JPH07198309A

JPH07198309A - 容量センサ装置

Info

Publication number: JPH07198309A
Application number: JP4150670A
Authority: JP
Inventors: Manfred Jagiella; マンフレッド・ヤギーラ; Topkaya Armet; アーメト・トプカヤ
Original assignee: Baitomiyuraa Interufuase & Co GmbH; Weidmueller Interface GmbH and Co KG
Current assignee: Baitomiyuraa Interufuase & Co GmbH; Weidmueller Interface GmbH and Co KG
Priority date: 1991-06-11
Filing date: 1992-06-10
Publication date: 1995-08-01
Also published as: DE4119244A1

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】この発明は容量センサ装置に関する。この種
類の容量センサ装置はすでに発達状態にありかつセンサ
ヘッドを含み、それは電極を保持し、センサ電位がそれ
に与えられ得る。【構成】この容量センサ装置はセンサヘッド１は電極
２を保持し、それに対してセンサ電位が与えられ得る。
センサヘッドには電極に隣接して位置される少なくとも
１つの付加的な電極がさらに設けられる。さらに、セン
サ電位またはスクリーン電位を個々の電極に選択的に与
えることを可能にするために容量センサ装置は切換装置
４ないし８を含む。センサ電位のための電極の選択によ
って、センサヘッドの視覚の範囲が述べられた要求に従
って調整され得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の背景】この発明は特許請求の範囲の請求項１の
導入部分に従う容量センサ装置に関する。この種類の容
量センサ装置はすでに発達状態にありかつセンサヘッド
を含み、それは電極を保持し、センサ電位がそれに与え
られ得る。

【０００２】前記センサ装置によって、たとえば導電性
の加工部材の表面とセンサヘッドの電極との間の距離、
ゆえに加工部材とセンサヘッドに接続された工具との間
の距離が測定され得かつ容量方法によって一定に保たれ
得る。

【０００３】センサヘッド上の電極は逆電極としての加
工部材とともに測定コンデンサを形成し、それは電流源
によって供給される。電流源は電源電圧を受取りかつ出
力で定振幅Ｉの交流ｉ_c（ｔ）を配達する。もし測定コ
ンデンサのリアクタンス性インピーダンス１／ωＣがＸ
_cと呼ばれると、以下の説明は測定コンデンサでの電圧
のための結果となり、すなわち、Ｕ_c（ｔ）＝Ｘ_c・ｉ_c（ｔ） …（１）ここでＸ_c＝１／ωＣ、ω＝２πｆおよびＣ＝ε・Ａ／
ｄ（理想のプレートのコンデンサに適合する）かつまた
ここでｉ_c（ｔ）＝Ｉｘｓｉｎ（ωｔ）であり、これに
よって、

【０００４】

【数１】

【０００５】となる。

【０００６】ここでｄは測定コンデンサのコンデンサプ
レートの間の距離であり、εは、誘電率、ｆは周波数、
Ａはコンデンサプレートの領域でありかつＩは交流ｉ_c
（ｔ）の定振幅である。

【０００７】もし式Ｉ／ε・Ａ・２πｆを定数とみなす
と、周波数ｆが一定であるとすれば、Ｕ_c（ｔ）＝ｄ・ｓｉｎ２πｆｔ …（３）となる。

【０００８】こうして、測定コンデンサでシヌソイダル
（ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ）の測定電圧Ｕ_c（ｔ）を得
て、その振幅は距離ｄに直接比例する。測定電圧Ｕ
_c（ｔ）と予め定められた電圧とを比較することによっ
て、したがって距離ｄは電極が加工部材の表面に並行の
工具またはセンサヘッドとともに移動されるときにそれ
が一定のままであるような方法で調整回路によって決定
されまた調整され得る。

【０００９】他方、誘電率εにおける変形の助けでコン
デンサプレートの間の距離が一定である場合に、コンデ
ンサプレートの間に介在される加工部材の厚みを測定す
ることもまた可能である。

【００１０】しかしながら、センサヘッドを用いての加
工部材の走査がある一定の点においてのみ実際に行なわ
れ、それによって従来のセンサ装置がどちらかといえば
短い時間内に加工部材の表面の傾きまたは厚みの外形を
走査するために適当でないということは不利である。こ
こでよりよい結果を得るために、いくつかのセンサヘッ
ドを同時に使用することが考慮されるが、いずれかの所
与の時間で得られた測定電圧を評価するためにそれぞれ
のセンサヘッドに対して別個の電子回路が存在せねばな
らないであろう。

【００１１】しかし、説明されたセンサ装置はさらにま
たほんの制限された範囲のみの加工部材の点走査で使用
され得、すなわちいずれの付加的な導電性のものも走査
の間コンデンサプレートの間で発生されないときにのみ
にそうである。このことはたとえばレーザ溶接のために
使用されるセンサヘッドでの場合になり得る。もしこの
種類のセンサヘッドがＣＯ₂溶接のために使用される
と、プラズマがセンサの先端と加工部材との間で形成さ
れ、その結果として距離を測定しかつ調整することが実
際的に最早可能でなくなる。したがって、ＣＯ₂レーザ
溶接のために、特別なセンサヘッドが使用されるべきで
あり、そこでは距離の測定のための電極はそれぞれの溶
接領域におけるノズルの先端のすぐ下には最早位置され
得ない。

【００１２】

【発明の概要】上で述べられた種類の容量センサ装置を
提供することはこの発明の目的であり、それで測定され
るべき本体のより大きな領域が短い時間の間に容量的に
走査され得、かつそれはさらにセンサ領域における異な
る問題に容易に適合し得る。両方の場合において、得ら
れる測定電圧を評価するために１つの評価回路のみが存
在すべきである。

【００１３】述べられた目的を達成するための解決策は
特許請求の範囲の請求項１の特徴を述べる部分において
特定される。この発明の有利な発展は従属クレームにお
いて見いだされ得る。

【００１４】この発明に従う容量センサ装置はそのセン
サヘッドがセンサ電位を与えられ得る電極を保持し、そ
れは以下の事実によって識別され、すなわち、センサヘ
ッドは電極に隣接して位置される少なくとも１つの付加
的な電極を保持し、かつ、センサ電位またはスクリーン
電位を個々の電極に選択的に与えることができるように
切換装置が存在する。

【００１５】切換装置によって、センサ装置の目的およ
び意図された目的に従って、それぞれに必要とされる電
位を対応する電位へと与えることが可能である。このた
めに、切換装置はたとえばマイクロプロセッサによって
制御され得る。

【００１６】センサヘッドの１つの位置で、したがっ
て、電極の適当な位置づけで、加工部材は電極の数に対
応する多数の位置で走査され得、それによって加工部材
は容量的に相対的に速く測定され得る。センサ電位はそ
れぞれに活性の電極に与えられ、一方で残余の電極はス
クリーン電位にある。それから、別の電極が活性電極と
して選択されるなどがおこる。所望の分解能に依存し
て、センサ電位は各々の測定方法に対しても同時に１つ
以上の電極に与えられ得、それはもしこのことが所望で
あるかまたは可能であるときにそうである。

【００１７】電極の配置をそれらの先端で支えかつたと
えばレーザ溶接のために使用されるノズルのようなセン
サヘッドの場合において、センサヘッドの先端での電極
の配線は前記切換装置によって変形され得、それはセン
サヘッドの使用に依存する。こうして、ＣＯ₂レーザ溶
接の場合において、スクリーン電位はセンサヘッドの先
端に位置される電極へと与えられ得、一方ですぐ上に位
置される電極はセンサ電位へと切換わり、こうして距離
または衝突の測定を達成する。もしセンサヘッドが他の
タスクのために使用され、そこではいずれの導電媒体も
そのポイント電極と加工部材との間で形成されず、それ
からポイント電極はセンサ電位へと切換られ得、一方で
その上の電極はそれからスクリーン電位に切換える。

【００１８】切換装置は以下にさらに詳細に説明される
ように最も多彩な電極構成および組み分けを許容する。
センサ装置はしたがって安価であると同様に非常に可撓
性があり、なぜならそれはたった１つの電子回路で電極
を介して配達された測定電圧を評価することができるか
らである。この発明の非常に有利な発達に従って、スク
リーン電位は活性スクリーン電位である。活性スクリー
ン電位はセンサ電位を利得Ｖ＝１で増幅器を通過させる
ことによって得られる。増幅器の出力で現われる電位は
それから活性スクリーン電位を構成し、それは遮へい目
的のために使用されるべきそれらの電極へと供給され
る。結果として、スクリーン電位の電極とセンサ電位の
電極との間にいずれの電位差も生じず、すなわちそれら
の間でいずれの電界（ｆｉｅｌｄ）パターンも存在せ
ず、それによって非常に正確なテスト信号がセンサ電位
の電極によって発生され得る。

【００１９】センサヘッドの個々の電極はたとえば一次
元または二次元分布において配置され得る。たとえば、
それらは直線または曲線において配置されるが、また二
次元分布にも配置され、方形、球、円錐形および円筒形
の表面を覆う。直線または円におけるいくつかの電極の
配置の場合において、もしより大きな本体領域が測定さ
れるなら、相対的な移動はセンサヘッドと走査されるべ
き本体との間の直線または他の線に直角に行なわれ得
る。もし他方で個々の電極がセンサヘッドの曲線状の周
囲表面上にかつそれと同軸上で配置されると、他の可能
な使用が考えられ、たとえばセンサヘッドおよびそれと
ともに工具を加工部材の対応する窪みの中心におくとい
うことである。

【００２０】この発明の非常に有利な発達に従って、電
極のそれぞれの群はスクリーン電位であるセンサヘッド
部分内に埋込まれ、かつそこから電気的に絶縁される。
センサヘッド部分は電極を横方向に取囲みかつそれらの
後部側面上でそれらを覆い、それによってそれらは外部
の妨害する影響からできるだけ完全に遮られる。このセ
ンサヘッド部分は永久的にスクリーン電位である。他
方、それによって取囲まれた電極は、その表面が自由で
あり、それはセンサ電位へとかつスクリーン電位へと選
択的に切換えられ得る。センサヘッド部分のスクリーン
電位はここでもまた活性スクリーン電位であることが好
ましく、それはセンサヘッド部分と電極との間の寄生的
な容量を完全に除外するためである。

【００２１】この発明の別の非常に有利な発達に従っ
て、電極のうちの１つはノズルのようなセンサヘッドの
先端に位置されるセンサ電極として構成され、かつ電極
の別のものはリング電極として構成され、それはセンサ
電極よりも上に位置される。センサ電極およびリング電
極はお互いからかつノズルヘッドから電気的に絶縁され
かつ切換装置によってセンサ電位およびスクリーン電位
へと切換えらえ得る。

【００２２】もし導電性の媒体がセンサ電極と加工部材
との間での形成を妨げられると、センサ電位はセンサ電
極へと与えられ得、一方でリング電極はスクリーン電位
である。この場合において、加工部材に関する距離の非
常に正確な測定はセンサヘッドを加工部材の表面に沿っ
て導くために行なわれ得る。しかしもし導電性の媒体が
センサ電極と加工部材との間で、たとえばＣＯ₂レーザ
溶接の間で発生すると、スクリーン電位は距離の測定の
間その下の領域を開ける（ｂｌａｎｋｏｕｔ）ために
センサ電極へと与えられる。その上の遮へいグリッド電
極はそれから距離の測定を行なうためにセンサ電位にな
る。

【００２３】最後の２つの電極配線配置において、電位
は測定の工程の間それらを調整した後一定のままにな
る。しかし他方、センサ電位がセンサ電極に与えられる
とき距離の測定を行なうためにかつセンサ電位がリング
電極に与えられるとき衝突監視を行なうために測定工程
の間前記電位を定期的に交換することもまた可能であ
る。距離の測定および衝突監視の双方は同じ測定回路で
実行され、その回路には切換装置を介してそれぞれの測
定電圧が与えられ得る。

【００２４】この発明の別の有利な発達に従って、セン
サ電極および／またはリング電極は周囲の方向に配置さ
れたいくつかのセンサまたはリング電極セグメントへと
分割され得、それらはお互いに電気的に絶縁され、こう
してセンサ装置に方向感度を与える。センサ電極および
リング電極の個々の電極セグメントは所望の横方向にお
ける距離の測定を行なうことを可能にするために選択的
にセンサ電位へと切換えらえ得る。この方法において、
たとえば溶接が、たぶんフィレット溶接へと導かれ得
る。

【００２５】上で説明されたリング電極はセンサヘッド
の軸方向においてセンサ電極よりも上に位置され、平面
が覆われた電極としてまた構成され得、こうして衝突監
視のための横方向において特定的に大きなかつ感度のあ
る視野を得る。

【００２６】この発明の有利な発達に従って、切換装置
はそれぞれの電極または電極セグメントに接続された切
換スイッチを含む。切換スイッチは、すでに説明された
ように、電極を選択的にセンサ電位およびスクリーン電
位へと切換えるためにマイクロプロセッサによって制御
され得る。好ましくは、切換スイッチはＣＭＯＳスイッ
チであり、なぜならこれらはスイッチを切られたときに
相対的に高いインピーダンスをかつ必要とされる低い入
力容量を有するからである。

【００２７】すでに説明されたように、切換装置はたと
えばプログラムの制御の下で個々の切換スイッチを開き
かつ閉じるためにマイクロプロセッサによって制御され
得る。切換スイッチを切換るための対応するプログラム
はたとえばもしセンサヘッドが電子評価ユニットに接続
されるとき使用されるセンサヘッドの機能として自動的
に選択され得る。電極からのテスト信号はそれからまず
一時的に電子評価ユニットのバッファストア内にストア
され、かつそれから所望の態様でさらに処理ささ得る。

【００２８】この発明の実際的な例は図面を参照して以
下にさらに詳細に説明される。

【００２９】

【好ましい実施例の説明】図１はこの発明に従う容量セ
ンサ装置の第１の実施例を示す。このセンサ装置はセン
サヘッド１を含み、それはいくつかの電極２を保持し、
それらは直線上にお互いに隣接して配置される。この場
合において、６つの電極２のみが示され、ここでは電極
２の数は実際的にはさらに大きなものでありかつそれは
たとえば１００またはそれ以上になり得る。電極２はセ
ンサヘッド１の中に埋込まれ、それはそれらが覆われま
たは横方向にかつそれらの後部領域においてセンサヘッ
ド１から遮へいされるような方法で行なわれる。センサ
ヘッド１はたとえば金属のような電気的に導電性の材料
から作られかつ活性スクリーン電位である。

【００３０】電極２はプレートのような構成でありかつ
たとえば方形の外形を有する。それらは同様に金属から
作られかつそれらの側部表面がお互いに密に隣接して配
置される。同時に、それらはセンサヘッド１の中にかな
り深く埋込まれているので、それらの自由正面はセンサ
ヘッド１の表面と同一平面である。電極２をセンサヘッ
ド１へと取付けるために、それらはセンサヘッド１に接
着される。全体として、したがって電極２の正面は平面
上に横に置かれ、そこにはまたセンサヘッド１の正面が
あり、それは電極２を完全に取囲む。

【００３１】電極２はさらにお互いにかつセンサヘッド
１から電気的に絶縁される。このために、電極２はたと
えば酸化物層のような電気的絶縁材料の表面の被覆を支
持し得る。センサヘッド１の表面にはまた電気的絶縁表
面被覆または酸化物層が設けられ得、こうしていずれの
短絡回路も電極それら自身の間でかつそれらとセンサヘ
ッド１との間で起こり得ず、それはたとえ万一電気的に
導電性の粒子がセンサヘッド１の走査表面上に偶然に射
突したとしてもそうである。

【００３２】電極２の各々は遮へいされたワイヤ３によ
って切換スイッチ４の共通の端子４ａに接続され、その
開閉接点４ｂの一方は活性スクリーン電位でありかつ他
方の開閉接点４ｃはセンサ電位である。切換スイッチ４
の切換位置に依存して、したがって活性スクリーン電位
またはセンサ電位は前記電極２に与えられ得る。センサ
ヘッド１は永久的に活性スクリーン電位である。すべて
の切換スイッチ４の一方の開閉接点４ｂは共通のワイヤ
５によってお互いに接続され、活性スクリーン電位がそ
れに与えられ、一方ですべての切換スイッチ４の他方の
開閉接点４ｃは共通のワイヤ６に接続され、それはセン
サ電位を受け取る。個々の切換スイッチ４の切換は別個
の制御ワイヤ７によって各々の場合において起こる。少
なくとも共通のワイヤ６と同様に切換スイッチ４のすべ
てが遮へい８によって外部の妨害する影響から遮へいさ
れる。

【００３３】制御ワイヤ７と同様に共通のワイヤ５およ
び６は図示されない電子制御ユニットに接続され、それ
によって個々の切換スイッチはたとえばプログラムの制
御の下で切換られ得る。このために、対応する制御信号
は制御ワイヤ７を介して切換スイッチ４へと伝送され
る。切換スイッチ４は好ましくはＣＭＯＳスイッチであ
り、それらはスイッチを切られるときに相対的に小さな
入力容量および高いインピーダンスを有する。切換スイ
ッチ４の制御はたとえば最初に図１において最も左側に
遠く離れたところの上の電極２のみがセンサ電位へと切
換えられ、一方で他のすべての電極２が活性スクリーン
電位になるような方法で行なわれ得る。それから、隣接
する電極２がセンサ電位へと切換えられ、一方で再びす
べての他の電極２が、つまり最初に説明した電極２と同
様に、活性スクリーン電位にまたはそのようになる。言
い換えれば、いずれの所与の時間でも測定する電極２は
図１において左から右へと切換えられる。１つの代わり
に、２つまたはそれ以上の電極２が１つのグループとし
て列方向において切換えられ得る。このことは、いずれ
かの所与の時間で所望とされる分解能に特に依存する。
当然、たった１つの電極をまた切換る際に、その後の時
点でコンピュータ手段によってそのときに得られたテス
ト信号を組合せることも可能である。このことは前記制
御装置においてマイクロプロセッサによって好ましくは
行なわれる。

【００３４】センサヘッド１と同様に非測定電極が活性
スクリーン電位であるという事実に起因して、ある方向
効果は測定電極２に関して得られる。この方向効果は活
性スクリーン電位をセンサ電位を越えるまでに増加させ
ることによってさらに増加され得る。

【００３５】図１の下で説明された原理はもちろん容量
センサ装置へとまた転置され得、そこではセンサヘッド
および電極は異なる方法で設計されまたは配置される。

【００３６】こうして、図２は二次元または平面センサ
ヘッド９を示し、それは平らな、方形のプレートとして
構成される。その主表面１０の１つの上で、それは方形
の窪み１１を含み、それは複数個の電極１２を受け取る
ことにかなう。電極１２は方形の窪み１１においてマト
リックスで配置され、こうして電極の列および行が形成
される。ここでまた電極１２はプレートのような構成で
あり、ここではそれらは方形の窪み１１内にかなり深く
埋込まれているので、それらの表面はセンサヘッド９の
主表面１０と同一平面である。その他の点では、図２に
示されるセンサヘッド９の構成は図１において示される
センサヘッド１の構成に対応する。ここで再び、各々の
電極１２は図示されない切換スイッチ４によって活性ス
クリーン電位またはセンサ電位へと切換えられ得る。こ
の応用に依存する電子制御ユニットによって、個々の電
極１２はそれから容量測定のために所望の態様で制御さ
れ得る。

【００３７】図３において、中空の円筒形のセンサヘッ
ド１３が示され、ここでは電極１４はその外側の周囲表
面上に配置される。電極１４は円筒形のセンサヘッド１
３の周囲の方向においてお互いに隣接して配置され、こ
れは一方が他方の上に上下に並ぶ２つのリングの状態に
おいてである。リングの数はまたより小さくまたはより
大きくなり得る。電極１４は円筒形のセンサヘッド１３
の外側表面内に埋込まれ、それはセンサヘッド１３の端
面領域１５および１６がそのままでありかつ電極がそれ
らの後部表面上でセンサヘッド１３からさらに覆われま
たは遮へいされるような態様においてである。センサヘ
ッド１３の全体は永久的に活性スクリーン電位であり、
一方で電極１４はまた切換スイッチ４（図示されず）に
よって選択的に活性スクリーン電位またはセンサ電位へ
と切換えられ得る。こうして電極１４は、図示されない
制御装置によって周囲の方向において成功裏にセンサ電
位へと切換えら得、そうしてセンサヘッド１３の視野は
３６０度回転され得る。いかに多くの電極１４がいかに
多くのリングにおいてセンサ電位へと同時に切換えられ
るかということは所望の分解能に依存する。その他の点
では、円筒形のセンサヘッド１３の構成は図１に示され
るセンサヘッド１のものに対応する。

【００３８】図３に示されるセンサヘッドの構成は適当
なセンサヘッドを特定の応用に利用可能にするために球
状のまたは円錐形のセンサヘッドに容易に置き換えられ
得る。この場合において、それぞれのセンサヘッドの電
極の表面はセンサヘッドそれら自身と同じ表面の屈曲を
表示することができる。もし電極が十分に小さければ、
それらはたとえ曲線状のセンサヘッドでさえも平面を有
することができる。

【００３９】図４はこの発明に従う容量センサ装置の別
の実施例を示す。このセンサ装置はノズルのようなセン
サヘッド１７を含み、それはたとえばレーザ溶接におい
て使用される。ノズルのようなセンサヘッド１７はその
先端でセンサ電極１８を保持し、それはレーザビームの
通過のための中心の開口を含む。加工部材は図４におい
て参照番号１９で与えられる。センサ電極１８よりも上
の軸方向において、センサヘッド１７の外側の周囲上で
環状の電極２０が一方が他方の後ろになる様に順に配置
され、その表面はセンサヘッドの表面と並行に延在す
る。環状の電極２０は中空の円錐形を構成し、ともに密
接して置かれかつノズルのようなセンサヘッド１７から
と同様にお互いに電気的に絶縁される。このために、そ
れらはまたたとえば酸化物層のような電気的に絶縁の表
面被覆を保持し得る。さらに、センサ電極１８はたとえ
ばまた酸化物層によってセンサヘッド１７および環状の
電極２０から電気的に絶縁される。

【００４０】電極１８および２０のすべては再び遮へい
された電気ワイヤによってそれぞれの切換スイッチ４
（図示されず）へと接続され、それによってセンサ電位
または活性スクリーン電位を選択的に受け取る。

【００４１】もし、図４に示されるセンサ装置で、図示
されない工具と加工部材１９の表面との間の距離が一定
に保たれると、一般的に測定がセンサ電極１８によって
行なわれ、それはそれからセンサ電位となる。センサ電
極１８によって捕えられた測定電圧は予め定められた電
圧と比較され、こうしてセンサ電極１８と加工部材１９
との間の距離および工具と加工部材１９との間の距離を
一定に保つ。この場合、距離の測定をできるだけ正確に
行なうことができるように電極２０は活性スクリーン電
位である。

【００４２】もしセンサ電極１８の視界の範囲が小さす
ぎると、より大きな視界の範囲へと変化させることが可
能である。このために、たとえば活性スクリーン電位が
センサ電極１８に与えられ、一方で１つまたはそれ以上
の隣接するリング電極２０がセンサ電位を受け取る。図
４において、センサ電極１８と同様に２つの上方のおよ
び下方のリング電極２０がそれぞれに活性スクリーン電
位であり、一方で２つの中心のリング電極のみがセンサ
電位を受け取るような場合が示される。電界パターンは
センサ電極１８上での切換の場合においてよりも今実質
的により高範囲にわたり、ここでさらに活性スクリーン
電位であるリング電極によって方向効果が得られる。

【００４３】この種類の視界の範囲における増加はたと
えば衝突の警告が与えられるときに行なわれる。より大
きな視野はセンサヘッドがある状況において移動されて
いくセンサヘッドの動く経路の領域における構造の早い
検出を許容する。もしそのような構造が検出されると、
センサヘッドの移動が直ちに止められるかまたは変更さ
れ、それは衝突が最早起こり得ないような方法において
である。そのような場合において、工具、この場合はレ
ーザがまたそのスイッチを切られ得る。

【００４４】機械加工される加工部材に依存して、異な
る視野が衝突監視のために必要とされ得、それによって
それとともに対応する数のリング電極２０がセンサ電位
へと切換えられ得る。センサ電極から対応する数のリン
グ電極へのセンサ電位の切換、またはその逆は周期的に
または定期的に行なわれ得、こうして加工部材１９に関
するセンサヘッド１７の移動の間距離の測定および衝突
監視の双方が行なわれ得る。この目的のために、制御装
置によって、それぞれの切換スイッチ４（図示されず）
がそれらの相関の制御ワイヤ７に従って切換えられ得
る。

【００４５】図５において図４に従うセンサヘッド１７
と類似のセンサヘッド１７ａが示され、それはまたノズ
ルのような構成であるがその外側の周囲表面上で個々の
リング電極の代わりに連続的な遮へいされた電極２１を
保持する。さらに正確には、センサヘッド１７ａのノズ
ル本体１７ｂ上にはまず遮へいグリッド電極２２が位置
され、活性スクリーン電位がそれに永久的に与えられ
る。遮へいグリッド電極２２は遮へいされた電極２１に
よって覆われ、ここで遮へいグリッドと遮へいされた電
極との間に電気的絶縁材料２３が存在する。ノズル本体
１７ｂの先端には、センサ電極１８がまた位置され、そ
れはそれからかつ遮へいされた電極２１から電気的に絶
縁される。

【００４６】センサ電極１８および遮へいされた電極２
１の双方は、図示されないワイヤによってそれぞれの切
換スイッチへと接続され、それによってそれらにセンサ
電位または活性スクリーン電位を選択的に与えることが
可能になる。したがって、図５に従う実施例において、
ちょうど図４に従う実施例においてのように、センサヘ
ッドの視覚の範囲の切換が行なわれ得、ここでしかしな
がら遮へいされた電極２１の制御の場合においてはそれ
がいくつかの部分電極に分割されていないので視界の範
囲は固定される。他方、図５に従う実施例はより容易に
かつ安価に行なわれ得る。

【００４７】この発明に従う容量センサ装置の別の実施
例が図６に示される。この容量センサ装置はノズル本体
２５を含み、それはノズル本体２５の先端領域２６およ
び残余の領域２７を含む。ノズル本体２５はその外側上
でかつ内側上の双方で円錐形のような構成を有する。先
端領域２６の自由端のみが中空の円筒形の外形を有し、
それによってノズル本体２５の内部のノズルチャネル２
８は先端に向かって円錐状に先細りとなりかつ最後に円
筒形のチャネルと併合する。

【００４８】ノズル本体の先端領域２６および残余の領
域２７は図６が示すように一方が他方の内側へときっち
りと取付けられ、かつお互いに絶縁され、それによって
それらの間でいずれの電気的な導電接続も存在しない。

【００４９】この実施例において、ノズル本体２５の残
余の領域２７はその表面で陽極化されるアルミニウムか
らなる。この陽極化された酸化物層は残余の領域２７と
先端領域２６との間で電気絶縁を形成する。先端領域２
６は黄銅からなる。２つの部分２６および２７はともに
厳密に接着され、これは非常に薄いセラミック接着剤の
層によって行なわれ、それは高度に温度の安定したかつ
さらには絶縁効果を有するものとして特定的に有利であ
る。

【００５０】ノズル本体２５はその上方部分がスリーブ
のようなエレメント２９内に設けられ、スリーブのよう
なエレメント２９の中心の開口３０を介して延在しかつ
図示されない外側の周辺フランジによってスリーブのよ
うなエレメント２９の内部において支持される。スリー
ブのようなエレメント２９内の開口３０はまたその上方
領域において円錐状であり、それによってノズル本体２
５の上方領域における外側の周囲表面がその上に置かれ
るようになる。結果として、スリーブのようなエレメン
ト２９と関連してノズル本体２５が中心に置かれる。さ
らに、中心の開口３０はノズルの先端に向かって面する
その下方領域において円筒形の外形を有し、ここで内部
ねじ山３１がそこに位置される。

【００５１】ノズル本体２５をスリーブのようなエレメ
ント２９内に速く締めつけるために、内側本体３３およ
び外側本体３４からなる締めつけエレメント３２がノズ
ルの先端の反対側から後者内へとねじで締めつけられ
る。内側本体３３はたとえば、はがねから作られかつそ
の内部において円錐状に構成され、それは締めつけエレ
メント３２がスリーブのようなエレメント２９に接続さ
れるときノズルチャネル２８がノズルの上方端部へとそ
れによって延在されるような方法によってである。この
場合において、内側本体３３はノズル本体２５の上方端
縁を押圧し、こうしてノズル本体２５がスリーブのよう
なエレメント２９から外へと落ちることを妨げる。内部
本体３３はこの場合においてはスリーブのようなエレメ
ント２９にねじで締めつけられ、それに対して内側本体
３３の外側周囲端縁上のねじ切りされたセクション３５
がスリーブのようなエレメント２９の上方領域における
軸状のボアの対応する内部ねじ山において係合する。

【００５２】外側本体３４はねじ切りされたセクション
３５よりも上に位置され、かつ内側本体３３を完全に包
囲する。内側本体３３および外側本体３４はたとえばと
もに接着され得、ここで外側本体３４は電気的絶縁材料
から作られる。外側本体３４はたとえばプラスチックか
ら作られ、それは円筒形の周囲表面を含み、それはノズ
ルの中心軸と同軸でありかつ外部ねじ山３６を保持す
る。この外部ねじ山３６によって、ノズルは材料の機械
加工装置の図示されない支持内へとねじで締めつけられ
得る。この場合において、ノズルは同時に材料の機械加
工装置から電気的に絶縁され、このことは外側本体３４
の非導電性の特性のためにそうである。

【００５３】スリーブのようなエレメント２９は内部ね
じ山３８を伴う放射状の貫通チャネル３７をさらに含
み、それによって図示されないコネクタソケットが放射
状の貫通チャネル内へとねじで締めつけられ得る。コネ
クタソケットは中心のかつ絶縁された内部コンダクタを
外部ねじ山が設けられた外部コンダクタと同様に有し、
ここでこの外部ねじ山は内部ねじ山３８内へと係合しか
つスリーブのようなエレメント２９と電気接触の状態に
ある。コネクタソケットは遮へいされたケーブルを接続
するのに役立つ。

【００５４】たとえば銅で作られるノズル電極には参照
番号３９が付けられる。ノズル電極はその外側上で円筒
形でありかつ外側の周辺フランジ４０を含む。それは先
端領域２６の円筒形の部分内で組合せの関係において介
在されかつその外側周辺フランジ４０によって先端領域
２６の端面上に留まる。ここで、ノズル電極３９の内部
に延在する円錐状のチャネルはノズルチャネル２８をノ
ズル電極３９の先端まで続けさせる。ノズルチャネル２
８はしたがって締めつけエレメント３２の上方端縁から
始まってノズル電極３９の先端部まで均等に先細りにな
り、かつノズル電極３９の端面上での最後の部分におい
てのみ軸方向のチャネル３９ａと併合する。

【００５５】ノズル電極３９は先端領域２６と直接電気
接触をし、それによって２つの部分が同じ電位になる。

【００５６】ノズル電極３９を先端領域２６へと取り付
けるために、保持エレメント４１が使用され、それはこ
の場合においてユニオンナット（ｕｎｉｏｎｎｕｔ）
として構成される。保持エレメント４１はまた電気的に
導電性の材料から作られるがノズル電極３９から電気的
に絶縁される。このために、保持エレメントはたとえば
表面酸化物層のような絶縁層を支持する。保持エレメン
トはアルミニウムから作られ得、それによって前記酸化
物または絶縁層は陽極化された酸化物層となるであろ
う。

【００５７】保持エレメント４１の一方の端縁４２はノ
ズル電極３９の外側周辺フランジ４０の後に係合し、こ
うしてノズル電極３９を先端領域２６の端面に向かって
引出し、それは保持エレメント４１がスリーブのような
エレメン２９に向けられる外部ねじ山によって中心の開
口３０の内部ねじ山３１内にねじで締めつけられるとき
にそうである。この場合において、保持エレメント４１
はノズル本体２５からある距離を隔ててそこに静止しか
つそれを完全に包囲する。

【００５８】すでに説明されたように、保持エレメント
４１は表面絶縁層を支持し、それによってそれはまた永
久に活性スクリーン電位であるスリーブのようなエレメ
ント２９から電気的に絶縁される。保持エレメント４１
は他方で、図示されない遮へいされたワイヤによって切
換スイッチ４へと接続され、それによって活性スクリー
ン電位またはセンサ電位を選択的に受け取ることができ
る。ワイヤ接続は前記ソケットを介して行なわれる。

【００５９】比較してみると、先端領域２６およびノズ
ル電極３９はお互いに電気的に導電性の関係において接
続される。ここで、しかしながら、先端領域２６は残余
の領域２７からそれらの間の絶縁層によって電気的に絶
縁され、一方でノズル電極３９は保持エレメント４１か
ら２つの部分の接続領域における保持エレメント４１の
前記表面被覆によって電気的に絶縁される。

【００６０】先端領域２６を介してセンサ電位または活
性スクリーン電位をノズル電極３９に与えることを可能
にするために、先端領域２６は遮へいされたコアへと接
続され、それはノズル本体２５および保持エレメント４
１またはスリーブエレメント２９の間の領域４３を通過
し、かつソケットに接続される。このコアはまた切換ス
イッチ４へと通じる。こうして、センサ電位または活性
スクリーン電位は上記の実施例においてまた示されるよ
うに、ノズル電極３９または保持エレメント４１に選択
的に与えられ得、このことは対応する動作状態に完全に
従って行なわれる。

【００６１】図７ａないし図７ｃに従って、ノズル電極
３９はいくつかのセクタ４３に分割され得、ここでこの
場合においては８つのセクタが存在する。その中心には
再びノズルチャネル３９ａがある。セクタ４３はお互い
に電気的に絶縁され、このことは適当な表面被覆によっ
て行なわれる。これらの表面被覆はまた酸化物層によっ
て再び行なわれ得る。セクタ４３はそれからともに接着
されノズル電極３９を形成する。各々の場合において、
１つのセクタ４３は切換スイッチ４に領域４３をまた通
過するそれ自身の遮へいされたワイヤによって接続さ
れ、このことは領域３７において上で説明されたソケッ
トを介して行なわれる。こうして、個々のセクタに選択
的にセンサ電位または活性スクリーン電位を与えること
が可能である。この場合において、セクタ４３はまた先
端領域２６から電気的に絶縁される。

【００６２】ノズル電極３９の方向感度を得るために、
セクタ４３は群を成してセンサ電位および活性スクリー
ン電位へと切換えらえ得、ここで異なる群は図７が示す
ように、ノズル電極３９の周囲の方向において成功裏に
相互接続される。破線において示されるセクタはその各
々が図７ａないし図７ｃに従って連続した時間でセンサ
電位であり、一方で他方のセクタは活性スクリーン電位
を受け取る。図７はノズル電極３９の端面の平面図を示
し、それによってセクタ４３は軸方向に延在する。

【００６３】図６に従う実施例の修正が図８に示され
る。そこでは同じ構成要素に図６におけるものと同じ参
照番号が与えられる。図８に従って、ノズル電極３９は
その軸方向の端部の一方で外部ねじ山４４を含み、それ
によって保持エレメント４１の内部端部ねじ山４５内へ
とねじで締めつけられる。この場合において、ノズル電
極３９はそれが先端領域２６の先端へと隣接するように
内部ねじ山４５内へとかなり深くねじで締めつけられ
る。図６と関連してすでに説明されたように、一方でノ
ズル電極３９および保持エレメント４１ならびに他方で
保持レエメント４１およびスリーブのようなのエレメン
ト２９がお互いに電気的に絶縁され、それによって再び
ノズル電極３９および保持エレメント４１には選択的に
センサ電位または活性スクリーン電位が供給され得る。
ノズル電極３９が先端領域２６と電気的に接触するの
で、対応する電位もまたこの先端領域に与えられ得る。
それぞれの切換スイッチ４とのワイヤ接続が図６におい
ての場合のようになされる。

【００６４】図６と関連してすでに説明されたように、
一方でノズル電極３９は所与の方向において測定を行な
うことを可能にするためにいくつかのセクタに分割され
得る。しかしまた図６および図８における保持エレメン
ト４１はたとえば半分にのようにいくつかのセクタに分
割され得る。分割はここでは以前のノズル電極３９での
ように軸方向において行なわれる。保持エレメント４１
の半割れの２つはそれらの表面で完全に陽極化され、こ
うしてともに接着され得る。保持エレメントの半割れの
２つはたとえばフィレット溶接における中心制御のため
に、たとえば左／右側の調整のために使用され得、ここ
でその半割れたちは交互にセンサ電位および活性スクリ
ーン電位を受け取る。もしセンサ電位が２つの半割れに
同時に与えられると、それらはまた高さの調整のために
使用され得る。当然、ユニオンナットはまた２つ以上の
セクタ、たとえば４つまたはそれ以上のセクタへと分割
され得、それによって穴をみつけるためにまたはセンサ
ヘッドを点に対称的に位置づけるためにそれを使用する
ことが可能となる。

【００６５】それぞれの電極から受け取られるすべての
測定電圧の評価のために、たった１つの電子評価ユニッ
トが必要とされ、それは測定電圧が切換装置によって電
子評価ユニットへと連続的に与えられるからであるとい
うことは再び指摘されるべきである。

【００６６】この発明に従うセンサ装置の別の実施例が
図９に示される。図６におけるものと同じ構成要素には
また同じ参照番号が与えられかつ再び説明されはしな
い。図６と異なって、図９に従う実施例において、ノズ
ル電極３９は外部端部ねじ山４６によって先端領域２６
の軸方向の内部ねじ山４７内へとねじで締めつけられ
る。ここで、ノズル電極３９および先端領域２６はお互
いに電気的に接触し、一方で先端領域２６は残余の領域
２７から電気的に絶縁され、このことは２つの部分の間
の接続層によって行なわれる。残余の領域２７はたとえ
ば永久的に活性スクリーン電位であり得る。同じことが
部分２６および２７から一定の距離をあけられて配置さ
れる円錐形のスリーブ４８に適用される。これはまた永
久的に活性スクリーン電位であり得る。円錐形のスリー
ブ４８の先端において、リング電極４９が介挿され、た
とえばそれは同軸のねじ山によってそこへと締めつけら
れる。リング電極４９はスリーブから電気的に絶縁さ
れ、かつたとえばたとえいずれかの既成のねじ山の領域
においてであってもその全体の表面上で電気絶縁層たと
えば陽極化された酸化物層を保持する。この場合におい
て、リング電極４９はノズル電極３９の上方端部を取囲
み、したがってノズル電極３９の細いネックをその外側
から遮へいする。活性スクリーン電位はワイヤＬ１を介
してスリーブ４８に直接与えられ、一方でリング電極４
９および先端領域２６の各々はワイヤＬ２およびＬ３に
よって切換スイッチ４へと接続され、それによって活性
スクリーン電位またはセンサ電位を選択的にこれらの構
成要素４９および２６に与えることを可能にする。ノズ
ル電極３９にはまた陽極化された酸化物層がその外部ね
じ山４６までの範囲にわたって設けられ、それによって
短絡回路がノズル電極３９とリング電極４９との間の領
域において確実に妨げられ得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】お互いが隣接して行に配置された電極を保持す
るセンサヘッドを有する容量センサ装置を示す図であ
る。

【図２】マトリックスに配置された電極を有するセンサ
ヘッドを示す図である。

【図３】ヘッドの周囲の方向においてお互いに隣接して
配置された電極を有する中空の円筒形のセンサヘッドを
示す図である。

【図４】その外側表面上に位置された付加的なリング電
極と同様に先端領域におけるセンサ電極を有するノズル
のようなセンサヘッドを示す図である。

【図５】その外側表面上に位置された付加的な遮へいさ
れた電極と同様にその先端領域におけるセンサ電極を有
するノズルのようなセンサヘッドを示す図である。

【図６】センサ電極がリング電極によって保持されるノ
ズルのようなセンサヘッドの正確な構成を部分的に断面
において示す図である。

【図７】ａないしｃはセグメントに分割される図６のセ
ンサ電極の平面図である。

【図８】別のノズルのようなセンサヘッドを介する断面
を示す図である。

【図９】さらに別のノズルのようなセンサヘッドを介す
る断面を示す図である。

【符号の説明】

１センサヘッド２電極３ワイヤ４切換スイッチ７制御ワイヤ８遮へい

フロントページの続き (72)発明者アーメト・トプカヤドイツ連邦共和国、デー・7500 カールスルーエ、41、ヘレンシュトラーセ、13・アー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】センサ電位が与えられ得る電極を保持す
るセンサヘッドを有する容量センサ装置であって、センサヘッド（１、１０、１３、１７…）が電極（２、
１２、１４、１８、３９）に隣接して位置された少なく
とも１つの付加的な電極（２、１２、１４、２１、４
１、４９）を保持し、さらに、センサ電位またはスクリーン電位を個々の電極に選択的
に与えることを可能にするために切換装置（４ないし
８）が存在することを特徴とする容量センサ装置。
【請求項２】スクリーン電位が活性スクリーン電位で
あることを特徴とする、請求項１に記載の容量センサ装
置。
【請求項３】センサヘッド（１、１３）が一列に配置
されたいくつかの電極（２、１４）を保持することを特
徴とする、請求項１または２に記載の容量センサ装置。
【請求項４】センサヘッド（１０、１３、１７）がお
互いに並行に延在する線においていくつかの電極（１
２、１４、２０）を保持することを特徴とする、請求項
１、２または３に記載の容量センサ装置。
【請求項５】線が直線であることを特徴とする、請求
項３または４に記載の容量センサ装置。
【請求項６】線が円であることを特徴とする、請求項
３または４に記載の容量センサ装置。
【請求項７】電極（２、１２）がセンサヘッド（１、
１０）の平面上に配置されることを特徴とする、請求項
５に記載の容量センサ装置。
【請求項８】電極（１４、２０）が球状の、半球状
の、円錐状のまたは円筒形のセンサヘッド（…１３、１
７）の曲線状の周囲の表面上にかつそれと同軸状に配置
されることを特徴とする、請求項６に記載の容量センサ
装置。
【請求項９】電極の群がスクリーン電位であるセンサ
ヘッド部分に埋め込まれ、かつそこから電気的に絶縁さ
れることを特徴とする請求項３ないし８のいずれかに記
載の容量センサ装置。
【請求項１０】電極（１８、３９）の１つがノズルの
ようなセンサヘッドの先端で位置されたセンサ電極とし
て構成されかつ電極の別のものがセンサ電極よりも上に
位置されるリング電極（２０、４１、４９）として構成
されることを特徴とする、請求項１または２に記載の容
量センサ装置。
【請求項１１】センサ電極（３９）がリング電極（４
１）によってセンサヘッドへと取付けられかつ２つの電
極の間に絶縁層が存在することを特徴とする、請求項１
０に記載の容量センサ装置。
【請求項１２】センサ電極（３９）が周囲の方向にお
いて配置されたいくつかのセンサ電極セグメント（４
３）に分割され、それらがお互いに電気的に絶縁される
ことを特徴とする、請求項１０または１１に記載の容量
センサ装置。
【請求項１３】リング電極（４１、４９）が周囲の方
向において配置されたいくつかのリング電極セグメント
に分割され、それらがお互いに電気的に絶縁されること
を特徴とする、請求項１０、１１または１２に記載の容
量センサ装置。
【請求項１４】リング電極（４１）がユニオンナット
として構成されることを特徴とする、請求項１０ないし
１３のいずれかに記載の容量センサ装置。
【請求項１５】リング電極（４１、４９）がスクリー
ン電位のセンサヘッドの部分（２９、４８）に取付けら
れ、かつ前記部分（２９、４８）から電気的に絶縁され
ることを特徴とする、請求項１ないし１４のいずれかに
記載の容量センサ装置。
【請求項１６】センサ電極（３９）、センサ電極セグ
メント（４３）、リング電極（４１、４９）およびリン
グ電極セグメントが電気的絶縁表面被覆を保持すること
を特徴とする、請求項１０ないし１５のいずれかに記載
の容量センサ装置。
【請求項１７】表面被覆が酸化物層であることを特徴
とする、請求項１６に記載の容量センサ装置。
【請求項１８】切換装置がそれぞれの電極または電極
セグメントに接続された切換スイッチ（４）を含むこと
を特徴とする、請求項１ないし１７のいずれかに記載の
容量センサ装置。
【請求項１９】切換スイッチ（４）がＣＭＯＳスイッ
チであることを特徴とする、請求項１８に記載の容量セ
ンサ装置。
【請求項２０】利得Ｖ＝１での振幅器を含み、それが
その入力でセンサ電位を受取りかつその出力で活性スク
リーン電位を配達することを特徴とする、請求項２ない
し１９のいずれかに記載の容量センサ装置。