(57)【要約】  測定装置（１８）が、機械の動作量を検出するための測定ユニット（２１）と、双方向のディジタルのデータ接続手段（４）により測定ユニット（２１）に接続される、機械を制御するための制御ユニット（３）とを有する。測定ユニット（２１）は、動作量のためのアナログ測定信号（Ａ１，Ａ２）を検出するためのセンサ手段（８）と、アナログ測定信号（Ａ１，Ａ２）をディジタル化し評価するための評価ユニット（１４）と、アナログ測定信号（Ａ１，Ａ２）の閾値検査のための監視ユニット（１５）とを含む。データ接続手段（４）は、評価ユニット（１４）および監視ユニット（１５）によって求められたディジタル測定もしくは監視情報（Ｍ，Ｆ）を測定ユニット（２１）から制御ユニット（３）に伝達し、かつ監視ユニット（１５）の自動テスト開始のためのディジタル制御指令を制御ユニット（３）から測定ユニット（２１）へ伝達するように構成されている。更に、監視ユニット（１５）の自動テスト中にテスト信号として供給されるアナログ測定信号（Ａ１，Ａ２）を的確に増幅または減衰させるための変更手段（１１；１９，２０）が設けられている。
2010526282.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械の動作量を検出するための測定ユニット（２；２１）と、双方向のディジタルのデータ接続手段（４）により測定ユニット（２；２１）に接続される、機械を制御するための制御ユニット（３）とを備え、
ａ）測定ユニット（２；２１）は、動作量のための少なくとも１つのアナログ測定信号（Ａ１，Ａ２）を検出するためのセンサ手段（８）と、アナログ測定信号（Ａ１，Ａ２）をディジタル化し評価するための評価ユニット（１４）とを含み、かつ少なくとも部分的にアナログ測定信号（Ａ１，Ａ２）の閾値検査のための監視ユニット（１５）を含み、
ｂ）データ接続手段（４）は、評価ユニット（１４）および監視ユニット（１５）によって求められたディジタル測定情報もしくは監視情報（Ｍ，Ｆ）を測定ユニット（２；２１）から制御ユニット（３）に伝達し、かつ監視ユニット（１５）の自動テスト開始のためのディジタル制御指令を制御ユニット（３）から測定ユニット（２；２１）へ伝達するように構成され、
ｃ）監視ユニット（１５）の自動テスト中にテスト信号として供給されるアナログ測定信号（Ａ１，Ａ２）を増幅または減衰させるための変更手段（１１；１９，２０）が設けられている測定装置。
【請求項２】
変更手段（１１；１９，２０）は、複数段または連続の増幅または減衰を行なうように構成されていることを特徴とする請求項１記載の測定装置。
【請求項３】
変更手段は、切換可能な増幅度を有する増幅器（１９，２０）を含むことを特徴とする請求項１記載の測定装置。
【請求項４】
センサ手段は光源（９，１０）を有する光学的な正弦／余弦発生器（８）を含み、変更手段は光源（９，１０）によって発生された光強度を可変調整するための光源制御ユニット（１１）を含むことを特徴とする請求項１記載の測定装置。
【請求項５】
監視ユニット（１５）の一部（１７）は制御ユニット（３）内に配置されていることを特徴とする請求項１記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械の動作量を検出するための測定ユニットと、双方向のディジタルのデータ接続手段により測定ユニットに接続される、機械を制御するための制御ユニットとを備え、測定ユニットが、動作量に関する少なくとも１つのアナログ測定信号を検出するためのセンサ手段と、アナログ測定信号をディジタル化し評価するための評価ユニットとを含み、かつ少なくとも部分的にアナログ測定信号の閾値検査のための監視ユニットを含み、データ接続手段が、評価ユニットおよび監視ユニットによって求められたディジタル測定情報もしくは監視情報を測定ユニットから制御ユニットに伝達し、かつ監視ユニットの自己テストの開始のためのディジタル制御指令を制御ユニットから測定ユニットへ伝達するように構成されている測定装置に関する。
【０００２】
この種の測定装置は例えば独国特許出願公開第１０２４４５８３号明細書から公知である。この公知の測定装置では動作量として加工機械の可動部分の位置が検出される。例えば直線運動または回転運動の可能なロータとして構成されている部分の現在位置が、加工機械を制御するための制御ユニットにおいて必要とされる。信頼性を高めるために、位置検出がしばしば冗長的に行われる。しかし、独国特許出願公開第１０２４４５８３号明細書の測定装置においては、必要な信頼性の保証のために監視ユニットを含む唯一の測定ユニットしか設けられていない。監視ユニットは、センサ手段から供給されたアナログ測定信号が定められた限界内にあるかどうかを検査する。更に、制御ユニットは監視ユニットの自己テストを開始させることができ、この自己テストでは、例えば閾値を上回るようにアナログ測定信号をテスト電位によって置き換え、監視ユニットの現在の動作能力を検査することができる。テスト電位の供給は付加的な電圧源を必要とする。これは、一方では高価であり、他方では監視ユニットの動作能力の広範囲にわたる検査を可能にしない。
【０００３】
本発明の課題は、測定ユニットおよび特に監視ユニットの簡単でありながら信頼できる検査を可能にする冒頭に述べた測定装置を提供することにある。
【０００４】
この課題は独立請求項１の特徴事項によって解決される。本発明による測定装置においては、監視ユニットの自己テスト中にテスト信号として供給されるアナログ測定信号を的確に増幅または減衰させるための変更手段が設けられている。
【０００５】
自己テスト中にアナログ測定信号を本発明により増幅または減衰させることは、簡単に、したがって低コストで実現される。本発明による変更手段の変換の際に、特に、測定ユニットにおいていずれにせよ存在する部分構成要素が用いられる。このために部分構成要素は僅かに変更または拡張される。
【０００６】
アナログ測定信号を相応に増幅または減衰させることにより、監視ユニットの動作能力を、従来技術から公知のテスト電位を用いるよりも広範囲に検査することができる。公知の方法では動的な経過が全く考慮されていないままである。したがって、本発明による測定装置においては、アナログ測定信号の動特性が監視ユニットの自動テストのために加えられる。
【０００７】
本発明による測定装置の有利な実施態様は請求項１に従属した請求項の特徴事項から得られる。
【０００８】
変更手段は複数段または連続の増幅または減衰を行なうように構成されている実施態様が好ましい。それによっても監視ユニットの動作能力の正確な検査が達成される。例えば、種々の減衰率または増幅率の段階的設定により、または減衰率または増幅率の設定された時間経過により、どの下方閾値および／または上方閾値から監視ユニットが応答して故障警報を制御ユニットに伝達するかが求められる。このようにして、監視ユニットの始まりかけている今のところはまだ危機的でない機能障害を非常に早期に認識することができ、それによって対応策を的確にとりわけ望ましい時点で実行に移すことができる。
【０００９】
更に、変更手段は切換可能な増幅度を有する増幅器を含むとよい。このようにして、アナログ測定信号のレベルは自動テスト中に非常に簡単に所望のように変えることができる。増幅率を変更するために、特に、いずれにせよ設けられる増幅器に付加的に、投入可能な抵抗または投入可能な抵抗バンクが設けられているとよい。
【００１０】
他の好ましい実施態様において、センサ手段は少なくとも１つの光源を有する光学的な正弦／余弦（sin/cos）発生器を含み、変更手段は光源によって発生された光強度を可変調整するための光源制御ユニットを含む。このような正弦／余弦発生器は、特に、２つの９０°位相のずれたほぼ正弦波状のアナログ出力信号を供給する２つの光学的な走査ユニットを有する。それらの出力信号の２乗の和は、使用される１つもしくは場合によっては２つの光源の光強度によって決まる一定値を有する。これらの和信号の評価時に、それのレベルは問題なしに入力側に予め定められた光強度を介して変えられる。したがって、光源の送出光強度の簡単に実行できる変更に基づいて、監視ユニットが規則正しい機能で故障警報を制御ユニットに送出するように、監視ユニットは的確に、より低いレベルの信号またはより高いレベルの信号を入力される。
【００１１】
更に、監視ユニットが分割され、監視ユニットの一部が制御ユニット内に配置されていると好ましい。その場合に測定ユニットは、単一の故障ビットの代わりに、自動テスト中に求められた信号レベルを、ディジタルのデータ接続手段を介して制御ユニットに伝達するとよい。そこに配置された監視ユニット部分においては、特に評価ユニットによって得られた測定情報を含めて、一方では監視ユニットがまだ動作能力を有するかどうか、他方ではアナログ測定信号の現在値が許容限界内にあるかどうかが検査される。他の方法では後者の検査は自動テストの時間中に行なわれ得ない。
【００１２】
図面に基づく以下における実施例の説明から、本発明の他の特徴、利点および詳細を明らかにする。
図１は光学的な正弦／余弦発生器と監視ユニットとを有する測定ユニットを備え正弦／余弦発生器の光源の制御が可変である測定装置の第１の実施例を示す。
図２は監視ユニットを有する測定ユニットを備え監視ユニットの前に可変増幅率を有する増幅器が置かれている測定装置の他の実施例を示し、
図３は図２による測定装置において使用される可変増幅率を有する増幅器の実施例を示す。
図１ないし図３において互いに対応する部分には同じ符号が付されている。
【００１３】
図１には詳しくは示されていない機械の可動部分の位置を検出するための測定装置１の実施例が示されている。機械は、特に、例えば工作機械のような加工機械または十分任意に構成される製造ロボットである。しかし、例えば電気駆動装置のような上位に置かれたユニットの一部のみであってもよい。基本的には可動部分の位置の代わりに機械の他の物理学的または化学的な動作量も検出することができる。
【００１４】
測定装置１は、主構成要素として、双方向のディジタルのデータ接続手段４を介して互いに通信可能な測定ユニット２および制御ユニット３を含む。データ接続手段４は有線もしくは無線にて構成されているとよい。データ接続手段４は、本来のデータチャネル５のほかに、それぞれ、測定ユニット２における送信／受信モジュール６および制御ユニット３における送信／受信モジュール７を含む。
【００１５】
測定ユニット２は、センサ手段として、２チャネルの光学式の正弦／余弦（sin/cos）発生器８を含み、正弦／余弦発生器８の光源９，１０は光源制御ユニット１１に接続されている。正弦／余弦発生器８の受光器１２，１３は評価ユニット１４ならびに監視ユニット１５に接続されている。光源制御ユニット１１、評価ユニット１４および監視ユニット１５は、それぞれ送信／受信モジュール６へのデータ接続手段を有する。
【００１６】
以下において、測定装置１の動作態様および特別の利点を更に詳細に説明する。
【００１７】
両光源９，１０は、周期的な測定ピッチの形態に構成されているトラック１６の方向に送信される光学的な走査信号Ｌ1もしくはＬ２を発生する。トラック１６は詳しくは示されていない加工機械の可動部分に取り付けられ、その可動部分の現在位置が検出される。光学的な走査信号Ｌ1，Ｌ２がトラック１６での反射に基づいて受光器１２もしくは１３によって検出され、アナログ測定信号Ａ１もしくはＡ２に変換される。光学式の正弦／余弦発生器８の通常の動作態様にしたがって、アナログ測定信号Ａ１，Ａ２はそれぞれ正弦波信号であり、これらは互いに９０°位相がずれている。
【００１８】
アナログ測定信号Ａ１，Ａ２は評価ユニット１４に供給される。評価ユニット１４はディジタル化を行ない、更にトラック１６の現在位置、したがって加工機械の可動部分の現在位置に関する測定情報を含むディジタル測定信号Ｍを求める。ディジタル測定信号Ｍはデータ接続手段４を介して制御ユニット３に伝達される。
【００１９】
更に、アナログ測定信号Ａ１，Ａ２は、テスト信号としても監視ユニット１５に入力される。監視ユニット１５では、測定信号Ａ１，Ａ２が通常の許容限界内にあるかどうかが検査される。例えば下限閾値および上限閾値が予め定められるとよい。この閾値検査の場合、両アナログ測定信号Ａ１，Ａ２のうちの一方が、またはこれらの両アナログ測定信号Ａ１，Ａ２から導き出された組み合わせ信号が、許容範囲の下限閾値を下回るかまたは許容範囲の上限閾値を上回ると、ディジタル故障警報Ｆが発生され、データ接続手段４を介して制御ユニット３に送られる。ディジタル故障警報Ｆは特に唯一の故障ビットであってよい。
【００２０】
図１による実施例において、監視ユニット１５において、アナログ測定信号Ａ１，Ａ２の２乗の和から得られる組み合わせ信号が検査される。この組み合わせ信号は、
ｓｉｎ2ｘ＋ｃｏｓ2ｘ＝１
にしたがって、光学的な走査信号Ｌ１，Ｌ２の入力側光強度のための尺度である。これらの光強度は光源制御ユニット１１によりある特定の限界内で変化させられる。通常動作中に、両光源９，１０は、光学的走査信号Ｌ１，Ｌ２の光強度に関して、予め定められた等しい値を設定される。
【００２１】
測定ユニット２は、制御ユニット３による要求によって自動テストモードで動作させられる。自動テスト中に監視ユニット１５の動作能力が検査される。このために光源制御ユニット１１は、制御ユニット３の相応の制御指令によって作動させられて、光源９，１０によって発生される光強度を、監視ユニット１５において検査される組み合わせ信号が下方閾値を下回るかまたは上方閾値を上回るように設定する。その際に監視ユニット１５から故障警報Ｆが制御ユニット３に伝達されない場合には、監視ユニット１５はもはや正しく機能していない。このことを制御ユニット３が認識する。このような故障時のために予定された措置が実行に移される。
【００２２】
代替実施例では、１ビットの形で存在する故障警報Ｆの代わりに、監視ユニット１５において求められたディジタル形式のレベルがデータ接続手段４を介して制御ユニット３に伝達される。制御ユニット３は、この代替実施例では、特に、図１において監視ユニット１５内に破線で示された部分１７を含む。このようにして、制御ユニット３において２つの異なる検査を行なうことができる。一方では、監視ユニット１５の自動テストの枠内において、閾値がまだ正しく認識されるかどうかが検査される。他方では、更に、通常動作時に用いられる光強度において生じる出力特性と、自動テストモード時に用いられる光強度において生じる出力特性との間の既知の関係に基づいて、アナログ測定信号Ａ１，Ａ２が通常動作における閾値条件を守っているかどうかも検査される。
【００２３】
測定装置１は、光学的走査信号Ｌ１，Ｌ２の光強度の漸次変化によってどの下方閾値および／または上方閾値から監視ユニット１５が故障を認識するかを検査することができるという他の利点を提供する。これらの閾値が時間の経過とともに変化する場合、このことが測定装置１により早期に認識され、適切な時機に必要な措置を実行に移すことができる。
【００２４】
図２には測定装置１８の他の実施例が示されている。測定装置１８は、監視ユニット１５のためのテスト信号を的確に発生するために自動テスト中に行なわれるアナログ測定信号Ａ１，Ａ２の減衰または増幅が光源９，１０の可変制御により行なわれない点で、図１による測定装置１とは異なる。可変の光源制御ユニット１１の代わりに、測定装置１８には、監視ユニット１５の入力の前に置かれている可変増幅器１９もしくは２０が変更手段として設けられている。そのほかに関しては、測定装置１８の構成および動作は実質的に測定装置１の構成および動作に一致する。
【００２５】
測定装置１８は僅かに異なって構成された測定ユニット２１のほかに更にデータ接続手段４および制御ユニット３を含む。測定装置１の測定ユニット２とは異なり、測定ユニット２１の光源制御ユニット２２は、制御ユニット３によって少なくとも自動テスト目的のために制御されない。これに対して測定装置１８においては、自動テスト開始のために制御ユニット３によって発生されたディジタル制御指令が、可変増幅器１９，２０に影響を及ぼす、特にそれぞれの可変増幅率を変える。この接続は、図２において、図１による測定装置１の光源制御ユニット１１への接続と同様に破線によって示されている。
【００２６】
測定ユニット２１の残りの構成要素は測定ユニット２に対して変更されていない。
【００２７】
可変増幅器１９，２０によっても、監視ユニット１５に自動テスト中にテスト信号として供給されるアナログ測定信号Ａ１，Ａ２のレベルが、監視ユニット１５に保存されている下方閾値および／または上方閾値を下回るかまたは上回って故障警報Ｆが生じるまで引き下げまたは引き上げられる。
【００２８】
同様に可変増幅器１９，２０は、それぞれの増幅率を複数段にまたは連続的に変化可能であるように構成されている。このようにして測定装置１との関連で既に述べたように、どのレベル値から監視ユニット１５が実際に反応を示すかが見つけ出される。
【００２９】
同様に図２による測定装置１８の構成においては、監視ユニット１５の部分１７が制御ユニット３内に配置されている代替実施例が可能である。更に、このオプションは部分１７の破線によって示されている。図１による測定装置１との関連で既に述べたように、この代替実施例においては、自動テストモード中に認識されるレベルが、データ接続手段４を介して測定ユニット３に伝達される。測定ユニット３では二重検査が行なわれる。
【００３０】
図３には可変増幅器１９，２０の可能な実現形態が示されている。帰還結合された演算増幅器２３が設けられ、この演算増幅器２３の出力は第１の抵抗２４と第２の抵抗２５との直列回路に接続されている。第１の抵抗２４は、演算増幅器２３の出力を負の入力に帰還結合する帰還路部分である。第２の抵抗２５には投入可能な並列分岐が接続されている。投入可能な並列分岐はスイッチ要素２６ならびに並列抵抗２７を含む。スイッチ要素２６のスイッチング状態は自動テストモード開始のための制御指令によって変化させられる。演算増幅器２３の出力に設けられた抵抗回路が既知のように増幅器１９もしくは２０の増幅率を決定する。したがって、増幅率は並列抵抗２７の投入または遮断によって所望のように変えられる。
【００３１】
図３に示された実現形態は模範的に理解すべきである。基本的には他の増幅器回路も考えられ得る。特に、増幅率を２つよりも多い値の間で切り換えることができる実施形態も可能である。
【００３２】
測定装置１も測定装置１８も非常に高い信頼性によって優れている。これは、特に自動テストモード中に行なわれる監視ユニット１５の検査によって達成される。発生する故障が確実に認識され、制御ユニット３に通報される。したがって、特に安全性関連の応用例においても、２つの並行動作する測定ユニット２もしくは２１を備えた冗長な測定値検出を設けることが必要でない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】光学的な正弦／余弦発生器と監視ユニットとを有する測定ユニットを備え正弦／余弦発生器の光源の制御が可変である測定装置の第１の実施例を示すブロック図
【図２】監視ユニットを有する測定ユニットを備えた監視ユニットの前に可変増幅率を有する増幅器が置かれている測定装置の他の実施例を示すブロック図
【図３】図２による測定装置において使用される可変増幅率を有する増幅器の実施例を示す回路図
【符号の説明】
【００３４】
１        測定装置
２        測定ユニット
３        制御ユニット
４        データ接続手段
５        データチャネル
６        送信／受信モジュール
７        送信／受信モジュール
８        正弦／余弦発生器
９        光源
１０        光源
１１        光源制御ユニット
１２        受光器
１３        受光器
１４        評価ユニット
１５        監視ユニット
１６        トラック
１７        監視ユニットの部分
１８        測定装置
１９        可変増幅器
２０        可変増幅器
２１        測定ユニット
２２        光源制御ユニット
２３        演算増幅器
２４        第１の抵抗
２５        第２の抵抗
２６        スイッチ要素
２７        並列抵抗
Ａ１，Ａ２  アナログ測定信号
Ｆ          故障警報
Ｌ１，Ｌ２  光走査信号
Ｍ          ディジタル測定信号
【図１】
2010526282.tif 000003
【図２】
2010526282.tif 000004
【図３】
2010526282.tif 000005
【国際調査報告】
2010526282.tif 000006
2010526282.tif 000007
2010526282.tif 000008
2010526282.tif 000009