JP6858202B2 - コンビネーションセンサ - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部による共通ハウジング内の物体に対する少なくとも１つの誘導的な測定システムおよび少なくとも１つの光学測定システムを用いてケーブル、針金、または輪郭などの細長い物体を自動的に検出する装置、およびそのような装置を用いる請求項２１の前提部による設備に関する。

ケーブル、針金、または同様の細長い物体のための加工機械において、使用者によって定められるそれぞれの目的および要求に加工の種類、機械の設定、およびそれらのパラメータを合わせることは、対象を確実に特定することによって確かなものにされなければならない。そのために、測定システムが、加工機械の前にまたは入力部に配置されることが好ましく、これによって細長い物体の確実な特定を可能にすべきである。これらは、複数のセンサ装置を備えるが、これは、特定の信頼性が、異なる測定原理の数とともに増加するからである（例えば、同じ外径および同じ色を有するケーブルは、異なる内部伝導の構成を有し得るからであり、または異なる銅断面を有する異なる構造を有するケーブル（細かい編組、編組、針金）は、同じ電磁特性を有し得るからである）。

ドイツ公開特許第１０２１９８４８号は、測定デバイスの中心軸に直角および横断的に配置された光学的な測定平面内の細長い物体の外径および位置を測定するための光学測定デバイスを備えた非接触式の中心性および直径の測定システムを開示する。この物体は、導体とこれを絶縁する被覆とを備え、誘導の測定平面内の導体の位置は、誘導測定用のコイル素子によって決定され、その測定平面も、測定デバイスの中心軸に直角および横断的に配置されている。光学測定デバイスによって決定される物体の位置は、誘導的な測定コイルの素子によって決定される導体の位置に関連しており、これから、被覆内の導体の中心性が計算される。この場合には、測定コイルの素子にかかる測定コイルは、光学的な測定平面に関して対でまたは等しく配置されるが、細長い物体によって横断されない。測定物体自体は、常に測定コイルの外側のままである。複数のコイルからなる２個１組の装置が、磁場の強さを差分測定するために使用され、これは交流電流が導体に流れることから始まり、この交流電流は測定システムの追加の誘導子によって導体内に誘導されなければならない。したがって、コイルに誘導される電圧の差は、コイルの鏡軸に対する導体の偏心の程度である。よって、コイルは、銅によって減衰される共振回路の一部ではない。さらに、さらなる光学測定システムは用意されない。

国際公開第２００９１５０６２０号は、ケーブルの外径、絶縁被覆の内部にある金属導体の直径、および任意選択で他の外部から検出可能な特徴の測定の結果として、加工または少なくともケーブルの種類について用意されるそれぞれのケーブルを自動的または半自動的に特定することを可能にするセンサの装置を説明する。様々なセンサは、互いに機能的に独立しており、相乗効果を有さず、一緒に使用される要素または領域を有さず、したがって測定システムの組み合わせを形成しない。

独国特許出願公開第１０２１９８４８号明細書 中国特許出願公開第１４０３８２１号明細書 欧州特許出願公開第０６９２６９７号明細書 英国特許出願公開第２１６０６５４号明細書 中国特許出願公開第８７２１４４７０号明細書 特開２０００−１６１９８５号公報 独国特許出願公開第１０２００６０１０９９２号明細書 独国特許出願公開第１０２１９８４８号明細書 国際公開第２００９／１５０６２０号

本発明の目的は、以下のことから物体を迅速で確実に特定することがなされることを可能にするために、物体のいくつかの特徴の決定を可能にするコンビネーションセンサの小型で機能的に安定した（robust）設計が得られように、様々な測定システムの相乗効果を使用する改良されたセンサ装置を提供することである。

この目的を解決するために、最初に説明する装置では、誘導的な測定システムが、物体の電磁特性を決定する渦電流センサとして設計され、２つの直列に接続された同軸の半コイルを備え、これらの半コイルは同じ方向に配向され、これらの半コイルは軸方向に互いからある距離を有し、これらの半コイルは、縦軸と同軸に物体に巻き付けられており、その内部は誘導的な円筒形の測定体積を画定するようになっており、半コイルは、電気的に並列に接続されたキャパシタと共に、誘導的な測定システムの誘導的なセンサとして使用される並列の共振回路を形成し、並列の共振回路は電子的な評価回路に接続されていることを特徴とする。加えて、装置は、その少なくとも１つの第１の光学測定システムが、物体の外径を決定するように形成され、光学的な円盤状の測定体積は、半コイルの間隔とハウジングの内壁とによって画定され、誘導的な円筒形の測定体積の内部に配置されていることを特徴とする。したがって、物体の様々な測定値および特徴が、高い信頼性でその迅速な特定を可能にするために、比較的小型の装置によって検出可能である。半コイルの間隔によって形成される間隙によって、細長い物体は、少なくとも光学的な直径の測定、任意の色の測定、ならびに場合によっては、誘導的な測定に加えて、さらなる光学測定およびまたはさらなる測定原理に基づく測定のために容易にアクセス可能である。

好ましくは、半コイルの長さは、その直径の少なくとも半分の大きさであり、コイルまたは半コイルのハウジングは、外部の光に対して光学的な測定体積の光学的なシャドウイングをもたらす結果となる。したがって、直径の測定の測定精度および色の特定が改善される。コイルがより長くなるほど、断面にわたるコイルの磁場がより均一になるので、導体の断面の測定も、コイルの長さが増加するにつれてより正確になる。誘導的な円筒形の測定体積が、好ましくはケーブルジャックによって、さらに好ましくは径方向が制限されるという光学的な特徴も、これに寄与する。したがって、コイルの長さが増大するにつれて、コイルの内部のある瞬間のケーブルの位置についての測定結果の依存性は減少する。したがって、特定される物体の軸方向の誘導的な測定体積の長さが増大するにつれて、全ての測定システムの測定精度は、現在これらが誘導的な測定であろうと純粋に光学的な測定であろうと増大する。

本発明による装置のさらに有利な実施形態は、誘導的な測定システムの並列の共振回路が、励磁器回路に接続され、好ましくはその固有周波数で動作させられ、電圧振幅を測定するための電子回路に接続されていることをさらに特徴とする。

これの代替実施形態は、誘導的な測定システムの並列の共振回路は、周波数発生器と共に、振幅応答および／または位相応答を測定するための電子回路に接続されている誘導的な測定システムの誘導的なセンサとして使用される並列の共振回路を形成することをもたらす。

好ましくは、第１の測定システムの光学的な円盤状の測定体積は、中心で縦方向に、および好ましくは物体を取り囲む誘導的な円筒形の測定体積と同軸に位置決めされている。したがって、光学的な測定の領域は、外側からの干渉光に対して両側から最適に遮蔽される。

有利には、第１の光学測定システムは、少なくとも１つの第１の光源および好ましくはスクリーンを有する少なくとも１つの第１の照明装置ならびに、主軸上で半コイルの他方の側に位置決めされた第１のセンサアレイを備える。この装置は、従来のおよび実績のある構成要素を用いて比較的単純な構成の設計における細長い物体の直径をとても正確に決定することを可能にする。加えて、有利には、光源は、半コイルおよびケーブルジャック間のハウジング内の間隙を通じて物体を照明することができ、そのシャドウイングも、この間隙を通じて第１のセンサアレイに入射し、そこで検出することができる。好ましくは、リニアセンサアレイがこのために用意される。

本発明のさらなる有利な実施形態は、少なくとも第２の光学測定システムが、物体の色を決定するように構成されていることを特徴とする。ケーブルの種類は、しばしば、例えばケーブルの被覆の色によって特徴付けられるので、そのようなセンサ装置は、ケーブルの種類の迅速で非常に信頼性の高い特定を可能にする。

好ましくは、この第２の光学測定システムは、異なる波長スペクトルを有する複数の、好ましくは３つの、およびさらに好ましくは互いに近くに配置された光源を備える第２の照明装置ならびに、物体から反射された光のための少なくとも１つの第２のセンサアレイを備え、これは、第２の照明装置と円盤状の測定体積の同じ側でｘ−ｚ平面に対して位置する。好ましくは、これらの光源は、それらの光がセンサハウジングに入射せず、測定される物体にのみ入射するように、それらの円錐状の光がスクリーンを用いて形成されるように配置される。

好ましくは、物体を連続的に照明し、これによって第２の照明装置の光源の波長スペクトル内の連続的な像を第２のセンサアレイ上へ投影するように第２の照明装置の光源を駆動させるために第２の測定システムにおいてシーケンスが実装される。この第２のセンサアレイは、異なる波長スペクトルを有する第２の照明装置を用いた照明中に強度が測定されるために、および物体の色の決定を確実にするために評価ユニットにその一部が接続される。

この装置の有利な実施形態は、本発明によれば反射用のロングパスフィルタが、光学測定システムの主軸に配置され、反射用のロングパスフィルタは、第２の照明装置の波長スペクトルを反射しているとともに、第１のものの波長スペクトルを透過しており、反射用のロングパスフィルタは、色の検出のために、物体が反射した光を主光軸から外れて位置決めされるとともにロングパスフィルタに向けて整合された第２のセンサアレイ上に偏向することを特徴とする。

本発明のさらに有利な実施形態は、円盤状の測定体積とロングパスフィルタとの間にレンズが配置され、レンズは、第１の照明装置の光によってコリメートレンズとして一度通され、物体によって反射された第２の照明装置の光によっても結像レンズとして二度通されるレンズを提供する。この準同軸の装置の結果として、直径の測定のコリメート装置は、細長い物体の色のための測定装置のための結像レンズとして使用することもでき、この結果として、装置全体のより単純でより小型な設計および必要な構成要素の節約が可能である。

好ましくは、本発明によれば、直径および色を決定する光学測定システムは、円盤状の測定体積の内部の物体の位置を決定する第３の仮想の測定システムを形成するように組み合わされる。したがって、個々の光学的な測定および誘導的な測定は、より正確な測定結果を得るために、物体についての位置情報を組み込むことによって補正することできる。

好ましくは、光学測定システムの主面は、誘導的な測定体積の縦軸に直角な主光軸を有して配置される。

本発明による有利な装置は、測定体積（ＤＣＰｖ）の内側の物体（Ｗ）の位置を三角測量で決定するために、位置を決定する第３の測定システムが、好ましくは２つの光源を有する第３の照明装置と、第１のセンサアレイと、任意選択で第１の照明装置とを備えることをさらにもたらす。

第２の照明装置の代替実施形態は、第３の照明装置の光源が、異なる波長スペクトルをそれぞれ有し、物体を連続的に照明し、これによって光源の波長スペクトル内で像を第２のセンサアレイ上へ連続的に投影するように設計されている複数の光源を備えるものである。

直径を決定する第２のセンサアレイの測定平面がｘ−ｙ平面と直角に延びるが、ｘ軸に対して小さい角度αでこれに交差するという本発明の有利な特徴は、全ての装置に共通である。これは、位置を決定するための光源の２つの位置が、色を決定するための光源の位置としても使用される場合、特に重要である。

代替の実施形態は、第２のセンサアレイは多色センサであり、第２の照明装置の光源は、同時に動作させられ、または広帯域または多周波帯の光源によって置き換えられることを特徴としてもよい。

代替としてまたは加えて、第２のセンサアレイは多色センサであり、第２の照明装置の光源のうちの少なくとも１つは、広帯域または多周波帯の光源によって置き換えられることも、この目的のために行われてもよい。

有利には、装置は、温度により引き起こされる測定誤差を補正するための温度センサを備えることもできる。

この場合には、補正シーケンスは、温度の関数としての補正係数およびケーブルの位置の関数としての補正係数をその測定値に与えるために、誘導的な測定システムにおいて実装されることが好ましい。

ケーブルの特定をいっそうより情報量が多くまたはより明確にさせるために、必要に応じて、さらなる測定システムが、上記の測定原理とは異なる測定方法を用いてさらに含まれてもよい。したがって、機械的な測定、好ましくはブレードと導体の接触時のブレードと距離の測定に基づいて電気伝導体の直径を決定する測定システムが物体内部で用意されるように本発明による概念を拡張することが実行可能である。

最初に定めた目的を解決するために、ケーブル、針金、または輪郭などの細長い物体を加工する設備は、その縦軸と同軸に細長い物体のための入力側の供給部も備える。本発明によれば、自動検出する装置は、先の段落に説明したように与えられ、好ましくはその測定体積は、細長い物体のための設備の供給部と同軸に延びる。

本発明のさらなる利点、特徴、および細部は、以下の説明から得られ、本発明の例示的な実施形態は、図面を参照して説明される。この内容において、特許請求の範囲および明細書において言及される特徴は、それら自体にとってまたは任意の組み合わせにおいて個々に本発明にそれぞれ必須である。

本特許の特許請求の範囲および図の技術的内容は、本開示の一部である。図は、まとまりのある一部重複するやり方で説明される。同じ参照番号は同じ構成要素を意味し、異なる添え字を有する同じ参照番号は、機能的に同じまたは類似する構成要素を特定する。

ケーブル加工機械用の本発明による例示的なセンサ装置を貫くｘ−ｙ平面の縦断面を示す図である。 図１の装置の測定システムを示す概略図である。 図１による測定システムのｙ−ｚ平面の概略図である。 渦電流センサの単純化した電気図である。 ケーブル断面内の渦電流の流れの形成を示す図である。 本発明による渦電流センサを貫くｘ−ｙ平面の断面を示す図である。 本発明による渦電流センサを貫くｘ−ｚ平面の断面を示す図である。 ケーブルの直径を決定する本発明によるセンサ装置の機能図を概略的に示す図である。 光軸に沿って本発明によるセンサ装置を貫くｙ−ｚ平面の縦断面を示す図である。 センサ装置を貫くｙ−ｚ平面の別の縦断面を示す図である。 センサ装置と二重のレンズ系の光学的な関係を示す図である。 センサ装置と鏡を備える二重のレンズ系の光学的な関係を示す図である。 像の幅、物体の幅、および像の縮尺を物体と像の距離の関数とした図である。 センサ装置のホワイトバランスについての図である。 オレンジの色付きのケーブルの測定値に関する図である。

図１は、測定物体Ｗとして加工されるケーブルを確実に特定することを可能にするために、好ましくは細長い物体用の加工機械の前にまたは入力部に、特にケーブル等用の加工機械のために位置決めされるようなセンサ装置の例示的な実施形態を示す。入力側には、ハウジング２、ならびにセンサ装置の光学系の一部を有する管３が、加工機械に固定される。細長い物体Ｗは、軸方向に、ハウジング２内の案内デバイスとしてのケーブルジャック４ａ、４ｂを通じて案内される。

物体Ｗの通過移動中に、または静止時間中にも、電磁特性が第１の測定システムＥを用いて測定され、さらに好ましくは、そこから物体Ｗの伝導性の構成部品の断面、詳細にはケーブルの１つまたは複数の導体の断面を決定することできる。少し前に、その後に、または少なくとも一部同時でさえも、光学測定システムＤを用いて直径が測定され、任意選択で光学測定システムＣを用いて色が測定され、任意選択で測定システムＰを用いてケーブルジャック内部の物体の位置が測定される。これらの測定量を決定するセンサは、本発明によれば異なる測定原理に基づくが、センサ装置の連結領域または要素を少なくとも一部使用する。

図１は、ケーブルジャック４ａおよび４ｂの光軸ｙおよび軸ｘによって画定される平面内でセンサ装置を貫く断面を示す。管３の最外端に位置決めされるのは、その光源ＤＰ２およびスクリーンＤＰ３を有する直径を決定する第１の光学測定システムＤの第１の照明装置ＤＰ１である。第１の光学測定システムＤは、物体Ｗの位置を決定する別の光学測定システムＰの一部でもあり得る。結像光学系ＤＣＰ５が、物体Ｗとこの第１の照明装置ＤＰ１との間に設置され、そのロングパスフィルタＣ３は、可視光用の鏡として働き、物体Ｗが反射した光を反射し、この光を物体Ｗの色を検出する測定システムＣの第２のセンサアレイＣ４へ向ける。

物体Ｗの（電磁特性の一例としての）導体の断面を決定する誘導的な測定システムＥの好ましい変形例としての渦電流センサ用の半コイルＥ１ａ、Ｅ１ｂは、ケーブルジャック４ａおよび４ｂとハウジング２の間に収容されている。好ましくは、両コイルＥ１ａ、Ｅ１ｂの全長は、その直径と少なくとも同じ大きさである。

図２で分かるように、２つの半コイルＥ１ａ、Ｅ１ｂによって形成されたコイルＥ１内のケーブルジャック４ａ、４ｂのケーブルガイドの開口は、誘導的な円筒形の測定体積Ｅｖを形成しており、コイルＥ１ａ、Ｅ１ｂおよび／またはケーブルジャック４ａ、４ｂが異なる円周形状を有する場合については、測定体積Ｅｖのための異なる幾何学的形状も生じ得る。詳細には、ハウジング２は、直径を決定する光学測定システムＤのための検出器、特に、第１のセンサアレイＤＰ４を収容する。好ましくは、この第１のセンサアレイＤＰ４は、リニアセンサアレイとして設計される。

測定システムＥ、Ｄ、Ｃ、Ｐの必須の要素が、図２および図３に概略的にそれらの有利な相互配置でやはり示されており、以下詳細に説明する。

誘導的な測定システムＥとしての渦電流センサは、２つの同軸の半コイルＥ１ａ、Ｅ１ｂを備える。半コイルＥ１ａ、Ｅ１ｂは、完全なコイルＥ１を形成するように直列に接続され、同じ方向に向けられ、これによって、そこに並列に接続された静電容量と共に並列の共振回路を形成する。この共振回路Ｅ６は、励磁器回路Ｅ３によって励起され、誘導的な測定システムＥの誘導的なセンサとして使用され、好ましくは、これはその固有周波数で動作し、電圧振幅を測定する電子回路Ｅ５に接続されている。代替実施形態は、励磁器回路Ｅ３の代わりに周波数発生器を提供する。この場合には、電子回路Ｅ５は、振幅応答および／または位相応答を測定するように設計される。励磁器回路Ｅ３は、別個の出力抵抗Ｅ４を備えることもでき、または出力抵抗の効果が実現されるように構築することができる。並列の共振回路Ｅ６は、図４に簡略的および概略的に示すように、少なくとも、励磁器回路Ｅ３に接続されるとともに整流回路Ｅ５にも接続される。

図５は、ケーブル断面内の渦電流の流れの形成を示しており、電気伝導体Ｗ１（ここでは物体Ｗの導体）が（ここでは一巻きによって象徴化された）コイルＥ１の振動磁場Ｂ１の中に持って来られる場合、渦電流ｉ２が、この導体Ｗ１の中に生成され、導体Ｗ１はひいては、一次磁場Ｂ１とは反対方向にある磁場Ｂ２を発生させ、渦電流ｉ２は電気伝導体Ｗ１内の磁場Ｂ２を強くしようとする。導体Ｗ１のオーム抵抗と共に、渦電流ｉ２は、ＬＣ共振回路Ｅ６に減衰効果を及ぼす電力損失をもたらす。この減衰は、電気伝導体Ｗ１の形態タイプ、大きさ、および温度に依存するが、交流磁場の周波数にも依存する。ＬＣ共振回路Ｅ６がコイルＥ１中の電気伝導体Ｗ１によって減衰される場合、この減衰は、整流された共振回路電圧Ｕ２の減少として測定することができる。

図６および図７は、ハウジング２と誘導的な測定システムＥの渦電流センサとを通るコイル配列Ｅ１ａ、Ｅ１ｂの直断面を拡大縮尺で示す図である。半コイルＥ１ａ、Ｅ１ｂを伴う２つのケーブルジャック４ａ、４ｂは、軸方向に互いからわずかに離間しており、この結果として、間隙９がこれら２つの構成要素の間に得られ、この間隙９は、ハウジング２内で連続しており、光学測定システムＤ、Ｃ、Ｐのためにケーブルジャック４ａ、４ｂの内部で物体Ｗにアクセスすることを可能にする。間隙９およびケーブルガイドの開口により得られる共通の部分的な体積は、概略的な光学的な測定体積ＤＣＰｖを形成する。さらに、図２から、主光軸ｙが位置する光学測定システムＤ、Ｃ、Ｐの主面ｙ−ｚは、誘導的な測定体積Ｅｖの縦軸ｘに直角に配向されることが好ましいと分かる。

コイルＥ１ａ、Ｅ１ｂの直径に対してコイルの間隙９が狭くなるほど、磁場の均一性の影響はより小さくなり、２つのコイルＥ１ａ、Ｅ１ｂはより長くなるほど、コイルの断面にわたっての磁場の分布はより均一になる。磁場の均一性は、位置に依存しない導体断面の測定にとって重要である。最小のコイルの長さが直径に関連しているのと同様に、ケーブルジャック４ａ、４ｂは、測定体積Ｅｖからの磁束密度が増加するにつれてコイルの断面の近い巻き領域を除外することによって測定体積Ｅｖ内の磁場をできる限り均一に維持する役目を有する。

物体Ｗの外径の光学的な測定については、これは、間隙９を通じて光学的な測定体積ＤＣＰｖの領域内でケーブルジャック４ａ、４ｂの内部で照明される。図９においてはっきりと示されるように、第１の照明装置ＤＰ１の光は、第１の測定システムＤの光学系ＤＣＰ５によって平行にされ、物体Ｗに当たり、Ｓ１によって符号で表されたシャドウイングを引き起こす。図８に概略的に示されるように、このシャドウイングＳ１は、第１のセンサアレイＤＰ４上の画素ごとに異なる電圧レベルを引き起こし、その分布から、ケーブル径を結論付けることができる。有利には、詳細にはリニアセンサアレイとして有利な設計における、第１のセンサアレイＤＰ４の測定平面は、ｘ−ｙ平面に直角に延びるが、ｘ軸に対して小さい角度αでこれに交差し得る（図２参照）。

光の平行度およびセンサＤＰ４の画素の幅は、測定の精度にとって極めて重要である。好ましくは赤外線ＬＥＤとして設計された光源ＤＰ２を有する第１の照明デバイスＤＰ１の光は、ロングパスフィルタＣ３を変わらずに通過する一方で、レンズＤＣＰ２によって平行にされる。しかしながら、他の波長については、特に可視光の波長範囲において、ロングパスフィルタＣ３は、鏡として振る舞う。

円盤状の光学的な測定体積ＤＣＰｖは、直径を決定し、任意選択で物体Ｗの色を検出するために使用される。この目的のために用意される第２の光学測定システムＣは、図２および図３から推定できるように、異なる波長スペクトルを有する互いに近くに置かれた複数の光源Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ、Ｃ１ｃを有する第２の照明装置Ｃ１を備える。好ましくは３つの光源が用意される。例えば、光源は、色付きのＬＥＤ（例えば、ＲＧＢ−ＬＥＤ）として設計される。

この場合には、第２の光学測定システムＣ、例えばこの測定システムの制御および評価ユニットにおいて実行可能なプログラムとしてシーケンスが実装され、それによって第２の照明装置Ｃ１の光源Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ、Ｃ１ｃは、物体Ｗを連続的に照明し、したがって像を光源の波長スペクトル内でこの測定システムＣの第２のセンサアレイＣ４上に連続的に投影するように駆動される。色を決定する光学測定システムＣの評価ユニットにおいて、異なる波長スペクトルを有する光源を用いて物体Ｗを照明する間に測定される強度は、物体Ｗの色を決定するのに使用される。第２のセンサアレイＣ４は、第２の照明装置Ｃ１として円盤状の測定体積ＤＣＰｖの同じ側でｘ−ｙ平面に対して設けられる（この件に関しては図１および図２を参照）。第２の照明装置の３つの光源全部の波長に対して感度がよい第２のセンサアレイＣ４の代替として、それぞれ異なる波長に対して感度がよい３つのセンサからなる多色センサが用意されてもよい。

光学測定システムＤ、Ｃ、Ｐの主軸ｙに位置決めされるロングパスフィルタＣ３は、第２の照明装置Ｃ１の光源Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ、およびＣ１ｃの波長について反射しており、それによって物体Ｗから反射した光を主光軸ｙの外側に位置決めされる第２のセンサアレイＣ４上に反射する。したがって、第１の照明装置ＤＰ１の光がロングパスフィルタＣ３を貫き、次いでこの光はレンズＤＣＰ２を通過し、それによって平行にされる。次いで、第２の照明装置Ｃ１の光は、物体Ｗによる反射後とさらにロングパスフィルタＣ３での反射後に、レンズＤＣＰ２を２度通過し、それによってその屈折力は２度使用され、結像する焦点の幅は、ほぼ半分である。したがって、第２の測定システムＣにおいて反射しているロングパスフィルタＣ３の固定が、主光軸ｙに対して小さい角度βでｘ−ｙ平面内に配置されるようなものである場合、第２のセンサアレイＣ４がビーム経路を妨げないように、像は、光軸ｙの幾分横に形成される。

ケーブルの色を決定するために、好ましくは３つの像は、第２のセンサアレイＣ４により、それぞれ異なる照明によって、例えば赤、緑、および青の光の下で、連続的に作られる。次いで、物体Ｗの色は、投影された色彩強度によって評価ユニット内で計算することができる。第２のセンサアレイＣ４によって測定される色彩強度は、光源と物体Ｗの間の距離に関して二次的に、および物体Ｗと第２のセンサアレイＣ４の間の距離に関して二次的に減少することをここで留意されたい。このケーブル位置の依存性は、例えば、適当な露光時間で補正することができる。ケーブルＷが光学的な測定体積ＤＣＰｖ内部で位置する場所は、図１０に示すように、２つの影の縁を用いて単純な三角測量によって計算することができる。ケーブルの位置の助けを借りて、第２のセンサアレイＣ４の出力信号の補正が、測定体積ＤＣＰｖにおいて経験的に決定される強度の補正値間の補間によって物体Ｗのそれぞれの波長についてなされ得る。

測定値の位置に依存した補償については、好ましくは、直径測定のための第１の光学測定システムＤは、円盤状の測定体積ＤＣＰｖ内の物体Ｗの位置を決定する第３の仮想の光学測定システムＰを形成するように第３の照明装置Ｐ１の２つのさらなる光源Ｐ１ａおよびＰ１ｂと組み合わされる。この第３の光学測定システムＰは、第３の照明装置Ｐ１の少なくとも２つの光源Ｐ１ａ、Ｐ１ｂ、または第３の照明装置Ｐ１の光源と共に第１の照明装置ＤＰ１、ならびに第１のリニアセンサアレイＤＰ４を使用する。

代替として、光源のうちの１つ、特に照明装置ＤＰ１の光源は、直径測定が単独で行われるときに、追加の光源と組み合わせることができる。ケーブルジャック４ａ、４ｂまたは円盤状の光学的な測定体積ＤＣＰｖの周方向に用いられる光源の間隔だけが、ここでは重要である。これらの２つの光源は、異なる角度のシャドウイングＳ１、Ｓ２をもたらし、その間隔は、第１のセンサアレイＤＰ４の助けを借りて決定され、知られている幾何学的な関係に基づいてケーブルジャック４ａ、４ｂ内部の物体Ｗの位置情報、または誘導的な測定体積Ｅｖおよびさらに光学的な測定体積ＤＣＰｖに変換することができる。

ケーブルの色を検出するための本発明によるセンサ装置の一実施形態の幾何光学の特定の設計例が、以下に提示される。

図１１は、２つの同一レンズＬ_１およびＬ_２を有する二重のレンズ系、それらの附属の焦点Ｆ_１およびＦ_２、それらのそれぞれの焦点の幅ｆ_１およびｆ_２、結像される物体Ｇ、および像Ｂを示す。レンズＬ_１およびＬ_２は、互いから距離ｄに位置する。ビーム経路および光学的計算を簡略化するために、二重のレンズ系は、主面ＨおよびＨ’ならびに附属の系焦点Ｆ_ＳおよびＦ_Ｓ’を有する単一のレンズによって置き換えられてもよい。Ｆ_ＳからＬ_１までの距離はＦＦＬ_Ｓ（前の焦点距離）とも呼ばれ、Ｆ_Ｓ’からＬ_２までの距離はＢＦＬ_Ｓ（後の焦点距離）とも呼ばれる。

ここで、以下が成り立つ。

図１２は、鏡Ｍが主面Ｈに置かれるときの二重のレンズ系を示す。これは、Ｌ_１がＬ_２の機能もさらに担うので、像Ｂを物体側に投影し、Ｌ_２を省略することができるという効果を有する。したがって、図１２は、図２および図３に最もはっきりと示されるように、ケーブルの色のための上で説明した光学測定システムＣにおける光学的な状況を概略的に示す。反射用のロングパスフィルタＣ３は鏡Ｍに対応し、レンズＬ_１またはＬ_２はコリメートレンズＤＣＰ２に対応する。

鏡ＭとレンズＬ_１の間の図１の光学系ＤＣＰ５がくさび状の筒部品である場合、ＭとＬ_１の間の距離ｋ＝６．５７５ｍｍが与えられる。図１１および図１２を参照すると、レンズＬ_１とＬ_２の間の距離ｄは、以下の通りに計算することができる。

式６を用いるとともにｆ＝７１ｍｍの場合、ここで、システムの焦点の幅ｆ_ｓは、

のように計算される。

（図１、図１、および図３の）設計では、３３．５ｍｍのｃ値（物体Ｇから像Ｂまでの距離、すなわち、縦軸ｘから第２のセンサのアレイＣ４までの距離）が得られた。ここで、第２のセンサアレイＣ４で鮮明な像が得られるようにどのくらい大きい距離ｂ（センサから鏡）およびｇ（縦軸ｘから鏡Ｃ３）があるべきかについて疑問が生じる。
これは、（ｃ＝３３．５ｍｍの場合）以下の通りに得られる。

ここで全ての寸法が与えられるので、結像の縮尺Ｍは、以下のように計算することができる。

第２のセンサアレイＣ４が４００ｄｐｉの分解能および１２８画素を有するリニアセンサアレイである場合、これは、以下の通りの有効なセンサアレイの長さＩ_ＳＡを与える。

を与える。
したがって、結像される最大の物体の大きさは、以下のように得られる。

式１４によるレンズの系の焦点の幅ｆ_ｓを用いて、図１３に示すように、像の幅ｂおよび物体の幅ｇは、式１８を用いて、特定の例示的な実施形態について、物体と像の距離ｃ、すなわち縦軸ｘと第２のセンサアレイＣ４の距離の関数としてグラフに描くことができる。

物体とセンサの距離ｃが０に向かうと、図１４で認識できるように、結像の縮尺は１００％に向かう。これは、知られている１／１の結像であり、ｇ＝ｂ＝２＊ｆ_ｓである。

ケーブルの色が第２のセンサアレイＣ４を用いて測定され得る前に、ホワイトバランスが実行されなければならない。そのために、白色の較正ロッドが、それができる限り第２の照明装置Ｃ１の近くにあるようにケーブルジャック４ａ、４ｂ内に配置され、その結果センサアレイＣ４が、最大輝度を測定する。異なる波長（赤、緑、青）で照明中の許容される最大の照明時間は、測定した振幅が測定範囲の約９０％を占めるように調整される。次いで、較正ロッドは縦軸ｘに配置され、露光時間は第２のセンサアレイＣ４によって測定されるＲＧＢの積分値が全て同じであるように調整される。その際、２つのより高い積分値は、最小になされ、予め決定された最大の露光時間がいずれの色によって超えないようになる（図１４参照）。像の輝度は、光源と物体Ｗの間および物体ＷとレンズＤＣＰ２の間の距離が増加するにつれて減少するので、異なる波長についての輝度値は、ケーブルの位置に従って重みが付けられなければならない。図１４では、例えば、ＲＧＢの測定値は、ケーブルジャック４ａ、４ｂ内部の６つのケーブルの位置について描かれており、「中心／中心」によって示された曲線は、ケーブルジャック４ａ、４ｂの中心における白色の較正ロッドに有効である。較正ロッドが第２のセンサアレイＣ４の近くのケーブルジャック４ａ、４ｂ内に位置する場合、「後／中心」によって示される線が適用される。図１０では、位置情報の後、前、下、上は、図１０に描かれた測定値が正しく解釈できるように特徴付けられる。

較正ロッドを用いて測定される特定の位置のＲＧＢの積分値と中心のＲＧＢの積分値の比は、色を補正する値である。色を補正する値は、位置に依存する。図１５は、ケーブルジャックの中心で物体ＷとしてのオレンジのケーブルのＲＧＢの測定値を最終的に示す。

小型、頑健、機械的、および機能的な相乗効果を用いる設計などの、実際であれ仮想であれ、光学測定システムＤ、Ｃ、およびＰの準同軸の装置の既に述べた利点に加えて、別の利点は、通信インタフェース、マイクロコントローラ、電源、ＬＥＤ表示装置、および抑制回路などの電子機器の多くの回路部品が、３つのセンサまたはシステムＤ、Ｃ、およびＰの全てに使用できることである。

コリメーションのためのレンズＤＣＰ２の焦点の幅がより大きくなるほど、コリメーション、すなわち光の平行度はより良くなり、直径を測定するためのシャドウイングはよりシャープな縁となる。レンズＤＣＰ２の大きい焦点の幅は、そのときケーブルとレンズの距離ｇがより大きくなり、したがって物体Ｗがケーブルジャック４ａ、４ｂを通じて中心で延びていないとしても色の検出のための像の鮮明さが維持されるので、色の決定にも有利である。しかしながら、直径測定のためにとともにさらに色の決定のために焦点の幅が増加するにつれて、光の強度は減少し、この光の強度は、両方の機能性にとって光の強度と像の鮮明さの間の妥協点が必ず見つけられるように露光時間をより長くすることによって補償されなければならない。

誘導的な測定システムＥおよび純粋に光学的な測定システムＤ、Ｃ、Ｐを用いて細長い物体を自動検出する上述した装置は、必要に応じて、他の測定システムに結び付けることができる。ケーブルを処理する設備において、互いに対して移動することができる締付け用の顎部およびブレードを備える所定の長さに切断するデバイスまたはケーブルを絶縁するデバイスが、しばしば用意される。そのような設備については、測定システムＥ、Ｄ、Ｃ、Ｐは、締付け用の顎部の間隔の測定によって物体の外径を決定するために、またはブレードと導体の接触時におけるブレードの間隔の測定に基づいて物体内の電気伝導体の直径を決定するために用意される少なくとも１つのさらなる測定システムと組み合わせることができる。特に静電容量の特性および／または誘導的な特性を監視することによる、電気ベースに基づく測定装置は、十分に知られている。

温度センサを測定システムＥ、Ｄ、Ｃ、Ｐと組み合わせて使用することは、温度により引き起こされる測定誤差を補償するのに有利である。この場合には、好ましくは、それぞれの測定システムにおける補正シーケンスが、温度の関数としての補正係数およびケーブルの位置の関数としての補正係数をその測定値に与えるために、自動補償するように実装される。

Claims (21)

1. 共通ハウジング（２）内のケーブル、針金、または輪郭などの細長い物体（Ｗ）に対する少なくとも１つの誘導的な測定システム（Ｅ）および少なくとも１つの第１の光学測定システム（Ｄ）を備える、前記物体（Ｗ）を自動的に非接触で検出する装置において、前記誘導的な測定システム（Ｅ）は、前記物体（Ｗ）の電磁特性を決定する渦電流センサとして設計されるとともに、２つの直列に接続された同軸の半コイル（Ｅ１ａ、Ｅ１ｂ）を備え、前記半コイル（Ｅ１ａ、Ｅ１ｂ）は同じ方向に配向され、前記半コイル（Ｅ１ａ、Ｅ１ｂ）は軸方向に互いからある距離を有し、前記半コイル（Ｅ１ａ、Ｅ１ｂ）は縦軸（ｘ）と同軸に前記物体（Ｗ）に巻き付けられており、その内部は誘導的な円筒形の測定体積（Ｅｖ）を画定するようになっており、前記半コイル（Ｅ１ａ、Ｅ１ｂ）は、電気的に並列に接続されたキャパシタ（Ｅ２）と共に、前記誘導的な測定システム（Ｅ）の誘導的なセンサとして使用される並列の共振回路（Ｅ６）を形成し、前記並列の共振回路（Ｅ６）は電子的な評価回路（Ｅ５）に接続されており、少なくとも１つの第１の光学測定システム（Ｄ）は、前記物体（Ｗ）の外径（Ｗｄｏ）を決定するように形成され、光学的な円盤状の測定体積（ＤＣＰｖ）が、前記半コイル（Ｅ１ａ、Ｅ１ｂ）の間隔と前記ハウジング（２）の内壁とによって画定されるとともに前記誘導的な円筒形の測定体積（Ｅｖ）の内部に配置されていることを特徴とする装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、半コイル（Ｅ１ａ、Ｅ１ｂ）の長さは、その直径の少なくとも半分の大きさであり、前記誘導的な円筒形の測定体積（Ｅｖ）は、好ましくはケーブルジャック（４ａ、４ｂ）によって、好ましくはその径方向が制限されることを特徴とする装置。
3. 請求項１または２に記載の装置であって、前記誘導的な測定システム（Ｅ）の前記並列の共振回路（Ｅ６）は、励磁器回路（Ｅ３）に接続され、好ましくはその固有周波数で動作させられ、電圧振幅を測定するための電子回路（Ｅ５）に接続されていることを特徴とする装置。
4. 請求項１または２に記載の装置であって、前記誘導的な測定システム（Ｅ）の前記並列の共振回路（Ｅ６）は、周波数発生器に接続されているとともに、振幅応答および／または位相応答を測定するための電子回路（Ｅ５）に接続されていることを特徴とする装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の装置であって、前記第１の測定システム（Ｄ）の前記光学的な円盤状の測定体積（ＤＣＰｖ）は、好ましくは、中心で前記縦方向に、および好ましくは前記物体（Ｗ）を取り囲む前記誘導的な円筒形の測定体積（Ｅｖ）と同軸に位置決めされていることを特徴とする装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の装置であって、前記第１の光学測定システム（Ｄ）は、少なくとも１つの第１の光源（ＤＰ２）および好ましくはスクリーン（ＤＰ３）を有する少なくとも１つの第１の照明装置（ＤＰ１）、ならびに、主軸（ｙ）上で前記半コイル（Ｅ１ａ、Ｅ１ｂ）の他方の側に位置決めされた第１のセンサアレイ（ＤＰ４）を備えることを特徴とする装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の装置であって、少なくとも第２の光学測定システム（Ｃ）が、前記物体（Ｗ）の色を決定するように形成されていることを特徴とする装置。
8. 請求項７に記載の装置であって、前記第２の光学測定システム（Ｃ）は、異なる波長スペクトルを有する複数の、好ましくは３つの、およびさらに好ましくは互いに近くに配置された光源（Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ、Ｃ１ｃ）を備える第２の照明装置（Ｃ１）と、前記物体（Ｗ）から反射された光のための少なくとも１つの第２のセンサアレイ（Ｃ４）とを備え、前記第２のセンサアレイ（Ｃ４）は、前記第２の照明装置（Ｃ１）と前記円盤状の測定体積（ＤＣＰｖ）の同じ側でｘ−ｚ平面に対して位置することを特徴とする装置。
9. 請求項８に記載の装置であって、前記物体（Ｗ）を連続的に照明し、これによって前記第２の照明装置の前記光源の前記波長スペクトル内で像を前記第２のセンサアレイ（Ｃ４）上へ連続的に投影するように前記第２の照明装置（Ｃ１）の前記光源（Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ、Ｃ１ｃ）を駆動させるために前記第２の光学測定システム（Ｃ）にシーケンスが実装され、前記第２の光学測定システム（Ｃ）は、異なる波長スペクトルの前記光源を用いた照明中に強度が測定されるために、および前記物体（Ｗ）の前記色の決定を確実にするために評価ユニットに接続されることを特徴とする装置。
10. 請求項８または９に記載の装置であって、反射用のロングパスフィルタ（Ｃ３）は、前記第１および第２の光学測定システム（Ｄ、Ｃ）の主軸（ｙ）に配置され、前記反射用のロングパスフィルタ（Ｃ３）は、前記第２の照明装置（Ｃ１）の波長スペクトルを反射しているとともに、前記第１の照明装置（ＤＰ１）の波長スペクトルを透過しており、前記反射用のロングパスフィルタ（Ｃ３）は、前記物体（Ｗ）が反射した光を前記主光軸（ｙ）から外れて位置決めされるとともに前記ロングパスフィルタ（Ｃ３）に向けて整合された前記第２のセンサアレイ（Ｃ４）上にそらすことを特徴とする装置。
11. 請求項７から１０のいずれか１項に記載の装置であって、レンズ（ＤＣＰ２）は、前記円盤状の測定体積（ＤＣＰｖ）と前記ロングパスフィルタ（Ｃ３）との間に配置され、レンズ（ＤＣＰ２）は、前記第１の照明装置（ＤＰ１）の光によってコリメートレンズ（ＤＣＰ２）として一度通され、前記物体（Ｗ）によって反射された前記第２の照明装置（Ｃ１）の光によっても結像レンズ（ＤＣＰ２）として二度通されることを特徴とする装置。
12. 請求項７から１１のいずれか１項に記載の装置であって、直径を決定する前記光学測定システム（Ｄ）および前記物体（Ｗ）の前記色を決定する前記光学測定システム（Ｃ）は、前記円盤状の測定体積（ＤＣＰｖ）の内部の前記物体（Ｗ）の位置を決定する第３の仮想の測定システム（Ｐ）を形成するように組み合わされることを特徴とする装置。
13. 請求項１から１２のいずれか１項に記載の装置であって、前記主光軸（ｙ）を有する前記第１、第２、および第３の光学測定システム（Ｄ、Ｃ、Ｐ）の主面（ｙ−ｚ）は、前記誘導的な測定体積（Ｅｖ）の前記縦軸（ｘ）に直角に配置されることを特徴とする装置。
14. 請求項１２または１３に記載の装置であって、前記第３の測定システム（Ｐ）は、前記測定体積（ＤＣＰｖ）の内側の前記物体（Ｗ）の前記位置を三角測量で決定するために、好ましくは２つの光源（Ｐ１ａ、Ｐ１ｂ）を有する第３の照明装置（Ｐ１）と、前記第１のセンサアレイ（ＤＰ４）と、任意選択で前記第１の照明装置（ＤＰ１）とを備えることを特徴とする装置。
15. 請求項１４に記載の装置であって、前記第３の照明装置（Ｐ１）は、異なる波長スペクトルをそれぞれ有し、前記物体（Ｗ）を連続的に照明し、これによって前記光源の前記波長スペクトル内で像を前記第２のセンサアレイ（Ｃ４）上へ連続的に投影するように設計されている複数の光源を備えることを特徴とする装置。
16. 請求項６から１５のいずれか１項に記載の装置であって、前記第１のセンサアレイ（ＤＰ４）の測定平面は、ｘ−ｙ平面の直角に延びるが、ｘ軸に対して小さい角度（α）でこれに交差することを特徴とする装置。
17. 請求項８から１６のいずれか１項に記載の装置であって、前記第２のセンサアレイ（Ｃ４）は多色センサであり、前記第２の照明装置（Ｃ１）の前記光源（Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ、およびＣ１ｃ）は、同時に動作させられ、または広帯域または多周波帯の第２の光源によって置き換えられることを特徴とする装置。
18. 請求項８から１７のいずれか１項に記載の装置であって、前記第２のセンサアレイ（Ｃ４）は多色センサであり、前記第３の照明装置（Ｐ１）の前記光源のうちの少なくとも１つは、広帯域または多周波帯の光源によって置き換えられることを特徴とする装置。
19. 請求項１から１８のいずれか１項に記載の装置であって、前記装置は、温度センサ（Ｔ）を備えることを特徴とする装置。
20. 請求項１から１９のいずれか１項に記載の装置であって、補正シーケンスは、温度の関数としての補正係数および前記物体（Ｗ）の位置の関数としての補正係数をその測定に与えるために、前記誘導的な測定システム（Ｅ）において実装されることを特徴とする装置。
21. ケーブル、針金、または輪郭などの細長い物体（Ｗ）を加工する設備であって、入力側の前記物体（Ｗ）は、請求項１から２０のいずれか１項に記載の物体を自動的に検出する装置を通じて案内されることを特徴とする設備。

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