JPS5885104A - 超音波測距装置からの信号の評価処理方法および装置 - 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】

本発明は、例えば工作機械で用いられているような超音
波測距装置（超音波距離もしくは行程測定装置）からの
信号を評価処理する方法および装置に関する。 この、ような超音波測距装置は、例えば米国特許第３８
９８５５５号明細書から知られている。この測距装置に
おいては、発振器が、トリガ・ノぞルス（レリーズ・）
ぞルス）を発生する。このトリガ　・ぐルスは、磁歪性
導体に対して特定的に定まＩ）、かつ導体の長さに依存
する周波数を有している。その場合周波数は、短導体で
の８００　Ｑ　Ｈ２と長導体での２００’ＯＨ２との９
間を変動する。この固定のトリが・・ξルス・クロック
は、所定の測定スループットを確定してしまいそれを大
きくすることができないと言う点で不利？　アル。エコ
ーノξルスがトリガ・パルスの直後に現われる場合↑も
、測定ヘッドが測定系の受信器から短い離間距離で存在
するので、次続のトリガ・・ξルスで新しい測定を開始
する前に、発振器のクロック周波数によって決定される
時間だけ待たなけねばならない。さらに、この公知の超
音波測距装置の分解能は測距発振器の周波数によって決
定され、１つの走行時間・ξルスの持続期間中に計数さ
れる測距発振器・ξルスの数が大きければ大きいほど、
分解能も大きくなる。したがって非常に高い分解能を達
成しようとすれば、測距発振器の周波数は、処理が不可
能なほどにまで大きくなってしまう。最後に、この公知
の超音波測距装置は、静止している測定ヘッドの位置測
定にしか適していないことを述べておく。測定ヘラＰが
変位すると、超音波エコーパルスの伝搬速度が有限であ
ること（約２８００ｍ／秒）から、高精度の工作機械例
えば大歯車研削盤でのこの種の装置の使用を不可能にす
るほどの誤差が生じる。 さらに、超音波を用いて２つの物体の相対位置の増分的
測定を行なう方法および装置が知１っれている。（西独
特許出願公開第２８３３３６９号公報参照）、この装置
は、上記の公知の超音波測距装置よりも高い精度を保証
するものであって、磁歪性導体中に超音波を発生するた
めの交流電圧と、超音波によって受信器に誘起される交
流電圧との間の位相位置が、送信ホリ距２置に対する受
信器の相対位置を表わす尺度として利用される。したが
って評価処理方法は、送出されるトリガ・パルスおよび
愛情されるエコーパルスの振幅による影響を受けない。 しかしながら、この方法には、絶対測定が不可能である
と言う欠点がある。 よって本発明の課題は、高い：＋ｌｌＩ定スルージスル
ープツトつつ、超音波測距装置の発生する・ξルスの評
価精度を著しく大きくすると共に、それに加えて、運動
する測定ヘッドに関する他の測定情報を得ることを可能
にし、旧つ絶対測定を可能にする超音波測距装置の信号
の評価処理方法および装置を提供することにある。 本発明の上記の課題は、特許請求の範囲第１項および第
７項に記載の構成によって解決される。 公知の超音波測距装置においては、トリガ・ノξルス発
振器がミ所定の測定スループットを確定する固定のクロ
ック周波数で、トリガ・パルスを発生する。これに対し
、本発明の方法においては、このトリガ・・ξルスは外
部から供給される。これによって、エコー・ξルスの出
現後直ちに、新たにトリガ・パルスを発生することが可
能となる。この場合、本発明による方法および装置は、
測距装置の融通性をもった駆動が可能となるように、即
ち、固定の測定クロック（同期）〒も、可変の測定クロ
ック（非同期）でも作動するように構成されている。本
発明のこの方法および装置によれば、測定ヘッドの位置
測定値に加えて、ヘッドの速度および加速度を求めるこ
とができる。その理由は、測距計数器に加えて常に時間
計数器が使用され、この時間計数器は２つの相前後する
測定間に介在する時間、即ち２つのトリガ　ノ々ルス間
に介在する時間を測定するからである０装置は、それぞ
れ１つの測距計数器および時間計数器からなる２つの計
数器群を備えている０１つの計数器群から他の計数器群
への切換は計数器切換論理回路により強制的に行なわれ
る。この目的で、計数器切換論理回路は、トリガ・・ξ
パルスの外部起動（二より、またトリガ・）ξルスに対
応するエコーパルスによって制御される。本発明による
装置および方法（：おいては、被測定距離区間の分解能
は、測距発振器の周波数により任意（二選択可能である
（ここで、分解能、即ち小さい距離増分は、超音波エコ
ーパルスの伝搬速度と測距発振器周波数の商である）。 ２つの計数器群から供給される計数器内容は、測定ヘッ
ドの位置、速度″および加速度を計算するために、上記
計数器切換論理回路の外部起動を行なう計算機によって
処理される。この計算機はまた対応の測定結果を特徴す
る 特許請求の範囲第８項記載の構成によれば、制御論理回
路は、どの計数器群が処理のための測定データを保持し
ているかに関する制御情報を計算機に伝達する。インタ
ーフェースは、計算機でのプログラムの１行で測定を開
始させ、測定データを処理することを可能にする。 １つの測定即ち、１つのトリガ・、ｏルスと次続のトリ
ガ・ノξルスとの間の測定後には、測定へツＰが変位し
たかどうかおよび測定ヘッドの測定位置に対する速度補
正が必要かどうかを確定することができない。したがっ
て、他の計数器群によ（）、２つのトリガ　ノξルスの
間で少すくともさらに１回測定が実施さハ、それに基い
て、速度補正された位置測定値が求められる（、このよ
うにして位置測定精度は非常に高められる０ 特許請求の範囲第９項記載の本発明の実ｊＡ　？Ｍ様に
よれば、各測定後に割込論理回路が計算機におけるプロ
グラムの実行を中断し、それにより計算機は測定データ
の評価処理を行なうと同時に直ちに新たな測定を実行す
ることができるので、測定スルージットのダイナミズム
を改Ｈすることができる。 超音波・ぐルスが磁歪性導体上の成る特定区間を進むの
に必要とする時間は、該導体の強磁性体としての特性（
例えば淳さ、温度係数、弾性率、透磁率）に依存する。 これらの特性量は、導体毎にまた１つの導体でも場所毎
（部上（へ変動し得る。 したがって、特許請求の範囲第２項記載の本発明の構成
においては、測定ヘッドの測定位置はさらに、磁歪性導
体のこのような非線形量を考朦した線形補正値によって
補正され、それにより精度はさらに改善さ牙する。この
場合、線形補正値は、被測定物と関連し７て、即ち最終
的に測距装置が紹込まねた状態で求められる。例えば、
被測定物、例えば歯車研削盤で、よ３

【Ｊ正確な測距装
置、例えばレーザ干渉計を用いて装置の校市が行なわれ
る。 特許請求の範囲第３項記載の本発明の実施態様において
は、測定ヘッドの位置はさらに温度補償値を用いて補正
される。こ瀬により、測定装置を温度変化の大きい環境
内に設置した場合でも測定精度は改善される。 さらに、特許請求の範囲第４項記載の本発明の実施態様
においては、測定ヘッドの位置は、被測定物および測定
装置の零点の差異に関して補正さね、終局的には、被測
定物の零点に関する位置測定値が出力される。即ち、例
えば歯車研削盤の場合には、砥石車ギヤリッジに連結さ
れた測定ヘラＰの研削盤零点に関する正確な位置が出力
される。 従って特許請求の範囲第５項記載の本発明の実施態様に
おいては、測定環境の温度、測定中の測定ヘッドの速度
、磁歪性導体の非線形性および測距装置と被測定物との
間の零点の差異に関して補正されている位置測定値が出
力される。 特許請求の範囲第６項記載の本発明の実施態様によハば
、別の情報として測定ヘッドの加速度が求められる。こ
の情報は、位置情報および速度情報と共に、測定ヘッド
が、例えば位置制御すべきキャリッジに接続されている
フィードバック制御系において、帰還量と１て有オｊ１
に用いることができる０この種のフィード・・ζツク制
御系においては考慮される帰還量が多は牙］は多いほど
制御過程はそれだけ安定になる。 以下添付図面を参照し本発明の実施例について詳細に説
明する。 第１図を参照するに、信号の処理および評価装置は参照
数字１０？総括的に示されている。 この装置１０は、公知の超音波測距装置１２と組み合せ
て設けら耗ている。このような超音波測距装置の動作原
理は、特定の強磁性材粕における磁歪に基いている。こ
の場合測定量は、磁歪性導体１４上の２点間における超
音波・ξルスの走行時間である。磁歪性導体１４は、図
示を簡略にするために棒で示さ一烈ている。導体１４の
一端には、電子送信器（図示せず）および電子受信器Ｅ
が設けられ又いる。測定ヘッド１６が導体１４に沿って
摺動可能に設けられており、この測定ヘッド１６は永久
磁石を有している０導体１４を介して送信器からトリガ
・ノξルスが送出されると、このトリガ・・ξルスと共
に円形の磁界が導体に沿って移動する。この磁界は永久
磁石の縦軸方向の磁界と出合う。それにより、トリガ・
・ξルス′の持続時間中は、導体内に捩れ作用が生じ、
その結果超音波・ξルスが発生して、受信器Ｅによりエ
コー・ξルスとして受信サレル。トリ力・ノξルスの送
信トエコー、５ルスの受信との間の時間を測定すわば、
この時間は永久磁石と受信器Ｅとの間の距離の尺度とな
る０アナログ信号を出力するため（二は、距離に比例し
た時間間隔を所定の大きさの直流電圧に変換することが
１きる。他方、デイノタルイ台号を得るためには、トリ
ガ・パルスとエコーパルス間の時間中に測距発振器２０
が発生する・ξルスを計数して、数値表示（図示せず）
に変換することができる。 装Ｗ１０は、高いクロック周波数（例えば１２５ＭＨｚ
）で、ｅルスな発生する測距発振器２０を有しており、
この・ξルスは′＠１の測距計数器２２および第２の測
距計数器２４に供給されるＯさらに装置１０は、同じく
高いクロック周ｙｉＱ数で・ξルスを発生する時間発信
器２６を備えており、このノξルスは第１の時間計数器
２８および第２の時間計数器３０に供給さ牙する。こね
６４つの計数器は計数器切換論理回路３２に接続されて
おり、切換論理回路３２は、計数器を次のように制御す
る。すなわち、常に１つの計数器群例えば第１の測距計
数器２２および第２の時間計数器３０が測距発振器・ξ
ルスおよび時間発振器・セルスな計数し、その開梱の計
数器群、すなわち第１の時間計数器２８および第２の測
距計数器２４は停止し、またその逆に、第２の計数器群
が・ξルスを計数し、他方その間、第１の計数器群が停
止しているように制御する。計数器切換論理回路３２は
制御論理回路３小に接続されてお番）、該制御論理回路
３４１はインターフェース３６およびシステム／々ス３
８を介して、計算機４０から、各々１回の測定過程を惹
起するトリガ・ノξルスを受ける。そして、この制御論
理回路３４は、トリガ・・ξルスを計数器切換論理回路
に供給すると共に、導体５０を介して、測距装置１２の
入力段１８および該入力段１８に設”けらねているフリ
ップ・クロック４２にもトリガ・・ぞルスを印加する。 帰還導体４４が、測距装置１２から、フリツゾ°フロッ
プ４２を介［て、計数器切換論理回路３２および制御論
理回路３４に延びている０フリツプ・クロック４２は、
各ト１戸ガ・・ξルスによってセットされ、また各トリ
ガ・パルスに対応し、受信器ｇ’を受（＝されるエコー
パルス（二よりリセットされる。それによｌ）該フリッ
プ・フロップ４２は、１つの走行時間パルスを発生する
。この・ξルスハ、トリガパルスで立ち上が番）そ［、
てエコーパルスで終末する。この走行時間・ξルスはま
た、次のように計数器切換論理回路３２を制御する。す
なわち、各走行時間・ξルスの立ち上がりに１つの計数
器群を作動接続し、他方の計数器群の時間計数器を停止
するように制御＋する。 他方の計数器群の測距計数器は、走行時間・Ｑルスの終
端すなわちエコーパルスによって停止する０ フリップ・フロップ４２の出力側には、帰還導体４４に
よって割込論理回路４６も接続されている。この割込論
理回路４６は、インターフェース３６およびシステムノ
ζス３８を介［７て、後述する仕方で計算機４０に作用
する。さらに、２つの時間計数器２８．３０と制御論理
回路３４ならびにインターフェース３６との間に接続が
設けられており、これらの接続は、追って詳細に述べる
ように、装置の同期駆動に関与するＯ 装置１０は、固有の測距装置を備えた１つの測定チャン
ネルである。従って、第１図に１点鎖線〒示したように
、各々１つの測距装置を有し、同じ計算機で動作する別
のチャンネルを設けることができる。この場合優先順位
を予め定めておけば、各チャンネルが供給する測定デー
タの重要性に応じて、個々の測定チャンネルは、計算機
４０によって制御される。 測定データは、デイノタル信号とｔ２て、システムパル
ス３８を介して、直接送出することが１きる。アナログ
形態の出力信号が都合の良い場合は、測定信号Ｘ（測定
ヘッド位置）、■（測定ヘッド連層）およびＡ（測定ヘ
ッドの加速度）を発生するＤ／Ａ　（ディジタル／アナ
ログ）変換器４８を設ければよい。 フリップ・フロップ４２を有する入力段１８は、測距装
置１２の極く近くに配設し、入力段１８と測距装置１２
との間には無視し得る長さの導体しか存在しないように
する。人力段１８と装置１０との間には、導体４４およ
び５０のＧＴで示す箇所に、誘導性カプラによる電気絶
縁が行なわれる０このようにすわば、走行時間パルス長
に影響を及ぼすことなく、５０ｍまたは１５０ｍのケー
ブル長を介して装置１０を入力段】８に接続することが
可能となる。 第１図に示した装置全体の動作轢嘩に関し、第２図に示
した・ξルス波形図を参照して詳細に説明する、−・制
御論理回路が、または本実施例の場合のように外部トリ
が源としての計算機が、導体５０を介して、トリが　・
ξルスをフリップ・フロップ４２および測距装置１２に
供給する（時点ｔｎ−３）と、同時に泪数器切換論理回
路も作動し、この切換論理回路は、（第２図に示した例
の場合）、第２の時間計数器を作動接続して、第１の時
間計数器を停止する。さらに導体５０を介して７リツプ
・フロップ４２がセットされ、その結果走行時間もしく
はパルスがぐち上がり、その正の縁は導体４４を介して
第ｌの測距計数器を作動接続する０測定ヘツ）′１６か
ら送り返されるノξルスが出現すると、フリツルスの持
続期間中に測距発振器２ｏからのパルスを計数していた
第１のＭ１］距計数器は停止する０他方、第２の時間計
数器は次のトリガ　・ξルスが現ハる（時点１ｎ−２）
まで計数し続ける。 第２のトリガ・ノξルスが現れると、第２の時間計数器
は停止する。そして、第１の時間計数器、ならびに７リ
ツゾ　７０ツブ４２に到る往復導体を介して第２の測距
計数器が作動接続され、これら計数器は、次のエコー・
ξルスが−ｉｈるまで測距発振器・ξルスを計数し、ま
た第３のトリガ　・ぞルスが現ねる（時点ｔｎ−１）ま
で時間発振器・ξルスを計数する。 第３のトリガ　・ξルスが現Ａすると、再び第１の時間
計数器が停止し、第２の時間計数器、ならびにフリップ
　７０ツブ４２に到る往復導体を介して第１の測距計数
器が作動接続される。 こうして、第３の走行時間・ξルスの持続期間中に、第
１の測距計数器は、次のエコー・ぐルスの出現まで測距
発振器・ξルスを計数し、仙方第２の時間計数器は第４
のトリガ・・ξルスのｆｌＪ（時点ｔｎ）まフ時間発振
器・ξルスを計数する。 以下同様の動作を繰返し行なうことができる。 この方法によれば、測定開始タイミングに１シ１係なく
、２つの位置測定間における平均速度を計算することが
可能となる。 連関計算結果は、測定情報として、例えばフィード・ζ
ツク制御系において付加的な帰還量として用いることが
できる０また、本実施例の場合のように移動する測定ヘ
ッドが採用されている事例では重要なことであるが、位
置測定の速度補正に利用することもできる。 計算機４０は、位置測定から、次式に従って測定ヘッド
の位置を算出する。 ＸＧ二ＮＸｎ゛△Ｘ 上式中、ｎ−複数の走行時間・ξルスのうちの最後のノ
にルス、 ＸＧｎ＝　ｎ個の走行時間・ξシス後の位置の測定値、 ＮＸ＝１つの走行時間・ξルス内の測距計数ノξルスの
数、 △Ｘ−距離増分＝　Ｖ　Ｌ　／　ｆ　ｗ＝超音波伝搬速
度／測距発 振器周波数 次いで、計ａ機は、２つの位置測定結果から、測定ヘッ
ドの平均連関、即ち２つの測距間における測定ヘッドの
速度を、第３図に例として示した上側の２つの線図Ｘ（
ｔ）およびＶ（ｔ）に従かい次式に基すいて算出する。 △ｔＮＴｎ 上式中、ｖｎ−ｎ個の走行時間・ξシス後の測定ヘラ１
の速度、 Δを一時間増分−１７ｆＴ＝　ｌ　７時間発振器周波数
、 ＮＴｎ＝（ｎ　−１＞番目のトリガ・）ξパルスとｎ番
目のトリガ　ノξルスとの間にお ける時間計数・ξルスの数 上に算出した速度ｖｎ　が零と等しくない場合、それは
、測定ヘッドが変位したこと、したがつて測定へツＰの
計算位置をさらに速度補正酸によって修正する必要があ
ることを首味する。この速度補正は次式に従がって行な
われる○上式中、ＴＬ＝ｎ番目の走行時間・ξルスの持
和゛己時間 かくして評価結果として、計算ｉ４０から速度補正され
た測定ヘッド位置ＸＡ　＝　Ｘ（）　＋　ＸＶが出力さ
れる。付加的にまたは代替として、ａ出した平均測定ヘ
ッド速度Ｖを出力し、これを例えばフィードバック制御
系において帰還量と１゜て利用することができる○なお
、このことに関しては第５図を参照し追って詳述する。 また、測定ヘッドの計算位置ＸＧｎを、磁歪ｉｑ−導体
の非線形性を考慮した線形補正量で補正する・さら（０
・温度補償および？泪°１定″″′ド”。 が接続されている機械等の零点と測定系の４点との間の
偏差に関する補正が行なわわる。 以下に述べるこれらの補正では、下に定義すＮ　：計数
）８ルスの数 ＮＸ°測距計数・ξルスの数 ＮＴ：ＦＩ？ｆ間計数・ぐルスの数 ΔＸ　距離増分（測距計数・ξルスの距離情報）△ｔ　
：時間増分（時間計数・ξルスの時間情報）ＸＧ：測定
された位置の値 Ｘｖ：速度に依存する補正値ｔ６　（ｈａＸＬ：線形度
に依存する補正位置値 ＸＯ：測定物の零位置と辿ｊ距装置の零位置との間の差
による位置値の偏差 ＸＡ：位槍出力値 ＶＡ：速度出力値 ＡＡ：加速変量力値 ｆＴ：時間発振器の周波数 ｆＬ°測距発振器の周波数 ■Ｕ＝超音波の伝搬速度 ＴＬ：走行時間・ξルスの持続時間 距離増分△Ｘの求め方 厳密に物理学的に言えば、距離増分は次式で与えられる
。 Ｕ Ｗ しかし、異なった測距装置における伝搬速度は正確に等
しくはないので、距離増分は第４ａ図に図解した方法で
求められる。つまり、測距装置および評価装置を用いて
、導体始端ＸＡ　および導体終端ＸＥ　で複数回の測定
が行なわれる。 レーザ干渉計を用いて、導体始端と導体路ム１との間の
区間ＸＲＥＦを正確に測定する。 ここで、距離増分は次のように定義される。 １ 値ＮＸ、　　およびＮＸＡ　　は、線形補正値を求める
のにも用いられる０この線形補正は第４ｂ図に示したグ
ラフに従って行なわれる。第４ｂ図において、曲線ａは
超音波測距装置および評価装置を用いた測定で得られ、
他方曲線すはレーザ干渉計を用いた測定によって得られ
る。 ＮＸＡおよびＮ　Ｘ　８間の固定の間隔で、超音波測定
装置および評価装置ならびにレーザ干渉計を用いて測定
が行なわれる測定点Ｐｎ　に関連する補正値ＸＬは次式
によって求めることができる０ＸＬ（ｎ）＝（ＮＸ（ｎ
）・ΔＸ）”　Ｒ””（ｎ）　＋（Ｎ　Ｘ　Ａ・△Ｘ）
上式中、ＮＸＡ・△Ｘは「零目盛」とした場合の値であ
り、他方ＸＲＫＦ（ｎ）は測定点Ｐｎ　におけるレーザ
測定で得られた値である。重要なのは、線形補正値を、
測定装置が監視された状態で求めることである０ 超音波装置が発生する走行時間パルスは、温度依存性を
有する。したがって、温度変動の大きな環境で測定装置
を用いる場合には、温度補償が行なわれる。この温度補
償は次式に従って求められる。 ＸＧｎ−ＮＸｎ・△ｘ−ＴＦＸ。 温間が上昇すると、超音波の伝搬速度は増加し、エコー
ノξルスの走行時間は減少する。温度の関数としての温
度補償係数ＴＦＸの変化は測定によって求めることがで
きる（第４ｃ図参邂ン０ここで下記の定義が妥肖する。 Ｎ　Ｘ　（２０°Ｃ） （””　　ＮＸ（Ｔ） および Ｔ　Ｆ　Ｘ　（２０・ｃ　）　”　１ 実際には、ＴＦＸは△Ｘと共に予め算出されてお１）、
したがって計算機における計算ルーテーンの作業時間は
影響を受けない。温度測定は、（図示しない測定センサ
を用いて）磁歪性の碑体１４自体で行なわれる。 上に定義した修正値を考堵すると、装置の測定ヘッド補
正位置ＸＡは次式で与えられる。 ＸＡ　＝　ＸＧ　−ＴＦＸ　十ＸＶ　＋　ＸＬ　＋ＸＯ
さらにここに述べた構成によれば、３つの位置測定に基
いて、測定ヘッドの加速間を第３図に示したグラフに従
い次式により計算できる。 Ｖｎ−Ｖ□−１ このようにして評価装置は、測距計数器およにして、測
定ヘッドの位置（必要により測定ヘッドの速度を考慮し
て修正された位置または修正されていない位置）、測定
ヘッドの速度および加速度を計算し出力することができ
る。 評価装置が発生する結果は、例えば第５図に示すような
仕方でフィードバック制御系で利用することができる。 一般に、制御系の特性は、付加的な状態量を帰還結合す
ることにより大きく改善される。多くの場合制御区間に
おける、この付加的な状態量の迎］定は不可能であり、
それ故にこのような量は推定されるがまたはモデルを用
いて−求めなければならない。しかしそれには大きな費
用を要する。これに対して、ここで述べた評価処理装置
は、位置情報の帰還結合を簡単な仕方で可能にするばか
りでなく、速度および加速度状態量の帰１還結合をも可
能にする。 第５図に示されている実施例は、制御区間として、増幅
器Ｖと、増幅器によって給電されるモータＭと、モータ
によりＩｊＸ動さハるスピンドルｓｐと、スピンドルに
より位置調節されるキャリツ）Ｓと、キャリッジと接続
されている測定ヘッド１６を備えている。第１図と関連
して述べたように、計算機４ｏは、測定データを受けて
、この測定データから位置、速度および加速度を計算し
、これら量を帰還結合係％５ｒｌ、ｒ２およびｒ３で校
正する。校正後、これら量は加算素子で１つの実測値に
合成、この実測値は比較器で、やはを〕計算機から供給
される目標値Ｓｌと比較される。その結果得られる差は
、制窃１量を表わし、この量はＤ　／　Ａ変換器４Ｂを
介して制御区間に与えられる。 第２図に示されている制御論理回路３４は、計算機４０
から得られた信号を用いて計数器切換論理回路を制御す
るばかりではなく、８１舞機に動作状態信号を伝達する
働きをもなす。こ牙］ら動作状態信号１２、例えば、（
複数の測定チャンネルが計算機に接続されている場合）
どの測一定チヤンネルの計数器群が測定データの処理を
要求しているかを表わす。さらに付加１的に設けられて
いる割込論理回路４６は、各測定径計算機におけるプロ
グラムの実行を中断し、それにより計算機が、装置１ｏ
の発生した信号を直ちに処理することを可能に″する。 このようにして測定スルージットのダイナミズムを著し
く増大することができる。と言うのは、走行時間ノクル
スを相応に短くすれば、それに対応して早く測定データ
を処理することができ、直ちに新しいトリガ・・ξルス
を導体１４を介して供給することができるからである。 ソフトウェアは、装置１０と計算機との間におけるデー
タ・フローを管理し、その場合、割込（中断）を伴なう
、または伴なわない同期測定動作を可能にし、また割込
を伴なう、または伴なわない非同期測定動作を可能にす
るように作成される。これら２つの動作モードにおいて
、装置１ｏにょｌ）供給される測定データは、計算機に
よって連続的に処理される。 装置が同期モード即ち実時間で動作する場合には、計算
機は固定のクロックパルスを発生シ、したがって等間隔
のトリガ・パルスが発生する。その場合、評価は非常に
簡単になる。と言うのは時間計数器データを計９機に取
１）込む必・〃はないからである。この場合には、測定
トリガ・ノξルス間の固定のタイミングで、一定の時間
情報が得られる。 非同期モードにおいては、割込論理回路４６の使用が非
常に大きな意味を有する。その理由は、この場合、トリ
ガ・ノξルスは異なツタ１ｉ１１　ｍで導体１４を介し
て供給されるからである。成る測定で短い走行時間ノξ
ルスが生じた場合に０１、次続の測定は相応に早期に開
始することになる。これを最適化するために、割込論理
回路４６が用いられるのである。 計算機が主プログラムで何らかの処理の実行に携わって
いるものとする０そこで１つの測定が終結すると、割込
論理回路４６は主プログラムの実行を中断し、プログラ
ム計数器は１畦ちに超音波データ処理ルーテーンにジャ
ンプし、このルーテーンでは、新たに１つの測定が開始
され、供給されるデータの処理が行なわれる。それに続
いて、主プログラムのジャンプが行なわれた個所へ戻ｌ
）跳躍が行なわれる。 全ぺての測定チャンネルは割込論理回路４６に接続され
ている。複数の測定チャンネルの処理シーケンスは、計
嘗機を介［、て割込論理回路に設定される優先順位によ
って、任意に選択することができ、かつまた随時変更す
ることができる。 複数の測定系が設けられている場合には、混合動作モー
ドの選択も可能である。 自明なように、割込論理回路を用いなくとも処理は可能
〒ある。なぜなら計９−機は、装置１０の状態を制御論
理回路３４を介して取込むこむことができるからである
。制御論理回路３４は、時間計数器２８および３０と（
第１図に示すように）直接接続されているので、どの測
定チャンネルのどの計数器群が４１１１定データを保持
しているかを表示する状態状報が、常に与えられている
。勿論この場合には測定スループットは減少する。と言
うのは、主プログラムにおいて時々、状態情報の取込み
を行なわなけ第１ばならないからである。 第３図には、１つの例として、個々の離散値の計算を示
すために、直線加速度運動ａ（ｔ）のシーケンスが示さ
れている。 便宜上、標本化速度（トリガ・・ξルス速度）を一定と
している。このことは、実際に、知かい時間においては
、無視し得る誤差で、非同期動作に当嵌まる。 第３図に示されている曲線から明らかなように、算出値
の精度は標本化時間が短くな牙１ばなるほど良好になる
。 標本化時間をより短くすると言う要件は、非同期動作に
おいては、割込論理回路（４６）を用いることによって
満たされる。この場合標本化時間は、測定タイミングが
固定である場合と比較して、平均約７０％も短縮される
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による装置のブロック・ダイヤグラム、
第２図は第１図に示［また装置の動１′ｌ。 を説明するための）ξルス・ダイヤグラム、第３図は計
算方゛法を図解するグラフを示す図、第４ａ図ないし第
４Ｃ図は線形稀正項および温度補償係数の求め方を図解
するグラフ、そして第５図は第１図に示した装置をフィ
ード・ぐツク制砒系〒使用する場合の一例を示す略図で
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　磁歪性の導体を用い、該導体に沿って永久磁石を
   有する測定ヘッドを変位可能に設けると共に該導体を介
   してトリが・・ξパルスを送り、該トリガ・ノξルスで
   フリップ・フロップをセットすると共に前記永久磁石で
   エコー・ξパルスヲ発生し、該エコー・ξパルスで前記
   フリップ・フロップをリセットし且つ該エコーノξパル
   スを測距装置に設けられている位置固定の受信器で受信
   し、１つの信号経過時間（以後走行率 時間・ξルスと称する）内に、すなわち各トリガ・・ξ
   ルスト受信エコー・ξルスとの間の時間内に、前記永久
   磁石と位置固定の基準点とσ）間の距離区間の尺度とし
   て、測距発振器の発生するノξルスを測距計数器を計数
   する形式の、超音波測距装置　からの信号を処理評価す
   るための方法において、 ａ）前記トリガ・ノξルスを外部的に発生し、ｂ）　　
   １つの走行時間ノξルスの持続期間中に計数される測距
   発振器・ぞルスに加えて、第１および第２のトリガ・ノ
   ξルス間マ時間発振器の・ぞルスを時間計数器により計
   数し、Ｃ）次続の走行時間パルスの持続期間中（二、測
   距発振器の）ξルスを別の測距計数器１計数すると共に
   、第２および第３のトリガ・・ξシス間を時間発振器の
   パルスを別の時間計数器により計数し、 ｄ）得られた計数器状態から、 α）前記測定ヘッドの位置を、弐 ＸＧ＝ＮＸ　　　　・　△Ｘ ｎ　　　　　　　　ｎ 上式中、ｎ−複数の走行時間・ξルスの内の最後のパル
   ス、 ｘＧｎ＝ｎ個の走行時間パルス後の位 置測定値、 ＮＸ　　＝１つの走行時間・ぞルス内の測距計数・ξル
   スの数 ΔＸ＝距離増分＝　ＶＬ　／　ｆｗ 超音波伝搬速度 測距発振器周波数 に従って計算し、 β）前記測定ヘラＰの平均速度を、穴 上式中、ｖｎ＝ｎ個の走行時間・ξシス後の測定ヘッド
   の速度、 ＮＴｎ＝（ｎ−１）番目のトリガ　パルスとｎ番目のト
   リが・；？パルス との間の時間計数・ξルスの数 に従って計算し、そして γ）ステップα）で算出した前記測定ヘッドの位置ＸＧ
   ｎに対する速度補正値を 、式 上式中、ＴＬ＝ｎ番目の走行時間パルスの持続時間 に従って計算し、そして ｅ）評価結果として、速度補正された測定ヘラげ位置ｘ
   Ａ＝　ｘａ　十ｘｖおよび／または平均測定ヘッド速度
   Ｖを出力することを特徴とする超音波測距装置からの信
   号の評価処理方法。 ２　測定ヘラＰの位置ｘＧｎを、次式ｆ表わされる磁歪
   性導体の非線形性を考慮した線形補正値、ＸＬ（ｎ）＝
   ＝　（ＮＸ（ｎ）・△Ｘ　）　−ＸＲＥＦ（ｎ）＋　（
   ＮＸＡ　・ΔＸ）但し ＸＲＥＦ ＸＬ（ｎ）　　　＝測定点Ｐｎ　におけるレーザ干渉計
   での測定と超音波測定装置での測 定との間の距離の差、 ＸＡ　　　　＝磁歪性導体の始端、 ｘＥ＝磁歪性導体の終端、 ＸＲＥＦ　　”レーザ干渉計で測定した区間長ＸＡＸＦ
   、　。 ＮＸＢ（□）　＝導体始端における１番目の測定におけ
   る測距計数・ぐルスの数、 ＮＸＡ（１）　　＝導体終端における１番目の測定にお
   けう測距計数パルスの数、 ＮＸ（ｎ）＝ｘＡとＸＥの間の測定点Ｐｎ　で超音波測
   定装置により測定した測距計 数パルスの数、 ＸＲＩｉ、Ｆ（ｎ）　＝レーザ干渉計による測定点Ｐｎ
   　での区間測定量 によって補正するようにした特許請求の範囲第１項記載
   の超音波測距装置からの信号の評価処理方法。 ３、　測定ヘラＰの位置ｘＧｎを、次式％式％） （） （） で表わされる温度補償係数で補正し、この場合該温度補
   償係数は２０゛Ｃで値「１」をとるものとし、そして他
   の温度での複数回の測定により当該温度補償係数を前身
   って算出しておくようにした特許請求の範囲第１項記載
   の超音波測距装置からの信号の評価処理方法０４　測定
   ヘッドの位置ＸＧ　を、該測定ヘッドの零位置と受信器
   の零位置との間の偏差を考慮した補正値ＸＯで補正す乞
   ようにした特許請求の範囲第１項記載の超音波測距装置
   からの信号の評価処理方法。 ５、　測定ヘラＰの補正された位置ＸＡ　として、次式 ％式％０ １表わされる量を出力する特許請求の範囲第１項ないし
   第４項のいずれかに記載の超音波測距装置からの信号の
   評価処理方法。 ６　ステップＣ）に続いてステップｂ）と同様の・ξル
   ス計数を行ない、そして３つの計数期間で得られる計数
   器状態から、式 に基き測定ヘラＰの力ｐ速度を算出するようにした特許
   請求の範囲第１項ないし第５項のいずれかに記載の超音
   波測距装置からの信号の評価処理方法。 ７．　磁歪性の導体を用い、該導体に沿って永久磁石を
   有する測定ヘッドを変位可能に設けると共に該導体を介
   してトリガリξルスヲ送０、該トリガ・パルスで７リツ
   プ・７０ツゾをセットすると共に前記永久磁石でエコー
   ・ぐルスを発生し、該エコーノξルスで前記フリップ・
   フロップをリセットし且つ該エコーノξルスを測距装置
   に設けられている位置同定の受４ｇ器で受信し、１つの
   信号経過時間（以後走行時間・ξルスと称する）内に、
   すなわち各トリガリξルスと受信エコーノξルスとの間
   の時間内に、前記永久磁石と位置固定の基準点との間の
   距離区間の尺度として、測距発振器の発生する・ぐルス
   を測距計数器で計数する形式の、超音波測距装置　から
   の信号を処理評価するための装置において、測距発振器
   （２ｏ）に接続された測距計数器（２２）および時間発
   振器（２６〕に接続された時間計数器（３Ｑ）から成る
   計数器群と、測距発振器（２ｏ）に接続された別の測距
   計数器（２４）および時間発振器（２６）に接続された
   別の時間計数器（２８）から成る別の計数器群とを有し
   、また測距装置（１２）に接続され且つトリカッ々ルス
   オヨびエコーノξルスによって制御される計数器切換論
   理回路（３２）を有して、この回路（３２）は各走行時
   間パルス毎に１つの計数器群を作動接続し、関連のエコ
   ー・ξルスで該群の測距計数器を停止し、次続のトリガ
   ・・ξルスで該群の時間計数器を停止し、同時に他の計
   数器群を作＠接続するようになっておＩ）、さらに、前
   記計数器切換論理回路（３２）および前記計数器群に接
   続された計算機（４０）を有し、この計算機（４ｏ）が
   、前記トリガ・ノξルスを発生し、前記計数器切換論理
   回路（３２）を制御し、且つ計数器状態を評価すること
   を特徴とする超音波測距装置からの信号を評価処理する
   ための装置。 ＆　計数器切換論理回路（３２）に、インターフェース
   （３６）を介して計算機（４ｏ）と共に接続されて、該
   計算機（４ｏ）に、測定データを既に保持している計数
   器群の状態情報を供給する制御論理回路（３４）を備え
   ている特許請求の範囲第７項記載の超音波測距装置から
   の信号を評価処理する装置。 ９、　制御論理回路（３４）に加えて、評価処理を待期
   している測定データが在る場合に、８１Ｘｍ（４０）に
   おけるゾログラムの実行を中断するための割込論理回路
   （４６）を設けた特許請求の範囲第８項記載の超音波測
   距ｂｙからの信号を評価処理する装置。