(57)【要約】      （修正有）【課題】位置変換装置による誤差を無くすことができ、演算負荷を低減でき、かつ対象物の位置を高い精度で検出できる超音波エンコーダとこれを用いた位置検出方法を提供する。【解決手段】ガイドレール１２、複数の超音波素子１４、及び演算装置１６を備える。ガイドレール１２は、対象物Ｗの移動方向Ａに沿って延びる検出面１２ａと、検出面１２ａから所定深さに位置決めされた超音波反射源１３とを有する。複数の超音波素子１４は、対象物Ｗに固定され検出面１２ａに接触して移動可能に構成されている。演算装置１６は、複数の超音波素子１４による垂直探傷により超音波反射源１３からの反射エコーをそれぞれ受信し、反射エコーの複数のハーフパスＺから対象物Ｗの位置を演算する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を用いて対象物の位置を検出する超音波エンコーダであって、
前記対象物の移動方向に沿って延びる検出面と、該検出面から所定深さに位置決めされた超音波反射源とを有するガイドレールと、
前記対象物に固定され前記検出面に接触して移動可能な複数の超音波素子と、
複数の前記超音波素子による垂直探傷により前記超音波反射源からの反射エコーをそれぞれ受信し、前記反射エコーの複数のハーフパスから前記対象物の位置を演算する演算装置と、を備えた超音波エンコーダ。
【請求項２】
複数の前記超音波素子を有する超音波アレイ素子を備え、
複数の前記反射エコーの開口合成により前記対象物の位置を演算する、請求項１に記載の超音波エンコーダ。
【請求項３】
前記対象物に固定され、前記超音波アレイ素子を保持し、前記ガイドレールに沿って移動可能な検出ホルダを備える、請求項２に記載の超音波エンコーダ。
【請求項４】
複数の前記超音波反射源が、前記移動方向に第１間隔を隔てて位置決めされており、
複数の前記超音波素子は、前記移動方向に沿って前記第１間隔を超える第２距離の範囲に配置され、かつ前記第１間隔より１桁以上小さいピッチを互いに隔てている、請求項２に記載の超音波エンコーダ。
【請求項５】
複数の前記超音波反射源は、前記移動方向に直交する平面内において、前記検出面に平行に延びる線状反射源である、請求項１に記載の超音波エンコーダ。
【請求項６】
前記ガイドレールは、前記移動方向に直線状に延びる直線部材である、請求項１に記載の超音波エンコーダ。
【請求項７】
前記ガイドレールは、前記移動方向に円弧状に延びる円弧部材である、請求項１に記載の超音波エンコーダ。
【請求項８】
請求項１に記載の超音波エンコーダを用い、前記対象物の位置を検出する位置検出方法であって、
（Ａ）複数の前記超音波素子を前記ガイドレールの前記検出面に接触させて位置決めし、
（Ｂ）複数の前記超音波素子による垂直探傷により前記超音波反射源からの反射エコーをそれぞれ受信し、
（Ｃ）前記反射エコーの複数のハーフパスから前記対象物の位置を演算する、位置検出方法。
【請求項９】
複数の前記超音波素子を有する超音波アレイ素子を準備し、
前記（Ｃ）において、複数の前記反射エコーの開口合成により前記対象物の位置を演算する、請求項８に記載の位置検出方法。
【請求項１０】
前記（Ｃ）において、
前記反射エコーから各超音波素子の複数の前記ハーフパスを検出し、
各超音波素子の超音波入射点を中心とし、前記ハーフパスを半径とする複数の円の交点座標を計算し、
計算された交点座標のうち最も多い前記移動方向の座標を検出する、請求項９に記載の位置検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を用いて対象物の位置を検出する超音波エンコーダとこれを用いた位置検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物の位置を検出する装置として、位置検出エンコーダ（リニアエンコーダ及びロータリーエンコーダ）が広く知られている。これらの位置検出エンコーダは、位置の基準となるスケール（目盛）と、スケールから位置情報を検出するヘッド（検出器）とで構成される。またこれらの位置検出エンコーダは、検出に光を用いる光学式と、磁気を用いる磁気式があり、それぞれ絶対位置測定を行うアブソリュート式と、相対位置測定のインクリメント式がある。
【０００３】
従来のロータリーエンコーダは、例えば特許文献１に開示されている。
【０００４】
一方、超音波を用いた位置検出エンコーダが、特許文献２に開示されている。
【０００５】
特許文献１に開示された構成では、ワークを検査する超音波探触子を、歯車列（動力歯車、中間歯車、及び周方向回転歯車）を介して回転させ、回転検出エンコーダで中間歯車の回転を検出して超音波探触子の回転位置を求めるものである。
【０００６】
特許文献２に開示された「一次元トランスデューサーアレイ」は、１つの一次元トランスデューサーアレイからの超音波が２以上の平面に集束されるように、２以上の互いに直交するコードのそれぞれに異なる送信遅延を加えるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−７４７１２号公報
【特許文献２】特開２０１３−２５５８０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
現在、フェーズドアレイＵＴ検査（ＵＰＡ）や高度ＵＴ技術には、検査と同時に位置情報を取得し、検査結果と位置情報を１対１に対応させるデータ取得が要望されている。
【０００９】
この要望を満たすために、一般的には、上述した光学式又は磁気式の位置検出エンコーダ（以下、「従来の位置検出エンコーダ」）が用いられる。
しかし、従来の位置検出エンコーダは、精密に形成されたパターンを有するスケールと、このパターンを光学的又は磁気的に検出するヘッドとを備え、スケールに沿ってヘッドを正確に移動させる必要がある。
そのため、これらの位置検出エンコーダは、スケールに対してヘッドを正確に移動させるガイド機構を備えた機器として構成されている。
このような位置検出エンコーダを用いて、対象物の位置を検出する場合、スケールを含むガイド機構を固定部分に固定し、対象物の移動をヘッドの移動に変換する位置変換装置を準備する必要がある。
【００１０】
このような位置変換装置は、例えば、特許文献１に開示された歯車列、或いはリンク機構、ワイヤと滑車、などで構成される。そのため、対象物の移動をヘッドの移動に正確に変換することは困難であり、バックラッシュ、ガタ、ワイヤの伸びなどに起因する誤差が発生する。
また、このような位置変換装置は、通常大型であり、例えば小口径管の周方向溶接部を超音波により検査するよう場合には、適用が困難、又は実質的に不可能な場合がある。
【００１１】
一方、特許文献２に開示された「一次元トランスデューサーアレイ」の場合、一般的に６４〜２５６個のトランスデューサー配列素子を利用して、超音波ビームを電子的にスイッチング又はステアリングしてフォーカシングする。
しかし、この手段では、多数のトランスデューサー配列素子を同時駆動するため駆動負荷が大きく、かつ同時処理するデータが重いため演算負荷が大きく、演算時間が長くなる。また、取得できる範囲が探触子の有効範囲のみで広い範囲はカバーできない。広い範囲の画層取得を行うにはエンコーダ等による対象物の移動量に合わせたデータ取得が必要である。
【００１２】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、位置変換装置による誤差を無くすことができ、演算負荷を低減でき、かつ対象物の位置を高い精度で検出できる超音波エンコーダとこれを用いた位置検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、超音波を用いて対象物の位置を検出する超音波エンコーダであって、
前記対象物の移動方向に沿って延びる検出面と、該検出面から所定深さに位置決めされた超音波反射源とを有するガイドレールと、
前記対象物に固定され前記検出面に接触して移動可能な複数の超音波素子と、
複数の前記超音波素子による垂直探傷により前記超音波反射源からの反射エコーをそれぞれ受信し、前記反射エコーの複数のハーフパスから前記対象物の位置を演算する演算装置と、を備えた超音波エンコーダが提供される。
【００１４】
複数の前記超音波素子を有する超音波アレイ素子を備え、
複数の前記反射エコーの開口合成により前記対象物の位置を演算する。
【００１５】
前記対象物に固定され、前記超音波アレイ素子を保持し、前記ガイドレールに沿って移動可能な検出ホルダを備える。
【００１６】
複数の前記超音波反射源が、前記移動方向に第１間隔を隔てて位置決めされており、
複数の前記超音波素子は、前記移動方向に沿って前記第１間隔を超える第２距離の範囲に配置され、かつ前記第１間隔より１桁以上小さいピッチを互いに隔てている。
【００１７】
複数の前記超音波反射源は、前記移動方向に直交する平面内において、前記検出面に平行に延びる線状反射源である。
【００１８】
前記ガイドレールは、前記移動方向に直線状に延びる直線部材である。
【００１９】
前記ガイドレールは、前記移動方向に円弧状に延びる円弧部材である。
【００２０】
また本発明によれば、上述した超音波エンコーダを用い、前記対象物の位置を検出する位置検出方法であって、
（Ａ）複数の前記超音波素子を前記ガイドレールの前記検出面に接触させて位置決めし、
（Ｂ）複数の前記超音波素子による垂直探傷により前記超音波反射源からの反射エコーをそれぞれ受信し、
（Ｃ）前記反射エコーの複数のハーフパスから前記対象物の位置を演算する、位置検出方法が提供される。
【００２１】
複数の前記超音波素子を有する超音波アレイ素子を準備し、
前記（Ｃ）において、複数の前記反射エコーの開口合成により前記対象物の位置を演算する。
【００２２】
前記（Ｃ）において、
前記反射エコーから各超音波素子の複数の前記ハーフパスを検出し、
各超音波素子の超音波入射点を中心とし、前記ハーフパスを半径とする複数の円の交点座標を計算し、
計算された交点座標のうち最も多い前記移動方向の座標を検出する。
【発明の効果】
【００２３】
上記本発明によれば、ガイドレールが対象物の移動方向に沿って延びる検出面と、検出面から所定深さに位置決めされた超音波反射源とを有する。また、複数の超音波素子が対象物に固定され、検出面に接触して移動可能に構成されている。
従って、複数の超音波素子が対象物に固定されているので、対象物の移動を複数の超音波素子の移動に変換する位置変換装置（例えば歯車列）が不要であり、この位置変換装置による誤差を無くすことができる。
【００２４】
また、本発明によれば、複数の超音波素子による垂直探傷により超音波反射源からの反射エコーをそれぞれ受信し、反射エコーの複数のハーフパスから対象物の位置を演算する演算装置を備える。
従って、演算装置は、複数の超音波素子を順に駆動して反射エコーをそれぞれ受信するので、演算負荷を低減して演算時間を短縮することができる。
【００２５】
さらに、本発明によれば、複数の反射エコーの開口合成を適用できるので、超音波を用いて対象物の位置を高い精度で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明による第１実施形態の超音波エンコーダの全体構成図である。
【図２】図１の主要部を示す図である。
【図３】本発明の原理図であり、図２の部分拡大図である。
【図４】反射エコーの一例を示す図である。
【図５】エレメント位置とハーフパスとの関係を示す図である。
【図６】開口合成の説明図である。
【図７】本発明による第２実施形態の超音波エンコーダの全体構成図である。
【図８】本発明による位置検出方法の全体フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００２８】
図１は、本発明による第１実施形態の超音波エンコーダ１０の全体構成図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
本発明の超音波エンコーダ１０は、超音波を用いて対象物Ｗの位置を検出する位置検出エンコーダである。
【００２９】
図１において、本発明の超音波エンコーダ１０は、ガイドレール１２、複数の超音波素子１４、及び演算装置１６を備える。
【００３０】
ガイドレール１２は、対象物Ｗの移動方向Ａに沿って延びる検出面１２ａと、検出面１２ａから所定深さに位置決めされた超音波反射源１３とを有する。
【００３１】
対象物Ｗは、例えばワーク（図示せず）の溶接部を超音波検査するための超音波装置である。なお、対象物Ｗは、超音波装置に限定されず、その他の検査機器であってもよい。
【００３２】
図１において、ガイドレール１２は、対象物Ｗの移動方向Ａに直線状に延びる直線部材である。なお、ガイドレール１２は直線部材に限定されず、移動方向Ａに円弧状に延びる円弧部材であってもよい。
【００３３】
図１において、ガイドレール１２の断面形状は、矩形であり、図１（Ａ）で上下に検出面１２ａと底面１２ｂを有する。検出面１２ａと底面１２ｂは、この例では互いに平行に構成されている。
以下、対象物Ｗの移動方向ＡをＸ軸、図１（Ａ）においてＸ軸に直交する厚さ方向をＹ軸とする。
【００３４】
この例において、複数の超音波反射源１３は、対象物Ｗの移動方向Ａに第１間隔Ｌ１を隔てて位置決めされている。
また、本発明の超音波反射源１３は複数に限定されず、単一であってもよい。
【００３５】
超音波反射源１３は、この例では円形貫通孔であるが、本発明はこれに限定されず、超音波を反射できる限りで、他の形態、例えば異なる素材であってもよい。また、超音波反射源１３の直径は、例えば２〜３ｍｍであるが、超音波を反射できる限りで、２ｍｍ以下であってもよい。
【００３６】
この例において、複数の超音波反射源１３は、移動方向Ａに直交する平面内において、検出面１２ａに平行に延びる線状反射源である。また超音波反射源１３は、検出面１２ａと底面１２ｂの中間に設けられている。
ガイドレール１２は、予め設定された移動方向Ａの原点Ｏを有し、各超音波反射源１３の原点Ｏからの位置（Ｘ座標）は、予め正確に設定されている。
【００３７】
複数の超音波素子１４は、対象物Ｗに固定され検出面１２ａに接触して移動可能に構成されている。超音波素子１４は、少なくとも２以上であればよい。
【００３８】
この例において、複数の超音波素子１４を有する超音波アレイ素子１５を備える。
超音波アレイ素子１５は、対象物Ｗに固定されガイドレール１２の検出面１２ａに接触して移動可能に構成されている。
【００３９】
この例において、本発明の超音波エンコーダ１０は、さらに検出ホルダ１８を備える。検出ホルダ１８は、対象物Ｗに固定され、かつ超音波アレイ素子１５を保持し、ガイドレール１２に沿って移動方向Ａに移動可能に構成されている。
【００４０】
この例において、検出ホルダ１８は、ガイドレール１２の外面と嵌合する案内面１８ａを有し、ガイドレール１２の外面に沿って対象物Ｗ及び超音波アレイ素子１５を案内する。
また、検出ホルダ１８は、予め設定された移動方向Ａの基準位置Ｇを有し、この基準位置Ｇに対し、対象物Ｗ及び超音波アレイ素子１５が予め正確に位置決めされている。
【００４１】
演算装置１６は、例えばコンピュータ（ＰＣ）であり、複数の超音波素子１４による垂直探傷により超音波反射源１３からの反射エコーをそれぞれ受信し、反射エコーの複数のハーフパスＺから対象物Ｗの位置を演算する。
【００４２】
図２は、図１の主要部を示す図である。
この図において、複数の超音波素子１４（以下、エレメント１４と呼ぶ）は、移動方向Ａに沿って第１間隔Ｌ１を超える第２距離Ｌ２の範囲に配置され、かつ第１間隔Ｌ１より１桁以上小さいピッチＰを互いに隔てている。
この構成により、第２距離Ｌ２＞第１間隔Ｌ１であることから、複数のエレメント１４のうち、少なくとも１つのエレメント１４が、超音波反射源１３の１つに最も近く位置する。
【００４３】
図３は、本発明の原理図であり、図２の部分拡大図である。
この図において、ガイドレール１２の厚さＴ（例えば１０ｍｍ）と超音波反射源１３の検出面１２ａからの距離ｙ１（例えば６ｍｍ）は既知である。
以下、説明の都合上、この図で７つのエレメント１４を、左から順にａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇとする。
【００４４】
演算装置１６は、超音波アレイ素子１５を構成する複数のエレメント１４による垂直探傷により超音波反射源１３からの反射エコーをそれぞれ受信する。
垂直探傷とは、検出面１２ａに対して垂直に超音波を入射して探傷を行う方法である。垂直探傷により、ガイドレール１２の検出面１２ａから入射した超音波は、厚さ方向に拡がりながら伝播し、超音波反射源１３及びガイドレール１２の底面１２ｂで反射して、反射エコーとして同じエレメント１４により検出される。
【００４５】
図４は、反射エコーの一例を示す図である。この図において、横軸はハーフパスＺ、縦軸は反射エコーの強度である。
「ハーフパス」とは、超音波の入射から反射エコーを取得するまでの取得時間を音速で計算した伝播距離を表す。すなわち、ハーフパスＺは、超音波の入射点から超音波の反射点までの往復時間（取得時間）から反射を考慮して入射点から反射点までの距離を求めたものである。
この場合、反射点は、超音波反射源１３及びガイドレール１２の底面１２ｂである。
【００４６】
図４において、ガイドレール１２の厚さＴと超音波反射源１３の検出面１２ａからの深さｙ１が既知であることから、超音波反射源１３からの反射エコーは、ハーフパスＺが超音波反射源１３の深さ近傍にあることがわかる。この例で、ハーフパスＺは、例えば５〜７ｍｍの範囲にあるといえる。
従って、この範囲において、反射エコーの強度が最大となる位置（矢印Ｂで示す）のハーフパスＺが、エレメント１４と超音波反射源１３との距離に相当する。
【００４７】
図３にエレメントａ，ｂ，ｃで検出された超音波反射源１３のハーフパスＺをそれぞれ破線の両矢印ａ’，ｂ’，ｃ’で示す。
この図では、エレメントｂが左側の超音波反射源１３に最も近接しており、その次にエレメントａ，ｃが近くに位置する。
複数のエレメント１４（この例ではエレメントａ，ｂ，ｃ）による垂直探傷により、エレメントａ，ｂ，ｃから超音波反射源１３までのハーフパスａ’，ｂ’，ｃ’（すなわち距離）をそれぞれ算出することができる。
【００４８】
従って、検出ホルダ１８に保持された超音波アレイ素子１５を、ガイドレール１２に設けられた原点ＯからＸ方向に移動させて、複数の超音波反射源１３を順に検出することにより、超音波アレイ素子１５がどの超音波反射源１３を現在検出しているのかがわかる。
【００４９】
また、現在検出している超音波反射源１３に対して、どのエレメント１４が最も近接しているかをハーフパスＺの大きさから検出することができる。従って、本発明の演算装置１６により、第１間隔Ｌ１より１桁以上小さい精度（ピッチＰ）で、超音波アレイ素子１５の位置（すなわち対象物Ｗ）を検出することができる。
【００５０】
エレメント１４が２つである場合、それぞれのハーフパスＺ１，Ｚ２を半径とする２つの円は、数１の式（１）（２）で表すことができる。ここで、２つのエレメント１４の位置を（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２）とする。また、Ｘ，Ｙは２つの円上の点である。
２つの円の中心と２つのエレメント１４のＹ座標は同じであり、これを０（基準）とすると、２つの円の交点のＸ座標は、式（３）で表すことができる。
従って、２つのエレメント１４のＸ座標と、ハーフパスＺ１，Ｚ２から、式（３）により、エレメント１４に対する超音波反射源１３のＸ座標を求めることができる。
【００５１】
【数１】
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【００５２】
なお、式（１）〜（３）は、ガイドレール１２の検出面１２ａが平面の場合であるが、その他の場合も、円の交点として、エレメント１４に対する超音波反射源１３のＸ座標を求めることができる。
【００５３】
図５は、エレメント位置とハーフパスＺとの関係を示す図である。この図において、横軸は超音波アレイ素子１５を構成するエレメント１４の位置であり、縦軸はハーフパスＺである。また、図中の白丸（○）は、各エレメント１４のハーフパスＺを示している。
【００５４】
この例において、超音波アレイ素子１５は、３２個のエレメント１４を有し、各エレメント１４は、移動方向Ａに沿って第１間隔Ｌ１を超える第２距離Ｌ２（＝１２．４ｍｍ）の範囲に配置されている。また各エレメント１４は、第１間隔Ｌ１より１桁以上小さいピッチＰ（＝０．４ｍｍ）を互いに隔てている。
また、この例では、移動方向Ａにおいて、超音波反射源１３の１つとエレメント位置６ｍｍのエレメント１４が一致している。
【００５５】
図６は、開口合成の説明図である。上述したように、図５に示すハーフパスＺは、各エレメントから超音波反射源１３までの距離に相当する。
【００５６】
本発明の演算装置１６は、受信した複数の反射エコーの開口合成によりガイドレール１２に対する超音波アレイ素子１５（すなわち対象物Ｗ）の位置を演算する。
すなわち、図６に示すように、各エレメント１４のハーフパスＺを半径とする複数の円の交点座標を計算し、計算された交点座標のうち最も多い移動方向Ａの座標（図中に白丸（○）で示す）を検出することで、超音波アレイ素子１５の位置を演算することができる。
【００５７】
図７は、本発明による第２実施形態の超音波エンコーダ１０の全体構成図である。
この例において、ガイドレール１２は、中空円筒形であり、中空管１の外周面１ａに同軸かつ着脱可能に固定されている。すなわちガイドレール１２は、移動方向Ａ（中空管１の周方向）に円弧状に延びる円弧部材である。
複数の超音波反射源１３は、移動方向Ａに直交する平面内（半径方向の平面内）において、検出面１２ａに平行に延びる線状反射源である。
【００５８】
この例において、対象物Ｗは、フェーズドアレイ探触子であり、検出ホルダ１８に固定され、中空管１の表面近傍に存在する溶接部を超音波探傷検査するようになっている。
また、超音波アレイ素子１５は、検出ホルダ１８を介して対象物Ｗ（フェーズドアレイ探触子）に固定され、ガイドレール１２の検出面１２ａに接触して移動可能に構成されている。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００５９】
この例において、超音波アレイ素子１５と対象物Ｗ（フェーズドアレイ探触子）は、同一のフェーズドアレイ探触子を分岐させたものである。また、超音波アレイ素子１５の制御ケーブル１９ａと、対象物Ｗの制御ケーブル１９ｂとは、単一の制御ケーブル１９を途中から分岐させたものである。
【００６０】
この構成により、単一の制御ケーブル１９を同一の演算装置１６に接続して、フェーズドアレイ探触子により、中空管１の表面近傍に存在する溶接部を超音波探傷検査すると同時に、その検査箇所（この例では周方向位置）を、本発明の超音波エンコーダ１０により検出することができる。
従って、フェーズドアレイ探触子による検査と同時に超音波エンコーダ１０により位置情報を取得し、検査結果と位置情報を１対１に対応させることができる。
【００６１】
図８は、本発明による位置検出方法の全体フロー図である。
この図において、本発明の位置検出方法は、Ｓ１〜Ｓ３の各ステップ（工程）からなる。
ステップＳ１において、複数の超音波素子１４（エレメント１４）をガイドレール１２の検出面１２ａに接触させて位置決めする。
ステップＳ２において、複数のエレメント１４による垂直探傷により超音波反射源１３からの反射エコーをそれぞれ受信する。
ステップＳ３において、複数の反射エコーの複数のハーフパスＺから対象物Ｗの位置を演算する。
【００６２】
ステップＳ３では、複数のエレメント１４を有する超音波アレイ素子１５を準備し、複数の反射エコーの開口合成により対象物Ｗの位置を演算する、ことが好ましい。
【００６３】
すなわち、図８において、ステップＳ３は、Ｔ１〜Ｔ３の各ステップ（工程）からなる。
ステップＴ１において、反射エコーから各エレメント１４の複数のハーフパスＺを検出する。
ステップＴ２において、各エレメント１４の超音波入射点を中心とし、ハーフパスＺを半径とする複数の円の交点座標を計算する。
ステップＴ３において、計算された交点座標のうち最も多い移動方向Ａの座標を検出する。
【００６４】
上述した本発明によれば、ガイドレール１２が対象物Ｗの移動方向Ａに沿って延びる検出面１２ａと、検出面１２ａから所定深さに位置決めされた超音波反射源１３とを有する。また、複数の超音波素子１４が対象物Ｗに固定され、検出面１２ａに接触して移動可能に構成されている。
従って、複数の超音波素子１４が対象物Ｗに固定されているので、対象物Ｗの移動を複数の超音波素子１４の移動に変換する位置変換装置（例えば歯車列）が不要であり、この位置変換装置による誤差を無くすことができる。
【００６５】
また、本発明によれば、複数の超音波素子１４による垂直探傷により超音波反射源１３からの反射エコーをそれぞれ受信し、反射エコーの複数のハーフパスＺから対象物Ｗの位置を演算する演算装置１６を備える。
従って、演算装置１６は、複数の超音波素子１４を順に駆動して反射エコーをそれぞれ受信するので、演算負荷を低減して演算時間を短縮することができる。
【００６６】
さらに、本発明によれば、複数の反射エコーの開口合成を適用できるので、超音波を用いて対象物Ｗの位置を高い精度で検出することができる。
【００６７】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。
【符号の説明】
【００６８】
Ａ  移動方向、Ｌ１  第１間隔、Ｌ２  第２距離、Ｏ  原点、Ｐ  ピッチ、
Ｗ  対象物、ｙ１  深さ、Ｚ，Ｚ１，Ｚ２  ハーフパス、
１０  超音波エンコーダ、１２  ガイドレール、１２ａ  検出面、
１２ｂ  底面、１３  超音波反射源（線状反射源）、
１４  超音波素子（エレメント）、１５  超音波アレイ素子、
１６  演算装置（コンピュータ）、１８  検出ホルダ、１８ａ  案内面、
１９，１９ａ，１９ｂ  制御ケーブル
【図１】
2018059867.tif 000004
【図２】
2018059867.tif 000005
【図３】
2018059867.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年10月19日(2017.10.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を用いて対象物の位置を検出する超音波エンコーダであって、
前記対象物の移動方向に沿って延びる検出面と、該検出面から所定深さに位置決めされた超音波反射源とを有するガイドレールと、
前記対象物に固定され前記検出面に接触して移動可能な複数の超音波素子と、
複数の前記超音波素子による垂直探傷により前記超音波反射源からの反射エコーをそれぞれ受信し、前記反射エコーの複数のハーフパスから前記対象物の位置を演算する演算装置と、を備え、
複数の前記超音波反射源が、前記移動方向に第１間隔を隔てて位置決めされており、
複数の前記超音波素子は、前記移動方向に沿って前記第１間隔を超える第２距離の範囲に配置され、かつ前記第１間隔より１桁以上小さいピッチを互いに隔てている、超音波エンコーダ。
【請求項２】
複数の前記超音波素子を有する超音波アレイ素子を備え、
複数の前記反射エコーの開口合成により前記対象物の位置を演算する、請求項１に記載の超音波エンコーダ。
【請求項３】
前記対象物に固定され、前記超音波アレイ素子を保持し、前記ガイドレールに沿って移動可能な検出ホルダを備える、請求項２に記載の超音波エンコーダ。
【請求項４】
複数の前記超音波反射源は、前記移動方向に直交する平面内において、前記検出面に平行に延びる線状反射源である、請求項１に記載の超音波エンコーダ。
【請求項５】
前記ガイドレールは、前記移動方向に直線状に延びる直線部材である、請求項１に記載の超音波エンコーダ。
【請求項６】
前記ガイドレールは、前記移動方向に円弧状に延びる円弧部材である、請求項１に記載の超音波エンコーダ。
【請求項７】
請求項１に記載の超音波エンコーダを用い、前記対象物の位置を検出する位置検出方法であって、
（Ａ）複数の前記超音波素子を前記ガイドレールの前記検出面に接触させて位置決めし、
（Ｂ）複数の前記超音波素子による垂直探傷により前記超音波反射源からの反射エコーをそれぞれ受信し、
（Ｃ）前記反射エコーから各超音波素子の複数の前記ハーフパスを検出し、
各超音波素子の超音波入射点を中心とし、前記ハーフパスを半径とする複数の円の交点座標を計算し、
計算された交点座標のうち最も多い前記移動方向の座標を検出して前記対象物の位置を演算する、位置検出方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明によれば、超音波を用いて対象物の位置を検出する超音波エンコーダであって、
前記対象物の移動方向に沿って延びる検出面と、該検出面から所定深さに位置決めされた超音波反射源とを有するガイドレールと、
前記対象物に固定され前記検出面に接触して移動可能な複数の超音波素子と、
複数の前記超音波素子による垂直探傷により前記超音波反射源からの反射エコーをそれぞれ受信し、前記反射エコーの複数のハーフパスから前記対象物の位置を演算する演算装置と、を備え、
複数の前記超音波反射源が、前記移動方向に第１間隔を隔てて位置決めされており、
複数の前記超音波素子は、前記移動方向に沿って前記第１間隔を超える第２距離の範囲に配置され、かつ前記第１間隔より１桁以上小さいピッチを互いに隔てている、超音波エンコーダが提供される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
また本発明によれば、上述した超音波エンコーダを用い、前記対象物の位置を検出する位置検出方法であって、
（Ａ）複数の前記超音波素子を前記ガイドレールの前記検出面に接触させて位置決めし、
（Ｂ）複数の前記超音波素子による垂直探傷により前記超音波反射源からの反射エコーをそれぞれ受信し、
（Ｃ）前記反射エコーから各超音波素子の複数の前記ハーフパスを検出し、
各超音波素子の超音波入射点を中心とし、前記ハーフパスを半径とする複数の円の交点座標を計算し、
計算された交点座標のうち最も多い前記移動方向の座標を検出して前記対象物の位置を演算する、位置検出方法が提供される。