JPH03243801A - 非接触型距離計 - 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］ 本発明は測定対象までの距離を非接触で測定する非接触
型距離計に係わり、特に、磁気センサを用いて上記距離
を測定する非接触型距離計に関する。

［従来の技術］ 例えば工場の製造ライン等において、製品が連続して搬
送ローラ上を搬送されている状態で、該当製品の幅や厚
み等をオンライン測定する場合であって、かつ製品に直
接測定治具等を接触できない場合は、非接触型距離計を
用いて該当製品までの距離を測定して、製品の寸法品質
をチエツクする。

そして、測定対象が例えば鋼板等の金属材料で形成され
ている条件では前記非接触型距離計として渦電流を利用
したものが開発されている。第４図は渦電流を利用した
非接触型距離計の測定原理を示す模式図である。すなわ
ち、測定ヘッドの先端に円柱状のコア２１を取付け、こ
のコア２１に検出コイル２２を巻装し、この検出コイル
２２に図示しない高周波発生回路から高周波電流を印加
して交流磁界を生起させる。そして、この交流磁界によ
る磁束２３が測定対象としての鋼板２４に達すると、鋼
板２４内に渦電流２５が発生する。

この渦電流２５の大きさは、この鋼板２４に達する磁束
２３の大きさに依存するので、当然測定ヘッドから鋼板
２４までの距離ｇに対応して変化する。そして、この渦
電流２５の変化を前記検出コイル２２のインピーダンス
変化量として測定し、このインピーダンス値から前記測
定ヘッドと鋼板２４までの距離ｐを求める。なお、イン
ピーダンス値と前記距離ｇとの関係は直線関係でないの
で、あらかじめ既知の各距離と各インピーダンス値との
関係を求めておき、得られたインピーダンス値を換算テ
ーブルを用いて距離りに換算する。

このように渦電流を利用することによって測定ヘッドか
ら鋼板２４等の測定対象までの距Ｍｌを非接触で連続的
に測定できる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、第４図に示すような渦電流を利用した非
接触型距離計においてもまた次のような問題があった。

すなわち、鋼板２４に生起される渦電流２５の大きさは
微小であるので、この渦電流２５の変化量に対応する検
出コイル２２のインピーダンス値の変化量はさらに小さ
いので、距離ＩＩ測測定おいて一定以上の測定精度を確
保するためには、検出コイル２２の外径りを大きくし、
かつ測定距離範囲（スパン）を短く設定する必要がある
。そして、一般に、次式を満たす条件で使用される。

２Ｄ≧ｇ したがって、測定対象までの距離りが大きいか、又は大
きな変化範囲（スパン）で使用する必要がある場合には
、検出コイル２２の外径りを大きく設定する必要かある
。その結果、測定ヘッドが大型化して製造費が増大する
。

また、測定ヘッドか大型化すると、狭い場所で測定でき
なくなったり、また、測定対象の鋼板２４の幅は測定ヘ
ッドの外径りより広くする必要があるので、逆に測定対
象の必要最小幅が広くなり、狭い幅の鋼板の寸法測定か
できない問題かある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
磁化器で被、１ｌＩｊ定対象を通過する磁束を形成して
、距離変化に伴う磁束変化を磁気センサで検出すること
により、小さな検出ヘッドでもって、たとえ測定対象ま
での距離が大きい場合や距離が大きな変化範囲（７ｊｌ
ｌＩ定スパン）を有する場合であっても、該当距離を正
確に測定できる非接触型距離計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］ 上記課題を解消するために本発明の非接触型距離計は、
磁性体で形成された測定対象を通過する磁束を発生させ
る磁化器と、この磁化器に近接配置され、測定対象を通
過する磁束の密度検出する磁気センサと、この磁気セン
サから測定対象までの距離の変化量を磁気センサで検出
された磁束密度の変化量から算出する距離算出回路とを
備えたものである。

［作用コ このように構成された非接触型距離計であれば、第１図
に示すように、電磁石又は永久磁石等で形成された磁化
器Ａにて発生される磁界の磁束Ｂが例えば鋼板等の磁性
体で形成された測定対象Ｃ内を通過する。そして、磁化
器Ａと測定対象Ｃとの間に磁気センサＤが挿入される。

前記磁化器Ａの一方極から出力され、測定対象Ｃに到達
する磁束Ｂは測定対象Ｃ内を通過（バイパス）して磁化
器Ａの他方極に入力される。すなわち、磁化器Ａ。

測定対象Ｃおよび磁気センサＤとて磁気回路が形成され
る。そして、この他方極に人力する磁束Ｂは磁気センサ
Ｄを横切る。磁気センサＤと測定対象Ｃとの間の距離り
か変化すると、測定対象Ｃ内を通過（バイパス）する磁
束数が変化する。測定対象Ｃ内を通過（バイパス）する
磁束数が多くなると、磁気センサＤを横切る磁束密度が
大きくなる。したがって、距離りを変化させると磁気セ
ンサＤにて検出される磁束密度が変化する。よって、距
離ｇと磁束密度との関係を予め測定しておけば、距離算
出回路Ｅにて測定された磁束を距離ρへ換算できる。

［実施例コ 以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第２図は実施例の非接触型距離計の概略構成を示す模式
図である。一端に開口が形成された円筒状のケース１の
内部に磁化器としての円柱形状を有する永久磁石２およ
び磁気センサ３が同軸状に配設されている。この円筒状
のケース１は例えば磁性材料で形成され、外部へ磁束が
漏れることを防止すると共に、外部から磁束が人力する
のを防止する磁気シールド機能を兼用する。

また、磁気センサ３は強磁性材料で例えば円柱形状に形
成されたコア４と、このコア４に巻装された検出コイル
５とで構成されている。この検出コイル５の周囲は、電
気的中性点（アース）に接続した炭素系導電層か成膜さ
れている。この層は、炭素粉末を含有する導電性塗料を
検出コイル５の周囲に塗布して乾燥させたものである。

これにより、外乱として働く外部磁束を極力抑制できる
。

そして、検出コイル５には外部の磁気センサ駆動回路６
から、固定インピーダンス素子として抵抗７を介して、
一定周波数および一定電圧を有する交流励磁電流か供給
される。そして、磁気センサ３のコア４は前記交流励磁
電流にて飽和領域まで励磁されている。この交流励磁電
流の供給により発生する前記検出コイル５の両端電圧は
、検出回路８にて検出される。そして、その両端電圧の
信号波形における正側の波高値Ｖａおよび、負側の波高
値−ｖｂとの差電圧（Ｖａ−Ｖｂ）が検出電圧Ｖ。（−
Ｖａ−Ｖｂ）として増幅されて出力される。検出回路８
にて検出されて増幅される。

検出回路８から出力された増幅後の検出電圧Ｖ０は次の
距離算出回路９にて距離ρに変換される。

そして、この距離算出回路９回路から出力される距ｉｌ
ｌは例えば記録計に記録されたり又はＣＲＴ表示装置等
に表示される。

そして、ケース１と永久磁石２と磁気センサ３からなる
磁気検出ヘッド９は、磁性体で形成された測定対象とし
て例えば鋼板１１の表面に対向して配置されている。具
体的には、鋼板１１が例えば搬送ローラ上を搬送されて
いる場合は、この磁気検出ヘッド９は建屋のフレームに
固定されている。

次にこのように構成された非接触型距離計の動作を説明
する。

ケース１内に収納された永久磁石２にて形成される磁界
による磁束は第１図で説明したように、永久磁石２の一
方の磁極から出力されて他方の磁極へ入力される。そし
て、永久磁石２の一方から出力された磁束の一部が鋼板
１１に到達してこの鋼板１１内を経由（バイパス）して
磁気センサ３を介して永久磁石２の他方の磁極に入力す
る。すなわち、永久磁石２のＳ極、ケース１．鋼板１１
゜磁気センサ３および永久磁石２のＮ極とで一種の磁気
回路が形成される。前述したように、磁気センサ３を通
過する磁束の密度は磁気センサ３と鋼板１１との間の距
離ρの変化に応じて変化する。

磁気センサ３のコア４は予め飽和領域まで励磁されてい
るので、外部磁束が変化すると、検出コイル５の両端出
力電圧の正負の各波高値Ｖａ。

−ｖｂが変化する。そこで検出回路８でこの両端出力電
圧を検出して、前記正負の各波高値Ｖａ。

−ｖｂに比例した各直流電圧を求め、この各直流電圧を
加算することによって、検出電圧Ｖ。

（−Ｖａ−Ｖｂ）を出力する。しかして、検出回路８か
ら距離算出回路９へ送出される検出電圧Ｖｏが変化する
。すなわち、前記距離ρの変化に対応して検出電圧Ｖ。

が変化する。

距離算出回路９にはぐ第３図に示すように、予め測定さ
れた各既知距離ｇと各既知検出電圧Ｖ。

との関係がテーブルの形式で記憶されている。そして、
検出回路８から検出電圧Ｖ。が入力すると、この検出電
圧Ｖ。に対応する距離ｐをテーブルから読み出して出力
する。

このように構成された非接触型距離計においては、ケー
ス１．永久磁石２．磁気センサ３にて構成されて磁気検
出ヘッド１０にて生成される磁界の強度は前記永久磁石
２の磁化能力で定まる。

般に永久磁石２においては、小さい体積で大きい磁界を
発生させることが簡単にできる。したがって、この磁気
検出ヘッド１０に対向する鋼板１１に到達する磁束の密
度を容易に大きくできる。よって、たとえこの鋼板１１
までの距離ｐが大きかったとしても、鋼板１１内を通る
磁束の密度を大きく設定できる。

その結果、距離ｐが変化することによって、磁気センサ
３を通る磁束も大きく変化する。よって＼たとえ距離ｐ
が大きかったとしても、そのその距離ｇ近傍における小
さい距離変化も磁束密度変化として精度よく検出できる
。

また、強磁性材料で形成されたコア４に検出コイル５を
巻装してなる磁気センサ３は特に円柱状に形成される必
要はなく、任意形状に設定することか可能である。よっ
て、狭い場所でも設置可能である。

さらに、磁気センサ３の外径りは、前述した渦電流の検
出ヘッドに組込まれた検出コイル２２の外径に比較して
、互いに同程度の距離検出精度を得るとすると、約半分
で十分である。したがって、磁気センサ３の外径りを小
さく設定することによって、たとえ測定対象か幅の狭い
鋼板１１でも十分に測定可能である。

第３図は、磁気センサ３の外径Ｄ　＝　５　ｍｍで、永
久磁石２の外径ｄ　＝　３　ｍｍ、永久磁石２の長さｅ
＝７ｎ＋ｍとした場合の検出回路８の検出電圧■。

と別の校正治具て実測された距離ｇとの関係を示す図で
ある。この実施例においては、距離りが０ｆｆｌＩ１１
から約２０■までの広い測定範囲（スパン）に亘って良
好な測定結果か得られることが実証された。

また、磁気センサ３の検出電圧Ｖ。は大きく、周囲温度
の影響を受けにくいので、工場の製造ライン等の比較的
悪環境下で使用しても一定以上の測定精度を維持てきる
。

さらに、この実施例においては、磁性材料で校正された
ケース１て永久磁石２および磁気センサ３を覆うように
しているので、磁気検出ヘッド１０外へ磁束か漏れるこ
とを防止すると共に、外部から磁束か入力するのが防止
される。よって、他の機器に対して悪影響を及はすのを
未然に防止するととに、この非接触距離計の距離測定精
度をさらに向上できる。

また、永久磁石２の長さｅは大きいほど、測定可能な距
離りがま曽大すること、および永久磁石２とコア４との
距離が小さいほど、前記測定可能な距離りが増大するこ
とが確認されている。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。実施例においては、磁束を発生させる磁化器を永久
磁石２で構成したが、交流電源または直流電源で駆動さ
れる電磁石であってもよし）。

また、前記検出回路８は、磁気センサ３の出力電圧波形
をヒステリシス特性を持つコンノくレータ等のレベル弁
別回路でもって、基準電圧ＥＲ。

−ＥＲを超えるか否で信号レベルがノ＼イ（Ｈ）レベル
又はロー（Ｌ）レベルに反転する一定振幅の電圧信号に
変換し、その電圧信号波形におけるＥＲから−ＥＲにな
るまでの時間τ、と、ＥＲからＥｔ＋になるまでの時間
τ２をそれぞれノくルス幅として測定し、そのパルス幅
の差でもって距離ｇを求めるものであってもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の非接触型距離計においては
、磁気器で測定対象を通過する磁束を形成して、この磁
束密度変化を磁気器と測定対象との間に配設された磁気
センサて検出して、その磁束密度変化を距離変化に換算
している。したかつて、磁気検出ヘッドを小さくしても
十分な測定精度を確保できる。その結果、たとえ測定対
象までの距離が大きい場合や距離が大きな変化範囲（測
定スパン）を有する場合であっても、該当距離を正確に
測定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の非接触型距離計の動作原理を説明する
ための図、第２図は実施例の非接触型距離計の概略構成
を示す図、第３図は距離と検出電圧との関係を示す図、
第４図は従来の渦電流を利用した非接触型距離計の動作
原理を示す図である。 １・・・ケース、２・・・永久磁石、３・・・磁気セン
サ、４・・・コア、５・・検出コイル、６・・・磁気セ
ンサ駆動回路、８・・・検出回路、９・・・距離算出回
路、１０・・・磁気検出ヘッド、１１・・・鋼板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　磁性体で形成された測定対象を通過する磁束を発生さ
   せる磁化器と、この磁化器に近接配置され、前記測定対
   象を通過する磁束の密度を検出する磁気センサと、この
   磁気センサから前記測定対象までの距離の変化量を前記
   磁気センサで検出された磁束密度の変化量から算出する
   距離算出回路とを備えた非接触型距離計。