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    公开号:WO1984004961A1
    申请号:PCT/JP1984/000287
    申请日:1984-06-05
    公开日:1984-12-20
    发明作者:Toshinori Otsuki；Teruo Maruyama
    申请人:Matsushita Electric Ind Co Ltd；
    IPC主号:G01S15-00
    专利说明:
    [0001] • 明 細 書 _ 発明の名称
    [0002] 被測定物の位置検出装置
    [0003] 術分野
    [0004] 5 本発明は超音波を利用した被測定物の位置検出装置に闋する もので、 簡易 構成で、 小径穴 ·小幅溝の位置を高精度に検出
    [0005] ' 出来る装置を提供するものである。
    [0006] 背景技術
    [0007] 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0 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。
    [0008] 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5 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 1 7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 1 3で反射され、 対象物体 1 3の各辺 1 4 , 1 5 , 1 6からの反射信号が超音波 送受波素子 1 に到達し、 受波信号増巾 H 3 で増幅された後、 ァ0 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、 3ァ ， 3 8 ， 3 9はそれぞれ対象物体 1 3の各辺 1 4 ， 1 5 ， 1 6からの反射信号を示す 3 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図に示した反射佶号 3 7 , 3 8 , 3 9の伝播時間 4 O ， 4 1 ， 4 2及び反射信号強 度 4 3 ， 4 4 ， 4 5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力 らの lj御信号によ り パルス モータ ドライノく 1 1 とパルス モ —タ 1 Oを介して矢印 A ， B方向に回転走査する構成と ¾つて
    [0009] 5 お ϋ、 、 超音波送受波素子 1 を所定の角度でステップし 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つ て る。 第 4図は、 超音波送受波素子 1 を回 ¾走査させた時の 被測定物 1 3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。
    [0010] ! O 4 6 , 4了 ， 4 8はそれぞれ被測定物 1 3の各辺 1 4 , 1 5 , 1 6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 ¾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1 3の各辺 1 4 ， 1 5 , 1 6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
    [0011] 1 5 距離が得られるので被測定物 1 3の各辺 1 3 ， 1 4 ， 1 5の座 標を求めることができ、 被測定物 1 3の位置と姿勢を検出する ことができる。
    [0012] しかし がら、 従来の位置検出装置を穴 ·濤の形状検出に適 甩した場合、 大径穴あるいは大巾篇ではその形状検出が可能で 0 あるが、 小径穴あるいは小巾壽では、 穴 ·溝の各辺^らの反射 信号が重畳され、 超音波送受波素子の減衰性を大幅に向上し いと位置検出ができ いという問題点があつた。
    [0013] 発明の開示
    [0014] 本発明は、 被測定物に対して超音波送受波素子によ り超音波 5 を送受波する手段と、 前記被測定物と前記超音波送受波素子の 相対位置関係を変化させる手段と、 このときの前記被測定物の- 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信号処理手段から り、 前記被測定物の 位置を高精度に検出する装置を得るものである。
    [0015] 図面の簡単な説明
    [0016] 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図は本発明の第 1 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図は本発明の第 1 実施 例における穴の位置検出装置の斜視図、 第 7図は同平面図、 第 8図は本発明の第 1 実施例における穴位置検出のためのプ Dグ ラ ムの 1例を示すフ ロ ーチ ャ ー ト図、 第 9図は本発明の第 1 実 施例における位置検出装置の動作波形を示す図、 第 1 O図 ，第 1 1 図 ，第 1 2図は、 本発明の第 1 実施例における装置の動作 波形を整理した図、 第 1 3図は本発明の第 2実施例における溝 位-置検出の斜視図、 第 1 4図は本発明の第 2実施例に ける装 置の概略の搆成を示すシステ ム図、 第 1 5図は本発明の第 2実 施例における溝位置揆出のためのプログラムの 1 例を示すフ口 —チ ャ ート図、 第 6図は本発明の第 2実施例における装置の 動作波形を示す図、 第1 7図は本発明の第2実施例に ける穴 検出感度を示す図である。
    [0017] 第 1 S図は本発明の第 3実施例に ける溝位置検出装置の概略 の構成を示すシス テ ム図、 第 1 9図は本発明の第3実施例にお ける溝位置検出の斜視図、 第 2 O図は本発明の第 3実施例にお
    [0018] OMPI ける鑄位置検出のためのプログラ ムの 1例を示すフ 口 —チ ャ ー- ト図、 第 2 1 図は本発明の第 3実施例に ける装置の動作波形 を示す図、 第 2 2図は本発明の第 3実施例における穴検出感度 を示す図である。
    [0019] 5 発明を実施するための最良の形態
    [0020] 以下本発明の第 1 の実施例について、 図面を参照し ¾がら説 明する。 ' 第 5図は本発明の第 1 実施例に ける小径穴の位置検出装置 の概略を示すシステム図である。 また第 6図は本発明の第 1 実
    [0021] T O 施例の位置検出装置を用いた位置検出の斜視図、 第ァ図は同平 面図である。
    [0022] 第 5図において 5 0は被測定物（以下本実施例では対象物侔 の穴をいう ） と超音波送受波素子 5 3 (以下超音波ト ラ ンスデ ュ ―サという ） の相対位置関係を変化させる手段（以下マニ ピ
    [0023] 15 ユ レ —タ という ） であり、 デー タ処理制御装置 5 1 からの制御 信号によ りマニ ピ ュ レータ制御装置 5 2を介して動作を制御し ている。 またマニ ピ ュ レー タ 5〇上には、 第6図に示すよ うに 送受波兼用の超音波ト ラ ンスデューサ 5 3が設置されている。 またマニピ ュ レー タ制御装置 5 2はマニ ピュ レ一 タ 5 0を X ， 0 ？軸の直交 2軸で動作可能る構成に つ ている。
    [0024] 超音波ト ラ ンスデューサ 5 3は、 発振器 5 5によ！？所定の 波数の超音波を対象物体5 4の穴 5 5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 ランスデューサ 5 3 ： f; 力する受波信号は受波信号増幅器 5 6を経て、 アナ πグーデジ 5 タル変換器 5 7 (以下 D変換器という。 ）によってデジタ 一 O"' PI ル値に変換され、 メモ リ 5 Sに記憶される。 さらにデータ処理- 制御装置 5 1 が設けられるが、 このデータ処理制御装置 5 1 は イ ン タ フ ェ イ ス コ ン ト ロ ー ルュニッ 卜 5 9 ( 下 I G び という。） • フ ロ ッ ピディ ス ク ドライ ブ装置ら O (以下 F D D とい う。 ) および小型電子計算機 6 1 (以下 G P ϋ という。 ）から構成さ れる。 は F D D 6 0および G P U 6 1 に接続される とともに、 前述の発振器 5 5 とメモ リ 5 8に接続される。 FDD 6 O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。 このデータ処理制御装置 5 1 にお いては、 発振器 5 5を動作させるための制御信号の出力 ， マ ユ ピユ レ— タ 5 Oの動作を制御するマニピュ レータ制御装置 5 2 への制御信号の出力を行 うとともにメ モ リ 5 8から転送され た入力デー タの前処理を行ない、 F D D 6 0から予め入力ス ト ァされたプログラムに従って C P U 6 1 で反射信号強度の検出、 対象物体の穴の位置の演算処理 ， マニ ピュ レータ 5 Oの移動量 の演算処理を行 ¾ う。
    [0025] 次に上記のよ うに構成した位置検出装置の動作を説明する。
    [0026] お本実施例では、 第 6図及び第 7図に示す超音波ト ラ ンスデ ュ —サ 5 3の直径が 3 ら m、 ;眍動周波数が 6 6 KHz (波長ス = 5.1 4 M ) ， 対象物体 5 4 と超音波ト ラ ンスデューサ 5 3の距 離が 1 O O而 ， 対象物体 5 4の穴 5 5の直径が 5簡で、 超音波 ト ラ ンスデュ ーサ 5 3の送受波面は対象物体 5 4に対して所定 の角度 （本実施例では X及び T軸方向に独立して各 "《o° )傾 斜して配置されてお 、 O.1 層のステツプで対象物体5 4と一 定の距離を保つて平行走査した場合について説明する。 位置検出は F D D S Oから予め入カス トァされた第 S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つて行なわ れる。 第 S図のフ ロ ーチャ ートにおいて、 まずステッ プ 1 でデ — タ処理制御装置 5 1からの制御信号によ りマニ ピ ュ レータ制 御装置 5 2を介してマニピュ レ― タ 5 0を羅動して超音波ト ラ ンスデューサ 5 3を X軸方向セ ン シ ング開始位置 6 3に移動す る。 第6図において 6 2は超音波ト ラ ンスデュ ーサ 5 3から送 波される超音波ビー厶の中心位置また 6 4はセ ン シング完了時 の、 超音波ビ —ムの中心位置 6 2 と対象物体 5 4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。 ¾お本実 旖例ではセ ン シング区間は 4 O であ り、 この区間内に穴 6 5 が存在するよ うにセ ン シング区間を決定している。
    [0027] 次にステップ 2でデ—タ処理制御装置 5 1 からの制御信号に よ り発振器 5 5を動作させ超音波ト ラ ンスデューサ 5 3で所定 の周波数の超音波を対象物体 5 4に向けて送波すると同時に、 A / D変換器 5 了 ， メ モ リ 5 Sを動作させて、 対象物体5 4か らの反射信号をメ モ リ 5 8に記憶する。 第 9図にはメ モ リ 5 8 に記憶された反射信号を示す。 6 9は対象物体 5 4からの反射 信号を示す。
    [0028] 次にステ ッ プ 3 でメ モ リ 5 8に記 ftされた反射信号を I C ϋ 5 9を介して C P U 6 1 に転送する： C P U 6 1 では F D D 60 から予め入カス 卜ァされているプロ グ ラ ムに従つて対象物体 からの反射信号 6 9の反射信号強度 を検出する。
    [0029] 次にス テ ッ プ 4ではマニビュ レー タ 5 0を： X軸方向へ 0. 1 MM 移動して上記ステツプ 2 ， ステップ 3を繰返して所定のセ ン シ
    [0030] OMPI
    [0031] WIPO 一了一 ング回数（本実施例では 4 O O回） を完了すればステップ 5へ- 進む。
    [0032] ステ ッ プ 5では、 上記ス テ ッ プ 2 ， ス テ ッ プ 3で得られた検 出対象穴 6 5を含む対象物体 5 4からの反射信号強度をも とに して検出対象穴 6 5の X軸方向の中心位置を検出する。 第 1 Ο 図は直径が3 ら 鲕 ,駆動周波数が 6 6 KHz (波長ス = 5.1 4 ） の超音波ト ラ ンスデュ ーサ 5 3の送波面6 6を対象物体5 4に 対して X軸方向に ^ = 1 0° 傾斜して X軸方向に平行走査した ときの対象物体 5 4からの反射信号強度を、 横軸に超音波ト ラ ンスデュ ーサ 5 3の平行走査量、 縦軸に反射信号強度をとつて 1 O点おきにプロ ッ ト したものであり、 G P U β 1 では、 FDD 6 0から予め入カス トァされたプ ロ グ ラ ムに従って反射信号強 度の極小値およびこの時の超音波ト ラ ンスデュ ーサ 5 3の平行 走査量を検出する。 第 1 O図において穴検出感度 S1は一1 6 dB であった。 お穴検出感度 Sは以下のよ うに定義している。
    [0033] す ¾わち対象物体 5 4からの反射信号の極小値を ， 対象物 体 5 4からの反射信号の極大値を P2とすると検出対象穴6 5の 検出感度 S ( d B )は
    [0034] S = 2 O ^og ( P !/P 2 ) ( d B ) (1) て'あ 。
    [0035] またこの時の超音波ト ラ ンスデュ —サ 5 3の平行走査量は 2 3.2職であり、 検出対象穴 6 5の X軸方向の中心位置は、 ί: 述の超音波卜 ラ ンスデュ ーサ 5 3のセ ン シング開始位置 6 3 つ X座標に上記平行走査量（ 23.2« を加えることによ り ： できた。 — S一
    [0036] つぎにステッ プ 6では対象物体 5 4の検出対象穴6 5の中心- 位》を検出するのに必要な Y輔方向のセンシ ングが完了したか否 かを判断し、 本実施例の場合ステツプ1 に進み、 ステップ 1 〜 5を上述の X軸方向セ ン シングと同様に Y軸方向のセ ン シング を実行し検岀対象穴 6 5の中心位置を検出する。
    [0037] ¾ぉ？軸方向セ ン シングでは、 超音波ト ラ ンスデューサ 5 3 の送受波面 6 6は対象物体 5 4に対して Y軸方向に ^ = 1 0° 傾斜して T軸方向に平行走査しており、 第 6図に いて、 超音 波ビ一ムの中心位置 6 2と対象物体5 4 との交点 6ァをセンシ ング開始点 6 8をセ ン シング完了点として、 Y軸方向のセ ン シ ングは穴 6 5が存在するこの区間内（本実施例では 4 O露） で 行 ¾ う 。 第 1 1 図は超音波ト ラ ンスデューサ 5 3 の送波面6 6 を対象物体 5 4に対して Y軸方向に ^ =1 0°傾斜して Y軸方向 に平行走査した時の対象物体 5 4からの反射信号強度を、 横軸 に超音波ト ラ ンスデューサ 5 3の平行走査量、 縦軸に反射信号 強度をとつて 1 O点おきにブロ ッ ト したものであり、 G Ρ ϋ 61 では、 F D D 6 0から予め入カス 卜ァされたプログラムに従つ て反射信号強度の極小値およびこの時の超音波ト'ラ ンスデュー サ.5 3の平行走査量を検出する。 第 1 1 図において穴検出感度 S2は一 1 6 dBであった。 またこの時の超音波 卜 ラ ンスデューサ 5 3の平行走査量は 1 3.5露であ り、 検出対象穴 6 5の Y軸方 向の中心位置は上述の超音波ト ラ ンスデュ ーサ 5 3のセン シン グ開始位置 6ァの？座標に上記平行走査量（1 3.5m ) を加え ることによ り検出できた。
    [0038] ¾ 本実施例では超音波ト ラ ンスデュ —サ 5 3の送受波面66 は対象物体 5 4に対して走査方向に 10°傾斜して構成したもの- について述べたが、 この傾斜角度を変化することによ ]9穴 6 5 の検出感度も変化する。 第 "！ 2図 aは本実施例と同様の構成で 超音波ト ラ ンスデューサ 5 3の送受波面 6 6を対 物体 5 4に 対して X軸方向に傾斜させ X軸方向に平行走査した時の対象物 体 5 4からの反射信号強度を、 横軸に超音波ト ラ ンスデューサ 5 3の傾斜角度 ，縦軸に穴 6 5の検出感度をとつたものであ 、 傾斜角度 が 1 0°の時に穴 6 5の検出感度が最大値を示した。
    [0039] 本実施例で用いた超音波ト ラ ンスデュ.ーサ 5 3の第 1 零ふく 射角 は超音波ト ラ ンスデューサの直径を D ( MM ) ，懕動周波 数を f ( H z ) ， 音速を C ( MM / S ：) とすると (2)式よ ] 求ま
    [0040] Ό 0
    [0041] C
    [0042] Θ = sin 1.22 ( rad ) (2) f · D
    [0043] 本実施例では = 10°と り穴 6 5の検出感度が最大値を示 すときの超音波ト ラ ンスデュ —サ 5 3の傾斜角度とほぼ一致す ることが分る。 - また第 1 2図 bは本実施例と同様の搆成で超音波ト ラ スデ ュ―サ 5 3の駆動周波数を 5 1 ( H Z )にして送受波面6 6 を対象物体 5 4に対して X軸方向に傾斜させ X軸方向に平行走 査した時の対象物体 5 4からの反射信号強度を整理したもので あ j 、 傾斜角度 ^が 1 3 °の時に穴6 5の検出感度が最大値 X -:: し、 この時の穴検出感度. Sは— 1 3 <3 Β であった。 またこ。:'; の超音波ト ラ ンスデュ ーサ 5 3の第1 零ふく射角 dは上述 Q 2} 式よ ] Φ 1 3 °と ¾ 穴 6 5の検出感度が最大値を示すときの 超音波ト ラ ンスデュ ーサ 5 3の傾斜角度とほぼ一致した。 - 以上のよ うに本実施例によれば穴 6 5を有する対象物体 5 4 に対して直径が 3 6 の超音波ト ラ ンスデューサ 5 3の送受波 面 6 6を 1 0 °傾斜して駆動周波数 6 6 ! H Zの超音波を送受波す ると同時にマニピュ レ―タ 5 0を動作させて対象物体5 4に対 して超音波ト ラ ンスデュ—サ 5 3を一定の距離を保つて走査す ることによ り得られる対象物体 5 4からの反射信号強度は超音 波ト ラ ンスデュ ーサ 5 3のビー ム中心位置が穴 6 5の近傍にあ るとき の反射信号強度が超音波ト ラ ンスデューサ 5 3 の ビー ム 中心位置が穴 6 5よ り も遠方にあるときの反射信号強度に比し て大幅に減少するので、 反射信号強度が極小値を示すときの超 音波ト ラ ンスデューサ 5 3の平行走査量を検出することによ 穴 6 5の X , Y軸方向の中心位置を検出でき、 本実施例では 0. 1 の穴位置検出精度が得られた。
    [0044] さらに本発明者らは、 対象物体 5 4に対する超音波ト ランス デュ ーサ 5 3の送受波面 6 6の傾斜角度について鋭意検討し超 音波ト ランスデューサ 5 3の,眍動周波数 (K H Z )と直径 (躕) T決定 される前記傾斜角度の最適値を見出すことができ、 これによ り 穴6 _ 5の検出感度を向上し、 その結果さらに高精度 · 高信頼性 の位置検出装置を実現することができた。
    [0045] なお本実施例では被測定物は対象物体 5 4の穴 6 5として説 明したが、 対象物体に設けた溝でもよ く、 要は被測定物は超音 波ト ラ ンスデュ ーサ 5 3の相対位置関係を変化して超音波ト ラ ンス デュ—サ 5 3によ！）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 り減少するものであればよい。
    [0046] OMPI つぎに本発明の第 2の実施例について図面を参照し がら説- 明する。
    [0047] 第 1 3図は本実施の溝位置検出装置による溝位置検出を示す 斜視図である。 本実施例における鑄の位置検出装置の概略のシ ステム構成を第 1 4図に示すが前述の第 1 実施例と同様であ ] 詳細 説明を省略する。
    [0048] 以下上記のよ うに構成した位置検出装置の動作を説明する。 ¾お本実施例ではマ-ピュ レータ 7 2 と超音波ト ラ ンスデュー サ 7 3は前述の第 1 実施例と同一搆成使用方法のものを使用し てお り、 第 1 3図に示すよ うに被測定物は本実施例では対象物 体 S 1 の溝 8 2 であ り、 対象物体 8 1 と超音波ト ラ ンスデュー サ 7 3の距離が 1 O O 躕 、 対象物体 8 1 の溝 8 2の幅が 5 薦 ， 深さ 1 〇卿で、 超音波ト ラ ンスデュ ーサ了 3 の送受波面 S Sは 対象物体 8 1 に平行に対向して 、 超音波ト ラ ンスデュ ーサ 7 3を対象物体 8 1 に対して 0. 2 . のステ ッ プで X軸方向に平 行に走査した場合について説明する。
    [0049] 位置検出は F D D ァ Sから予め入カス トァされた第 1 5図の フ ロ ーチ ャ ー トに示す位置検出プ ロ グ ラ ムの手順に従つ て行 われる。 第 1 5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 7 Oからの制御信号によ りマニピュ レー タ制御装置ァ 1 を介してマニピュ レ— タ ァ 2を駆動して超音波 ト ラ ンスデュ ーサァ 3をセ ン シング開始位置に移動する。 第1 3 図において、 8 3は超音波ト ラ ンスデュ ーサァ 3から送波され る超音波ビ ームの中心位置を示す。 また 8 4はセ ン シング開始 時の、 また 8 5はセンシング完了時の、 超音波ビ ームの中心位
    [0050] _ΟΜΠ 置 s 3 と対象物体 S 1 の交点を示し、 セ ンシングは、 この区間- 内で行 ¾われる。 お本実施例ではセンシンダ区間は 4 O躕で あり、 この区間内に * 8 2が存在するよ うに設定している。
    [0051] 次にステップ 2でデータ処理制御装置 7 Oからの制御信号に よ り発振器 8 Oを動作させ超音波ト ラ ンスデューサ 7 3 で所定 の周波数の超音波を対象物体 8 1 に向けて送波すると同時に、 Aノ D変換器ァ 5 ， メモ リ 7 6を動作させて、 対象物俘8 1 か らの反射信号をメモ リ ア 6 に記憶する。 第"！ 6図にはメモ リ 76 に記憶された反射信号を示す。 8 9は対象物体 8 1 の平面部分 8 6からの反射信号、 9 Oは対象物体 S 1 の濤 S 2の底面部分 S 7からの反射信号を示す。
    [0052] 次にステ ッ プ 3 .でメ モ リ ア 6に記憶された反射信号を I G U 7ァを介して G P ϋ 了 9に転送する。 C P U 了 9では F D D 了 8 から予め入カス トァされているプログラムに従つて対象物体 81 の平面部分 8 6からの反射信号 S 9の反射信号強度 Ρ2を検出す ό ο
    [0053] -次にステ ッ プ 4ではマニビュ レ一 タ ァ 2を矢印 Α方向へ Ο· 2 腿移動して上記ステ ツ プ 1 ， ス テ ッ プ 2を繰返して所定のセン シング回数（本実施例では 2 O O回 ）を完了すればステップ 5 へ進む。
    [0054] ステ ッ プ 5 では、 上記ステ ッ プ 2、 ス テ ッ プ 3 で得られた検 出対象鑄 S 2を含む対象物钵 8 1 からの反射信号強度をも とに して検出対象溝 S 2の中心位置を検出する。 第 1 ァ図は、 超音 波ト ラ ンスデューサ了 3の送波面 8 8を対象物体 8 1 に平行に 対向して矢印 A方向に平行走査した時の対象物体 S 1 からの反 射信号強度を、 横軸に超音波ト ラ ンスデュ ーサ 7 3の平行走査 - 量、 縦軸に反射信号強度をとってち点おきにプロ ッ ト したもの であり、 CJ P U ァ 9では、 F D D 7 Sから予め入力ス ト アされ たプログラムに従つて反射信号強度の極小値およびこの時の超 音波ト ラ ンスデュ ーサ 7 3の平行走査量を検出する。 第 1 7図 において穴検出感度 S 3 は— 1 2 <3 Βであった。またこの時の超 音波ト ラ ンスデューサァ 3の平行走査量は 2 3 であ 検出対 象溝 8 2の X軸方向の中心位置は上記超音波ト ラ ンスデュ ーサ 7 3のセ ン シング開始位置 S 4の : X座標に上記平行走査量
    [0055] ( 2 3薦 ） を加えることによ 検出できた。
    [0056] 以上のよ うに本実施例によれば溝 S 2を有する対象物体 8 1 に対して超音波 ト ラ ンスデュ —サァ 3の送受波面 8 8を平行に 対向して超音波を送受波すると同時にマニピュ レ一タ.ァ 2を動 作させて対象物体 8 1 に対して超音波ト ラ ンスデューサァ 3を 一定の距離を保つて走査することによ り得られる対象物体 S 1 からの反射信号強度は超音波ト ラ ンスデュ ーサァ 3のビー ム中 心位置が溝 8 1 の近傍にある ときの反射信号強度が超音波ト ラ ンスデュ一サ 7 3のビーム中心位置が溝 8 1 よ り も遠方にある ときの反射信号強度に比して減少し、 この減少率は前述の第、 実施例に比して約 ¾と低減するが溝 8 1 の中心位置を検出する には十分 感度が得られ反射信号強度が極小値を示すときの 音波ト ラ ンスデュ ーサァ 3の平行走査量を検出することによ 溝 8 1 の X軸方向の中心位置を検出でき、 本実施例では O. 2 w の位置検出精度が得られた。
    [0057] つぎに本発明の第 3の実施例について図面を参照し がら説 明する。 - 第 1 8図は本発明の第 3の実施例における溝の位置検出装置 の概略を示すシステム図である。 お本実施例において被測定 物は対象物体 1 O 2の濤 1 O 3である。
    [0058] 第 1 8図において、 9 1 はパルス モータであり、 データ処理 制御装置 9 8からの制御信号によ パルスモ―タ ドラ イ バ 9 2 を介して矢印 C , D方向に回転駆動している。 またパルス モ ー タ 9 1 の出力軸には送受波兼用の超音波ト ラ ンスデューサ 9 3 が設けられている。 これ以外のシステム構成は前述の第1 実旌 例と同様であり詳細な説明は省略する。 第1 9図は本実施例の 溝位置装置による壽位置検出を示す図である。
    [0059] 次に上記のよ うに構成した位置検出装置の動作を説明する。 お本実施例では、 第 1 9図に示す対象物体 1 0 2と超音波ト ラ ンスデューサ 9 3の距離が 1 O Ό m ,対象物体 1 O 2の壽 1 0 3の幅か * 5 ， 深さ 1 O麟で、 超音波ト ラ ンスデュ 一サ 93 を対象物体 1 o 2に対して o.9。のステツプで回転走査した場合 について説明する。
    [0060] また超音波ト ラ ンスデューサ 9 3は前述の第 1 実施例の超音 波ト ラ ンスデュ ーサ 5 3と同一の構成 ， 使用方法のものである。 位置検岀は F D D 1 O Oから予め入カス トァされた第 2 0図 のフ ロ ーチヤ 一トに示す位置検出プログラムの手順に従つて行 なわれる。 第 2 0図のフ ロ ーチ ャートに いてステ ッ プ 1 でデ 一タ処理制御装置 9 sからの制御信号によ ）パルス モータ ドラ ィバ 9 2を介してパルス モータ 9 1 を回転駆動して、 超音波ト ラ ンスデューサ 9 3をセンシング開始位置へ移動する。 第1 9 図において 1 0 5は超音波ト ラ ンスデューサ 9 3から送波され - る超音波ビー ムの中心位置を示す。 また 1 0 6はセ ンシング開 始時の、 また 1 Oァはセ ンジング完了時の超音波ビー ムの中心 位置と対象物体 1 0 2の交点を示し、 セ ンシングはこの区間内で 行るわれる。 るお本実施例ではセ ン シングのための超音波ト ラ ンスデューサ 9 3の回転走査角は 36 °であり この区間内に濤 1 O 3が存在するよ うにセ ン シング区間を決定している。
    [0061] 次にステ ッ プ 2でデータ処理制御装置 9 Sからの制御信号に よ り発振器 9 を動作させ超音波ト ラ ンスデュ ーサ 9 3で所定 の周波数の超音波を被測定物 1 O 2に向けて送波すると同時に、 k / D変換器 9 6 ， メ モ リ 9ァを動作させて、 対象物体1 O 2 からの反射信号をメ モ リ 9ァに記憶する。 第 2 1 図にはメ モ リ Sァに記憶された反射信号を示す。 1 0 9は対象物体1 0 2の 平面部分 1 0 8からの反射信号、 1 1 ◦は対象物体1 0 2の溝 1 0 3の底面部分 1 O 4からの反射信号を示す。
    [0062] 次にス テ ッ プ 3 でメ モ リ 9 7に記憶された反射信号を I C U 9 9を介して C P U 1 0 1 に転送する。 C P U 1 〇 1" では FDD 1 o oから予め入カス ト.ァされているプログラムに従って対象 物体 1 O 2の平面部分 1 O 8からの反射信号 1 O 9の反射信号 強度 P3を検出する。
    [0063] 次にステ ッ プ 2 ， 3 ， 4では超音波 ト ラ ンスデュ ーサ 9 3を 0.9°ずつ所定の回数だけ回転走査して得られた検出対象物体 1 O 2からの反射信号強度をも とにして溝 1 O 3の中心 r 検出する。
    [0064] 第2 2図は超音波卜 ラ ンスデューサ 9 3を矢印 A方向に回転
    [0065] ΟΜΡΙ 走査した時の対象物体 1 Ο 2からの反射信号強度を横軸に超音 - 波ト ラ ンスデュ ーサ 9 3の回耘走查角度 ， 縦釉に反射信号強度 をとつて 5点 きにプロ ッ ト したものであり では、 F D D 1 Ο Οから予め入カス トァされたプログラムに従つて反 射信号強度の極小値およびこの時の超音波ト ラ ンスデュ ーサ 93 の回転走査角を検出する。 第 2 2図に いて、 溝検出感度 S4 は一2.S d B であった。 またこの時の超音波ト ラ ンスデュ —サ
    [0066] 9 3の回転走査角は 20°であ り、 検出対象壽 1 O 3の： X軸方向 の中心位置は、 上述の超音波ト ラ ンスデューサ 9 3 のセ ン シン グ開始位置 1 O 6の： X座標に上記検出結果を加えることによ 検出できた。
    [0067] ^上のよ うに本実施例によれば溝 1 O 3を有する対象物体
    [0068] 1 0 2に超音波を送受波すると同時に、 対象物体 1 0 2に対し て超音波ト ラ ンスデュ ーサ 9 3を回転走査することによ ] 得ら れる対象物体 1 O 2からの反射信号強度は超音波ト ラ ンスデュ —サ 9 3のビーム中心位置が溝 1 0 3の近傍にあるときの反射 信号強度が超音波—ト ラ ンスデュ ーサ 9 3のビ ー ム中心位置が壽 1 0 3 よ り も遠方にあるときの反射信号強度に比して減少し、 この減少率は前述の第 2実施例に比して約 ½〜½と低減する力；、 溝 1 O 3の中心位置を検出するには十分な感度が得られ、 反射 信号強度が極少値を示すときの超音波ト ラ ンスデューサ 9 3の 回 走査量を検出することによ ] 壽1 0 3の X軸方向の中心位 置を検出でき 、 本実旌例では〇.2層の位置検出精度が得られた。
    [0069] なお本発明の第 1 ，第 2の実施例では超音波ト ラ ンスデュー サ 5 3 ， 了 3は、 それぞれ対象物体 5 4 , 8 1 に対して平行に 走査して得られた反射信号を処理してそれぞれ対象物体5 4上- の穴 6 5 ， 対象物体 8 1 上の濤 8 2の中心位置検出を行 ¾つて いるが、 第 3実施例に示したよ うに対象物体1 O Sに対して回 転走査して得られた反射信号強度を処理して溝1 O Sの中心位
    [0070] 5 置を検出することもでき、 要は穴 ， 溝を含む対象物体と超音波 卜 ラ ンスデュ ーサの相対位置関係を変化して得られた反射信号 強度について穴，溝の中心位置に対応した位置に極小値が存在 する走査方法であればよく 、 各種の変形が可能である。
    [0071] 産業上の利用可能性
    [0072] 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が、 前記被測定物の中心位置近傍にお いて変化することを利用して前記被測定物の位置を検出するの で、 簡易 構成で高精度の位置検出装置を得ることができ、 そ5 の実用的効果は大 るものがある。
    [0073] 0
    [0074] S
    权利要求:
    Claims
    — 1 S—
    • 請 求 の 範 囲 -
    . 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、 このとき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 検出する信号処理手段から る被測定物の位置検出装置。
    2 . 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、 このときの前記被測定物の中心位置近傍 に 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小値を検出 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とから る被測定物の位量検出装
    3 . 請求の範囲第 2項において、前記超音波送受波素子と前記被 測定衡の相対位置関係を変化させる手段は、 前記超音波送受波 素子を前記被測定物に対して概ね一定の距離を保って直線的に 移動する手段からるることを特徵とする被測定物の位置検出装
    4、 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、 このとき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 検出する信号処理手段とからなり、 前記超音波送受波素子は、 前記被測定物の中心軸に対して傾斜して設けられた被測定物の 位置検出装置。
    5. 請求の範囲第4項において、 前記超音波送受波素子が送受 波する超音波の波長を ス、 前記超音波送受波素子の直径を 13、
    S (9 = sin 1 .22 λ/Ώ (rad)と したとき、 前記傾斜の角は前記 d とほ 等しいことを特徴とする被測定物の位置検出装置。
    O
    5
    0
    5
    OMPI
    类似技术:
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    US4627291A|1986-12-09|
    DE3485371D1|1992-01-30|
    EP0148952A1|1985-07-24|
    EP0148952A4|1989-06-21|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1984-12-20| AK| Designated states|Designated state(s): US |
    1984-12-20| AL| Designated countries for regional patents|Designated state(s): DE FR GB |
    1985-02-02| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1984902085 Country of ref document: EP |
    1985-07-24| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1984902085 Country of ref document: EP |
    1991-12-18| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1984902085 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP58101113A|JPH0334596B2|1983-06-06|1983-06-06||
    JP58114527A|JPH0148996B2|1983-06-24|1983-06-24||
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