JPS5824913A - 位置制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明ｒｉ第１部材を第一部材に対して位置制御する
装置に関するものである。一層特に、排他的ではなｈが
この発明は半製品、原料および製品のような物体のきす
を検出する試験装置に用いられ、変換器によって放出さ
れた超音波ビームがテスト物体の表面における一定入射
角を維持するように超音波変換器プローブを位置制御す
る装置に係わる。

公知の超音波試験装置１は、テストすべき物体を収容す
る水タンクと、水タンク上の移送ｍ＆と、このＩｄｌｋ
構罠よって支持されそして物体の丁度上まで水中にのび
るプローブとから成っている。プローブの下端には超音
波変換器ヘッドが接続され、そしてリンク＠楡を介して
調整機構例えばサーボモータまたは手動機構に結合され
、それによシヘッドの方向および変換器と物体との間の
距離を調整でき、ヘッドから放出された超音波エネルギ
のパルスビームが物体の表面に直角に入射するようにす
る。この調整は一度行なうと物体の走査中装省が動いて
いる間は通常変えることがアきない。

物体から受けたエコーに相応した像は例えばオシロスコ
ープ上に表示でれ、そして移送機構は、変換器ヘッドが
物体を横切って走査するようにプローブを動かすように
作動できる。別の公知の装置では、テストすべき物体は
水中に浸されず、代シに変換器ヘッドに組込んだノズル
からジェット（噴流）として放出され、このジェットは
物体に衝突して超音波エネルギの通路を一定する。

超音波ビームはテストすべき物体の表面に対して少なく
とも実質的に直角でなければならないかまたは少なくと
もその表面における一定の入射角および上記表面からハ
ｔ！一定の距離を保つ必要があるので、公知の装置の有
効性には限界があり、例えば表面の彎曲したまたはある
輪郭をもつ物体をテストするために自動走査モードでは
使用することができない。

この発明の一つの特徴によれば、第１部材によって支持
されそして第２部材上の位置までのそれぞれの距離を表
わす信号を発生するように作動できる二つの変換器と１
．第１部材に結合きれ第１部材を第一部材に対して動か
す駆動モータ装置と、上記信号を受けて上記駆動モータ
装置を制御する制御装置とを有する第１部材を第２部材
に対して位置制御する装置が提供される。

この発明の別の特徴によれば、第１部材によって支持さ
れそして第２部材上の位Ｉｌまでのそれぞれの距離を宍
わす信号を発生するように作動できる二つまたはそれ以
上の逆変換器を備えた主変換器と、第１部材に結合さｔ
″Ｌ第１部材を第２部材に対して動かす駆動モータ装置
と、上記信号を受けて上記駆動モータ装置を制御する制
御装置とを有し、加工部片に対する変換器の距離および
角変位ｔＫ関する第７部材の制御された運動が加工部片
の走査中連続して自動的ＫｖＩ４整畜れる記１部材を第
２部材に対して位置制御する装置が提供さｎ、る。

この発明゛をさらによく理解するため、以下例として添
附図面について説明する。

躯１図に示す装置はタンクｌを有し、この中に水コおよ
び水中のテストすべき物体３が入っており、物体３０表
面ｒｉ図面の千ａｉｌおいて彎曲している。タンクｌの
上にはプローブ組立体ダが設けられ、このプローブ組立
体４Ｌは物体３の上まてのびている中空プローブカラム
Ｓおよび水中へのプローブの挿入性でを調整したシまた
プローブをその４１１１Ｍのまわ夛で回転させ走少する
調整機構６を備えている。変換器ヘッド？ｒｊプローブ
の下端に回動自在に取付けられ、図面に垂直な軸線のま
わシで回動できるようにされ、また調整機構６はサーボ
モータｌを備えておシ、このサーボモータｔはリンク機
構（図示してない）例えにプローブ内部にのひるチェー
ン躯動部材を介【７て変換器ヘッド７に結合され、変換
器ヘッドクの回動運動を制御する。プローブ組立体は矢
印りの方向およびそれに垂直な方向に動いて物体３０表
面上を走査できるように図示してない装置で支持される
。図示してないが例として、プローブ組立体は、それ自
体車輪付きでしかも長手方向レールに沿って動くことの
できる横すペル案内部材上を走行する車輪付トロラーに
装着してもよく、車輪を動かすため車輪に適当な駆動モ
ータが結合される。変換器ヘッド７には、物体３０表面
上に超音波エネルギの／−？ルスビームを送）そしてこ
の物体からエコーを受ける主変換器結晶体（図示してな
い）が組込オれる。変換器ヘッドはまた二つの補助すな
わち従変換器結晶体１０を存し、これらの結晶体１０ｒ
ｉ超音波ビームの放出される位置のそれぞれの側におい
て変換器ヘッドクの下面に配置式れてｈる。

主変換器結晶体は給電装置ｌ／に接続され、この′給電
装ｈｉｉｒｉ周知の仕方で結晶体を励振する一連の鋭い
パルスを発生し、そして結晶体で受けたエコーを表わす
信号にＣＲＴモニタ７．２に表示される。従変換器結晶
体ｉｏもエコーを受け、各従変換器結晶体ｌθでそれら
のエコーを受ける回数はビームと、エコーの反射される
物体３の表面との間の入射角に関係する。従って、従変
換器結晶体１０ｒ１制御装随／３に接続され、この制御
！２．置／３＃−ｉこれらの結晶体１０で受けたエコー
の相対タイミングを決め、従ってサーボモータざヲｆｌ
ｉｌｌ　０１して超音波ビームを表面に直角にきせる。

結晶体ＩＯがビームと正確（直角である平面においてビ
ームから正確に咎距離となるように変換器ヘッド７を構
成すると、それぞれの結晶体１０で受けたエコーは丁度
ビームが物体３の表面に直角であるとき一致する。変換
器ヘッドが設計上の選択かまたは製造誤差のため上述の
ようでない場合には、一定の時間差が考慮に入れられる
。第２図に示す制御装置１３はこれを行なうようＫされ
る。また認められるように、変換器結晶体は物体Ｊの頂
面からだ１でなく、その底面からもエコーを受け、そし
て実際一連のスプリアスエコーも受は得る。第コ訳に示
す制御装ａｒｉタイム窓を画定する装置を有し、この装
置ハ給電装置１／／の動作と一期化されて、単に関連エ
コーだけに確実に作用するようにする。これらのエコー
は通常物体３の上面から反射したエコーであるが、しか
しある場合Ｋ１−１例えば下面またはある内部面からの
エコーを用いるのが望ましい。超音波ビームは選択した
エコーを反射する表面に直角となるように制御される。

タイ本窓を画定する装ｇｔｒｉ、オペレータが所望の面
を選択できるように調整可能にされ得る。

さて第２図を参照すると、二つの従変換器結晶体／θか
らの信号は、それぞれのメート増幅器コＯＫ供給され、
これらのゲート増幅器コ０け上述の窓画定装置１によっ
て制御され、この装置ＩＩＦ′ｉノルス発生装置コｌの
形を成し、このノルス発生装置コｌは給電装置／／から
の各パルスに応動して、予定のすなわち制御可能な可変
遅延の後、増幅器２０を開く予定の長さの／ぐルスを発
生する。開いている増幅器２０を通ったエコー信号はそ
れぞれの整形回に！Ｉココおよびコンバータ回路コ３に
よって整形され、こ１らのコンバータ回路はまた信号レ
ベルをトランジスタ・トランジスタ論理回路（ＴＴＩ、
回路）に適するようにし、この論理回路は動作速度の観
点からその安定性の理由で好ましくは制御装置の残りの
部分に用いらｎ、る。コンバータ回路コ３からのパルス
出力はそれぞれの回路２ダに送られ、各回路２ダは受け
た第１パルスだ［−通す、別のパルスｒｉ通常スプリア
スエコーに相応しておシ、そしてこれらの第１パルスは
論理回路２Ｓに送られ、そこでこれ−らの第１−ζルス
閲の時間を、例えばヘッド７の製造の不正確さによる上
述の差に見合った予定のすなわち制御可能に可変の誤差
時間と比較する。比較によって、論理回路２５ｒｉ変換
器ヘツドクの位置を修正する必要があるか否かを決め、
その結果、６ルス発生回路コロへ”　ｏｏ”信号か＠Ｎ
ｏ　Ｇｏ　”信号を供給する。

パルス発生口Ｆ６２４Ｆｉ”Ｇｏ　”信号に応動してパ
ルス列を発生し、このパルス列の繰返し周波数は１ず予
定のし×ルまで平滑に上昇し、そしである時間の間一定
に保ち、その後平滑に減少し、このパルス列の働きはサ
ーボモータｇの加速および減速能力を考慮しながら予定
の調整段階を通してサーボモータｔをモータ駆動回路コ
アを介して駆動することＫある。一方、論理回路コＳｒ
ｉまた、二つの結晶体ＩＯのうちでのどちらが最初にエ
コーを受けたかに関連した方向指示信号を発生し、駆動
回路コアがサーボモータｇを適当な方向に駆動するのを
保証する。駆動回路コアの構造はサーボモータｔの形式
に関係する。例えば、サーボモータｌがステッピングモ
ータである場合には、駆動回路コクはモータを正しい方
向に歩潰させるためノ９ルス発生回路コｔからのパルス
を適当な順序で通す適当な論理内路から成ることができ
る。直流モータの場合には駆動回路は例えば周波数・電
圧変換器から成ることができる。

変換器ヘッド７　ｉｊ　、プローブカラムＳが二つの垂
直軸線の壕わシで回動できそれによシ物体３の表面の彎
曲が一以上の方向であっても適用するように調整可能で
あるようにしてプローブカラム５に結合され得ることが
認められ、付加軸−の１わシの回動を制御するため付加
のサーボモータが設けられる。従って、変換器ヘッドは
二つ以上の従変換器を備えることができ、すなわち超音
波ビームの１わりｌ？：９０’の間隔で四つのそのよう
な従変換器を設け、そして第２図の回路を二つ設けて付
加した二つの従変換器からの信号に応じて付加のサーボ
モータを制御するようにすることができる。

この発明は第１図の液浸型の装置の代シにジェットプロ
ーブを用いた試験装置に適用できることが認められる。

第３図［ｄ中空包囲体３０の形式のジェットプローブ用
の変換器ヘッドを示し、この中空包囲体３０は加圧水の
入口３１と出口管３コとを備えておシ、出口管３コは中
空包囲体の下方壁３３から中空包囲体内の主変換器結晶
体３４！近くまでのびている。入口３１から供給されろ
水Ｆｉ中空包囲体Ｊ０を満たし、出口管３コからジェッ
ト（噴流）として流出していく。主変換器結晶体３４！
の各１１には二つまたは四つの従結晶体Ｊｊ（図面ＫＦ
ｉ二つだけを示す）が設けられている。出口管３コけそ
の頂部が僅かに鐘形に拡けられ、一種の導波管として作
用するようにして、戻ってきた超音波エコーが従結晶体
３Ｓに達し得るようＫし、またそれによシ第１．２図に
関して説明してきた方法と同じようにしてヘッド位置を
自動的に制御できるようにする。従結晶体ａｓｒｉエコ
ー信号の到来方向に一層正確に面内するように僅かに傾
斜される（このような傾斜は当然本質的なものではない
が、感度を改善することができる）。

第ダ図には変換器ヘッドダθを示し、この変換器ヘッド
ダＯけ包囲体ダｌを有し、そめ内部には一つの端壁ダ３
近くに主変換器結晶体ダコが設けられている。また包囲
体参ｌ内には信号案内管参ｑが上記結晶体ダコから包囲
体の別の端壁弘５における出口までのびてお〕、との端
壁は超音波反射板として作用するようＫｆｆｌ形にさ孔
ている。

信号案内管ダダの出口のまわシにおいて端壁ダ５の外面
には二つまたに四つの従変換器結晶体ｑ６（図面には二
つだけを示す）が取付社られている。

変換器ヘッドをプローブ例えば第１図のプローブに取付
けるため適当な回動取付装置１（図示してない）が端壁
ダ３に取付けられる。

従変換器結晶体ｌθ、ダ６を変換器ヘッドの下面に取付
ける代！？に、−すれらを例えば変換器ヘッドから横方
向にのびる適当な支持アームに取付けてもよい、また、
それらが全て用いられることは本質的なことではない０
代ヤにテストすベキ物体とヘッドとの相対的方向法めは
例えば二つの変換器を用いて感知することができ、これ
ら二つの変換器は物体によって内部に誘起されたキャ讐
シタンスまたはインダクタンスの変化を測定することに
よって物体の表面からのそれらのそれぞれの距離を感知
し、或いは物体の表面に接触してその位置を感知する機
械的プローブ装置を設けて本よい。

超音波変換器を設ける場合、ヘッド７における主変換器
（よって放出されるもの以外の超音波信号からのエコー
を検出することができ、各従容換器はおそらく主変換器
の周波数と異なる周波数でそれ自体のビームを発生する
ように駆動きれることができ、また制御装置ｌは従容換
器で発生さｎたビームのエコーを表わす信号に作用する
ようにされ得る。

最後に１この発明を超音波試験装置１に適用した実施例
について説明してきたが、この発明は、一つの部材を別
の部材に対して例えばある自動工作機械および他の種類
の試験装置に対して位置制御するような場合にも応用で
きる。

第１図の従容換器ＩＯまたは第参図の従容換器ダ６は、
それらのそれぞれの受信フィールドの軸線が主変換器の
ビーム軸１８に平行となるように取付叶ることができ、
また受信フィールドの軸線が主変換器ビーム軸１Ｉｉｌ
Ｋ向って内方へまたはこのビーム軸線から離れる外方へ
傾斜されるように各従容換器を取付けると装置の感度を
改善することかで色る。

【図面の簡単な説明】

第１図は液浸屋の超音波試験装置の概略図、第二図は第
１図の装置に用いる制御装置のプルツク脳図、第３．９
図は超音波試験装＆に用いられる変換器ヘッドの概略断
＠因である。 図中、３：テストすべき物体、　参ニブローブ組立体、
　　Ｓ：中空プローブカラ人、　　６：調整機構、　７
：変換器ヘッド、　　ＩＱ＝従変従容換器結晶体　ｌ／
：給電装置、　／３：制御装ｇｔ１手続補正書（方式） １．事件の表示 昭和５７年　特許願　第’１２８３５８号２、発明の名
称 位置制御装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住所　　　イイリス国、ロンレ、ニス・ダブリュＪ。 ボール・モール、１００ 名称　　　　ブリティッシュ・エアロスペイス・ノブリ
ック・リミテッド・カンノぞニー ４、代理人 〒１０５　　住所　東京都港区西新橋１丁目１番１５号
物産ビル別館　電話（５９１）　０２６１１、明細書 ２、図　面 ６、補正の内容

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ　第１部材を第２部材に対して位置制御する装置にお
   いて、第１部材によって支持されそして第二部材まての
   それぞれの距離を表わす電気信号を発生するように作動
   できる二つの変換器と、第１部材に結合され第１部材を
   第１部材に対して動かす駆動モータ装置と、上記電気信
   号を受ゆて上記駆動モータ装置を制御するように接続さ
   れた制御装置とを有することを特徴とする位置制御装置
   。 ユ　第１部材によって支持された一つの主変換器および
   二つまたはそれ以上の逆変換器を有し、逆変換器が第二
   部材を介して主変換器によシ伝送されてきた信号に応動
   して第１部材と逆変換器との間のそれぞれの距離を表わ
   す電気信号を発生するように作動でき、さらに１第１部
   材に結合され第１部材を第１部材に対して動かす駆動モ
   ータ装置と、上記電気信号を受けて上記駆動モータ装置
   を制御し第１、第１部材の相対角度位置および距離の連
   続自動調整を維持させる制御装置とを有することを特徴
   とする位置制御装置。 ３　テストすべき加工部片を支持する支持装置と、上記
   加工部片に向ってかつ上記加工部片から離れる方向にし
   かも加工部片の表面上を動くようにキャリヤ組立体によ
   って可動に支持されたプローブ装置と、上記プローブ装
   置に同動自在に取付けられた超音波変換器ヘッドと、プ
   ローブ装置に結合され加工部片に向かうおよび加工部片
   から離れるプローブ装置の動きを制御しそして変換器ヘ
   ッドをプローブ装置に対して回動自在に動かす駆動モー
   タ装置とを有し、上記変換器ヘッドが上記加工部片に向
   って超音波エネルギを放出しそして加工部片で反射され
   たエネルギを受ける主変換器を支持し、また上記反射エ
   ネルギの一部を受けて加工部片表面までのそれぞれの距
   離を表わす電気信号を発生するように作動できる少なく
   とも二つの逆変換器を支持していることを特徴とする装
   置。 嘱　逆変換器および駆動モータ装置１に接続され、そし
   て距離を表わす信号に応動して加工部片の表向と主変換
   器との間の予定の距離および超音波エネルギビーム細紐
   と加工部片の表面との間の予定の入射角を維持するよう
   に作動できる制御装置を有する特許請求の範囲第３項に
   記載の装置。 Ｓ　各逆変換器の受信フィールド軸線が主変換器の受信
   −発信フィールド軸に対して傾斜するように各逆変換器
   を取付性る特許請求の範囲第３項に記載の装置。 ム　各逆変換器の受信フィールド軸が主変換器の受信・
   発信フィールド軸線に平行となるように各逆変換器を取
   付ける特許請求の範囲第３項に記載の装置。