(57)【要約】      （修正有）【課題】システム構成を複雑化させることなく測定対象の温度に相関する信号を出力することができる信号出力装置及び計測システムを提供する。【解決手段】信号出力装置１１は、安定化電源１１３と、計測対象の温度変化に応じて抵抗値が変化する可変抵抗１１１と、可変抵抗１１１の抵抗値に応じた周波数又はパルス幅を有するパルス信号を生成する信号生成部１１２と、信号生成部１１２で生成したパルス信号を出力する出力部１１６とを持つ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
安定化電源と、
計測対象の温度変化に応じて抵抗値が変化する可変抵抗と、
前記可変抵抗の抵抗値に応じた周波数又はパルス幅を有するパルス信号を生成する信号生成部と、
前記パルス信号を出力する出力部と、
を備える信号出力装置。
【請求項２】
前記信号生成部から生成される前記パルス信号を増幅し、増幅した信号を前記出力部に出力するトランジスタをさらに備える、
請求項１に記載の信号出力装置。
【請求項３】
前記安定化電源は、自身の出力側の電圧の安定性を保つ程度の容量を有するコンデンサと、自身の出力側の電圧の安定性を保つ程度の自己インダクタンスを有するコイルとのいずれか一方又は両方を自身の入力側に備え、
前記出力部が整流素子を介して自身の入力側に接続され、前記出力部から自身の入力側に印加された電圧によって所定の電圧を出力する、
請求項１又は２のいずれか一項に記載の信号出力装置。
【請求項４】
前記信号生成部は非安定マルチバイブレータである、
請求項１から３のいずれか一項に記載の信号出力装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の信号出力装置と、
前記パルス信号を前記信号出力装置から温度を特定する外部装置へ前記パルス信号に同期した信号を伝達する信号処理装置と、
を備える計測システム。
【請求項６】
前記信号処理装置は、電気的に絶縁し、前記パルス信号を電気伝導以外の物理現象によって伝達する素子で構成されることを特徴とする、
請求項５に記載の計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、信号出力装置及び計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、サーボモータのユーザーは、フレーム部の温度が閾値を超えた場合に、サーボモータを停止することによってサーボモータの過熱を防止していた。その際、ユーザーはサーモスタットによって、フレーム部の温度が閾値を超えたか否かを判断していた。しかしながら、サーボモータの過熱を精度良く防止するためには、フレーム部の温度が閾値を超えたか否かだけでなく、その温度変化も把握するほうがよい。
【０００３】
フレーム部の温度変化を把握しようとした場合、計算によってフレーム部の温度を推定する方法と、フレーム部の実際の温度を測定する方法とが考えられる。しかしながら、計算によって推定する方法では、算出された値とフレーム部の実際の温度とが大きく乖離する場合がある。この場合、計算に使用する物理量の実際の値を測定することで乖離を小さくすることが可能であるが、そのためには、計算に使用する物理量を測定するセンサとそれに関わる回路とが必要となる。一方、フレーム部の実際の温度を測定する場合、フレーム部の温度に相関する物理量を取得する装置に加え、アナログ入力モジュール等の外部装置が必要になる。そのため、フレーム部の温度変化を測定しようとした場合、システムが複雑化してしまう可能性があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１５５８４号公報
【特許文献２】特開２００５−７３３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、システム構成の複雑化を抑制して測定対象の温度に相関する信号を出力することができる信号出力装置及び計測システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の信号出力装置は、安定化電源と、計測対象の温度変化に応じて抵抗値が変化する可変抵抗と、前記可変抵抗の抵抗値に応じた周波数又はパルス幅を有するパルス信号を生成する信号生成部と、前記信号生成部で生成した前記パルス信号を出力する出力部とを持つ。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態の信号出力装置１１を用いて構成された計測システム１の構成の具体例を示す図。
【図２】実施形態の信号生成部１１２が生成した温度相関信号に同期した信号が信号処理装置１２によって出力されることを示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態の信号出力装置及び計測システムを、図面を参照して説明する。
【０００９】
図１は、実施形態の計測システム１の構成の具体例を示す図である。計測システム１は、例えば、サーボモータのフレーム部の温度を計測する。なお、本実施形態において「計測」とは、物理量の大きさ又は強さを示す信号を電気信号として出力することを意味する。
具体的には、本実施形態における温度の「計測」とは、計測対象に接し、その計測対象の温度に応じた周波数又はパルス幅を有するパルス信号を出力することを意味する。
【００１０】
計測システム１は、信号出力装置１１及び信号処理装置１２を備える。図中の信号出力装置１１は、信号処理装置１２に接続される。
信号出力装置１１は、サーボモータのフレーム部に接し、フレーム部の温度を取得して、フレーム部の温度に相関する値を示す信号を出力する。
信号処理装置１２は、信号出力装置１１から出力される信号を自装置に入力し、入力した信号に基づいてフレーム部の温度を示す情報（以下「出力温度情報」という。）を出力する。出力温度情報は、信号処理装置１２に接続される温度特定装置（図示せず）に出力される。温度特定装置は、出力温度情報に基づいて温度を特定する装置である。温度特定装置は、信号処理装置１２に接続されて出力温度情報に基づいて温度を特定する装置であればどのようなものであってもよい。例えば、温度特定装置は、出力温度情報に基づいて温度を特定するコンピュータプログラムを実行するパソコン等の電子計算機であってもよい。
すなわち、実施形態の計測システム１は、例えば、サーボモータのフレーム部の温度を特定する装置に対して、出力温度情報を出力するシステムである。
【００１１】
具体的には、信号出力装置１１は、可変抵抗１１１、信号生成部１１２、安定化電源１１３、整流素子１１４、トランジスタ１１５及び出力部１１６を備える。
【００１２】
可変抵抗１１１は、温度の変化に応じて抵抗値が変化する素子である。可変抵抗１１１は、信号生成部１１２に電気的に接続される。可変抵抗１１１は、フレーム部の表面に接し、フレーム部の表面から伝わる熱による自身の温度変化に応じて抵抗値が変わる。可変抵抗１１１は例えば、サーミスタである。このような可変抵抗１１１を介することで、信号出力装置１１は、フレーム部の表面温度に相関する抵抗値を取得する。
【００１３】
信号生成部１１２は、可変抵抗１１１に電気的に接続され、可変抵抗１１１の抵抗値に応じた周波数又はパルス幅のパルス信号（以下「温度相関信号」という。）を生成する。信号生成部１１２は、可変抵抗１１１の抵抗値の変化を、自身が備える所定の素子に対して可変抵抗１１１が引き起こす電気的又は磁気的変化として取得する。自身が備える所定の素子に対する電気的又は磁気的変化は、例えば、自身が備えるコンデンサを充電する時間の変化や、自身が備える抵抗に印加される電圧の変化等である。信号生成部１１２は、例えば非安定マルチバイブレータである。なお、前述したように可変抵抗１１１の抵抗値は、可変抵抗１１１が接するフレーム部の温度に応じた値である。以上の様な作用によって、信号生成部１１２は、フレーム部の温度に応じた温度相関信号を出力する。すなわち、温度相関信号は、フレーム部の温度に相関する物理量の値を示す情報（以下「温度相関情報」という。）を示す信号である。信号生成部１１２は、端子Ｓ１、端子Ｓ２、端子Ｓ３及び端子Ｓ４の４つの端子を備える回路である。端子Ｓ１は、安定化電源１１３に接続される端子である。端子Ｓ２は、可変抵抗と接続される端子である。端子Ｓ３は、トランジスタ１１５に接続される端子である。端子Ｓ４は、接地される端子である。信号生成部１１２は、端子Ｓ１−Ｓ４間に印加される電圧によって動作する。信号生成部１１２は、端子Ｓ３を介して温度相関信号をトランジスタ１１５に出力する。
【００１４】
安定化電源１１３は、自身の入力側に電圧が印加された場合に、自身に接続された負荷に対して、入力側の電圧によらない所定の電圧を出力する。図１の例では、上記の負荷として信号生成部１１２が、端子Ｓ１及び端子Ｓ４を介して安定化電源１１３に接続される。安定化電源１１３は、コンデンサ（図示せず）を入力側に備える。コンデンサの容量は、温度相関信号がオン状態とオフ状態とを繰り返す間に、安定化電源１１３の出力側の電圧について、安定性が保たれる程度の容量である。なお、オン状態とは、温度相関信号を表す電圧が高い（High）状態であり、オフ状態とは、温度相関信号を表す電圧が低い（Low）状態である。安定化電源１１３が出力する所定の電圧は、信号生成部１１２が温度相関信号を生成するのに必要な電力を供給する電圧である。例えば、所定の電圧は、５Ｖの直流電圧である。安定化電源１１３は、例えば、３端子レギュレータである。以下、安定化電源１１３の出力側の電圧の安定性を保つ程度の容量を有して、安定化電源の入力側に備えられたコンデンサを入力側受動部品という。なお、入力側受動部品は、必ずしもコンデンサである必要はなく、安定化電源１１３の出力側の電圧の安定性を保つ部品であればどのようなものであってもよい。入力側受動部品は、例えば、安定化電源１１３の出力側の電圧の安定性を保つ程度の自己インダクタンスを有するコイルであってもよい。
【００１５】
整流素子１１４は、自身のカソード側が安定化電源１１３の入力側に接続され、電流の逆流を防ぐ。電流の逆流は、安定化電源１１３から整流素子１１４に向かって電流が流れることである。整流素子１１４は、自身のカソード側が安定化電源１１３の備える入力側受動部品に接続される。整流素子１１４は、自身のアノード側が、トランジスタ１１５のコレクタ側と、出力部１１６とに接続される。
【００１６】
トランジスタ１１５は、信号生成部１１２が生成した温度相関信号を増幅する。トランジスタ１１５は、信号生成部１１２と電気的に接続される。トランジスタ１１５は、ベースが信号生成部１１２に接続され、コレクタが整流素子１１４のアノード側に接続される。トランジスタ１１５は、ベースに接続された温度相関信号を増幅して、Ｔｒ増幅信号として出力する。なお、トランジスタ１１５は、必ずしもトランジスタでなくてもよい。トランジスタ１１５は、信号生成部１１２が生成したパルス信号を増幅する素子であれば、どのようなものであってもよい。トランジスタ１１５のエミッタ側は、接地されるとともに、端子Ｓ４を介して信号生成部１１２に接続される。
【００１７】
信号出力装置１１の出力部１１６は、信号処理装置１２に接続される。出力部１１６は、この接続を介して、Ｔｒ増幅信号を信号処理装置１２に出力する。出力部１１６は、第一の導線と第二の導線とを備える。第一の導線は、一端は接地され、他端は信号処理装置１２に接続される。また、第一の導線の接地された一端は、トランジスタ１１５のエミッタにも接続される。さらに、第一の導線の接地された一端は、端子Ｓ４を介して信号生成部１１２に接続される。第二の導線は、一端がトランジスタ１１５のコレクタと、整流素子１１４のアノード側とに接続され、他端が信号処理装置１２に接続される。
【００１８】
そのため、出力部１１６の点Ｐ１とＰ２との間（以下「点Ｐ１−Ｐ２」という。）には、エミッタ・コレクタ間電圧がかかる。第一の導線及び第二の導線は、抵抗等の電圧降下を起こす素子を備えないため、点Ｐ１−Ｐ２にかかった電圧は、出力部１１６の点Ｐ３とＰ４との間（以下「点Ｐ３−Ｐ４」という。）にもかかる。すなわち、点Ｐ３−Ｐ４間にかかる電圧は、Ｔｒ増幅信号を表す。
出力部１１６は、必ずしも導線を備える必要はない。出力部１１６は、例えば、２つの端子であってもよい。また、出力部１１６は、例えば、信号出力装置１１の筐体の外部にあって、信号処理装置１２と接続されるツイストペアケーブルであってもよい。
【００１９】
信号処理装置１２は、第一の回路Ｃ２−１、第二の回路Ｃ２−２及びフォトカプラ１２１を備える。第二の回路Ｃ２−２は、信号出力装置１１とは絶縁される。
【００２０】
フォトカプラ１２１は、発光ダイオード１２１１及びフォトトランジスタ１２１２を備える。フォトカプラ１２１は、発光ダイオード１２１１が発する光によってフォトトランジスタ１２１２に信号を伝達する。これにより、フォトカプラ１２１は、第一の回路Ｃ２−１と第二の回路Ｃ２−２とを電気的には絶縁しながらも、第一の回路Ｃ２−１の信号を第二の回路Ｃ２−２に伝達する。
【００２１】
発光ダイオード１２１１は、第一の回路Ｃ２−１に接続され、第一の回路Ｃ２−１に流れる電流が供給するエネルギーによって発光する。例えば、第一の回路Ｃ２−１にパルス信号が流れる場合、発光ダイオード１２１１は、温度相関信号がHighのオン状態で発光し、Lowのオフ状態で発光しない。なお、発光ダイオード１２１１は、アノード側が、抵抗を介して直流電圧源（以下「ソース電圧源」という。）に接続され、カソード側が、信号出力装置１１の第二の導線の点Ｐ４に接続される。ソース電圧源は、例えば２４Ｖの直流電圧である。
【００２２】
フォトトランジスタ１２１２は、第二の回路Ｃ２−２に接続され、発光ダイオード１２１１が発光する光によって、第一の回路Ｃ２−１に流れるパルス信号は、第二の回路Ｃ２−２に伝達される。フォトトランジスタ１２１２のコレクタ側にはフォトトランジスタ１２１２に電圧を印加する電源が接続される。以下、この電源をＰＴ電源という。フォトトランジスタ１２１２のコレクタ側とＰＴ電源との間には抵抗１２２が挿入される。フォトトランジスタ１２１２は、点Ｐ５及び点Ｐ６によって温度特定装置に接続される。点Ｐ５は、フォトトランジスタ１２１２のコレクタ側と温度特定装置との接続点である。また、点Ｐ５は、フォトトランジスタ１２１２のコレクタ側と、抵抗１２２との接続点でもある。点Ｐ６は、フォトトランジスタ１２１２のエミッタ側と温度特定装置との接続点である。点Ｐ５と点Ｐ６との間の電圧が、信号処理装置１２が出力する信号の電圧である。
【００２３】
なお、フォトカプラ１２１は、回路Ｃ２−１と回路Ｃ２−２とを電気的に絶縁し、かつ、回路Ｃ２−１への信号を電気伝導以外の物理現象によって伝達する素子であればどのようなものに置換されてもよい。フォトカプラ１２１は、例えば、磁気結合方式の絶縁素子や、容量結合方式の絶縁素子や、コンパレータであってもよい。
信号処理装置１２は、ノイズ対策用に設けられる装置で、ノイズの影響を受けないような環境にあれば不要である。
【００２４】
（動作）
以下、実施形態の計測システム１が、サーボモータのフレーム部の温度を計測する際の動作を説明する。まず、温度相関信号を生成し、その信号を信号処理装置１２の第二の回路Ｃ２−２に伝達する動作を説明する。
【００２５】
可変抵抗１１１の抵抗値が、フレーム部の熱によってフレーム部の温度に応じた値に変化する。
【００２６】
信号生成部１１２は、温度相関情報を示す信号を生成する。具体的には、信号生成部１１２は、可変抵抗１１１の抵抗値に応じた周波数及びパルス幅の温度相関信号を生成する。例えば、信号生成部１１２が非安定マルチバイブレータである場合、以下のようにして、温度相関信号を生成する。可変抵抗１１１の抵抗値が変化すると、それに応じて非安定マルチバイブレータのＣＲ時定数が変わる。非安定マルチバイブレータが生成するパルス信号の周波数やパルス幅は、コンデンサの容量に応じて決まる。そのため、非安定マルチバイブレータは、可変抵抗１１１の抵抗値に応じた周波数及びパルス幅の温度相関信号を生成する。すなわち、非安定マルチバイブレータは、温度相関情報を示す信号を生成する。このようにして、信号生成部１１２は、温度相関情報を示す信号を生成する。
【００２７】
トランジスタ１１５は、信号生成部１１２が生成した温度相関信号を増幅する。トランジスタ１１５は、自身が増幅したＴｒ増幅信号を出力部１１６の点Ｐ３−Ｐ４間に出力する。この際、トランジスタ１１５のコレクタ側からエミッタ側に向かう電流が流れる。しかし、整流素子１１４があることで、安定化電源１１３から整流素子１１４に向かう電流は流れない。そのため、安定化電源１１３の入力側の電圧の電圧値は、トランジスタ１１５のコレクタ・エミッタ間の電圧が低い状態であっても、安定化電源１１３の出力側の電圧が所定の電圧値を維持する程度の電圧値が維持される。
【００２８】
出力部１１６は、Ｔｒ増幅信号を信号処理装置１２に伝達する。具体的には、出力部１１６は、自身の備える点Ｐ３−Ｐ４間のＴｒ増幅信号を、信号処理装置１２の第一の回路Ｃ２−１に伝達する。
【００２９】
フォトカプラ１２１は、第一の回路Ｃ２−１の信号を、第二の回路Ｃ２−２に伝達する。具体的には、第一の回路Ｃ２−１に流れる信号によって、発光ダイオード１２１１が発光する。フォトトランジスタ１２１２は、発光ダイオード１２１１の発光を受光すると、電気信号として、第一の回路Ｃ２−１の信号を第二の回路Ｃ２−２に伝達する。
【００３０】
このようにして、計測システム１は、温度に相関する信号を生成して、その信号を信号処理装置１２の第二の回路Ｃ２−２に伝達する。第二の回路Ｃ２−２に伝達された電気信号は、出力温度情報を示す信号であり、信号処理装置１２に接続される装置に出力される。
また、信号処理装置１２に接続される装置は、温度特定装置である。温度特定装置は、取得した出力温度情報に基づいて温度を特定する。例えば、温度特定装置は、信号処理装置１２が出力した出力温度情報を示す信号の単位時間当たりのパルス数によって温度を特定する。温度特定装置は、例えば、信号処理装置１２が出力した出力温度情報を示す信号の周波数又はパルス幅によって温度を特定する。
【００３１】
次に、信号処理装置１２が信号出力装置１１の安定化電源１１３に電力を供給する動作について説明する。
【００３２】
信号出力装置１１が起動する前は、安定化電源１１３の出力電圧は０Ｖで、信号生成部１１２やトランジスタ１１５等は動作していない状況にある。信号処理装置１２が起動し、ソース電圧源が起動すると、ソース電圧源は、信号処理装置１２の第一の回路Ｃ２−１に電圧（以下「ソース電圧」という。）を印加する。ソース電圧が上昇すると、回路Ｃ２−１が備える抵抗及び発光ダイオードを介して電流が信号出力装置１１に流れ、安定化電源１１３が動作し得る電圧まで上昇する。安定化電源１１３が動作し始めると、信号生成部１１２やトランジスタ１１５等が正常に動作し始め、サーボモータのフレーム部の温度を示す温度相関信号が出力される。温度相関信号が出力し始めると、安定化電源に供給される電圧がオン／オフを繰り返す事になる。温度相関信号がHighでトランジスタ１１５がオンした状態では、安定化電源１１３にかかる電圧はトランジスタ１１５のオン電圧である低い電圧になるので、安定化電源１１３には電力は供給されない状態となる。一方、温度相関信号がLowでトランジスタ１１５がオフした状態では、トランジスタ１１５には電流が流れないので、安定化電源１１３にかかる電圧はほぼソース電圧になり、安定化電源１１３に電力が供給される状態となる。
【００３３】
このようにして、信号出力装置１１は、電力の供給を受ける。
なお、信号出力装置１１への電力の供給は、別の電源から供給されても良い。
【００３４】
図２は、実施形態の信号生成部１１２が生成した温度相関信号に同期した信号が信号処理装置１２によって出力されることを示す図である。
【００３５】
図２は、実施形態における温度相関信号の電圧の時間変化と、発光ダイオード１２１１に流れる電流の時間変化と、信号処理装置１２によって出力される信号の電圧の時間変化とを示す図である。具体的には、図２（Ａ）は、トランジスタ１１５のベースにかかる温度相関信号（Vｂ）の時間変化を示す図である。
【００３６】
図２（Ｂ）は、発光ダイオード１２１１に流れる電流（Ｉｄｉｏｄｅ）の時間変化を示す図である。発光ダイオード１２１１のアノード側からカソード側に流れる電流の電流値は、温度相関信号に同期する。
【００３７】
図２（Ｃ）は、端子Ｐ５−端子Ｐ６間にかかる電圧（Ｖｏｕｔ）の時間変化を示す図である。ＶｏｕｔとＶｂとは、極性が反転しているものの、同じパルス幅及び周期を有する。すなわち、信号処理装置１２は、極性が反転しているものの、温度相関信号と同期した信号である。
【００３８】
このように、信号生成部１１２が生成した温度相関信号に同期した信号が、信号処理装置１２によって出力される。
【００３９】
なお、本実施形態の信号出力装置１１は、必ずしもサーボモータのフレーム部の温度を計測することだけに使用される必要はなく、軸受けの温度や、サーボモータの制御盤内の温度の計測に使用されても良い。
【００４０】
なお、信号処理装置１２は、外部装置の一例である。
【００４１】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、フレーム部の温度変化に応じた信号を生成する信号生成部１１２と、その信号を外部装置に伝達する導線と、電力の供給を受ける導線とを共通の導線とする出力部１１６とを備えることにより、システムの複雑化を抑制して、測定対象の温度に相関する信号を生成することができる。
【００４２】
本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４３】
１…計測システム、１１…信号出力装置、１２…信号処理装置、１１１…可変抵抗、１１２…信号生成部、１１３…安定化電源、１１４…整流素子、１１５…トランジスタ、１１６…出力部、１２１…フォトカプラ
【図１】
2019036161.tif 000003
【図２】
2019036161.tif 000004