DE602005002763T2

DE602005002763T2 - Kodierer und Steuervorrichtung für Motor

Info

Publication number: DE602005002763T2
Application number: DE602005002763T
Authority: DE
Inventors: Mitsuyuki Gotenba-shi TANIGUCHI; Keisuke Imai; Ichirou Nagatomo; Shinichi Horikoshi; Takashi Harada
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2004-02-18
Filing date: 2005-02-16
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2025-02-17
Also published as: US20050182591A1; CN1332505C; JP4079892B2; DE602005002763D1; CN1658492A; US7012397B2; CN1992508A; EP1569347B1; CN1992508B; EP1569347A1; JP2005233720A

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Codierer, der an einem Motor oder an einer motorgetriebenen Vorrichtung anzubringen ist und für das Gewinnen von Positionsinformationen oder von Geschwindigkeitsinformationen dient, und auf eine Regelvorrichtung zur Regelung des Motors durch Aufnehmen und Auswerten eines durch den Codierer erzeugten analogen Codierersignals. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Technologie zur Gewinnung von Informationen, die bei der Vorhersage eines Fehlers des Codierers nützlich ist.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Bei einem an einen Motor oder einer motorgetriebenen Vorrichtung angebrachten und zur Gewinnung von Positionsinformationen oder Geschwindigkeitsinformationen verwendeten Codierer können Fehler aufgrund verschiedener innerer oder äußerer Faktoren oder aufgrund von Alterung auftreten. Um dem Auftreten solcher Fehler Rechnung zu tragen, sind im Stand der Technik verschiedene Vorrichtungen angewendet worden, einschließlich einer solchen, deren Aufbau in dem Blockschaltbild der 1a oder 1b dargestellt ist, die eine Alarmnachricht erzeugt und die Bedienungsperson von dieser durch Erzeugung eines hörbaren Alarms und/oder des Anzeigens einer Alarmnachricht (Fehlermeldung), z.B. auf einer Anzeige einer Regelvorrichtung, in Kenntnis setzt.
Bei der in 1a dargestellten Konfiguration wird ein von einem nicht dargestellten Sensor/Fühler eines optischen oder magnetischen Codierers 10 erzeugtes analoges Sensorsignal 11 in einem Block 12 "A/D" in ein digitales Signal konvertiert, das in einen Block 13 "Bestimmung von Position/Geschwindigkeit" und einem Block 14 "Berechnung eines charakteristischen Werts" übertragen wird. Es ist allgemein bekannt, dass das Sensorsignal 11 Signale mehrerer Kanäle enthält, wie zweiphasige sinusförmige Signale (Phase A und Phase B). Der Block 13 "Bestimmung von Position/Geschwindigkeit" erhält Positions/Geschwindigkeitsinformationen auf der Basis dieser Signale und überträgt die Informationen an eine externe Regelvorrichtung 20 über eine Steuerschaltung 16 für eine serielle Datenübertragung bzw. einen seriellen Datenempfang. Auf der Grundlage der übertragenen Positions-/Geschwindigkeitsinformation führt die Regelvorrichtung 20 eine Regelung usw. des mit der Regelvorrichtung verbundenen, nicht dargestellten Motors durch.
Auf der anderen Seite wird in dem Block 14 "Berechnung eines charakteristischen Werts" ein charakteristischer Wert (z.B. ein Verschiebungswert jedes Phasensignals) wiederholt für jedes der zweiphasigen sinusförmigen Signale in vorgegebenen Zeitintervallen berechnet und das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Abnormalität in dem Block 15 "Alarm-Bestimmung" geprüft. So wird beispielsweise auch vorher ein zulässiger Bereich (zwischen einem unteren Grenzwert Vth1 und einem oberen Grenzwert Vth2) für den Verschiebungswert bzw. die Versetzung festgelegt und ob der Wert innerhalb des zulässigen Bereichs liegt oder nicht durch Ausgabe einer "0" (der Wert liegt innerhalb des zulässigen Bereichs) oder einer "1" (der Wert liegt außerhalb des zulässigen Bereichs) angegeben. Diese Ausgabe wird an die externe Regelvorrichtung 20 über die Steuerschaltung 16 für eine(n) serielle(n) Datenübertragung/Empfang übertragen. Wenn das Signal "1" (der Wert befindet sich außerhalb des zulässigen Bereichs) übertragen wird, erzeugt die Regelvorrichtung 20 ein Alarmausgangssignal und benachrichtigt die Betriebsperson von dem Auftreten einer Abnormalität mit Hilfe einer sichtbaren und/oder hörbaren Nachricht.
Bei der in 1b dargestellten Konfiguration wird ein analoges Codierersignal 21, das die sinusförmigen Signale enthält, die von einem Fühlers eines Codierers 10 erzeugt wurden, an eine externe Regelvorrichtung 20 übertragen. In der Regelvorrichtung 20 wird das empfangene Signal in einem Block 12 von einem analogen in ein digitales Signal konvertiert und wird eine Positions/Geschwindigkeitsinformation auf der Grundlage des analog/digital konvertierten Signals gewonnen. Dann wird auf der Grundlage der Positions/Geschwindigkeitsinformation einem Block 26, der als "CPU, Regeleinrichtung für periphere Steuerschaltungen etc." bezeichnet ist, eine Regelung usw. für den an die Regelvorrichtung 20 angeschlossenen, nicht dargestellten Motor durchgeführt.
Das analog in digital konvertierte Codierersignal wird ferner einem Block 24 "Berechnung des charakteristischen Werts" zugeleitet, in dem der charakteristische Wert (z.B. eine Verschiebung) des Codierersignals berechnet wird. Der so berechnete charakteristische Wert (z.B. die Verschiebung) wird in einem Block 25 "Alarm-Bestimmung" verarbeitet. Wenn festgestellt wird, dass eine Abnormalität aufgetreten ist, wird ein Alarmsignal erzeugt, um so die Bedienungsperson von dem Auftreten der Abnormalität mit Hilfe einer sichtbaren und/oder hörbaren Nachricht zu unterrichten. Das Kriterium zur Ausgabe des Alarms ist das gleiche wie das zuvor im Zusammenhang mit 1a beschriebene. Das heißt, für das zweiphasige sinusförmige Signal wird, z.B. die Verschiebung, in extrem kurzen vorgegebenen Zeitintervallen (ITP) bestimmt und wenn die Verschiebung außerhalb des vorbestimmten zulässigen Bereichs (zwischen der unteren Grenze Vth1 und der oberen Grenze Vth2) liegt, das Alarmsignal erzeugt wird.
Bei diesen Vorrichtungen des Standes der Technik ist es jedoch schwer gewesen, vor Ausgabe der Alarmnachricht einen Fehler richtig abzuschätzen. Ferner gilt nach einer empirischen Regel, dass Fälle auftreten können, bei denen der Alarm in Abständen erzeugt wird, z.B., wenn der zulässige Bereich (zwischen einer unteren Grenze Vth1 und einer oberen Grenze Vth2) vergleichsweise eng gewählt ist, und es gab Fälle, bei denen der Grund hierfür nicht identifiziert werden konnte. Es wurden keine Veröffentlichungen gefunden, in denen effektive Mittel zur Lösung solcher Probleme beschrieben sind.
Die US Patentschrift 5 721 546 B beschreibt einen Codierer zur Interpolation analoger Signale für die Gewinnung einer höheren Auflösung oder absoluter Werte durch eine Konvertierung von analog zu digital und von arithmetischer Verarbeitung. Eine Verzögerungszeit der Daten, die durch die Analog/Digital-Konvertierung verursacht ist, und die arithmetische Verarbeitungszeit sind eliminiert, um eine Verschlechterung der Regelungsgüte zu vermeiden. Eine Speichereinheit zur Speicherung der gemessenen Winkeldaten und eine Ausgangskompensationseinheit zur Kompensation der Verzögerungszeit sind zur Verfügung gestellt und eine während der Verzögerungszeit auftretende Positionsänderung wird durch die Ausgangskompensationseinheit aus den Winkeldaten abgeschätzt, die in dem aktuellen und einem früheren Samplingzyklus gewonnen wurden. Die Verzögerungszeit wird durch Addieren der abgeschätzten Positionsänderung zu den aktuellen Samplingwerten kompensiert.
Die europäische Patentschrift 1 103 790 offenbart die Gewinnung und Analyse von Bewegungswerten, insbesondere solchen, die durch Interferometer oder Codierersysteme gemessen wurden. Zwei oder mehrere von der Bewegung abhängige Signale unterschiedlicher Phasen werden gewonnen, und durch Ortung von Konstellationszuständen der Signale in wenigstens einem Koordinatensystem verarbeitet. Die Änderung in den Konstellationszuständen wird unter Verwendung von wenigstens drei verarbeiteten Datenproben, die durch Abtasten der Signale in geeigneten Zeitintervallen gewonnen wurden, überwacht.
Folglich ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die zuvor beschriebenen Probleme des Standes der Technik zu lösen. Das bedeutet, dass die Erfindung darauf zielt, einen Codierer zu verbessern, der an einem Motor oder an einer motorgetriebenen Vorrichtung angebracht ist und zur Bestimmung von Positionsinformationen oder Geschwindigkeitsinformationen dient, oder eine Regelvorrichtung zur Regelung des Motors durch Empfangen und Analysieren eines durch den Codierer erzeugten Codierersignals zu verbessern und dadurch Informationen zur Verfügung zu stellen, die für die Vorhersage eines Fehlers nützlich sind, und ebenso von Informationen, die zur Identifizierung des Grundes einer Alarmauslösung in Abständen hilfreich sind. Die Erfindung zielt ferner darauf ab, hierdurch den Unterhalt und die Wartung des Codierers zu verbessern.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung löst die oben genannten Probleme durch Treffen von Vorkehrungen, um in der Lage zu sein, Informationen zu gewinnen, die die Änderung des charakteristischen Werts des Codierersignals über der Zeit aufgrund interner oder externer Faktoren oder des Alterns anzeigen.
Die vorliegende Erfindung wird auf einen Codierer gemäß den beigefügten Patentansprüchen angewendet, der an einem Motor oder einer motorgetriebenen Vorrichtung anzubringen ist und für das Gewinnen von Positionsinformationen oder Geschwindigkeitsinformationen dient.
Es versteht sich, dass für die Zwecke der vorliegenden Erfindung der Codierer ein "Drehcodierer" oder ein "Linearcodierer" sein kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann für den Codierer, der an einen Motor oder an einer motorgetriebnen Vorrichtung anzubringen ist und für das Gewinnen von Positionsinformationen oder von Geschwindigkeitsinformationen dient, Informationen, die für die Fehlervorhersage nützlich sind, und Information, die für die Identifizierung des Grundes von Alarmauslösungen in Abständen verwendbar sind, leicht aus der Information gewonnen werden, die das Auftreten einer Änderung in dem charakteristischen Wert des Codierers über der Zeit aufgrund von internen oder externen Faktoren oder aufgrund des Alterns angibt. Dies dient auch dazu, den Unterhalt bzw. die Wartung des Codierers zu verbessern.
Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden noch deutlicher im Lichte der ausführlichen Beschreibung von Ausführungsbeispielen hiervon, wie sie in den Zeichnungen dargestellt sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1a ist ein Blockschaltbild, das ein Konfigurationsbeispiel darstellt, wie es im Stand der Technik für die Erzeugung eines Alarmsignals, das das Auftreten eines Fehlers des Codierers angibt, eingesetzt wird.
1b ist ein Blockschaltbild, das ein Konfigurationsbeispiel zeigt, das im Stand der Technik für das Erzeugen eines Alarmsignals, das das Auftreten eines Fehlers des Codierers angibt, angewendet wird.
2 ist ein Blockschaltbild, das die im ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingesetzte Konfiguration anwendet.
3 ist ein Blockschaltbild, das die bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzte Konfiguration wiedergibt.
4 ist ein Blockschaltbild, das die in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendete Konfiguration zeigt.
5 ist ein Blockschaltbild, das die in einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendete Konfiguration darstellt.
6 ist ein Diagramm zur beispielhaften Erläuterung, zu welchem Zeitpunkt eine Nachricht "bevorstehender Fehler" ausgegeben werden kann.
Ausführliche Beschreibung
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2 bis 6 erläutert. In jeder der Ausführungsformen kann der Codierer 100 ein "Drehcodierer" oder ein "Linearcodierer" sein, wie dies bereits zuvor ausgeführt wurde.
1. Ausführungsform
Zunächst wird auf 2 Bezug genommen, die ein Blockschaltbild zeigt, das die Konfiguration eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung verwirklicht. Diese Ausführungsform entspricht einer Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik gemäß der Ausgestaltung nach 1a. Das heißt, dass ein analoges Sensorsignal 110 mit Hilfe eines nicht dargestellten Sensors bzw. Fühlers eines optischen oder magnetischen Codierers 100 in einem Block 120 in ein digitales Signal konvertiert wird, das einem Block 130, Schaltung zur "Bestimmung von Position/Geschwindigkeit", und einem Block 140 "Berechnung des charakteristischen Werts" zugeleitet wird. Das Sensorsignal enthält Signale mehrfacher Kanäle wie zweiphasige sinusförmige Signale (Phase A und Phase B). Der Block 130 "Bestimmung von Position/Geschwindigkeit" gewinnt Positions- bzw. Geschwindigkeitsinformationen auf der Grundlage dieser Signale und überträgt die Informationen an eine externe Regelvorrichtung 200 über eine Steuerschaltung 160 für seriell. Datenübertragung/Empfang. Auf der Grundlage der übertragenen Stellungs- bzw. Geschwindigkeitsinformationen führt die Regelvorrich tung 200 eine Regelung und dergleichen des mit der Regelvorrichtung 200 verbundenen, nicht dargestellten Motors durch.
Andererseits werden in dem Block 140 "Berechnung des charakteristischen Werts" charakteristische Werte wiederholt in vorbestimmten Zeitintervallen für das zweiphasige sinusförmige Signal berechnet. Für den hier berechneten charakteristischen Werten kommen verschiedene Werte in Betracht, die die Eigenschaften des Codierersignals wiedergeben, wie der Amplitudenwert, der Verschiebungswert oder die Verzerrung der Wellenform für jede Phase des zweiphasigen sinusförmigen Signals oder die Phasendifferenz zwischen den beiden Phasensignalen und alle oder bestimmte oder mehrere dieser Werte werden berechnet. Für diese berechneten charakteristischen Werte wird das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Abnormalität mit Hilfe eines Blocks 150 "Alarm-Bestimmung" geprüft, wie dies im Stand der Technik der Fall ist (siehe die Beschreibung der diesbezüglichen 1a). So wird beispielsweise ein gemeinsamer zulässiger Bereich (zwischen einem unteren Wert Vth1 und einem oberen Wert Vth2) im voraus für den Verschiebungswert der beiden zweiphasigen sinusförmigen Signale festgelegt, und ob die Werte innerhalb des zulässigen Bereichs liegen oder nicht wird durch Ausgabe einer "0" (die beiden Phasensignale liegen beide innerhalb des zulässigen Bereichs) oder einer "1" (wenigstens ein Phasensignal liegt außerhalb des zulässigen Bereichs) angezeigt. Dieses Ausgangssignal wird an die externe Regelvorrichtung 200 über die Steuerschaltung 160 für seriell. Datenübertragung/Empfang etc. übertragen. Wenn das Signal "1" (wenigstens ein Phasensignal liegt außerhalb des zulässigen Bereichs) übertragen wird, erzeugt die Regelvorrichtung 200 ein Alarmsignal und benachrichtigt die Bedienungsperson vom Auftreten einer Abnormalität mit Hilfe einer sichtbaren und/hörbaren Nachricht.
Die Konfiguration und die Funktion, die bisher beschrieben worden sind, entsprechen im wesentlichen denen des Standes der Technik gemäß dem Beispiel, das unter Bezugnahme auf 1a beschrieben wurde. Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von dem Codierer nach dem Stand der Technik darin, dass der Codierer ferner einen "Speicher" (nicht flüchtige Speichereinrichtung) als Block 162 zum Speichern der charakteristischen Werte und einen Block 161 "Vergleich der charakteristischer Werte" aufweist und es so möglich macht, den Vergleich des aktuellen charakteristischen Werts mit dem früheren charakteristischen Wert durchzuführen und das Ergebnis des Vergleichs an die Regelvorrichtung 200 zu übermitteln. Der charakteristische Wert wird nacheinander in dem Block 162 "Speicher" in ausreichend kurzen vorbestimmten Zeitintervallen unter Beifügung von den Zeitpunkt der Speicherung bezeichnenden Angaben (Label) gespeichert. Zu jedem Zeitpunkt, zu dem der "aktuelle charakteristische Wert" eingegeben wird, vergleicht der Block 160 "Vergleich der charakteristischer Werte" diesen mit dem "früheren charakteristischen Wert" und überträgt das Ergebnis des Vergleichs an die Regelvorrichtung 200 über die Steuerschaltung 160 für seriell. Datenübertragung/Empfang etc. Es gibt verschiedene Methoden des Vergleichs. Unter diesen wird das folgende Beispiel nachfolgend in Betracht gezogen.
Das heißt, der Block 160 "Vergleich des charakteristischen Werts" vergleicht den aktuellen charakteristischen Wert mit allen früheren charakteristischen Wertedaten, die seit Betriebsbeginn des Codierers 100 angesammelt wurden (oder mit ausgewählten Daten, die in bestimmten Zeitintervallen gesampelt wurden) und die aus dem Speicher 162 ausgelesen werden, berechnet die Differenz zwischen dem aktuellen charakteristischen Wert und jedem früheren charakteristischen Wert und gewinnt den größten Wert der Schwankung (mit Plus- oder Minuszeichen), der die größte Differenz (absoluter Wert) angibt. Wenn dann der Absolutwert des größten Werts der Schwankung den zuvor festgelegten Wert überschreitet, wird eine Nachricht "bevorstehender Fehler" an die Regelvorrichtung 200 über die Steuerschaltung 160 für seriell. Datenübertragung/Empfang etc übermittelt. Die Daten des größten Schwankungsbereichs (mit Plus- oder Minuszeichen) werden ebenfalls an die Regelvorrichtung 200 übermittelt. Die Regelvorrichtung 200 zeigt "bevorstehender Fehler", z.B. auf einer Anzeige, zusammen mit den Daten der größten Schwankungsbreite (mit Plus- oder Minuszeichen) an.
6 ist ein Diagramm zur Erläuterung, zu welchem Zeitpunkt während des Vergleichsprozesses die Nachricht "bevorstehender Fehler" ausgegeben werden kann. In dem Diagramm zeigt die vom Punkt A aus gezogene Kurve als ein Beispiel der Änderung eines der beiden zweiphasigen sinusförmigen Signale (z.B. das Signal der Phase A) während des Betriebs der Codierers vom Betriebsbeginn an, Punkt A (Zeit t = 0), bis eine Alarmnachricht ausgegeben wird, weil das Auftreten einer verfehlten Verbindung in der das Codierersignal erzeugenden Schaltung festgestellt wurde. Im Idealfall sollte der Verschiebungswert jedes der beiden zweiphasigen sinusförmigen Signale" vom Betriebsbeginn an stabil und null sein, aber im tatsächlichen Produkt liegen Schwankungen in den anfänglichen Eigenschaften ebenso wie in den Alterungseigenschaften vor. Wie durch den Bezugsbuchstaben A angedeutet, ist der für die anfängliche Eigenschaft bestimmte Verschiebungswert im Allgemeinen nicht null. Der Verschiebungswert neigt mit zunehmender Betriebsdauer dazu, anzusteigen.
Wie bereits früher erwähnt, wird der zulässige Bereich (zwischen dem unteren Wert Vth1 und dem oberen Wert Vth2) für den Verschiebungswert im voraus festgelegt und wenn jeder Wert aus dem zulässigen Bereich heraus fällt, wird ein Alarmsignal an die Regelvorrichtung 200 ebenso übertragen, wie es im Stand der Technik der Fall ist. Wenn sich der Verschiebungswert wie in 6 dargestellt verändert, wird das Alarmsignal unmittelbar nach diesem Zeitpunkt erzeugt, der durch den angegebenen Bezugspunkt E bezeichnet ist. Solch eine Abweichung von dem zulässigen Bereich tritt jedoch im allgemeinen tatsächlich ein, nachdem ein Fehler, wie beispielsweise eine verfehlte Verbindung, tatsächlich aufgetreten ist und folglich tendiert die Alarmnachricht dazu, verspätet erzeugt zu werden. Es scheint, dass der Alarm früher ausgegeben werden kann, wenn der zulässige Bereich (zwischen der unteren Grenze Vth1 und der oberen Grenze Vth2) enger festgelegt wird. Wenn sich aber die anfänglichen Eigenschaften und die Alterungseigenschaften auf verschiedene Teile verteilen und betrachtet werden, kann der zulässige Bereich nicht sehr eng festgelegt werden. Das Festlegen eines sehr engen Bereichs kann dazu führen, dass beispielsweise eine Alarmauslösung in Abständen erzeugt wird, obwohl der Codierer normal arbeitet.
Bbei der vorliegenden Ausführungsform prüft aufgrund dieses Umstandes der Block 161 "Vergleich des charakteristischen Werts" den größten Wert bzw. Betrag der Schwankungen (mit Plus- oder Minuszeichen) durch Vergleich des aktuellen charakteristischen Werts mit jedem der früheren charakteristischen Werte, die sich seit dem Betriebsbeginn, wie oben beschrieben, angesammelt haben. Betrachtet man das Beispiel nach 6, steigt der Verschiebungswert langsam vom Punkt A zu Betriebsbeginn an und beginnt zu einem Zeitpunkt, der durch den Bezugsbuchstaben C angegeben ist, abzufallen. Dann, nach Erreichen eines Tiefstwerts zu dem Zeitpunkt, der durch den Bezugsbuchstaben D bezeichnet ist, steigt der Wert steil an und überschreitet sogleich die obere Grenze Vth2. Nach einer empirischen Regel tritt eine solche Änderung oft an oder nahe dem Punkt C auf, wenn eine Verbindung beginnt zerstört zu werden.
Ferner hat der Verschiebungswert in diesem Fall die Tendenz, mehr als um einen gegebenen Betrag anzusteigen, wenn der Wert vom Punkt A zu Betriebsbeginn bis zum Erreichen des Punkts C ansteigt. Folglich kann ein "bevorstehender Fehler" an dem Punkt B festgestellt werden, an dem die größte Schwankungsbreite den Grenzwert ΔV überschreitet. Auf der Grundlage dieses Konzepts sendet der Block 161 "Vergleich des charakteristischen Werts" weiterhin das Signal "0", was anzeigt, "kein bevorstehender Fehler", an die Regelvorrichtung 200 bis die größte Schwankungsbreite den Grenzwert ΔV überschreitet. Dann, an dem Punkt, der durch den Bezugsbuchstaben B angegeben ist, überträgt er das Signal "1" an die Regelvorrichtung 200, die den "bevorstehenden Fehler" anzeigt.
Zur gleichen Zeit werden die Daten der größten Schwankungsbreite (mit Plus- oder Minuszeichen), die zu der Zeit gewonnen wurden, an die Regelvorrichtung 200 übertragen. Die Regelvorrichtung 200 zeigt die Nachricht "bevorstehender Fehler", beispielsweise auf dem Display, zusammen mit der größten Schwankungsbreite (mit Plus- oder Minuszeichen) an. In Fällen, in denen die Umkehr des Vorzeichens der Steigung der Kurve der charakteristischen Werte auftritt, wie beispielsweise in dem, der an dem durch den Bezugsbuchstaben C ange gebenen Punkt auftritt, kann dieser zur Nachricht eines "bevorstehender Fehler" wie in dem obigen Beispiel herangezogen werden (eine solche Umkehr tritt während des normalen Betriebs des Codierers 100 nicht auf). Es können Vorkehrungen getroffen werden, um ein Benachrichtigungssignal an die Regelvorrichtung 200 an dem Punkt C zu übermitteln, an dem die Umkehr des Vorzeichens der Steigung der Kurve der charakteristischen Werte auftritt. Um dies zu verallgemeinern, kann das Signal für die Nachricht "bevorstehender Fehler" an die Regelvorrichtung 200 übertragen werden, "wenn eine Änderung, die während des normalen Betriebs des Codierers nicht auftreten kann, tatsächlich aufgetreten ist". Ferner, kann bei der Überwachung der zweiphasigen sinusförmigen Signale die Nachricht an die Regelvorrichtung 200 übertragen werden, wenn ein "bevorstehender Fehler" bei wenigstens einem der beiden Phasensignale festgestellt wurde.
Während das obige Beispiel unter Verwendung des Verschiebungswerts beschrieben wurde, versteht es sich, dass für andere charakteristische Werte der Vergleich und die Überwachung auf die gleiche Weise wie oben beschrieben vorgenommen werden können. Wenn zum Beispiel der charakteristische Wert eine Verzerrung der Wellenform oder eine Phasendifferenz ist, wird die größte auftretende Schwankung seit Betriebsbeginn überwacht und wenn deren Absolutwert die vorgegebene größte zulässige Schwankungsbreite übersteigt, kann ein Signal mit der Nachricht "bevorstehender Fehler" an die Regelvorrichtung 200 übermittelt werden. Wenn nicht mehr als ein einziger charakteristischer Wert zu vergleichen und zu überwachen ist, kann dann, wenn eine einen "bevorstehender Fehler" anzeigende Änderung bei wenigstens einem der charakteristischen Werte festgestellt wird, eine Benachrichtigung an die Regelvorrichtung 200 übermittelt werden.
2. Ausführungsform
Es wird nun auf 3 Bezug genommen, die ein Blockschaltbild der Konfiguration bzw. des Aufbaus zeigt, die in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Dieser Ausbildungsform entspricht eine Abwandlung der ersten Ausführungsform. Da die Grundausbildung und Funktion des Codierers die gleichen sind wie die für die erste Ausführungsform beschriebenen, wird die bereits gegebene Beschreibung hier nicht wiederholt werden, und sich die nachfolgend gegebene Beschreibung auf die Unterschiede richten. Die Alarmfeststellung ist ebenfalls die gleiche, wie sie für die erste Ausführungsform beschrieben wurde.
Der charakteristische Wert (beispielsweise die Amplitudengröße, die Verschiebungsgröße oder die Verzerrung der Wellenform für jede Phase des zweiphasigen sinusförmigen Signals oder der Phasendifferenz zwischen den Signalen der beiden Phasen), der für jedes der bei den zweiphasigen sinusförmigen Signale im Block 140 "Berechnung des charakteristischen Werts" berechnet wurde, wird in den Block 150 "Alarm-Bestimmung", in dem das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Abnormalität geprüft wird, eingegeben. Zum Beispiel wird ein gemeinsamer zulässiger Bereich (zwischen der unteren Grenze Vth1 und der oberen Grenze Vth2) im voraus für die Verschiebungsgrößen der zweiphasigen sinusförmigen Signale festgelegt, und ob die Werte innerhalb des zulässigen Bereichs liegen oder nicht durch Ausgabe einer "0" (die beiden Phasensignale liegen beide innerhalb des zulässigen Bereichs) oder einer "1" (wenigstens eines der beiden Phasensignale liegt außerhalb des zulässigen Bereichs). Dieses Ausgangssignal wird an die externe Regelvorrichtung 200 über die Steuerschaltung 160 für eine serielle Datenübertragung bzw. einen seriellen Datenempfang übermittelt und die Regelvorrichtung 200 benachrichtigt die Bedienungsperson vom Auftreten einer Abnormalität mit Hilfe einer sichtbaren und/oder hörbaren Benachrichtigung.
Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist das Zurverfügungstellen eines Blocks 164 zur Erzeugung eines Referenz-Sensorsignals 163. Das hier erzeugte Sensorsignal wird in einem Block 164 von einem analogen in ein digitales signal konvertiert und sein charakteristischer Wert wird in einem Block 165 errechnet und im Block 161 "Vergleich des charakteristischen Werts" verwendet. Das heißt, dass im Block 161 "Vergleich des charakteristischen Werts" zu jeder Zeit der charakteristischer Wert (aktueller Wert) für das Positions/Geschwindigkeitsmessfühlersignal berechnet wird, der Wert mit dem Referenzwert des charakteristischen Werts verglichen wird, der für das Referenz-Sensorsignal errechnet wurde, und das Ergebnis der Berechnung, d.h. das Ergebnis des Vergleichs, wird in dem Speicher gespeichert. Hier wird für wenigstens einen charakteristischen Wert, wenn die Differenz zwischen dem charakteristischen Wert und dem Referenzwert aus einem vorgegebenen Bereich herausfällt, eine Benachrichtigung von der Abweichung als Nachricht "bevorstehender Fehler" an die Regelvorrichtung 200 übertragen.
Das aus dem Referenz-Sensorsignal 163 in dem Block 164 von analog zu digital konvertierte Signal kann zeitweilig in dem Speicher 162 gespeichert werden als "*1", siehe 3, und kann dann im Block 161 "Vergleich des charakteristischen Werts" ausgelesen werden oder kann unmittelbar in den Block 161 "Vergleich des charakteristischen Werts" angegeben durch "*2" unmittelbar eingegeben werden. Die Ausgangsquelle des Referenz-Sensorsignals 163 (die Quelle für die Erzeugung eines Referenz-Codierersignals) kann so aufgebaut sein, dass es einen Schwingungsgenerator verwendet, der zweiphasige sinusförmige Signale, gesteuert, um die charakteristischen Werte (Amplitudengröße, Verschiebungsgröße, Verzerrung der Wellenform und Phasendifferenz) zu haben, die den anfänglichen Eigenschaften des Codierers 100 entsprechen, erzeugt.
Die vorliegende Ausführungsform kann durch Erzeugung des Referenz-Sensorsignals zur Berücksichtigung der anfänglichen Eigenschaften des speziellen Codierers die Feststellung eines "bevorstehenden Fehlers" erzeugen, wie dies bei der ersten Ausführungsform der Fall ist.
3. Ausführungsform
Als nächstes wird auf 4 Bezug genommen, die ein Blockschaltbild der in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzten Konfiguration zeigt. Diese Ausführungsform entspricht einer Verbesserung der in 1b dargestellten Konfiguration des Standes der Technik, was bedeutet, dass in der vorliegenden Ausführungsform der Vergleich des charakteristischen Werts und die Überwachung gemäß der ersten Ausführungsform durch die Regelvorrichtung 200 durchgeführt wird. Der Grundaufbau und die Funktion des Codierers 100 sind die gleichen wie jene, die für den Stand der Technik in 1b dargestellt sind. Die Alarmfeststellung ist ebenfalls die gleiche wie die im Stand der Technik gemäß 1b.
Das bedeutet, dass das analoges Codierersignal 210, das die durch den Detektor der Signalvorrichtung 100 erzeugten zweiphasigen sinusförmigen Signale an eine externe Regelvorrichtung 200 übermittelt werden. In der Regelvorrichtung 200 werden die empfangenen Signale in einem Block 220 von anlogen in digitale Signale umgewandelt und die Information zur Position oder Geschwindigkeit wird auf der Grundlage des a/d konvertierten Signals gewonnen. Dann wird auf der Grundlage der Information zur Position oder Geschwindigkeit von einem Block 260, der als "CPU, Steuereinrichtung für periphere Steuerschaltungen etc." eine Regelung und dergleichen des mit der Regelvorrichtung 200 verbundenen, nicht dargestellten Motors vorgenommen.
Das a/d konvertierte Codierersignal wird auch einem Block 240 "Berechnung des charakteristischen Werts" zugeleitet, in dem der charakteristische Wert (z.B. ein Verschiebungswert) des Codierersignals berechnet wird. Der so berechnete charakteristische Wert (z.B. der Verschiebungswert) wird in einem Block 250 "Alarm-Bestimmung" verarbeitet. Wenn festgestellt wird, dass eine Abnormalität eingetreten ist, wird ein Alarmsignal zur Benachrichtigung der Bedienungsperson von dem Auftreten einer Abnormalität mit Hilfe einer sichtbaren und/oder hörbaren Benachrichtigung erzeugt. Das Kriterium für die Auslösung des Alarms ist das gleiche, das unter Bezugnahme auf 1a beschrieben wurde. Das heißt, dass für die zweiphasigen sinusförmigen Signale, z.B. die Verschiebungsgröße, in extrem kurzen vorbestimmten Zeitintervallen (ITP) geprüft wird und wenn die Verschiebungsgröße außerhalb des vorbestimmten zulässigen Bereichs (zwischen der unteren Grenze Vth1 und der oberen Grenze Vth2) liegt, ein Alarmsignal erzeugt wird.
Andererseits wird der charakteristische Wert (wie eine Amplitudengröße, eine Verschiebungsgröße oder eine Verzerrung der Wellenform für jede Phase des zweiphasigen sinusförmigen Signals oder die Phasendifferenz zwischen den beiden Phasensignalen) in dem Block 240 "Berechnung des charakteristischen Werts" berechnet und in der Regelvorrichtung 200 in einen Block 262 "Speicher" ebenso wie in einen Block 261 "Vergleich des charakteristischen Werts" eingegeben. Der charakteristische Wert wird nacheinander in dem Block 262 "Speicher" in ausreichend kurzen vorbestimmten Zeitintervallen durch Hinzufügen von Kennzeichnungsdaten über den Zeitpunkt der Speicherung gespeichert. Zu jeder Zeit, zu der ein "aktueller charakteristischer Wert" eingegeben wird, vergleicht der Block 261 "Vergleich des charakteristischen Werts" diesen mit den "früheren charakteristischen Werten" und wertet das Ergebnis des Vergleichs aus.
Der Vergleich kann auf die gleiche Weise wie in der ersten Ausführungsform vorgenommen werden. Das bedeutet, dass der Block 261 "Vergleich des charakteristischen Werts" den aktuellen charakteristischen Wert mit allen früheren Daten des charakteristischen Werts, die seit dem Betriebsbeginn des Codierers 100 akkumuliert worden sind (oder ausgewählte Daten, die zu vorbestimmten Zeitintervallen gesampelt wurden) und die aus dem Speicher 262 ausgelesen worden sind, vergleicht, die Differenz zwischen dem aktuellen charakteristischen Wert und jedem früheren charakteristischen Wert berechnet und die größte Schwankungsbreite (mit Plus- oder Minuszeichen) gewinnt, der die größte Differenz (Absolutwert) angibt. Wenn dann der Absolutwert der größten Schwankungsbreite einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird ein Signal mit der Nachricht "bevorstehender Fehler" ausgegeben und angezeigt, z.B. auf einem nicht dargestellten Display, zusammen mit den Daten der größten Schwanungsbreite (einschließlich Plus- oder Minusvorzeichen). Durch die Durchführung eines solchen Vergleichs kann ein "bevorstehender Fehler" in einem vergleichsweise führen Stadium aufgedeckt werden, wie es für die erste Ausführungsform in Verbindung mit 3 beschrieben worden ist.
Zum Beispiel kann im Falle der in 6 dargestellten Änderung des charakteristischen Werts (Verschiebungsgröße) ein "bevorstehender Fehler" am Punkt B oder C entdeckt werden, was sehr viel früher der Fall ist als an dem durch den Bezugsbuchstaben E bezeichnete Punkt, bei dem das Signal ausgegeben wird.
4. Ausführungsform
Es wird nun auf 5 Bezug genommen, die die von der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendete Konfiguration darstellt. Bei dieser Ausführungsform werden der Vergleich und die Überwachung des charakteristischen Werts, die in der zweiten Ausfüh rungsform durchgeführt werden, in der Regelvorrichtung 200 ausgeführt und folglich betrifft die vorliegende Ausführungsform eine Abwandlung der dritten Ausführungsform. Die Grundkonfiguration und Funktion des Codierers 100 sind die gleichen wie die der dritten Ausführungsform und die Alarmbestimmung ist ebenfalls die gleiche wie die der dritten Ausführungsform.
Das bedeutet, dass das analoge Codierersignal 210, das das sinusförmigen zweiphasigen Signal, das der Fühler/Sensor des Codierers 100 erzeugt hat, im Block 220 der Regelvorrichtung 200 von analog in digital konvertiert wird, und dass auf der Grundlage dieses a/d konvertierten Signals der Block 230 die Informationen zur Position oder Geschwindigkeit gewinnt. Auf der Basis dieser Stellungs/Geschwindigkeitsinformation führt der Block 260, der als "CPU Steuereinrichtung für periphere Steuerschaltungen etc." bezeichnet ist, eine Regelung und dergleichen des an die Regelvorrichtung 200 angeschlossenen, nicht dargestellten Motors vornimmt.
Andererseits wird der charakteristische Wert (wie ein Amplitudenwert, eine Verschiebungsgröße oder Verzerrung der Wellenform für jede Phase der zweiphasigen sinusförmigen Signale oder die Phasendifferenz zwischen den Zweiphasensignalen) für jedes der zweiphasigen sinusförmigen Signale im Block 240 "Berechnung des charakteristischen Werts" errechnet und in den Block 250 "Alarm-Bestimmung" in der Regelvorrichtung 200 eingespeist, in dem das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Abnormalität geprüft wird. So wird beispielsweise im voraus ein gemeinsamer zulässiger Bereich (zwischen der unteren Grenze Vth1 und der oberen Grenze Vth2) für die Verschiebungsgrößen der zweiphasigen sinusförmigen Signale vorgegeben, und ob sich die Werte innerhalb des zulässigen Bereichs oder nicht befinden, durch Ausgabe einer "0" (die beiden Phasensignale liegen beide innerhalb des zulässigen Bereichs) oder einer "1" (wenigstens ein Phasensignal liegt außerhalb des zulässigen Bereichs) angegeben. Wenn der letztgenannte Wert ausgegeben wird, benachrichtigt die Regelvorrichtung 200 die Bedienungsperson von dem Auftreten einer Abnormalität mit Hilfe einer sichtbaren und/oder hörbaren Benachrichtigung.
Die vorliegende Ausführungsform ist die gleiche wie die zweite Ausführungsform (siehe 3) in der der Block 101 für die Erzeugung eines Referenz-Sensorsignals 211 (Referenz-Codierersignal) zur Verfügung gestellt ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die das Referenz-Codierersignal erzeugende Quelle 101 jedoch außerhalb des Codierers vorgesehen und das dort erzeugte Sensorsignal 211 wird an die Regelvorrichtung 200 übermittelt, in der es im Block 264 von analog in digital konvertiert wird. Dann wird sein charakteristischer Wert in einem Block 265 in der Regelvorrichtung berechnet und dieser Wert im Block 261 "Vergleich des charakteristischen Werts" verwendet. In dem Block 261 "Vergleich des charakte ristischen Werts" wird jedes Mal dann, wenn der charakteristische Wert (aktueller Wert) aus dem von dem Codierer 100 gelieferten Signal für die Positions/Geschwindigkeitsmessfühler berechnet wird, der Wert mit dem charakteristischen Wert (Referenzwert), der aus dem Referenz-Codierersignal berechnet wurde, und das Ergebnis der Berechnung, d.h. das Vergleichsergebnis, in dem Speicher 262 gespeichert. Hier wird für wenigstens einen charakteristischen Wert, wenn die Differenz zwischen dem charakteristischen Wert und dem Referenzwert von dem festgelegten Bereich abweicht, eine Benachrichtigung der Abweichung als ein "bevorstehender Fehler" an die Regelvorrichtung 200 übertragen.
Hier kann das a/d konvertierte Bezugssensorsignal 211 (Referenz-Codierersignal) zeitweilig in dem Speicher 262 wie durch eine "*1" in 5 angedeutet, gespeichert und dann in den Block 261 "Vergleich des charakteristischen Werts" ausgelesen werden oder kann direkt in den Block 261 "Vergleich des charakteristischen Werts" wie durch eine "*2" bezeichnet eingegeben werden.
Wie bei der zweiten Ausführungsform kann die Ausgabequelle des Referenz-Sensorsignals 211 (die Quelle für die Erzeugung des Referenz-Codierersignals) so ausgebildet werden, dass ein Schwingungsgenerator verwendet wird, der zweiphasige sinusförmige Signale mit den charakteristischen Werten, (Amplitudenwert bzw. -höhe, Verschiebungsgröße, Verzerrung der Wellenform, und Phasendifferenz) erzeugt, die den anfänglichen Eigenschaften des Codierers entsprechen. Bei der vorliegenden Ausführungsform kann durch Erzeugung des Referenz-Sensorsignals 211 derart, dass es die anfänglichen Eigenschaften des speziellen Codierers wiederspiegelt, die Feststellung des "bevorstehender Fehlers" erzielt werden, wie in der ersten Ausführungsform.

Claims

Codierer (100), der an einem Motor oder eine motorgetriebene Vorrichtung anzubringen ist und der zum Gewinnen von Positionsinformationen oder Geschwindigkeitsinformationen dient, der umfasst: – eine Speichereinrichtung (162) zum Speichern eines charakteristischen Werts eines Codierersignals, – eine Vergleichseinrichtung (161) für das Vergleichen des in der Speichereinrichtung (162) gespeicherten charakteristischen Werts mit einem aktuellen charakteristischen Wert, der aus einem digitalen Wert erhalten worden ist, in den ein aktuelles analoges Codierersignal (110) konvertiert wurde, wobei das analoge Codierersignal zwei im wesentliche sinusförmige, etwa um 90° gegeneinander versetzte Signale (Phase A, Phase B) aufweist, und – eine Einrichtung (160) zum Übermitteln eines Vergleichsergebnissignals von der Vergleichseinrichtung (161) an eine Regelvorrichtung (200) des Motors, bei der der charakteristische Wert wenigstens einen Wert aufweist, der aus Werten ausgewählt ist, die eine Amplitude, eine Verschiebung und eine Verzerrung der Wellenform jedes der beiden Codierersignale (Phase A, Phase B) wiedergeben, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichseinrichtung (161) derart konfiguriert ist, dass Differenzen zwischen dem aktuellen charakteristischen Wert und jedem der früheren charakteristischen Werte, die seit dem Betriebsbeginn des Codierers (100) gespeichert worden sind, oder ausgewählten früheren charakteristischen Werten, die in vorbestimmten Zeitintervallen erfasst und aus der Speichereinrichtung (162) ausgelesen wurden, berechnet werden, dass eine größte Differenz aus den berechneten Differenzen bestimmt wird, und dass, wenn der Absolutwert der größten Differenz einen vorbestimmten Wert überschreitet, ein Signal mit der Nachricht "bevorstehender Fehler" mittels der Einrichtung (160) an die Regelvorrichtung (200) des Motors übertragen wird.
Codierer (100), der an einem Motor oder eine motorgetriebene Vorrichtung anzubringen ist und der zum Gewinnen von Positionsinformationen oder Geschwindigkeitsinformationen dient, der umfasst: – eine Speichereinrichtung (162) zum Speichern eines charakteristischen Werts eines Codierersignals, – eine Vergleichseinrichtung (161) für das Vergleichen des in der Speichereinrichtung (162) gespeicherten charakteristischen Werts mit einem aktuellen charakteristischen Wert, der aus einem digitalen Wert erhalten worden ist, in den ein aktuelles analoges Codierersignal (110) konvertiert wurde, wobei das analoge Codierersignal zwei im wesentliche sinusförmige, etwa um 90° gegeneinander versetzte Signale (Phase A, Phase B) aufweist, und – eine Einrichtung (160) zum Übermitteln eines Vergleichsergebnissignals von der Vergleichseinrichtung (161) an eine Regelvorrichtung (200) des Motors, bei der der charakteristische Wert wenigstens einen Wert aufweist, der aus Werten ausgewählt ist, die eine Amplitude, eine Verschiebung und eine Verzerrung der Wellenform jedes der beiden Codierersignale (Phase A, Phase B) wiedergeben, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn eine Vorzeichenumkehr der Steigung der Kurve der charakteristischen Werte erfolgt, ein Signal mit der Nachricht "bevorstehender Fehler" an die Regelvorrichtung (200) des Motors übertragen wird.
Codierer (100) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der charakteristische Wert des Codierersignals aus einem digitalen Wert gewonnen wurde, in den ein mit dem Codierer (100) erzeugtes analoges Codierersignal (110) konvertiert worden ist.
Codierer (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der ferner umfasst: eine Einrichtung (163) zum Erzeugen eines analogen Codierersignals, das als Referenz dient, bei dem der charakteristische Wert des Codierersignals aus einem digitalen Wert gewonnen wurde, in den ein analoges Codierersignal, das in der Einrichtung (163) zur Erzeugung eines analogen Codierersignals erzeugt wurde, konvertiert worden ist.
Codierer (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der in der Speichereinrichtung (162) gespeicherte charakteristische Wert mit einem charakteristische Wert verglichen wird, der in vorbestimmten Zeitintervallen aus einem digitalen Wert gewonnen wurde, in den ein aktuelles Codiersignal konvertiert worden ist.
Codierer (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, der an einem Motor oder an einer motorgetriebenen Vorrichtung angebracht ist und zum Gewinnen einer Positionsinformation oder einer Geschwindigkeitsinformation verwendet wird und der damit den Motor regelt, wobei der Codierer (100) ein durch den Codierer (100) erzeugtes analoges Codierersignal an eine Regelvorrichtung (200) abgibt.
Codierer (100) nach Anspruch 1, bei dem die Regelvorrichtung (200) eine Nachricht "bevorstehender Fehler" zusammen mit den Daten der größten Schwankungsbreite auf einer Anzeige anzeigt.
Codierer (100) nach Anspruch 1, bei dem, wenn der aktuelle charakteristische Wert aus einen zulässigen Bereich zwischen einem unteren Grenzwert Vth1 und einem oberen Grenzwert Vth2 heraus fällt, ein Alarmsignal an die Regelvorrichtung (200) abgegeben wird, und bei dem der vorbestimmte Wert kleiner als der zulässige Bereich ist.