專利名稱：通過對加速度進(jìn)行評估對帶來危險(xiǎn)的裝置進(jìn)行監(jiān)測的電路布置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一般的安全技術(shù)，特別是涉及一種通過對加速度進(jìn)行評估對帶來危險(xiǎn)的裝置進(jìn)行監(jiān)測的電路布置和方法。
背景技術(shù)：
運(yùn)動的獲取現(xiàn)今在安全技術(shù)中典型地通過旋轉(zhuǎn)編碼器、坐標(biāo)變換器或啟動器來解決。加速度傳感器現(xiàn)今經(jīng)常在移動電話、球拍和機(jī)動車導(dǎo)航中得到應(yīng)用。由文獻(xiàn)DE 10 2008 062 978A1可知一種手控制機(jī)器及其運(yùn)行方法，其中，為對例外情況進(jìn)行自動識別，例如對超出預(yù)定的加速度值進(jìn)行識別，設(shè)置有傳感器，經(jīng)該傳感器激活一個裝置，該裝置例如實(shí)現(xiàn)了使機(jī)械臂運(yùn)動停止的安全繼電器的功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種途徑，即，能夠更簡單、更安全和/或更廉價地實(shí)現(xiàn)對帶來危險(xiǎn)的裝置的監(jiān)測。本發(fā)明的目的特別在于，提供一種電路布置和方法，用該電路布置和方法可以進(jìn)行這樣的監(jiān)測。通過根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路布置和根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的目的。在從屬權(quán)利要求中給出了有利的實(shí)施方式和擴(kuò)展方案。根據(jù)本發(fā)明的對帶來危險(xiǎn)的裝置進(jìn)行監(jiān)測的電路布置相應(yīng)地包括至少兩個加速度傳感器，用于對帶來危險(xiǎn)的裝置的至少一部分的加速度進(jìn)行測量；至少一個邏輯電路，用于對至少兩個加速度傳感器的測量值進(jìn)行評估；至少一個存儲器，用于存儲對照值；以及，至少一個通過至少一個邏輯電路的輸出端進(jìn)行控制的安全裝置。該安全裝置設(shè)置用于響應(yīng)經(jīng)至少一個邏輯電路的輸出端接收的操作指令，以使帶來危險(xiǎn)的裝置轉(zhuǎn)化為安全狀態(tài)，其中，當(dāng)測得的帶來危險(xiǎn)的裝置的至少一部分的加速度、或由測得的加速度導(dǎo)出的量值相對于存儲的對照值具有預(yù)定的比值時，至少一個邏輯電路將操作指令發(fā)送到至少一個安全裝置上。優(yōu)選進(jìn)行檢驗(yàn)，測得的加速度或由該加速度導(dǎo)出的量值(例如速度或者位置)是否高于或低于預(yù)定的對照值。例如還可以存儲多個對照值，例如為用于確定加速度、速度或位置的額定范圍的上限和下限值，其中，在低于下限值或高于上限值時通過各個量值生成操作指令。帶來危險(xiǎn)的裝置在本發(fā)明的意義上是這樣的技術(shù)裝置，該技術(shù)裝置可能會對人員和/或原料產(chǎn)生不可忽視的危險(xiǎn)。例如，帶來危險(xiǎn)的裝置可以是自動化系統(tǒng)的機(jī)器或裝置。帶來危險(xiǎn)的裝置的部件(對其加速度進(jìn)行監(jiān)測)，可以例如為固定在機(jī)械臂上的工具。、
原則上，使用這樣的適應(yīng)類型的加速度傳感器，例如壓電式傳感器或者作為微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)形成的傳感器。根據(jù)應(yīng)用目的，加速度傳感器優(yōu)選為此而形成，即，在一個、兩個或三個空間方向上測量線性加速度。有利地，由用于每個測得的空間方向的各個加速度傳感器分別生成一個與各個加速度呈比例的輸出信號，其中，輸出信號可以根據(jù)設(shè)計(jì)方案模擬地或數(shù)字地來提供。對于一定的應(yīng)用目的，進(jìn)一步有利的是，為此而形成至少一個加速度傳感器，對角度加速度進(jìn)行測量，其中，該測量也可以在一個、兩個或三個空間軸上進(jìn)行。通過具有兩個加速度傳感器的雙通道結(jié)構(gòu)方案，有利地實(shí)現(xiàn)了安全程度的提升。特別優(yōu)選對于每個加速度傳感器分配一個單獨(dú)的邏輯電路，其中，特別通過每個單獨(dú)的邏輯電路對單獨(dú)的安全裝置進(jìn)行控制。以這種方式，形成了兩個獨(dú)立通道，該通道冗余地將帶來危險(xiǎn)的裝置轉(zhuǎn)換為安全狀態(tài)。至少一個邏輯電路有利地為此而形成，從加速度傳感器的測量值中可以得出帶來危險(xiǎn)的裝置的至少一部分的速度和/或位置。這例如可以通過對測得的加速度數(shù)值進(jìn)行 積分而得來。然而，將加速度數(shù)值用時間進(jìn)行的數(shù)學(xué)積分可能由于對時長的測量誤差的追加而導(dǎo)致對真實(shí)速度和位置的錯誤估計(jì)。因此，邏輯電路(下面稱作邏輯單元)有利地具有輸入端，用以將確定的位置(例如預(yù)定運(yùn)動的開始或中間位置)或者運(yùn)動(如開始、停止或重置)報(bào)告給邏輯單元，從而減少測量誤差的追加。進(jìn)一步設(shè)置有輸入端，經(jīng)該輸入端可將邊界值輸送給邏輯單元，該邊界值存儲在存儲器中。為了該目的，各個邏輯單元有利地具有相應(yīng)的存儲器。有利地，冗余通道的邏輯單元彼此相連，從而相互交換數(shù)據(jù)。為了簡化電路布置，因此可以有利地僅在邏輯單元處設(shè)置輸入端，用于輸送確定的數(shù)據(jù)，其中，該邏輯單元將接收到的數(shù)據(jù)繼續(xù)傳遞至另外的邏輯單元。相應(yīng)地，優(yōu)選至少一個邏輯線路具有一個輸入端，從而將邊界值和/或初始化數(shù)據(jù)輸送給邏輯電路，用以對計(jì)算得出的帶來危險(xiǎn)的裝置的至少一部分的速度和/或位置進(jìn)行初始化。邏輯單元可進(jìn)一步將測得的加速度值進(jìn)行交換。在優(yōu)選的實(shí)施方式中為此而形成電路布置，對至少兩個加速度傳感器的測量值的置信度進(jìn)行檢驗(yàn)。為了該目的，有利地，對由不同的加速度傳感器測得的測量值或由此而得出的測量變量(如速度或加速度)進(jìn)行比較。特別地，為此目的，使至少兩個邏輯電路之間的相應(yīng)的測量值或測量變量進(jìn)行交換，這些邏輯電路對應(yīng)于不同的加速度傳感器。在一般情況下，不同的傳感器傳遞大體上同等的測量值或?qū)С龅臏y量變量(這些測量變量具有大體上相同的值)。如果由置信度檢驗(yàn)得出不同的傳感器具有彼此偏差的值，則意味著至少一個傳感器發(fā)生故障。置信度檢驗(yàn)因而用于檢驗(yàn)傳感器，其中，有利地依賴于置信度檢驗(yàn)的結(jié)果將相應(yīng)的信號提供給電路布置的輸出端。置信度檢驗(yàn)優(yōu)選通過至少一個邏輯電路實(shí)施。為避免共因失效(common cause failures),例如由加速器傳感器的共同結(jié)構(gòu)誤差造成(該共因失效會導(dǎo)致非預(yù)期的冗余撤銷)，那么，使兩個加速度傳感器特別優(yōu)選以預(yù)定的夾角彼此錯置，其中，各個對應(yīng)的邏輯單元匹配于錯置的加速度傳感器的各個不同信號的評估。當(dāng)使用加速度傳感器時，這樣的匹配可以以簡單的方式進(jìn)行，該加速度傳感器設(shè)置用于在三個空間方向上測量加速度，而且加速度傳感器通過圍繞Z軸旋轉(zhuǎn)90°錯置，這是因?yàn)?，在這種情況下在評估中僅僅需要交換X和Y軸。然而，有利地可以使用其它角度，例如45°。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，加速度傳感器的角度錯置由此而形成，S卩，每個加速度傳感器分別以相同的方式設(shè)置在單獨(dú)的電路板上，其中，電路板以預(yù)定的夾角彼此錯置。為將帶來危險(xiǎn)的裝置轉(zhuǎn)化為安全狀態(tài)，優(yōu)選可以將該裝置斷路。相應(yīng)地，至少一個安全裝置有利地設(shè)置用于切斷帶來危險(xiǎn)的裝置的電源。為此目的，至少一個安全裝置優(yōu)選包括繼電器或作為晶體管形成的半導(dǎo)體開關(guān)。作為替代，該安全裝置例如設(shè)置用于激活制動裝置，該制動裝置適用于通過制動過程將帶來危險(xiǎn)的裝置轉(zhuǎn)化為安全狀態(tài)。根據(jù)帶來危險(xiǎn)的裝置的設(shè)計(jì)，可以考慮安全裝置的另外的實(shí)施方式。有利地，電路布置還可以至少部分作為整合電路來形成，其中，整合電路在組件的相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案中包括邏輯單元和/或加速度傳感器和/或安全裝置。還可以每個通道設(shè)置單獨(dú)的整合電路。用于對帶來危險(xiǎn)的裝置進(jìn)行監(jiān)測的方法包括憑借至少兩個加速度傳感器對帶來危險(xiǎn)的裝置的至少一部分的加速度進(jìn)行測量，其中，至少兩個加速度傳感器的測量值通過至少一個邏輯電路得到評估。通過至少一個邏輯電路的輸出端，對至少一個安全裝置進(jìn)行控制，其中，當(dāng)帶來危險(xiǎn)的裝置的至少一部分的加速度、或由測得的加速度導(dǎo)出的量值相對于存儲的對照值具有預(yù)定的比例時，至少一個邏輯電路將操作指令發(fā)送到至少一個安全裝 置上，而且其中，至少一個安全裝置相應(yīng)接收到的操作指令而將帶來危險(xiǎn)的裝置轉(zhuǎn)化為安全狀態(tài)。


下面，憑借優(yōu)選的實(shí)施方式引用附圖進(jìn)一步闡明本發(fā)明。附圖中，相同的附圖標(biāo)記代表相同或類似的部件。圖I為根據(jù)本發(fā)明的電路布置的優(yōu)選實(shí)施例的框圖；圖2為圖I所示的組件的第一優(yōu)選布置；圖3為圖I所示的組件的第二優(yōu)選布置；圖4為圖I所示的組件的第三優(yōu)選布置。
具體實(shí)施例方式圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的電路布置10的優(yōu)選實(shí)施例的框圖，該電路布置用于監(jiān)測帶來危險(xiǎn)的裝置，例如未示出的機(jī)器或設(shè)備。在示出的實(shí)施例中，帶來危險(xiǎn)的裝置這樣經(jīng)連接端350連接于電源，從而使開關(guān)132或232的斷開導(dǎo)致電源的斷開，并由此導(dǎo)致帶來危險(xiǎn)的裝置的斷路。電路布置10形成為雙通道的結(jié)構(gòu)，即具有第一通道100和第二通道200，其中，通道100或200的每一個都包括加速度傳感器110或210、邏輯單元120或220以及繼電器130或230，用于分別對開關(guān)132或232之一進(jìn)行操作。加速器傳感器110和210設(shè)置在帶來危險(xiǎn)的裝置上，從而用這些加速器傳感器可以對帶來危險(xiǎn)的裝置的至少一部分的加速度進(jìn)行測量。由加速度傳感器110或210生成的測量值被分別輸送給與各個加速度傳感器相連的邏輯單元120或220。該邏輯單元120和220對接收的測量值進(jìn)行評估，并生成操作指令，只要測得的加速度或由此導(dǎo)出的量值超出預(yù)定的額定范圍或遠(yuǎn)離預(yù)定的邊界值，其中，相應(yīng)的對照值位于邏輯單元的未示出的存儲器中。如果生成這樣的操作指令，那么該操作指令則被輸送給與各個邏輯單元120或220相連的安全繼電器130或230，然后將開關(guān)132或232斷開。額外地，通過加速度值積分可推導(dǎo)得出實(shí)際的速度或位置。由于積分時而追加的測量誤差，使邏輯單元120在示出的實(shí)施例中具有輸入端310，經(jīng)該輸入端使邏輯單元120信號化，用以將由測得的加速度導(dǎo)出的速度和/或位置初始化為限定的值。進(jìn)一步，邏輯單元120具有輸入端320，用于輸送參數(shù)，這里的參數(shù)例如為一個或多個為評估所使用的對照值。經(jīng)輸入端310和320輸送的信息在示出的實(shí)施例中經(jīng)邏輯單元120和220之間的連接部400進(jìn)行交換。進(jìn)一步，可以經(jīng)連接部400使測量值或由測量值導(dǎo)出的量值(例如用于平均值形成的量值)進(jìn)行交換。為對所采用的傳感器進(jìn)行檢驗(yàn)，此外還有利地設(shè)置了，對測量值或由測量值導(dǎo)出的量值(這些值在邏輯單元120和220之間進(jìn)行交換)就置信度進(jìn)行檢驗(yàn)。為了該目的，例如可以檢驗(yàn)，由邏輯單元120和220提供的測量變量是否一致。根據(jù)測量變量的精確度，作為替代可以檢驗(yàn)，測量變量彼此之間的偏差是否超出了預(yù)定值。置信度檢驗(yàn)的結(jié)果可以經(jīng)未示出的輸出端輸出，用于進(jìn)一步處理。因此，例如經(jīng)用戶界面可以示出，不同傳感器的測量變量彼此發(fā)生偏差，這意味著發(fā)生故障。代替經(jīng)連接部400進(jìn)行的輸入數(shù)據(jù)交換，每個邏輯單元還可以具有用于輸送輸入數(shù)據(jù)的自身輸入端。進(jìn)一步，可以通過使用的適宜的記錄而為不同的輸入數(shù)據(jù)使用單一輸入端?！ぴ趫D2、3、4中示出了在圖I中示出的組件的不同的優(yōu)選布置。圖2示出了電路布置10a，對于該電路布置，加速度傳感器110和210直接與邏輯單元120和220以及安全輸出端134和234(該輸出端例如可以形成為安全繼電器或半導(dǎo)體開關(guān))共同設(shè)置在一個組合件中，即一個公共電路板400上。安全的半導(dǎo)體輸出端特別在加速度值較高時是有利的。在示出的實(shí)施例中，加速度傳感器110和120在一個公共層面中而以90°角彼此錯置，即以90°角旋轉(zhuǎn)設(shè)置，從而避免共因失效。在圖3中示出的電路布置IOb與圖2所示的電路布置相對應(yīng)，只有一處區(qū)別，SP，加速度傳感器110和120為避免共因失效而以45°角彼此錯置。在圖4中示出了另一替代的電路布置10c，對于該電路布置，加速度傳感器110和120中的每一個分別以相同方式設(shè)置在單獨(dú)的電路板410或420上，其中，電路板410和420以預(yù)定的夾角、在示出的實(shí)施例中以90°角彼此錯置。通過本發(fā)明，有利地，以簡單而廉價的方式，在同時確保了高度安全性的前提下實(shí)現(xiàn)了從事危險(xiǎn)運(yùn)動的安全技術(shù)的運(yùn)用。
權(quán)利要求
1.一種對帶來危險(xiǎn)的裝置進(jìn)行監(jiān)測的電路布置(10、10a、10b、10c)，其包括 -至少兩個加速度傳感器(110、210)，用于對帶來危險(xiǎn)的裝置的至少一部分的加速度進(jìn)行測量， -至少ー個邏輯電路(120、220)，用于對至少兩個加速度傳感器(110、210)的測量值進(jìn)行評估， -至少ー個存儲器，用于存儲對照值，以及 -至少ー個通過至少ー個邏輯電路(120、220)的輸出端進(jìn)行控制的安全裝置(130、132 ;230、232 ；134 ;234)，所述安全裝置設(shè)置用于響應(yīng)經(jīng)至少ー個邏輯電路(120、220)的輸出端接收到的操作指令，以使帶來危險(xiǎn)的裝置轉(zhuǎn)化為安全狀態(tài)，其中，當(dāng)測得的所述帶來危險(xiǎn)的裝置的至少一部分的加速度、或由測得的加速度導(dǎo)出的量值相對于存儲的對照值具有預(yù)定的比值時，至少ー個邏輯電路(120、220)將操作指令發(fā)送到至少ー個安全裝置(130、132 ;230、232 ；134 ；234)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路布置，其中，加速度傳感器(110、120)的每ー個分別對應(yīng)ー個獨(dú)立的邏輯電路(120、220)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路布置，其中，単獨(dú)的邏輯電路(120、220)彼此相連，并為了相互交換數(shù)據(jù)而形成。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求的任意一項(xiàng)所述的電路布置，所述電路布置形成用以對至少兩個加速度傳感器(110、120)的測量值進(jìn)行置信度檢驗(yàn)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求的任意一項(xiàng)所述的電路布置，其中，通過至少ー個邏輯電路(120,220)的每ー個，對單獨(dú)的安全裝置(130、132 ;230、232 ；134 ；234)進(jìn)行控制。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求的任意一項(xiàng)所述的電路布置，其中，至少ー個邏輯電路(120、220)形成用以由加速度傳感器(110、210)的測量值計(jì)算得出帶來危險(xiǎn)的裝置的至少一部分的速度和/或位置。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求的任意一項(xiàng)所述的電路布置，其中，所述邏輯電路(120、220)中的至少ー個具有輸入端(310、320)，用以向邏輯電路(120、220)輸送對照值和/或初始化數(shù)據(jù)，用于對計(jì)算得出的帶來危險(xiǎn)的裝置的至少一部分的速度和/或位置進(jìn)行初始化。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求的任意一項(xiàng)所述的電路布置，其中，兩個加速度傳感器(110、210)以預(yù)定的夾角彼此錯置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路布置，其中，加速度傳感器(110、210)的每ー個分別以相同的方式設(shè)置在一個單獨(dú)的電路板(410、420)上，而且其中，所述電路板(410、420)以預(yù)定的夾角彼此錯置。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求的任意一項(xiàng)所述的電路布置，其中，至少ー個安全裝置(130、132 ;230、232 ；134 ；234)設(shè)置用于切斷帶來危險(xiǎn)的裝置的電源或者用于激活制動裝置。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求的任意一項(xiàng)所述的電路布置，其中，至少ー個安全裝置(130、132 ;230、232 ；134 ；234)包括繼電器(130,230)或半導(dǎo)體開關(guān)。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求的任意一項(xiàng)所述的電路布置，其至少部分作為整合電路而形成。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求的任意一項(xiàng)所述的電路布置，其中，所述加速度傳感器(110、120)設(shè)置用于在三個空間方向上對加速度進(jìn)行測量。
14.一種對帶來危險(xiǎn)的裝置進(jìn)行監(jiān)測的方法，其包括下述步驟-憑借至少兩個加速度傳感器(110、210)，對帶來危險(xiǎn)的裝置的至少一部分的加速度進(jìn)行測量， -存儲對照值， -通過至少ー個邏輯電路(120、220)，對至少兩個加速度傳感器(110、210)的測量值進(jìn)行評估， -通過至少ー個邏輯電路(120、220)的輸出端對至少ー個安全裝置(130、132;230、232；134；234)進(jìn)行控制，其中，當(dāng)測得的帶來危險(xiǎn)的裝置的至少一部分的加速度、或由測得的加速度導(dǎo)出的量值相對于存儲的對照值具有預(yù)定的比值時，至少ー個邏輯電路(120、220)將操作指令發(fā)送到至少ー個安全裝置(130、132 ;230、232 ；134 ；234)上，而且其中，至少ー個安全裝置(130、132 ;230、232 ；134 ；234)響應(yīng)接收到的操作指令而將帶來危險(xiǎn)的裝置轉(zhuǎn)化為安全狀態(tài)。
全文摘要
為了更簡單、更安全和/或更廉價地對帶來危險(xiǎn)的裝置實(shí)施監(jiān)測，本發(fā)明提供了一種電路布置(10、10a、10b、10c)，其包括至少兩個加速度傳感器(110、210)，用于對帶來危險(xiǎn)的裝置的至少一部分的加速度進(jìn)行測量；至少一個邏輯電路(120、220)，用于對至少兩個加速度傳感器(110、210)的測量值進(jìn)行評估；至少一個存儲器，用于存儲對照值；以及至少一個通過至少一個邏輯電路(120、220)的輸出端進(jìn)行控制的安全裝置(130、132；230、232；134；234)，其中，該安全裝置設(shè)置用于響應(yīng)經(jīng)至少一個邏輯電路(120、220)的輸出端接收到的操作指令，以使帶來危險(xiǎn)的裝置轉(zhuǎn)化為安全狀態(tài)，其中，當(dāng)測得的帶來危險(xiǎn)的裝置的至少一部分的加速度、或由測得的加速度導(dǎo)出的量值相對于存儲的對照值具有預(yù)定的比值時，至少一個邏輯電路(120、220)將操作指令發(fā)送到至少一個安全裝置(130、132；230、232；134；234)上。本發(fā)明進(jìn)一步提供了對帶來危險(xiǎn)的裝置進(jìn)行監(jiān)測的方法。
文檔編號G05B19/048GK102736544SQ201210111698
公開日2012年10月17日 申請日期2012年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月14日
發(fā)明者于爾根·托滕伯格, 塞拉里耶·馬瑟勞斯·登布·肯富埃, 馬庫斯·羅斯 申請人:菲尼克斯電氣公司