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Die
Erfindung bezieht sich auf eine induktive Sensoranordnung zum Erfassen
eines in einem umgebenden Medium vergrabenen eisenhaltigen Objekts,
die ein Feldspulenpaar zum Erzeugen eines in das Medium eindringenden
magnetischen Wechselflussfeldes und eine Erfassungsspule zum Erfassen von
Magnetflussfeld-Störungen,
die gegebenenfalls durch das eisenhaltige Objekt hervorgerufen werden, umfasst.
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Die
Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren und auf seine Anwendung
in einem handgehaltenen Maschinenwerkzeug zum Erfassen eines in einem
umgebenden Medium verborgenen eisenhaltigen Objekts durch die Verwendung
der induktiven Sensoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Metalldetektoren
arbeiten gewöhnlich,
indem die Änderung
eines gewählten
Parameters gemessen wird, wenn eine Bedienperson mit einem Erfassungskopf
eine interessierende Oberfläche
eines Mediums überstreicht,
in dem ein störendes
Metallteil verborgen sein könnte.
Der Parameter könnte
die Kapazität,
die Induktivität
oder ein anderer physikalischer Parameter sein, der eine Unterscheidung
eines Materials von einem anderen ermöglicht.
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Diese
Forderung kann außerdem
bestehen, um Verstärkungsstäbe (die
im Folgenden als V-Stäbe bezeichnet
werden), die gewöhnlich
eisenhaltige Materialien enthalten, zu finden, die in Medien wie
Beton, Mauerziegeln, Putz und dergleichen eingebettet sind. Es gibt
handelsübliche
Detektoren, die diese Forderung erfüllen können, genaue Detektoren müssen jedoch
die Oberfläche
des Mediums, z. B. des Betons, überstreichen.
Durch eine derartige "Überstreichbewegung" ist der Detektor
in der Lage, aus dem empfangenen Antwortsignal die Position und
die (Längen-)
Richtung des verborgenen Objekts, z. B. des V-Stabs zu bestimmen.
Der Metallerstreckungsbereich kann entweder automatisch, wobei ein
verhältnismäßig kompliziertes
System erforderlich ist, oder manuell bestimmt werden. Bei einer
manuellen Bestimmung ist es übliche
Praxis, auf der Oberfläche des
Mediums die Überdeckung
und die Richtung des V-Stabs manuell zu markieren. Es erübrigt sich
zu erwähnen,
dass dieses manuelle Abtasten und Bestimmen nicht nur zeitaufwändig ist,
sondern außerdem bestimmte
Erfahrungen und Kenntnisse des Benutzers oder der Bedienperson erfordert.
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Das
Patent US-5.729.143, das gegenwärtig als
der nächste
Stand der Technik betrachtet wird, beschreibt einen Metalldetektor,
der eine Empfangsspule und eine Sendespule enthält, die mit parallelen überlappenden
Windungsebenen angeordnet und in einer induktiven Brücke verbunden
sind. Dies ist ein typisches Beispiel eines Metalldetektors, der
spezielle Erfahrungen und Kenntnisse der Bedienperson zum Interpretieren
der Signalantwort erfordert. Das Patent
DE 196 48 833 A1 beschreibt
eine Vorrichtung zum Erfassen und Identifizieren im Erdboden verborgener
Objekte wie Kunststoffminen. Die Vorrichtung umfasst zwei nebeneinander
angeordnete Sensorspulen, die bei unterschiedlichen Erregungsfrequenzen
betrieben werden. In Abhängigkeit
von verschiedenen physikalischen Eigenschaften des verborgenen Objekts
wie die elektrische Leitfähigkeit,
Permeabilität
usw. wird die Impedanz einer Empfängerspule, die in einer überlappenden
Konfiguration der beiden Sensorspulen angeordnet ist, in Abhängigkeit von
den jeweiligen Materialeigenschaften unterschiedlich modifiziert.
Das Abtasten eines bestimmten Bodenbereichs und die Interpretation
der Empfangssignale erfordern ebenfalls Erfahrungen und Fertigkeiten.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine induktive Sensoranordnung
und ein Verfahren zum Erfassen von metallischen Objekten wie V-Stäben, die
in einem Medium verborgen sind, zu schaffen.
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Es
ist im Einzelnen eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine induktive
Sensoranordnung zu offenbaren und ein Verfahren zu schaffen, um
metallische Objekte, die in einem umgebenden Medium verborgen sind,
durch eine einzige Positionsmessung oder eine Folge von Messungen,
jedoch in der einen einzigen Position eines Sensorkopfs zu erfassen,
um die Position und gegebenenfalls die Überdeckung eine entsprechenden
metallischen Objekts in Bezug auf die Messposition zu bewerten.
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Als
eine weitere Aufgabe sollte außerdem die
Bestimmung der Tiefe des Metallobjekts von der Oberfläche des
Mediums möglich
sein.
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Eine
induktive Sensoranordnung mit den oben definierten allgemeinen Merkmalen
ist in Übereinstimmung
mit der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass zwei Feldspulen des
Feldspulenpaars in einem definierten gegenseitigen Abstand benachbart
zueinander mit nicht überlappenden
Wicklungsebenen positioniert und im Wesentlichen in derselben geometrischen
Ebene angeordnet sind und ein Paar Erfassungsspulen vorgesehen ist,
wovon eine Spule in einer jeweiligen Feldspule in einer Orientierung
zu der Achse der jeweiligen Feldspule montiert ist, derart, dass
in den Erfassungsspulen in einer Umgebung, die frei von einem eisenhaltigen
Objekt oder Material ist, im Wesentlichen keine Spannung induziert
wird. Die Achsen der Erfassungsspulen sind in Bezug auf die Achse
der jeweiligen Zugewiesenen der Feldspulen senkrecht angeordnet.
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Weitere
vorteilhafte Einzelheiten und Verbesserungen der auf diese Weise
definierten Erfindung sind Gegenstand entsprechender abhängiger Ansprüche.
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Ein
Verfahren zum Erfassen eines in einem umgebenden Medium verborgenen
eisenhaltigen Objekts unter Verwendung der induktiven Sensoranordnung
gemäß der Erfindung
oder irgendeiner vorteilhaften Ausführungsform hiervon ist gekennzeichnet
durch Erregen des Feldspulenpaars mit definierten gleichen Stromrampen,
die sequentiell an die zwei Feldspulen eines Feldspulenpaars geliefert
werden, um so einen in das Medium eindringenden sich ändernden
magnetischen Fluss zu erzeugen, wobei sich aus den verschiedenen
physikalischen Positionen wenigstens zwei Magnetfeldmuster ergeben, Sammeln
von vier verschiedenen Ausgangsspannungen von den zwei Erfassungsspulen
eines Erfassungsspulenpaars, d. h.
- – eine erste
Ausgangsspannung von der ersten Erfassungsspule und eine zweite
Ausgangsspannung von der anderen Erfassungsspule des Erfassungsspulenpaars,
während
die erste Feldspule, die der ersten Erfassungsspule zugewiesen ist,
durch eine Erste der definierten Stromrampen erregt wird,
- – eine
dritte Ausgangsspannung von der anderen Erfassungsspule und eine
vierte Ausgangsspannung von der ersten Erfassungsspule des Erfassungsspulenpaars,
während
die andere Feldspule, die der anderen Erfassungsspule zugewiesen ist,
durch eine Nachfolgende der definierten Stromrampen erregt wird,
und
Gewinnen eines Vorhanden/Nichtvorhanden-Kriteriums
für ein
eisenhaltiges Objekt durch algorithmisches Verarbeiten der vier
Spannungen.
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Vorteilhafte
Modifikationen und Ausführungsformen
des auf diese Weise definierten Messverfahrens gemäß der Erfindung
sind Gegenstand weiterer abhängiger
Ansprüche,
insbesondere der Ansprüche
6 bis 8.
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Die
Schritte der algorithmischen Verarbeitung werden vorzugsweise sequentiell
in Bezug auf eine Menge aus einem jeweiligen Spannungswert der vier
Ausgangsspannungen, die durch das Erfassungsspulenpaar erfasst werden,
während
eines Erregungsstromrampen-Zyklus, der an das Feldspulenpaar geliefert
wird, ausgeführt.
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Mit
der Erfindung wird es möglich,
ein metallisches Objekt, insbesondere einen V-Stab aus einer Einzelpunktmessung
genau zu lokalisieren. Demzufolge sind ein Sensorkopf und eine Messeinheit
gemäß der Erfindung
einfach zu verwenden, zuverlässig
und ermöglichen
auf Grund der Forderung einer Einzelpunktmessung eine Funktion in
beschränkten Räumen.
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Die
Erfindung und ihre vorteilhaften Ausführungsformen werden unter Bezugnahme
auf die beigefügte
Zeichnung genauer beschrieben, worin:
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1 eine
grundlegende mechanische Konfiguration einer induktiven Sensoranordnung
mit einer horizontalen Projektionsansicht im oberen Teil und einer
Schnittansicht im unteren Teil veranschaulicht;
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2 eine
schematische Darstellung einer typischen Stromrampenfolge zum Erregen
der beiden Feldspulen ist;
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3 die
Ausgangsspannung der Erfassungsspule 2A während einer
Stromrampenerregung der zugewiesenen Feldspule 1A zeigt,
wenn ein metallisches Objekt, z. B. ein V-Stab überquert wird;
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4 die
Antwort an der Erfassungsspule 2B zeigt, wenn eine Störung des
Magnetfelds infolge des metallischen Objekts während einer Stromrampenerregung
der Feldspule 1V vorhanden ist, wenn z. B. ein V-Stab überquert
wird;
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5 zeigt
die Ausgangsspannung der anderen Erfassungsspule 2B, wenn
die zugewiesene Feldspule 1B durch eine nachfolgende Stromrampe erregt
und ein metallisches Objekt überquert
wird;
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6 die
Antwort an der Erfassungsspule 2A während einer Stromrampenerregung
der Feldspule 1B und während
einer Störung
des Magnet felds durch das Vorhandensein eines metallischen Objekts
veranschaulicht, wenn z. B. ein V-Stab überquert wird;
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7 eine
kombinierte Kurvendarstellung der beiden Signalpaare ist, die in
der Erfassungsspule 2A, 2B während einer bestimmten Folge
von aufeinander folgenden Stromrampenerregungs-Zyklen induziert
werden, für
die die einzelnen Signalantworten in den 3 bis 6 dargestellt
sind;
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8 eine
weitere Signaldarstellung ist, um einen einfachen vorteilhaften
Erfassungsalgorithmus zu erläutern,
wobei als ein erster Schritt die beiden Spannungskurven der 3 und 5 überlagert werden,
um die so genannte "Add-Kurve" zu bilden;
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9 eine überlagerte
Darstellung der beiden "Hump-Kurven" von 4 und 6 ist
mit einer zusätzlichen
Veranschaulichung einer "Treshold-Kurve", die später erläutert wird;
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10 eine überlagerte
kombinierte Darstellung der in den 8 und 9 gezeigten
Kurven veranschaulicht;
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11 eine
extrahierte vereinfachte Darstellung von 10 ist,
die die Add-Kurve
von 8 und die Treshold-Kurve, die später erläutert wird,
zeigt;
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12 der
Darstellung von 3 entspricht und die Abhängigkeit
des Erfassungsspulen-Antwortsignals von der Tiefe eines verborgenen
metallischen Objekts veranschaulicht;
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13 der
Kurve von 5 entspricht und wiederum die
Tiefenabhängigkeit
des Antwortsignals zeigt;
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14 einen
Ablaufplan einer Messroutine zeigt;
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15 eine überlagerte
Darstellung der Kurven von 12 und 13 ist;
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16 dem
unteren Teil von 1 entspricht, wobei jedoch die
Erfassungsspulen 2A, 2B so verschoben sind, dass
ihre magnetischen Achsen aus später
beschriebenen Gründen
geneigt sind;
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17 eine
Draufsicht und eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen induktiven
Sensorkopfes ist, der zwei zueinander senkrecht angeordnete Feldspulenpaare
bzw. Erfassungsspulenpaare umfasst; und
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18 die
grundlegende induktive Sensoranordnung von 1 zeigt,
die in Kombination mit einer handgehaltenen Werkzeugmaschine, z.
B. einem Bohrhammer angewendet ist.
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In
der gesamten Zeichnung werden gleiche Bezugszeichen für Elemente
und Teile mit entsprechender Konstruktion oder Funktion verwendet.
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Zunächst wird
eine vollständige
induktive Sensorspulenanordnung unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Sie enthält
zwei identische Spulenanordnungen A bzw. B, die in einem definierten Mittenabstand
angeordnet sind, der typischerweise 30 bis 70 mm beträgt, jedoch
in keiner Weise einschränkend
ist. Eine Spulenanordnung A, B enthält eine Feldspule 1A, 1B bzw.
eine Erfassungsspule 2A, 2B. Um die äußeren Abmessungen
der beiden Spulenanordnungen A, B zu begrenzen, können die Querschnittformen,
d. h. die Wicklungsebenen der Feldspulen 1A, 1B oval
sein, wie in 1 gezeigt ist. Die Feldspulen 1A, 1B werden
mit zeitlich sequentiellen Stromrampen angesteuert, so dass ein
sich ständig ändernder
Magnetfluss erzeugt wird. Die Feldspule 1A wird angesteuert,
während
die Feldspule 1B in einem passiven Zustand ist, anschließend wird
die Feldspule 1B angesteuert, während die Feldspule 1A in
dem passiven Zustand ist. Dies erregt ein metallisches Objekt wie
einen V-Stab R bei dessen Vorhandensein mit zwei Magnetfeldmustern, die
von verschiedenen physikalischen Positionen ausgehen, trotz der
Tatsache, dass die vollständige Spulenanordnung
unbeweglich in einer Messposition gehalten wird. Die Erfassungspulen 2A bzw. 2B sind im
Inneren angebracht und sind in Bezug auf ihre Achsen senkrecht zu
den Feldspulen 1A, 1B dargestellt, so dass in
einer nichtmagnetischen Umgebung in den Erfassungsspulen 2A, 2B keine
induzierte Spannung entwickelt wird. Wenn ein V-Stab R in die Nähe der Spulenanordnung
gebracht wird und in deren Nähe
erfasst wird, wird das Gleichgewicht des Magnetfelds gestört und die
Erfassungsspulen 2A, 2B erzeugen kennzeichnende
Ausgangssignale.
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Für Zwecke
der Erläuterung
ist es einfacher, die Spannung am Ausgang jeder der Erfassungsspulen 2A, 2B zu
veranschaulichen, wenn der V-Stab R über der Oberseite der vollständigen Spulenanordnung überquert
wird. Die Kurven der Antwortspannung, die im Folgenden unter Bezugnahme
auf die 3 bis 6 erläutert werden,
sind die gemessenen Signale, wenn sich ein einzelner V-Stab über die induktive
Sensoranordnung bewegt.
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Es
ist ein wesentliches Element der Erfindung, dass durch Analysieren
der gemessenen Signalantworten eine eindeutige Spannungsmenge für jede endliche
kleine Bewegung oder Positionsverschiebung des V-Stabs empfangen
wird. Durch Überlagerung
der Signalantworten wird es möglich,
die Lage des V-Stabs vorherzusagen, indem die eindeutigen Spannungsmengen,
im Einzelnen vier Spannungsmengen gemessen werden, wie später genauer
erläutert
wird.
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Die
oben beschriebene Spulenkonfiguration funktioniert für alle V-Stab-Winkel
im Bereich von etwa ±60° zur vertikalen
Richtung.
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Die
folgenden vier Ausgangsspannungen, die in den 4 bis 6 dargestellt
sind, wurden gleichzeitig gesammelt, wenn der V-Stab R abgetastet
oder von links nach rechts über
die Sensoranordnung von 1 verschoben wurde. Die horizontale X-Achse
der Kurven entspricht fünf
Messwerten pro 1 mm Bewegung des V-Stabs R. Die vier Sensorausgangssignale
wurden erhalten, indem jede der Feldspulen 1A, 1B sequentiell
angesteuert wurde. Diese Ansteuerung erfolgte typischerweise mit
einer Zeitdauer des jeweiligen Ansteuerzyklus und mit Stromamplituden,
wie in 2 gezeigt ist, die jedoch in keiner Weise eine
Einschränkung
darstellen.
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Die
Darstellung von 3 zeigt die Ausgangsspannung
der Erfassungsspule 2A, die ansteigt, wenn sich der V-Stab
R der Erfassungsspule 1A nähert. Wenn sich der V-Stab
R über
die Oberseite der Erfassungsspule 2A bewegt, fällt der
Signalverlauf und geht durch null. Wenn sich der V-Stab R entfernt,
fällt die
Spannung weiter. Dies wird als im Folgenden als die "S-Kurven"-Antwort (Kurve a)
bezeichnet und ihre Höhe
und Breite sind Funktionen der Größe des V-Stabs und des Abstands
von der Sensoranordnung, wie später
erläutert
wird. 5 zeigt die S-Kurven-Antwort von der Erfassungsspule 2B,
wenn die Feldspule 2B erregt ist. Diese S-Kurve (Kurve
b) verläuft
umgekehrt, da sich der V-Stab R der Erfassungsspule 2B von
der Mitte der Sensoranordnung, d. h. in der entgegengesetzten magnetischen
Richtung nähert.
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Die 4 bzw.
die 6 zeigen die Antwort an den Erfassungsspulen 2A, 2B,
während
die jeweilige gegenüberliegende
Feldspule 1B bzw. 1A angesteuert wird. Diese Ausgangsspannungen
ergeben sich in Reaktion auf eine Störung des magnetischen Felds
beim Vorhandensein eines V-Stabs R. Wie bei den S-Kurven a und b von 3 und 5 sind
ihre Amplituden abhängig
von der Größe des V-Stabs
R und seinem Abstand von der Sensoranordnung. Diese Ausgangssignale,
die als "Hump-Kurven" (Kurven c und d)
bezeichnet werden, sind für
Positionsinformationen nicht nützlich,
sie können
jedoch verwendet werden, um einen Treshold-Pegel zum Verfolgen der
Amplitude der gewünschten
S-Kurven zu erzeugen, d. h. die Hump-Kurven sind für die Signalverarbeitung
nützlich.
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7 zeigt
die kombinierten graphischen Darstellungen der S-Kurven a, b der 3 und 5 und
die Hump-Kurven c, d der 4 und 6.
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Im
Folgenden und unter Bezugnahme auf die graphischen Darstellungen
der 8 bis 13 wird ein einfacher kostengünstiger
Erfassungsalgorithmus beschrieben, um die Erfassung eines metallischen
Objekts, z. B. eines V-Stabs R anzugeben. Andere Algorithmen, die
analoge oder digitale Signalverarbeitungstechniken verwenden, sind
möglich.
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Der
einfache und leicht zu implementierende Algorithmus, der hier beschrieben
wird, dient zum Finden des metallischen Objekts (V-Stab) in drei Schritten.
Diese sind:
- 1. Addieren der beiden S-Kurven
a, b (3 und 5). Die neue Form oder die Kurve
e wird als "Add-Kurve" bezeichnet. Der
Minimalwert, d. h. der tiefste Punkt der Add-Kurve e ist die Position der
Mitte des V-Stabs (siehe 8).
- 2. Verwenden der stärker
negativen Kurve der Hump-Kurven c, d (4 und 6)
an jedem Abtastwert (siehe 9) und Multiplizieren
des Ergebnisses mit einem bestimmten Gewichtungsfaktor α, wobei α im Bereich –0,5 ≤ α ≤ 0,9 und vorzugsweise
im Bereich von –0,2 ≤ α ≤ 0,5 liegt und
insbesondere α =
0,2. Die neue Form oder Kurve f wird im Folgenden als "Treshold-Kurve" bezeichnet.
- 3. Vergleichen des Pegels der Add-Kurve e mit der Treshold-Kurve
f. Wenn die Add-Kurve e stärker
negativ ist als die Treshold-Kurve f, wird angenommen, dass ein
V-Stab R erfasst wurde.
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10 zeigt
die vier Signale von den Erfassungsspulen 2A, 2B,
wobei die Add-Kurve
e und die Treshold-Kurve f überlagert
sind. Wie in dieser graphischen Darstellung gezeigt ist, befindet
sich der V-Stab R unter der Sensoranordnung, wenn die Add-Kurve
e stärker
negativ ist als die Treshold-Kurve f.
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11 ist
ein Auszug von 10 und zeigt die S-Kurve e und
die Treshold-Kurve
f, wobei insbesondere der Abschnitt hervorgehoben ist, in dem ein V-Stab erfasst wird.
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Wenn
kein V-Stab vorhanden ist oder der V-Stab von der Sensoranordnung
zu weit entfernt ist, wird angenommen, dass die vier Grundsignale
a bis d im Systemrauschen verloren gehen, und deswegen gibt es keine
erfassbare Form.
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Wenn
sich der Abstand zwischen dem V-Stab R und der Sensoranordnung vergrößert, wird die
S-Kurve breiter und hat eine geringere Amplitude. Dies wird bewirkt,
da der Brennpunkt des magnetischen Felds mit größer werdendem Abstand schwächer und
breiter wird. Die graphischen Darstellungen der S-Kurven, die in
den 12 und 13 gezeigt sind,
sind die Antworten für
einen V-Stab R mit einem Durchmesser von 10 mm bei einem Abstand
von 30 mm (Kurven a' und
b') bzw. 70 mm (Kurven
a2' und b2') von der Sensoranordnung.
Wie ersichtlich ist, gelten die breiteren S-Kurven a'' und b'' für den V-Stab
in der Tiefe von 70 mm. Die Amplituden der Signale wurden normiert,
um einen einfacheren Vergleich der Kurven zu ermöglichen.
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In 15 sind
die vier Kurven von 12 und 13 für Vergleiche überlagert.
Diese graphischen Darstellungen von 15 wurden
mit der Spulenanordnung von 1 aufgenommen,
wobei die magnetischen Achsen der Feldspulen 1A, 1B und der
Erfassungsspulen 2A, 2B parallel eingestellt sind,
wobei erkannt werden kann, dass die unteren Abschnitte der S-Kurven
oder der in einer Tiefe von 70 mm liegende V-Stab (Kuren a'', b'') sich nicht überlagern.
Um diese Wirkung minimal zu machen, können die magnetischen Achsen
der Erfassungsspulen 2A, 2B geneigt werden. 16 zeigt,
wie die magnetischen Achsen geneigt werden können, um diese Antwortspreizwirkung
der S-Kurven, die
eine breitere Antwort von tiefer liegenden V-Stäben aufweisen, zu verringern.
Daraus folgt, dass die mechanische Geometrie der Feldspulen 1A, 18 in
Bezug auf die Erfassungsspulen 2A, 2B so eingestellt
werden sollte, dass sich die negativen (unteren) Teile der S-Kurven a,
b überlagern,
wie in 8 gezeigt ist. Diese Prototyp-Anordnung der induktiven
Sensoranordnung gemäß 1 ist
mit bestimmten Entwurfseinschränkungen
der mechanischen Umhüllung
konform, wenn z. B. ein handgehaltenes Werkzeug wie ein Bohrhammer
intern mit einem erfindungsgemäßen induktiven
Sensor versehen werden soll, wie im Folgenden unter Bezugnahme auf 18 gezeigt
und weiter erläutert
wird. Die Baueinheit von 1 ergibt eine gute elektrische
Leistung über
einen angemessenen weiten Bereich von Forderungen der Größe von V-Stäben und
Erfassungstiefen.
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14 ist
ein Ablaufplan einer Messroutine, wenn die Feldspule 1A zuerst
erregt wird mit einer nachfolgenden Erregung der Feldspule 1B während eines
vollständigen
Messzyklus, bei dem sich vier Spannungswerte ergeben, die angegeben
sind als "Variable
Sa", d. h. ein Wert
in der Kurve a von 3, "Variable Hc", die sich auf einen Wert der Hump-Kurve
von 4 bezieht, die durch die Erfassungsspule 2B erzeugt
wird, d. h. einen Wert der Hump-Kurve d (6) sowie
eine Variable "Sb" der S-Kurve b, die durch
die Erfassungsspule 2B geliefert wird. Wie durch einen
Experten erkannt werden kann, um die drei oben erläuterten
Verarbeitungsschritte Verstärkung,
vorübergehendes
Abtasten und Halten auszuführen,
sind eine A/D-Umsetzung und eine Filterung jedes Spannungswerts,
der durch die Erfassungsspulen 2A, 2B entwickelt
wird, erforderlich, bevor der Vergleichsschritt der Add-Kurvenwerte
mit den Treshold-Kurvenwerten
in dem unteren Teil des Ablaufplans von 14 ausgeführt werden
kann, um zu entscheiden, ob sich ein V-Stab R in der Nähe der Sensoranordnung
A, B befindet.
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Um
ein vollständig
rechtwinkliges System zu schaffen, das für V-Stab-Winkel größer als ±60° funktioniert,
muss ein weiteres Paar von Spulenbaueinheiten 1C, 2C bzw. 1D, 2D unter
einem Winkel von 90° zu
der ersten Gruppe 1A, 2A bzw. 1B, 2B hinzugefügt werden.
Eine derartige Anordnung ist in 17 ge zeigt,
die ermöglicht,
dass der induktive Sensor über
eine volle Drehung des V-Stabs
von 360° funktioniert.
In Bezug auf den oben beschriebenen Erfassungsalgorithmus verarbeitet
jedes gegenüberliegende
Paar von Sensorspulen 2A, 2B bzw. 2D, 2C die
zurückgeführten Signale.
Wenn eines von ihnen einen V-Stab erfasst, wird eine Anzeige bereitgestellt.
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18 veranschaulicht
in einer schematischen Draufsicht von unten die Integration des
induktiven Sensors gemäß 1 in
einem handgehaltenen Werkzeug, wie etwa ein Bohrhammer. Die Baueinheit
der induktiven Sensorspule von 1 ist in den
Kopfabschnitt eines Bohrhammers in der Weise integriert, dass die
paarweise angeordneten Feldspulen 1A, 1B mit zugehörigen Sensorspulen 2A bzw. 2B ein
Bohrwerkzeug 3 an zwei Seiten hiervon in gleichem Abstand
umgeben, so dass das Bohrwerkzeug 3 in der Mittelachse
zwischen den beiden Spulengruppen positioniert ist. Prüfungen mit
einem derartigen Bohrhammer, der intern mit einem erfindungsgemäßen induktiven
Sensorkopf versehen ist, zeigten, dass die Bewegung des Werkzeugs
und Temperaturänderungen
des Werkzeugs das Magnetfeld stören.
Dies erschwert die Bestimmung des eisenhaltigen Objekts, d. h. des
V-Stabs. Gemäß einer weiter
verbesserten Ausführungsform
der Erfindung wird der Einfluss des Werkzeugs durch eine metallische
Abschirmung 4 kompensiert oder abgeschirmt, die im Fall
von 18 eine röhrenförmige Patrone ist,
die das Werkzeug 3 umgibt.
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In
einigen Fällen
kann die Patrone 4 die Symmetrie der Spulenanordnung stören. Diese
Störung
kann durch die Verwendung von sehr kleinen metallischen Körpern (nicht
gezeigt), die an den einander zugewandten inneren Oberflächen der
beiden Feldspulen (1A, 1B) befestigt sind, ausgeglichen oder
beseitigt werden.
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Außerdem kann
eine kleine Lichtquelle wie eine LED oder eine Miniaturlampe in
den Werkzeugkopf der handgehaltenen Werkzeugmaschine integriert
sein, wenn die Sicht des Benutzers auf das Werkstück oder
die Oberfläche
eines Untergrunds beeinträchtigt
ist, so dass Oberflächenmarkierungen deutlich
erkannt werden können
und eine genaue Betriebsposition der Werkzeugmaschine möglich wird.