JP7000538B2 - 測定システム及びデータ送信方法 - Google Patents

Description

本発明は、マシニングセンタをはじめとする工作機械等で使用される測定器からの測定データをパーソナルコンピュータ（以下ＰＣ）へ送信する測定システム及びデータ送信方法に関する。

近年、工作機械あるいは測定工具等でワーク（加工対象物、測定対象物）を測定し、その測定値をＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）通信によってＷＩＮＤＯＷＳ（登録商標）などのＯＳ(オペレーティング・システム)を搭載するＰＣに取り込むことが行われている。ＷＩＮＤＯＷＳ（登録商標）を搭載したＰＣでは、通常の機能に対してはＣＰＵやバスのパワーなどで見かけ上、リアルタイム性のある用途でも利用できるようになってはいるが、リアルタイム処理に適してはいない。

リアルタイム性とは、「限られた時間内に確実に処理を実行できる」であり、ＷＩＮＤＯＷＳ（登録商標）では、どんなに高速なＣＰＵを用いてもリアルタイム性を保障していない。したがって、ＷＩＮＤＯＷＳ（登録商標）を搭載したＰＣで動作するプログラム（以下ＷＩＮＤＯＷＳプログラム）では、精密な時間管理ができない。

等間隔にデータ送信要求をするようなＷＩＮＤＯＷＳプログラムを動作させたとしても、実際には、かなりの時間のばらつきが発生したり、予定の時間を大きく越えた動作をしたりすることが発生する。特に、測定値の取り込みと同時に、統計ソフト、編集ソフト等他のＷＩＮＤＯＷＳプログラムを動作させている場合は、このことが顕著となる。

マシニングセンタ等では、ワークの加工途中や一応の加工処理が終了した時点でワークの測定を行うことがあるが、測定値の時間的な変化量が大きいと正確な測定が困難となる。そこで、測定器で等間隔にサンプリングした測定値を、ＷＩＮＤＯＷＳ（登録商標）を搭載したＰＣへ送り続けるには、測定器側にメモリを搭載し、そこに一時的にデータを格納する等の措置が必要となる。

また、データロガーとＰＣをＵＳＢケーブルで接続してデータロガーとＰＣの通信速度を速くしている。また、センサの出力信号をメモリに記憶し、ＤＭＡ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｃｃｅｓｓ)でＰＣへ出力することが、特許文献１に記載されている。

特開２００６－１０５９５０号公報

上記従来技術において、高価な不揮発性メモリを必要とし、測定し続ける時間が長くなるほど、大きなメモリが必要となる。そのため、測定器側のサイズやコストがアップするので、高頻度での測定値の送信には向いていない。また、ＵＳＢ通信では、測定器（デバイス）側からの能動的な通信はできないので、測定器からデータを送る場合は、ＰＣ（ホスト）側からのデータ送信要求に続いてのみ、固定長データを送ることになる。

したがって、ＰＣ側から測定器側へのデータ送信要求（および測定器側からのデータ送信）を立て続けに行ったとしても、送信要求の間隔限界（ＰＣからコンスタントに立て続けに送信要求できる間隔の限界)がある。また、プログラムでの処理や、並列して動作している他のプログラムの状態によっては、送信要求の間隔限界がさらに伸びることとなる。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、大きなメモリ等を測定器側に搭載することなく、精密に時間管理されたデータを送信要求の間隔に係わらず、ＷＩＮＤＯＷＳ（登録商標）搭載ＰＣで簡単に取り込むことができる測定システムを得ることにある。

上記目的を達成するため、本発明の測定システムは、測定器からの測定データをコンピュータへ送信するための測定システムにおいて、前記測定器と接続され、前記測定データを指定間隔で時間管理して順次取得して、その取得回数とともに保存するアダプタを備え、前記アダプタは、複数回分の前記測定データを保存できるデータ領域と、前記取得回数を示す回数データを保存する回数領域と、を有し、前記コンピュータからデータ送信要求が来た場合、前記測定データと、前記回数データと、を前記コンピュータへ送信するものである。

また、上記の測定システムにおいて、前記コンピュータを更に備え、前記測定データのバイト数をＭバイト、前記回数データのバイト数をＣバイトとし、前記アダプタのデータ送信のための領域をデータ送信領域として、前記コンピュータは、前記アダプタから送信された前記回数データが［（前記データ送信領域のバイト数－Ｃ）／Ｍ］以下の場合、等間隔に時間管理された測定データであると判断することが望ましい。

さらに、上記の測定システムにおいて、前記測定データのバイト数をＭバイト、前記回数データのバイト数をＣバイトとし、前記アダプタのデータ送信のための領域をデータ送信領域として、前記アダプタは、前記回数データが［（前記データ送信領域のバイト数－Ｃ）／Ｍ］に達した場合、前記データ領域に保存された一番古い前記測定データを消して、該データ領域に最新の測定データを格納することが望ましい。

さらに、上記の測定システムにおいて、前記測定データのバイト数を２バイト、前記回数データのバイト数を２バイト、前記データ送信領域のバイト数を６４バイトとして、前記アダプタは、６４バイトのデータ用メモリに３１回分の前記測定データを保存できる前記データ領域と、前記回数データを保存する回数領域と、を有することが望ましい。

さらに、上記の測定システムにおいて、前記コンピュータを更に備え、前記測定データのバイト数を２バイト、前記回数データのバイト数を２バイト、前記データ送信領域のバイト数を６４バイトとして、前記コンピュータは、前記アダプタから送信された前記回数データが３１以下の場合、等間隔に時間管理された測定データであると判断することが望ましい。

さらに、上記の測定システムにおいて、前記測定データのバイト数を２バイト、前記回数データのバイト数を２バイト、前記データ送信領域のバイト数を６４バイトとして、前記アダプタは、前記回数データが３１に達した場合、前記データ領域に保存された一番古い前記測定データを消して、該データ領域に最新の測定データを格納することが望ましい。

さらに、上記の測定システムにおいて、前記アダプタは、前記測定データと、前記回数データと、を前記データ送信領域にセットして、前記コンピュータへ送信した後、送信した前記測定データ及び前記回数データをクリアすることが望ましい。

さらに、上記の測定システムにおいて、前記アダプタは、複数台の前記測定器と接続され、それぞれの前記測定データを指定間隔で時間管理して順次取得して保存することが望ましい。
また、上記目的を達するため、本発明のデータ送信方法は、測定器からの測定データを、前記測定器とコンピュータとに接続されたアダプタを用いて前記コンピュータへ送信するためのデータ送信方法であって、前記アダプタが、前記測定データを指定間隔で時間管理して順次取得して、その取得回数である回数データとともに保存するステップと、前記コンピュータからデータ送信要求が来たとき、前記アダプタが、前記測定データと、前記回数データと、を前記コンピュータへ送信することを特徴とするものである。

本発明によれば、アダプタは、ＵＳＢ通信におけるデータ送信領域の容量を有したデータ用メモリに複数回分の測定データを保存できるデータ領域と、回数データを保存する回数領域と、を有し、測定データを指定間隔で順次取得して保存すると共に、ＰＣからデータ送信要求が来た場合、測定データと、回数データと、をデータ送信領域にセットして、ＰＣへ送信するので、必要最小限のメモリ容量で、精密に時間管理された測定データを送信要求の間隔に係わらず、ＷＩＮＤＯＷＳ（登録商標）搭載ＰＣで簡単に取り込むことができる。

本発明による一実施の形態に係る測定システムのブロック図 本発明による他の実施の形態に係る測定システムのブロック図 本発明の一実施の形態によるアダプタに搭載するデータ用メモリのデータ領域を示す説明図 一実施の形態における測定側のフローチャート 一実施形態におけるＰＣ側のフローチャート

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明による一実施形態の測定システムのブロック図で、測定システムは、センサ２とアダプタ１とＷＩＮＤＯＷＳ（登録商標）搭載のＰＣ４とからなる。アダプタ１は、該アダプタ１とＰＣ４とをＵＳＢ通信が可能なように接続するための手段であるＵＳＢケーブル３でホスト側となるＰＣ４のＵＳＢポートと、あるいは別途、電源供給が可能なＵＳＢハブ（図示せず）と接続される。

もちろん、アダプタ１にアダプタ１とＰＣ４とをＵＳＢ通信が可能なように接続するための手段としてＵＳＢコネクタを設け、ＰＣ４のＵＳＢポートへ直接接続する形式としても良い。センサ２とアダプタ１とはコネクタ５で接続され、ホスト側から電源供給及び通信が可能とされる。アダプタ１とＰＣ４はＵＳＢ通信によって高速通信が行われる。

なお、マシニングセンタなどでは、ワークの寸法を測定するプローブをセンサ２として、可動の主軸へ装着している。その測定データをシリアルバイナリデータの個別のパッケージを送るスペクトル拡散無線リンクによって、マシニングセンタの固定部である機械ステーションへ無線通信により送信する。この場合は、機械ステーションをアダプタ１へ接続してＰＣ４へＵＳＢケーブル３で接続する。

図２は、他の実施形態による測定システムのブロック図であり、センサ２を複数台としてアダプタ１との間を無線通信で送受信するようにしたものである。アダプタ１は、小容量、例えば６４バイト分のメモリを有する程度なので、小型軽量で携帯性に優れているもので良い。したがって、アダプタ１に無線通信の受信機能を内蔵することも可能であり、センサ２からの送信データを受信するようにすることで種々の測定器からの測定データを通信ケーブルが邪魔にならないでＰＣ４に簡単に取り込むことができる。さらに、センサ２を複数台として複数の測定データを同時にＰＣ４に取り込むことも容易となる。
この場合、アダプタ１は、複数台のセンサ等の測定器に無線通信で接続され、それぞれの測定データを指定間隔で時間管理して順次取得して保存するようにしても良い。この際、アダプタ１とセンサ等の測定器とは無線で無く有線で接続されても良い。また、図１、２ではセンサ２とアダプタ1とを別の構成としているが、アダプタ１は小型化が可能であるので、アダプタ１の機能をセンサ２の筐体内に組み込み、センサ２とアダプタ１を一体としても良い。

ＷＩＮＤＯＷＳプログラムでは、例えば、人間がキーボード等でボタンを押してから、それがアプリケーションに反映されてタイマーがスタート、ストップするまでの時間の精度の保証ができない。この動作タイミングについては、ＯＳは一切の保証をしていなく、０．５秒後にプログラムにイベントが届いても異常ではない。仮に、ひたすらポーリングを行い、キーボードのボタン状態を把握すれば、平均１ｍｓｅｃ程度以下でループが回り平均速度は高速となるが、ループの周回速度が保証されないため、時々極端に遅くなったりする。

また、これは、ほぼ無限ループの状態となり、一緒に走っている他のプログラムやサービスがまともに動かなくなる。つまり、マルチタスクＯＳの仕組み上、動いているプロセスやスレッドが一定周期で切り替わり、その周期は、１０～１５ｍｓ程度としても、次に自分のプロセス、例えば測定状態で送信要求に戻ってくる時間は保証されない。

したがって、通常は、ＰＣ４側からアダプタ１側へデータ送信要求（および測定器側からのデータ送信）を立て続けに行ったとしても、コンスタントに１０ｍｓ以下の間隔にすることはできない。プログラムでの処理や、並列して動作している他のプログラムの状態によっては、さらに不安定となる。

ＵＳＢ通信はホストとなるＰＣ４が中心の1ビットずつ順番にデータを転送するシリアルバスであり、複数の周辺機器が接続可能となっている。したがって、ホストが全ての処理単位(Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ)を開始する。この処理単位での最初のパケットは指示票（Ｔｏｋｅｎ：トークン）と呼ばれ、装置アドレス及びエンドポイントが指示される。そして、その処理が読み込みか書き込みかのうちのどちらか、何が続くのかが記述されており、ホストとなるＰＣ４により生成される。次のパケットは実データ部を運ぶデータ（Ｄａｔａ）パケットで、データ送信領域となる。続いて、指示やデータが正しく受信されたか、などを報告するハンドシェークパケットとなっている。

ＵＳＢ通信において、計測やマンマシン機器のデータ転送ではインタラプト転送が行われ、ＵＳＢ装置側となるアダプタ１が割り込みを生成するが、その前にホスト側であるＰＣ４による巡回問い合わせ（ポーリング)まで待たなければならない。インタラプト転送でのパケット内データ部の最大容量は、フルスピード（ＵＳＢ１．１）で６４バイトである。つまり、ＵＳＢ通信においては、１回の送信を行う際には、（必要か否かに関わらず）、必ず６４バイトのデータ送信領域が準備されている。

次に、測定側の構成を説明する。測定器であるセンサ２の測定データは、ＵＳＢ通信における６４バイトのデータ送信領域を利用してアダプタ１を介してＰＣ４へ送信され、そのデータ長さを２バイトで構成する。これにより、アダプタ１に搭載するデータ用メモリは、６４バイト分程度の小容量とする。さらに、アダプタ１は、リアルタイムクロック（ＲＴＣ）を搭載して指定間隔（ＰＣ４の送信要求間隔限界以下）で、時間管理された、つまり精密な等時間間隔でサンプリングして測定データの取得が可能なものとする。

図３は、アダプタ１に搭載するデータ用メモリのデータ領域を示す説明図である。データ用メモリは、２バイトの測定データ長さ（1回分の測定データ長さを２バイトにした場合）に合わせて３１回分の測定データ１１を保存できるデータ領域と、２バイトの回数データ１０［取得したデータ回数（言い換えれば取得したデータ個数）を示すデータ］を保存する回数領域を持っている。この程度のメモリは低機能なマイコンでも十分可能であり、小型のアダプタ１に内蔵することができる。

図４は、測定側のフローチャートを示す。アダプタ１は、搭載されたリアルタイムクロック（ＲＴＣ）によってセンサ２により測定値を等間隔にサンプリングされた測定データとして、データ用メモリのデータ領域に測定データをサンプリングに応じて順次保存する。また、保存した回数をカウントして回数領域に保存する。３１回分の測定が行われ、その測定データがデータ用メモリに保存された場合、一番古い測定データを消して、そのデータ領域に最新の測定データを格納する。この履歴はアダプタ１のマイコンで保存して認識しておく。なお、実際の測定では、前回の測定から指定時間が経過してから測定を実行する。また、測定の実行と共に、回数データを１増やして行く。

また、アダプタ１のデータ用メモリは、少なくともＵＳＢ通信におけるデータ送信領域の容量を持っていれば良く、それ以上の容量を持って、測定データ１１をより多く保存できるようにしても良い。この場合は、保存できる回数以上の測定データ１１がデータ用メモリに保存されようとする場合、一番古い測定データを消して、そのデータ領域に最新の測定データを格納すれば良い。

アダプタ１のデータ用メモリをＵＳＢ通信におけるデータ送信領域の容量とした場合、ＰＣ４からアダプタ１へデータ送信要求が来たら、データ用メモリに格納されている全ての測定データ１１と回数データ１０とをＵＳＢ通信における６４バイトのデータ送信領域にセットして、ＰＣ４へ送信する。その後、データ用メモリの測定データ１１及び回数データ１０を全てクリアする。

アダプタ１のデータ用メモリをＵＳＢ通信におけるデータ送信領域の容量以上とした場合、ＰＣ４からアダプタ１へ送信要求が来たら、データ用メモリに格納されているうち、送信可能な回数分（データ送信領域のバイト数を６４バイトとした場合、３１個）の測定データ１１と回数データ１０とをＵＳＢ通信における６４バイトのデータ送信領域にセットして、ＰＣ４へ送信する。その後、ＰＣ４へ送信した測定データ１１及び回数データ１０を全てクリアする。

図５は、ＰＣ側のフローチャートを示す。ＷＩＮＤＯＷＳプログラムの構成を説明する。ＰＣ４では、他のプログラムやサービスに大きな影響がない範囲で可能な限り短い時間間隔で、かつ頻繁にアダプタ１に送信要求を通知する。短い時間間隔とは、測定データ１１のサンプリング時間間隔より長く、３１回分の測定に比べて短い時間間隔である。測定中は、他のプログラムやサービスに対して優先的に処理を割り当てることが望ましい。測定データとして１０ｍｓの間隔で取り込むことが必要な場合、１０ｍｓ×３１の間隔で良いが、その１／２から１／４望ましくは１／３の１００ｍｓの時間間隔であることが良い。

アダプタ１は、ＵＳＢ通信におけるデータ送信領域の容量を有したデータ用メモリに複数回分の測定データ１１を保存できるデータ領域と、回数データを保存する回数領域と、を有しているので、ＰＣ４からアダプタ１への送信要求の間隔は、アダプタ１に保存できる測定データの個数×サンプリング時間間隔の時間以内であることが望ましい。つまり、この範囲ならばＷＩＮＤＯＷＳプログラムでの処理や、並列して動作している他のプログラムの状態によって送信要求が一定とならなくても時間管理された、つまり精密な等時間間隔でサンプリングして測定データの取得が可能となる。

アダプタ１から送信された回数データ１０が３１以下であれば、ＰＣ４は、アダプタ１から送信された測定データが等間隔の指定間隔で時間管理された測定データであると認識することができる。回数データ１０が３１を超える場合は、（回数－３１）×指定間隔の時間分だけ時間管理ができなかったとしてＷＩＮＤＯＷＳプログラムで識別することができる。

以上の説明では、ＵＳＢ通信におけるデータ送信領域を６４バイト、１回分の測定データ１１を２バイト、回数データ１０を３１が限界として説明したが、これらの値はデータ送信領域と測定データ１１及び回数データ１０のバイト数に合わせて決定すれば良い。

ここで測定データ１１のバイト数とは、１回分の測定データ１１のために確保されるバイト数（データ容量）のことであり、どのようなデータの値であっても必ずこのバイト数で表されることになる。また、回数データ１０のバイト数も同様に、データの値に関わらず確保されるバイト数（データ容量）であり、データの値は必ずそのバイト数のデータ容量で表されることになる。

例えば、測定データ１１及び回数データ１０のバイト数が２バイト以外である場合、それぞれのバイト数をＭバイト、Ｃバイトと表すと、１回の送信に［（データ送信領域のバイト数－Ｃ）／Ｍ］個分のデータを送ること（データ送信領域が６４バイトの場合は［（６４－Ｃ）／Ｍ］個分)ができる。

したがって、アダプタ１から送信された測定データ数が［（６４－Ｃ）／Ｍ］個以下であれば、等間隔に時間管理された測定データであると判断して認識することができる。そうでなければ、［（回数－（６４－Ｃ）／Ｍ）×指定間隔］の時間（データ送信領域が６４バイトの場合は［（回数－３１）×指定間隔］の時間だけ時間管理ができなかったとしてＷＩＮＤＯＷＳプログラムで識別することができる。

さらに、データ送信領域が６４バイト以上、例えばＳバイトであれば、１回の送信に、データ送信領域バイト数から回数データ１０のバイト数を減算した値を測定データ１１のバイト数で除算した数、［（Ｓ－Ｃ）／Ｍ］個分のデータを送ること（データ送信領域がＳバイトの場合)ができる。したがって、アダプタ１から送信された測定データ数が［（Ｓ－Ｃ）／Ｍ］個以下であれば、等間隔に時間管理された測定データであると認識することができる。そうでなければ、時間管理ができなかったとしてＷＩＮＤＯＷＳプログラムで識別することができる。

なお、以上の説明では、センサ２として、マシニングセンタなどで使用されるワークの寸法を測定するプローブを例示して説明したが、センサ２は、測長器(電気マイクロメーターおよび光学スケール)、位置検知プローブ、温度センサ、振動センサ、気圧センサ、圧力センサ、湿度センサ、などでも一実施の形態と同様に適用できる。

１ アダプタ
２ センサ（測定器）
３ ＵＳＢケーブル
４ ＰＣ
５ コネクタ
１０ 回数データ
１１ 測定データ

Claims (10)

1. 測定器からの測定データをコンピュータへ送信するための測定システムにおいて、
   前記測定器と接続され、前記測定データを指定間隔で時間管理して順次取得して、その取得回数とともに保存するアダプタを備え、
   前記アダプタは、
   複数回分の前記測定データを保存できるデータ領域と、前記取得回数を示す回数データを保存する回数領域と、を有し、
   前記コンピュータからデータ送信要求が来た場合、前記測定データと、前記回数データと、を前記コンピュータへ送信することを特徴とする測定システム。
2. 前記コンピュータを更に備え、
   前記測定データのバイト数をＭバイト、前記回数データのバイト数をＣバイトとし、前記アダプタのデータ送信のための領域をデータ送信領域として、前記コンピュータは、前記アダプタから送信された前記回数データが［（前記データ送信領域のバイト数－Ｃ）／Ｍ］以下の場合、等間隔に時間管理された測定データであると判断することを特徴とする請求項１に記載の測定システム。
3. 前記測定データのバイト数をＭバイト、前記回数データのバイト数をＣバイトとし、前記アダプタのデータ送信のための領域をデータ送信領域として、
   前記アダプタは、前記回数データが［（前記データ送信領域のバイト数－Ｃ）／Ｍ］に達した場合、前記データ領域に保存された一番古い前記測定データを消して、該データ領域に最新の測定データを格納することを特徴とする請求項１又は２に記載の測定システム。
4. 前記測定データのバイト数を２バイト、前記回数データのバイト数を２バイト、前記データ送信領域のバイト数を６４バイトとして、前記アダプタは、６４バイトのデータ用メモリに３１回分の前記測定データを保存できる前記データ領域と、前記回数データを保存する前記回数領域と、を有することを特徴とする請求項２または３に記載の測定システム。
5. 前記コンピュータを更に備え、
   前記測定データのバイト数を２バイト、前記回数データのバイト数を２バイト、前記データ送信領域のバイト数を６４バイトとして、前記コンピュータは、前記アダプタから送信された前記回数データが３１以下の場合、等間隔に時間管理された測定データであると判断することを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の測定システム。
6. 前記測定データのバイト数を２バイト、前記回数データのバイト数を２バイト、前記データ送信領域のバイト数を６４バイトとして、前記アダプタは、前記回数データが３１に達した場合、前記データ領域に保存された一番古い前記測定データを消して、該データ領域に最新の測定データを格納することを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の測定システム。
7. 前記アダプタは、前記測定データと、前記回数データと、を前記データ送信領域にセットして、前記コンピュータへ送信した後、送信した前記測定データ及び前記回数データをクリアすることを特徴とする請求項２から６のいずれか１項に記載の測定システム。
8. 測定器からの測定データを、前記測定器とコンピュータとに接続されたアダプタを用いて前記コンピュータへ送信するためのデータ送信方法であって、
   前記アダプタが、前記測定データを指定間隔で時間管理して順次取得して、その取得回数である回数データとともに保存するステップと、
   前記コンピュータからデータ送信要求が来たとき、前記アダプタが、前記測定データと、前記回数データと、を前記コンピュータへ送信することを特徴とするデータ送信方法。
9. 前記測定データのバイト数をＭバイト、前記回数データのバイト数をＣバイトとし、前記アダプタのデータ送信のための領域をデータ送信領域としたとき、
   前記コンピュータは、前記アダプタから送信された前記回数データが［（前記データ送信領域のバイト数－Ｃ）／Ｍ］以下の場合、等間隔に時間管理された測定データであると判断するステップを更に備えることを特徴とする請求項８に記載のデータ送信方法。
10. 前記測定データのバイト数をＭバイト、前記回数データのバイト数をＣバイトとし、前記アダプタのデータ送信のための領域をデータ送信領域としたとき、
    前記アダプタは、前記回数データが［（前記データ送信領域のバイト数－Ｃ）／Ｍ］に達した場合、前記測定データを保存するためのデータ領域に保存された一番古い前記測定データを消して、該データ領域に最新の測定データを格納するステップを更に備えることを特徴とする請求項８又は９に記載のデータ送信方法。

Images