JPS6050467A - 被測定物の位置検出方法 - 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位置検出方法に関
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方法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Ｏ 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位置検出を示す斜視図
である。第１図において超音波送受波素子１に第３図に
示す高電圧パルス１７を印！ｌＩ口すると空気中に所定
の周波数の超音波パルスが光射される・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１４，１５．１６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−デジタル変換されてメモリ６に記憶される。

第３図は、メモリ５に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５Ｖｃ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３７．３８．３
９の伝播時間４０．４１，４２及び反射信号強度４３，
４４．４５を検出している。

また、第２図において超音波送受波素子１は。

小型電子側算機６からの制御信号により）Ｏレスモータ
ドライバ１１とパルスモータ１０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度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を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。４６，４γ、４８はそれぞれ被測定物１３の
各辺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１０回転走査角度から被測定物１３の各辺
１４，１６．１６の方向を検出している。寸だ前述の反
射信号の伝播時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
めることができ、被測定物１３の位置を検出することが
できる〇 しかしながら、従来の位置検出装置を穴の位置検出に適
用した場合、大径穴ではその位置検出が可能であるが、
小径穴では、穴の各辺からの反射信号が重畳されるので
、超音波送受波素子の減衰性を大幅に向上しないと、位
置検出ができないという問題点があった。さらに従来例
を用いて大径穴の位置検出を行なう場合には、超音波送
受波素子１を２軸方向に回転走査する必要があり大径穴
の高速位置検出をはかる上で大きな問題点になっていた
。

発明の目的 本発明は、上述の欠点をなくシ、小径穴の位置を高速高
精度で検出する位置検出方法を提供することを目的とす
る。

発明の構成 本発明は超音波送受波素子と被測定物の相対位置関係を
変化させて前記超音波送受波素子により超音波を送受波
して得られた反射信号強度の極小値を検出して前記被測
定物の一方の軸方向の中心位置を検出する第１工程と、
この第１工程を複数回数実行して得られた前記極小値の
極小値か（ら他方の軸方向の中心位置を検出する第２工
程により前記被測定物の位置検出を高精度、高速で行な
う方法を得るものである。

実施例の説明 以下本発明の一実施例について１図面を参照しながら説
明する。

第６図は本発明の一実施例における被測定物の位置検出
装置の概略を示すシステム図である・第５図において−
５０は被測定物と超音波送受波素子５３の相対位置関係
を変化させる手段（以下マニピュレータという。）であ
り、データ処理制御装置５１からの制御信号によりマニ
ピュレータ制御装置６２を介して動作を制御している。

また超音波送受波素子６３はマニピュレータ６０上に第
６図に示すように設置されている。

超音波送受波素子５３は１発振器５５により所定の周波
数の超音波を対象物体６４に向けて送波し、またその反
射信号を受波している０超音波送受波素子５３が出力す
る受波信号は受波信号増幅器５６を経て、アナログ−デ
ジタル変換器６７（以下Ａ／Ｄ変換器という。）によっ
てデジタル値に変換され、メモリ６８に記憶される。さ
らにデータ処理制御装置５１が設けられるが、このデー
タ処理制御装置５１はインタフェイスコントロールユニ
ット５９（以下ＩＣＵという。）・フロッピディスクド
ライブ装置６０（以下ＦＤＤという０）および小型電子
計算機６１（以下ＣＰＵという。）から構成される・Ｉ
ＣＵｅｓｇはＦＤＤｅｏおよびＣＰＵｅｌに接続される
とともに、前述の発振器５５とメモリ５８に接続される
。ＦＤＤ６０は本位置検出装置を用いて位置検出を行々
うだめのプログラム或は諸条件を入力する。このデータ
処理制御装置６１においては、発振器５５を動作させる
ための制御信号の出力、マニピュレータ５ｏの動作を制
御するマニピュレータ制御装置６２への制御信号の出力
を行なうとともにメモリ６８から転送された入力データ
の前処理を行ない、ＦＤＤｅｏ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
、被測定物の位置の演算処理、マニピュレータ６０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位置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
音波送受波素子５３の距離が１００ｍｍ　、対象物体５
４上の被測定物６６（以下穴という）の直径が５ｍｍで
、超音波送受波素子６３の送受波面は対象物体５４に対
向しておシ、超音波送受波素子５３を対象物体５４に対
して２ｍｍのステップで平行に矢印入方向へＸ軸に沿っ
て３回走査した場合について説明する。

位置検出はＦＤＤ６０から予め入カスドアされた第７図
の７０−チャートに示す位置検出プログラムの手順に従
って行なわれる。第７図のフローチャートにおいて、ま
ずステップ１でデータ処理制御装置５１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６ｏを駆動して超音波送受波素子６３をセンシング
開始位置に移動して第１回目のセンシングを実行ｆる。

第６図において、６２は超音波送受波素子６３がら送波
される超音波ビームの中心位置を示す０また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、第１
回目のＸ軸方向のセンシングは、この区間内で行なわれ
る。なお本実施例ではＸ軸方向のセンシング区間は１０
ｍｍである。

次にステップ２でデータ処理制御装置６１からの制御信
号により発振器６５を動作させ超音波送受波素子５３で
所定の周波数の超音波を対象物体６４ＶＣ向けて送波す
ると同時に、Ａ／Ｄ変換器６７゜メモリ５８゛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０第８図にはメモリ５８に記憶された反射信号を示
す。６８は対象物体５４からの反射信号を示す・ 次にステップ３でメモ１Ｊ５８［記憶された反射信号を
ＩＣＵ６９を介してＣＰＵ６１に転送する・ＣＰＵ６１
では予めＦＤＤ６０から入カスドアされているプログラ
ムに従って対象物体５４からの反射信号６８の反射信号
強度Ｐを検出し記憶しておく◎ 次にステップ４では所定のセンシング回数を完了してい
なければマニピュレータ６ｏを矢印入方向へ２ｍｍ移動
して、上記ステップ２．ステップ３を繰返す。所定のセ
ンシング回数（本実施例では５回）を完了すればステッ
プ６へ進む。

ステップ６では、上記ステップ２．ステップ３を繰返し
て得られた対象物体６４からの反射信号６８の反射信号
強度をもとにして穴６５のＸ軸方向の中心位置を検出す
る。第９図は、超音波送受波素子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
軸に超音波送受波素子６３の平行走査量、縦軸に反射信
号強度をとうてプロットしたものであり、ＣＰＵ６１で
は、ＦＤＤ６０から予め入カスドアされたプログラムに
従って平行走査して得られた反射信号強度について２次
回帰を用いた補間処理を行ない反射信号強度の極小値お
よびこの時の超音波送受波素子６３の平行走査量を検出
する・第９図において６９は２次回帰を用いた補間処理
結果であシ曲線６９の頂点から反射信号強度の極小値Ｐ
１は２，９００ｍＶ　、ｉだこの時の超音波送受波素子
６３の平行走査量は６ｍｍとなる。穴６５のＸ軸方向の
中心位置は、前述の超音波送受波素子６３のセンシング
開始位置のＸ座標に上記平行走査量（ｅｍｍ）を加える
ことにより検出できる。

つぎにステップ６では第６図に示すように超音波送受波
素子５３をＹ軸方向にＬｒＭＩ（本実施例では３耶形動
じて第２回目のＸ軸方向のセンシングを実行する。７１
はセンシング開始時の、また７２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６４の交点を示す〇 つぎのステップ７．８，９．１０では前述のステップ２
，３，４．６と同様に実行して反射信号強度の極小値Ｐ
２およびこの時の超音波送受波素子６３の平行走査量を
検出するＱ本実節例では。

反射信号の極小値Ｐ２は７００ｍＶ、またこの時の超音
波送受波素子５３の平行走査量は６ｍｌ［ｌであった・
つぎにステップ１１では第６図に示すように。

超音波送受波素子５３をＹ軸方向ｌｌ′１：Ｌ、ｌｌｌ
１ｌ（本実施例では３ｍｍ）移動して第３回目のＸ軸方
向のセンシングを美行する。７３はセンシング開始時の
また７４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６４の交点を示す・ つぎのステップ１２，１３，１４，１５では前述のステ
ップ２，３，４．６と同様に実行して反射信号強度の極
小値Ｐ３およびこの時の超音波送受波素子６３の平行走
査量を検出する。本実施例では、反射信号の極小値Ｐ３
は１．３＜）ＯｍＶ　−またこの時の超音波送受波素子
６３の平行走査は６耶であった・ つぎにステップ１６では、前述のステップ６゜１０．１
５で得られた穴６５からの反射信号強度Ｐ１．Ｐ２．Ｐ
３をもとにして穴６６のＹ軸方向の中心位置を検出する
。

第１０図は、超音波送受波素子６３を矢印入方向に３回
平行走査した時の穴６６を含む対象物体６４からの反射
信号強度を、横軸に超音波送受波素子５３の平行走査時
のＹ軸位置、縦軸に反射信号強度の極小値をとってブロ
ソトーシたものであ坊横軸は第１回目の平行走査時のＹ
軸位置を基準にしているｏ　ＣＰ　Ｕ　６１てはＦＤＤ
６０から予め久カスドアされたプログラムに従って反射
信号強度の極小値Ｐ１．Ｐ２．Ｐ３について２次回帰を
用いた補間処理を行ない反射信号強度の極小値Ｐ４を検
出する・第１０図において７６は補間結果であり曲線７
５の頂点から反射信号強度の極小値Ｐ　は５００ｍＶ、
またこの時の超音波送受波素子６３の平行走査時のＹ軸
位置は４調であることを検出した・穴６５のＹ軸方向の
中心位置は前述の第１回目の超音波送受波素子６３のセ
ンシング開始位置のＹ座標に上記Ｙ軸位置を加えること
によシ検出できだ。

まだ穴６６のＸ軸方向の中心位置は、３回のＸ軸方向セ
ンシングで得たそれぞれの反射信号強度が極小値を示す
時の超音波送受波素子６３の平行走査量の平均値（本実
施例では６ｍｍ）に前述の超音波送受波素子６３のセン
シング開始位置のＸ座標に上記平行走査量の平均値を加
えることによシ検出でき、第１１図に示す穴６５の中心
位置ｏ１を検出することができた。

以上のように本実施例によれば、穴６５を有する対象物
体５４に超音波を送受波すると同時にマニピーレータ５
０を動作させて対象物体５′４ＶＣ対して超音波送受波
素子６３をＹ軸の位置を変更してＸ軸方向に３回平行に
走査することにより、得られる反射信号強度について補
間処理を行ない極小値Ｐ１．Ｐ２．Ｐ３を検出してさら
にこれらの極小値Ｐ４から穴６５のＹ軸方向の中心位置
を検出し。

また、それぞれの平行走査において１反射信号強度が極
小値を示すときの超音波送受波素子５３の平行走査量の
平均値を検出することで穴６５の中心位置０１　を検出
することができ、本実施例ではそれぞれ０．０５ｆｆＬ
ｍの高い位置精度が得られた口さらにセンシング区間（
ｘ、ｙ軸共に±６ｍｍ）に対して穴６６の位置を検出す
るためのセンシング回数は１６回と従来例に比して大巾
に低減され高速で穴位置検出を行なうことができた。

なお本実施例では１個の超音波送受波素子６３を用いて
３回のＸ軸方向のセンシングを実行したが３個の超音波
送受波素子６３を用いて同時にセンシングを実行すれば
さらに高速の穴６６の位置検出が可能である。

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極小値から前記
被測定物の一方の軸方向の中心位置を検出し、さらに複
数回数超音波送受波手段と被測作物の相対位置関係を変
化して得られた複数個の反射信号強度の極小値の極小値
を検出して前記被測定物の他方の軸方向の中心位置を検
出して、被測定物の中心位置を検出するので、高速高精
度の小径穴位置検出方法をうろことができ。

その実用的効果は大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の被測定物の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を整理した図、第５図は
本発明の一実施例における被測定物の位置検出装置の概
略の構成を示すシステム図、第６図は同装置の斜視図、
第７図は穴位置検出のだめのプログラムの一例を示すフ
ローチャート図、第８図は穴位置検出装置の動作波形を
示す図、第９図は動作波形及び補間処理結果を示す図、
第１０図は穴に対し超音波送受波素子をＹ軸方向に相対
位置関係を変化した時の変化量と反射信号強度の極小値
の関係を示す図、第１１図は穴のＹ軸方向の中心位置検
出方法の説明図である。 ６３・・・・・・超−音波送受波素子、６６・・・・・
・穴、５０・・・・・・マニピュレータ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　にか１名第１
図 第３図 第４図 厚層じ底送５々３を！号の何季云走３１角（贋）第５図 第６図 第７図 」 第８図 第９図 第１０図 Ｙ！ｌ１１４ｆｌ　＜ｒｎｍ　） 第１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 超音波送受波素子と被測定物の相対位置関係を変化させ
   て前記超音波送受波素子により超音波を送受波して得ら
   れた前記被測定物からの反射信号強度の極小値を検出し
   て前記被測定物の一方の軸方向の中心位置を検出する第
   １工程と、この第１工程を複数回数実行して得られた前
   記反射信号強度の極小値から他方の軸方向の中心位置を
   検出する第２工程からなる被測定物の位置検出方法。