JP4996620B2 - 対象物を特定するための装置、殊に位置決定装置または材料識別装置 - Google Patents

Description

従来技術
本発明は、請求項１の上位概念記載の装置から出発している。

強磁性物体と非強磁性物体とを区別することができる誘導センサを用いて、隠れている対象物、例えば壁中の水管を決定するための材料検査装置もしくは位置決定装置は公知である。このために位置決定装置は隠している物体、例えば壁に沿ってガイドされ、かつ位置決定装置は壁中の対象物のおおよその位置（ポジションおよび姿勢を含む有様）を示す。

本発明は、誘導センサ、位相情報を評価するための制御ユニットおよび指示手段を備えている、隠れている対象物を特定するための装置から出発している。

指示手段が対象物の特性を示すように構成されておりかつ制御ユニットが位相情報に依存して指示手段をドライブ制御するようになっていることが提案される。位相情報の評価により、検査される対象物の特性に関する情報を得え、得た情報を指示手段により操作者に転送することができるようになる。これにより操作者は、特性、例えばジオメトリー（幾何学模様）および／または材料またはその他の指示された特性から隠れている対象物の種類を推定する可能性が得られる。有利には特性はジオメトリック情報であり、この場合指示手段は対象物のジオメトリック情報を示すように構成されている。

位相情報は第１のセンサユニット、例えば受信機コイルの信号の、第２のセンサユニット、例えば送信コイルに対する位相角度とすることができる。指示手段はそれぞれ１つのシンボルに割り当てられている複数の指示エレメント、例えば光エレメントによって特性を指示することができる。情報に応じて、一方または他方の指示エレメントが発光する。制御ユニットによる指示手段のドライブ制御は有利には、これにより操作者が対象物の特性に関する推定を得られるように行われる。ジオメトリック情報は有利には、対象物の横断面形状に対する情報であり、その際長く延びた物体、例えばパイプまたはロッドの場合、長手方向に対する横断面のことである。

本発明により、誘導センサに対して付加的に、高周波センサ、例えばラジオセンサ、レーダセンサまたはマイクロ波センサを有していると特別有利である。高周波センサを用いて、隠している物体中の隠れている対象物の位置を特別正確に捕捉検出することができ、かつ誘導センサにより、隠れている対象物の形状および場合によっては材料を識別することができる。このようにして操作者は包括的な情報を使用することができる。

有利にはジオメトリック情報から操作者は、対象物が中空体であるのかまたは中実材料から成っているのかどうかを推測することができる。これにより例えば傷つきやすい水管と傷つきにくい鉄筋コンクリートとの区別が可能である。有利にはジオメトリック情報から操作者は、対象物が中空体であるのかまたは中実材料から成っているのかどうかの情報をじかにかつ直接得ることができる。

指示手段がジオメトリック情報を指示するための複数のイメージフィールドを有していれば、ジオメトリック情報を操作者は簡単かつ一義的に読み取ることができる。イメージフィールドは制御ユニットによって目立たせる、例えば発光させるシンボルまたは指示領域または類似のものであってよい。

本発明の別の形態において誘導センサは送信コイルおよび受信コイルの信号を補償するための磁気的な補償手段を有している。このようないわゆる磁気補償により、センサ磁界に対象物が入り込むことによる非常に僅かな位相変化を識別することができる。補償手段は有利には補償コイルを有している。

この場合誘導センサの高い感度は、補償コイルと受信コイルとの間に送信コイルが配置されているときに実現することができる。これにより受信コイルおよび補償コイルは相互に比較的広く離間しているので、誘導センサの磁界の空間的な不均一性が補償コイルと受信コイルの信号間で特別明瞭に生じる。この場合受信コイルは有利には、対象物に非常に接近して配置されているもしくはそれが送信コイルおよび補償コイルに対する相対的に、隠れている対象物の検知が設定されている領域の方向に配置されている。

更に、装置は誘導センサの信号を補償するための電気的な補償手段を含んでいることが提案される。この電気的な補償手段は磁気的な補償手段に対して択一的におよび殊に付加的に装置内に存在しているようにするとよい。これにより誘導センサの特別高い測定精度を実現することができる。このことは、装置が誘導センサの他に誘導信号を妨害する金属アンテナを備えている高周波センサを有しているようにすれがば特別有利である。電気的な補償により、この種の妨害は少なくともほぼ補償されることができる。補償は有利には、適当なノードに補償電圧を印加することによって行われる。

装置に不都合に作用する温度変動の測定精度は、電気的な補償手段が信号の零調整のための調整回路を有しているようにすれば少なくともほぼ補償されるようにすることができる。

制御ユニットが誘導センサの信号をデジタル補正できるように準備されている場合には、誘導センサの高い測定分解能を実現することができる。デジタル補償は、ソフトウェアにより、殊に同期検波器を用いて特別簡単に実施することができる。

位相情報の評価は、位相情報が位相角を有しかつ制御ユニットのデータフィールドに位相角領域が格納されておりかつ制御ユニットが位相角がどの位相角領域にあるかに依存して指示手段をドライブ制御するように準備されていると特別簡単、安価にかつ信頼性を以て実現することができる。この場合制御ユニットは殊に、指示手段のドライブ制御のためのアンシャープなロジック（曖昧な論理部）を使用するように用意されており、にも拘わらずこれにより全部が一義的でない位相情報を別の情報を取り入れることによって高い確率でジオメトリック情報に割り当てることができる。アンシャープなロジックとして、ニューラルネットワークおよび／またはいわゆるファジィロジックが特別適している。

本発明の有利な使用において装置は特性識別装置として、殊に隠れている対象物を特定するための位置決定装置としておよび／または材料検査装置として実現されている。開かれたまたは隠れている対象物の特性を、殊にジオメトリックな形状および／またはその材料を調べることができる。

図面
さらなる利点は以下の図面の説明から明らかとなる。図面には本発明の実施例が示されている。図面、明細書および請求項は多数の特徴および組み合わせを含むものである。
当業者であればこれらの特徴を単独でも考慮し、またそれらの特徴を更に有意に組み合わせるであろう。

その際：
図１は壁に配置されている位置決定装置を略示し、
図２は誘導センサおよびアンテナエレメントを備えた位置決定装置のセンサユニットを示し、
図３は誘導センサの３つのコイルおよび制御ユニットとの相互接続を示し、
図４は制御ユニットに格納されている位相角領域を線図にて示しかつ
図５〜図８は位置決定装置に対する４つの種々異なっている指示手段を示している。

図１には、指示手段４、４部構成の高周波アンテナエレメントによって略示されている高周波センサ６，同様に略示されているだけの誘導センサ８および制御ユニット１０を備えている、位置決定装置として実現されている測定装置２が示されている。高周波センサ６、誘導センサ８および制御ユニット１０はケーシング１２に収容されている。ケーシングは誘導センサの側とは反対の方の側の端部に手持ち領域を有しておりかつ誘導センサ８の領域において手持ち領域に比べて厚くなったセンサ領域を有している。センサ領域およびセンサ領域とも高周波センサ６および誘導センサ８は、測定装置２の外部において手持ち領域とは対向している側にある測定領域が設けられており、該測定領域において壁１８中の対象物１４および１６を識別することができる。図示の実施例において対象物１４は銅管でありかつ対象物１６はプレストレスコンクリートから製造された壁１８の鉄筋である。

図２には、高周波センサ６の、薄板から実現されているアンテナエレメント２０および誘導センサ８の３つのコイルが残りのケーシング１２とは分離された状態において示されている。３つのコイルは送信コイル２２、受信コイル２６および補償コイル２４である。３つのコイルは非金属の材料、例えば合成樹脂から実現されている内側のケーシング２８を中心にガイドされている。ケーシングの内側にはアンテナエレメント２０が配置されている。内側のケーシング２８はプリント基板３０に固定されている。３つのコイルは分離プレート３２により上下方向に相互に分離されている。導線３４により３つのコイルは、図３に図示されている制御ユニット１０もしくはノード３６に接続されている。

図３から分かるように、受信機コイル２６および補償コイル２４はノード３６に接続されており、一方送信コイル２２は制御ユニット１０の図示されていない送信モジュールに接続されている。同じくノード３６には、電気的な補償を実施するための補償手段３８が接続されている。付加的に補正ユニット４０がノード３６に接続されている。補正ユニット４０はデジタル補償のために設けられておりかつ前置接続されているＡ／Ｄ変換器４２を有している。更に、制御ユニット１０はファジィネットワークの形のアンシャープなロジック４４を有している。アンシャープなロジック４４には高周波評価ユニット４６および操作者により情報を入力するための入力手段４８が接続されている。アンシャープなロジック４４には指示手段４も接続されている。

位置決定の測定を実施するために位置決定装置はまず一度は、測定領域は壁１８からもしくは測定すべき対象物１４，１６に対して十分に離れているように保持される。それから較正測定を実施することができる。この測定は測定装置２を操作者がスイッチオンしたときに手動でかまたは制御ユニットにより自動的にスタートされるようにすることができる。図示の実施例においてスイッチオン後、高周波センサ６によって対象物１４，１６が探される。対象物が識別されると、較正測定が制御ユニット１０によってスタートされかつ、対象物１４，１６が制御ユニット１０により高周波センサ６との関連において識別されるまでの間維持される。択一的に、較正測定はスイッチオン後に制御ユニット１０によってスタートされかつ制御ユニット１０が誘導センサ８との関連において対象物を識別するまでの間維持されるようにしてもよい。識別は、予め設定されたしきい値変化より高速に変化する時間的に高速に変化する測定信号によってトリガされるようにするとよい。

較正測定を実施するために制御ユニット１０もしくはその送信ユニットによって周期的な交番する場（交番フィールド）が送信信号として送信コイル２２に供給され、送信コイル２２がこれにより交番磁界を生成する。この交番磁場は磁束を生成する。磁束は受信機コイル２６並びに補償コイル２４を流れかつこれら２つのコイル２６，２４において電圧の形の受信機信号もしくは補償信号が誘導される。受信機信号もしくは補償信号は送信コイル２２の交番フィールドと周波数が同じだが、位相は多少シフトしている。受信機信号も補償信号もノード３６に加わりかつそこで相互に減算されるので、これらは殆ど正確な同相性により実質的に相殺される。

しかしアンテナエレメント２０は磁界中に不均一性を生成するので、受信機信号の、補償信号による磁気的な補償は通例完全ではなくかつ不都合な大きさの差信号が残る。この差信号がノード３６においてできるだけ殆ど取り除かれるように、補償手段３８から差信号に相応する負の補償信号がノード３６に供給されるので、全体の信号はノード３６においてできるだけ消失する。このために補償手段３８はマイクロコントローラを有している。これはデジタル信号をＤ／Ａ変換器に供給しかつＤ／Ａ変換器が補償電圧の形の補償信号を送出する。マイクロコントローラは較正測定の期間に補償信号を連続的に追従調整して、温度の影響ができるだけ取り除かれるようにする。本来の測定の期間は追従調整されない。

ノード３６に加わる残留信号の零化が一層改善されるようにするために、残留信号はＡ／Ｄ変換器４２に供給され、そこでデジタル化されかつデジタル補正ユニット４０においてソフトウェアによって実現された同期検波器によって整流される。その際デジタル信号は数学的に、相応の信号を補償手段３８に供給しかつ調整において考慮することによって、オフセットの可変の減算によって零にセットすることができる。この減算も較正測定の期間にダイナミックに追従調整することができる。このようにして、識別されるべき対象物１４，１６が存在しない場合の測定信号の、零への非常に申し分のない補償が実現される。

それから測定を実施するために測定装置２は例えば壁１８に沿ってガイドされるので、対象物１４，１６は測定領域に達する。ここで測定装置は、受信機コイル２６が対象物１４，１６に最も近くに配置されておりかつ補償コイル２４が対象物１４，１６から最も遠いところにあるように保持されている。対象物１４，１６は制御ユニット１０によって識別されかつ較正測定はストップされる。対象物１４，１６は受信機コイル２６並び補償コイル２４の領域における磁束に異なった影響を与えるので、デジタル補正ユニット４０にオフセットにより除去されるべき残留信号の他に測定信号が加わり、この測定信号は送信信号に対して相対的である評価可能な位相角を有している。測定信号は同期検波器によって整流され、その際同期検波器の出力側に測定信号の実数部と虚数部が加わり、これらから位相角度を導出することができる。同期検波器は周期的に整流された信号によって動作し、その際同期検波器を整流しかつ積分する周期の数が測定信号の分解能を決定する。こうして測定信号の長い測定および整流により、測定信号の実数部および虚数部の高い分解能を実現することができる。実数部および虚数部から、ロジック４４において測定信号の位相角が求められる。

位相角に対象物のジオメトリックな情報を割り当てすることができるように、ロジックにおいて例えば１次元のデータフィールドが格納されている。これは図４にグラフィック表示で示されている。図４において−４５°のところに示されている、測定信号の位相各５０は−２５°乃至−６５°に達する位相各領域５２の真ん中にある。この位相各領域５２にジオメトリックな情報として、図５に示されているように管横断面が割り当てられている。

図５は測定装置２の指示手段４ａの一形態を示す。２つの円５４上に、円５４の中心点から出ている２つの直線に基づいて位相角５０が図示されている。この場合位相角５０はラインの位置およびラインの長さによる測定信号の強さにより示されている。弱い測定信号をよりよく識別できるようにするために、右側の円５４のラインは１０倍長めに示されている。図５に図示の例から、操作者は、測定信号の強度が非常に僅かでありかつ位相角５０は−４５°であることを読み取れる。位相各領域５２にはグラフィック的に記号ＣＣｕおよび管横断面シンボルが割り当てられている。これらから操作者は、測定信号によって相関される対象物１４がカッパーパイプ（銅管）であることを見てとることができる。

ロジック４４に格納されているデータフィールドにはその他の位相各領域５６，５８，６０，６２，６４が格納されており、その際位相各領域５６，５８，６０は−図５から読み取れるように−中実のアイアンロッド、アイアンパイプおよびカッパーロッドに割り当てられている。操作者が指示部４ａで簡単に読み取ることができるこの割り当てはロジック４４のプログラミングの前に例えば経験的に求められた。２つの位相角領域６２，６４はジオメトリックな情報または材料に割り当てられていない。これら２つの位相角領域６２，６４における測定信号にはジオメトリックな情報を割り当てることはできない。

図６は、精細な分解能を有する指示部６６を備えたより煩雑でかつ操作者には操作しやすい指示手段４ｂを示している。指示部６６には測定装置の表示６８および壁１８の表示７０，７２，７４および対象物１４，１６がシンボリックに示されている。測定装置２が壁１８に沿ってガイドされる動きは矢印７６に基づいて示されている。測定装置２によってまだ捕捉検出されていない領域は細かい平行線によって示されている。指示部６６上のイメージから操作者は直接、対象物１４，１６がパイプ（表示７２）であるのかまたは中実材料、例えば鉄筋（表示７４）であるのかまたはケーブルであるのかを推測することができる。この指示を可能にするために位相角５０は制御ユニット１０によって表示７２，７４に変換され、その際位相角５０から求められた材料は細長い指示部８０において２つのシンボル８２，８４によって表示７２，７４の直接下方に指示されておりかつ操作者はそこから、対象物１４がカッパーパイプでありかつ対象物１６がアイアンロッドであることを識別することができる。

位相角５０が一義的でなくかつ位相角領域５２，５６，５８，６０内の真ん中にあるような測定においてもジオメトリックな情報を位相角５０に一義的に対応付けることができるようにするために、ロジック４４のファジィネットワークは高周波評価ユニット４６および入力手段４８に接続されている。このようにして測定された位相角５０を用いた高周波評価ユニットからの評価結果はファジィネットワークにおいてジオメトリックな情報の一義的な情報に処理されることができる。例えば位相角が５０°を中心とした領域にありかつ高周波評価ユニットから、捕捉検出された対象物は高い確率で鉄製の対象物であるという結果が得られると、パイプのジオメトリックな情報が出力されるようにすることができる。しかし測定の前または測定の期間に、パイプは存在していないという情報が入力されると、ジオメトリックな情報として中実ロッドがそれはカッパーであるという情報と結び付けられて出力される。

非常に簡単化された測定結果を支持する別の指示手段４ｃが図７に示されている。例えば２つの対象物がカッパーパイプおよび細いカッパーロッドの形において求められたとすれば、ジオメトリックな情報は引き続いて処理されかつシンボル８６，８８を用いて、それが水管および電気ケーブルであることが出力される。２つの矢印９０，９２を用いて、対象物の、測定装置２に対するおおよその位置が指示される。

別の指示手段４ｄは制御ユニット１０によって個別にドライブ制御可能である１０個の発光フィールド９４，９６を有している。発光フィールド９４はそれぞれ材料情報をラベル表示しておりかつ発光フィールド９６はジオメトリックな情報をシンボリックにラベル表示している。測定装置２が壁１８に沿ってガイドされかつ対象物が矢印９８の方向において測定装置２によって識別されると、位相角５０から−および場合によっては高周波評価ユニット４６および入力手段４８からの別の情報から−対象物のジオメトリックな情報および材料が求められる。コンクリ壁に鉄筋が識別されると、例えば２つの左側の発光フィールド９４，９６および矢印９８が発光する。円形の横断面を有するパイプ（空洞管）が識別されると、真ん中の発光フィールド９６およびプラスティック（Ｐｌ．）を指示している右側の第２の発光フィールド９４が発光する。中空体の場合には真ん中の発光フィールド９４（Ｏ）が発光する。壁１８に四角形体が識別されると、右から２番目の発光フィールド９６が発光する。材料および／またはそのジオメトリックな情報がはっきりしない対象物が識別されると、右側の発光フィールド９４および／または右側の発光フィールド９６が発光する。

壁に配置されている位置決定装置の略図 誘導センサおよびアンテナエレメントを備えた位置決定装置のセンサユニットを示す略図 誘導センサの３つのコイルおよび制御ユニットとの相互接続を示す略図 制御ユニットに格納されている位相角領域を示す線図 位置決定装置に対する指示手段の一例を示す略図 位置決定装置に対する指示手段の別の例を示す略図 位置決定装置に対する指示手段の簡単な例を示す略図 位置決定装置に対する指示手段の更に別の例を示す略図

Claims (5)

1. 誘導センサ（８）と、該誘導センサ（８）の位相情報を評価するための制御ユニット（１０）と、指示手段（４，４ａ〜４ｄ）とを備えている、対象物（１４，１６）を特定するための装置において、
   前記装置は、隠れている対象物を特定するための位置決定装置として構成されており、
   前記装置は前記誘導センサ（８）の信号を補償するための電気的な補償手段（３８）を備え、前記電気的な補償手段（３８）は信号の零調整のための調整回路を有しており、
   前記誘導センサ（８）は送信コイル（２２）および受信機コイル（２６）の信号を補償するための磁気的な補償手段を有しており、
   前記指示手段（４，４ａ〜４ｄ）は対象物（１４，１６）の特性を示すように構成されておりかつ前記制御ユニット（１０）は前記位相情報に依存して前記指示手段（４，４ａ〜４ｄ）を制御するように設定されており、
   前記指示手段（４，４ａ〜４ｄ）は対象物（１４，１６）のジオメトリックな情報を示すように構成されており、
   前記ジオメトリック情報から操作者は、対象物（１４，１６）が中空体であるのかまたは中実材料から成っているのかどうかを推測する
   ことを特徴とする装置。
2. 前記磁気的な補償手段は補償コイル（２４）を有しておりかつ送信コイル（２２）は前記補償コイル（２４）と受信機コイル（２６）との間に配置されている
   請求項１記載の位置決定装置。
3. 前記制御ユニット（１０）は前記誘導センサ（８）の信号をデジタル補正するようになっている
   請求項１または２記載の装置。
4. 位相情報は位相角（５０）を含んでおりかつ前記制御ユニット（１０）のデータフィールドにおいて位相角領域（５２，５６，５８，６０）が格納されておりかつ前記制御ユニット（１０）は該位相角（５０）がどの位相角領域（５２，５６，５８，６０）があるかに依存して指示手段（４，４ａ〜４ｄ）を制御するようになっている
   請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
5. 前記制御ユニット（１０）はファジィロジックを使用するために前記指示手段（４，４ａ〜４ｄ）を制御するようになっている
   請求項４記載の装置。

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