JPS60214211A - 超音波集束装置 - Google Patents
超音波集束装置Info
- Publication number
- JPS60214211A JPS60214211A JP7113184A JP7113184A JPS60214211A JP S60214211 A JPS60214211 A JP S60214211A JP 7113184 A JP7113184 A JP 7113184A JP 7113184 A JP7113184 A JP 7113184A JP S60214211 A JPS60214211 A JP S60214211A
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- JP
- Japan
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- ultrasonic
- ultrasonic waves
- horn
- focusing device
- receiving element
- Prior art date
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- Pending
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
- G10K11/26—Sound-focusing or directing, e.g. scanning
- G10K11/28—Sound-focusing or directing, e.g. scanning using reflection, e.g. parabolic reflectors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B17/00—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/221—Arrangements for directing or focusing the acoustical waves
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。
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
本発明は超音波送受波素子により送波される超音波を集
束する超音波集束装置に関するものである。
束する超音波集束装置に関するものである。
従来例の構成とその問題点
従来の超音波集束装置としては超音波送受波素子の前面
に装着される直角の頂角を有する円錐形のコーンと、前
記コーンと同軸上に配置された放物曲面を有するホーン
とからなり、前記超音波送受波素子から送波される超音
波を集束するものがある。以下その内容の概略を説明す
る。
に装着される直角の頂角を有する円錐形のコーンと、前
記コーンと同軸上に配置された放物曲面を有するホーン
とからなり、前記超音波送受波素子から送波される超音
波を集束するものがある。以下その内容の概略を説明す
る。
第１図は従来の装置の構成を示す図である。保持器２に
固定された超音波送受波素子１に高電圧パルスを印加す
ると空気中に所定の周波数の超音波パルスが送波される
。超音波送受波素子１から送波された超音波パルスは超
音波送受波素子１の＠面に装着されたコーン４に到達し
方向を変えた後ホーン３に到達する。ホーン３の内周曲
面は放物曲面を形成しており反射された超音波は焦点Ｏ
で集束する構造になっている。コーン保持板６はコーン
４をホーン３に対して所定の位置に固定している。以上
のような構成からなる超音波集束装置を超音波送受波素
子１の前面に装着することにより、焦点Ｏに到達する超
音波の信号強度は超音波集束装置を装着しない場合に比
較して著しく増大する。また、たとえばＡ点のように焦
点Ｏから離れた点における信号強度は超音波集束装置を
装着しない場合に比較して低下するため指向性が鋭敏に
なる。なお焦点０から発射あるいは反射された超音波は
前述した経路を逆にたどり超音波送受波素子１に到達す
るため、このときの超音波送受波素子１が感知する受波
信号を信号処理することにより、超音波の受波も可能な
構成になっている。
固定された超音波送受波素子１に高電圧パルスを印加す
ると空気中に所定の周波数の超音波パルスが送波される
。超音波送受波素子１から送波された超音波パルスは超
音波送受波素子１の＠面に装着されたコーン４に到達し
方向を変えた後ホーン３に到達する。ホーン３の内周曲
面は放物曲面を形成しており反射された超音波は焦点Ｏ
で集束する構造になっている。コーン保持板６はコーン
４をホーン３に対して所定の位置に固定している。以上
のような構成からなる超音波集束装置を超音波送受波素
子１の前面に装着することにより、焦点Ｏに到達する超
音波の信号強度は超音波集束装置を装着しない場合に比
較して著しく増大する。また、たとえばＡ点のように焦
点Ｏから離れた点における信号強度は超音波集束装置を
装着しない場合に比較して低下するため指向性が鋭敏に
なる。なお焦点０から発射あるいは反射された超音波は
前述した経路を逆にたどり超音波送受波素子１に到達す
るため、このときの超音波送受波素子１が感知する受波
信号を信号処理することにより、超音波の受波も可能な
構成になっている。
第２図は前述した超音波集束装置を装着した超音波送受
波素子をねじ締めロボットに適用し、穴位置補正機能を
実現した際のねじ締めヘリド部の概略を示す図である。
波素子をねじ締めロボットに適用し、穴位置補正機能を
実現した際のねじ締めヘリド部の概略を示す図である。
ホーン８．コーン９．コーン保持板１ｏから構成された
超音波集束装置を前面に装着した超音波送受波素子６は
保持器７を介してねじ締めヘッド１１に固定されている
。ねじ締めヘッド１１はマニプレータ１２に固定されて
おり、外部からの制御信号によりＸ方向、Ｙ方向に移動
する。第２図において超音波送受波素子６から送波され
た超音波はコーン９．ホーン８で反射され、被測定物１
３に到達し、逆の経路を経て超音波送受波素子６に到達
する。また超音波送受波素子６の前面から被測定物１３
までの距離は、超音波送受波素子６の前面から焦点まで
の距離りに一致するように設定されており、超音波送受
波素子６は被測定物１３との距離りを保ちながらマニプ
レータ１２によりＸ方向、Ｙ方向に移動する。
超音波集束装置を前面に装着した超音波送受波素子６は
保持器７を介してねじ締めヘッド１１に固定されている
。ねじ締めヘッド１１はマニプレータ１２に固定されて
おり、外部からの制御信号によりＸ方向、Ｙ方向に移動
する。第２図において超音波送受波素子６から送波され
た超音波はコーン９．ホーン８で反射され、被測定物１
３に到達し、逆の経路を経て超音波送受波素子６に到達
する。また超音波送受波素子６の前面から被測定物１３
までの距離は、超音波送受波素子６の前面から焦点まで
の距離りに一致するように設定されており、超音波送受
波素子６は被測定物１３との距離りを保ちながらマニプ
レータ１２によりＸ方向、Ｙ方向に移動する。
第２図において１６は超音波送受波素子６から送波され
集束した超音波ビームと被測定物１３の交点を示し、１
６はこの点からマニプレータ１２を所定の距離だけＸ方
向に移動したときの超音波送受波素子６から送波され集
束した超音波ビームとＬ 被測定物の交点を示す。第３図の実線は第２図において
マニプレータ１２を１５の位置から１６の位置まで所定
の間隔で移動させながら超音波送受波素子６で超音波を
送受波したときの反射信号強度ヲ、横軸にマニプレータ
１２のＸ方向の移動量を、縦軸に反射信号強度をとりプ
ロットし、２次曲線で補間処理を行った結果の一例であ
る。なお本従来例では超音波送受波素子６と被測定物１
３の距離は７６ｍｍ、点１５と点１６の距離は１０Ｍ、
マニプレータ１２の移動間隔は１ ｍｍである。また被
測定穴１４の直径は５ｍｍとしだ。第３図において反射
信号強度はマニプレータ１２の移動量が６門の位置で最
小になり、その時の反射信号強度は２ｅＯＯｍＶである
。このとき超音波送受波素子６から送波され集束した超
音波と被測定物１３の交点は被測定物１３上の被測定穴
１４のＸ方向中心位置に一致する。従ってこの時のマニ
プレータ１２の位置座標に予め設定されている超音波送
受波素子６のＸ方向オフセット量（超音波送受波素子６
から送波され集束した超音波と被測定物１３の交点と、
ドライバビット１７の延長と被測定物１３の交点との距
離）δを加えた座標にマニプレータ１２を移動すること
により、ドライバビット１７を被測定穴１４のＸ方向中
心軸上に移動させることができる。同様の手順をＹ方向
に適用することによりドライバビット１７を被測定穴１
４のＹ軸方向中心軸上に移動させることができ、上記２
工程を連続して実行することにより、ドライバビット１
了を被測定穴１４の中心軸上に移動させることができる
。この後にねじを供給してドライバビット１７を回転さ
せながら下降させれば、ねじをねじ穴に確実に締め付け
ることができ、ねじ締め保集の高精度化、高効率化が実
現できる。一方、第３図の破線は、超音波送受波素子６
単体（超音波集束装置を装着しない状態）をねじ締めヘ
ッド１１に固定して、前述の超音波集束装置を装着した
時と同条件下において超音波送受波素子６で超音波を送
受波したときの２次曲線による補間処理結果である。な
お、この時超音波送受波素子６から送波される超音波は
集束しないのでオフセット量は超音波ビームの中心と被
測定物１３の交点と、ドライバピント１７の延長と被測
定物１３の交点との距離としている。第３図における実
線と破線を比較すると、実線すなわち超音波集束装置を
装着した時の結果のほうが最小信号強度と最大信号強度
の差が大きく、超音波集束装置を装着することにより穴
検出感度が向上することがわかる。この穴検出感度の向
上は、従来の超音波集束装置を用いない超音波送受波素
子単体では穴検出感度が低すぎて検出不可能な小径穴の
位置検出が可能となることを意味しており、超音波集束
装置の効果は非常に犬なるものがある。しかしながら、
超音波集束装置を装着することにより超音波送受波素子
単体の場合に比べて大径化しオフセット量δが増加する
。このオフセット量δの増加はドライバビット１７の被
測定穴１４の中心位置上への移動時間を増加させ、大径
化はねじ締めロボットの動作範囲の狭小化を招くという
問題点があった。
集束した超音波ビームと被測定物１３の交点を示し、１
６はこの点からマニプレータ１２を所定の距離だけＸ方
向に移動したときの超音波送受波素子６から送波され集
束した超音波ビームとＬ 被測定物の交点を示す。第３図の実線は第２図において
マニプレータ１２を１５の位置から１６の位置まで所定
の間隔で移動させながら超音波送受波素子６で超音波を
送受波したときの反射信号強度ヲ、横軸にマニプレータ
１２のＸ方向の移動量を、縦軸に反射信号強度をとりプ
ロットし、２次曲線で補間処理を行った結果の一例であ
る。なお本従来例では超音波送受波素子６と被測定物１
３の距離は７６ｍｍ、点１５と点１６の距離は１０Ｍ、
マニプレータ１２の移動間隔は１ ｍｍである。また被
測定穴１４の直径は５ｍｍとしだ。第３図において反射
信号強度はマニプレータ１２の移動量が６門の位置で最
小になり、その時の反射信号強度は２ｅＯＯｍＶである
。このとき超音波送受波素子６から送波され集束した超
音波と被測定物１３の交点は被測定物１３上の被測定穴
１４のＸ方向中心位置に一致する。従ってこの時のマニ
プレータ１２の位置座標に予め設定されている超音波送
受波素子６のＸ方向オフセット量（超音波送受波素子６
から送波され集束した超音波と被測定物１３の交点と、
ドライバビット１７の延長と被測定物１３の交点との距
離）δを加えた座標にマニプレータ１２を移動すること
により、ドライバビット１７を被測定穴１４のＸ方向中
心軸上に移動させることができる。同様の手順をＹ方向
に適用することによりドライバビット１７を被測定穴１
４のＹ軸方向中心軸上に移動させることができ、上記２
工程を連続して実行することにより、ドライバビット１
了を被測定穴１４の中心軸上に移動させることができる
。この後にねじを供給してドライバビット１７を回転さ
せながら下降させれば、ねじをねじ穴に確実に締め付け
ることができ、ねじ締め保集の高精度化、高効率化が実
現できる。一方、第３図の破線は、超音波送受波素子６
単体（超音波集束装置を装着しない状態）をねじ締めヘ
ッド１１に固定して、前述の超音波集束装置を装着した
時と同条件下において超音波送受波素子６で超音波を送
受波したときの２次曲線による補間処理結果である。な
お、この時超音波送受波素子６から送波される超音波は
集束しないのでオフセット量は超音波ビームの中心と被
測定物１３の交点と、ドライバピント１７の延長と被測
定物１３の交点との距離としている。第３図における実
線と破線を比較すると、実線すなわち超音波集束装置を
装着した時の結果のほうが最小信号強度と最大信号強度
の差が大きく、超音波集束装置を装着することにより穴
検出感度が向上することがわかる。この穴検出感度の向
上は、従来の超音波集束装置を用いない超音波送受波素
子単体では穴検出感度が低すぎて検出不可能な小径穴の
位置検出が可能となることを意味しており、超音波集束
装置の効果は非常に犬なるものがある。しかしながら、
超音波集束装置を装着することにより超音波送受波素子
単体の場合に比べて大径化しオフセット量δが増加する
。このオフセット量δの増加はドライバビット１７の被
測定穴１４の中心位置上への移動時間を増加させ、大径
化はねじ締めロボットの動作範囲の狭小化を招くという
問題点があった。
発明の目的
本発明は超音波集束装置を装着した超音波送受波素子に
よる被測定穴の位置検出における上記問題点を改善し、
超音波集束装置の小径化、オフセット量δの減小を実現
するものである。
よる被測定穴の位置検出における上記問題点を改善し、
超音波集束装置の小径化、オフセット量δの減小を実現
するものである。
発明の構成
本発明の超音波集束装置は、超音波送受波素子の前面に
装着される鋭角の頂角を有する円錐形のコーンと、前記
コーンと同軸上に配置された放物曲面を有するホーンと
から構成され、超音波集束装置の小径化が可能であると
いう特有の効果を有している。
装着される鋭角の頂角を有する円錐形のコーンと、前記
コーンと同軸上に配置された放物曲面を有するホーンと
から構成され、超音波集束装置の小径化が可能であると
いう特有の効果を有している。
実施例の説明
以下本発明の実施例を第４図にもとづいて説明り３る。
第４図において、１８は超音波送受波素子、１９は保持
器、２０はホーン、２１はコーン、２２はコーン保持板
である。保持器１９に固定された超音波送受波素子１８
から送波された超音波は超音波送受波素子１８の前面に
装着された鋭角の頂角を有するコーン２１に到達し方向
を変えた後ホーン２２に到達する。ホーン２２の内周曲
面は放物曲面を形成しており、反射された超音波は焦点
０で集束する構造になっている。コーン保持板２２はコ
ーン２１をホーン２０に対して所定の位置に固定してい
る。なお本実施例におけるコー−ｙ２１の頂角は６ｏ９
超音波送受波素子１８の前面から焦点○までの距離りは
従来例で示した頂角が直角であるコーンを有する超音波
集束装置の場合と同じ７５ｍｍとした。このとき、頂角
が直角であるコーンを有する従来の超音波集束装置では
直径が８０ｍｍ、ねじ締めロボットに適用した時のオフ
′セッ”ト量は６５ ｍｍであるのに対して、本実施例
に示した構成の超音波集束装置では直径６８ｍｍ、オフ
セット量５８朋であり、小径化、オフセント量の減小が
実現できる。
器、２０はホーン、２１はコーン、２２はコーン保持板
である。保持器１９に固定された超音波送受波素子１８
から送波された超音波は超音波送受波素子１８の前面に
装着された鋭角の頂角を有するコーン２１に到達し方向
を変えた後ホーン２２に到達する。ホーン２２の内周曲
面は放物曲面を形成しており、反射された超音波は焦点
０で集束する構造になっている。コーン保持板２２はコ
ーン２１をホーン２０に対して所定の位置に固定してい
る。なお本実施例におけるコー−ｙ２１の頂角は６ｏ９
超音波送受波素子１８の前面から焦点○までの距離りは
従来例で示した頂角が直角であるコーンを有する超音波
集束装置の場合と同じ７５ｍｍとした。このとき、頂角
が直角であるコーンを有する従来の超音波集束装置では
直径が８０ｍｍ、ねじ締めロボットに適用した時のオフ
′セッ”ト量は６５ ｍｍであるのに対して、本実施例
に示した構成の超音波集束装置では直径６８ｍｍ、オフ
セット量５８朋であり、小径化、オフセント量の減小が
実現できる。
発明の効果
このように本発明では、鋭角の頂角を有するコーンと、
超音波送受波素子から送波され前記コーンにより反射さ
れた超音波を焦点に集束させるような放物曲面を有する
ホーンを設けることにより、超音波集束装置の小径化、
ねじ締めロボットに適用した時のオフセット量の減小を
実現でき、その実用的効果は犬なるものがある。
超音波送受波素子から送波され前記コーンにより反射さ
れた超音波を焦点に集束させるような放物曲面を有する
ホーンを設けることにより、超音波集束装置の小径化、
ねじ締めロボットに適用した時のオフセット量の減小を
実現でき、その実用的効果は犬なるものがある。
第１図は従来の超音波集束装置の構成を示す図、第２図
は第１図の構成からなる超音波集束装置を装着した超音
波送受波素子をねじ締めロボットに適用した時のねじ締
めヘッド部の概略を示す図、第３図は第２図の構成から
なる装置を用いた穴位置検出において、超音波送受波素
子をＸ方向に一定の間隔で平行に移動させながら超音波
を送受波したときの超音波送受波素子の移動量と反射信
号強度の関係を示す図、第４図は本発明の一実施例Ｙお
ける超音波集束装置の構成図である。 １８・・・・・・超音波送受波素子、２０・・・・・・
ホーン、２１・・・・・・コーン。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 第２図
は第１図の構成からなる超音波集束装置を装着した超音
波送受波素子をねじ締めロボットに適用した時のねじ締
めヘッド部の概略を示す図、第３図は第２図の構成から
なる装置を用いた穴位置検出において、超音波送受波素
子をＸ方向に一定の間隔で平行に移動させながら超音波
を送受波したときの超音波送受波素子の移動量と反射信
号強度の関係を示す図、第４図は本発明の一実施例Ｙお
ける超音波集束装置の構成図である。 １８・・・・・・超音波送受波素子、２０・・・・・・
ホーン、２１・・・・・・コーン。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 第２図
Claims (1)
- 超音波送受波素子の前面に装着される鋭角の頂角を有す
る円錐形のコーンと、前記コーンと同軸上に配置された
放物曲面を有するホーンとからなり、前記超音波送受波
素子から送波される超音波を集束する超音波集束装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7113184A JPS60214211A (ja) | 1984-04-10 | 1984-04-10 | 超音波集束装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7113184A JPS60214211A (ja) | 1984-04-10 | 1984-04-10 | 超音波集束装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60214211A true JPS60214211A (ja) | 1985-10-26 |
Family
ID=13451710
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7113184A Pending JPS60214211A (ja) | 1984-04-10 | 1984-04-10 | 超音波集束装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60214211A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5156144A (en) * | 1989-10-20 | 1992-10-20 | Olympus Optical Co., Ltd. | Ultrasonic wave therapeutic device |
-
1984
- 1984-04-10 JP JP7113184A patent/JPS60214211A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5156144A (en) * | 1989-10-20 | 1992-10-20 | Olympus Optical Co., Ltd. | Ultrasonic wave therapeutic device |
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