(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
上記検知結果送信手段は、上記走査範囲をスキャンするごとに、監視エリアの判別結果を上記安全制御機器へ送信することを特徴とする請求項1に記載のエリア監視センサ。
上記侵入検知手段は、一部の監視エリアに対し、他の監視エリアとは角度分解能又は距離分解能を異ならせて侵入物の判別を行うことを特徴とする請求項1又は2に記載のエリア監視センサ。
上記侵入検知手段の検知結果に基づいて、外部機器の動作を許可する動作許可信号及び外部機器の動作を許可しない動作不許可信号のいずれか一方からなる安全制御信号を生成する安全制御信号生成手段と、
上記安全制御機器が配線ケーブルを介して接続され、上記安全制御信号を出力するための外部出力ポートとを備え、
上記検知結果送信手段は、上記外部出力ポートの数よりも多い監視エリアの判別結果を上記安全制御機器へ送信することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のエリア監視センサ。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上述したエリア監視センサは、PLC(プログラマブルロジックコントローラ)などの安全制御機器が接続される外部入出力ポートを備え、安全制御信号が外部出力ポートから安全制御機器へ出力される。安全制御信号は、外部機器の動作を許可する動作許可信号と、外部機器の動作を許可しない動作不許可信号とのいずれか一方からなり、侵入物の検知結果に基づいて生成される。
【0005】
エリア監視センサには、位置や形状が異なる複数の監視エリアを設定することができるものがある。この種のエリア監視センサでは、監視エリアの一つが監視実行エリアに指定され、監視実行エリアについての検知結果が安全制御信号として安全制御機器へ出力される。監視実行エリアは、安全制御機器からのエリア選択指令に基づいて、他の監視エリアに変更される。この様な従来のエリア監視システムでは、安全制御機器において、複数の監視エリアについての検知結果を同時に取得することができなかった。このため、他の監視エリアの検知結果が取得されるまでに、少なくとも1スキャン分の時間的遅れが生じてしまうという問題があった。
【0006】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、安全制御機器において、時間的遅れを生じることなく、2以上の監視エリアについての検知結果を取得することができるエリア監視センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
第1の本発明によるエリア監視センサは、検出光を生成する投光手段と、回転軸を中心とし、上記回転軸と交差するスキャン面に沿って上記検出光を周方向に走査させる走査手段と、対象物によって反射された上記検出光を受光して検出信号を生成する受光手段と、上記検出信号に基づいて、対象物までの距離を求める距離算出手段と、上記対象物までの距離及び上記検出光の走査角に基づいて、監視エリア内の侵入物を検知する侵入検知手段と、上記侵入検知手段の検知結果を安全制御機器へ定期的に送信する検知結果送信手段とを備え、上記侵入検知手段が、予め定められた走査範囲をスキャンするごとに、2以上の監視エリアについて侵入物の有無を判別し、上記監視エリアごとの判別結果を生成し、上記検知結果送信手段が、2以上の上記判別結果を検知結果として上記安全制御機器へ送信するように構成される。
【0008】
この様な構成によれば、監視エリアごとの判別結果が安全制御機器へ定期的に送信されるため、安全制御機器において、時間的遅れを生じることなく、複数の監視エリアについての検知結果を取得することができる。
【0009】
第2の本発明によるエリア監視センサは、上記構成に加え、上記検知結果送信手段が、上記走査範囲をスキャンするごとに、監視エリアの判別結果を上記安全制御機器へ送信するように構成される。この様な構成によれば、侵入物の検知結果をスキャンごとに更新することができるため、侵入物が監視エリア内に侵入したときから当該侵入物が検知されるまでのタイムラグを短縮することができる。
【0010】
第3の本発明によるエリア監視センサは、上記構成に加え、上記侵入検知手段が、一部の監視エリアに対し、他の監視エリアとは角度分解能又は距離分解能を異ならせて侵入物の判別を行うように構成される。この様な構成によれば、一部の監視エリアについて検知精度を確保しつつ、侵入物検知の処理負荷を低減させることができる。
【0011】
第4の本発明によるエリア監視センサは、上記構成に加え、上記侵入検知手段の検知結果に基づいて、上記監視エリア内を移動する移動体を検出する移動体検出手段を備え、上記侵入検知手段が、予め指定された一部の監視エリアに対し、判定閾値を超える速度で移動する移動体を除外して侵入物の判別を行い、他の監視エリアでは移動体の検出を行わずに侵入物の判別を行うように構成される。この様な構成によれば、侵入物検知の処理負荷が増大するのを抑制しつつ、一部の監視エリアについて検知精度を向上させることができる。
【0012】
第5の本発明によるエリア監視センサは、上記構成に加え、上記侵入検知手段の検知結果に基づいて、外部機器の動作を許可する動作許可信号及び外部機器の動作を許可しない動作不許可信号のいずれか一方からなる安全制御信号を生成する安全制御信号生成手段と、上記安全制御機器が配線ケーブルを介して接続され、上記安全制御信号を出力するための外部出力ポートとを備え、上記検知結果送信手段が、上記外部出力ポートの数よりも多い監視エリアの判別結果を上記安全制御機器へ送信するように構成される。この様な構成によれば、安全制御機器は、入出力ポートを増やさなくても、複数の監視エリアについての検知結果を取得することができる。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、安全制御機器において、時間的遅れを生じることなく、複数の監視エリアについての検知結果を取得することができるエリア監視センサを提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0015】
まず、本発明が前提とするエリア監視センサの概略構成について、
図1〜
図3を用いて以下に説明する。
【0016】
<エリア監視装置1>
図1は、本発明の実施の形態によるエリア監視センサ10を含むエリア監視装置1の一構成例を示した斜視図である。図中には、表示ユニット110を計測ユニット120から分離させることができるエリア監視センサ10が示されている。
【0017】
エリア監視装置1は、監視エリア内の侵入物を検知するエリア監視センサ10と、エリア監視センサ用の設定データを生成する設定データ作成装置20とにより構成される。エリア監視センサ10と設定データ作成装置20とは、通信ケーブル2を介して接続される。
【0018】
設定データ作成装置20は、パーソナルコンピュータなどの端末装置であり、画面表示部21、キーボード22及びマウス23を備え、エリア監視センサ用のアプリケーションプログラムがインストールされている。設定データは、監視エリアを指定するエリア設定情報と、エリア監視センサ10の動作条件を指定する動作設定情報とにより構成される。
【0019】
例えば、監視エリアは、2以上の頂点の2次元位置をそれぞれ指定することにより、これらの頂点を結ぶ図形によって囲まれた領域として特定される。また、動作条件には、侵入検知の分解能及び応答時間と、OSSD(後述)の出力形態、EDM(外部デバイスモニター)機能の有効又は無効などがある。設定データ作成装置20は、ユーザ操作に基づいて設定データを生成し、エリア監視センサ10へ送信する。
【0020】
エリア監視センサ10は、設定データ作成装置20から受信した設定データに基づいて、監視エリアを監視する。このエリア監視センサ10は、光走査型のセーフティセンサであり、表示ユニット110及び計測ユニット120により構成される。計測ユニット120は、危険源の近傍に設置されるヘッドユニットであり、検出光を走査させ、対象物によって反射された検出光を受光して対象物までの距離を求める。表示ユニット110は、ユーザ操作を受け付け、計測ユニット120の動作状態を画面表示するインターフェースユニットである。
【0021】
<生産システム>
図2は、
図1のエリア監視センサ10が設置された生産システムの構成例を示した斜視図である。この生産システムは、防護柵A2で仕切られた領域内に搬送装置や作業ロボットA1が配置され、作業ロボットA1の作業エリアなど、機械設備周辺のエリアが監視エリア3として設定され、監視エリア3内の侵入物がエリア監視センサ10によって検知される。
【0022】
エリア監視センサ10は、検出光を走査させることによって監視エリア3を監視し、機械設備の制御盤を操作するオペレータA3などの侵入物を検知する。監視エリア3は、エリア監視センサ10が設置される設置面内の領域、例えば、水平な床面内の領域により構成される。侵入物の検知は、対象物によって反射された検出光を受光して対象物までの距離を求め、対象物までの距離と検出光の走査角とから対象物の2次元位置を特定することによって行われる。
【0023】
侵入物の有無を示す検知結果は、安全制御機器(図示せず)へ送信される。安全制御機器は、エリア監視センサ10から受信した検知結果に基づいて、監視エリア3の周辺で稼働する作業ロボットA1などの工作機械の動作を停止させる制御装置である。例えば、安全制御機器は、プログラムにより定められた順序や条件に従って機械の動作を制御するPLC(プログラマブルロジックコントローラ)である。
【0024】
<エリア監視センサ10>
図3は、
図1のエリア監視センサ10の構成例を示した図であり、分離型のセーフティセンサが示されている。図中の(a)には、エリア監視センサ10を前方から見た場合が示され、(b)には、表示ユニット110が示されている。
【0025】
このエリア監視センサ10は、各種情報を表示し、ユーザ操作を受け付ける表示ユニット110と、検出光を生成し、水平なスキャン面4に沿って検出光を走査させる計測ユニット120とにより構成される。表示ユニット110は、計測ユニット120の上面に配置されている。
【0026】
検出光には、例えば、波長が赤外領域のレーザー光が用いられる。検出光は、一定周期で繰返し走査される。計測ユニット120には、監視エリア3を撮影するためのカメラ121及び122と、動作状態を表示するためのインジケータ123及び124とが配設されている。また、計測ユニット120のスキャナ部125には、走査用のミラーを保護するための保護カバー126が取り付けられている。検出光は、上記ミラーの回転軸を中心として周方向に走査される。スキャン面4は、上記回転軸と直交する。
【0027】
カメラ121及び122と、インジケータ123及び124とは、スキャナ部125よりも上側に配置されている。つまり、カメラ121及び122は、スキャン面4よりも上記回転軸方向の上側に配置される。この様に構成することにより、スキャン面4とカメラ121及び122の撮影方向との間に回転軸方向の視差が生じるため、スキャン面4を俯瞰するカメラ画像を得ることができる。
【0028】
カメラ121及び122は、いずれも水平方向に向けて配置され、互いに向きを異ならせた撮像装置であり、水平面内においてインジケータ123及び124を挟んで計測ユニット120の左側及び右側にそれぞれ配置されている。インジケータ123は、動作状態を色又は点灯状態によって表示する表示灯である。例えば、インジケータ123は、OSSDのオン状態とオフ状態とで色を異ならせて点灯する。OSSD(Output Signal Switching Device)は、オン状態及びオフ状態のいずれか一方を示す安全制御信号を出力するための安全制御出力用の装置である。インジケータ124は、各種のエラー状態を色又は点灯状態によって表示する表示灯である。
【0029】
表示ユニット110には、画面表示部111、ケーブル接続口112,113、操作部114及びインジケータ部115が配設されている。画面表示部111は、侵入物の検知結果、監視状況などを画面表示する表示装置である。例えば、画面表示部111には、カメラ121又は122により撮影された画像をカラー表示可能なLCD(液晶ディスプレイ)が用いられる。
【0030】
ケーブル接続口112には、設定データ作成装置20から延びる通信ケーブル2が着脱可能に接続される。ケーブル接続口113は、安全制御機器(図示せず)から延びる配線ケーブルが着脱可能に接続される。
【0031】
操作部114は、画面切替、メニュー項目の選択などに用いる2以上の操作ボタンにより構成される。インジケータ部115は、動作状態を色又は点灯状態によって表示する2以上の表示灯により構成され、OSSDの出力状態などが表示される。表示ユニット110は、計測ユニット120と通信を行い、計測ユニット120から離間した位置にあっても、侵入物の検知結果や監視状況を確認することができる。
【0032】
次に、本発明によるエリア監視センサ10の特徴部分の構成について、
図4及び
図5を用いて以下に説明する。
【0033】
<監視エリア3>
図4は、
図3のエリア監視センサ10の動作の一例を模式的に示した説明図であり、3つの領域B1〜B3が監視エリア3として指定される場合が示されている。この図では、エリア監視センサ10が水平な床面に設置され、監視エリア3が水平面上に座標軸を定めることによって指定される場合が示されている。
【0034】
例えば、エリア監視センサ10を中心とし、エリア監視センサ10の前後方向をY軸、Y軸と直交する左右方向をX軸とする直交座標が定められる。監視エリア3は、直交座標を用いて頂点の位置を指定することにより、複数の頂点を結ぶ図形によって囲まれた2次元の領域として特定される。或いは、監視エリア3は、中心からの距離と角度範囲とを指定することにより、エリア監視センサ10を中心とする扇形の領域として特定される。
【0035】
このエリア監視センサ10には、位置、形状又はサイズが異なる2以上の領域を監視エリア3として指定することができる。領域B1は、エリア監視センサ10を頂点の一つとする五角形の領域である。領域B2は、エリア監視センサ10を中心とする扇形の領域である。領域B3は、エリア監視センサ10を頂点の一つとする四角形の領域である。
【0036】
検出光は、エリア監視センサ10を中心とする径方向の外側に向けて出射され、水平面に沿って周方向に走査される。エリア監視センサ10では、角度180°を超える走査範囲5を監視することができる。
【0037】
このエリア監視センサ10では、予め定められた走査範囲5をスキャンするごとに、監視エリア3として指定された領域B1〜B3について、侵入物の有無を判別し、監視エリア3ごとの判別結果を検知結果として安全制御機器へ送信する動作が行われる。
【0038】
この様に構成することにより、監視エリア3ごとの判別結果が安全制御機器へ送信されるため、安全制御機器において、時間的遅れを生じることなく、複数の監視エリア3についての検知結果を取得することができる。
【0039】
図5は、
図3のエリア監視センサ10内の機能構成の一例を示したブロック図である。このエリア監視センサ10は、設定データ記憶部130、投光制御部131、投光部132、走査部133、ロータリーエンコーダ134、受光部141、距離算出部142、侵入検知部143、検知結果送信部144、安全制御信号生成部145、外部出力ポート146及び移動体検出部147により構成される。
【0040】
設定データ記憶部130には、設定データ作成装置20から受信した設定データが保持される。投光部132は、検出光を生成し、走査部133に向けて出射する光源装置である。走査部133は、回転軸を中心とし、回転軸と交差するスキャン面4に沿って検出光を周方向に走査させるスキャナであり、投光部132から入射される検出光を対象物に向けて反射するミラー(図示せず)やミラーを回転させる駆動部により構成される。
【0041】
受光部141は、対象物によって反射された検出光を受光し、検出信号を生成する。ロータリーエンコーダ134は、走査部133のミラーの回転角を検出し、回転パルス信号を生成する回転検出装置である。投光制御部131は、ロータリーエンコーダ134の回転パルス信号に基づいて、投光部132を制御し、検出光の投光タイミングを調整する。例えば、ミラーが360°/1000だけ回転するごとに、検出光が出射される。
【0042】
距離算出部142は、受光部141からの検出信号に基づいて、対象物までの距離を求め、その計測結果を侵入検知部143へ出力する。例えば、エリア監視センサ10から対象物までの距離は、検出光のTOF(Time Of Flight:飛行時間)を計測することによって求められる。具体的には、検出信号をロータリーエンコーダ134の回転パルス信号と比較し、検出光を投光したときから受光されるまでの遅延時間を特定することにより、対象物までの距離が算出される。投受光の遅延時間は、検出光が出射されるごとに計測される。
【0043】
侵入検知部143は、設定データ記憶部130内の設定データと、対象物までの距離及び検出光の走査角とに基づいて、監視エリア3内の侵入物を検知し、その検知結果を検知結果送信部144及び安全制御信号生成部145へ出力する。検出光の走査角は、ロータリーエンコーダ134の回転パルス信号に基づいて、特定される。また、対象物が監視エリア3内に存在するか否かは、対象物までの距離と検出光の走査角とから対象物の2次元位置を特定することによって判別される。
【0044】
検知結果送信部144は、PLC30との無線通信を行い、侵入検知部143の検知結果をPLC30へ定期的に送信する。侵入検知部143は、予め定められた走査範囲5をスキャンするごとに、2以上の監視エリア3について侵入物の有無を判別し、監視エリア3ごとの判別結果を生成する。走査範囲5は、設定データの動作設定情報に基づいて指定される。侵入物の有無は、走査周期ごとに、監視エリア3として指定された全ての領域B1〜B3について判別される。
【0045】
検知結果送信部144は、2以上の判別結果を検知結果としてPLC30へ送信する。例えば、検知結果送信部144は、走査範囲5をスキャンするごとに、監視エリア3の判別結果をPLC30へ送信する。すなわち、監視エリア3として指定された全ての領域B1〜B3について、その判別結果がPLC30へ送信される。なお、PLC30へ送信される検知情報は、領域B1〜B3ごとの判別結果の他に、領域B1〜B3の位置又は侵入物の位置を示す位置情報を含むものであっても良い。
【0046】
この様に構成することにより、侵入物の検知結果をスキャンごとに更新することができるため、侵入物が監視エリア3内に侵入したときから当該侵入物が検知されるまでのタイムラグを短縮することができる。なお、2以上の一定回数分のスキャン結果が蓄積されるごとに、監視エリア3の判別結果をまとめてPLC30へ送信するような構成であっても良い。
【0047】
また、侵入検知部143は、処理負荷を低減させるために、予め指定された一部の監視エリア3に対し、他の監視エリア3とは角度分解能又は距離分解能を異ならせて侵入物の判別を行うフィルタ処理を行う。例えば、侵入検知部143は、一部の監視エリア3に対し、他の監視エリア3よりも角度分解能を低下させて侵入物の判別を行う。
【0048】
具体的に説明すれば、通常は、走査角度0.36°ごとに得られた測距データと監視エリア3を示すエリア設定情報とを比較することによって、侵入物が監視エリア3内に存在するか否かが判別される。これに対し、一部の監視エリア3については、監視エリア3と比較する測距データを間引くことにより、角度分解能を下げた状態で侵入物の有無が判別される。
【0049】
この様なフィルタ処理の対象とする監視エリア3は、設定データの動作設定情報に基づいて指定される。或いは、フィルタ処理の対象とする監視エリア3は、エリア監視センサ10からの距離に応じて自動的に指定される。この様に構成することにより、一部の監視エリア3について検知精度を確保しつつ、侵入物検知の処理負荷を低減させることができる。
【0050】
移動体検出部147は、侵入検知部143の検知結果に基づいて、監視エリア3内を移動する移動体を検出し、その検出結果を侵入検知部143へ出力する。移動体の検出は、スキャンごとの検知結果を比較し、侵入物を追尾することによって行われる。例えば、スキャン面4に沿って移動する侵入物が移動体として検出される。
【0051】
侵入検知部143は、検知精度を向上させるために、予め指定された一部の監視エリア3に対し、判定閾値Vcを超える速度で移動する移動体を除外して侵入物の判別を行うフィルタ処理を行い、他の監視エリア3では移動体の検出を行わずに侵入物の判別を行う。例えば、フィルタ処理の対象とする監視エリア3は、設定データの動作設定情報に基づいて指定される。或いは、フィルタ処理の対象とする監視エリア3は、操作部114のユーザ操作に基づいて指定される。
【0052】
判定閾値Vcには、作業者などの人が侵入物である場合を想定し、歩行速度の上限が指定される。つまり、判定閾値Vcよりも高速で移動する移動体を侵入物から除外することにより、人の侵入だけを高い精度で検知することができる。この様に構成することにより、侵入物検知の処理負荷が増大するのを抑制しつつ、一部の監視エリア3について検知精度を向上させることができる。
【0053】
安全制御信号生成部145は、侵入検知部143の検知結果に基づいて、外部機器の動作を許可する動作許可信号及び外部機器の動作を許可しない動作不許可信号のいずれか一方からなる安全制御信号を生成し、外部出力ポート146を介してPLC30へ出力する。
【0054】
外部出力ポート146は、PLC30が配線ケーブルを介して接続され、安全制御信号をPLC30へ出力するためのインターフェース部である。この外部出力ポート146は、OSSDにより構成され、監視エリア3内に侵入物が存在していない状態では、OSSDがオン状態になり、動作許可信号が出力される。一方、監視エリア3内に侵入物が存在している状態では、OSSDがオフ状態になり、動作不許可信号が出力される。
【0055】
検知結果送信部144は、外部出力ポート146の数よりも多い監視エリア3の判別結果をPLC30へ送信する。この様に構成することにより、PLC30は、入出力ポートを増やさなくても、複数の監視エリア3についての検知結果を取得することができる。
【0056】
本実施の形態によれば、監視エリア3ごとの判別結果がPLC30へ定期的に送信されるため、PLC30において、時間的遅れを生じることなく、複数の監視エリア3についての検知結果を取得することができる。
【0057】
なお、本実施の形態では、監視エリア3として指定された全ての領域B1〜B3の判別結果をPLC30へ送信する場合の例について説明したが、本発明は、安全制御機器へ送信する検知情報をこれに限定するものではない。例えば、監視エリア3として指定された複数の領域のうち、安全制御出力情報として選択された2以上の監視エリア3について、その判別結果をPLC30へ送信するような構成であっても良い。安全制御出力情報の選択は、設定データの動作設定情報に基づいて行われ、或いは、操作部114のユーザ操作に基づいて行われる。