JPS58198779A - Ultrasonic sensor device - Google Patents
Ultrasonic sensor deviceInfo
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- JPS58198779A JPS58198779A JP8061282A JP8061282A JPS58198779A JP S58198779 A JPS58198779 A JP S58198779A JP 8061282 A JP8061282 A JP 8061282A JP 8061282 A JP8061282 A JP 8061282A JP S58198779 A JPS58198779 A JP S58198779A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
- G01S15/06—Systems determining the position data of a target
- G01S15/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
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- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は超音波センサー装置iこ関する。[Detailed description of the invention] The present invention relates to an ultrasonic sensor device.
例えば、溶接ロボットにおいてトーチをある平面上で移
動しながら溶接を行なう場合、トーチはその平面に対し
て一定の角度を保つ必要があり、従来の溶接ロボットで
は、これをあらかじめティーチングしている。For example, when a welding robot performs welding while moving a torch on a plane, the torch needs to maintain a constant angle with respect to the plane, and conventional welding robots are taught this in advance.
しかしながら、今後の溶接ロボットにおいては、視覚を
有して溶接線を探知しながら溶接を行なう機能を有する
ことが望まれるので、そのためには溶接される鋼板と溶
接ロボットめトーチとの距離、トーチの角度とを同時に
検出するセンサーが必要となってくる。However, it is desirable for future welding robots to have the ability to perform welding while visually detecting the welding line. A sensor that can simultaneously detect the angle and angle will be needed.
本発明はこのような事情に鑑みて提案されたもので、対
象面に対して距離と角度とを同時に検出する超音波セン
サー装置を提供することを目的とし、超音波を対象面に
向って発射す名発射部と上記対象面より反射する超音波
を受信する受信部とを軸対称に対設してなるセンサーヘ
ッドと、上記センサーヘッドを上記軸の周りに一定速度
で回転する手段と、上記受信部により受信される反射波
の大きさの変動を分析し上記センサーヘッドと上記対象
面との距離および角度を去れぞれ出力する位置演算回路
とを具えたことを特徴とする。The present invention was proposed in view of the above circumstances, and aims to provide an ultrasonic sensor device that simultaneously detects distance and angle to a target surface, and which emits ultrasonic waves toward the target surface. a sensor head comprising an axially symmetrical arrangement of a beam emitting section and a receiving section for receiving ultrasonic waves reflected from the target surface; means for rotating the sensor head at a constant speed around the axis; The present invention is characterized by comprising a position calculation circuit that analyzes fluctuations in the magnitude of reflected waves received by the receiving section and outputs the distance and angle between the sensor head and the target surface, respectively.
本発明の一実施例を図面について説明すると、第1図は
その回路構成を示すブロック線図、第2図は第1図の修
正信号発生器を示す部分拡大図、第3図は第2図の極値
検出器を示す部分拡大図、第4図は第1図の超音波発射
器の特性図。An embodiment of the present invention will be explained with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing its circuit configuration, FIG. 2 is a partially enlarged view showing the modified signal generator of FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a partial enlarged view showing the extreme value detector of FIG. 1, and FIG. 4 is a characteristic diagram of the ultrasonic emitter of FIG.
第5図はセンサーヘッドが対象面に対し垂直でかつ所定
の距離にある場合を示す側面図、第6図は第5図におい
て距離が変化した場合を示す側面図、第7図は第6図に
おける反射波の強度を示す線図、第8図および第9図は
それぞれセンサーヘッドが対象面lこ対し所定の距離に
おいて傾いている場合を示す説明図、第10図および第
11図はそれぞれセンサーヘッドが対象面に対し傾くと
−もに距離が変化した場合を示す説明図、第12図は第
5図における反射波の強度を示す線図、第13図は第6
図における反射波の強度を示す線図、第14図は第8図
および第9図における反射波の強度を示す線図、第15
図は第10図および第11図における反射波の強度を示
す線図である。Fig. 5 is a side view showing the case where the sensor head is perpendicular to the target surface and at a predetermined distance, Fig. 6 is a side view showing the case where the distance changes in Fig. FIGS. 8 and 9 are explanatory diagrams showing the case where the sensor head is tilted at a predetermined distance with respect to the target surface, and FIGS. 10 and 11 are diagrams showing the intensity of the reflected waves, respectively. An explanatory diagram showing the case where the head tilts with respect to the target surface and the distance changes. Figure 12 is a diagram showing the intensity of the reflected wave in Figure 5. Figure 13 is a diagram showing the intensity of the reflected wave in Figure 6.
Figure 14 is a diagram showing the intensity of reflected waves in Figures 8 and 9;
The figure is a diagram showing the intensity of reflected waves in FIGS. 10 and 11.
”) まず、第1図において、lはセンサーヘッ
ド2の中心軸でセンサーヘッド2は中心軸1の周りに一
定の回転数で回転し得る構造になっている。Sは第4図
に示す特・性を有する超音波の発射部でフェライト振動
子を内蔵し一定周波ω0の超音波を対象面7に向かって
発射する。4は対象面7より反射する超音波の受信部で
フェライト振動子を内蔵し受信された超音波はここで電
気信号に変換される。5は発射部3から発射された超音
波の進行経路、6は発射部3から発射され対象面7で反
射され受信部4に入射する反射波の経路、18は超音波
センf−zツド2を軸方向に摺動可能かつ紙面に垂直な
軸線の周りに回動可能に支持する架台、19は対象面7
と超音波センサーヘッド2の中心軸1がなす角度ヲ90
0に修正するためにセンサーヘッド2を紙面内で回動す
るモータ、20.21は信号発生器26からの信号を発
射部3へ相互誘導作用を利用して伝達するコイル、22
.23は受信部4からの信号をセンサー駆動装置の増幅
器27へ相互誘導作用を利用して伝達するコイル、24
はセンサーヘッド2の中心軸1に一定の回転数を与える
モータ、25はセンサーヘッド2と対象面7との距離を
修正するためにセンサーヘッド2を軸方向に摺動するモ
ータ、26は超音波の発射部3ヘコイル:11,20を
介して周波数ω。の正弦波信号を送信する信号発生器、
21は受信部4からの信号をコイル112.23を介し
て受信し、これを増幅する増幅器(AMP)、28は増
幅器27の出力信号の中から受信部4から来る信号で周
波数ω。のものを通過させる狭帯域フィルタ、29はフ
ィルタ28からの信号を検波し、直流成分を取り出す検
波器、31は検波器29から信号によりセンサーヘッド
2とる
対象面1の関係位置を修正力1号として距離修正信号e
と角度修正信号fをそれぞれ出力する修正信号発生器、
32は修正信号発生器31からの角度修正信号fにより
センサーヘッド2と対象面7との角度を修正する角度修
正用モータ19の駆動信号を出力するD/A変換器、3
3は同様にセンサーヘッド2と対象面2との距離を修正
信号発生器31からの距離修正信号・により修正する距
離修正用モータ25の駆動信号を出力するD/A変換器
である。”) First, in Fig. 1, l is the central axis of the sensor head 2, and the sensor head 2 has a structure that allows it to rotate around the central axis 1 at a constant rotation speed.S is the characteristic shown in Fig. 4.・This is an ultrasonic emitting part with a built-in ferrite transducer and emits ultrasonic waves with a constant frequency ω0 toward the target surface 7. 4 is a receiving part of the ultrasonic waves reflected from the target surface 7, which includes a ferrite transducer. The received ultrasonic wave is converted into an electric signal here. 5 is the traveling path of the ultrasonic wave emitted from the emitting part 3, and 6 is the traveling path of the ultrasonic wave emitted from the emitting part 3, reflected by the target surface 7, and sent to the receiving part 4. The path of the incident reflected wave, 18 is a frame that supports the ultrasonic sensor f-z 2 so that it can slide in the axial direction and rotate around an axis perpendicular to the plane of the paper, and 19 is the target surface 7.
The angle made by the central axis 1 of the ultrasonic sensor head 2 is 90
20 is a motor that rotates the sensor head 2 within the plane of the paper in order to correct it to 0; 20.21 is a coil that transmits a signal from the signal generator 26 to the emitting unit 3 using mutual induction; 22
.. 23 is a coil that transmits the signal from the receiving unit 4 to the amplifier 27 of the sensor driving device using mutual induction; 24
25 is a motor that provides a constant rotation speed to the central axis 1 of the sensor head 2, 25 is a motor that slides the sensor head 2 in the axial direction to correct the distance between the sensor head 2 and the target surface 7, and 26 is an ultrasonic wave generator. The frequency ω is passed through the coil: 11, 20 to the emitting part 3 of the coil. a signal generator that transmits a sine wave signal of
21 is an amplifier (AMP) that receives the signal from the receiver 4 via the coils 112.23 and amplifies it; 28 is a signal that comes from the receiver 4 among the output signals of the amplifier 27 and has a frequency ω. 29 is a detector that detects the signal from the filter 28 and extracts the DC component; 31 is a force 1 that corrects the relative position of the sensor head 2 and the target surface 1 based on the signal from the detector 29; as the distance correction signal e
and a correction signal generator that outputs an angle correction signal f, respectively.
32 is a D/A converter that outputs a drive signal for the angle correction motor 19 that corrects the angle between the sensor head 2 and the target surface 7 in accordance with the angle correction signal f from the correction signal generator 31;
3 is a D/A converter that outputs a drive signal for a distance correction motor 25 that similarly corrects the distance between the sensor head 2 and the target surface 2 using a distance correction signal from a correction signal generator 31.
次に、修正信号発生器31の構成を説明すると、第2図
において、34は検波器29の出力信号を一定の時間(
サンプリングタイム)計測しこのサンプリングタイムで
起きた検波器出力の最大値a、最小値すを検出する極値
検出器、35は最大値aと最小値すの加算を行ないC=
a + bを出力する加算器%36はaとbの減算を行
ないd=a−bを出力する減算器、37はe == a
+ bが計測された直前のサンプリングタイムにおけ
るc’−a’+ b’とCとの差e x e −c’を
出力する減算器で、e −c’== oならばセンサー
ヘッド2と対象面7との距離が適切であることを意味し
、e −e’> o又はe −’e’ (oならばか計
測された直前のサンプリングタイムにおけるd′=IL
l−b′とdとの差f = d −d’を出力する減算
器で、d −d’= oならばセンサーヘッド2と対象
面7のなす角度が適切つまり90°をなしていることを
意味しd −d’> o又はd −d’< 。Next, to explain the configuration of the correction signal generator 31, in FIG.
35 is an extreme value detector that measures the maximum value a and minimum value of the detector output that occurs at this sampling time) and adds the maximum value a and the minimum value, C=
The adder %36 which outputs a + b subtracts a and b and outputs d=a-b, and the subtracter 37 outputs e == a
+b is a subtractor that outputs the difference ex e -c' between c'-a'+b' and C at the sampling time just before the measurement.If e-c'==o, then sensor head 2 and This means that the distance to the target surface 7 is appropriate, e - e'> o or e - 'e' (if o, then d' = IL at the sampling time immediately before the measurement.
A subtractor that outputs the difference f = d - d' between l - b' and d. If d - d' = o, it means that the angle between the sensor head 2 and the target surface 7 is appropriate, that is, 90°. It means d - d'> o or d - d'< .
ならばその大きさと正負に応じてセンサーヘッド2と対
象面7のなす角度を修正する信号を出力する。If so, a signal for correcting the angle formed between the sensor head 2 and the target surface 7 is output depending on the magnitude and sign.
さらに、極値検出器34の構成を説明すると、第3図に
詔いて、39は検波器29の出力信号をデジタル信号に
変換するA/D変換器、40はA/D変換器39の出力
信号の一定時間間隔内での最大値を検出するための最大
値レジスタで、この最大値レジスタ40の内容はタイミ
ングパルス発生器46から一定時間間隔で出力するリセ
ットパルスが入力したときには零になる。Furthermore, to explain the configuration of the extreme value detector 34, as shown in FIG. This is a maximum value register for detecting the maximum value of a signal within a fixed time interval, and the contents of this maximum value register 40 become zero when a reset pulse output from the timing pulse generator 46 at fixed time intervals is input.
41は比較器で、最大値レジスタ40とA/D変換器3
9の出力信号を比較し最大値レジスタ40の内容がA/
D変換器39の値よりも小さいときは、A/D変換器3
9の信号を信号選択ゲート42へ入力すると同一に最大
値レジスタ40の内容をA / D変換器39の内容に
変換する。43は比較器で、最小値レジスタ44とA/
D変換器19の出力差を検出し、差が負又は零のときは
、最小値レジスタ44の内容をA/D変換器39の内容
に変更し信号選択ゲート45の出力をA/D変換器39
の内容に変更し、また上記出力差が正であれば最小値レ
ジスタ44の出力を信号選択ゲート45の出力とする。41 is a comparator, maximum value register 40 and A/D converter 3
9 and the contents of the maximum value register 40 are A/
When it is smaller than the value of D converter 39, A/D converter 3
When the signal No. 9 is input to the signal selection gate 42, the contents of the maximum value register 40 are similarly converted to the contents of the A/D converter 39. 43 is a comparator, which connects the minimum value register 44 and A/
The output difference of the D converter 19 is detected, and when the difference is negative or zero, the contents of the minimum value register 44 are changed to the contents of the A/D converter 39, and the output of the signal selection gate 45 is sent to the A/D converter. 39
If the output difference is positive, the output of the minimum value register 44 is set as the output of the signal selection gate 45.
44は最小値レジスタ、45は信号選択ゲートで、最大
値検出の場合と同様にタイミングパルス発生器46から
出力するリセットパルスと次のリセットパルスが出力す
る時間間隔内での変換器39の出力の最小値を出力する
。46はタイミングパルス発生器で、一定時間間隔ごと
に最大値レジスタ40、最小値レジスタ44の内容を零
にするパルス信号を出力し、このタイミングパルスによ
りA / D変換器39の出力変動を一定時間で計測し
たときに現われるA / D変換器39の出力の最大値
と最小値の計測が行われ、次の一定時、間で再びA/D
変換器39の最大値と最小値が計測し直される。このタ
イミングパルスはセンサーヘッド2を回転するモータ2
4の回転数をfo 回/秒とすると2fo回/秒で発
生する。44 is a minimum value register, and 45 is a signal selection gate, which selects the output of the converter 39 within the time interval between the reset pulse output from the timing pulse generator 46 and the next reset pulse, as in the case of maximum value detection. Output the minimum value. 46 is a timing pulse generator that outputs a pulse signal that zeros the contents of the maximum value register 40 and minimum value register 44 at regular time intervals, and uses this timing pulse to control the output fluctuation of the A/D converter 39 for a certain period of time. The maximum and minimum values of the output of the A/D converter 39 that appear when measured are measured, and the A/D
The maximum and minimum values of transducer 39 are remeasured. This timing pulse is used by the motor 2 that rotates the sensor head 2.
If the rotation speed of 4 is fo times/second, it occurs at 2fo times/second.
このよう他装置において、実施例の具体的作用効果の説
明に先立ってまず、本発明装置の原理を第5図〜第7図
に基いて説明する。In such other devices, before explaining the specific effects of the embodiments, first, the principle of the device of the present invention will be explained based on FIGS. 5 to 7.
まず、センサーヘッド2が対象面1に対して垂直でかつ
適正な距離lにあるときは超音波の入射波および反射波
は第5図に示す経路5および6のようになるが、センサ
ーヘッド2の位置が離れ過ぎてe+Δgとなると、反射
波は経路8になり、近づき過ぎてl−Δgとなると、反
射波は経路9を進み、従って受信部4では反射波の受信
強度が、第7図に示すよう変化し、センサーヘッド2が
距離gにあるときに比べて小さくなる。First, when the sensor head 2 is perpendicular to the target surface 1 and at an appropriate distance l, the incident wave and the reflected wave of the ultrasonic wave follow paths 5 and 6 shown in FIG. If the position of is too far away and becomes e + Δg, the reflected wave will follow path 8, and if it is too close and becomes l - Δg, the reflected wave will follow path 9. Therefore, the reception intensity of the reflected wave at receiver 4 will be as shown in Fig. 7. It changes as shown in , and becomes smaller than when the sensor head 2 is at the distance g.
そこで、受信波の強度が最大となる点Pを検出してセン
サーヘッド2が常に受信波の強度がPとなるように位置
制御を行なう。Therefore, the sensor head 2 detects the point P where the intensity of the received wave is maximum and performs position control so that the intensity of the received wave is always P.
次に、センサーヘッド2と対象面7との関係位置が第5
図の状態から第8図、第9図に示すように傾いたとする
と、発射部3から発射された超音波は第8図では経路1
0.第9図では経路11に沿ってそれぞれ反射されるの
で受信部4では検出されなくなる。Next, the relative position between the sensor head 2 and the target surface 7 is set at the fifth position.
If the state shown in the figure is tilted as shown in FIGS.
0. In FIG. 9, since the light is reflected along the path 11, it is no longer detected by the receiver 4.
また、対象面7が傾き、しかも距離が適正でない場合は
、第1O図の反射経路50,52、第11図の反射経路
54.56に沿って超音波がそれぞれ進行するので、こ
の場合も受信部4で超音波は受信されない。Furthermore, if the target surface 7 is tilted and the distance is not appropriate, the ultrasonic waves will travel along the reflection paths 50 and 52 in Figure 1O and the reflection paths 54 and 56 in Figure 11, so that the reception will be received in this case as well. No ultrasound is received in section 4.
そこで、本発明においては、発射部3から発射される超
音波の空間的な強度分布特性が第4図に示すような回転
楕円体状になるものを用いる。ここで原点Oから回転楕
円体表面までの距離γは角度θで示す方向の超音波の強
度を示す。Therefore, in the present invention, a device is used in which the spatial intensity distribution characteristics of the ultrasonic waves emitted from the emitting section 3 are shaped like a spheroid as shown in FIG. Here, the distance γ from the origin O to the surface of the spheroid indicates the intensity of the ultrasonic wave in the direction indicated by the angle θ.
つまり、発射部3の面に対して垂直な方向には最大の発
射波の強度を与え発射部3の面に対して垂直でない方向
には、その角度θが大きくなるに従って発射波の強度が
小さくなり、θ=90°ではこの強度が零となる。In other words, the intensity of the emitted wave is maximum in the direction perpendicular to the surface of the emitting part 3, and the intensity of the emitted wave decreases in the direction not perpendicular to the surface of the emitting part 3 as the angle θ increases. When θ=90°, this intensity becomes zero.
このような特性を有する超音波の発射部3を用いること
によりセンサーヘッド2と対象面7との関係位置が適正
でない場合でも発射部3から発射された超音波は、鎖線
で示すように、第8図においては経路12、第9図にお
いて経路13、第10図においては経路61,53、第
11図においては経路ss、srに沿ってそれぞれ進行
するので、反射波は受信部4に受信されることになるの
である。By using the ultrasonic wave emitting unit 3 having such characteristics, even if the relative position between the sensor head 2 and the target surface 7 is not appropriate, the ultrasonic wave emitted from the emitting unit 3 can be The reflected waves are received by the receiver 4 because they travel along the path 12 in FIG. 8, the path 13 in FIG. 9, the paths 61 and 53 in FIG. 10, and the paths ss and sr in FIG. This is what happens.
以上は説明の便宜上、センサーヘッド2は回転しない場
合であったが、本発明では、センサーヘッド2を回転軸
1の周りに回転するようになされている。For convenience of explanation, the case where the sensor head 2 does not rotate has been described above, but in the present invention, the sensor head 2 is configured to rotate around the rotation axis 1.
そうすると、まずセンサーヘッド2と対象面1が、第5
図に示すように、適正な関係位置にあるときは、発射部
3から発射され対象面7で反射され受信部4で受信され
る超音波の強度rとセンサーヘッド2の回転角度θとの
関係は、第12図に示すように半径γ↑、1の円になり
、γ・) はθによらず一定となる。Then, first, the sensor head 2 and the target surface 1 are connected to the fifth
As shown in the figure, the relationship between the intensity r of the ultrasonic waves emitted from the emitting part 3, reflected by the target surface 7, and received by the receiving part 4 and the rotation angle θ of the sensor head 2 when the sensor head is in the proper relative position. is a circle with radius γ↑, 1, as shown in FIG. 12, and γ·) is constant regardless of θ.
また、センサーヘッド2と対象面1との関係位置か、第
6図に示すように、対象面7に垂直な方向にずれている
場合は、受信部4で受信される超音波の強度γとセンサ
ーヘッド2の回転角度θとの関係は、第13図の実線で
示すように、半径γ1の円となり、この場合はγが最大
となる方向にセンサーヘッド2の位置を移動することに
よりセンサーヘッド2と対象面7との関係を適正なもの
とする。In addition, if the relative position between the sensor head 2 and the target surface 1 is shifted in the direction perpendicular to the target surface 7 as shown in FIG. The relationship between the sensor head 2 and the rotation angle θ is a circle with a radius γ1, as shown by the solid line in FIG. 2 and the target surface 7 are made appropriate.
次にJ8図、第9図に示すように、センサーヘッド2と
対象面7とが垂直でない場合は、r。Next, as shown in FIG. J8 and FIG. 9, if the sensor head 2 and the target surface 7 are not perpendicular, r.
θの関係は第14図の実線に示すように落花生歴の細線
となり、θ=0°(第8図)およびθ=180°(第9
図)ではγは最大になり、θ=90゜およびθ=270
°ではγは最小になる。The relationship between θ is a thin line of peanut history as shown by the solid line in Figure 14, and θ = 0° (Figure 8) and θ = 180° (Figure 9).
In Figure), γ is maximum, θ=90° and θ=270
At °, γ is at its minimum.
従って、このようにθが90°ごとに最大値、最小値を
とるときは、最大値と最小値の差が小さくなる方向にセ
ンサーヘッド2の対象面7に対する角度を修正すること
によりセンサーヘラ1
ド2と対象面7を垂直とするとともに、rが最大となる
方向に距離Eを修正することによりセンサーヘッド2と
対象面7との関係位置を適正なものとする。Therefore, when θ takes the maximum value and the minimum value every 90 degrees, the sensor spatula 1 can be adjusted by correcting the angle of the sensor head 2 with respect to the target surface 7 in a direction that reduces the difference between the maximum value and the minimum value. The relative position between the sensor head 2 and the object surface 7 is made appropriate by making the head 2 and the object surface 7 perpendicular and correcting the distance E in the direction in which r is maximized.
さらに、センサーヘッド2と対象面7の関係位置が第1
0図、第11図に示すような場合は、第15図に示すよ
うに、第14図の場合よりも小さな類似形の図形となる
ので、関係位置の修正は第14図の場合と同様にこれを
行なうことになる。Furthermore, the relative position between the sensor head 2 and the target surface 7 is the first
In the cases shown in Figures 0 and 11, as shown in Figure 15, the figures are similar and smaller than those in Figure 14, so the relative positions are corrected in the same way as in Figure 14. This is what you will do.
次に、以上述べた原理に基づく本実施例の作用効果を述
べる。Next, the effects of this embodiment based on the principle described above will be described.
まず、信号発生器26の出力する一定周波数ω。の正弦
波信号はコイル21.20を介して超音波発射部3に伝
達され、発射部3から超音波が対象面7に発射され、対
象面7で反射された超音波はセンサーヘッド2と対象面
7の関係位置に応じて第5図〜第11図に示す経路によ
って受信部4で受信される。First, the constant frequency ω output from the signal generator 26. The sine wave signal is transmitted to the ultrasonic emitting unit 3 via the coils 21 and 20, and the ultrasonic wave is emitted from the emitting unit 3 to the target surface 7, and the ultrasonic wave reflected from the target surface 7 is transmitted to the sensor head 2 and the target. The signals are received by the receiver 4 along the routes shown in FIGS. 5 to 11 depending on the relative position of the surface 7.
その際、センサーヘッド2は中心軸1で一定回転数f0
回/秒で回転しているので、受信部4で受信される超音
波の強度γは、センサーへ・ンド2の回転角度θに応じ
て第12図〜第15図で示すように変化し、このγの変
化はセンサーヘッド2が一定回転数f0回/秒で回転し
ているために、第14図、第15図で示すようなγの最
大値、最小値は210回/秒で発生する。At this time, the sensor head 2 rotates at a constant rotation speed f0 around the central axis 1.
Since it rotates at a rate of rotations per second, the intensity γ of the ultrasonic waves received by the receiver 4 changes as shown in FIGS. 12 to 15 according to the rotation angle θ of the sensor head 2. This change in γ occurs because the sensor head 2 rotates at a constant rotation speed f0 times/second, so the maximum and minimum values of γ occur at 210 times/second as shown in Figures 14 and 15. .
このγの変化を超音波(周波数ω。)を搬送波として受
信部4で電気信号に変換し、コイル22.23を介して
増幅器27で増幅し、増幅器27の出力をフィルタ28
に入力して超音波ω0 の成分のみを選択し、フィルタ
28からの出力を検波器29で検波すると、受信部4で
受信される超音波の強度γに比例した出力が得られる。This change in γ is converted into an electric signal by the receiver 4 using the ultrasonic wave (frequency ω.) as a carrier wave, which is amplified by the amplifier 27 via the coils 22 and 23, and the output of the amplifier 27 is sent to the filter 28.
When only the component of the ultrasonic wave ω0 is selected by inputting the ultrasonic wave ω0 into the ultrasonic wave ω0, and the output from the filter 28 is detected by the detector 29, an output proportional to the intensity γ of the ultrasonic wave received by the receiver 4 is obtained.
次に、検波器29の出力は1/2fa秒の周期で最大値
と最小値が修正信号発生器31の極値検出器34に入力
するので、第3図に示す回路によってl/2f0秒間の
入力の最大値aと最小値すを求める・ことができる。Next, the maximum and minimum values of the output of the wave detector 29 are input to the extreme value detector 34 of the correction signal generator 31 at a period of 1/2 fa seconds, so the circuit shown in FIG. You can find the maximum value a and the minimum value of input.
次の周期l/ 2 f o秒間にも同様にセンサーヘッ
ド2と対象面7との関係位置の情報が樽られる。最大値
aと最小値すは第2図に示す修正信号発生器31の回路
によって周期1/2f、秒毎にその周期の情報とその直
前の周波の情報の比較を行なってセンサーヘッド2と対
象面7との関係位置を修正する信号e、fを出力するこ
とができる。Information on the relative position between the sensor head 2 and the target surface 7 is similarly stored during the next cycle of 1/2 f o seconds. The maximum value a and the minimum value a are determined by the circuit of the correction signal generator 31 shown in FIG. It is possible to output signals e and f for correcting the position relative to the surface 7.
修正信号発生器31では、一定周期1 / 2 / 。The correction signal generator 31 has a constant cycle of 1/2/.
秒内で最大値aと最小値すを検知し、c = a +
bは、さきに本装置の原理で述べたようにa、bがγに
比例しているためCが大きい程センサーヘッド2と対象
面7とが距離に関して適正関係位置に近づいていること
を意味する。Detect the maximum value a and the minimum value within seconds, c = a +
b means that the larger C is, the closer the sensor head 2 and the target surface 7 are to the proper relative position in terms of distance, since a and b are proportional to γ as described earlier in the principle of this device. do.
ある1周期のCと後続する1周期の; (e ′=、/
+b′)を比較し、Cが大きくなる方向へセンサーヘッ
ド2の距離修正信号eを出力し、一方最大値aと最小値
すの差d = a −bは、a、bがrに比例している
ために、センサーヘッド2が対象面1に対して適正な角
度つまり90°であれば、a = bとなりd =Oと
なる。C in one period and in the following period; (e ′=, /
+b') and outputs the distance correction signal e of the sensor head 2 in the direction of increasing C. On the other hand, the difference between the maximum value a and the minimum value d = a - b is expressed as a and b are proportional to r. Therefore, if the sensor head 2 is at a proper angle with respect to the target surface 1, that is, 90 degrees, a = b and d = O.
またd = a −bζ0のときはセンサーヘッド2の
中心軸1が、対象面7に対して垂直でないことを意味し
、dが大きい程対象面7とセンサーヘッド2の中心軸1
のなす角が大きく、センサーヘッド2と対象面7が適正
な角度から離れていることを意味する。Also, when d = a - b ζ 0, it means that the central axis 1 of the sensor head 2 is not perpendicular to the target surface 7, and the larger d is, the closer the central axis 1 of the sensor head 2 is to the target surface 7.
This means that the angle formed by the sensor head 2 and the target surface 7 is far from an appropriate angle.
距離修正信号6は、超音波センサー駆動装置の始動時は
e0=coのある値にセットし、角度修正信号f0
も同様に/、 = doのある値にセットする。The distance correction signal 6 is set to a certain value of e0=co when starting the ultrasonic sensor drive device, and the angle correction signal f0 is set to a certain value e0=co.
Similarly, /, = do is set to a certain value.
このようにセットしたのち、センサー駆動装置を起動す
ると、第1図に示すモータ19゜25が一定方向に回動
し、e 6 = d 6 ) oの場合は、センサーヘ
ッド2が対象面2に接近する信号に対応し、j’o=d
o>Oの場合は、モータ19を左又は右回転の一方に対
応する。After setting in this way, when the sensor drive device is started, the motor 19°25 shown in FIG. Corresponding to the approaching signal, j'o=d
If o>O, the motor 19 is rotated left or right.
そこで最初のl/2f0秒間で’1sblが計測され、
@1::el−06、ム==d、−d(1が修正信号発
生器31内で算出割れる。そして、e、の信号を
□D/A変換器33に、f、の信号をD/A変換器32
に極値発生器34内のタイミングパルス発生器46のリ
セットパルスを利用して最初周期1/2fo秒の終了時
で入力する。So '1sbl was measured in the first l/2f0 seconds,
@1::el-06, mu = = d, -d (1 is calculated and divided in the correction signal generator 31. Then, the signal of e is
□The signal of f is sent to the D/A converter 33 and the D/A converter 32
is input at the end of the first period 1/2 fo seconds using the reset pulse of the timing pulse generator 46 in the extreme value generator 34.
D/A変換器33.32は一定時間τ秒(τ〈l/2f
0)の間出力し、モータ19,25を回動する。従って
D/A変換器33.32はτ秒だけ出力を持続するよう
にタイマーがセットされている。The D/A converter 33.32 operates for a certain period of time τ seconds (τ<l/2f
0) and rotates the motors 19 and 25. Therefore, timers are set so that the D/A converters 33 and 32 continue to output for τ seconds.
この最初のC8,f、がD/A変換器33.32に入力
した直後には、極値検出器34内のタイミングパルス発
生器46のリセットパルスを利用して、比較器37のc
oをC1に、比較器S8のdoをd、に置換する。Immediately after this first C8,f is input to the D/A converter 33.32, the reset pulse of the timing pulse generator 46 in the extreme value detector 34 is used to
Replace o with C1 and replace do of comparator S8 with d.
こうして、以上述べた作用を操り返すことによりセンサ
ー駆動装置はセンサーヘッド2と対象面7との関係位置
を適正とするように動作し続ける。In this manner, by remanipulating the above-described actions, the sensor drive device continues to operate so as to make the relative position between the sensor head 2 and the object surface 7 appropriate.
このような装置によれば、超音波を反射し得る任意の対
象面に対してセンサーヘッド2が一定距離と垂直な位置
関係を保つことができるので、
(1)任意の平面に対して一定距離、一定角度で作業を
行なう例えば塗装ロボット、溶接ロボット等のセンサー
として利用することができる。According to such a device, the sensor head 2 can maintain a constant distance and perpendicular positional relationship with respect to any target surface that can reflect ultrasonic waves. (1) A constant distance with respect to any plane For example, it can be used as a sensor for painting robots, welding robots, etc. that work at a fixed angle.
(2) センサーヘッドが平面に対して、適正な関係
位置を保つように移動するとき、その移動量から平面位
置、角度を検出することができる。(2) When the sensor head moves so as to maintain an appropriate relative position with respect to a plane, the plane position and angle can be detected from the amount of movement.
要するζ2本発明によれば、超音波を対象面に向って発
射する発射部と上記対象面より反射する超音波を受信す
る受信部とを軸対称に対設してなるセンサーヘッドと、
上記センサーヘッドを上記軸の周りに一定速度で回転す
る手段と、上記受信部により受信される反射波の大きさ
の変動を分析し上記センサーヘッドと上記対象面との距
離および角度をそれぞれ出力する位置演算回路とを具え
たεとにより、対象物体面に対する関係位置および角度
をそれぞれ出力する超音波センサー装置を得るから、本
発明は産業上極めて有益なものである。According to the present invention, there is provided a sensor head in which an emitting section that emits ultrasonic waves toward a target surface and a receiving section that receives ultrasonic waves reflected from the target surface are disposed axially symmetrically in opposition to each other;
A means for rotating the sensor head at a constant speed around the axis, and analyzing fluctuations in the magnitude of reflected waves received by the receiver and outputting the distance and angle between the sensor head and the target surface, respectively. The present invention is industrially extremely useful because it provides an ultrasonic sensor device that outputs the relative position and angle with respect to the target object surface, respectively, by using ε having a position calculation circuit.
第1図は本発明の一実施例の回路構成を示すブロック線
図、第2図は第1図の修正信号発生器を示す部分拡大図
、第3図は第2図の極値検出器を示す部分拡大図、第4
図は第1図の超音波発射器の特性図、第5図はセンサー
ヘッドが対象面に対して垂直でかつ所定の距離にある場
合を示す側面図、第6図は第5図において距離が変化し
た場合を示す側面図、第7図は第6図における反射波の
強度を示す線図、第8図および第9図はそれぞれセンサ
ーヘッドが対象面に対し所定の距離において傾いている
場合を示す説明図、第io図および第11図はそれぞれ
センサーヘッドが対象面に対し傾くと一シに距離が変化
した場合を示す説明図、第12図は第5図における反射
波の強度を示す線図、第13図は第6図における反射波
の強度を示す線図、第5、 14図は第8図および
第9図1・における反射波の強度を示す線図、第15図
は第10図および第11図に右ける反射波の強度を示す
線図である。
9
1・・・中心軸、2・・・センサーヘッド、3・・・発
射部、4・・・受信部、5・・・経路、6・・・経路、
7・・・対象面、18・−拳架台、19・・・モータ、
20.21…コイル、22,23…コイル、24…モー
タ、25・・・モータ、26・・・信号発生器、27・
・・増幅器、28・・・フィルタ、29・・・検波器、
31・・・修正信号発生器、32・・・D/A変換器、
33・・・D / A変換器、34・・・極値検出器、
35・・・加算器、36・・・減算器、37・・・減算
器、38・・・減算器、39・・・A/D変換器、4o
・・・最大値レジスタ、41・・・比較器、42・・・
信号選択ゲート、43・・・比較器、44・・・最小値
レジスタ、45・・・信号選択ゲート、46・・・タイ
ミングパルス発生器。
出願人復代理人 弁理士 鈴 江 武 彦1′ニー
0
第8図
1
第10図
第9図
第n II
第12図
第14図
第13図
第15図Fig. 1 is a block diagram showing the circuit configuration of an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a partially enlarged view showing the corrected signal generator of Fig. 1, and Fig. 3 shows the extreme value detector of Fig. 2. Partial enlarged view shown, No. 4
The figure shows the characteristics of the ultrasonic emitter shown in Fig. 1, Fig. 5 is a side view showing the case where the sensor head is perpendicular to the target surface and at a predetermined distance, and Fig. 6 shows the distance shown in Fig. 5. 7 is a diagram showing the intensity of the reflected wave in FIG. 6, and FIGS. 8 and 9 are side views showing the case where the sensor head is tilted at a predetermined distance from the target surface. Figures io and 11 are explanatory diagrams showing the case where the distance changes uniformly when the sensor head is tilted with respect to the target surface, and Figure 12 is a line showing the intensity of the reflected wave in Figure 5. Figure 13 is a diagram showing the intensity of the reflected wave in Figure 6, Figures 5 and 14 are diagrams showing the intensity of the reflected wave in Figures 8 and 9. 12 is a diagram showing the intensity of reflected waves shown in FIG. 12 and FIG. 11. FIG. 9 1... Central axis, 2... Sensor head, 3... Emitting section, 4... Receiving section, 5... Route, 6... Route,
7...Target surface, 18...Fist mount, 19...Motor,
20.21... Coil, 22, 23... Coil, 24... Motor, 25... Motor, 26... Signal generator, 27.
...Amplifier, 28...Filter, 29...Detector,
31... Correction signal generator, 32... D/A converter,
33...D/A converter, 34...Extreme value detector,
35... Adder, 36... Subtractor, 37... Subtractor, 38... Subtractor, 39... A/D converter, 4o
...Maximum value register, 41...Comparator, 42...
Signal selection gate, 43... Comparator, 44... Minimum value register, 45... Signal selection gate, 46... Timing pulse generator. Applicant's sub-agent Patent attorney Suzue Takehiko 1' knee 0 Figure 8 1 Figure 10 Figure 9 Figure n II Figure 12 Figure 14 Figure 13 Figure 15
Claims (1)
り反射する超音刻授信する受信部とを軸対称に対設して
なるセンサーヘッドと、上記センサーヘッドを上記軸の
周りに一定速度で回転する手段と、上記受信部により受
信される反射波の大きさの変動を分析し上記センサーヘ
ッドと上記対象面との距離および角度をそれぞれ出力す
る位置演算回路とを具えたことを特徴とする超音波セン
サー装置。A sensor head includes a transmitter that emits ultrasonic waves toward a target surface and a receiver that transmits ultrasonic waves reflected from the target surface in an axially symmetrical arrangement; It is characterized by comprising means for rotating at a speed, and a position calculation circuit that analyzes fluctuations in the magnitude of reflected waves received by the receiving section and outputs the distance and angle between the sensor head and the target surface, respectively. Ultrasonic sensor device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8061282A JPS58198779A (en) | 1982-05-13 | 1982-05-13 | Ultrasonic sensor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8061282A JPS58198779A (en) | 1982-05-13 | 1982-05-13 | Ultrasonic sensor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS58198779A true JPS58198779A (en) | 1983-11-18 |
Family
ID=13723151
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8061282A Pending JPS58198779A (en) | 1982-05-13 | 1982-05-13 | Ultrasonic sensor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS58198779A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59102584A (en) * | 1982-12-06 | 1984-06-13 | ファナック株式会社 | Control system of industrial robot |
JPS59163493U (en) * | 1983-04-20 | 1984-11-01 | トキコ株式会社 | industrial robot |
KR100635558B1 (en) | 2005-06-01 | 2006-10-17 | 학교법인 포항공과대학교 | Feature-based map building method for mobile robot |
-
1982
- 1982-05-13 JP JP8061282A patent/JPS58198779A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59102584A (en) * | 1982-12-06 | 1984-06-13 | ファナック株式会社 | Control system of industrial robot |
JPH0424197B2 (en) * | 1982-12-06 | 1992-04-24 | Fanuc Ltd | |
JPS59163493U (en) * | 1983-04-20 | 1984-11-01 | トキコ株式会社 | industrial robot |
KR100635558B1 (en) | 2005-06-01 | 2006-10-17 | 학교법인 포항공과대학교 | Feature-based map building method for mobile robot |
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