向に平行走査して
得られる反射信号強度が閾値強度とクロスする区
間に該当する超音波トランスデユーサ７３の平行
走査量から穴８２の直径が検出でき、本実施例で
は、0.2mmの精度が得られた。

第１４図は本発明の第３の実施例における溝の
形状検出装置の概略を示すシステム図である。第
１４図において、９１はパルスモータであり、デ
ータ処理制御装置９８からの制御信号によりパル
スモータドライバ９２を介して回転駆動してい
る。またパルスモータ９１の出力軸には送受波兼
用の超音波トランスデユーサ９３が設けられてい
る。これ以外のシステム構成は前述の第１実施例
と同様である。第１５図は本実施例の溝検出装置
による溝形状検出を示す図である。

次に上記のように構成した形状検出装置の動作
を説明する。なお本実施例では、第１５図に示す
対象物体１０２と超音波トランスデユーサ９３の
距離が100mm、対象物体１０２の溝１０３の幅が
５mm、深さ10mmで、超音波トランスデユーサ９３
の対象物体１０２に対して0.9゜のステツプで回転
走査した場合について説明する。

形状検出はFDD１００から予め入力ストアさ
れた第１６図のフローチヤートに示す形状検出プ
ログラムの手順に従つて行なわれる。第１４図の
フローチヤートにおいてステツプ１でデータ処理
制御装置９８からの制御信号によりパルスモータ
ドライバ９２を介してパルスモータ９１を回転駆
動して、超音波トランスデユーサ９３をセンシン
グ開始位置へ移動する。第１５図において１０５
は超音波トランスデユーサ９３から送波される超
音波ビームの中心位置を示す。また１０６はセン
シング開始時の、また１０７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１０２の交
点を示し、センシングはこの区間内で行なわれ
る。なお本実施例ではセンシングのための超音波
トランスデユーサ９３の回転走査角は36゜である。

第１７図には１回のセンシングによりメモリ９
７に記憶された反射信号を示す。１０８は対象物
体１０２の平面部分からの反射信号、１０９は対
象物体１０２の溝１０３の底面１０４からの反射
信号である。ステツプ３では、前述の第１実施例
と同様に、対象物体１０２の平面部分からの反射
信号１０８の反射信号強度P₂を検出する。

次にステツプ２，３，４では超音波トランスデ
ユーサ９３を0.9゜ずつ所定の回数だけ回転走査し
て得られた検出対象溝１０３を含む対象物体１０
２からの反射信号強度をもとにして溝１０３の中
心位置・幅を検出する。

第１８図はトランスデユーサ９３を矢印Ａ方向
に回転走査した時の対象物体１０２からの反射信
号強度を横軸に超音波トランスデユーサ９３の回
転走査角度、縦軸に反射信号強度をとつて５点お
きにプロツトしたものでありCPU１０１では、
FDD１００から予め入力ストアされたプログラ
ムに従つて前述の第１実施例と同様に溝１０３の
中心位置と幅を検出している。

以上のように本実施例によれば溝１０３を有す
る対象物体１０２に超音波を送受波すると同時
に、対象物体１０２に対して超音波トランスデユ
ーサ９３を回転走査することにより得られる対象
物体１０２からの反射信号強度の中で溝１０３を
有する対象物体１０２からの反射信号強度は、溝
１０３が存在しない対象物体１０２からの反射信
号強度に比して大幅に減少するので、その極小値
を検出することにより検出対象溝１０３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、前述の第１実施例と同様の方法で設定
した閾値強度が反射信号強度とクロスする区間に
該当する超音波トランスデユーサ９３の回転走査
角から検出対象溝１０３の幅が検出でき、本実施
例では0.2mmの精度が得られた。なお本実施例の
超音波トランスデユーサ９３を回転走査して得ら
れた穴検出感度S₁は−5dBであり、前述第１実施
例の平行走査で得られた穴検出感度に比し約１／
２であつた。

なお本発明の第１、第２の実施例では、超音波
トランスデユーサは対象物体の被測定物に対して
平行走査して得られた反射信号強度を処理して被
測定物の形状検出を行なつているが、被測定物に
対して回転走査して得られた反射信号強度を処理
してもよく、要は、被測定物と超音波トランスデ
ユーサの相対位置関係を変化して得られた反射信
号強度が被測定物の存在により減少する走査方法
であればよい。

発明の効果以上のように本発明は、超音波送受波素子から
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なかで、
前記被測定物の存在により減少する反射信号強度
を信号処理して、被測定物の形状を検出するの
で、簡易な構成で高精度の形状検出装置を得るこ
とができ、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図は従来の超音波形状検出装置の概略の構
成を示すシステム図、第２図は従来の装置を用い
た形状検出の斜視図、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図は本発明の第１実施例におけ
る装置の概略の構成を示すシステム図、第６図は
本発明の第１実施例における溝の形状検出装置の
斜視図、第７図は本発明の第１実施例における溝
形状検出のためのプログラムの１例を示すフロー
チヤート図、第８図は本発明の第１実施例におけ
る形状検出装置の動作波形を示す図、第９図は本
発明の第１実施例における装置の動作波形を整理
した図、第１０図は本発明の第２実施例における
装置の概略の構成を示すシステム図、第１１図は
本発明の第２実施例における穴の形状検出装置の
斜視図、第１２図は本発明の第２実施例における
形状検出装置の動作波形を示す図、第１３図は本
発明の第２実施例における穴形状検出のためのプ
ログラムの１例を示すフローチヤート図、第１４
図は本発明の第３実施例における装置の概略の構
成を示すシステム図、第１５図は本発明の第３実
施例における溝形状検出の斜視図、第１６図は本
発明の第３実施例における溝形状検出のためのプ
ログラムの１例を示すフローチヤート図、第１７
図は本発明の第３実施例における装置の動作波形
を示す図、第１８図は本発明の第３実施例におけ
る装置の動作波形を整理した図である。５３，７３，９３…超音波トランスデユーサ、
６５，８２，１０３…被測定物、５０，７２，９
１…マニピユレータ、６１，７９，１０１…信号
処理手段。

Claims

【特許請求の範囲】

１超音波送受波素子を用いて溝または穴を有す
る被測定物に超音波を送波する手段と、前記超音
波送受波素子から送波される超音波ビームを前記
被測定物に対して走査する手段と、前記被測定物
の反射信号強度の極小値を求め、前記被測定物の
溝または穴の中心位置を検出する手段とを備えて
なる被測定物の溝または穴の中心位置検出装置。