JP2009150894A - 時間依存推移から測定値を求めるための方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】むだ時間を考慮して測定値を正確に求める。
【解決手段】所定の値の時間依存推移から測定値を求める方法であって、測定装置による測定を実行し、該測定に割り当てられる時点（ｔ_M）を求めるステップと、時間依存推移の少なくとも２つの値対（ｔ₁，ｔ₂；ｙ₁，ｙ₂）を用いて測定値（ｙ_E）を求めるステップとを有し、ここで、前記値対（ｔ₁，ｔ₂；ｙ₁，ｙ₂）が各々１つの時点（ｔ₁；ｔ₂）と当該時点（ｔ₁；ｔ₂）に割り当てられた値（ｙ₁；ｙ₂）とから構成されるようにした方法において、前記測定値（ｙ_E）は補正された時点に基づいて求められ、前記補正された時点は前記測定に割り当てられる時点（ｔ_M）を補正項により補正することで求められ、ここで、前記補正項は前記測定装置のむだ時間（Ｔ_T）を考慮するものである。
【選択図】図２

Description

本発明は時間依存推移から測定値を求めるための方法と装置に関するものである。本発明は特に梱包機械、印刷機械、繊維機械及びオートメーション設備において使用することができる。さらには、本方法を電気的、液圧式または空気圧式に制御される設備において使用することも可能である。

背景技術から、測定装置を用いて所定の測定が行われた時点を出力することにより、時間依存推移から測定値を求めることが公知である。本来の測定値はその後に補間法のような方法によって時間依存推移から求めることができる。

しかし、アナログまたはディジタル信号処理のいずれにおいても生じるように、例えば測定プローブ機能のようなこの種の測定装置の場合にも、むだ時間が生じる。一般に、これらのむだ時間は測定誤差につながり、測定結果の正確度を悪化させてしまう。例えば、制御に組み込まれた測定プローブ機能によって位置値を求める場合、測定プローブ信号のむだ時間もサンプリング値のむだ時間も影響を及ぼす。

特許文献１からは、測定制御回路が公知である。この回路はコントロール信号のむだ時間を所定の時間内に設定する。

測定プローブ信号のむだ時間が発生する原因は多様である。例えば、トリガイベントを捕捉する際、また測定プローブ信号を伝送する際にも、様々な構成要素によって遅延が生じる可能性がある。初めに述べた遅延は、測定量のほぼディジタルの処理と信号を増幅する出力ドライバとによりセンサ自体において生じる。制御内部では、むだ時間は電流を制限する入力回路とフォトカプラとに起因して生じる。

むだ時間はさらにクロック制御された入力信号処理とディジタルフィルタリングとによっても生じる。そのとき使用されているセンサと制御ハードウェアのデータシートに基づき、予想されるむだ時間を近似的に求めることは可能である。しかし、これらのむだ時間の正確な値は適切な測定ユニットによってでなければ求めることができない。上記構成要素に関連して述べたむだ時間のせいで、予想される結果が余りに遅く認識されるため、位置値または求められるべき値を補間する際にも、誤ったタイムスタンプが基礎とされてしまい、これがまた誤った結果につながる。したがって、上記のむだ時間により、特に推移の正または負のエッジを求める際に位置誤差が生じることがありうる。
ＪＰ ７２５３８１１ Ａ

それゆえ、本発明の課題は、とりわけむだ時間を考慮して測定値を正確に求めることのできる方法および装置を提供することである。

上記課題は、所定の値の時間依存推移から測定値を求める方法であって、測定装置による測定を実行し、該測定に割り当てられる時点を求めるステップと、時間依存推移の少なくとも２つの値対を用いて測定値を求めるステップとを有し、ここで、前記値対が各々１つの時点と当該時点に割り当てられた値とから構成されるようにした方法において、前記測定値は補正された時点に基づいて求められ、前記補正された時点は前記測定に割り当てられる時点を補正項により補正することで求められ、ここで、前記補正項は前記測定装置のむだ時間を考慮するものであるようにすることによって解決される。

同様に、上記課題は、所定の値の時間依存推移から測定値を求める装置であって、実行された測定に割り当てられる時点を求める測定装置と、測定値を求めるプロセッサ装置とを有しており、該プロセッサ装置は測定値を求めるために時間依存推移の少なくとも２つの値対を使用するように構成されており、前記値対は各々１つの時点と当該時点に割り当てられた値とから構成されている形式のものである装置において、前記プロセッサ装置は、補正された時点に基づいて前記測定値を求め、前記測定に割り当てられた時点を補正項により補正することで前記補正された時点を求めるように構成されており、ここで、前記補正項は前記測定装置のむだ時間を考慮するものとすることにより解決される。

所定の値の時間依存推移から測定値を求める本発明による方法では、まず測定装置により測定が行われ、この測定に割り当てられる時点が求められる。さらに測定値が求められ、その際、測定値を求めるために、時間依存推移の少なくとも２つの値対が使用される。これらの値対はそれぞれ１つの時点とこの時点に割り当てられた値とから構成されたものである。本発明によれば、測定値は補正された時点を基にして決定され、補正された時点は測定に割り当てられた時点を補正項によって補正することで求められる。なお、補正項は測定装置のむだ時間を考慮するものである。

したがって、本発明による方法では、測定値は直接には求められず、測定が行われた時点に基づいて間接的に求められる。続いて、好ましくは補間により、相応する測定値が求められる。上で述べた時点にはむだ時間が伴っているので、上記の補正された時点を出力する際にこのむだ時間が考慮される。この補正された時点はまた測定値を求めるために使用される。

したがって、本発明によれば、測定量のディジタル処理と出力ドライバとによって遅延を補正することが可能になる。さらに、電流を制御する入力回路とフォトカプラとに起因する制御遅延も補正することができる。こうして、測定プローブにより求められた位置値をセンサの速度や測定推移中に変化しうる他の物理量に依存せずに正確に求めることが可能である。

有利な方法では、補正項は値対の両時点間の時間的距離を含む。値対とは、とりわけ、時間依存推移を求めるために使用されるデータ点である。これらデータ点の間の時間的距離は例えばSERCOSサイクル時間のようなサイクル時間であることが好ましい。

それゆえ、測定値を求めるために複数の値対が使用され、これら値対がそれぞれ互いに対して一定の時間的距離を有していると有利である。

別の好ましい方法では、補正項は加法的な補正項である。このことは、好ましくは、求められた時点が所定の時間量の加算ないし減算により補正されることを意味している。

別の好ましい方法では、位置測定値、トルク測定値、力測定値、モーメント測定値、角度測定値等を含む測定値のグループから測定値が取り出される。それゆえ、本発明による方法を用いれば、例えば位置測定値に関して、例えば作業エレメントのその時の正確な位置をシステムのむだ時間を考慮した上で求めることが可能である。

別の有利な方法では、測定値は補間法を用いて求められる。つまり、時間依存推移は例えば直線的な推移であってよく、それゆえに測定値は２つの値対の平均値を求めることで求められる。しかし、推移は非線形の関係であってもよく、この場合にも推移は（推移の関数的依存関係を考慮して）２つの点の間の相応する適切な補間により求められる。

別の好ましい方法では、補正された時点が分析され、この分析に応じて時間的距離の整数倍が補正された時点に加算されるか、またはこの時点から減算される。より正確に言えば、好ましくは、補正された時点が０よりも小さいか、または上記時点の間の時間的距離よりも大きいかに従ってケース判定が行われる。これについては、図面を参照してより詳細に説明する。

本発明はさらに所定の値の時間依存推移から測定値を求めるための装置にも関わっている。この装置は、実行された測定に割り当てられる時点を求める測定装置と、測定値を求めるプロセッサ装置とを有しており、このプロセッサ装置は測定値を求めるために時間依存推移の少なくとも２つの値対を使用する。これらの値対はそれぞれ１つの時点とこの時点に割り当てられた値から構成されている。本発明によれば、プロセッサ装置は、補正された時点に基づいて測定値を求め、測定に割り当てられた時点を補正項によって補正することで補正された時点を求めるように構成されている。なお、補正項は測定装置のむだ時間を考慮するものである。

図１には、本発明の基礎をなす問題を説明するために、値ｙ(ｔ)と時間ｔとの間の関数的依存関係の図が示されている。ここでは、縦座標には時間ｔがとられ、横座標にはこれに依存する値ｙ(ｔ)がとられている。ここで、これらの値ｙ(ｔ)は位置値である。したがって、図１には、一定の軸運動の位置実際値曲線４が示されている。しかし、上に述べたように、これらの値はモーメント値、速度値、角度値、力値等であってもよい。

参照記号６は推移４に沿って配置されたデータ点を指しており、これらデータ点を用いて実際の位置値ｙ(ｔ)が求められる。参照記号Ｍは推移４に沿った測定点を指している。よって、測定装置により時点ｔ_Mが把握される。しかし、測定装置のむだ時間Ｔ_Tのため、イベントＥの実際の時点ｔ_Eはむだ時間Ｔ_Tの分だけシフトしている。これに相応して、補正された位置値ｙ_Eは出力されずに、対応する位置値ｙ_M(ｔ_M)が出力される。

制御部に現れる位置値もまたむだ時間を伴っている。値ｔ₁およびｔ₂ならびにこれらに割り当てられた位置値ｙ₁およびｙ₂は、測定値ｙ(ｔ)を求めるために補間の際に使用される値対である。

既に駆動装置のセンサによってそれぞれの位置実際値を測定する際に、僅かな遅延は生じる。はるかに大きなむだ時間は、センサ信号のサンプリングから測定された値を制御部に伝送するまでに或る程度の時間が経過することに起因する。また、それぞれのサンプリング時点は、インタフェースの、とりわけＳＥＲＣＯＳインタフェースの時間制御ないしタイミングによって設定される。

図２には、求められたむだ時間の位置値に対する影響が示されている。参照記号４は再び実際の位置推移を表し、参照記号４’は制御部によって仮定される位置推移を表している。参照記号Ｔ_SはＳＥＲＣＯＳサイクル時間を表している。

参照記号Ｔ₄はサンプリングの相対的時点を示すいわゆる値取得時間を表している。なお、サンプリングはＳＥＲＣＯＳサイクル時間の開始とともに始まる。それぞれのサンプリング値（時間値）はドライブテレグラムとともに伝送され、各ＳＥＲＣＯＳサイクルの開始以降に有効となる。

それゆえ、上に述べたむだ時間によって個々の点６がそれぞれのむだ時間だけ右にシフトするので、制御部において仮定される位置推移４’が生じる。位置推移４’は実際の位置推移４から偏差している。参照記号８はその時その時に制御部に現れる（むだ時間を伴った）位置値を表している。

例えば図２に示されているグラフにおいて測定値ａが測定された場合、測定値ａはサイクルＡになってはじめて伝送される。しかし、同時にこの測定値は図示されたサイクルＡの開始以降に有効となる。こうして、全体として位置推移４’が生じる。この実際の位置推移からの不所望の偏差も本発明によれば補償される。

こうして、全体として図２に示されている遅延された位置実際値の伝送が生じる。位置実際値が検出されなければならない駆動装置が遠隔の制御部に接続されている場合には、さらなるむだ時間が発生する。その場合、位置値は制御網内で伝送される。これにより、位置値は正確に１サイクル分だけ遅れて現れることになる。

したがって、本発明の枠内では、これらのむだ時間を再び補償することが提案される。これにより、図２の推移８はむだ時間の分だけ左にシフトすることになる。この場合、むだ時間の補償により、制御部で仮定された位置値推移に対する実際の位置値推移が再び得られる。

現存するむだ時間を補償するために、制御に組み込まれたセンサ装置の機能にパラメータ調整可能なむだ時間補償が組み込まれる。このことはすでに測定装置自体が補正された時間値を出力することを意味する。このむだ時間補償は駆動装置から制御部への実際値の遅延した伝送を補償する。より正確に言えば、有利には、求められたまたはラッチされたカウンタ状態ＩＭにＳＥＲＣＯＳサイクル時間T_SとT₄時点の差が加算される。

むだ時間の補償は、求められたまたはラッチされたカウンタ状態ＩＭからむだ時間Ｔ_Tのパラメータ調整された値を減じることによって行われる。よって、上記２つの補償ステップに関して次の関係が生じる。
ｔ_M~＝ｔ_M＋Ｔ_S−Ｔ₄−Ｔ_T
ここで、ｔ_M~は結果として生じるカウンタ状態を表し、Ｔ_SはＳＥＲＣＯＳサイクル時間を表し、Ｔ₄は位置値検出の相対的時点を表し、Ｔ_Tはパラメータ調整されたむだ時間を表している。むだ時間は有利にはユーザによって設定可能である。項Ｔ_S−Ｔ₄−Ｔ_Tが補正項Ｋである。

有利には、時定数Ｔ_SおよびＴ₄はそれぞれのインタフェースないしＳＥＲＣＯＳインタフェースを初期化する際に決定される。ＳＥＲＣＯＳインタフェースの動作準備ができると直ちに、測定プローブ機能がこれらの定数を読み出し、ローカルに記憶する。これで、上記の式で用いられている定数と信号エッジのミリ秒単位の時点のすべてが揃っているので、計算は比較的簡単である。

負の値を補償に入力することもまた可能である。これは制御網上で軸位置を伝送することによってむだ時間が発生する場合に役に立つ。ＳＥＲＣＯＳサイクル時間の２倍よりも大きな絶対値を有する値は拒絶されることが好ましい。この制限は測定プローブのイベントと位置値とに対してバッファの量が限られていることから生じている。

結果として生じるエッジ時点を求める際、２つの特殊ケースが考えられる。一方では、結果として得られるエッジ時点ｔ_M~が０よりも小さいということが可能であり、もう１つのケースでは、結果として得られるエッジ時点ｔ_M~がＳＥＲＣＯＳサイクル時間Ｔ_Sよりも大きいということが可能である。最初のケースでは、サンプリング値を信号エッジの時点に対応させるインデックスが小さくなる。さらに、結果として得られるサンプリング時点がＳＥＲＣＯＳサイクル時間の１回または複数回の加算により０とＴ_Sの間の範囲内でシフトする。この適応調整された値を用いて位置値の補間が行われ、これにより補正された測定値が供給される。この状況では、エッジの実際の時点は先行するＳＥＲＣＯＳサイクル内にある。補間された位置値はむだ時間のない信号検出の場合に比べて１サイクルまたは２サイクル遅れている。しかし、この方法は測定プローブ機能の実際の使用においては問題なしである。

上述のように、結果として得られるエッジ時点がＳＥＲＣＯＳサイクル時間よりも大きい場合には、計算は１サイクルだけ遅らされる。このことは、現在のサンプリング値に対するインデックスがこのケースでは増分され、結果として得られたエッジ時点からサイクル時間が１〜２回減じられることを意味する。このことは、図２を参照すれば、測定された時点がサンプリング時点により表された区間に対して右ないし左にシフトすることを意味する。

本出願において開示されたすべての特徴は、個別にまたは組み合わせにより従来技術に対して新規である限り、本発明を構成するものとして請求される。

図１は、本発明の基礎をなす課題を説明するための推移を示す。 本発明を説明するための推移を示す。

符号の説明

４ 位置実際値曲線
４’ 仮定された位置推移
６ データ点
８ 推移
Ｋ 補正項
Ｍ 測定点
Ｅ イベント
t 時間
ｔ_E 実際の時点
Ｔ_S サイクル時間
Ｔ_T むだ時間
ｔ_K 補正された時点
ｔ_M 測定された時点
t₁，ｔ₂ 値
Ｔ₄ 値取得時間
ｙ(ｔ) 位置値
ｙ_E 補正された位置値
ｙ_M 対応する位置値
ｙ₁，ｙ₂ 位置値
ａ 測定値
Ａ サイクル

Claims (11)

1. 所定の値の時間依存推移から測定値を求める方法であって、測定装置による測定を実行し、該測定に割り当てられる時点（ｔ_M）を求めるステップと、時間依存推移の少なくとも２つの値対（ｔ₁，ｔ₂；ｙ₁，ｙ₂）を用いて測定値（ｙ_E）を求めるステップとを有し、ここで、前記値対（ｔ₁，ｔ₂；ｙ₁，ｙ₂）が各々１つの時点（ｔ₁；ｔ₂）と当該時点（ｔ₁；ｔ₂）に割り当てられた値（ｙ₁；ｙ₂）とから構成されるようにした方法において、前記測定値（ｙ_E）は補正された時点に基づいて求められ、前記補正された時点は前記測定に割り当てられる時点（ｔ_M）を補正項により補正することで求められ、ここで、前記補正項は前記測定装置のむだ時間（Ｔ_T）を考慮するものであることを特徴とする、所定の値の時間依存推移から測定値を求める方法。
2. 前記補正項は前記値対（ｔ₁，ｔ₂；ｙ₁，ｙ₂）の２つの時点（ｔ₁；ｔ₂）の間の時間的距離を含む、請求項１記載の方法。
3. 前記測定値（ｙ_E）を求めるために複数の値対を用い、当該値対はそれぞれ互いに対して一定の時間的距離（Ｔ_S）を有する、請求項１または２記載の方法。
4. 前記補正項は加法的な補正項である、請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
5. 前記むだ時間（Ｔ_T）は予め設定可能である、請求項１から４のいずれか１項記載の方法。
6. 前記補正項は値検出の相対的時点（Ｔ₄）である、請求項１から５のいずれか１項記載の方法。
7. 前記補正項は前記測定装置のむだ時間（Ｔ_T）を加法的な項として考慮する、請求項１から６のいずれか１項記載の方法。
8. 前記測定値は、位置測定値、トルク測定値、力測定値、モーメント測定値、角度測定値等を含む測定値のグループからとられている、請求項１から７のいずれか１項記載の方法。
9. 前記測定値（ｙ_E）は補間法により求められる、請求項１から８のいずれか１項記載の方法。
10. 前記補正された時点を分析し、当該分析に応じて前記時間的距離の整数倍を前記補正された時点に加算するか、または当該時点から減算する、請求項１から９のいずれか１項記載の方法。
11. 所定の値の時間依存推移から測定値を求める装置であって、実行された測定に割り当てられる時点（ｔ_M）を求める測定装置と、測定値を求めるプロセッサ装置とを有しており、該プロセッサ装置は測定値を求めるために時間依存推移の少なくとも２つの値対（ｔ₁，ｔ₂；ｙ₁，ｙ₂）を使用するように構成されており、前記値対（ｔ₁，ｔ₂；ｙ₁，ｙ₂）は各々１つの時点（ｔ₁；ｔ₂）と当該時点に割り当てられた値（ｙ₁；ｙ₂）とから構成されている形式のものである装置において、前記プロセッサ装置は、補正された時点に基づいて前記測定値を求め、前記測定に割り当てられた時点（ｔ_M）を補正項により補正することで前記補正された時点を求めるように構成されており、ここで、前記補正項は前記測定装置のむだ時間（Ｔ_T）を考慮するものであることを特徴とする、所定の値の時間依存推移から測定値を求める装置。

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