(57)【要約】【課題】規定の運動領域を通る動く機械部分（18）の通過の回数を監視する。【解決手段】本装置（10）は、動く機械部分（18）の動作量を示すエンコーダ信号を受信するための入力部（32）と、規定の運動領域を通る動く機械部分（18）の通過の回数に応じてフェールセーフな停止信号を供給するためのフェールセーフな評価ユニット（34）とを備えている。フェールセーフな評価ユニット（34）は、動作量から、規定の運動領域を通る動く機械部分（18）の通過の回数を判定するよう構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
規定の運動領域を通る動く機械部分（18）の通過の回数をフェールセーフに監視するための装置（10）であって、
前記動く機械部分（18）の動作量を示すエンコーダ信号を受信するための入力部（32）と、
前記規定の運動領域を通る前記動く機械部分（18）の前記通過の回数に応じてフェールセーフな停止信号を供給するためのフェールセーフな評価ユニット（34）とを有し、
前記フェールセーフな評価ユニット（34）は、前記動作量から、前記規定の運動領域を通る前記動く機械部分（18）の前記通過の回数を判定するよう構成されている、装置。
【請求項２】
前記フェールセーフな評価ユニット（34）はさらに、前記動作量に基づき、前記動く機械部分（18）の第1および第2の運動方向（94、96）を、フェールセーフな仕方で判定するよう構成されている、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記通過の回数を記憶可能なカウンタを有し、前記カウンタは、前記動く機械部分（18）が、第1の運動方向（94）に向かって前記規定の運動領域を完全に通過したときに、第1の規定の絶対値だけ増加され、前記動く機械部分が、第2の運動方向（96）に向かって前記規定の運動領域を完全に通過したときに、第2の規定の絶対値だけ減少される、請求項1または請求項2に記載の装置。
【請求項４】
前記規定の運動領域の境界を示す値を記憶可能なメモリ（80）を有する、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の装置。
【請求項５】
前記フェールセーフな評価ユニット（34）は、前記第1または第2の運動方向（94、96）を示す出力信号を供給するよう構成されている、請求項2〜請求項4のいずれか1項に記載の装置。
【請求項６】
前記フェールセーフな評価ユニットは、前記規定の運動領域を通る前記動く機械部分（18）の前記通過の回数が規定の値を超えたときに、警告信号を供給するよう構成されている、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の装置。
【請求項７】
前記フェールセーフな評価ユニット（34）は、前記動作量の第1の規定の値を超えると、前記停止信号を供給するよう構成されている、請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の装置。
【請求項８】
前記フェールセーフな評価ユニット（34）は、前記動作量が第2の規定の値未満に低下し、または、中止を示したときに、解除信号を供給するよう構成されている、請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の装置。
【請求項９】
前記エンコーダ信号を供給するためのフェールセーフな信号エンコーダ（74）を有し、前記信号エンコーダ（74）は第1および第2の測定チャンネルを有する、請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の装置。
【請求項１０】
前記フェールセーフな信号エンコーダ（74）は、駆動シャフト上に光学的および/または磁気的な抽出ユニットを有する回転エンコーダである、請求項9に記載の装置。
【請求項１１】
当該装置は、第1および第2のスイッチング要素（40、42）を有し、前記停止信号は、前記第1および第2のスイッチング要素（40、42）の切り替え位置に応じて供給される、請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載の装置。
【請求項１２】
前記フェールセーフな評価ユニット（34）は、2チャンネルの冗長な評価ユニットである、請求項1〜請求項11のいずれか1項に記載の装置。
【請求項１３】
前記フェールセーフな評価ユニット（34）は、前記停止信号を表す出力信号をそれぞれが生成する第1および第2の処理ユニット（36、38）を有し、前記第1および第2の処理ユニット（36、38）は互いを相互に監視するよう構成されている、請求項1〜請求項12のいずれか1項に記載の装置。
【請求項１４】
規定の運動領域を通る動く機械部分（18）の通過の回数のフェールセーフな監視のための方法であって、
前記動く機械部分（18）の動作量を示すエンコーダ信号を、入力部（32）において受信するステップと、
前記規定の運動領域を通る前記動く機械部分（18）の前記通過の回数に応じて、フェールセーフな評価ユニット（34）により、フェールセーフな停止信号を供給するステップとを有し、
前記フェールセーフな評価ユニット（34）は、前記動作量から、前記規定の運動領域を通る前記動く機械部分（18）の前記通過の回数を判定するよう構成されている、方法。
【請求項１５】
プログラムコードを有するコンピュータプログラムであって、前記プログラムコードは、動く機械部分（18）のフェールセーフな監視用の装置のプロセッサ上で当該プログラムコードが実行されたときに、請求項14に記載の方法を行うよう構成されている、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、規定の運動領域を通る、動く機械部分の通過の回数をフェールセーフに監視するための装置に関するものである。
【０００２】
さらに、本発明は、規定の運動領域を通る、動く機械部分の通過の回数をフェールセーフに監視するための方法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
本発明は特に、機械および設備の安全の分野に関連する。一般に、現代の機械および設備の稼働は、処理センター、プレス、組み立て設備などの機械ツールまたはロボットに関するかどうかにかかわりなく、広範な安全構想を伴う。しかし急激で高度な自動化の結果として、人間、製品および処理に対する多くの危険が、機械および設備から生じており、これは一見しただけでは、ほとんど認識できない。ゆえに、多くの指針、基準および法律が存在し、それらは技術的な設備での実施が考えられる特定の安全要求を定めている。
【０００４】
とりわけ関係する基準が、機械の安全に関する中心的な基準であるEN ISO 12100:2010、「機械の安全」の分野における安全志向のコントローラの設計に関する中心的な基準であるEN ISO 13849-1（EN 954-1に代わるもの）、および、用途から独立した設備の安全システムに関する要求を規定したIEC 61508である。
【０００５】
本発明は特に、機能的な安全に関して、少なくともSIL-2の安全度水準（SIL）分類または（EN ISO 13849-1に従う性能水準が1時間当たりの危険な不具合の可能性を規定する）PLcよりも大きな性能水準を達成する。
【０００６】
自動で稼働する技術的な設備については、さまざまな安全局面を考慮に入れる必要がある。一方で、機械の動作に割り当てられた領域への、人間もしくは製品による許可されていない接近もしくは立ち入りが起きないこと、または、このような場合に、動く機械部分が安全な状態に安全に移行することが保証されねばならない。さらに、例えば、動く機械部分がその運動軸の端部を通過し、または、別の仕方で規定の機械的な区画を抜け出して、動く機械部分が割り当てられた動作領域を自ら離れないことが保証されねばならない。
【０００７】
一方では、このようにして、技術的な設備の一部または動く機械部分自体の全体または一部が損傷または破壊される可能性があり、それにより、時間のかかる高価な修理が必要になる場合がある。他方では、その動作領域を出た動く機械部分が、人間または製品に付加的な危険をもたらす場合があるが、これは、上述した接近の監視では検知されない。
【０００８】
ゆえに、動く機械部分を有し危険が生じる可能性のある機械的な設備の監視は通例、しばしば互いに分離した2つの監視ユニットを必要とする。一方では、空間的な安全確保が行われて、人間の接近が制限され、または、通行もしくは通過領域が監視される。その際、壁、安定した保護格子、または、電気機械的もしくは光電子工学的な安全装置が通例使用される。他方では、動く機械部分自体を、その動作領域内に位置しているかどうかに関して、監視する必要がある。これは一般に、動作領域から出たことを記録するために、位置スイッチ、光グリッド、または、カメラベースの安全装置を使用して行われ、これらにより動作領域の境界を監視することができる。あるいは、動く機械部分のそれぞれの位置を、フェールセーフな仕方で、直接判断してもよい。
【０００９】
動く機械部分を有する多様な技術的な設備を監視する必要のある大規模な設備（例えば、自動車製造の生産ライン）では、監視および関連する安全構想が非常に複雑かつ高価となる場合がある。これは特に、安全関連のフェールセーフな監視が冗長な監視によってしばしば実施されるためであり、それにより通例、使用される安全装置の数、特にセンサおよびアクチュエータの数が、2倍になる。一般に、安全装置の数を最小限に減らし、それと同時に、基準に従う安全性を確保するのが望ましい。
【００１０】
くわえて、技術的な設備の動作領域の監視は、高度化してゆく機械（例えば、コンピュータ制御の自動運転のロボット）のために、ますます複雑になっていっている。これは、その動作領域がしばしば、もはや明瞭な境界を使用して区画できなくなっているためである。動作領域が複雑に分割され、そこでは下位領域も監視される必要があるため、特にすべての物理的なかつ自由に区画された境界を上述したようにフェールセーフな要求に従って冗長に監視する必要がある場合に、必要とされるセンサの数が急激に増加することがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
いくつかの分野の用途では、例えば運動領域を複数回通過した後に危機的な状況が初めて生じた場合、動作領域の境界での簡単な位置センサの使用は不可能である。特に、複数の完全な旋回が可能であるが最大数が規定されている、軸周りの円運動の場合に、簡単な位置センサを使用して監視することは不可能であり、これは、それ自体もフェールセーフでなければならない追加の評価ユニットを使用した場合にのみ行える。
【００１２】
以上の背景の下で、本発明の目的は、技術的な設備の動く機械部分のフェールセーフな監視を、より簡単に、費用対効果的に、および柔軟に可能にし、かつ同時に、上記欠点を回避することのできる装置および対応する方法を明示することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一局面によれば、前記目的は、規定の運動領域を通る動く機械部分の通過の回数をフェールセーフに監視するための装置であって、動く機械部分の動作量を示すエンコーダ信号を受信するための入力部と、規定の運動領域を通る動く機械部分の通過の回数に応じてフェールセーフな停止信号を供給するためのフェールセーフな評価ユニットとを有し、評価ユニットは、動作量から、規定の運動領域を通る動く機械部分の通過の回数を判定するよう構成されている、装置によって達成される。
【００１４】
本発明のさらなる局面によれば、本目的は、規定の運動領域を通る動く機械部分の通過の回数のフェールセーフな監視のための方法であって、動く機械部分の動作量を示すエンコーダ信号を、入力部において受信するステップと、規定の運動領域を通る動く機械部分の通過の回数に応じて、フェールセーフな評価ユニットにより、フェールセーフな停止信号を供給するステップとを有し、  フェールセーフな評価ユニットは、動作量から、規定の運動領域を通る動く機械部分の通過の回数を判定するよう構成されている、方法によって達成される。
【００１５】
本新規な装置および新規な方法は、動く機械部分の位置監視に基づき、動く機械部分の運動領域の監視を実行するという構想に基づいている。少なくとも、動く機械部分が、その規定の許容される動作領域を離れ、フェールセーフで、好ましくは冗長な停止信号が生成され、必要であれば、それにより技術的な設備を安全に停止することができる場合に適用される。有利なことに、新規な装置および新規な方法は、数を減らした追加のセンサがあってもなくても、フェールセーフな仕方で運動領域の境界を完全に監視することができる。運動領域の監視はそれゆえに単純化され、追加のセンサ、アクチュエータおよびそれらの配線にかかる経費を節約することができる。
【００１６】
さらに、新規な装置および新規な方法は、監視されることになる運動領域を柔軟に選択することを可能にする。ゆえに、領域は、物理的な境界により判定される必要がなく、動く機械部分の絶対的または相対的な位置から規定されることができる。例えば、運動領域およびその境界を、固定の静止点に対する相対的な位置明細により、規定することができる。ゆえに、新規な装置は、構造的な修正を行う必要、または、センサ配置を変える必要なしに、特定の状況に急速かつ柔軟に適合することができる。
【００１７】
運動領域の柔軟な選択は、さらに、物理的な運動領域を通る動く機械部分の複数の通過を、例えば物理的な運動領域を越えた運動領域を区画する点で、考慮に入れることができる。ゆえに、円運動の例に基づいて、運動領域を、旋回の特定の数により判定することができる。この場合、対応する駆動装置の速度は、関係する動作量である場合があり、そこから、旋回の回数が、直接にまたは駆動装置の伝達率から、判定されてもよい。エンコーダ信号は、例えば安全回転エンコーダから、この目的のために発生し、その結果、エンコーダ信号自体がフェールセーフである。しかし、代替的に、本発明に係る装置の入力部における動作量の冗長な検知も可能である。運動は有利なことに、運動または回転方向から独立して検知することができる。運動は、回転運動または並進運動であってもよい。
【００１８】
ゆえに、上記手順は、横方向の運動の場合にも使用することができる。加速度、速度および進んだ距離の間の、この目的のために必要とされる物理的な関係は周知である。ゆえに、判定された加速度を経時的に組み込むことにより、動く設備部分の速度を、判定された加速度から算定してもよい。同様に、組み込みにより、進んだ距離を、速度に対して判定することができる。しかし、速度または距離の実際の値を得るために、動く設備部分の速度および位置を、組み込み時間の開始時に知る必要がある。しかし、これは、静止した設備を自動的に稼働する場合、問題ではない。なぜなら、一般に、規定の静止状態は、少なくとも施設の始動後に存在し、または、初期化処理において予想されるからである。
【００１９】
くわえて、動作量を表す多様なエンコーダ信号は、有利なことに、動く機械部分を有する多くの技術的な設備で既に利用可能であり、新規な装置により再使用することができる。このようにして、エンコーダ信号を供給するために既存のセンサを使用することができ、それにより、さらに費用効果の高い仕方で、空間的な監視を実施することができる。新規な装置を有利な仕方で、他のセンサ（例えば空間的な安全確保用のセンサ）と組み合わせることができ、または、逆の場合にそれらを取り換えることができるという点で、再使用は、安全構想に関しても可能であってもよい。
【００２０】
くわえて、新規な装置は、それぞれの設備の種類および使用される安全構想から実質的に独立して使用することができ、かつ、それゆえに多様な異なる設備について使用することができるという利点を有している。
【００２１】
全体として本発明は、動く機械部分の運動領域のフェールセーフな監視用に、費用効果の高い柔軟な実行可能性を提供する。ゆえに、上述した目的は十分に達成される。
【００２２】
好ましい改良形態では、フェールセーフな評価ユニットはさらに、動作量に基づき、動く機械部分の第1および第2の運動方向を、フェールセーフな仕方で判定するよう構成されている。
【００２３】
この改良形態では、動く機械部分の通過の回数に加えて、動く機械部分の運動方向をも、フェールセーフな仕方で判定することができる。これには、機械部分の相対的な位置および運動方向に応じて、規定の運動領域を区画できるという利点がある。この文脈でのフェールセーフとは、運動方向の欠陥のある判定を管理できることを意味している。すなわち、装置は、運動方向の欠陥のある判定にもかかわらず、フェールセーフな停止信号が供給されるよう構成されている。運動方向は、特に回転方向であってもよい。
【００２４】
さらなる改良形態では、装置は、通過の回数を記憶可能なカウンタを有し、カウンタは、動く機械部分が、第1の運動方向に向かって規定の運動領域を完全に通過したときに、第1の規定の絶対値だけ増加され、動く機械部分が、第2の運動方向に向かって規定の運動領域を完全に通過したときに、第2の規定の絶対値だけ減少される。
【００２５】
この改良形態では、運動領域は第1および第2の境界によって区画され、その際、固定された方向への、運動領域を通る各通行の際に、カウンタが増加され、反対方向に向かって、特定の絶対値だけ、カウンタが低減される。ゆえに、カウンタは、運動領域内での相対的な位置に関する情報を提供する。それにより、ゼロ点を確立することができ（例えば、動く機械部分の静止位置）、その際、カウンタは、絶対値におけるこの静止位置からの偏向を特定し、標識はそれぞれの方向を示す。回転運動が、特に簡単にカウンタを介して監視されてもよく、その際、規定の運動領域は、前方および後方への移動を考慮にいれつつ、複数の旋回をも含むことができる。
【００２６】
さらなる改良形態では、装置は、規定の運動領域の境界を示す少なくとも1つの値を記憶可能なメモリを備えている。
【００２７】
この改良形態では、有利なことに、ユーザにより、境界を手動で変更することができる。このようにして、それぞれの条件に対して、装置を特に柔軟に適合させることができる。監視される領域を変更するために、運動領域の境界についてのパラメータを、メモリ内で適合させるだけでよい。それにより特に、物理的に縛られていない運動領域を、区画および監視することができる。境界は、異なる値により（例えば、絶対的および/もしくは相対的な位置明細により、または、円運動の場合に回転角により）表すことができる。有利なことに、運動領域の境界は、動く機械部分の静止位置に関して特定され、その際、静止位置に関する値も、メモリに可変的に記憶可能である。
【００２８】
さらなる改良形態では、評価ユニットは、第1または第2の運動方向を示す出力信号を供給するよう構成されている。
【００２９】
この改良形態では、追加の出力信号を供給することができ、追加の出力信号は、それぞれの運動方向に関するフェールセーフな情報を供給する。有利なことに、このような信号を、より高い水準の制御器により分析し、かつ、全体的な安全構想に組み込むことができる。それにより、他の安全装置を選択的に補足するおよび/または取り換えることができる。
【００３０】
さらなる改良形態では、評価ユニットは、規定の運動領域を通る動く機械部分の通過の回数が規定の値を超えたときに、警告信号を供給するよう構成されている。
【００３１】
この改良形態では、特定の数の通過が起きた場合、新規な装置により、警告信号を追加で供給することができる。例えば、設備を停止するために装置が停止信号を供給する前に矯正的な仕方で関与するよう、このような警告信号を制御器により使用することができる。それにより、回避可能な停止手順により誘発される不必要な休止時間を防止することができる。
【００３２】
さらなる改良形態では、評価ユニットは、動作量の第1の規定の値を超えると、停止信号を供給する。
【００３３】
この改良形態では、運動領域を監視することに加えて、動作量自体を監視することができる。ゆえに、本発明に係る装置は、フェールセーフな速さ監視用に有利に使用することができ、追加のセンサの全体または一部と選択的に取り換えることができる。
【００３４】
さらなる改良形態では、評価ユニットは、動作量が第2の規定の値未満に低下し、または、中止を示したときに、解除信号を供給するよう構成されている。
【００３５】
この改良形態では、それに応じて例えば設備への接近を制御することができる、さらなる信号を、本発明に係る装置により供給することができる。特に、供給電圧が停止された後にも運動を実行する止まった機械の場合に、監視されることになる機械から生じる危険がなくなるまで、機械への接近を、解除信号の助けにより、依然として制限することができる。それにより、本発明に係る装置によって、さらなる安全措置を用いることができる。
【００３６】
さらなる改良形態では、装置は、第1および第2の測定チャンネルを有する、エンコーダ信号を供給するためのフェールセーフな信号エンコーダを備えている。
【００３７】
フェールセーフで、好ましくは冗長な評価ユニットの、フェールセーフな信号エンコーダへの接続により、追加の部品なしに、完全で冗長な監視が可能となる。ゆえに、このような組み合わせは、冗長な入力変数を検知するために別体のユニットが必要とされる方法に関連して、特に有利であり、かつ、費用効果が高い。
【００３８】
フェールセーフな信号エンコーダは、駆動シャフト上に光学的および磁気的な抽出ユニットを有する回転エンコーダであるのが特に好ましい。
【００３９】
光学的および磁気的な抽出ユニットは特に有利な仕方で、互いに独立して稼働する、2つのフル機能の測定チャンネルを形成することを可能にする。冗長性に加えて、多様性の安全基準も、このような仕方で、2つの測定チャンネルにより実施することができる。両方の測定システムは、同一のデータフォーマットを転送することのできる同期式シリアルインターフェース（SSI）を有しているのが好ましい。それにより、評価ユニットは、両方のチャンネルを均一に分析することができる。あるいは、光学的な抽出ユニットのみ、または、磁気的な抽出ユニットのみをそれぞれ有する回転エンコーダも使用することができる。
【００４０】
さらなる改良形態では、装置は、第1および第2のスイッチング要素を備え、停止信号は、第1および第2のスイッチング要素の切り替え位置に応じて供給される。
【００４１】
冗長かつそれゆえにフェールセーフな停止信号は、2つのスイッチング要素により、特に良好に生成することができ、センサ入力からアクチュエータにまで及ぶ連続的な冗長性を確保することができる。スイッチング要素を介して、作動電圧が有利に導かれ、スイッチング要素が出力部にないことが、非直接的または直接的に、監視されることになる設備の停止につながる。
【００４２】
さらなる改良形態では、フェールセーフな評価ユニットは、2つのチャンネルを有して冗長に構成されている。
【００４３】
2チャンネルの冗長な評価ユニットを使用することにより、フェールセーフな評価ユニットの要求を、特に良好に確保することができる。2チャンネルの評価ユニットを使用するときに、一方のチャンネルに不具合が起きた場合にも、監視されることになる設備を依然として停止できることを、このようにして保証できる。
【００４４】
さらなる改良形態では、評価ユニットは、停止信号を表す出力信号をそれぞれが生成する第1および第2の処理ユニットを備え、第1および第2の処理ユニットは互いを相互に監視するよう構成されている。
【００４５】
この改良形態により、冗長かつそれゆえにフェールセーフな評価ユニットを、特に簡単かつ確実に実施することができる。相互的な監視により、一方のチャンネルに過失が起きた場合に設備が確実に停止されることだけでなく、欠陥のあるチャネルをも確実に認識できることも保証できる。監視は、評価ユニット、および/または、より高い水準の制御器による個々のチャンネルの定期的な試験をも備えているのが好ましい。
【００４６】
上述した特徴および以下に説明する特徴が、本発明の範囲を逸脱することなく、それぞれの特定の組み合わせだけでなく、他の組み合わせでも、または単独でも使用できることは自明である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本新規な発明の実施形態を示す簡単で模式的な図である。
【図２】本新規な発明の好ましい実施形態におけるブロック図である。
【図３ａ】動く機械部分の、監視される運動領域の例を示す図である。
【図３ｂ】動く機械部分の、監視される運動領域のさらなる例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
本発明の実施形態を図面に示し、以下の説明において、より詳細に説明する。
【００４９】
図1は、本新規な装置の好ましい実施形態全体を、参照番号10によって示している。
【００５０】
本装置は、ロボット14により示される技術的な設備12を監視するために使用される。ロボット14は固定された基部16上に配置されており、固定された基部16上に、動く機械部分18が載置されており、動く機械部分18は、その長手方向の軸20の周りに完全に回転することができる。動く機械部分18の回転運動により空間中を移動可能なロボットアーム22が、動く機械部分18に配置されている。ゆえに、技術的な設備の安全が確保されることになる動作領域は、ロボットアーム22の動作領域と、それに加えて、移動される荷により占められる区域により生じる。
【００５１】
図示した場合において、技術的な設備12の安全の確保を行うために、2つの安全措置が適用されている。一方で、安全が確保されることになる動作領域への許可されていない接近が起きないように監視されており、他方で、確実に、技術的な設備12自体が、その規定のパラメータ内で作動し、それらを逸脱しないようにされている。後者の場合、特に、ロボットアーム22、およびそれに接続された動く機械部分18が、その割り当てられた運動領域内に留まっているかどうかを監視しなければならない。より詳細に以下に説明するように、本発明の好ましい実施形態では、両方の安全措置が、本発明に係る装置10によって行われる。
【００５２】
ロボット14は、シャフト26を介して動く機械部分18に結合されている電気的な駆動装置24により駆動される。動く機械部分へのシャフト26の連結は、例えば、固定の伝達率（transmission ratio）を有する伝動装置（図示せず）を介して行われ、その結果、動く機械部分18の運動は、電気的な駆動装置24の速度28に比例する。駆動装置の速度28はここで、信号エンコーダにより検知され、エンコーダ信号は、回線30を介して装置10へと送信される。さまざまな仕方で速度28を検知することが可能であるが、安全な回転エンコーダ（ここでは、これ以上詳細に図示せず）を使用するのが好ましい。
【００５３】
安全な回転エンコーダのセンサはシャフト26に結合されており、回転エンコーダは、シャフト26の回転速度をフェールセーフな仕方で判定し、かつ、対応するエンコーダ信号を生成するよう構成されている。回転速度28はここで、動作量（motion value）の1つの可能性を示しているに過ぎない。あるいはまたはくわえて、シャフトの回転加速度または絶対距離が、対応するセンサにより判定されてもよい。ゆえに、装置は特定の動作量に限定されず、例えばさまざまな個々の測定に基づき分析結果の妥当性を試験するために、好ましくは分析用のさまざまな動作量を使用することができる。
【００５４】
回線30はさらに、装置10の入力部32に接続されており、入力部32を介してエンコーダ信号が、フェールセーフな評価ユニット34に中継される。評価ユニット34のフェールセーフな設計はここで、2つの処理ユニット36、38により示されている。2つの処理ユニット36、38は互いに分離されており、好ましくは互いを相互に監視することができる。ゆえに、装置10は、2つのチャンネルにより冗長に設計されている。フェールセーフな評価ユニット34は、より詳細に以下に説明するように、エンコーダ信号を使用して送信される動作量または変数に基づき、ロボット14の規定の運動領域を通るそれぞれの通過を判定する。運動領域は、動く機械部分18の一回の完全な旋回により定義され、その際、ロボット14はこの運動領域を複数回通過することができる。すなわち、ロボットは、それ自身の軸20の周りに複数回、回転することができる。図3aおよび図3bを参照して、より詳細に説明するように、規定の運動領域は円運動に限定されず、横方向の運動をも備えることができる。
【００５５】
ここに図示した好ましい実施形態では、フェールセーフな評価ユニット34は、電気的な駆動装置24の速度28に基づき、それ自身の軸20の周りに動く機械部分18の実際に行われた回転の回数を判定する。他の実施形態では、動く機械部分18の運動は、他の動作量により、代替的または追加的に判定される。この場合、動作量は、駆動装置24で直接判定される必要はなく、例えば動く機械部分18自体にある加速センサによって判定することもできる。さまざまな動作量が、さまざまな監視を可能にするために、特に好ましく検知および分析される。運動は好ましくは、判定された固定点（例えばロボット14の静止位置）に関連して検知することもできる。このようにして、相対的な値に基づく分析が可能であり、それにより、さまざまなセンサの変数を、より容易に比較するおよび/または組み合わせることができる。
【００５６】
規定の運動領域を通る通過の回数が所定の閾値を超える場合に、分析に応じて、フェールセーフな評価ユニット34はフェールセーフな停止信号を供給する。閾値はこの場合、値「1」と考えることもでき、その結果、規定の運動領域を通る一度の通過のあとに、フェールセーフな停止信号が早くも生成される。フェールセーフとは、この明細書では、安全機能の一部が機能しなくなった場合でも、停止信号を使用して、監視されることになる設備が停止することを常に保証できることをも意味している。ゆえに、この場合、ここで2つのスイッチング要素40、42により示されているように、冗長な停止信号も使用されることが好ましい。スイッチング要素40、42を介して、供給電圧（ここでは、これ以上詳細に図示せず）は出口部44、46に印加され、この実施形態では、回線48を介して接続されている接触器50を制御する。
【００５７】
接触器50の接点は、電気的な駆動装置24の電源52に公知の仕方で直列に接続されている。電気的な駆動装置24は、前記接触器が通電されているとき、すなわち後退（retract）されているときにのみ、給電され、かつ作動可能となる。その結果、スイッチング要素40、42の一方が開いたときに接触器50の少なくとも1つが落ち、それにより、ロボット14が、電源52が遮断された結果として、安全な状態に置かれる。
【００５８】
実施例では、この状態は、動く機械部分18が、軸20の周りの固定された数の旋回を行い、それゆえに所定の閾値を超えたときに生じる。閾値はこの場合、動く機械部分の運動の可能性の物理的な制限により与えることができ、これは、駆動装置の種類に直接依存しない。この目的のために、例えば、圧縮空気ライン54が基部16とロボットアーム22との間に示されており、それはロボットの周りを特定の数だけ旋回することができる。本発明に係る装置により、規定の数の旋回が起こるとロボット14をすぐに、安全に停止することが可能となる。監視形態は、図示する実施形態に限定されず、絶対的なまたは相対的な位置を判定するために動作量が使用される、運動領域を通過する回数のいずれの種類の監視も採用することができる。
【００５９】
図1に係る実施形態では、規定の運動領域を通る通過の回数の監視に加えて、全体的にまたは部分的に、さらなる安全措置を実行してもよい。ゆえに、ここで、監視されたドア58を有する安全フェンス56が、例えばロボット14の動作領域への許可されていない接近を安全にするために設けられている。
【００６０】
ドア58は、センサ62およびアクチュエータ64を含む安全装置60を有しており、その際、安全装置60は、ドア58が適切に閉められたときにのみ、解除信号66を生成する。安全装置60の解除信号66は、本発明に係る装置10の入力部34で受信され、好ましくは評価ユニット34により二値信号として処理される。評価ユニット34は出力部44、46を、上述した仕方で解除信号66に応じて起動させる。
【００６１】
1つの特に好ましい実施形態では、逆の場合に、技術的な設備12の対応する安全な状態が達成されるまで安全ドアを閉鎖するよう、装置10が安全ドアスイッチ44に指示することができる。これは、例えば駆動装置が停止されたとき、または速さが規定の値未満に下がったときに、実現することができる。あるいはまたはくわえて、安全装置60も連動装置を有していてもよく、その結果、装置10からの対応する解除信号があるときにのみ、ドアを開くことができる。
【００６２】
ゆえに、本発明に係る装置は一般に、動作量自体を監視するためにも使用することができる。例えば、設備の安全な停止も、駆動装置24が規定の最大速度を超えたときに、本新規な装置により行うことができる。ゆえに、全体として、本新規な装置は、既存の安全構想に容易かつ柔軟に組み込まれることができ、かつ/または、好ましくは、先行の安全装置を本新規な装置により補充もしくは置換することができる。
【００６３】
新規な装置10の特に好ましい実施形態を、図2を参照しながら以下に説明する。その際、同一の参照符号は、図1にあるものと同一の部分を示す。
【００６４】
装置10はここで構造的に、3つの領域I、II、IIIに分割される。装置10の内部部品用の電圧源68が、第1の領域Iに配置されている。論理ユニットおよび入力部が、第2の領域IIにおいて組み合わされている。第3の領域IIIは、関連するスイッチング要素40、42を含む安全出力部44、46を備えている。
【００６５】
一般に、外部へのインターフェースがここで、この装置のハウジング70上の丸印により示されており、それらは、バネ式の端末であることが好ましい。入力部32はここで、RJ45インターフェースとして構成されており、多芯のパッチケーブルを収容するのに適している。
【００６６】
この実施形態では、エンコーダ信号が安全な信号エンコーダにより供給される。エンコーダはここで、専用の測定システム74により示されており、専用の測定システム74は、動く機械部分の駆動装置（ここでは図示せず）上に配置されており、動く機械部分の動作量をフェールセーフな仕方で判定する。測定システム74は、例えば光学系および磁気的な抽出ユニット（sampling）を有する、冗長な2チャンネルのシステムであるのが好ましい。抽出ユニットは駆動シャフトに装着され、それぞれ、動く機械部分の運動を表す信号を供給する。あるいはまたはくわえて、他の動作量を、例えば動く機械部分上の加速センサにより、測定システム74によって検知してもよい。ともにエンコーダ信号を表す測定された信号が、この実施形態において、入力部32に向けて、6芯のパッチケーブルの1つ1つの芯を介して、互いに独立に送信される。
【００６７】
エンコーダ信号の評価は、この実施形態において2つのチャンネルにより冗長に設計されているフェールセーフな評価ユニット34により行われる。この目的のために、評価ユニット34は、例えばFPGA、ASICまたは他の種類のマイクロコントローラの形態の、第1および第2の処理ユニット36、38を有している。特に好ましい実施形態では、フェールセーフな評価ユニット34は、冗長に設計されているだけでなく、ここで第2の処理ユニット38上のイタリック体の書き込みにより示されているように、機能的には同等であるが構造的に異なるマイクロコントローラを異なる手順で使用することにより、多様に設計されてもいる。この設計により、システム関連の製造過失を排除することができる。
【００６８】
安全出力部44、46の1つの信号路76、78をそれぞれ切り替える2つのスイッチング要素40、41が、エンコーダ信号に基づき、フェールセーフな評価ユニット34により駆動される。信号路が導かれるスイッチング要素の接点は、それぞれ開接点（opener contact）および閉接点（closer contact）であるのが好ましく、互いに対して正に（positively）案内される。外部の接触器用の供給電圧は、図1を参照して既に説明したように、信号路76、78を介して導くことができ、その際、関連する信号路76、78が開かれるとすぐに接触器は降下する。
【００６９】
図1を参照して既に説明したように、フェールセーフな評価ユニット34は、エンコーダ信号とともに送信される動作量に基づき、規定の運動領域を通る動く機械部分18の通過の回数を判定することができ、かつ、出力部44、46を介して、冗長な停止信号を供給することができる。くわえて、この好ましい実施形態では、フェールセーフな評価ユニット34はさらに、動作量自体が確定された閾値を超えたときに出力部44、46を切り替えるように構成されている。このように、ここに示す実施形態によれば、規定の運動領域を通る動く機械部分の通過を判定することができ、かつ同時に、駆動装置の制限または最高速さを監視することができる。
【００７０】
装置はくわえて、例えば、規定の運動領域に関係する値または閾値をメモリ80に記憶して、自由にパラメータ化できるのが好ましい。それにより、装置を、それぞれのタスクに柔軟に適合させることができる。メモリ80は、リムーバブルメモリ（例えばチップカードまたはメモリカード）であるのが特に好ましく、その結果、構成を、別体の機器上で簡単な仕方で準備および変更することができ、かつ装置に移すことができる。
【００７１】
本発明に係る装置10は、停止機能に加えて、さらに安全を志向したタスクを好適に行うことができる。この目的のために、装置10は、停止信号または他の種類の警告信号を供給することのできる、さらなる出力部82を有している。出力部44、46と異なり、これらは、小型の半導体出力部であるのが好ましい。例えば追加の運動領域を区画した場合に、半導体出力部を介して追加の警告信号を供給することができ、これらの領域を越えることで、対応する警告信号が発動される。追加の運動領域をパラメータ化したもの、および、警告信号用の閾値もこの場合、メモリ80に記憶することができる。より高い水準のコントローラ84は、例えばプログラマブルコントローラ（PLC）であってもよく、警告信号に基づいて設備を始動して、装置による設備の最終的な停止を未然に防ぐ。
【００７２】
追加の出力部に加えて、図2に係る好ましい実施形態では、例えばリセット/スタートユニット86および/またはフィードバックユニット88のために、追加の入力部も設けられている。ボタン（ここでは図示せず）が、手動の解除による設備の安全な開始を可能にすることのできるリセット/スタートユニット86に接続可能にされている。機械の再始動が人間によって確認されるべきことを、手動の解除により確実化できる。ゆえに、停止が起きるようなことがあれば、装置10をリセット/スタートユニットを介してリセットすることができる。
【００７３】
安全出力部44、46および/または接触器の切り替え位置は、フィードバックユニット88を介してフィードバックできるのが好ましく、フィードバックユニット88を介して、装置10はそれ自体の機能性を試験することができる。好ましい実施形態では、装置は、フィードバックユニット88を介して、継続的にそれ自体の機能性を試験する。
【００７４】
装置は、ハウジング70内に配置されているのが好ましく、標準レール上に載置するのが適切である。ハウジングは、制御キャビネット内に取り付けることができ、または、少なくともIP54、好ましくはIP67という国際保護等級（international protection marking）合わせて、それ自体を設計することができる。
【００７５】
監視されることになる2つの運動領域について、以下、図3aおよび図3bを参照しながら例示的に説明する。2つの運動領域は好ましくは、新規な装置10を使用して監視することができる。
【００７６】
図3aは、円運動を監視するための好ましい実施形態を示している。動く機械部分（より詳細には図示しない）はここで、平歯車90および内歯歯車92を有する伝動装置を介して駆動される。平歯車90は駆動シャフト26に接続されており、駆動シャフト26はそれ自体が駆動装置（ここでは図示せず）に結合されている。駆動シャフト26は、駆動装置の速度28を平歯車90に伝達し、平歯車90は次いで内歯歯車92、および、それに接続された動く機械部分を駆動する。ゆえに、動く機械部分は、伝動装置により規定された比率で、速度28に比例して回転される。
【００７７】
運動領域はここで、内歯歯車92の一度の完全な旋回により定義することができる。ゆえに、規定の運動領域を通る一回の通行は、内歯歯車92の一度の完全な旋回に対応することになる。駆動シャフト26の旋回の必要数（それ自体公知の速度、回転速度および/または回転加速度から確定されてもよい）は次いで、伝動装置の伝達率を介して判定することができる。ゆえに、回転加速度、回転速度および/または速度はすべて、本発明の意味における動作量である。
【００７８】
規定の運動領域を通る通過の回数は、駆動装置の運動方向にも依存している。図示した実施形態では、運動方向は、駆動装置の回転方向により判定され、それにより、動く機械部分は、規定の運動領域を通って、第1の運動方向94、および、それと反対の第2の運動方向96に向かって移動されてもよい。運動に加えて、運動方向94、96も、本装置により動作量からフェールセーフな仕方で判定されるべきである。フェールセーフな、判定された運動方向は、さらなる適用のために、装置の別体の出力部を介し、さらなる信号として供給されるのが好ましい。
【００７９】
規定の運動領域は動作量により明確に判定されてもよいため、機械的な境界において直接に捕捉することのできない、例えば部分的な回転といった運動領域を、簡単な仕方で定義することができる。ゆえに、本発明に係る装置を使用して、これらの下位領域（subregion）をもフェールセーフな仕方で監視することができ、下位領域を越えた場合に安全な停止を確実化することができる。この目的のために、追加の安全関連のセンサまたはアクチュエータは必要でない。
【００８０】
さまざまな領域が、図3aの線に示されている。そこでは、整数明細がそれぞれ、規定の運動領域を通る対応する通過回数を表している。ここで、通過回数は、例えば動く機械部分の静止位置を表す固定点98に関係付けられている。この固定点98から始まって、第1および第2の領域100、102が区画され、その際、通過回数がこれらの領域の一方を超えるたびに、警告が発動される。警告は、追加の出力部を介し、別個の信号として、より上位の制御器へと供給することができるのが好ましい。第3の領域104が停止領域を区分している。動く機械部分がこの領域を越えた場合、フェールセーフな停止信号が装置により供給され、それに基づき、動く機械部分の駆動が確実かつ安全に停止される。領域は自由にパラメータ化できるのが好ましく、その結果、装置を、変更された条件に容易に適合させることができる。
【００８１】
本発明は、図3aに示すような円運動の監視に限定されない。例えば、図3bを参照して、並進運動の監視が示唆されている。駆動シャフト26を介して駆動される平歯車90がここで、動く機械部分（ここでは図示せず）に結合された歯付きラックに係合している。ゆえに、平歯車90の回転が、並進に変換される。円運動に基づいて先に説明したように、1つ以上の規定の運動領域を、歯付きラック106の物理的な境界108、110内に区画することができ、本発明に係る装置によりフェールセーフな仕方で監視することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【国際調査報告】
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