JPH11513497A - 導電性材料の測定物体の寸法および位置を求める誘導装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 測定物体において時変磁界を発生する１個の送信機コイル（５，７，９，１１）と送信機コイル、受信機コイルお ＭＵ）の相互の位置によって決まる電圧が誘起される１個の受信機コイル（６，８，１０，１２）とからなる少なくとも一対の関連するコイルを含む導電性材料の測定物体（１）の寸法および位置の非接触決定装置。この装置は２つの枝路（１，２）およびその間に配置された保持部（３）を有するＵ字型構造、Ｕセンサを含み、送信機および受信機コイルはＵセンサの枝路に固定され測定物体はＵセンサの開口内の中央に配置される。

Description

【発明の詳細な説明】 導電性材料の測定物体の寸法および位置を求める誘導装置 技術分野 本発明は電磁誘導に基づいた導電性材料の管、棒もしくは桁等の寸法の非接触 決定を行う測定装置に関する。また、本装置は黒鉛、導電性セラミック、等で出 来た製品の測定に使用することもできる。 本発明は前記した製品の製造時に、製造工程中の連続監視に使用するのに適し ている。また、本装置は圧延製品の最終寸法を制御する装置内のセンサの一部と することもできる。それにより、不合格確率の低減等が達成される。 この測定装置は、これと同時に出願された、特許出願“導電性材料の物体の寸 法および位置の誘導測定”ＳＥ．．．．，に記載された測定原理に基づいている 。 背景技術 管、棒、桁等の製品の位置および、高さや幅等の、さまざまな寸法の一つの周 知の非接触測定方法はビームのシェーディングや反射に基づいた光学的方法を使 用するか、あるいはビデオカメラで撮像した画像を処理することである。 とりわけ、汚染および時には高温を伴う多くの製造工程の環境では、このよう な装置の信頼度および精度が劣化する。 導電性測定物体の寸法および位置を誘導方法により測定することが従来知られ ている。その場合、導電性測定物体内に電流を誘起する時変磁界を発生する送信 機コイルが使用される。これらの電流により磁界が発生され、それにより受信機 コイル内に電圧が誘起され、この電圧は幾何学的条件だけでなく、とりわけ、測 定物体の形状、導電率、および透磁率によって決まる。この電圧から、ある条件 の元で、測定物体の距離や位置等の幾何学的寸法を計算することができる。時変 磁界を発生するために、米国特許第４４７５０８３号に開示されているように送 信機コイル内の正弦波電流を使用することができ、あるいは米国特許第５０５９ ９０２号に開示されているように突然遮断される定電流を使用することができる 。後者の方法は測定技術の観点からよりロバストであり、測定物体のさまざまな 属 性の分離が容易になる。しかしながら、これらの測定装置の一つの問題点は位置 が変化する時の測定物体の寸法を求めることである。 米国特許第５２７０６４６号には帯板の幅を測定するためのコイルの配置方法 が開示されている。しかしながら、この技術は比較的限定された幅の帯板にしか 使用できない。さらに、正しく機能するには帯板のエッジが実質的に平面である と仮定される。距離の変動を正しく補償するのが困難であるために、本質的に帯 板と測定コイルとの間の距離が大きくなる場合には、多くの応用にとって精度は 十分ではない。 導電性物体の距離、厚さおよびそこから引き出される寸法の従来の誘導測定装 置に共通していることは、送信機および受信機コイルが同じ対称軸に関連して配 置されるすなわち測定物体の異なる側に配置されることである。また、同じコイ ルが送信機および受信機コイルとして使用されることもある。したがって、送信 機コイルから発生される磁界は測定点において測定物体の表面に実質的に直角と なるか、あるいは少なくとも測定物体の表面に向かう大きい成分を有することに なる。その結果、測定物体内のさまざまな深さからの電流および磁界が測定信号 に寄与し、測定信号は材料に依存すると共に測定を行う位置周りの比較的大きい 領域における測定物体の厚さおよび形状に依存するようになる。 発明の要約 本発明は２つの枝路とその間に配置された１つの保持部を有する以後“Ｕセン サ”と呼ぶＵ字型構造を含んでいる。測定中に、測定物体はＵセンサの内部開口 中央にできるだけ遠く配置される。測定原理はＵセンサ内に固定されている少な くとも１個の送信機コイルと１個の受信機コイルに基づいている。それらは、送 信機コイルから発生される磁界が想定測定領域において測定物体の表面に実質的 に平行となるように互いに配置される。受信機コイルは、送信機コイルから生じ る想定磁界線が測定点において測定領域に接触し、磁界線はその延長部が受信機 コイルに達するように配置される。それは問題とする測定点に関してコイルを実 質的に対称に配置し、送信機コイル、測定点、および受信機コイルが同じ一つの 円弧上にできるだけ遠く配置され円弧は測定領域に対して外向きに湾曲されるこ とにより達成される。 米国特許第５０５９９０２号には送信機コイルの有利な給電方法が記載されて いる。それには、磁界を準静止と見なすのに十分な持続時間を有する定電流の供 給が記載されている。 送信機コイル内の定電流が遮断された後で時間の関数として受信機コイル内に 誘起される電圧は、時間ｔ１において、 −時間ｔ２まで迅速に減衰し、コイルと測定物体との間の空間の迅速に減少する 磁界により誘起される短い電圧パルスＳ１と、 −時間ｔ２から著しく緩やかに減衰し、表皮効果により緩やかに減少する測定物 体内の磁界に関係する電圧パルスＳ２と、 を含んでいる。 測定領域に対するコイルの前記した対称配置およびコイルと測定点の前記した 同じ円弧上の配置に基づいて、円弧の中心と測定点との間の延長線上の測定領域 の位置を求めることができる。この位置すなわち線上の固定基準点、例えば円弧 中心、からの距離は電圧パルスＳ１のｔ１とｔ２間の積分および電圧パルスＳ２ のｔ２とｔ３間の積分との線型結合により求められ、ｔ３は次のように決定され る。 好ましくは、時間ｔ３はｔ３−ｔ２が時間差ｔ２−ｔ１と同程度となるように 選択され、係数ａおよびｂは材料間のＭの違いができるだれ小さくなるように導 電率の異なる材料でできた測定物体により校正を行った後で選択される。時間差 ｔ３−ｔ２が２（ｔ２−ｔ１）に等しく選択されれば、ａおよびｂは実質的に等 しく前記した校正は行う必要がない。 測定物体の複数の異なる寸法、例えば高さおよび幅、を測定できるようにする ために、本発明に従った複数の関連する送信機および受信機コイルが測定物体の 周りに配置される。次に、互いに影響を及ぼさないようにするために、送信機コ イルの供給電流は通常異なった時間に遮断される。 本発明に従ったセンサの一つの利点は、前記した測定物体の中心位置からの逸 脱に特に敏感ではないことである。それは測定領域の位置変化が測定領域と任意 のコイルとの間の距離の１０〜３０％よりも小さければ、センサにより位置変化 の関連する寸法が提供されることを意味する。 図面の簡単な説明 図１は本発明に従ったＵセンサの好ましい実施例を示す。 図２は送信機コイルの供給電圧が遮断される時に受信機コイル内に誘起される 電圧を示す。 図３および図４はＵセンサの別の好ましい実施例を示す。 図５は本発明に従った装置に含まれるユニットの原理を示す。 好ましい実施例の説明 本発明に従ったＵセンサの好ましい実施例を図１に示し、Ｕセンサの２つの枝 路１，２およびその間に配置された保持部３が図示されている。前記したように 、測定物体４はＵセンサの内部開口の中央にできるだけ遠く配置され、好ましい 実施例は所与の基準に対する測定物体の４つの測度すなわち距離を求めようとす るものである。 センサの内部開口の中央に配置されたｘ−ｙ座標系から始まって、寸法の２つ している。同様に、他の２つの測定領域は測定物体の、それぞれ、左側ＭＶおよ び右側ＭＨｘ−座標に対応している。これら４つの寸法から開口内の測定物体の 、幅や高さだけでなく、位置も計算することができる。 測定領域をカバーして寸法ＭＶを求められるようにするために、測定物体への 接線磁界５ａを発生する関連する送信機コイル５、および受信機コイル６は枝路 １内になければならない。同様に、測定物体への接線磁界７ａを発生する関連す る送信機コイル７およびＭＨを決定する受信機コイル８は枝路２内になければな らない。 連する送信機コイル９は枝路１内にまた受信機コイル１０は枝路２内になければ ならない。同じことはＭＵの決定にも当てはまり、測定物体への接線磁界１１ａ を発生する送信機コイル１１および受信機コイル１２は、各々が各枝路内になけ ればならない。 原理的に、関連するコイルのいずれが送信機コイルもしくは受信機コイルとし て作動するかは関係ない。純粋に実用上の観点から、さまざまな寸法の測定は複 数の異なる方法で実施することができる。しかしながら、一般的な必要条件は、 測定シーケンス中にＵセンサの開口内で測定物体の位置が変化したと見なすこと ができないような短時間内に全測定シーケンスを実施しなければならないという ことである。受信機コイル内に誘起される電圧の感知が各コイルについて次々に 続いて実施されるように測定シーケンスを適合させることができる。本発明の範 コイルの供給電流が同時に遮断され、各受信機コイルの誘起電圧の測定が同時に 行われることである。 さまざまな寸法の評価は本発明の要約に記載した方法に従って実施される。図 ２は電圧パルスＳ１およびＳ２からなる受信機コイルに誘起される電圧を示す。 例えば基準点としてのコイル５，５と測定領域ＭＶに関連する円弧５６の中心 ｃ１およびコイル７，８とＭＨに関連する円弧７８の中心ｃ２、およびこれらの 中心間の距離Ａに基づいて、図１に従った寸法ＭＶおよびＭＨを入手することに より、測定物体の幅Ｄ１を次式に従って求めることができる。 Ｄ１＝Ａ−（ＭＶ＋ＭＨ） Ｄ２も同様に求めることができる。 したがって、所与の基準点間の直線上の中点に関する測定物体の横方向位置は 次式により求めることができ、 ＳＬ＝ＭＶ−ＭＨ 同様に、垂直位置ＨＬも求めることができる。 本発明の範囲内で、送信機コイル、受信機コイルの数およびそれらの相互配置 に関して複数の異なる実施例を使用することができる。その例が、これと同時に 出願された、特許出願“導電性材料の物体の寸法および位置の誘導測定”、ＳＥ ．．．．に記載されている。 図１に従ったＵセンサから読み取ることができるよりも多くの測定物体の形状 に関する情報を得たい場合には、図３に従った実施例を適切に使用することがで きる。ここでは、図１に従った受信機コイル６，８は各円弧の両側に配置された ２個の隣接コイル６ａ，６ｂおよび８ａ，８ｂに、それぞれ、置換されている。 同様に、受信機コイル１０，１２は隣接コイル１０ａ，１０ｂおよび１２ａ，１ ２ｂに、それぞれ、置換されている。コイルの中心線は互いに実質的に平行であ りかつ前記した対称線に平行である。受信機コイル６ａ，６ｂに誘起される電圧 の和は、図１に従った受信機コイル６と同様に寸法ＭＶに関する情報を提供する 。 同様に、 し、 −受信機コイル１０ａ，１０ｂに誘起される電圧の和は寸法ＭＨに関する情報を 提供し、 −受信機コイル１２ａ，１２ｂに誘起される電圧の和は寸法ＭＵに関する情報を 提供する。 分割された受信機コイルの利点は、それぞれ、受信機コイル６ａ，６ｂおよび １０ａ，１０ｂおよび１２ａ，１２ｂに誘起される電圧間の関係を調べれば、測 定物体の形状の寸法が得られることである。 測定物体の離心率が限定されている場合には、図４に従った実施例を使用する ことができる。送信機コイル５は寸法ＭＶおよびＭＵに対応する両方の測定領域 に平行な磁界線を与える磁界を発生する。それは送信機コイルへの供給電流が遮 断されると、受信機コイル６および受信機コイル１３に電圧が誘起されることを 定領域に平行な磁界線を発生する。送信機コイル１４の供給電流が遮断されると 、同じ受信機コイル６および１３に電圧が誘起される。 送信機コイルへの供給電流の発生、受信機コイルの両端間に誘起される電圧の 測定および評価を含む本発明に従った装置による測定過程はアナログ、デジタル 、もしくはデジタルおよびアナログ技術の組合せとすることができる従来の方法 により実施される。例えば、供給電流の発生および誘起電圧の積分はアナログエ レクトロニクスを使用して実施され、測定物体の寸法および位置に関する積分信 号 の評価はマイクロプロセッサでデジタル技術により実施される。したがって、本 発明に従った装置が機能するには、原則として図５に従って、送信機および受信 機コイルの他に送信機コイルを磁化するための磁化ユニット１５および計算ユニ ット１６が必要である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 測定物体において時変磁界を発生する送信機コイル（５，７，９，１１ ） ＭＵ）の相互の位置によって決まる電圧が誘起される受信機コイル（６，８，１ ０，１２）とからなる少なくとも一対の関連するコイルを含む導電性材料の測定 物体（１）の寸法および位置を決定する装置であって、該装置は２つの枝路（１ ，２）およびその間に配置された保持部（３）を有するＵ字型構造、Ｕセンサを 含み、送信機および受信機コイルはＵセンサの枝路に固定され測定物体はＵセン サの開口内の中央に位置するようにされている、ことを特徴とする装置。 ２． 請求項１記載の導電性測定物体（１）の寸法および位置の非接触測定装 置であって、該装置は磁界を準静止と見なすことができるような持続時間の定電 流を送信機コイル内へ送る一体型磁化ユニット（１５）を含み、定電流が遮断さ れる時に時変磁界が生じることを特徴とする装置。 ３． 請求項１記載の導電性材料の測定物体（１）の寸法および位置を決定す る装置であって、送信機コイルはそこから発生される磁界線（５ａ，７ａ，９ａ ， うにＵセンサ内に配置される、ことを特徴とする装置。 ４． 請求項１記載の導電性材料の測定物体（１）の寸法および位置を決定す る装置であって、関連する一対のコイルの受信機コイルは測定領域に平行に延在 し送信機コイルにより発生される磁界線が受信機コイルを横切するようにＵセン サ内に配置されている、ことを特徴とする装置。 ５． 請求項１記載の導電性測定物体（１）の寸法および位置の非接触測定装 置であって、関連する一対のコイルにおいて、送信機コイルおよび受信機コイル は測定領域から直角に延在する対称線（ｘ，ｙ）の異なる側に実質的に対称的に 配置されており、送信機コイル、測定領域および受信機コイルは実質的に対称線 上に中心（ｃ１，ｃ２）を有する測定領域から外向きの一つの同じ円弧（５６， ７８）上に配置されている、ことを特徴とする装置。 ６． 請求項４記載の導電性測定物体（１）の寸法および位置の非接触測定装 置であって、該装置は時間ｔ１において遮断される送信機コイルの電流に関連し て受信機コイルに誘起される、時間ｔ１−ｔ２の電圧パルスＳ１および時間ｔ２ で開始する緩やかに減少する電圧パルスＳ２からなる、電圧を入力信号として有 し、計算ユニットは測定物体の測定領域（５）に直角な対称線（ｘ，ｙ）上の測 定物体の位置の寸法Ｍを次式に従って計算するようにされており、 ここに、時間ｔ３は好ましくは時間ｔ３−ｔ２が時間ｔ２−ｔ１と同程度となる ように選定され、係数ａおよびｂは材料間のＭの違いができるだけ小さくなるよ うに導電率の異なる材料でできた測定物体により校正した後で選定される、こと を特徴とする装置。 ７． 請求項１記載の導電性測定物体（１）の寸法および位置の非接触測定装 置であって、関連する送信機および受信機コイルの各対は関連する円弧の両側に 配置され対称線に平行な実質的に平行な中心線を有する２個の受信機コイル（６ ａおよび６ｂ，８ａおよび８ｂ，１０ａおよび１０ｂ，１２ａおよび１２ｂ）を 含む、ことを特徴とする装置。 ８． 請求項１記載の導電性測定物体（１）の寸法および位置の非接触測定装 置であって、送信機コイル（５）はそこから生じる磁界線が２つ以上の測定領域 （ＭＶ，ＭＵ）に平行に延在できるように配置されている、ことを特徴とする装 置。