JP2017515190A - 信号伝達装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、位置測定装置（１０）と後続電子装置（１００）との間で電流供給信号およびデータ信号を伝送するための装置に関する。位置測定装置（１０）は、２つの電流供給端子と、双方向に差動式にデータを伝送するための２つのデータ伝送端子とを備え、メイン伝送距離にわたる電流供給信号およびデータ信号の伝送は、混合信号の形式で単一の対線（２５）によって行われ、装置は４線式／２線式コンバータ（２０）を含み、４線式／２線式コンバータ（２０）は、位置測定装置（１０）の対応する端子に接続可能な２つの電流供給端子および２つのデータ伝送端子を測定装置側に備え、４線式／２線式コンバータ（２０）には後続電子装置（１００）の側で混合信号が供給されており、４線式／２線式コンバータ（２０）は、電流供給信号、および後続電子装置（１００）から４線式／２線式コンバータ（２０）に到着するデータ信号を混合信号から取り出し、電流供給端子およびデータ伝送端子によって位置測定装置（１０）に出力し、位置測定装置（１０）から後続電子装置（１００）に送信されたデータ信号を混合信号に挿入するように構成されている。

Description

本発明は、請求項１に記載の位置測定装置と後続電子装置との間で電流供給信号およびデータ信号を伝送するための装置に関する。本発明による装置は、１つのみの対線によって信号を伝送することを可能にする。

位置測定装置は自動化技術で広く使用されている。位置測定装置は、機械の構成部品を正確に位置決めすることができるように、例えば位置調整回路のための実際値として後続電子装置が必要する長さまたは角度を測定するために用いられる。このような位置測定装置は、特にスピンドルを正確にガイドし、加工部品の正確な自動処理を可能にするために位置に関する値が必要とされる工作機械において使用されることが多い。後続電子装置は、この場合、「数値制御装置（ＮＣ）」と呼ばれる。

さらに、位置に関する値（長さまたは角度）に加えて、または位置に関する値の代わりに、速度値または加速度値を生成する位置測定装置が既知である。すなわち、この場合には位置測定値または位置測定値の変化を生成する測定装置のみならず、特に速度測定値または加速度測定値の形式で位置に関する値の時間依存性を検出する測定装置も位置測定装置に該当する。

さらに、位置測定装置は、物体の空間的な境界を時間に依存して検出する（探り当てる）こともできる偏向可能なタッチピンを備えるいわゆる「タッチプローブ」であってもよい。

位置測定装置と後続電子装置との間のデータ伝送は、好ましくはデジタル式に直列のインタフェースを介して行われる。欧州特許出願公開第０６６０２０９号明細書は、このような直列のインタフェースを備える位置測定装置について例示的に説明している。この場合、位置測定装置と後続電子装置との間で通信を行うためには、２つの対線、すなわちコマンドおよびデータを双方向に伝送するための対線と、伝送を同期するためのクロック信号を伝達するための別の対線とが必要である。信号伝送のためには対線が使用される。なぜなら、高い妨害耐性を得るために、信号は、例えば自動化技術で広く使用されているＲＳ４５８規格にしたがって、好ましくは差動式に伝送されるからである。したがって、通信のために必要とされる２つの対線の他に、さらに少なくとも２つの線が位置測定装置に電流を供給するために必要とされるので、この位置測定装置を作動するためには後続電子装置において３つの対線が必要である。

ここで使用される電線は、特に位置測定装置と後続電子装置とが空間的に互いに遠く離間して配置される機械および設備において使用される、大きいコスト要因となるので、後続電子装置において位置測定装置を作動するために必要とされる線の本数を減じる必要性がある。そこでドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００８０２７９０２号明細書は、別個のクロック対線を必要としないインタフェースを提案している。これにより、必要とされる線の数が２つの対線に減じられる。

さらに、線の数を１つのみの対線に減じる努力がなされている。このためには、電流供給信号およびデータ信号を伝送することができる混合信号を生成する必要がある。産業利用に適した位置測定装置のためには、小型の構成において１５０℃以上の許容機械温度が要求されるので、この混合信号を生成もしくは処理するために必要な電気構成部品を位置測定装置に組み込むことが困難になる場合が多い。

欧州特許出願公開第０６６０２０９号 ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００８０２７９０２号

本発明の課題は、上記境界条件を考慮して、本数を減じられた線により信号伝送を可能にする装置を提供することである。

上記課題は、位置測定装置と後続電子装置との間で電流供給信号およびデータ信号を伝送するための装置であって、位置測定装置が２つの電流供給端子と、双方向に差動式にデータを伝送するための２つのデータ伝送端子とを備え、メイン伝送距離にわたる電流供給信号およびデータ信号の伝送が、混合信号の形式で単一の対線によって行われ、装置は４線式／２線式コンバータを含み、４線式／２線式コンバータは、位置測定装置の対応する端子に接続可能な２つの電流供給端子および２つのデータ伝送端子を測定器側に備え、後続電子装置の側で４線式／２線式コンバータに混合信号が供給されており、４線式／２線式コンバータが、電流供給信号、および後続電子装置から４線式／２線式コンバータに到着するデータ信号を混合信号から取り出し、電流供給端子およびデータ伝送端子によって位置測定装置に出力し、位置測定装置から後続電子装置に送信されたデータ信号を混合信号に挿入するように構成されている装置によって解決される。

本発明のさらなる利点および詳細を図面に示し、以下に詳述する。

本発明による装置の第１実施形態の原理的な構成を示す図である。 本発明による装置の別の実施形態の原理的な構成を示す図である。 本発明による装置の別の実施形態の原理的な構成を示す図である。 本発明による装置の別の実施形態の原理的な構成を示す図である。 本発明による装置の別の実施形態の原理的な構成を示す図である。 本発明による装置の別の実施形態の原理的な構成を示す図である。 本発明による装置の別の実施形態の原理的な構成を示す図である。 本発明による装置を示すブロック回路図である。 本発明による装置の好ましい実施形態における回路図である。

図１Ａは、位置測定装置１０と後続電子装置１００との間で電流供給信号およびデータ信号を伝送するための本発明による装置の第１実施形態の原理的な構成を示し、後続電子装置１００は、自動化技術の随意の制御装置、例えば、数値的な工作機械制御装置（ＮＣ）であってもよい。

位置測定装置は、一般に後続電子装置によって電流を供給されるので、電流供給信号の伝送は、後続電子装置１００から位置測定装置１０へ一方向に行われる。したがって、後続電子装置１００は、例えばコマンド、および必要に応じてデータ（例えば構成データ）を位置測定装置１０に送信し、位置測定装置１０は、受信したコマンドを実施し、必要に応じて要求されたデータ、特に測定値（例えば位置に関する値、速度値、加速度値など）を後続電子装置１００に伝送する。

位置測定装置１０は、２つの電流供給端子と、例えば既知のＲＳ４８５規格にしたがって双方向に差動式にデータを伝送するための２つのデータ伝送端子とを備える。このようなインタフェースは、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００８０２７９０２号明細書により既知であり、以下では「４線式インタフェース」と呼ぶ。本発明による装置は、位置測定装置１０の４線式インタフェースの対応する端子に接続可能な２つの電流供給端子および２つのデータ伝送端子を測定器側にも同様に備える４線式／２線式コンバータ２０を含む。電流供給端子とデータ伝送端子との接続は、この実施例では、位置測定装置１０の適宜な対応部材に接続可能な第１差込みコネクタ３０によって行われる。この場合、４線式／２線式コンバータ２０は、第１差込みコネクタ３０のケーシング内に配置されている。

４線式／２線式コンバータ２０は、単一の対線２５を介して後続電子装置１００から供給される混合信号から、電流供給信号と、後続電子装置１００から位置測定装置１０へ伝送したいデータ信号とを取り出し、適宜な端子を介して位置測定装置１０に供給するために適切に構成されている。さらに、４線式／２線式コンバータ２０は、位置測定装置１０から後続電子装置１００へ伝送したいデータ信号を混合信号に挿入するために適切に構成されている。混合信号は、電流供給信号および（双方向の）データ信号を対線２５によって伝送するために適した信号である。混合信号は、例えば変調されたデータ信号を有する電流供給信号であってもよい。好ましい実施形態では、以下に図４および図５に基づいて示すように、データ信号の挿入および取出しは、ハイパスフィルタを用いた結合もしくは分離によって簡単に行うことができ、これに対して、データ信号から電流供給信号を分離するためにはローパスフィルタが設けられていてもよい。

代替的には、電流供給信号およびデータ信号を時分割多重方式で対線２５によって伝送し、混合信号を形成することもできる。

対線２５の２本の心線は、有利には互いに撚り合わされている。さらに、対線２５は、対線２５の周辺における電磁場による混合信号の妨害を防止するために遮蔽体（例えばワイヤメッシュまたは金属薄膜）によって包囲されていてもよい。機械的な損傷から保護するために、対線２５および随意の遮蔽体は、有利にはプラスチックカバーによって包囲されている。このようなケーブルならびにケーブルの接続技術自体は専門家には既知である。

後続電子装置１００の側には、後続電子装置１００の適宜な対応部材に接続可能な第２差込みコネクタ４０が設けられていてもよい。この実施例では、後続電子装置１００は２線式インタフェースを備え、この２線式インタフェースには、混合信号を伝送する対線２５を直接に接続することができる。したがって、第２差込みコネクタ４０は接続のために１つの接触子対のみを必要とする。

対線２５の長さは、電流供給信号およびデータ信号を混合信号として伝送するメイン伝送距離である。

図１Ｂは、位置測定装置１０と後続電子装置１００との間で電流供給信号およびデータ信号を伝達するための本発明による装置の別の実施形態の原理的な構成を示す。図１Ａに基づいて説明した実施形態に加えて、ここでは４線式／２線式コンバータの対応部材として、後続電子装置１００の側に２線式／４線式コンバータ５０が配置されている。この２線式／４線式コンバータ５０は、後続電子装置１００の対応する端子に接続可能な２つの電流供給端子および２つのデータ伝送端子、ならびに混合信号を伝送する対線２５に接続される２つの端子を備える。

２線式／４線式コンバータ５０は、電流供給信号、および後続電子装置１００の方向から２線式／４線式コンバータ５０に到着するデータ信号を混合信号に挿入し、対線２５によって位置測定装置１０に出力し、位置測定装置１０にから２線式／４線式コンバータ５０に到着するデータ信号を混合信号から取り出し、後続電子装置１００に出力するために適切に構成されている。

したがって、この実施形態は、４線式インタフェース（２つの電流供給端子および２つのデータ伝送端子）を備える後続電子装置１００と、位置測定装置１０の対応する４線式インタフェースとを接続するために適しており、メイン伝送距離にわたる信号伝送は、混合信号の形態で単一の対線２５によって行われる。したがって、本発明による装置は、総伝送距離にわたる信号伝送のために２つの対線を必要とする従来の接続ケーブルに取って代わることができる。

この実施例においても対線２５の長さはメイン伝送距離に相当する。

図２Ａは、本発明による装置の別の実施形態の原理的な構成を示す。上記実施形態と比較して、装置、特に４線式／２線式コンバータ２０と位置測定装置１０の４線式インタフェースとの接続は、ここでは２つの対線を備える接続線６５によって行われる。したがって、位置測定装置１０および４線式／２線式コンバータ２０は空間的に分離して配置することもでき、これにより最適に断熱される。すなわち、４線式／２線式コンバータを構成する構成要素は、必要に応じて、例えば位置測定装置１０もしくは位置測定装置１０の構成要素よりも低い作動温度のために設計されていてもよい。この場合、接続線６５がメイン伝送距離（対線２５が配置されたケーブルの長さ）に比べてできるだけ短い場合には特に有利である。

接続を形成するためには、さらに第３差込みコネクタ６０によって接続線６５に接続可能な第１差込みコネクタ３０が設けられていてもよい。４線式／２線式コンバータは第１差込みコネクタ３０のケーシング内に配置されており、したがって接続を形成するためには差込みコネクタ３０，６０にそれぞれ２つの接触子対が必要である。

接続線６５を位置測定装置１０の電流供給端子およびデータ伝送端子に接続するためには、位置測定装置１０のケーシングにさらに差込みコネクタが設けられていてもよいが、しかしながら、有利には、接続はケーシングの内部で、例えば、極めてわずかなスペースしか必要としない小型差込みコネクタ、はんだ接続、またはクランプ接続によって行われる。したがって、位置測定装置１０は極めて小型に構成することができ、位置測定装置１０のケーシングには差込み接続がないので、小さい構成スペースしか必要としない。

メイン伝送距離にわたる電流供給信号およびデータ信号の伝送は、さらに混合信号の形式で１つの対線２５のみによって行われる。後続電子装置１０の側では、この実施例においても第２差込みコネクタ４０が設けられていてもよい。この差込みコネクタ４０のケーシング内には、後続電子装置１００のインタフェースが４線式インタフェースである場合には、２線式／４線式コンバータ５０が配置されている。

したがって、この実施形態は、上述の利点の他にさらに２つの利点をもたらす：第１に、この実施形態は位置測定装置１０の小型の構成を可能にし、第２に、位置測定装置１０と４線式／２線式コンバータ２０とは最適に断熱されている。

図２Ｂは、別の実施形態として図２Ａに示した実施形態のバリエーションを示す。この場合、４線式／２線式コンバータ２０は第３差込みコネクタ６０のケーシング内に配置されている。これにより、差込みコネクタ３０，６０における接触子の数をそれぞれ１つの接触子対に減じることができる。

図２Ｃは、図２Ａおよび図２Ｂに基づいて既に論じた実施形態に基づいた本発明による装置の別の実施形態の原理的な構成を示す。４線式／２線式コンバータ２０は、ここではモジュール７０内に配置されており、接続線６５の２つの対線およびメイン伝送距離の対線２５は、例えばはんだ接続によって、４線式／２線式コンバータ２０の適宜な端子に接続されている。モジュール７０が密閉されており、必要に応じて鋳込み材を充填されている場合には、特に有利である。

装置と位置測定装置１０との接続は、例えば第１差込みコネクタ３０および位置測定装置１０のケーシングに配置された適宜な対応部材によって行われる。

図３Ａは、本発明による装置の別の実施形態の原理的な構成を示す。位置測定装置１０は、この実施例では、電動機２００のシャフト２１０の位置を測定するために適した組込み式ロータリエンコーダである。

本発明による装置は、図２Ａに基づいて説明した装置に広範囲に対応している。すなわち、位置測定装置１０と後続電子装置１００との間における電流供給信号およびデータ信号の伝送は、接続線６５、第３差込みコネクタ２６０、第１差込みコネクタ２３０、対線２５、および第２差込みコネクタ２４０によって行われる。第１差込みコネクタ２３０には４線式／２線式コンバータ２０が配置されており、第２差込みコネクタには、必要に応じて２線式／４線式コンバータ５０が配置されている。

図２Ａに基づいて説明した装置とは異なり、対線２５はモータケーブル２２５の内部に配置されている。モータケーブル２２５は、対線２５の他に、後続電子装置１００と電動機２００との間の信号伝送のために用いられるｎ個の付加的な線を備える。電動機２００の出力を制御するためにこれらの付加的な線を設け、制動信号または（例えば温度センサの）センサ信号などを伝送するために用いることもできる。

完全を期すために述べておくが、差込みコネクタ２３０，２４０，２６０は、付加的な線によって伝送される信号の出力および信号の質に関する要求に対応した接触子を備える。

図３Ｂは、図３Ａに基づいて論じた実施形態のバリエーションの原理的な構成を示す。この実施例では、４線式／２線式コンバータは、第３差込みコネクタ２６０に配属されている、すなわち、第３差込みコネクタ２６０のケーシングの内部またはモータケーシングの内部において、空間的に第３差込みコネクタ２６０の近傍に配置されている。これにより、再び差込みコネクタ２３０，２６０において必要とされる接触子の数が減じられる。有利には、この場合、電動機２００を接続するために、第１差込みコネクタ２３０、モータケーブル２２５および第２差込みコネクタ２４０を含み、ｎ個の線ならびに対線２５を備える調整済みの標準接続ケーブルを使用することができる。

図４は、本発明による装置のブロック回路図を示す。この場合、第１差込みコンタクト３０には４線式／２線式コンバータ２０が配置されており、第２差込みコネクタ４０には２線式／４線式コンバータ５０が配置されている。差込みコネクタ３０，４０は位置測定装置１０もしくは後続電子機器１００のそれぞれの対応部材に接続可能である。

対線２５によって伝送された混合信号にデータ信号を挿入する（結合する）もしくは混合信号から取り出す（分離する）ためには、４線式／２線式コンバータ２０および２線式／４線式コンバータ５０の双方にハイパスフィルタ２４，５４が設けられている。これらのハイパスフィルタ２４，５４は、一方では位置測定装置１０もしくは後続電子装置１００のデータ伝送端子ＤＡＴＡに接続されており、他方ではそれぞれ対線２５に接続されている。ハイパスフィルタ２４，５４は高周波データ信号を通過させ、低周波信号もしくは直流電圧信号（電流供給信号）を遮断する。

電流供給信号をデータ信号から分離するために、４線式／２線式コンバータ２０および２線式／４線式コンバータ５０にはローパスフィルタ２２，５２が設けられている。これらのローパスフィルタ２２，５２は、一方では位置測定装置１０もしくは後続電子装置１００の電流供給端子ＰＷＲに接続されており、他方ではそれぞれ対線２５にも接続されている。

有利には、４線式／２線式コンバータ２０および２線式／４線式コンバータ５０は同一に構成されている。

この実施形態は、特にデータ信号が直流成分なしに伝送される場合に使用することができる。これは、例えばデータ伝送のために直流成分なしに符号化（例えばマンチェスタまたは８ｂ１０ｂ符号化）が使用される場合である。

図５は、図４につき説明した実施形態に基づいた本発明による装置の好ましい実施形態を示す。特に有利には、この場合、４線式／２線式コンバータ２０および２線式／４線式コンバータ５０においてハイパスフィルタ２４，５４およびローパスフィルタ２２，５２を実現するために、受動的な構成部材、すなわち、自らは電流供給を必要としない構成部材のみが使用される。

具体的には、ハイパスフィルタ２４もしくは５４は、それぞれ２つのコンデンサＣ１、Ｃ２もしくはＣ３，Ｃ４を含み、ローパスフィルタ２２もしくは５２はそれぞれ２つのコイルＬ１，Ｌ２もしくはＬ３，Ｌ４を含む。これらの構成部材は、安価であり、かつ頑丈であり、したがって少ない費用で高い信頼性が得られる。

例えば、２５ＭＨｚのデータ伝送周波数および１２Ｖの供給電圧の場合には、コイルＬ１〜Ｌ４のためには１０μＨの値が挙げられ、コンデンサＣ１〜Ｃ４のためには２２０ｎＦの値が挙げられるが、これらは限定的なものではない。

コイルＬ１〜Ｌ４およびコンデンサＣ１〜Ｃ４の他に、４線式／２線式コンバータ２０または２線式／４線式コンバータ５０には、さらに他の構成部材、例えば終端抵抗などが含まれていてもよい。

本発明は、上記実施例に制限されていない。むしろ本発明の対象を離れることなしに当業者は他の実施形態を創作こともできる。

Claims (10)

1. 位置測定装置（１０）と後続電子装置（１００）との間で電流供給信号およびデータ信号を伝送するための装置であって、位置測定装置（１０）が、２つの電流供給端子と、双方向に差動式にデータを伝送するための２つのデータ伝送端子とを備え、メイン伝送距離にわたる電流供給信号およびデータ信号の伝送が混合信号の形式で単一の対線（２５）によって行われ、装置は４線式／２線式コンバータ（２０）を含み、４線式／２線式コンバータ（２０）が、位置測定装置（１０）の対応する端子に接続可能な２つの電流供給端子および２つのデータ伝送端子を測定器側に備え、後続電子装置（１００）の側で４線式／２線式コンバータに混合信号が供給されており、４線式／２線式コンバータが、電流供給信号、および後続電子装置（１００）から４線式／２線式コンバータ（２０）に到着するデータ信号を混合信号から取り出し、電流供給端子およびデータ伝送端子によって位置測定装置（１０）に出力し、位置測定装置（１０）から後続電子装置（１００）に送信されたデータ信号を混合信号に挿入するように構成されている、位置測定装置（１０）と後続電子装置（１００）との間で電流供給信号およびデータ信号を伝達するための装置。
2. 請求項１に記載の装置において、
   前記位置測定装置（１０）の接続が、位置測定装置（１０）の適宜な対応部材に接続可能な第１差込みコネクタ（３０）によって行われ、４線式／２線式コンバータ（２０）が、前記第１差込みコネクタ（３０）のケーシング内に配置されている装置。
3. 請求項１に記載の装置において、
   前記位置測定装置（１０）との接続が、第１差込みコネクタ（３０）、および第１差込みコネクタ（３０）の対応部材である第３差込みコネクタ（６０）、ならびに２つの対線を含む接続線（６５）によって行われる装置。
4. 請求項３に記載の装置において、
   前記第１差込みコネクタ（３０）および前記第３差込みコネクタ（６０）が、混合信号を伝送するための接触子対を備え、前記４線式／２線式コンバータ（２０）が、前記第３差込みコネクタ（６０）のハウジング内に配置されている装置。
5. 請求項３に記載の装置において、
   前記第１差込みコネクタ（３０）および前記第３差込みコネクタ（６０）が、電流供給信号およびデータ信号を伝送するための２つの接触子対を備え、前記４線式／２線式コンバータ（２０）が、前記第１差込みコネクタ（３０）の前記ハウジング内に配置されている装置。
6. 請求項１から５までのいずれか一項に記載の装置において、
   メイン伝送距離の前記対線（２５）が、混合信号を適宜な端子に伝送するために前記後続電子装置（１００）に接続可能である装置。
7. 請求項６に記載の装置において、
   前記後続電子装置（１００）の適宜な対応部材に接続可能な第２差込みコネクタ（４０）によって接続が行われ、前記第２差込みコネクタ（４０）が、混合信号を伝送するための接触子対を備える装置。
8. 請求項１から７までのいずれか一項に記載の装置において、
   前記後続電子装置（１００）が、２つの電流供給端子、および双方向に差動式にデータを伝送するための２つのデータ伝送端子を備え、前記後続電子装置（１００）の側に２線式／４線式コンバータ（５０）が配置されており、該２線式／４線式コンバータ（５０）が、前記後続電子装置（１００）の対応する端子に接続可能な２つの電流供給端子および２つのデータ伝送端子を備え、前記位置測定装置（１０）の側で前記２線式／４線式コンバータ（５０）に混合信号が供給され、電流供給信号と、前記後続電子装置（１００）から前記２線式／４線式コンバータ（５０）に到着するデータ信号を混合信号に挿入し、前記位置測定装置（１０）に出力し、前記位置測定装置（１０）から前記２線式／４線式コンバータ（５０）に到着するデータ信号を混合信号から取り出し、前記後続電子装置（１００）に出力する装置。
9. 請求項８に記載の装置において、
   前記後続電子装置（１００）との接続が第２差込みコネクタ（６０）によって行われ、該差込みコネクタが、電流供給信号およびデータ信号を伝送するための２つの接触子対を備え、前記後続電子装置（１００）の適宜な対応部材に接続可能であり、前記２線式／４線式コンバータ（５０）が前記第２差込みコネクタ（６０）のケーシング内に配置されている装置。
10. 請求項１から９までのいずれか一項に記載の装置において、
    前記対線（２５）がモータケーブル（２２５）内に配置されている装置。

Images