JPH0650711A - 移動物体の位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 二次元平面上を移動する移動体１３の二次元
位置を非接触で簡単に測定する。 【構成】 移動物体１３に無指向性の光源１９を取付
け、この光源１９の光３３を所定距離Ｌだけ離間した一
対の基準体１４ａ．１４ｂにおける回転台２３に取付け
られた各受光器２９でもってスリット３０を介して検出
し、検出された時の回転台２３の基準方向（Ｙ軸方向）
からの各回転角度α，βと基準体相互間距離Ｌとから移
動物体１３の二次元位置（Ｘ，Ｙ）を算出している。ま
た、移動物体１３に超音波探触子１２を搭載している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は二次元平面上を移動する
移動物体の二次元位置を検出する移動物体の位置検出装
置に係わり、特に、光の入射角度を用いて二次元位置を
検出する移動物体の位置検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、製鉄工場における鋼板の製品検
査工程や、各種鉄鋼加工工場における溶接品質検査工程
においては、鋼板の広い範囲に亘って表面欠陥や内部欠
陥の有無を検査する必要がある。

【０００３】このような鋼板の検査の一つの手段として
超音波探傷手法が採用されている。周知のように、超音
波探傷手法は、超音波探触子を被検体としての鋼板の表
面に当接させ、超音波パルスを被検体内に入射させて、
欠陥に起因するエコーを超音波探触子で検出して、探傷
器でもって信号処理して欠陥を評価する。

【０００４】このような超音波探触子を用いて鋼板の広
い範囲に亘って探傷を行う場合、欠陥が検出された場
合、その欠陥の位置も同時に把握する必要がある。特
に、欠陥発生を記録する場合は、欠陥位置を定量的に検
出する必要がある。よって、専用の位置検出装置が用い
られる。

【０００５】この位置検出装置においては、図１０に示
すように、鋼板１上に、互いに直交する固定直線レール
２ａ，可動直線レール２ｂを組合わせた移動治具２が載
置され、この移動治具２のヘッド２ｃに超音波探触子３
が取付けられている。そして、超音波探触子３の鋼板１
上の二次元座標Ｐ（Ｘ．Ｙ）は、リニア軸受２ｄおよび
ヘッド２ｃに取付けられたエンコーダ４ａ，４ｂにて検
出される。

【０００６】このような位置検出装置が組込まれた超音
波探傷装置であれば、検査員が例えばマニアル操作でも
って超音波探触子３を一つの位置Ｐ（Ｘ，Ｙ）から次の
任意の位置Ｐ´（Ｘ´，Ｙ´）へ移動させることが可能
である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１０
に示すような２本の直線レール２ａ，２ｂからなる移動
治具２を用いた位置検出装置においてもまだ解消すべき
次のような課題があった。

【０００８】例えば、鋼板が正しく溶接されているか否
かを検査する場合においては、検査員がマニアル操作で
もって超音波探触子３を溶接部分に沿って移動させて、
探傷器の表示画面に欠陥エコーが現れるか否かを観察す
る。

【０００９】この場合、溶接が直線に沿って実施されて
いた場合、すなわち溶接の開先形状が鋼板１の縁に平行
又は直交する場合は、超音波探触子３をいずれか一方の
直線レール２ａ，２ｂに沿って移動させればよい。

【００１０】しかし、複雑な形状の鋼板を接ぎ合わせる
場合は、当然溶接の開先形状も直線でなくて、曲線や斜
め形状等を含む複雑な形状となる。図１０に示す移動治
具２においては、例えば位置Ｐから位置Ｐ´へ移動させ
る場合は、直接斜め方向に移動させることができないの
で、先ずＸ方向に移動させて、次にＹ方向へ移動させる
必要がある。

【００１１】なお、超音波探触子３を直接位置Ｐ´方向
へ付勢すると、この付勢力はＸ方向とＹ方向に分力され
て、結果的に斜め方向に移動するが、大きな力が必要と
なり、検査員が片手で簡単に移動させることは困難であ
る。特に、前述した開先形状が複雑になると、この開先
形状を忠実に倣うことは非常に困難である。すなわち、
斜め方向に力を印加したとしても、Ｘ．Ｙ方向に移動し
やすいので、すぐに開先形状を外れてしまう。したがっ
て、たとえ斜め方向に移動したとしても細かく見ると移
動軌跡が階段形状になる懸念がある。

【００１２】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、移動物体に無指向性の光源を取付け、この
光源の光を２箇所で入射方向も含めて検出することによ
って、非接触で移動物体の二次元位置を検出でき、その
結果、移動物体を二次元表面上で曲線を含む任意の軌跡
を簡単に描け、移動物体の操作性を大幅に向上できる移
動物体の位置検出装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解消するため
に本発明の移動物体の位置検出装置においては、二次元
平面上を移動する移動物体に対して無指向性の光源を取
付け、かつ二次元平面に平行する面内に互いに所定間隔
を開けて一対の基準体を配設している。

【００１４】この各基準体に対して、一対の回転台を二
次元平面の直交方向に回転自在に取付け、この各回転台
上に受光器およびスリットを取付け、回転駆動機構で回
転台を回転させる。そして、各受光器が各スリットを介
して光源からの光を受光した時の回転台の基準方向から
の回転角度を角度検出器で検出し、各基準体の回転角度
検出器にて得られた各角度および所定間隔から移動物体
の座標を算出するようにしている。また、別の発明にお
いては、移動物体の内部に超音波探触子が組込まれ、か
つ二次元平面は探傷用の超音波が入射される被検体の表
面で構成されている。

【００１５】

【作用】このように構成された移動物体の位置検出装置
であれば、移動物体の光源からは各方向へ一様に光が放
射されている。そして、この光は所定間隔Ｌを開けて配
設された基準体の回転台に取付けられた受光器に入射さ
れる。ただし、受光器の前方位置にはスリットが配設さ
れているので、このスリットが光源方向を正確に向いた
時に光は受光器に入射する。受光器が光を検出した時の
回転台の回転角度でもって各基準体の基準方向からの移
動物体を見る角度α，βが決定する。したがって、簡単
な幾何学的考察により、各角度α，βおよび基準体間の
距離Ｌから移動物体の現在位置を示す座標（Ｘ，Ｙ）が
算出される。

【００１６】したがって、移動物体の位置を非接触でか
つほぼリアルタイムで検出できる。その結果、移動物体
を例えばマニアル操作で曲線も含む任意の軌跡を描くこ
とが可能となる。

【００１７】また、移動物体に超音波探触子が搭載さ
れ、かつ被検体の例えば複雑な開先形状を有する溶接部
においても、この開先形状に沿って超音波探触子を移動
させることによって、簡単に超音波探傷を実施できる。

【００１８】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面を用いて説明す
る。

【００１９】図１は実施例の移動物体の位置検出装置全
体の概略構成を示す模式図である。なお、この実施例装
置においては、鋼板の表面又は内部欠陥を探傷する超音
波探傷装置に適用した場合を例として説明する。

【００２０】例えば、被検体としての鋼板１１の上面１
１ａに内部に超音波探触子１２が組込まれた移動物体１
３が載置されている。また。この鋼板１１の上面１１ａ
にはベース板１５が、その長尺方向が鋼板１１の両側の
縁に対して直交方向に一致するように載置されている。
このベース板１５の両端部にはそれぞれ基準体１４ａ，
１４ｂが取付けられている。各基準体１４ａ．１４ｂの
中心相互間の距離はＬに固定されている。

【００２１】図２は移動物体１３の構成を示す断面模式
図である。移動物体１３の下部に形成された凹部内に超
音波探触子１２が両側のガイド溝１６ａ，１６ｂに沿っ
て上下自在に収納されている。なおガイド溝１６ａ．１
６ｂの下端にはストッパーが設けられているので、この
移動物体１３を鋼板１１の上面１１ａから持上げたとし
ても超音波探触子１２が落下することはない。

【００２２】そして、この超音波探触子１２は移動物体
１３の中央部に穿設された貫通孔内に収納されたコイル
ばね１７によって鋼板１１の上面１１ａに所定圧力で付
勢されている。移動物体１３の鋼板１１の上面１１ａに
対する水平度は前後に設けられた調節ネジ１８ａ，１８
ｂで調整される。

【００２３】移動物体１３の前方に形成された切欠部に
例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）からなる光源１９が取
付けられている。この光源１９の発光表面は調節ネジ２
０によって垂直方向に調整される。この光源１９から放
射される光は無指向性を有するので、光源１９の光はこ
の移動物体１３後方を除いて移動動物体１３の前方１８
０°全領域に照射される。

【００２４】図３は基準体１４ａの概略構成を示す断面
模式図であり、図４（ａ）は図３にに示す基準体１４ａ
のケースを取外して要部を上方から見た図であり、図４
（ｂ）はケースを取外して要部を側方から見た図であ
る。

【００２５】ベース板１５に支持部材２１ａを介して固
定フレーム２２か取付けられており、この固定フレーム
２２に穿設された貫通孔の軸受に円形の回転台２３の軸
２３ａが支持されている。この軸２３ａの下方にはロー
タリーエンコータ２４が取付けられている。ロータリー
エンコーダ２４内には、外周縁に例えば３６０個の穴が
穿設された回転板とこの穴を検出する光電ピックアップ
が収納されており、回転台２３が１回転すると３６０個
のパルスを出力する。このロータリーエンコーダ２４か
ら出力されたパルス信号は図示しない信号線でもってこ
の基準体１４ａから外部へ導出されている。

【００２６】回転台２３の上面には断面が略コ字型のフ
レーム２５が固定されており、このフレーム２５に固定
された支持板２６に対して調整板２７が一対の調整ネジ
２８ａ，２８ｂを介して取付けられている。調整板２７
の中心に例えばフォトトランジスタ等の受光素子からな
る受光器２９が固定されている。フレーム２５の受光器
２９に対向する面には窓が穿設されている。

【００２７】この窓の前方にスリット板３０ａが取付け
られている。スリット板３０ａには回転台２３の軸２３
ａに平行する方向にスリット３０が形成されている。さ
らに、スリット３０とフレーム２５の窓との間には光源
１９からの光３３以外の雑音となる不要な光を遮断する
フィルタ３１が嵌入されている。

【００２８】フレーム２５の水平方向の傾きは調整ネジ
３２ａ，３２ｂによって補正される。また、受光器２９
の垂直方向の傾きおよび捩じりは調節ネジ２８ａ，２８
ｂによって補正される。

【００２９】したがって、この受光器２９は前方に位置
するスリット３０を通過した光３３のみを受光する。受
光器２９の受光信号は回転台２３の下面と固定フレーム
２２の上面との間に取付けられた一対のスリップリング
３４ａ，３４ｂを介してこの基準体１４ａ外へ導出され
る。

【００３０】また、ベース板１５に取付けられたケース
３５の内壁にはモータ３６が固定されており、このモー
タ３６の回転軸には前記回転台２３の外周に刻設された
歯に係合する歯車３７が取付けられている。モータ３６
の回転速度は例えば回転台２３が20〜40ｒｐｓとなる一
定速度に制御されている。

【００３１】ケース３５のモータ３６の取付側と反対側
には前記光３３が入射するために、図８，図９に示すよ
うなケース３５の側面まで達する大きな窓３５ａが形成
されている。

【００３２】また、図示しないが、回転台２３の下面と
固定フレーム２２の上面との間には、回転台２３が回転
して、スリット３０がベース板１５の長尺方向に一致し
たことを検出するＬＥＤとフォトトラジスタからなる基
準方向検出器が設けられている。そして、この基準方向
検出器から出力された基準方向検出信号（インデックス
信号）は図示しない信号線でこの基準体１４ａ外へ導出
される。ベース板１５の反対側に取付けられた他方の基
準体１４ｂも図３，図４（ａ）（ｂ）に示した基準体１
４ａと同一構成である。

【００３３】そして、図１に示すように、各基準体１４
ａ，１４ｂの各受光器２９の鋼板１１の上面１１ａから
の高さは、移動物体１３の光源１９の上面１１ａから高
さに等しく設定されている。図５は図１に示す位置検出
装置を用いた超音波探傷装置全体を示すブロック図であ
る。

【００３４】各基準体１４ａ，１４ｂ内に組込まれたエ
ンコーダ２４から出力されるパルス信号ａはカウンタ３
８ａ，３８ｂのクロック端子ＣＰへ入力される。また、
前述した基準方向検出器３９から出力された基準方向検
出信号ｂは前記各カウンタ３８ａ，３８ｂのリセット端
子Ｒへ入力される。さらに、各受光器２９から出力され
た受光信号ｃは各カウンタ３８ａ，３８ｂの停止端子Ｓ
ＴＰへ印加される。また、受光信号ｃはラッチ回路４０
ａ，４０ｂのラッチ端子へ印加される。

【００３５】各カウンタ３８ａ，３８ｂはリセット端子
Ｒへ基準方向検出信号ｂが印加されると、計数値を０に
クリアして、再度クロック端子ＣＰへ入力されているク
ロック信号ａのパルス数を計数開始する。そして、停止
端子ＳＴＰへ受光信号ｃが印加されると、計数動作を停
止する。

【００３６】カウンタ３８ａ，３８ｂの計数値はラッチ
回路４０ａ．４０ｂへ印加される。ラッチ回路４９ａ．
４０ｂはラッチ端子へ受光信号ｃが印加されると、今ま
でラッチしていた計数値を破棄して、新たにカウンタ３
８ａ，３８ｂの各計数値をラッチする。

【００３７】すなわち、図６に示すように、各カウンタ
３８ａ，３８ｂは各基準体１４ａ，１４ｂにおけるスリ
ット３０の向きがベース板１５の長尺方向（Ｙ軸方向）
を向いた時にパルス信号ａのパルスを計数開始する。ま
た回転台２３が１回転すると３６０個のパルスを出力す
るので、カンンタ３８ａ．３８ｂの各計数値はその時点
における回転台２３の基準方向（Ｙ軸方向）からの回転
角度を示す。

【００３８】そして、各スリット３０が移動物体１３の
光源１９方向に向くと、光源１９の光３３がこのスリッ
ト３０を通過して受光器２９へ入射する。その結果、受
光信号ｃが出力され、カクンタ３８ａ，３８ｂの計数動
作が停止する。よって、この時の各計数値が図６に示す
ように、各基準体１４ａ，１４ｂにおける移動物体１３
を見たときの基準方向（Ｙ軸方向）からの視野角を示す
回転角度α，βとなる。そして、この回転角度α，βが
ラッチ回路４０ａ，４０ｂにラッチされる。

【００３９】ラッチ回路４０ａ，４０ｂにラッチされた
各回転角度α，βは例えばマイクロコンピュータから形
成された演算処理部４１によって一定時間周期ΔＴ（＝
100ｍｓ）でもって読出される。

【００４０】また、移動物体１３に組込まれた超音波探
触子１２には探傷器４２が接続されている。探傷器４２
は超音波探触子１２に対して一定周期でもってパルス信
号を印加して、超音波探触子１２からのエコー信号を受
信して、表示器４３に表示するとともに、エコー信号に
含まれる欠陥に起因する欠陥エコーＦを検出して、欠陥
データＤｆとしてＡ／Ｄ変換器４４へ送出する。Ａ／Ｄ
変換器４４は探傷器４２から受信した欠陥データＤｆを
Ａ／Ｄ変換して演算処理部４１へ送出する。演算処理部
４１には欠陥データＤｆと欠陥発生位置座標（Ｘ，Ｙ）
を時系列的に記憶するデータメモリ４５が接続されてい
る。

【００４１】次に、各基準体１４ａ，１４ｂから得られ
る各回転角度α，βから移動物体１３の二次元位置を求
める手順を図６を用いて説明する。鋼板１１の長尺方向
をＸ方向とし、幅方向をＹ方向とし、ベース板１５の長
尺方向が鋼板１１に幅方向になるような配設されてい
る。そして、一方の基準体１４ａの回転台２３の回転中
心をＸＹ座標の原点（０．０）に設定すると、Ｙ方向に
距離Ｌだけ離間した各基準体１４ａ，１４ｂから移動物
体１３を見る角度がα，βとなる。したがって、簡単な
幾何学的考察に基づいて、移動物体１３の座標位置Ｐ
（Ｘｐ，Ｙｐ）は（1)式で求まる。 Ｘｐ＝Ｌ・ tanβ／（ tanβ− tanα） Ｙｐ＝Ｌ・ tanβ・ tanα／（ tanβ− tanα） …(1) そして、演算処理部４１は、図７に示す例えばΔＴ＝10
0 ｍｓ等の一定時間毎の時間割込処理のでもって鋼板１
１に対する探傷処理を実施する。

【００４２】流れ図が開始されると、各ラッチ回路４０
ａ，４０ｂにラッチされている各回転角度α，βを読取
って(1) 式を用いて移動物体１３の座標（Ｘ，Ｙ）を算
出する。次にＡ／Ｄ変換器４４の欠陥データＤｆを読取
る。そして、読取った欠陥データＤｆが予め定められた
しきい値Ｄｓより大きい場合に、正規の欠陥データＤｆ
として、この欠陥データＤｆと先に算出した座標（Ｘ，
Ｙ）とを欠陥情報としてデータメモリ４５へ格納する。
なお、読取った欠陥データＤｆがしきい値Ｄｓ未満の場
合は、欠陥なしと判断して、この流れ図を終了する。

【００４３】このように構成され移動物体の位置検出装
置であれば、鋼板１１を探傷する場合、図１に示すよう
に、鋼板１１の幅方向にベース板１５の長尺方向が一致
するように基準体１４ａ，１４ｂを鋼板１１の上面１１
ａ上に位置決めし、超音波探触子１２が組込まれた移動
物体１３を鋼板１１上に光源１９が概ね各基準体１４
ａ．１４ｂ方向に向くよう置く。

【００４４】そして、検査員はこの移動物体１３を鋼板
１１の上面１１ａ上を例えば溶接の開先形状に沿って移
動させいく。すると移動物体１３の座標（Ｘ，Ｙ）は瞬
時に演算処理部４１によって算出される。そして、その
位置における超音波探触子１２にて得られたエコー信号
にしきい値Ｄｓ以上の欠陥データＤｆが検出されると、
その欠陥データＤｆとその時の座標（Ｘ，Ｙ）がデータ
メモリ４５に登録される。

【００４５】この場合、移動物体１３には探傷器４２か
らの信号線が接続されているのみであるので、図１０に
示した従来の移動治具２のように機械的拘束が全く無い
ので、Ｘ方向，Ｙ方向に関係なく、斜め方向でも、曲線
方向でも任意方向に自由に等しい力でもって移動させる
ことが可能である。

【００４６】また、各基準体１４ａ，１４ｂの回転台２
３は例えば20〜40ｒｐｓで回転しているので、各ラッチ
回路４０ａ．４０ｂは５〜２５ｍｓ毎に最新の回転角度
α，βに更新され、演算処理部４１によって、100 ｍｓ
毎に移動物体１３の座標（Ｘ，Ｙ）が算出されるので、
図１０の従来装置に比較して、より高速に探傷装置１３
を移動させても、位置検出が十分追従できる。

【００４７】よって、たとえ複雑な開先形状を有する溶
接部分に対する探傷を実行する場合であっても、移動物
体１３をこの開先形状に倣って簡単に移動させることが
可能となる。したがって、正確に開先形状を倣うことが
でき、確実にかつ能率的に溶接部分の探傷を実施でき
る。すなわち、移動物体１３の操作性を大幅に向上でき
る。

【００４８】図８および図９は２枚の鋼板５１，５２を
溶接した場合におれる溶接部５３近傍部分の探傷を実施
する場合における、各基準体１４ａ，１４ｂの取付位置
と移動物体１３との位置関係を示す模式図である。図８
においては、移動物体１３をより溶接部５３に接近させ
るために、各基準体１４ａ，１４ｂを搭載したベース板
１５を他方の鋼板５２に取付けている。

【００４９】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。実施例においては、移動物体１３に超
音波探触子１２を搭載して、この位置検出装置を超音波
探傷装置に組込んだ場合を説明したが、通常の座標読取
装置に適用することも可能である。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように本発明の移動物体の
位置検出装置によれば、移動物体に無指向性の光源を取
付け、この光源の光を所定距離だけ離間した一対の基準
体の各受光器でもって入射方向も含めて検出している。
そして、入射方向および基準体互角間の距離から移動物
体の位置を算出している。その結果、非接触で移動物体
の二次元位置を検出でき、移動物体を二次元表面上で曲
線を含む任意の軌跡を簡単に描け、移動物体の操作性を
大幅に向上できる。

【００５１】また、移動物体に超音波探触子を搭載する
ことによって、たとえ複雑な開先形状を有した溶接部で
あっても、簡単にこの開先形状に沿って超音波探触子を
移動でき、探傷作業能率を大幅に向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係わる移動物体の位置検
出装置全体の概略構成図、

【図２】 同実施例装置の移動物体の断面模式図、

【図３】 同実施例装置の各基準体の概略構成を示す断
面模式図、

【図４】 図３の要部を取出して示す上面図および側面
図、

【図５】 同実施例装置が組込まれた超音波探傷装置の
概略構成を示すブロック図、

【図６】 位置検出の動作原理を示す図、

【図７】 同超音波探傷装置の動作を示す流れ図、

【図８】 同超音波探傷装置における各基準体と移動物
体の位置関係を示す図、

【図９】 同超音波探傷装置における各基準体と移動物
体の他の位置関係を示す図、

【図１０】 従来の位置検出装置を示す模式図。

【符号の説明】

１１…鋼板、１２…超音波探触子、１３…移動物体、１
４ａ，１４ｂ…基準体、１５…ベース板、１９…光源、
２２…固定アーム、２３…回転台、２４…エンコーダ、
２５…フレーム、２７…調整板、２９…受光器、３０…
スリット、３１…フィルタ、３３…光、３４ａ，３４ｂ
…スリップリング、３６…モータ、３７…歯車、３８
ａ，３８ｂ…カウンタ、３９…基準方向検出器、４０
ａ，４０ｂ…ラッチ回路、４１…演算処理部、４２…探
傷器、４５…データメモリ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二次元平面上を移動する移動物体の二次
   元位置を検出する移動物体の位置検出装置において、 前記移動物体に取付けらた無指向性の光源と、前記二次
   元平面に平行する面内に互いに所定間隔を開けて配設さ
   れた一対の基準体と、この各基準体に対して、前記二次
   元平面の直交方向に回転自在に取付けられた一対の回転
   台と、この各回転台上に取付けられた受光器およびスリ
   ットと、前記各回転台を回転させる回転駆動機構と、前
   記各受光器が前記各スリットを介して前記光源からの光
   を受光した時の前記回転台の基準方向からの回転角度を
   検出する一対の角度検出器と、前記各基準体の角度検出
   器にて得られた各回転角度および前記所定間隔から前記
   移動物体の座標を算出する座標算出手段とを備えた移動
   物体の位置検出装置。
2. 【請求項２】 前記移動物体に超音波探触子が搭載さ
   れ、前記二次元平面は探傷用の超音波が入射される被検
   体の表面であることを特徴とする請求項１記載の移動物
   体の位置検出装置。