(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御装置が試験装置を制御するための指令信号を監視して、前記試験装置の異常動作を防止する回避装置において、
前記試験装置の状態を表すフィードバック信号を記憶する手段と、
前記制御装置からの指令信号と所定値とを比較して、前記指令信号の異常を判定する異常判定手段と、
前記異常判定手段によって前記指令信号の異常が検出された時に、前記フィードバック信号に基づいた信号を指令信号として切り換え出力する切換手段とを備えることを特徴とする回避装置。
【請求項２】
前記異常時に指令信号が収れんする目標値を設定する手段を備え、前記異常時のフィードバック信号に基づいた指令信号は、前記目標値に収れんするように制御されることを特徴とする請求項１に記載の回避装置。
【請求項３】
前記切換手段は、正常時には前記制御装置からの指令信号を出力し、異常時には前記フィードバック信号に基づく指令信号を出力するように切り換えることを特徴とする請求項１又は２に記載の回避装置。
【請求項４】
前記記憶手段は充放電回路で構成されており、
通常時は、前記充放電回路は前記フィードバック信号により充電され、
異常時は、前記フィードバック信号の前記充放電回路への供給を停止するとともに、前記充放電回路からの信号を出力することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の回避装置。
【請求項５】
外部からの異常信号の入力により、前記フィードバック信号により生成された指令信号に切り換えて出力することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の回避装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、制御装置からの指令信号により動作する、変位、荷重、圧力等の特性試験を行う試験機や、疑似体験装置等の遊戯施設など（以下試験装置と称する）に用いられ、試験装置を破壊しないための安全装置として機能する回避装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上述した従来の試験装置は、制御装置により制御されており、制御装置に予め記憶されたプログラムに基づき、所定の動作をするように構成されている。また、制御装置には安全装置が設けられており、制御装置が試験装置の異常な動作を検出すると、制御装置から出力される指令信号を所定の値に保持することにより、試験装置が破損したり、試験装置が供試品を破壊することがないように、初期位置又は中立位置等の安全な位置に戻すように試験装置を制御していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この従来の安全装置では、制御装置が故障すると、制御装置からの指令信号が最小値（例えば−１０Ｖ）又は最大値（例えば＋１０Ｖ）となり、試験装置が安全に動作できる範囲を逸脱するために、試験装置が異常な動作をして破損したり、試験装置が異常な動作をして供試品を破壊してしまうことがあった。
【０００４】
本発明は、制御装置が故障しても、試験装置が破損したり、試験装置が供試品を破壊することがない安全装置として機能する回避装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、制御装置が試験装置を制御するための指令信号を監視して、前記試験装置の異常動作を防止する回避装置において、前記試験装置の状態を表すフィードバック信号を記憶する手段と、前記制御装置からの指令信号と所定値とを比較して、前記指令信号の異常を判定する異常判定手段と、前記異常判定手段によって前記指令信号の異常が検出された時に、前記フィードバック信号に基づいた信号を指令信号として切り換え出力する切換手段とを備える。
【０００６】
第１の発明において、制御装置は試験装置を制御・駆動する指令信号を発するものであり、試験装置は制御装置からの指令信号により動作する。また、フィードバック信号は、試験装置の現在の状態に追従して発生する信号である。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、前記異常時に指令信号が収れんする目標値を設定する手段を備え、前記異常時のフィードバック信号に基づいた指令信号は、前記目標値に収れんするように制御されることを特徴とする。
【０００８】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記切換手段は、正常時には前記制御装置からの指令信号を出力し、異常時には前記フィードバック信号に基づく指令信号を出力するように切り換えることを特徴とする。
【０００９】
第４の発明は、第１〜第３の発明において、前記記憶手段は充放電回路で構成されており、通常時は、前記充放電回路は前記フィードバック信号により充電され、異常時は、前記フィードバック信号の前記充放電回路への供給を停止するとともに、前記充放電回路からの信号を出力することを特徴とする。
【００１０】
第５の発明は、第１〜第４の発明において、外部からの異常信号の入力により、前記フィードバック信号により生成された指令信号に切り換えて出力することを特徴とする。
【００１１】
【発明の作用および効果】
第１の発明は、制御装置からの指令信号と所定値との比較結果に基づいて、フィードバック信号に基づいた信号を指令信号として出力するので、制御装置が故障しても試験装置の状態が急激に変化することがない。
【００１２】
第２の発明は、異常時の指令信号が、予め設定した目標値に収れんするように制御されるので、制御装置が故障しても指令信号を所定の値に収れんさせることができ、試験装置を安全な状態に回避することができ、試験装置を破壊することがない。
【００１３】
第３の発明は、切換手段は、正常時には前記制御装置からの指令信号をそのまま出力し、かつ、前記フィードバック信号を前記記憶手段に入力するように接続するとともに、異常時には前記フィードバック信号に基づいた信号を指令信号として出力するように切り換えて動作するので、制御装置が故障しても試験装置の状態が急激に変化することがなく、指令信号を所定の値に収れんさせることができ、試験装置を安全な状態に回避することができ、試験装置を破壊することがない。
【００１４】
第４の発明は、記憶手段を充放電回路で構成したので、指令信号の異常時には、制御装置からの指令信号の充放電回路への供給を停止して、充放電回路から指令信号を出力することができ、簡単な構成で試験装置への指令信号を急激に変化することなく、予め定めた目標値に収れんさせることができる。
【００１５】
第５の発明は、外部からの異常信号の入力によっても回避動作をすることができるので、他の機器からの異常信号や、手動でも回避動作をすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は第１の実施の形態を示すブロック図である。試験装置１は、供試品２に物理的作用（荷重、圧力、曲げ応力、温度、湿度等）、電気的作用（電圧、電流等）は化学的作用（ガス雰囲気等）等を加え、変位特性、荷重特性、圧力特性、屈曲特性、電圧特性等の各種特性試験を行う。例えば、試験装置１は、サーボアクチュエータ等により供試品２に物理的な負荷を与え、この負荷をロードセル等の検出器で検出して、この結果をフィードバック信号として出力するものがある。この供試品２には製品、部品等であり、具体的には、ゴム材、バネ材等の部品の他、自動車等の完成品であってもよい。
【００１８】
試験装置１は、制御装置３により制御可能なように、回避装置５、インターフェース６、サーボコントローラ７を介して制御装置３に接続されている。
【００１９】
制御装置３は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、インターフェース回路等で構成され予め記憶媒体（例えば、ハードディスク、ＲＯＭ等）に記憶された所定のプログラムを実行し、所定の手順で各種試験を行うよう、内部のＤ／Ａ変換部４から指令信号を送り、試験装置１を制御する。
【００２０】
回避装置５は安全装置として、制御装置３に異常があった場合でも、供試品２を破壊しないように、指令信号を送出して試験装置１を制御する。
【００２１】
インターフェース６は、回避装置５の出力を、試験装置１に対応して設けられたサーボコントローラ７に適合した信号レベルに変換するもので、必要に応じて設けられる。この、インターフェース６は、フィルタ等で構成され、制御装置３から出力された指令信号のうち、ノイズ等を除去し、必要な信号を抽出してサーボコントローラ７に出力する。
【００２２】
試験装置１からは、フィードバック信号が回避装置５及びサーボコントローラ７に送られている。このフィードバック信号は、現在の試験装置１の状態に追従して、試験装置１が供試品２に加えている荷重、圧力、曲げ応力等を電圧又は電流として発生する信号である。回避装置５はこのフィードバック信号により、試験装置１の状態を記憶しておき、異常発生時に試験装置１の状態が急激に変化しないように制御する。
【００２３】
サーボコントローラ７は、指令信号とフィードバック信号とを減算し、その差の信号を試験装置の制御量として出力する。
【００２４】
図２は、本発明の第１の実施の形態の回避装置５の構成を示すブロック図である。試験装置１からのフィードバック信号は、フィードバック信号入力回路８に入力される。目標値設定回路９は異常が発生して回避したときの目標信号レベル（０Ｖ又は任意の値）として設定されたＳＴＡＴ信号を出力する。指令信号がこのＳＴＡＴ信号のレベルに至ると、試験装置１は中立状態、初期状態等の安全な状態となる。フィードバック信号のレベルと、ＳＴＡＴ信号のレベルとは、減算回路１０で比較され、モニタ回路１１に送られて、減算値の正負により指令信号が収れん中にある（回避動作中）か、指令信号が目標値に収れんしたか（回避動作が終了したか）が表示される。
【００２５】
フィードバック信号は切換器１２を介して充放電回路１３に入力され、充放電回路１３がフィードバック信号により充電されることにより、すなわち現在の試験装置の状態が記憶される。この充放電回路１３に記憶されたフィードバック信号は、後述する異常発生時に、指令信号として出力される。
【００２６】
制御装置３からＤ／Ａ変換部４を介して送出された指令信号は、指令信号入力回路１４に入力され、切換器１２を介して指令信号出力回路１５から出力され、試験装置１に伝達される。
【００２７】
また、指令信号は異常信号検出回路１６にも入力され、異常信号検出回路１６で異常信号が検出されると保持回路１７、インターロック回路１８を介して切換器１２に入力され、切換器１２の接点が異常状態に切り換えられるように制御される。また、保持回路１７へは回避装置５の外部からの異常信号が、異常信号入力回路２０を介して入力される。例えば、作業者が回避スイッチを手動操作する、他の装置と連動して回避動作をする等である。保持回路１７からの出力は認識装置回路１９に入力される。また、異常信号検出回路１６の出力はモニタ回路１１にも送られ、異常発生を報知する。
【００２８】
異常信号検出回路１６は、制御装置３からの指令信号と、予め設定された、指令信号の正常値（又は異常値）を示すしきい値とを比較し、指令信号が正常であるか又は異常であるかを判断する。指令信号が異常であると、異常信号検出回路１６は指令信号が異常である旨を示す信号を保持回路１７に送り、保持回路１７はラッチ回路により構成されており、指令信号の異常状態が解消しても切換器１２が異常状態を維持できるように、保持回路１７は異常状態であることを保持する。保持回路１７で保持された異常信号はインターロック回路１８に送られ、インターロック回路１８は、切換器１２に対して接点を異常状態に切り換えるよう指示する。切換器１２では図３ｂに示す異常状態に接点１２ａ〜１２ｄを切り換える。
【００２９】
図３は、図２に示す切換器の切り換え状態を説明する図である。図３ａは正常状態の切換器の接点１２ａ〜１２ｄの接続状態を示し、図３ｂは異常発生時の切換器の接点１２ａ〜１２ｄの接続状態を示す。
【００３０】
正常状態（図３ａ）においては、接点１２ａは閉状態にあり、フィードバック信号は充放電回路１３に供給され、試験装置１の現在の状態に基づくフィードバック信号により充電されている。また、接点１２ｄも閉状態にあり、指令信号入力回路１４（制御装置３）からの指令信号を、そのまま指令信号出力回路１５から出力する。一方、接点１２ｂ及び接点１２ｃは開状態にあり、目標値設定回路９からの信号及び充放電回路１３は指令信号として出力されない。
【００３１】
異常発生状態（図３ｂ）においては、接点１２ｂ及び接点１２ｃは閉状態にあり、目標値設定回路９からの信号と、充放電回路１３から出力された信号（記憶されたフィードバック信号）は指令信号出力回路１５から試験装置１へ指令信号として出力される。一方、接点１２ａは開状態にあり、新たに充放電回路１３にフィードバック信号は供給されず、充放電回路１３は異常発生前のフィードバック信号を出力しながら、徐々に放電し、信号レベルを低下させる。接点１２ｄも開状態にあり、指令信号入力回路１４（制御装置３）からの指令信号は指令信号出力回路１５から試験装置１へ出力されない。
【００３２】
図４は、本発明の実施の形態の異常発生時の制御手順を示すフローチャートである。試験装置１から出力される指令信号Ｘが異常信号検出回路１６にて定めた上限値より大きいと、指令信号が異常であると判断しステップ１０４に進む（ステップ１０２）。一方、指令信号Ｘが上限値より大きくなければ、指令信号Ｘは正常であると判断しステップ１０３に進む（ステップ１０２）。
次に、異常信号検出回路１６は、指令信号Ｘが所定の下限値より小さいと、指令信号が異常であると判断しステップ１０４に進む（ステップ１０３）。一方、指令信号Ｘが下限値より小さくなければ、指令信号Ｘは正常であると判断しステップ１０２戻り（ステップ１０３）、再度指令信号Ｘの大小を比較判断する。
【００３３】
ステップ１０２、１０３にて、指令信号Ｘが異常であると判断された場合は、異常信号検出回路１６は異常である旨の信号を保持回路１７に出力し（ステップ１０４）、保持回路１７ではこの信号が保持された後、インターロック回路１８に送られる（ステップ１０５）。さらに、インターロック回路１８は切換器１２に対し切換信号を送り（ステップ１０６）、切換器１２は接点１２ａ〜１２ｄを異常状態に切り換える。
【００３４】
また、本実施の形態では、異常信号入力回路２０に異常信号が入力されると（ステップ１００）、異常信号入力回路２０は保持回路１７に異常である旨を示す信号を出力し、ステップ１０４以降で前述と同様の動作をする。
【００３５】
図５は、切換器の動作に伴う制御波形の関係を示す。本図は上から順に、回避装置５に入力される指令信号、フィードバック信号、回避装置５から出力される指令信号である。
【００３６】
ここで、図５を参照して、全体的な作用を説明する。
【００３７】
正常な状態では、制御装置３から出力される指令信号が、そのまま試験装置１に出力され、この信号に応じて試験装置１が駆動される。しかし、制御装置３から入力される指令信号が所定のしきい値（上限値）を越え、異常信号検出回路１６にて指令信号が異常だと判断されると、切換器１２が動作し、制御装置３からの指令信号が遮断され、充放電回路１３に記憶されたフィードバック信号が指令信号として出力される。
【００３８】
また、制御装置３からの指令信号の、充放電回路１３への入力が遮断されるので、充放電回路１３から出力される指令信号は、充放電回路１３の放電に従って漸減し、やがて目標値設定回路９で設定された、回避時の目標信号レベルに到達する。
【００３９】
このようにして、充放電回路１３に記憶されたフィードバック信号に基づいた信号を、指令信号として試験装置１に出力し、この信号は予め設定した目標値に収れんするので、制御装置３が故障しても試験装置１の状態が急激に変化することがなく、指令信号の所定値への収れんに伴って、試験装置１を安全な状態に回避することができるので、供試品２を破壊することがない。
【００４０】
また、異常信号入力回路２０を設けたので、外部からの異常信号の入力によっても回避動作をすることができ、他の機器からの異常信号や、手動でも回避動作をすることができる。
【００４１】
図６は、本発明の第２の実施の形態の回避装置５の構成を示すブロック図である。第１の実施の形態の回避回路（図２）と異なり、フィードバック信号との差を演算して、異常状態に切り換えることができように構成されている。
【００４２】
第２の実施の形態においても、フィードバック信号入力回路８、切換器１２、充放電回路１３、異常信号検出回路１６等の構成、動作は、前述した第１の実施例と同じであり、詳細な説明は省略する。
【００４３】
第２の実施の形態の回避装置５では、特有の構成として、減算回路２１、しきい値設定回路２２、偏差信号検出回路２３を有している。
【００４４】
減算回路はフィードバック信号入力回路８及び指令信号入力回路１４に入力された信号の差を演算して、偏差信号を出力する。この偏差信号は、しきい値設定回路２２により予め定められたしきい値と、偏差信号検出回路２３にて比較され、しきい値より大きければ、検出器の故障（オープン又はショート）や、制御異常（フィードバック信号の追従不良等）であると判断されるので、保持回路１７に指令信号が異常である旨を示す信号を送り、インターロック回路１８を介して切換器１２に異常である旨が伝えられ、切換器１２の接点が異常状態に切り換えられるように制御される。
【００４５】
図７は、本発明の第３の実施の形態の全体の構成を示すブロック図である。第１の実施の形態と異なり、供試品２に４つの試験装置１ａ〜１ｄが接続されており、同時に４項目の試験が可能なように構成されている。
【００４６】
この第２の実施の形態においては、試験装置１ａ〜１ｄ、供試品２ａ〜２ｄ、制御装置３ａ〜３ｄ、回避装置５ａ〜５ｄ、インターフェース６ａ〜６ｄ、サーボコントローラ７ａ〜７ｄの各々の構成は前述した第１の実施の形態と同じである。
【００４７】
回避装置５ａ〜５ｂ及び制御装置３ａ〜３ｄは試験装置１ａ〜１ｄに対応して４台設置されており、各制御装置が故障しても、試験装置が制御不能にならないように構成されている
このように、第３の実施の形態では、複数の回避装置５ａ〜５ｄを設けたので、一部の制御装置３ａ〜３ｄに異常が生じても、回避動作をすることができ、試験装置１ａ〜１ｄの状態が急激に変化することがなく、指令信号を所定の値に収れんさせることができ、試験装置を安全な状態に回避することができ、供試品を破壊することがない。
【００４８】
また、回避装置を独立に設けているので、一部の制御装置に異常が生じても、他の試験装置は動作し、継続して試験を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態の回避装置周辺の構成を表すブロック図である。
【図２】  本発明の第１の実施の形態の回避装置の構成を表すブロック図である。
【図３】  図２に示す切換器の状態を説明する図である。
【図４】  本発明の実施の形態の異常発生時の制御手順を表すフローチャートである。
【図５】  本発明の実施の形態の制御の状態を表す波形図である。
【図６】  本発明の第２の実施の形態の回避装置の構成を表すブロック図である。
【図７】  本発明の第３の実施の形態の回避装置周辺の構成を表すブロック図である。
【符号の説明】
１    試験装置
２    供試品
３    制御装置
４    Ｄ／Ａ変換部
５    回避装置
６    インターフェース回路
７    サーボコントローラ
８    フィードバック信号入力回路
９    目標値設定回路
１０    減算回路
１１    モニタ回路
１２    切換器
１２ａ  接点ａ
１２ｂ  接点ｂ
１２ｃ  接点ｃ
１２ｄ  接点ｄ
１３    充放電回路
１４    指令信号入力回路
１５    指令信号出力回路
１６    異常信号検出回路
１７    保持回路
１８    インターロック回路
１９    認識装置回路
２０    異常信号入力回路
２１    減算回路
２２    しきい値設定回路
２３    偏差信号検出回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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