JPS61172001A

JPS61172001A - 誘導測定センサの位置決め方法及び回路

Info

Publication number: JPS61172001A
Application number: JP60221722A
Authority: JP
Inventors: ヴオルフガング　ヤコブ―グリンスクグル; ウド　ミユーラー
Original assignee: Kontron AG Switzerland; Kontron AG Germany
Current assignee: Kontron AG Switzerland; Kontron AG Germany
Priority date: 1984-10-05
Filing date: 1985-10-04
Publication date: 1986-08-02
Anticipated expiration: 2009-03-16
Also published as: EP0176840A2; EP0176840A3; EP0176840B1; DE3436639A1; DE3583199D1; JPH0619695B2

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〕本発明は各座標について、互いに一定距離だけ離された
いくつかの導体が設けられている、測定台上の誘導測定
センサの位置決め方法に関する。

〔従来の技術〕

この種の公知の方法では、同じ電流が導体中を所定シー
ケンスで所定方向に流れ、センサーから送出される測定
信号から関連する座標の位置決定に使用する測定値が求
められる。

前記した方法の一つとして、センサーに電流信号系列が
送られこの系列によシ導体内に生じる誘導信号を抽出し
てこれらの誘導信号から誘導信号時間関数を形成し、こ
の関数から測定値を求めて関連する座標におけるセンサ
ーの位置決めに使用する。

この方法では、位置決め精度が制約されることが判って
いる。

本発明の目的は位置決め精度を高め且つセンサ−の台上
高さに対する精度の依存度を低下させることができるよ
うな方法と回路を提供することである。

このため、本発明に従った第１の方法によシ、センサー
内を流れる単位時間当り磁束の包絡線の２次導関数に対
応する変曲点信号が形成され、この変曲点信号が０付近
の値を二度目に通過する時期と導体への給電開始に従っ
て開始される基準信号との間の時間間隔が関連する座標
方向におけるセンサー位置の測定値として使用される。

本発明に従った第２の方法により、誘導信号時間関数包
絡線の２次導関数に対応する変曲点信号が形成され、こ
の変曲点信号が０付近の値を二度目に通過する時期と導
体のサンプリング開始に従って開始される基準信号との
間の間隔が関連する座標方向におけるセンサー位置測定
値として使用される。

一実施例に従って、付加信号が二度目にゼロ交差する時
期と基準信号との間の時間間隔が位置測定値として使用
される。

包絡線の１次導関数に対応する微分信号が前記包絡線か
ら形成される一方法において、付加信号が０付近の値を
最初に通過するのは微分信号が所定閾値よりも高い位置
の振幅を有する期間に限定されるように、付加信号の前
記レベルの二度目の通過を限定するのが有利である。

この種の測定方法により、センサーの座標法めは実際の
位置からおよそ２０μｍ以内の偏差で極めて正確に行う
ことができることが判った。

各座標について互いた一定距離だけ離されたいくつかの
導体を有する測定台上の誘導測定センサーの位置決め回
路は、所定シーケンス及び方向で導体をループに接続す
るスイッチング装置と、センサーもしくは導体中に磁束
パルス系列を発生する励起回路と、導体やセンサー内に
誘起される誘起電圧の中の磁束パルスを表わす部分の包
絡線の１次微分信号を発生する評価回路を有し、本発明
に従った回路は前記評価回路が微分信号を加えて包絡線
の２次微分に対応する変曲点信号を形成する第２の微分
回路と、変曲点信号が０付近の値を二度目に通過する時
期と磁束パルス系列の開始から一定の時間間隔の点にあ
る基準時間との間の時間間隔を測定する測定装置とを有
し、前記測定装置によシ測定される時間間隔を位置測定
値として使用することを特徴としている。

測定装置は変曲点信号の二度目の０軸交差と基準時間と
の間の時間間隔を測定するように構成することもできる
。一般的にこの測定によシ充分に正確な結果が得られる
。

非常に有利な実施例の一つの回路において、測定装置は
微分信号により制御され微分信号の振幅が所与の閾値を
越える時だけ作動する解除回路と、クロックと、クロッ
クからのパルスをカウントするカウンターと、磁束パル
ス発生開始から一定時間間隔離れた時点でカウンターへ
クロックパルスを放出する始動器回路を有し、且つ解除
回路の作動時に変曲点信号がゼロ付近の所定値を通る時
に必ずカウンタ停止信号を発生する弁別器回路とカウン
ト値のディスプレイやメモリ装置を有している。

弁別器回路は変曲点信号がゼロ軸と交差する時に停止信
号を発生するように設計することもできる。解除回路が
まだ解除されていないため、この停止信号はゼロ軸との
最初の交差では作動せずカウンタはカウントし続ける。

変曲点信号が導体の励起に対して同期的に変動する信号
と等しい時に停止信号を発生するように弁別器回路を設
計すると、測定精度を高めることができる。

微分回路は帯域濾波器として構成レノイズ及び干渉信号
を低減する利点を得ることができる。トもう一つの局面
に従って、微分信号の第２の傘１波の最大値め１０チ〜
６０％の間の値に閾値が投゛定される。

第１図に示す測定台上の一つの座標における測定センサ
の位置測定回路は、センサの巻線１中を流れる磁束の単
位時間当りの変化により決定される大きさを有する測定
信号をセンサの巻線１から線２を介して受信する。磁束
は関連する座標方向を有し所定シーケンスで電流パルス
が流れる測定台の平行に間隔の七られた格子線によシ発
生する。

従って巻線１の断面積には第２図に示すような磁束が流
れる。実施例において、電流によシ個々の格子線に生じ
る磁束Φを時間の関数として描く。

磁束の持続時間は電流の持続時間に等しく、磁束の大き
さは巻線１を収容するセンサと任意の時間に電流が流れ
る格子線との間の距離に依存する。

磁束は徐々に増大し、最大値に達した後２点において０
を通ることがお判りいただけると思う。この磁束００軸
交差は巻線１の電気的中点が格子線に対して対称的であ
る測定台上のセンサ位置に対応している。

第２図に斜線で示す磁束によシ巻線１内に電圧１　（１
，）が誘起され、この電圧曲線を第３図に示す。

第２図に示す各磁束パルスＭの先縁が一極性の電圧パル
スＩ＋を生じ、後縁唸同じ大きさで反対極性の電圧パル
スニーを生じる。後記するように、例えばサンプルホー
ルド回路を使用して、磁束パルスの先縁に対応する電圧
パルスエ＋のみをさらに処理するようＫすることができ
る。このようなサンプルホールド回路は従来技術の一部
でおって公知であるため、詳細説明は行わない。

第１図に示すように、測定信号は巻線１から線２を介し
てサンプルホールド回路３へ流れ、その出力からパルス
系列が送出され、パルス振幅は第３図の電圧パルスＩ＋
に等しく、従って実際上磁束パルスＭの振幅に対応して
いるが、第３図の点線で示すように、その幅は次のパル
スの開始点まで延びている。低域濾波器４を使用してこ
の電圧曲線を平滑化し、その遮断周波数は磁束パルスＭ
の繰返周波数よりも低い。このようにして、低域濾波器
４の出力から第２図の包絡線■に対応する曲線の電圧が
送出される。

帯域濾波器が低域濾波器４の出力に接続されていてそれ
は演算増幅器５を有し、そのＮ入力は（ａｋ抵抗器６と
コンデンサ７からなる直列回路を介して低域濾波器４の
出力に接続され、（ｂ）、抵抗器８及びコンデンサ９か
らなる並列回路を介してそれ自体の出力に接続されてい
る。抵抗器６及び８及びコンデンサ７及び９のサイズを
適切に選択すれば、この種の帯域濾波器は最大ラジアン
周波数まで６　（ＩＢの縁勾配を有し、明らかに抵抗器
６及びコンデンサ７０時定数の逆数よりも小さい。抵抗
器８とコンデンサ９の時定数は同じ値とすることができ
る。

従って、帯域濾波器の出力１０は第２図に示す包絡線Ｈ
の１次微分に対応する電−圧を有し、この電圧を、第４
図に示す。以後この信号を微分信号と呼び符号ｆ’（ｉ
）で示す。

第４図から微分信号は２つ００軸交差を有し、第１は０
１で第２図の包絡線■の第１の最大値が生じるのと同じ
時点で生じ、第２００軸交差は０２でその発生時点は包
絡線Ｈの第２の最大値の発生時点と一致する。これら２
つの交差間で微分信号曲線０拡圧弦波振動の半波に類似
している。信号のこの部分の最大値Ｐの発生時点は包絡
線Ｈの変曲点と一致する。

第２の帯域濾波器１７が帯域濾波器１１の出力１０に接
続されておシ、それは演算増幅器１２と、抵抗器１２）
及びコンデンサ１０からなる直列回路、抵抗器１５及び
コンデンサ１６からなる並列回路で形成されてお９、こ
れらの素子は帯域濾波器１１の場合と同様に接続されて
いる。

第２の帯域濾波器１７の出力１８は第５図に曲線で示す
ような電圧を送出する。この電圧ｆ’（ｔ）は包絡線Ｈ
の２次微分を形成しており、順次Ｊｙ　’２及びＮｓで
示す３個の０軸交差を有している。これらの０軸交差は
時間的に第４図の微分信号の３つの最大値に対応してい
る。

微分信号が生じる帯域濾波器１１の出力１０は抵抗器１
９を介して微分増幅器２０ＯＮ人カへ接続されておシ、
そのＰ入力は抵抗器２１を介して所与の閾値Ｓに設定さ
れた電圧源Ｕ５に接続されている。逆並列に接続された
ダイオ−ｒ対２２及び２３が微分増幅器２０の入力に並
列接続されている。

素子１９〜２３で形成されたユニットは電圧比較器を形
成しておシ、その出力２４から出力１０が閾値Ｓよりも
一層負の値である時のみ、例えばＲレベルの出力信号が
送出される。

電圧比較器１９〜２３の出力２４は停止回路の一部を形
成するＡＮＤ回路２５の一人力に接続されている。

回路はまたＡＮＤ回路４２の一人力に接続されたクロッ
ク２６を有している。

始動器回路２７も設けられておシ、それは単安定マルチ
パイプレータを形成しており、その出力はＡＮＤ回路４
２の第２の入力に接続されている。

始動器回路２７０入力２８はコンデンサ２９を介して格
子線もしくは導体の給電回路へ接続されている。

第２の帯域濾波器１７の出力１８は電圧比較器の形状の
弁別器回路に接続されており、それは微分増幅器３０、
それぞれ入力に接続された抵抗器３１及び３２及び逆並
列に且つ入力に並列に接続された２個のダイオード３３
及び３４からなっている。出力１８が抵抗器３２を介し
て微分増幅器のＰ入力に接続されておシ、そのＮ入力は
抵抗器３１を介してポテンショメータ３５のスライダに
接続されており、その終端はそれぞれ正及び負の電圧に
接続されていて０点付近の電圧を設定することができる
。抵抗器４４を介して交流成分Ｕｖも微分増幅器３０の
Ｎ人力へ供給され、磁界パルスのクロック周波数と同期
して変動して導体相互間の有限距離による測定誤差の微
修正を行う。

素子３０〜３４からなる弁別器回路３７の出力はコンデ
ンサ３６を介してＡＮＤ回路２５の第２の入力に接続さ
れ、その出力は２進カクンタ３９のリセット入力３８に
接続されている。

ディスプレイ及び／もしくはメモリユニット４１も設け
られており、それは線３８を介してリセット信号を受信
すると、カウンタ３９のＱｌ−Ｑｎ比出力らデジタル形
式で得られるカウントをメモリへ通す。

回路は次のように作動する。

巻線１を収容しているセンサを測定台上に配置して内部
の格子線に所定時間個別に且つ連続的に電流を加えると
、第２図の斜線に示すような磁束が巻線１内に形成され
る。従って、巻線１の出力から第３図に示すような誘起
電圧が送出される。

サンプルホールド回路３が実際上第３図に一部点線で示
す形状の曲線であるステップ出力電圧を生じるようにこ
の電圧を変換する。この出力信号は低域濾波器４によシ
平滑化されて第２図の包絡線Ｈ及び第６図のａ／　Ｊｔ
ｃはぼ対応する形状の曲線となる。この信号は帯域濾波
器１１の先＊によシ微分され、その出力１０から第４図
に示すような微分信号が送出される。この微分信号は微
分増幅器２０ＯＮ人カへ供給され、微分電圧が第４図に
破線で示す閾値電圧Ｕ８よりも一層負である時のみその
出力２４にＨレベルを生じる。この状態において、ＡＮ
Ｄ回路２５は第２人力に信号を通す。

出力１０の微分信号は第２の帯域濾波器１７により微分
され、その出力から包絡線Ｈ，Ｈ’の２次微分に対応す
る変曲点信号が送出される。この信号を第５図に示す。

そのＮ入力が０もしくはそれに近い電圧に設定されてい
る微分増幅器３０により、出力１８の電圧がこの値を通
過する時は必ずこの微分増幅器の出力値が切替る″。こ
れらの切替点を第５図に参照番号Ｎ１ｐＮ２及びＮ３で
示す。

微分増幅器３０のＮ入力の値を第５図に破線で示す（交
流成分はなし）６微分増幅器３０の初期状態が切替るたびに、コンデンサ
３６がＡＮＤ回路２５の第２の入力へパルスを送出し、
出力２４がＨレベルである＠シこの入力は２進カウンタ
３９のリセット入力３８へ接続される。従って、この時
間中に出力２４はまだＨレベルではないため、第５図の
Ｎ１点の値の交差はリセット入力３８に影響を及ぼさな
い。

始動器回路２７内の単安定マルチパイプレータのパルス
持続時間は線２上の２つの連続パルス間の時間間隔より
も長くされている。従って、格子線に電流が供給されて
いる限シ、始動器回路２７は線４３にＨレベル出力を有
している。この時間中、クロック２８からのクロック信
号もＡＮＤ回路４２を介して２進カクンタ３９のカウン
ト人力４０へ通される。

格子線への給電開始もクロック２６によシ制御もしくは
同期化することができ、例えばある回路特性を修正する
ために、クロック信号に較べて給電に遅延や進みを与え
ることもできる。

従って、この場合、２進カウンタ３９の開始は始動器回
路２７の入力２８の第１信号で生じ、微分増幅器３０か
らの第５図に示すレベル交差Ｎ２に対応するパルスをＡ
ＮＤ回路２５が通す時にカウンタはカウントを停止し同
時にリセットされる。

この種の回路により、およそ２０μｍの公差でセンサの
関連位置座標を正確に決定することができる。本回路は
また干渉に対して比較的鈍感である。

導体の替りにセンサによシ磁界パルスを発生することが
でき、この場合誘起パルスが導体から連続的にサンプル
される。前記回路はこの目的に使用することもでき、こ
の場合コイル１の替りに導体を収容したループが線２に
接続される。

【図面の簡単な説明】

第１図は測定台上の一つの座・標におけるセンサの位置
を測定する回路、第２図は時間の関数として示すセンサ
コイル内の磁束、第３図はセンサコイル内の誘導電圧を
示す曲線、第４図は微分信号曲線、第５図は変曲点信号
曲線である。参照符号の説明１・・・巻線３・・・サンプルホール１回路４・・・低域濾波器５・・・演算増幅器６．８，１２），１５，１９，２１，３１，３２゜４４
・・・抵抗器７．９，１０，１６，２９，３６・・・コンデンサ、１
１．１７・・・帯域濾波器２０．３０・・・微分増幅器２２．２３，３３，３４・・・ダイオード２５．４２・
・・ＡＮＤ回路２６・・・クロック２７・・・始動器回路３５・・・ポテンショメータ３９・・・２進カウンタ４１・・・メモリユニット

Claims

【特許請求の範囲】

（１）各座標について、互いに一定間隔だけ離された数
本の導体を有しその中を所定のシーケンス及び方向に同
じ電流が流れ、関連座標の位置決めに使用する測定値を
センサから送出される測定信号から生じる測定台上の誘
導測定センサの位置決め方法において、センサ内を流れ
る磁束の単位時間当りの曲線の包絡線の２次微分に対応
する変曲点信号を形成し、この変曲点信号がゼロ付近の
値を二度目に通過する時間と導体への給電開始に従つて
開始される基準信号との間の時間間隔を関連する座標方
向におけるセンサ位置の測定値として使用することを特
徴とする測定台上の誘導測定センサの位置決め方法。
（２）各座標について互いに一定距離だけ離された数本
の導体を有し、電流信号系列をセンサに供給しその結果
導体内に生じる誘導信号を所定シーケンス及び方向でサ
ンプルし、これらの誘導信号から誘導信号時間関数を形
成し、この関数から測定値を発生して関連座標における
センサ位置の決定に使用する、測定台上の誘導測定セン
サの位置決め方法において、誘導信号時間関数包絡線の
２次微分に対応する変曲点信号を形成し、この変曲点信
号がゼロ付近の値を二度目に通過する時点と導体のサン
プリング開始に従つて開始される基準信号との間の間隔
を関連座標方向におけるセンサ位置の測定値として使用
することを特徴とする、測定台上の誘導測定センサの位
置決め方法。
（３）特許請求の範囲第（１）項もしくは第（２）項記
載の方法において、付加信号がゼロを二度目に交差する
時点と基準信号との間の時間間隔が位置測定値として使
用されることを特徴とする、測定台上の誘導測定センサ
の位置決め方法。
（４）特許請求の範囲第（１）項もしくは第（２）項記
載の方法において、ゼロ付近の値は同期的に変化して導
体を励起することを特徴とする測定台上の誘導測定セン
サの位置決め方法。
（５）前記包絡線から包絡線の１次微分に対応する微分
信号を形成する特許請求の範囲第（１）項〜第（４）項
記載の方法において、変曲点信号がゼロ付近の値を最初
に通過するのは微分信号が所定閾値Ｓよりも高い位置の
振幅を有する期間に限定されるように、変曲点信号の前
記値の二度目の通過を限定することを特徴とする測定台
上の誘導測定センサの位置決め方法。
（６）各座標について、互いに一定距離だけ離された数
本の導体を有し、前記導体を所定シーケンス及び方向で
ループに接続するスイッチング装置と、センサもしくは
導体中へ磁束パルス系列を発生する励起回路と、導体も
しくはセンサ内の誘起電圧の磁束パルスを表わす部分の
包絡線の１次微分信号を発生する評価回路を有する測定
台の誘導測定センサの位置決め回路において、前記評価
回路は微分信号が供給されて包絡線の２次微分に対応す
る変曲点信号を形成する第２の微分回路（１７）と、前
記変曲点信号がゼロ付近の値を二度目に通過する時点と
磁束パルス系列の開始から一定時間離された基準時点と
の間の時間間隔を測定する測定装置とを有し、前記測定
装置が測定する時間間隔が位置測定値として使用される
ことを特徴とする、測定台の誘導測定センサの位置決め
回路。
（７）特許請求の範囲第（６）項記載の回路において、
前記測定装置は変曲点信号の二度目のゼロ軸交差と基準
時点との間の時間間隔を測定するように構成されている
ことを特徴とする測定台の誘導測定センサの位置決め回
路。
（８）特許請求の範囲第（６）項もしくは第（７）項記
載の回路において、前記測定装置は微分信号により制御
され且つ微分信号の振幅が所与の閾値を越える時のみ作
動するようにされる解除回路（１９〜２３）と、クロッ
ク（２６）と、クロックからのクロックパルスをカウン
トするカウンタ（３９）と、磁束パルス発生開始から一
定時間離れた時点でカウンタへクロックパルスを放出す
る始動器回路（２７、４２）を有し、且つ前記解除回路
の作動中に変曲点信号がゼロ付近の所定値を通過するた
びにカウンタ停止信号を発生する弁別器回路（３７、２
５）とカウント値のディスプレイもしくはメモリシステ
ム（４１）を有することを特徴とする、測定台の誘導測
定センサの位置決め回路。
（９）特許請求の範囲第（８）項記載の回路において、
前記弁別器回路（３７、２５）は変曲点信号がゼロ軸と
交差する時に停止信号を発生するように設計されている
ことを特徴とする測定台の誘導測定センサの位置決め回
路。
（１０）特許請求の範囲第（８）項記載の回路において
、前記弁別器回路は変曲点信号が導体の励起に同期して
変動する信号と等しい時に停止信号を発生するように設
計されていることを特徴とする測定台の誘導測定センサ
の位置決め回路。
（１１）特許請求の範囲第（６）項〜第（１０）項記載
の回路において、前記微分回路は帯域濾波器として構成
されていることを特徴とする測定台の誘導測定センサの
位置決め回路。
（１２）特許請求の範囲第（８）項〜第（１１）項記載
の回路において、閾値（Ｓ）は微分信号の第２の半波の
最大値の１０〜６０％の値を有することを特徴とする測
定台の誘導測定センサの位置決め回路。