CN102736544A - 通过对加速度进行评估对带来危险的装置进行监测的电路布置和方法 - Google Patents
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Abstract
为了更简单、更安全和/或更廉价地对带来危险的装置实施监测，本发明提供了一种电路布置(10、10a、10b、10c)，其包括：至少两个加速度传感器(110、210)，用于对带来危险的装置的至少一部分的加速度进行测量；至少一个逻辑电路(120、220)，用于对至少两个加速度传感器(110、210)的测量值进行评估；至少一个存储器，用于存储对照值；以及至少一个通过至少一个逻辑电路(120、220)的输出端进行控制的安全装置(130、132；230、232；134；234)，其中，该安全装置设置用于响应经至少一个逻辑电路(120、220)的输出端接收到的操作指令，以使带来危险的装置转化为安全状态，其中，当测得的带来危险的装置的至少一部分的加速度、或由测得的加速度导出的量值相对于存储的对照值具有预定的比值时，至少一个逻辑电路(120、220)将操作指令发送到至少一个安全装置(130、132；230、232；134；234)上。本发明进一步提供了对带来危险的装置进行监测的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一般的安全技术，特别是涉及一种通过对加速度进行评估对带来危险的装置进行监测的电路布置和方法。
背景技术
运动的获取现今在安全技术中典型地通过旋转编码器、坐标变换器或启动器来解决。加速度传感器现今经常在移动电话、球拍和机动车导航中得到应用。
由文献DE 10 2008 062 978A1可知一种手控制机器及其运行方法，其中，为对例外情况进行自动识别，例如对超出预定的加速度值进行识别，设置有传感器，经该传感器激活一个装置，该装置例如实现了使机械臂运动停止的安全继电器的功能。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种途径，即，能够更简单、更安全和/或更廉价地实现对带来危险的装置的监测。本发明的目的特别在于，提供一种电路布置和方法，用该电路布置和方法可以进行这样的监测。
通过根据权利要求1所述的电路布置和根据权利要求12所述的方法实现了本发明的目的。
在从属权利要求中给出了有利的实施方式和扩展方案。
根据本发明的对带来危险的装置进行监测的电路布置相应地包括：至少两个加速度传感器，用于对带来危险的装置的至少一部分的加速度进行测量；至少一个逻辑电路，用于对至少两个加速度传感器的测量值进行评估；至少一个存储器，用于存储对照值；以及，至少 一个通过至少一个逻辑电路的输出端进行控制的安全装置。
该安全装置设置用于响应经至少一个逻辑电路的输出端接收的操作指令，以使带来危险的装置转化为安全状态，其中，当测得的带来危险的装置的至少一部分的加速度、或由测得的加速度导出的量值相对于存储的对照值具有预定的比值时，至少一个逻辑电路将操作指令发送到至少一个安全装置上。优选进行检验，测得的加速度或由该加速度导出的量值(例如速度或者位置)是否高于或低于预定的对照值。例如还可以存储多个对照值，例如为用于确定加速度、速度或位置的额定范围的上限和下限值，其中，在低于下限值或高于上限值时通过各个量值生成操作指令。
带来危险的装置在本发明的意义上是这样的技术装置，该技术装置可能会对人员和/或原料产生不可忽视的危险。例如，带来危险的装置可以是自动化系统的机器或装置。带来危险的装置的部件(对其加速度进行监测)，可以例如为固定在机械臂上的工具。
原则上，使用这样的适应类型的加速度传感器，例如压电式传感器或者作为微机电系统(MEMS)形成的传感器。
根据应用目的，加速度传感器优选为此而形成，即，在一个、两个或三个空间方向上测量线性加速度。有利地，由用于每个测得的空间方向的各个加速度传感器分别生成一个与各个加速度呈比例的输出信号，其中，输出信号可以根据设计方案模拟地或数字地来提供。对于一定的应用目的，进一步有利的是，为此而形成至少一个加速度传感器，对角度加速度进行测量，其中，该测量也可以在一个、两个或三个空间轴上进行。
通过具有两个加速度传感器的双通道结构方案，有利地实现了安全程度的提升。特别优选对于每个加速度传感器分配一个单独的逻辑电路，其中，特别通过每个单独的逻辑电路对单独的安全装置进行控制。以这种方式，形成了两个独立通道，该通道冗余地将带来危险的装置转换为安全状态。
至少一个逻辑电路有利地为此而形成，从加速度传感器的测量值中可以得出带来危险的装置的至少一部分的速度和/或位置。这例 如可以通过对测得的加速度数值进行积分而得来。然而，将加速度数值用时间进行的数学积分可能由于对时长的测量误差的追加而导致对真实速度和位置的错误估计。因此，逻辑电路(下面称作逻辑单元)有利地具有输入端，用以将确定的位置(例如预定运动的开始或中间位置)或者运动(如开始、停止或重置)报告给逻辑单元，从而减少测量误差的追加。
进一步设置有输入端，经该输入端可将边界值输送给逻辑单元，该边界值存储在存储器中。为了该目的，各个逻辑单元有利地具有相应的存储器。
有利地，冗余通道的逻辑单元彼此相连，从而相互交换数据。为了简化电路布置，因此可以有利地仅在逻辑单元处设置输入端，用于输送确定的数据，其中，该逻辑单元将接收到的数据继续传递至另外的逻辑单元。相应地，优选至少一个逻辑线路具有一个输入端，从而将边界值和/或初始化数据输送给逻辑电路，用以对计算得出的带来危险的装置的至少一部分的速度和/或位置进行初始化。逻辑单元可进一步将测得的加速度值进行交换。
在优选的实施方式中为此而形成电路布置，对至少两个加速度传感器的测量值的置信度进行检验。为了该目的，有利地，对由不同的加速度传感器测得的测量值或由此而得出的测量变量(如速度或加速度)进行比较。特别地，为此目的，使至少两个逻辑电路之间的相应的测量值或测量变量进行交换，这些逻辑电路对应于不同的加速度传感器。在一般情况下，不同的传感器传递大体上同等的测量值或导出的测量变量(这些测量变量具有大体上相同的值)。如果由置信度检验得出不同的传感器具有彼此偏差的值，则意味着至少一个传感器发生故障。置信度检验因而用于检验传感器，其中，有利地依赖于置信度检验的结果将相应的信号提供给电路布置的输出端。置信度检验优选通过至少一个逻辑电路实施。
为避免共因失效(common cause failures)，例如由加速器传感器的共同结构误差造成(该共因失效会导致非预期的冗余撤销)，那么，使两个加速度传感器特别优选以预定的夹角彼此错置，其中， 各个对应的逻辑单元匹配于错置的加速度传感器的各个不同信号的评估。当使用加速度传感器时，这样的匹配可以以简单的方式进行，该加速度传感器设置用于在三个空间方向上测量加速度，而且加速度传感器通过围绕Z轴旋转90°错置，这是因为，在这种情况下在评估中仅仅需要交换X和Y轴。然而，有利地可以使用其它角度，例如45°。
在优选的实施方式中，加速度传感器的角度错置由此而形成，即，每个加速度传感器分别以相同的方式设置在单独的电路板上，其中，电路板以预定的夹角彼此错置。
为将带来危险的装置转化为安全状态，优选可以将该装置断路。相应地，至少一个安全装置有利地设置用于切断带来危险的装置的电源。为此目的，至少一个安全装置优选包括继电器或作为晶体管形成的半导体开关。作为替代，该安全装置例如设置用于激活制动装置，该制动装置适用于通过制动过程将带来危险的装置转化为安全状态。根据带来危险的装置的设计，可以考虑安全装置的另外的实施方式。
有利地，电路布置还可以至少部分作为整合电路来形成，其中，整合电路在组件的相应的设计方案中包括逻辑单元和/或加速度传感器和/或安全装置。还可以每个通道设置单独的整合电路。
用于对带来危险的装置进行监测的方法包括：凭借至少两个加速度传感器对带来危险的装置的至少一部分的加速度进行测量，其中，至少两个加速度传感器的测量值通过至少一个逻辑电路得到评估。通过至少一个逻辑电路的输出端，对至少一个安全装置进行控制，其中，当带来危险的装置的至少一部分的加速度、或由测得的加速度导出的量值相对于存储的对照值具有预定的比例时，至少一个逻辑电路将操作指令发送到至少一个安全装置上，而且其中，至少一个安全装置相应接收到的操作指令而将带来危险的装置转化为安全状态。
附图说明
下面，凭借优选的实施方式引用附图进一步阐明本发明。附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件。
图1为根据本发明的电路布置的优选实施例的框图；
图2为图1所示的组件的第一优选布置；
图3为图1所示的组件的第二优选布置；
图4为图1所示的组件的第三优选布置。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的电路布置10的优选实施例的框图，该电路布置用于监测带来危险的装置，例如未示出的机器或设备。在示出的实施例中，带来危险的装置这样经连接端350连接于电源，从而使开关132或232的断开导致电源的断开，并由此导致带来危险的装置的断路。
电路布置10形成为双通道的结构，即具有第一通道100和第二通道200，其中，通道100或200的每一个都包括加速度传感器110或210、逻辑单元120或220以及继电器130或230，用于分别对开关132或232之一进行操作。
加速器传感器110和210设置在带来危险的装置上，从而用这些加速器传感器可以对带来危险的装置的至少一部分的加速度进行测量。由加速度传感器110或210生成的测量值被分别输送给与各个加速度传感器相连的逻辑单元120或220。该逻辑单元120和220对接收的测量值进行评估，并生成操作指令，只要测得的加速度或由此导出的量值超出预定的额定范围或远离预定的边界值，其中，相应的对照值位于逻辑单元的未示出的存储器中。如果生成这样的操作指令，那么该操作指令则被输送给与各个逻辑单元120或220相连的安全继电器130或230，然后将开关132或232断开。
额外地，通过加速度值积分可推导得出实际的速度或位置。由于积分时而追加的测量误差，使逻辑单元120在示出的实施例中具有输入端310，经该输入端使逻辑单元120信号化，用以将由测得的加速度导出的速度和/或位置初始化为限定的值。进一步，逻辑单元120具有输入端320，用于输送参数，这里的参数例如为一个或多个为评估所使用的对照值。经输入端310和320输送的信息在示出的实施例 中经逻辑单元120和220之间的连接部400进行交换。进一步，可以经连接部400使测量值或由测量值导出的量值(例如用于平均值形成的量值)进行交换。为对所采用的传感器进行检验，此外还有利地设置了，对测量值或由测量值导出的量值(这些值在逻辑单元120和220之间进行交换)就置信度进行检验。为了该目的，例如可以检验，由逻辑单元120和220提供的测量变量是否一致。根据测量变量的精确度，作为替代可以检验，测量变量彼此之间的偏差是否超出了预定值。置信度检验的结果可以经未示出的输出端输出，用于进一步处理。因此，例如经用户界面可以示出，不同传感器的测量变量彼此发生偏差，这意味着发生故障。
代替经连接部400进行的输入数据交换，每个逻辑单元还可以具有用于输送输入数据的自身输入端。进一步，可以通过使用的适宜的记录而为不同的输入数据使用单一输入端。
在图2、3、4中示出了在图1中示出的组件的不同的优选布置。
图2示出了电路布置10a，对于该电路布置，加速度传感器110和210直接与逻辑单元120和220以及安全输出端134和234(该输出端例如可以形成为安全继电器或半导体开关)共同设置在一个组合件中，即一个公共电路板400上。安全的半导体输出端特别在加速度值较高时是有利的。在示出的实施例中，加速度传感器110和120在一个公共层面中而以90°角彼此错置，即以90°角旋转设置，从而避免共因失效。
在图3中示出的电路布置10b与图2所示的电路布置相对应，只有一处区别，即，加速度传感器110和120为避免共因失效而以45°角彼此错置。
在图4中示出了另一替代的电路布置10c，对于该电路布置，加速度传感器110和120中的每一个分别以相同方式设置在单独的电路板410或420上，其中，电路板410和420以预定的夹角、在示出的实施例中以90°角彼此错置。
通过本发明，有利地，以简单而廉价的方式，在同时确保了高度安全性的前提下实现了从事危险运动的安全技术的运用。
Claims (14)
1.一种对带来危险的装置进行监测的电路布置(10、10a、10b、10c)，其包括：
-至少两个加速度传感器(110、210)，用于对带来危险的装置的至少一部分的加速度进行测量，
-至少一个逻辑电路(120、220)，用于对至少两个加速度传感器(110、210)的测量值进行评估，
-至少一个存储器，用于存储对照值，以及
-至少一个通过至少一个逻辑电路(120、220)的输出端进行控制的安全装置(130、132；230、232；134；234)，所述安全装置设置用于响应经至少一个逻辑电路(120、220)的输出端接收到的操作指令，以使带来危险的装置转化为安全状态，其中，当测得的所述带来危险的装置的至少一部分的加速度、或由测得的加速度导出的量值相对于存储的对照值具有预定的比值时，至少一个逻辑电路(120、220)将操作指令发送到至少一个安全装置(130、132；230、232；134；234)上。
2.根据权利要求1所述的电路布置，其中，加速度传感器(110、120)的每一个分别对应一个独立的逻辑电路(120、220)。
3.根据权利要求2所述的电路布置，其中，单独的逻辑电路(120、220)彼此相连，并为了相互交换数据而形成。
4.根据前述权利要求的任意一项所述的电路布置，所述电路布置形成用以对至少两个加速度传感器(110、120)的测量值进行置信度检验。
5.根据前述权利要求的任意一项所述的电路布置，其中，通过至少一个逻辑电路(120、220)的每一个，对单独的安全装置(130、132；230、232；134；234)进行控制。
6.根据前述权利要求的任意一项所述的电路布置，其中，至少一个逻辑电路(120、220)形成用以由加速度传感器(110、210)的测量值计算得出带来危险的装置的至少一部分的速度和/或位置。
7.根据前述权利要求的任意一项所述的电路布置，其中，所述逻辑电路(120、220)中的至少一个具有输入端(310、320)，用以向逻辑电路(120、220)输送对照值和/或初始化数据，用于对计算得出的带来危险的装置的至少一部分的速度和/或位置进行初始化。
8.根据前述权利要求的任意一项所述的电路布置，其中，两个加速度传感器(110、210)以预定的夹角彼此错置。
9.根据权利要求8所述的电路布置，其中，加速度传感器(110、210)的每一个分别以相同的方式设置在一个单独的电路板(410、420)上，而且其中，所述电路板(410、420)以预定的夹角彼此错置。
10.根据前述权利要求的任意一项所述的电路布置，其中，至少一个安全装置(130、132；230、232；134；234)设置用于切断带来危险的装置的电源或者用于激活制动装置。
11.根据前述权利要求的任意一项所述的电路布置，其中，至少一个安全装置(130、132；230、232；134；234)包括继电器(130、230)或半导体开关。
12.根据前述权利要求的任意一项所述的电路布置，其至少部分作为整合电路而形成。
13.根据前述权利要求的任意一项所述的电路布置，其中，所述加速度传感器(110、120)设置用于在三个空间方向上对加速度进行测量。
14.一种对带来危险的装置进行监测的方法，其包括下述步骤：
-凭借至少两个加速度传感器(110、210)，对带来危险的装置的至少一部分的加速度进行测量，
-存储对照值，
-通过至少一个逻辑电路(120、220)，对至少两个加速度传感器(110、210)的测量值进行评估，
-通过至少一个逻辑电路(120、220)的输出端对至少一个安全装置(130、132；230、232；134；234)进行控制，其中，当测得的带来危险的装置的至少一部分的加速度、或由测得的加速度导出的量值相对于存储的对照值具有预定的比值时，至少一个逻辑电路(120、220)将操作指令发送到至少一个安全装置(130、132；230、232；134；234)上，而且其中，至少一个安全装置(130、132；230、232；134；234)响应接收到的操作指令而将带来危险的装置转化为安全状态。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20121017 |