DE102018103239A1

DE102018103239A1 - Näherungssensor

Info

Publication number: DE102018103239A1
Application number: DE102018103239.0A
Authority: DE
Inventors: Ryota Hasegawa; Hiroyuki Tsuchida; Kazuaki Miyamoto; Yusuke Hayashi; Kenji Matsuoka
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2017-09-25
Filing date: 2018-02-14
Publication date: 2019-03-28
Also published as: KR20190035455A; JP2019062268A; CN109560803B; US10746893B2; KR102043090B1; JP6965658B2; US20190094404A1; CN109560803A

Abstract

Ein Näherungssensor (1), der Folgendes umfasst: einen Erfassungsteil (22), der konfiguriert ist, eine Erfassungsspule (16) und einen Kondensator (17) zu umfassen; eine Oszillatorschaltung (34), die konfiguriert ist, den Erfassungsteil (22) zu erregen; eine Analog/Digital-Umwandlungsschaltung (36), die konfiguriert ist, eine Signaländerung zu erfassen, die in dem Erfassungsteil (22) auftritt und ein Digitalsignal auszugeben, das die erfasste Signaländerung angibt; einen Temperaturerfassungsteil (38, 44), der konfiguriert ist, eine Temperatur innerhalb eines Gehäuses des Näherungssensors (1) zu erfassen; einen Speicherteil (40), der konfiguriert ist, im Voraus einen für den Näherungssensor (1) einzigartigen Charakteristikparameter zu speichern; und einen Steuerberechnungsteil (32), der konfiguriert ist, ein Digitalsignal von der Analog/Digital-Umwandlungsschaltung (36) zu verarbeiten, um ein Signal zu berechnen, das einen Abstand zum Erfassungsobjekt angibt, das berechnete Signal unter Verwendung des Charakteristikparameters, der in dem Speicherteil (40) gespeichert ist, zu kompensieren, und anschließend das kompensierte Signal als das Erfassungsergebnis auszugeben.

Description

STAND DER TECHNIK
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Näherungssensor.
Beschreibung des Standes der Technik
In den Bereichen der Fabrikautomatisierungstechnologien (FA-Technologien) werden Näherungssensoren verwendet, die als ein Erfassungsergebnis das Vorhandensein oder Fehlen eines Erfassungsobjekts oder einen Abstand zu einem Erfassungsobjekt ausgeben. Für Näherungssensoren wurden mehrere Erfassungsmodelle vorgeschlagen. Zum Beispiel werden in Hochfrequenz-Näherungssensoren Hochfrequenzwellen von Primärspulen ausgestrahlt und eine Erfassung auf Grundlage von Änderungen der Wellenformen, die in Sekundärspulen auftreten (welche auch bei Primärspulen gelegentlich auftreten) ausgeführt.
Für solche Näherungssensoren offenbart zum Beispiel die nicht geprüfte japanische Patentschrift Nr. H05-218845 (Patentschrift 1) eine Konfiguration, in welcher eine Programmiereinheit installiert ist, um einen Näherungsschalter entsprechend einem gewünschten Schaltabstand einzustellen.
Es ist bekannt, dass Erfassungscharakteristika der Näherungssensoren durch eine Änderung einer Umgebungstemperatur beeinflusst werden. Zum Beispiel offenbart die nicht geprüfte japanische Patentschrift Nr. H01-233913 (Patentschrift 2) eine lernende Temperaturkompensationsschaltung.

[Patentschrift 1] nicht geprüfte japanische Patentschrift Nr. H05-218845
[Patentschrift 2] nicht geprüfte japanische Patentschrift Nr. H01-233913

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es gibt einen Bedarf für eine verbesserte Erfassungsgenauigkeit eines Näherungssensors oder Erweiterung eines Erfassungsbereichs des Näherungssensors. In der Konfiguration, die in der nicht geprüften japanischen Patentschrift Nr. H05-218845 (Patentschrift 1) offenbart ist, kann ein Schaltabstand eines einzelnen Näherungsschalters eingestellt werden. Bei einer derartigen Konfiguration kann der vorstehende Bedarf jedoch nicht erfüllt werden.
In der nicht geprüften japanischen Patentschrift Nr. H01-233913 (Patentschrift 2) kann die Erfassungsgenauigkeit durch die Temperaturkompensationsschaltung verbessert werden. Dennoch kann ein Einfluss einer Veränderung von Komponentencharakteristika oder eines Herstellungsprozesses nicht verringert werden.
Es ist eine Aufgabe der Offenbarung, einen Näherungssensor bereitzustellen, der imstande ist, eine Erfassungsgenauigkeit zu verbessern oder einen erfassbaren Bereich zu erweitern.
Gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung wird ein Näherungssensor bereitgestellt, der als ein Erfassungsergebnis das Vorhandensein oder Fehlen eines Erfassungsobjektes oder eine Position des Erfassungsobjekts ausgibt. Der Näherungssensor umfasst: einen Erfassungsteil, der konfiguriert ist, eine Erfassungsspule und einen Kondensator zu umfassen; eine Oszillatorschaltung, die konfiguriert ist, den Erfassungsteil zu erregen; eine Analog/Digital-Umwandlungsschaltung, die konfiguriert ist, eine Signaländerung zu erfassen, die in dem Erfassungsteil auftritt und ein Digitalsignal auszugeben, das die erfasste Signaländerung angibt; einen Temperaturerfassungsteil, der konfiguriert ist, eine Temperatur innerhalb eines Gehäuses des Näherungssensors zu erfassen; einen Speicherteil, der konfiguriert ist, im Voraus einen für den Näherungssensor einzigartigen Charakteristikparameter zu speichern; und einen Steuerberechnungsteil, der konfiguriert ist, ein Digitalsignal von der Analog/Digital-Umwandlungsschaltung zu verarbeiten, um ein Signal zu berechnen, das einen Abstand zum Erfassungsobjekt angibt, das berechnete Signal unter Verwendung des Charakteristikparameters, der in dem Speicherteil gespeichert ist, zu kompensieren, und anschließend das kompensierte Signal als das Erfassungsergebnis auszugeben.
Vorzugsweise umfasst der Näherungssensor ferner einen Schnittstellenteil, der konfiguriert ist, ein Signal, das die Temperatur angibt, die durch den Temperaturerfassungsteil erfasst wird, nach außen auszugeben.
Insbesondere empfängt die Schnittstellenschaltung den Charakteristikparameter, der auf den Speicherteil geschrieben ist.
Insbesondere umfasst der Speicherteil eine wiederbeschreibbare nichtflüchtige Speichervorrichtung und der von dem Schnittstellenteil empfangene Charakteristikparameter wird geschrieben.
Vorzugsweise umfasst der Temperaturerfassungsteil einen ersten Temperatursensor, der auf einem gleichen Substrat wie der Steuerberechnungsteil angeordnet ist, und einen zweiten Temperatursensor, der an einer Position angeordnet ist, die dem Erfassungsteil näher ist, als der erste Temperatursensor.
Vorzugsweise ist der Charakteristikparameter ein Primärkoeffizient. Vorzugsweise berechnet der Steuerberechnungsteil auf Grundlage einer Spannungswellenform, die an beiden Enden der Erfassungsspule auftritt, einen Wert, der äquivalent zu der Größe der Leitfähigkeit der Erfassungsspule ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung, ist es möglich, einen Näherungssensor bereitzustellen, der imstande ist, eine Erfassungsgenauigkeit zu verbessern oder einen erfassbaren Bereich zu erweitern.
Figurenliste

1 zeigt eine perspektivische Ansicht, die einen Näherungssensor gemäß einer Ausführungsform darstellt.
2 zeigt eine Schnittansicht, die den Näherungssensor entlang der A-A-Pfeilrichtung, die in 1 dargestellt ist, darstellt.
3 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration einer Verarbeitungsschaltung, die in dem Näherungssensor gemäß der Ausführungsform angeordnet ist, darstellt.
4(A), 4(B) und 4(C) zeigen Diagramme zum Beschreiben einer funktionalen Konfiguration des Näherungssensors gemäß der Ausführungsform.
5 zeigt eine schematische Ansicht, die eine funktionale Konfiguration einer Hauptschaltung des Näherungssensors gemäß der Ausführungsform darstellt.
6(A) und 6(B) zeigen Diagramme zum Beschreiben einer Temperaturänderung von Erfassungscharakteristika, die bei einer Änderung von Erfassungscharakteristika und einer Kompensation der Temperaturänderung auftreten.
7 zeigt eine schematische Ansicht zum Beschreiben eines Verfahrens zum Bestimmen des Charakteristikparameters des Näherungssensors gemäß der Ausführungsform.
8 zeigt eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Geräteanordnung einer Einstellvorrichtung, die in 7 dargestellt ist, darstellt.
9 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Verarbeitungsvorgang eines Herstellungsverfahrens, das das Bestimmen und Einstellen des Charakteristikparameters des Näherungssensors gemäß der Ausführungsform umfasst, darstellt.
10 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel einer Datenstruktur der gesammelten Daten, die in der Einstellvorrichtung eines Herstellungssystems gemäß der Ausführungsform gespeichert sind, darstellt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen der Offenbarung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. In den Zeichnungen sind gleichen oder äquivalenten Abschnitten gleiche Bezugszeichen zugewiesen und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.
<Aufbau des Näherungssensors>
Zunächst wird ein Aufbau eines Näherungssensors 1 gemäß einer Ausführungsform beschrieben. Der Näherungssensor 1 gemäß der Ausführungsform gibt als ein Erfassungsergebnis ein Vorhandensein oder Fehlen oder eine Position eines Erfassungsobjekts W aus. Als das Erfassungsobjekt W wird ein leitendes Objekt, wie beispielsweise ein Metall, vorausgesetzt.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht, die den Näherungssensor 1 gemäß der Ausführungsform darstellt. 2 zeigt eine Schnittansicht, die den Näherungssensor 1 entlang der A-A-Pfeilrichtung, die in 1 dargestellt ist, darstellt.
Unter Bezugnahme auf 1, umfasst der Näherungssensor 1 einen Körper 2 und einen Leitungsdraht 4, der mit dem Körper 2 verbunden ist. Muttern 12 und 14 und eine Unterlegscheibe 10, die zwischen den Muttern 12 und 14 angeordnet ist, können ferner an dem Näherungssensor 1 befestigt sein.
Der Körper 2 umfasst ein zylindrisches Gehäuse 6 und eine runde Erfassungsfläche 8, die an einem Ende des Gehäuses 6 angeordnet ist. Die Erfassungsfläche 8 kann als Teil einer Kappe, die auf das Gehäuse 6 gesetzt ist, ausgebildet sein. Auf der Oberfläche des Gehäuses 6 sind Schraubnuten für die Muttern 12 und 14 ausgebildet. Ferner kann im Körper 2 eine Betriebsanzeigelampe oder Ähnliches (nicht dargestellt) angeordnet sein.
Die Muttern 12 und 14 und die Unterlegscheibe 10 werden verwendet, um den Körper 2 an einem Halteelement einer Vorrichtung oder Ähnlichem zu befestigen. Der Körper 2 kann zum Beispiel durch Einfügen eines Teils oder Formstücks (zum Beispiel ein L-förmiges Formstück) zwischen den Muttern 12 und 14 an dem Stützelement fixiert werden.
Unter Bezugnahme auf 2 sind innerhalb des Gehäuses 6 des Körpers 2 eine Erfassungsspule 16, ein Ferritkern 18 und eine Verarbeitungsschaltung 20, in welcher ein Element auf einem Substrat angeordnet ist, enthalten. Das Innere des Gehäuses 6 ist mit einem Harz gefüllt und von außen abgedichtet.
Eine runde oder im Wesentlichen runde Spule wird als Erfassungsspule 16 verwendet. Ein wesentlicher Mittelpunkt der Erfassungsspule 16 ist auf einer Mittelachse M des Gehäuses 6 angeordnet. Die Erfassungsspule 16 ist elektrisch mit der Verarbeitungsschaltung 20 verbunden. Die Verarbeitungsschaltung 20 empfängt über den Leitungsdraht 4 Strom und gibt ein Erfassungsergebnis oder Ähnliches nach außen aus.
In der Nähe der Erfassungsspule 16 kann ein externer Temperatursensor 44 angeordnet sein. Eine von dem externen Temperatursensor 44 erfasste Temperatur wird an die Verarbeitungsschaltung 20 ausgegeben.
1 stellt eine Anordnung dar, in welcher der Leitungsdraht 4 direkt mit dem Körper 2 verbunden ist, wobei jedoch sowohl der Leitungsdraht 4 als auch der Körper 2 als eine lösbare Verbindung verbunden sein können. Bei der Anordnung, in welcher der Körper 2 an einer vorbestimmten Position angeordnet wird, wird nicht nur die Anordnung verwendet, in welcher die Muttern 12 und 14 und die Unterlegscheibe 10, die in 1 dargestellt sind, verwendet werden, sondern es kann auch jedes beliebige Stützelement verwendet werden. Der Näherungssensor 1 gemäß der Ausführungsform weist den Körper 2 mit einer von der Technologie der verwandten Technik überwiegend abweichenden Anordnung auf und jede Struktur, die an dem Stützelement befestigt wird, kann umgesetzt werden.
<Anordnung der Verarbeitungsschaltung|>
Als Nächstes wird ein Beispiel einer Anordnung der Verarbeitungsschaltung 20, die in dem Näherungssensor 1 enthalten ist, beschrieben. 3 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Anordnung der Verarbeitungsschaltung 20, die in dem Näherungssensor 1 gemäß der Ausführungsform enthalten ist, darstellt.
Unter Bezugnahme auf 3 umfasst die Verarbeitungsschaltung 20 eine Hauptschaltung 30, eine Schnittstellenschaltung 62 und eine Schutzschaltung 60. Die Hauptschaltung 30 ist mit einem Erfassungsteil 22 verbunden, der die Erfassungsspule 16 und einen Kondensator 17 umfasst.
Die Hauptschaltung 30 versetzt die Erfassungsspule 16 in Schwingung und überwacht einen Schwingungszustand der Erfassungsspule 16. Im Einzelnen umfasst die Hauptschaltung 30 eine Steuerberechnungsschaltung 32, eine Oszillatorschaltung 34, eine Analog-/Digital-Umwandlungsschaltung 36 (im Folgenden auch als eine „Analog-zu-digital-(A/D)-Umwandlungsschaltung“ bezeichnet), einen internen Temperatursensor 38, einen Speicherteil 40 und eine Leistungsschaltung 50.
Die Steuerberechnungsschaltung 32 ist eine Schaltung, die einen Hauptprozess in der Verarbeitungsschaltung 20 ausführt. Genauer gesagt gibt die Steuerberechnungsschaltung 32 ein Schwingungssteuersignal an die Oszillatorschaltung 34 aus, empfängt einen Eingang eines Eingangssignals (Digitalsignal) von der A/D-Umwandlungsschaltung 36, und führt einen Erfassungsprozess eines Vorhandenseins oder Fehlens des Erfassungsobjekts W und/oder einen Erfassungsprozess eines Abstands zum Erfassungsobjekt W aus. Zu dieser Zeit kompensiert die Steuerberechnungsschaltung 32 die Temperaturabhängigkeit elektrischer Eigenschaften des Erfassungsteils 22 in Bezug auf die Temperatur, die durch den internen Temperatursensor 38 und/oder den externen Temperatursensor 44 erfasst wird und einen Charakteristikparameter 42, der in dem Speicherteil 40 gespeichert ist.
In der Ausführungsform ist jeder einzigartige Wert des Näherungssensors 1 als der Charakteristikparameter 42 gespeichert. Das heißt, der Charakteristikparameter 42, der für den Näherungssensor 1 einzigartig ist, wird im Voraus in dem Speicherteil 40 gespeichert. Ein Bestimmungsvorgang für den Charakteristikparameter 42 und ein Kompensationsprozess unter Verwendung des Charakteristikparameters 42, werden später beschrieben.
Auf diese Weise berechnet die Steuerberechnungsschaltung 32 ein Signal, das einen Abstand zum Erfassungsobjekt W angibt, indem ein Digitalsignal von der A/D-Umwandlungsschaltung 36 verarbeitet wird, kompensiert das berechnete Signal unter Verwendung des Charakteristikparameters 42, der in dem Speicherteil 40 gespeichert ist, und gibt anschließend das kompensierte Signal als ein Erfassungsergebnis aus.
Die Oszillatorschaltung 34 erzeugt in Übereinstimmung mit einem Schwingungssteuersignal von der Steuerberechnungsschaltung 32 einen hochfrequenten Erregungsstrom und erregt den Erfassungsteil 22. Die Frequenz des Erregungsstroms von der Oszillatorschaltung 34 wird unter Berücksichtigung einer Resonanzfrequenz oder Ähnlichem des Erfassungsteils 22 bestimmt.
Der Erfassungsteil 22 umfasst die Erfassungsspule 16 und den Kondensator 17, der mit der Erfassungsspule 16 parallelgeschaltet ist. Der Erfassungsteil 22 konfiguriert eine LC-Parallelresosanzschaltung (LC-Tankschaltung) gemäß einer L-Komponente der Erfassungsspule 16 und einer C-Komponente des Kondensators 17. Wenn die Oszillatorschaltung 34 erregt und kein Erfassungsobjekt W vorhanden ist, geht die LC-Parallelresosanzschaltung des Erfassungsteils 22 in einen Resonanzzustand über. In 3 wird zur Erleichterung der Beschreibung eine Parallelschaltung der Erfassungsspule 16 und des Kondensators 17 dargestellt. Die Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Jede beliebige Schaltung kann eingesetzt werden, solange eine Resonanzschaltung verwendet wird, die die Erfassungsspule 16 umfasst.
Die A/D-Umwandlungsschaltung 36 führt eine A/D-Umwandlung einer Spannung (Analogsignal) aus, die an beiden Enden des Erfassungsteils 22 erzeugt wird, und gibt ein Digitalsignal aus. Das von der A/D-Umwandlungsschaltung 36 ausgegebene Digitalsignal wird der Steuerberechnungsschaltung 32 zugeführt. Das heißt, dass die A/D-Umwandlungsschaltung 36 eine Signaländerung erfasst, die in dem Erfassungsteil 22 auftritt und ein Digitalsignal ausgibt, das die erfasste Signaländerung angibt.
Der Speicherteil 40 ist eine wiederbeschreibbare nichtflüchtige Speichervorrichtung. Zum Beispiel kann ein elektrisch löschbarer programmierbarer Nurlesespeicher (EEPROM) verwendet werden. Der Speicherteil 40 speichert ein Programm und Daten, die für die Steuerberechnungsschaltung 32 notwendig sind, um zusätzlich zum Charakteristikparameter 42 einen Prozess auszuführen.
In dem Näherungssensor 1 ist ein Temperaturerfassungsteil, das eine Temperatur innerhalb des Gehäuses 6 des Näherungssensors 1 erfasst, eingebaut.
Insbesondere ist der interne Temperatursensor 38, welcher ein Beispiel des Temperaturerfassungsteils darstellt, auf dem gleichen Substrat angeordnet, wie die Steuerberechnungsschaltung 32 (ein erster Temperatursensor). Indem der interne Temperatursensor 38 als Teil der Hauptschaltung 30 zusammen mit der Steuerberechnungsschaltung 32 montiert wird, ist es möglich, Kosten in Bezug auf die Anordnung des Temperaturerfassungsteils zu reduzieren.
Der externe Temperatursensor 44, welcher ein weiteres Beispiel des Temperaturerfassungsteils darstellt, ist an einer dem Erfassungsteil 22 näheren Position angeordnet, als der interne Temperatursensor 38. Das heißt, der externe Temperatursensor 44 ist innerhalb des Gehäuses 6 des Näherungssensors 1 und an einer anderen Position als die Verarbeitungsschaltung 20 angeordnet. Der externe Temperatursensor 44 ist vorzugsweise an einer Position, die von einer Wärmequelle, wie etwa der Leistungsschaltung 50, entfernt liegt, und nahe dem Erfassungsteil 22 angeordnet. Der externe Temperatursensor 44 kann zum genaueren Messen der Temperatur des Erfassungsteils 22 angeordnet sein, während ein Einfluss von Wärme, die von der Leistungsschaltung 50 oder ähnlichem in der Verarbeitungsschaltung 20 Enthaltenem erzeugt wird, reduziert wird.
Als interner Temperatursensor 38 und/oder externer Temperatursensor 44 kann zum Beispiel ein Thermistor, ein Widerstandsthermometer, das aus Platin oder Ähnlichem ausgebildet ist, oder ein Thermoelement verwendet werden.
Es ist nicht notwendig, sowohl den internen Temperatursensor 38 als auch den externen Temperatursensor 44 zu montieren, und die Montage von nur einem der Temperatursensoren ist möglich.
Im Folgenden wird eine Temperatur, die durch den Temperaturerfassungsteil (den internen Temperatursensor 38 und/oder den externen Temperatursensor 44) erfasst wird, kollektiv als „Gehäuseinnentemperatur“ bezeichnet.
Die Leistungsschaltung 50 empfängt Strom von einer externen Stromquelle und erzeugt Strom zum Antrieb der Hauptschaltung 30 und peripherer Schaltungen. Als Leistungsschaltung 50 wird zum Beispiel eine Schaltung eingesetzt, die einen Schaltregler umfasst.
Die Schnittstellenschaltung 62 ist eine Schaltung, die den Austausch von Daten zwischen der Hauptschaltung 30 und einer externen Vorrichtung vermittelt und beispielsweise ein Erfassungsergebnis, das in der Steuerberechnungsschaltung 32 berechnet wird, an eine externe Vorrichtung ausgibt und der Steuerberechnungsschaltung 32 ein Steuersignal von einer externen Vorrichtung zuführt.
Die Schnittstellenschaltung 62 gibt ein Signal, das eine Temperatur angibt, die durch den Temperaturerfassungsteil (den internen Temperatursensor 38 und den externen Temperatursensor 44) erfasst wird, nach außen aus. Ferner empfängt die Schnittstellenschaltung 62 den Charakteristikparameter 42, der auf den Speicherteil 40 geschrieben ist. Das heißt, der Charakteristikparameter, der von der Schnittstellenschaltung 62 empfangen wird, ist auf den Speicherteil 40 geschrieben. Das Signal, das die Temperatur angibt und der Austausch des Charakteristikparameters 42 werden später beschrieben.
Die Schutzschaltung 60 unterdrückt Störungen, Rauschen oder Ähnliches, welche in ein Signal eindringen können, das über jede Signalleitung übertragen wird, die in dem Leitungsdraht 4 enthalten ist.
Eine Anzeigevorrichtung oder Ähnliches (nicht dargestellt) kann mit dem Näherungssensor 1 verbunden sein. In diesem Fall kann der Anzeigevorrichtung ein Steuersignal von der Verarbeitungsschaltung 20 zugeführt werden.
Die Hauptschaltung 30 kann zum Beispiel mittels einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) oder Ähnlichem gepackt sein. Eine Montageform für die Verarbeitungsschaltung 20 ist nicht besonders eingeschränkt, sondern jede Montageform kann eingesetzt werden.
<Funktionsprinzip>
Als Nächstes wird ein Funktionsprinzip des Näherungssensors 1 gemäß der Ausführungsform beschrieben.
In einem Betriebszustand wird die Erfassungsspule 16 durch die Oszillatorschaltung der Verarbeitungsschaltung 20 des Näherungssensors 1 erregt. Wenn der Erfassungsspule 16 durch die Erregung der Oszillatorschaltung ein hochfrequenter Erregungsstrom zugeführt wird, wird von der Erfassungsspule 16 ein Hochfrequenz-Magnetfeld erzeugt. Wenn sich wiederum das Erfassungsobjekt W, welches ein Metallobjekt ist, dem Hochfrequenz-Magnetfeld, das durch die Erfassungsspule 16 erzeugt wird, nähert, fließt durch ein Phänomen der elektromagnetischen Induktion ein Induktionsstrom in das Erfassungsobjekt W und in dem Erfassungsobjekt W findet ein Wärmeverlust (Widerstandsverlust) statt.
Ein Anstieg des Wärmeverlusts, der in dem Erfassungsobjekt W auftritt, führt zu einem Anstieg eines Einflusses der Oszillatorschaltung auf einen Schwingungszustand der Erfassungsspule 16, und somit kann eine Schwingungsamplitude abgeschwächt oder die Schwingung nicht aufrechterhalten werden. Auf Grundlage einer Änderung des Schwingungszustands kann das Vorhandensein oder Fehlen des Erfassungsobjekts W oder ein Abstand zum Erfassungsobjekt W erfasst werden.
4(A), 4(B) und 4(C) zeigen Diagramme zum Beschreiben eines Funktionsprinzips des Näherungssensors 1 gemäß der Ausführungsform. 4(A) stellt ein Beispiel einer zeitlichen Wellenform von einem erfassten Signal, das durch die A/D-Umwandlungsschaltung 36 der Hauptschaltung 30 erfasst wird, wenn kein Erfassungsobjekt W innerhalb eines erfassbaren Bereichs des Näherungssensors 1 vorhanden ist, dar. Wie in 4(A) dargestellt, befindet sich der Erfassungsteil 22 in einem Schwingungszustand, wenn kein Erfassungsobjekt W innerhalb eines erfassbaren Bereichs des Näherungssensors 1 vorhanden ist.
4(A) und 4(B) stellen Beispiele von zeitlichen Wellenformen des Erfassungssignals, das durch die A/D-Umwandlungsschaltung 36 der Hauptschaltung 30 erfasst wird, wenn das Erfassungsobjekt W innerhalb eines erfassbaren Bereichs des Näherungssensors 1 vorhanden ist, dar. Es ist nachvollziehbar, dass ein Schwingungszustand der in 4(B) dargestellten zeitlichen Wellenform aufrechterhalten wird und die Amplitude der zeitlichen Wellenform kleiner wird als die Schwingungswellenform, die in 4(A) dargestellt ist. Die in 4(C) dargestellte zeitliche Wellenform entspricht einem Zustand, in welchem das Erfassungsobjekt W dem Näherungssensor 1 näher ist. Die in 4(C) dargestellte zeitliche Wellenform gibt an, dass der Schwingungszustand nicht aufrechterhalten wird.
Wie in 4(A) bis 4(C) dargestellt, ändert sich der Schwingungszustand des Erfassungsteils 22, wenn sich das Erfassungsobjekt W dem Näherungssensor 1 nähert. Das heißt, dass das Vorhandensein oder Fehlen des Erfassungsobjekts W oder der Abstand zum Erfassungsobjekt W auf Grundlage der Änderung des Schwingungszustands des Erfassungsteils 22 erfasst werden kann.
<Erfassungsprozess und Temperaturkompensation>
Als Nächstes werden ein Erfassungsprozess und eine Temperaturkompensation im Näherungssensor 1 gemäß der Ausführungsform beschrieben.
5 zeigt eine schematische Ansicht, die ein funktionale Konfiguration einer Hauptschaltung 30 des Näherungssensors 1 gemäß der Ausführungsform darstellt. Unter Bezugnahme auf 5, gibt die A/D-Umwandlungsschaltung 36 einen Spannungswert, der an beiden Enden des Erfassungsteils 22 (einschließlich der Erfassungsspule 16 und dem Kondensator 17, siehe 3) auftritt, als einen digitalen Wert aus.
Die Hauptschaltung 30 ist ein Modul, das imstande ist, eine arithmetische Operation auszuführen und umfasst einen Leitfähigkeitsberechnungs-Verarbeitungsteil 82, einen Kompensationsteil 84, und einen Schwellenwertverarbeitungsteil 86.
Der Leitfähigkeitsberechnungs-Verarbeitungsteil 82 berechnet die Größe der Leitfähigkeit der Erfassungsspule 16 auf Grundlage einer zeitlichen Änderung des Spannungswerts, der von der A/D-Umwandlungsschaltung 36 ausgegeben wird. Das heißt, dass das Leitfähigkeitsberechnungs-Verarbeitungsteil 82 einen Wert, der äquivalent zu der Größe der Leitfähigkeit der Erfassungsspule 16 ist, auf Grundlage einer Spannungswellenform, die an beiden Enden der Erfassungsspule 16 auftritt, berechnet. Die Größe der Leitfähigkeit gibt an, mit welcher Leichtigkeit ein Strom in der Erfassungsspule 16 fließt. Wenn sich das Erfassungsobjekt W dem Erfassungsteil 22 nähert und ein Induktionsstrom, der in dem Erfassungsteil 22 fließt, verhältnismäßig zunimmt, fließt der Strom in der Erfassungsspule 16 kaum. Infolgedessen verringert sich die Leitfähigkeit der Erfassungsspule 16. Das heißt, dass die Größe der Leitfähigkeit angibt, wie schwierig es für einen Strom ist, in der Erfassungsspule 16 zu fließen.
Als ein Verfahren zur Berechnung der Leitfähigkeit wird beispielsweise ein Verhältnis der Amplitude, die an beiden Enden des Erfassungsteils 22 auftritt, zu einer Referenzamplitude verwendet, um die Leitfähigkeit zu berechnen. Alternativ kann die Leitfähigkeit auch auf Grundlage einer zeitlichen Änderung (Amplitude oder Phase) der Spannung, die an beiden Enden des Erfassungsteils 22 auftritt, berechnet werden.
Ein Berechnungsergebnis der Leitfähigkeit, das von dem Leitfähigkeitsberechnungs-Verarbeitungsteil 82 ausgegeben wird, wird als „DIST“ bezeichnet, womit ein unterstehender Abstand gemeint ist. Die Größe der Abstandsausgabe DIST ist proportional zum Berechnungsergebnis der Leitfähigkeit. Das heißt, dass die Abstandsausgabe DIST die Größe des Abstands zwischen dem Erfassungsteil 22 und dem Erfassungsobjekt W angibt.
Der Kompensationsteil 84, kompensiert eine Änderung der Erfassungscharakteristika, welche von einer Temperatur abhängig sind, die in dem Erfassungsteil 22 auftritt. Insbesondere kompensiert der Kompensationsteil 84 die Abstandsausgabe DIST basierend auf dem Charakteristikparameter 42, der in dem Speicherteil 40 gespeichert ist. Der Kompensationsabstand, der von dem Kompensationsteil 84 ausgegeben wird, wird auch als „DISTcomp“ bezeichnet.
Wenn k beispielsweise ein Linearkoeffizient und α und β Konstanten sind, die für den Charakteristikparameter 42 vorbestimmt werden, kann die Kompensationsabstandsausgabe DISTcomp durch Ausdruck (1) unten berechnet werden.
$DISTcomp = k (DIST + α) + β$
Der Temperaturkompensationsprozess ist nicht auf den vorstehend beschriebenen Ausdruck beschränkt und jeder Ausdruck kann eingesetzt werden. Der Charakteristikparameter 42 ist nicht auf die eindimensionalen Konstanten beschränkt und mehrdimensionale Konstanten können eingesetzt werden. Ferner kann ein Kompensationsbetrag auch durch Reflektieren der Temperatur, die durch den internen Temperatursensor 38 erfasst wird, berechnet werden.
In dem Näherungssensor 1 gemäß der Ausführungsform speichert der Speicherteil 40 jeden einzigartigen Wert des Näherungssensors 1 als den Charakteristikparameter 42. Durch Einsetzen des Charakteristikparameters 42, der für jeden Näherungssensor 1 einzigartig ist, kann eine für jeden Näherungssensor 1 geeignete Kompensation realisiert werden, selbst dann, wenn eine Schwankung der Erfassungscharakteristikänderung zwischen den Erfassungsteilen 22 vorliegt.
Die Kompensationsabstandsausgabe DISTcomp kann als ein Erfassungsergebnis ausgegeben werden, das einen Abstand (eine Position) zum Erfassungsobjekt W angibt, oder in den Schwellenwertverarbeitungsteil 86 eingegeben werden und einem Binarisierungsprozess unterzogen werden und das Ergebnis kann als Erfassungsergebnis, das das Vorhandensein oder Fehlen des Erfassungsobjekts W angibt, ausgegeben werden.
Der Schwellenwerverarbeitungsteil 86 vergleicht die Kompensationsabstandsausgabe DISTcomp vom Kompensationsteil 84 mit einem vorbestimmten Schwellenwert. Wenn die Kompensationsabstandsausgabe DISTcomp kleiner als der Schwellenwert ist, wird ein Erfassungsergebnis ausgegeben, das angibt, dass das Erfassungsobjekt W vorhanden ist.
6(A) und 6(B) zeigen Diagramme zum Beschreiben einer Temperaturänderung von Erfassungscharakteristika, die bei einer Änderung von Erfassungscharakteristika und einer Kompensation der Temperaturänderung auftreten. 6(A) und 6(B) stellen ein Beispiel einer Änderungsrate eines Erfassungsabstands bei einer Temperatur bei. Idealerweise beträgt die Änderungsrate des Erfassungsabstands ungeachtet der Temperatur Null.
Zum Beispiel stellt 6(A) ein Beispiel einer Temperaturänderung der Erfassungscharakteristika, die in der Erfassungsspule 16 (Spule 1) eines bestimmten Näherungssensors 1 auftreten und eine Temperaturänderung der Erfassungscharakteristika, die in der Erfassungsspule 16 (Spule 2) eines anderen Näherungssensors 1 auftreten, dar. Wie in 6(A) dargestellt, sind elektromagnetische Eigenschaften nicht vollständig einheitlich, auch wenn Herstellungsbedingungen oder Ähnliches gleich eingestellt sind.
Aus diesem Grund können die Erfassungscharakteristika nach der Kompensation nicht einheitlich sein, auch wenn der gleiche Kompensationsparameter verwendet wird. Daher stellt die Schwankung in den Erfassungscharakteristika einen wichtigen Faktor dar, der eine Verbesserung einer Erfassungsgenauigkeit oder Erweiterung des erfassbaren Bereiches behindert. Das heißt, dass es notwendig ist, den Erfassungsprozess basierend auf der Annahme durchzuführen, dass eine Schwankung in den Erfassungscharakteristika vorhanden ist und die Genauigkeit unvermeidlich nachlässt.
Im Näherungssensors 1 gemäß der Ausführungsform wird jedoch der Charakteristikparameter 42, der für jeden Näherungssensors 1 einzigartig ist, für die Kompensation verwendet. Durch Verwenden des für jeden Näherungssensor 1 einzigartigen Charakteristikparameters 42, wie in 6(B) dargestellt ist, wird zum Beispiel die Kompensation an der Spule 1 entsprechend einem für die Spule 1 einzigartigen Charakteristikparameter 1 ausgeführt und die Kompensation an der Spule 2 entsprechend einem für die Spule 2 einzigartigen Charakteristikparameter 2 ausgeführt.
Wie in 6(B) dargestellt ist, werden durch Einsetzen des für jeden Näherungssensor 1 einzigartigen Charakteristikparameters 2, die Erfassungscharakteristika nach der Kompensation im Wesentlichen gleich. Folglich können die Erfassungscharakteristika nach der Temperaturkompensation einheitlich sein. Daher ist es durch Verringern der Spanne aufgrund der Schwankung in den Erfassungscharakteristika möglich, die Erfassungsgenauigkeit und die Erfassungsempfindlichkeit weiter zu verbessern. Folglich ist es möglich, eine Verbesserung der Erfassungsgenauigkeit oder eine Erweiterung des erfassbaren Bereichs umzusetzen.
<Bestimmung des Charakteristikparameters (Herstellungsverfahren)>
Als Nächstes werden ein Systemaufbau und ein Herstellungsablauf zur Bestimmung des Charakteristikparameters 42, der in dem Näherungssensor 1 gemäß der Ausführungsform gespeichert ist, beschrieben. Ein derartiger Prozess kann als Teil eines Herstellungsprozesses für den Näherungssensor 1 ausgeführt werden.
In der Ausführungsform wird eine Umgebungstemperatur des Näherungssensors 1 geändert, die Abstandsausgabe DIST des Näherungssensors 1, die aufgrund einer Änderung der Umgebungstemperatur stattfindet, wird gemessen, und ein Wert des Charakteristikparameters 42 wird auf Grundlage des gemessenen Wertes bestimmt. Grundsätzlich ist der Näherungssensor 1 ein Industrieprodukt. Es werden viele Produkte derselben Art hergestellt. Daher ist es unmöglich, jeden einzelnen Näherungssensor 1 zu beurteilen. Der Wert des Charakteristikparameters 42 des einzelnen Näherungssensors 1 wird durch gleichzeitiges Messen der mehreren Näherungssensoren 1 bestimmt.
(e1: Charakteristikparameter-Bestimmungssystem)
7 zeigt eine schematische Ansicht zum Beschreiben eines Verfahrens zum Bestimmen des Charakteristikparameters des Näherungssensors 1 gemäß einer Ausführungsform. Unter Bezugnahme auf 7 bestimmt eine Herstellungssystem 100 des Näherungssensors 1 den Charakteristikparameter von einem Näherungssensor 1 oder den mehreren Näherungssensoren 1.
Das Herstellungssystem 100 umfasst insbesondere eine Einstellvorrichtung 200, eine thermostatische Kammer 300, einen Kammerinnentemperatursensor 302, eine Signalumwandlungsvorrichtung 304, eine Anschlussplatte 310, einen Leitungskonzentrator 312, und eine Steuervorrichtung 314.
Die Einstellvorrichtung 200 berechnet den Charakteristikparameter von jedem Näherungssensor 1 auf Grundlage eines Messergebnisses (einer inneren Gehäusetemperatur und eines erfassten Wertes) von einem Näherungssensor 1 der mehreren Näherungssensoren 1 und einer Kammerinnentemperatur und stellt den Charakteristikparameter für jeden Näherungssensor 1 ein.
8 zeigt eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Geräteanordnung der Einstellvorrichtung 200, die in 7 dargestellt ist, darstellt. Die Einstellvorrichtung 200 gemäß der Ausführungsform wird durch Ausführen eines Programms, das zum Beispiel eine Hardware (zum Beispiel einen gewöhnlichen PC) verwendet, die in Übereinstimmung mit einer allgemeinen Bauweise gestaltet wird, umgesetzt.
Unter Bezugnahme auf 8, umfasst die Einstellvorrichtung 200 einen Prozessor 202, wie etwa eine CPU oder eine MPU, ein optisches Laufwerk 204, eine Hauptspeichervorrichtung 206, eine Netzwerksteuerung 208, Kommunikationssteuerungen 212 und 214, einen Eingabeteil 216, einen Anzeigeteil 218, und eine Sekundärspeichervorrichtung 220. Die Komponenten sind über einen Bus 210 miteinander verbunden.
Der Prozessor 202 führt durch Lesen verschiedener Programme, die in der Sekundärspeichervorrichtung 220 gespeichert sind, und Laden und Ausführen der Programme in der Hauptspeichervorrichtung 206 verschiedene Prozesse aus, die später beschrieben werden.
Die Sekundärspeichervorrichtung 220 umfasst zum Beispiel ein Festplattenlaufwerk (HDD) oder ein Festkörperlaufwerk (SSD). Die Sekundärspeichervorrichtung 220 umfasst ein Datensammelprogramm 222, das Daten von einem Näherungssensor 1 oder den mehreren Näherungssensoren 1 sammelt, ein Charakteristikparameter-Bestimmungsprogramm 224, das den Charakteristikparameter des Näherungssensors 1 auf Grundlage der gesammelten Daten bestimmt, und ein Charakteristikparameter-Einstellprogramm 226, das den bestimmten Charakteristikparameter in dem Näherungssensor 1 einstellt. Die Sekundärspeichervorrichtung 220 kann ferner ein Betriebssystem (OS) und weitere notwendige Programme speichern. Ferner speichert die Sekundärspeichervorrichtung 220 gesammelte Daten 228, wenn der Charakteristikparameter 42 bestimmt ist.
Die Einstellvorrichtung 200 umfasst das optisches Laufwerk 204. Ein Programm, das in einem Aufzeichnungsmedium 205 (zum Beispiel einem optischen Aufzeichnungsmedium, wie etwa einer digitalen vielseitigen Scheibe (DVD)), das das computerlesbare Programme auf dauerhafte Weise speichert, gespeichert ist, wird gelesen und in der Sekundärspeichervorrichtung 220 oder Ähnlichem installiert.
Verschiedene Programme, die durch die Einstellvorrichtung 200 auszuführen sind, können über ein computerlesbares Aufzeichnungsmedium 205 installiert werden oder von einer Servervorrichtung in einem Netwerk zur Installation heruntergeladen werden. Eine Funktion, die von der Einstellvorrichtung 200 gemäß der Ausführungsform bereitgestellt wird, wird unter Verwendung eines Teils eines von dem OS bereitgestellten Moduls realisiert.
Der Eingabeteil 216 umfasst eine Tastatur oder eine Maus und wird vom Benutzer bedient. Der Anzeigeteil 218 umfasst einen Bildschirm, verschiedene Anzeigegeräte, oder einen Drucker und gibt ein Verarbeitungsergebnis oder Ähnliches von dem Prozessor 202 aus.
Die Netzwerksteuerung 208 steuert den Datenaustausch mit einer anderen Vorrichtung über ein beliebiges Netzwerk.
Die Kommunikationssteuerung 212 tauscht Daten mit einem Näherungssensor 1 oder den mehreren Näherungssensoren 1 über die Steuervorrichtung 314 und den Leitungskonzentrator 312 (siehe 7) aus. Die Kommunikationssteuerung 214 erhält über die Signalumwandlungsvorrichtung 304 eine vom Kammerinnentemperatursensor 302 gemessen Kammerinnentemperatur.
8 stellt ein Konfigurationsbeispiel dar, in welchem notwendige Funktionen bereitgestellt werden, wenn der Prozessor 202 ein Programm ausführt, wobei jedoch einige oder alle der bereitgestellten Funktionen mittels einer geeigneten Hardware-Schaltung (zum Beispiel ASIC oder FPGA) montiert werden können.
Rückbezogen auf 7, kann die thermostatische Kammer 300 einen Näherungssensor 1 oder die mehreren Näherungssensoren 1 in der Kammer aufnehmen und eine Kammerinnentemperatur verändern. Das heißt, dass die thermostatische Kammer 300 ein Beispiel einer Vorrichtung darstellt, die eine temperaturveränderliche Umgebung bereitstellt. Die Kammerinnentemperatur der thermostatischen Kammer 300 kann gemäß einem vorbestimmten Muster oder durch eine Anweisung von der Einstellvorrichtung 200 verändert werden.
Ein Kammerinnentemperatursensor 302 oder die mehreren Kammerinnentemperatursensoren 302 sind im Inneren der thermostatischen Kammer 300 angeordnet und erfassen eine Kammerinnentemperatur. Ein Erfassungsergebnis der Kammerinnentemperatursensoren 302 wird an die Signalumwandlungsvorrichtung 304 ausgegeben. Die Signalumwandlungsvorrichtung 304 wandelt das Erfassungsergebnis von den Kammerinnentemperatursensoren 302 in ein vorbestimmtes Datenformat um, um das Erfassungsergebnis an die Einstellvorrichtung 200 weiterzuleiten. Wenn der Kammerinnentemperatursensor 302 eine Kommunikationsfunktion aufweist, kann die Signalumwandlungsvorrichtung 304 weggelassen werden.
Ein Näherungssensor 1 oder die mehreren Näherungssensoren 1 innerhalb der thermostatischen Kammer 300 werden durch eine Halterung oder ein Befestigungselement (nicht dargestellt) gehalten. Für eine gleichmäßige Änderung der Umgebungstemperatur sind die Näherungssensoren 1 vorzugsweise gleichmäßig in vorbestimmten Abständen angeordnet.
Signalleitungen, die sich von einem Näherungssensor 1 oder den mehreren Näherungssensoren 1 erstrecken, sind mit der Anschlussplatte 310 verbunden. Der Leitungskonzentrator 312 ist ebenfalls mit der Anschlussplatte 310 verbunden. Der Näherungssensor 1 ist elektrisch mit dem Leitungskonzentrator 312 verbunden ist. Der Leitungskonzentrator 312 ist eine Vorrichtung, die den Signalaustausch der mehreren Näherungssensoren 1 bündelt und umfasst ein Kommunikationsmodul und einen Multiplexer.
Die Steuervorrichtung 314 ist zwischen dem Leitungskonzentrator 312 und der Einstellvorrichtung 200 angeordnet, gibt als Reaktion auf eine Anfrage von der Einstellvorrichtung 200 gesammelte Signale über den Leitungskonzentrator 312 an die Einstellvorrichtung 200 aus, und stellt dem Näherungssensor 1 einen Einstellwert oder Ähnliches von der Einstellvorrichtung 200 über den Leitungskonzentrator 312 zur Verfügung.
Wenn der Leitungskonzentrator 312 direkt mit der Einstellvorrichtung 200 kommunizieren kann, ist eine Anordnung der Steuervorrichtung 314 nicht notwendig.
In dem Herstellungssystem 100, das in 7 dargestellt ist, wird zum Beispiel eine gewöhnliche Industriesteuerung verwendet. Zum Beispiel kann eine programmierbare Steuerung (PLC) als die Steuervorrichtung 314 eingesetzt werden. In diesem Fall kann der Leitungskonzentrator 312 über ein Feldnetzwerk mit der PLC verbunden sein. Ferner können der Leitungskonzentrator 312 und der Näherungssensor 1 über ein Feldnetzwerk miteinander verbunden sein.
Als ein derartiges Feldnetzwerk können IO-Link, CC-Link, DeviceNet, EtherCat (eingetragenes Warenzeichen), EtherNet/IP oder Ähnliche verwendet werden.
Der Näherungssensor 1 und der Leitungskonzentrator 312 können über eine Signalleitung verbunden sein, durch welche ein Analogsignal fließt. Dennoch ist es durch Verwendung eines Feldnetzwerks möglich, eine Duplexkommunikation einfacher auszuführen.
(e2: Bestimmungs- und Einstellvorgang des Charakteristikparameters)
Als Nächstes wird ein Vorgang eines Bestimmungs- und Einstellprozesses des Charakteristikparameters 42, der in dem Näherungssensor 1 gemäß der Ausführungsform gespeichert ist, beschrieben.
9 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Verarbeitungsvorgang für ein Herstellungsverfahren, das das Bestimmen und Einstellen des charakteristischen Parameters des Näherungssensors 1 gemäß der Ausführungsform umfasst, darstellt. Einige der Schritte, die in 9 dargestellt sind, werden realisiert, wenn der Prozessor 202 der Einstellvorrichtung 200 ein Programm ausführt.
Unter Bezugnahme auf 9 wird ein Näherungssensor 1 oder die mehreren Näherungssensoren 1 innerhalb der thermostatischen Kammer 300 angeordnet und über die Anschlussplatte 310 elektrisch mit dem Leitungskonzentrator 312 verbunden (Schritt S100). Das heißt, dass der Näherungssensor 1 in einer temperaturveränderlichen Umgebung angeordnet wird.
Ein Auslöseimpuls für den Messbeginn wird empfangen (Schritt S102) und das Innere der thermostatischen Kammer 300 wird auf eine vorbestimmte Temperatur geändert (Schritt S104). Wenn die Kammerinnentemperatur der thermostatischen Kammer 300 auf die vorbestimmte Temperatur (Ja in Schritt S106) gebracht ist, erhält die Einstellvorrichtung 200 die Gehäuseinnentemperatur und den erfassten Wert von einem Näherungssensor 1 oder jedem der mehreren Näherungssensoren 1, die innerhalb der thermostatischen Kammer 300 angeordnet sind und speichert die Gehäuseinnentemperatur und den erfassten Wert (Schritt S108).
Es wird bestimmt, ob die Messung die vorbestimmte Anzahl von Wiederholungen durchgeführt wird (Schritt S110). Wenn die Messung nicht die vorbestimmte Anzahl von Wiederholungen durchgeführt wird (Nein in Schritt S110), werden die Prozesse von Schritt S104 und darauffolgende Prozesse wiederholt.
Auf diese Weise wird die Umgebung des Näherungssensor 1 auf mehrere unterschiedliche Temperaturen eingestellt. Die Gehäuseinnentemperatur, die durch den Temperaturerfassungsteil (den internen Temperatursensor 38 und/oder den externen Temperatursensor 44) des Näherungssensors 1 erfasst wird, und das Erfassungsergebnis, das durch die Steuerberechnungsschaltung 32 bei jeder Temperatur ausgegeben wird, werden in Verbindung miteinander gespeichert.
Wird die Messung hingegen die Anzahl vorbestimmter Wiederholungen durchgeführt (Ja in Schritt S110), bestimmt die Einstellvorrichtung 200 den Charakteristikparameter 42 für einen Näherungssensor 1 oder jeden der mehreren Näherungssensoren 1 auf Grundlage der gespeicherten Gehäuseinnentemperatur und dem erfassten Wert (Schritt S112). Das heißt, dass der für den Näherungssensor 1 einzigartige Charakteristikparameter 42 auf Grundlage der gespeicherten Temperatur und dem Erfassungsergebnis bestimmt wird.
Schließlich wird der bestimmte Charakteristikparameter 42 für den entsprechenden Näherungssensor 1 eingestellt (Schritt S114). Das heißt, dass ein Prozess des Einstellens des Charakteristikparameters 42 in dem Näherungssensor 1 durchgeführt wird.
Mit dem vorstehend beschriebenen Verarbeitungsvorgang wird die Bestimmung des Charakteristikparameters 42 und die Einstellung des Charakteristikparameters 42 in dem Näherungssensor 1 fertiggestellt.
Die Anzahl von Kombinationen der Gehäuseinnentemperaturen und der erfassten Werte, die von den Näherungssensoren 1 erhalten werden, wird gemäß einer Reihenfolge eines Näherungsausdrucks des Charakteristikparameter bestimmt, der unten beschrieben wird.
(e3: Prozess zur Bestimmung des Charakteristikparameters)
Als Nächstes wird ein Prozess zur Bestimmung des Charakteristikparameters 42, der in dem Näherungssensor 1 gemäß der Ausführungsform gespeichert ist, beschrieben.
Der Charakteristikparameter 42 ist ein Parameter zum Reduzieren der Temperaturabhängigkeit der durch den einzelnen Näherungssensor 1 angegeben Erfassungscharakteristika. Wie in 6(B), die oben beschrieben ist, dargestellt ist, wird der Charakteristikparameter 42 so bestimmt, dass eine Änderungsrate des erfassten Abstands unabhängig von der Temperatur konstant ist.
Genauer gesagt sind die Variablen A₂ , A₁ , und A₀ so angepasst, dass der unten aufgeführte Ausdruck (2) unter Verwendung einer inneren Schichttemperatur T_n , einer Refenztemperatur T₀ , und einer Temperaturdifferenz ΔT zwischen der Umgebungstemperatur und der Gehäuseinnentemperatur, die durch den internen Temperatursensor 38 erfasst wird, aufgestellt wird.
$f (T_{n}) = A_{2} {(T_{n} - T_{0} + Δ T)}^{2} + A_{1} (T_{n} - T_{0} + Δ T) + A_{0} = k (konstant)$
Das heißt, dass durch Anpassen von Ausdruck (2), der vorstehend beschrieben ist, unter Verwendung der mehreren Kombinationen der Gehäuseinnentemperaturen und der erfassten Werte (zum Beispiel die Abstandsausgabe DIST oder ein Änderungsbetrag der Abstandsausgabe DIST), die von dem Ziel-Näherungssensor 1 erhalten werden, die Variablen A₂ , A₁ , und A₀ bestimmt werden können. Der Koeffizient k, der unter Verwendung der bestimmten Variablen A₂ , A₁ , und A₀ berechnet wird, kann als der Charakteristikparameter 42 bestimmt werden.
Die Kammerinnentemperatur, die durch den Kammerinnentemperatursensor 302 erfasst wird, kann als die Umgebungstemperatur verwendet werden, die für die Temperaturdifferenz ΔT verwendet wird. Wenn die mehreren Kammerinnentemperatursensoren 302 angeordnet werden, kann die Umgebungstemperatur an einer interessierenden Position auf Grundlage der Temperatur, die von jedem der mehreren Kammerinnentemperatursensoren 302 um die interessierende Position erfasst wird und einem Abstand zwischen der interessierenden Position und jedem der Kammerinnentemperatursensoren 302, abgeschätzt werden.
Der vorstehend beschriebene Ausdruck (2) dient lediglich als Beispiel und die Temperaturabhängigkeit der Erfassungscharakteristika des Erfassungsteils 22 (die Erfassungsspule 16) kann mit einer beliebigen Funktion approximiert werden. Als ein variabler Wert der Näherungsfunktion kann eine von dem internen Temperatursensor 38 und/oder dem externen Temperatursensor 44 des Näherungssensors 1 erfasste Gehäuseinnentemperatur und die von dem Kammerinnentemperatursensor 302 erfasste Innentemperatur einbezogen werden. Hier kann die Genauigkeit weiter verbessert werden, wenn als Information die Kammerinnentemperatur, die durch den Kammerinnentemperatursensor 302 erfasst wird, oder die Gehäuseinnentemperatur, die durch den externen Temperatursensor 44 erfasst wird, bereitgestellt wird, anstatt nur der Gehäuseinnentemperatur, die durch den internen Temperatursensor 38 des Näherungssensors 1 erfasst wird.
(e4: Gesammelte Daten)
Als Nächstes wird ein Beispiel der gesammelten Daten 228, die zum Bestimmen des Charakteristikparameter 42, der in dem Näherungssensor 1 gemäß der Ausführungsform gespeichert ist, gesammelt werden, beschrieben.
10 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel einer Datenstruktur von gesammelten Daten 228, die in der Einstellvorrichtung 200 eines Herstellungssystems 100 gemäß der Ausführungsform gespeichert sind, darstellt.
Unter Bezugnahme auf 10, können von jedem Näherungssensor 1 gesammelte Daten in Form einer Tabelle 2280 als die gesammelten Daten 228 gespeicherte werden. Jede Tabelle 2280 kann eine Kanalnummer 2281 umfassen, die angibt, mit welchem Kanal des Leitungskonzentrators 312 der Ziel-Näherungssensor 1 verbunden ist, und eine Identifikationsnummer 2282, die von dem Ziel-Näherungssensor 1 gesammelt wird.
In der Tabelle 2280 werden Ergebnisse, die durch unterschiedliches Messen der Kammerinnentemperatur erhalten werden, fortlaufend gespeichert. Insbesondere weißt die Tabelle 2280 drei Spalten auf, die Kammerinnentemperatur 2283, die Gehäuseinnentemperatur 2284 und den erfassten Wert 2285. Wenn die Kammerinnentemperatur der thermostatischen Kammer 300 eine vorbestimmte Temperatur erreicht und eine Datensammelbedingung festgelegt ist, sind eine Kammerinnentemperatur, eine Gehäuseinnentemperatur und ein zu diesem Zeitpunkt erfasster Wert in einem Datensatz aufgenommen. Wenn mehrere Gruppen (Datensätze) der Kammerinnentemperaturen, Gehäuseinnentemperaturen, und der erfassten Werte gesammelt sind, ist der Prozess der Datensammlung abgeschlossen. Es wird die gleiche Anzahl von Tabellen 2280 erzeugt, wie Ziel-Näherungssensoren 1 vorhanden sind.
Auf Grundlage der gesammelten Daten 228 wird für jeden Näherungssensor 1 der Charakteristikparameter 42 bestimmt. Ein Wert des bestimmten Charakteristikparameters 42 kann in der entsprechenden Tabelle 2280 gespeichert werden.
Der Inhalt der Tabelle 2280 kann an ein Produktionsmanagementsystem (nicht dargestellt) übertragen werden und kann als Information zum Verwalten einer Herstellungssituation (Rückverfolgbarkeit) von jedem Näherungssensor 1 verwendet werden.
<Schlussfolgerung>
Der Näherungssensor 1 gemäß der Ausführungsform stellt durch Ausführen der Temperaturkorrektur durch digitale Verarbeitung unter Verwendung des individuellen einzigartigen Charakteristikparameters 42 eine stabilere Erfassungsfähigkeit bereit. In Näherungssensoren der verwandten Technik wird die Temperaturkorrektur auf gleiche Weise unter Verwendung eines festen Parameters ausgeführt. Dadurch führt eine Schwankung in einem Herstellungsprozess oder von Komponentencharakteristika (insbesondere eine Schwankung einer Temperaturänderung von Erfassungscharakteristika) zu einer Änderung der Größe der Leitfähigkeit, die in der Erfassungsspule 16 auftritt, wodurch eine Änderung eines Erfassungsabstands, der in einem Produktzustand ausgegeben wird, hervorgerufen wird. Die Änderung des Erfassungsabstands beeinflusst einen weit erfassbaren Bereich.
Wie vorstehend beschrieben, kann der Näherungssensor 1 gemäß der Ausführungsform einen Änderungsfaktor, der in einem Erfassungsabstand auftritt, durch Einseztzen des einzigartigen Charakteristikparameters 42 und der digitalen Verarbeitung minimieren und somit den weiten, erfassbaren Bereich leichter erkennen.
In dem Näherungssensor 1 gemäß der Ausführungsform, wird die Temperaturcharakteristik beim Herstellungsprozess individuell gemessen und der einzigartige Charakteristikparameter 42 auf Grundlage des Messergebnisses individuell bestimmt. Ferner wird der individuell bestimmte Charakteristikparameter 42 in dem entsprechenden Näherungssensor 1 eingespeichert.
In dem Näherungssensor 1 gemäß der Ausführungsform können der interne Temperatursensor 38 und/oder der externe Temperatursensor 44 als Teil des Körpers 2 montiert werden. Durch Verwenden des internen Temperatursensors 38 oder des externen Temperatursensors 44 können Temperaturinformationen leichter gesammelt werden, wenn der Charakteristikparameter für den Näherungssensor 1 bestimmt wird.
Durch Messen einer Außentemperatur unter Verwendung des externen Temperatursensors 44 ist es möglich, eine Situation, in welcher ein Temperaturmesswert aufgrund einer Wärmequelle (zum Beispiel der Leistungsschaltung 50) im Körper 2 verändert wird, zu vermeiden. Das heißt, dass es durch Verwenden des externen Temperatursensors 44 möglich ist, einen Einfluss einer Wärmequelle zu verringern und die Temperatur der Erfassungsspule 16, welche ein Messobjekt ist, genauer zu messen.
Auf diese Weise kann der Näherungssensor 1 gemäß der Ausführungsform Informationen, wie etwa eine vom internen Temperatursensor 38 und/oder externen Temperatursensor 44 erfasste Temperatur, an eine externe Vorrichtung übermitteln.
Im Näherungssensor 1 gemäß der Ausführungsform wird der Charakteristikparameter 42 in einer wiederbeschreibbaren nichtflüchtigen Speichervorrichtung, wie etwa einem EEPROM, gespeichert. Daher kann der Charakteristikparameter 42 leicht umgeschrieben werden.
Im Herstellungsprozess des Näherungssensors 1 gemäß der Ausführungsform kann ein Messwert oder Ähnliches, der für die Bestimmung verwendet wird, in Verbindung mit Informationen zum Angeben des Ziel-Näherungssensors 1 gespeichert werden, wenn der Charakteristikparameter 42 bestimmt ist. Daher ist es möglich für jeden Näherungssensor 1 eine Rückverfolgbarkeit zu gewährleisten.
Bezugszeichenliste

1: Näherungssensor
2: Körper
4: Leitungsdraht
6: Gehäuse
8: Erfassungsfläche
10: Unterlegscheibe
12, 14: Nut
16: Erfassungsspule
17: Kondensator
18: Ferritkern
20: Verarbeitungsschaltung
22: Erfassungsteil
30: Hauptschaltung
32: Steuerberechnungsschaltung
34: Oszillatorschaltung
36: A/D-Umwandlungsschaltung
38: interner Temperatursensor
40: Speicherteil
42: Charakteristikparameter
44: externer Temperatursensor
50: Leistungsschaltung
60: Schutzschaltung
62: Schnittstellenschaltung
82: Leitfähigkeitsberechnungs-Verarbeitungsteil
84: Kompensationsteil
86: Schwellenwertverarbeitungsteil
100: Herstellungssystem
200: Einstellvorrichtung
202: Prozessor
204: Optisches Laufwerk
205: Aufzeichnungsmedium
206: Hauptspeichervorrichtung
208: Netzwerksteuerung
210: Bus
212, 214: Kommunikationssteuerung
216: Eingabeteil
218: Anzeigeteil
220: Sekundärspeichervorrichtung
222: Datensammelprogramm
224: Charakteristikparameter-Bestimmungsprogramm
226: Charakteristikparameter-Einstellprogramm
228: Gesammelte Daten
300: Thermostatische Kammer
302: Kammerinnentemperatursensor
304: Signalumwandlungsvorrichtung
310: Anschlussplatte
312: Leitungskonzentrator
314: Steuervorrichtung
2280: Tabelle
2281: Kanalnummer
2282: Identifikationsnummer
2283: Kammerinnentemperatur
2284: Gehäuseinnentemperatur
2285: Erfasster Wert
M: Mittelachse
W: Erfassungsobjekt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP H05218845 B [0003, 0004]
JP H01233913 B [0004, 0006]
JP H05218845 [0005]

Claims

Näherungssensor (1), der als ein Erfassungsergebnis das Vorhandensein oder Fehlen eines Erfassungsobjektes oder eine Position des Erfassungsobjekts ausgibt, wobei der Näherungssensor (1) Folgendes umfasst: einen Erfassungsteil (22), der konfiguriert ist, eine Erfassungsspule (16) und einen Kondensator (17) zu umfassen; eine Oszillatorschaltung (34), die konfiguriert ist, den Erfassungsteil (22) zu erregen; eine Analog/Digital-Umwandlungsschaltung (36), die konfiguriert ist, eine Signaländerung, die in dem Erfassungsteil (22) auftritt zu erfassen und ein Digitalsignal, das die erfasste Signaländerung angibt, auszugeben; einen Temperaturerfassungsteil (38, 44), der konfiguriert ist, eine Temperatur innerhalb eines Gehäuses des Näherungssensors (1) zu erfassen; einen Speicherteil (40), der konfiguriert ist, im Voraus einen für den Näherungssensor (1) einzigartigen Charakteristikparameter zu speichern; und einen Steuerberechnungsteil (32), der konfiguriert ist, ein Digitalsignal von der Analog/Digital-Umwandlungsschaltung (36) zu verarbeiten, um ein Signal zu berechnen, das einen Abstand zum Erfassungsobjekt angibt, das berechnete Signal unter Verwendung des Charakteristikparameters, der in dem Speicherteil (40) gespeichert ist, zu kompensieren, und anschließend das kompensierte Signal als das Erfassungsergebnis auszugeben.
Näherungssensor (1) nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Schnittstellenteil (62), der konfiguriert ist, ein Signal, das die Temperatur angibt, die durch den Temperaturerfassungsteil (38, 44) erfasst wird, nach außen auszugeben.
Näherungssensor (1) nach Anspruch 2, wobei der Schnittstellenteil (62) den Charakteristikparameter, der auf den Speicherteil (40) geschrieben ist, empfängt.
Näherungssensor (1) nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Speicherteil (40) eine wiederbeschreibbare nichtflüchtige Speichervorrichtung umfasst und der von dem Schnittstellenteil (62) empfangene Charakteristikparameter eingeschrieben ist.
Näherungssensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Temperaturerfassungsteil (38, 44) einen ersten Temperatursensor, der auf einem gleichen Substrat wie der Steuerberechnungsteil (32) angeordnet ist, und einen zweiten Temperatursensor, der an einer Position angeordnet ist, die dem Erfassungsteil (22) näher ist, als der erste Temperatursensor, umfasst.
Näherungssensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Charakteristikparameter ein Linearkoeffizient ist.
Näherungssensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Steuerberechnungsteil (32) auf Grundlage einer Spannungswellenform, die an beiden Enden der Erfassungsspule (16) auftritt, einen Wert, der äquivalent zu der Größe der Leitfähigkeit der Erfassungsspule (16) ist, berechnet.