JPS6162808A - 被測定物の位置検出装置 - 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 本発明は超音波を利用した被測定物の位置検出装置に関
する。

従来例の構成とその問題点 従来の被測定物の位置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の
極大値から被測定物の周縁の方位角を、また前記反射信
号の伝搬時間から被測定物の周縁までの距離を検出して
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／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
１４゜１６．１６からの反射信号が超音波送受波素子１
に到達し、受波信号増幅器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１４゜１６．１６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および反射信号強度４３．４
４．４５を検出している。

１だ第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１ｏ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
度でステップしながら前述の被測定物間で反射信号の伝
播時間およ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ｏ　ｙ　ｌ・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の座標を求め
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。

しかしながら、上記従来の位置検出装置を微少突起物の
位置検出に適用し、微少突起物の存在に対応した反射信
号強度の変化を得るには、超音波送受波素子の減衰性を
大幅に向上すると占が必要であった。

本発明者らはこの微少突起物の位置検出を行なう装置に
ついて鋭意検討し、超音波送受波素子を用いて前記微少
突起物に対して超音波を送受波すると同時に、前記微少
突起物に対して平行走査して得られた反射信号強度が前
記微少突起物の存在に」：り大きく変化することに着目
し、同反射信号強度が極太値を示すときの前記超音波送
受波素子と前記微少突起物の相対位置変化量から前記微
少突起物の中心位置を検出できること、さらに超音波送
受波素子を前記微少突起物の中心軸に対して傾斜して設
は前記微少突起物に対して斜め方向に超音波を送受波す
ると同時に、前記微少突起物に対して平行走査して得ら
、れた反射信号強度が前記微少突起物の存在によりさら
に大きく変化することに着目し、同反射信号強度が極太
値を示すときの前記超音波送受波素子と前記微少突起物
の相対位置変化量から前記微少突起物の中心位置を検出
でき、上述の従来構成の問題点をすべて解決できること
を見出し本発明に到った。

発明の目的 本発明は上述の欠点をなくし、簡易な構成で微提供する
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、前記超音波送受波素子と前記被測定
物の相対位置関係を変化させる手段と、この時の前記被
測定物の中心位置近傍における反射信号強度の変化を利
用して前記被測定物の位置を検出するよう前記被測定物
からの反射信号強度の極太値を検出する手段およびこの
時の前記超音波送受波素子と前記被測定物の相対位置関
係の変化量から前記被測定物の中心位置を検出する手段
を有した信号処理手段からなり前記被測定物の位置検出
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図は本発明の実施例における微小突起物の位置検出
装置の概略を示すシステム図である。また第６図は本発
明の実施例の位置検出装置を用いた位Ｗ楡出の斜視図、
筑７図は同平面Ｍであ７−、−第５図において５０は被
測定物Ｃ以下本実施例では対象物体５４」二の微小突起
物６６をいう。）と超音波送受波素子５３（以下超音波
トランスデユーサという。）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５２を介して動作を制御している。

丑たマニピュレータ６０上には、第６図に示すように送
受波兼用の超音波トランスデユーサ６３が設置されてい
る。！、たマニピュレータ制御装置６２はマニピュレー
タ６０をＸ、Ｙ軸の直交２軸で動作可能な構成になって
いる。

超音波トランスデユーサ５３は、発振器６６により所定
の周波数の超音波を対象物体６４の微小突起物６５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
トランスデユーサ６３が出力する受波信号は受波信号増
幅器６６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。さらにテ゛−タ処理制御装
置６１が設けられるが、このテ゛−タ処理制御装置５１
１ｄ（ンタフェイスコントロールユニット６９（以下工
Ｃ■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ＦＤＤ
６０およびＣＰＵｅｌに接続されるとともに、前述の発
振器５５とメモＩＪ５８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なうためのプログラ
ム或は諸条件を入力する。このテ゛−タ処理制御装置５
１においては、発振器６６を動作させるための制御信号
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、Ｆ　Ｄ　Ｄ　６ｏから予め入カスドアされたプログ
ラムに従ってＣ１ＰＵ６１で反射信号強度の検出、対象
物体の微小突起物の位置の演算処理、マニピュレータ６
ｏの移動量の演算処理を行なう。

次に」二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図および第７図に示す超
音波トランスデユーサ５３の直径が３６＃１．駆動周波
数が６６ＫＨｚ（波長λ−６，１４朋）、対象物体５４
と超音波トランスデユーサ６３の距離が１００１１ｍ　
＋対象物体６４の微小突起物６５の直径が２羽、高さが
２羽で、超音波トランスデュ〜す６３の送受波面は対象
物体５４に対して所定の角度θ、Ｃ本実施例ではＸおよ
びＹ軸方向に独立して各１０°）傾斜して配置されてお
り、Ｑ、１７１１ｍのステップで対象物体５４と一定の
距離を保って平行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８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６０を駆動して超音波トランスデユーサ５３をＸ軸
方向センシング開始ｆ装置６３に移動する。第６図にお
いて６２は超音波トランスデユーサ５３から送波される
超音波ビームの中心位置、また６４はセンシング完了時
の、超音波ビームの中心位置６２と対象物体５４の交点
を示し、Ｘ軸方向のセンシングは、この区間内で行なわ
れる。なお本実施例ではセンシング区間は２０朋であり
、この区間内に微小突起物６５が存在するようにセンシ
ング区間を決定している。

次にステップ２でテ゛−タ処理制御装置６１からの制御
信号により発振器５５を動作させ超音波トランスデユー
サ５３で所定の周波数の超音波を対象物体５４に向けて
送波すると同時に、Ａ／Ｄ変換器６７、メモリ６８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。第９図にはメモリ５８に記憶された反射信号
を示す。

６９は対象物体６４からの反射信号を示す。

次にステップ３でメモリ６Ｂに記憶された反射信号をＩ
ＣＵ３９を介してｃｐｔｒｅｌに転送するＣＰＵ６１で
はＦＤＤ６０から予め入カスドアされているプログラム
に従って対象物体６４からの反射信号６９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６０をＸ軸方向へ０
．１　ｍｍ移動して上記ステップ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２００回）を
完了すればステップ５へ進む。

ステップ６では、」二記ステップ２、ステップ３で得ら
れた検出対象の微小突起物６６を含む対象物体６４から
の反射信号強度をもとにして検出対象の微小突起物６６
のＸ軸方向の中心位置を検出する。第１０図は直径が３
６ｆｆＪ、駆動周波数が６６　ＫＨｚ　（波長λ−５，
１４騎）の超音波トランスデユーサ６３の送波面６６を
対象物体６４に対してＸ軸方向にθ１−１００頌刷して
Ｘ軸方向に平行走査したときの対象物体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６３の走査
量、縦軸に反射信号強度をとって１０点おきにプロット
したものであシ、ＣＰＵ６１では、Ｆ　Ｄ　Ｄ　６０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
度の極太値およびこの時の超音波トランスデユーサ６３
の平行走査量を検出する。第１０図において穴検出感度
Ｓ１は８．８　ｄＢ　であった。

なお穴検出感度Ｓは以下のように定義している。

すなわち対象物体５４からの反射信号の極小値をＰｌ、
対象物体５４からの反射信号の極大値をＰ２とすると検
出対象の微小突起物６６の検出感度Ｓ　（ｄＢ　）は ５＝２０ｎｏｑ　（Ｐ１／　Ｐ２）　（ｄＢ）　　　　
　　（１）である。

１だこの時の超音波トランスデユーサ６３の平行走査量
は９．８Ｔ１ｍであり、検出対象穴６６のＸ軸方向の中
心位置は、上述の超音波トランスデユーサ５３のセンシ
ング開始位置６３のＸ座標に上記平行走査量（９，８ｍ
ｍ）を加えることにより検出できた。

つぎにステップ６では対象物体６４の検出対象穴６５の
中心位置を検出するのに必要なＹ軸方向のセンシングが
完了したか否かを判断し、本実施例の場合、ステップ１
に進み、ステップ１〜６を上述のＸ軸方向センシングを
同様にＹ軸方向のセンシングを実行し検出対象の微小突
起物６６の中心位置を検出する。

なおＹ軸方向センシングでは超音波トランステ゛１−ザ
６３の送受波面６６は対象物体６４に対してＹ軸方向に
θ、＝１００傾斜してＹ軸方向に平行走査しており、第
６図において超音波ビームの中心位置６２と対象物体５
４との交点６７をセンシング開始点６８を＋ンンング完
了点として、Ｙ軸方向のセンシングは微小突起物６５が
存在するこの区間内（本実施例では２０朋）で行なう。

第１１図は超音波トランスデユーサ５３の送波面６６を
対象物体６４に対してＹ軸方向にθ１−１０°傾斜して
Ｙ軸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、横軸に超音波トランスダニ・−ザ５３の走査
量、縦軸に反射信号強度をとって１０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
大値およびこの時の超音波トランスデユーサ６３の平行
走査量を検出する。第１１図において穴検出感度Ｓ２は
８．８　ｄＢであった。またこの時の超音波トランスギ
＋−廿５′：Ｉのエン千牛本番計１１り解篇１おｈ１４
　、 検出対象穴６５のＹ軸方向の中心位置は」二連の超音波
トランスデユーサ６３のセンシング開始位置６７のＹ座
標に上記平行走査量（１４，２ｍｍ）を加えることによ
り検出できた。

以上のように本実施例によれば微小突起物６５を有する
対象物体６４に対して直径が３６朋の超音波トランスデ
ユーサ６３の送受波面６６を１００傾斜して駆動周波数
６６　ＫＨｚの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を一定の距離を保って走査することに
より得られる対象物体−４からの反射信号強度は超音波
トランスデユーサ６３のビーム中心位置が微小突起物６
５の近傍にあるときの反射信号強度が、超音波トランス
デユーサ５３のビーム中心位置が微小突起物６６よりも
遠方にある時の反射信号強度に比して大幅に増加するの
で、反射信号強度が極大値を示すときの超音波トランス
デユーサ６３の平行走査量を検出することにより微小突
起物６６のＸ。

Ｙ軸方向の中心位置を検出でき、本実施例では０．１朋
の検出精度が得られた。

なお本実施例では被測定物は対象物体５４の微小突起物
６５として説明したが、対象物体６４に設けた本実施例
以外の帯状突起物などでもよく、要は被測定物は超音波
トランスデユーサ５３の相対位置関係を変化して超音波
トランスデユーサ５３により超音波を送受波して得られ
た反射信号強度が被測定物の存在により増加するもので
あれば、その中心位置を検出できる。

丑た本実施例では、超音波トランスデユーサ６３の送受
波面６６は対象物体６４に対して走査方向に１ｏ０傾斜
して構成したものについて述べたが、この傾斜角度は対
象物体６４の微小突起物６５の形状により最適値が与え
られ、本実施例では１０°が最適値であり微小突起物６
５の検出感１ｉｓが最大値を示した。

発明の効果 以上のように本発明では、被測定物に対して超音波送受
波素子により超音波を送受波すると同時に前記超音波送
受波素子を前記被測定物に対して相対位置関係を変化し
て得られた被測定物からの反射信号強度は、前記被測定
物の中心位置近傍において変化し、これが極太値を示す
ときのＡｉｌ記超音波送受波素子と前記被測定物の相対
位置関係の変化量から前記被測定物の中心位置を検出す
るので簡易な構成で、高精度の位置検出装置を得ること
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図は従来の超音波位置検出装置の概略の構成を示す
システムブロック図、第２図は従来の装置を用いた位置
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５図
は本発明の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図は本発明の一実施例における微小突起物
の位置検出状態の斜視図、第７図は同平面図、第８図は
本発明の一実施例における微小突起物の位置検出のため
のプログラムの１例を示すフローチャー１・図、第９図
は本発明の同実施例における位置検出装置の動作波形を
示す図、第１０図お、Ｙび第１１図は本発明の実施例に
おける装置の動作波形を整理した図である。 ６３　・超音波トランスデユーサ、６６　・・・微小突
起物、５０・・・・マニピュレータ、６１　・・・・テ
゛−タ処理制御装置。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 Ｓ　　　　　　　区 １因　　内；で釣ボ彬と ＋４”） 呼　　　　　　　　　　　　　　ｌ止 凶 揶

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）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、前記超音波送受波素子と前記被測定物
   の相対位置関係を変化させる手段と、前記被測定物の中
   心位置近傍における反射信号強度の変化を利用して前記
   被測定物の位置を検出するよう前記被測定物からの反射
   信号強度の極大値を検出する手段および前記超音波送受
   波素子と前記被測定物の相対位置関係の変化量から前記
   被測定物の中心位置を検出する手段を有した信号処理手
   段とからなる被測定物の位置検出装置。
2. （２）超音波送受波素子と被測定物の相対位置関係を変
   化させる手段は、超音波送受波素子を被測定物に対して
   平行に移動する手段からなる特許請求の範囲第１項記載
   の被測定物の位置検出装置。
3. （３）超音波送受波素子は被測定物の中心軸に対して傾
   斜して設けられている特許請求の範囲第１項記載の被測
   定物の位置検出装置。