DE102017210943A1

DE102017210943A1 - Method for calibrating an inductive position sensor and location sensor

Info

Publication number: DE102017210943A1
Application number: DE102017210943.2A
Authority: DE
Inventors: Markus Hahl; Kai Renz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-06-28
Filing date: 2017-06-28
Publication date: 2019-01-03
Also published as: CN109143403A; CN109143403B

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Kalibrierung eines induktiven Ortungssensors mit zumindest einer Sendespule (116) und zumindest einem Empfangswindungssystem (118), die in Form von Leiterbahnen (128) auf einer Leiterplatte (126a) des Ortungssensors ausgestaltet sind, vorgeschlagen, wobei ein Abgleich einer in einer Empfangsspule (112, 114) des Empfangswindungssystems (118) induzierten Spannung U durch Abschalten zumindest eines Kalibrierwindungssystems (130) des Empfangswindungssystems (118) erfolgt. Erfindungsgemäß wird das zumindest eine Kalibrierwindungssystems (130) in einem Verfahrensschritt (218) mittels mechanischem Fräsen einer Leiterbahn (128) des zumindest einen Kalibrierwindungssystems (130) abgeschaltet.

The invention relates to a method for calibrating an inductive position sensor having at least one transmitting coil (116) and at least one receiving winding system (118), which are configured in the form of printed conductors (128) on a printed circuit board (126a) of the locating sensor, wherein a comparison of an in-line position sensor a receiving coil (112, 114) of the receiving winding system (118) induced voltage U by switching off at least one Kalibrierwindungssystems (130) of the receiving winding system (118) takes place. According to the invention, the at least one calibration winding system (130) is switched off in a method step (218) by means of mechanical milling of a conductor track (128) of the at least one calibration winding system (130).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung eines induktiven Ortungssensors mit zumindest einer Sendespule und zumindest einem Empfangswindungssystem. Ferner betrifft die Erfindung einen entsprechenden Ortungssensor.The invention relates to a method for calibrating an inductive position sensor with at least one transmitting coil and at least one receiving winding system. Furthermore, the invention relates to a corresponding locating sensor.

Stand der TechnikState of the art

Ortungssensoren zur Ortung von in Bauwerkstoffen verborgenen, metallischen Objekten arbeiten derzeit in der Regel mit induktiven Verfahren. Hierbei wird ausgenutzt, dass sowohl leitfähige als auch ferromagnetische Werkstoffe die Eigenschaften einer in der Umgebung angebrachten, elektromagnetischen Spule beeinflussen. Die von metallischen Gegenständen hervorgerufenen Veränderungen der induktiven Eigenschaften werden von einer Empfangsschaltung eines solchen Ortungssensors registriert. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise in einer Wand eingeschlossene, metallische Gegenstände mittels einer oder mehrerer über die Wand hinweg geführter Spulen orten.Locating sensors for locating metallic objects hidden in building materials currently generally work with inductive methods. This exploits the fact that both conductive and ferromagnetic materials affect the properties of an electromagnetic coil mounted in the environment. The changes in the inductive properties caused by metallic objects are registered by a receiving circuit of such a locating sensor. In this way, for example, metallic objects enclosed in a wall can be located by means of one or more coils guided over the wall.

Eine technische Schwierigkeit bei der Detektion metallischer Objekte besteht darin, dass die Rückwirkung der zu ortenden Gegenstände auf die Spule bzw. Spulen des Ortungssensors, d.h. insbesondere ein Ortungssignal, vom Betrag her sehr klein ist. Dies trifft vor allem für den Einfluss von nicht ferromagnetischen Objekten, wie beispielsweise dem technisch wichtigen Kupfer, zu. Dies führt dazu, dass die induktive Wirkung der Spulen untereinander deutlich größer sein kann, als die durch einen eingeschlossenen Gegenstand erzeugte Induktion in der Empfangsspule. Die auf einem induktiven Verfahren basierenden Detektoren haben in der Regel ein hohes an der Empfangsspule des Detektors abgreifbares Signal, welches bereits ohne Einfluss eines externen, metallischen Gegenstands von der Empfangsschaltung des Ortungssensors gemessen wird. Ein derart hohes „Hintergrundsignal“ (oder auch „Offset“) macht es schwierig, sehr kleine induktive Änderungen, welche durch einen in die Nähe des Ortungssensors gebrachten metallischen Gegenstand verursacht werden, zu detektieren.A technical difficulty in the detection of metallic objects is that the retroactivity of the objects to be located on the coil or coils of the position sensor, i. in particular a locating signal, the amount is very small. This is especially true for the influence of non-ferromagnetic objects such as the technically important copper. As a result, the inductive effect of the coils with each other can be significantly greater than the induction generated in the receiver coil by an enclosed object. As a rule, the detectors based on an inductive method have a high signal which can be tapped off at the receiving coil of the detector and which is already measured by the receiving circuit of the position sensor without the influence of an external, metallic object. Such a high "background signal" (or "offset") makes it difficult to detect very small inductive changes caused by a metallic object brought into proximity to the position sensor.

Aus dem Stand der Technik sind bereits Ansätze bekannt, das Sensorsignal, welches bei Abwesenheit metallischer Objekte in Form des Hintergrundsignals vorhanden ist, zu reduzieren und somit die relativen Signaländerungen gegenüber diesem Hintergrundsignal zu vergrößern. Beispielsweise findet sich in DE 10 2004 047 188 A1 eine Sensoranordnung für induktive Ortungssensoren, die eine Kompensation des durch die Spulen selbst induzierten Hintergrundsignals ermöglicht. Die vorgeschlagene Vorrichtung zur Ortung metallischer Objekte weist dabei mindestens eine Sendespule und mindestens ein Empfangswindungssystem auf, die induktiv miteinander gekoppelt sind, wobei die Kalibrierung der Vorrichtung, insbesondere die Kompensation des durch die Spulen selbst induzierten Hintergrundsignals, mittels Schaltmitteln erfolgt, die es ermöglichen, eine effektive Windungszahl des Empfangswindungssystems zu variieren.It is already known from the prior art approaches to reduce the sensor signal, which is present in the absence of metallic objects in the form of the background signal, and thus to increase the relative signal changes with respect to this background signal. For example, is found in DE 10 2004 047 188 A1 a sensor arrangement for inductive detection sensors, which enables a compensation of the background signal induced by the coils themselves. The proposed device for locating metallic objects in this case has at least one transmitting coil and at least one receiving winding system, which are inductively coupled to each other, the calibration of the device, in particular the compensation of the induced by the coil itself background signal, by means of switching means, which make it possible to vary the effective number of turns of the receiving winding system.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird ein Verfahren zur Kalibrierung eines induktiven Ortungssensors mit zumindest einer Sendespule und zumindest einem Empfangswindungssystem, die in Form von Leiterbahnen auf einer Leiterplatte des Ortungssensors ausgestaltet sind, vorgeschlagen, wobei ein Abgleich einer in einer Empfangsspule des Empfangswindungssystems induzierten Spannung U durch Abschalten zumindest eines Kalibrierwindungssystems des Empfangswindungssystems erfolgt. Erfindungsgemäß wird das zumindest eine Kalibrierwindungssystems in einem Verfahrensschritt mittels mechanischem Fräsen einer Leiterbahn des zumindest einen Kalibrierwindungssystems abgeschaltet.The invention relates to a method for calibrating an inductive position sensor with at least one transmitting coil and at least one receiving winding system, which are designed in the form of printed conductors on a printed circuit board of the locating sensor, wherein an adjustment of a voltage U induced in a receiving coil of the receiving winding system by switching off at least one Kalibrierwindungssystems the receiving winding system takes place. According to the invention, the at least one calibration winding system is switched off in one method step by means of mechanical milling of a conductor track of the at least one calibration winding system.

Das vorgeschlagene Verfahren zur Kalibrierung des induktiven Ortungssensors basiert dabei prinzipiell auf dem bereits bekannten Konzept, dass die Geometrie des Empfangswindungssystems, beispielsweise der Empfangsspulen, derart modifiziert wird, dass der resultierende magnetische Gesamtfluss durch die Empfangswindungen verschwindet oder zumindest nahezu verschwindet, falls kein zu ortendes Objekt in der Nähe des Ortungssensors lokalisiert ist. Das Konzept ist aus DE 10 2004 047 188 A1 bekannt.The proposed method for calibrating the inductive position sensor is based in principle on the already known concept that the geometry of the receiving winding system, for example, the receiving coil is modified so that the resulting total magnetic flux through the receiving turns disappears or at least almost disappears, if no object to be located located near the locating sensor. The concept is over DE 10 2004 047 188 A1 known.

Dabei werden die ursprünglich im Rahmen der Fertigung vorgesehenen Empfangswindungen des Empfangswindungssystems um eine oder mehrere Leiterschleifen reduziert und/oder die Lage der verwendeten Leiterschleifen, d.h. die Geometrie des Empfangswindungssystems, wird verändert. Zur Durchführung dieser Variation der Windungszahl der Empfangswindungen und/oder der Geometrie des Empfangswindungssystems wird erfindungsgemäß ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein Kalibrierwindungssystem, d.h. insbesondere eine Empfangswindung und/oder Empfangswindungen des Ortungssensors, in einem Verfahrensschritt mittels mechanischem Fräsen der die entsprechende Windung bildenden Leiterbahn des zumindest einen Kalibrierwindungssystems abgeschaltet wird. Bei einem geeigneten Design der Leiterschleifen der Empfangswindungen, also beispielsweise der einen oder mehreren Empfangsspulen, werden in diesen Leiterschleifenanteilen derart Spannungen induziert und/oder die Geometrie des Empfangswindungssystems wird derart modifiziert, dass die Fehlspannungen im Ortungssensor, welche beispielsweise aufgrund von nicht eingehaltenen Fertigungstoleranzen entstehen können, gerade kompensiert werden.The receiving windings of the receiving winding system originally provided in the course of production are thereby reduced by one or more conductor loops and / or the position of the conductor loops used, ie the geometry of the receiving winding system, is changed. To carry out this variation of the number of windings of the receiving windings and / or the geometry of the receiving winding system, a method is proposed according to the invention in which a calibration winding system, ie in particular a receiving winding and / or receiving windings of the locating sensor, in a method step by means of mechanical milling of the conductor track of the corresponding winding at least one Kalibrierwindungssystems is turned off. In a suitable design of the conductor loops of the receiving windings, that is, for example, the one or more receiving coils, voltages are induced in such conductor loop portions and / or the geometry of the receiving winding system is modified such that the false voltages in the position sensor, which, for example due to not adhered to manufacturing tolerances may arise, just be compensated.

Es sei angemerkt, dass der Ausdruck „Fräsen einer Leiterbahn“ eine vergleichbare Bearbeitung der Leiterbahn, bei der die Leiterbahn durch Materialabtrag unterbrochen wird, beispielsweise mittels Bohren, mit einschließt.It should be noted that the term "routing a trace" includes comparable processing of the trace in which the trace is interrupted by material removal, such as by drilling.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Kalibrierung des Ortungssensors, bei dem der Abgleich der in den Empfangswindungen induzierten Spannung U durch Abschalten des Kalibrierwindungssystems des Empfangswindungssystems erfolgt. Das Kalibrierwindungssystem kann dabei sowohl aus einem als auch aus mehreren Kompensationsmodulen und/oder Kompensationswindungen vorgegebener Windungslänge bestehen. Unter Kompensationswindungen sind dabei jeweils stromdurchflossene Bogenlängen der Abgleichs- oder Ausgleichswindungen zu verstehen, die dazu vorgesehen sind, nach erfindungsgemäßem Verfahren gefräst zu werden und in Folge eines Fräsens ein Umschalten oder Variieren zwischen zumindest zwei, vorzugsweise m, verschiedenen Alternativkonfigurationen zu ermöglichen. Auf diese Weise ist es möglich, einen beispielsweise durch Fehlmontage oder nicht eingehaltene Fertigungstoleranzen erzeugtes Hintergrundsignal des Ortungssensors zu kompensieren, indem verschiedene Kombinationen von Verschaltungen durch Fräsen entsprechender Leiterbahnen variiert werden können, sodass sich ein optimaler Abgleich ergibt.The method according to the invention makes it possible to calibrate the position sensor, in which the adjustment of the voltage U induced in the receiving turns is effected by switching off the calibration winding system of the receiving winding system. The Kalibrierwindungssystem can consist of both one and several compensation modules and / or compensation windings predetermined winding length. Compensation turns are in each case current-carrying arc lengths of the balancing or compensating turns to be understood, which are intended to be milled according to the inventive method and to allow switching or varying between at least two, preferably m, different alternative configurations as a result of milling. In this way, it is possible to compensate for a generated for example by incorrect assembly or non-compliance with manufacturing tolerances background signal of the position sensor by different combinations of interconnections by milling corresponding tracks can be varied, so that there is an optimal balance.

Derart kann erfindungsgemäß ein besonders einfaches, kostengünstiges und dennoch besonders effizientes Verfahren zur präzisen Kalibrierung eines erfindungsgemäßen Ortungssensors angegeben werden. Ferner kann ein nach erfindungsgemäßem Verfahren kalibrierter Ortungssensor angegeben werden, welcher ein möglichst geringes Hintergrundsignal erzeugt, wobei eine Fehlplatzierung von Spulen, insbesondere Sende- und Empfangsspulen, einen möglichst geringen Einfluss auf das Hintergrundsignal hat.In this way, according to the invention, a particularly simple, inexpensive and nevertheless particularly efficient method for precise calibration of a positioning sensor according to the invention can be specified. Furthermore, a position sensor calibrated according to the method according to the invention can be specified, which generates the lowest possible background signal, wherein an incorrect placement of coils, in particular transmitting and receiving coils, has the least possible influence on the background signal.

Insbesondere kann auf diese Weise ein Ortungssensor angegeben werden, der unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens werksseitig nach der Montage kalibriert wird/wurde, sodass ein optimierter Betrieb möglich ist.In particular, a location sensor can be specified in this way, which is calibrated at the factory after installation using the method according to the invention, so that an optimized operation is possible.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einem dem Verfahrensschritt des mechanischen Fräsens der Leiterbahn des Kalibrierwindungssystems vorausgehenden Verfahrensschritt die benötigte Frästiefe durch mechanisches Fräsen einer auf der Leiterplatte vorgesehenen Teststruktur ermittelt.In one embodiment of the method according to the invention, the required milling depth is determined by mechanical milling of a test structure provided on the printed circuit board in a method step preceding the method step of the mechanical milling of the conductor track of the calibration winding system.

Da in der Fertigung von Ortungssensoren der beschriebenen Art typischerweise mit elektronischen Bauteilen bestückte Leiterplatten vorliegen, ist oftmals die Verwendung eines Arbeitstiefenbegrenzers des Fräswerkzeugs für den Verfahrensschritt des Fräsens nicht oder nur eingeschränkt möglich. Folglich muss, insbesondere bei mehrlagig mit Bauteilen und/oder Leiterbahnen bestückten Leiterplatten, besonders darauf geachtet werden, dass in Folge des Fräsens nur die gewünschte Lage mit den zu fräsenden Leiterbahnen bearbeitet, d.h. durchtrennt, wird. Dazu ist ein Fräsen in einer möglichst präzise definierten Frästiefe nötig.Since in the production of position sensors of the type described are typically equipped with electronic components printed circuit boards, often the use of a working depth limiter of the milling tool for the process step of milling is not or only partially possible. Consequently, particular care must be taken, especially in the case of multi-layer printed circuit boards stocked with components and / or conductor tracks, that as a result of the milling, only the desired position is processed with the conductor tracks to be milled, i. is severed. This requires milling in the most precise possible milling depth.

Da die Frästiefe bei aus dem Stand der Technik bekannten Fräswerkzeugen jedoch ausgehend von der Auflage, auf der eine zu fräsende Leiterplatte platziert wird, ermittelt wird, fließt die Toleranz der Dicke der Leiterplatte in eine mögliche Präzision der Frästiefe mit ein. Leiterplatten aus dem Stand der Technik weisen oftmals Toleranzen hinsichtlich ihrer Dicke im Bereich von bis zu ±10% auf. Bei einer beispielhaft 2.5 mm dicken Leiterplatte entspricht dies einer absoluten Toleranz von ±250 µm. Somit kann auch nur die Frästiefe auf ±250 µm genau eingestellt werden.However, since the milling depth is determined in milling tools known from the prior art, starting from the support on which a printed circuit board to be milled is located, the tolerance of the thickness of the printed circuit board flows into a possible precision of the milling depth. Prior art circuit boards often have tolerances in thickness ranging up to ± 10%. In an exemplary 2.5 mm thick printed circuit board, this corresponds to an absolute tolerance of ± 250 μm. This means that only the milling depth can be set exactly to ± 250 μm.

Mehrschichtige Lagen von Leiterbahnen werden auf einer Leiterplatte typischerweise durch Substratschichten getrennt, deren Dicke in einer Größenordnung von weniger als 500 µm liegt. Folglich kann - bei einer Toleranz der Leiterplatte von beispielsweise ±250 µm - nicht gewährleistet werden, dass das Fräswerkzeug in eine unterhalb der zu fräsenden Leiterbahn liegende Leiterbahn eintaucht und deren Strukturen beschädigt (in diesem Fall liegt die Dicke der Leiterplatte im oberen Bereich ihrer Toleranz, z.B. bei 2.75 mm) und/oder dass die zu fräsende Leiterbahn nicht vollständig durchtrennt wird (in diesem Fall liegt die Dicke der Leiterplatte im unteren Bereich ihrer Toleranz, z.B. bei 2.25 mm), sodass eine Kalibrierung des Ortungssensors nicht erfolgt.Multilayer layers of printed conductors are typically separated on a circuit board by substrate layers whose thickness is on the order of less than 500 μm. Consequently, with a tolerance of the printed circuit board of, for example, ± 250 μm, it can not be ensured that the milling tool dips into a track below the track to be milled and damages its structure (in this case, the thickness of the circuit board is in the upper range of its tolerance, eg at 2.75 mm) and / or that the conductor track to be cut is not completely severed (in this case, the thickness of the circuit board is in the lower range of their tolerance, eg 2.25 mm), so that a calibration of the position sensor does not take place.

Durch den vorausgehenden Verfahrensschritt wird erfindungsgemäß die benötigte Frästiefe durch mechanisches Fräsen einer auf der Leiterplatte vorgesehenen Teststruktur ermittelt und somit eine mögliche Toleranz der zu fräsenden Leiterplatte in die Bestimmung der Frästiefe einbezogen. Insbesondere kann somit ein von Toleranzen in der Fertigung - insbesondere der Fertigung der zu Grunde liegenden Leiterplatte - unabhängiges Verfahren zur Kalibrierung des induktiven Ortungssensors angegeben werden.By means of the preceding method step, the required milling depth is determined according to the invention by mechanical milling of a test structure provided on the printed circuit board and thus a possible tolerance of the circuit board to be milled is included in the determination of the milling depth. In particular, one of manufacturing tolerances - in particular the production of the underlying circuit board - independent method for calibrating the inductive position sensor can thus be specified.

Die Teststruktur wird bei der Herstellung der Leiterbahnen des Ortungssensors ebenfalls auf der Leiterplatte, bevorzugt in unmittelbarer Nähe zu den Leiterbahnen des Empfangswindungssystems, angeordnet. Unter „in unmittelbarer Nähe“ ist dabei insbesondere zu verstehen, dass der Abstand von Teststruktur und Empfangswindungssystem weniger als 10 cm, bevorzugt weniger als 5 cm, besonders bevorzugt weniger als 1 cm beträgt. Ferner können auch mehrere erfindungsgemäße Teststrukturen auf der Leiterplatte vorgesehen sein. In einer Ausführungsform ist jeweils in unmittelbarer Nähe eines Kalibrierwindungssystems eine Teststruktur vorgesehen.The test structure is also arranged on the circuit board in the production of the tracks of the position sensor, preferably in close proximity to the tracks of the receiving winding system. Under "in the immediate vicinity" is here In particular, it should be understood that the distance of the test structure and receiving winding system is less than 10 cm, preferably less than 5 cm, more preferably less than 1 cm. Furthermore, a plurality of test structures according to the invention can also be provided on the printed circuit board. In one embodiment, a test structure is provided in each case in the immediate vicinity of a calibration winding system.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Teststruktur als eine elektrische Schaltung realisiert, wobei die Teststruktur während der Durchführung des Verfahrensschritts zur Ermittlung der benötigten Frästiefe mittels einer Auswerteschaltung betrieben wird. Auf diese Weise kann eine besonders einfach handhabbare Teststruktur mit besonders einfachen Mitteln hergestellt und betrieben werden. Bevorzugt ist die Teststruktur als eine zumindest eine Leiterbahn umfassende elektrische Schaltung ausgeführt. Ferner kann die Teststruktur beispielsweise einen Widerstand umfassen, der der einfachen Messung eines insbesondere definierten Potentials dient. In Folge des Fräsens der Leiterbahn der Teststruktur wird der geschlossene Kreis der elektrischen Schaltung geöffnet und eine an dem Widerstand abfallende Spannung (alternativ: ein an dem Widerstand anliegender Strom) ändert sich. Mittels einer Auswerteschaltung kann die Teststruktur vorteilhaft während der Durchführung des Verfahrensschritts zur Ermittlung der benötigten Frästiefe beobachtet werden und eine besagte Spannungsänderung und/oder Stromänderung detektiert werden. Insbesondere wird in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Durchführung des Verfahrensschritts zur Ermittlung der benötigten Frästiefe die benötigte Frästiefe erreicht, wenn mittels der Auswerteschaltung eine Spannungsänderung und/oder eine Stromänderung an der Teststruktur detektiert wird.In one embodiment of the method according to the invention, the test structure is realized as an electrical circuit, the test structure being operated during the execution of the method step for determining the required milling depth by means of an evaluation circuit. In this way, a particularly easy to handle test structure can be produced and operated with particularly simple means. Preferably, the test structure is designed as an at least one conductor track comprehensive electrical circuit. Furthermore, the test structure can comprise, for example, a resistor which serves for the simple measurement of a particularly defined potential. As a result of the milling of the conductor track of the test structure, the closed circuit of the electrical circuit is opened and a voltage drop across the resistor (alternatively: a current applied to the resistor) changes. By means of an evaluation circuit, the test structure can advantageously be observed during the execution of the method step for determining the required milling depth and a said voltage change and / or current change can be detected. In particular, in one embodiment of the method according to the invention when carrying out the method step for determining the required milling depth, the required milling depth is achieved when a voltage change and / or a current change is detected at the test structure by means of the evaluation circuit.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Fräswerkzeug in einem dem Verfahrensschritt zur Ermittlung der benötigten Frästiefe vorausgehenden Verfahrensschritt an die Position der Teststruktur positioniert.In one embodiment of the method according to the invention, a milling tool is positioned at the position of the test structure in a method step preceding the method step for determining the required milling depth.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird während des Verfahrensschritts zur Ermittlung der benötigten Frästiefe zunächst eine minimale Frästiefe eingestellt und anschließend iterativ die Frästiefe erhöht, bis die benötigte Frästiefe erreicht wird/ist. Auf diese Weise kann eine besonders feine Auflösung bei der Bestimmung der benötigten Frästiefe erreicht werden.In one embodiment of the method according to the invention, a minimum milling depth is initially set during the method step for determining the required milling depth, and the milling depth is then iteratively increased until the required milling depth is reached. In this way, a particularly fine resolution can be achieved in determining the required milling depth.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in dem Verfahrensschritt des mechanischen Fräsens der Leiterbahn des Kalibrierwindungssystems zunächst ein Fräswerkzeug an einer Position der zu fräsenden Leiterbahn des Kalibrierwindungssystems positioniert und anschließend die Leiterbahn bis zur benötigten Frästiefe gefräst.In one embodiment of the method according to the invention, in the method step of the mechanical milling of the conductor track of the calibration winding system, first a milling tool is positioned at a position of the conductor track of the calibration winding system to be milled, and then the conductor track is milled to the required milling depth.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also sichergestellt, dass die gefräste Leiterbahn des Kalibrierwindungssystems vollständig gefräst wird, jedoch eine unterhalb, d.h. in Fräsrichtung hinter der Leiterbahn, befindliche (weitere) Leiterbahn nicht gefräst wird. Eine folglich besonders zuverlässige Kalibrierung des Ortungssensors mit langzeitstabilen Leiterbahnen kann erreicht werden.The method according to the invention thus ensures that the milled conductor track of the calibration winding system is completely milled, but one below, i. in the milling direction behind the trace, located (further) trace is not milled. A consequently particularly reliable calibration of the position sensor with long-term stable conductor tracks can be achieved.

Die Erfindung betrifft ferner einen Ortungssensor zur Ortung metallischer Objekte, mit zumindest einer Sendespule und zumindest einem Empfangswindungssystem, die insbesondere induktiv miteinander gekoppelt sind und die in Form von Leiterbahnen auf einer Leiterplatte des Ortungssensors ausgestaltet sind, wobei zumindest ein Kalibrierwindungssystem des Empfangswindungssystems zum Abgleich einer in einer Empfangsspule des Empfangswindungssystems induzierten Spannung U vorgesehen ist, wobei das zumindest eine Kalibrierwindungssystem in Folge eines mechanischen Fräsens einer Leiterbahn des zumindest einen Kalibrierwindungssystems hinsichtlich einer effektiven Windungszahl des Empfangswindungssystems und/oder hinsichtlich einer aufgespannten Fläche des Empfangswindungssystems und/oder hinsichtlich einer Geometrie des Empfangswindungssystems abgeglichen, insbesondere kalibriert, ist.The invention further relates to a locating sensor for locating metallic objects, comprising at least one transmitting coil and at least one receiving winding system, which are in particular inductively coupled to one another and which are configured in the form of printed conductors on a printed circuit board of the locating sensor, wherein at least one Kalibrierwindungssystem the Empfangswindungssystems for balancing a in a voltage induced voltage U is provided to a receiving coil of the receiving winding system, the at least one calibration winding system being adjusted as a result of mechanically milling a trace of the at least one calibration winding system with respect to an effective number of turns of the receiving winding system and / or with respect to a land of the receiving winding system and / or with respect to a geometry of the receiving winding system , in particular calibrated, is.

Ferner betrifft die Erfindung einen Ortungssensor mit einer Teststruktur in Form einer elektrischen Schaltung. Die Teststruktur ist an eine Auswerteschaltung anschließbar und dient der Ermittlung einer benötigten Frästiefe gemäß erfindungsgemäßem Verfahren.Furthermore, the invention relates to a position sensor with a test structure in the form of an electrical circuit. The test structure can be connected to an evaluation circuit and serves to determine a required milling depth according to the method according to the invention.

In einer Ausführungsform des Ortungssensor sind die zumindest eine Sendespule und die zumindest eine Empfangsspule des Ortungssensors als Printspulen auf der Leiterplatte ausgebildet, insbesondere als in zueinander parallelen, höhenversetzten Ebenen angeordnete Printspulen auf der Leiterplatte ausgebildet. In einer alternativen Ausführungsform ist die Sendespule nicht als Printspule, sondern als gewickelte Sendespule ausgeführt, wobei die zumindest eine Empfangsspule und die Sendespule in zueinander parallelen, höhenversetzten Ebenen angeordnet sind.In one embodiment of the locating sensor, the at least one transmitting coil and the at least one receiving coil of the locating sensor are embodied as printed coils on the printed circuit board, in particular as printed coils arranged in mutually parallel, vertically offset planes on the printed circuit board. In an alternative embodiment, the transmitting coil is not designed as a print coil, but as a wound transmitting coil, wherein the at least one receiving coil and the transmitting coil are arranged in mutually parallel, height-offset planes.

Durch Realisierung der Sendespule und der Empfangsspule als Printspulen sind diese vorteilhaft in einer Ebene unmittelbar parallel zur Leiterplatte, d.h. unmittelbar an diese angrenzend auf der Leiterplatte, angeordnet. In einer Ausführungsform sind die Spulen in einer planaren, einlagigen Wickelgeometrie ausgebildet. Somit kann eine gedruckte Schaltung realisiert werden, bei der keine zusätzlichen Kosten für die Fertigung der Empfangswindungen anfallen. Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren besonders einfach angewandt werden.By implementing the transmitter coil and the receiver coil as print coils, these are advantageously arranged in a plane directly parallel to the printed circuit board, ie directly adjacent to it on the printed circuit board. In one embodiment, the coils are formed in a planar, single-layer winding geometry. Thus, a printed circuit can be realized, at no additional cost incurred for the production of Empfangswindungen. Furthermore, the method according to the invention can be applied particularly easily.

In einer Ausführungsform des Ortungssensors sind die zumindest eine Sendespule und die zumindest eine Empfangsspule koaxial zueinander ausgebildet. In einer Ausführungsform sind mehrere Empfangsspulen koaxial zueinander angeordnet und werden in unterschiedlicher Richtung bestromt. Die mindestens eine Sendespule kann dabei in einer - zumindest zu einer Empfangsspule - parallelen, aber höhenversetzten Ebene angeordnet sein.In one embodiment of the locating sensor, the at least one transmitting coil and the at least one receiving coil are formed coaxially with each other. In one embodiment, a plurality of receiving coils are arranged coaxially to each other and are energized in different directions. The at least one transmitting coil can be arranged in a plane that is parallel but offset in height, at least to one receiving coil.

Der vorgeschlagene Ortungssensor lässt sich in einem induktiven Messgerät, beispielsweise einem Ortungsgerät zur Detektion von metallischen Objekten in Wänden, Decken und Böden, nutzen. Alternativ lässt sich der Ortungssensor in oder an einer Werkzeugmaschine, beispielsweise einem Bohrwerkzeug integrieren, um dem Anwender dieser Maschine ein sicheres Bohren zu ermöglichen. So kann der Sensor beispielsweise in einem Bohr- oder Meißelwerkzeug integriert werden oder als ein mit einem solchen Werkzeug verbindbares Modul ausgebildet sein.The proposed locating sensor can be used in an inductive measuring device, for example a locating device for the detection of metallic objects in walls, ceilings and floors. Alternatively, the locating sensor can be integrated in or on a machine tool, for example a drilling tool, in order to enable the user of this machine to drill safely. For example, the sensor can be integrated in a drilling or chiseling tool or designed as a module that can be connected to such a tool.

Figurenlistelist of figures

Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche Elemente.The invention is explained in more detail in the following description with reference to exemplary embodiments illustrated in the drawings. The drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into meaningful further combinations. Like reference numerals in the figures indicate like elements.

Es zeigen:

1 den prinzipiellen Aufbau einer Sensorgeometrie eines Ortungssensors zur Ortung metallischer Objekte nach dem Stand der Technik in einer schematisierten Darstellung,
2 ein Ausführungsbeispiel einer Spulenanordnung eines erfindungsgemäßen Ortungssensors in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung,
3 eine Aufsicht auf die Empfangsspulen und die Teststruktur des Ortungssensors in einer vereinfachten, schematisierten Darstellung
4 eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Show it:

1 the basic structure of a sensor geometry of a position sensor for locating metallic objects according to the prior art in a schematic representation,
2 An embodiment of a coil arrangement of a position sensor according to the invention in a simplified perspective view,
3 a plan view of the receiver coil and the test structure of the position sensor in a simplified, schematic representation
4 an exemplary embodiment of the method according to the invention.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines induktiven Ortungssensors zur Ortung metallischer Gegenstände nach dem Stand der Technik. Ein solcher Ortungssensor weist in seiner Sensoranordnung 10 drei Spulen 12, 14, 16 auf. Eine erste Sendespule 12, die an einen ersten Sender S1 angeschlossen ist, eine zweite Sendespule 14, die an einen zweiten Sender S2 angeschlossen ist, und eine Empfangsspule 16, die an einem Empfänger E angeschlossen ist. Jede Spule ist hier als kreisförmige Linie dargestellt. Die drei Spulen 12, 14, 16 sind konzentrisch zu einer gemeinsamen Achse 18 angeordnet. Dabei haben die einzelnen Spulen 12, 14, 16 unterschiedliche Außenabmessungen, sodass die Sendespule 12 in die Sendespule 14 koaxial zur Achse 18 einsetzbar ist. 1 shows the basic structure of an inductive detection sensor for locating metallic objects according to the prior art. Such a position sensor has in its sensor arrangement 10 three coils 12 . 14 . 16 on. A first transmission coil 12 to a first transmitter S1 is connected, a second transmission coil 14 to a second transmitter S2 connected, and a receiving coil 16 which is connected to a receiver E. Each coil is shown here as a circular line. The three coils 12 . 14 . 16 are concentric to a common axis 18 arranged. The individual coils have 12 . 14 . 16 different outer dimensions, so that the transmitting coil 12 in the transmitter coil 14 coaxial with the axis 18 can be used.

Die beiden Sendespulen 12 und 14 werden von ihren Sendern S1 und S2 mit Wechselströmen entgegengesetzter Phase gespeist. Damit induziert die erste Sendespule 12 in der Empfangsspule 16 einen Fluss, der dem von der zweiten Sendespule 14 in der Empfangsspule 16 induzierten Fluss entgegengesetzt gerichtet ist. Beide in der Empfangsspule 16 induzierten Flüsse kompensieren sich gegenseitig, sodass der Empfänger E im Idealfall kein Empfangssignal in der Empfangsspule 16 detektiert, falls sich kein externer, metallischer Gegenstand (hier nicht näher dargestellt) in der Nähe der Sensoranordnung 10 befindet. Der von den einzelnen Sendespulen 12 bzw. 14 in der Empfangsspule 16 erregte Fluss hängt von verschiedenen Größen ab, wie beispielsweise der Windungszahl und der Geometrie der Spulen 12 bzw. 14 und von den Amplituden der in die beiden Sendespulen 12 bzw. 14 eingespeisten Ströme sowie der gegenseitigen Phasenlage dieser Ströme.The two transmission coils 12 and 14 be from their senders S1 and S2 fed with alternating currents of opposite phase. This induces the first transmitter coil 12 in the receiving coil 16 a flux similar to that of the second transmitter coil 14 in the receiving coil 16 directed flow is directed opposite. Both in the receiver coil 16 induced fluxes compensate each other, so that the receiver E ideally no reception signal in the receiving coil 16 detected, if there is no external, metallic object (not shown here) in the vicinity of the sensor array 10 located. The one from each transmitter coil 12 respectively. 14 in the receiving coil 16 Excited flux depends on various quantities, such as the number of turns and the geometry of the coils 12 respectively. 14 and from the amplitudes of the two transmit coils 12 respectively. 14 fed currents and the mutual phase position of these currents.

Diese Größen sind bei der Sensoranordnung 10 des Standes der Technik letztendlich so zu optimieren, dass bei Abwesenheit eines metallischen Gegenstands in der Empfangsspule 16, bei stromdurchflossenen Sendespulen 12 bzw. 14 kein Fluss bzw. ein möglichst geringer Fluss (das beschriebene Hintergrundsignal) angeregt wird. Bei der Sensoranordnung 10 gemäß 1 sind die erste Sendespule 12, die an den ersten Sender S1 angeschlossen ist und eine zweite Sendespule 14, die an einen zweiten Sender S1 angeschlossen ist, koaxial zueinander in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Die Empfangsspule 16 ist in einer gegenüber den beiden Sendespulen 12 und 14 versetzten Ebene angeordnet.These quantities are in the sensor arrangement 10 of the prior art ultimately to optimize so that in the absence of a metallic object in the receiving coil 16 , with current-carrying transmitting coils 12 respectively. 14 no flow or as low as possible flow (the described background signal) is excited. In the sensor arrangement 10 according to 1 are the first transmission coil 12 to the first transmitter S1 is connected and a second transmission coil 14 to a second transmitter S1 is connected, arranged coaxially with each other in a common plane. The receiver coil 16 is in one opposite the two transmitting coils 12 and 14 offset plane arranged.

2 zeigt die Anordnung einer Sensoranordnung 110, wie sie in einem erfindungsgemäßen Ortungssensor zur Ortung metallischer Objekte zur Anwendung kommt. Die Sensoranordnung 110 des Ortungssensors gemäß 2 weist zwei Empfangsspulen 112 bzw. 114 auf, die in einer gemeinsamen Ebene 126 (in 2 von der X-Achse 122 und der Y-Achse 124 aufgespannt) koaxial zueinander angeordnet sind und ein Empfangswindungssystem 118 bilden. Diese Ebene 126 stellt hier die Oberseite einer Leiterplatte 126a des Ortungssensors dar. Die Empfangsspulen 112 bzw. 114 des Empfangswindungssystems 118 besitzen eine planare, einlagige Wickelgeometrie, wobei die beiden Empfangsspulen 112, 114 auf der Leiterplatte 126a in Form gedruckter Schaltungen (Printspulen) realisiert sind. Die Empfangsspulen 112, 114 sind dabei insbesondere in Form von Leiterbahnen 128 auf der Leiterplatte 126a realisiert. Mit einem gewissen Abstand in Richtung der z-Achse 120 versetzt zu dieser gemeinsamen Ebene 126 des Empfangswindungssystems 118 befindet sich eine Sendespule 116, die ebenfalls koaxial zu der Empfangsspule 112 bzw. der Empfangsspule 114 angeordnet ist. Die Sendespule 116 ist ebenfalls als eine, insbesondere auf die rückseitige Oberfläche der Leiterplatte 126a, gedruckte Schaltung (Printspule) aus Leiterbahnen 128 gefertigt. Die Windungen 117 der Sendespule 116 befinden sich in einem bestimmten, vordefinierten Abstand in Richtung der z-Achse oberhalb bzw. unterhalb der Ebene 126 der Leiterplatte 126a. Die Sensoranordnung 110 stellt ebenfalls einen induktiven Kompensationssensor dar. 2 shows the arrangement of a sensor arrangement 110 as used in a locating sensor according to the invention for locating metallic objects. The sensor arrangement 110 of the locating sensor according to 2 has two receiving coils 112 respectively. 114 on that in a common plane 126 (in 2 of the X -Axis 122 and the Y -Axis 124 spanned) are arranged coaxially with each other and a receiving winding system 118 form. This level 126 here represents the top of a circuit board 126a the locating sensor is. The receiver coils 112 respectively. 114 of the receiving winding system 118 have a planar, single-layer winding geometry, wherein the two receiving coils 112 . 114 on the circuit board 126a in the form of printed circuits (print coils) are realized. The receiver coils 112 . 114 are in particular in the form of printed conductors 128 on the circuit board 126a realized. With a certain distance in the direction of the z-axis 120 offset to this common plane 126 of the receiving winding system 118 there is a transmitter coil 116 also coaxial with the receiver coil 112 or the receiving coil 114 is arranged. The transmitting coil 116 is also as one, in particular on the back surface of the circuit board 126a , printed circuit (printed coil) of printed conductors 128 manufactured. The turns 117 the transmitting coil 116 are located at a certain predefined distance in the direction of the z-axis above or below the plane 126 the circuit board 126a , The sensor arrangement 110 also represents an inductive compensation sensor.

In der schematischen Ansicht in 2 ist zur besseren Sichtbarkeit die Z-Achse 120 relativ zu der X-Achse 122 und der Y-Achse 124 gedehnt dargestellt. Weiterhin wurde in 2 zur besseren Sichtbarkeit der Querschnitte jeweils ein Segment aus den Spulen 112, 114, 116 ausgeschnitten.In the schematic view in 2 is for better visibility the Z -Axis 120 relative to the X -Axis 122 and the Y -Axis 124 stretched out. Furthermore, in 2 for better visibility of the cross sections, each one segment of the coils 112 . 114 . 116 cut out.

Die Windungen 115 der Empfangsspule 114 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel im Uhrzeigersinn gewickelt, während die weiter außen liegenden Windungen 113 der Empfangsspule 112 entgegen dem Uhrzeigersinn orientiert gewickelt sind. Bei geeigneter Dimensionierung der Windungszahlen und Windungsradien der Windungen 113, 115 kann erreicht werden, dass sich die in den beiden Empfangsspulen 112, 114 der Sensoranordnung 110 des Ortungssensorsystems induzierten Spannungen auf Grund ihres entgegengesetzten Vorzeichens gerade gegenseitig aufheben, falls kein metallischer Gegenstand (hier nicht näher dargestellt) in der Nähe des Ortungssensors vorhanden ist. Diese Kompensation gelingt jedoch nur für eine vorgegebene, wohldefinierte Position der Sendespule 116. Ändert sich die Position der Sendespule 116 relativ zur vorausberechneten Position, beispielsweise durch Toleranzen bei der Anfertigung der Spulen 112, 114, 116 oder bei der mechanischen Sensormontage, so wird in den Empfangsspulen 112, 114 eine resultierende Fehlerspannung U_F induziert.The turns 115 the receiver coil 114 are wound in the illustrated embodiment in a clockwise direction, while the more outer turns 113 the receiver coil 112 wrapped in an anti-clockwise direction. With suitable dimensioning of the number of turns and winding radii of the turns 113 . 115 can be achieved that in the two receiving coils 112 . 114 the sensor arrangement 110 due to their opposite sign just cancel each other voltages of the locating sensor system, if no metallic object (not shown here) is present in the vicinity of the position sensor. However, this compensation succeeds only for a predetermined, well-defined position of the transmitting coil 116 , Changes the position of the transmitter coil 116 relative to the predicted position, for example by tolerances in the manufacture of the coils 112 . 114 . 116 or during the mechanical sensor assembly, so does in the receiving coils 112 . 114 a resulting error voltage U _F induced.

Erfindungsgemäß ist in dem Ortungssensor, d.h. in der dargestellten Sensoranordnung 110, ein Kalibrierwindungssystem 130 des Empfangswindungssystems 118 zum Abgleich einer in einer Empfangsspule 112, 114 des Empfangswindungssystems 118 induzierten Spannung U vorgesehen, wobei das zumindest eine Kalibrierwindungssystem 130 in Folge eines mechanischen Fräsens einer Leiterbahn 128 zumindest eines Kalibrierwindungssystems 130 abgeglichen wird, d.h. insbesondere eine effektive Windungszahl des Empfangswindungssystems 118 verändert wird und/oder die Geometrie des Empfangswindungssystems 118 derart modifiziert wird, dass der resultierende magnetische Gesamtfluss durch die Windungen 113, 115 verschwindet oder zumindest nahezu verschwindet, falls kein zu ortendes Objekt in der Nähe des Ortungssensors lokalisiert ist.According to the invention, in the location sensor, ie in the illustrated sensor arrangement 110 , a calibration winding system 130 of the receiving winding system 118 to adjust one in a receiving coil 112 . 114 of the receiving winding system 118 induced voltage U provided, wherein the at least one Kalibrierwindungssystem 130 as a result of a mechanical milling of a conductor track 128 at least one calibration winding system 130 is matched, ie in particular an effective number of turns of the receiving winding system 118 is changed and / or the geometry of the receiving winding system 118 is modified so that the resulting total magnetic flux through the turns 113 . 115 disappears or at least almost disappears if no object to be located is located in the vicinity of the position sensor.

Ferner befindet sich auf der Oberfläche der Leiterplatte 126a eine Teststruktur 132 (vgl. auch 3), die der Ermittlung einer benötigten Frästiefe nach erfindungsgemäßem Verfahren (vgl. 4) dient.Further, located on the surface of the circuit board 126a a test structure 132 (see also 3 ), the determination of a required cutting depth according to the inventive method (see. 4 ) serves.

Die nochmals stark vereinfachte Darstellung der 3 dient zur Verdeutlichung des Zwecks des erfindungsgemäßen Verfahrens. 3 zeigt in einer schematischen Weise die prinzipielle Anordnung der Empfangsspulen 112, 114 mit den zugehörigen Windungen 113, 115 in einer Aufsicht auf die Leiterplatte 126a, d.h. die X-Y-Ebene 126 entsprechend 2. Die Sendespule 116 ist in 3 nicht dargestellt. Ferner ist in 3 die Teststruktur 132 dargestellt.The again strongly simplified representation of the 3 serves to illustrate the purpose of the method according to the invention. 3 shows in a schematic way the basic arrangement of the receiving coil 112 . 114 with the associated turns 113 . 115 in a plan view of the circuit board 126a ie the XY plane 126 corresponding 2 , The transmitting coil 116 is in 3 not shown. Furthermore, in 3 the test structure 132 shown.

Die beiden Empfangsspulen 112 bzw. 114 sind in der X-Y-Ebene 126 angeordnet. Zwischen den beiden externen Anschlüssen A und B der beiden Empfangsspulen 112, 114 wird die Detektionsspannung abgegriffen, welche in den Auswerteschaltungen eines dem Ortungssensor zugeordneten Messgeräts weiterverarbeitet wird. Die in 3 dargestellten, inneren Windungen 115 der Empfangsspule 114 sind - gemäß Fertigung des Ortungssensors - an verschiedenen Stellen (bezeichnet mit P1 bis P8) mit den äußeren Windungen 113 der Empfangsspule 112 über Leiterbahnen 128 von Kalibrierwindungssystemen 130 elektrisch verbunden. Im Rahmen der Kalibrierung des Ortungssensors werden die Leiterbahnen 128 der Kalibrierwindungssysteme 130 an 7 von 8 Stellen (P1 bis P8) unterbrochen, sodass ein definiertes Empfangswindungssystem 118 resultiert. Die Radien und Windungszahlen des Empfangswindungssystems 118 können beispielsweise so dimensioniert werden, dass sich bei einer idealen - d.h. der theoretische berechneten - Anordnung von Sendespule 116 und Empfangsspulen 112,114 bei Beibehaltung einer elektrischen Verbindung nur an Position P5 (d.h. Unterbrechung der Leiterbahn 128 (des elektrischen Kontakts) an den Stellen P1 bis P4 und P6 bis P8) eine gegenseitige Kompensation der bei Abwesenheit metallischer Objekte zwischen den Punkten A und B abgegriffenen Spannung erreichen lässt. Erfolgt die Beibehaltung einer elektrischen Verbindung jedoch beispielsweise an der Stelle P1, so ergeben sich zwischen den Punkten A und B in Summe drei vollständige Windungen mit kleinem Radius im Uhrzeigersinn (Windungen 115) und vier vollständige Windungen mit großem Radius entgegen dem Uhrzeigersinn (Windungen 113). Erfolgt die Beibehaltung einer elektrischen Verbindung an Position P5, so erhält man effektiv 2,5 Windungen im Uhrzeigersinn und 3,5 Windungen entgegen dem Uhrzeigersinn. Da die Spannungen, welche in den Windungen 113 der Empfangsspule 112 induziert werden, eine andere Amplitude und entgegengesetztes Vorzeichen zu den in der Leiterschleife der Empfangsspule 114 induzierten Spannungen haben, ändert sich - je nach Position der beibehaltenen elektrischen Verbindung - die Spannung, welche zwischen den Punkten A und B abgegriffen werden kann. Durch Variation der beizubehaltenden Stelle kann somit ein Feinabgleich der Kompensationsanordnung der aus drei Spulen bestehenden Ortungssensorvorrichtung erfolgen.The two receiver coils 112 respectively. 114 are in the XY plane 126 arranged. Between the two external connections A and B the two receiving coils 112 . 114 the detection voltage is tapped, which is further processed in the evaluation circuits of a measuring sensor associated with the location sensor. In the 3 illustrated, inner turns 115 the receiver coil 114 are - according to production of the position sensor - in different places (referred to with P1 to P8 ) with the outer turns 113 the receiver coil 112 over conductor tracks 128 of calibration winding systems 130 electrically connected. As part of the calibration of the position sensor, the conductor tracks 128 the calibration winding systems 130 at 7 from 8th Put ( P1 to P8 ), so that a defined receive winding system 118 results. The radii and numbers of turns of the receiving winding system 118 For example, they can be dimensioned so that in an ideal - ie the theoretical calculated - arrangement of transmitting coil 116 and receiving coils 112 . 114 while maintaining an electrical connection only in position P5 (ie interruption of the track 128 (electrical contact) in places P1 to P4 and P6 to P8 ) a mutual compensation of the absence of metallic objects between the points A and B can reach tapped voltage. However, if an electrical connection is maintained, for example, at the site P1 , so arise between the points A and B a total of three complete turns with a small radius in a clockwise direction (turns 115 ) and four complete turns of large radius in the counterclockwise direction (turns 113 ). Is the maintenance of an electrical connection in position P5 , you will effectively get 2.5 turns in a clockwise direction and 3.5 turns in a counterclockwise direction. Because the tensions, which in the turns 113 the receiver coil 112 be induced, a different amplitude and opposite sign to those in the conductor loop of the receiving coil 114 induced voltages changes - depending on the position of the retained electrical connection - the voltage between points A and B can be tapped. By varying the position to be maintained, it is thus possible to fine-tune the compensation arrangement of the position sensor device consisting of three coils.

Insbesondere wird in diesem Ausführungsbeispiel die effektive Windungszahl der beiden gegensinnig orientierten Empfangsspulen 112, 114 des Empfangswindungssystems 118 variiert und den jeweiligen Erfordernissen angepasst. So kann durch den nachträglichen Abgleichprozess im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens (vgl. 4) eine Fehlpositionierung der Sendespule 116, die in 3 nicht näher dargestellt ist, und eine damit einhergehende Fehlerspannung U_F des induktiven Sensors aufgrund von Fertigungstoleranzen beseitigt bzw. kompensiert werden.In particular, in this embodiment, the effective number of turns of the two oppositely oriented receiving coils 112 . 114 of the receiving winding system 118 varied and adapted to the respective requirements. Thus, by the subsequent adjustment process in the context of the method according to the invention (see. 4 ) a mispositioning of the transmitting coil 116 , in the 3 is not shown in detail, and an associated error voltage U _{F of} the inductive sensor due to manufacturing tolerances eliminated or compensated.

Die in 2 und 3 dargestellte Teststruktur 132 dient der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, d.h. insbesondere der Ermittlung einer benötigten Frästiefe vor Durchführung des Verfahrensschritts des mechanischen Fräsens der Leiterbahn 128 des Kalibrierwindungssystems 130 (vgl. Figur Verfahrensschritt 204). Die Teststruktur besteht dabei aus einer eine Leiterbahn 128 umfassenden elektrischen Schaltung. Die Leiterbahn 128 ist einseitig geerdet („GND“), während sie auf der anderen Seite über einen Widerstand 134 auf ein Potential von „VCC“ hochohmig angeschlossen ist. Der Widerstand 134 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen Wert von 1 kΩ bis 10 kΩ auf. Auf diese Weise weist die Leiterbahn 128 vor Durchführung der Fräsung zu Ermittlung der benötigten Frästiefe an der Kontaktstelle 136 ein verschwindendes Potential auf, da die Kontaktstelle 136 durch die zu fräsende Leiterbahn 128 niederohmig auf Masse (Potential GND) gelegt ist. Sobald die Leiterbahn 128 an der Fräsestelle 138 durchfräst, dominiert der Widerstand und das Potential bei der Kontaktstelle 136 stellt sich auf VCC ein. Derart kann durch Messen des Potentials an der Kontaktstelle 136 ein vollständiges Durchfräsen der Leiterbahn 128 in Folge eines Potentialanstiegs von GND auf VCC detektiert werden.In the 2 and 3 illustrated test structure 132 serves to carry out the method according to the invention, ie in particular the determination of a required milling depth before carrying out the method step of the mechanical milling of the conductor track 128 of the calibration winding system 130 (see figure method step 204 ). The test structure consists of a conductor track 128 comprehensive electrical circuit. The conductor track 128 is grounded on one side ("GND"), while on the other side it has a resistor 134 is connected to a potential of "VCC" high impedance. The resistance 134 has a value of 1 kΩ to 10 kΩ in this embodiment. In this way, the conductor track 128 before performing the milling to determine the required cutting depth at the contact point 136 a vanishing potential, because the contact point 136 through the conductor track to be cut 128 low impedance to ground (potential GND) is placed. Once the track 128 at the milling site 138 the resistance and potential at the point of contact dominates 136 tunes in to VCC. Such can be done by measuring the potential at the contact point 136 a complete milling of the conductor track 128 as a result of a potential increase from GND to VCC.

Es sei angemerkt, dass der erfindungsgemäße Ortungssensor zur Ortung metallischer Objekte nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Insbesondere ist das Empfangswindungssystem 118 des erfindungsgemäßen Ortungssensors nicht auf die Verwendung von zwei Empfangsspulen 112, 114 und/oder auf die Verwendung von 8 Kalibrierwindungssystemen beschränkt.It should be noted that the locating sensor according to the invention for locating metallic objects is not limited to the exemplary embodiments illustrated in the figures. In particular, the receive winding system 118 of the locating sensor according to the invention does not affect the use of two receiving coils 112 . 114 and / or the use of 8th Kalibrierwindungssystemeen limited.

In 4 ist eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Verfahrensdiagramms dargestellt. In Verfahrensschritt 200 wird zunächst die Teststruktur 132 zur Ermittlung der benötigten Frästiefe an einer (hier nicht näher dargestellten) Auswerteschaltung angeschlossen. Die Auswerteschaltung dient der elektrischen Kontaktierung der Teststruktur 132 unter Anlegung einer elektrischen Spannung VCC (äquivalent: eines elektrischen Stroms) an der Teststruktur 132. Ferner dient die Auswerteschaltung der Erfassung einer an der Kontaktstelle 136 der Teststruktur 132 anliegenden Spannung (vgl. 3).In 4 an exemplary embodiment of the method according to the invention is illustrated with reference to a method diagram. In process step 200 First, the test structure 132 to determine the required milling depth connected to an (not shown here) evaluation circuit. The evaluation circuit serves for electrical contacting of the test structure 132 applying a voltage VCC (equivalent: an electric current) to the test structure 132 , Furthermore, the evaluation circuit is used to detect one at the contact point 136 the test structure 132 applied voltage (see. 3 ).

In Verfahrensschritt 202 wird anschließend ein (hier nicht näher dargestelltes) Fräswerkzeug an die Position der Teststruktur 132 positioniert, d.h. das Fräswerkzeugs wird über einer definierten Fräsestelle 138 der Teststruktur 132, insbesondere über einer Leiterbahn 128 der Teststruktur 132, positioniert. Anschließend wird in einem dem Verfahrensschritt des mechanischen Fräsens der Leiterbahn 128 des Kalibrierwindungssystems 130 vorausgehenden Verfahrensschritt 204 die benötigte Frästiefe durch mechanisches Fräsen der auf der Leiterplatte 126a vorgesehenen Teststruktur 132 ermittelt. Dazu wird insbesondere in Verfahrensschritt 206 zunächst eine minimale Frästiefe (Erfahrungswert oder konstruktionsbedingt) eingestellt. Anschließend wird iterativ in Verfahrensschritt 208 die Frästiefe erhöht und in Verfahrensschritt 210 bis zur nun eingestellten Frästiefe mittels des Fräswerkzeugs in die Leiterbahn 128 der Teststruktur 132 gefräst. Ist die Leiterbahn 128 der Teststruktur 132 vollständig durchgefräst, d.h. die benötigte Frästiefe erreicht, wird mittels der Auswerteschaltung eine Spannungsänderung (vgl. 3) und/oder eine Stromänderung an der Kontaktstelle 136 der Teststruktur 132 detektiert (Entscheidung „benötigte Frästiefe erreicht: ja/nein“ in Verfahrensschritt 212). Daraufhin wird die Schleife der iterativen Verfahrensschritte 208, 210 verlassen. Die vorliegende Einstellung zur benötigten Frästiefe wird anschließend gespeichert (Verfahrensschritt 214).In process step 202 Subsequently, a (not shown here) milling tool to the position of the test structure 132 positioned, ie the milling tool is over a defined milling position 138 the test structure 132 , in particular over a conductor track 128 the test structure 132 , positioned. Subsequently, in a method step of the mechanical milling of the conductor track 128 of the calibration winding system 130 preceding process step 204 the required milling depth by mechanical milling on the circuit board 126a provided test structure 132 determined. This is especially in process step 206 initially set a minimum milling depth (empirical value or design-related). Subsequently, iteratively in process step 208 increases the depth of cut and in process step 210 up to the now set milling depth by means of the milling tool in the trace 128 the test structure 132 milled. Is the track 128 the test structure 132 completely milled through, ie achieved the required depth of cut, by means of the evaluation circuit, a voltage change (see. 3 ) and / or a current change at the contact point 136 the test structure 132 detected (decision "required milling depth reached: yes / no" in process step 212 ). The loop then becomes the iterative process steps 208 . 210 leave. The present setting for the required milling depth is then stored (method step 214 ).

Mit dem nun vorliegenden Wert bzw. der nun vorliegenden Einstellung für die benötigte Frästiefe wird in Verfahrensschritt 216 das Fräswerkzeug an die Position der zu fräsenden Leiterbahn 128 des Kalibrierwindungssystems 130 positioniert - d.h. P1-P8. Abschließend wird in Verfahrensschritt 218 die Leiterbahn bis zur benötigten Frästiefe, ggf. zuzüglich eines Toleranzwertes, gefräst.With the now existing value or the now available setting for the required milling depth is in process step 216 the milling tool to the position of the conductor to be milled 128 of the calibration winding system 130 positioned - ie P1 - P8 , Finally, in process step 218 the trace to the required milling depth, if necessary plus a tolerance value, milled.

Weitere Leiterbahnen 128 können anschließend mit den gleichen Einstellungen zur benötigten Frästiefe durchgeführt werden - insbesondere iterativ an 7 der 8 Stellen P1-P8. Alternativ kann das Verfahren an einer weiteren Teststruktur 132 des Ortungssensors erneut durchgeführt werden. Other tracks 128 can then be performed with the same settings for the required milling depth - in particular iteratively 7 of the 8th Put P1 - P8 , Alternatively, the method may be based on another test structure 132 the locating sensor be performed again.

Auf diese Weise wird erfindungsgemäß die Kalibrierung des induktiven Ortungssensors durchgeführt, wobei der Abgleich der in der Empfangsspule des Empfangswindungssystems 118 induzierten Spannung U durch Abschalten zumindest eines Kalibrierwindungssystems 130 des Empfangswindungssystems 118 erfolgt, wobei das zumindest eine Kalibrierwindungssystems 130 in einem Verfahrensschritt mittels mechanischem Fräsen (Verfahrensschritt 218) der Leiterbahn 128 des zumindest einen Kalibrierwindungssystems 130 abgeschaltet wird.In this way, the calibration of the inductive detection sensor is performed according to the invention, wherein the adjustment of the in the receiving coil of the receiving winding system 118 induced voltage U by switching off at least one Kalibrierwindungssystems 130 of the receiving winding system 118 takes place, wherein the at least one Kalibrierwindungssystems 130 in a process step by means of mechanical milling (process step 218 ) of the conductor track 128 the at least one Kalibrierwindungssystems 130 is switched off.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102004047188 A1 [0004, 0006]

Claims

Method for calibrating an inductive position sensor having at least one transmitting coil (116) and at least one receiving winding system (118), which are configured in the form of printed conductors (128) on a printed circuit board (126a) of the locating sensor, wherein a calibration of one in a receiving coil (112, 114) of the receiving winding system (118) induced voltage by switching off at least one Kalibrierwindungssystems (130) of the receiving winding system (118), characterized in that the at least one Kalibrierwindungssystems (130) in a method step (218) by means of mechanical milling a conductor track (128) the at least one Kalibrierwindungssystems (130) is turned off.

Method according to Claim 1 , characterized in that in a the method step (218) of the mechanical cutting of the conductor track (128) of the Kalibrierwindungssystems (130) preceding step (204) the required cutting depth by mechanical milling a provided on the circuit board (126a) test structure (132) is determined ,

Method according to Claim 2 , characterized in that the test structure (132) is realized as an electrical circuit, wherein the test structure (132) during the implementation of the method step (204) for determining the required milling depth by means of an evaluation circuit is operated.

Method according to one of Claims 2 - 3 , Characterized in that a milling tool in a step (204) for determining the required cutting depth preceding step (202) is positioned at the position of the test structure (132).

Method according to one of Claims 2 - 4 , characterized in that during the method step (204) for determining the required cutting depth first a minimum cutting depth is set and then iteratively the milling depth is increased until the required cutting depth is reached.

Method according to one of Claims 3 - 5 , characterized in that when performing the method step (204) for determining the required milling depth, the required milling depth is achieved when by means of the evaluation circuit, a voltage change and / or a current change to the test structure (132) is detected.

Method according to one of Claims 2 - 6 , characterized in that in the method step of the mechanical milling of the conductor track of the Kalibrierwindungssystems (130) first a milling tool at a position (P1-P8) of the milled conductor track (128) of the Kalibrierwindungssystems (130) is positioned and then the conductor track (128) is milled to the required milling depth.

Locating sensor for locating metallic objects, comprising at least one transmitting coil (116) and at least one receiving winding system (118), which are inductively coupled to one another and which are configured in the form of printed conductors (128) on a printed circuit board (126a) of the locating sensor, characterized by at least one A calibration winding system (130) of the receive winding system (118) for adjusting a voltage U induced in a receive coil (112, 114) of the receive winding system (118), wherein the at least one calibration winding system (130) is formed by mechanically routing a trace (128) of the at least one Calibration winding system (130) in terms of an effective number of turns of the receiving winding system (118) and / or with respect to a defined surface of the receiving winding system (118) and / or with respect to a geometry of the receiving winding system (118) adjusted, in particular calibrated.

Position sensor after Claim 8 characterized by at least one test structure (132) in the form of an electrical circuit.

Location sensor according to one of Claims 8 - 9 , characterized in that the at least one transmitting coil (116) and the at least one receiving coil (112, 114) are formed as print coils on the printed circuit board (126a), in particular as in mutually parallel, height-offset planes arranged on the printed circuit board (126a) are.