CN113711283A

CN113711283A - 信号测量单元

Info

Publication number: CN113711283A
Application number: CN202080028928.4A
Authority: CN
Inventors: 工藤雅哉; 大庭仁志
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2019-05-10
Filing date: 2020-03-10
Publication date: 2021-11-26
Also published as: WO2020230425A1; EP3968302A4; JP2020187436A; US20220196441A1; EP3968302A1; JP7283218B2

Abstract

在对模拟信号以及脉冲信号进行处理时，实现省成本、省空间化。信号测量单元(2)包括：输入部(21)，从机器输入电信号，并选择是发送至模拟测量部(22)还是发送至计数测量部(23)；模拟测量部，将电压值作为模拟值来进行测量；以及计数测量部，对电压值达到第一阈值以上的次数或达到第二阈值以下的次数进行计数。

Description

信号测量单元

技术领域

本发明涉及一种对模拟信号以及脉冲信号进行处理的信号测量单元。

背景技术

以往，已知有一种通过高速计数器单元来对从旋转编码器(rotary encoder)、流量计等输出的脉冲信号进行计数的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本公开专利公报“特开2005-302006号公报”

专利文献2：日本公开专利公报“特开2016-127526号公报”

发明内容

发明所要解决的问题

在对脉冲信号进行计数的情况下，必须通过数字电路来探测脉冲的电压(高(High)或低(Low))，并对其变化次数进行计数，但为此，高速计数器单元不可或缺。

因而，例如在与旋转编码器的位置(脉冲)同步地对模拟值进行采样并输出的情况下，必须分别准备对脉冲信号进行计数的高速计数器单元与对模拟信号进行处理的高速模拟单元。这存在成本增大，并且必须确保设置两台装置的空间的问题。

另外，专利文献1中公开了一种对所输入的模拟信号的极大以及极小进行检测以对其次数进行计数的技术。而且，专利文献2中公开了一种对模拟信号进行二值化而进行计数的技术。但是，无论哪个专利文献都没有解决所述问题。

本发明的一实施例的目的在于，在对模拟信号以及脉冲信号进行处理时，实现省成本、省空间化。

解决问题的技术手段

为了解决所述问题，本发明的一实施例的信号测量单元包括：输入部，输入从外部的信号输出机器输出的电信号；模拟测量部，将在所述输入部中输入的电信号的电压值作为模拟值来进行测量；以及计数测量部，关于在所述输入部中输入的电信号的电压值，对达到规定的第一阈值以上的次数、以及达到规定的第二阈值以下的次数的至少其中任一者进行计数，所述输入部选择将所输入的所述电信号发送至所述模拟测量部还是发送至所述计数测量部。

发明的效果

根据本发明的一实施例，在对模拟信号以及脉冲信号进行处理时，能够实现省成本、省空间化。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的测量系统的结构的框图。

图2是表示本发明的实施方式1的信号测量单元的输入/输出数据的图。

图3是表示本发明的实施方式1的信号测量单元的输入/输出数据的数值例的图。

图4是表示本发明的实施方式1的信号测量单元使用双通道的脉冲信号来进行计数的示例的图。

图5是表示本发明的实施方式1的信号测量单元中的、切换模拟模式与计数器模式的方法的示例的图。

图6是表示本发明的实施方式1的信号测量单元中的阈值的设定方法的示例的图。

图7是表示本发明的实施方式1的与模拟值以及计数值相关的数据的图。

图8是表示本发明的实施方式1的将模拟值与计数值相关联地予以输出的处理的流程图。

具体实施方式

〔实施方式1〕

以下，基于图1至图8来说明本发明的一方面的实施方式(以下也称作“本实施方式”)。另外，对于图中相同或相当的部分标注相同的符号并不再重复其说明。本实施方式中，例如将信号测量单元2作为计数器单元的典型例来进行说明。为了便于理解本发明的一实施例的信号测量单元2，首先使用图1来说明包含信号测量单元2的测量系统1的概要。

§1.适用例

(测量系统1的整体结构)

图1是表示本实施方式的测量系统1的结构的框图。如图1所示，测量系统1包括信号测量单元2与可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)3。

信号测量单元2搭载将来自传感器4的模拟输入值发送至PLC3的功能、与对来自编码器5的模拟输入值跨过特定阈值的次数进行计数并将计数测量值发送至PLC3的功能，并切换模拟输出信号或计数测量值来作为发送对象。

PLC3为工业控制器，对作为控制对象的装置进行控制。PLC3的控制单元既可相对于信号测量单元2而进行总线连接，也可经由通信耦合器而利用EtherCAT(注册商标)、EtherNet/IP(注册商标)、DeviceNet(注册商标)、CompoNet(注册商标)等来连接。PLC3例如从信号测量单元2获取模拟输出信号以及计数测量值，以进行规定的处理(例如工件形状的检查等)。

传感器4对各种数据(例如通过输送器而移动的工件的纵位置等)进行测定，并发送至信号测量单元2。编码器5对各种数据(例如通过输送器而移动的工件的横位置等)进行检测，并将与检测结果相应的脉冲信号发送至信号测量单元2。另外，也可取代编码器5而使用其他的信号输出机器(例如流量计等)。

§2.结构例

(信号测量单元2的结构)

信号测量单元2包括输入部21、模拟测量部22、计数测量部23、输入设定部24、阈值设定部25、比较部26以及输出控制部27。

输入部21输入从传感器4以及编码器5(外部的信号输出机器)输出的电信号。模拟测量部22将在输入部21中输入的电信号的电压值作为模拟值进行测量。计数测量部23关于在输入部21中输入的电信号的电压值，对达到高电平(规定的第一阈值)以上的次数、以及达到低电平(规定的第二阈值)以下的次数的至少其中任一者进行计数。并且，输入部21选择将所输入的电信号发送至模拟测量部22还是发送至计数测量部23。

另外，计数测量部23能够对速度达到模拟单元的模拟/数字(Analog/Digital，A/D)转换速度(采样频率)的1/4左右的脉冲进行计数。

而且，输入部21也可包括输入端子Ch1、Ch2(多个输入端子)。此时，输入部21针对输入端子Ch1、Ch2的各个，选择将所输入的电信号发送至模拟测量部22还是发送至计数测量部23。

输入设定部24经由通信线路来受理将在输入部21中输入的电信号发送至模拟测量部22还是发送至计数测量部23的设定指示。

阈值设定部25经由通信线路来受理高电平以及低电平的至少其中任一者的设定指示。

比较部26判定在输入端子Ch1(第一输入端子)中输入的电信号被计数测量部23测量出的计数测量值与目标值的一致。输出控制部27也可在由比较部26判定为计数测量值与目标值一致时，在此时间点，输出在输入端子Ch2(第二输入端子)中输入的电信号被模拟测量部22测量出的模拟测量值。

进而，输出控制部27也可在由比较部26判定为计数测量值与目标值一致时，在此时间点，将在输入端子Ch2中输入的电信号被模拟测量部22测量出的模拟测量值保存至缓冲器，并以规定的通信周期，将保存在缓冲器中的多个模拟测量值通信输出至PLC(外部装置)4。

另外，信号测量单元2对于将所输入的电信号发送至模拟测量部22还是发送至计数测量部23的设定指示以及高电平、低电平等的阈值的设定指示，既可为例如经由通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)而从笔记型个人计算机(Personal Computer，PC)等设定值输入用装置来进行受理的结构，也可为经由通信网络(以太网(Ethernet(注册商标))等)而从设定值输入用装置所连接的PLC3进行受理的结构。

(输入/输出数据的示例)

图2是表示本实施方式的信号测量单元2的输入/输出数据的示例的图。图2(a)表示信号测量单元2的输入数据的示例，尤其表示旋转编码器、流量计等所输出的脉冲信号的波形。

图2(b)表示信号测量单元2的输出数据的示例，尤其表示信号测量单元2为模拟模式(通常模式)时的输出数据的示例。信号测量单元2在通过设定指示而选择模拟模式时，如图2(b)所示，将图2(a)的脉冲信号作为模拟信号而输出至PLC3。

图2(c)表示信号测量单元2的输出数据的示例，尤其表示信号测量单元2为计数器模式(简易计数器模式)时的输出数据的示例。信号测量单元2在通过设定指示而选择计数器模式时，如图2(c)所示，将针对图2(a)的脉冲信号的计数值输出至PLC3。即，信号测量单元2能够在包括模拟输入单元的硬件电路的状态下，实现与高速计数器单元同样的功能。

进而，信号测量单元2具有下述功能，即，在来自某输入端子的脉冲信号的计数值到达事先设定的目标值的时机，获取来自另一输入端子的模拟信号并输出至PLC3。

图3是表示本实施方式的信号测量单元2的输入/输出数据的数值例的图。如图3所示，在模拟模式的情况下，信号测量单元2将模拟输入值作为模拟信号而输出。在计数器模式的情况下，信号测量单元2输出与模拟输入值相应的计数值。

作为计数器模式，可选择上升次数计数模式、下降次数计数模式、以及上升/下降次数计数模式中的任一种。

在上升次数计数模式的情况下，信号测量单元2在模拟输入值从2.5[V]变化为5[V]时(经过时间为60、160时)，将计数值加1。在下降次数计数模式的情况下，信号测量单元2在模拟输入值从2.5[V]变化为0[V]时(经过时间为110、210时)，将计数值加1。

在上升/下降次数计数模式的情况下，信号测量单元2在模拟输入值从2.5[V]变化为5[V]时、以及模拟输入值从2.5[V]变化为0[V]时，将计数值加1。

图4是表示本实施方式的信号测量单元2使用双通道的脉冲信号来进行计数的示例的图。图4(a)表示相位差输入的脉冲的示例。图4(b)表示针对相位差输入的脉冲的计数值的示例。如图4(a)以及图4(b)所示，信号测量单元2输入二相的信号(A相、B相)，根据所述信号间的相位差(4倍频)来对计数值进行加算或减算。

图4(c)表示加减算脉冲的示例。图4(d)表示针对加减算脉冲的计数值的示例。如图4(c)以及图4(d)所示，信号测量单元2输入加算脉冲的信号以及减算脉冲的信号，根据所述信号的变化来对计数值进行加算或减算。

另外，信号测量单元2根据所设定的模式(相位差输入的脉冲处理模式、加减算脉冲处理模式)，来进行与相位差输入的脉冲或加减算脉冲相应的计数处理。模式的设定是通过用户的设定指示来进行。

(模拟模式以及计数器模式的切换设定)

图5是表示本实施方式的信号测量单元2中的切换模拟模式与计数器模式的方法的示例的图。图5(a)表示借助在PC等设定值输入用装置中使用的工具来进行的设定画面的示例。如图5(a)所示，用户能够对每个输入端子Ch1、Ch2设定计数器模式或模拟模式。

图5(b)表示附设于信号测量单元2的硬件开关的示例。如图5(b)所示，用户通过开关的切换，能够对每个输入端子Ch1、Ch2设定计数器模式或模拟模式。

(阈值的设定方法)

图6是表示本实施方式的信号测量单元2中的阈值的设定方法的示例的图。图6(a)、(c)、(e)均表示借助在PC等设定值输入用装置中使用的工具来进行的设定画面的示例。

图6(a)表示对每个输入端子Ch1、Ch2设定计数器的高电平(第一阈值)以及低电平(第二阈值)的画面的示例。图6(b)表示计数器的高电平以及低电平的图表。如图6(a)所示，信号测量单元2能够直接对每个输入端子Ch1、Ch2设定计数器的高电平以及低电平。

图6(c)表示对每个输入端子Ch1、Ch2设定计数器的阈值以及滞后幅度(hysteresis width)的画面的示例。图6(d)表示计数器的阈值以及滞后幅度的图表。此时，高电平是设为“阈值+滞后幅度÷2”。而且，低电平是设为“阈值-滞后幅度÷2”。如图6(c)所示，信号测量单元2能够对每个输入端子Ch1、Ch2设定用于算出计数器的高电平以及低电平的阈值以及滞后幅度。

图6(e)表示对每个输入端子Ch1、Ch2设定计数器的阈值的画面的示例。图6(f)表示计数器的阈值的图表。此时，高电平是设为“阈值+阈值÷2”。而且，低电平是设为“阈值-阈值÷2”。如图6(e)所示，信号测量单元2能够对每个输入端子Ch1、Ch2设定用于算出计数器的高电平以及低电平的阈值。

(将模拟值与计数值相关联地予以输出的处理)

图7是表示本实施方式的与模拟值以及计数值相关的数据的图。图7(a)表示与将模拟值与计数值相关联地予以输出的处理相关的设定画面的示例。图7(b)表示模拟值以及计数值的输出数据。

图7(a)中表示了设定项目的名称即项目名、对所述项目的设定值以及备注。关于各项目，以下进行说明。

在计数值一致模拟采样功能中，表示将对计数值一致的模拟值进行采样的功能(以下称作“采样功能”)设为有效还是设为无效，并且在设为有效的情况下，指定获取应进行计数的脉冲信号的输入端子。

在计数值一致模拟采样对象(Ch1)中，对输入端子Ch1指定将作为采样功能对象的模拟值的输入设为有效还是设为无效。

在计数值一致模拟采样对象(Ch2)中，对输入端子Ch2指定将作为采样功能对象的模拟值的输入设为有效还是设为无效。

在计数值一致模拟采样模式(以下称作“采样模式”)中，指定设为目标的计数值的设定方法。在采样模式中，可选择“开始计数值·结束计数值·点数指定”、“变化量指定”或“表指定”。

以下，对在采样模式中指定了“开始计数值·结束计数值·点数指定”时需要设定的开始计数值、结束计数值以及点数进行说明。

在开始计数值中，设定最开始的计数值。在结束计数值中，设定最后的计数值。在点数中，设定计数值的个数。

图7(b)表示与图7(a)的设定画面相应的信号测量单元2的输出数据。计数值(Ch1)是通过图7(a)的开始计数值、结束计数值以及点数所指定的数值(10、20、…、90、100)。模拟值(Ch2)是通过输入至输入端子Ch1的脉冲信号而获取了所述计数值的时机的、输入端子Ch2中的模拟值。

图8是表示本实施方式的将模拟值与计数值相关联地予以输出的处理的流程图。

(步骤S801)

信号测量单元2中，比较部26从计数测量部23读出计数值，并且根据对目标值的指示符来获取目标值。另外，计数测量部23随时关于在输入端子Ch1中输入的脉冲信号，对达到计数器的高电平以上的次数进行计数。而且，多个目标值被存储在规定的存储器中。

(步骤S802)

比较部26判定计数值是否为目标值以上。若计数值为目标值以上(步骤S802的是)，则信号测量单元2执行步骤S803的处理。若计数值并非目标值以上(小于目标值)(步骤S802的是)，则信号测量单元2再次执行步骤S801的处理。

(步骤S803)

输出控制部27将在输入端子Ch2中输入的电信号被模拟测量部22测量出的模拟测量值保存至缓冲器。

(步骤S804)

信号测量单元2更新对目标值的指示符。

(步骤S805)

信号测量单元2判定计数值是否已到达结束计数值。若计数值已到达结束计数值(步骤S805的是)，则信号测量单元2执行步骤806的处理。若计数值尚未到达结束计数值(步骤S805的否)，则信号测量单元2再次执行步骤801的处理。

(步骤S806)

在信号测量单元2中，输出控制部27以规定的通信周期，将保存在缓冲器中的多个模拟测量值通信输出至PLC3。

(信号测量单元2的扩展功能)

作为进一步的扩展功能，信号测量单元2将计数值成为用户指定的值的时机的其他通道的模拟输入值蓄积至缓冲器，随后统一传输至PLC3。计数值的指定方法有以下的变形(variation)。

(1)指定开始计数值、结束计数值与获取点数(例如从0至1000为止以10为幅度等)

(2)仅指定变化量(例如+10等)，并无限重复

(3)利用表来罗列多个计数值(0、5、10、20…)

(本实施方式的效果)

根据所述，在需要模拟单元的应用中，不再需要另行准备高速计数器单元，能够实现省成本、省空间化。实际上，在模拟单元中，搭载有多个输入端子的制品多，因此在存在未使用的输入端子的情况下，能够有效地活用所述输入端子来作为脉冲信号输入用。

〔借助软件的实现例〕

信号测量单元2的控制块(具体而言，为输入部21、模拟测量部22、计数测量部23、输入设定部24、阈值设定部25、比较部26以及输出控制部27)既可通过形成于集成电路(IC(Integrated Circuit)芯片(chip))等上的逻辑电路(硬件)实现，也可通过软件来实现。

在后者的情况下，信号测量单元2包括执行实现各功能的软件即程序的命令的计算机。所述计算机例如包括一个以上的处理器(processor)，并且包括存储有所述程序的、计算机可读取的记录介质。并且，在所述计算机中，通过所述处理器从所述记录介质读取并执行所述程序，从而达成本发明的目的。作为所述处理器，例如可使用中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)。作为所述记录介质，可使用“并非临时的有形介质”，例如除了只读存储器(Read Only Memory，ROM)等以外，还可使用带(tape)、盘(disk)、卡(card)、半导体存储器、可编程的逻辑电路等。而且，也可还包括展开所述程序的随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)等。而且，所述程序也可经由可传输此程序的任意传输介质(通信网络或广播波等)而供给至所述计算机。另外，本发明的一实施例也能以通过电子传输来将所述程序具现化的、被嵌入载波中的数据信号的形态来实现。

〔总结〕

本发明的一实施例的信号测量单元包括：输入部，输入从外部的信号输出机器输出的电信号；模拟测量部，将在所述输入部中输入的电信号的电压值作为模拟值来进行测量；以及计数测量部，关于在所述输入部中输入的电信号的电压值，对达到规定的第一阈值以上的次数、以及达到规定的第二阈值以下的次数的至少其中任一者进行计数，所述输入部选择将所输入的所述电信号发送至所述模拟测量部还是发送至所述计数测量部。

根据所述结构，能够在使信号测量单元作为测量模拟值并予以输出的模拟输出单元发挥功能的情况、与使信号测量单元作为对脉冲信号的脉冲数进行计数并予以输出的计数器单元发挥功能的情况之间进行切换。因而，不再需要同时准备模拟输出单元以及计数器单元，能够实现省成本、省空间化。

本发明的一实施例的计数器单元中，也可为，所述输入部包括多个输入端子，针对所述输入端子的各个，选择将所输入的所述电信号发送至所述模拟测量部还是发送至所述计数测量部。

根据所述结构，能够输入从种类互不相同的多个外部的信号输出机器输出的电信号，并针对各个而设定是对模拟值进行测量并予以输出还是对脉冲信号的脉冲数进行计数并予以输出。因而，能够提供一种灵活性(flexibility)高的信号测量单元。

本发明的一实施例的计数器单元也可还包括：输入设定部，经由通信线路来受理将输出控制部中、在所述输入部中输入的所述电信号发送至所述模拟测量部还是发送至所述计数测量部的设定指示。

根据所述结构，能够从外部经由通信线路来设定是对模拟值进行测量并予以输出还是对脉冲信号的脉冲数进行计数并予以输出。

本发明的一实施例的计数器单元也可还包括：阈值设定部，经由通信线路来受理所述第一阈值以及所述第二阈值的至少其中任一者的设定指示。

根据所述结构，能够从外部经由通信线路来变更第一阈值以及第二阈值的至少其中任一者的值，因此能够根据输出脉冲信号的信号输出机器的特性来进行计数动作。因而，能够提高计数动作的精度。

本发明的一实施例的计数器单元也可还包括：比较部，判定在第一所述输入端子中输入的电信号被所述计数测量部测量出的计数测量值与目标值的一致；以及输出控制部，当由所述比较部判定为所述计数测量值与所述目标值一致时，在此时间点，输出在第二所述输入端子中输入的电信号被所述模拟测量部测量出的模拟测量值。

根据所述结构，在计数测量值例如为表示测量对象物的位置信息的值的情况下，通过预先设定与所需的精度对应的目标值，从而能够输出目标值中的其他信号输出机器所得出的模拟测量值。因而，能够以充分的精度来输出模拟测量值。

而且，不需要从信号测量单元进行超过所需的精细的输出，因此能够抑制通信的负载以及外部装置中的数据处理的负载。

本发明的一实施例的计数器单元中，也可为，所述输出控制部在由所述比较部判定为所述计数测量值与所述目标值一致时，在此时间点，将在第二所述输入端子中输入的电信号被所述模拟测量部测量出的模拟测量值保存至缓冲器，并以规定的通信周期，将保存在所述缓冲器中的多个模拟测量值通信输出至外部装置。

根据所述结构，能够不受通信周期影响，而以充分的精度来进行位置与模拟测量值的关联。

而且，信号测量单元对与目标值对应的模拟测量值进行缓冲而输出，因此能够防止产生以往以规定的周期进行计数器输出时所产生的、因测定对象的移动速度的偏差造成的测定精度的偏差。

本发明并不限定于所述的各实施方式，可在权利要求所示的范围内进行各种变更，将不同的实施方式中分别公开的技术部件适当组合而获得的实施方式也包含在本发明的技术范围内。

符号的说明

1：测量系统

2：信号测量单元

3：PLC

4：传感器(信号输出机器)

5：编码器(信号输出机器)

21：输入部

22：模拟测量部

23：计数测量部

24：输入设定部

25：阈值设定部

26：比较部

27：输出控制部

Ch1、Ch2：输入端子(第一输入端子、第二输入端子)。

Claims

1.一种信号测量单元，包括：

输入部，输入从外部的信号输出机器输出的电信号；

模拟测量部，将在所述输入部中输入的电信号的电压值作为模拟值来进行测量；以及

计数测量部，关于在所述输入部中输入的电信号的电压值，对达到规定的第一阈值以上的次数、以及达到规定的第二阈值以下的次数的至少其中任一者进行计数，

所述输入部选择将所输入的所述电信号发送至所述模拟测量部还是发送至所述计数测量部。

2.根据权利要求1所述的信号测量单元，其中

所述输入部包括多个输入端子，针对所述输入端子的各个，选择将所输入的所述电信号发送至所述模拟测量部还是发送至所述计数测量部。

3.根据权利要求1或2所述的信号测量单元，还包括：

输入设定部，经由通信线路来受理将在所述输入部中输入的所述电信号发送至所述模拟测量部还是发送至所述计数测量部的设定指示。

4.根据权利要求1或2所述的信号测量单元，还包括：

阈值设定部，经由通信线路来受理所述第一阈值以及所述第二阈值的至少其中任一者的设定指示。

5.根据权利要求2所述的信号测量单元，还包括：

比较部，判定在第一所述输入端子中输入的电信号被所述计数测量部测量出的计数测量值与目标值的一致；以及

输出控制部，当由所述比较部判定为所述计数测量值与所述目标值一致时，在此时间点，输出在第二所述输入端子中输入的电信号被所述模拟测量部测量出的模拟测量值。

6.根据权利要求5所述的信号测量单元，其中

所述输出控制部在由所述比较部判定为所述计数测量值与所述目标值一致时，在此时间点，将在第二所述输入端子中输入的电信号被所述模拟测量部测量出的模拟测量值保存至缓冲器，并以规定的通信周期，将保存在所述缓冲器中的多个模拟测量值通信输出至外部装置。