JPS59225313A - 被測定物の溝または穴の中心位置検出装置 - 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】 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形状検出装置に関
する。

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ＩＫ第３図に
示す高電圧パルス１７合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１
４．１５．１６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、アナログー
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１Ｊ１６［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１５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４０４１．４２及び反、射信号強度４
３，４４．４６を検出している。

寸だ、第２図において超音波送受波素子１ば、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１
１とパルスモータ１ｏを介して矢印Ａ、Ｂ方向に回転走
査する構成となっており、超音波送受波素子１を所定の
角度でステップしながら前述の被測定物間で反射信号の
伝播時間及び強雇の検出を行なっている。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
らの反射信号強度全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ってプロットしたものである◇
４６，４了、４８ばそれぞれ被測定物１３の客辺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１３，１４．１６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、大径穴あるいは芋憤 るいは小虫溝では、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全大幅に向」ニしない
と、形状検出ができないという問題点があった。

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、／Ｊ％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
に到った０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、被測定物に対して超音波送受波手段により超
音波を送受波する手段と、前記被測定物と前記超音波送
受波手段の相対位置関係を変化させる手段と、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
前記被測定物の形状を検出する手段により、前記被測定
物の形状検出を行なう装置を得るものである。

実施例の説明 見、下水発明の第１の実施例について、図面を参照しな
がら説明する。

第６図は本発明の第１実施例における溝の形状検出装置
ｔの概略を示すシステム図である。第６図において６０
はロボットのマニピュレータであり、データ処理制御装
置６１からの制御信号によりマニピュレータ制御装置６
２を介して動作を制御している。またマニピュレータ５
ｏ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６３が設置されて因る。

超音波トランスデユーサ６３は、発振器５６により所定
の周波数の超音波を対象物体６４の溝６６に向けて送波
し、まだ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は受波信号増幅器６６
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。）られるが、このデータ処理制御装置５
１はインタフェイスコントロールユニット５９（以下Ｉ
ｃＵという。）、フロッピディスクドライブ装置６０（
以下ＦＤＤという。）および小型電子計算機６１（以下
ＣＰ（Ｊと１．、う。）から構成される。ＩＣＵ６９は
ＦＤＤ６０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６８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だめのプロ
グラム或は、諸条件を入力する。このデータ処理１θＵ
御装置６１においては、発振器５５を動作させるだめの
制御信号の出力、マニピュレータ５０の動作を制御する
マニピュレータ制御装置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から予め入カスドアされたプロ
グラムに従って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、マニピュレータ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６４と超
音波トランスデユーサ６３の距離が１００＋ｎｍ、対象
物体５４の溝６６の幅が５　ｍｍ　＋深さ１０ｍｍで、
超音波トランスデユーサ５３の送受波面は対象物体６４
に対向しており、超音波トランスデユーサ５３を対象物
体６４に対してｏ、２．、ｍのステップで平行に走査し
た場合について説明する。

形状検出はＦＤＤｅｏから予め入カスドアされた第７図
のフローチャートに示す形状検出プログラムの手順に従
って行なわれる。第７図のフローチャニドにおいて、ま
ずステップ１でデータ処理制御装置６１からの制御信号
によりマニピュレータ制御装置６２を介してマニピュレ
ータ６Ｑ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６３から送波される超音波ビーム
の中心位置を示す。まだ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４
０　ｍｍである。

次にステップ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６６を動作させ超音波トランスデユーサ
６３で所定の周波数の超音波を被測定物６４に向けて送
波すると同時に、Ａ／Ｄ　変換器５７、メモリ６８を動
作させて、対象物体６４からの反射信号をメモリ６８に
記憶する。第８図にはメモリ６８に記憶された反射信号
を示す。

６８は対象物体６４の平面部分６６からの反射信号、６
９は対象物体６４の溝６５の底面部分６７からの反射信
号を示す。

次にステップ３でメモリ６８に記憶された反射信号をＩ
ＣＵ３９を介してＣＰＵ６１に転送すズ。

ＣＰＵ６１ではＦＤＤ６０から予め入カスドアされてい
るプログラムに従って対象物体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。

次にステップ４ではマニピュレータ６０を矢印入方向へ
０　、２　ｍｍ移動して上記ステップ１．ステップ２を
繰返して所定のセンシング回数（本実施例では２００回
）を完了すればステップ５へ進む。

ステップ６では、上記ステップ２、ステップ３で得られ
た検出対象溝６５を含む対象物体６４からの反射信号強
度をもとにして検出対象ｍ６５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を矢印入方
向に平行走査した時の対象物体６４からの反射信号強度
を、横軸に超音波トランスデユーサ６３の平行走査量、
縦軸に反射信号強度をとって５点おきにプロットしたも
ノテアリ、ＣＰＵ６１では、ＦＤＤ６０から予め入カス
ドアされたプログラムに従って反射信号強度の諷小値を
検出して溝６６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６８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は一１２ｄＢであ
った。

以上のように本実施例によれば、溝６５を有する対象物
体６４に超音波を送受波すると同時に、マニピュレータ
６ｏを動作させ千対象物体６４に対して超音波トランス
デユーサ６３を平行に走査することにより得られる対象
物体６４からの反射信号強度の中で溝６３を有する対象
物体５４からの反射信号強度は、溝６３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シ検出対象溝６６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６３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
マニピュレータ制御装置７１はマニピュレータ７２をＸ
−Ｙ軸の直交２軸で動作可能な構成になっている。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図に示ヤニ対象物体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５Ｉｌ１１．ｌ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
しておシ、超音波トランスデユーサ７３を対象物体８１
に対して０．２ｍｍのステップで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ＦＤＤ了８から予め入カスドアされた第１３
図のフローチャートに示す形状検出プログラムの手順に
従って行なわれる。第１３図のフローチャートにおいて
、ステップ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、８６はＸ軸方向の
センソング完了時の、寸だ８６はＹ軸方向のセンシング
開始時の、８了は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４０ｍｍ）内で行なわれる。

次にステップ２，３．４では前記第１実施例と同様にマ
ニピュレータ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。９Ｑは
対象物体８１からの反射信号を示す。

次にステップ５では、Ｙ軸方向のセンシングをすべくマ
ニピュレータ７２を動作させ超音波トランスデユーザ了
３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。

次にステップ２，３．４では、前記第１実施例と同様に
マニピュレータ了２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８
２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、マニピュレータ
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０．２ｎ１
ｍ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の平行し ／前置から穴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の実施例における荷の形状検出
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１００ｍｎｚ対
象物体１０２の溝１０３の幅が５Ｉｌ＋ｍ、深さ１ｏｍ
ｍで、超音波トランスデユーサ９３を対象物体１Ｑ２に
対して０．９°　のステップで回転走査した場合につい
て説明する。

形状検出はＦＤＤｌｏｏがら予め入カスドアされた第１
６図のフローチャートに示す形状検出プログラムの手順
に従って行なわれる。第１４図のフローチャートにおい
てステップ１でデータ処理制御装置１ｉ９ｓからの制御
信号にょ９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１６図において１
０５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はセンシング完
了時の、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だめの超音波トランスデ
ユーサ９３の回転走査角１−ｊ、３６°　である。

第１７図には１回のセンシングによりメモリ９了に記憶
された反射信号を示す。１０Ｂ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１０
３の底面１０４からの反射信号である。ステップ３では
、前述の第１実施列と同様に、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
。

次にステップ２，３．４では超音波トランスデユーサ９
３を０．９０　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１ｏ２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図は超音波トランスデユーサ９３を矢印入方向に
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って６点おきにプロットしたもの
でありＣＰＵ１０１では、ＦＤＤｌ　００から予め入カ
スドアされたプログラムに従って前述の第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１０
２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
検出することによシ検出対象溝１０３の中心位置を検出
することができ、本実施例では０．２１１１１１１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肖する超音波
トランスデユーサ９３の回転走査角から検出対象溝１０
３０幅が検出でき、本実施例では０　、２　ｍｍ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９
３を回転走査して得られた穴検出感度Ｓ１は一５ｄＢ　
　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％であった。

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
なっているが、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、被測定物に対して超音波を送受
波すると同時に超音波送受波手段と被測定物の相対位置
関係を変化して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弾ｌｉｔ信号処理
して、被測定物の形状全検出するので、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
は犬なるものがある。

【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全整理した図、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
出装置の余１視図、第７図は本発明の第１実施例におけ
る溝形状検出のだめのプログラムの１例を示すフローチ
→・−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１Ｑ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だめのプロ
グラムの１例を示すフローチャート図、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１６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
形状検出のだめのプログラムの１例を示すフローチャー
ト図、第１７図は本発明の第３実施例における装置の動
作波形金示す図、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．γ２
゜マ ９１・・・・・・〆ニビュレータ、６１，７９，１０１
・・；・・・信号処理手段。 第１図 第３図 第４１２Ｉ Ｂ　ｆ’＋１！、”１−ｊｌ　停、Ａ　’！ｒｑ　ＩＵ
ｍｔｔｌ”ｌ　（ｉ）第５図 第７図 第８図 第９図 走ＲＷう人トランスデエーすり手打水２１量（簡）第１
０図 第１１図 第１２図 第１３図 ６６− 第１６図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波送受波素子を用いて被測定物に超音波を送
   受波する手段と、前記超音波送受波素子と前記波゛　測
   定物の相対位置関係を変化させる手段と、前記被測定物
   の存在により減少する前記被測定物からの反射信号強度
   を信号処理して前記被測定物の形状を検出する信号処理
   手段からなる被測定物の形状検出装置。
2. （２）＠記被測定物は穴もしくはスリットを有した特許
   請求の範囲第１項記載の被測定物の形状検出装置。
3. （３）前記信号処理手段は、前記反射信号強度の極小値
   を検出する手段からなる特許請求の範囲第１項記載の被
   測定物の形状検出装置。 ←）前記信号処理手段は、閾値強度を設定する手段と、
   前記反射信号強度が前記閾値強度を下まわるときの前記
   超音波送受波素子と前記被測定物の相対位置関係の変化
   量を検出する手段からなる特許請求の範囲第１項記載の
   被測定物の形状検出装置０