ES2289355T3 - Sistema de medicion y procedimiento para controlar su funcionamiento. - Google Patents
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Abstract
Sistema de medición, que está constituido por - un aparato de medición (1), - otro aparato (2) y - un medio de transmisión de datos (3) para la transmisión de bits de datos entre el aparato de medición (1) y el otro aparato (2), en el que el aparato de medición (1) presenta - un circuito de supervisión de la señal (1.6) - y un elemento de conmutación (1.9, 1.10) y el elemento de conmutación (1.9, 1.10) está en contacto eléctrico con una fuente de potencial de prueba (1.11), y el circuito de supervisión de la señal (1.6) está, además, en contacto con el medio de transmisión de datos (3).
Description
Sistema de medición y procedimiento para
controlar su funcionamiento.
La invención se refiere a un sistema de
medición, especialmente un sistema de medición de la posición, cuya
función se puede verificar fácilmente, de acuerdo con la
reivindicación 1. Además, la invención comprende un procedimiento
para la verificación de la función de acuerdo con la reivindicación
4.
En los sistemas de medición de la posición, los
sensores de posición en un aparato de medición generan señales
eléctricas, que proporcionan información sobre la situación de
objetos relativamente móviles entre sí. La invención se refiere
especialmente a sistemas de medición con aparatos de medición, que
generan tanto informaciones de posición incrementales,
comparativamente finas, como también indicaciones de posición
relativamente groseras. Estos dos datos de posición tienen una gran
importancia especialmente para el control de accionamientos
eléctricos para el movimiento de ejes de una máquina de
mecanización, como por ejemplo una máquina herramienta o un robot.
En esta aplicación, las informaciones de posición incrementales
finas se utilizan para la determinación de la posición exacta, por
ejemplo de una herramienta de una máquina herramienta.
Con frecuencia, los accionamientos eléctricos
correspondientes están configurados como motores eléctricos
rotatorios, para los que se emplean, en general, transmisores de
rotación para la medición del ángulo de giro. Pero la invención se
puede emplear también en conexión con el funcionamiento de motores
lineales.
Se conocen transmisores de rotación, que
posibilitan una medición angular en un árbol giratorio en etapas de
medición incrementales, pero también los llamados transmisores de
rotación absolutos, que se designan también como transmisores de
rotación codificados. Éstos permiten una determinación del ángulo
absoluto dentro de una única rotación del árbol. Si, además, es
necesaria la detección del número de las revoluciones realizadas
por el árbol, entonces se utilizan habitualmente los llamados
transmisores de rotación multi-giro. En los
transmisores de rotación multi-giro, la
determinación de la posición angular absoluta se lleva a cabo dentro
de una rotación del árbol, es decir, entre 0º y 360º, a través de
un disco codificado conectado con el árbol, que es explorado
aproximadamente con la mitad de una unidad de exploración
fotoeléctrica adecuada. Por lo tanto, es posible también una
medición de la posición absoluta del árbol accionado a través de
varias rotaciones.
Las señales de estos aparatos de medición sirven
con frecuencia para el control de las máquinas de mecanización. El
concepto de máquina de mecanización no está limitado a máquinas
herramientas, sino que comprende también máquinas para el
equipamiento de componentes electrónicos o para la mecanización de
elementos de semiconductores. Además, bajo la designación de
máquina de mecanización entran también las máquinas de
automatización, como por ejemplo robots.
En sistemas de medición de la posición
convencionales se han transmitido hasta ahora, adicionalmente a los
datos de posición digitales, también señales de posición analógicas
desde el aparato de medición hacia el control de la máquina, donde
han sido interpolados a continuación. Debido a la miniaturización
progresiva de la electrónica, estos procesos de interpolación son
realizados cada vez con mayor frecuencia ahora en un circuito
electrónico adecuado dentro del aparato de medición propiamente
dicha, de manera que las señales de posición analógicas no son
transmitidas hacia el control de la máquina. Esto reduce el gasto de
cableado, que tiene una influencia importante sobre los costes de
un sistema de medición.
En aplicaciones de máquinas relevantes para la
seguridad se ha realizado hasta ahora, sin embargo, una comparación
de los datos de posición digitales con las señales de posición
analógicas con el fin de detectar errores. En virtud de las señales
de posición analógicas, que faltan ahora en el control de la
máquina, no se puede realizar ya esta comparación.
Por este motivo, no en pocas ocasiones en los
sistemas de medición, en los que, por los motivos explicados, no
llegan señales de posición analógicas al control de la máquina,
además de los datos de posición actuales, con frecuencia absolutos,
se transmiten los llamados bits estáticos a través de una interfaz
en paralelo o en serie desde el aparato de medición hacia el
control de la máquina. Estos bits estáticos pueden ser, por
ejemplo, bits de errores, que presentan en el funcionamiento normal
siempre un nivel determinado y solamente en caso de error (muy
raro) se ponen de manifiesto a través de la modificación del nivel
en un error.
No obstante, se ha mostrado que precisamente en
las supervisiones relevantes para la seguridad es desfavorable este
tipo de transmisión de informaciones de errores, porque no se puede
excluir que a través de un defecto se emita siempre un nivel
constante de un bit de error, es decir, que este defecto no permite
una modificación del nivel tampoco en el caso de
interferencias.
En el documento DE 38 29 815 C2 de la Firma
Solicitante se muestra una instalación de medición de la posición,
en la que a través de una señal de activación se activa una
verificación de errores. Pero a través de la invención descrita
allí no se puede verificar la funcionalidad de la electrónica de
supervisión propiamente dicha. Además, allí el gasto para la
transmisión de señales es comparativamente grande.
Por lo tanto, la invención tiene el cometido de
crear un sistema de medición, que posibilita un funcionamiento
seguro y fiable, respectivamente, de máquinas de mecanización, en
las que el gasto para la transmisión de señales es comparativamente
reducido.
Este cometido se soluciona de acuerdo con la
invención a través de las características de la reivindicación
1.
Además, a través de la invención se crea un
procedimiento para la verificación de informaciones de errores, a
través del cual se eleva en una medida significativa la seguridad o
bien la fiabilidad de máquinas de mecanización. Esto se soluciona a
través del procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4.
La invención se basa en la idea de que en el
aparato de medición se puede activar durante una operación de
prueba de forma selectiva una interferencia a través de la conexión
adicional de un potencial de prueba y entonces se verifica si a
través de esta interferencia se produce un bit de error con nivel
correspondiente en el control de la máquina. A través de la
invención debe verificarse especialmente la funcionalidad de una
electrónica de supervisión, por ejemplo de una supervisión de la
amplitud de la señal. Por potencial de prueba se puede entender,
por ejemplo, la tensión de una fuente de potencial de prueba, o en
el caso más sencillo el potencial de tierra.
En una configuración preferida de la invención
se activan los estados de conmutación para la desconexión de la
fuente de potencial de prueba, especialmente de forma automática,
desde el control de la máquina.
Otras configuraciones de la invención se deducen
a partir de las reivindicaciones dependientes.
Otros detalles y ventajas del sistema de
medición de acuerdo con la invención y del procedimiento
correspondiente se deducen a partir de la descripción siguiente de
un ejemplo de realización con la ayuda de las figuras adjuntas.
En este caso:
La figura 1a muestra una representación
esquemática de una imagen del sistema de medición de acuerdo con la
invención en el funcionamiento normal.
La figura 1b muestra una representación
esquemática de una reproducción del sistema de medición según la
invención en el modo de prueba.
La figura 2 muestra una curva de la tensión con
la tensión de prueba.
La figura 3 muestra una representación
esquemática de otra configuración del sistema de medición de acuerdo
con la invención.
En la figura 1 se muestra un sistema de
medición, que comprende un transmisor de rotación 1, un control de
la máquina 2 y un medio de transmisión de datos 3.
El transmisor de rotación 1 presenta foto
elementos 1.1, 1.2, amplificadores 1.3, 1.4, una electrónica de
evaluación 1.5 y una supervisión de la amplitud de la señal 1.6. En
las líneas entre los amplificadores 1.3, 1.4 y la electrónica de
evaluación 1.5 se encuentran derivaciones con resistencias 1.7, 1.8.
Además, en el circuito del transmisor de rotación 1 se encuentran
elementos de conmutación 1.9, 1.10, que están en contacto eléctrico
con una fuente de potencial de prueba 1.11.
Los elementos de conmutación 1.9, 1.10 pueden
adoptar dos estados de conmutación. En el primer estado del
elemento de conmutación, la fuente de potencial de prueba 1.11 está
separada de la supervisión de la amplitud de la señal 1.6, en el
segundo estado de conmutación se establece un contacto eléctrico
entre la fuente de potencial de prueba 1.11 y la supervisión de la
amplitud de la señal 1.6.
El medio de transmisión de datos 3 está
constituido por un casquillo de interfaz 3.1 en el transmisor de
rotación 1, por un cable 3.3 de varios hilos con conectores y por
un casquillo de interfaz 3.1 en el control de la máquina 2. De una
manera alternativa a ello, se puede prever también un medio de
transmisión de datos sin hilos 3. De una manera correspondiente, en
lugar de los casquillos de interfaz 3.1, 3.2 se pueden disponer
también elementos emisores y elementos receptores adecuados.
De acuerdo con la posición angular de un árbol
que debe medirse, se modula luz de un LED no representado en las
figuras y se convierte a través de los foto elementos 1.1, 1.2 en
foto corrientes. Estas foto corrientes se amplifican con la ayuda
de los amplificadores 1.3, 1.4, de manera que existen entonces
señales de posición analógicas, que presentan una forma sinusoidal
de acuerdo con la figura 2. Estas señales de posición son
alimentadas en la electrónica de evaluación 1.5, entre otras cosas,
a un proceso de interpolación, de manera que se puede multiplicar
la resolución angular o la resolución de la posición del aparato de
medición. Además, en la electrónica de evaluación 1.5 se generan
valores de posición absolutos digitales, que se transmiten como
paquete de datos, que está constituido por una pluralidad de bits
de datos, en serie a través de las interfaces 3.1, 3.2 y el cable
3.3 al control de la máquina en un ciclo de tiempo de 50 \mus en
el ejemplo mostrado.
En paralelo a ello, las señales de posición
analógicas son alimentadas a una supervisión de la amplitud de la
señal 1.6. En esta supervisión de la amplitud de la señal 1.6 se
verifica si las amplitudes de las señales de posición analógicas se
encuentran dentro de límites factibles. En el funcionamiento normal,
este criterio es cumplido por las señales de posición analógicas,
de manera que con el mismo paquete de datos, con el que se
transmiten también los valores de posición digitales analógicos al
control de la máquina 2, se transmite un bit de error, cuyo nivel
señaliza el estado normal o bien el funcionamiento sin
interferencias del sistema de medición. Este bit de error se
transmite, por lo tanto, habitualmente con nivel constante, en el
ejemplo de realización representado cada 50 \mus, desde el
aparato de medición 1 hacia el control de la máquina 2 y, por lo
tanto, se designa como bit de error estático.
Tan pronto como las amplitudes de las señales de
posición analógicas se encuentran fuera de los límites factibles,
se modifica el nivel del bit de error, y se transmite el bit de
error correspondiente al control de la máquina 2 con el siguiente
paquete de datos. Como reacción se activa desde el control de la
máquina 2 una desconexión de emergencia para toda la máquina.
Pero también puede existir el caso de que, por
ejemplo, debido a un cortocircuito, no se pueda modificar el nivel
del bit de error. Entonces, a pesar de una interferencia, se
transmitiría siempre el mismo nivel del bit de error al control de
la máquina 2, de manera que en el caso de una avería, no se
produciría ninguna desconexión de la máquina.
Para evitar este peligro, se realiza en corto
espacio de tiempo un modo de prueba con un estado del elemento de
conmutación de acuerdo con la figura 1b. Con esta finalidad, se
deposita ahora desde el control de la máquina 2 una señal en el
aparato de medición. La señal se transmite en forma de una palabra
de código o de una instrucción de modo desde el control de la
máquina 2 a través de una línea de datos del cable 3.3 al transmisor
de rotación 1. La línea de datos del cable 3.3 sirve tanto para la
transmisión para las instrucciones de modo del control de la
máquina 2 al transmisor de rotación 1 como también para la
transmisión de datos y señales, incluido el bit de error, desde el
transmisor de rotación 1 hasta el control de la máquina 2. Por lo
tanto, se trata, como se ilustra también con la doble flecha en las
figuras 1a, 1b y 3, de una transmisión bidireccional de datos entre
el control de la máquina 2 y el transmisor de rotación 1.
La instrucción de modo transmitida es
decodificada en el transmisor de rotación 1, de manera que se activa
el modo de prueba, lo que conduce en primer lugar al cierre de los
elementos de conmutación 1.9, 1.10. De esta manera, se aplica ahora
a la supervisión de la amplitud de la señal 1.6 la tensión U_{0}
de la fuente de potencial de prueba 1.11. La altura de la tensión
U_{0} resulta a partir de la curva de la tensión de la señal de
posición analógica correspondiente (corresponde al eje de simetría
de la curva de la tensión de la señal de posición analógica) según
la figura 2. A través de las resistencias 1.7, 1.8 se evita en gran
medida, como se muestra en la figura 1b, un desacoplamiento de la
tensión U_{0} en la electrónica de evaluación 1.5. La supervisión
de la amplitud de la señal 1.6 establece, por lo tanto, cuando el
elemento de conmutación 1.9 está cerrado, que no existe una
amplitud suficiente de la señal de posición analógica y, por lo
tanto, emite un bit de error con un nivel modificado. El control de
la máquina 2 está programado de tal forma que durante tres ciclos
de tiempo, en este caso por lo tanto 150 \mus, después de la
conexión de la tensión U_{0} no se produce ninguna reacción
(desconexión de emergencia) a la entrada de un bit de error con
nivel modificado.
Sin embargo, si no se constata por el control de
la máquina 2 ninguna modificación del nivel del bit de error,
aunque se conecte la tensión U_{0}, entonces se emite un mensaje
de error correspondiente. De esta manera es posible especialmente
una verificación de la funcionalidad de la supervisión de la
amplitud de la señal 1.6.
En otra configuración de la invención, de
acuerdo con la figura 3, en la electrónica de evaluación 1.5 está
integrada adicionalmente una supervisión de la amplitud de la señal
digital 1.12. Ésta realiza, en paralelo a la supervisión de la
amplitud de la señal 1.6, un control de la factibilidad de los datos
de posición digitalizados. En el funcionamiento normal, se activa
una desconexión de emergencia, tan pronto como un bit de error con
nivel modificado, de una manera independiente de si procede de la
supervisión de la amplitud de la señal 1.6 o de la supervisión de
la amplitud de la señal 1.12, llega al control de la máquina 2.
Evidentemente, se lleva a cabo también una desconexión de
emergencia cuando tanto las supervisiones de la amplitud de la señal
1.6 como también la supervisión de la amplitud de la señal 1.12
notifica un error a través de un bit de error con nivel
modificado.
Cuando ahora en el modo de prueba se verifica la
funcionalidad de la supervisión de la amplitud de la señal 1.6 a
través de la conexión del potencial de prueba U_{0}, se puede
programar el control de la máquina 2 de tal forma que cuando
aparece el bit de error con nivel modificado, no se activa ninguna
desconexión de emergencia desde la supervisión de la amplitud de la
señal 1.6. Pero si llegan al control de la máquina 2 en el modo de
prueba tanto desde la supervisión de la amplitud de la señal 1.6
como también desde la supervisión de la amplitud de la señal
digital 1.12 bits de error con nivel modificado, por lo tanto, por
decirlo así dos mensajes de error, entonces se activa una
desconexión de emergencia. De esta manera, es posible que también en
el modo de prueba exista una seguridad suficiente.
La invención no está limitada a sistemas de
medición y procedimientos, en los que se supervisan señales de
posición generadas por foto elementos 1.1, 1.2. En su lugar, con la
invención se pueden tener en cuenta, entre otros, también señales
de temperatura, señales que describen frecuencia o señales, que dan
información sobre el estado de carga de baterías.
En particular, la invención se puede emplear con
ventaja en aparatos de medición de la posición que, además de los
datos de posición, se transmiten datos de medición adicionales
desde otros sensores a través de la interfaz común o bien a través
de los medios comunes de transmisión de datos 3 bidireccionalmente
entre el aparato de medición de la posición, aquí el transmisor de
rotación 1 y el control de la máquina 2. Así, por ejemplo, con
frecuencia además de las mediciones de la posición en el transmisor
de rotación 1 se realizan también mediciones de la velocidad y/o de
la aceleración, por ejemplo con un sensor Ferraris. También la
funcionalidad de la supervisión de las señales de estos sensores se
puede verificar con la invención. Lo mismo se aplica para
transmisores de rotación 1, en los que está integrada una
supervisión de la temperatura, por ejemplo para un motor eléctrico.
Con ventaja se puede verificar también aquí la funcionalidad de la
supervisión de la señal de la temperatura con la invención.
Claims (9)
1. Sistema de medición, que está constituido
por
- -
- un aparato de medición (1),
- -
- otro aparato (2) y
- -
- un medio de transmisión de datos (3) para la transmisión de bits de datos entre el aparato de medición (1) y el otro aparato (2),
en el que el aparato de medición
(1)
presenta
- -
- un circuito de supervisión de la señal (1.6)
- -
- y un elemento de conmutación (1.9, 1.10) y
el elemento de conmutación (1.9,
1.10) está en contacto eléctrico con una fuente de potencial de
prueba (1.11), y el circuito de supervisión de la señal (1.6) está,
además, en contacto con el medio de transmisión de datos
(3).
2. Sistema de medición de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que el aparato de medición es un aparato de
medición de la posición, especialmente un transmisor de rotación o
un aparato de medición de longitudes.
3. Sistema de medición de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, en el que el otro aparato (2) es un
control de máquinas, especialmente de una máquina de
mecanización.
4. Procedimiento para la verificación de la
función de un sistema de medición, en el que
- -
- en el funcionamiento normal del sistema de medición para la señalización de un funcionamiento sin interferencias de un aparato de medición (1), se transmite desde el aparato de medición (1) un bit con nivel constante a través de un medio de transmisión de datos hacia otro aparato (2), y
- -
- en un modo de prueba del sistema de medición
- -
- se pone un circuito de supervisión de señales (1.6) en el aparato de medición (1) en contacto eléctrico con una fuente de potencial de prueba (1.11), y
- -
- en el otro aparato (2) se verifica si el modo de prueba provoca una modificación del nivel del bit con respecto al nivel del funcionamiento normal.
5. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 4, en el que en el funcionamiento normal del sistema
de medición, una modificación del nivel del bit provoca una
reacción del otro aparato (2), mientras que en el modo de prueba,
una modificación del nivel del bit no provoca ninguna reacción del
otro aparato
(2).
(2).
6. Procedimiento de acuerdo con las
reivindicaciones 4 ó 5, en el que la fuente de potencial de prueba
(1.11) se pone en contacto eléctrico con el circuito de supervisión
de la señal (1.6) debido a una señal del otro aparato (2).
7. Procedimiento de acuerdo con las
reivindicaciones 4, 5 ó 6, en el que el modo de prueba se activa de
forma automática a intervalos de tiempo definidos para la
verificación de la funcionalidad del aparato de medición (1).
8. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 4 a 7, en el que el modo de prueba se activa
manualmente para la verificación de la funcionalidad del aparato de
medición (1).
9. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 4 a 8, en el que cuando se alcanzan determinados
estados de la máquina, como por ejemplo cambio de herramienta o
cambio de la pieza de trabajo, se activa el modo de prueba de forma
automática para la verificación de la funcionalidad del aparato de
medición (1).
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