JP7374483B2

JP7374483B2 - 無線センサシステム及びセンサタグ

Info

Publication number: JP7374483B2
Application number: JP2020048695A
Authority: JP
Inventors: 新一安部; 声喜佐藤
Original assignee: Knowledge Manufacturing Co
Current assignee: Knowledge Manufacturing Co
Priority date: 2020-03-19
Filing date: 2020-03-19
Publication date: 2023-11-07
Anticipated expiration: 2040-03-19
Also published as: JP2021149498A

Description

本発明は、成形機又は工作機械に配置されたセンサから検出結果を収集するのに好適な無線センサシステム、センサタグ及び親タグに関する。

成形機又は工作機械の分野では、各部位にセンサが配置される。センサの検出結果はＰＬＣ（Programmable Logic Controller）を有する配電盤を介して専用コントローラやコンピュータに入力される。近年では、様々なセンサを用いてしかもリアルタイムに時々刻々と変化するデータを収集することが要求されている（特許文献１参照）。

特開２０１９－４６２９３号公報

このようなセンサシステムでは、各機器間を有線で接続してデータ伝送を行っているため、センサ数の増大によって工場内の配線が膨大で複雑化している。そのため、無線化したシステムが要望されているが、成形機又は工作機械の分野では通信の信頼性の要求が極めて高いことから、その点で導入が躊躇されていると考えられる。具体的には、成形機又は工作機械が設置された工場内では、データ通信のためのパケットが大量に飛び交って混信が多発し、通信の信頼性が損なわれると考えられる。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、成形機又は工作機械が設置される環境において、成形機又は工作機械の所定部位に配置されたセンサのデータ伝送を、通信の信頼性を損なうことなく行うことができる無線センサシステム及びセンサタグを提供することにある。

本発明の別の目的は、複数の親タグとセンサタグとの間で電文の受け取りを簡単な構成で実現できる親タグを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る無線センサシステムは、成形機又は工作機械の所定部位に配置されたセンサが接続される複数の接続部と、各前記接続部に前記センサが接続されたことを識別し、前記識別された１又は２以上センサより送信された複数の検出結果を１つの電文にまとめる処理部と、前記検出結果が１つにまとめられた前記電文を無線送信する送信部とを有するセンサタグを具備する。

本発明では、センサタグにおいて複数の検出結果を１つの電文にまとめて無線送信するように構成したので、成形機又は工作機械が設置された環境での通信量を削減できる。このため、混信がなくなり、成形機又は工作機械の所定部位に配置されたセンサのデータ伝送を、通信の信頼性を損なうことなく行うことができる。

本発明に係る無線センサシステムでは、当該無線センサシステムは、前記センサを含むものであり、前記処理部は、各前記接続部を介して各前記センサに検出結果の送信要求を同時に送信し、各前記センサは、前記送信要求に応じて、各前記接続部を介して前記検出結果を前記センサタグに送信してもよい。

これにより、時間軸が一致した複数の検出結果を１つの電文にまとめて無線送信することができる。

本発明に係る無線センサシステムでは、前記センサは、前記送信要求に応じて前記検出結果を前記センサタグに送信するタイミングをずらすことが可能なように構成してもよい。

これにより、本発明に係る無線センサシステムは、各センサからの検出結果が同じタイミングでセンサタグに送信されることを回避でき、センサタグの処理負荷の集中を避けることができる。

本発明に係る無線センサシステムでは、前記センサは、センサ本体と、前記センサ本体による検出結果を前記センサタグに前記送信するタイミングをずらすための時間が設定されたタイマと、前記送信要求に応じて前記検出結果を前記タイマに設定された時間だけずらしたタイミングで前記センサタグに送信する検出結果送信部とを有してもよい。

本発明に係る無線センサシステムでは、当該無線センサシステムは、前記センサを含むものであり、前記処理部は、各前記接続部を介して受信した各前記センサからの検出結果を同期したタイミングで抽出し、前記抽出した複数の検出結果を１つの電文にまとめてもよい。

本発明では、通信の信頼性を損なうことなく、時間軸が一致した複数の検出結果を１つの電文にまとめて無線送信することができる。

本発明に係る無線センサシステムでは、各前記センサは、それぞれ固有のＩＤが設定されており、前記センサタグは、前記センサが前記接続部に接続されたとき、前記固有のＩＤを読み取って、前記読み取った固有のＩＤに基づき前記センサを識別してもよい。

これにより、本発明に係る無線センサシステムは、センサタグに様々の種類のセンサを接続することが可能となる。

本発明に係る無線センサシステムでは、前記センサタグは、前記センサが前記接続部に接続されたとき、前記センサによる検出結果である出力信号の態様に基づき前記センサを識別してもよい。

これにより、本発明に係る無線センサシステムは、センサに固有のＩＤが設定されていなくても、センサタグに様々の種類のセンサを接続することが可能となる。

本発明に係る無線センサシステムでは、前記送信部より送信される電文は、ヘッダと、各前記センサに応じて予め定められた順番で各前記センサの送信結果が並べられた電文本体と、フッダとを有してもよい。

本発明では、センサに応じて予め定められた順番で各センサの送信結果が並べられているので、電文を受信して処理する側での処理負担を低減することができる。

本発明に係る無線センサシステムでは、１又は２以上の前記センサタグより送信された電文を受信する無線受信部と、コンピュータとの間でデータのやりとりを行うためのインターフェース部と、固有のＩＤが設定されたＩＤ設定部とを有する親タグをさらに具備し、各前記センサタグは、それぞれ固有のＩＤが設定されており、前記親タグと各前記センサタグとは、それぞれの固有のＩＤを用いて通信を確立し、前記親タグは前記センサタグより前記電文を受け取るように構成してもよい。

これにより、本発明に係る無線センサシステムは、複数の親タグとセンサタグとの間で電文の受け取りを簡単な構成で実現できる。

本発明に係る無線センサシステムでは、前記センサタグは、前記親タグからの送信要求に応じて前記電文を前記親タグに送信するタイミングをずらすことが可能なように構成してもよい。

これにより、本発明に係る無線センサシステムは、各センサタグからの電文が同じタイミングで親タグに送信されることを回避でき、混信及び親タグの処理負荷の集中を避けることができる。

本発明に係る無線センサシステムでは、前記センサタグと前記親タグとの無線通信は、送信タイミング、送信周波数、電波形式又は送信電力を前記親タグと各前記センサタグとの間でそれぞれ異なるように設定して行ってもよい。

これにより、本発明に係る無線センサシステムは、混信を避け、通信の信頼性を高めることができる。

本発明に係る無線センサシステムでは、当該無線通信システムは、前記コンピュータを含むものであり、前記コンピュータは、前記工作機械又は前記成形機の専用コントローラとの間でデータ通信を行い、前記専用コントローラから取得したデータをＣＳＶ形式で出力する通信部を有してもよい。

これにより、本発明に係る無線センサシステムは、専用コントローラから取得したデータの汎用性を高めることができる。

本発明に係るセンサタグは、成形機又は工作機械の所定部位に配置されたセンサが接続される複数の接続部と、各前記接続部に前記センサが接続されたことを識別し、前記識別された１又は２以上センサより送信された複数の検出結果を１つの電文にまとめる処理部と、前記検出結果が１つにまとめられた前記電文を無線送信する送信部とを具備する。

本発明では、成形機又は工作機械が設置される環境において、成形機又は工作機械の所定部位に配置されたセンサのデータ伝送を、通信の信頼性を損なうことなく行うことができる。

本発明に係る親タグは、成形機又は工作機械の所定部位に配置されたセンサの検出結果が含まれる電文をそれぞれ固有のＩＤが設定された１又は２以上のセンサタグより受信する無線受信部と、コンピュータとの間でデータのやりとりを行うためのインターフェース部と、固有のＩＤが設定されたＩＤ設定部とを有し、各前記センサタグとの間で、それぞれの固有のＩＤを用いて通信を確立し、前記センサタグより前記電文を受け取る。

本発明では、複数の親タグとセンサタグとの間で電文の受け取りを簡単な構成で実現できる。

本発明によれば、成形機又は工作機械が設置される環境において、成形機又は工作機械の所定部位に配置されたセンサのデータ伝送を、通信の信頼性を損なうことなく行うことができる。

また、本発明によれば、複数の親タグとセンサタグとの間で電文の受け取りを簡単な構成で実現できる。

本発明の一実施形態に係る無線センサシステムの構成を示す図である。図１に示したセンサ及びセンサタグの構成を示すブロック図である。センサとセンサタグと親タグとの間での検出結果のやりとりのタイミングチャートである。本発明の一実施形態に係る電文の一例を示すデータ構成図である。図１に示した親タグの構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る無線センサシステムの構成を示す図である。

図１に示すように、無線センサシステム１は、１又は２以上のセンサ１０、１又は２以上のセンサタグ２０と、１又は２以上の親タグ３０と、コンピュータ４０とを有する。

センサ１０は、成形機２の所定部位に配置される。センサ１０は、例えば温度センサ、ｐＨセンサ、小規模サーモグラフセンサ、圧力センサ、湿度センサ、距離センサ、気圧センサ、カラーセンサ、加速度センサ、振動センサなどである。１つのセンサが複数の種類、例えば気圧、加速度、振動などの項目を検出するものであってもよい。

センサタグ２０は、複数のセンサ１０が接続され、それぞれのセンサ１０の検出結果を入力し、その検出結果を無線通信によって親タグ３０に送信する。

親タグ３０は、典型的にはＵＳＢによりコンピュータ４０に接続される。親タグ３０は、センサタグ２０より上記の受信結果を無線通信により受信して蓄える。

コンピュータ４０は、親タグ３０にアクセスしてセンサ１０による検出結果を取得する。

図２は上記のセンサ１０及びセンサタグ２０の構成を示すブロック図である。

図２に示すように、センサ１０は、典型的にはＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ（微小電気機械システム））により構成され、センサ本体１１と、タイマ１２と、ＩＤ設定部１３と、接続部１４と、配線１５と、スイッチ１６とを有する。本実施形態では、センサ１０をＭＥＭＳにより構成し、タグセンサ２０を無線化したので、例えば工作機械のスピンドルなどの回転する部分に、センサ１０及びタグセンサ２０を配置してこれらの部分の温度や加速度などを検出することができる。

センサ本体１１は、例えば気圧、加速度、振動などを検出する素子に相当する部分であり、例えば検出結果に応じたアナログ電圧信号を出力する。センサ本体１１は、デジタル電圧信号を出力するものであってもよい。

タイマ１２は、センサ本体１１による検出結果をセンサタグ２０に送信するタイミングをずらすための時間が設定される。この時間は、予め設定されてもよく、またセンサタグ２０側から設定可能としてもよい。

ＩＤ設定部１３は当該センサ１０の固有のＩＤが設定される。

接続部１４は配線１５を介してセンサタグ２０と接続するための部位である。センサ１０の所定の部位は接続部１４を介してセンサタグ２０との間で信号のやりとりをして、センサタグ２０より電源が供給される。

スイッチ１６は、センサタグ２０より検出結果の送信要求に係る信号（以下、単に「送信要求」とする。）に応じてセンサ本体１１に電源を供給するかを切り替える。センサ本体１１はスイッチ１６を介してセンサ本体１１に電源が供給されると、センサ本体１１はその供給された電源に基づき作動し、検出結果に係る電圧信号（以下、単に「検出結果」とする。）を出力する。

この送信要求に応じてセンサ本体１１から出力された検出結果は、接続部１４及び配線１５を介してセンサタグ２０に送信される。

センサタグ２０は、複数の、例えば５つの接続部２１と、接続部２１ごとの増幅器２２及びＡ/Ｄ変換器２３と、処理部としてのＣＰＵ２４と、メモリ２５と、送信部としての無線通信部２６と、固有のＩＤが設定されたＩＤ設定部２７とを有する。

接続部２１は、センサ１０が接続される。接続部２１は、典型的にはｍｉｃｒｏＵＳＢ端子により構成する。

増幅器２２は接続部２１を介してセンサ１０から入力された信号を増幅する。増幅器２２の増幅率は固定値でもよいが、信号のレベルに応じて自己調整できる構成としてもよく、またＣＰＵ２４経由で調整可能な構成としてもよい。

Ａ/Ｄ変換器２３は、増幅器２２で増幅された信号についてアナログ信号からデジタル信号に変換する。Ａ/Ｄ変換器２３は入力信号がデジタル信号である場合にはその信号をスルーするように構成してもよい。例えば、Ａ/Ｄ変換器２３が入力信号をデジタル信号か否かを判断してデジタル信号の場合には自律的にその信号をスルーするように構成してもよいし、ＣＰＵ２４経由でスルー設定するように構成してもよい。

ＣＰＵ２４は、接続部２１にセンサ１０が接続されたときそのセンサ１０を識別する。具体的には、ＣＰＵ２４は、接続部２１にセンサ１０が接続されたとき、センサ１０に設定された固有のＩＤをセンサ１０より読み取り、そのセンサ１０を識別する。

メモリ２５は、このセンサタグ２０に接続される可能性のあるセンサ１０の固有のＩＤと、各センサ１０の種別（温度センサ、加速度センサ、振動センサなど）、信号のレベルと測定値との関係（例えば温度センサであれば電圧と温度との関係など）、製造会社などとの関係のデータである対応リストを記憶する。

ＣＰＵ２４は、上記の読み取った固有のＩＤとメモリ２５に記憶された対応リストに基づきセンサ１０の種別などを識別する。なお、センサタグ２０は、センサ１０が接続部２１に接続されたとき、センサ１０による検出結果である出力信号の態様に基づきセンサ１０を識別してもよい。出力信号の態様とは、例えば出力信号の波形である。出力信号の波形は、温度センサ、加速度センサ、振動センサなどに応じて異なる。ＣＰＵ２４は、その信号の波形とメモリ２５に予め記憶された各センサの波形との関係に基づきセンサ１０を識別する。出力信号の態様とは、波形だけではなく、信号の大きさや周期などであってもよい。

ＣＰＵ２４は、各接続部２１を介して受信した各センサ１０からの検出結果を１つの電文にまとめる。

無線通信部２６は、検出結果が１つにまとめられた前記の電文を無線送信する。

ここで、ＣＰＵ２４は、図３に示すように、各接続部２１を介して接続された各センサ１０に送信要求を同時に送信する（ＳＴ３０１）。

各センサ１０は、送信要求に応じて、検出結果をセンサタグ２０に送信する。各センサ１０は、送信要求に応じて検出結果を各センサ１０のタイマ１２に設定された時間ずらしてセンサタグ２０に送信する（ＳＴ３０２～３０４）。

ＣＰＵ２４は、各センサ１０からの検出結果を同期したタイミングで抽出し、抽出した複数の検出結果を１つの電文にまとめて無線通信部２６を介して無線送信する（ＳＴ３０５）。すなわち、センサタグ２０は、それぞれのセンサ１０から同じ時間に抽出した検出結果を１つの電文にまとめて無線送信する。

図４はこの電文の一例を示す図である。電文４００は、ヘッダ４１０と、各センサに応じて予め定められた順番で各センサ１０の検出結果４２１、４２２・・・が並べられた電文本体４２０と、フッダ４３０とを有する。

図５は親タグ３０の構成を示すブロック図である。

図５に示すように、親タグ３０は、センサタグ２０より送信された電文４００を受信する無線受信部３１と、コンピュータ４０との間でデータのやりとりを行うためのインターフェース部３２と、固有のＩＤが設定されたＩＤ設定部３３とを有する。親タグ３０は、さらに、ＣＰＵ３４と、メモリ３５とを有する。

上記のように各センサタグ２０にはそれぞれ固有のＩＤが設定されており、親タグ３０と各センサタグ２０とは、それぞれの固有のＩＤを用いて通信を確立し、親タグ３０はセンサタグ２０より電文４００を受け取る。図１に示したように、所望の親タグ３０は、所望のセンサタグ２０より電文４００を受け取ることが可能である。例えば、第１の親タグ３０及び第２の親タグ３０は、それぞれ別個に同一のセンサタグ２０から電文４００を受け取ることが可能である。なお、センサタグ２０と親タグ３０との無線通信は、送信タイミング、送信周波数、電波形式又は送信電力を親タグ３０と各センサタグ２０との間でそれぞれ異なるように設定して行ってもよい。

コンピュータ４０は、成形機２の専用コントローラ３との間でデータ通信を行い、専用コントローラ３から取得したデータをＣＳＶ形式で出力する通信部４１（図１参照）を有する。

コンピュータ４０は、成形機２の温度や振動などをセンサ１０が検出し、その検出結果をセンサタグ２０及び親タグ３０を介して受け取り、また成形機２の専用コントローラ３（図１参照）よりログデータや検出結果などを受け取り、これらの検出結果やログデータなどを統合して蓄積する。統合とは、例えば同一の時間軸上にあるデータを１つのまとまったデータとすることである。ユーザは、コンピュータ４０にアクセスして蓄積したデータを得ることができる。ユーザは、このデータに基づき、成形機２の動作異常判定や、成形機２自体や成形機２で使われる金型のメンテナンス時期などを推定することができる。

本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内で様々な変形や応用をして実施が可能である。その実施の範囲も本発明の技術的範囲に属する。

例えば、上記の実施形態では、センサ１０においてスイッチ１６を介してセンサ本体１１に電源を供給して所望のタイミングで検出結果を得ていたが、センサタグ２０においてセンサ１０より随時伝送される検出結果を所望のタイミングで取り出して所望のタイミングの検出結果を得るように構成してもよい。

また、上記の実施形態では、成形機２の各部位にセンサ１０が配置するものであったが、工作機械に同様にセンサ１０を設置して同様の無線センサシステム１を構成してもよい。

更に、上記の実施形態では、１つの成形機２を対象とするものであったが、工場内には通常、複数の成形機や工作機械が設置される。その場合には、これらの第１の機器及び第２の機器から例えば第１のセンサタグが検出結果を得て、また第２の機器及び第３の機器器が第２のセンサタグが検出結果を得るように構成してもよい。つまり、本発明に係る無線センサシステムでは、１つのセンサの検出結果を２以上のセンサタグで共用するように構成してもよい。

１：無線センサシステム
２：成形機
３：専用コントローラ
１０：センサ
１１：センサ本体
１２：タイマ
１３：ＩＤ設定部
１４：接続部
１５：配線
１６：スイッチ
２０：センサタグ
２１：接続部
２４：ＣＰＵ
２５：メモリ
２６：無線通信部
２７：ＩＤ設定部
３０：親タグ
３１：無線受信部
３２：インターフェース部
３３：ＩＤ設定部
３４：ＣＰＵ
３５：メモリ
４０：コンピュータ
４１：通信部
４００：電文
４１０：ヘッダ
４２０：電文本体
４２１：送信結果
４２２：送信結果
４３０：フッダ

Claims

成形機又は工作機械の所定部位に配置されたセンサが接続される複数の接続部と、
各前記接続部に前記センサが接続されたことを識別し、前記識別された１又は２以上センサより送信された複数の検出結果を、各前記接続部を介して受信し、受信した各前記センサからの検出結果を同期したタイミングで抽出し、前記抽出した複数の検出結果を１つの電文にまとめる処理部と、
前記検出結果が１つにまとめられた前記電文を無線送信する送信部と
を有するセンサタグ
を具備する無線センサシステム。
請求項１に記載の無線センサシステムであって、
当該無線センサシステムは、前記センサを含むものであり、
前記処理部は、各前記接続部を介して各前記センサに検出結果の送信要求を同時に送信し、
各前記センサは、前記送信要求に応じて、各前記接続部を介して前記検出結果を前記センサタグに送信する
無線センサシステム。
請求項２に記載の無線センサシステムであって、
前記センサは、前記送信要求に応じて前記検出結果を前記センサタグに送信するタイミングをずらすことが可能なように構成された
無線センサシステム。
請求項３に記載の無線センサシステムであって、
前記センサは、
センサ本体と、
前記センサ本体による検出結果を前記センサタグに前記送信するタイミングをずらすための時間が設定されたタイマと、
前記送信要求に応じて前記検出結果を前記タイマに設定された時間だけずらしたタイミングで前記センサタグに送信する検出結果送信部と
を有する
無線センサシステム。
請求項１に記載の無線センサシステムであって、
当該無線センサシステムは、前記センサを含む
無線センサシステム。
請求項１から５のうちいずれか１項に記載の無線センサシステムであって、
各前記センサは、それぞれ固有のＩＤが設定されており、
前記センサタグは、前記センサが前記接続部に接続されたとき、前記固有のＩＤを読み取って、前記読み取った固有のＩＤに基づき前記センサを識別する
無線センサシステム。
請求項１から５のうちいずれか１項に記載の無線センサシステムであって、
前記センサタグは、前記センサが前記接続部に接続されたとき、前記センサによる検出結果である出力信号の態様に基づき前記センサを識別する
無線センサシステム。
請求項１から７のうちいずれか１項に記載の無線センサシステムであって、
前記送信部より送信される電文は、ヘッダと、各前記センサに応じて予め定められた順番で各前記センサの送信結果が並べられた電文本体と、フッダとを有する
無線センサシステム。
請求項１から８のうちいずれか１項に記載の無線センサシステムであって、
１又は２以上の前記センサタグより送信された電文を受信する無線受信部と、コンピュータとの間でデータのやりとりを行うためのインターフェース部と、固有のＩＤが設定されたＩＤ設定部とを有する親タグをさらに具備し、
各前記センサタグは、それぞれ固有のＩＤが設定されており、
前記親タグと各前記センサタグとは、それぞれの固有のＩＤを用いて通信を確立し、前記親タグは前記センサタグより前記電文を受け取る
無線センサシステム。
請求項９に記載の無線センサシステムであって、
前記センサタグは、前記親タグからの送信要求に応じて前記電文を前記親タグに送信するタイミングをずらすことが可能なように構成された
無線センサシステム。
請求項９又は１０に記載の無線センサシステムであって、
前記センサタグと前記親タグとの無線通信は、送信タイミング、送信周波数、電波形式又は送信電力を前記親タグと各前記センサタグとの間でそれぞれ異なるように設定して行う
無線センサシステム。
請求項９から１１のうちいずれか１項に記載の無線センサシステムであって、
当該無線センサシステムは、前記コンピュータを含むものであり、
前記コンピュータは、前記工作機械又は前記成形機の専用コントローラとの間でデータ通信を行い、前記専用コントローラから取得したデータをＣＳＶ形式で出力する通信部を有する
無線センサシステム。
成形機又は工作機械の所定部位に配置されたセンサが接続される複数の接続部と、
各前記接続部に前記センサが接続されたことを識別し、前記識別された１又は２以上センサより送信された複数の検出結果を、各前記接続部を介して受信し、受信した各前記センサからの検出結果を同期したタイミングで抽出し、前記抽出した複数の検出結果を１つの電文にまとめる処理部と、
前記検出結果が１つにまとめられた前記電文を無線送信する送信部と
を具備するセンサタグ。