非接觸式感測裝置的製作方法

2023-09-17 23:16:10

專利名稱：：非接觸式感測裝置的製作方法
技術領域：
：本發明涉及自動化控制，特別是關於一種可不受設備空間及待測量對象外形限制的非接觸式感測裝置。
背景技術：
：傳統工業自動化傳感器主要量測移動對象的位置、速度、轉速及計數，主要可分為接觸式及非接觸式兩大類，接觸式傳感器必須直接接觸待測量對象以取得相關運動信息，如微動開關或極限開關，但它不適用於精密元件工藝，因其接觸點容易造成待測量對象表面磨損而影響後續精密工藝；至於傳統非接觸式傳感器主要可分為利用磁場感應技術及光電技術兩大類，磁場感應技術主要利用霍爾效應檢測流經電路的電流所產生的磁通量變化來進行電壓輸出(稱為霍爾電壓)，如磁簧開關、近接開關或轉速計，但具有易受電子噪聲幹擾及溫度起伏影響、需要較大的功率去推動感測裝置等缺點，至於光學傳感器利用發出光線遮斷與否來判別信號，其基本元件必須具有光柵欄、光發射器及光接收器，若再加上後續處理器，將使成本居高不下；此外，受限於光線必須直線進行，故不適用於空間窄小受限的設備廠房，導致應用功能受限。因此，新一代非接觸式感測裝置必須具有抗電子噪聲幹擾、靈敏度高、不佔空間、低成本、易安裝及低功率等技術。再者，傳統傳感器對於檢測對象形狀及應用場合不具有彈性安裝功能(flexibleinstallingfunction)，必須受到事前安裝於待量測對象上的限制，例如轉速計，其霍爾傳感器及ENCODER編碼器等元件必須事先安裝於轉軸上，方可進一步量測轉軸轉速，如此不僅造成空間及應用場合受限，設備亦須額外的傳感器及安裝成本，例如，若今天欲改量測玻璃基板的移動速度，則無法再使用上述ENCODER編碼器等轉速傳感器，必須另配置如微動開關或極限開關等位置傳感器，如此必須準備各類型的傳感器，導致生產線設備成本提高，因傳統傳感器需事前針對檢測對象的形狀、場合及量測信號，再決定安裝何種傳感器的型態及種類，不具彈性安裝功能，大大局限傳統傳感器的應用場合。然而，隨著精密工藝複雜化及生產線的不斷擴充，生產線的故障實時檢修需要在線實時即地可安裝量測的感測裝置。因此，新一代非接觸式感測裝置亦須具有可攜式(portable)及可隨貼隨用(plug-and-play)等彈性安裝功能(flexibleinstallingfunction)。
發明內容本發明的主要目的在於提供一種非接觸式感測裝置，其可進行位置確認、測速、啟動或停止等特定動作的檢測。本發明的次一目的在於提供一種非接觸式感測裝置，其具有構造簡單、成本低廉及可適用於任何待測量對象材質形狀。本發明的再一目的在於提供一種非接觸式感測裝置，其具有可攜式(portable)及可隨貼隨用(plug-and-play)等彈性安裝功能(fIexibleinstallingfunction)。本發明的再二目的在於提供一種非接觸式感測裝置，其具有不佔空間、靈敏度高、抗噪聲幹擾及及不影響系統工藝原先磁場分布等優點。為達成前述的發明目的，本發明所提供的非接觸式感測裝置包含有一磁條，固定於一待測量對象上、一檢測器以及一處理器。該磁條具有多個N極與S極交替排列的磁性區塊。一檢測器，具有一固定磁性層，其具有固定的磁性方向、一自由磁性層，其磁性方向會受到外加磁場的影響而改變以及一隔離層，位於該固定磁性層與該自由磁性層之間。該處理器連接至該檢測器。當該待測量對象運動，使該磁條通過檢測器時，該磁條上的N極與S極區塊會改變該自由磁層的磁性方向，使該自由磁層的磁性方向與該固定磁性層相同或相反，造成其電阻產生明顯的變化，進而導致輸出至該處理器的電壓或電流改變，再由該處理器計算出待測量對象所需要的運動信息。圖1為立體圖，顯示本發明的非接觸式感測裝置應用於一連續工藝上；圖2為本發明第一較佳實施例的檢測器的示意圖；圖3為本發明第一較佳實施例的示意圖，顯示檢測器的自由磁性層受磁帶的影響而改變至與該固定磁性層相反的方向；圖4為本發明第一較佳實施例的示意圖，顯示檢測器的自由磁性層受磁帶的影響而改變至與該固定磁性層相同的方向；圖5顯示各種正常信號與異常信號的示意圖；其中圖5A顯示當工藝正常運作下該檢測器所傳來的信號狀態；圖5B顯示一種異常信號；圖5C代表後面載具發生打滑或卡住情況；圖5D代表載具角度已偏移；圖6為本發明第二較佳實施例的檢測器的示意圖；圖7為本發明的磁帶的立體圖；以及圖8為本發明的非接觸式感測裝置應用於檢測一軸的示意圖。主要元件符號說明10非接觸式感測裝置12傳輸機構14載具16磁條18檢測器20支架22固定磁性層24自由磁性層26隔離層28信號傳輸線30電源供應器32處理器34檢測器36固定磁性層38自由磁性層40隔離層44信號傳輸線46電源供應器48處理器50固定層52偏壓層54背膠56離形紙58軸乂_輸出電壓具體實施例方式請參閱圖1所示，本發明第一較佳實施例所提供的非接觸式感測裝置10是應用於自動化工藝中，用來檢測工藝中的各項信息，例如計數、位置確認、測速、啟動或停止等。在此一自動化工藝中具有一傳輸機構12以及多個載具14。載具為tray盤或其它可用來裝置被加工對象(未顯示)的器具。載具14放置於該傳輸機構12上，被傳輸機構12帶動而向前移動，以進行預定的加工程序。該非接觸式感測裝置10具有一磁條16以及一檢測器18。磁條16裝設於載具14的側邊，檢測器18設置於傳輸機構12的一支架20上；當載具14被傳輸機構12移動時，側邊上的磁條16會通過檢測器18。請參閱圖2所示，該檢測器18具有一固定磁性層22、一自由磁性層24、一隔離層26，位於該固定磁性層22與自由磁性層M之間、二信號傳輸線觀，分別連接至該固定磁性層22以及該自由磁性層對、一電源供應器30，連接至該信號傳輸線觀，可提供一固定大小的電流至該固定磁性層22以及該自由磁性層24，以及一處理器32，連接至該二信號傳輸線28。固定磁性層22的N極、S極不會受到外加磁場的影響而改變，就算外加磁場消失，仍保有原有磁性。本發明的固定磁性層22為導電磁性金屬或導電磁性氧化物，例如=Fe5^xC0xGiil9tj自由磁性層M的磁極會受到外加磁場的影響而改變。自由磁性層M的材料最好是選擇當磁場移去後不易有殘磁的材料，為導電磁性金屬或導電磁性氧化物，例如NiFe。隔離層沈為非磁性金屬層(例如銅)或是絕緣層(例如氧化鋁)。該磁條16為一具有N極與S極磁性區塊交替排列的長條帶狀物。圖1中是以顏色的深淺來代表N極磁性區塊與S極磁性區塊。前述檢測器18的工作原理為電子具有自旋的物理特性，分為上自旋電子與下自旋電子。與磁性層磁矩平行的電子在傳導過程中較不會被散射而呈現低電阻，但與反平行時，則很容易與磁性層磁矩碰撞而散射而呈現高電阻。如果自由磁性層M的磁矩方向與固定磁性層22的磁矩方向相同時，則只有與(22，24)兩磁性層磁矩反平行的電子會被阻擋散射，總電阻相對較小，因此輸出至處理器32的電壓(V。ut)較大；如果自由磁性層M的磁矩方向與固定磁性層22的磁矩方向相反時，則不管上自旋或下自旋的電子皆會被自由磁性層M或固定磁性層22其中之一阻擋散射，總電阻相對較大，輸出至處理器32的電壓(V。ut)較小。通過處理器32所接收到的輸出電壓(V。ut)的大小可判斷為「0」與「1」。同理，若該電源供應器30提供固定電壓時，則將造成輸出至處理器32的電流的變化，進而判斷「0」與「1」。回到本發明所提供的非接觸式感測裝置10，當該載具14前進時，會造成其側邊的磁帶通過該檢測器18。請參閱圖3所示，當磁條16上的N極磁性區塊與S極磁性區塊所產生的磁力線作用於該自由磁性層24，並造成該自由磁性層M的磁性方向與該固定磁性層22相反時，電子通過該自由磁性層M與該固定磁性層22的電阻較大，因此輸出電壓(V。ut)較小；反之，當磁條16上的N極磁性區塊與S極磁性區塊所產生的磁力線造成該自由磁性層M的磁性方向與該固定磁性層22相同時，請參閱圖4所示，電子通過該自由磁性層M與該固定磁性層22的電阻較小，因此輸出電壓(V。ut)較大。如此可視為，當磁條16通過該檢測器18時，該處理器32會檢測出一連串「0」與「1」的信號，以此可計算出載具14移動的速度與其它相關的運動信息。因檢測器18受到外部磁條16微小磁場的變化就會產生極大且明顯的電阻變化(50%以上)，因此本非接觸式感測裝置10具有抗噪聲幹擾、高靈敏度及低功率等優點。再者，檢測器18對於微小的扇區判斷有極高的靈敏度，因此可大幅縮小其體積，對於廠房設備空間受限的場所，本非接觸式感測裝置10皆能應用。圖5A顯示當工藝正常運作下該檢測器所傳來的信號狀態，其中「0」與「1」信號間隔連續出現的區段，代表載具通過，而無信號的區段代表無載具通過，此信號形態透過處理器計算，可檢測出移動載具的各種所需信息(如位置、速度、計數或異常狀態等)。首先，當某一檢測器檢測到「1」信號後，代表該載具已到達預定位置，可進行(或關閉)下一特定動作(如減速或轉彎)等；其次，處理器可由兩個「1」信號之間的時間差At計算出載具的移動速度；再者，當「1」信號出現後，處理器中的計數器即開始啟動，計算全部通過的「1」信號總數目，除以每個載具所具有的「1J信號數目，可得到累計通過載具的數量；最後，本裝置可以進一步檢測載具14是否異常狀態，假設每個載具上的磁條配置6組N、S極磁性區塊，則圖5B顯示一種異常信號，其中信號無間斷地出現，此信號模式代表前後兩個載具太接近，已經堆疊在一起，而圖5C代表後面載具發生打滑或卡住情況，導致中間間隔「0」信號過久，而圖5D代表載具角度已偏移，使得所檢測到「1」、「0」信號數目不完整，若有檢測到上述這些異常信號，可以在線實時回報操作人員立刻停機處理，以免造成後續更多損失，這些功能是現有接觸式傳感器(如微動開關或極限開關)無法達成的。圖6顯示本發明第二較佳實施例的檢測器34，包含有一固定磁性層36、一自由磁性層38、一隔離層40，位於該固定磁性層36與自由磁性層38之間、二信號傳輸線44，分別連接至該固定磁性層36以及該自由磁性層38、一電源供應器46，連接至該信號傳輸線44，可提供一固定大小的電流，以及一處理器48，連接至該二信號傳輸線44。其特徵為該固定磁性層36具有一固定層(pinnedlayer)50與一偏壓層(biasinglayer)52。該固定層50與該隔離層40接觸；該偏壓層52為一反鐵磁性材料，例如feMn，用以固定固定層50的磁性方向。第二較佳實施例的檢測器34的作用與功能與前述相同，在此容不贅述。本發明的另一項特徵為，請參閱圖7所示，該磁條16為一具有可撓性(flexible)的帶體，其背面具有背膠54，背膠M上再貼附有一離形紙56。在撕開離形紙56後，該磁條16可貼附在任意材質或形狀的對象上。前述的檢測器的結構簡單且不佔空間，僅需要磁條16提供微弱的外加磁場，即可改變檢測器自由磁性層的磁性方向，但不影響系統工藝原先磁場分布。因此，該磁條16的基本材質為一般的磁帶，經磁化後，使之形成N極、S極交替的磁性區塊。不管待量測對象外型或材質是否具磁性，皆可輕易安裝使用，故具有可攜式(portable)及可隨貼隨用(plug-and-play)等彈性安裝功能(flexibleinstallingfunction)，並進一步達到易安裝、不佔空間、低功率及不影響系統工藝原先磁場分布等優點。圖8顯示該磁條16貼附於一軸58上，在於適當位置設置一檢測器18，如此即可檢測該軸58的轉速與其它相關信息。綜上，本發明所提供的非接觸式感測裝置，可應用在檢測一運動中的待測量對象的位置確認、測速、計數、啟動或停止等特定動作。本發明的檢測器與磁條所佔用的空間很小，因此幾乎所有任何廠房設備空間受限條件均可應用本發明。此外，磁條所產生的磁力相當的微弱，對於某些對於磁性相當敏感的裝置或工藝，亦可使用本發明。最後，由於磁帶的可撓性，任何形狀與材質的待測量對象，均可輕易安裝使用，具有可攜式(portable)及可隨貼隨用(plug-and-play)等彈性安裝功能(flexibleinstallingfunction)。。以上所述僅為本發明較佳可行實施例而已，舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為的等效結構變化，理應包含在本發明的專利範圍內。權利要求1.一種非接觸式感測裝置，用來檢測一運動的待測量對象的信息，其特徵在於包含有一磁條，其上具有多個N極與S極交替排列的磁性區塊；一檢測器，具有一固定磁性層，其具有固定的磁性方向、一自由磁性層，其磁性方向會受到外加磁場的影響而改變、一隔離層，位於該固定磁性層與該自由磁性層之間、二信號傳輸線，分別連接至該固定磁性層與該自由磁性層，以及一電源供應器，連接至該信號傳輸線，以及一處理器，連接該二信號傳輸線；該磁條固定於該待測量對象上，該檢測器則固定於某一固定位置；當該待測量對象運動，使該磁條通過檢測器時，該磁條上的N極與S極區塊會改變該自由磁性層的磁性方向，使該自由磁性層的磁性方向與該固定磁性層相同或相反，造成其電阻產生明顯的變化，進而導致輸出至該處理器的信號改變，再由該處理器計算出待測量對象的相關信息。2.依據權利要求1所述的非接觸式感測裝置，其特徵在於，該固定磁性層為導電磁性金屬或導電磁性氧化物。3.依據權利要求1所述的非接觸式感測裝置，其特徵在於，該自由磁性層為導電磁性金屬或導電磁性氧化物。4.依據權利要求1所述的非接觸式感測裝置，其特徵在於，該隔離層為非磁性金屬層或絕緣層。5.依據權利要求4所述的非接觸式感測裝置，其特徵在於，該隔離層選自銅或氧化鋁。6.依據權利要求1所述的非接觸式感測裝置，其特徵在於，該固定磁性層具有一固定層與一偏壓層；該固定層與該隔離層接觸，該偏壓層將固定層的磁性方向固定。7.依據權利要求6所述的非接觸式感測裝置，其特徵在於，該偏壓層為一反鐵磁性材料。8.依據權利要求1所述的非接觸式感測裝置，其特徵在於，該磁條為一具有可撓性的帶體。9.依據權利要求8所述的非接觸式感測裝置，其特徵在於，該磁條背面具有背膠。10.依據權利要求9所述的非接觸式感測裝置，其特徵在於，該磁條背膠上貼附有一離形紙，撕開後該磁條可貼在該待測量物件上。全文摘要本發明公開了一種非接觸式感測裝置，其包含有一磁條，固定於一待測量對象上、一檢測器以及一處理器。該磁條具有多個N極與S極交替排列的磁性區塊。一檢測器，具有一固定磁性層，其具有固定的磁性方向、一自由磁性層，其磁性方向會受到外加磁場的影響而改變以及一隔離層，位於該固定磁性層與該自由磁性層之間。該處理器連接至該檢測器。當該待測量對象運動，使該磁條通過檢測器時，該磁條上的N極與S極區塊會改變該自由磁性層的磁性方向，使該自由磁性層的磁性方向與該固定磁性層相同或相反，造成其電阻產生明顯的變化，進而導致輸出至該處理器的電壓或電流改變，再由該處理器計算出待測量對象所需要的運動信息。文檔編號G06M1/274GK102192699SQ201010136409公開日2011年9月21日申請日期2010年3月12日優先權日2010年3月12日發明者葉室宏,楊尚霖,許耿禎,陳恆輝申請人:許耿禎