JPS606884A - 被測定物の形状検出装置 - 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
４，１６゜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１〕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１５に記憶される。

第３図は−メモリ１６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’＋４．１５．１６からの反射信号
を示す。メモリ１６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４０．４１．４２及び反射信号強度４
３　、４４　。

４６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。４６．４７．４８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
までの距離が得られ゛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
置と姿勢を検出することができる。

［７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、大径穴あるいは大巾溝ではその
形状検出が可能であるが、小径穴あるいは小中溝では、
穴・溝の各辺からの反射信号が重畳され、超音波送受波
素子の減衰性を大幅に向上しないと、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・小幅溝の中心軸に対して対称
位置に超音波送受波素子を配置し、一方の超音波送受波
素子を用いて小径穴・小幅溝に超音波を送波し、他方の
超音波送受波素子からの反射信号を一方の超音波送受波
素子により受波し、その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。

すなわち本発明は、上述の欠点をなくシ、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、被測定物の中心軸に対して対称位置に超音波
送受波素子を配置し、一方の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、前記超音波を送
受波する手段と前記被測定物の相対位置関係を変化させ
る手段と、前記他方の超音波送受波素子からの反射信号
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 以下本発明の第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実施例における穴形状検出装置の
概略を示すシステム図である。壕だ第６図は、本発明の
第１実施例の形状検出装置を扇いた形状検出の斜視図、
第７図は同平面図である。

第５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Ｘ。

Ｙ軸の直交２軸で動作可能な構成になっている。

またマニピュレータ５０の上には、第６図に示すように
対象物体６２の穴６３の中心軸に対して対称位置に超音
波トランスデユーサ５３．６４が設置されている。一方
の超音波トランスデユーサ５３は発振器５５によシ所定
の周波数の超音波を対象物体６２の穴６３に向けて送波
し、他方の超音波トランスデユーサ５４からの反射信号
を受波している。なお一本実施例では、第６図、第７図
に示すように直径が３６祁の超音波トランスデユーサ５
３．６４を穴６３の中心軸に対して対称位置に配置して
おり、対象物体６２との距離が１００　ｍｍ。

超音波トランスデユーサ５３．５４の取付はビノチが７
０ｍｍで、超音波トランスデユーサ５３゜６４の中心線
が対象物体６２上で合致するように、両者の送受波面は
対象物体６２の穴６３の中心軸に対してＸ及びＹ軸方向
に独立して傾斜可能な構成になっている。（本実施例で
はＱｌ、Ｑ２は各１９゜に設定している。）また、第６
図において６４は超音波トランスデー−サ６３から送波
される超音波ビームの中心位置、また６６は超音波トラ
ンスデー−ザ５３から超音波を送波して得られる対象物
体６２から超音波トランスデユーサ５４への反射ビーム
の中心位置を示す。寸だ６６はＸ軸方向のセンシング開
始時の６７はＸ軸方向のセンシング完了時の、また６８
はＹ軸方向のセンシング開始時の６９はセンシング完了
時の超音ビームの中心位置と対象物体６２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４０ｒＭｌで０．２脳のステッ
プでＸ。

Ｙ軸方向へマニビーレータを動作させて超音波トランス
デユーサ５３．５４を対象物体６２に対して平行に走査
して対象物体６２の穴６３（本実施例では直径５陥）を
検出する場合について説明する。超音波トランスデユー
サ６３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。）・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５６とメモリ５８
に接続される。ＦＤＤｅＯ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。このデータ処理制御装置５１においては、発振器５
６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６２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、対象物体の穴６３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。

形状検出はＦＤＤｅＯから予め入カスドアされた第８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８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６１からの制御信号
によりマニピュレータ制御装置５２を介してマニピュレ
ータ６０を駆動して超音波トランスデー−−ザ５３，５
４をＸ軸センシング開始位置に移動する。この時超音波
トランスデユーサ６３の送受波面は対象物体６２の穴６
３の中心軸に対してＸ軸方向へ１９°傾斜しており、さ
らに穴６３の中心軸に対して超音波トランスデユーサ５
３の対称位置に超音波トランステ　（ユーザ６４を配置
している。

次にステップ２でデータ処理制御装置６１がらの制御信
号により発振器５５を動作させ超音波トランスデー−サ
６３で所定の周波数の超音波を被測定物６２［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
せて超音波トランスデユーサ５４からの反射信号をメモ
リ５８に記憶する。第９図にはメモリ５８に記憶された
反射信号を示す。７０は対象物体６２からの反射信号。

７１は超音波トランスデー、−ザ６４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に転送する。

ＣＰＵ６１ではＦＤＤｅＯから予め入カスドアされてい
るプログラムに従って超音波トランスデユーサ５４から
の反射信号強度Ｐ１を検出する。

次にステップ４ではマニピュレータ６０ｔ　Ｘ　軸方向
へ０．２覗移動して上記ステップ１．ステップ２、ステ
ップ３を繰返して所定のセンシング回数本実施例では２
００回）を完了すればステ、プロへ進む。

スフ−ノブ５では、上記スランプ２．ステｙプ３で得ら
れた超音波トランスデユーサ５４からの反射信号強度Ｐ
１　をもとにして検出対象穴６３のＸ軸方向の中心位置
を検出する。第１０図は、マニビーレータ６ｏを動作さ
せ超音波トランすデー一サ５３．５４をＸ軸方向に平行
走査した時の超音波トランスデユーサ５４がらの反射信
号強度を。

横軸に超音波トランスデユーサ５３．’５４の走査量、
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
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反射信号強度の極小値を検
出して穴６３のＸ軸方向の中心位置を検出している。

なお穴６３の検出感度Ｓ１は一２ｄＢであった。

次にステップ６では、Ｙ軸方向のセンシングをすべくマ
ニビーレータ５ｏを動作させ超音波トランスデユーサ５
３．５４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６２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６３の
中心位置座標と同一に設定している。この時、超音波ト
ランスデー−・す５３の送受波面は穴６３の中心軸に対
してＹ軸方向へ傾斜しており、さらに穴６３の中心軸に
対して超音波トランスデー−ザ５３の対称位置に超音波
トランスデー−サ６４を配置している。

次にステップ２　＋’　３　、４では、上述のＸ軸方向
センシングと同様にマニピュレータ６ｏを動作させ超音
波トランスデー−ザ５３．５４をＹ軸方向へ平行走査し
て得られた超音波トランスデー−ザ６４からの反射信号
強度をもとにして穴６３のＹ軸方向の中心位置を検出す
る。これによシ穴６３の中心位置の座標が検出できる。

なお穴６３の検出感度は上述のＸ軸方向センシングと同
様の一２ｄＢを得た。

づらに閾値強度７２を設定し、閾値強度７２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５３．６４の平行走査量Ｗ１を検出することによ
り検出対象穴６３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６３を有する対象物
体６２の穴６３の中心軸に対して対称位置に超音波トラ
ンスデユーサ５３．５４を配置し。

両者の中心線か対称物体６２上で合致するようにその送
受波面を対象物体６２の穴６３の中心軸に対して走査方
向に傾斜した状態で、穴６３を有する。

対象物体６２に対して超音波トランスデユーサ５３を用
いて超音波を送受波すると同時に、マニピュレータを動
作させて対象物体６２［対して超音波トランスデユーサ
５３．５４をＸ軸、Ｙ軸方向に平行走査することにより
得られる超音波トランスデユーサ６４からの反射信号強
度Ｐ１　を信号処理することにより高い穴検出感度Ｓ１
を得ることができ、これにより穴６３の中心位置、直径
の検出を行なった結果それぞれ０．２■の精度が得られ
た。

つぎに本発明の第２の実施例について説明する。

第１１図は本発明の第２実施例における穴形状検出装置
による穴形状検出を示す斜視図、第１２図は同平面図で
ある。本実施例の穴形状検出装置のシステム図及び動作
フローチャートは前述の第１実施例と同様である。

本実施例は前述の第１実施例の超音波トランスデユーサ
５４の代りに反射板γ５を用いた穴γ７の形状検出装置
である。この反射板７６の直径は３６ｗＬｌ、材質はフ
ェノール板で平面粗さは０．２８である。

次に上記の様に構成した形状検出装置の動作は前述の第
１実施例と同様であり、反射板７６からの反射信号強度
をもとにして穴７７の中心位置の座標を検出している。

第１３図はマニピュレータ７３を動作させ超音波トラン
スデー−サ７４及び反射板７６をＸ軸方向に平行走査し
た時の反射板７５からの反射信号強度を、横軸に超音波
トランスデー−サ７４と反射板７６の走査量、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のであり
、穴７７の検出感度Ｓ２は−１，６ｄＢ　であった。ま
た、同様にＹ軸方向に平行走査した時も−１，６ｄＢの
穴検出感度を得た。さらに前述の第１実施例と同様の方
法で検出対象穴７７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７７を有する対象物
体７６の穴７７の中心軸に対して対称位置に超音波トラ
ンスデユーサ７４と反射板７６を配置し１両者の中心線
か対称物体７６上で合致するようにその送受波面を対象
物体γ６の穴７γの中心軸に対して走査方向に傾斜した
状態で、穴アアを有する。

対象物体７６に対して超音波トランスデー−ザ７４を用
いて超音波を送受波すると同時に、マニピュレータを動
作させて対象物体７６に対して超音波トランスデー−サ
７４と反射板７５をＸ軸。

Ｙ軸に平行走査することにより得られる反射板７５から
の反射信号強度Ｐを信号処理することにより高い穴検出
感度Ｓ２を得ることができ、これにより穴７７の中心位
置、直径の検出を行なった結果それぞれＱ、２ｍｍの精
度が得られた。

なお本発明の第１・第２の実施例では、マニピュレータ
５０．了３をＸ軸、Ｙ軸方向に動作させて穴６３，７７
０形状検出を行なう場合について述べたが、溝の中心位
置・幅を検出することもできる。この場合には上述の第
１・第２の実施例と同様の構成で、マニピュレータ５０
．７３を二軸方向に動作させて得られた反射信号強度を
信号処理すればよい。

発明の効果 以上のように本発明は、被測定物の中心軸に対称位置に
超音波送受波素子を配置し、一方の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と同時に超音波送
受波素子と被測定物の相対位置関係を変化して得られた
前記他方の超音波送受波素子からの反射信号強度を信号
処理して被測定物の形状を検出するので、簡易な構成で
高精度の形状検出装置を得ることが出来、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を整理した図、第６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実施例における穴形状検出の
斜視図、第７図は同断面図、第８図は本発明の第１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９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１０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
１１図は本発明の第２実施例における穴形状検出の斜視
図、第１２図は同断面図、第１３図は本発明の第２実施
例における装置の動作波形を整理した図である。 ６０、了３・　マニビユレ′−タ、５３　、５４　。 了４・・・・超音波トランデューサー、６３・・・・穴
、６１・・・・・ＣＰＵ０ 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第３図 ＠４図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図 ｎｔＪ　ト５＞１デ１ｌＬ−１６３，δ４ｆΔｔｔ（ｍ
ｍＪ＠１３図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定物の中心軸に対して対称位置に超音波送受
   波素子を配置し、一方の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、前記超音波を送受波
   する手段と前記被測定物の相対位置関係を変化させる手
   段と、前記他方の超音波送受波素子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）前記被測定物は穴もしくはスリットである特許請
   求の範囲第１項記載の被測定物の形状検出装置。
3. （３）　前記他方の超音波送受波素子は表面形状が平滑
   な板で構成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。