用于定位和/或检测金属或含金属物体和材料的方法及传感器单元的制作方法
【专利说明】用于定位和/或检测金属或含金属物体和材料的方法及传感器单元
[0001]相关专利申请的引用
[0002]本申请要求于2012年10月2日提交的德国专利申请10 2012 019 329.7的优先权，该申请的公开内容据此明确地包含在本申请的主题内，以作参考。
技术领域
[0003]本发明涉及一种根据权利要求1或11的前序部分的用于定位和/或识别金属或含金属物体和材料的方法和传感器单元。
【背景技术】
[0004]根据形成权利要求1的前序部分的基础的WO 2012/104086 Al，已知一种用于定位金属或含金属物体和材料的方法，其中，相对于彼此控制在至少两个传输线圈内的电流，使得甚至在金属影响之下，由至少一个接收线圈接收的接收线圈输出信号或从该接收线圈输出信号中生成的解调相位的平均值相对于彼此连续地被控制为“O”。与此相关，通过至少0°的解调以及通过90°偏移的解调，检测和调整控制值以作为值，使得甚至在其他金属物体位于检测区域内时，待检测的物体也能够进行可靠检测。
[0005]先前的后公布的德国专利申请DE 10 2012 001 202 Al描述了一种具有线圈设置的传感器，其中，线圈的正圆形绕组以蜿蜒形式被配置，使得两个传输线圈和一个接收线圈彼此配合，以便抵消所接收的信号。传输线圈优选地设置在其内，分别设置在接收线圈之上和之下。这两个传输线圈相对于接收线圈具有略微不同的旋转角，使得利用传输电流的分布，在接收线圈内的信号可以被调节为O。因此，该线圈系统由至少两个(优选地，三个)独立的线圈部分组成。通常，出于最佳可接触性的原因，线圈的绕组在外边缘处开始，并且向内铺设成蜿蜒的形式。从此处开始，电流必须再次到达外面，并且这可以利用具有蜿蜒的线圈的第二层来实现，在该蜿蜒的线圈中，线圈电流再次从内部朝外穿过。这增大了结构高度。
[0006]根据WO 2010/133501 Al，已知一种用于检测金属物体的电感式传感器，该传感器具有传输线圈设置，该设置具有至少两个传输线圈和至少一个接收线圈。利用评估和控制单元，传输线圈可利用传输电流激发，其中，选择传输线圈的绕组感测和传输电流振幅的符号，使得这两个传输线圈在接收线圈的位置处生成相同方向的磁场。在几何学上设置传输线圈和接收线圈，使得这些线圈彼此重叠并且在接收线圈设置中感应出O或者几乎为O的电势，即，磁场基本上彼此补偿。从这组平衡状态开始，然后，所感应的电压受到物体的影响，产生检测信号。在传输侧上发生调节。
[0007]根据DE 10 2004 047 189 Al，已知一种用于建筑材料的金属传感器，包括彼此电感耦合的传输线圈和接收导体回路系统。导体回路系统由导体结构形成在电路板上。由于未发生完全补偿，所以测量信号被数字化，并且执行窄带数字过滤，以减小噪声带宽。
[0008]根据DE 10 2010 043 078 Al，已知一种用作金属传感器的传感器装置，该装置具有至少两个线圈以及一磁场传感器，其中，选择线圈和磁传感器相对于彼此的设置，并且分别选择线圈绕组的数量或线圈的绕组感测或者线圈电流，使得由线圈生成的磁场在磁场传感器的位置处几乎消失。
[0009]根据DE 10 2005 002 238 Al，已知一种用于定位金属物体的传感器，该传感器具有传输线圈以及与其电感親合的接收导体回路系统。传输线圈与中和(neutralising)变压器的初级侧串联连接。通过这种方式，生成可能最小的偏置信号。
[0010]为了检测铁磁性物质，根据DE 44 42 441 Al，已知一种使用平面技术进行的小型化设置以用于检测磁导率。该设置包括生成磁通量的线圈、通量传导结构以及通量检测元件。磁导率的变化由通量检测元件检测。通过使用平面技术生产，可实现高度小型化，并且从而实现高级空间分辨率。
[0011]根据DE 103 18 350 B3，已知一种电感式接近开关，该开关具有传输线圈以及设置在其交变磁场内的接收线圈，其中，通过交变磁场施加于接收线圈内的磁通量在接近开关的开关位置或剩余位置内接近O。线圈被设置为彼此相邻并且偏置，使得场线相互渗透该线圈。一个线圈为环形，另一个为圆形，其中，圆形线圈与环形线圈重叠。利用该实施方式，在最大可能的程度上，感测间距相对于线圈支撑主体的温度变化和机械影响并不重要。
[0012]根据DE 39 12 840 Al，已知一种用于电感式检测装置的检测器线圈设置。通过使用检测器线圈的印刷电路并且通过在共同的支撑层上安装具有彼此相邻的导体轨迹的导体带的形式的绕组的方式，确保制造并且容易生产检测器线圈设置。
[0013]根据DE 34 39 369 C2，已知一种用于在金属熔体流内检测伴随性熔渣的方法，其中，传输线圈和接收线圈被嵌入陶瓷材料内。将包含多个频率的电流施加于传输线圈中，该电流在接收线圈内感应出通过频率选择的方式估计的电势。利用导电性分布的图案来确定熔渣的含量，其中，进行熔体以及测量传感器的变化温度的连续或部分连续测量。
[0014]众所周知并且广泛地使用电感式接近传感器。典型的设计与一段管相似，这段管与根据图5的传感器部件5.1相似。这些传感器通常使用铁氧体磁芯来聚集传感器线圈的场线。通常，在通常由金属制成的壁部内，通过孔进行这种类型的传感器的安装。为此，相应的空间也必须可以使用。虽然没有铁氧体磁芯的传感器可以实现很大范围，但是(例如，源自周围外壳)的贴近存在的金属使这些传感器盲目地进行进一步检测。
[0015]可以在表面上拧入用于检测金属接近的长方体形传感器。通常，与此同时，铁氧体磁芯用于聚集场线并且限定检测方向。因此，这些传感器相对较厚。
【发明内容】
[0016]由此继续，本发明的一个目标在于，提供一种用于定位和/或识别金属或含金属物体和材料的方法和传感器单元，其中，使用具有未调节的传输电流的线圈，其中，在接收侧上连续获得零输出信号。
[0017]利用包括权利要求1的特征的方法以及利用包括权利要求11的特征的传感器单元来实现这个目标。
[0018]该方法和传感器单元可以通过传输线圈和接收线圈进行操作，其中，将补偿电流馈送到接收分支内，优选直接馈送到接收线圈内，并且相对于彼此调节，使得甚至在金属的影响下，从接收线圈中接收的接收线圈输出信号连续地被调节为O。所述一个传输线圈和所述一个接收线圈彼此层叠设置，优选设置在印刷电路内。利用该过程并且通过使用仅两个线圈，实现电感式传感器部件，该部件非常紧凑并且尤其可以配置为具有非常扁平的构造，因此，为在一侧上具有检测区域的传感器设置的紧凑构造提供结构条件。因此，连续调节接收线圈的检测区域的所有变化，使得虽然连续并且动态地检测变化和差异，但是原则上，立即补偿在接收线圈内发生的变化。操作所述一个传输线圈和所述一个接收线圈，使得仍然能够进行差分补偿调节。
[0019]因此，例如，此外但不排他地，可以提供无铁氧体电感式传感器，这种传感器具有非常小的结构高度并且仅在一侧上形成检测区域，这也可以用于与金属环境直接接触。而且，该方法允许对待检测金属的精确分析。这不仅涉及该金属是铁还是非铁的，而且(例如)涉及铝的类型的分类。通过这种方法以及这种类型的传感器单元，还能够控制焊缝。
[0020]优选地，传输线圈和接收线圈可以安装在印刷电路板上，其中，电路板具有设置在线圈的一侧上的至少一个金属涂层，代替金属外壳。为了在传感器外壳内容纳该传感器设置所需的电子设备，可以利用略微更大厚度的传感器，虽然该厚度依然远远小于在现有技术中生产的传感器的厚度。由于优选地，在所描述的本发明内不使用任何铁氧体，并且因此，例如接近焊接机器人所发生的电场对检测性能不施加任何影响，所以进一步的优点是“焊接试验性”。通过这种方式，可以构造一种具有平板形式的电感式无铁氧体传感器，该平板具有例如仅1.3_的厚度以及很大范围。在本文中，仅在一个方向上形成检测器场。这表示该传感器可以安装在非金属支撑材料上以及由金属制成的支撑材料上，而该支撑材料对传感器的结果没有影响。
[0021]优选地，并行执行两个补偿调节处理，其中，第一补偿调节在0°和180°的相位位置处执行补偿，而第二补偿调节在90°和270°处执行补偿，其中，所述补偿调节