JPH0285785A

JPH0285785A - 磁束密度自動計測装置および磁束密度自動計測方法

Info

Publication number: JPH0285785A
Application number: JP63236269A
Authority: JP
Inventors: Kimisumi Yamamoto; 山元　公純; Yoshito Kamatani; 鎌谷　吉人; Tadaaki Higuchi; 樋口　忠明; Tetsuo Okita; 沖田　哲雄
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1988-09-22
Filing date: 1988-09-22
Publication date: 1990-03-27

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は電磁石および永久磁石などの磁場発生部品を組
込んだ機器の磁界測定、磁界分布の測定。

ならびに検査用に適用する磁束密度自動計測装置および
磁束密度自動計測方法に関するものである。

［従来の技術］第６図は従来公知の磁束密度検知器（以下単軸用プロー
ブという）の１例を示す斜視図であって、第６図（ａ）
は単軸用プローブの測定前の状態、第６図（ｂ）は単軸
用プローブの測定時の状態をそれぞれ示し、第６図（ａ
）と第６図（ｂ）を用いて従来技術を説明する。

ホール素子２は、半導体ホール素子２ａ、エボキシ樹脂
２ｂ、４本のリード端子２Ｃから成り、ホール素子２は
、半導体ホール素子２ａ全体を周囲よりエポキシ樹脂？
ｂなどで薄く保護マウントするとともに平板状に仕上げ
られ、半導体ホール素子２ａから伸びる４本のリード端
子２Ｃを介してリード線２ｄに接続されている。さらに
、単軸用プローブ１は、ホール素子２．保護管３かも成
り、非磁性体のパイプ状の保護管３の先端部に、平板状
のホール素子２の広域平面と保護管３の軸心とが略平行
になるように挿入されている。また、保護管３の他端は
、リード線２ｄを介して増幅器など（図示せず）に接続
されていて、アナログ測定、アナログ表示をしている。

このような単軸用プローブｌを用いて所望の磁場におけ
る磁束密度のベクトル（または磁界の強さという）を測
定する場合、まず、予め第６図（ｂ）に示すように単軸
用プローブ１の先端からホール素子２を引出し。

保護管３を手で保持したままホール素子２のみを、形成
されている磁場にホール素子２面を磁場に垂直になるよ
うに向けることで、ホール効果を応用した、それぞれの
−次元方向の磁束密度のみの測定が可能であった。

前記したようなホール素子２は、近年民生用ならびに産
業用に大量に使用されるものであって、作り方は、化合
物の半導体薄膜を形成し、これにホットエツチングなど
の精密可能をして機能を備えたあと、プラスチックで封
止して市場に出荷されている。また、従来、ガウス・メ
ータの測定原理は、半導体ホール素子２ａに電流を流し
、同時に電流と直角に磁界を印加すれば、電流および磁
界と直角方向に、磁界と電流に比例し、半導体ホール素
子の厚さに反比例した大きさのホール起電圧が発生する
という、いわゆる半導体ホール素子２ａのホール効果を
応用したものである。また、半導体ホール素子２ａには
、ゲルマニウムホール素子、シリコンホール素子など各
種あって目的に応じて使い分けされている。

［発明が解決しようとする課題］ところが、上述した従来の一次元方向のみのホール素子
を用いた単軸用プローブで、各点でのＸ、Ｙおよびｚ軸
方向の磁場における磁束密度ベクトルを求める場合、ｘ
、Ｙおよびｚ軸方向の各成分の磁束密度をそれぞれ個別
に測定し、これら測定データを、逐次合成計算により磁
束密度ベクトルを計算しなければならず、測定とデータ
解析に多大な手間がかかっていた。

［課題を解決するための手段］そのため、本発明では、２個以上の半導体ホール素子を
互いに直角な３方向のＸ、Ｙ、Ｚ軸に対して、それぞれ
直角に配した多軸同時計測用プローブを用い、得られた
データをＡ／Ｄ変換し、通常パソコン３０と呼ばれてい
るパーソナルコンピュータなどの電子計算機により、合
成ベクトルの計算および２次元または３次元座標上の合
成ベクトルとして画面表示させうるように構成したもの
である。

［作用］ホール素子をＸ、Ｙ、Ｚ軸に直交させるように隣接させ
て接着剤で接着したものを保護管の先端に装填した多軸
同時計測用プローブを形成し、これをＸ、Ｙ、Ｚ軸方向
に移動可能な２または３軸方向プローブ移動用アクチユ
エータ（以下アクチュエータという）の一端に取付ける
ことで、簡易な形状の被検査物近傍の所定の空間位置で
の磁束密度の計測ができ、さらに、ティーチング機能を
有した産業用の多軸多関節型小型ロボットの電動ハンド
の先端に保持すれば、回転および揺動が自由自在なため
複雑な形状の被検査物の測定範囲をあらかじめトレース
するだけで自動測定へ移行することができる。多軸同時
計測プローブを使用しているため、従来のような単軸用
プローブと違って感応軸方向を変えることなく、Ｘ、Ｙ
、Ｚ３軸方向のうち少なくとも２方向同時に、あらかじ
め指定された空間の各座標における磁束密度の計測を逐
次行なうことが可能で、さらに得られたデータはＡ／Ｄ
変換され、パソコンにて合成ベクトル計算の解析、磁束
密度分布、磁力線分布曲線、磁束密度の等高線図処理な
どの表示２部分拡大などが自由自在に短時間のうちにで
きる。

［実施例］以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する
。

第１図〜第４図は本発明の１実施例を示す磁束密度自動
計測装置の図であり、第１図は磁束密度自動計測装置シ
ステムの全体図、第２図（ａ）は多軸同時計測プローブ
の正面図、第２図（ｂ）は第２図（ａ）の右側側面図、
第３図は非磁性の絶縁体を立方体状に成形した後、その
表面に３個の半導体ホール素子を互いにＸ、Ｙ、Ｚ軸に
隣接して配した場合の多軸用ホール素子の斜視図、第４
図は磁場自動計測装置の正面図、第５図は本発明の他の
実施例を示す多軸多関節型小型ロボットを使用した場合
の磁束密度自動計測装置システム全体図を示す。

第１図における磁束密度自動計測装置の場合の機構につ
いて説明する。まず、第１図中２次元と３次元のパルス
ステージ図は通常同時に使用するのではなく必要に応じ
て使用されるべきものである。符号１０はパルスモータ
を使用したパルスステージであって、Ｘ軸、Ｙ軸および
Ｚ軸方向に進退自在に可能なように組合わされている。

それぞれのＸ、ＹおよびＺの各軸成分のパルスステージ
中心部軸心方向に細長いコ字状の溝を刻設し、ざらにコ
字状の溝の中に細長いねじ棒を配設し、前記ねじ棒の一
端は回転自在に簡易軸受などで軸支され、他端はパルス
モータボックス１２内に内蔵したパルスモータに軸着さ
れて、ねじ棒の両端は進退不可能な状態下で回転するよ
うに構成されている。パルスステージ装置において、最
下部にはＸ軸成分のパルスステージｌＯｃが水平に設置
され、Ｘ軸成分のパルスステージ１０ｃに垂直にＸ軸成
分のパルスステージ１０ａが上下可動に配設され、さら
にＸ軸成分のパルスステージ１０ａと交差する形でＸ軸
成分のパルスステージ１０ｂが前後可動に水平に配設さ
れている。Ｘ軸成分のパルスステージ１０ｃの溝部に配
設されたねじ棒は、Ｘ軸成分のパルスステージ１０ａの
軸方向端部に、Ｘ軸成分のパルスステージ１０ｃの溝部
に摺動可能に突設して設けられたステイ中心部にねじ穴
を設けた後、前後に揺動しないように貫通して十分噛合
されており、同様に、Ｘ軸成分のパルスステージ１０ｂ
の溝部に配設されたねじ棒は。

Ｘ軸成分のパルスステージ１０ａの軸方向中央部域に、
Ｘ軸成分のパルスステージ１０ｂの溝部に摺動可能に突
設して設けられたステイ中心部にねじ穴を設けた後、前
後に揺動しないように貫通して十分噛合している。符号
１００は磁束密度測定のための多軸同時計測用プローブ
であって、多軸同時計測用プローブ１００を保有してい
る保護管３は、Ｘ軸成分のパルスステージｔａｂの軸方
向に着脱自在に装着されて、Ｘ軸成分のパルスステージ
ｌｏｂとともに上下９前後、左右移動可能なようになっ
ている。多軸同時計測用プローブ１００は、第２図に示
すように、−旦非磁性の絶縁体を立方体状２ｂに成形さ
れたものの表面に半導体ホール素子２ａをＸ、Ｙ、Ｚ軸
方向に直角に隣接させて配設した多軸用ホール素子５を
、非磁性を有した保護管３の先端部に装着してエポキシ
樹脂４をモールドして形成したものとなっている。また
、本発明では、前記した多軸同時計測用プローブ１００
やパルスステージ１０のような磁束密度自動計測装置本
体の他に、所望の測定点にパルスステージｌＯを移動す
るためのパルスステージコントローラ２０と、得られた
Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の磁束密度の各成分をアナログ表示す
るための磁場自動計測装置４０．さらに得られたＸ。

Ｙ、Ｚ軸方向の磁束密度成分をＡ／Ｄ変換して合成計算
してベクトルとして表示するためのＣＲＴ６０、あるい
は測定空間内での各軸方向の測定範囲を決めるためのテ
ィーチング機能などのプログラムを有したパソコン３０
およびプリンタ５０、パソコン３０に命令を入力するた
めのキーボード７０などから構成されている。

つぎに、第５図に示すような多軸多関節型小型ロボット
３００を用いた場合の機構について説明する。多軸多関
節型小型ロポッ）３００は本体部とアーム部およびハン
ド部の３つの部分から構成されている０本体部は固定さ
れて揺動または回転しないベース３０１と、ベース３０
１の上部に配設されて左右に回転自在に軸着されたボデ
ィ部３０２から成っており、また、アーム部はボディ部
３０２に上下揺動自在に軸着されたアッパーアーム３０
３と、さらにアッパーアーム３０３に上下揺動自在に軸
着されたフォアアーム３０５から成り、さらに、ハンド
部は、フォアアーム３０５に回転自在に軸着された電動
アーム３０６と電動アーム３０６の先端に固着され多軸
同時計測用プローブを保持するためのフィンガ３０７か
ら構成されている。このような多軸多関節型小型ロボッ
ト３００を用いて２次元または３次元方向の磁束密度を
測定する場合、測定開始前にティーチング機能を使って
被検査物近傍の所望の測定範囲をトレースしておけばい
かなる複雑な形状の被検査物でも面倒な動作プログラム
を個別につくらなくてもよく、工業上の利用範囲も広く
なる。また、多軸多関節型小型ロポッ）３００を操作す
る場合には、パルスステージコントローラ２０の代りに
マイクロロボットコントローラ２１を用いればよく、パ
ソコン３０．磁場自動計測装置４０゜プリンタ５０　、
ＣＲＴ６０およびキーボード７０などはパルスステージ
１０を用いて磁束密度を測定する場合と同じシステムで
ある。

つぎに所定の範囲の磁場の強度を自動的に測定したいと
きは、パソコンプログラムが有しているティーチング機
能を利用して、パルスステージコントローラ２０の機械
原点と電気原点を一致させた後、パソコン３０の画面上
のメニュを見ながら走査（以下スキャンという）エリア
、スキャンピッチおよび各々の相加平物を求めるための
測定回数などを設定する。測定開始命令の信号がパソコ
ン３０からパルスステージコントローラ２０に発せられ
、これにしたがってＸ、ＹおよびＺ軸成分のパルスステ
ージ１０が前後、左右、上下にそれぞれ移動することに
なる。多軸同時計測用プローブ１００はＸ軸成分のステ
ージコントローラｔａｂに保護管３を介して装着されて
おり、被検査物近傍の所定の空間位置での磁束密度をＸ
、Ｙ。

２３軸方向同時に測定を行なう、これらの得られた測定
データは磁場自動計測装置４０でＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向
の磁束密度成分および磁束密度の絶対値の大きさにより
各軸独立に自動レンジ切換を行ない、磁場自動計測装置
４０前面の指示計器の読取り易い範囲にアナログ表示す
ることが可能であ・る、さらにパソコン３０では、各測
定点におけるＸ、Ｙ、Ｚ軸のＡ／Ｄ変換されたデータを
各測定点における磁束密度のベクトル表示が行なわれ、
さらに、これらの結果をプリンタ５０に印刷することも
容易に行なえる。すなわち、多軸同時計測用プローブ１
００を所望の各測定点にスキャンすることで、多軸同時
計測用プローブ１００そのものの方向を変えることなく
行なえる。測定点におけるベクトルの絶対値ｌＢａ１は
、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の各磁束密度成分ＢＸ　、ＢＹ　、ＲＺ
をＢｘ２　　＋ＢＹ２　　＋ＢＺ２　　なる式で計算ス
ルコトで即座に算出することができる０本発明において
は、前記したような自動測定でなく、手動測定もパソコ
ン３０のメニュを選択するだけで容易に行なえ、さらに
、軸対称磁場測定について、２軸用パルスステージ２０
０を使用すれば効率よく測定できる。

また、前記実施例においては、第３図に示すように、例
えば樹脂のような非磁性の絶縁体を立方形状２ｂに成形
したものの表面上に半導体ホール素子２ａをＸ、Ｙ、Ｚ
軸の３辺を近接して配した後、接着剤で接着して固着さ
せた。いわゆる多軸用ホール素子５状のものとした。こ
のような多軸ホール素子５を製作する場合には、まず、
非磁性の絶縁体２ｂを立方体状に寸法精度を向上させな
がら作成し、その表面上に半導体ホール素子２ａを目で
確認しながら正確に接着剤で接着するため、磁束密度測
定においては信頼度の高い測定値が容易に得られる。

また、第３図に示したような多軸用ホール素子５に限定
するものでなく、前記した多軸用ホール素子５の周辺全
体を適度の厚みで再モールドすることにより完全に半導
体ホール素子２ａを固着してもよく、さらに、プラスチ
ックで封止して市場に出荷されているホール素子２を半
導体ホール素子２ａの替わりに用いて、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の
３辺を近接して配した後、接着剤などで非磁性の絶縁体
を立方体状２ｂに成形したものの表面上に固着してもよ
い。

さらに、本発明によれば、被検査物との位置決めはパル
スステージにより割出しが行なえるので手で計測する場
合のような目盛板などは全く不要となり、測定範囲が特
殊なものについてもパルスステージを変更するだけで対
応が可能である。

また、パルスステージに限定するものでなく１例えば、
サーボモータステージなどのアクチュエータも利用でき
る。

［発明の効果］本発明によれば、非磁性を有した絶縁体を用いて隣接す
る面どうしが直角になるような完全立方体形状のものが
容易に製作でき、さらに、こうして製作された立方体状
の表面上に、２個以上の半導体ホール素子を直交座標系
の３方向のＸ、Ｙ。

Ｚ軸に目で確認しながら隣接して接着剤で容易に固着し
、これを保護管中に装填してモールドにて固設した多軸
同時計測用プローブを用いることによって、被検査物近
傍の所定の空間位置での磁束密度の測定がＸ、Ｙ、Ｚ３
軸方向同時に計測可能となった。また、前記多軸同時計
測用プローブを用いて得られたデータをパソコンで数値
処理すれば、磁束密度分布、磁力線分布図、磁束密度の
等高線図などの結果の表示などが短時間で得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第４図までは本発明の１実施例を示す磁束密
度自動計測装置をものであって、第１図はパルスステー
ジを使用した場合の磁束密度自動計測装置システムの全
体図、第２図（ａ）は多軸同時計測プローブの正面図、
第２図（ｂ）は第２図（ａ）の右側側面図、第３図は非
磁性の絶縁体を立方体状に成形した後、その表面に３個
の半導体ホール素子を互いにＸ、Ｙ、Ｚ軸に隣接して配
した場合の多軸用ホール素子の斜視図、第４図は磁場自
動計測装置の正面図、第５図は本発明の他の実施例を示
す多軸多関節型小型ロボットを使用した場合の磁束密度
自動計測装置システムの全体図、第６図は従来公知の単
軸用プローブの１例を示す斜視図であって、第６図（ａ
）は単軸用プローブの測定前の状態、第６図（ｂ）は単
軸用プローブの測定時の状態を示す。ｌ・・・・・・単軸用プローブ、　　２・・・・・・ホ
ール素子、２ａ・・・半導体ホール素子、３・・・・・
・保護管、５・・・・・・多軸用ホール素子１０・・・・・・３次元方向パルスステージ、２０・・
・・・・パルスステージコントローラ、２１・・・・・
・マイクロロボットコントローラ。３０・・・・・・パソコン、４０・・・・・・磁場自動計測装置、５０・・・・・・プリンタ、　　　　６０・・・・・・
ＣＲＴ。７０・・・・・・キーボード、１００・・・多軸同時計測用プローブ。２００・・・２次元方向パルスステージ。３００・・・多軸多関節型小型ロボット。特許出願人　　宇部興産株式会社第６図（ａ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）非磁性の絶縁体で立方体状に成形したものの表面
上に、２個以上の半導体ホール素子面を直交座標系の３
方向Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の内、いずれか２軸以上に固着して配
した多軸同時計測用プローブを用いた磁束密度自動計測
装置。
（２）２または３軸方向に自在に移動可能な駆動装置の
先端に請求項第１記載の多軸同時計測用プローブを取付
けた磁束密度自動計測装置。
（３）第２項記載の駆動装置と多軸同時計測用プローブ
を組合せて、測定対象空間の各位置における磁束密度成
分を測定し、測定したデータを電子計算機に逐次転送し
て保存し、測定対象空間の数値処理するとともに磁束密
度ベクトルの画面表示機能を有した複数次元の磁束密度
自動計測方法。
（４）請求項第１記載の多軸同時計測用プローブを用い
て得られたデータをＡ／Ｄ変換し、電子計算機にデータ
転送することにより合成ベクトルの計算および２次元お
よび３次元座標上に磁束密度ベクトルの画面表示機能を
有した複数次元の磁束密度自動計測方法。