CN111711443A - 输出与操作开关对应的数字信号的数字信号输出装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种输出与操作开关对应的数字信号的数字信号输出装置。数字信号输出装置(1)具备：操作开关(11)，其具有被施加第一电压的第一端子(21‑1)和在触点闭合时输出第一电压的第二端子(21‑2)；电压切换部(12)，其从多个恒定电压中选择第二电压；电压判定部13，其按预定周期判定电压切换部(12)的输出电压是否已从第二电压改变；以及数字信号生成部(14)，其在由电压判定部(13)判定为未从第二电压改变时，按照每个周期，在从第二端子(21‑2)输出第一电压时生成表示第一状态的数字信号，在未输出第一电压时生成表示第二状态的数字信号。

Description

输出与操作开关对应的数字信号的数字信号输出装置

技术领域

本发明涉及一种输出与操作开关对应的数字信号的数字信号输出装置。

背景技术

作为将设置于机床或机器人等的操作开关的操作状态转换为可由控制机床或机器人的控制装置处理的数字信号的接口，包括输出与操作开关相对应的数字信号的数字信号输出装置。这样的数字信号也被称为例如数字输入信号或DI信号。此处，在控制机床或机器人的控制装置中，包括例如用于控制机床的数值控制装置或用于控制机器人的机器人控制器。

数字信号输出装置在操作开关的触点闭合时输出导通的数字信号(高或1)，在操作开关的触点断开时输出关断的数字信号(低或0)。控制机床或机器人的控制装置能够通过从数字信号输出装置输出的导通关断的数字信号来掌握操作开关的操作状态(开闭状态)，并根据该状态执行各种处理。

在数字信号输出装置中，向操作开关的一端即“公共端子”施加与机床、机器人或其控制装置共有的公共电压。当操作开关的触点闭合时，从操作开关的另一端即“输出端子”输出相当于公共电压的电压。另一方面，当操作开关的触点断开时，从操作开关的输出端子输出与相当于公共电压的电压不同的电压。在数字信号输出装置中，这样根据从操作开关的输出端子输出的电压生成并输出导通关断的数字信号。在这样的动作原理下，为了适当地生成导通关断的数字信号，必须根据操作开关的触点的开闭，使从操作开关的输出端子输出的电压为不同的值。因此，将与公共电压不同的电压经由电阻(上拉电阻或下拉电阻)施加到操作开关的输出端子。

例如，如日本特开2015-180061号公报中所述，已知一种如下结构的电子电路，其具备：第一输入端子和第二输入端子；输入电路，其包括第一输入和第二输入；多个输入开关，其由一个以上时钟信号控制，并包括在上述第一输入端子和上述输入电路的上述第一输入之间进行电连接的第一输入开关和在上述第二输入端子和上述输入电路的上述第二输入之间进行电连接的第二输入开关；以及电荷补偿电路，其具备第一输出和第二输出，上述电荷补偿电路用于补偿由附随于上述一个以上时钟信号中至少一个时钟信号的转变的上述多个输入开关注入的电荷。

例如，如日本特开2015-099412号公报中所述，已知一种具有运算装置和检测装置的数字输出装置，其中，上述运算装置具有将数字信号输出到外部的多个数字电路，上述检测装置通过逻辑电路判定上述数字信号中要检测的对象信号的逻辑值是否符合预定条件，当符合上述条件时，判定为上述对象信号非法。

例如，如日本特开2009-055656号公报中所述，已知一种能够以源极输入形式和同步输入形式输入与连接到外部的开关单元的开闭状态相对应的数字信号的逆变器装置，其特征在于，该逆变器装置具备：分别与各上述开关单元的一端连接的输入端子；与各上述开关单元的另一端共同连接的公共端子；将上述公共端子连接到与源极输入形式对应的第一公共电位和与同步输入形式对应的第二公共电位中的任意一个的第一切换单元；为各上述输入端子设置，且分别输入源极输入形式和同步输入形式的数字信号的第一和第二输入电路；以及与上述第一切换单元连动，并根据各上述输入形式将上述输入端子连接到上述第一和第二输入电路中的任意一个的第二切换单元。

例如，如日本特开平11-161391号公报中所述，已知一种具备用于接收触点输入或逻辑等输入信号的输入端子的接口电路，其特征在于，该接口电路具备：用于在将上拉电阻连接到上述输入端子的连接状态和将下拉电阻连接到上述输入端子的连接状态之间进行切换的切换单元；通过对该切换单元的切换连接状态进行判别来判别出是同步输入还是源极输入的判别单元；以及基于该判别单元的判别结果，在输出使上述输入信号反转而得到的信号的信号输出状态和直接输出上述输入信号的信号输出状态之间进行切换的信号切换单元。

发明内容

通常，在诸如机床、机器人或其控制装置这样的机器中，对每一台均设定有公共电压。即，机器不同的话，公共电压也不同，例如，既存在具有0[V]公共电压的机器也存在具有24[V]公共电压的机器。因此，在数字信号输出装置中，为了提高通用性以能够对应于多种公共电压，在操作开关的输出端子上设置有能够经由电阻(上拉电阻或下拉电阻)选择性地施加多种电压的切换开关。例如，为了无论将操作开关设置在具有0[V]公共电压的机器上还是将其设置在具有24[V]公共电压的机器上，都能够适当地生成导通关断的数字信号，在数字信号输出装置中设置有用于切换到24[V]和0[V]中任意一个电压的切换开关。诸如机床、机器人或其控制装置的机器的设计者或作业者在设有操作开关的机器的公共电压为0[V]时，将切换开关切换为24[V]电压，在设有开关的机器的公共电压为24[V]时，将切换开关切换为0[V]电压。但是，当切换开关中产生了异常，例如因生锈或异物的混入等引起的接触不良或因机器的振动或冲击等引起的切换位置的偏移等时，则无法经由电阻将与公共电压不同的电压施加到操作开关的输出端子。其结果是将导致数字信号输出装置执行错误动作，无法适当地生成导通关断的数字信号。当数字信号输出装置中的切换开关产生异常从而无法生成适当的数字信号时，机床或机器人可能会执行与原本的动作不同的危险动作。因此，需要一种安全性高的技术，即使在输出与操作开关相对应的数字信号的数字信号输出装置中产生了异常，也能够避免设有操作开关的机器的危险性。

根据本发明公开的一个方式，数字信号输出装置具备：操作开关，其具有被施加第一电压的第一端子和在触点闭合时输出第一电压的第二端子；电压切换部，其从多个恒定电压中选择并输出与第一电压不同的第二电压；电压判定部，其按照每个预定周期，判定从电压切换部输出的电压是否已从第二电压改变；以及数字信号生成部，其在由电压判定部判定为未从第二电压改变时，按照每个周期，在从第二端子输出第一电压时生成表示第一状态的数字信号，在未从第二端子输出第一电压时生成表示与第一状态不同的第二状态的数字信号。

附图说明

通过参照以下附图，能够更加明确地理解本发明。

图1是表示本发明公开的一个实施方式的数字信号输出装置的结构的概略图。

图2是表示当公共电压为0[V]时应用本发明公开的一个实施方式的数字信号输出装置时的结构的图。

图3是表示图2的数字信号输出装置中的电压切换部产生了异常时的情况的图。

图4A是表示图2的数字信号输出装置中操作开关的开闭状态和从数字信号生成部输出的数字信号之间的关系的图，其表示的是电压切换部中的切换开关无异常时的情况。

图4B是表示图2的数字信号输出装置中操作开关的开闭状态和从数字信号生成部输出的数字信号之间的关系的图，其表示的是电压切换部中的切换开关有异常时的情况。

图5A是表示当公共电压为0[V]时应用现有的数字信号输出装置时的结构的图，其表示的是电压切换部中的切换开关无异常时的情况。

图5B是表示当公共电压为0[V]时应用现有的数字信号输出装置时的结构的图，其表示的是电压切换部中的切换开关有异常时的情况。

图6A是表示图5A和图5B中的现有的数字信号输出装置中操作开关的开闭状态和从数字信号生成部输出的数字信号之间的关系的图，其表示的是电压切换部中的切换开关无异常时的情况。

图6B是表示图5A和图5B中的现有的数字信号输出装置中操作开关的开闭状态和从数字信号生成部输出的数字信号之间的关系的图，其表示的是电压切换部中的切换开关有异常时的情况。

图7是表示当公共电压为24[V]时应用本发明公开的一个实施方式的数字信号输出装置时的结构的图。

图8是表示图7的数字信号输出装置中的电压切换部产生了异常时的情况的图。

图9A是表示图7的数字信号输出装置中操作开关的开闭状态和从数字信号生成部输出的数字信号之间的关系的图，其表示的是电压切换部中的切换开关无异常时的情况。

图9B是表示图7的数字信号输出装置中操作开关的开闭状态和从数字信号生成部输出的数字信号之间的关系的图，其表示的是电压切换部中的切换开关有异常时的情况。

图10A是用来说明本发明公开的一个实施方式的数字信号输出装置中的信号处理定时的图，其表示的是电压切换部中的切换开关无异常时的情况。

图10B是用来说明本发明公开的一个实施方式的数字信号输出装置中的信号处理定时的图，其表示的是电压切换部中的切换开关有异常时的情况。

图11是表示本发明公开的另一个实施方式的第一方式的数字信号输出装置的结构的概略图。

图12是说明本发明公开的另一个实施方式的第一方式和第二方式的数字信号输出装置的信号处理定时的图。

图13是表示本发明公开的另一个实施方式的第三方式的数字信号输出装置的结构的概略图。

具体实施方式

参照以下附图，对输出与操作开关相对应的数字信号的数字信号输出装置进行说明。为了易于理解，对这些附图的比例进行了适当改变。附图所示的方式仅是用来实施的一个例子，而并不仅限于图示的实施方式。

首先，对本发明公开的一个实施方式的数字信号输出装置的结构进行说明。图1是表示本发明的一个实施方式的数字信号输出装置的结构的概略图。

数字信号输出装置1具备操作开关11、电压切换部12、电压判定部13以及数字信号生成部14。

以下将要说明的表示第一状态的数字信号和表示第二状态的数字信号是导通关断的数字信号。即，表示第一状态的数字信号和表示第二状态的数字信号中的某一个是导通信号(高或1)，另一个是断开信号(低或0)。优选表示第一状态的数字信号是导通信号(高或1)，表示第二状态的数字信号是断开信号(低或0)。

操作开关11具有第一端子21-1和第二端子21-2。操作开关11例如为机械开关。第一端子为公共端子，被施加第一电压即公共电压。第二端子与数字信号生成部14连接。当作业者对操作开关11进行操作由此使得触点闭合时，第一端子21-1和第二端子21-2之间导通，从第二端子21-2输出第一电压即公共电压。

电压切换部12具有能够从多个恒定电压中选择并输出与第一电压不同的第二电压的电压选择功能。电压切换部12具有多个输入端子31-1、31-2、……、31-n(n为自然数)、输出端子32以及切换开关33。

在输入端子31-1、31-2、……、31-n上分别施加彼此不同的恒定电压V₁、V₂、……、V_n。恒定电压V₁、V₂、……、V_n中包含可成为与第一电压即公共电压不同的第二电压的候补。

切换开关33从多个输入端子31-1、31-2、……、31-n中选择性地切换输出端子32的电连接目的地。通过作业者对切换开关33进行操作而从多个输入端子31-1、31-2、……、31-n中选择输出端子32的一个电连接目的地，由此，从输出端子32输出施加到所选择的输入端子的恒定电压。如上所述，施加到输入端子31-1、31-2、……、31-n的恒定电压V₁、V₂、……、V_n中包含可成为与第一电压即公共电压不同的第二电压的候补。由于应该从输出端子32输出与公共电压不同的第二电压，因此选择施加有第二电压的输入端子作为输出端子32的连接目的地。

电压判定部13周期性地监视从电压切换部12的输出端子输出的电压。电压判定部13的电压监视周期例如为几毫秒左右。电压判定部13按照每个该周期，判定从电压切换部12输出的电压是否已从第二电压改变。电压判定部13的判定结果被通知到数字信号生成部14。

如上所述，在电压切换部12中的切换开关33中，选择施加有与公共电压不同的第二电压的输入端子作为输出端子32的连接目的地，因此，如果切换开关33无异常，则电压判定部13在各周期中检测到第二电压已从电压切换部12的输出端子32输出。但是，当电压切换部12中的切换开关33后发性地产生异常，例如因生锈或异物的混入等引起的接触不良或因机器的振动或冲击等引起的切换位置的偏移等时，则从该异常产生时刻起无法从电压切换部12的输出端子32输出第二电压。即，当电压判定部13检测到从电压切换部12的输出端子32输出的电压已从第二电压改变时，说明电压切换部12中的切换开关33产生了某种异常。电压判定部13按照每个预定周期，判定从电压切换部12的输出端子32输出的电压是否已从第二电压改变，并将该判定结果通知到数字信号生成部14。

数字信号生成部14根据从操作开关11的第二端子输出的电压和电压判定部13的判定结果，生成并输出表示第一状态的数字信号以及表示与第一状态不同的第二状态的数字信号中的某一个。更具体来讲，即，按照每个预定周期执行数字信号生成部14的数字信号生成以及输出处理。

当电压判定部13判定从电压切换部12的输出端子32输出的电压未从第二电压改变时，在从操作开关11的第二端子21-2输出公共电压(第一电压)时，数字信号生成部14生成并输出表示第一状态的数字信号。此时，由于从电压切换部12的输出端子32输出的电压未从第二电压改变，可知切换开关33无异常，并且，操作开关11的触点闭合，使得第一端子21-1和第二端子21-2之间导通，施加到第一端子21-1的第一电压即公共电压从第二端子21-2输出。这样，当电压切换部12中的切换开关33无异常时，数字信号输出装置1与操作开关11的触点的闭合状态相对应地输出表示第一状态的数字信号。由于数字信号生成部14的数字信号生成以及输出处理按照每个预定周期执行，因此只要电压切换部12中的切换开关33无异常，若操作开关11的触点持续闭合，则数字信号输出装置1持续输出表示第一状态的数字信号。

此外，当电压判定部13判定从电压切换部12的输出端子32输出的电压未从第二电压改变时，在未从操作开关11的第二端子21-2输出公共电压(第一电压)时，数字信号生成部14生成并输出表示第二状态的数字信号。此时，由于从电压切换部12的输出端子32输出的电压未从第二电压改变，可知切换开关33无异常，并且，操作开关11的触点断开，使得第一端子21-1和第二端子21-2之间不导通，施加到第一端子21-1的第一电压即公共电压不从第二端子21-2输出。这样，当电压切换部12中的切换开关33无异常时，数字信号输出装置1与操作开关11的触点的断开状态相对应地输出表示第二状态的数字信号。由于数字信号生成部14的数字信号生成以及输出处理按照每个预定周期执行，因此只要电压切换部12中的切换开关33无异常，若操作开关11的触点持续断开，则数字信号输出装置1持续输出表示第二状态的数字信号。

此外，当电压判定部13判定从电压切换部12的输出端子32输出的电压已从第二电压改变时，数字信号生成部14生成表示第二状态的数字信号。此时，由于从电压切换部12的输出端子32输出的电压已从第二电压改变，说明在发生这一改变的时刻切换开关33产生了某种异常。这样，当电压切换部12中的切换开关33产生了异常时，数字信号输出装置1无论操作开关11的触点为断开状态还是闭合状态，都输出表示第二状态的数字信号。由于数字信号生成部14的数字信号生成以及输出处理按照每个预定周期执行，因此当电压切换部12中的切换开关33后发性地产生了异常时，数字信号输出装置1自该异常产生时刻起持续输出表示第二状态的数字信号。

这样，根据本实施方式，当电压切换部12中的切换开关33无异常时，数字信号输出装置1与操作开关11的触点的闭合状态相对应地输出表示第一状态的数字信号，与操作开关11的触点的断开状态相对应地输出表示第二状态的数字信号。此外，当电压切换部12中的切换开关33产生了异常时，数字信号输出装置1输出表示第二状态的数字信号。

当电压切换部12中的切换开关33产生了异常时，也与电压切换部12中的切换开关33无异常且处于操作开关11的触点的断开状态时同样地，使表示第二状态的数字信号从数字信号输出装置1输出的理由如下。通常，对操作开关进行操作使得触点闭合，是在使设有操作开关的机床或机器人执行某种动作的时候，而在不对操作开关进行操作且触点断开时，机床或机器人通常会保持停止状态。因此，在本实施方式的数字信号输出装置1中，为了在电压切换部12中的切换开关33产生了异常时也与不对操作开关11进行操作且触点断开时同样地使机床或机器人停止动作，而与处于操作开关11的触点的断开状态时同样地输出表示第二状态的数字信号。由此，即使电压切换部12中的切换开关33产生异常，也能够避免设有操作开关11的机器的危险性。

接下来，对本实施方式的数字信号输出装置1的应用例进行几个例举。在此，作为一个例子，对公共电压为0[V]和为24[V]时的情况进行说明，但所例举的公共电压的大小仅仅是一个例子，也可以为除此以外的数值。此外，在以下将要说明的例子中，作为一个例子，将表示第一状态的数字信号设为导通信号(高或1)，将表示第二状态的数字信号设为断开信号(低或0)。而即使将表示第一状态的数字信号设为断开信号(低或0)，将表示第二状态的数字信号设为导通信号(高或1)，也可以应用以下说明。

图2是表示当公共电压为0[V]时应用本发明公开的一个实施方式的数字信号输出装置时的结构的图。图3是表示图2的数字信号输出装置中的电压切换部产生了异常时的情况的图。图4A是表示图2的数字信号输出装置中操作开关的开闭状态和从数字信号生成部输出的数字信号之间的关系的图，其表示的是电压切换部中的切换开关无异常时的情况。图4B是表示图2的数字信号输出装置中操作开关的开闭状态和从数字信号生成部输出的数字信号之间的关系的图，其表示的是电压切换部中的切换开关有异常时的情况。

在图2和图3所示的例子中，作为一个例子，数字信号输出装置1为了提高通用性以能够对应于多种公共电压，具有在电压切换部12的输入端子31-1和31-2上分别施加例如24[V]和0[V]的结构。0[V]公共电压被施加到操作开关11的公共端子即第一端子21-1。因此，为了从电压切换部12的输出端子32输出与公共电压不同的24[V]，作业者操作切换单元33将输出端子32的连接目的地切换为输入端子31-1。由此，从电压切换部12的输出端子32输出24[V]。

操作开关11的第二端子21-2经由点P₁连接到数字信号生成部14。点P₁上连接有电阻42，与电阻42的点P₁相反侧的一端接地。电压切换部12的输出端子32经由点P₂连接到电阻41。与电阻41的点P₂相反侧的一端连接到点P₁。此外，点P₂上连接有电阻43和电压判定部13。与电阻43的点P₂相反侧的一端接地。将电阻41的电阻值设为R₁[Ω]，将电阻42的电阻值设为R₂[Ω]，将电阻43的电阻值设为R₃[Ω]。

如图2和图4A所示，当电压切换部12中的切换开关33无异常时，输出端子32和输入端子31-1通过该切换开关33进行电连接，因此，从电压切换部12的输出端子32输出与公共电压(第一电压)不同的第二电压即24[V]。周期性地监视从电压切换部12的输出端子32输出的电压的电压判定部13无论操作开关11的开闭状态如何都持续检测到24[V]，判定为从电压切换部12的输出端子32输出的电压未从24[V]改变。

如图2和图4A所示，当电压切换部12中的切换开关33无异常时，若操作开关11的触点闭合，则第一端子21-1和第二端子21-2之间导通，施加到第一端子21-1的公共电压(第一电压)即0[V]从第二端子21-2输出。其结果是，数字信号生成部14生成并输出表示第一状态的数字信号即导通信号。此外，如图2和图4A所示，当电压切换部12中的切换开关33无异常时，若操作开关11的触点断开，则第一端子21-1和第二端子21-2之间不导通。由于从电压切换部12的输出端子输出24V，因此在点P₁处出现24×R₂/(R₁+R₂)[V]的电压，该电压被输入到数字信号生成部14。该24×R₂/(R₁+R₂)[V]是与公共电压即0[V]不同的电压。其结果是，数字信号生成部14生成并输出表示第二状态的数字信号即断开信号。

如图3和图4B所示，当电压切换部12中的切换开关33产生异常时，输出端子32和输入端子31-1不进行电连接。因此，自异常产生时刻之后，不从电压切换部12的输出端子32输出第二电压即24[V]，在点P₂处出现电阻42的接地侧电压即0[V]。周期性地监视从电压切换部12的输出端子32输出的电压的电压判定部13无论操作开关11的开闭状态如何，自异常产生时刻之后都检测到0[V]而不是24[V]。因此，电压判定部13判定从电压切换部12的输出端子32输出的电压已从24[V]变为0[V]。其结果是，数字信号输出装置1无论操作开关11的触点的开闭状态如何，都输出表示第二状态的数字信号即断开信号。此外，在电压切换部12中的切换开关33产生了异常时，在点P₁处出现电阻42的接地侧电压即0[V]，因此0[V]被输入到数字信号生成部14，但是，由于数字信号输出装置1原本就是基于从电压切换部12的输出端子32输出的电压已从24[V]变为0[V]这一判定来输出断开信号的，因此0[V]被输入到数字信号生成部14本身并不会带来特别的影响。

图5A是表示当公共电压为0[V]时应用现有的数字信号输出装置时的结构的图，其表示的是电压切换部中的切换开关无异常时的情况。图5B是表示当公共电压为0[V]时应用现有的数字信号输出装置时的结构的图，其表示的是电压切换部中的切换开关有异常时的情况。另外，图6A是表示图5A和图5B中的现有的数字信号输出装置中操作开关的开闭状态和从数字信号生成部输出的数字信号之间的关系的图，其表示的是电压切换部中的切换开关无异常时的情况。另外，图6B是表示图5A和图5B中的现有的数字信号输出装置中操作开关的开闭状态和从数字信号生成部输出的数字信号之间的关系的图，其表示的是电压切换部中的切换开关有异常时的情况。

在现有的数字信号输出装置101中，0[V]公共电压被施加到操作开关111的公共端子即第一端子121-1。因此，为了从电压切换部112的输出端子132输出与公共电压不同的24[V]，作业者操作切换单元133将输出端子132的连接目的地切换为输入端子131-1。由此，从电压切换部112的输出端子132输出24[V]。

操作开关111的第二端子121-2经由点P₁连接到数字信号生成部114。点P₁上连接有电阻142，与电阻142的点P₁相反侧的一端接地。电压切换部112的输出端子132连接到电阻141，电阻141进一步连接到点P₁。将电阻141的电阻值设为R₁[Ω]，将电阻142的电阻值设为R₂[Ω]。如图5A和图6A所示，当电压切换部112中的切换开关133无异常时，输出端子132和输入端子131-1通过该切换开关133进行电连接，因此，从电压切换部112的输出端子132输出与公共电压(第一电压)不同的第二电压即24[V]。

如图5A和图6A所示，当电压切换部112中的切换开关133无异常时，若操作开关111的触点闭合，则第一端子121-1和第二端子121-2之间导通，施加到第一端子121-1的公共电压(第一电压)即0[V]从第二端子121-2输出。其结果是，数字信号生成部114生成并输出导通信号。此外，若操作开关111的触点断开，则第一端子121-1和第二端子121-2之间不导通。由于从电压切换部112的输出端子132输出24V，因此在点P₁处出现24×R₂/(R₁+R₂)[V]的电压，该电压被输入到数字信号生成部14。该24×R₂/(R₁+R₂)[V]是与公共电压即0[V]不同的电压。其结果是，数字信号生成部14生成并输出断开信号。

如图5B和图6B所示，当电压切换部112中的切换开关133产生异常时，输出端子132和输入端子131-1不进行电连接。因此，不从电压切换部112的输出端子132输出24[V]，在点P₁处出现电阻142的接地侧电压即0[V]。当电压切换部112中的切换开关133无异常时，在该点P₁处出现的电压0[V]与操作开关111的触点闭合时在点P₁处出现的电压相同。因此，当电压切换部112中的切换开关133产生了异常时，数字信号输出装置1无论操作开关111的触点为断开状态还是闭合状态，都生成并输出导通信号。即，当电压切换部112中的切换开关133产生了异常时，在点P₁处出现的电压为0[V]，而不是操作开关111的触点断开时出现的24×R₂/(R₁+R₂)[V]的电压。因此，数字信号输出装置1原本应该基于在点P₁处出现的24×R₂/(R₁+R₂)[V]的电压来生成断开信号，但是基于在点P₁处出现的0[V]电压生成了导通信号。

这样，现有的数字信号输出装置101将会执行如下错误动作，即，当电压切换部112中的切换开关133产生了异常时，在操作开关111的触点断开时，从数字信号输出装置101输出的不是断开信号而是反转后的导通信号。若现有的数字信号输出装置101执行了这种错误动作，则安装有数字信号输出装置101的机床或机器人可能会执行与本来动作不同的危险动作。一般情况下，会基于对操作开关111进行操作使得触点闭合而从数字信号输出装置101输出的导通信号来对机床或机器人执行某种动作，而在不对操作开关111进行操作且触点断开时，机床或机器人通常会基于从数字信号输出装置101输出的导通信号而保持停止状态。但是，在现有的数字信号输出装置101中，当电压切换部112中的切换开关133产生了异常时，即使不对操作开关111进行操作且触点断开，也会如上所述地输出导通信号而不是断开信号，导致原本应该停止动作的机床或机器人进行动作。这种机床或机器人的意外动作是非常危险的。

与此相对，在本实施方式的数字信号输出装置1中，为了在电压切换部12中的切换开关33产生了异常时也与不对操作开关11进行操作且触点断开时同样地使机床或机器人停止动作，而与处于操作开关11的触点的断开状态时同样地输出表示第二状态的数字信号。由此，即使电压切换部12中的切换开关33产生异常，也能够避免设有操作开关11的机器的危险性。

图7是表示当公共电压为24[V]时应用本发明的一个实施方式的数字信号输出装置时的结构的图。另外，图8是表示图7的数字信号输出装置中的电压切换部产生了异常时的情况的图。另外，图9A是表示图7的数字信号输出装置中操作开关的开闭状态和从数字信号生成部输出的数字信号之间的关系的图，其表示的是电压切换部中的切换开关无异常时的情况。另外，图9B是表示图7的数字信号输出装置中操作开关的开闭状态和从数字信号生成部输出的数字信号之间的关系的图，其表示的是电压切换部中的切换开关有异常时的情况。

在图7和图8所示的例子中，作为一个例子，数字信号输出装置1为了提高通用性以能够对应于多种公共电压，具有在电压切换部12的输入端子31-1和31-2上分别施加例如24[V]和0[V]的结构。24[V]公共电压被施加到操作开关11的公共端子即第一端子21-1。因此，为了从电压切换部12的输出端子32输出与公共电压不同的0[V]，作业者操作切换单元33将输出端子32的连接目的地切换为输入端子31-2。由此，从电压切换部12的输出端子32输出0[V]。

操作开关11的第二端子21-2经由点P₁连接到数字信号生成部14。点P₁上连接有电阻42，与电阻42的点P₁相反侧的一端接地。电压切换部12的输出端子32经由点P₂连接到电阻41。与电阻41的点P₂相反侧的一端连接到点P₁。此外，点P₂上连接有电阻43和电压判定部13。与电阻43的点P₂相反侧的一端接地。将电阻41的电阻值设为R₁[Ω]，将电阻42的电阻值设为R₂[Ω]，将电阻43的电阻值设为R₃[Ω]。

如图7和图9A所示，当电压切换部12中的切换开关33无异常时，输出端子32和输入端子31-2通过该切换开关33进行电连接，因此，从电压切换部12的输出端子32输出与公共电压(第一电压)不同的第二电压即0[V]。周期性地监视从电压切换部12的输出端子32输出的电压的电压判定部13无论操作开关11的开闭状态如何，都持续检测到24[V]，判定为从电压切换部12的输出端子32输出的电压未从0[V]改变。

如图7和图9A所示，当电压切换部12中的切换开关33无异常时，若操作开关11的触点闭合，则第一端子21-1和第二端子21-2之间导通，施加到第一端子21-1的公共电压(第一电压)即24[V]从第二端子21-2输出。其结果是，数字信号生成部14生成并输出表示第一状态的数字信号即导通信号。此外，如图7和图9A所示，当电压切换部12中的切换开关33无异常时，若操作开关11的触点断开，则第一端子21-1和第二端子21-2之间不导通。由于从电压切换部12的输出端子输出24V，因此在点P₁处出现电阻42的接地侧电压即0[V]，该电压被输入到数字信号生成部14。该0[V]是与公共电压即24[V]不同的电压。其结果是，数字信号生成部14生成并输出表示第二状态的数字信号即断开信号。

如图8和图9B所示，当电压切换部12中的切换开关33产生异常时，输出端子32和输入端子31-2不进行电连接。因此，自异常产生时刻之后，不从电压切换部12的输出端子32输出第二电压即0[V]，在点P₂处出现24×R₃/(R₁+R₃)[V]的电压。周期性地监视从电压切换部12的输出端子32输出的电压的电压判定部13无论操作开关11的开闭状态如何，自异常产生时刻之后都检测到24×R₃/(R₁+R₃)[V]而不是0[V]。因此，电压判定部13判定从电压切换部12的输出端子32输出的电压已从0[V]变为24×R₃/(R₁+R₃)[V]。其结果是，数字信号输出装置1无论操作开关11的触点的开闭状态如何，都输出表示第二状态的数字信号即断开信号。

接下来，对本发明的另一个实施方式的数字信号输出装置的实施方式进行几个例举。

图10A是用来说明本发明公开的一个实施方式的数字信号输出装置中的信号处理定时的图，其表示的是电压切换部中的切换开关无异常时的情况。图10B是用来说明本发明公开的一个实施方式的数字信号输出装置中的信号处理定时的图，其表示的是电压切换部中的切换开关有异常时的情况。在图10A和图10B中，作为一个例子，对参照图2、图3、图4A以及图4B说明的公共电压为0[V]时的数字信号输出装置1进行说明。

如图10A所示，当电压切换部12中的切换开关33无异常时，从电压切换部12的输出端子32输出与公共电压(第一电压)不同的第二电压即24[V]。周期性地监视从电压切换部12的输出端子32输出的电压的电压判定部13无论操作开关11的开闭状态如何都持续检测到24[V]，判定为从电压切换部12的输出端子32输出的电压未从24[V]改变。当在时刻t₁将操作开关11的触点从闭合状态切换为断开状态时，输入到数字信号生成部14的电压(图2中点P₁处的电压)从0[V]变为24×R₂/(R₁+R₂)[V]，接收到这一变化后，数字信号生成部14将输出从导通信号切换为断开信号。此处，将数字信号生成部14接收到输入电压的变化后直到切换所要输出的数字信号为止所需的时间设为“t₂-t₁”。

如图10B所示，假设在时刻t₁，电压切换部12中的切换开关33产生异常，与此同时，操作开关11的触点从闭合状态切换到断开状态。这种情况下，自时刻t₁之后，不从电压切换部12的输出端子32输出第二电压即24[V]，在点P₂处出现电阻42的接地侧电压即0[V]。周期性地监视从电压切换部12的输出端子32输出的电压的电压判定部13自时刻t₁之后检测到0[V]而不是24[V]。另一方面，输入到数字信号生成部14的电压(图2中点P₁处的电压)自时刻t₁之后保持0[V]不变。因此，数字信号生成部14将输出从导通信号切换为断开信号。如图10A中所述，已将数字信号生成部14接收到输入电压的变化后直到切换所要输出的数字信号为止所需的时间设成了“t₂-t₁”，因此，数字信号生成部14自时刻t₂之后输出断开信号。这样，当电压切换部12中的切换开关33产生异常和操作开关11的触点从闭合切换到断开在同一时刻(图10B中的时刻t₁)产生时，无法区分由数字信号生成部14进行的从导通信号到断开信号的切换是因切换开关33产生异常而引起的还是因操作开关11的触点从闭合切换到断开而引起的。此外，可以认为，如果电压切换部12中的切换开关33产生了异常，那么在该异常产生时刻立即输出断开信号更加安全。因此，在本发明的另一个实施方式的第一方式和第二方式中，在电压判定部13和数字信号生成部14的处理周期的一个期间中，使电压判定部13的判定结果在数字信号生成部14的生成处理中具有优先性。以下，对该实施方式的实施例进行几个例举。

在本发明公开的另一个实施方式的第一方式中，通过在操作开关11的第二端子21-2和数字信号生成部14之间设置滤波电路，由此使电压判定部13的判定结果在数字信号生成部14的生成处理中具有优先性。图11是表示本发明公开的另一个实施方式的第一方式的数字信号输出装置的结构的概略图。

如图11所示，在数字信号生成部14的前级的点P₃处设置滤波电路15。如上所述，电压判定部13的判定处理和数字信号生成部14的生成处理在同一周期内反复执行。通过设置滤波电路15，在电压判定部13和数字信号生成部14的处理周期的一个期间中，数字信号生成部14取得操作开关11的第二端子21-2的电压的定时，将会晚于电压判定部13取得电压切换部12的输出端子32的电压的定时。

在本发明的另一个实施方式的第二方式中，在电压判定部13和数字信号生成部14的处理周期的一个期间中，通过将电压判定部13取得从电压切换部12的输出端子32输出的电压的定时，设定为早于数字信号生成部14取得操作开关11的第二端子21-2的电压的定时，使电压判定部13的判定结果在数字信号生成部14的生成处理中具有优先性。在电压判定部13和数字信号生成部14的处理周期的一个期间中，使电压判定部13取得从电压切换部12的输出端子32输出的电压的定时早于数字信号生成部14取得操作开关11的第二端子21-2的电压的定时。其结果是，在电压切换部12中的切换开关33产生了异常的情况下接收到电压判定部13的判定结果的数字信号生成部14，立即生成并输出断开信号。

图12是用来说明本发明公开的另一个实施方式的第一方式和第二方式的数字信号输出装置的信号处理定时的图。

如图12所示，在时刻t₁，电压切换部12中的切换开关33产生异常，与此同时，操作开关11的触点从闭合状态切换到断开状态。这种情况下，自时刻t₁之后，不从电压切换部12的输出端子32输出第二电压即24[V]，在点P₂处出现电阻42的接地侧电压即0[V]。周期性地监视从电压切换部12的输出端子32输出的电压的电压判定部13自时刻t₁之后检测到0[V]而不是24[V]。因此，在时刻t₁的时间点上，数字信号生成部14将输出从导通信号切换为断开信号。这样，通过本发明公开的另一个实施方式的第一方式和第二方式，与图10B的情况相比，能够使电压切换部12中的切换开关33产生了异常时的断开信号的输出更早。

此外，在上述本发明公开的另一个实施方式的第一方式和第二方式中，作为一个例子，对公共电压为0[V]时的情况进行了说明，但该第一方式和第二方式也可以应用于除此之外的大的公共电压。

本发明公开的另一个实施方式的第三方式，是在电压切换部12中的切换开关33产生了异常时，除了通过数字信号生成部14输出断开信号以外，还另外产生报警信号的方式。图13是表示本发明公开的另一个实施方式的第三方式的数字信号输出装置的结构的概略图。

如图13所示，通过本发明公开的另一个实施方式的第三方式，数字信号输出装置1还具备报警信号生成部16，其在电压判定部13判定为已从第二电压改变时，即，当电压切换部12的切换开关33产生了异常时，生成表示电压切换部12的异常的报警信号。通过报警信号生成部16生成的报警信号被发送到设有数字信号输出装置1的机床或机器人的控制装置。接收到报警信号的控制装置能够对机床或机器人执行例如报警停止或保护动作。这样，当电压切换部12的切换开关33产生了异常时，除了通过数字信号生成部14输出断开信号(表示第二状态的数字信号)以外，还通过报警信号生成部16输出报警信号，由此，能够可靠地避免设有操作开关的机器的危险性。

此外，上述电压判定部13、数字信号生成部14以及报警信号生成部16可以通过例如软件程序的形式构建，或者也可以通过各种电子电路和软件程序的组合来构建。例如，当以软件程序的形式构建这些部件时，能够通过根据该软件程序使运算处理装置进行动作，来实现上述各部件的功能。或者也可以将电压判定部13、数字信号生成部14以及报警信号生成部16作为写入了用于实现各部件功能的软件程序的半导体集成电路来实现。执行用于实现电压判定部13、数字信号生成部14以及报警信号生成部16的各功能的软件程序的运算处理装置可以由单个集成电路(IC)构成，或者也可以设置在机床、机器人或其控制装置中的运算处理装置内。此外，关于滤波电路15，可以由模拟电子电路构建，或者也可以通过软件程序的形式构建并使运算处理装置进行动作来实现。由此实现上述各部件的功能。

通过本发明公开的一个方式，能够实现一种安全性高的数字信号输出装置，即使在输出与操作开关相对应的数字信号的数字信号输出装置中产生了异常，也能够避免设有操作开关的机器的危险性。

Claims (8)

1.一种数字信号输出装置，其特征在于，具备：

操作开关，其具有被施加第一电压的第一端子和在触点闭合时输出上述第一电压的第二端子；

电压切换部，其从多个恒定电压中选择并输出与上述第一电压不同的第二电压；

电压判定部，其按照每个预定周期，判定从上述电压切换部输出的电压是否已从上述第二电压改变；以及

数字信号生成部，其在由上述电压判定部判定为未从上述第二电压改变时，按照每个上述周期，在从上述第二端子输出上述第一电压时生成表示第一状态的数字信号，在未从上述第二端子输出上述第一电压时生成表示与上述第一状态不同的第二状态的数字信号。

2.根据权利要求1所述的数字信号输出装置，其特征在于，

在由上述电压判定部判定为已从上述第二电压改变时，上述数字信号生成部生成表示上述第二状态的数字信号。

3.根据权利要求1或2所述的数字信号输出装置，其特征在于，

上述第一电压是公共电压。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的数字信号输出装置，其特征在于，

表示上述第一状态的数字信号和表示上述第二状态的数字信号中的某一个是导通信号，另一个是断开信号。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的数字信号输出装置，其特征在于，

上述电压切换部具有所施加的上述恒定电压不相同的多个输入端子、输出端子、以及从上述多个输入端子中选择性地切换上述输出端子的连接目的地的切换开关，

施加到上述多个输入端子的电压包括上述第二电压。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的数字信号输出装置，其特征在于，

上述数字信号输出装置还具备设置在上述操作开关与上述数字信号生成部之间的滤波电路(15)。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的数字信号输出装置，其特征在于，

在上述周期的一个期间中，上述电压判定部取得从上述电压切换部输出的电压的定时被设定为早于上述数字信号生成部取得上述第二端子的电压的定时。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的数字信号输出装置，其特征在于，

上述数字信号输出装置还具备：报警信号生成部，其在由上述电压判定部判定为已从上述第二电压改变时，生成表示上述电压切换部的异常的报警信号。

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