JP4814092B2 - ターゲット物体の経路を記録する装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部にしたがって、特に金属ターゲットの位置を決定するための装置に関している。さらなる局面において、本発明は、請求項１９の前提部にしたがって、特に金属ターゲットの位置を決定するための方法に関している。

従来技術の装置は少なくとも２つの検出装置を有しており、これらはモニタされるべき経路長に沿って配置され、すぐに隣接した検出装置の感度曲線が少なくとも部分的にオーバーラップし、各々の場合の検出装置は少なくとも一つのインダクタンスコイルと少なくとも一つの発振器とを有し、且つ特定の検出装置からのターゲットの距離の関数として距離信号を供給する。従来技術の装置はまた、少なくとも一つの変換装置も有して、これは、検出装置と操作的に接続されて検出装置によって検出された距離信号をアナログ信号に変換し、且つ、少なくとも一つの評価装置も有して、これは、一つ又は複数の変換装置と操作的に接続されて特定の検出装置に戻っていくアナログ信号からターゲットのローカル位置を決定して読み出す。

従来技術の方法において、少なくとも２つの検出装置がモニタされるべき経路に沿って配置され、すぐに隣接した検出装置の感度曲線が少なくとも部分的にオーバーラップし、これらの検出装置はターゲットからの距離の関数として距離信号を供給する。加えて、検出装置によって検出された距離信号は、少なくとも一つの変換装置によってアナログ信号に、特に電流及び／又は電圧信号に変換され、且つ、検出装置に戻っていく様々なアナログ信号からターゲットの位置が決定される。

そのような装置は、自動化と関連して数多くの産業プロセスにて使用されている。自動車技術の分野においてもまた、数多くの適用の可能性がある。例えば、独国特許出願公開第１０２０４４５３号明細書は、アナログの誘導変位ピックアップを記述しており、それによって車両シートと車両ボディとの間の相対変位を決定することが可能になる。測定原理は、高透磁率を有する材料から形成されたテストボディの相対変位の場合には、磁気誘導に対する変化である。これより、磁気結合のために強磁性材料が必要とされ、追跡されるターゲット又は物体の材料に関して、ここで記述されている誘導変位ピックアップの可能性のある使用法に対して限定される。特に、強磁性材料ターゲットはしばしば、機械的に非常に感度がよい。

ターゲットの空間座標の特定の決定に関して、更なる問題は、使用される検出装置又はセンサの検出曲線が、そのセンサに対する物体の限定された範囲内の位置と測定値の明確な関連を、一般的に許容しないことである。代わりに、そのようなセンサ、例えば誘導近接スイッチは、その複数の位置、例えば直線上の対称軸に関してお互いに向き合っている２点に対して、同じ測定値を供給する。

最後に言及した問題を回避するために、傾斜した長手コイルが使用されている。しかし、検出信号がそのときには距離に非常に高く依存するので、非常に限られた経路長しかモニタすることができない。

欧州特許出願公開第１３０６６４９号明細書には、回転又は平行移動の位置を決定するための誘導センサの配置について記述されており、複数の一次又は二次コイルがモニタされる経路に沿って配置されている。ターゲットによるコイルの電磁的な影響が、位置検出の目的に使用される。

独国特許出願公開第１０１３０５７２号明細書は、静電誘導の要素の位置を決定するための誘導変位センサに関する。非常に限られた構造長さ及び高さを正確に測定する誘導変位センサを提供するために、共振回路を形成するように経路長に沿って配置された複数のインダクタンスコイルに、切換えスイッチにより一つの同じコンデンサを接続することが、そこでは提案されている。使用されている測定効果は変圧器効果、すなわち、活性化された特定の共振回路における電磁発振を基礎にした静電誘導の要素における電圧誘導である。

独国特許出願公開第４２１３８６６号明細書は、リニア又は回転運動を高い解像度で決定するための位置センサに関する。ロバストなセンサを、とりわけ高い解像度を許容しながら利用可能にするという問題を解決するために、センサに対して、インダクタンスコイルの特性を分析するサンプル分析を実行する装置が提供されることが提案されている。

独国特許出願公開第１９７３８８３９号明細書は、誘導角度センサに関する。非常に簡単な方法で受信コイルの正弦波信号から回転要素の位置にリンクした線形のセンサ出力信号を生成するために、選択装置が複数の受信コイルの瞬時出力信号の関数として前記出力信号の少なくとも一つを選択し、且つそれから瞬間的な回転要素の位置を決定する角度センサが提案されている。

独国特許出願公開第１０２０４４５３号明細書 欧州特許出願公開第１３０６６４９号明細書 独国特許出願公開第４２１３８６６号明細書 独国特許出願公開第１９７３８８３９号明細書

本発明の目的は、従来技術の解決策に比べてはるかに多くの可能性のある使用法が存在する、ターゲットの経路を決定する装置及び方法を創り出すことである。

この目的は、請求項１の特徴を有する装置及び請求項１９の特徴を有する方法によって達成される。

発明的な装置の有益な展開及び発明的な方法のさらなる有益な展開は、従属請求項の主題を形成する。

従来技術の装置は発明的にさらに発展され、検出装置は、各々の場合における距離信号として、一つの発振器減衰信号を出力することができる。

本発明の第１の本質的なアイデアは、従来技術においてとは異なり、検出原理が高透磁率物体、すなわち強磁性物体によってもたらされる誘導の使用には基づいておらず、代わりに、ターゲットによる発振器の減衰が使用されることにある。そのような減衰は、ランダムな金属物体に対して検出されることができ、強磁性物体に対してのみではないので、原理的にランダムな金属ターゲット、特にまた、例えばステンレススチールのロバストな金属ターゲットが、追跡又は追われることができる。結果として、使用範囲は、従来技術に比較して顕著に拡張されている。

本発明のさらなる本質的なアイデアは、複数の、すなわち少なくとも２つの検出装置が、モニタされるべき経路に沿って配置されることにある。これより、ランダムに長く且つランダムな形状の経路がモニタされることがあるだけではなく、加えて、検出信号のあらゆるあいまいさが、適切な評価によって除去されることがある。この目的のために、本発明によれば、検出装置は、直接に隣接する検出装置の感度曲線が少なくとも部分的にオーバーラップするように配置される。

これより、本発明に基づく装置は、金属物体の線形経路の決定を許容する。経路の配置はランダムに長さがあり、且つランダムな形状、例えば直線状、円形、又はジグザグであってもよい。原則として、２次元又は３次元形態における経路の配置が、決定される。

本発明で著しく実現可能な産業上のプロセスの典型的な要件は、物体又はターゲットが、例えば１００ｍｍの長さに渡って少なくとも１ｍｍの精度で検出可能でなければならないことである。特殊な場合には、物体は、検出装置又はセンサから常に同じ軸方向距離にある。

２次元経路が検出されるならば、これに関連して、２次元における経路決定又は空間的経路決定が参照され、適切な形状の、例えば特に小さなインダクタンスコイルを使用することが適切でありうる。これは、決定されるべき経路が特に小さな曲率半径を有しているならば、特に適している。

発明的な装置の特に有益な別の形態において、検出装置は、各々の場合において感度曲線に対応した減衰曲線を特徴とする。各々の場合における前記減衰曲線は、空間的又は位置的な高い解像度を有する部分領域を有している。減衰曲線は、検出装置に対するターゲット位置の関数としてプロットされた発振器の振動の振幅に対応しており、好ましくは固有の共振に維持される。前記の好適な別の形態において、そのとき検出装置は、モニタされるべき経路長全体に対する検出曲線が個別の検出装置の高位置解像度部分領域から形成されるように配置される。

感度曲線は、適切に標準化される。

このような方法で、所望の高い位置解像度が、モニタされるべき経路全体に沿って達成される。

好適なさらなる発展した形態は、検出装置の間隔は、高位置解像度部分領域において、位置解像度がどこでも最大位置解像度の１０％よりも大きく、好ましくは２０％より大きく、且つ特に好適な方法では４０％よりも大きいように選ばれることにある。明らかに、高いセンサ密度では、例えばどの点でも位置解像度が最大値の９０％未満に落ちない配置を得ることも可能である。

一様な位置解像度を達成するために、検出装置を経路長に沿って等間隔で配置することも適切であり、例えば、検出装置は一列に配列されるのが好ましい。

センサの横方向の範囲が解像度のための最適間隔よりも大きい状況では、検出装置は、例えば平行な列のように、相互にずらすことができる。

例えばチャッキング装置に使用されることができる発明的な装置の更なる有益な発展した形態において、ガイド装置が、モニタされるべき経路に沿ってターゲットをガイドするために設けられる。

それは、例えば金属ターゲットが移動可能に配置されるガイドレールであることがある。

本発明の本質的な利点は、金属ターゲットに関して何の高い要求がなされないことであり、例えばそれは単純な小さい金属プレートであることがある。

ターゲットによる大きなセンサの適用範囲の領域において、大抵の場合、感度曲線、すなわち減衰曲線の限られた傾きを有する比較的大きな領域がある。この領域では、限られた位置解像度のみを得ることができる。最大適用範囲の極端な場合には、位置解像度は零である。この低解像度範囲を減らすために、検出装置がモニタされるべき経路に沿って、各々の場合にそれら装置がターゲットによって部分的にのみカバー可能であるように配置されることが適切である。

あるいは、又は加えて、ターゲットの寸法は、個別の検出装置、例えばセンサがターゲットによって完全にカバーされることができないように形成又は選択されてもよい。

検出装置がターゲットによって９０％までのみ、好ましくは８５％のみ、且つ特に好適な方法では８０％のみカバーされるような方法で、検出装置がモニタされるべき経路に沿って配置されるか、又はターゲットが構成されるかどうかが、例えば適切である。

特に好適な発展した形態では、変換装置と複数の検出装置との間に少なくとも一つのマルチプレクサが存在することがある。これにより、回路の経費、すなわちコストが、顕著に低減される。

しかし、特に高い動作信頼性が必要であるか、あるいは検出装置が変換装置とともに個別のユニットとして交換されるならば、変換装置が各検出装置と関連付けられることが適切である。原則として、インダクタンスコイルは、モニタされるべき経路長に対して任意な場所に適応できる。傾いた長手コイルを使用することが、特に可能である。非常に長い経路長を個別の検出装置でモニタすることを可能にするために、すなわち、経路長に対して最小数の検出装置で実行することを可能にするために、検出装置のインダクタンス、特にコイルが、モニタされるべき経路長を横切るように、特に垂直に位置した軸を有していることが適切である。

検出信頼性と使用される検出装置の数の所望の最小化との間のよい妥協は、検出装置が、直ぐに隣接する検出装置の感度曲線の領域オーバーラップが２０〜５０％の間、特に２５〜３５％の間であるように配置されることで達成される。

発明的な装置の特に単純な発展した形態において、検出装置の少なくとも一部の場合に、インダクタンスコイルは発振器の一部を構成する。それにより、必要な構成要素の数を、最小に減らすことができる。

数多くの適用のために、例えば実質的に直線の経路が決定されるべきであるならば、検出装置が、各場合におけるインダクタンスコイルの軸からのターゲットの放射状の間隔を決定できることが適切であることが好ましい。

前述のタイプの方法は発明的にさらに発展されて、距離信号が、各々の場合において検出装置の発振器の減衰信号によって構成される。

関連する効果及び利点が、本発明に従った装置に関連してここで説明される。

この方法の特に好適な別の形態において、検出装置は、モニタされるべき経路全体に対する検出曲線が個別の検出装置の減衰曲線の高い位置解像度を有する部分領域から構成されることができ、且つターゲットの位置を決定するために、測定された減衰値が以前に、特に点状に記録されたティーチインデータと比較されることができるように、配置されている。

ティーチインデータを記録するために適切なように、ターゲットはモニタされるべき経路に沿って動かされ、ターゲットの位置と検出装置のそれぞれの減衰信号とが局所的に記録される。このプロセスは数回繰り返され、引き続いて、得られた測定データは校正曲線を提供するために平均化される。

原則として、この方法はまた３次元的な位置の決定も許容し、それから、ティーチインデータの記録にあたっては、ターゲット位置はまた、モニタされるべき経路を横軸方向に変えられ、それぞれの位置と減衰信号とがこの場合に局所的に記録もされる。

特に高い位置解像度を得るために、現在のターゲット位置で２番目に高い減衰が測定されたものと関連して、特定の検出装置の減衰曲線を使用することが適切である。状況はそのとき、一つは最小減衰の近傍にも、最小値からはるかに離れた減衰曲線の平坦領域にも、ないというものである。むしろ、２番目に高い減衰は、ターゲットが実際、最小値の左側又は右側の近傍に位置するときに測定される。

本発明の本質的なアイデアによれば、評価目的のために２番目に高い減衰が測定された減衰信号と最も高い減衰が測定された減衰信号とからなる一対の値が使用されるならば、評価からは独立して、間隔及び／又は位置を得ることができる。

データ評価の単純な別の形態において、ターゲットの位置を決定するために、ティーチインデータの点の間で補間が行なわれる。

さらに、評価を単純化するために、検出装置の減衰曲線の一部が、各々の場合において、評価目的のために直線によって近似されることができる。

適切なハードウエア、例えばマイクロコントローラによって実行されることができるアナログ信号の処理において、より具体的にはあいまいではない方法で正確な経路点を測定するために、コイルの一部のみが考慮されるか、あるいは、いくつかのコイルが同時に評価されて、引き続いて異なる値から比率が形成される。

比率の評価は、より広いターゲット、又は検出装置若しくはコイルシステムのより高い密度で、特に適している。

本発明のさらなる特徴及び利点は、添付のダイアグラム的な図面に関して、以下により詳細に記述される。

図１は、本発明に従った装置１０の第１の実施形態をダイアグラム的に描く。３つの検出装置１４、２４、３４が、例えばアセンブリラインであることができるコンベヤベルト５６上のモニタされるべき経路５１に沿って配置されている。検出装置１４、２４、３４の各々は、発振器１８、２８、３８の一部として、インダクタンスコイル１６、２６、３６のあるコイルシステムを有している。

検出装置１４、２４、３４は、検出されるべき物体又はターゲットがインダクタンスコイル１６、２６、３６の近傍にくるときに、発振器の一部を形成するインダクタンスコイルの減衰の近接スイッチの場合に、その効果をやはり有効に使用にする。モニタされるべき物体５０のインダクタンスコイル１６、２６、３６に対する相対的な位置の関数として、発振器１８、２８、３８が減衰する。検出装置１４、２４、３４によって検出された減衰効果をアナログ信号に、特に電流及び／又は電圧信号に変換するために、発振器１８、２８、３８の各々は変換装置１９、２９、３９に接続されている。

変換装置１９、２９、３９によって供給される測定信号は、原理測定の理由のためにあいまいであり、特定の測定信号から、ターゲット５０の特定の空間位置に関する明瞭な結論を引き出すことができない。これより、検出装置１９、２９、３９からのアナログ信号からあいまいでない位置を決定するために、変換装置１９、２９、３９は共通の評価装置５２に接続されている。

アナログ近接スイッチの場合とは違って、図１に示された装置１０の場合には、測定されるのはターゲット５０からセンサ面までの距離ではなく、代わりに、一定の軸方向距離又は間隔の場合には、ターゲット５０によるインダクタンスコイル１６、２６、３６のカバーに対する変化を通じた減衰の変化であり、これは、コイル又はコイル軸の中央からの横方向の、すなわち放射状の距離に対応している。

対応するハードウエア、例えばここには示されていないマイクロコントローラによる以下の処理は、感度曲線を、関連が明確になり且つ経路長を再生する単一の信号が出力されることができるようにリンクすることが可能になる。

単純な評価又は比率評価も実行することが可能である。以降に図２に関して描かれている第１の場合には、各々の場合において、個別の検出装置に対する感度曲線からの詳細のみが考慮される。比率評価においては、いくつかのコイルが同時に評価されて、得られたアナログ信号から正確な経路点を決定するような方法で比率が形成される。

アナログ信号が出力５３にて利用可能にされて、本発明の場合には、座標軸５２に関してモニタされるべきターゲット５０の明瞭な位置を表し、その運動方向が矢印５５によって示されている。

原則として、いくつかの出力を有する評価装置は、さらなる座標軸に関してターゲット５０の位置を与えることが可能である。

発明的な装置の他の実施形態が、図３にダイアグラム的に示されている。

等価な構成要素は、図１と同じ参照番号を与えられている。

図１とは異なり、発振器１８、２８、３８と共通の変換装置５９との間に、個別の発振器１８、２８、３８の間でスイッチングを行うためにマルチプレクサ５４が設けられている。一つの変換装置５９のみが必要とされるので、この変更は、特に長い経路５１がモニタされるべきアプリケーションに対して、すなわち特に多数の検出装置１４、２４、３４が必要とされるならば、特に適している。

他の点では、図３に従った発展は図１に関して記述された実施形態に対応している。

図２は、全４つの検出装置の感度曲線１５、２５、３５、４５の経過をダイアグラム的に示している。対応する変換装置の出力信号は、横軸６６上の空間座標と比較して、縦軸６４上に示されている。

図２から推測されるように、感度曲線１５、２５、３５、４５は各々の場合に最小値１７、２７、３７、４７を有しており、これらは特定のインダクタンスコイル１６、２６、３６からのターゲット５０の最小間隔、すなわち最大減衰に対応する。ターゲット５０はそのとき、特定のインダクタンスコイル１６、２６、３６の直ぐ正面にある。本発明の場合には、インダクタンスコイル１６、２６、３６のコイル軸は、モニタされるべき経路５１に垂直であり、これは、最小値１７、２７、３７、４７の両側において、感度曲線１５、２５、３５、４５の対称的な経路を導く。ターゲット５０の最小値１７、２７、３７、４７からの距離が大きいほど、対応する感度曲線１５、２５、３５、４５の値がより大きく、あるいは減衰がより小さい。

検出装置は、例えば隣接する検出装置に属する感度曲線３５、４５がそれらの表面の約３０％に渡ってオーバーラップするように、お互いに対して配置される。オーバーラップ領域は、参照番号５８で示されている。実験は、約３０％のオーバーラップ値で、許容可能な数の必要な検出装置にて位置決定の適当な信頼性を得ることができることを示している。

各々の場合に一つのさらなる検出装置を通してお互いから離れて配置された検出装置の感度曲線は、図３の実施形態ではそれらの表面の約１０％に渡ってオーバーラップしている。曲線２５、４５の例示的なオーバーラップ領域は、参照番号６０で示されている。

太線６８で示された感度曲線１５、２５、３５、４５の部分のみが、評価目的のために使用される。感度曲線１５、２５、３５の領域６８は、前記減衰曲線の高位置解像度領域に対応している。

感度又は減衰曲線２５、３５、４５の経路に対するさらなる例が、図４〜６に示されている。プロットされているのは、各々の場合におけるモニタされている経路に沿ったターゲット５０の位置と比較した、縦座標６４上における標準化された単位での特定の検出装置の発振器の発振振幅である。位置は、横軸６６にミリメートル単位で与えられている。図４〜６で等価な構成要素は、同じ参照番号が与えられている。

使用されている装置１０の構造は、図８及び９にダイアグラム的に描かれている。装置１０は、本質的に全１４個のセンサ８２を有するプリント回路盤８０を備えている。センサ８２の各々を表す円は、発振器インダクタンスコイルのコアの境界に対応している。

示されている実施形態において、ターゲット又は物体５０は薄い金属プレートであり、これはガイド装置のガイド溝９２内に移動可能に搭載されている。図８から明らかなように、プリント回路盤８０は、ガイド装置９０に関して、ガイド溝９２に沿って動くときにターゲット５０が個別のセンサ８２の上をガイドされるように配置される。

図８及び９に示されている装置１０はチャッキング装置にて使用されることがあり、これによって、例えば自動車の製造において、２つの金属シートが固定されて一緒に溶接される。そのようなチャッキング装置は、保持されるべきシートに当たるまで、そのジョーを、例えば圧縮空気の助けを借りて動かす。ターゲット５０は、角度位置がガイド装置９０におけるターゲット５０の直線状の位置に単調関数を介してリンクされるような方法で、ジョーに機械的に接続されており、これは代替的な構造では、シリンダの形態である。ターゲット５０の位置はそれから、発明的な装置１０の助けを借りて測定される。

示されている発明的な装置１０の実施形態の場合に発明的な方法の変形に従って処理を開始するに先立って、校正又はティーチイン曲線が記録され、ターゲット５０はモニタされるべき経路に沿ってガイドされ、ターゲット５０の位置と個別のセンサ８２の減衰とが局所的に記録される。ティーチイン曲線の記録における物体の位置の決定は、ルールを使用して最も単純な場合に実行されることがある。

個別の検出装置に対して同一のセンサ特性を得るために、第１のステップでは、センサが、例えばプリント回路盤８０の正面に保持されたスチールプレートと、全てのセンサ８２が前記プレートから同じ距離にあるように位置合わせされる。

ティーチイン曲線の記録は、図４〜６に示された模式的な一連の曲線である。

実際の測定の間に、位置が、特に測定された減衰信号から、ティーチイン曲線の助けを借りて決定される。

ティーチイン曲線は、例えば４回記録されることができ、それから平均値が形成される。特定のアプリケーションに対して、各々の場合におけるティーチイン曲線を、チャッキング装置の実際の動作の間に保持されるべきワークピース、例えば金属シートで記録することもできる。

異なる効果、特に機構への摩耗、プラスチックカバーの摩耗又は汚れの結果として、チャッキング装置のジョーの角度位置及び／又はターゲット５０の直線状の位置は、挿入されたシートの厚さには変化はないものの、閉じた状態で変わることがある。

使用の開始時に、閉じた状態におけるターゲット５０の位置の局所記録によって、終了位置、すなわち「開いたジョー」及び「金属プレートと共に閉じたジョー」がひとたび記録されると、より長い動作フェーズに渡るチャッキング装置の摩耗に関する情報を得ることができる。例えば、ターゲット５０の位置が元々決定された位置から固定値以上に動くと、チャッキング装置又は少なくともその一部は、交換されることがある。

これより、原則として、特定の動作周期に続いて校正又はティーチイン曲線を再び記録することができる。

チャッキング装置の特に好適な実施形態では、ジョーの角度移動にわたる機構の伝達比に変化がある。ジョーが動くほど、単位角度あたりのターゲット５０の直線的な変位が大きい。

図４は、３つの隣接するセンサ８２の減衰曲線２５、３５、４５からの詳細を示している。垂直線７０は、例えばターゲット５０の位置を示す。プロットされているのは、各々の場合におけるセンサ８２の３つの発振器の最大発振振幅である。特定の例では、コイルシステムの軸は、モニタされた経路に沿ってお互いに８ｍｍの間隔を空けられている。減衰要素、すなわちターゲット５０の配置は、減衰曲線２５、３５、４５の経路に対して決定的である。

図４に示された曲線は、減衰要素、すなわち幅８ｍｍのターゲット５０とともにプロットされた。図９にて、前記の幅は括弧５７によって示されている。ターゲット５０がより幅広いか又はより狭いと、曲線の交点は変位し、位置解像度はモニタされるべき経路に沿って減少する。なぜなら、そのときには、より小さな傾きを有する曲線領域が評価のために使用されなければならないからである。これらの領域における電圧変化は小さく、分散、測定の不正確さ、可能性のある温度経路などは、より深遠な効果を有し、必然的に解像度は減少する。

垂直線７０の位置で、ここで考慮されている３つの減衰曲線２５、３５、４５に対する振幅値は、位置評価のために利用される。

位置を決定するための最も単純な方法は、コイルシステムのカバーの結果として生じる曲線の交点の間の直線による近似からなる。これは、図４に、線２５及び３５の交点の間の領域に対して、単純化された方法で示されている。この領域は、図４においては線７２によって近似される。この方法においては、単一のコイルシステムがターゲット５０の位置を計算するために使用され、この目的のために、全てのコイルシステムの減衰が測定され、２番目に高い減衰を有するコイルが位置評価のために使用される。これは、このコイルが、考慮された領域で最も急な電圧経路を有するからである。

この方法は、さらに改良されることがある。これは、モニタされるべき経路を横切るターゲット５０の間隔に対する変化が、センサ８２の変更された減衰もまた導くからである。結果として、解像度が再び減少される。これは、個別のセンサ８２に対する装置１０からのモニタ対象の経路と交差するターゲット５０、すなわち減衰要素の距離が、モニタされるべき経路に沿ったターゲット５０の横方向の運動として、同じ効果をもたらすからである。これより、ターゲット５０が単一のセンサ８２に近付いて、これがより大きな発振器の減衰を導くときに、このアプローチがモニタされるべき経路に沿っているか又はそれを横切るようになっているかどうかは、重要ではない。

装置１０からモニタされるべき経路を横切るターゲット５０、すなわち減衰要素の間隔に変化があると、所与のセンサ８２の発振器の発振振幅にも、明確な変化がある。これは図５に明瞭に見られる。ここでは、ターゲット５０の間隔は、図４の曲線に比べて０．５ｍｍだけ増えている。

図５は線７２を追加的にプロットしており、これは、図４の曲線２５と曲線３５及び４５との交点の間の曲線２５の経過の線形化に対応する。図５はまた、曲線２５に対する線７４も示しており、これは、曲線２５と曲線３５及び４５との交点の間の部分領域の線形化された経過に対応する。

図４に示されている減衰曲線２５、３５、４５は、センサ８２から２．５ｍｍのターゲット５０の間隔で記録された。図５の曲線２５、３５、４５は、ターゲット５０がセンサ８２から３ｍｍである状況に対応している。

曲線２５と曲線３５及び４５との交点の間の関連領域における線７２及び７４の異なる経過として、最も好ましくない場合には、１．３５ｍｍの決定の偏り、すなわち位置の誤差の可能性がある。これより、位置決定の解像度及び正確さは、減衰要素がセンサ８２から所定の間隔を非常に正確に維持できないときに、顕著に低減される。

これより、ここに記述された方法は、顧客が全１．５ｍｍにてターゲットの最大間隔変化に対して＋／−１ｍｍを要求するときには、不適切である。

これを考慮に入れて、本発明にしたがって評価方法が開発され、これは、コイルシステムを形成するセンサ８２からの減衰要素、すなわちターゲット５０の間隔とは全く無関係に位置計算をする。

この方法では、減衰物体、すなわちターゲット５０の直下に位置するコイルの減衰を、加えて考慮に入れる。これは、最大の減衰を被るセンサである。加えて、補正直線は、モニタされる経路に沿った位置決定のためには、もはや使用されない。

これは、図６及び７によって描かれている。

図６に垂直線７０によって示されているターゲット５０の位置は、曲線２５の曲線３５又は４５との交点Ａ及びＢの間にある。この領域では、減衰曲線２５の電圧Ｕ１は、隣接するコイルの曲線経路３５から生じる電圧Ｕ２よりも大きいが、曲線４５によって表される他の隣接するコイルの電圧Ｕ３より低い。個別のセンサ８２の電圧は、０．１〜１Ｖの範囲内に標準化又はサイジングされる。一般に、標準化又はサイジングは、値をランダムにするために実行される。唯一の必要条件は、個別のコイルと評価ユニットの構成要素、例えば発振器との間の公差を補償するために、全てのコイルシステム、すなわち全てのセンサ８２が明確に規定された範囲に別個にサイジング又は標準化されることである。これは、例えば、発振器が、コイルに対する全てのコイルの同じカバー及び減衰要素、すなわちターゲット５０の同じ間隔に対して同じ振幅に調節されるような方法で、実行される。実用的には、これは、明確に規定された間隔で大きなスチールプレートを有する全てのコイルの同時減衰の場合における調節によって、実行されることがある。

評価方法の本質的なアイデアは、点Ａから点Ｂまでの領域における電圧Ｕ１及びＵ２の値の各々の対に対して、正確に一つの関連した位置のみが存在し、明確な関連が可能であるという事実を利用することである。これらの値の対の各々にて、正確に一つの間隔、すなわちターゲット５０のモニタされるべき経路を横切るセンサ８２からの距離に、関連されることがある。

一般に、本発明の記述では、「位置」という用語によって、モニタされた経路の特定の点におけるターゲット５０の位置であることがわかる。これとは逆に、「間隔」は、モニタされた経路に対して直角な、センサ８２からのターゲット５０の距離である。

最も頻繁なアプリケーションにおいて、ターゲット５０の位置が決定されるべきである。以下では、これが、一対の値の助けを借りて如何に実行することができるかが説明される。原則として、方法の量として、センサ８２に対する減衰要素、すなわちターゲット５０の間隔を評価することが可能である。評価は、主に同一に実行する。

２つの量Ｕ１及びＵ２の関数としての位置の経路は、規定されたステップにおける測定された値の局所的な記録によって実行されることがある。この目的のために、ターゲット５０の位置は規定されたステップ幅で変化し、一方で、各々の位置において、ターゲット５０の間隔は規定されたステップ幅で変化する。

このように得られた測定値の対は数学的な方法によって近似され、これらの測定値の間の正確な位置決定がなされる。単純な変形では、測定値テーブルの助けを借りて、個別の点の間で補間が実行される。この目的のために、測定値の対は、軸Ｕ１及びＵ２を有する２次元テーブルに配置され、関連された位置が特定のテーブルのボックスに挿入される。そのようなテーブルは、図７に示されている。

位置計算の目的のために、特定の値の対に対して次に低いエントリのサーチがテーブル内で行われ、補間による隣接した値の助けにより、モニタされたターゲット５０の実際の位置の計算が行われる。

例えば、値の対（Ｕ１、Ｕ２）＝（０．５３５；０．２８）が測定によって決定される。次に低いテーブルエントリはａ１５である。ターゲット５０の実際の位置は、ここでエントリａ１５、ａ１６、ａ２５及びａ２６からの補間によって計算される。

特定の位置に対する値で満たされる代わりに、テーブルが異なる間隔に対する値で満たされるならば、同様に減衰要素の間隔を位置には依存せずに計算することができる。両方のテーブルの使用を通じて、２次元決定、又はコイルシステムの適切な配置、例えば長方形を有する３次元決定も、実行することが可能である。

テーブル及び補間による計算は、非強力なシステムに対して特に適切である。なぜなら、それらは非常に限定された計算パワー要件のみを課すからである。より多くの計算パワーが利用可能であれば、値の対の位置経路又は間隔経路がまた、線形の連続関数によって近似されることができ、これは、より正確な計算及び／又はより高い精度を可能にする。

達成可能な位置解像度に関して、重要な部分は、センサの配置又はより具体的にはセンサ間隔によって行われる。例えば単一のセンサ８２の減衰曲線が考慮されると、解像度は、最小値の左側及び右側の近傍においては高いが、そうでなければ低い。例えば、最小値では、仮想的には零である。センサ８２の間隔は、図８及び９の変形の場合には、曲線２５、３５、４５の交点の間に、各々の場合に傾斜した領域のみがあり、これより解像度がどこでも高くなるような方法で選択される。

さらなる位置解像度の改良は、ターゲット５０が、個別のセンサ８２が完全にカバーされないように選ばれた寸法であることを導く。実行されたテストは、例えば８／９と９／９との間で、センサカバーが減衰の変化を確立することができないことを示している。モニタされたターゲット５０がいくらか小さいと、減衰曲線の最小をよりシャープにすることができる。図９のターゲット５０は幅８ｍｍを有しており、センサ８２の直径は各々の場合に９ｍｍである。

加えて、経路全体に渡る一定の高解像度に対する要件は、センサ８２の特定の間隔を導く。前記間隔がセンサの直径よりも小さくされたら、ここにおけるように、ジグザグ配置を選ぶことができる。

ここに示された状況では、ターゲットは、長さ１６ｍｍ、幅８ｍｍ、および厚さ１ｍｍの小さな金属プレートである。センサの直径は９ｍｍである。高い位置解像度に関して、理想的なセンサの間隔が８ｍｍであることが見出された。１４個のセンサが、図９に示されるように、２列に相互にずらして配置され、同じ列の２つのセンサ８２の中心の間隔は１６ｍｍである。反対側の最も接近したセンサ８２からの間隔は、各々の場合に１０ｍｍである。これより、ターゲット５０は、単一のセンサ８２が決して完全にカバーされることがないような寸法になっている。

対応する配置を使用すると、非直線の経路をモニタすることも可能である。この目的のためには、センサ８２は、曲線に沿って配置されなければならないのみである。

本発明は、金属物体を明確に規定された経路長に渡って検出する誘導性の線状経路測定システムを提供し、これによって、任意に長く且つ任意な形状の経路をモニタすることが可能であり、特に、強磁性体である必要がないロバストな金属ターゲットのモニタも可能にする。

本発明に基づいた装置の第１の実施形態のダイアグラム的な描写図である。 本発明に基づいた装置の複数の検出装置の感度曲線の経過のダイアグラム的な描写図である。 本発明に基づいた装置の第２の実施形態のダイアグラム的な描写図である。 発明的な装置の３つのセンサの減衰曲線の経過及び評価の可能性の別のダイアグラム図である。 ターゲットに対して改良された間隔を有する発明的な装置の３つのセンサの減衰曲線のさらなる描写図である。 発明的な装置の３つのセンサの減衰曲線のより大規模な描写図である。 ティーチインデータのダイアグラム的な描写図である。 発明的な装置のダイアグラム的な断面図である。 発明的な装置のダイアグラム的な部分図である。

Claims (26)

1. 金属ターゲット（５０）の位置を決定する装置であって、少なくとも２つの検出装置（１４、２４、３４）が、モニタされるべき経路（５１）に沿って、直ぐに隣接した前記検出装置（１４、２４、３４）の感度曲線（１５、２５、３５）が少なくとも部分的にオーバーラップするように配置され、前記検出装置（１４、２４、３４）は少なくとも一つのインダクタンス（１６、２６、３６）と少なくとも一つの発振器（１８、２８、３８）とを有しており、前記検出装置（１４、２４、３４）から前記ターゲット（５０）の距離の関数として距離信号を供給し、少なくとも一つの変換装置（１９、２９、３９、５９）が前記検出装置（１４、２４、３４）に動作可能に接続されて前記検出装置（１４、２４、３４）によって検出された前記距離信号をアナログ信号である電流又は電圧信号の少なくとも一方に変換し、且つ少なくとも一つの評価装置（５２）が前記変換装置又は複数の変換装置（１９、２９、３９、５９）に動作可能に接続されて前記ターゲット（５０）の位置を特定の検出装置（１４、２４、３４）から前記変換装置を介して出力される前記アナログ信号に基づき構成される検出曲線から決定して読み出す、装置において、
   検出装置（１４、２４、３４）の減衰曲線が、前記ターゲットの位置を、他の部分領域の解像度よりも相対的に感度良く決定することができる解像度である高位置解像度を有する部分領域を有しており、前記検出装置（１４、２４、３４）が、前記個別の検出装置（１４、２４、３４）の高位置解像度の前記部分領域から、モニタされるべき前記経路全体に対する検出曲線を構成することができるように配置され、且つ前記検出装置（１４、２４、３４）が、検出曲線を構成する前記位置解像度を増すように、２つの、相互にずらすような列に配置されていることを特徴とする装置。
2. 高位置解像度の前記部分領域において、前記位置解像度がどこでも最大位置解像度の１０％よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記検出装置（１４、２４、３４）が前記経路に沿って等距離に配置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
4. モニタされるべき前記経路に沿って前記ターゲット（５０）をガイドするガイド装置があることを特徴とする、請求項１から３の一つに記載の装置。
5. 前記ガイド装置に移動可能に配置されたターゲット（５０）があることを特徴とする、請求項１から４の一つに記載の装置。
6. 前記検出装置（１４、２４、３４）が、モニタされるべき前記経路に沿って、前記ターゲット（５０）によって部分的にカバーされるように配置されていることを特徴とする、請求項１から５の一つに記載の装置。
7. 前記検出装置（１４、２４、３４）が、モニタされるべき前記経路に沿って、前記ターゲット（５０）によって当該ターゲット（５０）に対向する領域の９０％がカバーされるように配置されていることを特徴とする、請求項１から６の一つに記載の装置。
8. 前記ターゲット（５０）の寸法は、個別の検出装置（１４、２４、３４）が前記ターゲット（５０）によって部分的にカバーされることができるように選ばれるか又は形成されていることを特徴とする、請求項１から７の一つに記載の装置。
9. 前記ターゲット（５０）が金属プレートであることを特徴とする、請求項１から８の一つに記載の装置。
10. 各検出装置（１４、２４、３４）が各変換装置（１９、２９、３９）にそれぞれ接続されていることを特徴とする、請求項１から９の一つに記載の装置。
11. 少なくとも一つのマルチプレクサ（５４）が変換装置（５９）と複数の検出装置（１４、２４、３４）との間にあることを特徴とする、請求項１から９の一つに記載の装置。
12. 前記インダクタンス（１６、２６、３６）、前記検出装置（１４、２４、３４）の前記コイルは、それらの軸がモニタされるべき前記経路（５１）を横切るように、垂直に、配置されていることを特徴とする、請求項１から１１の一つに記載の装置。
13. 前記インダクタンス（１６、２６、３６）が前記検出装置（１４、２４、３４）の少なくとも一部において前記発振器（１８、２８、３８）の一部として設けられていることを特徴とする、請求項１から１２の一つに記載の装置。
14. 前記検出装置（１４、２４、３４）が、相互に隣接した検出装置（１４、２４、３４）の感度曲線（１５、２５、３５）又は減衰曲線同士がオーバーラップする領域が２０〜５０％の間であるように配置されていることを特徴とする、請求項１から１３の一つに記載の装置。
15. 前記検出装置（１４、２４、３４）が前記インダクタンスコイル（１６、２６、３６）の軸と前記ターゲット（５０）とを結ぶ半径方向の距離を測定することができることを特徴とする、請求項１から１４の一つに記載の装置。
16. プレート状の金属ターゲット（５０）の位置を決定する方法において、少なくとも２つの検出装置（１４、２４、３４）は、モニタされるべき経路（５１）に沿って、直ぐに隣接した前記検出装置（１４、２４、３４）の感度曲線（１５、２５、３５）が少なくとも部分的にオーバーラップするように配置され、前記検出装置（１４、２４、３４）は前記ターゲットの距離の関数として距離信号を供給し、前記検出装置（１４、２４、３４）によって検出された前記距離信号が少なくとも一つの変換装置（１９、２９、３９、５９）によってアナログ信号、電流又は電圧信号の少なくとも一方に変換され、前記検出装置（１４、２４、３４）から前記変換装置を介して出力される異なるアナログ信号に基づき構成される検出曲線から前記ターゲット（５０）の位置が決定され、前記距離信号が検出装置（１４、２４、３４）の発振器の減衰信号によって構成され、
    ２番目に高い減衰を有する前記検出装置が、ターゲットの位置を決定するために使用されることを特徴とする、方法。
17. 前記検出装置（１４、２４、３４）が、モニタされるべき前記経路全体に対する検出曲線が前記個別の検出装置（１４、２４、３４）の減衰曲線が有する領域であって、前記ターゲットの位置を感度良く決定することができる解像度である高位置解像度を有する部分領域から構成されることができ、且つ前記ターゲット（５０）の位置を決定するために、減衰信号から測定された減衰値が以前に、点状に記録されたティーチインデータと比較されることができるように配置されていることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
18. 前記ティーチインデータを記録するために、前記ターゲット（５０）はモニタされるべき前記経路に沿ってガイドされ、前記ターゲット（５０）の位置と前記検出装置（１４、２４、３４）の前記それぞれの減衰信号とが局所的に記録されることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
19. 前記ティーチインデータの記録にあたって、前記ターゲット（５０）の位置はまた、モニタされるべき前記経路の横軸方向で異なっており、前記それぞれの位置と減衰信号とが局所的に記録されることを特徴とする、請求項１７又は１８に記載の方法。
20. 前記検出装置（１４、２４、３４）の前記感度曲線（１５、２５、３５）の振幅が所定の範囲内になるよう変換されることを特徴とする、請求項１６から１９の一つに記載の方法。
21. ターゲットの位置を決定するために、２番目に高い減衰及び最も高い減衰を有する前記減衰信号からなる一対の値が使用されることを特徴とする、請求項１６から２０の一つに記載の方法。
22. 前記ターゲット（５０）の位置を決定するために、前記ティーチインデータの点の間で補間が行なわれることを特徴とする、請求項１７から２１の一つに記載の方法。
23. 前記減衰曲線の一部が、ターゲットの位置を決定するために直線によって近似されることを特徴とする、請求項１７から２２の一つに記載の方法。
24. ターゲットの位置を決定するために、検出装置（１４、２４、３４）の前記感度曲線（１５、２５、３５）の一部のみが考慮されるか、あるいは、その幾つかの検出装置（１４、２４、３４）が同時に評価され且つそれらの検出装置（１４，２４，３４）の互いの前記アナログ信号から比率が形成されることを特徴とする、請求項１６から２３の一つに記載の方法。
25. 前記検出装置（１４、２４、３４）が、モニタされるべき前記経路に沿って配置され、各検出装置（１４，２４，３４）が、それぞれ、ターゲット（５０）の寸法の８５％をカバーするような寸法であることを特徴とする、請求項１から６の一つに記載の装置。
26. 前記検出装置（１４、２４、３４）が、モニタされるべき前記経路に沿って配置され、各検出装置（１４，２４，３４）が、それぞれ、ターゲット（５０）の寸法の８０％をカバーするような寸法であることを特徴とする、請求項１から６の一つに記載の装置。

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