JPH03194817A - 近接センサ - Google Patents

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］ 本発明は検出対象物体の接近状態を検出するセンサに関
し、特に、検出コイルを備えこれを発振状態とし検出対
象物体が接近したときの発振周波数の変化を検出する高
周波発振式の近接センサに係る。

［従来の技術］ 検出対象物体の有無を無接触で検出する物体検出センサ
の一つとして、検出対象物体が接近してきたときの位置
を検出する近接センサが知られており、近接覚センサと
も呼ばれる。また、特定の位置にきたときにスイッチ動
作するものは近接スイッチと呼ばれ、ロボット分野等に
おいて活用されている。近接センサは動作方式から高周
波発振式、静電容量式、磁気式及び超音波式に区別され
る。この内高周波発振式近接センサは、発振回路の一部
を構成する検出コイルを備え、これを常時発振状態とし
ておき、金属、フェライト等の検出対象物体が接近した
とき電磁銹導作用によって検出対象物体内に銹導電流が
流れ検出コイルのインダクタンスが変化することから、
これに応じた発振周波数の変化に基台検出対象物体の存
在あるいは接近状態を検出するというものである。

ところで、平面上の広範囲に亘って検出対象物体の位置
を検出することが要求されることがあり、例えば−軸上
の位置を検出する場合には、検出範囲に亘って差動コイ
ルを配置し検出対象物体による磁束変化を差動検出して
位置を検出する差動コイル配置方式のセンサが用いられ
る。また、上記の高周波発振式の近接センサあるいは近
接スイッチを利用する場合には、これらを検出範囲に亘
って複数個並設する必要がある。

［発明が解決しようとする課題］ 然し乍ら、差動コイル配置方式のセンサにおいては、差
動コイルを励磁する磁界駆動部と磁束変化を検出する磁
束検出部を設ける必要があり、構造が複雑で、これらの
配置にも困難性を伴なう。

また、このセンサの出力は微小なアナログ信号であるた
め外来ノイズの影響を受は易いという問題がある。

一方、高周波発振式の近接センサあるいは近接スイッチ
を複数個並設する場合には、隣接する近接センサあるい
は近接スイッチ間で検出コイルが相互干渉するおそれが
あり、従ってこれを回避するため所定の距離を隔てて配
置しなければならず、畢尭位置検出精度が低下すること
となる。

そこで、本発明は高周波発振式の近接センサに関し、平
面上の広範囲に亘って検出対象物体の位置を高精度で検
出し得る近接センサを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するため、本発明は検出コイル及びコ
ンデンサを含む発振回路を発振状態とし、前記検出コイ
ルに対し検出対象物体が接近したときに生ずるインダク
タンスの変化に応じて変動する発振周波数に基き前記検
出対象物体の接近状態を検出する近接センサにおいて、
前記検出コイルを前記検出対象物体の移動面に平行な面
上に複数隣接設置し、各々の検出コイルを順次選択して
発振駆動すると共に発振状態にない検出コイルを夫々短
絡する選択回路を備えたものである。

また、本発明は検出コイル及びコンデンサを含む発振回
路を発振状態とし、前記検出コイルに対し検出対象物体
が接近したときに生ずるインダクタンスの変化に応じて
変動する発振周波数に基き前記検出対象物体の接近状態
を検出する近接センサにおいて、前記検出コイルを前記
検出対象物体の移動面に平行な面上に複数隣接設置し、
各々の検出コイルを順次選択して発振駆動すると共に発
振状態にない各々の検出コイルとコンデンサとの間を開
放する選択回路を備えたものとすることができる。

［作用］ 上記のように構成された近接センサにおいては、検出対
象物体の移動面に平行な面上で例えば−軸上に一列に複
数個の検出コイルが隣接設置される。そして、これらの
検出コイルに発振回路及び選択回路が接続され、各検出
コイルが順次所定の周波数で発振状態とされる。このと
き、残余の発振状態にない検出コイルは選択回路により
短絡状態もしくは開放状態とされている。

而して、検出対象物体が複数個の検出コイルに接近し何
れかの検出コイルと重合するとその検出コイルのインダ
クタンスが変化し、これに応じて変動する発振周波数に
基き検出対象物体の接近状態が検出される。即ち、前述
のように各検出コイル間では何れかの検出コイルが発振
状態にあるとき残余の検出コイルは短絡もしくは開放状
態となっているので相互に干渉することはなく、しかも
順次発振状態となる各検出コイルにおける発振周波数の
変化に基き検出対象物体の接近状態が各検出コイルにて
順次検出されるので、各検出コイルの検出信号の相互関
係から検出対象物体の位置が検出される。

［実施例］ 以下、本発明の望ましい実施例を図面を参照して説明す
る。

第１図は本発明の一実施例に係る近接センサ１０を示す
もので、金属製の検出対象物体１の穆動面に平行な面上
で、図中矢印で示す移動方向に対し直交する方向に三個
の検出コイル１１ａ。

１１ｂ、ｌｌｃを隣接配置した検出部１１を備えている
。各検出コイルは検出対象物体１の幅、即ち図中矢印で
示す移動方向に対し直交する方向の検出対象物体１の幅
と同一の幅を有する矩形に形成されており、相互の間隙
を小さくし密接して配置されている。検出コイルｌｌａ
、ｌｌｂ、１１Ｃの入出力端には夫々コンデンサ１２ａ
、１２ｂ、１２ｃが並列に接続され共振回路が構成され
ている。更に、各コンデンサに並列にスイッチ１３ａ、
１３ｂ、１３ｃを含む短絡用スイッチ回路１３が接続さ
れ、各検出コイルの入出力端は選択用スイッチ回路１４
に接続されている。

選択用スイッチ回路１４には発振回路１５が接続されて
おり、検出コイルｌｌａ、ｌｌｂ、１１Ｃの何れかに選
択的に接続され、各検出コイルのインダクタンス及び各
コンデンサのキャパシタンスに応じた周波数で発振駆動
する。従って、検出対象物体１の接近によりインダクタ
ンスが変化すると発振周波数が変化する。

発振回路１５は検出回路１６に接続されており、ここで
各検出コイルにおける発振周波数がディジタル値として
検出され、例えば後述するように各検出周波数信号相互
の比が演算され位置信号として出力される。

上記短絡用スイッチ回路１３及び選択用スイッチ回路１
４には選択回路１７が接続されており、これらのスイッ
チ回路に対し制御信号が出力される。この選択回路１７
は時分割により順次、且つ短絡用スイッチ回路１３及び
選択用スイッチ回路１４を同期して断続するもので、例
えば発振回路１５を検出コイルｌｌａに接続する制御信
号が出力されたときには、短絡用スイッチ回路１３に対
しては、スイッチ１３ａが開放しスイッチ１３ｂ、１３
ｃが閉成するように制御信号が出力される。同様に、検
出コイルｌｌｂが選択されたときにはスイッチ１３ｂが
開放し、スイッチ１３ａ。

１３ｃが閉成するように短絡用スイッチ回路１３に制御
信号が出力される。尚、第１図中の短絡用スイッチ回路
１３の各スイッチの接点及び選択用スイッチ回路１４の
接点は説明を容易にするために示したものであり、必ず
しも各スイッチ回路が機械的スイッチ手段で構成される
ことを意味するものではなく、種々のスイッチング素子
による電気的スイッチ手段を包含するものである。

上記の構成になる近接センサ１０に関し、先ずその動作
原理を説明する。第３図（ａ）は第１図に記載の検出コ
イルの内中央の検出コイルｌ１ｂ−個のみとしたときの
動作状態を示すもので、検出対象物体ｌが第３図（ａ）
の二点鎖線で示す位置にあって検出コイルｆｌｂに重合
していないときの検出コイルｔｔｂの発振周波数をｆＯ
とし、検出対象物体１が破線で示す位置となり検出コイ
ルｔｔｂと完全に重合したときの発振周波数をｆｌとす
ると、これらの発振周波数は第３図（ｂ）に示すように
夫々最小値と最大値を示す、第３図（ａ）に−点鎖線で
示すように検出対象物体１がこれらの中間に位置すると
きには、発振周波数ｆＯとｆｌの中間の発振周波数ｆｍ
を示すところとなる。

そして、検出対象物体１は検出コイルｌｌｂと同一の幅
であるので、周波数特性は第３図（ｂ）に示すように発
振周波数が検出対象物体１の位置に応じて連続して変化
し、検出コイルｌｌｂと完全に重合する位置を中心に左
右対称の特性となっている。即ち、検出コイルｆｌｂの
幅を検出対象物体１の幅（第１図中矢印で示す移動方向
に対し直交する方向の幅）より大きくし、あるいは小さ
くすると、検出対象物体１が幅方向に移動しても発振周
波数が変化しない不感域が形成されるが、本実施例にお
いては上述のように検出対象物体１の幅と同一に設定さ
れているので、発振周波数が連続して変化する左右対称
の周波数特性が得られる。

而して、検出コイルｌｌｂにて検出対象物体１の接近状
態に応じて変動する発振周波数を検出することにより、
検出対象物体１の移動方向に対し直交する軸上において
、検出対象物体１が検出コイルｔｔｂの左右端の一部に
重合する範囲内で位置を検出することができるが、検出
コイルＩｌｂの左右何れの側に位置しているかは特定で
きない、これを特定するためには第１図に示すように検
出コイルｌｌｂの左右両側に隣接して検出コイル１１ｍ
、１１ｃを配置する必要がある。

第４図（ａ）は検出コイルｌｌａと検出コイルｊｌｂの
関係を示したものであるが、検出対象物体１が破線で示
すように検出コイルｆｌｂの左側にあるときには同時に
検出コイルｌｌａの右側に位置しており、夫々の検出コ
イルの発振周波数を正しく検出で跨れば検出対象物体１
の位置を特定することができることになる。然し乍ら、
検出コイルｌｌａ、ｌｌｂに跨って検出対象物体１が存
在するときに、何れかを発振状態として発振周波数を検
出すると、例えば検出コイルｌｌａの周波数特性は第４
図（ｂ）の破線部分を含む特性となり１、検出コイルｔ
ｔｂの周波数特性も一様に検出コイルｌｌａ側が破線部
分のようになり、検出誤差を惹起する。これは検出対象
物体１を介して両者間で磁気結合が生じ相互に干渉する
ことに起因する。

これに対し、本実施例においては第１図に示すように構
成され、各検出コイルｌｌａ、ｊｌｂ。

１１ｃの何れか一個の検出コイルが順次選択されて発振
状態とされ、発振状態にない検出コイルは短緒されてい
るので、例えば検出コイルｌｌａは第４図（ｂ）に実線
で示すように検出コイル−個の場合の第３図（ｂ）と同
様の特性が得られる。

即ち、検出コイルｌｌａ、ｌｌｂ、ｌｉｅの各々に対し
相互に干渉されない周波数特性が確保され、全体として
各共振回路の個々の周波数特性が時分割的に重畳された
特性が得られる。

而して、例えば検出対象物体１が第５図（ａ）に破線で
示す位置に存在するときには、検出コイルｌｌａに接続
されたときの発振回路１５の発振周波数の変化量は検出
対象物体１が存在しないときの周波数ｆＯに対して第５
図（ｂ）に示すように△ｆａとなり、検出コイルｌｌｂ
に接続されたときの発振周波数の変化量はΔｆｂ、検出
コイル１１ｃに接続されたときの発振周波数の変化量は
Δｆｃ　（＝Ｏ）となり、これらの発振周波数の相互関
係即ち比率から検出対象物体１の位置が特定される。同
様に、第５図（ａ）で検出コイル１１ｂの右側に位置す
る場合には、検出コイルｌｌａに接続されたとかの発振
回路１５の発振周波数の変化量はＯとなり、検出コイル
ｌｌｂと検出コイルｔｉｃに接続されたときの発振周波
数の比率から検出対象物体１の位置が特定される。而し
て、検出対象物体１は検出コイルｌｌａの左端に重合す
る位置から検出コイルｌｉｅの右端に重合する位置まで
の範囲で位置が検出されることにな条。

次に、１３１図の近接センサ１０の作動を説明すると、
選択回路１７により短終用スイッチ回路１３及び選択用
スイッチ回路１４が第１図に示す状態にあるときには、
検出コイルｌｌａが発振状態で、スイッチ１３ｂ、１３
ｃが閉成し検出コイルｊｌｂ、ｔｉｃは短緒している。

従って、これらの検出コイルｆｌｂ、ｌｌｃを含む共振
回路は共振回路としての機能をはたさず、フローティン
グ共振回路とはならないため、検出コイルｌｌａ及びコ
ンデンサ１２ａから成る共振回路に対し磁気結合するこ
とはない。同様に、検出コイル１１ｂ、ｔｉｃの何れか
が選択され発振駆動されるときには他の二つの検出コイ
ルがフローティング共振回路とならず、これらと磁気結
合することはない。而して、検出コイルｌｌａ、ｌｌｂ
、ｔｉｃ間の間隙が微小であっても相互干渉を生ずるこ
とはない。

検出対象物体１の接近に伴ない各検出コイルのインダク
タンスが変化すると、これに応じて変動する発振回路１
５の発振周波数が検出回路１６によりディジタル値とし
て検出される。前述のように各検出コイルの発振周波数
の比率が近接センサ１０と検出対象物体１との間の位置
関係によって一義的に定まるので、検出回路１６におい
ては各検出コイルの検出周波数信号相互の比を演算する
ことにより検出対象物体１の位置を高精度に検出するこ
とができる。また、回路間の信号伝送に際してもＳ７Ｎ
比が大きくノイズマージンが大きい。

第２図は本発明の他の実施例に係る近接センサ２０を示
すもので、検出コイル２１ａ、２１ｂ。

２１ｃに対し、夫々コンデンサ２２ａ、２２ｂ。

２２ｃが並列に接続されており、これらの間に開放用ス
イッチ回路２３が介装され、スイッチ２３ａ、２３ｂ、
２３ｃが選択回路２７の制御信号に応じて開閉されるよ
うに構成されている。その余の構成については第１図の
実施例と実買的に同一であるので同一符号を付して説明
は省略する。

而して、本実施例によれば選択回路２７の１ｔｌＪ御信
号により例えばスイッチ２３ａが閉成されると共に選択
用スイッチ回路１４を介して検出コイル２１ａが発振状
態とされているときには、他の検出コイル２１ｂ、２１
ｃはスイッチ２３ｂ、２３Ｃが開放状態とされており、
検出コイル２１ａ及びコンデンサ２２ａから成る共振回
路に対し磁気結合することはなく、第１図の実施例と同
様の効果を奥する。

尚、上記何れの実施例においても、選択回路１７．２７
を以って時分割により発振回路１５と各検出コイルとの
接続を切替えるように構成されているが、各検出コイル
毎に短絡用スイッチ回路もしくは開放用スイッチ回路、
発振回路及び検出回路を設け、これらを上記実施例と同
様に制御して個別に発振周波数を検出するように構成し
てもよい。

あるいは、上記実施例の検出回路１６において、各検出
コイル毎の検出周波数信号を所定値とレベル判定しオン
オフ信号を出力するように構成し、近接スイッチとする
ことも可能である。

上記近接センサ１０，２０は種々の用途に供することが
でき、例えば第６図に示すような無人搬送車２に搭載し
、軌道上に敷設した金属板のレール１ａを第１図又は第
２図における検出対象物体１とし検出回路１６の出力に
応じて自動的に操舵しながらレール２に沿って移動でき
るように制御する装置に供し得る。

［発明の効果］ 本発明は上述のように構成したので以下の効果を奏する
。

即ち、本発明の近接センサによれば、複数個の検出コイ
ルを選択回路によフて順次選択して発振駆動すると共に
、発振状態にない検出コイルを夫々短絡し、あるいは発
振状態にない各々の検出コイルとコンデンサとの間を開
放することとしているので、簡単な構造で、相互に干渉
することなく各検出コイルにおける発振周波数の変化を
検出し検出対象物体の接近状態を検出することができ、
各検出コイルの検出信号の相互関係から検出対象物体の
位置を高精度に検出することができる。特に、各検出コ
イル間で相互に干渉することはないので相互間の間隙を
小さくし近接配置することができ高い検出精度を確保す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の近接センサの一実施例のブロック図、
第２図は本発明の近接センサの他の実施例のブロック図
、第３図は本発明の近接センサの動作原理を説明するた
めの図で、第３図（ａ）は検出コイルｌｌｂと検出対象
物体１の位置関係を示す平面図、′ｓ３図（ｂ）は検出
コイルｌｌｂの周波数特性を示すグラフ、第４図は本発
明の近接センサの動作原理を説明するための図で、第４
図（ａ）は検出コイルｌｌａ、ｆｌｂと検出対象物体１
の位置関係を示す平面図、第４図（ｂ）は検出コイルｌ
ｌａの周波数特性を示すグラフ、第５図（ａ）は第１図
の実施例の近接センサ１０と検出対象物体１の位置関係
を示す平面図、第５図（ｂ）は第１図の実施例の出力周
波数特性を示すグラフ、第６図は本発明の近接センサの
用途例を示す無人搬送車の平面図である。 ｌ・・・検出対象物体、　　　１０．２０・・・近接セ
ンサ。 １１ａ、ｌｌｂ、１１ｃ・・・検出コイル。 ２１ａ、２ｆｂ、２１ｃ＝検出コイル。 １３・・・短絡用スイッチ回路。 １４・・・選択用スイッチ回路、　　１５・・・発振回
路。 １６・・・検出回路、　　　１７．２７・・・選択回路
。 ２３・・・開放用スイッチ回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）検出コイル及びコンデンサを含む発振回路を発振
   状態とし、前記検出コイルに対し検出対象物体が接近し
   たときに生ずるインダクタンスの変化に応じて変動する
   発振周波数に基き前記検出対象物体の接近状態を検出す
   る近接センサにおいて、前記検出コイルを前記検出対象
   物体の移動面に平行な面上に複数隣接設置し、各々の検
   出コイルを順次選択して発振駆動すると共に発振状態に
   ない検出コイルを夫々短絡する選択回路を備えたことを
   特徴とする近接センサ。
2. （２）検出コイル及びコンデンサを含む発振回路を発振
   状態とし、前記検出コイルに対し検出対象物体が接近し
   たときに生ずるインダクタンスの変化に応じて変動する
   発振周波数に基き前記検出対象物体の接近状態を検出す
   る近接センサにおいて、前記検出コイルを前記検出対象
   物体の移動面に平行な面上に複数隣接設置し、各々の検
   出コイルを順次選択して発振駆動すると共に発振状態に
   ない各々の検出コイルとコンデンサとの間を開放する選
   択回路を備えたことを特徴とする近接センサ。