JPS6050468A - 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。

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−
デジタル変換されてメモリ５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、３ア、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
５に記憶された反射信号は小型電子割算機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
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
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。

４６，４７．４８はそれぞれ被測定物１３の各辺１４，
１５．１６からの反射信号を歪性したものであり、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の回転走査角度から被測定物１３の各辺１４，１５
．１６の方向を検出している。また前述の反射信号の伝
播時間から被測定物の各辺壕での距離が得られるので被
測定物１３の各辺１３，１４．１５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。

しかしながら、従来の形状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、上述の欠点をなくし、小径穴の位置を高速で
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
定物の一力の軸方向の中氾・位置を検出する工程とこの
極小値と、予め記憶した前記被測定物の中心位置からの
反射信号強度を含む反射信号強度と照合して前記被測定
物の他方の軸方向の仮想中心位置を検出する工程と、前
記２つの工程を少なくとも２回以上実行して得られた他
方の軸方向の仮想中心位置が合致する位置を検出して前
記被測定物の中心位置を検出する工程により前記被測定
物の位置検出を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、図面を参照しながら説
明する。

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
装置の概略を示すシステム図である。第５図において５
ｏは被測定物と超音波送受波素子５３（以下、超音波ト
ランスデー−サという。）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、マニピー
レーク制御装置５２を介して動作を制御している。また
第６図に示すように送受波兼用の超音波トランすデー一
サ６３はマニピュレータ５ｏ上に設置されている。

超音波トランスデユーサ５３は、発振器５５により所定
の周波数の超音波を対象物体５４に向けて送波し、また
その反射信号を受波している。超音波トランスデー−サ
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５７（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５８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。）７０ソビ
デイスクドライブ装置６０（以下ＦＤＤという。）およ
び小型電子計算機６１（以下ＣＰＵという。）から構成
される。ＩＣＵ３９はＦＤＤｅｏ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５８に接
続される。ＦＤＤｅｏは本位置検出装置を用いて位置検
出を行なうた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５１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ーレータ制御装置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、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
５゜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５４と超
音波トランスデユーサ５３の距離が１００ｍｍ、対象物
体５４土の被測定物６６（以下穴という。）の直径が６
ｍで、超音波トランスデユーサ５３の送受波面は対象物
体５４に対向してお９、超音波トランスデー−ザ５３を
対象物体５４に対して平行に２ｔｍｎのステップで矢印
Ａ方向へＸ軸に沿って２回走査した場合について説明す
る。

位置検出は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
によりマニビーレータ制御装置５２を介してマニピュレ
ータ５０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して第１回目のセンシングを実行
する。第６図において６２は超音波トランスデユーサ５
３から送波される超音波ビームの中心位置を示す。捷た
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１゜−咽である。

次にステップ２でデータ処理制御装置５１からの制御信
号によシ発振器５５を動作させ超音波トランスデー−サ
５３で所定の周波数の超音波を被測定物５４に向けて送
波すると同時に、Ａ／Ｄ変換器５７、メモリ５８を動作
させて、対象物体５４からの反射信号をメモリ５８に記
憶する。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でメモリ５８に記憶された反射信号をＩ
ＣＵ３９を介してＣＰＵｅｌに転送する。

ＣＰＵ６１では予めＦＤＤｅｏ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５ｏを矢印入方向へ２Ｔｎｍ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５へ進む。

ステップ５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５４からの反射信号６８の反射信号
強度をもとにして穴６６の位置を検出する。第９図は、
超音波トランスデー−サ５３を矢印Ａ方向に平行走査し
た時の対象物体５４からの反射信号強度を、横軸に超音
波トランスデユーサ５３の平行走査量、縦軸に反射信号
強度をとってプロットしたものであり、ＣＰＵ６１では
、ＦＤＤｅｏ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
帰を用いて補間処理を行ない反射信号強度の極小値Ｐ１
およびこの時の超音波トランスデー−サ５３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
補間処理結果であり、曲線６９の頂点から反射信号強度
の極小値Ｐ１は２，３５０　ｍＶ　、またこの時の超音
波トランスデユーサ５３の平行走査量は６箇であった。

穴６５のＸ軸方向の中心位置は、前述の超音波トランス
デー−サ５３のセンシング開始位置のＸ座標に上記平行
走査量６喘を加えることにより検出できる。

まだＣＰＵｅｌには、第１０図に示すように対酸物体５
４の穴６５に対して超音波トランスデユーサ６３を穴６
５の中心位置を通る一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関係が曲線式でプログラム
化されており、この曲線に前述の極小値Ｐ１　をあては
めて穴６５のＹ軸方向の仮想中心位置を検出している。

本実施例では前述の平行走査によシ得た反射信号強度の
極小値Ｐ１は２，３５０ｍＶ　であシ、これを第１０図
にあてはめると穴６５と超音波トランスデー−ザ５３の
相対位置関係ズレは＋３．５朔と−３，６ｍｍであるこ
とがわかる。すなわち第１１図に示すように穴６５の中
心位置はＸ座標が上述した穴６５のＸ軸方向の中心位置
、Ｙ座標は上述した超音波トランスデー−サ５３のセン
シング開始位置のＹ座標に対して＋３．５謳の位置ｏ１
　まだは−３，５陣の位置０２のどちらかであることが
わかる。

つぎにステップ６では第６図に示すように超音波トラン
スデユーサ５３をＹ軸方向に　ｍｍ　（本実施例では３
諭）移動して第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ノ、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５４の交点
を示す。

つぎのステップ７．８，９．１０では前述のステップ２
，３，４．５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トランスデー−サ５３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Ｐ２
はｓｏｏｍＶ、またこの時の超音波トランスデユーサ５
３の平行走査量は６祁であり、この第２回目のＸ軸セン
シング結果から穴６５のＹ軸方向の仮想中心位置は、第
２回目のセンシング開始位置のＹ座標に対して＋０．５
−の位置０３または→０．５祁の位置０４のどちらかで
あることを検出した。

つぎにステップ１１では前述のステップ６．１１で得ら
れた穴６５のＹ軸方向の仮想中心位置ｏ１゜ｏ２．ｏ３
．Ｑ４の位置関係が合致する位置から穴６５のＹ軸方向
の中心位置をＣＰＵ６１を用いて演算して検出する。

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、マニピュレータ
５０を動作させて対象物体６４に対して超音波トランス
デユーサ５３を平行に走査することによシ得られる反射
信号強度について補間処理を行ない極小値Ｐ１　を検出
して穴６５のＸ軸方向の中心位置を検出し、さらに予め
めておいた対象物体５４の穴６６に対して超音波トラン
スデー−サ５３を一軸方向に相対位置関係を変化させた
ときの反射信号強度と前述の極小値Ｐ１　を比較して穴
６５のＹ軸方向の２点の仮想中心位置０１、ｏ２を検出
し、さらにマニピュレータ６０を動作させて超音波トラ
ンスデー−サ５３を平行に走査して得られる穴６５のＹ
軸方向の２点の仮想中心位置０３．Ｑ４が上記仮想中心
位置０１，０２と合致する位置を検出することによシ穴
６５の中心位置ｏ２，０４を検出することができ、本実
施例では０．１ｍｍの位置精度が得られた。

さらにセンシング区間（Ｘ、Ｙ軸共に＋６祁）に対して
穴６５の位置を検出するためのセンシング回数は１０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
なう仁とができた。

なお本実施例では穴６５のＹ軸方向の中心位置は仮想中
心位置０１，０２　＋　０３１０４が合致する位置から
検出したが、仮想中心位置０１，０□、０３，０４のな
かで互いに最も接近した位置関係にある仮想中心位置を
演算によりめその中心値から穴６６の中心位置を検出し
てもよい。

また本実施例では１個の超音波トランスデー−サ５３を
用いて２回のＸ軸方向のセンシングを実行したが、２個
の超音波トランスデー−サ５３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６５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、さらにこ
れ′を予め記憶した前記被測定物と前記超音波送受波素
子の相対位置関係の変化した時の反射信号強度と照合し
て前記波゛・測定物の他方の軸方向の仮想中心位置を検
出し、さら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から上記と同様の方
法で検出した前記被測定物の他方の軸方向の仮想中心位
置が合致する位置を検出して前記被測定物の中心位置を
検出するので高速の小径穴位置検出方法を得ることがで
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、Ｍ２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
のた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一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。 ５３・・・・・・超音波トランスデー−サ、６５・・・
・・・穴、５０・・・・・・マニピュレータ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第　
１　図 ＠３図 第４図 前音シ液送凌痕を５９回転埴角（贋） 第５図 第６図 第７図 第８図 Ｇ８ 第９図 第１０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
   たときの被測定物の中心位置からの反射信号強度を含む
   反射信号強度を予め記憶する第１工程と、前記超音波送
   受波素子と前記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４・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２
   工程と、前記第」工程の反射信号強度と前記第２工程の
   反射信号強度の極小値を照合して前記被測定物の他方の
   軸方向の仮想中心位置を検出する第３工程と、この第３
   工程と前記第２工程を少なくとも２回以上実行して得ら
   れた他方の軸方向の仮想中心位置が合致する位置を検出
   して前記被測定物の中心位置を検出する第４工程からな
   る被測定物の位置検出方法。