特許 7597516 エンコーダ及びエンコーダ動作方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-02

(45)【発行日】2024-12-10

(54)【発明の名称】エンコーダ及びエンコーダ動作方法

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/12 20060101AFI20241203BHJP

【ＦＩ】

G01D5/12 K

【請求項の数】 10

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2020069009

(22)【出願日】2020-04-07

(65)【公開番号】P2021009134

(43)【公開日】2021-01-28

【審査請求日】2022-11-14

(31)【優先権主張番号】10 2019 209 607.7

(32)【優先日】2019-07-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】390014281

【氏名又は名称】ドクトル・ヨハネス・ハイデンハイン・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＤＲ． ＪＯＨＡＮＮＥＳ ＨＥＩＤＥＮＨＡＩＮ ＧＥＳＥＬＬＳＣＨＡＦＴ ＭＩＴ ＢＥＳＣＨＲＡＮＫＴＥＲ ＨＡＦＴＵＮＧ

(74)【代理人】

【識別番号】100069556

【弁理士】

【氏名又は名称】江崎 光史

(74)【代理人】

【識別番号】100111486

【弁理士】

【氏名又は名称】鍛冶澤 實

(74)【代理人】

【識別番号】100191835

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 真介

(72)【発明者】

【氏名】ラルフ・オクセンブリュヒャー

(72)【発明者】

【氏名】エルマー・マイアー

【審査官】吉田 久

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００７／０１０７１６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１１／１０２１２６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－４５５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２２１２５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－６３４１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－５８３３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２９２４９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１４０７３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｄ ５／１２－５／３８、２１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

・１つの測定目盛（１４）が配置されている１つの目盛キャリア（１２）と、
・前記測定目盛（１４）を走査することによって位置に依存する測定信号（ＰＳ）が生成可能である少なくとも１つの位置センサー（２０）と、
・位置に依存する測定信号（ＰＳ）を位置信号（Ｐ）に処理可能である１つの処理ユニット（３０）と、
・少なくとも１つのデータ伝送チャネル（４５）を介して後続電子機器（１００）と通信するための１つのインターフェースユニット（４０）と、
を有するエンコーダにおいて、
前記エンコーダ（１０）は、１つの監視装置（６０）を有し、前記エンコーダの少なくとも１つの動作条件（Ｔａ、Ｉ１、Ｉ２、ＶＤＤ、ＨＭ）が、この監視装置（６０）に供給可能であり、前記監視装置（６０）は、１つの評価装置（６２）を有し、この評価装置（６２）は、前記少なくとも１つの動作条件（Ｔａ、Ｉ１、Ｉ２、ＶＤＤ、ＨＭ）に依存して、監視すべき構成要素（５０）及び監視装置（６０）の少なくとも１つの構成要素故障率を算出し、当該算出から前記エンコーダの実際の動作故障率を算出し、
前記監視すべき少なくとも１つの構成要素（５０）は、集積回路であり、
前記集積回路（５０）の構成要素故障率（ＡＲ＿Ｋ１）は、前記評価装置（６２）内で半導体チップの障壁層温度に基づいて算出可能であり、
前記半導体チップの前記障壁層温度は、周囲温度（Ｔａ）と、前記半導体チップの電力消費と、前記半導体チップのハウジングの熱抵抗とによって特定されていて、
前記周囲温度（Ｔａ）は、温度センサー（７０）によって測定可能であり、
前記電力消費は、前記集積回路（５０）の動作電流（Ｉ１）と供給電圧（ＶＤＤ）とから算出可能であり、
電流センサー（Ｒ１）が、前記動作電流（Ｉ１）を測定するために設けられている、当該エンコーダ。

【請求項2】

信頼性データ（ＳＤ）が、前記監視装置（６０）の１つの記憶装置（６４）内に記憶可能であり、前記エンコーダ（１０）の機能的信頼性に関する目安である、信頼性に固有の故障率（ＡＲ＿Ｓ）が、前記評価装置（６２）内で前記信頼性データ（ＳＤ）を用いて前記動作故障率（ＡＲ＿Ｂ）から算出可能である請求項１に記載のエンコーダ。

【請求項3】

前記エンコーダは、少なくとも１つのセンサー（７０、７２、７４、７８、Ｒ１、Ｒ２）を有し、前記センサー（７０、７２、７４、７８、Ｒ１、Ｒ２）の測定値が、動作条件として前記監視装置（６０）に供給可能であり、及び／又は、少なくとも１つの動作条件が、前記後続電子機器（１００）から前記インターフェースユニット（４０）を介して前記監視装置（６０）に供給可能である請求項１又は２に記載のエンコーダ。

【請求項4】

前記集積回路（５０）の供給電圧（ＶＤＤ）も、前記評価装置（６２）によって測定可能である請求項１～３のいずれか一項に記載のエンコーダ。

【請求項5】

・１つの測定目盛（１４）が配置されている１つの目盛キャリア（１２）と、
・前記測定目盛（１４）を走査することによって位置に依存する測定信号（ＰＳ）が生成可能である少なくとも１つの位置センサー（２０）と、
・位置に依存する測定信号（ＰＳ）を位置信号（Ｐ）に処理可能である１つの処理ユニット（３０）と、
・少なくとも１つのデータ伝送チャネル（４５）を介して後続電子機器（１００）と通信するための１つのインターフェースユニット（４０）と、
を有するエンコーダを動作させるための方法において、
前記エンコーダ（１０）は、１つの監視装置（６０）を有し、前記エンコーダの少なくとも１つの動作条件（Ｔａ、Ｉ１、Ｉ２、ＶＤＤ、ＨＭ）が、この監視装置（６０）に供給され、前記監視装置（６０）は、１つの評価装置（６２）を有し、この評価装置（６２）は、前記少なくとも１つの動作条件（Ｔａ、Ｉ１、Ｉ２、ＶＤＤ、ＨＭ）に依存して、監視すべき構成要素（５０）及び監視装置（６０）の少なくとも１つの構成要素故障率を算出し、当該算出から前記エンコーダの実際の動作故障率を算出し、
前記監視すべき少なくとも１つの構成要素は、集積回路（５０）であり、
この集積回路（５０）の構成要素故障率（ＡＲ＿Ｋ１）は、前記評価装置（６２）内で半導体チップの障壁層温度に基づいて算出され、
前記半導体チップの前記障壁層温度は、周囲温度（Ｔａ）と、前記半導体チップの電力消費と、前記半導体チップのハウジングの熱抵抗とによって特定されていて、
前記周囲温度（Ｔａ）は、温度センサー（７０）によって測定され、
前記電力消費は、前記集積回路（５０）の動作電流（Ｉ１）と供給電圧（ＶＤＤ）とから算出され、
前記動作電流（Ｉ１）が、電流センサー（Ｒ１）によって測定される、当該方法。

【請求項6】

信頼性データ（ＳＤ）が、前記監視装置（６０）の１つの記憶装置（６４）内に記憶され、前記エンコーダ（１０）の機能的信頼性に関する目安である、信頼性に固有の故障率（ＡＲ＿Ｓ）が、前記評価装置（６２）内で前記信頼性データ（ＳＤ）を用いて動作故障率（ＡＲ＿Ｂ）から算出される請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記エンコーダは、少なくとも１つのセンサー（７０、７２、７４、７８、Ｒ１、Ｒ２）を有し、前記センサー（７０、７２、７４、７８、Ｒ１、Ｒ２）の測定値が、動作条件として前記監視装置（６０）に供給され、及び／又は、少なくとも１つの動作条件が、前記後続電子機器（１００）から前記インターフェースユニット（４０）を介して前記監視装置（６０）に供給される請求項５又は６に記載の方法。

【請求項8】

前記集積回路（５０）の供給電圧（ＶＤＤ）も、前記評価装置（６２）によって測定される請求項５～７のいずれか１項に記載の方法。

【請求項9】

前記動作故障率（ＡＲ＿Ｂ）の連続する算出が、前記後続電子機器からの開始命令及び停止命令によって開始又は停止される請求項５～８のいずれか１項に記載の方法。

【請求項10】

評価装置（６２）は、開始命令及び停止命令によって特定された時間間隔内に最大の動作故障率を算定する請求項９に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１に記載のエンコーダ、及び、請求項８に記載のエンコーダ動作方法に関する。

【0002】

エンコーダは、例えば工作機械又は製造ロボットなど、オートメーション技術の機械及び設備において用いられる。エンコーダの役割は、移動する部品の位置もしくは位置変化を測定することである。ロータリエンコーダ又は角度測定機器は、例えば回転するシャフトなど回転運動を測定する。これに対して長さ測定機器は、互いに移動可能に配置された機械部品の線形変位を測定する。

【0003】

機械及び設備は、エンコーダが高度な信頼性を有することを求める。信頼性とは一方ではエラーフリー機能（利用可能性）を、他方では機能的信頼性、つまり発生した機能障害を確実に認識できる能力を意味している。

【0004】

特許文献１には、位置測定機器の残りの寿命を求める可能性について記載されている。そのために、寿命に影響を与える動作変数が、残りの寿命を求めるために重みづけされて一緒に考慮される。しかしそのためには大きなデータベースが必要であるが、それが利用できないことも多い。その理由としては、測定機器が高品質であるため、調査できるのは故障した数少ない機器のみであることが挙げられる。また、故障に至った正確な事情が不明であること、もしくは再現可能でないことも多く、それが故障原因の分析をより難しくしている。また、測定機器は故障する前に交換されることもしばしばである（予防保守）。

【0005】

機能的信頼性を高める対策により、測定機器の機能不全の発生を認識することができ、それにより測定機器の不具合の結果起こる危険状況を大幅に回避することができる。換言すると、不具合の発生により、機械又は設備の危険エリアに居る作業者が危険に陥ることも、材料損傷を起こすこともあってはならない。

【0006】

設けられたすべてのエラー発見対策にも関わらず、未だ発見されない不具合が残っている確率は、いわゆるＰＦＨ値（１時間当たりの未発見危険故障確率（“Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ａ ｄａｎｇｅｒｏｕｓ ｕｎｄｅｔｅｃｔｅｄ Ｆａｉｌｕｒｅ ｐｅｒ Ｈｏｕｒ”））により示される。エンコーダにおいてＰＦＨ値は通常、製造者によりシステムＦＭＥＤＡ（故障モード影響診断解析）を用いて特定される。その際の基礎となるのは、そのような機器の代表的な適用プロフィールに基づく適用条件である。ＰＦＨ値は、エンコーダがこの適用条件の枠内で動作する場合に保証される。エンコーダの実際の導入において、万が一この適用条件から逸脱した場合は考慮されていない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】欧州特許出願第２２７３２３８号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の課題は、故障確率の提示が改善されたエンコーダを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

この課題は、以下の請求項１に記載のエンコーダにより解決される。

【0010】

・１つの測定目盛（１４）が配置されている１つの目盛キャリア（１２）と、
・前記測定目盛（１４）を走査することによって位置に依存する測定信号（ＰＳ）が生成可能である少なくとも１つの位置センサー（２０）と、
・位置に依存する測定信号（ＰＳ）を位置信号（Ｐ）に処理可能である１つの処理ユニット（３０）と、
・少なくとも１つのデータ伝送チャネル（４５）を介して後続電子機器（１００）と通信するための１つのインターフェースユニット（４０）と、
を有するエンコーダにおいて、
前記エンコーダ（１０）は、１つの監視装置（６０）を有し、前記エンコーダの少なくとも１つの動作条件（Ｔａ、Ｉ１、Ｉ２、ＶＤＤ、ＨＭ）が、この監視装置（６０）に供給可能であり、前記監視装置（６０）は、１つの評価装置（６２）を有し、この評価装置（６２）は、前記少なくとも１つの動作条件（Ｔａ、Ｉ１、Ｉ２、ＶＤＤ、ＨＭ）に依存して、監視すべき少なくとも１つの構成要素（５０、６０）の構成要素故障率を算出し、当該算出から前記エンコーダの実際の動作故障率を算出する当該エンコーダ。

【0011】

本発明の課題はまた、エンコーダの故障確率の提示を改善できる方法を提供することである。

【0012】

この課題は、以下の請求項８に記載のエンコーダ動作方法により解決される。

【0013】

・１つの測定目盛（１４）が配置されている１つの目盛キャリア（１２）と、
・前記測定目盛（１４）を走査することによって位置に依存する測定信号（ＰＳ）が生成可能である少なくとも１つの位置センサー（２０）と、
・位置に依存する測定信号（ＰＳ）を位置信号（Ｐ）に処理可能である１つの処理ユニット（３０）と、
・少なくとも１つのデータ伝送チャネル（４５）を介して後続電子機器（１００）と通信するための１つのインターフェースユニット（４０）と、
を有するエンコーダを動作させるための方法において、
前記エンコーダ（１０）は、１つの監視装置（６０）を有し、前記エンコーダの少なくとも１つの動作条件（Ｔａ、Ｉ１、Ｉ２、ＶＤＤ、ＨＭ）が、この監視装置（６０）に供給され、前記監視装置（６０）は、１つの評価装置（６２）を有し、この評価装置（６２）は、前記少なくとも１つの動作条件（Ｔａ、Ｉ１、Ｉ２、ＶＤＤ、ＨＭ）に依存して、監視すべき少なくとも１つの構成要素（５０、６０）の構成要素故障率を算出し、当該算出から前記エンコーダの実際の動作故障率を算出する当該方法。

【0014】

本発明のさらなる有利な特徴は請求項１もしくは請求項８の従属請求項、及び、図を用いた有利な態様の説明から理解できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明のエンコーダの構成図である。

【図2】本発明のエンコーダのさらなる態様の構成図である。

【図3】本発明のエンコーダのさらなる態様の構成図である。

【図4】本発明のエンコーダのさらなる態様の構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

図１には本発明のエンコーダ１０の構成図が図示されている。エンコーダ１０は、位置に依存する信号の測定、処理、及び出力のために、測定目盛１４を備える目盛キャリア１２、少なくとも１つの位置センサー２０、処理ユニット３０、ならびにインターフェースユニット４０を有している。

【0017】

位置センサー２０は、目盛キャリア１２上の測定目盛１４を走査するために適切に構成されている。目盛キャリア１２と位置センサー２０とはこのとき、既知のやり方で測定方向において互いに相対的に移動可能に配置されており、その際例えば目盛キャリア１２及び位置センサー２０は工作機械の移動可能部品に接続されており、その部品の相対位置が互いに特定される。位置センサー２０及び測定目盛１４は、位置測定の際に適用され、使用される物理的な走査原理に応じて構成されている。

【0018】

本発明においては、エンコーダが長さ測定機器であるか、又は、図１に図示されているように角度測定機器（ロータリエンコーダ）であるかは重要ではない。そのため目盛キャリア１２は、線形運動を測定するためにスケール方向において測定目盛１４が配置されたまっすぐなスケールとするか、又は、例えばシャフトの回転運動を測定するためにディスク転心Ｄ周りに半径方向に測定目盛１４が配置された円形ディスクとすることができる。

【0019】

測定目盛１４の走査の結果得られた位置に依存する位置信号ＰＳは処理ユニット３０に供給される。位置信号ＰＳはアナログ又はデジタルコード化された信号を含むことができる。処理ユニット３０は位置信号ＰＳをデジタル位置値Ｐに処理し、これをインターフェースユニット４０へ出力する。この処理について本書では詳しく述べないが、信号修正、デジタル化などの処理ステップを実行することができる。位置値Ｐに加えて、場合によっては処理ユニット３０内で例えば速度、加速度又は急跳（Ｒｕｃｋ）など、さらなる位置に依存する量を求めることができる。

【0020】

インターフェースユニット４０の役割は、例えば位置値Ｐといったデータを、データ伝送チャネル４５を介して後続電子機器１００へ伝送することである。さらに、後続電子機器１００からインターフェースユニット４０へ命令及びデータを転送することもでき、それにより後続電子機器１００とインターフェースユニット４０との間の（及びそれによりエンコーダ１０との間の）通信が可能となる。それにより後続電子機器１００は、データ要求命令によりデータ（例えば実際の位置値Ｐ）をエンコーダ１０から要求することができる。後続電子機器１００とエンコーダ１０との間のデータ伝送には、望ましくは直列インターフェースが用いられる。

【0021】

エンコーダ１０には少なくとも１つの集積回路（ＩＣ）が設けられている。本実施例において、集積回路５０は処理ユニット３０及びインターフェースユニット４０の電気回路を含んでいる。集積回路５０は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）又はプログラム可能な集積回路（例えばＦＰＧＡ）とすることができる。点線で示されているように、集積回路５０はまた位置センサー２０を含むことができる。このことはとりわけ光学的走査原理において有利であり、それは、位置センサーが、既知の製造方法により半導体チップ上に製造できる光検出器を含んでいるからである。光学的構造要素もアナログ及びデジタル回路部品も有している集積回路はＯｐｔｏ－ＡＳＩＣとも呼ばれている。

【0022】

エンコーダ１０の各機能構成要素には構成要素故障率があり、これは構成要素の故障確率を示している。構成要素故障率は通常、ＦＩＴ（Ｆａｉｌｕｒｅ Ｉｎ Ｔｉｍｅ）という単位で表され、１ＦＩＴ＝１×１０^－９／ｈである。これは、関係する動作条件に依存して変化する変数である。関係する動作条件とは、構成要素故障率に有意の影響を与える動作条件である。本例において集積回路５０には構成要素故障率ＡＲ＿Ｋ１が割り当てられている。

【0023】

本発明によるとエンコーダ１０は監視装置６０を有している。監視装置６０は、エンコーダ１０の動作条件に依存して、少なくとも１つの構成要素故障率（少なくとも１つの動作条件に依存する、監視すべきシステム構成要素の故障率）を求めること、及び、そこからエンコーダ１０の動作故障率ＡＲ＿Ｂを求めることに適するよう構成されている。本例においては集積回路５０の構成要素故障率ＡＲ＿Ｋ１に注目する。

【0024】

監視装置６０は、例えばマイクロコントローラー、プログラム可能な構成要素（ＦＰＧＡ）又は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）など、独立した集積回路とすることができる。しかし一点鎖線で示されているように、監視装置６０は回路モジュールとして集積回路５０内に集積することもでき、その場合集積回路５０‘が形成される。

【0025】

構成要素故障率及びそれにより動作故障率ＡＲ＿Ｂに影響を与える動作条件は、外部動作条件と内部動作条件とに分けることができる。外部動作条件は、エンコーダ１０の外部で捕捉又は決定され、例えば後続電子機器１００からインターフェースユニット４０を介して監視装置６０に供給することができる。

【0026】

外部動作条件の１つの例は時間情報である。日付及び場合によっては時刻も含む時間情報を基に、エンコーダ１０の使用期間を特定することができ、また、そこから動作故障率ＡＲ＿Ｂにおいて使用期間に関係する割合（Ａｎｔｅｉｌ）を特定することができる。この割合は、エンコーダ１０の寿命の開始時には高い値を示し、それから低いレベルに下がっていき、寿命の終わりに近くなると再び上がる（バスタブ曲線）。

【0027】

外部動作条件のさらなる例は海面からの設置高さである。高度が増すと宇宙線が増加するため、これは集積回路のいわゆるソフトエラー率に影響する。つまり、エンコーダ１０が、高エネルギーの粒子線に暴露され、これがとりわけ集積回路５０の構成要素故障率ＡＲ＿Ｋ１を高め、それがまた動作故障率ＡＲ＿Ｂに不都合に作用することを意味する。エンコーダ１０が、例えば医学的な放射線機器など、高エネルギー電離放射線が発生する機械の周囲で動作する場合にも同様の効果が起こる。

【0028】

内部動作条件とは、エンコーダ１０自身により捕捉される動作条件である。内部動作条件としては、エンコーダ１０の構成要素に直接的にはたらき、そのため起こった場所もしくは発生した場所において有利に特定される動作条件が挙げられる。捕捉のためにエンコーダ１０のハウジング内にセンサーを配置することができる。内部動作条件の例は温度である。温度はとりわけ集積回路の故障率に大きな影響を与える。

【0029】

この第１の実施例ではエンコーダ１０内に温度センサー７０が設けられている。温度センサー７０は集積回路５０と共にエンコーダ１０のハウジング内、例えば回路板上に配置されている。そのため温度センサー７０を用いて、エンコーダ１０内に配置された構造要素、とりわけ集積回路５０の周囲温度Ｔａが測定可能となる。

【0030】

さらなる内部動作条件を求めるために、温度センサー７０に加えてさらなるセンサー７２、７４を設けることができる。例えばさらなるセンサー７２、７４は加速度センサー、振動センサー、固体伝搬音センサー、湿度センサー、電流センサー、電圧センサー、ならびに時間センサー（動作時間測定装置）を含むことができる。位置センサー２０も、場合によっては処理ユニット３０と共に、内部動作条件を特定するためにセンサーとして考慮することができ、それは、位置、もしくは位置変化（速度、加速度）が動作故障率ＡＲ＿Ｂに影響を与え得るからである。さらなるセンサー７２、７４の測定値も評価装置６２に供給され、構成要素故障率ＡＲ＿Ｋ１を求めるため、及びそこから動作故障率ＡＲ＿Ｂを求めるために考慮することができる。

【0031】

センサー２０、７０、７２、７４を監視装置６０に接続するために適切なインターフェースが設けられている。アナログセンサーであるか又はデジタルセンサーであるかに応じてＡ／Ｄ変換器又はデジタル・データインターフェースを用いることにより、捕捉対象の動作条件のデジタル測定値を評価装置６２に供給してさらに処理することができる。

【0032】

実地においては多くの場合、動作故障率ＡＲ＿Ｂは、エンコーダ１０の少ない構成要素の構成要素故障率から特定される。これは１つには、ある構成要素の構成要素故障率が比較的高いために、動作故障率ＡＲ＿Ｂに有意な貢献をする場合であり、もう１つには、変化する動作条件の影響を受けて、ある構成要素の構成要素故障率が高い変動を示す場合である。以下、そのような構成要素を監視すべき構成要素と呼ぶ。構成要素故障率が比較的低く、及び／又は、変化する動作条件において構成要素故障率がおおよそ一定である構成要素は、動作故障率ＡＲ＿Ｂを求める際に場合によっては無視すること、もしくは動作故障率ＡＲ＿Ｂに対するその構成要素の貢献が一定であると考えることができる。

【0033】

本実施例において集積回路５０は監視すべき構成要素である。集積回路５０は構成要素故障率ＡＲ＿Ｋ１を有する。

【0034】

動作故障率ＡＲ＿Ｂを特定するために評価装置６２内では以下のステップ：
・関係する動作条件を求めるステップ
・少なくとも１つの監視すべき構成要素の構成要素故障率ＡＲ＿Ｋ１を特定するステップ
・構成要素故障率ＡＲ＿Ｋｎに基づいてエンコーダ１０の動作故障率ＡＲ＿Ｂを特定するステップ、
が必要である。

【0035】

本例で見るべき動作条件は、集積回路５０の半導体チップの障壁層温度である。

【0036】

構成要素故障率ＡＲ＿Ｋ１の特定の出発点となるのは集積回路５０の基準故障率ＡＲ＿Ｒ１である。これはウェハーテクノロジー（構造幅、製造プロセスなど）及び基準条件（この場合は半導体チップの障壁層の基準温度）により特定される。基準故障率ＡＲ＿Ｒ１は集積回路５０の製造者による仕様である。基準故障率ＡＲ＿Ｒ１は集積回路５０の内部の電気回路にあまり依存せず、そのため同じウェハーテクノロジーを用いて製造されたすべての集積回路についてあてはまるため、基準故障率ＡＲ＿Ｒ１は確実なデータベースに基づいている。そのため故障した機器の故障原因の分析はもはや必要ない。基準故障率ＡＲ＿Ｒ１は、監視装置６０内に配置された記憶装置６４内に記憶される。基準温度からの偏差は、集積回路５０の構成要素故障率ＡＲ＿Ｋ１の変化につながり、この変化はアレニウスの法則により特定される。集積構成要素５０の電力消費が既知であれば、集積回路５０の半導体チップの障壁層温度は、温度センサー７０を用いて求められる周囲温度Ｔａ、及び、集積回路５０のハウジングの熱抵抗に基づいて特定することができる。

【0037】

周囲温度Ｔａは、監視装置６０内に配置された評価装置６２に供給される。評価装置６２は、周囲温度Ｔａに基づいて、集積回路５０の構成要素故障率ＡＲ＿Ｋ１を求め、及びそこからエンコーダ１０の動作故障率ＡＲ＿Ｂを求める。そのために記憶装置６４内には、周囲温度Ｔａに応じた集積回路５０の構成要素故障率ＡＲ＿Ｋ１が記録された表を記憶しておくことができる。代替的に、集積回路５０の構成要素故障率ＡＲ＿Ｋ１は、計算により求めることもできる。温度の場合はそのためにアレニウスの法則を用いることができ、さらなる動作条件の影響を求めるために、適切で代替的な演算仕様を使用することができる。

【0038】

上述のように、外部動作条件も動作故障率ＡＲ＿Ｂを求める際に考慮することができる。図１の例においては、エンコーダ１０が動作する高さが、海面からどれだけ高いかを示す動作高さＨＭが後続電子機器１００からエンコーダ１０に供給される。動作高さＨＭはインターフェースユニット４０から監視装置６０へ転送される。監視装置６０内では評価装置６２が、動作高さＨＭから得られるソフトエラー率ＳＥＲを（ここでも例えば記憶装置６４内の表より）特定する。ソフトエラー率ＳＥＲもまたＦＩＴという単位で表すことができ、構成要素故障率ＡＲ＿Ｋ１を求める際に考慮される。

【0039】

次に、構成要素故障率ＡＲ＿Ｋ１（及び場合によってはさらなる構成要素故障率）に基づいて、評価装置６２によりエンコーダ１０の動作故障率ＡＲ＿Ｂを特定することができる。最も簡単な場合は、個々の構成要素故障率を加算することができる。とりわけ、電子的構造要素の構成要素故障率の場合、動作故障率ＡＲ＿Ｂはマルコフ解析により特定することができる。

【0040】

動作高さＨＭは、すでに工場側でエンコーダ１０に伝送し、そこで記憶させることができる。これがとりわけ有意義となるのは、エンコーダ１０を注文する際にすでに使用場所及びそれにより動作高さＨＭが既知である場合である。その際には、動作高さＨＭの値が書込み保護されて記憶されることが有利であり、それにより、専門知識を有する人員のみがこの値を変更できるようにできる。

【0041】

動作高さＨＭの値はリードバック可能、つまり、この値がインターフェースユニット４０を介して後続電子機器１００へ伝送できることが有利である。このようにしてこの値は後続電子機器１００内で正しさをチェックすることができる。

【0042】

エンコーダ１０には、動作高さＨＭに加えて、例えば時間情報Ｔ（日付及び場合によっては時刻）など、さらなる外部動作条件を供給し、動作故障率ＡＲ＿Ｂを求める際に考慮することができる。

【0043】

エンコーダ１０の動作故障率ＡＲ＿Ｂは、ユーザーにより、エンコーダ１０が組み込まれている機械又は設備の全体故障率を特定するために使用することができる。全体故障率に基づいて機械又は設備の利用可能性を評価することができる。また、動作故障率ＡＲ＿Ｂ及び、ＦＭＥＤＡ又は動作信頼性を分析するための同等の方式の結果に基づいて、エンコーダ１０のいわゆるＰＦＨ値を特定することができ、これは、エンコーダ１０の機能的信頼性を表すものである。ここから機械又は設備全体の機能的信頼性の目安を導き出すことができる。

【0044】

動作故障率ＡＲ＿Ｂを求めることは連続して行うこと、又は、後続電子機器１００の相応の命令により開始することができる。後続電子機器１００への結果の伝送はインターフェースユニット４０及びデータ伝送チャネル４５を介して行われる。

【0045】

エンコーダ１０が組み込まれている機械又は設備の管理者にとって機械又は設備の故障率の解析を容易にするために、後続電子機器１００の側において、動作故障率ＡＲ＿Ｂを連続的に求めることを開始もしくは停止する開始命令及び停止命令を設けておくこと、また、評価装置６２を適切に構成すること、開始命令及び停止命令により特定された時間間隔における最大の動作故障率ＡＲ＿Ｂを算定することが有利である。このようにすることにより、機械又は設備が、監視すべき作業サイクルにおいて常時、利用可能性及び機能的信頼性について必要な目安に到達しているかどうかをチェックすることができる。全体故障率の所与の値を超えた場合、もしくは下回った場合は、作業速度及び機能的信頼性に関して機械又は設備の動作を最適化するために、相応の手段をとることができる。

【0046】

図２には本発明のエンコーダ１０のさらなる実施例が図示されている。先述の実施例に関連して説明した構成要素は、同じ符号を有している。本実施例には、集積回路５０の半導体チップの障壁層温度を求めるためのより良い可能性が示されている。温度は構成要素故障率ＡＲ＿Ｋ１に大きな影響を与えるため、温度により構成要素故障率ＡＲ＿Ｋ１をより正確に特定することができる。

【0047】

本実施例においては、温度センサー７０により特定される周囲温度Ｔａに加えて、集積回路５０の実際の電力消費も考慮される。次に、集積回路５０のハウジングの既知の熱抵抗を用いて半導体チップの障壁層温度の正確な変化を計算することができる。次に、周囲温度Ｔａも使って、半導体チップの実際の障壁層温度を計算することができる。

【0048】

集積回路５０の電力消費を特定するために、例えば測定抵抗Ｒ１として実施された電流センサーが設けられている。本例において測定抵抗Ｒ１はエンコーダ１０の電源の大地電位ＧＮＤと集積回路５０のアース接続との間に接続されている。測定抵抗Ｒ１を介した電圧降下はまた、評価装置６２にセンサー値として供給される。電圧降下及び測定抵抗Ｒ１の値に基づいて、評価装置６２内で集積回路５０の動作電流Ｉ１を計算することができる。動作電流Ｉ１及び集積回路５０の既知の供給電圧ＶＤＤから、集積回路５０の実際の電力消費が得られ、それと、ハウジングの熱抵抗とを用いることにより最終的に半導体チップの温度上昇が計算される。次に、周囲温度Ｔａを加算することにより半導体チップの実際の障壁層温度が得られる。この方法のさらなる実施形態においては、評価装置６２内で供給電圧の実際の値を測定することにより供給電圧ＶＤＤの変動も計算に取り入れることができる。そのためには評価装置６２内に供給電圧ＶＤＤとＡ／Ｄ変換器との間に測定線を設けることができる（図示されず）。この測定線は本発明においては電圧センサーとみなすことができる。

【0049】

集積構成要素５０の半導体チップの実際の障壁層温度から、評価装置６２は（ここでも計算により又は表を用いて）集積構成要素５０の構成要素故障率ＡＲ＿Ｋ１を特定し、そこからエンコーダ１０の動作故障率ＡＲ＿Ｂを特定する。

【0050】

監視装置６０自体も構成要素故障率ＡＲ＿Ｋ２を有しており、これはエンコーダ１０の動作故障率ＡＲ＿Ｂに影響し得る。そのため監視装置６０自体も監視すべき構成要素とすることができる。監視装置６０が集積構成要素として実施されている場合はとりわけ、構成要素故障率ＡＲ＿Ｋ２を集積構成要素５０の構成要素故障率ＡＲ＿Ｋ１と同様に求めることができ、つまり、周囲温度Ｔａ及び場合によっては動作電流Ｉ２（電流センサーＲ２を用いて特定可能）及び供給電圧ＶＤＤに基づいて求めることができる。つまり監視装置６０は、関係する動作条件（本態様においては周囲温度Ｔａ及び場合によっては動作電流Ｉ２、及び供給電圧ＶＤＤ）に依存して自身の構成要素故障率ＡＲ＿Ｋ２を特定し、エンコーダ１０の動作故障率ＡＲ＿Ｂを求める際に考慮するように構成されていることが有利である。

【0051】

まとめると、まず、関係する動作条件として周囲温度Ｔａ、集積構成要素５０の動作電流Ｉ１及び場合によっては集積構成要素５０の供給電圧ＶＤＤが求められる。次に集積構成要素５０の実際の構成要素故障率ＡＲ＿Ｋ１が特定される。

【0052】

監視装置６０も一緒に考慮される場合、追加的にその動作電流Ｉ２及び場合によっては供給電圧ＶＤＤも測定され、構成要素故障率ＡＲ＿Ｋ２が特定される。

【0053】

構成要素故障率ＡＲ＿Ｋ１、ＡＲ＿Ｋ２から、最終的に実際の動作故障率ＡＲ＿Ｂが求められる。

【0054】

図３には本発明のエンコーダ１０のさらなる実施例が図示されている。先述の実施例に関連して説明した構成要素には同じ符号がつけられている。本実施例では、集積回路５０の半導体チップの障壁層温度を求めるための代替的な可能性が図示されている。

【0055】

ここでは、集積回路５０の半導体チップ上にオンチップ温度センサー７８が一緒に集積されている。こうすることにより半導体チップの障壁層温度を直接的に測定することが可能であり、それにより、周囲温度、動作電流、及び供給電圧の測定という回り道をして間接的に特定する場合より、測定が正確となる。また、測定が、実際の機械的な構造、とりわけ集積回路５０のハウジングの構成（材料、大きさなど）とは無関係になる。

【0056】

構成要素故障率ＡＲ＿Ｋ１を特定するために、オンチップ温度センサー７８の測定信号は監視装置６０内の評価装置６２に供給される。

【0057】

本実施例においてももちろん、さらなる動作条件を捕捉すること、もしくは、構成要素故障率ＡＲ＿Ｋ１を求める際に考慮することができる。

【0058】

図４には、本発明のエンコーダ１０のさらなる態様の構成図が図示されている。ここでも、先述の実施例に関連して説明した機能ブロックには同じ符号がつけられている。

【0059】

先述の実施例においては、エンコーダ１０の機能的信頼性の評価が後続電子機器１００において行われる前提であったのに対し、本例では監視装置６０が、エンコーダ１０の機能的信頼性のための目安を信頼性に固有の故障率ＡＲ＿Ｓという形で求めるよう機能アップされている。そのために記憶装置６４内にはエンコーダ１０の信頼性データＳＤが記憶されている。信頼性データＳＤは製造者側においてＦＭＥＤＡ又は機器の機能的信頼性を検証するための同等の方式において捕捉される。信頼性データＳＤには個々の構成要素（例えば集積回路５０）の機能的信頼性を高めるための手法に関する情報も、様々な構成要素の相互作用により機能的信頼性を高める手法に関する情報も含まれている。後者としては例えば内部信号（例えばクロック信号）のための監視機能、ならびにパラレルな信号経路及び測定経路による冗長性の生成が挙げられる。

【0060】

動作故障率ＡＲ＿Ｂから求められた信頼性に固有の故障率ＡＲ＿Ｓは、信頼性技術から知られている、エンコーダ１０のＰＦＨ値に相当し、ＦＩＴ（Ｆａｉｌｕｒｅ Ｉｎ Ｔｉｍｅ）という単位で表され、１ＦＩＴ＝１×１０^－９／ｈが成り立ち、これはこの場合、危険な未発見のエラーが１０億時間に１回の割合で発生する可能性があることを意味している。故障率ＡＲ＿Ｓもインターフェースユニット４０を介して後続電子機器１００に伝送可能である。それによりエンコーダ１０が動作している機械又は設備の管理者にとって、利用可能性だけでなく、ある動作状況についての機能的信頼性の実際の目安を特定しやすくなり、その際それに関してエンコーダ１０に関するさらなる情報は必要ない。

【0061】

図１及び図２を用いて説明した実施例にはもちろん、信頼性に固有の故障率ＡＲ＿Ｓを求めることも含めることができる。

【0062】

本発明は、ここで説明した実施例に限定されるものではない。当業者は請求項により定義されている特許請求の範囲を離れることなく、代替的な実施形態を発展させることができる。
なお、本願は、特許請求の範囲に記載の発明に関するものであるが、他の態様として以下の構成も包含し得る。
１．
・１つの測定目盛（１４）が配置されている１つの目盛キャリア（１２）と、
・前記測定目盛（１４）を走査することによって位置に依存する測定信号（ＰＳ）が生成可能である少なくとも１つの位置センサー（２０）と、
・位置に依存する測定信号（ＰＳ）を位置信号（Ｐ）に処理可能である１つの処理ユニット（３０）と、
・少なくとも１つのデータ伝送チャネル（４５）を介して後続電子機器（１００）と通信するための１つのインターフェースユニット（４０）と、
を有するエンコーダにおいて、
前記エンコーダ（１０）は、１つの監視装置（６０）を有し、前記エンコーダの少なくとも１つの動作条件（Ｔａ、Ｉ１、Ｉ２、ＶＤＤ、ＨＭ）が、この監視装置（６０）に供給可能であり、前記監視装置（６０）は、１つの評価装置（６２）を有し、この評価装置（６２）は、前記少なくとも１つの動作条件（Ｔａ、Ｉ１、Ｉ２、ＶＤＤ、ＨＭ）に依存して、監視すべき少なくとも１つの構成要素（５０、６０）の構成要素故障率を算出し、当該算出から前記エンコーダの実際の動作故障率を算出する当該エンコーダ。
２．
信頼性データ（ＳＤ）が、前記監視装置（６０）の１つの記憶装置（６４）内に記憶可能であり、前記エンコーダ（１０）の機能的信頼性に関する目安である、信頼性に固有の故障率（ＡＲ＿Ｓ）が、前記評価装置（６２）内で前記信頼性データ（ＳＤ）を用いて前記動作故障率（ＡＲ＿Ｂ）から算出可能である上記１に記載のエンコーダ。
３．
前記エンコーダは、少なくとも１つのセンサー（７０、７２、７４、７８、Ｒ１、Ｒ２）を有し、前記センサー（７０、７２、７４、７８、Ｒ１、Ｒ２）の測定値が、動作条件として前記監視装置（６０）に供給可能であり、及び／又は、少なくとも１つの動作条件が、前記後続電子機器（１００）から前記インターフェースユニット（４０）を介して前記監視装置（６０）に供給可能である上記１又は２に記載のエンコーダ。
４．
監視すべき少なくとも１つの構成要素（５０、６０）は、集積回路である上記１～３のいずれか１項に記載のエンコーダ。
５．
前記集積構成要素（５０）の構成要素故障率（ＡＲ＿Ｋ１）が、前記評価装置（６２）内で半導体チップの障壁層温度に基づいて算出可能であり、前記半導体チップの前記障壁層温度は、前記半導体チップ上に集積されているオンチップ温度センサー（７８）によって測定可能である上記４に記載のエンコーダ。
６．
前記集積構成要素（５０、６０）の構成要素故障率（ＡＲ＿Ｋ１）は、前記評価装置（６２）内で前記半導体チップの前記障壁層温度に基づいて算出可能であり、
前記半導体チップの前記障壁層温度は、周囲温度（Ｔａ）と、前記半導体チップの電力消費と、前記半導体チップのハウジングの熱抵抗とによって特定されていて、
前記周囲温度（Ｔａ）は、温度センサー（７０）によって測定可能であり、
前記電力消費は、前記集積構成要素（５０、６０）の動作電流（Ｉ１）と供給電圧（ＶＤＤ）とから算出可能であり、
電流センサー（Ｒ１）が、前記動作電流（Ｉ１）を測定するために設けられている上記４に記載のエンコーダ。
７．
前記集積構成要素（５０、６０）の供給電圧（ＶＤＤ）も、前記評価装置（６２）によって測定可能である上記６に記載のエンコーダ。
８．
・１つの測定目盛（１４）が配置されている１つの目盛キャリア（１２）と、
・前記測定目盛（１４）を走査することによって位置に依存する測定信号（ＰＳ）が生成可能である少なくとも１つの位置センサー（２０）と、
・位置に依存する測定信号（ＰＳ）を位置信号（Ｐ）に処理可能である１つの処理ユニット（３０）と、
・少なくとも１つのデータ伝送チャネル（４５）を介して後続電子機器（１００）と通信するための１つのインターフェースユニット（４０）と、
を有するエンコーダを動作させるための方法において、
前記エンコーダ（１０）は、１つの監視装置（６０）を有し、前記エンコーダの少なくとも１つの動作条件（Ｔａ、Ｉ１、Ｉ２、ＶＤＤ、ＨＭ）が、この監視装置（６０）に供給され、前記監視装置（６０）は、１つの評価装置（６２）を有し、この評価装置（６２）は、前記少なくとも１つの動作条件（Ｔａ、Ｉ１、Ｉ２、ＶＤＤ、ＨＭ）に依存して、監視すべき少なくとも１つの構成要素（５０、６０）の構成要素故障率を算出し、当該算出から前記エンコーダの実際の動作故障率を算出する当該方法。
９．
信頼性データ（ＳＤ）が、前記監視装置（６０）の１つの記憶装置（６４）内に記憶され、前記エンコーダ（１０）の機能的信頼性に関する目安である、信頼性に固有の故障率（ＡＲ＿Ｓ）が、前記評価装置（６２）内で前記信頼性データ（ＳＤ）を用いて動作故障率（ＡＲ＿Ｂ）から算出される上記８に記載の方法。
１０．
前記エンコーダは、少なくとも１つのセンサー（７０、７２、７４、７８、Ｒ１、Ｒ２）を有し、前記センサー（７０、７２、７４、７８、Ｒ１、Ｒ２）の測定値が、動作条件として前記監視装置（６０）に供給され、及び／又は、少なくとも１つの動作条件が、前記後続電子機器（１００）から前記インターフェースユニット（４０）を介して前記監視装置（６０）に供給される上記８又は９に記載の方法。
１１．
監視すべき少なくとも１つの構成要素は、集積回路（５０）であり、
前記集積構成要素（５０）の構成要素故障率（ＡＲ＿Ｋ１）が、前記評価装置（６２）内で半導体チップの障壁層温度に基づいて算出され、前記半導体チップの前記障壁層温度は、前記半導体チップ上に集積されているオンチップ温度センサー（７８）によって測定される上記８～１０のいずれか１項に記載の方法。
１２．
監視すべき少なくとも１つの構成要素は、集積回路（５０、６０）であり、
前記集積構成要素（５０）の構成要素故障率（ＡＲ＿Ｋ１）は、前記評価装置（６２）内で前記半導体チップの前記障壁層温度に基づいて算出され、
前記半導体チップの前記障壁層温度は、周囲温度（Ｔａ）と、前記半導体チップの電力消費と、前記半導体チップのハウジングの熱抵抗とによって特定されていて、
前記周囲温度（Ｔａ）は、温度センサー（７０）によって測定され、
前記電力消費は、前記集積構成要素（５０、６０）の動作電流（Ｉ１）と供給電圧（ＶＤＤ）とから算出され、
前記動作電流（Ｉ１）が、電流センサー（Ｒ１）によって測定される上記８～１０のいずれか１項に記載の方法。
１３．
前記集積構成要素（５０、６０）の供給電圧（ＶＤＤ）も、前記評価装置（６２）によって測定される上記１２に記載の方法。
１４．
前記動作故障率（ＡＲ＿Ｂ）の連続する算出が、前記続電子機器からの開始命令及び停止命令によって開始又は停止される上記８～１３のいずれか１項に記載の方法。
１５．
評価装置（６２）は、開始命令及び停止命令によって特定された時間間隔内に最大の動作故障率を算定する上記１４に記載の方法。

【符号の説明】

【0063】

１０ エンコーダ
１２ 目盛キャリア
１４ 測定目盛
２０ 位置センサー
３０ 処理ユニット
４０ インターフェースユニット
４５ データ伝送チャネル
５０ 集積回路
６０ 監視装置
６２ 評価装置
６４ 記憶装置
７０ 温度センサー
７２ さらなるセンサー
７４ さらなるセンサー
７８ オンチップ温度センサー
１００ 後続電子機器
ＡＲ＿Ｓ 信頼性に固有の故障率
ＡＲ＿Ｂ 動作故障率
ＡＲ＿Ｋ１ 構成要素故障率
ＡＲ＿Ｋ２ 構成要素故障率
ＡＲ＿Ｋｎ 構成要素故障率
ＡＲ＿Ｒ１ 基準故障率
Ｄ ディスク転心
ＧＮＤ 大地電位
ＨＭ 動作高さ
Ｉ１ 動作電流
Ｉ２ 動作電流
Ｐ 位置値
ＰＳ 位置信号
Ｒ１ 電流センサー
Ｒ２ 電流センサー
ＳＤ 信頼性データ
Ｔ 時間情報
Ｔａ 周囲温度
ＶＤＤ 供給電圧

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】