JPS6326514A - 物品の配置モニタ方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は物品の配置をモニタすること、特に物品の組立
工程で物品の少くとの２つの識別可能な特徴間の間隔を
モニタする方法に関する。

［従来の技術］ ある製品、特に、いくつかの部品から構成される製品の
組立て時に、その組立工程をモニタしたり、その構成部
品が正しく組み立てられたかを検査するために完成品を
テストしたりすることが必要になることがよ（あり、ま
た少なくともそれが望ましいとされている。多くの場合
、そのためには、２つの識別可能な特徴、例えば、表面
やその他基準となる識別可能な特徴間の間隔を測定する
ことが要求される。

この種の測定を自動化するために、物品に既知の方向を
与えるとか、物品を定義軸を中心に回転させながらいく
つかの測定を行ない、その結果得たｒｌｔＪ定値を所望
値と関係づけることが知られている。

［発明が解決しようとする問題点］ 例えばロボット装置によっていくつかの構成部品を組み
立てることによって製作される製品は、部品が組み立て
られていきながら、所望の最終形状に近付いていく。こ
れらの２つの特徴と選定した基準点との間隔を測定する
ことにより、正しく組み立てられたかどうかが判定でき
るが、この場合、製品の２つの識別可能な特徴のうち一
方は、選択した部品が製品に結合される前の製品側にあ
り、他方の特徴は選択した部品側にある。しかし、この
方法によると、その構成部品が正しく製品に取り付けら
れた場合だけ、これらの２回の間隔測定が正しくなる。

これらの２回の間隔測定の結果を比較すれば、選択した
構成部品が組立て中の製品に正しく結合されたかどうか
を判定することができる。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の目的は、製品の２つの特徴の各々と選定した基
準個所との間隔を中間的に測定することなく、製品の２
特徴間の間隔を直接的方法で測定することにある。

本発明の別の目的は、１インチ以下から数インチまでの
比較的微小な間隔を、製品から数インチ離れた測定個所
で単純な信号処理システムを用いて正確にモニターする
ことにある。

さらに本発明の別の目的は、基本的な測定方法を、物品
の２ないしそれ以上の特徴間の間隔を直接的方法で識別
できるまで拡張したことにある。

本発明によれば、上述した目的および他の目的は、組立
て製品の２部品の選択表面間の間隔をある選定した方向
に測定し、これらの２部品が正しく結合されたときその
間隔が所与の値をもつことによって達成している。つま
り、本発明の方法は、空中伝搬応力波エネルギ放射を発
生させ、選定した最終値間で連続的に放射周波数を変化
させて、その変化した周波数をもつ放射を部品表面に向
って、選定した方向にほぼ近い方向に放出すること、部
品表面から反射した放出放射を、受信側で受信すること
、部品のうちの一方の選択表面から反射した放射と他方
の部品の選択表面から反射した放射との瞬時の周波数差
を、受信側で求めて表示することからなる。

［実施例］ 第１図は、ある対象物を観測または走査することによっ
て、第１部品の表面Ａと第２部品の表面Ｂとの間隔りを
測定するために、第１部品が第２部品に取り付けられた
あとの様子を示したものである。走査システムは空中伝
搬応力波エネルギが表面ＡとＢをインターセプトする方
向に該応力波エネルギを放出するように配置された放射
トランスジューサ２と、これらの表面から反射されたエ
ネルギを受信する向きに配置された受信トランスジュー
サ４とで構成されている。この放射エネルギは超音波周
波数範囲にあることが望ましい。

放射エネルギを効率よく利用するために、また他の表面
からのエコー波を除くために、トランスジューサ２の放
出放射は方向性が大きいことが望ましく、これはトラン
スジューサ４の受信パターンについても同じである。

トランスジューサ２と４は、それぞれの放射パターンの
軸が、測定すべき間隔りの方向にほぼ並行になるように
配置することが望ましい。しかし、必ずしもそうする必
要はない。というのは、間隔りの値は、いかなる場合も
、放射パターン釉と間隔りの方向との幾何学的関係に基
づいて計算できるからである。しかし、その間隔が測定
される反射面が間隔りにほぼ直交していること、および
トランスジューサ放射パターン軸の方向が表面Ｂの大部
分が表面已によって隠れないようになっていることか望
ましい。

トランスジューサ４からの放射が被モニタ対象物に到達
するまでの走行時間は、一方ては、各トランスジューサ
間の距頚【、他方では、トランスジューサと対象物との
距離によって左右されることは勿論であり、従って、表
面Ａからの反射放射の総走行時間は表面Ｂからの反射放
射と異なり、これは間隔りの大きさを関数として変化す
る。

走行時間のこの差異を利用するために、トランスジュー
サ２の放出放射周波数を測定期間（この持ホ売時間は総
放射走行時間の少なくとも２の倍数にすることが望まし
い）に変化させる。この様子を示したのが第２ａ図であ
り、同図において、のこぎり彼８は測定期間Ｔにおける
放出放射の周波数を表し、この期間に放射周波数は最大
値ｆ１と最小値ｆ２の間で変えられる。第２ａ図に図示
の例では、放出放射周波数は一定の変化率で変化する。

しかし、他の形態の変化方法を採用することも可能であ
る。いずれの場合も、必要なことは、周波数変化か測定
期間を通じて単調になっていることである。

トランスジューサ４て受信される反射放射はトランスジ
ューサ２からの放出放射を時間的にシフトしたものであ
り、この結果、放出放射の周波数掃引期間Ｔの開始から
、表面Ａの反射放射成分は時間的にてたけ遅れて受信さ
れ、表面Ｂからの反射放射成分は時間的にて＋Δτだけ
遅れて受信されるようになっている。この掃引期間Ｔは
、間隔りおよびトランスジューサと対象物との距離に応
じて選択するのが望ましい。従って、この掃引期間をＴ
＞＞で＋Δでとすれば、期間Ｔのほぼ全期間にわたって
有用な情報が得られることになる。

時間期間Ｔ−ででは、表面Ａからの反射放射成分は波形
１０て示す周波数変化を受け、時間期間Ｔ−（τ＋Δで
）に、表面Ｂからの反射放射成分は波形１２をもつこと
になる。後者の期間の任意の時点では、表面ＡとＢの反
射放射成分とトランスジューサ４の受信放射成分はΔｆ
＝ｆＢ　ｆＡだけ周波数が相互に異なることになり、こ
の周波数差は間隔りの大きさに比例することになる。ざ
らに、Δｆの値はトランスジューサと被モニタ表面間の
距離には友右されない。

［作用コ モニタ操作は１、測定すべき対象物を所定の場所に置き
、そこで必要とする情報が受信放射から得られるのに十
分な時間だけ測定用放射を表面ＡとＢに照射することに
よって行なことができる。別の方法として、連続する対
象物（物品）か走行路を移動する組立てラインにおいて
、ある物品が測定個所を通過するときにその通過を検知
するスイッチでトランスジューサ２が放射を放出するよ
うにすることも可能である。この場合は、トランスジュ
ーサ４が受信した反射放射は、表面ＡとＢが放出放射で
照射されている位置にその物品があるときだけ処理され
ることになる。

また、各掃引期間Ｔの開始から少なくともほぼ（τ＋Δ
で）に対応するように選定した時間間隔の間トランスジ
ューサ４の出力を禁止すれば、第２ａ図の右側部分に示
すように、その期間に発生する受信周波数成分子Ａとｆ
８の差を最小にすることができる。

続いて、トランスジューサ４で受信した放射を処理する
には、トランスジューサ４が受信した放射に対応する信
号を、トランスジューサ２から時間的に符合して放出さ
れる放射を表す信号と混合すれば、第２ｂ図に示すよう
に、はぼ一定の周波数成分子Ａとｆ８をもつ信号が得ら
れる。

第３図は、放射信号を発生し、受信放射を処理するため
の回路の好適実施例を示したものである。電圧制御オシ
レータ１６はアナログ電圧掃引発振器２０に接続された
アナログ制御入力端１８と、デジタル掃引信号（これは
外部のコンピュータ装置２４から与えてもよい）を受信
するように接続されたデジタル掃引電圧入力端２２とを
備えている。オシレータ１６は、その入力端のどちらか
に現れた信号を受けて、スイッチング可能にすることが
望ましい。そうすれば、オシレータ１６は、オシレータ
１６がその入力を受けたとき動作するようにセットされ
た掃引電圧に応して、周波数が変化する交番出力信号を
発信することができる。この場合、掃引電圧波形は、第
２ａ図に示す波形８にすることができる。オシレータ１
６の出力電圧は駆動増幅器２８に供給され、この増幅器
２８はこれと接続された放射トランスジューサ２を駆動
する。

表面ＡとＢから反射された空中伝搬応力波エネルギは、
次に、受信トランスジューサ４によって受信され、その
出力電気信号は受信増幅器３２て増幅される。増幅器３
２の出力信号は、オシレータ１６の出力信号と一緒に、
倍周型変復調器３４に供給される。この変復調器には、
例えは、Ｒオ−ム社（Ｒ−ｏｈｍ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉ
ｏｎ）提供のＸＲ−２２０Ｂ　演算倍周管が使用できる
。

変復調器３４からは、第４図に示す波形の周波数スペク
トルをもつ信号が出力される。

変復調器３４の出力信号は、上限カットオフ周波数がｆ
ａより若干大きい値をもつように選択された低域フィル
タ３６を通過させる。

低域フィルタ３６を通過した出力信号を製雪２４に通す
ことも可能であり、その場合には、例えば、スペクトル
分析や高速フーリエ変換分析などを行なう公知方法でΔ
ｆの値を求めることができる。

しかるに、本発明の好適実施例によれば、もっと単純な
回路によフてこの周波数値の表示を得ている。つまり、
本発明の回路は、急峻な側波帯通過特性をもつ帯域フィ
ルタ４０を備えており、その入力端はフィルタ３６の出
力端に接続され、その通過帯域は周波数ｆＡとｆ、を包
含している。

このフィルタ４０がもつ通過帯域の上限周波数と下限周
波数は、スベトルＡとＢの形状と幅、およびフィルタ３
６の出力信号に含まれる不要成分の周波数に応じて選択
することが可能である。一般的に、フィルタ処理は、そ
の間隔を測定すべき表面以外の表面から生した不要な変
調周波数成分や信号成分を除去する目的で、復調のあと
行なわれる。その結果、所望周波数を含む帯域の外側の
周波数の雑音成分が除去される。

急峻側波帯通過フィルタ４０が存在するので、そのフィ
ルタの出力や検７皮器４２からの出力をオシロスコープ
に人力すれば、例えば、初期設定時や動作時に、回路の
動作を観察することができる。回路から機械読取り可能
な出力だけを得る場合、例えば、比較器５０の出力だけ
を利用する場合には、フィルタ４ｏはなくてもよい。

フィルタ４０の出力信号は、次に、装音４２に゛おいて
包絡線検波が行なわれる。これは公知の包絡線検波器で
構成することができるが、直列ダイオードと、並列ＲＣ
低域フィルタからなる並列回路とで構成すれば、最も単
純な検波器が得られる。検波器４２の出力信号は、その
中心周波数がΔｆである包結線関数を含む周波数スベト
ルをもっている。この出力信号は、次に、はぼ第５図に
示すようなガウス分布特性をもつ３つの帯域フィルタ４
４．４６．４８の入力端に人力される。フィルタ４６の
通過帯域の中心は、間隔りの所望値に対応する周波数差
Δｆ、に一致するように選択されており、他方、フィル
タ４４と４８は、通過帯域の中心がそれより高い周波数
値と低い周波数値になるように作られている。従って、
フィルタ４４と４８の各々の特性が間隔りの許容範囲に
相当する周波数値Δｆ、ｔｈｆ、に対応する点でフィル
タ４６の特性に交差するようになっている。このことは
、これらのフィルタ特性が、その中心周波数を除き、す
べて同じであるとすれば、フィルタ４６の出力は、間隔
りが許容範囲内、つまり、ΔｆＮ−ｆｐ＜ΔｆくΔｆＮ
＋ｆ、、ならば、他のフィルタの出力よりも犬になるこ
とを意味する。

フィルタ４４．４６．４８の出力信号は比較器５０に人
力され、そこでこれらの出力信号の振幅が比較され、間
隔りが許容値にあるかどうかを示す２進信号が得られる
。Δｆの値がフィルタ４４．４６．４８の応答範囲にあ
るかどうかを確認するには、比較器５０にしきい値検出
器を設けて、それをフィルタ４６の出力に接続すれは、
フィルタ４６から得られる信号が一定の最小しきい値を
越えているかどうかを知ることができる。

別の方法として、フィルタ４４の代わりに高域フィルタ
を使用し、フィルタ４８の代わりに低域フィルタを使用
し、各々のカットオフ周波数特性を、第５図に示す特性
の対応する部分にすることも可能である。

本発明は、３またはそれ以上の表面間、例えは、第１図
の表面ＡとＢ、ＢとＣ１およびＡと０間の距離をモニタ
ーするように拡張することも可能である。

トランスジューサ２の放出放射が３つの面Ａ、Ｂ、Ｃ（
第１図）に当たると、受信トランスジューサ４で得られ
る信号は次の周波数で３つの基本周波数差成分を含むこ
とになる。

ｆＡ　−ｆｎ　　−Δｆ１ ｆＡ　−ｆ、　　−Δｆ。

ｆ、−ｆｃ　−Δｆｃ この信号が変復調器３４で処理されるとぎ、フィルタ３
６と４０が該当カットオフ周波数特性を備えていれば、
包絡線検波器４２の出力信号はこれらの３周波数におけ
る基本成分を含むことになる。検波器４２の出力信号は
そのあと３つの帯域フィルタ４４．４６．４８に入力で
きるが、この場合には、各フィルタの通過帯域の中心は
周波数Δｆ、、Δｆ、およびΔｆｃのそれぞれの値にあ
り、この値は、それぞれの対象物表面間のそれぞれの間
隔値に対応している。上記に加えて、各フィルタ４４．
４６．４８は、帯域幅が最小の所望周波数差値の２倍以
下であることが望ましい。

関連する表面Ａ、Ｂ、および０間の距離が所望の間隔値
だけ離れていることが分フている対象物をまずモニタす
ると、それぞれの振幅が所定の関係をもつ１組の帯域フ
ィルタ出力信号が得られる。次に、この情報は、その振
幅値関係における許容偏差清報と一緒に、比較器５０に
保存しておくことができる。そのあと、組立て中の各製
品をモニタし、各製品に関連する３つの帯域フィルタ４
４．４６．４８の出力信号を比較器５０に保存された情
報と比較することにより、特定製品が正しく組み立てら
れたかどうかを示す出力信号か得られる。

３つの表面相互間の距列関係をモニタする別実施例によ
れば、各帯域フィルタ４４．４６．４８に代えて３フイ
ルタからなるグループを使用し、各グループの３フイル
タに、第５図を参照して前述したように相互に関係する
通過帯域をもたせることが可能である。この実施例ては
、中央フィルタの通Ａ１！：域は、上述した３つの周波
数差のそれぞれが中心になっている。この場合、各グル
ープの３フイルタの出力から、モニタしている間隔のち
の１つが許容範囲内にあるかどうかを直接に知ることが
できる。

第３図に示すように、包絡線検波器４２の出力をさらに
装置２４に接続すれば、検波器４２の出力信号を高速フ
ーリエ変換スペクトル分析の対象とすることができるの
で、検波器４２の出力の周波数帯域を包絡する線がわず
かですむことになる（例えば、８〜６４本）。そのあと
、個々の線を比較器で処理することができる。この方法
をとると、フィルタ４４．４６．４８および比較器５０
による操作が不要になる。

以上、本発明の各実施例について詳述したが、これらの
実施例は、上述した本発明の精神または範囲を逸脱しな
い限り、種々態様に変更および改良が可能であることは
勿論である。

本明細書で開示した事項は、１９８６年（昭和６１年）
５月９日提出のニュージランド特許出願第２１６０２６
号に開示されている主題に関係するものであり、従って
、同明細書中の記載はすべて本願明細書の一部を構成す
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による製品の放射線照射の様子を示す正
面図、 第２ａ図と第２ｂ図は、本発明による間隔測定のだめに
使用される信号の周波数関係図、第３図は本発明を実施
する回路のブロック図、第４図は第３図図示の回路で得
られる情報信号のスペクトル図、 第５図は第３図の回路の一部を構成するフィルタの通過
帯域特性を示す図である。 ２・・・放射トランスジューサ、 ４・・・受信トランスジューサ、 ８．１０．１２・・・波形、 １６・・・オシレータ、 １８・・・アナログ制御入力端、 ２０・・・アナログ電圧掃引発振器、 ２２・・・デジタル掃引電圧入力端、 ２４・・・外部コンピュータ装置、 ２８・・・駆動増幅器、 ３２・・・受信増幅器、 ３４・・・変復調器、 ３６・・・低域フィルタ、 ４ｏ・・・急峻側波帯域フィルタ、 ４２・・・包絡検波器、 ４４，４６．４８・・・帯域フィルタ、５０・・・比較
器、 Ａ、Ｂ、Ｃ・・・製品の表面、 Ｄ・・・間隔（距１１１）、 Ｔ・・・周波数掃引期間。 ＦｆＧ、２ａ ＦＩＧ、２わ 電圧スへ°外ル今寄 手続ネ甫正書（方式） ％式％ ２、発明の名称 物品の配置モニタ方法 ３、補正をする者 第６セイコービル　　３階 ６、補正の対象 委任状および図面全図 ７、補正の内容 ・別紙のとおり ゛　　・願書に最初に添附した図面の１凹・別紙のとお
り（内容に変更なし）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）組立て製品の２部品の選択表面間の間隔をある選定
   した方向に測定し、当該２部品が正しく結合されたとき
   その間隔が所与の値をもつこととした方法において、 空中伝搬応力波エネルギ放射を発生させ、選定した最終
   値間で連続的に放射周波数を変化させ、この変化させた
   周波数をもつ放射を少なくとも選定した方向に近い方向
   に部品表面に向って放出するステップと、 部品表面から反射した放出放射を受信側で受信するステ
   ップと、 前記２部品のうちの一方の選択表面からの反射放射と他
   方の部品の選択表面間の受信側での瞬時周波数差の情報
   信号を得るステップとを具えたことを特徴とする物品の
   配置モニタ方法。 ２）放射周波数は超音波範囲の周波数であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の物品の配置モニタ
   方法。 ３）情報信号を得るステップは、可変周波数をもつ放出
   放射に対応する第１電気信号を発生することと、受信側
   で受信された放射に対応する第２電気信号を発生するこ
   とと、第１および第２信号を混合して、選択表面間の間
   隔を表す周波数をもつ成分を含む出力信号を得ることを
   特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の物品の配置モ
   ニタ方法。 ４）情報信号を得るステップは、さらに、前記混合ステ
   ップで得た出力信号の包絡線を検波して、当該２部品の
   表面から反射した放射間の受信側での周波数差に相当す
   る周波数をもつ成分を含む包絡線信号を形成することを
   特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の物品の配置モ
   ニタ方法。 ５）情報信号を得るステップは、さらに、包絡線を検波
   する前記ステップに移る前に、前記混合ステップで得た
   出力信号から高周波数成分を除去することを特徴とする
   特許請求の範囲第４項に記載の物品の配置モニタ方法。 ６）情報信号を得るステップは、さらに、包絡線を検波
   する前記ステップに移る前に、前記混合ステップで得た
   出力信号を帯域フィルタにかけることを特徴とする特許
   請求の範囲第４項に記載の物品の配置モニタ方法。 ７）情報信号を得るステップは、さらに、選択した部品
   表面間の間隔が所与の値をもったとき包絡線信号の成分
   がもつ周波数を中心とした第１通過帯域において、さら
   に、第１通過帯域の中心周波数より上下の周波数にそれ
   ぞれ重なり合う２つの通過帯域において、包絡線信号を
   帯域フィルタにかけることと、これらの３つの帯域フィ
   ルタ処理から得た信号の振幅を比較することを特徴とす
   る特許請求の範囲第４項に記載の物品の配置モニタ方法
   。 ８）情報信号を得るステップは、受信表面で受信した放
   射を電気信号に変換することと、その電気信号の包絡線
   を検波して、２部品の表面からの反射放射間の受信側で
   の周波数差に相当する周波数をもつ成分を含む包絡線信
   号を形成することを特徴とする特許請求の範囲第２項に
   記載の物品の配置モニタ方法。 ９）製品に関連する選択面は３つであり、選択面が２つ
   からなる各組間の間隔が、製品が正しく結合されたとき
   それぞれの所与の値をもち、前記情報信号を得るステッ
   プは、少なくとも異なる２組の選択面からの反射放射間
   の受信側での瞬時周波数差の情報信号を得ることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の物品の配置モニタ
   方法。 １０）情報信号を得るステップは、放射受信面で受信し
   た放射を電気信号に変換することと、２部品の表面から
   の反射照射間の受信側での周波数差に相当する周波数を
   もつ成分を含む包絡線信号を形成することと、包絡線信
   号をデジタル・フィルタかけて、周波数差を表す出力信
   号を得ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の物品の配置モニタ方法。 １１）デジタル・フィルタ処理は高速フーリエ変換スペ
   クトル分析からなることを特徴とする特許請求の範囲第
   １０項に記載の物品の配置モニタ方法。