KR20210094562A - 라인 가이드 장치에서, 특히 에너지 체인에서 케이블을 모니터링하기 위한 시스템 - Google Patents

Abstract

모니터링 시스템이 에너지 체인이나 케이블 라우팅 장치를 통해 라우팅되는 케이블의 상태를 모니터링하기 위해 제안된다. 모니터링 장치(10; 20; 30)가 이 목적을 위해 제공되며, 모니터링될 케이블의 상태와 관련된 정보를 정하는 평가 유닛을 갖는다. 본 발명은 모니터링 장치가 데이터 통신 인터페이스를 갖는 제1 데이터 통신 장치(11) 및 데이터 통신 인터페이스를 갖는 제2 데이터 통신 장치(12; 12')를 포함하도록 제공한다. 이들 장치(11, 12)는 디지털 데이터 전송 프로토콜에 따른 데이터 통신을 위해 구성되며, 모니터링될 케이블(13; 13A; 13B)을 통해 그 인터페이스에 의해 연결된다. 평가 유닛은 또한 제1 장치(11)와 제2 장치(12) 사이의 데이터 연결의 퀄리티 피처, 예컨대 패킷 기반의 통신 프로토콜의 경우 패킷 손실율에 기반하여 모니터링될 케이블의 상태와 관련된 정보를 정하도록 제공되고 구성된다.

Description

라인 가이드 장치에서, 특히 에너지 체인에서 케이블을 모니터링하기 위한 시스템

본 발명은 전체적으로 액티브 라인 가이드 장치 내에, 또는 그에 의해 가이드된 라인의 작동 준비 상태나 마모 상태를 모니터링하기 위한 시스템에 관한 것이다. 이러한 라인 가이드 장치는 주로 고정형 연결 지점이나 베이스와 그에 대해 이동 가능한 추가 연결 지점, 예컨대 이동형 엔드 사이에서, 예컨대 케이블, 호스 등과 같은, 적어도 하나의 라인의 동적 가이드를 제공한다.

본 발명은 특히 예컨대 데이터를 기계나 설비의 이동 가능한 부분에 공급하거나 그로부터 오는 데이터를 전송하며, 라인 가이드 장치에 의해 보호되거나 가이드되는 데이터 라인을 모니터링하기 위한 시스템에 관한 것이다.

해당 타입의 라인 가이드 장치는 에너지, 데이터 및/또는 작동 미디어를 이동형 기계나 설비 구성에 공급하는 전형적인 라인을 보호한다. 해당 타입의 라인 가이드 장치의 예는 그 자체로 공지된 설계의 변위 가능한 에너지 가이드 체인이다.

작동 시, 단일 평면에서 변위 가능한 에너지 가이드 체인은 전형적으로 연결 엔드를 갖는 이동형 연장부, 연결 엔드를 갖는 고정형 연장부 및 두 연장부 사이의 굴곡 아크를 형성한다. 본 출원인은 예컨대 EP 0 803 032 B1이나 WO 02/086349 A1에서, 한 평면에서, 예컨대 수평 또는 수직으로 이동할 수 있는 에너지 가이드 체인을 제안했다. 나아가, 3차원적으로 굴곡 가능한 에너지 가이드 체인이 공지되어 있는데, 이는 특히 산업용 로봇에서 사용된다. 3차원적으로 굴곡 가능한 에너지 가이드 체인은 예컨대 WO 2004/093279 A1에서 본 출원인에 의해 제안되었다.

라인 가이드 장치나 에너지 가이드 체인의 설계와 무관하게, 가이드된 라인은 작동 중일 때 동적으로 부하를 받는다. 라인은 불가피한 마모를 받으며, 따라서 수행된 운동 사이클의 수가 증가함에 따라 실패의 위험을 받는다.

라인 가이드 장치에 더하여, 시스템은 모니터링될 라인의 상태, 특히 마모 상태에 대한 정보를 감지하는 적어도 하나의 평가 유닛을 갖는 모니터링 장치를 포함한다.

청구항 1의 도입부에 따른 해당 타입의 시스템은 WO 2018/196949 A1으로부터 공지되어 있다. 이 시스템은 임박한 라인 실패의 조기 식별의 목적을 위한, 특히 예상 가능한 유지관리의 목적을 위한, 또는 공급된 기계나 설비의 바람직하지 않은 실패의 회피를 위한 진행 중인 작동에서의 라인 모니터링을 허용한다. 이를 위해, WO 2018/196949 A1의 시스템은 저항이나 전도도를 측정하기 위한 측정 장치를 갖는 회로와 특수 인디케이터 컨덕터를 요한다.

특히, 이동 가능하게 가이드된 데이터 라인은 전형적으로, 특히 라인 퀄리티와 관련하여 더 엄중한 요건으로 인해, 파워 서플라이 라인에 비해 더 짧은 내구 수명을 갖거나 마모를 더 쉽게 받는다.

본 발명의 목적은 특히 앞서 공지된 방안보다 구현하는 데 더 적은 비용이 들도록 의도되는 대안적인 방안을 제안하는 것이다. 이 목적은 청구항 1에 따른 시스템에 의해 이루어진다. 유리하거나 바람직한 실시예는 하위 청구항에 의해 개시된다. 추가 목적은 더 마모에 민감한 데이터 라인을 위해 특히 적절한 모니터링 시스템을 제안하는 데 있다.

가장 단순하고 가장 일반적인 형태에서, 본 목적은 모니터링 장치가 데이터 통신을 위한 인터페이스를 갖는 제1 장치 및 데이터 통신을 위한 인터페이스를 갖는 제2 장치를 포함하고, 데이터 통신을 위한 장치나 인터페이스는 디지털 데이터 전송을 위한 프로토콜에 따라 구성되는 것으로 이루어진다. 이 경우, 두 장치의 인터페이스는 적어도 라인 가이드 장치에서 또는 그에 의해 그 길이의 일부에 걸쳐 가이드된 라인을 통해 연결된다. 평가 유닛은 제1 장치와 제2 장치 사이의 데이터 링크의 정보 기술의 퀄리티 피처에 기반하여 모니터링될 라인의 상태, 특히 마모 상태에 대한 정보를 감지하거나 얻도록 본 발명에 따라 구성되거나 설정된다. (IT 기반을 의미하는) 정보 기술의 퀄리티 피처는 특히 데이터 링크의 퀄리티에 종속적인 피처인데, 이는 정보 기술 기반의 방법, 특히 그 자체로 이미 공지된 정보 기술의 (IT 기반의) 방법을 이용하여 정해질 수 있다. 퀄리티 피처는 예컨대 선택된 전송 특성이나 그를 위한 인디케이터에 대응될 수 있다.

이 방안의 중요한 이점은 한편으로는 예컨대 네트워크 기술이나 버스 기술과 같은, 그 자체로 공지된 데이터 통신 기술이 사용될 수 있다는 데 있고, 다른 한편으로는 적절한 프로그래밍에 의해 소프트웨어적으로 정해질 수 있는 데이터 링크 퀄리티 피처를 이용함으로써, 모니터링될 라인의 마모 특성에 대한, 또는 실제로 작동 가능하게 준비되어 있는지 여부에 대한 결론이 도출될 수 있다는 데 있다. 모니터링될 라인은 특히, 반드시 그러한 것은 아니지만, 제1 및 제2 장치의 인터페이스 사이의 데이터 링크를 형성하는 라인일 수 있다. 그 라인은 또한 모니터링될, 주요한 것으로 간주된, 다른 라인을 위한 인디케이터로 사용될 수 있다. 추가 이점은 특수 인디케이터 컨덕터가 모니터링을 위해 특별히 필요하지 않고(이를테면 "희생 와이어(sacrificial wires)"가 없음), 그 대신 이미 이용 가능하거나 존재하는 디지털 통신 라인이 활용될 수 있다는 데 있다. 제안된 방안은 또한 일반적으로 모니터링된 라인의 변경이나 특정한 변형을 요하지 않는다.

IT나 데이터 처리 기술을 이용해 정할 수 있는 데이터 링크의 퀄리티 피처는 데이터 라인의 상태에 대한 결론이 도출될 수 있도록 한다. 비교적 높았던 연결 퀄리티의 저하는 동적 부하, 예컨대 에너지 가이드 체인의 운동 사이클에 의해 야기된, 또는 실제로 다른 가능한 오작동에 의한 마모에 대한, 또는 데이터 라인의 끊어짐에 대한 강한 인디케이터이다. 모니터링된 라인의 상태에 대한 결론이 그로부터 직접적으로 또는 간접적으로 도출될 수 있는데, 이는 데이터 라인에 반드시 대응되어야 하는 것은 아니다. 데이터 링크의 퀄리티 피처는 이 경우 그 자체로 공지된 소프트웨어 기능에 의해 정해지거나 감지될 수 있다. 본 방안은 따라서 구현하기에 단순하고 저렴하다.

데이터 링크의 정보 기술의 퀄리티 피처는 본 의미에 있어서, 특히 라인 가이드 장치에서 적어도 부분적으로 가이드된 라인에 의해 물리적으로 구현되는, 제1 장치와 제2 장치 사이의 데이터 링크의 더 높거나 낮은 퀄리티의 IT적으로 감지 가능한 단계적 차이(gradation)이다.

평가 유닛은 제1 장치의 일체적인 구성요소이거나 별도 모듈의 형태를 취할 수 있다. 평가 유닛은 컴퓨터에 순전히 소프트웨어 모듈로서 또는 응용에 특정한 하드웨어의 형태로 제공될 수 있다.

제안된 시스템은 이론적으로 전기 또는 광학 라인, 특히 적어도 데이터 전송을 위해 적합한 라인을 모니터링하기 위해 적합하다. 본 발명은 데이터 라인 및/또는 버스 라인의, 또한 디지털식으로 데이터를 전송하는, 모터 및/또는 서보 라인과 같은, 예컨대 제어 목적을 위한 라인의 모니터링, 특히 작동 준비의 직접적인 모니터링을 가능하게 한다.

적절한 프로토콜은 바람직하게는 패킷 기반의 디지털 데이터 전송을 위한 프로토콜이다. 일 실시예에서, 데이터 전송을 위한 통신 프로토콜은 데이터 네트워크 프로토콜, 바람직하게는 IEEE 802.3에 따른 프로토콜인 것으로 제공된다. 예컨대 ETHERNET, PROFIBUS 등과 같이 그 자체로 공지된 기술이 사용될 수 있다. 패킷 스위칭을 이용한 데이터 통신을 위해 구성되는 장치나 인터페이스가 이용 가능하다. 회로 스위칭도 생각할 수 있으나, 바람직한 것은 아니다.

일 대안적인 실시예에서, 데이터 전송을 위한 프로토콜은 데이터 버스 프로토콜, 특히 산업용 필드 버스 프로토콜인 것으로 제공된다. 예컨대 CAN, EIA-485 등과 같은, 그 자체로 공지된 이들 타입이 이용 가능하다.

데이터 링크의 정보 기술의 퀄리티 피처를 측정하거나 감지하는 것은 바람직하게는 장치나 인터페이스를 어드레싱하기 위한 그 자체로 공지된 방법을 활용함으로써 진행된다. 각각의 인터페이스는 바람직하게는 예컨대 MAC 어드레스와 같은, 데이터 버스에 또는 데이터 네트워크에 고유하게 특정되는 데이터 통신을 위한 고유의 어드레스를 갖는다.

특히 퀄리티 피처의 어드레스 기반의 결정의 경우, 퀄리티 피처는 바람직하게는 제2 장치에 어드레싱되는 데이터 전송을 이용해 IT 기반으로 감지된다.

바람직한 추가 개발에서, 평가 유닛은 연속적으로 퀄리티 피처를 측정하도록 구성된다. 평가 유닛은 예컨대 모니터링될 라인의 작동 준비에 대해 "좋은" 케이스와 "나쁜" 케이스를 구별하거나 식별하기 위해, 미리 정해진 또는 노후에 종속적으로 적용된 참조 값과 현재 측정된 퀄리티 피처를 비교할 수 있다. 평가 유닛은 예컨대 규칙적인 시간 간격으로 퀄리티 피처를 감지하도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 방안에 의하면, 평가 유닛은 순전히 IT 또는 소프트웨어에 기반하여, 특히 라인의 전기적인 양의 아날로그 측정에 대한 필요 없이, 퀄리티 피처를 측정하도록 구성될 수 있다.

퀄리티 피처의 소프트웨어 기반의 측정은 특히 바람직하게는 연결 퀄리티를 평가하는 프로토콜에 본질적인 기능을 이용해 진행된다. 이들 기능은 OSI 모델의 원하는 레이어에 제공될 수 있다.

퀄리티 피처의 측정이나 평가는 예컨대

- 제1 장치로부터 제2 장치로의 어베일러빌리티 레퀘스트; 제2 장치로부터 제1 장치로의 수신 확인; 및/또는

- 패킷 기반의 데이터 전송에서 패킷 손실 또는 패킷 손실율; 및/또는

- 예컨대 패킷 손실율, 패킷 왕복 시간(RTT), 대기 시간 등과 같은, 서비스 퀄리티(QoS) 파라미터를 평가하기 위한 적어도 하나의 프로토콜에 본질적인 기능에 기반하여, 서로 다른 소프트웨어 방법에 의해 수행될 수 있다. 어베일러빌리티 리퀘스트, 수신 확인 또는 패킷 손실의 감지는 이 경우 사용된 데이터 프로토콜의 기능으로서 프로토콜에 본질적으로 제공되거나, 이 목적을 위해 특별히 프로그래밍될 수 있다.

적용 분야에 따라, 다른 퀄리티 피처가 또한 이용 가능하다. 일 바람직한 방안은 패킷 손실율의 현재 진행 중인 모니터링 및 프로그래밍되거나 학습된 참조 값 또는 기준 값과의 그 비교이다. 복수의 서로 다른 퀄리티 피처가 또한 예컨대 서로에 대하여 모니터링된 파라미터를 크로스 체크하는 목적을 위해 또는 라인을 교체할 필요에 대해 결정할 때 웨이팅(weighting)의 목적을 위해 모니터링되고 평가될 수 있다.

일 실시예에서, 예컨대 제1 장치가 OSI 모델에서 상위 프로토콜에 따라 제2 장치로 예컨대 PING 메시지 타입 또는 ECHO 리퀘스트의 어베일러빌리티 레퀘스트를 보내도록 제공될 수 있다. UDP 에코 레퀘스트 또는 IP 프로토콜에 따른 ICMP ECHO 리퀘스트 등이 적절한 예이다. 이에 기반하여, 평가 유닛은 예컨대 ECHO 응답, PONG 메시지 등과 같은, 예컨대 제2 장치로부터의 대응 응답의 부재에 기반하여 데이터 링크의 퀄리티를 평가할 수 있다. 평가도 참조 응답에 대한 응답에 대한 변화에 기반하여 진행될 수 있다.

일 실시예에서, 제1 장치는 평가 유닛을 포함하거나 구성할 수 있다. 평가 유닛은 바람직하게는 프로그래밍에 의해 소프트웨어에 기반하여 위 실시예 중 하나를 구현하도록 구성되는, 예컨대 마이크로컨트롤러 등과 같은, 프로그래밍 가능한 집적 회로를 갖는다.

기존 기술을 활용하기 위해, 예컨대 ETHERNET 스위치, ETHERNET 라우터 등과 같은, 액티브 네트워크 장치가 라인 가이드 장치의 베이스 측 연결 엔드에서 라인과 연결되도록 제공될 수 있는데, 제1 장치는 이 네트워크 장치에 연결된다. 대안적으로 또는 추가적으로, 액티브 네트워크 장치도 이동형 엔드 측에서 연결 엔드에서 라인과 연결될 수 있는데, 제2 장치는 이 네트워크 장치에 연결된다. 종래 상용 네트워크 장치를 사용함으로써, 평가 유닛을 제공하기 위해 필요한 하드웨어가 최소로 줄어들 수 있다. 다른 한편으로, 특별히 또는 특수하게 제공된 제2 장치가 사용되어, 최소 하드웨어 지출로, 어베일러빌리티 리퀘스트에 대한 응답을 제공할 수 있다. 분산 네트워크 장치의 사용은 모니터링 시스템의 목적을 위해 원하는 응용을 위해 제공된 데이터 라인의 활용을 추가적으로 허용한다.

모니터링 장치가 제2 장치로서, 데이터 네트워크나 데이터 버스에 존재하는 이미 알려진 어드레스를 갖는 네트워크 장치나 필드 장치를 활용하는 것도 본 발명의 범위에 속한다. 특히 모니터링 시스템을 위해 특별히 제공되지 않은 기존 장치를 사용할 수 있다.

대안적으로, 다만, 모니터링 시스템을 위해 특별히 제공된 제2 장치는 또한 데이터 라인에 연결될 수 있다. 두 경우, 제1 장치는 바람직하게는 평가 유닛을 포함하거나 이로 구성된다.

제1 장치와 제2 장치 사이의 데이터 링크를 위해 사용된 데이터 라인은 라인 가이드 장치에 의해 가이드되는 모니터링될 추가 라인을 위한 일종의 인디케이터로서 역할을 할 수 있다. 이 경우, 이 또는 각각의 추가 라인은 바람직하게는 두 장치의 인터페이스를 연결하는 데이터 라인의 공칭 내구 수명보다 크거나 적어도 그와 같은 공칭 내구 수명을 가지며, 이를테면 미리 정해진 파단 지점이나 취약 링크로서 역할을 한다. 예컨대 응용을 위해 특히 주요한 다른 라인의 간접적인 모니터링이 따라서 진행된다. 대안적으로, 모니터링될 라인은 또한 인터페이스 사이의 데이터 라인을 포함하거나 그로 구성될 수 있다.

두 장치 사이의 인터페이스는 바람직하게는 라인 가이드 장치나 에너지 가이드 체인에 의해 가이드되는 전기 데이터 라인을 통해, 데이터 통신을 위해 연결된다. 이 데이터 라인은 모니터링 시스템을 위해 특별히 제공될 수 있는데, 본 발명은 특히 유리하게는 모니터링 시스템의 구성요소로서 응용을 위해 이미 존재하는 기존 데이터 라인의 사용을 가능하게 한다.

나아가, 일 바람직한 구성은 종래 데이터 라인 대신, 제1 장치와 제2 장치 사이의 데이터 통신을 위한 파워 서플라이 라인의 사용을 허용한다. 이를 위해, 인터페이스는 예컨대 POWERLAN, PLC 또는 다른 IEEE 1901 표준을 위해 구현될 수 있다. 예를 들어, 두 장치의 인터페이스는 에너지 가이드 체인에서 가이드된 파워 서플라이 라인을 통한 시그널링을 위해 연결될 수 있다.

추가적으로 또는 대안적으로, 하이브리드 서보 라인이 또한 두 데이터 통신 장치나 그 인터페이스를 연결할 수 있다. 하이브리드 서보 라인은 전력 전송을 위한 서보 라인과 통합 데이터 라인, 특히 감지 장치 라인을 포함한다. 흔히 또한 단일 케이블 라인이나 OCT(One Cable Technology) 라인으로 지정되는 하이브리드 서보 라인의 이점은 적은 배선 및 공간과 비용에 대한 절감이다. 데이터 전송은 전형적으로 디지털식으로, 다만 공급된 기계의 제조사에 따라 가장 넓은 범위의 버스 기술을 이용하여 진행된다.

제1 장치는 이동하지 않는 기계 부분에 또는 라인 가이드 장치의 베이스 측 엔드에 고정적으로 배열될 수 있다. 제2 장치는 라인 가이드 장치에 의해 데이터 및/또는 에너지가 공급되는 이동형 기계 부분에 배열된다.

두 장치 사이의 데이터 통신의 IT 기반의 또는 데이터 기술 기반의 퀄리티 피처의 본 발명에 따른 이점을 갖는 것은 산업용 로봇에서 라인 모니터링을 위해 특히 유리하게 사용될 수 있다. 라인 가이드 장치는 바람직하게는 예컨대 WO 2004/093279 A1에 설명된 설계의 3차원적으로 굴곡 가능한 에너지 가이드 체인이다. 산업용 로봇의 엔드 이펙터에 제공된 어드레서블 네트워크 또는 필드 장치는 제2 장치로 활용될 수 있다. 산업용 로봇의 경우, 다운타임은 전형적으로 특히 자동화 로봇 설비에서 바람직하지 않기 때문에, 임박한 라인 고장의 조기 식별이 특히 유리하다.

개별적인 링크로 구성된 에너지 가이드 체인에 더하여, 작동 시 라인이 동적으로 부하를 받는 모든 다른 타입의 동적 라인 가이드가 또한 고려될 수 있다. 순전히 예로서, WO 2016/042134 A1은 예컨대 클린 룸 적용을 위한 연성 라인 가이드웨이를 개시하는데, 본 발명이 마찬가지로 적용 가능하다.

제안된 모니터링 시스템은 다만 특히 고장 방지를 위한 예측적이거나 보호적인 유지관리의 목적을 위해 및/또는 실제 에너지 가이드 체인의 진행 중인 작동에서 데이터 또는 파워 서플라이 케이블의 상태 모니터링을 위해 적합하다.

첨부된 도면을 참조하여 바람직한 예시적인 실시예에 기반하여, 전술한 것의 일반적인 응용을 제한함 없이, 본 발명의 추가적인 유리한 특징과 효과가 아래 설명된다.

도 1은 제1 예시적인 실시예에 따른 본 발명에 따른 모니터링 시스템을 갖는 에너지 가이드 체인의 개략적인 측면도이다.
도 2는 제2 예시적인 실시예에 따른 본 발명에 따른 모니터링 시스템을 갖는 에너지 가이드 체인의 개략적인 측면도이다.
도 3은 제3 예시적인 실시예에 따른 본 발명에 따른 모니터링 시스템을 갖는 에너지 가이드 체인의 개략적인 측면도이다.
도 4는 도 1, 도 2 또는 도 3에 따른 모니터링 시스템이 제공될 수 있는 3차원적으로 굴곡 가능한 에너지 가이드 체인을 갖는 산업용 로봇의 측면도이다.

도 1은 동적 라인 가이드 장치의 예로서 전체적으로 '1'로 표시된 개략적으로 도시된 에너지 가이드 체인을 나타낸다. 에너지 가이드 체인(1)은 더 상세하게 나타나 있지 않은 케이블, 호스 또는 그와 유사한 라인의 보호된 가이드를 제공한다. 이동형 연장부(2)(여기서, 상부 연장부)와 고정형 연장부(3)(여기서, 하부 연장부) 사이에서, 에너지 가이드 체인(1)은 특정한 곡률을 갖는 함께 이동하는 굴곡 아크(4)를 형성한다. 라인 파단을 회피하기 위해, 굴곡 아크(4)는 특히 특정한, 최소의 곡률 반경을 가지며, 이로써 곡률 반경이 가이드된 라인을 위해 허용 가능한 곡률 반경 아래로 떨어지지 않도록 보장한다. 라인 가이드 장치는 전형적으로 응용에 의존적인 개수와 타입의 라인이 가이드되는 내부 가이드 채널을 형성한다. 에너지 가이드 체인(1)의 설계는 본 발명에 주요하지 않으며, 예컨대 개별적인, 회전 가능하게 상호 연결된 체인 링크로 구성된 모든 그 자체로 공지된 에너지 가이드 체인(1)이 이용 가능하다.

도 1-3은 단지 예로서, 선형 및 수평으로 변위 가능한 에너지 가이드 체인을 나타낸다. 이동형 연장부(2)는 제1 연결 엔드(2A)에서, 예컨대 이동 가능한 기계 부분(미도시)의 이동형 엔드에 고정되는 엔드 링크에서 끝난다. 고정형 연장부(3)는 제2 연결 엔드(3A)에서, 예컨대 도 1-2에 개략적으로 표시된 바와 같이, 기계나 설비의 고정적인 지점에 고정되는 엔드 링크에서 끝난다. 굴곡 아크(4)는 이동하는 연결 엔드(2A)의 운동을 절반 속도로 따라간다.

도 1은 본 발명의 본질적인 양상으로서, 전체적으로 '10'으로 표시된 모니터링 장치의 개요도이다. 모니터링 장치(10)는 데이터 통신을 위한 인터페이스를 갖는 제1 장치(11) 및 데이터 통신을 위한 인터페이스를 갖는 제2 장치(12)를 포함한다. 그 인터페이스에 기반하여, 장치(11, 12)는 도 1에서 예컨대 PROFINET과 같은, 예컨대 IEEE 802.3과 호환 가능하거나 그와 유사한 프로토콜 또는 ETHERNET 프로토콜에 따른 데이터 통신을 위해 구성되어, 서로 디지털 데이터를 교환할 수 있다. 두 장치(11, 12)의 인터페이스는 이를 위해 ETHERNET 데이터 라인(13), 예컨대 데이터 연선을 갖는 공용 CAT5 데이터 케이블을 통해 연결된다. 데이터 라인(13)의 길이 방향 부분은 도 1에 도시된 바와 같이, 라인 가이드 장치나 에너지 가이드 체인(1)에서 가이드되고 보호된다.

데이터 라인(13)을 갖는 ETHERNET 인터페이스에 더하여, 제1 장치(11)는 장치(11, 12) 사이의 데이터 링크의 정보 기술의 (IT 기반의) 퀄리티 피처(quality feature)에 기반하여, 모니터링될 라인, 예컨대 데이터 라인(13)의 상태에 대한 정보를 감지하도록 구성되는 적어도 하나의 평가 유닛을 포함한다.

제1 장치(11)는 예컨대 ETHERNET 인터페이스를 포함하는 다양한 I/O 인터페이스 및 마이크로프로세서를 갖는 종래의 상용 모듈식 컴퓨터 플랫폼의 형태를 취할 수 있다. 장치(11, 12) 사이의 데이터 링크의 퀄리티 피처의 IT 기반의 체크를 위해, IP 프로토콜에 따른 패킷 교환식 데이터 전송을 위해 적절하며, 프로토콜의 내재 양상으로서, 또는 작동 시스템을 이용해, 예컨대 TCP/IP 프로토콜에 따른 PING 메시지나 ICMP 에코 리퀘스트 또는 그와 비슷한 프로토콜 패밀리와 같은, 어베일러빌리티 리퀘스트(availability request)를 위한 기능을 제공하는 컴퓨터 플랫폼을 위해 종래의 상용 작동 시스템이 사용될 수 있다. 평가 유닛(여기서, 제1 장치(11))에서, 어베일러빌리티 리퀘스트가 제2 장치(12)에 어드레싱될 수 있도록, 제2 장치(12)의 알려져 있거나 미리 정해진 네트워크 어드레스가 이 목적을 위해 저장된다. 평가 유닛은 진행 중인 방식(ongoing manner)으로, 예컨대 규칙적인 시간 간격으로, 제1 장치에서, 대응되는 응답, 예컨대 제2 장치(12)로부터 평가 유닛으로 PONG 메시지나 ECHO 응답의 부재에 기반하여, 또는 실제로 참조 응답에 대한 이들 응답의 특성의 변화에 기반하여 데이터 링크의 퀄리티를 체크한다. 이를 위해, 평가 유닛은 적절한 소프트웨어 기능성이 제공되며, 더욱이 해당 퀄리티 피처를 연속적으로 체크하는 소프트웨어 기반의 진단 기능을 갖는다.

패킷 손실의 감지된 개수가 퀄리티 피처로 사용될 수 있는데, 이는 전형적으로 PING 기능 또는 ICMP 에코 리퀘스트의 출력 값을 나타낸다. 패킷 손실의 개수가 미리 정해진 개수보다 증가하면, 이는 특히 오작동이나 마모에 의해 야기된 데이터 라인(13)의 끊어짐이나 찢어짐과 마모를 나타낸다. 이 경우, 평가 유닛은 예상 유지관리를 가능하게 하도록, 예컨대 데이터 라인(13)을 통해, 또는 바람직하게는 별개의 채널을 통해, 상위 모니터링 수단으로 경고나 에러 메시지를 출력한다(도 3 참조).

제2 장치(12)는 이론적으로 예컨대 TCP/IP 프로토콜에 따른, 예컨대 어베일러빌리티 리퀘스트와 같은, 선택된 프로토콜 기능을 지원하는, 또는 실제로 적어도 예컨대 CAN 버스, EIA-485 등과 같은 필드 버스 프로토콜이 ETHERNET 데이터 링크 대신 사용되면 제1 장치로 수신 확인(receipt acknowledgment)을 보내기 위해 적절한 저렴한 종래의 상용 네트워크 장치나 구성일 수 있다. 후자의 경우, 제1 장치(11)에서, 평가 유닛은 예컨대 제2 장치(12)로부터 수신 확인이 각각의 리퀘스트에 대해 수신되는지 여부를 단순하게 모니터링할 수 있으며, 마찬가지로 미리 정해진 에러 한계에 도달했을 때 경고나 에러 메시지를 출력할 수 있다.

제1 장치(11)처럼, 제2 장치(12)가 또한 특별히 프로그래밍된 하드웨어 모듈로서 제공될 수 있다.

그 자체로 공지된 통신 기술의 활용은 추가 이점을 제공한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 모니터링 장치(10)의 두 장치(11, 12)는 ETHERNET 스위치와 같은, 스위칭 장치(14) 또는 그와 비슷한 액티브 스위칭 또는 네트워크 장치에 각각 연결된다. 이는 모니터링 장치가 기존의 또는 원하는 응용에 의존적인 네트워크나 버스 구조에 심리스로(seamlessly) 그 장치(11, 12)와 통합될 수 있도록 하며, 응용에 관련된 사용자 데이터를 위해 제공된 데이터 라인(13)에 대하여 모니터링을 위해 사용될 수 있도록 한다. 데이터 라인(13)은 예컨대 데이터 버스 또는 데이터 네트워크의 제1 영역(15)과 데이터 버스 또는 데이터 네트워크의 제2 영역(16) 사이에 교환되는, 예컨대 제어 및/또는 측정 데이터와 같은, 사용자 데이터를 제공할 수 있다. 영역(15, 16)은 스위칭 장치(14)를 통해 데이터 라인(13)을 거쳐 연결된다.

스위칭 장치(14) 때문에, 모니터링 장치(10)의 장치(11, 12)는 영역(15, 16) 사이의 통신의 주목할 만한 장애를 유발하지 않는다. 스위칭 장치(14)는 라인 가이드 장치에서 영역에 대해 가능한 멀리 체크된 라인 부분을 제한하기 위해, 에너지 가이드 체인(1)의 연결 엔드(2A, 3A)에 대해 가능한 가까이 배열된다.

통신 토폴로지의 제1 영역(15)은 이 경우 기계나 설비의 고정적인 부분에 배열될 수 있으며, 예컨대 제어 유닛을 포함할 수 있다. 제2 영역(16)은 예컨대 상대적인 운동을 할 수 있는 기계나 설비의 부분에 센서 및/또는 액추에이터를 포함한다.

도 1에 따른 모니터링 장치(10)의 구조에서, 제1 장치(11)에서 필수적인 소프트웨어로 프로그래밍된 특별히 구성된 평가 유닛에 더하여, 모니터링 장치(10)의 목적을 위해 특별히 구성된 제2 장치(12)가 제공된다. 다만, 이는 기존 기술의 활용 때문에 불필요하다.

데이터 네트워크나 데이터 버스의 제2 영역(16)에 제공된 추가 장치(12')의 고유의 네트워크 어드레스나 버스 어드레스가 미리 알려져 있을 때, 이 추가 장치(12')는 위 목적을 위해 사용될 수 있다. 공용 네트워크 장치나 필드 장치는 해당 퀄리티 피처의 적절한 선택의 경우에, 전형적으로 필요한 기술을 포함한다. 그에 대응되는 제2 예시적인 실시예가 도 2에 개략적으로 나타나 있다. 도 2에 따른 모니터링 장치(20)는 예컨대 제1 장치(11)에 구현된 평가 유닛이 제2 영역(16)에서 응용에 특정한 장치(12')와 직접적으로 통신한다는 점에서 다르다. 추가 장치(12')는 예컨대 ECHO 리퀘스트에 응답하도록, 또는 어드레싱된 버스 데이터의 수신을 확인하도록 본질적으로 구성될 수 있다. 특정한 제2 장치와 도 1에 따른 스위칭 장치는 따라서 절대적으로 본질적이지 않다. 더욱이, 도 2에 따른 모니터링 장치(20)의 구조와 기능은 도 1의 그것에 대응된다.

모니터링 장치(30)의 추가 변경이 도 3에 나타나 있다. 여기서, 제1 장치(11)로서, 응용에 특정한 제어나 모니터링 유닛이 예컨대 제공되는데, 이에 평가 유닛(11')이 적절한 하드웨어나 소프트웨어의 형태로, 추가적인 모듈로서 통합된다. 평가 유닛(11')은 이 경우에, 각각의 경우에 몇몇 제2 장치(12A, 21B 등) 중 하나와 공통의 제1 장치(11) 사이의 복수의 데이터 링크로부터 선택된 IT 기반의 퀄리티 피처를 병렬로 감지하도록 구성된다. 평가 유닛(11')을 갖는 제1 장치(11)는 이 방식으로, 다른 에너지 가이드 체인(1)에서 복수의 라인(13A, 13B 등)을 병렬로 모니터링할 수 있다. 도 3은 순전히 예로서 두 개의 모니터링된 에너지 가이드 체인(1)을 도시한다. 제1 장치(11)는 추가 기능을 위해 제1 네트워크나 버스 영역(15)과, 그리고 라인(13A, 13B 등)을 통해, 또한 각각의 경우에 더 복잡한 설비나 기계의 복수의 제2 네트워크나 버스 영역(16)과 연결될 수 있다.

도 4는 모니터링 장치(10, 20, 30)를 위한 예시적인 응용으로서, 예컨대 제작 공정에서 워크피스의 완전히 자동화된 취급을 위한 관절식 로봇(40)을 나타낸다. 관절식 로봇의 고정적인 베이스(40A)로부터, 제1 선형으로 변위 가능한 에너지 가이드 체인(1)은 도 1-3에 있는 바와 같이, (예컨대 WO 2004/093279 A1에 따른) 3차원적으로 굴곡 가능한 제2 에너지 가이드 체인(41)이 엔드 이펙터(42)나 터미널 로봇 툴로 이어지는 회전 조인트로 이어진다. 엔드 이펙터(42)에서, 다수의 액추에이터와 센서가 전형적으로 제공되는데, 이는 공용 필드 버스 프로토콜을 위해, 또는 예컨대 PROFINET 프로토콜을 위해 적절하다.

이들 필드 장치나 네트워크 장치의 어드레스는 미리 정해질 수 있거나 프로그래밍 가능하다. 도 1-3의 원리에 따른 모니터링 장치(10, 20, 30)를 이용해, 에너지 가이드 체인(1, 41)에 의해 가이드되는 적어도 하나의 또는 실제로 모든 데이터 라인이 그 마모 상태를 위해 모니터링된다. 이를 위해, 필요한 전부는 예컨대 컴퓨터에서 소프트웨어 모듈의 형태인 평가 유닛(11')을 갖는 저렴하게 구현 가능한 제1 장치(11)이다. 기존 제어 유닛이나 모니터링 유닛이 이 목적을 위해 사용될 수 있다(도 3 참조).

라인 상태를 모니터링하기 위한 제안된 모니터링 시스템은 따라서 예측 가능한 유지관리를 지원하기 위한 및/또는 다운타임을 줄이거나 회피하기 위한 저렴한 방안을 제공한다. 본 발명은 특히 가능한 내구 수명과 관련하여 더 실패에 민감한, 그리고 선택적으로 실제로 돈이 많이 드는 데이터 라인, 특수 라인 등의 최대 사용을 할 수 있게, 즉 불필요하게 이른 교체를 회피할 수 있게 한다.

도 1-3
1: 라인 가이드 장치 (에너지 가이드 체인) (Line guide apparatus (energy guide chain)
2: 이동형 연장부 (Moving run)
2A: 제1 연결 엔드 (First connection end)
3: 고정형 연장부 (Stationary run)
3A: 제2 연결 엔드 (Second connection end)
4: 굴곡 아크 (Deflection arc)
10, 20, 30: 모니터링 장치 (Monitoring device)
11: 제1 장치 (First device)
12; 12'; 12A, 12B: 제2 장치 (Second device)
13; 13A, 13B: 데이터 라인 (Data line)
14: 스위칭 장치 (ETHERNET 스위치) (Switching device (ETHERNET switch)
15: 제1 영역 (커스터머 네트워크/버스) (First region (customer network/bus))
16: 제2 영역 (커스터머 네트워크/버스) (Second region (customer network/bus))
도 4
1: (선형으로 변위 가능한) 제1 에너지 가이드 체인 (First energy guide chain (linearly displaceable))
2: 제1 연장부 (First run)
3: 제2 연장부 (Second run)
4: 굴곡 아크 (Deflection arc)
40: 관절식 로봇 (Articulated robot)
40A: 베이스 (Base)
41: (3차원적으로 굴곡 가능한) 제2 에너지 가이드 체인 (Second energy guide chain (three-dimensionally deflectable))
42: 엔드 이펙터 (End effector)

Claims (17)

1. 라인 가이드 장치, 특히 에너지 가이드 체인에 의해 가이드된 라인의 상태를 모니터링하기 위한 모니터링 시스템으로서,
   - 고정적인 연결 지점과 그에 대해 이동 가능한 연결 지점 사이에서 라인을 가이드하기 위한 변위 가능한 라인 가이드 장치(1; 41)로서, 제1 연결 엔드(2A)를 갖는 적어도 하나의 이동형 연장부(2) 및 제2 연결 엔드(3A)를 갖는 추가 연장부(3)를 형성하는 라인 가이드 장치(1; 41);
   - 라인 가이드 장치(1; 41)에 의해 가이드되는 적어도 하나의 라인(13; 13A; 13B); 및
   - 모니터링될 라인의 상태에 대한 정보를 감지하는 평가 유닛을 갖는 모니터링 장치(10; 20; 30)를 포함하고,
   - 모니터링 장치는 데이터 통신을 위한 인터페이스를 갖는 제1 장치(11) 및 데이터 통신을 위한 인터페이스를 갖는 제2 장치(12; 12')를 포함하며, 디지털 데이터 전송을 위한 프로토콜에 따른 데이터 통신을 위해 구성되고,
   - 두 장치의 인터페이스는 라인 가이드 장치(1; 41)에 의해 가이드되는 적어도 하나의 라인(13; 13A; 13B)을 통해 연결되며,
   - 평가 유닛은 제1 장치(11)와 제2 장치(12; 12') 사이의 데이터 링크의 정보 기술의 퀄리티 피처(quality feature)에 기반하여 모니터링될 라인의 상태에 대한 정보를 감지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모니터링 시스템.
2. 제1항에 있어서, 프로토콜은 패킷 기반의 디지털 데이터 전송을 위한 프로토콜, 바람직하게는 ETHERNET 또는 PROFIBUS 등과 같은, IEE 802.3에 따른 데이터 네트워크 프로토콜인 것 및/또는 장치(11; 12, 12A)는 패킷 스위칭을 이용한 데이터 통신을 위해 구성되는 것을 특징으로 하는 모니터링 시스템.
3. 제1항에 있어서, 프로토콜은 CAN 버스, EIA-485 등과 같은, 데이터 버스 프로토콜, 특히 산업용 필드 버스 프로토콜인 것을 특징으로 하는 모니터링 시스템.
4. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 각각의 인터페이스는 데이터 통신을 위한 고유의 어드레스를 갖고, 퀄리티 피처는 제2 장치(12, 12')에 어드레싱된 데이터 전송에 의한 정보 기술(IT)을 이용해 정할 수 있는 것을 특징으로 하는 모니터링 시스템.
5. 제1항 내지 제4항 중 하나에 있어서, 평가 유닛(11)은 연속적으로, 특히 규칙적인 간격으로 퀄리티 피처를 정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모니터링 시스템.
6. 제1항 내지 제5항 중 하나에 있어서, 특히 제4항에 있어서, 평가 유닛(11)은 바람직하게는 프로토콜에 본질적인 기능에 기반하여, 특히 제1 장치로부터 제2 장치로의 어베일러빌리티 레퀘스트; 제2 장치로부터 제1 장치로의 수신 확인; 및/또는 패킷 기반의 데이터 전송에서 패킷 손실 또는 패킷 손실율; 및/또는 서비스 퀄리티(QoS) 파라미터를 평가하기 위한 적어도 하나의 프로토콜에 본질적인 기능에 기반하여, 정보 기술(IT)을 이용해, 또는 소프트웨어를 이용해 퀄리티 피처를 정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모니터링 시스템.
7. 제6항에 있어서, 제1 장치는 제2 장치로 상위 프로토콜에 따른 어베일러빌리티 리퀘스트(PING)를 보내고, 평가 유닛은 그에 대응되는 응답(PONG)의 부재나 레퍼런스 응답에 대하여 그에 대한 변화에 기반하여 데이터 링크의 퀄리티를 평가하는 것을 특징으로 하는 모니터링 시스템.
8. 선행 청구항 중 하나에 있어서, 제1 장치(11)는 평가 유닛을 포함하고, 평가 유닛은 바람직하게는 마이크로컨트롤러 등과 같은, 프로그래밍 가능한 집적 회로를 갖는 것을 특징으로 하는 모니터링 시스템.
9. 선행 청구항 중 하나에 있어서, 액티브 네트워크 장치(14), 특히 ETHERNET 스위치는 제1 연결 엔드(3A)에서 라인과 연결되며, 그 네트워크 장치에 제1 장치(11)가 연결되는 것; 및/또는
   액티브 네트워크 장치(14), 특히 ETHERNET 스위치는 제2 연결 엔드(2A)에서 라인과 연결되며, 그 네트워크 장치에 제2 장치(12)가 연결되는 것을 특징으로 하는 모니터링 시스템.
10. 제1항 내지 제9항 중 하나에 있어서, 특히 제9항에 있어서, 모니터링 장치(20)는 제2 장치(12)로서, 데이터 네트워크나 데이터 버스에 존재하는 어드레서블 네트워크 장치나 필드 장치를 사용하고, 그 네트워크 장치나 필드 장치는 특히 모니터링 장치를 위해 특별히 제공되지 않는 것을 특징으로 하는 모니터링 시스템.
11. 제1항 내지 제9항 중 하나에 있어서, 특히 제9항에 있어서, 모니터링 장치는 특별히 모니터링 시스템을 위해 특별히 제공된 제2 장치(12)를 포함하는 것을 특징으로 하는 모니터링 시스템.
12. 제1항 내지 제11항 중 하나에 있어서,
    - 라인 가이드 장치는 에너지 가이드 체인(1; 41), 특히 제1 연결 엔드(2A)를 갖는 이동형 연장부(2), 제2 연결 엔드(3A)를 갖는 고정형 연장부(3) 및 두 연장부 사이의 굴곡 아크(3)를 형성하는 에너지 가이드 체인인 것, 및/또는
    - 적어도 하나의 추가 라인이 라인 가이드 장치에 의해 가이드되고, 각각의 추가 라인은 두 장치의 인터페이스가 연결되는 라인(13, 13A, 13B)의 공칭 내구 수명보다 길거나 그와 같은 공칭 내구 수명을 갖는 것을 특징으로 하는 모니터링 시스템.
13. 제1항 내지 제12항 중 하나에 있어서, 인터페이스는 POWERLAN, PLC 또는 IEEE 1901 표준 등을 위해 구현되고, 두 장치의 인터페이스는 라인 가이드 장치에 의해 가이드된 파워 서플라이 라인을 통한 시그널링을 위해 연결되는 것을 특징으로 하는 모니터링 시스템.
14. 제1항 내지 제12항 중 하나에 있어서,
    - 데이터 커뮤니케이션을 위한 두 장치(11, 12)의 인터페이스는 라인 가이드 장치에 의해 가이드된 전기적 데이터 라인(13)을 통해 연결되고, 모니터링될 라인은 바람직하게는 데이터 라인을 포함하거나 데이터 라인, 특히 ETHERNET 가능한, 멀티 코어 코퍼 데이터 케이블인 것; 또는
    - 두 장치(11, 12)의 인터페이스는 하이브리드 서보 라인을 통한 데이터 통신을 위해 연결되는 것을 특징으로 하는 모니터링 시스템.
15. 제1항 내지 제14항 중 하나에 있어서, 제1 장치(11)는 라인 가이드 장치의 베이스 측 엔드에 고정적으로 배열되고, 제2 장치(12; 12')는 라인 가이드 장치(1; 41)에 의해 데이터 및/또는 에너지가 공급되는 이동 가능한 기계 부분에 배열되는 것을 특징으로 하는 모니터링 시스템.
16. 제1항 내지 제15항에 따른 모니터링 시스템을 특징으로 하고, 라인 가이드 장치(41)는 3차원적으로 굴곡 가능하며, 제2 장치로서 어드레서블 네트워크 장치나 필드 장치가 사용되어 산업용 로봇의 엔드 이펙터(42)에 제공되는 산업용 로봇(40).
17. 진행 중인 작동에서 에너지 가이드 체인에서 데이터나 파워 서플라이 케이블의 상태를 모니터링하기 위해, 특히 예방적인 유지관리의 목적을 위해 제1항 내지 제15항에 따른 모니터링 시스템을 사용하는 방법.

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