JP2011080994A - 磁気センサを位置決めするための方法及びセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】出力マグネットがピストンに付いているエアシリンダに沿って、磁気センサをセンサ規定位置に精度よく位置決めするための方法の提供。
【解決手段】以下のステップでセンサ１０の位置決めを行う。ａ）スライド移動経路に沿ってセンサ１０と出力マグネット１２を、互いに相対的にスライド移動する。ｂ）スライド移動中に、センサ−出力マグネット１２の間隔により決まる測定信号を検知する。ｃ）センサ規定位置を求める。ｄ）センサ規定位置を表示する。ｅ）センサ規定位置にセンサ１０を固定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気センサを位置決めするための方法、及び一つ又は複数のピストン位置を検出するようなセンサに関するものである。

DE 10 2006 008 157 A1で磁気センサが公知であり、その磁気センサにティーチング方法を介して、例えば工業用ロボットのチャック、又はアームのシリンダで出力マグネットの付いたピストンの二つの位置をティーチングして、規定信号として記憶することができる。ティーチング運転に続く通常運転において二つのデジタル出力部で、ティーチングしたスイッチングポイントに達したことを合図する信号を使用できる。更に云えばこのセンサの利点は、スイッチングポイントを規定するためにシリンダでセンサの正確な位置決めを必要としないことである、というのは、スイッチングポイントを確かに電子的にティーチングするからであるが、他と較べて更に適切な位置がある。最良のスイッチオン精度、スイッチオフヒステリシス、及び温度安定性が達成されるのは、センサがピストンの出力マグネットの位置に最適で位置決めされる時である。大抵のケースで使用者には、どれが最適位置であるかが分からない。というのは特に、どこにピストンストロークがあるのか、即ちどの範囲に出力マグネットがあるのかを外部から識別できないからである。このことは特に、極端に短いピストンストローク、それにより出力マグネットが極端に短いストロークを使ったチャックの時に当て嵌まる。この用途では正にティーチング可能なスイッチングポイントを有するセンサを使用することにより、改善が期待されている。

この位置決め問題を解決するために、シリンダで位置を事前に決める、又はセンサの交換時に元々の位置を明確にする機械的な補助要素、例えば機械的でありシリンダ溝に固定可能なストッパが公知である。そのような機械的な補助要素は、余分な工具を使って組み付けるので手間がかかる。加えて不可欠な補助部品を失い易い。

DE 10 2006 008 157 A1 DE 202 04 874 U1 DE 196 43 413 A1 EP 1 847 810 A1

本発明の課題は、磁気センサを位置決めするためのものであって、それを使うことにより前述の欠点を回避できる改善された方法を示すことであり、この方法を実施可能にするセンサを提供することである。

出力マグネットのスライド移動経路に沿って、特に出力マグネットがピストンに付いているエアシリンダに沿って、磁気センサをセンサ規定位置に位置決めするための本発明による方法は、
ａ）スライド移動経路に沿ってセンサと出力マグネットを、互いに相対的にスライド移動するステップと、
ｂ）スライド移動中に、センサ−出力マグネットの間隔により決まる測定信号を検知するステップと、
ｃ）センサ規定位置を求めるステップと、
ｄ）センサ規定位置を表示するステップと、
ｅ）センサ規定位置にセンサを固定するステップと、
を含む。

この方法は、少なくとも一つのセンサ要素、及び評価ユニットを有する本発明による磁気センサを使って実施することができ、このとき評価ユニットは、スライド移動経路にわたって検知したセンサ要素の測定信号を使って、ピストンのスライド移動経路に沿ったセンサ規定位置を求めるための手段を有しており、センサ規定位置を表示するための表示手段を備えている。

即ち、この方法を使うことにより、センサがセンサと出力マグネットが継続して互いに相対的にスライド移動する間に、測定信号、即ちセンサ−出力マグネットの間隔により決まる信号を検知する。スライド移動にわたって検知された測定信号から、評価ユニットでセンサ規定位置を求める。このセンサ規定位置をここでは電子的に、厳密に云えばセンサ要素の、例えばホールセンサ要素の測定信号から求める。そのようにしてセンサ規定位置を求めることは、機械的補助手段を使ったものと較べて著しく正確であると共に、より最適な位置が得られる。というのは、出力マグネットの磁界が周囲の障害となる要因により大きく歪んでいることが非常に多いので、測定信号を観察することにより最適なセンサ規定位置が著しく正確となり、それにより歪みがセンサ規定位置を求める時に暗に考慮されるからである。

本発明の更なる構成として、センサを位置決めできる別個の位置決めモードを設けていると意味がある。この場合に例えばＬＥＤのような構成部品は、通常運転でも位置決めモードでも利用することができる。位置決めモードは、センサ位置決めモード起動手段により、スタートして終了することができる。

測定信号をメモリに相対スライド移動中に記憶すると、センサ規定位置を求めるために利点がある。

センサ規定位置が、測定信号がその最大勾配を有する場所、即ちスライド移動時に磁界強度が最大の変化をする場所に相当する時、センサ規定位置を最も正確に特定することができる。例えばセンサ規定位置がセンサのスイッチングポイントに相当することにもなると、このことは非常に意味がある。

センサ規定位置が、測定信号が数値的にその最大値を有する場所に相当するとき、センサ規定位置を求めることは特に簡単である。この場合に記憶する必要があるのは、スライド移動経路にわたるすべての測定信号カーブでなく数値的な最大値のみであり、表示手段を介したセンサ規定位置の表示のためにそれを使用する。更にこの場合には、検知した測定信号をスライド移動中にも同時に表示することができ、この場合には、位置決めのためにスライド移動経路に沿って往復してセンサをスライド移動し、そこで例えばセンサ規定位置で最も明るく点灯する表示を観察することにより、多分に位置決めが軽減される。

本発明の更なる構成として、センサ規定位置を求めるステップの後に、いずれのスライド移動方向にセンサ規定位置があるかを表示手段で表示もする。これが正しい位置の発見を容易にすると共に、前述の往復スライド移動を不要にするので、組み付け時間を節約することができる。

別の更なる構成においては、位置決めモードに、
ａ）ティーチングモードをスタートするステップと、
ｂ）出力マグネットの付いたピストンを、センサをスイッチングするピストン位置に移動するステップと、
ｃ）特にティーチングモード起動手段により開始される、このピストン位置での測定信号を記憶することによりスイッチングポイントをティーチングするステップと、
ｄ）別のスイッチングポイントをティーチングするために、場合によりステップｂ）及びｃ）を繰り返すステップと、
ｅ）ティーチングモードを終了するステップと、
を含むティーチングモードが続く。

以上によりセンサの単数又は複数のスイッチングポイントを、同じく簡単且つ利点を有してセンサに入力できるので、一方ではセンサが最適に位置決めされ、他方でスイッチングポイントが非常に正確に設定されている。以上により全体として、現在まであったようなものと較べて、著しく正確なピストン位置の特定が可能であるセンサが得られると共に位置決めされ、そのとき更に取り扱い、即ち位置決めするための組み付けとスイッチングポイントの設定が非常に簡単であり、それにより迅速且つ信頼性を有して可能である。

当該モード、即ち位置決めモード及びティーチングモードは、センサ位置決めモード起動手段ないしティーチングモード起動手段を介して最も簡単な方法で起動できる。

以上により、種々のピストン位置に対する当該信号を簡単なボタン操作によりティーチングすることが、非常に簡単に行うことができる。ティーチングモードのスタート後にピストンを順次希望する位置に移動して、例えばティーチングモード起動手段を更に操作することにより各ピストン位置で、該当する明白な測定信号をスイッチングポイントメモリに記憶することにより、当該スイッチングポイントを記憶する。通常運転でピストンがティーチングされた位置に達すると、評価ユニットが対応するスイッチング信号を発生する。

本発明の更なる構成においては追加して、ティーチング過程を表示するために別の表示手段を備えていることがある。ティーチング過程をスタートするためにボタン操作を行って、スイッチングポイントに相当する測定信号を問題なく記憶した後に、例えば光学的な信号を表示手段、例えば点灯信号又は点滅信号を介して出力することがある。

センサ位置決めモード起動手段、及び／又はティーチングモード起動手段を、本発明の更なる構成では入力信号によって構成していることもあり、これによれば、例えばセンサが接続されているバスシステムを介した入力信号により、磁気センサを位置決めモードないしティーチングモードに移行する。

更に磁気センサが、公知の方法（例えば、DE 202 04 874 U1、又はDE 196 43 413 A1を参照）で溝、特にエアシリンダのＴ字溝又はＣ字溝に保持するように構成されていることがある。

以下において本発明を、実施例を使って図面を参照しながら詳細に説明する。

出力マグネットの付いたピストンを備えたシリンダにある本発明によるセンサの概略図。 図１に類似の概略図。 測定信号を概略的に示す線図。

本発明による磁気センサ１０は通常、出力マグネット１２の付いたピストン１４の少なくとも一つのピストン位置を特定するために使用する。ピストン１４は、シリンダ１６の部品、例えばロボット、チャック、又は同等産業機械のエアシリンダの部品である。

センサ１０は、少なくとも一つのセンサ要素１８、それどころか図示の実施例では二つのセンサ要素１８と２０を有している。センサ要素１８，２０は、例えば磁界に反応するセンサ要素、例えばホールセンサ要素とすることができる。各センサ要素１８，２０は、例えば図３（ａ）で概略的に示しているような測定信号２２を送り出す。測定信号を使うことにより評価装置２４が、センサ１０に対する出力マグネット１２の相対的な位置に従って、出力部２６に信号を出すことができる。この信号は例えばスイッチング信号とすることができ、出力マグネット１２が特定の位置に来ると出力される。

センサ要素１８，２０の測定信号２２は、例えばホール電圧とすることができ、その代表的なカーブを図３（ａ）に示している。勿論、詳細なカーブは、出力マグネットの磁界の方向、及びセンサ要素の方向によって決まる。よって、別の信号カーブもあり得る。横軸にはセンサ１０と出力マグネット１２間の相対的変位を、縦軸にはセンサ要素のホール電圧を記入している。当該種類のカーブは、例えばEP 1 847 810 A1で詳細に説明されている。

二つのセンサ要素１８と２０が図示の実施例のような位置にあると、測定信号として図３（ｂ）で示しているような二つのホール電圧２８と３０が得られ、二つのセンサ要素１８と２０の間隔に相当する僅かなオフセット量だけ間隔があいている。DE 10 2006 008 157 A1で説明されているように、各ピストン位置に対して明確な信号が現れる時に、この測定信号の二つに意味がある。この信号は、当該位置における値ペア、即ち二つのホール電圧２８と３０で構成される。

測定信号２２，２８，３０のカーブで解るように、非常に正確にスイッチング点を規定できる範囲がある、即ち測定信号が非常に急峻に変化する、ということは大きな勾配を有している範囲がある。これとは対照的に、例えば極値範囲、又は両端範囲にあるフラットな範囲、即ちスイッチング点を規定できても不正確である範囲もある。

即ち、特定のピストン位置でセンサ１０を、厳密に云えば大きな勾配を有する希望の範囲でスイッチングしたい時には、センサ１０を対応して配置していなければならない。本発明の本質は正にこの位置決め、即ち適切な位置を見つけるための方法、及び対応してそのために装備したセンサに関するものである。以下において、その方法の第一実施例を説明する。

まずピストン１４をその出力マグネット１２と共に、センサ１０がスイッチング信号を出力すべき位置に配置する。これは例えば、図１（ａ）から（ｃ）で示しているように中間位置とする。ここで、センサ１０を対応して最適に位置決めすることが該当する。そのときセンサ１０はシリンダ１６の長手方向で、スライド移動経路Ｖに沿ってスライド移動自在で配設されている。スライド移動経路は、シリンダ１６にあるセンサ１０用の固定溝により決められている。

まず位置決めモードを、例えば簡単なボタンとしている場合があるセンサ位置決めモード起動手段３４によりスタートする。その後にセンサ１０を、端部位置（図１（ａ））から別の端部位置（図１（ｃ））に手動でスライド移動する。センサ１０のスライド移動中に、センサ要素１８と２０の測定信号２８と３０を評価ユニット２４により検知して、メモリ３６に記憶する。以上のように測定信号２８と３０に対して検知したデータから、該当する条件下で評価ユニットがセンサ規定位置Ｓを求める。このセンサ規定位置Ｓは例えば、測定信号がその最大勾配を有する位置に相当していることがある（図３（ｂ））。代替としてセンサ規定位置は、測定信号が数値的に最大値を有する位置に相当していることもあり得るであろう。別の代替も考えられる。例えば、両方のホール電圧Ｕの合計がゼロに等しい位置を採用することもできるであろう。即ち、一方でそれが最大の勾配の範囲にあり、他方で、両方のホール電圧が数値的に同じであるがプラスマイナスが逆であるかを調べなければならないだけで、そのような特定を簡単に行うことができる。どのような基準を適用するかは、測定信号の種類、及び評価装置における計算方法によって決まる。

以上のようにして求めたＳを、ここで表示手段３８を介して表示することができる。これは、表示手段３８を例えばＬＥＤとして構成している時に、センサ１０をスライド移動経路Ｖに沿って繰り返しスライド移動し、どの位置で表示手段３８が点灯するか（図１（ｂ））を観察することにより行うことができる。代替例として表示手段３８をディスプレイとして構成し、それがセンサ規定位置Ｓに追加して、スライド移動経路に沿ったセンサ１０の別の位置で、センサ規定位置Ｓに達するためにセンサ１０をスライド移動すべき方向を表示できるようにすることもあろう。別の代替例として例えば表示手段が異なった輝度の光を発光できるようにし、そこでセンサ規定位置Ｓで最も明るく点灯することにより、スライド移動中に表示手段３８を介して検知した測定信号２８，３０を表示することもできるであろう。

スライド移動経路にわたる測定信号を検知するために、スライド移動経路Ｖに沿った固定溝においてセンサ１０を手動でスライド移動することが難しい時には、方法に関する代替実施例として図２（ａ）から（ｃ）で示しているように、センサ１０を一つの位置に暫定的に固定していることがある。出力マグネット１２に対するセンサ１０の相対的変位は、ここでピストン１４をその出力マグネット１２と共に一つの端部位置（図２（ａ））から別の端部位置（図２（ｃ））にスライド移動することにより得られる。これに従って、センサ１０をスイッチングする位置にピストン１４を配置することができ、そこにセンサ１０を、既に説明した方法ステップを使って最適位置で固定することができる。このために勿論、最適のセンサ規定位置Ｓを達成することができるように、センサ１０は少なくとも僅かにスライド移動可能でなければならない。

センサ規定位置Ｓにセンサ１０を固定した後に、センサ位置決めモード起動手段３４を再度操作することにより、位置決めモードを終了する。

本発明の更なる構成において、既にDE 10 2006 008 157 A1で原理的に公知であるように、この位置決めモードにティーチングモードが繋がっていることがある。このためにティーチングモード起動手段４０を介して、ティーチングモードをスタートする。それに従ってピストン１４をその出力マグネット１２と共に、センサ１０をスイッチングするピストン位置に配置する。例えばティーチングモード起動手段４０を再度操作して、このピストン位置での該当する測定信号２８，３０をスイッチングポイントメモリに記憶することにより、この位置をセンサ１０におけるスイッチングポイントＳＰ１として記憶する。DE 10 2006 008 157 A1でのようにセンサ１０が、複数のスイッチングポイントＳＰ１，ＳＰ２を記憶する状態にある時には、ピストンを新しいスイッチングポイントＳＰ２に配置して、この新しいスイッチングポイントを改めてティーチングしなければならない。スイッチングポイントのティーチングの後に、ティーチングモード起動手段を繰り返し操作することによりティーチングモードを終了する。

Claims (14)

1. 出力マグネット（１２）のスライド移動経路（Ｖ）に沿って、特に出力マグネット（１２）がピストン（１４）に付いているエアシリンダ（１６）に沿って、磁気センサ（１０）をセンサ規定位置（Ｓ）に位置決めするための方法であって、
   ａ）スライド移動経路（Ｖ）に沿ってセンサ（１０）と出力マグネット（１２）を、互いに相対的にスライド移動するステップと、
   ｂ）スライド移動中に、センサ−出力マグネットの間隔により決まる測定信号（２２，２８，３０）を検知するステップと、
   ｃ）センサ規定位置（Ｓ）を求めるステップと、
   ｄ）いずれのスライド移動方向にセンサ規定位置があるかを表示するステップと、
   ｅ）センサ規定位置（Ｓ）を表示するステップと、
   ｆ）センサ規定位置（Ｓ）にセンサ（１０）を固定するステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、最初のステップでセンサ（１０）において位置決めモードをスタートし、ステップｆ）で終了することを特徴とする方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法であって、測定信号（２２，２８，３０）を、相対的スライド移動中に記憶することを特徴とする方法。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の方法であって、センサ規定位置（Ｓ）が、測定信号（２２，２８，３０）がその最大勾配を有する場所に相当することを特徴とする方法。
5. 請求項１から３のいずれか１項に記載の方法であって、センサ規定位置が、測定信号が数値的にその最大値を有する場所に相当することを特徴とする方法。
6. 請求項１から３のいずれか１項に記載の方法であって、センサ規定位置が、測定信号が数値的に値０を有する場所に相当することを特徴とする方法。
7. 請求項５に記載の方法であって、全スライド移動経路にわたる測定信号の検知後に、数値的に最大の値のみをセンサ規定位置表示のために記憶することを特徴とする方法。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の方法であって、スライド移動中に同時に、検知した測定信号を表示することを特徴とする方法。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の方法であって、
   位置決めモードに、
   ａ）ティーチングモードをスタートするステップと、
   ｂ）出力マグネット（１２）の付いたピストン（１４）を、センサ（１０）をスイッチングするピストン位置に移動するステップと、
   ｃ）特にティーチングモード起動手段（４０）により開始される、このピストン位置での測定信号（２２，２８，３０）を記憶することによりスイッチングポイントをティーチングするステップと、
   ｄ）別のスイッチングポイントをティーチングするために、場合によりステップｂ）及びｃ）を繰り返すステップと、
   ｅ）ティーチングモードを終了するステップと、
   を含むティーチングモードが続くことを特徴とする方法。
10. 出力マグネット（１２）の付いたピストン（１４）の、特にエアシリンダ（１６）のピストン（１４）の少なくとも一つのピストン位置を特定するための磁気センサであって、
    少なくとも一つのセンサ要素（１８，２０）、及び評価ユニット（２４）を備えている磁気センサにおいて、
    評価ユニット（２４）が、スライド移動経路（Ｖ）にわたって検知したセンサ要素（１８，２０）の測定信号（２２，２８，３０）を使って、スライド移動経路（Ｖ）に沿ったセンサ規定位置（Ｓ）を求めるための手段を含むこと、及び
    いずれのスライド移動方向にセンサ規定位置があるかを表示すると共にセンサ規定位置（Ｓ）を表示するための表示手段（３８）を設けていること
    を特徴とする磁気センサ。
11. 請求項１０に記載のセンサであって、センサ（１０）で位置決めモードをスタートし終了するために、センサ位置決めモード起動手段（３４）を設けていることを特徴とするセンサ。
12. 請求項１０又は１１に記載のセンサであって、スライド移動経路（Ｖ）にわたって検知した測定信号（２２，２８，３０）を記憶するために、メモリ（３６）を設けていることを特徴とするセンサ。
13. 請求項１０から１２のいずれか１項に記載のセンサであって、スライド移動経路にわたって検知した測定信号を、表示手段を介して表示可能であることを特徴とするセンサ。
14. 請求項１０から１３のいずれか１項に記載のセンサであって、センサ（１０）の少なくとも一つのスイッチングポイント（ＳＰ１，ＳＰ２）をスイッチングポイントメモリに記憶できるティーチングモードをスタートするためのティーチングモード起動手段（４０）を設けていることを特徴とするセンサ。

Images