JP4876489B2 - 断線検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、測定対象の移動に応じて信号レベルが周期的に変化する位置センサの測定信号を伝送するケーブルに対して、断線を検出する断線検出装置に関する。

図８は、測定対象の移動に応じて信号レベルが周期的に変化する位置センサの測定信号を受信する、従来の位置測定装置の構成例を示す機能ブロック図である。１は受信装置、２は移動する位置センサである。３は、受信装置１と位置センサ２を結ぶフレキシブルなケーブルである。４は上位装置であり、受信装置２と通信する。

図９は、位置センサ２の詳細を説明するイメージ図である。図において、２１は、測定方向に並行に配置されたスケール板であり、長手方向に所定のピッチで複数個のスリット２２（図では代表１個を示す）が形成されている。このスリットに対してスケール板２１と直交する上方より、光源２３の光が透過する。

このスリット２２は、長手方向にその透過光量が正弦波状に変化するような形状とされている。２４は移動距離を測定するセンサ基板であり、スケール板２１と並行して矢印Ｑ方向に移動する。２５０乃至２５ｎは、センサ基板２４上にＱ方向に所定の間隔で配置された複数個の受光素子であり、スリット２２を透過する光を受光する。

ｅ０乃至ｅｎは、これら受光素子による透過光の検出信号であり、スリット２２の形状に応じて正弦波状に変化する。Ａ０乃至Ａｎは、バッファアンプであり、これら検出信号をバッファして複数本のリード線Ｌ０乃至Ｌｎに出力する。センサ基板２４が移動するとき、スケール板に形成されたスリットからの透過光を受光する１個の受光素子に着目した検出信号は、周期的に正弦波状に変化する。

受信装置１と位置センサ２を結ぶフレキシブルなケーブル３は、複数本のリード線Ｌ０乃至Ｌｎ及び上位装置４から与えられる電源（＋Ｖ）線、グラウンド（ＧＮＤ）線及びクロック信号線等を束ねた形態である。受光素子２５の数が８個（ｎ＝０〜７）で形成される場合には、リード線もＬ０乃至Ｌ７の８本であり、各リード線の検出信号は、ｅ０乃至ｅ７の階段状の電圧分布信号となる。

図８に戻り、受信装置１の構成を説明する。１１はクロック発生回路であり、上位装置４からの指令信号に基づいて所定周期のクロック信号ＣＬＫを発生する。１２は、このクロック信号ＣＬＫをカウントするカウンタである。１３は、８ビットのシフトレジスタであり、カウンタ１２のカウントアップ信号Ｐ１を入力し、図９で説明したケーブル３のリード線Ｌ０乃至Ｌ７を介して伝送される階段状の電圧分布信号ｅ０乃至ｅ７を順次時分割的に切り換えて取り込み、これを測定信号Ｅ０としてフィルタ回路１４に渡す。

測定信号Ｅ０を入力するフィルタ回路１４は、階段状の電圧分布信号ｅ０乃至ｅ７をスムージングし、正弦波状の出力信号Ｓ０に変換して上位装置４に渡す。１５は基準信号発生回路であり、クロック信号ＣＬＫを入力し８ビットのシフトレジスタ１３による切り換えに同期した基準信号Ｓ１を生成して上位装置４に渡す。

上位装置４は、基準信号Ｓ１に対する出力信号Ｓ０の位相差及び位相差の極性により、センサ基板２４の移動距離及び移動方向を測定する。１６は、受信装置１に設けられたリセット回路であり、測定開始のタイミングで上位装置４からの指令によりリセット信号ＲＳを発生し、カウンタ１２及び基準信号発生回路１５をリセットする。

特許文献１には、９０°移相がずれた２相信号を発生するエンコーダの信号線について、断線の有無を検出するエンコーダの信号伝送回路が開示されている。

実公平６−５００８０号公報

このような構成の従来の位置測定装置においては、次のような問題点があった。
（１）複数本のリード線よりなるケーブル３は、位置センサ２の移動に伴なって移動するので、磨耗等のストレスで断線の危険性がある。１本でも断線した場合には正しい位置測定が損なわれるので、リアルタイムに断線警報を発生させたいが適当な警報手段がない。

（２）リード線の直流電位変化を監視して断線警報する簡便な手法は周知であるが、各リード線の電圧が周期的に変化しているので、この手法の採用ができない。

従って本発明が解決しようとする課題は、測定対象の移動に応じて信号レベルが周期的に変化する位置センサの測定信号を伝送するケーブルの断線を、リアルタイムに検出できる断線検出装置を実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明の構成は次の通りである。
（１）測定対象の移動に応じて信号レベルが周期的に変化する位置センサの測定信号を伝送するケーブルの断線を検出する断線検出装置において、
前記測定信号の位相を１８０°シフトさせた参照信号を発生させる位相シフト手段と、
前記測定信号と前記参照信号とを加算した加算信号を生成する加算手段と、
前記加算信号を所定レベルのしきい値と比較し、比較結果に応じて断線を検出する断線検出手段と、
を備え、
前記断線検出手段は、
前記加算信号が前記しきい値の範囲内の所定の一定レベルとなる場合は、前記ケーブルが正常と判断し、
前記加算信号が周期的に前記しきい値の範囲を超える場合は、前記ケーブルの少なくとも１本が断線したと判断すると共に、前記加算信号が最初に前記しきい値の範囲を超えたときに前記ケーブルの断線警報信号を発生させることを特徴とする断線検出装置。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
（１）複数本のリード線よりなるケーブルが１本でも断線した場合には、直ちに断線警報を発生さて、測定の中止、メンテナンスを実行させることが可能となり、装置の信頼性向上に貢献することができる。

（２）周期的に変化する測定信号を位相シフトさせて元の信号と加算する簡単な構成により断線警報することが可能であり、断線検出装置を低コストで実現することができる。

以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は、本発明を適用した断線検出装置を組み込んだ位置測定装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。図８で説明した従来装置と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。以下、本発明の特徴部につき説明する。

図１において、点線のブロック１００は、本発明を適用した断線検出装置である。この断線検出装置において、１０１は、シフトレジスタ１３と同様な８ビットのシフトレジスタであり、カウンタ１２のカウントアップ信号Ｐ２を入力し、図８で説明したケーブル３のリードＬ１乃至Ｌ８を介して伝送される階段状の電圧分布信号ｅ１乃至ｅ８を順次時分割的に切り換えて取り込み、これを参照信号Ｅｒとして出力する。

カウントアップ信号Ｐ２は、カウントアップ信号Ｐ１に対して１８０°位相がシフトされており、従ってシフトレジスタ１３の出力である測定信号Ｅ０とシフトレジスタ１０１の出力である参照信号Ｅｒとは、位相が１８０°シフトされている。

１０２は加算手段であり、シフトレジスタ１３の出力である測定信号Ｅ０と、シフトレジスタ１０１の出力である参照信号Ｅｒとを加算演算して加算信号Ｅｓを生成する。１０３は断線検出手段であり、具体的には、所定範囲のしきい値が設定されるウィンドウコンパレータ手段で実現される。

この断線検出手段３は、加算信号Ｅｓが、所定のしきい値Ｅｈの範囲を逸脱したときに警報信号ＡＬを発生し、乗算手段１０４によりこの警報信号ＡＬを基準信号Ｓ１に重畳させて上位装置４に渡す。

以下、図２乃至図７により、本発明断線検出装置の動作例を説明する。図２は、正常波形と一本断線波形の比較図である。図２（Ａ）は、正常状態の測定信号Ｅ０の波形図であり、受光素子２５の数が８個（ｎ＝０〜７）で形成される場合には、リード線Ｌ０乃至Ｌ７の８本による検出信号は、スキャン番号０乃至８に対応して、ｅ０乃至ｅ７の階段状の電圧分布信号となる。図２（Ｂ）は、リード線Ｌ４が一本断線した場合のＥ０の電圧分布信を示す波形図であり、電圧ｅ４が周期的にゼロレベル（回路の基準電位）となる。

図３は、測定信号が断線のない正常波形の場合における、参照信号と加算信号の波形図である。図３（Ａ）に示すように、測定信号Ｅ０が正常波形であれば、スキャンを１８０°シフトさせた図３（Ｂ）に示す、３Ｖをゼロレベルとする３Ｖ〜４Ｖの参照信号Ｅｒは、同じく３Ｖをゼロレベルとする３Ｖ〜４ＶのＥ０と対称波形となる。

従って、図３（Ｃ）に示すように、Ｅ０とＥｒの加算信号Ｅｓは、３Ｖをゼロレベルとして一定の直流レベル４Ｖとなる。従って断線検出手段１０３に設定するしきい値Ｅｈの範囲を３．５Ｖ〜４．５Ｖとしておくことで、警報信号ＡＬは発生しない。

図４は、断線検出手段１０３のウィンドウコンパレータ機能の動作説明図である。０Ｖ〜１０Ｖの電源電圧範囲で、しきい値Ｅｈの範囲を３．５Ｖ〜４．５Ｖ設定する。加算信号Ｅｓは、正常では４Ｖとなるように設計する。加算信号Ｅｓが３．５Ｖ以下の領域及び４．５Ｖ以上の領域をエラーと判定し、断線警報を発生する。

図５は、測定信号Ｅ０に少なくとも一本の断線がある異常波形の場合における、参照信号Ｅｒと加算信号Ｅｓの波形図である。図５（Ａ）に示す測定信号Ｅ０において、スキャン番号４のｅ４がゼロレベル（回路の基準レベル５Ｖ）となる異常波形であれば、スキャンを１８０°シフトさせた図５（Ｂ）の参照信号ＥｒはＥ０とは非対称の波形となる。

図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、３Ｖをゼロレベルとする３Ｖ〜４ＶのＥ０とＥｒの加算信号Ｅｓは、スキャン番号４毎に周期的にゼロレベル３Ｖになり、その他のスキャン番号では３Ｖをゼロレベルとして４Ｖ一定となる。図５（Ｃ）は、一定の直流レベルを４Ｖとした波形Ｅｓを示す。従って、断線検出手段１０３に設定するしきい値Ｅｈの範囲を３．５Ｖ〜４．５Ｖ設定としておくことで、最初にこのしきい値の範囲を逸脱したタイミングで警報信号ＡＬを発生させることがで、リアルタイムの断線警報を実現できる。

図６は、電源電圧＋Ｖ（例：＋１０Ｖ）のリード線が断線した場合における、参照信号と加算信号の波形図である。図５（Ａ）の測定信号Ｅ０において、各周期のスキャン番号０乃至７で、電源電圧＋Ｖは正常値５Ｖから８Ｖにクランプされる。スキャンを１８０°シフトさせた図５（Ｂ）の参照信号Ｅｒも同様となる。

Ｅ０とＥｒの加算信号Ｅｓは、図５（Ｃ）に示すように、正常値４Ｖから０Ｖに変化し、しきい値Ｅｈの範囲を逸脱するので、警報信号ＡＬを発生させることができる。

図７は、グラウンド（ＧＮＤ）のリード線が断線した場合における、参照信号と加算信号の波形図である。図７（Ａ）の測定信号Ｅ０において、各周期のスキャン番号０乃至７で、グラウンドレベルの正常値５Ｖから１．６４Ｖにクランプされる。スキャンを１８０°シフトさせた図７（Ｂ）の参照信号Ｅｒも同様となる。

Ｅ０とＥｒの加算信号Ｅｓは、図７（Ｃ）に示すように、正常値４Ｖから０Ｖに変化し、しきい値Ｅｈの範囲を逸脱するので、警報信号ＡＬを発生させることができる。

図６及び図７では、本発明の手法による電源電圧＋Ｖ（例：＋１０Ｖ）のリード線の断線警報及びグラウンド（ＧＮＤ）のリード線の断線警報の例を示したが、これらのリード線の電圧レベルは直流であり、周期的に変化する電圧ではないので、従来周知の単純なレベル比較による断線警報の手法を採用することも可能である。

本発明を適用した断線検出装置を組み込んだ位置測定装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。 正常波形と一本断線波形の比較図である。 測定信号が断線のない正常波形の場合における、参照信号と加算信号の波形図である。 断線検出手段のウィンドウコンパレータ機能の動作説明図である。 測定信号に少なくとも一本の断線がある異常波形の場合における、参照信号と加算信号の波形図である。 電源電圧のリード線が断線した場合における、参照信号と加算信号の波形図である。 グラウンドのリード線が断線した場合における、参照信号と加算信号の波形図である。 従来の位置測定装置の構成例を示す機能ブロック図である。 位置センサの詳細を説明するイメージ図である。

符号の説明

１ 受信装置
１１ クロック発生回路
１２ カウンタ
１３ シフトレジスタ
１４ フィルタ回路
１５ 基準信号発生回路
１６ リセット回路
２ 位置センサ
３ ケーブル
４ 上位装置
１００ 断線検出装置
１０１ シフトレジスタ
１０２ 加算手段
１０３ 断線検出手段
１０４ 乗算手段

Claims (1)

1. 測定対象の移動に応じて信号レベルが周期的に変化する位置センサの測定信号を伝送するケーブルの断線を検出する断線検出装置において、
   前記測定信号の位相を１８０°シフトさせた参照信号を発生させる位相シフト手段と、
   前記測定信号と前記参照信号とを加算した加算信号を生成する加算手段と、
   前記加算信号を所定レベルのしきい値と比較し、比較結果に応じて断線を検出する断線検出手段と、
   を備え、
   前記断線検出手段は、
   前記加算信号が前記しきい値の範囲内の所定の一定レベルとなる場合は、前記ケーブルが正常と判断し、
   前記加算信号が周期的に前記しきい値の範囲を超える場合は、前記ケーブルの少なくとも１本が断線したと判断すると共に、前記加算信号が最初に前記しきい値の範囲を超えたときに前記ケーブルの断線警報信号を発生させることを特徴とする断線検出装置。

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