JPS6091205A - 被測定物の形状検出方法 - 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形状検出方法に関
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ｄ］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、１８，１９．２０はそれぞれ対象物体１
３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計算機６に転送さ
れ、第３図に示した反射信号１８，１９．２０の伝播時
間２１゜２２．２３及び反射信号強度２４．２５．２８
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シ、超音波送受波素子１を所定の
角度でステップし々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。

２７．２８．２９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。才だ前述の反射信号の伝
播時間から被測定物の各辺寸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。

第５図はすでに本発明者らによって発明されている被測
定物の形状検出装置を穴の位置検出に適用した場合の斜
視図である。本従来例の装置は第１図と同様の構成から
なり、超音波送受波素子３゜は対象物体３２に対向する
形でマニピュレータ３１に取付けられ矢印入方向に平行
移動する。第５図において３４は超音波送受波素子３０
から送波される超音波ビームの中心位置を示しておシ、
超音波送受波素子３０は走査開始位置３５から走査終了
位置３６の間を一定距離間隔で送受波しながら移動する
。第６図は超音波送受波素子３ｏを矢印入方向に平行走
査したときの対象物体３２からの反射信号強度を、横軸
に超音波送受波素子３ｏ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る。ここで反射信号
強度が極小値をとる時の超音波送受波素子３０の平行走
査量を検出し超音波送受波素子３０の走査開始位置３５
の座標に平行走査量を加えることにより走査軸上におけ
る穴の中心位置を検出することができる。

一方、上記のような構成の装置を穴の形状検出に適用す
るような産業上の利用分野では、所定の場所に穴がない
場合や、穴内に切屑等の異物がある場合、穴深さが所定
の深さより浅い場合等の異状を検出する機能の実現が望
まれている。

発明の目的 本発明は、超音波送受波素子による被測定物の形状検出
における上記問題点をなくし、被測定物に異状がある場
合の異状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中心位置を検出しする第１
工程と、あらかじめ記憶装置内部に保持されている被参
照基準物の中心位置における反射信号強度と前記第１工
程で検出される被測定物の反射信号強度の極小値と偏差
を検出して被測定物の異状の有無を検出する第２工程に
より、被測定物の形状検出を高精度・高信頼度で行う方
法を得るものである。

実施例の説明 以下本発明の実施例について、図面を参照しながら説明
する。

第７図は本発明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７図において３７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３８
からの制御信号によりマニピーレータ制御装置３９を介
して動作を制御している。またマニピュレータ３７上に
は第８図に示すように送受波兼用の超音波送受波素子４
０が設置されている。超音波送受波素子４０は、発振器
４２により所定の周波数の超音波を対象物体４１の被測
定穴４９に向けて送波し、その反射信号を受波している
。超音波送受波素子４０が出力する受波信号は受波信号
増幅器４３を経て、アナログ−ディジタル変換器４４（
以下Ａ／Ｄ変換器という。）によってディジタル値に変
換され、メモリ４５に記憶される。さらにデータ処理制
御装置３８が設けられるが、このデータ処理制御装置３
８はインタフェイスコントロールユニット４６（以下Ｉ
ＣＵという。）・フロッピディスクドライブ装置４７（
以下ＦＤＤという。）および小型電子計算機４８（以下
ＣＰＵという。）から構成される。

ＩＣＵ４６はＦＤＤ４７およびＣＰＵ４８に接続される
とともに、前述の発振器４２とメモリ４５に接続される
。ＦＤＤ４了ｄ、本位置検出装置を用いて位置検出を行
うだめのプログラムあるいは諸条件を入力する。このデ
ータ処理制御装置３８においては発振器４２を動作させ
るだめの制御信号の出力、マニピュレータ３７の動作を
制御するマニピュレータ制御装置３９への制御４冨号の
出力を行うとともに、メモリ４６から転送された入力デ
ータの前処理を行い、ＦＤＤ４７からあらかじめ入カス
ドアされたプログラムに従ってＣＰ０４Ｂで反射信号強
度の検出、対象物体４１の被測定穴４９の位置の演算処
理、マンピーレータ３７の移動量の演算処理を行う。

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８図に示す被参照基準物体５１
および対象物体４１と超音波送受波素子４０の距離がそ
れぞれ１００　ｍｍ　、被参照基準穴５２および対象物
体４１の被１ｌｌｌＩ定穴４９の直径が５市、深さ１０
＋＋＋＋ｎで、超音波送受波素子４゜の送受波面は被参
照基準物体５１および対象物体４１に対向しており、超
音波送受波素子４０を対象物体４１に対して１廐のステ
ップで”ｆ？−ｆ−走査した場合について説明する。

形状検出はＦＤＤ４７からあらかじめ入カスドアされた
第９図のフローチャートに示す形状検出プログラムの手
順に従って行われる。第９図のフローチャートにおりで
、まずステップ１でデータ処理制御装置３９を介してマ
ニピュレータ３７を駆動して超音波送受波素子４０を被
参照基準穴６２の中心軸」二に移動する。

次にステップ２でデータ処理制御装置３８からの制御信
号により発振器４２を動作させ超音波送受波素子４０で
所定の周波数の超音波を被参照基準物体５１に向けて送
波すると同時に、Ａ／Ｄ変換器４４、メモリ４５を動作
させて、被参照基準物体５１からの反射信号をメモリ４
５に記憶する。

第１０図にはメモリ４６に記憶された反射信号を示す。

５８は被参照基準物体からの反射信号を示す。

次にステップ３でメモリ４５に記憶された反射信号をＩ
ＣＵ４６を介して（：’ＰＵ４８に転送する。

ＣＰＵ４８ではあらかじめＦＤＤ４７から入カスドアさ
れているプログラムに従って被参照基準物体５１からの
反射信号５８の反射信号強度Ｐ０を記憶しておく。

次にステップ４で、ステップ１と同様の手順を経て、超
音波送受波素子４０をＸ軸方向センシング開始位置に移
動する。第８図において５０および５３は超音波送受波
素子４０から送波される超音波ビームの中心位置を示し
ており、５４　、６５はそれぞれＸ軸方向センシング開
始時、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４１の交点を示し、Ｘ軸方向のセンシングはこの
範囲で行われる。なお、本実施例ではＸ軸方向のセンシ
ング区間は１０馴である。

次にステップ５でステップ２と同様の手順により超音波
送受波素子４０で所定の周波数の超音波を対象物体４１
に向けて送波し、対象物体４１からの反射信号をメモリ
４５に記憶する。

次にステップ６でステップ３と同様の手順によってメモ
リ４５に記憶された反射信号の反射信号強度Ｐ１　を検
出し記憶しておく。

次にステップ７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３７を矢印Ｘ方向へ１ｆｉ移動
して上記ステップ５・ステップ６を繰返す。所定のセン
シング回数（本実施例では１１回）を完了すればステッ
プ８へ進む。

ステップ８では上記ステップ５やステップ６を繰返して
得られた対象物体４１からの反射信号の反射信号強度を
も七にして被測定穴４９のＸ軸方向の中心位置を検出す
る。第１１図は超音波送受波素子４０を矢印Ｘ方向に平
行走査した時の対象物体４１からの反射信号強度を、横
軸に超音波送受波素子４０のＸ軸方向平行走査量・縦軸
に反射信号強度をとってプロットしたものであシ、ＣＰ
Ｕ４ＢではＦＤＤ４７からあらかじ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次回帰を用いだ補間処理を行い反射信号強度
のｊ＋４−値ＰＸおよびこの時の超音波送受波素子４ｏ
のＸ軸方向平行走査量を検出する。第１１図において５
９は２次回帰を用いた補間処理結果であり、曲線５９の
頂点から反射信号の極小値Ｐｘは３３００ｍＶ　１−＝
Ｊたこの時の超音波送受波素子４ｏのＸ軸方向平行走査
量は５鴫となる。被測定穴４９のＸ軸方向の中心位置は
、前述の超音波送受波素子４ｏのＸ軸方向センシング開
始位置のＸ座標に上記Ｘ軸方向平行走査量（５關）を加
えることにより検出できる。

次にステップ９では超音波送受波素子４０をステップ８
で検出した被測定穴４９のＸ軸方向の中心位置座標上の
Ｘ軸方向センシング開始位置まで移動する。第８図にお
いて１５６．５７はそれぞれＹ軸方向センシング開始時
、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４１の交点を示し、Ｙ軸方向のセンシングはこの範囲
で行われる。なお本実施例ではＹ軸方向のセンシング区
間は１０間である。

次にステップ１０．ステップ１１では前述のステップ５
．ステップ６と同様の処理を実行して反射信号強度Ｐ２
を検出した後メモリ４５に記憶しておく。

次にステップ１２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３７を矢印Ｙ方向に１ｆｉ移
動して上記ステップｉｏ、ステップ１１を繰返し、所定
のセンシング回数（本実施例では１１回）を完了すれば
ステップ１３へ進む。

ステップ１３ではステップ８と同様の手法によシＹ軸方
向の反射信号強度の極ｌＪ＼値Ｐｙとこのときの超音波
送受波素子４０のＹ軸方向平行走査量を検出する。第１
２図は超音波送受波素子４０を矢印Ｙ方向に平行走査し
たときの対象物体４１からの反射信号強度を、横軸に超
音波送受波素子４０のＹ軸方向平行走査量を１．縦軸に
反射信号強度をとってプロットしたものであシ、曲線６
０は２次回帰を用いだ補間処理結果である。本実施例で
は曲線６０の頂点から反射信号の極小値Ｐｘは３１００
ｍＶ、まだこの時の超音波送受波素子４０のＹ軸方向平
行走査量は４ｍｍとなる。被測定穴４９のＹ軸方向の中
心位置は前述の超音波送受波素子４０のＸ軸方向センシ
ング開始位置のＹ座標に上記Ｙ軸方向平行走査量（４喘
）を加えることにより検出できる。

以上のステップ４からステップ１３で被測定穴４９の中
心位置が検出でき、Ｙ軸方向の反射信号強度の極小値Ｐ
ｙは被測定穴４９の中心軸上の反射信号強度になる。

ステップ１４では前記被測定穴４９の中心軸上の反射信
号強度と、ステップ１からステップ３で検出してメモリ
４５に記憶しである被参照基準穴５２の中心軸上の反射
信号強度Ｐ。をデータ処理制御装置３８内部で比較する
。ここで被測定穴４９の中心軸上の反射信号強度ＰＹと
被参照基準穴５２の中心軸上の反射信号強度Ｐ。の偏差
が許容値ε以内であるとき、す々わち ＋ｐｏ−ｐｙ＋くε 々る関係を満足するときは、データ処理制御装置３８は
マニビーレータ制御装置３９に対して正常信号を出力し
次の工程へ移行する。一方、ｌ　Ｐｏ−Ｐｙ　Ｉ　＞さ なる時は、データ処理制御装置３８は被測定穴４９に異
状があると判断し異状信号を出力し異状処理工程へ移行
する。

以下では被測定物に異状がある場合の実施例として、対
象物体４１の所定の位置に穴がない場合、穴内に切屑が
ある場合、穴深さが所定の深さよりも浅い場合について
述べる。

第１３図、第１４図、第１５図はそれぞれ対象物体４１
の所定の位置に穴がない場合、穴内に切屑がある場合、
穴深さが５　ｔｔｕｎ　（被参照基準穴５２の穴深さは
１０ｆｉ）の場合の超音波送受波素子４゜のＹ軸方向定
査量とｔ４象物体４１からの反射信号強度の関係を示し
ている。

第１３図に示した場合でＵｌ、被参照基準穴５２の中心
軸上の反射信号強度Ｐ。は３１００ｍＶであるのに対し
て、対象物体４１からの反射信号強度の極小値Ｐｙは６
８０ＱｍＶであり、両者の間には３７００ｍＶの差があ
る。

同様に第１４図、第１５図の場合の極小反射信号強度Ｐ
Ｙはそれぞれ３９００　ｍＶ　、　４２００ｍＶであり
、Ｐｏとの偏差はそれぞれ８００ｍＶ、１１００ｍＶで
ある。

上記３つの実施例でに、いずれの場合もＰｏとＰＹの設
定許容偏差２００　ｍＶを超えており、データ処理制御
装置３ａｉ、異状信号を出力する。

以−Ｆのように本実施例によれば、被測定穴４９を有す
る対象物体４１に超音波を送受波すると同時にマニピー
レータ３７を動作させて対象物体４１に対して超音波送
受波素子４ｏをＸ軸方向に平行走査し、それにより得ら
れる反射信号強度について補間処理を行いＸ軸方向の反
射信号強度の極小値ＰＸと被測定穴４９のＸ軸方向中心
位置を検出した後、超音波送受枝素７−４ｏをＹ軸方向
に平行走査して同様の方法を用いてＹ軸方向の反射信号
強度の極小値ＰＹと被測定穴４９のＹ軸方向中心位置を
検出することにより、被測定穴４９の中心位置を検出す
ることができる。

さらに、Ｙ軸方向の極小反射信号強度Ｐｙを、あらかじ
め検出しメモリ４６に記憶されている被参照基準穴６２
の中心軸上の反射信号強度Ｐ０と比較することにより、
被測定穴４９の異状を検出することができる。

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素子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を検出す
ることにより、被測定物の中心位置と中心位置での反射
信号強度を検出することができる。さらに前記被測定物
の中心位置での反射信号強度を、あらかじめメモリに記
憶しである被参照基準物の中心軸上での反射信号強度と
比較することにより、被測定物の異状を検出することが
できる。本方法にＪ：れば、被測定物検出の信頼性を向
−］二することができ、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図は従来の形状検出装置の斜視図、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図は従来の穴位置検
出装置の斜視図、第６図は超音波送受波素子を一方の軸
方向に平行走査しながら超音波パルスを送受波した時の
超音波送受波素子の平行走査量と反射信号強度の関係を
示すとともに、補間処ｒｌｌｊ結果から一方の軸方向の
中心位置の検出結果を示す図、第７図は本発明の一実施
例における装置の概略を示すシステム図、第８図は本発
明の一実施例における穴の形状検出装置の斜視図、第９
図は本発明の一実施例における穴の形状検出のだめのプ
ログラムの一例を示すフローチャート図、第１０図は本
発明の一実施例における穴の形状検出の動作波形を示す
図、第１１図は超音波送受波素子の一方の軸方向の平行
走査量と反射信号強度の関係および補間処理結果を示す
図、第１２図は第１１図に示した実施例の一方の軸方向
の穴の中心上を通シ、この軸に垂直な方向に超音波送受
波素子を平行走査したときの同様の関係を示す図、第１
３図、第１４図、第１５図はいずれも本発明の一実施例
における第１２図と同様の関係を示したもので、それぞ
れ被測定穴が所定の場所にない場合、被測定穴内に切屑
がある場合、被測定穴が所定の深さよりも浅い場合に対
して適用した結果を示す図である。 ４０・・・・超音波送受波素子、４９・・穴、５２・・
・・・被参照基準穴。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第３図 第４図 ｓｆソｙ’＝ａ−、＊系壬のπコ卓六走３堅角（ハ（）
第６図 超晋叙先対チの平行定食Ｘ（ｎｍ＋ 第７図 第８図 第９図 □−囚 第１０図 第１１図 赴菅火然側哀亀釦イ符υ１−）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 超音波送受波素子により超音波を送受波して得られた被
   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
   定物の中心位置を検出する第１工程と、あらかじめ記憶
   装置内部に保持されている被参照基準物の中心位置にお
   ける反射信号強度と前記被測定物の反射信（３強度の極
   小値偏差を検出して被測定物の異状の有無を検出する第
   ２工程からなる被測定物の形状検出方法。