JP2009169956A6 - 測定システムおよび測定システムの監視方法 - Google Patents

Abstract

【課題】センサの電気エネルギー供給の停止に起因して誤って求められた位置を認識することを可能にする。
【解決手段】運動可能な要素（２０）の位置を求めるためのセンサ（１４）と、第１の電気エネルギー蓄積器（１３）とを備え、第１の電気エネルギー蓄積器（１３）が、センサ（１４）の外部供給電圧（Ｕ_Ｖ）の異常低下時に、記憶されているセンサ（１４）のカウント内容が外部供給電圧（Ｕ_Ｖ）の異常低下時に維持されたままであるように、センサ（１４）の少なくとも一部に電気エネルギーを供給し、第１の電気エネルギー蓄積器（１３）が第１の補助供給電圧（Ｕ_Ｈ１）を発生し、第１のデータ（１２）がセンサ（１４）の基準マーク（３）の最初の検出時にセンサ（１４）内に記憶され、センサの外部供給電圧（Ｕ_Ｖ）の異常低下およびセンサ（１４）の第１の補助供給電圧（Ｕ_Ｈ１）の異常低下の際に第１のデータ（１２）が消去される。
【選択図】図１

Description

本発明は、運動可能な要素の位置を求めるためのセンサを有する測定システムの監視方法に関する。

更に、本発明は、運動可能な要素の位置を求めるためのセンサを有する測定システムに関する。

とりわけ自動化技術の技術分野においては、例えば機械軸を駆動するための駆動装置のモータ軸のような運動可能な要素の位置を求めるために、測定システム、特に増分測定システムが使用される。センサが基準マークを有する増分測定システムにより、基準マーク通過に基づいて次によって絶対位置が検出可能である。すなわち、基準マーク（零位置）の通過に基づいて、通過された増分がカウンタにより完全に考慮されることによって、絶対位置が検出可能である。この場合に、通過された増分のカウント内容は概略位置に相当し、更に補間法によって微細位置が求められる（例えば、特許文献１参照）。概略位置および微細位置は共に絶対位置である。

とりわけ工作機械、生産機械および／またはロボットの場合に、このような測定システムは、一般に機械の運動可能な要素を制御および／または調節するために用いられる制御および／または調節装置から、通常動作時に電気エネルギーを供給される。制御および／または調節装置が遮断された際に、多くのこの種の測定システムの場合には、通過された増分についてのカウント内容が失われ、および／または遮断後には通過される増分がもはや考慮されない。制御および／または調節装置の再投入後に、このような測定システムにおいて、絶対位置を決定することができるためには、先ず、最初に再び基準マークが通過されなければならない。

しかしながら、従来技術によれば、この問題は、制御および／または調節装置の遮断後も測定システムに給電するバッテリを備えさせることによって解決することができる。このような測定システムは公知である（例えば、特許文献２参照）。これにおいては、例えばセンサの電気的構成部分の全体がエネルギーを供給されるのではなくて、センサの一部のみが電気エネルギーを供給される。センサは、このようにして通常動作におけるよりもエネルギー節約モードにて動作させられる。場合によっては、例えばカウント内容の記憶のための単一のＲＡＭのみが給電される（この場合には、制御および／または調節装置の遮断時において場合によって起こり得る運動可能な要素の運動は、もちろん検出不可能である）。場合によっては、例えばそうでなければ連続的に動作させられる光学的センサの発光ダイオードもパルス状にしか動作させられず、補間電子ユニットは全く動作させられないので、微細位置は、もはや全く検出されないか、または、さもなければ普通は依然として通過増分を計数するに十分であるのと同じように良好には検出されない。更に、他の文献からセンサが公知である（例えば、特許文献３および特許文献４参照）。

この従来技術における欠点は、バッテリの電圧喪失時におけるエネルギー供給不足の際に、通過される要素のカウント内容が消去または変更され得ることにある。これは、特に通常動作においてセンサへのエネルギー供給を保証するセンサ外部からのエネルギー供給の長すぎる停止の際に発生する。その際に、制御および／または調節装置の再投入後およびそれにともなうセンサ通常動作のための外部電源電圧の回復後において、センサによって求められた位置がなおも実際に運動可能な要素の本当の位置に一致していることがもはや保証されない。なぜならば、その間においてバッテリによって発生させられる補助供給電圧が、少なくともセンサの重要な電気構成部分に十分なエネルギーを供給するには、あまりにも大幅に低下しているからである。

更に、カウント内容の記憶のために不揮発性メモリを使用し、独立のエネルギー源として電気機械的なスナップ機構を用いるセンサが公知である（例えば、特許文献５参照）。この場合は、とりわけ比較的高価な機械装置が欠点である。
独国特許出願公開第２７２９６９７号明細書 欧州特許出願公開第０３６２４０７号明細書 独国特許出願公開第３５８６９３７号明細書 欧州特許出願公開第０１５８７８１号明細書 独国実用新案登録出願公開第２０２００４０００４１３号明細書

本発明の課題は、センサの電気エネルギー供給の停止に起因して誤って求められた位置を認識することにある。

この課題は、測定システムが、運動可能な要素の位置を求めるためのセンサと、第１の電気エネルギー蓄積器とを有し、第１の電気エネルギー蓄積器が、センサの外部供給電圧Ｕ_Ｖの異常低下時に、記憶されているセンサのカウント内容が外部供給電圧の異常低下時に維持されたままであるように、センサの少なくとも一部に電気エネルギーを供給し、第１の電気エネルギー蓄積器が第１の補助供給電圧を発生し、第１のデータがセンサの基準マークの最初の検出時にセンサ内に記憶され、センサの外部供給電圧の異常低下およびセンサの第１の補助供給電圧の異常低下の際に第１のデータが消去される測定システムの監視方法によって解決される。

更にこの課題は、運動可能な要素の位置を求めるためのセンサと、第１の電気エネルギー蓄積器とを備え、第１の電気エネルギー蓄積器が、センサの外部供給電圧の異常低下時に、記憶されているセンサのカウント内容が外部供給電圧の異常低下時に維持されたままであるように、センサの少なくとも一部に電気エネルギーを供給し、第１の電気エネルギー蓄積器が第１の補助供給電圧を発生し、第１のデータがセンサの基準マークの最初の検出時にセンサ内に記憶可能であり、センサの外部供給電圧の異常低下およびセンサの第１の補助供給電圧の異常低下の際に第１のデータが消去可能である測定システムによって解決される。

本発明の有利な実施態様は従属請求項に記載されている。

方法の有利な実施態様は測定システムの有利な実施態様に類似してもたらされ、またその逆も同様である。

外部供給電圧の回復後に第１のデータがセンサから監視ユニットに伝達され、監視ユニットによって第１のデータが第２のデータと比較され、第１のデータと第２のデータとの不一致時に誤って求められた位置であるとの判定がなされると有利であることが分かった。これによって、誤って求められた位置の信頼性のある認識が可能にされる。

更に、外部供給電圧の回復後に、消去された第１のデータが存在する場合に、求められた位置が、誤りのあるチェックサムと共に監視ユニットに伝達され、チェックサムが監視ユニットによって検査され、誤りとして認識されたチェックサムの場合に、誤って求められた位置であるとの判定がなされると有利であることが分かった。これによって簡単にセンサの誤って求められた位置が認識される。

更に、第１のデータがビットの形で存在すると有利であることが分かった。ビットの形での第１のデータの構成はデータの特に簡単な構成である。

更に、第２のデータがセンサに伝達され、センサの基準マークの最初の検出時に第１のデータとしてセンサ内に記憶されると有利であることが分かった。この措置によって第1のデータおよび第２のデータの例えば機械の最初の使用開始時における調整が保証される。この場合に第２のデータが、例えば制御および／または調節装置のシリアルナンバーの形で存在するとよい。

更に、監視ユニットは運動可能な要素を制御および／または調節するための制御および／または調節装置の構成部分であると有利であることが分かった。なぜならば、監視ユニットの実現のための付加的なハードウェアが省略できるからである。

更に、第１のデータは求められた位置と一緒に伝達されると有利であることが分かった。なぜならば、データが求められた位置と一緒に１つのデータ電信内で伝達できるからである。

更に、センサの外部供給電圧の異常低下時にセンサの少なくとも一部は、通過される増分がカウントされるように、第１の電気エネルギー蓄積器から付加的に電気エネルギーを供給されると有利であることが分かった。なぜならば、供給電圧喪失中に運動可能な要素が運動した場合にもカウント内容が正しいからである。

更に、外部供給電圧の回復後に、第１のデータがセンサから監視ユニットに伝達可能であり、監視ユニットによって第１のデータが第２のデータと比較可能であり、監視ユニットが、第１のデータと第２のデータとの不一致時に、誤って求められた位置であるとの判定をなすと有利であることが分かった。これによって、誤って求められた位置の信頼性のある認識が可能にされる。

更に、外部供給電圧の回復後に、消去された第１のデータが存在する場合に、求められた位置が、誤りのあるチェックサムと共に監視ユニットに伝達可能であり、チェックサムが監視ユニットによって検査可能であり、監視ユニットが、誤りとして認識したチェックサムの場合に、誤って求められた位置であるとの判定をなすと有利であることが分かった。これによって簡単にセンサの誤って求められた位置が認識される。

測定システムが第２のエネルギー蓄積器を有し、第２のエネルギー蓄積器が、第１のデータを消去するためのエネルギーを供給すると有利であることが分かった。これによって簡単に第１のデータの消去過程のためのエネルギー供給が保証される。

更に、本発明による測定システムを有する工作機械、生産機械および／またはロボットを構成すると有利であることが分かった。

本発明の実施例を図面に示し、以下において更に詳細に説明する。図１は本発明による測定システムを示す。

図１には概略図の形で本発明による測定システムが示されている。分かり易さのために、本発明の理解に必要な要素のみが示されている。センサ１４は円板１を有し、その円板１の回転軸１８が、実施例の枠内ではモータ軸２０の形で存在する運動可能な要素に接続されている。センサ１４は、このようにして位置を、すなわち実施例の枠内ではモータ軸２０の回転角を検出する。センサ１４は、このために円状に配置された増分からなる増分トラックを有する。図１には模範的に増分が参照符号２を付されている。円板１は更に基準マーク３を備えている。感応手段４により円板１の回転運動時に基準マーク３の通過および増分の通過が記録され、評価回路７に伝達され、このことが矢印６によって示されている。連続する増分はカウンタ２１によってカウントされ、カウント内容はメモリ８に保存される。カウント内容に基づいてモータ軸２０の位置が決定され、例えば接続線１６を介して、運動可能な要素の位置の制御および／または調節に用いられる制御および／または調節装置９に伝送される。

センサの通常動作におけるエネルギー供給のために、測定システムは電圧発生装置１０を有する。電圧発生装置１０は、センサ１４へのエネルギー供給のために、外部供給電圧Ｕ_Ｖを発生し、電圧供給線１１を介してセンサ１４に外部からエネルギーを供給する。電圧供給装置１０は、実施例の枠内では、制御および／または調節装置９の構成部分である。しかしながら、これは必ずしも必要ではなく、制御および／または調節装置９とは関係なく制御および／または調節装置９の外側に配置されていてもよい。

更にセンサ１４は第１のエネルギー蓄積器１３を有する。第１のエネルギー蓄積器１３は、例えばバッテリまたはコンデンサまたは両者の組み合わせの形で構成されている。第１のエネルギー蓄積器１３は第１の補助供給電圧Ｕ_Ｈ１を発生する。外部供給電圧Ｕ_Ｖの異常低下時に、メモリ８に記憶されているセンサ１４のカウント内容が維持されたままであるように、第１のエネルギー蓄積器１３によって或る時間にわたってセンサ１４の少なくとも一部分に電気エネルギーが供給される。第１のエネルギー蓄積器１３は減結合（分離）ダイオード５を介して電圧発生装置１０から電気的に減結合（分離）されている。外部供給電圧Ｕ_Ｖの異常低下時に第１の補助電圧Ｕ_Ｈ１が供給線１１に印加され、その際における減結合ダイオード５における電圧降下は無視できる。

電圧発生装置１０が長い時間にわたって異常低下または遮断され、それにより第１のエネルギー蓄積器１３がますます空になっていくと、第１の補助電圧Ｕ_Ｈ１が時間にともなって低下する。第１の補助供給電圧Ｕ_Ｈ１が臨界値以下に低下したとき（第１の補助供給電圧Ｕ_Ｈ１の臨界値以下への低下は、第１の補助供給電圧Ｕ_Ｈ１の喪失を意味する。）、メモリ８内のカウント内容が失われ、すなわち消去または変更される。これは誤って求められた位置となり、このことが、通常の測定システムにおける制御および／または調節装置９によっては気づかれない。これは運動可能な要素の運動の誤りのある制御および／または調節をもたらし得る。

制御および／または調節装置９はセンサ１４と共に、接続線１６を介してデータ交換のために互いに接続されている。本発明によれば、センサの感応手段４による基準マークの最初の検出時における第１のデータ１２がメモリ８に記憶され、センサ１４の外部供給電圧Ｕ_Ｖの異常低下およびセンサ１４の第１の補助供給電圧Ｕ_Ｈ１の異常低下の際に第１のデータ１２が消去される。実施例の枠内では第１のデータ１２が不揮発性メモリ２８に記憶されている。不揮発性メモリ２８における第１のデータ１２の消去を可能にすべく、第１の補助供給電圧Ｕ_Ｈ１の異常低下後もなおもエネルギー蓄積を有するようにするために、センサ１４は、第２の補助供給電圧Ｕ_Ｈ２を発生する第２のエネルギー蓄積器２６を、例えばコンデンサの形で有する。しかしながら、第１のデータ１２は代替として揮発性メモリに記憶されていてもよい。この場合に第２のエネルギー蓄積器２６は必要でない。なぜならば、第１の補助供給電圧Ｕ_Ｈ１の異常低下にともなって同時に揮発性メモリも消去され、したがって第１のデータ１２も消去されるからである。ここで指摘しておくに、本発明の枠内において、データの消去とはエネルギー喪失時におけるデータ変化であるとも理解される。

制御および／または調節装置９は計算装置１９を有し、この計算装置１９により制御および／または調節装置９は運動可能な要素を相応に運動させる。計算装置１９は、例えば機械の数値制御装置（ＮＣ制御装置）の形で構成されているとよい。更に、制御および／または調節装置９は、実施例の枠内では計算装置１９上で動作するソフトウェアの形で構成されている監視ユニット１５を有する。しかし、監視ユニット１５は、制御および／または調節装置９上において単独のハードウェアの形で実現されていてもよい。

制御および／または調節装置９は例えば遮断後再び投入され、それにともなって外部供給電圧Ｕ_Ｖが回復されたときには、第１のデータがセンサ１４から監視ユニット１５に伝達され、引続いて監視ユニット１５によって第１のデータ１２が、計算装置１９内に記憶された第２のデータと比較され、第１のデータと第２のデータとの不一致の場合には、誤って求められた位置であるとの判定がなされる。

最も簡単な場合には第１のデータは２進数「１」からなる。この場合にセンサの最初の投入時に第1のデータが２進数「０」に規定されてセットされる。感応手段４が基準マーク３を最初に検出したときに、第１のデータ１２は「１」にセットされることによってセンサ内に記憶される。センサ１４の外部供給電圧Ｕ_Ｖの異常低下後に、センサ１４の第１の補助供給電圧Ｕ_Ｈ１の異常低下時に第１のデータ１２は２進数「０」にセットされることによって消去される。外部供給電圧ＵＶの回復後に、第１のデータ１２、すなわち２進数「０」は、センサ１４から監視ユニット１５に伝達され、監視ユニット１５によって、第１のデータ１２が２進数の値「０」であるかそれとも「１」であるかをチェックすることによって第２のデータ１７と比較される。ここで指摘しておくに、本発明の枠内では、第１のデータが２進数「１」を有するかそれとも２進数「０」を有するかのチェックも、本発明のこの実施例では２進数の値「１」を有する第２のデータ１７との比較として理解される。第１のデータ１２と第２のデータ１７とが一致しない場合、誤って求められた位置であるとの判定がなされる。

しかし、第１のデータおよび第２のデータは、必ずしも上述のようにビットの形で存在しなければならないわけではなく、複数の数および／または文字からなっていてもよい。例えば、第２のデータ１７が計算装置１９のシリアルナンバーの形で存在していてよい。計算装置１９には第２のデータ１７が記憶されている。第２のデータ１７はセンサ１４に伝達され、そこにおいてセンサ１４の基準マーク３の最初の検出時に第１のデータ１２として記憶される。例えば、引続いて制御および／または調節装置９が遮断され、その後に再び投入された場合に、先ず第１のデータ１２が制御および／または調節装置９に伝達され、そして特に監視ユニット１５に伝達され、そこにおいて第２のデータ１７と比較される。第１のデータ１２と第２のデータ１７とが一致しない場合、誤って求められた位置であるとの判定がなされる。なぜならば、外部供給電圧の電圧喪失期間中に第１の補助供給電圧Ｕ_Ｈ１が喪失状態に至り、それによって評価ユニット７内のカウント内容が変化してしまうからである。この場合に第１のデータ１２は、求められた位置と一緒にセンサ１４から制御および／または調節装置９および特に監視ユニット１５に、例えば１つのデータ電信内で伝達されると好ましい。

しかし、上述の評価に対する代替として、第１のデータ１２が既にセンサ１４において評価されてもよい。本発明のこの構成の場合には、評価ユニット７が外部供給電圧Ｕ_Ｈ１の回復後に第１のデータ１２をチェックし、消去された第１のデータが存在する場合には、求められた位置が評価ユニット７から意図的に誤りのあるチェックサムと共に監視ユニット１５に伝達され、チェックサム（ｃｈｅｃｋ ｓｕｍ）が監視ユニットによって検査され、誤りとして認識されたチェックサムの場合には誤って求められた位置であるとの判定がなされる。

この場合にチェックサムは、例えば各伝達される位置値と一緒に制御および／または調節装置９に伝達されるＣＲＣチェックサムであってよい。

基準マークの最初の検出は、例えば機械の納入および設置後における最初の使用開始時に行なわれるとよい。

ここで指摘しておくに、図１には理解のためにセンサ１４の主たる要素しか示されていない。センサ１４は、例えば複数の増分トラックを持つこと、および／または例えば微細位置（正弦／余弦トラック信号）の検出のための複数の感応手段４を持つこと、ならびに連続する増分の検出のための複数のカウンタおよび複数のカウント内容を持つことも可能である。エネルギー蓄積器１３は、外部供給電圧の異常低下時に個々のカウント内容が維持されるようにメモリ８に相応に給電する。

更に個々で指摘しておくに、エネルギー蓄積器１３はセンサ１４の外部に配置されていてもよい。

本発明による測定システムの実施例を示す概略図

１ 円板
２ 増分
３ 基準マーク
４ 感応手段
５ 減結合ダイオード
６ 矢印
７ 評価ユニット
８ メモリ
９ 制御および／または調節装置
１０ 電圧発生装置
１１ 電圧供給線
１２ 第１のデータ
１３ 第１のエネルギー蓄積器
１４ センサ
１５ 監視ユニット
１６ 接続線
１７ 第２のデータ
１８ 回転軸
１９ 計算装置
２０ モータ軸
２１ カウンタ
２６ 第２のエネルギー蓄積器
２８ 不揮発性メモリ

Claims (13)

1. 測定システムが、運動可能な要素（２０）の位置を求めるためのセンサ（１４）と、第１の電気エネルギー蓄積器（１３）とを有し、第１の電気エネルギー蓄積器（１３）が、センサ（１４）の外部供給電圧（Ｕ_Ｖ）の異常低下時に、記憶されているセンサ（１４）のカウント内容が外部供給電圧（Ｕ_Ｖ）の異常低下時に維持されたままであるように、センサ（１４）の少なくとも一部に電気エネルギーを供給し、第１の電気エネルギー蓄積器（１３）が第１の補助供給電圧（Ｕ_Ｈ１）を発生し、第１のデータ（１２）がセンサ（１４）の基準マーク（３）の最初の検出時にセンサ（１４）内に記憶され、センサの外部供給電圧（Ｕ_Ｖ）の異常低下およびセンサ（１４）の第１の補助供給電圧（Ｕ_Ｈ１）の異常低下の際に第１のデータ（１２）が消去されることを特徴とする測定システムの監視方法。
2. 外部供給電圧（Ｕ_Ｖ）の回復後に第１のデータ（１２）がセンサ（１４）から監視ユニット（１５）に伝達され、監視ユニット（１５）によって第１のデータ（１２）が第２のデータ（１７）と比較され、第１のデータ（１２）と第２のデータ（１７）との不一致時に、誤って求められた位置であるとの判定がなされることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 外部供給電圧（Ｕ_Ｖ）の回復後に、消去された第１のデータ（１２）が存在する場合に、求められた位置が、誤りのあるチェックサムと共に監視ユニット（１５）に伝達され、チェックサムが監視ユニット（１５）によって検査され、誤りとして認識されたチェックサムの場合に、誤って求められた位置であるとの判定がなされることを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 第１のデータ（１２）がビットの形で存在することを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の方法。
5. 第２のデータ（１７）がセンサ（１４）に伝達され、センサ（１４）の基準マーク（３）の最初の検出時に第１のデータ（１２）としてセンサ（１４）内に記憶されることを特徴とする請求項２又は４記載の方法。
6. 監視ユニット（１５）は運動可能な要素を制御および／または調節するための制御および／または調節装置（９）の構成部分であることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の方法。
7. 第１のデータ（１２）は求められた位置と一緒に伝達されることを特徴とする請求項２、４、５および６の１つに記載の方法。
8. センサ（１４）の外部供給電圧（Ｕ_Ｖ）の異常低下時にセンサ（１４）の少なくとも一部は、通過される増分がカウントされるように、第１の電気エネルギー蓄積器（１３）から付加的に電気エネルギーを供給されることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の方法。
9. 運動可能な要素（２０）の位置を求めるためのセンサ（１４）と、第１の電気エネルギー蓄積器（１３）とを備え、第１の電気エネルギー蓄積器（１３）が、センサ（１４）の外部供給電圧（Ｕ_Ｖ）の異常低下時に、記憶されているセンサ（１４）のカウント内容が外部供給電圧（Ｕ_Ｖ）の異常低下時に維持されたままであるように、センサ（１４）の少なくとも一部に電気エネルギーを供給し、第１の電気エネルギー蓄積器（１３）が第１の補助供給電圧（Ｕ_Ｈ１）を発生し、第１のデータ（１２）がセンサ（１４）の基準マーク（３）の最初の検出時にセンサ（１４）内に記憶可能であり、センサ（１４）の外部供給電圧（Ｕ_Ｖ）の異常低下およびセンサ（１４）の第１の補助供給電圧（Ｕ_Ｈ１）の異常低下の際に第１のデータ（１２）が消去可能であることを特徴とする測定システム。
10. 外部供給電圧（Ｕ_Ｖ）の回復後に、第１のデータ（１２）がセンサ（１４）から監視ユニット（１５）に伝達可能であり、監視ユニット（１５）によって第１のデータ（１２）が第２のデータ（１７）と比較可能であり、監視ユニット（１５）が、第１のデータ（１２）と第２のデータ（１７）との不一致時に、誤って求められた位置であるとの判定をなすことを特徴とする請求項９記載の測定システム。
11. 外部供給電圧（Ｕ_Ｖ）の回復後に、消去された第１のデータ（１２）が存在する場合に、求められた位置が、誤りのあるチェックサムと共に監視ユニット（１５）に伝達可能であり、チェックサムが監視ユニット（１５）によって検査可能であり、監視ユニット（１５）が、誤りとして認識したチェックサムの場合に、誤って求められた位置であるとの判定をなすことを特徴とする請求項９記載の測定システム。
12. 測定システムが第２のエネルギー蓄積器（２６）を有し、第２のエネルギー蓄積器（２６）が、第１のデータ（１２）を消去するためのエネルギーを供給することを特徴とする請求項９乃至１１の１つに記載の測定システム。
13. 請求項９乃至１２の１つに記載の測定システムを有する工作機械、生産機械および／またはロボット。

Images