JP2009168814A - 測定システムおよび測定システムの監視方法 - Google Patents

Abstract

【課題】センサの電気エネルギー供給の停止に起因して誤って求められた位置を認識することを可能にする。
【解決手段】運動可能な要素（２０）の位置を求めるためのセンサ（１４）を有する測定システムにおいて、センサ（１４）がセンサ時計（２４）を有し、測定システムが電気エネルギー蓄積器（１３）を有し、電気エネルギー蓄積器（１３）が、センサ（１４）の外部供給電圧（Ｕ_Ｖ）の異常低下時に、センサ時計（２４）を含めてセンサの少なくとも一部に電気エネルギーを供給し、外部供給電圧（Ｕ_Ｖ）の回復後にセンサ時計（２４）の時刻と外部時計（２５）の時刻との比較が行なわれ、時刻の比較に基づいて、誤って求められた位置が認識される。
【選択図】図１

Description

本発明は、運動可能な要素の位置を求めるためのセンサを有する測定システムの監視方法に関する。

更に、本発明は、運動可能な要素の位置を求めるためのセンサを有する測定システムに関する。

とりわけ自動化技術の技術分野においては、例えば機械軸を駆動するための駆動装置のモータ軸のような運動可能な要素の位置を求めるために、測定システム、特に増分測定システムが使用される。センサが基準マークを有する増分測定システムにより、基準マーク通過に基づいて次によって絶対位置が検出可能である。すなわち、基準マーク（零位置）の通過に基づいて、通過された増分がカウンタにより完全に考慮されることによって、絶対位置が検出可能である。この場合に、通過された増分のカウント内容は概略位置に相当し、更に補間法によって微細位置が求められる（例えば、特許文献１参照）。概略位置および微細位置は共に絶対位置である。

とりわけ工作機械、生産機械および／またはロボットの場合に、このような測定システムは、一般に機械の運動可能な要素の制御および／または調節のために用いられる制御および／または調節装置から、通常動作時に電気エネルギーを供給される。制御および／または調節装置が遮断された際に、多くのこの種の測定システムの場合には、通過された増分についてのカウント内容が失われ、および／または遮断後には通過される増分がもはや考慮されない。制御および／または調節装置の再投入後に、このような測定システムにおいて、絶対位置を決定することができるためには、先ず、最初に再び基準マークが通過されなければならない。

しかしながら、従来技術によれば、この問題は、制御および／または調節装置の遮断後も測定システムに給電するバッテリを備えさせることによって解決することができる。このような測定システムは公知である（例えば、特許文献２参照）。これにおいては、例えばセンサの電気的構成部分の全体がエネルギーを供給されるのではなくて、センサの一部のみが電気エネルギーを供給される。センサは、このようにして通常動作におけるよりもエネルギー節約モードにて動作させられる。場合によっては、例えばカウント内容の記憶のための単一のＲＡＭのみが給電される（この場合には、制御および／または調節装置の遮断時において場合によって起こり得る運動可能な要素の運動は、もちろん検出不可能である）。場合によっては、例えばそうでなければ連続的に動作させられる光学的センサの発光ダイオードもパルス状にしか動作させられず、補間電子ユニットは全く動作させられないので、微細位置は、もはや全く検出されないか、または、さもなければ普通は依然として通過増分を計数するに十分であるのと同じように良好には検出されない。更に、他の文献からセンサが公知である（例えば、特許文献３および特許文献４参照）。

この従来技術における欠点は、バッテリの電圧喪失時におけるエネルギー供給不足の際に、通過される要素のカウント内容が消去または変更され得ることにある。これは、特に通常動作においてセンサへのエネルギー供給を保証するセンサ外部からのエネルギー供給の長すぎる停止の際に発生する。その際に、制御および／または調節装置の再投入後およびそれにともなうセンサ通常動作のための外部電源電圧の回復後において、センサによって求められた位置がなおも実際に運動可能な要素の本当の位置に一致していることがもはや保証されない。なぜならば、その間においてバッテリによって発生させられる補助供給電圧が、少なくともセンサの重要な電気構成部分に十分なエネルギーを供給するには、あまりにも大幅に低下しているからである。

更に、カウント内容の記憶のために不揮発性メモリを使用し、独立のエネルギー源として電気機械的なスナップ機構を用いるセンサが公知である（例えば、特許文献５参照）。この場合は、とりわけ比較的高価な機械装置が欠点である。
独国特許出願公開第２７２９６９７号明細書 欧州特許出願公開第０３６２４０７号明細書 独国特許出願公開第３５８６９３７号明細書 欧州特許出願公開第０１５８７８１号明細書 独国実用新案登録出願公開第２０２００４０００４１３号明細書

本発明の課題は、センサの電気エネルギー供給の停止に起因して誤って求められた位置を認識することにある。

この課題は、運動可能な要素の位置を求めるためのセンサを有する測定システムの監視方法であって、センサがセンサ時計を有し、測定システムが電気エネルギー蓄積器を有し、電気エネルギー蓄積器が、センサの外部供給電圧の異常低下時に、センサ時計を含めてセンサの少なくとも一部に電気エネルギーを供給し、外部供給電圧の回復後にセンサ時計の時刻と外部時計の時刻との比較が行なわれ、時刻の比較に基づいて、誤って求められた位置が認識される測定システムの監視方法によって解決される。

更にこの課題は、運動可能な要素の位置を求めるためのセンサを有する測定システムであって、センサがセンサ時計を有し、測定システムが電気エネルギー蓄積器を有し、電気エネルギー蓄積器が、センサの外部供給電圧の異常低下時に、センサ時計を含めてセンサの少なくとも一部に電気エネルギーを供給し、測定システムが監視ユニットを有し、監視ユニットが外部供給電圧の回復後にセンサ時計の時刻と外部時計の時刻との比較を行ない、時刻の比較に基づいて、誤って求められた位置を認識する測定システムによって解決される。

本発明の有利な実施態様は従属請求項に記載されている。

方法の有利な実施態様は測定システムの有利な実施態様に類似してもたらされ、またその逆も同様である。

時刻の比較は、センサの基準マークの最初の検出時にセンサ時計の時刻と外部時計の時刻との第１の差が求められ、外部供給電圧の回復後にセンサ時計の時刻と外部時計の時刻との第２の差が求められ、第１の差が第２の差と比較されることによって行なわれると有利であることが分かった。この措置によって、時刻の比較のために時刻を一致させなければならないことなしに時刻の比較を行ない得ることが保証される。この措置によってセンサ時計の時刻と外部時計の時刻との必要な同期を省略することができる。更に、この措置によって、基準マークの最初の検出時にはじめて感応手段によって正しく検出された位置であるとの判定が可能であることが保証される。このようにして原理的に、まだ絶対位置が確定されていないかぎり、求められた位置は誤っているとして認識されることが保証される。この場合に、第１の差を求める前にセンサ時計の時刻を適切な値にセットするとよい。

更に、第１の差と第２の差との比較が、第１の差と第２の差との差が形成されることによって行なわれると有利であることが分かった。これは比較の特に簡単な可能性をもたらす。

更に、センサの外部供給電圧の異常低下時に、センサの少なくとも一部がエネルギー蓄積器から付加的に、通過される増分がカウントされるように電気エネルギーを供給されると有利であることが分かった。なぜならば、供給電圧の異常低下中に運動可能な要素が運動した場合にも、カウント内容が正しいからである。

更に、外部時計は運動可能な要素を制御および／または調節するための制御および／または調節装置の構成部分であると有利である。これによって、監視ユニットを実現するための付加的なハードウェアを省略することができる

更に、本発明による測定システムを有する工作機械、生産機械および／またはロボットを構成することが有利であることが分かった。

本発明の実施例を図面に示し、以下において更に詳細に説明する。図１は本発明による測定システムを示す。

図１には概略図の形で本発明による測定システムが示されている。分かり易さのために、本発明の理解に必要な要素のみが示されている。センサ１４は円板１を有し、その円板１の回転軸１８が、実施例の枠内でモータ軸２０の形で存在する運動可能な要素に接続されている。センサ１４は、このようにして位置を、すなわち実施例の枠内ではモータ軸２０の回転角を検出する。センサ１４は、このために円状に配置された増分からなる増分トラックを有する。図１には模範的に増分が参照符号２を付されている。円板１は更に基準マーク３を備えている。感応手段４により円板１の回転運動時に基準マーク３の通過および増分の通過が記録され、評価回路７に伝達され、このことが矢印６によって示されている。連続する増分はカウンタ２１によってカウントされ、カウント内容はメモリ８に保存される。カウント内容に基づいてモータ軸２０の位置が決定され、例えば接続線１６を介して、運動可能な要素の位置の制御および／または調節に用いられる制御および／または調節装置９に伝送される。

センサの通常動作におけるエネルギー供給のために、測定システムは電圧発生装置１０を有する。電圧発生装置１０は、センサ１４へのエネルギー供給のために、外部供給電圧Ｕ_Ｖを発生し、電圧供給線１１を介してセンサ１４に外部からエネルギーを供給する。電圧供給装置１０は、実施例の枠内では、制御および／または調節装置９の構成部分である。しかしながら、これは必ずしも必要ではなく、制御および／または調節装置９とは関係なく制御および／または調節装置９の外側に配置されていてもよい。

更に、センサ１４はエネルギー蓄積器１３を有する。このエネルギー蓄積器１３は、例えばバッテリまたはコンデンサまたは両者の組み合わせの形で構成されている。エネルギー蓄積器１３は補助供給電圧Ｕ_Ｈを発生する。外部供給電圧Ｕ_Ｖの異常低下時に、メモリ８に記憶されたセンサのカウント内容が維持されたままであるように、エネルギー蓄積器１３によって或る時間にわたってセンサの少なくとも一部分に電気エネルギーが供給される。エネルギー蓄積器１３は減結合（分離）ダイオード１２を介して電圧発生装置１０から電気的に減結合（分離）されている。外部供給電圧Ｕ_Ｖの異常低下時に補助電圧Ｕ_Ｈが供給線１１に印加され、その際の減結合ダイオード１２における電圧降下は無視できる。

電圧発生装置１０が長い時間にわたって異常低下または遮断され、それによりエネルギー蓄積器１３がますます空になっていくと、補助電圧Ｕ_Ｈが時間にともなって低下する。補助供給電圧が臨界値以下に低下したとき、メモリ８内のカウント内容が失われ、すなわち消去または変更される。これは誤って求められた位置となり、このことが、通常の測定システムにおける制御および／または調節装置９によっては気づかれない。これは運動可能な要素の運動の誤りのある制御および／または調節をもたらし得る。

本発明によれば、センサ１４が、以下においてセンサ時計と呼ぶ時計２４を有する。センサ時計２４は例えば水晶時計として実現可能である。制御および／または調節装置９は、データ交換のために、接続線１６を介してセンサ１４に接続されている。センサ１４は、例えば求められた位置を、接続線１６を介して制御および／または調節装置９に伝達する。制御および／または調節装置９は、既に述べたように、実施例の枠内で例えばモータ軸２０として構成されている運動可能な要素の制御および／または調節に用いられる。制御および／または調節装置９は、このために計算装置１９を有し、計算装置１９はセンサ１４によって求められた位置によりモータを適切に制御および／または調節する。制御および／または調節装置９は更に、以下において外部時計と呼ぶ時計２５を有する。用語「外部」は、この外部時計がセンサ１４の構成部分ではないことを表す。しかし、外部時計２５は、必ずしも実施例におけるように計算装置１９の構成部分である必要はない。更に、制御および／または調節装置９は、実施例の枠内において計算装置１９上で実行されるソフトウェアの形にて構成されている監視ユニット１５を有する。しかし、監視ユニット１５は、計算装置１９の外部におけるハードウェアの形で構成されていてもよい。計算装置１９は、例えば機械の数値制御装置（ＮＣ制御装置）の形で構成されていてよい。

例えば制御および／または調節装置９が遮断され、そのために電圧発生装置１０によって発生された外部供給電圧Ｕ_Ｖが異常低下すると、センサ１４への電圧供給は定められた時間にわたって電気エネルギー蓄積器１３によって維持される。この電気エネルギー蓄積器１３は補助供給電圧Ｕ_Ｈを発生し、例えばバッテリまたはコンデンサの形で存在することができる。減結合ダイオード１２は補助供給電圧Ｕ_Ｈから外部供給電圧Ｕ_Ｖを減結合（分離）するのに役立つ。この場合に、電気エネルギー蓄積器１３は、必ずしもセンサの全ての電気要素に電気エネルギーを供給し続ける必要はないが、しかしながら、少なくともカウント内容を記憶するメモリ８とセンサ時計２４とにエネルギーを供給し続けなければならない。しかしながら、外部供給電圧Ｕ_Ｖがあまりにも長く異常低下すると、或る定められた時点から、補助供給電圧Ｕ_Ｈが、もはやメモリ８およびセンサ時計２４への十分なエネルギーを供給するには不足する臨界値以下に低下する。この結果、センサ時計２４によって求められた時刻が消去され、または少なくとも変更され、そしてメモリ８におけるカウント内容が同様に消去され、または少なくとも変更される。したがって、センサ１４によって求められた位置は誤りを有する。

制御および／または調節装置９が何らかの或る後の時点で再投入され、それにともなって電圧発生装置１０を介してセンサ１４が再び電気エネルギーを供給された後に、センサが接続線１６を介して、今や誤って求められた位置とセンサ時計２４の時刻とが、制御および／または調節装置９に伝送され、そして特に監視ユニット１５に伝送される。監視ユニット１５は外部時計２５の時刻とセンサ時計２４の時刻とを比較し、この比較に基づいて、求められた位置が誤っているかあるいは有効であるかを確定する。

最も簡単な場合には、外部時計２５の時刻とセンサ時計２４の時刻との差を求めることによって比較が行なわれ、このようにして求められた差が、定められた限界値を上回るや否や、誤って求められた位置であるとの判定がなされる。この場合に限界値はセンサ時計２４および外部時計２５の精度に依存する。このような評価における欠点は、センサ時計２４が外部時計２５に対して時間的なずれ（時間差）を有してはならないことにある。

この欠点は、監視ユニット１５における両時刻の的確な有利な評価によって克服することができる。外部供給電圧の存在下でセンサの基準マークの最初の検出時にセンサ時計２４の時刻と外部時計２５の時刻との第１の差が監視ユニット１５において求められて記憶され、そして外部供給電圧Ｕ_Ｖの異常低下およびそれに続く外部供給電圧Ｕ_Ｖの回復の後に、センサ時計２４の時刻と外部時計２５の時刻との第２の差が求められ、監視ユニット１５において第１の差が第２の差と比較される。

最も簡単な場合には、第１の差と第２の差との差が形成されることによって、第１の差と第２の差とが比較される。第１の差と第２の差との差の大きさが予め設定された限界値を上回る場合に、誤って求められた位置であるとの判定がなされる。

基準マークの最初の検出は、例えば機械の納入および設置後における最初の使用開始時に行なわれるとよい。

ここで指摘しておくに、図１には理解のためにセンサ１４の主たる要素しか示されていない。センサ１４は、例えば複数の増分トラックを持つこと、および／または例えば微細位置（正弦／余弦トラック信号）の検出のための複数の感応手段４を持つこと、ならびに連続する増分の検出のための複数のカウンタおよび複数のカウント内容を持つことも可能である。エネルギー蓄積器１３は、外部供給電圧の異常低下時に個々のカウント内容が維持されるようにメモリ８に相応に給電する。

更に個々で指摘しておくに、エネルギー蓄積器１３はセンサ１４の外部に配置されていてもよい。

本発明による測定システムの実施例を示す概略図

１ 円板
２ 増分
３ 基準マーク
４ 感応手段
６ 矢印
７ 評価ユニット
８ メモリ
９ 制御および／または調節装置
１０ 電圧発生装置
１１ 電圧供給線
１２ 減結合ダイオード
１３ エネルギー蓄積器
１４ センサ
１５ 監視ユニット
１６ 接続線
１８ 回転軸
１９ 計算装置
２０ モータ軸
２１ カウンタ
２４ センサ時計
２５ 外部時計

Claims (8)

1. 運動可能な要素（２０）の位置を求めるためのセンサ（１４）を有する測定システムの監視方法であって、センサ（１４）がセンサ時計（２４）を有し、測定システムが電気エネルギー蓄積器（１３）を有し、電気エネルギー蓄積器（１３）が、センサ（１４）の外部供給電圧（Ｕ_Ｖ）の異常低下時に、センサ時計（２４）を含めてセンサ（１４）の少なくとも一部に電気エネルギーを供給し、外部供給電圧（Ｕ_Ｖ）の回復後にセンサ時計（２４）の時刻と外部時計（２５）の時刻との比較が行なわれ、時刻の比較に基づいて、誤って求められた位置が認識されることを特徴とする測定システムの監視方法。
2. 時刻の比較は、センサ（１４）の基準マーク（３）の最初の検出時にセンサ時計（２４）の時刻と外部時計（２５）の時刻との第１の差が求められ、外部供給電圧（Ｕ_Ｖ）の回復後にセンサ時計（２４）の時刻と外部時計（２５）の時刻との第２の差が求められ、第１の差が第２の差と比較されることによって行なわれることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 第１の差と第２の差との比較は、第１の差と第２の差との差が形成されることによって行なわれることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. センサ（１４）の外部供給電圧（Ｕ_Ｖ）の異常低下時に、センサ（１４）の少なくとも一部はエネルギー蓄積器（１３）から付加的に、通過される増分がカウントされるように電気エネルギーを供給されることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の方法。
5. 運動可能な要素（２０）の位置を求めるためのセンサ（１４）を有する測定システムであって、センサ（１４）がセンサ時計（２４）を有し、測定システムが電気エネルギー蓄積器（１３）を有し、電気エネルギー蓄積器（１３）が、センサ（１４）の外部供給電圧（Ｕ_Ｖ）の異常低下時に、センサ時計（２４）を含めてセンサの少なくとも一部に電気エネルギーを供給し、測定システムが監視ユニット（１５）を有し、監視ユニット（１５）が外部供給電圧（Ｕ_Ｖ）の回復後にセンサ時計（２４）の時刻と外部時計（２５）の時刻との比較を行ない、時刻の比較に基づいて、誤って求められた位置を認識することを特徴とする測定システム。
6. 監視ユニット（１５）は運動可能な要素（２０）を制御および／または調節するための制御および／または調節装置（９）の構成部分であることを特徴とする請求項５記載の測定システム。
7. 外部時計（２５）は運動可能な要素（２０）を制御および／または調節するための制御および／または調節装置（９）の構成部分であることを特徴とする請求項５又は６記載の測定システム。
8. 請求項５乃至７の１つに記載の測定システムを有する工作機械、生産機械および／またはロボット。

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