特開 2023-141483 検出システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023141483

(43)【公開日】2023-10-05

(54)【発明の名称】検出システム

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/28 20060101AFI20230928BHJP

【ＦＩ】

G01N29/28

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022047822

(22)【出願日】2022-03-24

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004026

【氏名又は名称】弁理士法人ｉＸ

(72)【発明者】

【氏名】齊藤 真拡

(72)【発明者】

【氏名】守田 健

(72)【発明者】

【氏名】高橋 宏昌

【テーマコード（参考）】

2G047

【Ｆターム（参考）】

2G047AA06

2G047AB05

2G047AB07

2G047BA03

2G047BB01

2G047CA01

2G047GB02

2G047GE04

(57)【要約】

【課題】より自動化に好適な検出システムを提供する。
【解決手段】実施形態に係る検出システムは、マニピュレータと、エンドエフェクタと、を備える。前記エンドエフェクタは、超音波の送信及び反射波の検出を行う検出器と、管及びヘッドを含み、対象物に供給された液状の媒質を除去する除去装置と、を有する。前記エンドエフェクタは、前記マニピュレータに取り付けられる。前記ヘッドは、前記管の一端に取り付けられる第１部分と、前記管の第１孔と連なる第２孔を有し、前記第２孔の径は前記第１孔の径よりも大きい第２部分と、を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

マニピュレータと、
超音波の送信及び反射波の検出を行う検出器と、
管及びヘッドを含み、対象物に供給された液状の媒質を除去する除去装置と、
を有し、前記マニピュレータに取り付けられたエンドエフェクタと、
を備え、
前記ヘッドは、
前記管の一端に取り付けられる第１部分と、
前記管の第１孔と連なる第２孔を有し、前記第２孔の径は前記第１孔の径よりも大きい第２部分と、
を含む、検出システム。

【請求項2】

前記管及び前記ヘッドは弾性を有する、請求項１記載の検出システム。

【請求項3】

前記第２部分の硬さは、前記第１部分の硬さよりも小さい、請求項１又は２に記載の検出システム。

【請求項4】

前記第１部分の外径は、前記第２部分の外径よりも小さい、請求項１～３のいずれか１つに記載の検出システム。

【請求項5】

前記第２部分の前記対象物との接触面には、前記第２孔と前記ヘッドの外部空間とに繋がる溝が設けられた、請求項１～４のいずれか１つに記載の検出システム。

【請求項6】

前記第１部分と前記第２部分とを結ぶ第１方向に垂直な第１面において、前記第２孔は円状であり、
前記溝は、前記第２孔の接線方向に沿って形成された、請求項５記載の検出システム。

【請求項7】

前記ヘッドは、前記第１部分と前記第２部分とを結ぶ第１方向において、前記検出器に対して可動である、請求項１～６のいずれか１つに記載の検出システム。

【請求項8】

前記エンドエフェクタは、前記マニピュレータの先端部に対して固定された基部を含み、
前記ヘッドは、シリンダ又は弾性部材を介して前記基部に取り付けられる、請求項１～７のいずれか１つに記載の検出システム。

【請求項9】

前記除去装置は、前記媒質を吸引する吸引器である、請求項１～８のいずれか１つに記載の検出システム。

【請求項10】

前記エンドエフェクタは、前記対象物に前記媒質を吐出する吐出器をさらに含む、請求項１～９のいずれか１つに記載の検出システム。

【請求項11】

前記マニピュレータ及び前記エンドエフェクタを制御する制御装置をさらに備え、
前記制御装置は、
前記検出器により、前記超音波を送信し、前記反射波を検出する探査と、
前記探査の後に、前記除去装置により、前記媒質を除去する除去動作と、
を実行する、請求項１～１０のいずれか１つに記載の検出システム。

【請求項12】

前記探査による前記反射波の検出結果から、前記対象物に対する前記エンドエフェクタの傾きを算出する処理装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記探査の後に、算出された前記傾きが小さくなるように前記マニピュレータを動作させる傾き補正を実行し、
前記除去動作は、前記傾き補正の後に実行される、請求項１１記載の検出システム。

【請求項13】

前記制御装置は、前記傾き補正と前記除去動作の間に、前記探査を再度実行し、
前記処理装置は、再度の前記探査による前記反射波の検出結果から前記対象物を検査する、請求項１２記載の検出システム。

【請求項14】

前記処理装置は、前記除去動作の実行中に、前記検査を実行する、請求項１３記載の検出システム。

【請求項15】

前記媒質はカプラント液である。請求項１～１４のいずれか１つに記載の検出システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、検出システムに関する。

【背景技術】

【0002】

対象物に供給された液状の媒質を介して、超音波の送受信を行うシステムがある。このシステムについて、より自動化に好適な技術が求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－０９０７２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明が解決しようとする課題は、より自動化に好適な検出システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態に係る検出システムは、マニピュレータと、エンドエフェクタと、を備える。前記エンドエフェクタは、超音波の送信及び反射波の検出を行う検出器と、管及びヘッドを含み、対象物に供給された液状の媒質を除去する除去装置と、を有する。前記エンドエフェクタは、前記マニピュレータに取り付けられる。前記ヘッドは、前記管の一端に取り付けられる第１部分と、前記管の第１孔と連なる第２孔を有し、前記第２孔の径は前記第１孔の径よりも大きい第２部分と、を含む。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１は、実施形態に係る検出システムを示す模式図である。

【図2】図２は、実施形態に係る検出システムのエンドエフェクタを示す側面図である。

【図3】図３は、実施形態に係る検出システムのエンドエフェクタを示す側面図である。

【図4】図４は、吸引器の一部を示す側面図である。

【図5】図５は、吸引器の一部を示す斜視図である。

【図6】図６（ａ）及び図６（ｂ）は、実施形態に係る検出システムの動作を示す模式図である。

【図7】図７（ａ）及び図７（ｂ）は、実施形態に係る検出システムの動作を示す模式図である。

【図8】図８は、吸引器の一部を示す側面図である。

【図9】図９は、検出器の先端を示す斜視図である。

【図10】図１０（ａ）～図１０（ｃ）は、実施形態に係る検出装置による検出結果を説明するための模式図である。

【図11】図１１は、探査により得られた３次元の検出結果を例示する模式図である。

【図12】図１２は、検出器を示す模式図である。

【図13】図１３（ａ）～図１３（ｃ）は、検査において得られた画像の一例である。

【図14】図１４は、吸引器の動きを示す模式図である。

【図15】図１５は、実施形態に係る検出システムの動作を示すフローチャートである。

【図16】図１６は、実施形態の変形例に係る検出システムを示す模式図である。

【図17】図１７は、ハードウェア構成を表す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

【0008】

図１は、実施形態に係る検出システムを示す模式図である。
実施形態に係る検出システム１は、マニピュレータ１００、エンドエフェクタ２００、制御装置３００、及び処理装置４００を含む。

【0009】

図示した例では、マニピュレータ１００は、垂直多関節型である。マニピュレータ１００は、水平多関節型又はパラレルリンク型であっても良い。マニピュレータ１００は、垂直多関節型、水平多関節型、及びパラレルリンク型から選択される２種以上の組み合わせを含んでも良い。マニピュレータ１００は、６自由度以上を有することが好ましい。

【0010】

エンドエフェクタ２００は、マニピュレータ１００に取り付けられる。エンドエフェクタ２００は、吐出器２１０及び検出器２２０を含む。

【0011】

吐出器２１０は、対象物の表面に向けて液状の媒質を吐出する。媒質は、検出器２２０と対象物との間の音響的な結合を高めるために使用される。超音波測定に適用可能であれば、使用される媒質は任意である。一例として、粘着性の液体（ゲル）であるカプラント液が媒質として用いられる。以降では、媒質がカプラント液である例について説明する。

【0012】

検出器２２０は、吐出器２１０によって供給されたカプラント液を介して、対象物に向けて超音波を送信し、その反射波を検出する。ここでは、超音波の送信及び反射波の検出の一連の動作を、「探査」と呼ぶ。探査は、検出器２２０の先端がカプラント液を介して対象物と接触した状態で実行される。検出器２２０は、探査によって、反射波の強度を示す強度データを取得する。

【0013】

エンドエフェクタ２００は、さらに、対象物に供給されたカプラント液を除去するための除去装置を有する。図示した例では、除去装置として、カプラント液を吸引する吸引器２３０が設けられている。吸引器２３０は、探査の後に、対象物に付いたカプラント液を吸引により除去する。例えば、吸引器２３０の先端が対象物に接触した状態で、負圧によりカプラント液が吸引される。

【0014】

マニピュレータ１００は、床面に設置された筐体１５０によって支持される。例えば、筐体１５０の内部には、電源装置や圧力調整機構などが設けられる。電源装置は、マニピュレータ１００に含まれるモータなどの電動アクチュエータ、エンドエフェクタ２００などに電力を供給する。圧力調整機構は、マニピュレータ１００に含まれる流体アクチュエータや、吐出器２１０、吸引器２３０などの圧力を調整するためのボンベ、タンク、及びコンプレッサーを含む。

【0015】

制御装置３００は、マニピュレータ１００及びエンドエフェクタ２００の動作を制御する。制御装置３００は、いわゆるロボットコントローラである。制御装置３００は、制御回路、サーボ制御部などを含む。制御装置３００は、予め記憶された動作プログラムに従って各軸のモータを制御することで、マニピュレータ１００の動作を制御する。制御装置３００は、筐体１５０に格納されても良いし、筐体１５０とは別に設けられても良い。

【0016】

処理装置４００は、検出器２２０の探査によって得られた強度データを、検出器２２０から受信する。処理装置４００は、強度データを用いて、対象物に関する種々のデータを算出する。例えば、対象物に対するエンドエフェクタ２００の傾き、対象物の構造に関する数値などが算出される。

【0017】

図２及び図３は、実施形態に係る検出システムのエンドエフェクタを示す側面図である。
図２及び図３に示すように、エンドエフェクタ２００は、基部２５０を含む。基部２５０は、マニピュレータ１００の先端部に対して固定される。吐出器２１０、検出器２２０、及び吸引器２３０は、基部２５０を介してマニピュレータ１００に取り付けられる。

【0018】

吐出器２１０には、管２１１が接続される。吐出器２１０には、管２１１を介してカプラント液が供給される。また、吐出器２１０には、アクチュエータ２１５が取り付けられる。アクチュエータ２１５は、基部２５０に対して吐出器２１０を移動させる。その他、吐出器２１０には、アクチュエータ２１５による吐出器２１０の移動量を制御するためのセンサ２１７などが設けられる。センサ２１７は、無接点スイッチ２１７ａ及び２１７ｂを含む。

【0019】

検出器２２０は、基部２５０に対して摺動可能である。検出器２２０と基部２５０との間には、バネ２２５が取り付けられる。バネ２２５は、基部２５０に対して、検出器２２０を可動とする。例えば、検出器２２０が対象物に接触すると、検出器２２０が基部２５０に向けて摺動する。バネ２２５が圧縮され、バネ２２５による弾性力が検出器２２０に加わる。検出器２２０が対象物から離れると、検出器２２０は、バネ２２５の弾性力により、基部２５０から離れる方向に摺動する。その他、検出器２２０と処理装置４００との間で信号を伝送するための配線２２６、検出器２２０の移動量を検知するためのセンサ２２７などが設けられる。

【0020】

吸引器２３０には、シリンダ２３３が取り付けられる。シリンダ２３３は、基部２５０に対して吸引器２３０を移動させる。例えば、バネ２２５及びシリンダ２３３による検出器２２０及び吸引器２３０の移動方向は、マニピュレータ１００の先端部と基部２５０とを結ぶＺ方向（第１方向）に平行である。その他、吸引器２３０には、吸引したカプラント液を筐体１５０へ送り出すための不図示のパイプ、シリンダ２３３による吸引器２３０の移動量を制御するためのセンサ２３７などが設けられる。

【0021】

アクチュエータ２１５及びシリンダ２３３は、エアシリンダ又は流体シリンダである。センサ２２７及び２３７は、例えば、遮光センサ又は無接点スイッチを含む。

【0022】

図４は、吸引器の一部を示す側面図である。図５は、吸引器の一部を示す斜視図である。
図３～図５を参照して、吸引器２３０の具体的構成を説明する。図３及び図４に示すように、吸引器２３０は、管２３１、ヘッド２３２、シリンダ２３３、及びガイド２３４を含む。なお、図４では、ヘッド２３２、シリンダ２３３、及びガイド２３４の内側に設けられた管２３１の一部が、破線で示されている。また、管２３１の孔及びヘッド２３２の孔が、点線で示されている。筐体２３３ａの内側に設けられたヘッド２３２の一部が、鎖線で示されている。

【0023】

管２３１及びガイド２３４は、Ｚ方向に沿って延びている。図示した例では、管２３１及びガイド２３４は、円筒形である。管２３１は、弾性を有し、変形可能である。管２３１は、ガイド２３４の内側に設けられる。ガイド２３４は、高い剛性を有し、管２３１の変形を抑制する。

【0024】

ヘッド２３２は、第１部分２３２ａ及び第２部分２３２ｂを含む。第１部分２３２ａは、管２３１の一端に取り付けられる。第１部分２３２ａは、Ｚ方向に対して垂直なＸ－Ｙ面（第１面）において、管２３１の一端の周りに設けられる。管２３１の他端は、パイプと接続される。ヘッド２３２は、管２３１と筐体２３３ａとの間に挟み込まれる第３部分２３２ｃをさらに含んでも良い。第１部分２３２ａは、第２部分２３２ｂと第３部分２３２ｃとの間に位置する。例えば、筐体２３３ａを第３部分２３２ｃから取り外すことで、ヘッド２３２への固定を解除し、ヘッド２３２を管２３１から取り外すことができる。ヘッド２３２を交換し、別のヘッド２３２を管２３１に取り付けることができる。

【0025】

図４に示すように、管２３１は、第１孔Ｈ１を有する。２部分２３２ｂは、第１部分２３２ａと連なり、第２孔Ｈ２を有する。第１孔Ｈ１及び第２孔Ｈ２は、互いに連なっている。第２孔Ｈ２は、吸引器２３０の外部の空間に面している。例えばカプラント液の吸引時、第２部分２３２ｂは、対象物に接触する。気体及びカプラント液は、第２孔Ｈ２及び第１孔Ｈ１を通して吸引される。

【0026】

第２孔Ｈ２の径Ｄ２は、第１孔Ｈ１の径Ｄ１よりも大きい。例えば、第１部分２３２ａの外径ｄ１及び管２３１の外径ｄのそれぞれは、第２部分２３２ｂの外径ｄ２よりも小さい。図示した例では、外径ｄ１は、ガイド２３４に向けて漸減している。

【0027】

ヘッド２３２は、シリンダ２３３を介して基部２５０に取り付けられる。シリンダ２３３は、エアシリンダ又は流体シリンダである。シリンダ２３３は、ヘッド２３２がＺ方向に摺動できるようにヘッド２３２を支持する。シリンダ２３３は、具体的には、筐体２３３ａ及び支持部２３３ｂを含む。筐体２３３ａは、基部２５０に対して固定される。支持部２３３ｂは、ヘッド２３２に対して固定され、且つ不図示のピストンに対して固定される。このため、支持部２３３ｂは、筐体２３３ａに対してＺ方向に摺動可能である。支持部２３３ｂの一部は、ヘッド２３２とガイド２３４との間に位置する。ガイド２３４は、ヘッド２３２及び支持部２３３ｂの摺動時にこれらの部材と接触しないように、ヘッド２３２及び支持部２３３ｂから離れている。ガイド２３４は、シリンダ２３３の筐体２３３ａに対して固定される。

【0028】

なお、ヘッド２３２が基部２５０に対してＺ方向に移動可能であれば、シリンダ２３３に代えてコイルばねなどの弾性部材が設けられても良い。

【0029】

図６（ａ）、図６（ｂ）、図７（ａ）、及び図７（ｂ）は、実施形態に係る検出システムの動作を示す模式図である。
まず、制御装置３００は、吐出器２１０を対象物Ｏと対向させる。制御装置３００は、吐出器２１０を対象物Ｏに向けて移動させる。制御装置３００は、図６（ａ）に示すように、対象物Ｏに向けて吐出器２１０からカプラント液ＣＰを吐出させる。

【0030】

カプラント液ＣＰの吐出後、制御装置３００は、マニピュレータ１００を動作させ、検出器２２０を対象物Ｏと対向させる。制御装置３００は、対象物Ｏに向けて検出器２２０を移動させる。図６（ｂ）に示すように、検出器２２０の先端が、カプラント液ＣＰを介して対象物Ｏと接触する。この状態で、制御装置３００は、検出器２２０に探査を実行させる。探査によって得られた強度データは、処理装置４００に送信される。

【0031】

図７（ａ）に示すように、制御装置３００は、マニピュレータ１００を動作させ、カプラント液ＣＰが付いた部分と対向させる。制御装置３００は、対象物Ｏに向けて吸引器２３０を移動させる。図７（ｂ）に示すように、吸引器２３０のヘッド２３２が、対象物Ｏと接触する。この状態で、制御装置３００は、吸引器２３０により、カプラント液ＣＰを吸引する。図示した例において、吐出器２１０、検出器２２０、及び吸引器２３０が対象物Ｏと対向する位置は、教示点として予め設定される。

【0032】

実施形態の利点を説明する。
探査時には、検出器２２０と対象物Ｏとの間で超音波が伝搬し易くなるように、カプラント液ＣＰが用いられる。カプラント液ＣＰは、探査後に除去されることが望ましい。カプラント液ＣＰが対象物Ｏに付いたままでは、対象物Ｏの表面に、変質（例えば錆び）又は劣化等が生じる可能性がある。例えば、カプラント液ＣＰを人が拭き取る方法があるが、人手による作業が発生し、処理の自動化が阻害される。

【0033】

この課題について、実施形態に係る検出システム１では、エンドエフェクタ２００が吸引器２３０を含む。探査の後、吸引器２３０を用いて、カプラント液ＣＰを吸引できる。このため、人手によるカプラント液の拭き取り作業が省略できる。

【0034】

また、カプラント液ＣＰには、図６（ｂ）に示すように検出器２２０が接触する。このため、対象物Ｏの表面において、カプラント液ＣＰが付いた領域が広がる。吸引器２３０のヘッド２３２は、第１部分２３２ａ及び第２部分２３２ｂを含む。第２部分２３２ｂの第２孔Ｈ２の径Ｄ２は、管２３１の第１孔Ｈ１の径Ｄ１よりも大きい。より大きな径を有する第２部分２３２ｂによってカプラント液ＣＰを吸引することで、より広い範囲のカプラント液ＣＰを除去できる。また、径Ｄ１を径Ｄ２よりも小さくすることで、第１部分２３２ａ及び管２３１を小さくできる。例えば、第１部分２３２ａの外径ｄ１及び管２３１の外径ｄは、第２部分２３２ｂの外径ｄ２よりも小さい。吸引器２３０を小型化することで、マニピュレータ１００が動作した際、吸引器２３０が対象物Ｏ又は他の物体と干渉し難くなる。

【0035】

実施形態によれば、自動化に好適であり、吸引器２３０を小型化可能な検出システム１が提供される。

【0036】

ヘッド２３２は、弾性を有し、変形可能であることが好ましい。弾性を有することで、ヘッド２３２が対象物Ｏと接触した際に、ヘッド２３２が、対象物Ｏの表面形状に倣って変形できる。対象物Ｏへのヘッド２３２の密着性を向上させ、カプラント液ＣＰをより吸引し易くなる。

【0037】

ヘッド２３２の中で硬さに分布があっても良い。例えば、第２部分２３２ｂは対象物Ｏの表面形状に倣う程度の硬さを有し、第２部分２３２ｂの硬さが第１部分２３２ａの硬さよりも大きい。これにより、ヘッド２３２が対象物の表面に接触した際、第２部分２３２ｂの変形によって溝Ｇが塞がれることを抑制できる。吸引器２３０による吸引動作（除去動作）の安定性を向上できる。また、第１部分２３２ａの硬さは、第２部分２３２ｂの硬さよりも小さい。第１部分２３２ａの硬さが相対的に小さいことで、ヘッドが対象物に接触した際に、第１部分２３２ａが対象物Ｏの表面形状や傾きに倣って変形し易くなる。これにより、ヘッド２３２の対象物への密着性を高めることができる。

【0038】

図８は、吸引器の一部を示す側面図である。
図８では、ヘッド２３２及び支持部２３３ｂの内側に設けられた管２３１の一部が、破線で示されている。また、管２３１の第１孔Ｈ１、ヘッド２３２の第２孔Ｈ２、及び溝Ｇが、点線で示されている。

【0039】

図５及び図８に示すように、第２部分２３２ｂは、対象物Ｏと接触する接触面Ｓを有する。ヘッド２３２が対象物Ｏと接触していないとき、接触面Ｓは、Ｘ－Ｙ面と実質的に平行である。接触面Ｓには、溝Ｇが設けられている。溝Ｇは、Ｘ－Ｙ面に平行な方向に延び、第２孔Ｈ２とヘッド２３２の外部空間とに繋がる。吸引器２３０による吸引時、ヘッド２３２が対象物Ｏに吸着して空気が流れないと、カプラント液ＣＰを吸引できない。溝Ｇを設けた場合、図８に示すように、ヘッド２３２の外部空間から第２孔Ｈ２へ、溝Ｇを通して、矢印Ａのように空気が流れる。これにより、ヘッド２３２が対象物Ｏへ吸着することを防ぎ、カプラント液ＣＰを吸引し易くなる。

【0040】

図示した例では、第２孔Ｈ２のＸ－Ｙ面における形は、円状である。一対の溝Ｇが、第２孔Ｈ２の接線方向に沿ってそれぞれ形成されている。溝Ｇの数及び形は、カプラント液ＣＰの吐出量、対象物Ｏの表面形状などに応じて、適宜変更可能である。

【0041】

また、ヘッド２３２は、図３及び図４に示すように、シリンダ２３３又は弾性部材を介して基部２５０に取り付けられ、基部２５０に対して可動であることが好ましい。吸引器２３０を対象物Ｏに押し当てた際、ヘッド２３２には、対象物Ｏからの反力が加わる。反力に応じて吸引器２３０が基部２５０に対して移動することで、マニピュレータ１００又はエンドエフェクタ２００に加わる反力を低減し、マニピュレータ１００又はエンドエフェクタ２００が損傷することを抑制できる。

【0042】

カプラント液ＣＰを吸引する際、吸引器２３０の姿勢は、検出器２２０によって得られた強度データに応じて調整されても良い。ここでは、検出器２２０による反射波の検出方法、処理装置４００による強度データの処理などについて説明する。

【0043】

図９は、検出器の先端を示す斜視図である。
検出器２２０は、図９に示すように、素子アレイ２２１及び伝搬部２２２を含む。素子アレイ２２１は、検出器２２０の内部に設けられ、複数の検出素子２２１ａを含む。検出素子２２１ａは、例えば、トランスデューサであり、１ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下の周波数の超音波を発する。複数の検出素子２２１ａは、Ｚ方向に対して垂直な方向に沿って配列されている。図示した例では、複数の検出素子２２１ａが、互いに交差するＸ方向及びＹ方向に沿って配列されている。

【0044】

伝搬部２２２は、検出器２２０の先端に設けられる。伝搬部２２２は、超音波が伝搬可能である。伝搬部２２２は、固体であり、例えば樹脂から構成される。検出器２２０の動作時にも実質的な変形が生じないように十分な硬さを有する。これにより、素子アレイ２２１の損傷を抑制できる。

【0045】

図９の例では、検出の対象物は接合体５０である。接合体５０では、金属部材５１（第１部材）と金属部材５２（第２部材）が、溶接部５３において、スポット抵抗溶接によって接合されている。溶接部５３では、金属部材５１の一部と金属部材５２の一部が溶融し、混ざり合って凝固した凝固部５４（ナゲット）が形成されている。探査において、それぞれの検出素子２２１ａは、接合体５０に向けて超音波ＵＳを送信し、接合体５０からの反射波ＲＷを受信する。探査時、カプラント液ＣＰが、接合体５０と伝搬部２２２との間に位置する。

【0046】

具体的な一例として、図９に示すように、１つの検出素子２２１ａが溶接部５３に向けて超音波ＵＳを送信する。超音波ＵＳの一部は、接合体５０の上面または下面などで反射される。複数の検出素子２２１ａのそれぞれは、この反射波ＲＷを受信（検出）する。それぞれの検出素子２２１ａが順次超音波ＵＳを送信し、それぞれの反射波ＲＷを複数の検出素子２２１ａで検出する。各検出素子２２１ａは、反射波の検出に応じて電気信号を出力する。電気信号の大きさは、反射波の強度に対応する。それぞれの検出素子２２１ａは、検出した反射波の強度を示す強度データを処理装置４００へ送信する。処理装置４００は、強度データに基づいて、各種処理を実行する。

【0047】

図１０は、実施形態に係る検出装置による検出結果を説明するための模式図である。
検出器２２０から超音波が送信されると、図１０（ａ）に示すように、超音波ＵＳの一部は、金属部材５１の上面５１ａまたは溶接部５３の上面５３ａで反射される。超音波ＵＳの別の一部は、接合体５０に入射し、金属部材５１の下面５１ｂまたは溶接部５３の下面５３ｂで反射する。

【0048】

上面５１ａ、下面５１ｂ、上面５３ａ、及び下面５３ｂのＺ方向における位置は、互いに異なる。すなわち、これらの面と検出素子２２１ａとの間のＺ方向における距離が、互いに異なる。検出素子２２１ａが、これらの面からの反射波を検出すると、反射波の強度のピークが検出される。超音波ＵＳを送信した後、各ピークが検出されるまでの時間を算出することで、どの面で超音波ＵＳが反射されているか調べることができる。

【0049】

図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）は、超音波ＵＳを送信した後の時間と、反射波ＲＷの強度と、の関係を例示するグラフである。ここでは、反射波ＲＷの強度を絶対値で表している。図１０（ｂ）のグラフは、金属部材５１の上面５１ａ及び下面５１ｂ、金属部材５２の下面からの反射波ＲＷの検出結果を例示している。図１０（ｃ）のグラフは、溶接部５３の上面５３ａ及び下面５３ｂからの反射波ＲＷの検出結果を例示している。

【0050】

図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）のグラフにおいて、ピークＰｅ０は、伝搬部２２２と他の部材との間の境界面からの反射波ＲＷに基づく。ピークＰｅ１は、上面５１ａからの反射波ＲＷに基づく。ピークＰｅ２は、下面５１ｂからの反射波ＲＷに基づく。超音波ＵＳの送信からピークＰｅ１及びピークＰｅ２が検出されるまでの時間は、それぞれ、金属部材５１の上面５１ａ及び下面５１ｂのＺ方向における位置に対応する。

【0051】

同様に、ピークＰｅ３は、上面５３ａからの反射波ＲＷに基づく。ピークＰｅ４は、下面５３ｂからの反射波ＲＷに基づく。超音波ＵＳの送信からピークＰｅ３及びピークＰｅ４が検出されるまでの時間は、それぞれ、溶接部５３の上面５３ａ及び下面５３ｂのＺ方向における位置に対応する。

【0052】

なお、反射波の強度は、任意の態様で表現されて良い。例えば、検出素子２２１ａから出力される反射波強度は、位相に応じて、正の値及び負の値を含む。正の値及び負の値を含む反射波強度に基づいて、各種処理が実行されても良い。正の値及び負の値を含む反射波強度を、絶対値に変換しても良い。各時刻における反射波強度から、反射波強度の平均値を減じても良い。又は、各時刻における反射波強度から、反射波強度の加重平均値、重み付き移動平均値などを減じても良い。反射波強度にこれらの処理を加えた結果を用いた場合でも、本願で説明する各種処理を実行可能である。

【0053】

図１１は、探査により得られた３次元の検出結果を例示する模式図である。
探査では、上述したように、それぞれの検出素子２２１ａが超音波を順次送信し、それぞれの反射波を複数の検出素子２２１ａで検出する。図９に示す具体例では、８×８の６４個の検出素子２２１ａが設けられている。この場合、６４個の検出素子２２１ａが超音波を順次送信する。１つの検出素子２２１ａは、反射波を６４回繰り返し検出する。１つの検出素子２２１ａからは、Ｚ方向の反射波強度分布の検出結果が、６４回出力される。１つの検出素子２２１ａから出力された６４回の反射波の強度分布は、合算される。合算された強度分布が、１回の探査において、１つの検出素子２２１ａが設けられた座標における強度分布となる。６４個の検出素子２２１ａのそれぞれによる検出結果について、同様の処理が実行される。これにより、Ｘ－Ｙ面内の各点において、Ｚ方向における反射波の強度分布が生成される。図１１は、その３次元の強度分布を画像で示すものである。図１１において、輝度が高い部分は、超音波の反射波強度が相対的に大きい部分である。

【0054】

反射波に含まれる各ピークの強度、各ピークのＺ方向における位置などは、対象物の状態に応じて変化する。このため、強度データから、対象物についての情報を得ることができる。例えば、強度データは、吸引器２３０の姿勢の調整の他、対象物の内部構造の検査に利用可能である。

【0055】

図１２は、検出器を示す模式図である。
傾きは、例えば図１２に示した、検出器２２０の方向Ｄｉ１に対応する。方向Ｄｉ１は、複数の検出素子２２１ａの配列方向に対して垂直である。傾きは、検出器２２０の方向Ｄｉ１と、溶接部５３の法線方向Ｄｉ２と、の間のＸ方向まわりの角度θｘ及びＹ方向まわりの角度θｙによって表される。

【0056】

図１３（ａ）～図１３（ｃ）は、検査において得られた画像の一例である。
傾きの算出方法について説明する。図１３（ａ）は、溶接部５３近傍のＸ－Ｙ面における反射波の強度分布を示す画像である。図１３（ｂ）は、溶接部５３近傍のＹ－Ｚ面における反射波の強度分布を示す画像である。図１３（ｃ）は、溶接部５３近傍のＸ－Ｚ面における反射波の強度分布を示す画像である。図１３（ａ）～図１３（ｃ）の各画像において、輝度は、反射波の強度に対応する。すなわち、画素の色が明るいほど、その点における反射波強度が高いことを示している。

【0057】

角度θｘは、図１３（ｂ）に示したように、Ｙ－Ｚ面での検出結果に基づいて算出される。角度θｙは、図１３（ｃ）に示したように、Ｘ－Ｚ面での検出結果に基づいて算出される。具体的には、処理装置４００は、３次元の輝度勾配の平均を算出する。処理装置４００は、Ｘ方向まわりの勾配の平均を角度θｘとして用いる。処理装置４００は、Ｙ方向まわりの勾配の平均を角度θｙとして用いる。

【0058】

図１４は、吸引器の動きを示す模式図である。
制御装置３００は、処理装置４００による傾きの算出に応じて、傾き補正を実行する。傾き補正において、制御装置３００は、マニピュレータ１００を動作させる。図１４に示すように、エンドエフェクタ２００は、吸引器２３０の溶接部５３に対する傾きが小さくなるように動く。検出システム１では、吸引器２３０の方向Ｄｉ３は、検出器２２０の方向Ｄｉ１と実質的に平行である。方向Ｄｉ３は、ヘッド２３２の第１部分２３２ａと第２部分２３２ｂとを結ぶ方向、又は管２３１及びガイド２３４が延びる方向に対応する。このため、角度θｘ及び角度θｙが小さくなるようにエンドエフェクタ２００を移動させることで、吸引器２３０の溶接部５３に対する傾きを小さくできる。

【0059】

又は、方向Ｄｉ３は、方向Ｄｉ１と交差しても良い。その場合、方向Ｄｉ１に対する方向Ｄｉ３の傾きを用いて、算出された角度θｘ及び角度θｙが補正されても良い。制御装置３００は、補正された角度θｘ及び角度θｙに基づき、吸引器２３０の溶接部５３に対する傾きが小さくなるように、エンドエフェクタ２００を移動させる。

【0060】

吸引器２３０が接合体５０の表面に対してより垂直であるほど、ヘッド２３２が接合体５０の表面形状に倣って変形し易くなる。例えば、吸引時にヘッド２３２と接合体５０との間に生じる隙間を小さくし、カプラント液ＣＰをより吸引し易くなる。このため、吸引器２３０による吸引は、傾き補正の後に実行されることが好ましい。

【0061】

検出器２２０は、傾き補正の後、探査を再び実行しても良い。傾きが小さいほど、対象物からの反射波が検出器２２０によって検出され易くなる。このため、傾き補正の後に探査を実行することで、対象物に関するより正確な情報が得られる。この場合、再度の探査の後に、吸引動作が実行される。なお、再度の探査の後、さらに傾きが補正されても良い。吸引動作は、追加の傾き補正の後に実行される。

【0062】

処理装置４００は、探査によって得られた強度データを用いて、対象物を検査することができる。例えば、処理装置４００は、Ｘ－Ｙ面内の各点におけるＺ方向の反射波強度分布において、ピークＰｅ２が存在するか判定する。一例として、処理装置４００は、ピークＰｅ２が検出されうるＺ方向の所定範囲におけるピークを検出する。一例として、図１０に示す強度データのうち、範囲Ｒａが所定範囲として設定される。範囲Ｒａには、ピークＰｅ２が含まれる。範囲Ｒａは、ピークＰｅ１を基準に設定される。又は、範囲Ｒａは、伝搬部２２２の厚さ、金属部材５１の厚さなどに基づき、予め設定されても良い。処理装置４００は、範囲Ｒａに含まれるピークの強度を、所定の閾値と比較する。ピークが閾値を超えているとき、処理装置４００は、そのピークがピークＰｅ２であると判定する。Ｘ－Ｙ面においてピークＰｅ２が存在する点は、下面５１ｂが存在する点に対応する。すなわち、ピークＰｅ２の存在は、その点で金属部材５１と金属部材５２が接合されていないことを示す。処理装置４００は、ピークＰｅ２が検出された点を、接合されていないと判定する。

【0063】

処理装置４００は、Ｘ－Ｙ面内の各点が接合されているか順次判定する。接合されていると判定された点の集合が、溶接部５３に対応する。例えば、検査では、溶接部５３が形成されているかを調べる。例えば、処理装置４００は、検査において、溶接部５３の径を算出する。径は、Ｘ－Ｙ面に平行な任意の一方向における溶接部５３の長さである。処理装置４００は、検査において、溶接部５３の厚み、又は溶接部５３の上面５３ａの深さを算出しても良い。溶接部５３の厚みは、上面５３ａと下面５３ｂとの間のＺ方向における距離である。溶接部５３の厚みは、ピークＰｅ３とピークＰｅ４との間の時間差ＴＤ１に基づいて算出できる。上面５３ａの深さは、上面５１ａと上面５３ａとの間のＺ方向における距離である。上面５３ａの深さは、ピークＰｅ１とピークＰｅ３との間の時間差ＴＤ２に基づいて算出できる。処理装置４００は、検査において、溶接部５３の径、溶接部５３の厚さ、及び上面５３ａの深さの少なくともいずれかを、予め設定された閾値と比較し、溶接の良否を判定しても良い。

【0064】

例えば、検査は、探査の後の吸引動作と並行して実行される。具体的には、吸引器２３０が対象物に向けて移動している間、吸引器２３０がカプラント液を吸引している間などに、検査に関する計算処理の少なくとも一部が実行される。これにより、１つの対象物に対する処理時間を短縮できる。

【0065】

図１５は、実施形態に係る検出システムの動作を示すフローチャートである。
図１５を参照して、一実施例に係る検出システム１の動作の概要を説明する。制御装置３００は、マニピュレータ１００を動作させ、エンドエフェクタ２００を移動させる（ステップＳ１）。制御装置３００は、吐出器２１０により対象物へカプラント液を吐出する吐出動作を実行する（ステップＳ２）。制御装置３００は、検出器２２０による探査を実行する（ステップＳ３）。処理装置４００は、探査で得られた強度データに基づいて、対象物に対する検出器２２０の傾きを算出する（ステップＳ４）。処理装置４００は、算出された傾きを予め設定された閾値と比較する（ステップＳ５）。傾きが閾値よりも大きい場合、制御装置３００は、傾きが小さくなるようにマニピュレータ１００を動作させる傾き補正を実行する（ステップＳ６）。これにより、検出器２２０の対象物に対する傾きが補正されるとともに、吸引器２３０の対象物に対する傾きも補正される。その後、ステップＳ３が再度実行される。

【0066】

ステップＳ５において傾きが閾値以下である場合、制御装置３００は、吸引器２３０によるカプラント液の吸引動作を実行する（ステップＳ７）。また、処理装置４００は、最後の探査（ステップＳ３）で得られた強度データに基づいて、検査を実行する（ステップＳ８）。吸引動作の後、制御装置３００は、検査されていない他の対象物が有るか判定する（ステップＳ９）。他の対象物が有る場合、その対象物に対してステップＳ１が再度実行される。

【0067】

なお、図１５に示すフローチャートでは、ステップＳ９における判定が、ステップＳ７及びＳ８の後に実行されている。ステップＳ９は、ステップＳ７の完了後であれば、ステップＳ８が完了したか否かに拘わらず実行されて良い。例えば、ステップＳ８における計算処理の一部は、他の対象物に向けたマニピュレータ１００の動作中に実行されても良い。

【0068】

（変形例）
図１６は、実施形態の変形例に係る検出システムを示す模式図である。
検出システム１では、１つのマニピュレータ１００に、検出器２２０及び吸引器２３０を含む１つのエンドエフェクタ２００が取り付けられる。これに対して、図１６に示す検出システム２は、マニピュレータ１００ａ、マニピュレータ１００ｂ、エンドエフェクタ２００ａ、エンドエフェクタ２００ｂ、制御装置３００ａ、及び制御装置３００ｂを含む。

【0069】

マニピュレータ１００ａの構成及びマニピュレータ１００ｂの構成として、マニピュレータ１００と同様の構成をそれぞれ採用することができる。エンドエフェクタ２００ａは、マニピュレータ１００ａに取り付けられる。エンドエフェクタ２００ａは、吐出器２１０及び検出器２２０を含む。制御装置３００ａは、マニピュレータ１００ａ及びエンドエフェクタ２００ａを制御する。エンドエフェクタ２００ｂは、マニピュレータ１００ｂに取り付けられる。エンドエフェクタ２００ｂは、吸引器２３０を含む。制御装置３００ｂは、マニピュレータ１００ｂ及びエンドエフェクタ２００ｂを制御する。

【0070】

検出システム２は、検出システム１と同様の動作を実行可能である。例えば、エンドエフェクタ２００ａによる吐出及び探査の後、エンドエフェクタ２００ｂによる吸引動作が実行される。エンドエフェクタ２００ａの傾き補正が実行されるとともに、エンドエフェクタ２００ｂの傾き補正が実行されても良い。これにより、吸引器２３０がカプラント液ＣＰをより吸引し易くなる。

【0071】

例えば、制御装置３００ａは、処理装置４００による傾きの算出に応じて、マニピュレータ１００ａを動作させ、エンドエフェクタ２００ａの傾き補正を実行する。これにより、検出器２２０の溶接部５３に対する傾きが小さくなる。また、制御装置３００ｂが、処理装置４００による傾きの算出に応じて、マニピュレータ１００ｂを動作させ、エンドエフェクタ２００ｂの傾き補正を実行する。これにより、吸引器２３０の溶接部５３に対する傾きが小さくなる。

【0072】

検出システム２によれば、吐出器２１０及び検出器２２０の姿勢に拘わらず、吸引器２３０の姿勢を制御できる。例えば、検出器２２０による探査と並行して、吸引器２３０の姿勢を制御できる。このため、１つの対象物に対する処理時間を短縮可能である。一方、検出システム１によれば、マニピュレータ同士の干渉を回避できる。マニピュレータ１００に対する教示作業が容易となる。

【0073】

図１７は、ハードウェア構成を表す模式図である。
制御装置３００、制御装置３００ａ、制御装置３００ｂ、及び処理装置４００として、例えば図１７に示すコンピュータ９０をそれぞれ用いることができる。コンピュータ９０は、ＣＰＵ９１、ＲＯＭ９２、ＲＡＭ９３、記憶装置９４、入力インタフェース９５、出力インタフェース９６、及び通信インタフェース９７を含む。

【0074】

ＲＯＭ９２は、コンピュータ９０の動作を制御するプログラムを格納している。ＲＯＭ９２には、上述した各処理をコンピュータ９０に実現させるために必要なプログラムが格納されている。ＲＡＭ９３は、ＲＯＭ９２に格納されたプログラムが展開される記憶領域として機能する。

【0075】

ＣＰＵ９１は、処理回路を含む。ＣＰＵ９１は、ＲＡＭ９３をワークメモリとして、ＲＯＭ９２又は記憶装置９４の少なくともいずれかに記憶されたプログラムを実行する。プログラムの実行中、ＣＰＵ９１は、システムバス９８を介して各構成を制御し、種々の処理を実行する。

【0076】

記憶装置９４は、プログラムの実行に必要なデータや、プログラムの実行によって得られたデータを記憶する。

【0077】

入力インタフェース（Ｉ／Ｆ）９５は、コンピュータ９０と入力装置９５ａとを接続する。入力Ｉ／Ｆ９５は、例えば、ＵＳＢ等のシリアルバスインタフェースである。ＣＰＵ９１は、入力Ｉ／Ｆ９５を介して、入力装置９５ａから各種データを読み込むことができる。

【0078】

出力インタフェース（Ｉ／Ｆ）９６は、コンピュータ９０と出力装置９６ａとを接続する。出力Ｉ／Ｆ９６は、例えば、Digital Visual Interface（ＤＶＩ）やHigh-Definition Multimedia Interface（ＨＰＭＩ（登録商標））等の映像出力インタフェースである。ＣＰＵ９１は、出力Ｉ／Ｆ９６を介して、出力装置９６ａにデータを送信し、出力装置９６ａに画像を表示させることができる。

【0079】

通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）９７は、コンピュータ９０外部のサーバ９７ａと、コンピュータ９０と、を接続する。通信Ｉ／Ｆ９７は、例えば、ＬＡＮカード等のネットワークカードである。ＣＰＵ９１は、通信Ｉ／Ｆ９７を介して、サーバ９７ａから各種データを読み込むことができる。

【0080】

記憶装置９４は、Hard Disk Drive（ＨＤＤ）及びSolid State Drive（ＳＳＤ）から選択される１つ以上を含む。入力装置９５ａは、マウス、キーボード、マイク（音声入力）、及びタッチパッドから選択される１つ以上を含む。出力装置９６ａは、モニタ、プロジェクタ、プリンタ、及びスピーカから選択される１つ以上を含む。タッチパネルのように、入力装置９５ａと出力装置９６ａの両方の機能を備えた機器が用いられても良い。

【0081】

上記の種々のデータの処理は、コンピュータに実行させることのできるプログラムとして、磁気ディスク（フレキシブルディスク及びハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－ＲＷ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ±Ｒ、ＤＶＤ±ＲＷなど）、半導体メモリ、又は、他の非一時的なコンピュータで読取可能な記録媒体（non-transitory computer-readable storage medium）に記録されても良い。

【0082】

例えば、記録媒体に記録された情報は、コンピュータ（または組み込みシステム）により読み出されることが可能である。記録媒体において、記録形式（記憶形式）は任意である。例えば、コンピュータは、記録媒体からプログラムを読み出し、このプログラムに基づいてプログラムに記述されている指示をＣＰＵで実行させる。コンピュータにおいて、プログラムの取得（または読み出し）は、ネットワークを通じて行われても良い。

【0083】

以上で説明した実施形態によれば、自動化に好適な検出システムが提供される。

【0084】

以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

【符号の説明】

【0085】

１，２：検出システム、 ５０：接合体、 ５１：金属部材、 ５１ａ：上面、 ５１ｂ：下面、 ５２：金属部材、 ５３：溶接部、 ５３ａ：上面、 ５３ｂ：下面、 ５４：凝固部、 ９０：コンピュータ、 ９１：ＣＰＵ、 ９２：ＲＯＭ、 ９３：ＲＡＭ、 ９４：記憶装置、 ９５：入力インタフェース、 ９５ａ：入力装置、 ９６：出力インタフェース、 ９６ａ：出力装置、 ９７：通信インタフェース、 ９７ａ：サーバ、 ９８：システムバス、 １００，１００ａ、１００ｂ：マニピュレータ、 １５０：筐体、 ２００，２００ａ，２００ｂ：エンドエフェクタ、 ２１０：吐出器、 ２１１：管、 ２１５：アクチュエータ、 ２１７：センサ、 ２２０：検出器、 ２２１：素子アレイ、 ２２１ａ：検出素子、 ２２２：伝搬部、 ２２５：バネ、 ２２６：配線、 ２２７：センサ、 ２３０：吸引器、 ２３１：管、 ２３２：ヘッド、 ２３２ａ：第１部分、 ２３２ｂ：第２部分、 ２３２ｃ：第３部分、 ２３３：シリンダ、 ２３３ａ：筐体、 ２３３ｂ：支持部、 ２３４：ガイド、 ２３７：センサ、 ２５０：基部、 ３００，３００ａ，３００ｂ：制御装置、 ４００：処理装置、 ＣＰ：カプラント液、 Ｄ１，Ｄ２：径、 Ｄｉ１～Ｄｉ３：方向、 Ｇ：溝、 Ｈ１：第１孔、 Ｈ２：第２孔、 Ｏ：対象物、 Ｐｅ０～Ｐｅ４：ピーク、 ＲＷ：反射波、 Ｒａ：範囲、 Ｓ：接触面、 ＴＤ１：時間差、 ＴＤ２：時間差、 ＵＳ：超音波、 ｄ，ｄ１，ｄ２：外径、 θｘ，θｙ：角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】