JP2000065512A5

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Publication number: JP2000065512A5
Application number: JP1998239282A
Authority: JP
Filing date: 1998-08-25
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2018-08-25

Description

【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明にかかる物体の位置検出装置の原理を説明する模式図であり、この装置は、任意の強さの磁場を形成するための磁場発生装置２０と、この磁場発生装置２０の作用により形成される磁場領域内には、被測定物１２と共にＸ軸, Ｙ軸, Ｚ軸の互いに直交する方向の磁束密度を測定するための磁場検出部２４と、そして磁場発生装置２０によって形成される磁場が前記被測定物が介在することにより発生するＸＹＺ軸方向における磁場の強さ, 即ち、磁束密度の変動に基づいて該被測定物の位置を特定する演算部３０とで構成されている。

上記磁場発生装置２０は、地磁気および非測定対象物が出す磁気の影響を実質的に無くすためのノイズキャンセリングを行うための手段である。一般に、磁場検出部２４が検出する磁界の強さは被測定物からの磁気情報だけではなく、地磁気による影響の他、その磁場環境下にある多くの物体 (磁性体) による磁界分布 (磁力線分布) の乱れを検出していることになる (図２参照) 。従って、例えば被測定物は静止しているにもかかわらず、周辺の物体が移動すれば磁場の磁力線分布に変化が生じてしまう。つまり、この場合、生じた磁場の変化が被測定物によるものか、非測定対象物によるものかを特定することが難しくなる。そこで、本発明では被測定物からの情報のみに焦点を絞れるように、つまり非測定対象物からの影響を排除するために、磁場検出部周辺に予め任意の強さの磁場を予め形成しておくことが必要となるのである。従って、本発明にかかる磁場発生装置２０は、単に任意の磁場を付与できればよく、その要請に応えられるものとしては、永久磁石の他、直流磁界でもまた、差動コイルや差動トランスのように励磁コイルをもち交流磁界を付与できるコイルを用いてもよい。

次に、上記被測定物１２は、それ自身が磁性をもつ磁性体か、少なくともその一部に磁性を有する場合の他、非磁性体であっても、例えばフェライトの如き磁性体 (マーカー) を一部に具える (付着) ような各種の物体で構成されている必要がある。即ち、この物体が上記磁場内に置かれるとき、その磁場に何らかの変化が生じるようにすればよい。なお、この被測定物１２としては、強磁性体のように磁界に大きな変化を与え得る材料がとくに好ましい。

次に、上記磁場検出部２４は、いわゆる磁気センサのことであって、上記磁場の磁束密度Ｂを測定するプローブで構成されている。この磁場検出部２４は、それぞれ線形独立な３方向 (Ｘ, Ｙ, Ｚ) の磁界成分を検出するために、各検出部は互いに直交する関係に置かれ、互いには平行にならないように組み合わされる１個のデバイスで構成されている。例えば、好ましくはホール素子をデバイスとしてこのデバイスのヘッドが互いに直交する３面 (Ｘ, Ｙ, Ｚ) で構成された磁束密度に感応するデジタルタイプの位置センサなどが好適に用いられる。

この磁場検出部２４では、被測定物の変位にともなう磁束密度Ｂの変化を測定しており、例えば、図３R>３に示すように、前記変位の大きさに応じて磁束密度Ｂが変化する現象を利用し、被測定物の変位位置、即ち位置の特定を行うのである。

次に、上記演算部４は、上記磁場検出部２４の各検出部 (センサ) で測定された磁界成分, 即ち、被測定物が標準状態, 即ち基準位置にあるときの磁束密度Ｂ₁(b_1x, b_1y, b_1z), Ｂ₂(b_2x, b_2y, b_2z), Ｂ₃(b_3x, b_{3y ,}b_3z) と、前記被測定物が空間的に変位したときに検出される、いわゆるセンサと被測定物の相対位置の変化に応じた磁束密度Ｂ'₁(b'_1x,b'_1y,b'_1z),Ｂ'₂(b'_2x,b'_2y，b'_2z),Ｂ'₃(b'_3x,b'_3y,b'_3z) の変化から、該被測定物の変動位置を演算し、特定するものである。

例えば、被測定物１２が基準位置にあるときの磁束密度の値と該被測定物２が空間的に変位したときの磁束密度の値の差分を算出し、この差分Δｘ, Δｙ，Δｚのベクトルの大きさを算出することにより、被測定物１２とセンサ２４間の距離を求める。この場合、この距離が小さいほど上記ベクトルの大きさが大きくなる (変化量が大きくなる) 。そこで、このベクトルの大きさを下記Ｉ式に基づき演算することによって、センサ２４を中心としてこのセンサからノズルまでの距離 (位置) がわかる。

また、被測定物１２の方向 (位置) は、磁束密度がベクトルであることを再度利用し、Δｘ、Δｙ、Δｚそれぞれを評価することにより判断することができる。このことは、上記式 (Ｉ) で求められる磁界の大きさが同じ値であっても、それぞれの成分の差分Δｘ、Δｙ、Δｚがどのような値の組み合わせ (Δｘ、Δｙ、Δｚ) になっているかで、センサを中心とした被測定物の方向が求められるからである。特に、使用する被測定物１２が限定される場合には、予め被測定物の位置とそれぞれのセンサが検出する磁束密度の関係を測定しておき、これをデータベース化し、測定される各センサとこのデータベースを比較参照することで被測定物の位置を特定すると、さらに処理が速くなるメリットがある。

例えば、図５は、磁場発生装置２０によって、形成された標準磁場Ｂに接して配置された磁気センサ２４によって、その磁場Ｂ内に交換のために新たにセットした新ノズルの存在による磁束密度分布を、各センサとの相対位置の変化にあわせて測定したグラフである。このグラフのもつ意味は、図３において、上記基準位置からノズル１６をベース方向 (Ｚ方向) に変位させた場合において、磁気センサ２４の、各方向成分を検出するセンサの基準位置における磁束密度と、測定開始点における磁束密度との差分Δｘ，Δｙ，Δｚを100 ％とし、さらにＺ軸鉛直下方向の任意の２点間の距離を100 ％とした場合の、変位と磁束密度差分との関係を示したものである。なお、Ｚ軸の変位方向は磁気センサ２４とノズル１６との距離が増加する方向である。これより、センサ２４とノズル１６との距離が増加する (離れる) と磁界が変化しなくなることがわかる。また、各変化分Δｘ，Δｙ，Δｚの組み合わせ (Δｘ，Δｙ，Δｚ) は、センサとノズルの位置関係に固有なものであることがわかる。

【符号の説明】
１０液体塗布装置
１２被測定物 (シリンジ)
１４測定物固定板
１６ノズル
１８位置補正ユニット取付板
２０永久磁石（磁場発生装置）
２２ベース
２４磁気センサ（磁場検出部）
２８位置補正ユニット
３０演算部