JPS6038648A - 誘導性センサ装置および同装置使用のための測定装置 - Google Patents

誘導性センサ装置および同装置使用のための測定装置

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JPS6038648A
JPS6038648A JP59139737A JP13973784A JPS6038648A JP S6038648 A JPS6038648 A JP S6038648A JP 59139737 A JP59139737 A JP 59139737A JP 13973784 A JP13973784 A JP 13973784A JP S6038648 A JPS6038648 A JP S6038648A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は特許請求の範囲第1項に記載の上位概念に基づ
く誘導性センサ装置に関する。
記載方式の誘導性センサ装置は種々の実施態様で既知で
あり、たとえば欧州特許登録第7064号またはフラン
ス特許登録第2,3 9 4,7 83号あるいはそれ
らの異議申立書に記載されている。これらのセンサ装置
はいすれも共通して、非磁性体または強磁性体材料−\
の接近による振動回路の誘導が材料の磁性特性、減衰お
よび/または渦電流形成により変化し、この誘導はある
一定範囲内では対象物距離の関数であることを基礎とし
ている。
これらのセンサ装置は解像度に限界があり、とくにたと
えば裂は目、孔または***部のような対象物の不規則部
を高い精度で計測することには不適当である。これらは
むしろ距離計測に使用が限定される。本発明は高い解像
度と高い計測精度とを可能とし、また対象物の不規則な
表面形状においても使用oJ能である誘導性センサ装置
を提供することの課題を基+Wとしている。センサ装置
はさらに構面が簡雫で使用に際し頑丈であることが必要
である。
この課題は本発明により、まず発信コイルおよび/また
は受信コイルはメタル層として、平坦で非2!7電性コ
イル担持体の少くとも1方の表面に担持さtlているこ
とで達成される。たとえば厚層フィルム技術または薄層
フィルム技術による平坦ベース」−へのこのような導電
層の担持はコイルの形状形成において無限の可能性を許
容する。平坦ベースは他方最も簡単で最も有利に多層コ
イル装置への1積層コないしは組合わせを可能とし、ま
た適切材料の選択により変形とぐに彎曲を可能としこれ
により対象物の表面への適訃な可能とする。
本発明の構成によりまた1個のコイル担持体上しかもコ
イル担持体の両面に複数個のコイルの具備を可能とする
。したがって、たとえば最も簡単な方法としては受信コ
イルはコイル担持体の対象物に面する側にまた発信コイ
ルはコイル担持体の対象物とは反対の面に具備すること
を可能とする。
これにより、小なる構成高さ、小なるコイル寸法、した
がって高い解像度が確保されるばかりでなく受信コイル
相互間ならびに受信コイルと発信コイル間の構造上に起
因する距離変化は回避可能である。したかつて製作誤差
は最低に減小可能でたとえば使用中の4fi械的障害も
回避可能である。
本発明により複数個のコイルがコイル担持体上に対称(
軸対称または点対称)に配設されるセンサ装置が実現可
能であることはとくに有利である。
このような対FIト配設は裂は目の追跡および/または
対象物不規則面上でのセンサのセンタリングに最適でと
くに有利である。
不規則な表面を有する対象物に適合させるために対象物
に対し2個またはそハ以上の相互に隣接して配設された
コイル担持体を具備可能であることは有利である。本発
明による手段、すなわち彎(11巨JJ’Mヒな平坦ベ
ースの挿入、および/または複数個のコイル担持体の相
伝重ね合わせによる積層、および/またはコイル担持体
の隣接するおよび/または相〃に角をな丁配設等の組合
せにより従来改成不1丁能であった方法で実際にこの簡
の誘導センサに課された課題が解決oJ能である。
センサ装置は少くとも1個の受信コイルと発信コイルと
を具備し、ここで該発信コイルは発撮器、とくにIIF
発掘器に接続されまた受信コイルは対象物とセンサ装置
との相対位置変化に応じた位相変化および/または電圧
変化な剖11111するための評価回路に接続されてい
るところのセンサ装置の相対位置計測のため4測装置へ
の本発明によるセンサ装置の使用はとくにきわめて有利
である。解1埃度の向上および/または特殊な測定要求
または特殊な対象物への適合のためにここで本発明によ
り、少くとも受信コイルおよび/または発信コイルは少
くとも2個の部分コイルに分割されていること、および
部分コイルの一方および/または他方を評価回路に選択
接続するための切換装置を具備していることが提案され
る。ここで該部分コイルが対象物に対し異なる作用をな
すコイル平面を提示′する場合、たとえば大なる1山獲
領域を確保するために犬なる表面を有するコイルが対象
物接近の間に評価回路と接続され、−万作用のより小な
るコイル表面を有するコイルは接近の終結後J′r価回
路に接続することが可能であるが、これらは解鐵度およ
び操作精度の向上を確実に行なうためのものである。た
とえば一方では距離の計測をまた他方では対象物の不規
則部に対する相χJ位置の開側を実行するという場合の
ように設定課題に応じてコイル表面が切換装置を介して
任意に直列またはその逆に切換えることもまた思考可能
である。
部分コイルの1り換えのための切換装置の使用(は、明
らかにそれ自体すでにこの独の計測装置の実質的な改良
へとつながっている。これにより必要なコイル数は減少
可能であると同時に場合によってはただ1個の評価回路
で距離の計11111ならび対象物の不規則部に苅する
横方向相対位置の計測に交互てまたザイクリックに利用
可能であるという方法で評価回路は簡明化が可能である
。切換装置を有する開側装置と組み合わせて、本発明に
よる誘導性センナ装置を利用すれば、広範囲な利用可能
性、機械的安定性ならびに機械的影響に対する抵抗性を
基礎としてとくに顯著な結果を提供する。
以下図により本発明を実施例で詳細に説明する。
第1a図および第1b図において、自動溶接装置で使用
されているような、ここで略図で示したイナートカス溶
接ノズルSの周囲にリング状コイル担持体2が具備され
、該コイル担持体上に厚層フィルム技術でその上側に発
信コイル1がまたその下側に第1の受信部分コイル4a
および第2の受信部分コイル4bが配設されている。受
信部分コイル4aおよび4bは軸対称に形成され切断で
分割された板7の両半分の上方に位置する。発信コイル
1により電磁界が励起され該電磁界は板7内に渦電流を
惹起し、該渦電流は一方部分コイル4aおよび4bに影
響を及ぼす。両方の受(gコイル4aおよび4bの対称
性の理由で、イナートガス溶接ノズルSおよびそ八に伺
属の発信コイル1と受信部分コイル4aならびに4bと
からなる装置が板7の切断面7a上の中央に存在する限
り、これら受信コイルは明らかに同一の影響を受ける。
しかしながら、ひとたび中心移動が発生すると部分コイ
ルは異なる影響を受け出力端4a−1,4a−2なし・
し4b−1,4b−2に位相および/または振幅の異な
る出力電圧が発生し、該出力電圧は既知の方法で評価さ
れ中心移動の量に比例する信号の提供に利用可能である
コイル担持体2を比較的薄いコイル積層を有するリング
板として形成することにより全体配設はきわめてコンパ
クトにして溶接部近傍に配設が可能でこれは高い計測精
度を確保する。この場合、セラミックベース上への厚層
技術または薄層フィルム技術が高温雰囲気をも可能とす
る。
第2図はコイル担持体2上に4個の受信部分コイル4a
1.4a2,41J1,4132が配設されているセン
サ装置を示す。ここで部分コイル4a−1および4a−
2は部分コイル4a−2および4&3−2と軸対称に配
設されている。部分コイル4a−2および41) −2
は対称軸からより犬なる距離にあるのでたとえば第1a
図の切断面7aのような対象物の不規則部に接近した場
合、明らかにより大なるl−捕獲領域」かえられる。す
なわちセンサ装置が切断面7aに(たとえば上方から)
接近した場合まず外側から位置する部分コイル4a−2
および411−2の評価により犬なる確実性をもって裂
げ1.、J 7 ;lによって与えられる不規則部は発
信コイル1により馬えらf’Lる111”−磁界の影響
内にて1探知」可能である。センサ装置が切断部Za上
の近傍に配置されれば該対象物の不規則部の近傍て部分
コイルに配置されることとなる。この目的のためにこの
ときは内方に位置する部分コイル4a1および4b1か
らえられる信号が評価可能で、これにより高度な追跡精
度が達成可能である。
第2b図は第2a図に類似の実施例を示すがここでは部
分コイル4a−1,4a−2,4b−1,4b−2は長
方形に走行する軌道を有している。第2C図は計測装置
のブロック線図を示し、第2a図または第2b図のセン
サ装置の信号は該計測装置内で評価可能である。ここで
発信コイル1はIIF−発振器ろで励起される。受信コ
イル4a−1および4b−1は巻線方向が逆に接続され
第1の増幅器乙の入力端に接続されている。部分コイル
4a−1および4b−1の逆方向接続により、部分コイ
ルが対象物に対し対称に影響を受ける限りその出力電圧
は相殺されてゼロとなる。しかしながら非ズ;1称が発
生してたとえば切断部721がもはやコイル装置の対称
軸と正確に一致しなくなった場合、両方の部分コイルは
切断部のために一方はより弱く他方はより強く影響を受
ける。増幅器6は振幅比較器および/または位相比較2
ルとして形成されI−I F−発振器6から基準電圧を
受ける。部分コイル4a−1,4b−1内の各々の非対
称は合成信号の振幅変動および/または位相移動となり
、したがって増幅器乙の出力端に信号が発生する。同様
に外方に位置−Tる受信部分コイル4a−2,4b−2
も逆方向に接続されて増幅器6aの入力端に接続され、
該増幅器も同様に位相比f器として形成され基準入力な
介してII F−発振器と結合されている。
両方の増幅器6および6aは出力側が切換装置6と接続
されている。切換装置8が開であること、すなわち増幅
器乙の出力端のみが切換装置8を介して加算増幅器61
)に接続さ肛た状態である限り、計測装置の出力;if
、;、 9に達する信号はもっばら内方に位置する部分
コイル4a−1および4b−1の測定信号から来るもの
である。これにより、対象物t(作用するコイル平面が
小なることがら丁でにわずかに移動しても評価iJ能な
対称関係変動とすることかり能である。一方切換装置8
が閉とされると、増幅器6aの出力も加算増幅器6bの
入力端に伺カロされ、これにより外方に位置する部分コ
イル4a−2および4b−2から送られる信号も出力端
9における加算信号に付加される。4a−1ないし4b
−2の装置全体のすべての815分コイルからなるより
大なる作用コイル平面により、切換装置8のこの開閉状
態では測定装置の大なる捕獲領域が確保され、この捕獲
領域は対象物7から犬なる距離にあってもなお対象物の
不規則部を評価可能に「確認」しうる範囲内にある。こ
の場合複数個のこのような部分コイルが具備されている
とき、一種の「景観図」すなわちセンザ製置五ドの対象
物の図がえられることはきわめて有利である。
ここでコイル表面(は段階的に小または犬となすことが
可能である。切換がシーケンシャルな切換装置(走査装
置)で達成可能であることは有オ]」で、この場合側々
の切換段の計till値はたとえばマイクロプロセッサ
で処理可能である。
第6図は第2c図の装置に類似して構成されている計測
装置の実施例を示J−o前述の装置との相違は切換装置
8が専ら受信部分コイル4a−1゜4a−2,4b−1
,4b−2の出力端と直接結合されていることであって
、したがって大なる1術獲頴域を有する一方の位置と犬
なる解像能力を有する第2の位置との間の切換は増幅器
6の1油で行われることである。ここで明らかなように
受信部分コイル4a−1ないし4b−2から導入された
信号は直接相互に逆方向に接続され、第2C図の回路と
同様な結果をうる。
第4a図は円形形状の部分コイル4a−1,4a−2゜
41)−1および4b−2’に有する誘導性センサ装置
を示r0発信コイル1はコイル担持体2の上面に配設さ
れている(第41)図)。記述のセンサ装置は受信部分
コイル4a−1,4a−2+4b−1+4b−2からえ
もれた信号の評価ののち、裂は目7aに対するコイル担
持体2の対称軸Xの相対位置に関する出力情報と同様に
点状の対象物の不規則部に対すイ)相司位置の決定も可
能とする。これは受信コイルの対角線に位置する対すな
わち4a−1,4b−2および4a−2,4b−1の出
力信号の比較で可能である。
第5図はコイル担持体2が彎曲しやすい材料から製作さ
れしたがって2個のメタル片7bおよび7Cの彎曲面に
適合可能な実施例を示す。
第6図は2個のメタル部分7bおよび7cの表面形状に
適合するように2個のコイル担持体2aおよび2bが相
互に角をなして配設されている実施例を示す。これらの
実施例は本発明にょるセンサ装置の広範囲な利用可能性
を示す。図示の変更態様においては使用例および運転条
件等に応じて彎曲しや゛すい絶縁材料、セラミック、ガ
ラス等からなるコイル担持体が使用可能である。専門家
には適切な材料がよく知られている。
第7a図および第71〕図は「積層」すなわち種々のコ
イル担持体の電像結合によりセンサ装置がさらにいか如
改善されるかを見や丁〈示している。
明確な記述を可能とするために第7a図においては2個
のコイル担持体2aおよび21〕は相互に肖゛う離して
記載さ九ている。最終の組立形状II第71)図で明瞭
なように両方のコイル担持体2aおよ0・2bは相互に
糊着さn固く結合されている。両方のコイル担持体2a
および2bは受信部分コイル4a−i、4b−1、ない
しは4a−2,4b−2を具イIifiし、これらはコ
イル担持体2上に薄層フィルム技術でそれぞれほぼD形
状および軸対称に担持されている。ここで対称軸X1お
よびX2は相互に直交して二等分している。これにより
第7b図の実施例のように受信部分コイルは発信コイル
1ないしは対象物(図示なし)の非対称により影響を受
ける。しかしながらこの場合コイル形状(D形状)によ
り、対称軸に平行に走行する巻線部分が比較的短かい1
個づつのコイルの配設の場合よりもより良好な解像度か
えられる。
第8a図および第8b図は4個のコイル担持体2a、2
b、2cおよび2aを有するセンサ装置の変′咀1凛様
を示す。第7図の実施例と類似してコイル担持体2aお
よび2b上に発信コイル1ならびに受信部分コイル4a
−1,4b−1,4a−2,および41) −2がD形
状に配設されている。第6のコイル担持体2C上にさら
にリング状の第6の受信部分コイル4Cが具備され、該
コイルはセンサ装置と対象物との間の距離の計測に利用
可能である。
さらに第4のコイル担持体2a上にコンデンサとして働
くさらに2個の円形導体11.12が配設され、該導体
は既知の方法で、センサ装置と対象物との間の静電容量
的距離計測のための装置に結合可能である。この静電容
量電極11.12は個々にセンサ装置の対象物7b、7
cに対する距離を高精度に計測することを可能とする。
コンデンサ電極11および12は第8b図から明らかな
ように最下層のコイル担持体2aの背側に配設されした
がって保護されている。記述の複数個の部分コイルなら
びに最も簡単な方法で組込まれたコンデンサ電極からな
る総体装置はきわめてコンパクトで、操作が確実で高度
な解像度を有する広く適用可能なセンサ装置の製作を可
能とする。
第9図は本発明による計測装置の実施例を示゛r0ここ
では発信装置1ならびに受信部分コイル4a。
4bおよび4cはコイル担持体上に平面に担持される層
としては表示されてないが、これは第9図の本発明によ
る計測装置は6次元に巻付けられたコイルにおいても使
用可能だからである。しかしながら計測装置はu■述例
のよ5なセンサ装置な用いて実施することがきわめて有
利である。
第9図において部分コイル4a、4bおよび4Cは出力
側で切換装置8に接続されている。切換装置8が作動し
て実線位置Iの状態では、両方の受信部分コイル4bお
よび4Cは前述の方法で発信コイル1の交流磁界で影響
される。これによりセンサ装置を介してメタル部分7b
および7Cの間の切断部7aは受信部分コイル4bおよ
び4Cに対しその相対位置内に探知n]能である。した
がって切換装置8の位置lにおいて増幅器6の出力端9
VC信号が到達し、該信号はセンサ装置の切断部7aに
灼する横方向移動を指示゛rる。これは第10図の1の
略図内で明瞭である。これに対し、切換装置8が位置1
1に切換えられると、第1の受信部分コイル4aと第2
の受信部分コイル4bとが相互に逆方向に接続さ扛る。
この両方の受信部分コイルの合成信号はしかしながら両
方の受信部分コイル4aおよび41)のメタル部分7か
らの垂直距離に依存するので、位置1■では増幅器乙の
出力端9にはセンサ装置のメタル部分7からの高さ丁な
わち垂直距離に比例した信号が到達する。切換装置8の
挿入によりただ1個の計画装置(増幅器6)の使用のも
とて明らかに距離に比例したまた対象物の不規則部に対
する横方向移動に比例した出力信号が出力端9に発生す
る。このきわめて経所的で簡単な機能はとくに、受信部
分4a、4b、4cおよび発信コイル1を前述の方法で
狭い空間に好ましい変形態様で製作し[−積層」させる
ことで推進される。
【図面の簡単な説明】 第1a図は自動イナートガス溶接ノズルにおける誘導性
センサ装置の略側面図、 第1b図は第1図のセンサ装置の底面図、第2a図は複
数個の部分コイルを有するg導性センサ装置、 第2b図は第2a図に類似のセンサ装置であって他のコ
イル形状を有したもの、 第2C図は第2b図のセンサ装置を使用した本発明の特
徴を有する計測装置、 第6図は切換装置と切換可能センサ装置とを有する計測
装置面の略図、 第4a図は点対称に配設された4個の部分コイルを有す
るリンク状センサ装置、 第4b図は第4a図のセンサ装置の■す面図、第5図は
やn゛曲ココイル担持性有するセンサ装置の略図、 第6図は相互に角をなして配設された2個のコイル]U
]、冒4・を有するセンザ装はの略図、第7a図は2個
の積層コイル担持体を有するセンリ゛装置6の略図、 第71〕図は第7a図のセンサ装置の略側面図でコイル
担持体を接合したもの、 第8;1図は複数個の部分コイルならびに2個の静?F
、容考1袖助電1喫を有する七ンリー装置の略平面図、
第81)図は第8a図の線A−八による断面図、第9図
は切換装置と切換1′3J能な部分コイルとを有゛ノー
る訓11(10ム置、 第10図v1第9図の位置1および11における各々の
作動で鵬fuJして接続された部分コイルの図である。 1:発信コイル 2:コイル担持体 6:発 振 器 4a 、4b 、4c 、4d :受信部分コイル6.
6a、6b :増 幅 器 7:メ タ ル板 7a:切 断 部 8:切換装置 9:出 力 端 Fig、 20 Fig、 4a Fig、4b 4b1,4o1 4b2,4a2

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)発振器から交流電圧を給電さ九る少くとも1個の
    発信コイル、および 金属対象物の裂は目またに隅のような表面不規則部に対
    しそれとの距離および/または相対位置を計測するため
    の少とも1個の受信コイル、を有する誘導性センサ装置
    であって、 ここで該発信コイルにより対象物とセンサ装置とのその
    ときの相対位置に応じた位相および/または振幅を有す
    る交流が該受信コイル内に誘導されるところの誘導性セ
    ンサ装置において、該発信コイルおよび/または受信コ
    イルはメタル層として平坦なコイル担持体の少くとも1
    方の表面上に担持されていることを特徴とする誘導性セ
    ンサ装置。 (2)該コイル担持体はその上面およびその下面に受信
    コイルおよび/または発信コイルが被覆加工されている
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の誘導性セ
    ンサ装置。 (3)受信コイルおよび/または発信コイルを被覆加工
    された少くとも2個のコイル担持体が相互に積層され、
    ここで該コイルは相互に絶縁されていることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項また □は第2項記載の誘導性
    センサ装置。 (4)複数個のコイルを具備し、該コイルはコイル担持
    体上で少くとも1個の対称軸および/または対称点に関
    し軸対称ないしは点対称に配設されていることを特徴と
    する特許 ずれかの項に記載の誘導性センサ装置。 (5) コイル本体は加工可能でとくに彎曲可能な材料
    からなることを特徴とする前記特許請求の範囲のいすれ
    かの項に記載の誘導1生センサ装埴。 (6)対象物に対し少くとも2個の相互に隣接して配設
    されたコイル担持体を具備することを特徴とする前記特
    許請求の範囲のいずれかに記載の誘導性センサ装置。 (力 該コイル担持体が相互に角をなして配設されてい
    ることを特徴とする特許 いすれかの項に記載の誘導性センサ装置。 (8)コイル担持体は非導電性材料からなる円板である
    ことを特徴とする前記特許請求の範囲のいずれかの項に
    記載の誘導性センサ装置。 (9) コイルは厚層フィルム技術で担持されているこ
    とを特徴とする前記特許請求の範囲のいずれかの項に記
    載の誘導性センサ装置。 (10) コイルは薄層フィルム技術で担持されている
    ことを特徴とする前記特許請求の範囲のいすれかの頃に
    記載の誘導性センサ装置。 1 1) ll’lll iJ称に配設された部分コイ
    ルを有する少くとも2個のコイル担持体はその対称軸が
    交差すて》ように配設され−(いることを特徴とする」
    も11請、トリ範囲第4 ノJ1ないし第10項のいず
    れかに記載の誘導性センサ装置。 (12l 該対称軸(d相互に直角であることを特徴と
    する特許請求の範囲第11項に記載の誘導性センサ装置
    。 (l3)部分コイルはときに対称軸に対しほぼ平行に走
    行する少くとも1個の巻線部分を具備し、また十字に交
    差する対称軸により平面図内でコイル担持体上に少くと
    も部分的にほぼ同一形状の対をなす巻線部分が形成され
    ていることを特徴とする特許請求の範囲第11項または
    第12項に記載の誘導性センサ装置。 ■ コイル担持体にさらに静電容量式距離計測用電極を
    形成すべく平面に形成されたメタル導体が配設されてい
    ることを特徴とする前記特許請求の範囲のいすれかの項
    に記載の誘導性センサ装置。 (15)センサ装置、とくに前記特許請求の範囲のいず
    れかに記載のセンサ装置の対象物て対する相対位置を計
    測するための計測装置であって、ここで該センサ装置は
    少くとも1個の受信コイルと1個の発信コイルとを具備
    し、ここで該R イrKコイルはHF発振器に接続され
    また受16コイルは対象物とセンサ装置との相対位置変
    化に応じた位相変化および/または電圧変化な謝側・T
    るための評価回路に接続されている計測装置において、
    少くとも受信コイルおよび/または発信コイルは少くと
    も2個の部分コイルに分割されていること、および部分
    コイルの一方および/または他方を評価回路に選択接続
    するための切換装置を具備していることを特徴とする計
    測装置。 (llil 部分コイルは対象物に対し異なる作用をな
    すコイル平面を提示rることを特徴とする特許請求の範
    囲第15項に記載の計測装置。 {17}受信コイルは少くとも1対の部分コイルを具備
    し該部分コイルは相qに間隔をなして対称に配設されて
    いること、 該受1言コイルは少くとも1個の補助コイルを具備し該
    補助コイルは対象物に対し部分コイルとは異なる距離に
    配設されていること、そして、切換装置は、一方では横
    方向の相対位+ti剖測のために部分コイルにより直接
    また間接に受信さf’Lた信号が相−仏に切換えられて
    評価装置の入口にイ;」加さJ’L、他方では距離泪測
    のために少くとも1個の部分コイルによりまたは直接な
    いしは間接に両方の部分コイルにより受信された信号を
    直列に、しかし補助コイルで受信された信号とは逆向き
    に評価回路の入口に付加されるように2つの異なる計測
    位置に切換え可能であること、 これらを特徴と丁るセンサ装置と対象物平面との距離の
    計測ならびにセンサ装置と対象物の不規則部との横方向
    相対位置の計測のための特許請求の範囲第15項または
    第16項に記載のa1測装fif。 α8)複数個の部分コイルを具備していること、および
    切換装置として自動作動可能でとくにシーケン7ャル 
    な切換装置(走査装置)を具備していることを特徴とす
    る特許請求の範囲第15項または第16項に記載の計測
    装置。
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