JP2017126823A - Ａ／ｄ変換器の異常診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ａ／Ｄ変換器の異常を検出する。【解決手段】本発明は、Ａ／Ｄ変換器１０の異常を検出するための異常診断装置１であって、入力電圧を持って入力されたアナログ信号に対応するデジタル信号の出力電圧が正常範囲にあるか否かを判断して判断結果を出力する判断手段２と、判断結果に基づいてＡ／Ｄ変換器の異常を検出する検出手段６と、を有し、判断手段２は、第１入力電圧で入力された第１アナログ信号に対応する第１デジタル信号の第１出力電圧が第１正常範囲にあるか否かを判断する第１判断結果を出力すると共に、第２入力電圧で入力された第２アナログ信号に対応する第２デジタル信号の第２出力電圧が第２正常範囲にあるか否かを判断する第２判断結果を出力し、検出手段６は、第１正常範囲と第２正常範囲とが重複する範囲を有するように設定された状態で、第１判断結果と第２判断結果とを比較してＡ／Ｄ変換器の異常を検出する。【選択図】図１

Description

本発明は、Ａ／Ｄ変換器の異常を検出するための異常診断装置に関する。

ロボット等の様々な動作を制御するために、入力されたアナログ信号をデジタル信号として出力するＡ／Ｄ変換器が用いられる。ロボット等を正常に動作させるために、Ａ／Ｄ変換器の故障等の異常を検出するための診断が行われる。この診断では、入力信号に対する出力信号の異常を検出する。特許文献１には、Ａ／Ｄ変換器の異常を検出する回路が記載されている。この回路は、アナログ出力のシーケンスを有するマルチプレクサと、アナログ・デジタル変換器と、アナログ・デジタル変換器からのデジタル出力のシーケンスとデジタル出力に対応する正常範囲のシーケンスとを比較してデジタル出力の１個が正常範囲外にあるときにエラー出力を供給するためのプロセッサとを備えている。

特表２００７−５３４２７２号公報

特許文献１に記載された回路によると、デジタル出力の異常を検出してＡ／Ｄ変換器の異常を判断している。そのため、特許文献１に記載された回路では、電源電圧などのアナログ入力側の故障と、アナログ入力を受けるＡ／Ｄ変換器自体の故障とを切り分けて診断することができない。従って、この回路では、アナログ入力側に異常がある場合でもＡ／Ｄ変換器側を故障と診断する虞がある。
本発明は、アナログ入力側の故障とＡ／Ｄ変換器側の故障とを個別に診断することができるＡ／Ｄ変換器の異常診断装置を提供することを目的とする。

本発明に係るＡ／Ｄ変換器の異常診断装置は、入力されたアナログ信号からデジタル信号を出力するＡ／Ｄ変換器の異常を検出するための異常診断装置であって、
入力電圧を持って入力された前記アナログ信号に対応する前記デジタル信号の出力電圧が正常範囲にあるか否かを判断して判断結果を出力する判断手段と、
前記判断結果に基づいて前記Ａ／Ｄ変換器の異常を検出する検出手段と、を有し、
前記判断手段は、第１入力電圧で入力された第１アナログ信号に対応する第１デジタル信号の第１出力電圧が第１正常範囲にあるか否かを判断する第１判断結果を出力すると共に、第２入力電圧で入力された第２アナログ信号に対応する第２デジタル信号の第２出力電圧が第２正常範囲にあるか否かを判断する第２判断結果を出力し、
前記検出手段は、前記第１正常範囲と前記第２正常範囲とが重複する範囲を有するように設定された状態で、前記第１判断結果と前記第２判断結果とを比較して前記Ａ／Ｄ変換器の異常を検出する。

本発明にかかるＡ／Ｄ変換器の異常診断装置によると、アナログ入力側の故障とＡ／Ｄ変換器側の故障とを個別に診断することができる。

異常診断装置の構成を示すブロック図である。 入力されるアナログ信号の入力電圧の範囲を示した表である。 出力されるデジタル信号の出力電圧の正常範囲を示した図である。 異常診断装置による異常診断方法を示したフローチャートである。 診断結果を示した表である。 マイコンの自己診断機能を組み合わせた場合のデジタル信号の出力電圧の正常範囲を示した図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明にかかるＡ／Ｄ変換器の異常診断装置の実施形態について説明する。

図１に示されるように、異常診断装置１は、Ａ／Ｄ変換器１０に接続されている。異常診断装置１は、Ａ／Ｄ変換器１０の内部の回路であってもよい。Ａ／Ｄ変換器１０は、プロセッサ内蔵のタイプであってもよく、外付けのＩＣであってもよい。Ａ／Ｄ変換器１０は、入力側１１から入力されるアナログ信号Ｖ_Ａｎ（ｎ：正の整数）に対応するデジタル信号Ｖ_Ｄｎを出力側１２から出力する。アナログ信号Ｖ_Ａｎは、アナログの電圧値を有する入力電圧を持って入力される。デジタル信号Ｖ_Ｄｎは、アナログ信号Ｖ_Ａｎの入力電圧に対応する出力電圧を持って出力される。Ａ／Ｄ変換器１０は、一般的な構成を有しており内部構成等の説明については省略する。

異常診断装置１は、出力側１２に接続された判断手段２と、判断手段２に接続された検出手段６とを有する。判断手段２は、デジタル信号Ｖ_Ｄｎを入力し、アナログ信号Ｖ_Ａｎに対応するデジタル信号Ｖ_Ｄｎの出力電圧が正常範囲にあるか否かを判断して判断結果を出力する。Ａ／Ｄ変換器１０に入力されるアナログ信号Ｖ_Ａｎの例は、図２に示されている（ｎ＝１〜５）。正常時におけるそれぞれのアナログ信号Ｖ_Ａｎの入力電圧は、min〜maxまでのそれぞれの範囲内にある。

図３に示されるように、判断手段２に入力されるデジタル信号Ｖ_Ｄｎは、入力されるアナログ信号Ｖ_Ａｎに対応した出力電圧を有する。デジタル信号Ｖ_Ｄｎは、出力電圧が正常範囲Ｖｎの領域に入るように調整されている。デジタル信号Ｖ_Ｄｎの出力電圧の電圧値は、Ａ／Ｄ変換テーブルに記載されているようにデジタル信号の数値として出力される。正常範囲ＶｎとＶｎ＋１（ｎ＝１〜４）は、重複する範囲Ｄｎが生じるように設定されている。判断手段２は、デジタル信号Ｖ_Ｄｎの出力電圧（Ａ／Ｄ変換値）が正常範囲Ｖｎの範囲内にあるか否か判断する。判断手段２は、検出手段６に判断結果を出力する。判断手段２は、ｎ個の判断結果を検出手段６に出力する。

検出手段６は、判断結果に基づいてＡ／Ｄ変換器１０の異常を検出する。検出手段６は、連続する２個の判断結果に基づいて入力側１１の異常であるか、Ａ／Ｄ変換器１０の異常であるかどうかを検出する。異常検出において、異なる２個のデジタル信号Ｖ_Ｄｎ，Ｖ_Ｄｎ＋１（ｎ＝１〜４）の出力電圧によって異常が判定される。

例えば、判断手段２は、第１入力電圧で入力されたアナログ信号Ｖ_Ａ１に対応するデジタル信号Ｖ_Ｄ１の第１出力電圧が正常範囲Ｖ１にあるか否かを判断する第１判断結果を出力する。そして、判断手段２は、第２入力電圧で入力されたアナログ信号Ｖ_Ａ１に対応する第２デジタル信号の第２出力電圧が正常範囲Ｖ２にあるか否かを判断する第２判断結果を出力する。その後、検出手段６は、第１判断結果と第２判断結果とを比較してＡ／Ｄ変換器１０の異常を検出する。具体的な異常検出方法の処理について、以下説明する。

図４に、示されるように、異常診断装置１において、判断手段２は、Ａ／Ｄ変換器１０からデジタル信号Ｖ_Ｄｎを取得する（Ｓ１００）。判断手段２は、デジタル信号Ｖ_Ｄｎの出力電圧（Ａ／Ｄ変換値）が正常範囲Ｖｎの範囲内にあるか否か判断する（Ｓ１０１）。判断手段２は、デジタル信号Ｖ_Ｄｎの出力電圧（Ａ／Ｄ変換値）が正常範囲Ｖｎの範囲内にあると判断した場合（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）、判断結果を検出手段６に出力する。検出手段６は、１の入力に対応する判断結果と、他の入力に対応する判断結果とを比較する（Ｓ１０２）。検出手段６は、他の判断結果、すなわち他の異なる入力に対応するＡ／Ｄ変換値が正常範囲内にあると判断した場合（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、入力される異なるアナログ信号Ｖ_Ａｎがそれぞれ正しく、かつ、Ａ／Ｄ変換器１０も異常が無いと判断する：Ｒ１（Ｓ１０３）。

ステップ１０２で検出手段６は、他の判断結果、すなわち他の異なる入力に対応するＡ／Ｄ変換値が正常範囲内に無いと判断した場合（Ｓ１０２：Ｎｏ）、正常範囲の外となる他の異なる入力が異常と判断する：Ｒ２（Ｓ１０４）。ステップ１０１で判断手段２は、デジタル信号Ｖ_Ｄｎの出力電圧（Ａ／Ｄ変換値）が正常範囲Ｖｎの範囲内に無いと判断した場合（Ｓ１０１：Ｎｏ）、判断結果を検出手段６に出力する。検出手段６は、１の入力に対応する判断結果と、他の入力に対応する判断結果とを比較する（Ｓ１０５）。

検出手段６は、他の判断結果、すなわち他の異なる入力に対応するＡ／Ｄ変換値が正常範囲内にあると判断した場合（Ｓ１０５：Ｙｅｓ）、１の入力が異常と判断する：Ｒ３（Ｓ１０６）。１の入力の異常とは、例えば、回路におけるオープン、ショート、ドリフトである。どのような種類の異常であるかは、デジタル信号Ｖ_Ｄｎの変化のしかたで判定する。例えば、デジタル信号Ｖ_Ｄｎの出力電圧の電圧値が示す、上下貼り付き、徐々に増加または減少、一定期間における振動などの現象により判断することができる。

ステップ１０５で検出手段６は、他の判断結果、すなわち他の異なる入力に対応するＡ／Ｄ変換値が正常範囲内に無いと判断した場合（Ｓ１０５：Ｎｏ）、Ａ／Ｄ変換器１０が異常と判断する：Ｒ４（Ｓ１０７）。異常診断装置１において、ステップＳ１０８，ステップ１０９のループにより、それぞれのアナログ入力に対応するそれぞれのデジタル信号Ｖ_Ｄｎの出力電圧（Ａ／Ｄ変換値）を取得することができる。上記の診断結果Ｒ１〜Ｒ４は、図５に示されている。ここでは、デジタル信号Ｖ_Ｄｎの出力電圧の電圧値が正常範囲内にある場合を○、正常範囲内に無い場合を×として記載している。検出手段６は、このテーブルに基づいてＡ／Ｄ変換器１０の異常を診断することができる。

上述したように、異常診断装置１によると、Ａ／Ｄ変換器１０の異常診断において、入力側１１から入力されるアナログ信号Ｖ_Ａｎの入力電圧の値が異常であるのか、及びＡ／Ｄ変換器１０自体に異常があるのかをそれぞれ個別に検出することができる。また、異常診断装置１によると、Ａ／Ｄ変換器１０の故障の種類をも判定することができる。異常診断装置１によると、Ａ／Ｄ変換器１０が組み込まれているロボット等の装置の稼働率を向上させ、Ａ／Ｄ変換器１０の交換回数を低減させ、メンテナンス性を向上させることができる。

上記で説明した異常診断装置１によるＡ／Ｄ変換器１０の異常診断方法は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を含む半導体処理装置を用いて実現されてもよい。また、これらの処理は、少なくとも１つのプロセッサ（ｅ．ｇ． マイクロプロセッサ、ＭＰＵ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ））を含むコンピュータシステムにプログラムを実行させることによって実現されてもよい。具体的には、これらの送信信号処理又は受信信号処理に関するアルゴリズムをコンピュータシステムに行わせるための命令群を含む１又は複数のプログラムを作成し、当該プログラムをコンピュータに供給すればよい。

これらのプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（ｎｏｎ−ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｒｅａｄａｂｌｅ ｍｅｄｉｕｍ）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（ｔａｎｇｉｂｌｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｍｅｄｉｕｍ）を含む。

非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ−Ｒ（登録商標）、ＣＤ−Ｒ／Ｗ（登録商標）、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ ＰＲＯＭ）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ））を含む。

また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｒｅａｄａｂｌｅ ｍｅｄｉｕｍ）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、図６に示されるように、異常診断装置１は、マイコン等に備えられている自己診断機能と組み合わせてもよい。自己診断機能を備えているマイコンは、内部に電圧発生器も備えている。このとき、入力される電源ごとの正常値範囲は、マイコンが自己診断できる範囲に合わせて設定されてもよい。

１ 異常診断装置
２ 判断手段
６ 検出手段
１０ 変換器
１１ 入力側
１２ 出力側
ＶＡｎ アナログ信号
ＶＤｎ デジタル信号
Ｖｎ 正常範囲

Claims (1)

1. 入力されたアナログ信号からデジタル信号を出力するＡ／Ｄ変換器の異常を検出するための異常診断装置であって、
   入力電圧を持って入力された前記アナログ信号に対応する前記デジタル信号の出力電圧が正常範囲にあるか否かを判断して判断結果を出力する判断手段と、
   前記判断結果に基づいて前記Ａ／Ｄ変換器の異常を検出する検出手段と、を有し、
   前記判断手段は、第１入力電圧で入力された第１アナログ信号に対応する第１デジタル信号の第１出力電圧が第１正常範囲にあるか否かを判断する第１判断結果を出力すると共に、第２入力電圧で入力された第２アナログ信号に対応する第２デジタル信号の第２出力電圧が第２正常範囲にあるか否かを判断する第２判断結果を出力し、
   前記検出手段は、前記第１正常範囲と前記第２正常範囲とが重複する範囲を有するように設定された状態で、前記第１判断結果と前記第２判断結果とを比較して前記Ａ／Ｄ変換器の異常を検出する、
   Ａ／Ｄ変換器の異常診断装置。

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