JP2015078870A - データ収集モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】回転する測定対象物の角度を示す情報と、角度に対応する測定データとを関連付けて記録するデータ収集モジュールにおいて、回転方向が変化しても規則的な角度で測定データを記録する。
【解決手段】正負方向に回転する測定対象物の角度を示す情報と、角度に対応する測定データとを関連付けて記録するデータ収集モジュールであって、カウンタと、測定対象物の回転角度が所定の角度変化したことを示す角度検出信号と測定対象物の回転方向を判別するための信号とを入力し、回転方向が正の場合に、角度検出信号毎にカウンタのカウント値を増加させ、回転方向が負の場合に、角度検出信号毎にカウンタのカウント値を減少させるエンコーダ入力部と、カウント値が所定の規則を満たす場合に、カウント値と測定データとを関連付けて記録するためのトリガ信号を出力するトリガ生成部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、正負方向に回転または移動する測定対象物の角度または位置を示す情報と、角度または位置に対応する測定データとを関連付けて記録するデータ収集モジュールに関する。

図４は、工作機等回転する機械の軸ぶれを監視するシステムの構成例を示すブロック図である。本図において、架台１３に工作機１０と軸受け１２とが固定されており、軸受け１２に工作機１０の軸が支えられている。軸１１には、ロータリーエンコーダ１４が取り付けられており、ロータリーエンコーダ１４は、軸１１の回転を検出して一定量回転する毎にパルス信号を出力する。軸１１の近傍には変位センサ１５が配置されており、変位センサ１５は、軸１１のぶれを測定し、アナログの変位信号を出力する。

ロータリーエンコーダ１４が出力するパルス信号には、一定の角度ピッチで出力されるＡ相信号とＢ相信号と、軸１１の原点が所定の位置を通過したことを示す原点検出信号とが含まれる。Ａ相信号とＢ相信号とは僅かに位相がずらされており、どちらが先に出力されるかで回転方向が判別できるようになっている。Ａ相信号とＢ相信号のいずれも角度検出に用いることができるが、ここでは、Ａ相信号を角度検出に用いるものとする。このため、Ａ相信号を角度検出信号とも称する。

本図において、データ収集モジュール３００は、エンコーダ入力部３１０、カウンタ３２０、アナログ入力部３３０、ＡＤ変換器３４０、データバッファ３５０、コントローラ部３６０を備えている。

データ収集モジュール３００は、例えば、図示しないＰＬＣに内蔵される。ＰＬＣはデータ収集モジュール３００が収集したデータに基づいて、工作機１０の軸１１の回転を制御する。一般に、ＰＬＣはマイクロプロセッサを内蔵し、リレー回路を原型としたステートマシンを動作モデルとする制御装置であり、主としてラダー図でプログラミングされる。

エンコーダ入力部３１０には、ロータリーエンコーダ１４が出力する原点検出信号、Ａ相信号、Ｂ相信号が入力される。Ａ相信号は、角度検出信号としても用いられる。エンコーダ入力部３１０は、これらのパルス信号からカウンタ３２０を制御する信号を生成し、カウンタ３２０に出力する。具体的には、回転方向が正転方向であれば角度検出信号毎にカウント値を増加させる信号を出力し、回転方向が反転方向であれば角度検出信号毎にカウント値を減少させる信号を出力する。また、原点検出信号を検出するとカウント値をリセットする信号を出力する。

カウンタ３２０は、エンコーダ入力部３１０が出力する信号に基づいてカウントを行ない、カウント値をデータバッファ３５０に出力する。また、角度検出信号が入力される度にカウンタパルス信号をコントローラ部３６０に出力する。

変位センサ１５が出力する変位信号はアンプ１６を経由してアナログ入力部３３０に入力される。アナログ入力部３３０は、入力された変位信号をＡＤ変換器３４０に出力する。

コントローラ部３６０は、カウンタ３２０からカウンタパルス信号を入力すると、ＡＤ変換器３４０に変換開始信号を出力する。ＡＤ変換器３４０は、この変換開始信号が入力されると、アナログ入力部３３０から入力されたアナログの変位信号をデジタル値の変位データに変換してデータバッファ３５０に出力する。

コントローラ部３６０は、ＡＤ変換器３４０の変換が終了すると、データバッファ３５０に保存指令信号を出力する。データバッファ３５０はこの保存指令信号が入力されると、カウンタ３２０のカウント値とＡＤ変換器３４０が出力するデジタル変位データとを関連付けて保存する。コントローラ部３６０は、モジュール間バスを介して、データバッファ３５０に保存されたデータを他のモジュールに送信する。

図５は、データ収集モジュール３００に入力される信号の例を示す図である。本図には、変位センサ１５が検出した軸１１の軸ぶれを表すアナログ変位信号、軸１１の原点が特定の位置に来たことを表す原点検出信号、Ａ相信号（角度検出信号）、Ｂ相信号が示されている。上述のように、Ａ相信号、Ｂ相信号はいずれも軸１１が所定の角度（例えば１度）回転したときに１パルス出力されるが、位相がずれている。Ａ相信号、Ｂ相信号のどちらの位相が進んでいるかを検出することにより、軸１１の回転方向を特定することができる。

特願２０１２−６０４２８号公報

カウンタ３２０のカウント値は、軸１１の原点でリセットされ、所定の角度毎に出力される角度検出信号毎に、正転であれば増加し反転であれば減少する。このため、カウンタ３２０のカウント値は、軸１１の回転角度と１対１で対応していることになる。

したがって、カウンタパルス毎に変位データ等の測定データをカウント値と関連付けて記録することで、角度毎の測定データを得ることができる。しかしながら、カウンタパルス毎に測定データを記録すると処理負荷が過大になるのに加え、大量のデータ領域が必要となる。このため、カウンタパルスを分周して測定データを記録したい場合がある。例えば、カウンタパルスを４分周して４パルス毎に測定データを記録する等である。

ところで、軸１１は、正転、反転が可能であるが、カウンタパルス毎に測定データをカウント値と関連付けて記録する場合には、途中で回転方向が変化したとしても、図６（ａ）に示すように、各カウント値で測定データが記録されることなる。

一方、カウンタパルスを分周して測定データを記録する場合には、回転方向が一定であれば、分周値に対応した間隔のカウント値で規則的に測定データが記録されるが、途中で回転方向が変化すると、図６（ｂ）に示すように、測定データを記録するカウント値が不規則になる。

カウント値は軸１１の回転角度と対応しているため、不規則な回転角度における測定データが記録されることになる。しかしながら、測定内容によっては、規則的な一定間隔の回転角度での測定データを記録したい場合もある。

また、このような問題は、移動量を検出するリニアエンコーダに関しても同様に存在する。すなわち、カウンタパルスを分周して測定データを記録する場合に、移動方向が変化すると測定データを記録するカウント値が不規則になり、不規則な位置における測定データが記録されることになる。

そこで、本発明は、正負方向に回転または移動する測定対象物の角度または位置を示す情報と、角度または位置に対応する測定データとを関連付けて記録するデータ収集モジュールにおいて、回転方向または移動方向が変化しても規則的な角度または位置で測定データを記録することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様であるデータ収集モジュールは、正負方向に回転する測定対象物の角度を示す情報と、前記角度に対応する測定データとを関連付けて記録するデータ収集モジュールであって、カウンタと、前記測定対象物の回転角度が所定の角度変化したことを示す角度検出信号と前記測定対象物の回転方向を判別するための信号とを入力し、回転方向が正の場合に、前記角度検出信号毎に前記カウンタのカウント値を増加させ、回転方向が負の場合に、前記角度検出信号毎に前記カウンタのカウント値を減少させるエンコーダ入力部と、前記カウンタのカウント値を入力し、前記カウント値が所定の規則を満たす場合に、前記カウント値と前記測定データとを関連付けて記録するためのトリガ信号を出力するトリガ生成部と、を備えたことを特徴とする。
ここで、前記トリガ生成部における所定の規則は、前記カウント値が、あらかじめ設定された前記角度検出信号の分周値に対応した一定間隔の値とすることができる。
また、前記トリガ生成部が出力するトリガ信号は、前記角度に対応するアナログの測定データをデジタル変換するためのトリガ信号とすることができる。
上記課題を解決するため、本発明の第２の態様であるデータ収集モジュールは、正負方向に移動する測定対象物の位置を示す情報と、前記位置に対応する測定データとを関連付けて記録するデータ収集モジュールであって、カウンタと、前記測定対象物の位置が所定距離変化したことを示す位置検出信号と前記測定対象物の移動方向を判別するための信号とを入力し、移動方向が正の場合に、前記位置検出信号毎に前記カウンタのカウント値を増加させ、移動方向が負の場合に、前記位置検出信号毎に前記カウンタのカウント値を減少させるエンコーダ入力部と、前記カウンタのカウント値を入力し、前記カウント値が所定の規則を満たす場合に、前記カウント値と前記測定データとを関連付けて記録するためのトリガ信号を出力するトリガ生成部と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、正負方向に回転または移動する測定対象物の角度または位置を示す情報と、角度または位置に対応する測定データとを関連付けて記録するデータ収集モジュールにおいて、回転方向または移動方向が変化しても規則的な角度または位置で測定データを記録することができる。

本実施形態に係るデータ収集モジュールの構成を示すブロック図である。 本実施形態に係るデータ収集モジュールの特徴的動作を説明するフローチャートである。 本実施形態に係るデータ収集モジュールが測定データを記録するカウント値を説明する図である。 工作機等回転する機械の軸ぶれを監視するシステムの構成例を示すブロック図である。 データ収集モジュールに入力される信号の例を示す図である。 従来のデータ収集モジュールが測定データを記録するカウント値を説明する図である。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るデータ収集モジュール１００の構成を示すブロック図である。本図において、工作機１０、軸１１、軸受け１２、架台１３、ロータリーエンコーダ１４、変位センサ１５、アンプ１６については、従来例と同様であるため、説明を省略する。データ収集モジュール１００は、例えば、図示しないＰＬＣに内蔵される。ＰＬＣはデータ収集モジュール１００が収集したデータに基づいて、工作機１０の軸１１の回転を制御する。

本図に示すように、データ収集モジュール１００は、エンコーダ入力部１１０、カウンタ１２０、アナログ入力部１３０、ＡＤ変換器１４０、データバッファ１５０、コントローラ部１６０を備えている。

エンコーダ入力部１１０には、ロータリーエンコーダ１４が出力する原点検出信号、Ａ相信号、Ｂ相信号が入力される。Ａ相信号は、角度検出信号としても用いられる。エンコーダ入力部１１０は、Ａ相信号とＢ相信号の入力順に基づいて軸１１の回転方向を判定する方向判定部１１１を備えている。

エンコーダ入力部１１０は、入力されるパルス信号からカウンタ１２０を制御する信号を生成し、カウンタ１２０に出力する。具体的には、回転方向が正転方向であれば角度検出信号毎にカウント値を増加させる信号を出力し、回転方向が反転方向であれば角度検出信号毎にカウント値を減少させる信号を出力する。また、原点検出信号を検出するとカウント値をリセットする信号を出力する。

カウンタ１２０は、エンコーダ入力部１１０が出力する信号に基づいてカウントを行ない、カウント値をデータバッファ１５０およびコントローラ部１６０に出力する。すなわち、コントローラ部１６０には、カウント値が変化したことを示すカウンタパルス信号ではなく、カウント値そのものを出力する。

変位センサ１５が出力する変位信号はアンプ１６を経由してアナログ入力部１３０に入力される。アナログ入力部１３０は、入力された変位信号をＡＤ変換器１４０に出力する。

コントローラ部１６０は、データ収集モジュール１００を制御するブロックであり、本実施形態では、ＡＤ変換トリガ生成部１６１を備えている。ＡＤ変換トリガ生成部１６１は、カウンタ１２０から入力されるカウント値が所定の条件を満たしている場合に、ＡＤ変換器１４０にＡＤ変換のトリガ信号として機能する変換開始信号を出力する。

ここで、カウント値が所定の条件を満たす場合とは、カウント値が角度検出信号の分周値に応じた一定間隔の値と一致する場合であるとする。例えば、角度検出信号を４分周して変位信号を記録する場合には、カウント値が４の倍数、すなわち、カウント値の下位２ビットが「００」のときに条件を満たすことになる。また、角度検出信号を２分周して変位信号を記録する場合には、カウント値が２の倍数、すなわち、カウント値の最下位ビットが「０」のときに条件を満たすことになる。

ＡＤ変換器１４０は、ＡＤ変換トリガ生成部１６１から変換開始信号が入力されると、アナログ入力部１３０から入力されたアナログの変位信号をデジタル値の変位データに変換してデータバッファ１５０に出力する。

コントローラ部１６０は、ＡＤ変換器１４０の変換が終了すると、データバッファ１５０に保存指令信号を出力する。データバッファ１５０はこの保存指令信号が入力されると、カウンタ１２０のカウント値とＡＤ変換器１４０が出力するデジタル変位データとを関連付けて保存する。コントローラ部１６０は、モジュール間バスを介して、データバッファ１５０に保存されたデータを他のモジュールに送信する。

次に、本実施形態に係るデータ収集モジュール１００の特徴的な動作について図２のフローチャートを参照して説明する。データ収集モジュール１００は、角度検出信号に対する分周値の設定をあらかじめ受け付ける（Ｓ１０１）。分周値の設定では、例えば、ユーザから２分周、４分周、８分周等の値を受け付けるようにする。ただし、他の設定等に基づいて分周値を自動的に定めたり、分周値を所定の固定値としておいてもよい。

測定を開始すると、エンコーダ入力部１１０にロータリーエンコーダ１４からの角度検出信号が連続的に入力され、エンコーダ入力部１１０が回転方向に応じてカウンタ１２０のカウント値を変化させる（Ｓ１０２）。

カウンタ１２０のカウント値が変化すると、コントローラ部１６０のＡＤ変換トリガ生成部１６１に、カウント値が入力される（Ｓ１０３）。

ＡＤ変換トリガ生成部１６１は、入力されたカウント値が起動条件を満たすかどうかを判定する（Ｓ１０４）。すなわち、カウント値が分周値に応じた一定間隔の値であるかどうか判定を行なう
そして、入力されたカウント値が起動条件を満たす場合には（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、ＡＤ変換トリガ生成部１６１がＡＤ変換器１４０に対してＡＤ変換のトリガとなる変換開始信号を出力する（Ｓ１０５）。一方、入力されたカウント値が起動条件を満たさない場合には（Ｓ１０４：Ｎｏ）、ＡＤ変換器１４０に対する変換開始信号の出力は行なわない。

データ収集モジュール１００は、以上の動作を角度検出信号が入力される度に繰り返す（Ｓ１０２〜）。

このような動作を行なうことにより、本実施形態に係るデータ収集モジュール１００は、図３に示すように、回転方向が変化しても、例えば、４の倍数となる規則的なカウント値で測定データが記録される。カウント値は、軸１１の回転角度と対応しているため、一定間隔の規則的な回転角度における測定データが記録されることになる。

なお、本実施形態では、アナログの測定データを１種類としていたが、２種類以上としてもよい。この場合、測定データ毎にアナログ入力部１３０とＡＤ変換器１４０を設け、ＡＤ変換トリガ生成部１６１は、各ＡＤ変換器１４０に対して同時に変換開始信号を出力するようにする。

また、データ収集モジュール１００は、軸１１の回転角度を検出するロータリーエンコーダ１４に代えて、測定対象物の位置を検出するリニアエンコーダを用いた場合にも適用することができる。この場合、リニアエンコーダからは、測定対象物の位置が所定距離変化したことを表わす位置検出信号と、方向判定部１１１が測定対象物の移動方向を判別するための信号と、測定対象物が所定の位置を通過したことを示す原点検出信号とが入力される。

エンコーダ入力部１１０は、移動方向が正方向であれば位置検出信号毎にカウント値を増加させる信号を出力し、移動方向が負方向であれば位置検出信号毎にカウント値を減少させる信号を出力する。また、原点検出信号を検出するとカウント値をリセットする信号を出力する。

また、アナログ入力部１３０には、測定対象物の位置に応じた測定アナログ信号、例えば、上下の変位量等が入力される。他のブロックについては、上述の実施形態と同様とすることができる。

１０…工作機、１１…軸、１２…軸受け、１３…架台、１４…ロータリーエンコーダ、１５…変位センサ、１６…アンプ、１００…データ収集モジュール、１１０…エンコーダ入力部、１１１…方向判定部、１２０…カウンタ、１３０…アナログ入力部、１４０…ＡＤ変換器、１５０…データバッファ、１６０…コントローラ部、１６１…変換トリガ生成部

Claims (4)

1. 正負方向に回転する測定対象物の角度を示す情報と、前記角度に対応する測定データとを関連付けて記録するデータ収集モジュールであって、
   カウンタと、
   前記測定対象物の回転角度が所定の角度変化したことを示す角度検出信号と前記測定対象物の回転方向を判別するための信号とを入力し、回転方向が正の場合に、前記角度検出信号毎に前記カウンタのカウント値を増加させ、回転方向が負の場合に、前記角度検出信号毎に前記カウンタのカウント値を減少させるエンコーダ入力部と、
   前記カウンタのカウント値を入力し、前記カウント値が所定の規則を満たす場合に、前記カウント値と前記測定データとを関連付けて記録するためのトリガ信号を出力するトリガ生成部と、を備えたことを特徴とするデータ収集モジュール。
2. 前記トリガ生成部における所定の規則は、前記カウント値が、あらかじめ設定された前記角度検出信号の分周値に対応した一定間隔の値であることを特徴とする請求項１に記載のデータ収集モジュール。
3. 前記トリガ生成部が出力するトリガ信号は、前記角度に対応するアナログの測定データをデジタル変換するためのトリガ信号であることを特徴とする請求項１または２に記載のデータ収集モジュール。
4. 正負方向に移動する測定対象物の位置を示す情報と、前記位置に対応する測定データとを関連付けて記録するデータ収集モジュールであって、
   カウンタと、
   前記測定対象物の位置が所定距離変化したことを示す位置検出信号と前記測定対象物の移動方向を判別するための信号とを入力し、移動方向が正の場合に、前記位置検出信号毎に前記カウンタのカウント値を増加させ、移動方向が負の場合に、前記位置検出信号毎に前記カウンタのカウント値を減少させるエンコーダ入力部と、
   前記カウンタのカウント値を入力し、前記カウント値が所定の規則を満たす場合に、前記カウント値と前記測定データとを関連付けて記録するためのトリガ信号を出力するトリガ生成部と、を備えたことを特徴とするデータ収集モジュール。