JPS61247989A - 超音波位置検出装置 - 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、工業用ロボット等において被測定物の段差の
位置を検出する超音波位置検出装置に関するものである
。

従来の技術 最近、超音波位置検出装置が工業用ロボット等の分野で
盛んに利用されるようになってきた。この従来の超音波
位置検出装置は例えば、特開昭５７−１７５６３１号公
報や精機学会東海支部主催の講習会「ロボットの現状と
将来（その２）」テキスト中の「超音波センサのロボッ
トへの応用」（高野、６９年１１月）等に記載されてお
シ、第４図を参照して説明する。超音波パルスの送受波
を行なう超音波センサ１０１は被測定物１０２における
段差（交線）１０３の両側の二つの面１０４゜１０５の
間の凹部空間に配置され、矢印Ａ又はＢで示すように超
音波ビームが段差１０３を横切る方向に回転走査又は直
線走査を行なう。この超音波センサ１０１の走査幅に対
して受波レベルは第６図に示すように超音波ビームが段
差１０３を横切る位置で最大値を示す。従って受波レベ
ルを測定し、その最大値を検出することによって段差１
０３の位置（交線の位置）の測定が可能となる。

発明が解決しようとする問題点 しかし以上のような従来の構成では温度変化や気流等の
影響によって受波レベルがゆらぎを生じるときは、受波
レベルの最大値を示す位置が段差１０３の位置に必ずし
も対応しない場合がある。

また段差１０３の位置を測定するために超音波センサ１
ｏ１は段差１０３を形成する二つの面１０４゜１０５の
成す凹部空間に配置することが必要となるため、上記凹
部に含まれない他の二つの面によって形成される段差１
０３′の位置を検出することができないという問題があ
った。

そこで、本発明は以上のような従来技術の問題点を解決
するもので、被測定物の隣接する二つの面が形成する段
差の位置（交線の位置）を温度変化や気流等の影響によ
って変動する受信波形の振幅に直接依存することなく確
実に検出することができ、また超音波センサは段差を形
成する二つの面の成す凹部空間に配置しなくても済むよ
うにした超音波位置検出装置を提供しようとするもので
ある。

問題点を解決するための手段 そして上記問題点を解決するための本発明の技術的な手
段は、超音波パルスを送受信する超音波センサ、被測定
物の段差を横切って移動し得るように超音波センサを対
向させた状態でこれら被測定物と超音波センサを相対的
に移動させる移動装置、上記超音波センサに送信パルス
を加える送信回路、上記超音波センサからの受信信号の
増幅、波形整形を行なう受信回路、この受信回路の出力
信号の増幅比較を行なうレベルコンパレータ、このレベ
ルコンパレータの出力を計数するカウンタ及びカウンタ
クリアパルスを発生する単安定マルチバイブレータを備
えたものである。

作　　用 本発明は、上記構成により、被測定物に対向して超音波
パルスを送受信しながら走査される超音波センサが被測
定物の段差を横切って走査されるとき、段差位置の前側
でレベルコンパレータの出力が変化することを利用し、
一定期間内のレベルコンパレータの出力パルスの数を計
数し、計数値の変動を検出して段差位置の検出を行なう
。

実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。第１図は本発明の一実施例における超音波位置検出装
置のブロック図でｓｂ、１は超音波パルスの送受信を行
なう超音波センサ、２は超音波センサ１を保持するアー
ム、３はアーム２は連繋され、被測定物４における段差
６を形成する二つの面４，５の内、一方の面７及びこれ
と平行な面８に対し、超音波センサ１を対向して相対移
動させる移動装置、９は超音波センサ１に送信パルスを
加える送信回路、１０は超音波センサ１からの受信信号
の増幅、波形整形等を行なう受信回　　−路、１１は受
信回路１ｏの出力信号の振幅比較を行ナウレベルコンバ
レータ、１２は送信回路９　Ｋ接続され、送信パルスに
同期し、送信回路９から送信される送信パルスの受信回
路１０への漏れ電圧によってレベルコンパレータ１１が
動作しないためのストローブ信号を発生するための単安
定マルチバイブレータ（以下「モノマルチ」と称す）、
１３はレベルコンパレータ１１の出力ハルスヲ計数する
カウンタ、１４はカウンタ１３のクリアパルスを発生す
る単安定マルチバイブレータ（以下「モノマルチ」と称
す）である。

次に上記実施例の動作について説明する。超音波センサ
１は送信回路９により超音波パルスを送信すると共に受
信回路１ｏにより超音波パルスを受信しながら移動装置
３により被測定物４における面７及び８に対向した状態
で段差５の位置を横切る方向に走査される。このとき超
音波センサ１は被測定物４における面７，８に対して傾
斜角度が大きくなるほど反射波レベルが低下するので、
直角、若しくは直角に近い角度で対向するように設定す
るのが望ましい。次にこの超音波センサ１の走査を第２
図及び第３図に示すタイムチャートによって説明する。

第２図は受信回路１ｏによる検波平滑後の出力である。

同図ａは超音波センサ１が面８に対向しているときの出
力であり、面８からの反射波形２２だけが受信されてい
る。次に超音波センサ１が段差６の位置を見込む位置に
移動すると、同図すに示すように反射波形は超音波セン
サ１から送信される超音波パルスのビームの広がシによ
って面８からの反射波形２２と共に面７からの反射波形
２３が受信される。更に超音波センサ１が移動し、面７
だけに対向する状態になったとき同図Ｃに示すように面
７からの反射波２３のみが受信される。そして上記第２
図ａ、ｂ、ｃの出力信号をレベルコンパレータ１１によ
り振幅比較した出力信号はそれぞれ第２図ａ’　、　Ｗ
　、　ｄとなる。ここで上記のようにモノマルチ１２は
送信回路９から送信される送信パルスの受信回路１０へ
の漏れ電圧によってレベルコンパレータ１１が動作しな
いためのストローブ信号を発生し、ストローブ信号の長
さは送信波形２１の立上りから送信波形２１が十分に減
衰するまでの期間以上に設定すれている。またレベルコ
ンパレータ１１の比較電圧は面７，８０両方から反射す
る二つの反射波のレベルで十分に動作するように設定す
るものとすれば受信回路１ｏの出力ａ、ｂ、ｃに対応し
てそれぞれａ’　、　ｂ’　、　ｃ’に２２’、２ばて
示すように出力パルスの数は１，２．１となる。従って
レベルコンパレータ１１の出力パルスの数をカウンタ１
３を用いてカウントすることにより、超音波センサ１が
段差６の位置を見込む位置にあるか、又は上記位置を外
れて面７又は８に対向した位置にあるかを識別すること
が可能となり、カウンタ出力によって段差６の位置を検
出することができる。

なお、段差６の位置の検出に対応したカウンタ１３の出
力のタイミングは超音波センサ１の送信信号の繰り返し
回数に依存する。即ち送信信号の繰シ返しが少なく、段
差５を見込む位置で例えば１回だけ送信パルスを発生す
る場合にはレベルコンパレータ１１の出力が第２図ｂ′
で示すように二つの出力パルスを発生する回数が１回だ
けしか発生しない。従って１回の送信パルスタイミング
毎にモノマルチ１４によってカウンタ１３をクリアし、
カウンタ１３がパルス数を二つカウントしたときにカウ
ンタ１３の出力パルスが発生するようにカウンタ１３を
設定すれば、カウンタ１３の出力パルス発生位置が段差
５の位置に対応する。送信信号の繰り返し回数が多いと
きは超音波センサ１が段差５を見込む位置の近傍で超音
波パルスの送受信が複数回繰り返されるので、第２図ｂ
′のよウニレベルコンパレータ出力ハルスカ二つ発生ス
る状態が複数回発生する。この状態を第３図により詳細
に説明する。超音波センサ１が段差６を見込んで面８に
対向する位置から面７に対向する位置へ移動するとき受
信回路１ｏの出力波形はそれぞれｂｏ、ｂｌ、ｂ２に示
すように変化する。ここで超音波センサ１が段差６を見
込む位置でｂｏ、ｂｌ。

ｂ２で示すように３回の超音波パルスの送受信を行ない
、その前後は第２図ａ又はＣで示すように面８又は７の
一方の面からの反射波だけを受信するものとする。この
場合はカウンタ１３のクリアパルスを発生するモノマル
チ１４の周期を送信パルスの繰り返しの３周期分に対応
した長さとし、またカウンタ１３は４つのパルスをカウ
ントしたときに出力パルスを発生するように設定すれば
カウンタ１３の出力パルス発生位置が段差５の位置に対
応する。超音波センサ１が面８又は面７のみに対向して
移動し、段差５を見込まないときは送信パルス３周期毎
にクリアされるカウンタ１３のカウント数は３より大き
くなることはなく、従ってカウンタ１３は出力パルスを
発生しない。同様にして超音波センサ１が段差６を見込
む位置の近傍で超音波パルスの送受信がＮ回繰り返され
、従ってレベルコンパレータ１１の出力ハルヌカ２Ｎ個
発生するときはモノマルチ１４によって発生されるカラ
／り１３のクリアパルスの期間を送信パルスの繰り返し
回数Ｎ回に対応した長さとし、（Ｎ＋１）個のパルスを
カウントしたときにカウンタ１３の出力が発生するよう
にカウンタ１３を設定すれば、カウンタ１３が出力パル
スを発生する位置が段差５の位置に対応することになる
ことは明らかである０ 以上の説明では送信信号の繰シ返し周期によってカウン
タ１３が出力パルスを発生する設定値が異なるものとし
たが、超音波センサ１の超音波ビームの拡がり、超音波
センサ１の移動速度、或は超音波セ／す１と被測定物２
との距離等によっても設定値は異なる。

なお、レベルコンパレータ１１の出力は波形整形回路を
経由した後、カウンタ１３に入力される構成であっても
よい。また段差６が大きいか又は面７が存在しない場合
には、超音波センサ１が面８に対向する位置から段差６
の位置を横切って移動するとき、段差６を横切った位置
で超音波パルスの反射を受信しなくなり、従ってレベル
コンパレータ１１の出力を発生しなくなるので、このレ
ベルコンパレータ１１の出力が発生しなくなる位置を段
差５の位置として検出することができる。

上記実施例によれば、予めカウント数を設定されたカウ
ンタ１３によって受信回路に接続されたレベルコンパレ
ータ１１の出力パルスをカウントすることによりカウン
タ１３の出力パルスの発生する位置に対応して被測定物
２０段差６の位置を検出することができるので、レベル
コンパレータ１１の比較電圧を十分に小さく選んでおく
ことにより受信振幅に殆ど依存することがなく、位置測
定において温度変化や気流等の影響による振幅変動によ
る誤作を生じることがない。

発明の効果 以上の説明より明らかなように本発明によれば、被測定
物に対向して超音波パルスを送受信しながら走査される
超音波センサが被測定物の段差を横巾って走査されると
き、段差位置の前後でレベルコンパレータの出力が変化
することを利用し、一定期間内のレベルコンパレータの
出力パルスの数を計数し、計数値の変動を検出して段差
位置の検出を行なうようになっているので、温度変化や
気流等の影響によって変動する受信波形の振幅に直接依
存することなく被測定物の段差を確実に検出することが
できる。またセンサ位置を隣接する二つの面の成す凹部
空間に配置する必要がないため、反対側の段差を検出す
ることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の超音波位置検出装置の一実
施例を示し、第１図ａはブロック図、第１図すは被測定
物の段差の位置を示す図、第２図は受信回路及びレベル
コンパレータの出力波形を示す説明図、第３図は送信パ
ルスの繰り返し周期が早いときの受信回路の出力波形を
示す説明図、第４図は従来の超音波位置検出装置の構成
図、第６図はその超音波センサの走査幅に対する受波レ
ベルを示す図である。 １・・・・・・超音波センサ、２・・・・・・アーム、
３・・・・・・移動装置、４・・・・・・被測定物、５
・・・・・・段差、９・・・・・・送信回路、１０・・
・・・・受信回路、１１・・・・・・レベルコンパレー
タ、１２・・・・・・単安定マルチバイブレータ、１３
・・・・・・カウンタ、１４・・・・・・単安定マルチ
バイブレータ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 、３ 救例′Ｌｓ （ト） 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波パルスを送受信する超音波センサと、被測
   定物と前記超音波センサを相対的に移動させる移動装置
   と、前記超音波センサに送信パルスを加える送信回路と
   、前記超音波センサからの受信信号の増幅、波形整形を
   行なう受信回路と、前記受信回路の出力信号の振幅比較
   を行なうレベルコンパレータと、前記レベルコンパレー
   タの出力を計数するカウンタ及びカウンタクリアパルス
   を発生する単安定マルチバイブレータを具備したことを
   特徴とする超音波位置検出装置。
2. （２）単安定マルチバイブレータのカウンタクリアパル
   スは送信回路の送信パルス発生周期の整数倍の周期を有
   する特許請求の範囲第１項記載の超音波位置検出装置。
3. （３）カウンタは入力されるレベルコンパレータの出力
   パルスの数がカウンタクリアパルス発生の１周期内に予
   じめ設定された一定値となったときに出力パルスを発生
   する特許請求の範囲第１項又は第２項記載の超音波位置
   検出装置。
4. （４）カウンタは入力されるレベルコンパレータの出力
   パルスの数がカウンタクリアパルス発生の１周期内に０
   であるとき出力パルスを発生する特許請求の範囲第１項
   又は第２項記載の超音波位置検出装置。