JPS6190073A - 超音波によるエツジ検出装置 - 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、超音波を用いて被検出体のエツジ位置または
エツジの相対関係位置を高精度に検出しうるようにした
エツジ検出装置に関し、例えば被加工物の工、ジ會切断
し、浴接する溶接位置等の目動悼、産業用ロボットに取
付けて使用するのに好適なエツジ検出装置に関するもの
である。 〔従来技術〕 一般に、超音波センサは超音波発信器と超音波受信器と
からなり、超音波発信器から被検出体に向けて送信波を
発情し、超音波受信器は被検出体からの反射波を受信波
として受信し、当該反射波が有する種々の物狸哲、例え
ば反射波の到達時１？１１、反射波の振幅（エコーレベ
ル）等から被検出体の距扉、位置、溶接箇所、欠陥の有
無等の検出に利用されている。 ところで、前述した種々の利用法において、例えば距離
測定装置では送信波と反射波との送受信時間差を測定し
、この送受信時間差から超音波センサと被検出体との間
の距離全測定するようになっている。この距離測定装置
では時間管理のみｔ正確に行なえばよく、反射波の振幅
を開門にする必☆がなく、波形の取扱いとしては容易で
ある。 ところが、エツジ検出装置の如く反射波の振幅の大小か
ら被検出体の工、ジ位ｉｔ検出するものにあっては、反
射波の振幅噴出精度がエツジ位置の検出に大きな影響を
与える。 即ち、第５図は従来技術によるエツジ検出装置ケチし、
図中１は超音波の発信に必要なパルスを出力する発信回
路、２は該発信回路からの信号に基づいて超音波？発信
する超音波発信器で、該発信器２からは第６図Ｇ）に示
す送信波３を被検出体管 ４に向けて発信する。５は超音波受信器で、該受信器５
は被検出体４から反射した第６図（ロ）に示す反射波６
を受信する。７は超音波受信器５で受信された反射波６
を増幅する増幅回路、８は該増幅回路７０次段に設けら
れた演算装置で、該演算装置８は反射波６の振幅Ｈｗか
ら被検出体４のエツジ４Ａを検出するようになっている
。 ここで、被検出体４が第６図中の一点＠線で示す如く十
分に前方位Ｉｔ￥４′にある場合には、超音波発信器２
かもの送４ａ波３は全量が被検出体４から反射し、反射
波６の振幅Ｈｗは最大振幅となる。 逆に、第６図中の二点鉛線で示す如く十分に後方位１６
４′にある場合には、送信波３は透過してしまうから、
反射波６の振幅Ｈｗは零となる。そこで、被検出体４を
前方位ｆｌｉ４から後方位置４′に徐々に丸かしていく
と、反射波６の振幅Ｈｗ　ｉ、！最大振幅から突然に零
になるのではなく、最大振幅から徐々に振幅が小さくな
り、やがて零になる。従って、反射波６の振幅Ｈｗが最
大振幅から零に切替っていく、切替り地点においては所
定寸法の不安定領域Δ２を生じる。 第７図は前述の不安定領域ΔＬの範囲内の反射波の有無
を示した線図である。即ち、第７図で被検出体４が前方
位置４′にあり、反射波が有りの領域ケＡ、被検出体４
が後方位＠４′にあり、反射波が無しの領域’ｋＢ、こ
ハら各領域Ａ、Ｂ間を不安定領域Δ２とし、該不安定領
域Δｉ内をサンプリングポイントＰ、Ｐ、・・・とじて
、サンプリングピッチＸ（ただし、Ｘ　＝　０．１　ｔ
ｓに設定）毎に分割し、当彩サンプリングポイントＰに
おける反射波の有無を示したもので、反射波有りの区ｒ
１１１はＣ，、Ｃ，。 ・・・Ｃ６として表わされる。 第７図から明もで・なように、不安定領域Δ２の範囲内
で、全域にわたって反射波がＣ１，Ｃ，、・・・Ｃ５と
して存在し、被検出体４のエツジ４Ａ’（＋１−検出す
ることは困難である。 このため、従来技術においては、不安定領域ΔＬを、い
わゆる不感帯、または検出誤差範囲として取扱い、この
検出誤差範囲は通常１〜２Ｎとして処理してきた。 −１、この不定定領域Δ１を極力小さくする手段として
、超音波発信器２、超音波受信器５の送受信角度α、こ
れらの相互間〜１１、検出距離の適正値を見出し、検出
精度の向上全図っている。しかし、このような配慮だけ
では、検出誤差ｆ　１　ｍ以内まで安定的に維持するこ
とができないという問題点があった。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明は、前述した従来技術では、被検出体のエツジ近
傍において反射波の振幅が不安定のため、該反射波の有
無の判定が困難である等の理由から、不安定領域音検出
誤差、または不感帯として取扱ってきた点に着目してな
されたものである。 このため、本発明者らが種々実験を行った結果、次のこ
とを知った。即ち、不安定領域を多数のサンプリングポ
イントに細分化し、各サンプリングポイント毎に相当数
のサンプリング発信を行なうと、反射波の有無について
一定の画数関係があることを知った・ そこで、本発明は、前述の絢数に基づいて、不安定領域
内におけるエツジの位置全確率的な見方によって推定し
、従来検出誤差、または不感帯誤差として取扱ってきた
範囲内でのエツジ位置の検出を可能とし、もって検出精
度の同上を図るようにした超音波によるエツジ検出装置
全提供することにある。 〔間鴨点を解決するための手段〕 上記間争点を解決するため、本発明は、被検出体に超音
波全発信する超音波発信器と、該超音波発信器から発信
した超音波全被検出体からの反射波として受信する超音
波受信器と、該超音波受信器からの反射波を所定の基準
振幅と比較し、反射波の有無として出力する比較回路と
、該比較回路から出力された反射波有無についての比較
結果からエツジ位ｔｔｆｆｉ　’に判定するエツジ位置
判定回路とから構成きれる。 〔笑殉例〕 以下、本発明の実軸側會第１図ないし第４図に基づいて
涯イ（１１に述べる。なお、前述した従来技術と同一構
成要素には同一符号を付し、その説明全省略する。 第１図ないし第３図は本発明の第１の実施例ケチす。 第１図は本実症例によるエツジ検出装着の全体材成図衾
示し、図中１１は基準振幅記悼回路で、該記憶回路１１
には後述の比軸回路１２によって反射波の有無を判定す
る際の基準振幅が所定のスレッシュホールドレベルとし
て格紡されている。 ここで、基壁振幅の振幅高さくスレッシュホールドレベ
ル）としては、例えば超音波発信器２による送信波３の
７０チの波高値が用いらする。 １２は比較回路で、該比較回路１２は増幅回路７を介し
て超音波受（ｉ器５から出力さｊた反射波を、基準後幅
記憶回路１１から出力された基準振幅？スレ、シーホー
ルドレベルとして比較し、基準振幅以下であれば反射波
有り、基準振幅以下であれば反射波無しとして次段の減
算回路１４に出力する。 １３は判定基準記憶回路で、該記憶回路］３は第３図に
示す如き判定基準音テーブルとして格納しておくもので
ある。 １４はエツジ位置判定回路としての絶対位置判定回路で
、該絶対位置判定回路１４は比較回路１２から出力され
た反射波有無の信号の比＄を演博し、判定基準す己憶回
路１３からの判定基Ｎと照合し、按ＰＡ出体４のエツジ
４Ａの絶対位ｔｋｔ数頓として高精度に検出するもので
ある。 さらに、１５は前記位置判定回路１４かもの判定信号に
基づいて作動する作動装置で、該作動装置としては、例
えば自動切断溶接装置、または溶接ロボットが線機し、
浴接トーチをエツジ４Ａに沿って倣い動作を高精度に行
なわせるようになっている。 本実軸側は前述のように構成されるが、次に第２図に示
す次駅装置による判定某準データの作成について述べる
。 第２図の実縮製随は第１図による本火苑例装竹と大賀的
に変るところがなく、絶交・・位置判定回路１４に代え
て、比較回路１２０次段に反射波有の加６カウンタ１６
、反射液弁、の加１′１カウンタ１７か取付けられるも
のである点において異なる。 このような次馴装に＝をハＪいて判定基

【Ｖを作ｈ）。 フるｅ／−は、不安矩＄貝域Δ２内を多数のサンプリン
グポイン）Ｐ、Ｐ、・・・において、超音波発信器２か
ら相当数の送信波３をサンプリング発振する。このサン
プリング発振数は、例えば各サンプリングポイン）Ｐ毎
に２００回に設定する。 すると、所定のサンプリングポイントＰで発掘された送
信波３のうち被検出体４で反射した反射波６は増幅回路
７で増幅された後、比較回路１２に入力される。この結
果、比較回路１２では基や振幅記憶回路１１に予め格納
さｒている基漁撮幅と、増幅回路７からの反射波の奈幅
とを比較し、反射波振幅〉基準振幅のときには反射波有
りと判定して、反射波有信号を加算カウンタ１６に出力
し、加算する。逆に、反射波＠幅く基進振幅のときには
反射波無しとみなして、反射波無信号ｋ　’Ｉｎ算カウ
ンタ１７に出力し、加算する。従って、加算カウンタ１
６では反射波有りの回数を表示し、加算カウンタ１７で
は反射波無しの回数を表示し、両者の合計は２００とな
る。 そこで、ｉ−＋ｈ定のサンプリングポイントＰにおいて
、反射波有が１７５回、反射成熱が２５回とすると、反
射波有の比率は８７．５チとなる。このようにして、不
安定領域Δ２内の各サンプリングポイン）Ｐ毎に相当数
のサンプリング発揚ヲ行ない、各サンプリングポイント
Ｐ＠に反射波有無の回数から、１ゾ射波有の比高をまと
めたものが第３図である。 即ち、第７図において述べた如く、１回限りのサンプリ
ングでは不安定領域Δ２の範囲内で全域にわたって反射
でフタが発生し、エツジの位置を判定することができな
い。しかし、各サンプリングポイント毎に相当数のサン
プリングケ行ない、反射波有無の比重？見ることにより
、第３図に示す如き１向数１８ゲイ与ることができ、当
該画数１８ヶ泪１定基準として用いることができる。こ
こで、第３図に示す内数１８の場合、反射波有り比率が
５０チの位置かエツジ４Ａの先端であり、この位置が工
、ジ中ノし位置１９となっている。なお、種々の響 被検出体４について火＃！＋行っｆこ結果、エツジ中心
位置においては、−数１８の変曲点であったり、変化率
が最大であったりすることが多いことがわかった。また
、反射波有の比率が５０チの位置がエツジ中ＩＣｒ位置
とは張らないということもわかっｒこＯ かくして、前述の如くして得らｒた所１数１８ケ判定基
準データとして判定基準記憶回路１３に格納し、実際に
切ｌ！Ｔ溶接會行なうべき被検出体４についてエツジ４
Ａの検出を竹なうことができる。 以下、切断暇接全行なうべき被検出体４についてのエツ
ジ位を【の検出方法について述べる。 まず、鰺音波発信器２、州音波受信器５ヶ切断浴接装カ
ニまたは溶接ロボットに取付ける。次に、この超音波発
信器２、超音波受イぎ器５をすＩ断溶接すべき被検出体
４のエツジ４Ａ近傍に位置させ、上方に所定距離だけ離
間して改作する。 この状態で、超音波発信器２から被検出体４に所定回数
の送信波３を発振する。この発掘回数は検出時間の炉幅
に考１１．シて１０〜２０回に設定される。すると、被
検出体４で反射した反射波は’４Ｊ　幅回路７を介して
比較回路１２に入力さｒ、該比較回路１２では基準振幅
記憶回路１１内の基準振幅と反射波の振幅と全比較し、
反射波有りのときには反射波有信号ケ、反射波無しのと
きには反射波無信号を絶対位酋判走回路１４に出力する
。 そこで、枦対位置判定回路１４は入力さｔまた反射波有
信号と反射波無信号の数から、反射波有の比率を演算し
、この演算結果を判定基Ｎ記憶口跡１３内に格納された
画数１８からなる判定つり―（イ）・データと比較する
。この比較に際しては、演戊された反射波有の比率が、
第３図の一致１８においてエツジ中心位置１９ルもサン
プリングピッチＸが何ピッチ分の位置で当該両敬】８土
の位置と一致するか全比較することにより行なわｌる。 具体的に述べると、今回の検出で演算された反射波有の
比率が１５チとすると、第３図かられかるようにこの位
置はエツジ中心位置１９からサンプリングピッチＸは２
ピッチ分略ｊていることになる。いま、サンプリングピ
ッチＸは０．１　ｍｍとして予め知らハているから、今
回の検出においては、送信波３が反射した位ｌｒ’ｆ　
Ｒ（第１図参照）から０．２門だけ優方位１７．７４’
（！ｌｌに被１リミ出体４のエツジ４Ａが存在すること
が判定される。 かくして、絶対位置判定回路１４は作動装置１５に判定
信号全出力し、例えば溶接トーチヶ０．２簡だけ移動さ
せる。 このようにして、第１回目のエツジ位置の検出が終了し
たら、被検出体４と、超音波発信器２および超音波受信
器５と會エツジ４Ａに溢って所定距矯だけ相対移動させ
、前述と同様の手ｎ口でエツジ位１４會検出し、浴接ト
ーチ會測定明離分だけ移動させる。 かくして、本実権例では判定基準データケもとにしてエ
ツジ４Ａの位置を数値として検出することができ、切断
溶接装肴のトーチを高精度に倣い動作させることができ
る。 次に、第４図は本発明の第２の実施例金示し、本実施例
の特徴は不安定領域Δλ内においてエツジ４Ａが中心位
代に対して前方にあるか、後方にあるか全判定するもの
で、第１の実施例の如く数値による絶対位置として判定
せず、簡便なエツジ検出方式として用いられる。 このため、本実相例では第１の実施例の如く判定基準記
憶回路１３、絶対位４判足回路１４は用いられず、比較
回路１２０次段には加減算回路２１が設けらｉる。ここ
で、加減算回路２１は比較回路１２から反射波無信号が
入力されたときには加算し、反射波無信号が入力された
ときには減算する単一の加減算カウンタを備えている。 そして、前記加減算回路２１は加減算結果から、次の比
較判定を行なう。 ■　反射波有信号の方が反射波無信号よりも所定数以上
多い場合には、不安定領域Δぷり中心に対してエツジ４
Ａは前方にある。 ■　放射波有信号が反射波無信号よりも所定数以上多な
い場合には、エツジ４Ａは後方にある。 ■　反射波有信号と反射波無信号の差が所定の許容範囲
、ないしは判定基準範囲にあるときには、エツジ４Ａは
ほぼ中心にある。 かくして、加減算回路２１は前述の比較判定に基づき、
作ＰＪＪ装置２２に「中心」、「前方」、「後方」の各
信号を出力し、該作動装置２２會制御する。 本実相例は前述のように４＋’ｊ成嘔ねるから、加減算
回路２１は比較回路１２かもの反射波有信号または反射
波無信号に基づいて、作動装置２２に判定結果による各
信号音出力し、該作動装置２２ケ連続的に倣い動作させ
ろことができる。なお、不安定領域Δ２内である範囲を
定めて前述の■〜■の判定７行なうに際し、第３図にお
ける１数１８を参照しつつ判定基＃！會定めればよい。 本考案の各実施例は以上の如くであって、各実施例にお
ける絶対位置判定回路１４、加減算回路２１は本発明に
よるエツジ位ｉｌ￥判定回路の具体例であるが、本発明
のエツジ位置判別回路はこれらに限ることなく、加算回
路または減算回路を含む種々の回路として構成すること
ができ、またマイクロコンビーータ内に実現させること
もできる。 また、実施例ではエツジ位置判定回路によって切断溶接
装置上作動せしめる場合全例に挙げたが、開先溶接装置
！を等信の浴接装置、溶接ロボット等に適用してもよく
、さらには塗装ロボット等信の装置、■械に適用しても
よいことは勿論である。 〔発明の効果〕 本発明に係る超音波によるエツジ検出装置は以上詳細に
述べた如くであって、従来不感帯または検出誤差範囲と
して取扱われてきた不安定領域内において、エツジ位＠
を高精度に検出することができるから、各種自動機、産
業用ロボット等に取付けて使用するときには確実な倣い
動作を莢行させろことができる。しかも、判定基準を設
けることにより、数イ直として検出することができ、検
出精度をさら九高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３１ヌ１は本発明の第１の実椎例ケ示し
、第１図はエツジ検出装置の全体構成図、第２図は判定
卆準作成用実り装ｊなの構成図、第３１霧は実験装酋に
より作成した判定基準の線図、第４図は本発明の第２の
実施例によるエツジ検出装「１：の全体構成図、第５図
ないし第７図は従来技９［、Ｉに係り、第５１’ｌ杭や
Ｅ来技術によるエツジ検出装置の構成図、第６図は超ｆ
ｔ波センサによる波形図で、第６図（イ）は送信波の波
形図、第６図（ロンは反射波の波形図、第７図は不安定
領域内での反射の有無全示ｊ線図である。 １・・・発信回路、２・・・超音波発信器、４・・・破
検出体、５・・・超音波受信器、７・・・増幅回路、１
１・・・基地振幅記憶回路、１２・・・比較回路、１３
判判定基準範囲路、１４・・・絶対位置判定回路、１５
．２２・・・作動装置、］８・・・画数、２１・・・加
減算回路。 特許出願人　　日立建機株式会社 代理人弁理士　　広　瀬　和　彦 同　　　　　　　　中　　村　　　直　　桐第１図 第２図 第３　図。 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検出体に超音波を発信する超音波発信器と、該
   超音波発信器から発信した超音波を被検出体からの反射
   波として受信する超音波受信器と、該超音波受信器から
   の反射波を所定の基準振幅と比較し、反射波の有無とし
   て出力する比較回路と、該比較回路から出力された反射
   波有無についての比較結果からエッジ位置を判定するエ
   ッジ位置判定回路とから構成してなる超音波によるエッ
   ジ検出装置。
2. （２）前記エッジ位置判定回路は、前記比較回路から出
   力された反射波有無についての比較結果と、所定の判定
   基準を記憶した判定基準記憶回路からの判定基準に基づ
   き、エッジの絶対位置を判定する絶対位置判定回路であ
   る特許請求の範囲（１）項記載の超音波によるエッジ検
   出装置。
3. （３）前記エッジ位置判定回路は、前記比較回路から出
   力された反射波有無についての比較結果を加減算し、反
   射波有無の差から、相対位置を判定する加演算回路であ
   る特許請求の範囲（１）項記載の超音波によるエッジ検
   出装置。