KR102359451B1

KR102359451B1 - 복합 센서

Info

Publication number: KR102359451B1
Application number: KR1020187029638A
Authority: KR
Inventors: 라파엘 데슐러; 마이클 조스트; 크리스티안 허글러; 레토 호페
Original assignee: 쉴로이니게르 아게
Priority date: 2016-04-01
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2022-02-07
Also published as: CN108885084B; US20190145750A1; KR20180126000A; JP2019510232A; WO2017168237A1; CN108885084A; US10641593B2; JP6858202B2; EP3436767B1; EP3436767A1

Abstract

케이블이나 와이어나 프로필과 같은 기다란 측정물(W)의 자동 무접촉 감지를 하고, 공통의 하우징(2) 내부에 있는 적어도 하나의 유도측정계(E)와 측정물용의 적어도 하나의 첫번째 광학측정계(D)를 갖는 측정물의 자동감지 장치에 관한 것이다. 이 장치에서, 유도측정계(E)가 측정물(W)의 전자기 특성을 결정하기 위한 와전류 센서로 디자인되고 같은 방향으로 배향된 2개의 직렬연결된 동축의 하프 코일들(E1a~b)을 포함하며, 이들 하프 코일들은 축 방향으로 서로 간격을 둔채 종축선(x)과 동축으로 측정물(W)을 둘러싸면서 내부에 원통형의 유도측정 체적부(Ev)를 형성하고; 하프 코일들(E1a~b)이 전기적으로 병렬연결된 커패시터(E2)와 함께 유도측정계(E)의 유도센서로 사용되는 병렬 공진회로(E6)를 형성하며, 유도센서는 전자 평가회로(E5)에 연결되고; 적어도 하나의 첫번째 광학측정계(D)는 측정물(W)의 외경(Wdo)를 결정하며, 하프 코일들(E1a~b)의 간격부와 하우징(2)의 내벽에 의해 디스크형 광학측정 체적부(DCPv)가 형성되어 유도측정 체적부(Ev) 내부에 배치된다.

Description

복합 센서

본 발명은 케이블이나 와이어나 프로필과 같은 기다란 측정물을 공통의 하우징 내부에 있는 적어도 하나의 유도측정계와 측정물용의 적어도 하나의 첫번째 광학측정계를 이용해 자동으로 감지하는 장치와 이런 장치를 이용하는 설비에 관한것이다.

케이블이나 와이어와 같은 기다란 측정물의 처리장치에서는, 처리 타입, 장치의 세팅 및 그 변수들을 각각의 측정물과 유저의 조건에 맞게 조율해야 한다. 이를 위해, 처리장치의 정면이나 입력단에 측정계를 배치하여, 측정물을 확인하는 것이 바람직하다. 측정원리의 갯수만큼 신뢰성이 높아지므로 센서배열을 여러개 배치한다. 예컨대, 외경과 컬러가 동일한 케이블의 내부 도전구성이나 구조(꼬임, 와이어)가 다르고 구리 단면적이 달라도 전자기 특성이 같을 수 있다.

DE10219848A1에 소개된 무접촉 중심직경 측정계의 광학측정기는 중심축에 수직으로 가로지르는 광학측정면에서의 기다란 측정물의 위치와 외경을 결정한다. 이 측정물은 도체와 절연외피를 갖고, 유도측정 코일기구에 의해 유도측정면에서의 도체의 위치가 결정되며, 이런 유도측정면은 측정기의 중심축에 수직으로 가로지른다. 광학측정기로 결정된 측정물의 위치는 유도측정 코일기구로 결정된 도체의 위치와 관련되고 이로부터 외피 내부의 도체의 중심이 계산된다. 이런 측정 코일기구의 측정코일들은 광학측정면에 대해 쌍으로나 동일하게 배열되면서도 측정물을 가로지른다. 측정물 자체는 항상 측정코일 외부에 있다. 이런 코일들의 쌍쌍 배열을 자기장 강도의 측정에 이용하고, 도체에 흐르는 교류전류에서 시작해 이런 강도는 도체 내부의 측정계의 추가 인덕터에 의해 유도되어야 한다. 따라서, 코일들에 유도된 전압들은 코일의 거울축에 대한 도체의 편심의 척도이다. 따라서, 이런 코일들은 구리에 의해 감쇠되는 공진회로의 일부가 아니며, 다른 광학측정계도 없다.

WO2009150620A1에 소개된 센서 배열에서는, 케이블의 외경의 측정 결과로 절연외피 내부에 있는 금속 도체의 직경과 다른 외부 감지 특징들을 통해 케이블의 타입이나 케이블 처리를 위해 제공된 각각의 케이블을 (반)자동으로 식별할 수 있다. 이런 각종 센서들은 기능이 서로 독립되어 있고 시너지 효과가 없으며 공동으로 사용되는 요소나 영역들이 없어 측정계들의 조합을 이루지 못한다.

본 발명의 목적은 각종 측정계들의 시너지를 내도록 센서배열을 개량하여, 소형이면서도 기능적으로 강건한 디자인의 복합 센서를 구현하여 측정물을 신속하게 신뢰성있게 식별할 수 있도록 하는데 있다.

이런 목적 달성을 위해 본 발명에서는, 유도측정계가 측정물의 전자기 특성을 결정하기 위한 와전류 센서로 디자인되고 같은 방향으로 배향된 2개의 직렬연결된 동축의 하프 코일들을 포함하며, 이들 하프 코일들은 축 방향으로 서로 간격을 둔채 종축선과 동축으로 측정물을 둘러싸면서 내부에 원통형의 유도측정 체적부(Ev)를 형성하고, 하프 코일들이 전기적으로 병렬연결된 커패시터와 함께 유도측정계의 유도센서로 사용되는 병렬 공진회로를 형성하며, 유도센서는 전자 평가회로에 연결되는 것을 특징으로 한다. 또, 적어도 하나의 첫번째 광학측정계는 측정물의 외경을 결정하며, 하프 코일들의 간격부와 하우징의 내벽에 의해 디스크형 광학측정 체적부가 형성되어 유도측정 체적부 내부에 배치되는 것도 특징으로 한다. 따라서, 측정물의 각종 측정치들과 특성들이 비교적 컴팩트한 장치로 감지되어, 높은 신뢰성으로 신속한 식별을 할 수 있다. 하프코일들의 간격으로 형성된 갭을 통해 광학적 직경 측정과 컬러 측정과 다른 광학적 측정은 물론 유도측정 이외의 다른 측정원리에 의거한 측정들을 위해 기다란 측정물에 쉽게 접근할 수 있다.

하프 코일들의 길이는 직경의 절반 이상이고, 그 결과 코일이나 하프코일들의 하우징이 외부 빛에 대해 광학측정 체적부의 광학적 음영을 일으킨다. 따라서, 직경측정과 컬러식별의 측정정확도가 개선된다. 도체 단면의측정도 코일의 길이가 늘어날수록 정확해지는데, 이는 코일이 길수록 단면부의 자기장이 더 균질해지기 때문이다. 유도측정 체적부가 케이블잭 안에, 특히 반경방향으로 케이블잭으로 한정되는 특징이 이런 기능에 더 기여할 수 있다. 코일 길이가 길어지면, 코일 내부에서의 순간적인 케이블 위치에 대한 측정결과의 의존성이 줄어든다. 따라서, 식별할 측정물의 축방향으로 유도측정 체적부의 길이가 늘어나면, 유도형이나 광학적 측정에 상관없이 모든 측정계의 측정 정확도가 높아진다.

또, 유도측정계의 병렬 공진회로가 여기회로에 연결되어 고유주파수로 동작하며 전압 진폭 측정을 위해 전자회로에도 연결되도록 할 수도 있다.

또, 유도측정계의 병렬 공진회로가 유도측정계의 유도센서로 사용되는 병렬 공진회로를 주파수 발생기와 함께 형성하고, 진폭 응답 및/또는 위상 응답을 측정하기 위해 전자회로에 연결되도록 할 수도 있다.

또, 첫번째 광학측정계의 광학측정 체적부가 측정물을 둘러싼 유도측정 체적부와 동축으로 그 중심에 길이방향으로 위치하는 것이 바람직하다. 이 경우, 광학측정 구역이 외부로부터의 광간섭에 대해 양쪽에서 최적으로 차폐된다.

또, 첫번째 광학측정계가 적어도 하나의 첫번째 조명배열과 첫번째 센서어레이를 포함하고, 첫번째 조명배열은 적어도 하나의 첫번째 광원과 스크린을 가지며, 첫번째 센서어레이는 하프 코일의 한쪽의 주축에 위치하는 것이 좋을 수 있다. 이 경우, 기존의 검증된 요소들을 이용해 비교적 간단한 구조적 디자인으로 측정물의 직경을 아주 정확하게 결정할 수 있다. 또, 하프코일들과 케이블잭들 사이의 하우징의 갭을 통해 광원이 측정물을 조명할 수 있고, 첫번째 센서어레이에 이런 갭을 통해 음영을 입사하고 감지하도록 할 수도 있다. 이를 위해서는 선형 센서어레이를 사용하는 것이 좋다.

또, 본 발명의 장치가 측정물의 컬러를 결정할 적어도 하나의 두번째 광학측정계를 더 포함할 수도 있다. 케이블의 유형(타입)은 보통 외피의 컬러로 구분되기 때문에, 이런 센서 배열로 케이블의 유형을 높은 신뢰성으로 신속하게 식별할 수 있다.

또, 두번째 광학측정계가 서로 가까이 위치하고 파장 스펙트럼이 다른 3개 또는 다수의 광원을 갖춘 두번째 조명배열과, 측정물의 반사광용의 적어도 하나의 두번째 센서어레이를 포함하고; 두번째 센서어레이는 두번째 조명배열과 같은 쪽의 측정 체적부의 한쪽의 x-z 평면에 놓이도록 할 수도 있다. 이런 광원들을 이렇게 놓으면 광원들의 빛의 콘이 센서하우징이 아니라 측정물에만 입사된다.

또, 두번째 조명배열의 광원들이 측정물을 순차적으로 조명해 이 광원들의 파장 스펙트럼으로 영상들을 두번째 센서어레이에 순차적으로 투사시키는 시퀀스가 두번째 광학측정계에 구현되고, 다른 파장 스펙트럼의 광원들로 조명하는 동안 측정된 강도와 측정물의 컬러의 결정을 위한 평가부에 두번째 센서어레이가 연결되도록 할 수도 있다.

또, 반사용 장파장 필터가 첫번째 및 두번째 광학측정계들의 주축에 배열되어 두번째 조명배열의 파장 스펙트럼을 반사하고 첫번째 조명배열의 파장 스펙트럼을 전달하며 측정물의 반사광을 광축 밖에 위치하고 장파장 필터에 정렬된 두번째 센서어레이를 향해 굴절하도록 할 수도 있다.

또, 측정 체적부와 장파장 필터 사이에 렌즈가 배치되어, 첫번째 조명배열의 빛이 조준렌즈처럼 이 렌즈를 통과하고 측정물에 의해 반사된 두번째 조명배열의 빛이 이 렌즈를 영상렌즈처럼 두번 통과하도록 할 수도 있다. 이런 의사 동축 배열의 결과로, 직경측정의 조준배열을 측정물의 컬러 측정배열을 위한 영상 렌즈로 사용할 수 있고, 그 결과 전체 구성이 더 간단하고 컴팩트한 디자인과 필요한 요소들의 절감을 할 수 있다.

또, 측정물의 직경을 결정하기 위한 광학측정계와 측정물의 컬러를 결정하기 위한 광학측정계가 결합하여 측정체적부 내부에서의 측정물의 위치를 결정하기 위한 가상의 세번째 측정계를 형성하도록 할 수도 있다. 이 경우, 좀더 정확한 측정결과를 얻기위해 측정물에 대한 위치정보를 이용해 개별적인 광학측정과 유도측정을 수정할 수 있다.

또, 광축을 갖는 첫번째 내지 세번째 광학측정계들의 주 평면이 유도측정 체적부의 종축선에 수직인 것이 바람직할 수 있다.

또, 세번째 측정계가 2개의 광원을 갖춘 세번째 조명배열, 첫번째 센서어레이, 및 측정체적부 내부에서의 측정물의 위치의 삼각측량 결정을 위한 첫번째 조명배열을 포함할 수도 있다.

또, 두번째 조명배열의 다른 예로서, 세번째 조명배열이 파장 스펙트럼이 각각 다른 다수의 광원들을 포함하고, 이런 광원들은 측정물을 순차적으로 조명하여 광원들의 파장 스펙트럼으로 영상을 두번째 센서어레이에 순차적으로 투사하도록 할 수도 있다.

또, 모든 구성에 공통적으로, 두번째 센서어레이의 측정 평면이 x-y 평면에 수직이면서 x축을 예각으로 교차하도록 할 수도 있다. 이런 구성은 위치 결정을 위한 광원들의 2개 위치들을 이용해 컬러 결정을 위한 광원들의 위치로 사용할때 특히 중요하다.

또, 두번째 센서어레이가 다색센서이고, 두번째 조명배열의 광원들이 동시에 작동되거나 광대역이나 다중대역 광원으로 교체되도록 할 수도 잇다.

또는, 두번째 센서어레이가 다색센서이고, 세번째 조명배열의 광원들 중의 적어도 하나가 광대역이나 다중대역 광원으로 교체되도록 할 수도 있다.

또, 본 발명의 장치가 온도유도 측정오차의 수정을 위해 온도센서를 더 포함할 수도 있다.

이 경우, 온도와 케이블 위치의 함수로 측정치에 수정인자를 제공하는 수정 시퀀스를 유도측정계에서 구현할 수 있다.

좀더 정확하고 선명하게 케이블을 식별하기 위해, 필요하다면 이상 설명한 측정원리와는 다른 측정법을 이용하는 다른 측정계들을 사용할 수도 있다. 따라서, 본 발명의 사상을 확장하여 도체의 직경을 결정하는 측정계를 기계적 측정치, 바람직하게는 블레이드-도체 접촉시 블레이드 간격 측정치에 의거해 측정물 내부에 제공한다.

또, 본 발명은 케이블이나 와이어나 프로필과 같은 기다란 측정물(W)을 처리하는 장치에 있어서: 전술한 측정물의 자동감지 장치에 의해 상기 측정물이 입력측에 제공되는 측정물의 처리장치도 제공한다.

도 1은 케이블 처리장치를 위한 본 발명의 센서배열의 x-y 평면 단면도;
도 2는 도 1의 배열의 측정계의 분해사시도;
도 3은 도 1의 측정계의 측정물의 축방향 분리도;
도 4는 와전류 센서의 간단한 회로도;
도 5는 케이블 단면에서의 와전류 흐름도;
도 6은 본 발명의 와전류 센서의 x-y 평면 단면을 보여주는 사시도;
도 7은 와전류 센서의 x-z 평면을 보여주는 단면도;
도 8은 케이블의 직경을 측정하기 위한 본 발명의 센서배열의 기능도;
도 9는 센서배열의 x-y 평면 종단면도;
도 10은 센서배열의 y-z 평면 종단면도;
도 11은 더블렌즈 시스템을 갖는 센서배열의 광학관계도;
도 12는 거울을 갖춘 더블렌즈 시스템의 센서배열의 광학관계도;
도 13은 측정물-영상 간격의 함수로 영상폭, 측정물 폭 및 이미지스케일을 표시한 그래프;
도 14는 센서배열의 화이트밸런스 그래프;
도 15는 오렌지 컬러 케이블의 측정치의 그래프.

도 1은 케이블과 같은 기다란 물체를 기다란 측정물(W)로 처리하기 위해 처리장치의 정면이나 입구에 위치하는 센서 배열의 일례를 보여준다. 입력측에서, 하우징(2)은 물론 센서배열의 광학계의 일부와 함께 튜브(3)가 같이 처리장치에 체결된다. 기다란 측정물(W)은 케이블잭(4a,4b)을 통과하면서 처리되기 전에 하우징(2)내의 안내기구처럼 축방향으로 안내된다.

측정물(W)이 움직이거나 정지한 동안, 제1 측정계(E)를 이용해 전자기 특성을 측정하는데, 이런 전자기 특성으로부터 측정물(W)의 도전요소의 단면, 특히 케이블의 도체의 단면을 결정할 수 있다. 그 바로 전후나 동시에, 광학측정계(D)를 이용해 직경이 결정되고, 광학측정계(C)를 이용해 컬러, 또는 광학측정계(P)를 이용해 케이블잭 내부의 측정물의 위치가 결정될 수도 있다. 이런 측정량들을 결정하기 위한 센서들과 측정물(W)의 외경이나 색상을 위한 측정시스템은 본 발명에서 다른 측정원리들에 의거하지만 적어도 일부는 센서 배열의 조인트 영역이나 요소들을 이용한다.

도 1은 케이블잭(4a,4b)의 축(x)과 광축(y)으로 정의된 평면에 있는 센서배열의 단면을 보여준다. 튜브(3)의 최외 단부에는 직경을 결정하기 위한 제1 광학측정계(D)의 제1 조명배열(DP1)이 광원(DP2) 및 스크린(DP3)과 함께 위치한다. 제1 광학측정계(D) 역시 측정물(W)의 위치를 결정하는 다른 광학측정계(P)의 일부일 수 있다. 측정물(W)과 제1 조명배열(DP1) 사이에 영상광학계(DCP5)가 위치하고, 가시광에 대한 거울 역할을 하는 장파장 필터(C3)가 측정물(W)에서 반사된 빛을 두번째 센서어레이인 선형 센서어레이(C4)를 향해 반사하며, 이 센서어레이는 측정물의 색상을 결정하는 측정계(C)의 일부이다.

측정계(D,C,P)의 핵심 요소들에 대해 도 2~3을 참조해 자세히 설명한다.

유도측정계(E)인 와전류 센서는 직렬 연결되어 완전한 코일(E1)을 형성하면서 같은 방향으로 있는 2개의 동축 하프코일들(E1a~b)을 갖고, 이런 코일들은 커패시터가 병렬로 연결된 병렬 공진회로를 형성한다. 이런 공진회로(E6)는 여기회로(E3)를 통해 여기되고, 유도측정계(E)의 유도센서로 사용되며, 고유진동수로 동작하는 것이 바람직하고, 전압 진폭을 측정하는 전자회로(E5)에 연결된다. 여기회로(E3) 대신 주파수 발생기를 사용할 수도 있다. 이 경우, 전자회로(E5)는 진폭응답 및/또는 위상응답을 측정하도록 설계된다. 여기회로(E3)는 별도의 출력저항(E4)을 포함하거나, 출력저항 효과를 얻도록 구성된다. 병렬 공진회로(E6)는 여기회로(E3) 및 정류회로(E5)에 연결된다(도 4 참조).

도 5는 케이블 단면에서의 와전류 흐름도로서: 측정물(W)의 도체(W1)가 코일(E1)의 진동 자기장(B1)에 진입하면 도체(W1)에 와전류(i2)가 생기면서 자기장(B2)을 생성하고, 이 자기장(B2)은 1차 자기장(B1)과는 반대 방향으로 도체(W1)에 생긴다. 도체(W1)의 오옴 저항과 함께, 전류(i2)는 LC 공진회로(E6)에 감쇠효과를 미치는 전력손실을 가져온다. 이런 감쇠는 주로 도체(W1)의 형태, 크기 및 온도에 좌우되지만, 교류자기장의 주파수에도 좌우된다. LC 공진회로(E6)가 코일(E1)의 도체(W1)에 의해 감쇠되면, 이런 감쇠 정도를 정류된 공진회로 전압(U2)의 감소로 측정할 수 있다.

도 6~7은 유도측정계(E)의 와전류 센서의 코일배열(E1a~b)와 하우징(2)의 단면의 확대도이다. 하프코일(E1a~b)을 갖춘 2개의 케이블잭(4a~b)은 축방향으로 갭(9)을 두고 서로 약간 떨어진채 하우징(2) 안에 있어 광학측정계(D,C,P)를 위해 케이블잭 내부의 측정물(W)에 접근할 수 있도록 되어 있다. 갭(9)과 케이블 안내 개구부로 인해 형성된 공통의 부분 체적부가 광학측정 체적부(DCPv)를 형성한다. 도 2에서 보듯이, 광축(y)이 놓여있는 광학측정계(D,C,P)의 주평면(y-z)은 유도측정 체적부(Ev)의 종축선(x)에 수직 방향이다.

코일(E1a~b)의 직경에 비해 갭(9)이 좁을수록 자기장의 균질성에 미치는 영향이 줄어들고, 코일들(E1a~b)이 길수록 코일 단면에 자기장이 균질하게 분포된다. 자기장 균질성은 위치-무관 도체 단면측정에 중요하다. 최소 코일 길이가 직경에 관련된 것과 마찬가지로, 케이블잭(4a~b)은 측정 체적부(Ev)로부터의 자속밀도가 높은 코일 단면의 근접선회부를 배제함으로써 측정 체적부(Ev)내의 자기장을 가능한 균질하게 유지하는 임무를 갖는다.

측정물(W)의 외경의 광학측정을 위해, 갭(9)을 통해 광학측정 체적부(DCPv) 여역에서 케이블잭(4a~b) 내부를 조명한다. 도 5에서 보듯이, 첫번째 조명배열(DP1)의 빛이 측정계(D)의 광학계(DCP5)에 의해 측정물(W)에 부딪쳐 S1으로 표시된 음영을 일으킨다. 도 1에서 보듯이, 이런 음영(S1)으로 인해 제1 선형센서 어레이(DP4)의 각 화소마다 다른 전압레벨이 생기고, 그 분포로부터 케이블 직경이 결정될 수 있다. 선형센서 어레이(DP4)의 측정 평면이 x-y 평면에 직각이면서 x-축과 예각(α)으로 교차할 수 있다는 것이 장점이다(도 2 참조).

센서(DP4)의 화소폭과 빛의 평행성은 정확한 측정에 아주 중요하다. 적외선 LED와 같은 광원(DP2)을 갖춘 첫번째 조명기(DP1)의 빛은 아무 영향 없이 장파장 필터(C3)를 통과하고 렌즈(DCP2)에 의해 조준된다. 그러나, 가시광과 같은 다른 파장에 대해서는 장파장 필터(C3)가 거울로 작용한다.

디스크형 광학측정 체적부(DCPv)는 측정물(W)의 직경을 결정하고 색상을 감지하는데 사용되어, 설치공간의 절감에 크게 기여한다. 도 2~3에서 알 수 있듯이, 이 목적으로 제공된 두번째 측정계(C)는 다수의 광원(C1a~c)을 갖춘 두번째 조명배열(C1)을 갖추고, 이들 광원은 서로 가까이 위치하고 파장 스펙트럼도 각각 다르다. 광원수는 3개가 좋으며, 컬러 LED(예; RGB-LED)를 사용할 수 있다.

이 경우, 측정계(C)에서 예컨대 이 측정계의 제어 평가부의 실행 프로그램처럼 시퀀스가 구현되며, 이때문에 두번째 조명배열(C1)의 광원(C1a~c)이 측정물(W)을 순차적으로 조명하여, 이 광원들의 파장 스펙트럼으로 영상들을 이 측정계(C)의 두번째 센서어레이(C4)에 순차적으로 투사한다. 광학 측정계(C)의 평가부에서, 각각 파장이 다른 광원들을 이용해 측정물(W)의 조명을 하는 동안 측정된 강도들을 이용해 측정물의 색상을 결정한다. 두번째 센서어레이(C4)는 두번째 조명배열(C1)의 광원들(C1a~c)과 같은쪽으로 디스크형 측정체적부(CDPv) 한쪽의 x-z 평면에 위치한다(도 1~2 참조). 3개 광원 전체의 파장들에 민감한 두번째 센서어레이(C4) 대신, 각각 다른 파장에 민감한 3개 센서로 이루어진 다색 센서를 사용할 수도 있다.

광학측정계(D,C,P)의 주축선(y)에 위치한 장파장 필터(C3)는 두번째 조명배열(C1)의 광원들(C1a~c)의 파장들을 반사하여, 측정물(W)에서 반사된 빛을 주축선(y) 밖에 위치한 두번째 센서배열(C4)에 반사한다. 따라서, 장파장 필터(C3)는 첫번째 조명배열(DP1)의 빛을 투과하고, 이 빛은 렌즈(DCP2)를 통과한 다음 조준된다. 첫번째 조명배열(C1)의 빛은 측정물(W)에 의한 반사 뒤에와 장파장 필터(C3)에서의 반사 뒤에 촬상 렌즈로서 렌즈(DCP2)를 2회 통과하므로, 굴절력이 2배로 되고 영상 초점폭은 거의 반으로 된다. 따라서 이 영상은 수직이면 대략 광축(y)의 좌우에 형성되고, 측정계(C)에서 반사하는 장파장 필터(C3)는 광축(y)에 대해 예각(β)으로 x-y 평면에 배열된다.

케이블의 색상을 결정하려면, 적색, 녹색, 청색과 같이 조명이 각각 다른 두번째 센서배열을 이용해 3개의 영상을 순차로 만드는 것이 좋다. 이어서, 투사 색상강도를 통해 평가부에서 측정물(W)의 색상을 계산한다. 두번째 센서어레이(C4)로 측정한 색상 강도는 광원들과 측정물(W)의 간격과, 측정물(W)과 렌즈(DCP2)의 간격에 대해 2차방정식으로 감소한다. 이런 케이블 위치 의존성은 예컨대 적응된 노출시간으로 수정할 수 있다. 케이블이 광학 측정체적부(DCPv) 내부에 위치하면 도 6과 같은 2개의 음영에지를 이용한 간단한 삼각측량으로 케이블 위치를 계산할 수 있다. 케이블 위치에 의거하여, 측정체적부(DCPv)에서 실험적으로 결정된 강도수정값들 사이의 보간법으로 각각의 파장에 대해 두번째 센서어레이(C4)의 출력신호들을 만들 수 있다.

측정치의 위치기반 보상을 위해, 직경측정을 위한 첫번째 광학측정계(D)를 다른 2개의 광원(P1a~b)과 결합해, 디스크형 측정체적부(DCPv) 내부의 측정물(W)의 위치 결정을 위한 세번째의 가상의 광학측정계(P)를 형성한다. 이런 다른 광학측정계(P)는 세번째 조명배열(P1)의 적어도 2개의 광원들(P1a~b), 또는 세번째 조명배열(P1)의 광원과 함께 첫번째 조명배열(DP1)은 물론 첫번째 선형 센서어레이(DP4)를 이용한다.

한편, 직경 측정만 할 때는 광원들 중의 하나, 특히 조명배열(DP1)의 광원을 다른 광원과 결합할 수도 있다. 이때는 케이블잭(4a~b)이나 디스크형 광학측정 체적부(DCPv)의 원주방향으로 사용된 광원들의 간격만 중요하다. 이런 2개 광원은 각각 다른 각도의 음영들(S1,S2)을 생성하고, 그 간격은 첫번째 센서어레이(DP4)의 도움으로 결정되며, 공지의 기하학적 관계에 기초해 케이블잭(4a~b)이나 유도측정 체적부(Ev) 내부는 물론 광학측정 체적부(DCPv) 내부에서의 측정물(W)의 위치정보로 변환될 수 있다.

케이블 색상을 감지하기 위한 본 발명의 센서배열의 일례의 기하학적 광학계의 특정 디자인에 대해 설명한다.

도 11은 2개의 동일한 렌즈(L1,L2)를 사용한 더블렌즈계를 보여주는데, 렌즈의 초점은 F1, F2, 초점 폭은 f1, f2, 촬영할 물체는 G, 영상은 B이다. 렌즈(L1,L2) 간격은 d이다. 빔 경로와 광학계산을 단순화하기 위해, 더블렌즈계를 주평면이 H와 H'이고 초점이 Fs와 Fs'인 싱글렌즈로 대체할 수 있다. Fs에서 L1까지의 거리를 FFL(전방초점거리), Fs'에서 L2까지의 거리를 BFL(후방초점거리)라 한다.

여기서, 아래 관계가 성립된다:

도 12의 더블렌즈계는 주평면(H)에 거울(M)을 놓은 것으로, 영상 B를 물체측면에 투사할 수 있고 L1이 추가로 L2의 함수이기 때문에 L2를 생략할 수 있다. 따라서, 도 12의 예는 도 2~3에서 설명한 것처럼 케이블 색상에 대해 전술한 광학측정계(C)의 광학계이다. 반사용 장파장 필터(C3)가 거울(M)에 해당하고, 렌즈 L1이나 L2가 조준렌즈(DCP2)에 해당한다.

도 1의 광학계(DCP5)의 쐐기형 파이프를 거울(M)과 렌즈(L1) 사이에 두면 거울과 렌즈의 간격은 k=6.575mm로 된다. 도 11~12에서, 렌즈 L1과 L2의 간격 d는 아래와 같이 계산된다:

식 6과 f=71mm를 이용해, 시스템의 초점폭 fs를 계산한다:

도 1, 2, 3의 디자인에서, 물체(G)에서 영상(B)까지, 즉 종축선(x)에서 두번째 센서어레이(C4)까지의 거리 c 값으로 33.5mm를 구했다. 두번째 센서어레이(C4)에서 선명한 영상을 얻으려면 거리 b(센서 - 거울)와 g(종축선 x - 거울 C3)를 어느정도로 해야 하는 것이 문제이다.

이것은 아래와 같이 구해진다(c=33.5mm):

모든 치수가 주어지므로, 이미징 스케일 M을 계산할 수 있다.

400dpi의 해상도와 128 화소를 갖춘 두번째 센서어레이(C4)에 대해, 능동 센서어레이 길이 ISA는 아래와 같다:

따라서, 촬영할 최대 영상크기가 아래와 같이 구해진다:

식 14로부터 렌즈의 초점폭 fs를 사용하면, 도 13과 같이, 영상 폭 b와 물체 폭 g를 물체-영상 거리 c의 함수로, 즉 식 18을 이용한 특정 실시예에 대한 종축선 x와 두번째 센서어레이(C4)의 간격의 함수로 구할 수 있다.

물체-센서 간격 c가 0으로 갈 때, 도 14에서 확인되는 이미징 스케일은 100%로 간다. 이것이 g-b=2*fs인 공지의 1/1 이미징이다.

두번째 센서어레이(C4)로 케이블 색상을 측정하기 전에, 화이트 밸런스를 해야 한다. 이를 위해, 케이블잭(4a~b) 안에 백색교정봉을 가급적 두번째 조명배열(C1) 가까이 두어, 센서어레이(C4)가 가장 큰 휘도를 측정하도록 한다. (적, 녹, 청의) 다른 파장대에서 조명하는 동안 최대로 허용된 조명횟수를 조절해 측정된 진폭들이 측정범위의 90% 정도를 처리하도록 한다. 이어서 교정봉을 종축선(x)에 두고 노출횔수를 조절해 두번째 센서어레이(C4)가 측정한 RGB 인터벌 값들이 모두 같도록 한다. 이때, 상위 2개의 인터벌 값들을 최저값으로 채택해 이전에 결정된 최대 노출횟수가 어떤 색상에 의해서도 초과되지 않도록 한다(도 10 참조). 광원과 측정물(W)의 간격과 측정물(W)과 렌즈(DCP2)의 간격이 클수록 영상의 휘도는 감소하므로, 다른 파장대들의 휘도값들에 케이블 위치에 따른 가중치를 주어야 한다. 예컨대 도 10에서, 케이블잭(4a~b) 내부의 6군데의 교정봉 위치들에 대해 RGB 측정값들을 그래프로 그렸는데: "centric/centric"으로 표시된 곡선들은 케이블잭(4a~b)의 중심의 백색교정봉에 대해 유효하다. 교정봉이 케이블잭 내부에서 두번째 센서어레이(C4)에 가까이 있으면, "back/centric"로 표시된 선들이 적용된다. 도 6에서, 도 10의 그래프의 측정값들을 제대로 해석할 수 있도록 위치정보 후방, 전방, 바닥, 상단을 특성화한다.

중심의 RGB 적분값들에 대해 교정봉으로 측정한 특정 위치의 RGB 적분값들의 비가 컬러교정값이다. 이들 값은 위치에 좌우된다. 도 15는 오렌지 케이블의 RGB 측정치들을 케이블잭들의 중심의 측정물(W)로 보여준다.

컴팩트, 튼튼함, 기계적이고 기능적인 시너지-사용 디자인과 같은 측정계(D,C,P)의 의사-동축 배열의 전술한 장점 외에도, 통신 인터페이스, 마이크로컨트롤러, 전원, LED 디스플레이, 억제회로와 같은 많은 회로 부품들을 3개의 센서 모두에 사용할 수 있다는 다른 장점도 있다.

조준을 위해 렌즈(DCP2)의 초점폭이 클수록 조준이 잘되어, 빛의 평행성과 더 선명한 에지가 측정된 직경에 대해 음영을 나타낸다. 렌즈(DCP2)의 큰 초점폭은 컬러 결정에도 유리한데, 이는 케이블-렌즈 간격 g가 더 커서 측정물(W)이 케이블잭(4a~b)의 중앙을 통과하지 않을 때에도 컬러 감지를 위한 영상의 선명도가 유지되기 때문이다. 그러나, 직경 측정치와 컬러 결정을 위한 초점폭이 크면, 광도가 감소되고, 이런 감소는 노출시간을 더 길게하여 보상해야만 하므로, 기능성을 위해서는 광도와 영상 선명도 사이에 타협이 있어야 한다.

순수한 광측정계(D,C,P)를 이용해 기다란 물체의 자동감지를 하는 이상 설명한 배열은 필요하다면 유도측정계(E)는 물론 다른 측정계에도 연결할 수 있다. 케이블을 적당한 길이로 절단하거나 절연하는 장치들은 흔히 서로에 대해 움직일 수 있는 블레이드들과 클램핑조를 갖추고 있다. 이런 장치에서 클램핑조 간격을 측정해 물체의 외경을 결정하거나 블레이드-도체 접촉 시점의 블레이드 간격의 측정에 의거해 물체 내부의 전도체의 직경을 결정하는 적어도 하나의 다른 측정계를 측정계(D,C,P,E)에 결합할 수 있다. 전기적 기반, 특히 용량성 및/또는 유도성 특성치들을 모니터하는 측정 배열들은 충분히 공지되어 있다.

측정계(D,C,P,E)에 온도센서를 결합하면 온도에 의한 측정오차를 보상할 수 있어 유리하다. 이 경우, 각각의 측정계의 수정 시퀀스가 자동보상으로 구현되어 수정인자를 갖는 측정치를 온도의 함수와 케이블 위치의 함수로 제공할 수 있다.

Claims

케이블이나 와이어나 프로필과 같은 기다란 측정물(W)의 자동 무접촉 감지를 하고, 공통의 하우징(2) 내부에 있는 적어도 하나의 유도측정계(E)와 측정물용의 적어도 하나의 첫번째 광학측정계(D)를 갖는 측정물의 자동감지 장치에 있어서:
상기 유도측정계(E)가 측정물(W)의 전자기 특성을 결정하기 위한 와전류 센서로 디자인되고 같은 방향으로 배향된 2개의 직렬연결된 동축의 하프 코일들(E1a~b)을 포함하며, 이들 하프 코일들은 축 방향으로 서로 간격을 둔채 종축선(x)과 동축으로 측정물(W)을 둘러싸면서 내부에 원통형의 유도측정 체적부(Ev)를 형성하고;
상기 하프 코일들(E1a~b)이 전기적으로 병렬연결된 커패시터(E2)와 함께 유도측정계(E)의 유도센서로 사용되는 병렬 공진회로(E6)를 형성하며, 유도센서는 전자 평가회로(E5)에 연결되고;
적어도 하나의 첫번째 광학측정계(D)는 측정물(W)의 외경(Wdo)를 결정하며, 하프 코일들(E1a~b)의 간격부와 하우징(2)의 내벽에 의해 디스크형 광학측정 체적부(DCPv)가 형성되어 유도측정 체적부(Ev) 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 측정물의 자동감지 장치.
제1항에 있어서, 하프 코일들(E1a~b)의 길이가 직경의 절반 이상이고 유도측정 체적부(Ev)가 케이블잭(4a~b) 안에 한정되는 것을 특징으로 하는 측정물의 자동감지 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 유도측정계(E)의 병렬 공진회로(E6)가 여기회로(E3)에 연결되어 고유주파수로 동작하며 전압 진폭 측정을 위해 전자회로(E5)에 연결되는 것을 특징으로 하는 측정물의 자동감지 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 유도측정계(E)의 병렬 공진회로(E6)가 진폭 응답 및/또는 위상 응답을 측정하기 위해 주파수 발생기와 전자회로(E5)에 연결되는 것을 특징으로 하는 측정물의 자동감지 장치.
제1항에 있어서, 첫번째 광학측정계(D)의 광학측정 체적부(DCPv)가 측정물(W)을 둘러싼 유도측정 체적부(Ev)와 동축으로 그 중심에 길이방향으로 위치하는 것을 특징으로 하는 측정물의 자동감지 장치.
제1항에 있어서, 첫번째 광학측정계(D)가 적어도 하나의 첫번째 조명배열(DP1)과 첫번째 센서어레이(DP4)를 포함하고, 첫번째 조명배열(DP1)은 적어도 하나의 첫번째 광원(DP2)과 스크린(DP3)을 가지며, 첫번째 센서어레이(DP4)는 하프 코일(E1a~b)의 한쪽의 주축(y)에 위치하는 것을 특징으로 하는 측정물의 자동감지 장치.
제1항에 있어서, 측정물(W)의 컬러를 결정할 적어도 하나의 두번째 광학측정계(C)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 측정물의 자동감지 장치.
제7항에 있어서, 두번째 광학측정계(C)가 서로 가까이 위치하고 파장 스펙트럼이 다른 3개의 광원(C1a,C1b,C1c)을 갖춘 두번째 조명배열(C1)과, 측정물(W)의 반사광용의 적어도 하나의 두번째 센서어레이(C4)를 포함하고; 두번째 센서어레이(C4)는 두번째 조명배열(C1)과 같은 쪽의 측정 체적부(DCPv)의 한쪽의 x-z 평면에 놓이는 것을 특징으로 하는 측정물의 자동감지 장치.
제8항에 있어서, 두번째 조명배열(C1)의 광원들(C1a,C1b,C1c)이 측정물(W)을 순차적으로 조명해 이 광원들의 파장 스펙트럼으로 영상들을 두번째 센서어레이(C4)에 순차적으로 투사시키는 시퀀스가 두번째 광학측정계(C)에 구현되고, 다른 파장 스펙트럼의 광원들로 조명하는 동안 측정된 강도와 측정물(W)의 컬러의 결정을 위한 평가부에 두번째 센서어레이가 연결되는 것을 특징으로 하는 측정물의 자동감지 장치.
제8항에 있어서, 반사용 장파장 필터(C3)가 첫번째 및 두번째 광학측정계(D,C)의 주축(y)에 배열되어 두번째 조명배열(C1)의 파장 스펙트럼을 반사하고 첫번째 조명배열(DP1)의 파장 스펙트럼을 전달하며 측정물(W)의 반사광을 광축(y) 밖에 위치하고 장파장 필터(C3)에 정렬된 두번째 센서어레이(C4)를 향해 굴절시키는 것을 특징으로 하는 측정물의 자동감지 장치.
제7항에 있어서, 측정 체적부(DCPv)와 장파장 필터(C3) 사이에 렌즈(DCP2)가 배치되어, 첫번째 조명배열(DP1)의 빛이 조준렌즈처럼 이 렌즈(DCP2)를 통과하고 측정물(W)에 의해 반사된 두번째 조명배열(C1)의 빛이 이 렌즈(DCP2)를 영상렌즈처럼 두번 통과하는 것을 특징으로 하는 측정물의 자동감지 장치.
제7항에 있어서, 측정물(W)의 직경을 결정하기 위한 광학측정계(D)와 측정물의 컬러를 결정하기 위한 광학측정계(C)가 결합하여 측정체적부(DCPv) 내부에서의 측정물(W)의 위치를 결정하기 위한 가상의 세번째 측정계(P)를 형성하는 것을 특징으로 하는 측정물의 자동감지 장치.
제1항에 있어서, 광축(y)을 갖는 첫번째 내지 세번째 광학측정계(D,C,P)의 주 평면(y-z)이 유도측정 체적부(Ev)의 종축선(x)에 수직인 것을 특징으로 하는 측정물의 자동감지 장치.
제12항에 있어서, 상기 세번째 측정계(P)가 2개의 광원(P1a,P1b)을 갖춘 세번째 조명배열(P1), 첫번째 센서어레이(DP4), 및 측정체적부(DCPv) 내부에서의 측정물(W)의 위치의 삼각측량 결정을 위한 첫번째 조명배열(DP1)을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정물의 자동감지 장치.
제14항에 있어서, 상기 세번째 조명배열(P1)이 파장 스펙트럼이 각각 다른 다수의 광원들을 포함하고, 이런 광원들은 측정물(W)을 순차적으로 조명하여 광원들의 파장 스펙트럼으로 영상을 두번째 센서어레이(C4)에 순차적으로 투사하는 것을 특징으로 하는 측정물의 자동감지 장치.
제6항에 있어서, 상기 첫번째 센서어레이(DP4)의 측정 평면이 x-y 평면에 수직이면서 x축을 예각(α)으로 교차하는 것을 특징으로 하는 측정물의 자동감지 장치.
제8항에 있어서, 두번째 센서어레이(C4)가 다색센서이고, 두번째 조명배열(C1)의 광원들(C1a,C1b,C1c)은 동시에 작동되거나 광대역이나 다중대역 광원으로 교체되는 것을 특징으로 하는 측정물의 자동감지 장치.
제8항에 있어서, 두번째 센서어레이(C4)가 다색센서이고, 세번째 조명배열(P1)의 광원들 중의 적어도 하나는 광대역이나 다중대역 광원으로 교체되는 것을 특징으로 하는 측정물의 자동감지 장치.
제1항에 있어서, 온도센서(T)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 측정물의 자동감지 장치.
제1항에 있어서, 온도의 함수와 측정물(W)의 위치의 함수로 측정치에 수정인자를 제공하는 수정 시퀀스를 유도측정계(E)에 구현하는 것을 특징으로 하는 측정물의 자동감지 장치.
케이블이나 와이어나 프로필과 같은 기다란 측정물(W)을 처리하는 장치에 있어서:
제1항에 따른 측정물의 자동감지 장치에 의해 상기 측정물이 입력측에 제공되는 것을 특징으로 하는 측정물의 처리장치.