JPH0518791A - 非接触距離計測用センサ装置 - Google Patents
非接触距離計測用センサ装置Info
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Abstract
ディとをケーブルで接続したセンサ装置において、セン
サボディが対象から離れたか否かを制御ユニットが明瞭
に判断できるようにする。 【構成】 センサボディ1内に確認抵抗器13を配し、
センサボディに接続された制御ユニット6から確認抵抗
器13の抵抗値を審問し、この審問値が設定値からずれ
た時に警報を発して、制御ユニットとセンサボディの断
線等を検知し、異常走行によるセンサボディの破損等を
防ぐ。
Description
サエレメントと、制御ユニットと、ケーブルとを備えた
非接触距離測定用センサ装置に関する。
ディに設けられて自己と測定対象との間の距離を非接触
計測するセンサエレメント、このセンサエレメントに測
定電圧を供給すると共に距離を決定するために測定電圧
を評価する制御ユニット、及び前記センサボディと制御
ユニットとの間に設けられて測定電圧を伝えるために用
いられるケーブルとを備えたセンサ装置が知られてい
る。
定対象との間の距離を測定することができるものであ
り、測定対象が金属である場合は例えば容量性または誘
導性手段すなわち、センサエレメントと測定対象を電極
とするコンデンサの容量またはインダクタンスを計測す
る手段が用いられ、装置の構成によって光学的または他
の音響学的手段が用いられる。
ていれば、ワークピース(加工片)を好適な態様で加工
することができるように、目標またはワークピースと工
具との相対位置を決めることができる。この位置決め
は、実際の距離である計測距離を入力してこの計測距離
とあらかじめ決定したセット値と比較してセンサ本体ま
たは工具の位置を制御する制御装置によって行われる。
し、そのビームによってワークピースを切断または他処
理を施すレーザ切断装置である。
サエレメントばかりでなく、各種電気回路等のセンサエ
レクトロニクスの大部分はセンサ本体の内部に配設され
ていた。従って、センサ本体がケーブルからはずれ制御
ユニットから分離された場合、その制御ユニットはまぎ
れもなくこれを検出することができた。そして、このよ
うな場合は、センサ本体の位置決め用の制御装置が動作
不能となるか動作を停止し、これによって警報信号を発
生した。
トロニクスを一緒にすると数々の不利益がある。すなわ
ち、センサ本体の内側は、電子部品を取り付けるために
ほんの小さな空間しかない。従って、そのような電子部
品の取り付け及び較正の作業に長時間を要するために、
これがかなりのコスト上昇の要因となった。電子部品の
取り付けに必要な空間を得るための、センサ本体(これ
らがノズル状であればノズル本体)の設計には骨が折
れ、それがまた必然的な付加的なコストを伴なった。さ
らに、ワークピースまたは対象を限定された空間内にお
いて三次元加工する必要がある場合は、センサボディを
できるだけ細く作らねばならず、電子部品を統合する
(内蔵する)のが難しかった。さらに、レーザ切断工具
が運転され、切断路のすぐ近辺にセンサボディが位置し
た時には、これが非常に大量の熱に曝され、センサボデ
ィ内部のセンサ電子部品があまりに加熱されることによ
り、センサボディより供給される計測値(実際の値)は
温度により変化してしまう危険があった。
はセンサボディから大きな距離の(離れた)位置に全セ
ンサ電子部品を配設することとした。より正確には、セ
ンサ電子部品は、長さ数メートルのケーブルによって、
センサボディに接続され、ケーブルはまた遮蔽(シール
ド)することもできる。例えばアクティブシールド(ac
tive shielding)を利用することができる。このアクテ
ィブシールドによれば、センサエレメントに表れる計測
信号をコンデンサ及び利得V=1の増幅器を介して遮蔽
導体(シールディング)に供給する。
部品がセンサボディから分離すると、ケーブルがはずれ
た場合には、制御ユニットでの実際値(計測値)の誤差
を導いてしまう。すなわち、このような場合、制御ユニ
ットは非常に大きな実際値(距離)を検出し、これは正
常動作時の距離よりもかなり大きくなってしまう。その
結果、制御ユニットは距離を減じるための動作を行う。
このことは、センサエレメントとセンサボディとを対象
(加工片)に向って走らせることになり、それは損傷を
導いてしまうかなりの危険を含むことになる。
であれば、ケーブルのセンサボディからの分離は、ケー
ブルの信号路がどこにも接続されないので、制御ユニッ
トは大きな容量の減少を計測することになる。しかしな
がら、このような現象はまた、センサボディまたはセン
サエレメントと対象(加工片)との間の距離が、正常動
作距離よりも非常に大きくなった場合にも生じる。この
ため、計測信号から明瞭な警報信号を発生することは不
可能である。
ティ外に配設され、対象がセンサボディから離れたかど
うかを制御ユニットが明瞭に検出できるセンサ装置の提
供を目的とする。
センサ装置は、センサボディに確認抵抗器が取り付けら
れ、確認抵抗器はケーブルに接続され、制御ユニット
は、測定電圧に影響を及さない審問電圧をケーブルを介
して確認抵抗器に与え、確認抵抗器の抵抗値を審問する
ように形成されることを特徴とする。
ボディが制御ユニットに接続されているか否かは、審問
電圧に伴う審問電流の値をモニタすることにより判定す
ることが可能である。このようにして、センサボディま
たはセンサエレメントの対象または加工片との相対的位
置の誤った位置決めを防ぐことができる。そして、セン
サボディと制御ユニットとが相互にはずれている場合は
審問電流は流れないため、これを検出して警報信号を簡
単に発生させることができる。
抵抗値があらかじめ決定した抵抗値に一致しないか、ま
たはあらかじめ決定した値(閾値)からずれた場合にも
警報信号を発生することができる。審問抵抗値は、審問
電圧と審問電流とから計算される。マイクロプロセッサ
をこのために用いることができる。すなわち、審問抵抗
値とあらかじめ決定した抵抗値またはあらかじめ決定し
た閾値との比較は、対応して設けられた比較器またはマ
イクロコンピュータを用いたソフトウェア処理によって
行われる。
サボディに対応して設けられるならば、審問電流の絶対
値に基づいてセンサの型式の区別、検出ができる。この
ために、確認抵抗器の審問抵抗値(または電流)と一以
上のあらかじめ決定した抵抗値(または電流)とを比較
する比較器を設ける。そして、審問抵抗値(電流)を一
以上のあらかじめ決定した抵抗値(電流)の中の対応す
る抵抗値(電流)が発見されるまで、あらかじめ決定し
た抵抗値(電流)と比較する。
中連続的にまたは間欠的に、または距離の計測に先立っ
て確認抵抗器の抵抗値または電流を審問するように制御
装置が形成される。この結果、センサボディと制御ユニ
ットの間のケーブル接続が何らかの理由によってはずれ
てしまっていても、審問電流によりこれを検出でき全計
測周期中にセンサボディと加工片(または対象)との間
の位置ずれを生ずることがなくなる。
電圧として交流が用いられ、審問電圧としては直流電圧
が用いられる。交流測定電圧は例えば容量性及び誘導性
センサ装置に適当で、一方直流電圧は、制御ユニットと
センサボディとの間の接続状態を検出するために簡単に
測定できるので、審問電圧として有利である。
直流電圧と交流測定電圧とは同軸ケーブルの同じ中心導
体を介して伝えられ、確認抵抗器は同軸ケーブルの中心
導体とシールド導体との間に接続される。従って、測定
電圧と審問電圧を伝えるために二導体を有するたった一
本のケーブルが必要であるだけであり、ケーブルは測定
電圧だけを伝える時にも必要なものである。従って、審
問電圧を伝えるために、他の付加的な電線または他のケ
ーブルは必要ない。
性センサ装置が用いられる。この構成において、確認抵
抗器は距離測定値には影響がない。例えば、容量性セン
サ装置における測定容量は同軸ケーブルの中心導体(ま
たはコア)とアース(加工片)との間の容量である。こ
れに対し、確認抵抗器は同軸ケーブルの中心導体とシー
ルド導体との間に設けられる。アクティブシールド(ac
tive shielding)を用いる場合、シールド導体と中心導
体とは同電位からなり、その結果制御ユニットとセンサ
ボディとの間が正確に接続されているならば、確認抵抗
器には電流が流れない。距離測定値は交流測定電圧から
例えばフィルタ等を用いて発生されるだけであるので、
直流電圧または審問電圧はやはり距離測定値には影響が
ない。誘導性センサ装置の場合には、確認抵抗器はセン
サエレメントまたはコイル装置と直列に接続される。
ットとセンサボディの間のケーブルは、二重遮蔽ケーブ
ル(triaxial cable)が用いられ、交流測定電圧はケー
ブルコアを介して伝えられ、確認抵抗器は同軸ケーブル
の二つのシールド導体間に接続される。
よれば、確認抵抗器はセンサボディに取り付けられたソ
ケットに取り付けられ、このソケットにケーブルがプラ
グを介して接続される。この型式の確認抵抗器の装着
は、ソケットをセンサボディ内に挿入する前に確認抵抗
器をソケットに接続できるので、センサボディの組立に
便利である。ソケットがセンサボディに固定されるの
で、確認抵抗器も同様にセンサボディに取り付けられ
る。誘導性センサ装置が用いられた場合は、確認抵抗器
は、コネクタソケット内に絶縁体によって保持されたコ
ネクタソケットの二つに分割されたの中心導体間に接続
されるようにコネクタソケット内に配設することができ
る。絶縁体はその場合確認抵抗器をも収容する。
f resistor)は確認抵抗器として好適に用いられ、特に
寸法が小さく、従って極めて簡単な方法によってコネク
タソケット内に組み込むことができる。
に運転することができ、その場合センサエレメントは容
量性エレメントであり、実質的にコンデンサの一個の電
極を形成し、他の電極は対象(または加工片)によって
形成される。
ができ、この場合センサエレメントは誘導性エレメント
である。例えば一個の誘導コイルか、対象(または加工
片)からの距離の関数としてインダクタンスが変化する
一組の誘導コイルが誘導エレメントとして用いられる。
スの変化の情報を含み、その結果制御ユニットはセンサ
ボディまたはセンサエレメントの対象または加工片から
の距離をこの情報に基づいて決定することができる。
置は、センサボディ1を含み、その先端にはセンサエレ
メント2が設けられている。センサエレメント2は例え
ば銅等の導電材料からなり、センサボディ1から電気的
に絶縁されている。加工片(ワークピース)3は、アー
スに接続されている。センサエレメント2と加工片3は
コンデンサを形成し、その容量は2つの部材2と3の間
の距離に対応する。
の側壁に配設され、センサボディ1から電気的に絶縁さ
れている。図示しない同軸プラグが同軸ケーブル5の一
端に接続され、このプラグが同軸ソケット6に接続され
る。また、この同軸ケーブル5の他端は制御ユニット6
に接続される。同軸ケーブル5は、中心導体(コア)7
と外部導体(シールド導体)8を含む。外部導体8は例
えばアースに接続される。同軸コネクタソケット4は、
中心導体9と、これに対して同軸状に配設される外側環
状導体10を有している。中心導体9と外側環状導体1
0の間には絶縁材料11が配設されている。外側環状導
体10はセンサボディ1に電気的に接続されている。
同軸プラグによって同軸ケーブル5のコア7に着脱自在
に接続される。そして外側環状導体10は同軸ケーブル
5のシールド導体8に接続される。
た線)12を介してセンサボディ1の内部でセンサエレ
メント2に電気的に接続されている。中心導体9は、確
認抵抗器13を介してセンサボディ1の内部で同軸コネ
クタソケット4の外側環状導体10に電気的に接続され
ている。確認抵抗器13はセンサボディ1がおかれる温
度範囲においてほんの少ししか変化せず実質的に一定と
考えられ予め分っている(または規定された)抵抗値を
示す。
離を計測するため、従来から知られている方法で数値を
定められた交流測定信号が制御ユニット6から同軸ケー
ブル5の中心導体7、中心導体9、及び遮蔽線12を介
してセンサエレメント2に伝えられる。例えば、交流測
定信号が固定された周波数を持っているならば、その振
幅が距離の決定に用いられる。
3の抵抗値を測定することによって制御ユニット6が同
軸ケーブル5を介してセンサボディ1に接続されている
か否かを確認する。このために、同軸ケーブル5の中心
導体7と中心導体9を介して確認抵抗器13に審問電圧
としての直流電圧を供給する。
相互の影響はない。これは測定容量は中心導体7または
中心導体9とアースまたは加工片3の間にあり、これに
対して確認抵抗器は中心導体7または中心導体9とシー
ルド導体8または外側環状導体10との間にあるからで
ある。距離測定値は適当に濾波(フィルタリング)した
交流測定電圧のみから発生するので、中心導体7に存在
する直流電圧または審問電圧には影響されない。この瀘
波は、例えばコンデンサを経路中に配置し、直結部分を
カットすることにより達成される。
プラグが同軸コネクタソケット4からはずれる等してセ
ンサボディ1から電気的に分離されてしまうと、直流ま
たは審問電圧は中心導体7に供給されるだけなので、直
流は中心導体7からシールド導体8には流れない。制御
ユニット6がこの状態を直流電流を測定することによっ
て検知すると、センサボディ1を加工片3に対して位置
決めする制御装置を不作動状態としまたは停止するため
の警報信号を発生する。センサボディ1はこのようにし
て加工片3に対して間違って運転されなくなる。
が同軸ケーブル5を介して相互に電気的に接続されてい
ると、直流電流は、中心導体7に供給される審問電圧及
び確認抵抗器13の抵抗値に応じて、中心導体7からシ
ールド導体8に流れる。その結果制御ユニット6はこの
場合は警報信号を発生せず、加えて測定した直流電流値
からセンサボディ1の型式を認識することができる。す
なわち、センサボディ1の型式に基づいて、確認抵抗器
13は異なる所定の抵抗値のものを用いているため、検
出した抵抗値によって型式を認識できる。例えば、セン
サボディ1を加工片3に関係して位置決めするための制
御プログラムをセンサボディ1の型式に応じて選択する
ことができる。
置を示し、図1に示した装置と同様の構成を有するが、
この場合センサボディは制御ユニット6とは二重遮蔽
(トリアキシャル)同軸ケーブル5aによって接続され
ている。
中心導体7aと二層の同軸で相互に絶縁されたシールド
導体8a、8bを含んでいる。外側のシールド導体8b
は例えばアースに接続される。二重遮蔽同軸ケーブル5
aは図示しない二重遮蔽同軸プラグによって、センサボ
ディ1の側壁に配設された二重遮蔽同軸コネクタソケッ
ト4aに電気的に接続することができる。
心導体9aと、相互間と中心導体9aとが同心状に配設
された二つの環状導体10a、10bを含んでいる。
は絶縁体11aが配設され、一方内側環状導体10aと
外側環状導体10bとの間には絶縁体11bが配設され
ている。外側環状導体10bはセンサボディ1に電気的
に接続されている。
9aが遮蔽線12を介してセンサエレメント2に接続さ
れる。ここで、このセンサエレメント2はコンデンサの
1つの電極として形成され、センサボディ1から電気的
に絶縁されている。更に、確認抵抗器13aは、センサ
ボディ1の内部に配設された二重遮蔽同軸コネクタソケ
ット4aの内側環状導体10aにその一端が接続され、
他端が外側環状導体10bに接続される。
サボディ1と加工片3との間の距離を計測するために、
二重遮蔽同軸ケーブル5aの中心導体7a、中心導体9
a及び遮蔽線12を介して交流測定信号がセンサエレメ
ント2に伝えられる。一方、直流電圧は、二重遮蔽同軸
ケーブル5aの内側シールド導体8aを介して確認抵抗
器13aに伝えられる。
シールド導体8a、8bがそれぞれ環状導体10a、1
0bに接続されて動作状態になると、確認抵抗器13a
の抵抗値は内側シールド導体8aを介して直流電流を測
定することによって判定でき、その結果、センサボディ
1の型式がこの方法によって判定できる。一方、二重遮
蔽同軸ケーブル5aの図示しない二重遮蔽同軸プラグが
二重遮蔽同軸コネクタソケット4aから引き抜かれてし
まうと、この場合はやはり直流電流が流れず、審問電圧
が内側シールド導体8aにのみ印加された時に、制御ユ
ニット6に警報信号を出力させる。
フィルム抵抗器を用いると有利であり、それは非常に小
さく、従って直接コネクタソケット4、4aの内部に装
着できる。
す。このセンサボディは中空であり、その下端より加工
用のレーザを射出するのに適している。
サエレメント2を先端部に備え、ノズル14を持ってい
る。このノズル14は、導電材料からなりセンサエレメ
ント2と導電接触する前端部15を備えている。しかし
ながら、この前端部15はノズル14の残余部16とは
電気的に絶縁されており、例えば適当なセラミック接着
剤によって前端部15と残余部16とが永久的に相互連
結されている。この残余部16はやはり導電材料からな
り遮蔽機能を持っている。導電スリーブ17がノズルを
同心状に包囲し、このノズルに接続されている。導電材
料からなるカップナット18は、センサエレメント2の
フランジ2aを包囲してスリーブ17にねじ込まれ、セ
ンサエレメント2をノズルの前端部15の先端に保持す
るために用いられる。カップナット18は、センサエレ
メント2または外側フランジ2aと接続する領域で電気
的に絶縁され、その結果センサエレメント2とカップナ
ット18とは相互に何らの電気的接触もない。一方、カ
ップナット18はスリーブ17と導電接続され、スリー
ブ17を介してノズル14の残余部16と導電接続され
る。
タソケット4がねじ込まれ、このソケット4に図1に示
した同軸ケーブル5が図示しない同軸プラグを介して接
続することができる。同軸コネクタソケット4の外側環
状導体10はスリーブ17に導電接触し、このスリーブ
17は遮蔽電位となる。遮蔽電位はまたアース電位、ま
たはアクティブシールドの場合は計測電位である。同軸
コネクタソケット4の中心導体9は、絶縁体11によっ
て外側環状導体10から電気的に絶縁され、中心導体9
はセンサボディ1の内部において遮蔽線12を介してノ
ズル14の前端部15に電気的に接続されている。制御
ユニット6から供給された交流測定信号は従って、中心
導体9と遮蔽線12を介して前端部15に至り、そこか
らセンサエレメント2に至る。部材16、17、18は
また、遮蔽要素としても用いられている。
は、中空シリンダ状に形成された外側環状導体10の内
側に配設され、こうして損傷から保護されている。確認
抵抗器13の一端は中心導体9に接続され、一方確認抵
抗器13の他端は外側環状導体10に接続されている。
この確認抵抗器13は、同軸コネクタソケット4をスリ
ーブ17にねじ込む前に、同軸コネクタソケット4内に
装着することができる。一方、絶縁体11が外側環状導
体10の中空空間を全部満している場合は、外側環状導
体10の内部に確認抵抗器13を配設する代りに、絶縁
体11の端面上に配設することになる。なお、図3にお
ける確認抵抗器13の動作モードは、図1の確認抵抗器
13の動作モードに相当する。
4aの場合は、確認抵抗器13aは絶縁体11bの内側
前端に配設することになる。
認抵抗器を配し、制御ユニットからケーブルを介して前
記確認抵抗器に測定電圧に影響を及ぼさない審問電圧を
与えてその抵抗値を審問して距離測定を行う構成とした
ことにより、審問抵抗値が設定値からはずれた場合には
少なくとも警報を発生することができ、位置の確認によ
る制御を伴う装置に損傷を生ずることを防止できる。
によって接続された、この発明による容量性センサ装置
の概略構成図である。
ケーブルによって接続された、この発明による容量性セ
ンサ装置の概略構成図である。
の一部縦断正面図である。
Claims (13)
- 【請求項1】 センサボディと、このセンサボディに配
設され自己と測定対象との間の距離を非接触で計測する
センサエレメントと、このセンサエレメントに測定電圧
を供給すると共に距離を決定するために測定電圧を評価
する制御ユニットと、前記センサボディと制御ユニット
を接続して測定電圧を伝えるために用いられるケーブル
とを備え、確認抵抗器が前記ケーブルに接続されてセン
サボディに取り付けられ、制御ユニットは、測定電圧に
は影響を与えない審問電圧を前記ケーブルを介して確認
抵抗器に供給して確認抵抗器の審問抵抗値を検出するよ
うに形成されることを特徴とするセンサ装置。 - 【請求項2】 制御ユニットは、確認抵抗器の審問抵抗
値を一以上のあらかじめ決定した抵抗値と比較する機能
を有することを特徴とする請求項1に記載のセンサ装
置。 - 【請求項3】 制御ユニットは、審問抵抗値があらかじ
め決定した抵抗値に一致しないか、あるいはあらかじめ
決定したしきい値よりも大きいときに警報信号を発生す
ることを特徴とする請求項2に記載のセンサ装置。 - 【請求項4】 制御ユニットは、距離計測の前、または
距離計測中継続して、または距離計測中間欠的に確認抵
抗器の抵抗値を審問することを特徴とする請求項1から
3のいずれかに記載のセンサ装置。 - 【請求項5】 測定電圧が交流であり、審問電圧が直流
であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記
載のセンサ装置。 - 【請求項6】 ケーブルは同軸ケーブルであり、前記直
流審問電圧と交流測定電圧とは同軸ケーブルの同じ中心
導体を伝送され、確認抵抗器は同軸ケーブルの中心導体
とシールド導体との間に接続されることを特徴とする請
求項5に記載のセンサ装置。 - 【請求項7】 ケーブルは二重遮蔽同軸ケーブルであ
り、交流測定電圧は前記ケーブルの中心導体を伝送さ
れ、確認抵抗器は、同軸ケーブルの二重シールド導体間
に接続されることを特徴とする請求項5に記載のセンサ
装置。 - 【請求項8】 ケーブルは同軸ケーブルであり、直流と
交流測定電圧は同軸ケーブルの同じ中心導体を伝送さ
れ、確認抵抗器は同軸ケーブルの中心導体とセンサエレ
メントとの間に接続されることを特徴とする請求項5に
記載のセンサ装置。 - 【請求項9】 確認抵抗器はセンサボディに取り付けら
れたコネクタソケットに配設され、このソケットにプラ
グを介してケーブルが接続されることを特徴とする請求
項1から8のいずれかに記載のセンサ装置。 - 【請求項10】 確認抵抗器はマイクロメルタルフィル
ム抵抗器であることを特徴とする請求項9に記載のセン
サ装置。 - 【請求項11】 センサエレメントは容量性エレメント
であることを特徴とする請求項5、6、7、9のいずれ
かに記載のセンサ装置。 - 【請求項12】 センサエレメントは誘導性エレメント
であることを特徴とする請求項5、7、8、9のいずれ
かに記載のセンサ装置。 - 【請求項13】 確認抵抗器はコネクタソケットの二端
間に配設されることを特徴とする請求項8、9及び12
のいずれかに記載のセンサ装置。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4035403A DE4035403A1 (de) | 1990-11-07 | 1990-11-07 | Sensorsystem zur beruehrungslosen abstandsmessung |
DE40354032 | 1990-11-07 | ||
DE4035403:2 | 1991-10-07 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH0518791A true JPH0518791A (ja) | 1993-01-26 |
JPH0756442B2 JPH0756442B2 (ja) | 1995-06-14 |
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ID=6417814
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