JP2000288798A

JP2000288798A - 位置信号生成装置

Info

Publication number: JP2000288798A
Application number: JP11100126A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Sakai; 坂井　　正善; Koichi Yomogihara; 弘一蓬原
Original assignee: Nippon Signal Co Ltd
Current assignee: Nippon Signal Co Ltd
Priority date: 1999-04-07
Filing date: 1999-04-07
Publication date: 2000-10-17

Abstract

(57)【要約】【課題】既存の検出手段を利用し、低コストで信頼性の
高い安全制御用の位置信号を生成できる位置信号生成装
置を提供する。【解決手段】位置信号判定部１０で、位置信号Ｂの発生
周期で位置信号Ａの発生数をカウントして判定出力Ｚ_AB
で正常を確認し、動作正常確認部２０で、位置信号Ｂの
周期途中で位置信号判定部１０から発生する検査信号Ｃ
の発生タイミングの正常を判定出力Ｚ_ABで確認し、位置
信号発生部３０で、位置信号判定部１０から発生する位
置信号Ｄの発生タイミングの正常を判定出力Ｚで確認
し、全て正常の時のみ、位置信号Ｄに基づいて位置信号
発生部３０からの位置信号Ｘｓを動作正常確認済みの最
終の所望の位置信号Ｘｓ^*として出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機械と協同して作
業する作業者の安全を確保するための位置信号生成装置
に関し、詳しくは、機械可動部位置検出用の位置検出部
からの信号を用いて作業者の安全確保のため所望の位置
信号を生成する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】機械と作業者が協同して作業する場合、
機械可動部と作業者の衝突事故を防止するため、可動部
の位置検出信号が衝突回避に関わる安全制御に用いられ
る。

【０００３】例えば、プレス機械を例に説明すると、プ
レス機械ではフライホイールの回転運動をクランクを介
してスライドの往復運動に変換しており、スライドの位
置をクランクに取り付けたエンコーダ等の角度検出手段
の出力によって検出している。スライドの運動範囲を下
降区間と上昇区間に分ければ、前者は可動部と作業者の
衝突が生じる危険な位置に該当し、後者は衝突の生じ得
ない安全な位置に該当する。従って、危険な下降区間と
安全な上昇区間を角度検出手段の出力により検出し、下
降区間では人体が検出された場合にスライド下降をや
め、上昇区間では人体が検出されてもスライド上昇を継
続するような安全制御に用いられる。

【０００４】ところで、このような安全に関わる制御に
おいては、検出手段の誤りによる衝突発生を配慮して、
冗長構成や安全制御専用の検出手段を別途設ける等の対
策が取られる。前者の公知の具体的例は、検出手段を２
重化して両者の出力を比較し一致すれば正常と判断する
モニタ付き２重化手法である。後者の公知の具体的例
は、別途設けた安全制御専用の検出手段自体が、可動部
等の存在位置を検出して安全位置にある時にエネルギー
が伝達され出力信号を発生し，故障時はそのエネルギー
が伝達されず出力信号が発生しないフェールセーフ手法
である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これら２重化
手法やフェールセーフ手法は各々下記の課題を備える。モニタ付き２重化手法の課題ａ）検出手段の２重化はコストアップに繋がる。

【０００６】ｂ）検出手段の本来の機能は機械制御であ
り、この制御部分を変更する際、この変更が検出手段の
安全に関わる機能に影響を与えないことの確認を変更の
都度行わねばならず、機械ユーザによる現場改修が困難
である。

【０００７】フェールセーフ手法の課題ｃ）別途設ける検出手段はコストアップに繋がる。ｄ）安全制御専用の検出手段を既存設備に後付するのが
困難な場合が多い。

【０００８】これら課題を解決するために、機械設備に
既存の複数の検出手段を用いることが考えられる。機械
設備の多くは、複数の機構が互いに連動して可動する。
例えば、プレス機械について述べれば、スライドと材料
搬入／搬出装置が連動して動作する。この連動動作を容
易化するために、スライドの位置を検出する位置検出手
段とは別に搬入／搬出のタイミングを認識するための位
置検出手段が別に設けられる。また、産業用ロボットの
場合、複数の可動軸に取り付けられる位置検出手段の他
にロボットと連動して作動する他の機械設備とのタイミ
ングを取るためにリミットスイッチ等の位置検出手段が
別途準備される。これら２つの位置検出手段の互いの出
力信号を比較し、常に所定のタイミングで発生している
こと確認して、その動作正常の確認を行う構成手法が考
えられる。

【０００９】この場合、別の位置検出手段の位置検出出
力は、機械制御だけを考慮したものであり、安全に関わ
る制御に関しては考慮されていないので、安全制御用の
所望の位置信号として、これら位置検出手段自体の出力
信号を直接使用することはできず、２つの位置検出手段
の出力信号を用いて安全制御用の所望の位置信号を生成
する必要がある。また、搬入／搬出のタイミングを認識
する位置検出手段は、カムスイッチ、リミットスイッチ
等、所定の位置範囲で出力信号を発生する単純な検出手
段が用いられる場合が多く、１サイクル当たり、互いの
位置検出手段の出力信号の比較が通常１回しかできな
い。即ち、動作正常確認の頻度が１回／１サイクルであ
る。このような確認の安全性は国際安全規格では低くラ
ンク付けされ、ハイリスクの状況では利用できないこと
になっている。

【００１０】本発明は上記の問題点に着目してなされた
もので、既存の検出手段を利用し、低コストで信頼性の
高い、安全制御用の位置信号を生成できる位置信号生成
装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の請求項１では、検出対象の位置に応じて、
第１位置検出手段から発生する第１位置信号と、該第１
位置信号の所定数毎に第２位置検出手段から発生する第
２位置信号とに基づいて前記検出対象の予め定めた特定
位置を示す所望の位置信号を生成する位置信号生成装置
であって、前記第２位置信号の１サイクル当たり前記第
１位置信号が前記所定数発生した時、動作正常の第１の
判定出力を発生する位置信号判定手段と、前記第２位置
信号の発生サイクル途中で前記位置信号判定手段から出
力される正常確認頻度増大用検査信号の１サイクル当た
り前記第１位置信号が予め設定した設定数発生した時、
動作正常の第２の判定出力を発生する動作正常確認手段
とを備え、前記第１及び第２の判定出力が発生している
時のみ、前記所望の位置信号を発生する構成した。

【００１２】かかる構成では、位置信号判定手段で第１
と第２位置信号が正常な関係で発生しているか否かが確
認される。また、動作正常確認手段で、位置信号判定手
段からの検査信号が正常なタイミングで発生したか否か
が検査信号の発生時に確認される。即ち、位置信号判定
手段と動作正常確認手段によって、異なるタイミングで
複数回動作正常の確認が行われる。これらにより、動作
正常が確認された時のみ、検査対象の特定位置を示す所
望の位置信号が発生する。

【００１３】請求項２では、前記第２位置信号の発生サ
イクル途中で前記検査信号と異なるタイミングで前記位
置信号判定手段から出力される第３位置信号を、前記第
１及び第２の判定出力が発生している時のみ、正常動作
確認済みの前記所望の位置信号として出力する位置信号
出力手段とを備えて構成した。

【００１４】前記位置信号判定手段は、請求項３のよう
に、前記第２位置信号でリセットされ、前記第１位置信
号の入力数が前記所定数になる毎にカウントアップ出力
を発生すると共にカウントアップ以前の互いに異なる所
定タイミングで前記検査信号及び第３位置信号をそれぞ
れ発生する第１カウンタと、該第１カウンタの前記カウ
ントアップ出力の発生パターンと前記第２位置信号の発
生パターンが一致した時に前記第１の判定出力を発生す
る第１一致検出回路とを備えて構成した。

【００１５】前記動作正常確認手段は、請求項４のよう
に、前記検査信号でリセットされ、前記第１位置信号が
前記設定数入力する毎にカウントアップ出力を発生する
第２カウンタと、前記第２カウンタのカウントアップ出
力の発生パターンと前記検査信号の発生パターンが一致
した時に前記第２の判定出力を発生する第２一致検出回
路とを備えて構成した。

【００１６】前記位置信号出力手段は、請求項５のよう
に、前記第３位置信号でリセットされ、前記第１位置信
号が予め設定した設定数入力する毎にカウントアップ出
力を発生する第３カウンタ、及び、該第３カウンタのカ
ウントアップ出力の発生パターンと前記第３位置信号の
発生パターンが一致した時に動作正常を示す第３の判定
出力を発生する第３一致検出回路からなる位置信号発生
手段と、前記第１〜第３の判定出力の論理積演算を行う
第１論理積手段と、該第１論理積手段の出力信号に基づ
いて生成される動作正常確認出力と前記位置信号発生手
段から出力される前記第３位置信号の論理積演算を行い
前記正常動作確認済みの前記特定位置を示す所望の位置
信号を発生する第２論理積手段とを備えて構成するとよ
い。

【００１７】かかる構成では、位置信号出力手段で、位
置信号判定手段からの第３位置信号が正常な設定タイミ
ングで発生したか否かが第３位置信号の発生時に確認さ
れるので、こ時点においても動作正常が確認される。

【００１８】前記位置信号出力手段は、請求項６のよう
に、前記第１論理積手段の論理積出力をホールド端子に
入力し、プリセット信号をトリガ端子に入力し、ホール
ド入力とトリガ入力が共に入力した時に前記動作正常確
認出力を前記第２論理積手段に出力すると共に前記動作
正常確認出力でトリガ入力を自己保持する自己保持手段
を備える構成とするとよい。

【００１９】かかる構成では、故障で位置信号生成装置
が停止した時は、再度プリセットしないと動作しない。
前記動作正常確認手段は、請求項７のように、前記位置
信号判定手段から出力される検査信号でリセットされて
前記第１位置信号が設定数入力する毎にカウントアップ
出力を発生するカウンタと、前記検査信号とカウントア
ップ出力の状態変化の一致を判定して所定時間出力を発
生する判定回路を、前記位置信号判定手段から連続的に
出力される複数の検査信号に対応して複数設け、該複数
の判定回路の各出力信号を論理和回路で論理和演算し、
該論理和出力を前記第２の判定出力として発生する構成
とするとよい。

【００２０】かかる構成では、検査信号の発生タイミン
グの正常判定が連続的になるので、所望の位置信号が発
生した直後に故障が起こった場合でも、故障の発生と同
時に所望の位置信号を停止させることができる。

【００２１】請求項８のように、前記動作正常確認手段
からの第２の判定出力が発生し、且つ、プリセット信号
による前記第１の判定信号の自己保持出力が発生してい
る時に、前記第３の位置信号を、前記所望の位置信号と
して出力する構成としてもよい。

【００２２】前記位置信号判定手段は、請求項９のよう
に、第１カウンタに代えてシフトレジスタを備え、該シ
フトレジスタは、前記第２位置信号でリセットされ、前
記第１位置信号をクロックとして第１位置信号の入力毎
に入力信号をシフトし第１位置信号が所定数入力した時
に出力信号を生成して前記第１一致検出回路に出力する
と共にシフト途中の前記第１及び第２の設定タイミング
で前記検査信号及び第３位置信号をそれぞれ発生する構
成とすることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る位置信
号生成装置の基本的な機能を示すブロック図である。

【００２４】図１において、本発明の位置信号生成装置
１は、例えば、機械設備に予め設置され検出対象の機械
可動部の位置を検出する既存の第１及び第２位置検出手
段としての２つの第１及び第２位置検出部２、３からの
第１及び第２位置信号Ａ，Ｂを入力し、機械可動部の特
定位置（例えば、検出対象がプレス機械のスライドとす
ればスライドの上昇区間等）を示す安全制御用の所望の
位置信号Ｘｓ^*を発生する。

【００２５】図２に、各位置信号Ａ、Ｂ、Ｘｓ^*の関係
を示す。位置信号Ａ，Ｂは、第１と第２の両位置検出部
２,３が正常な場合は、位置信号Ｂの１サイクル当たり
位置信号Ａはｎ個発生する関係にあるとする。位置信号
Ａの起点を位置信号Ｂの立下りに合わせる場合、所望の
位置信号Ｘｓ^*は、位置信号Ａのｍ番目で立上がりｍ′
番目で立下るものとし、位置信号Ｘｓ^*の発生区間を安
全区間として位置信号Ｘｓ^*を例えば機械の運転許可信
号に使用し、位置信号Ｘｓ^*が発生している時を機械運
転の実行を許可するような制御を行う。ここで、第１位
置検出部２としては、例えば回転体の回転角度を１度ピ
ッチで検出するエンコーダコーダ等の角度センサのよう
なものが考えられる。第２位置検出部３としては、例え
ば回転体の１回転で１度ＯＮ/ＯＦＦするカムスイッチ
等のようなものが考えられる。この場合、位置信号Ａ，
Ｂの関係は回転体の回転速度に依存せず常に一定であ
る。

【００２６】図３に、本発明の図１に示す位置信号生成
装置の第１実施形態を示す。図３において、本実施形態
の位置信号生成装置１は、位置信号ＡとＢの上述した関
係（位置信号Ｂの１サイクル当たり位置信号Ａがｎ個発
生する）が正常か否かを判定し、正常判定時に第１の判
定出力である出力信号Ｚ_ABを発生する位置信号判定手段
である位置信号判定部１０と、該位置信号判定部１０か
ら位置信号Ｂの１周期内の予め設定したタイミングで発
生する正常確認頻度増大用の検査信号としての出力信号
Ｃと位置信号Ａとの発生関係（信号Ｃの１サイクル当た
り信号Ａが所定個数発生する）が正常か否かを、前記位
置信号判定部１０と異なるタイミングで判定し、正常判
定時に第２の判定出力である出力信号Ｔ_Qを発生する動
作正常確認手段である動作正常確認部２０と、前記位置
信号判定部１０から位置信号Ｂの１周期内で前記信号Ｃ
とは別の設定タイミングで発生する出力信号Ｄに基づい
て安全制御用の第３位置信号Ｘｓを生成すると共に、位
置信号Ｘｓが位置信号Ａに対して正常なタイミングで発
生したか否かを判定し、正常判定時に第３の判定出力と
しての出力信号Ｚを発生する機能を備える位置信号発生
手段である位置信号発生部３０と、前記位置信号判定部
１０、動作正常確認部２０及び位置信号発生部３０から
の出力信号Ｚ_AB、Ｔ_Q、Ｚが共に発生している（論理値
１）時に論理値１の出力信号を発生する第１論理積手段
である第１ＡＮＤゲート４０と、プリセット信号Ｐがト
リガ端子に入力した状態でＡＮＤゲート４０の出力信号
Ｚがホールド端子に入力すると動作正常確認出力として
の論理値１の出力信号を発生すると共にトリガ入力を自
己保持する自己保持手段である自己保持回路５０と、該
自己保持回路時５０の出力信号と前記位置信号発生部３
０の所望の位置信号Ｘｓとが共に論理値１の時に、動作
正常確認済みの論理値１の最終的な安全制御用位置信号
Ｘｓ^*を発生する第２論理積手段である第２ＡＮＤゲー
ト６０とを備えて構成されている。前記位置信号発生部
３０と、第１ＡＮＤゲート４０と、自己保持回路５０及
び第２ＡＮＤゲート６０で、位置信号出力手段が構成さ
れる。

【００２７】前記位置信号判定部１０の構成例を図４に
示す。位置信号判定部１０は、位置信号Ａがｎ個入力す
るとカウントアップして出力信号Ｘを発生すると共に前
記出力信号Ｃ、Ｄを発生する一方、後述のリセット信号
Ｒがアクティブローのリセット端子に入力するとリセッ
トされる第１カウンタ１１と、位置信号Ａの立上りで動
作し位置信号Ｂをサンプルホールドするサンプル/ホー
ルド回路１２と、サンプル/ホールド回路１２の出力信
号Ｂｓと位置信号Ｂの論理積出力を発生するＡＮＤゲー
ト１３と、位置信号Ｂの立下り微分信号を前記リセット
信号Ｒとしてカウンタ１１に出力する立下り微分回路１
４と、カウンタ１１の出力信号ＸとＡＮＤゲート１３の
出力信号Ｘ′が一致しているか否かを判定し、一致する
ときに前記出力信号Ｚ_ABを発生する第１一致検出回路１
５とを備えている。サンプル／ホールド回路１２とＡＮ
Ｄゲート１３は、カウンタ１１の出力Ｘと位置信号Ｂが
必ずしも同期が取れていないので、これらの同期を取る
ために設けている。

【００２８】前記一致検出回路１５の構成例を図５に示
す。本実施形態の一致判定回路１５は、双対な２線信号
を用いる構成である。入力の反転信号を発生する２つの
回路１５ａ，１５ｂと、入力と同一論理値の出力を発生
する２つの回路１５ｃ，１５ｄと、回路１５ａと１５ｂ
の出力を論理積演算して入力の論理値０状態を検出する
ＡＮＤゲート１５ｅと、回路１５ｃと１５ｄの出力を論
理積演算して入力の論理値１状態を検出するＡＮＤゲー
ト１５ｆと、両ＡＮＤゲート１５ｅと１５ｆの出力を論
理和演算するＯＲゲート１５ｇとを備え、回路１５ａ，
１５ｃに信号Ｘが入力し回路１５ｂ，１５ｄに信号Ｘ′
が入力する構成である。

【００２９】動作は、両入力信号Ｘ，Ｘ′が、共に論理
値１の時はＡＮＤゲート１５ｆの出力が論理値１とな
り、共に論理値０の時はＡＮＤゲート１５ｅの出力が論
理値１となる。従って、両入力信号Ｘ，Ｘ′の出力パタ
ーンが一致していれば、ＯＲゲート１５ｇから論理値１
の出力Ｚ_ABが継続して発生する。

【００３０】前記立下り微分回路１４の構成例を図６に
示す。本実施形態の立下り微分回路１４は、光結合素子
を用いる構成であり、抵抗Ｒ１〜Ｒ５、フォトカプラＰ
Ｃ１、トランジスタＴｒ１、コンデンサＣ１、ダイオー
ドＤ１及びツェナーダイオードＺＤを備えて構成されて
いる。

【００３１】動作は、位置信号Ｂが立下がるとフォトカ
プラＰＣ１のフォトトランジスタがＯＦＦし倍電圧整流
によりツェナーダイオードＺＤの閾値電圧ＴＨ_ZD（Ｖ_CC
＜ＴＨ_ZD＜２Ｖ_CC）より高い電圧がツェナーダイオード
ＺＤに印加し、トランジスタＴｒ１がＯＮし、ローレベ
ルのリセット信号Ｒが発生する。

【００３２】かかる構成の位置信号判定部１０の動作を
図７を参照して説明する。両位置信号Ａ、Ｂの発生タイ
ミングが正常であれば、位置信号Ｂが発生している時に
ｎ個目の位置信号Ａが発生する。このｎ個目の位置信号
Ａが入力するとカウンタ１１から出力信号Ｘが発生す
る。サンプル／ホールド回路１２は、前記ｎ個目の位置
信号Ａの入力で位置信号Ｂをサンプル／ホールドし、出
力信号Ｂｓを発生する。これにより、ＡＮＤゲート１３
から出力信号Ｘ′が発生する。位置信号Ｂが立下がると
立下り微分回路１４からリセット信号Ｒが発生しカウン
タ１１がリセットされて出力信号Ｘも立下がる。サンプ
ル／ホールド回路１２の出力信号Ｂｓは次の位置信号Ａ
に入力で立下がる。

【００３３】従って、位置信号ＡとＢの発生タイミング
と位置信号判定部１０が正常であれば、信号ＸとＸ′の
出力パターンは常に一致し、一致検出回路１５から図７
に示すように常時出力信号Ｚ_ABが発生する。位置信号Ａ
とＢが正常な関係になかったり、例えばカウンタ１１の
故障で所定数（ｎ個）計数する前に出力信号Ｘが発生す
るような場合には、信号ＸとＸ′の発生パターンが異な
り一致検出回路１５の出力信号Ｚ_ABは停止する。

【００３４】尚、位置信号Ｂがカウンタ１１の出力信号
Ｘとして直接伝達される故障が発生すると、位置信号Ａ
とＢ及びカウンタ１１の正常／異常に関係なく出力信号
ＸとＸ′が一致して出力信号Ｚ_ABが発生する虞れがあ
る。このような誤りを回避するために、本実施形態では
立下り微分回路１４として図６で示す光結合素子を用い
る構成を採用している。

【００３５】かかる立下り微分回路１４の構成によれ
ば、位置信号Ｂがリセット信号Ｒとして直接カウンタ１
１に伝達されることがなく、上記のような誤りを回避で
きる。次に、動作正常確認部２０について説明する。

【００３６】まず、本発明の特徴である位置信号の正常
動作確認頻度を増大するための基本構成を図８に示し説
明する。図８において、カウンタａは位置信号ｓ１を所
定数（例えばｎ個）入力するとカウントアップして出力
信号ｓ２を出力する。また、カウント途中の予め設定し
たタイミングで出力信号ｓ３を発生する。この出力信号
ｓ３は立下り微分回路ｂを介してリセット信号ｓ４とし
て別のカウンタｃに入力する。カウンタｃは、位置信号
ｓ１が所定数、即ち、図９で出力信号ｓ３の発生区間内
でカウントされる位置信号ｓ１の数（ｋ−ｋ′）をｎ個
から減算した数（ｎ−（ｋ−ｋ′））入力するとカウン
トアップして出力信号ｓ５を出力するよう設定される。
そして、前記出力信号ｓ３とｓ５の出力パターンの一致
／不一致を一致検出回路ｄで確認し、正常であれば出力
信号ｓ６が発生する。但し、信号ｓ３の誤りが必ずカウ
ンタａの出力信号ｓ２に影響を与えるように、信号ｓ３
は、カウンタの信号処理で用いられる信号を引き出す。

【００３７】ここで、信号ｓ１、ｓ２、ｓ３は、図４の
信号Ａ、Ｘ、Ｃにそれぞれ相当し、カウンタａは、図４
のカウンタ１１に相当する。信号ｓ６は図３の出力信号
Ｔ_Qに相当する。

【００３８】上記回路の動作タイムチャートを図９に示
す。カウンタａの動作正常は前述した図４の位置信号判
定部１０で確認される。カウンタａが正常であれば信号
ｓ３の発生タイミングは正しい。信号ｓ３と信号ｓ５の
発生パターンが一致していれば信号ｓ３の発生タイミン
グは正しい。即ち、図９から判るように、カウンタａの
動作が、位置信号Ｂの１周期で位置信号Ａのｎ個目とそ
の間のｋ〜ｋ′の区間の２回確認できる。信号ｓ３と同
様な信号を信号ｓ３と異なる発生タイミングで複数個生
成すれば、位置信号Ｂの１周期における正常動作の確認
回数を生成した信号数だけ増大できることになる。

【００３９】図１０に、本実施形態のカウンタ１１の具
体的構成を示す。図１０において、カウンタ１１は、例
えば３つの分周回路１１Ａ〜１１Ｃと、分周回路１１Ａ
と１１Ｂの間、分周回路１１Ｂと１１Ｃの間、及び分周
回路１１Ｃの出力側にそれぞれ、２個づつ直列に設けら
れたインバータ１１Ｄ〜１１Ｉを備えて構成される。こ
こで、前記分周回路１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃは、それぞ
れｒ１分周、２分周、２分周を行うものとする。

【００４０】かかるカウンタ１１の動作を説明する。位
置信号Ａの１パルスがΔθ（度）に該当するものとする
と、分周回路１１Ａの出力信号ｑ１は、図１１（Ａ）の
ように２ｒ１×Δθの周期でＯＮ／ＯＦＦする。同様
に、分周回路１１Ｂの出力信号ｑ２は、図１１（Ｂ）の
ように４ｒ１×△θの周期でＯＮ／ＯＦＦし、分周回路
１１Ｃの出力信号ｑ３は８ｒ１×Δθの周期でＯＮ／Ｏ
ＦＦする。３つの信号ｑ１、ｑ２、ｑ３のＯＮ／ＯＦＦ
状態の組合せは合計８通りあるので、この８通りの組合
せを用いて、正常動作確認頻度増大用の出力信号Ｃを発
生させることができる。また、所望の位置信号Ｘｓ生成
用の図３に示した出力信号Ｄを発生させることができ
る。

【００４１】ここで、分周回路の出力側に２つのインバ
ータを直列に設けるのは、分周回路１１Ａ〜１１ＣのＯ
Ｎ状態の出力だけしか使用できない場合、必ずしも位置
信号Ａの１周期内の任意の角度範囲で安全制御用信号生
成のための出力信号Ｄを発生できないので、ＯＮ／ＯＦ
Ｆの両方の出力状態を用いざるを得ずＯＦＦの出力を使
用するための否定信号を生成するためである。図１０で
は、信号ｑ１、ｑ２、ｑ３の否定信号を /ｑ１、 /ｑ
２、 /ｑ３で示す。

【００４２】また、これら否定信号を取り出すための分
岐路にインバータを配置すると、インバータが故障して
もカウンタ１１の出力信号Ｘに影響を与えず、インバー
タの故障による出力信号Ｄの誤りが発見できない。図１
０の本実施形態のように、分周回路間にインバータを直
列に接続する構成にすれば、インバータ故障時は、カウ
ンタ１１の最終段出力信号Ｘの発生パターンも正常時と
異なり出力信号Ｄの誤りが発見できる。

【００４３】図１２に、図８の基本構成に基づいた本実
施形態の動作正常確認部２０の構成を示す。図１２にお
いて、本実施形態の動作正常確認部２０は、カウンタ１
１（図８のカウンタａに相当）の信号Ｃとして /ｑ３・
ｑ２・ /ｑ１の組合わせ信号を論理積演算するＡＮＤゲ
ート２１と、ＡＮＤゲート２１の出力信号Ｘｋ（図８の
信号ｓ３に相当）の立下り微分信号を生成する立下り微
分回路２２と、立下り微分回路２２（図８の立下り微分
回路ｂに相当）の出力をリセット信号として位置信号Ａ
（図８の信号ｓ１に相当）をカウントする第２カウンタ
２３（図８のカウンタｃに相当）と、ＡＮＤゲート２１
の出力信号Ｘｋとカウンタ２３の出力信号Ｘｋ′（図８
の信号ｓ５に相当）の出力パターンの一致/不一致を判
定し一致する時に出力信号Ｔ_Q（図８の信号ｓ６に相
当）を出力する第２一致検出回路２４（図８の一致検出
回路ｄに相当）を備えて構成されている。ここで、立下
り微分回路２２及び一致検出回路２４は、図６及び図５
に示すと立下り微分回路１４及び一致検出回路１５と同
様の構成である。

【００４４】ＡＮＤゲート２１は、図１３のように、３
つのフォトカプラＰＣ２〜ＰＣ４、抵抗Ｒ６〜Ｒ９、交
番信号の入力によりＯＮ／ＯＦＦするトランジスタＴｒ
２、及び倍電圧整流する２つのコンデンサＣ２，Ｃ３と
２つのダイオードＤ２，Ｄ３等を備えて構成されてい
る。

【００４５】位置信号発生部３０は、図１２の動作正常
確認部２０と略同様の構成である。動作正常確認部２０
と異なる部分を図１２の括弧内の符号を用いて説明する
と、位置信号発生部３０では、ＡＮＤゲート３１に位置
信判定部１０から信号Ｄが入力して、立下り微分回路３
２を介してリセット信号が生成され、カウンタ３３の出
力信号を一致検出回路３４に出力すると共に点線で示す
ように安全制御用の所望の位置信号Ｘｓとして直接図３
のＡＮＤゲート６０にも出力し、一致検出回路３４から
の判定信号ＺがＡＮＤゲート４０に出力される構成が異
なる。そして、本実施形態では、信号Ｄを信号Ｃと位相
が１８０度ずれたｑ３・ /ｑ２・ｑ１の組合わせ信号と
している。

【００４６】次に、本実施形態の位置信号生成装置の動
作を図３〜図１３の各図を参照して説明する。機械可動
部の動作により、既存の第１及び第２位置検出部２，３
から位置信号Ａ，Ｂが発生する。位置信号判定部１０で
は、位置信号Ｂが立下がってから次に位置信号Ｂが発生
した時に正常にｎ個番目の位置信号Ａが発生し、カウン
タ１１のカウントアップ出力信号Ｘが発生し、出力信号
ＸとＡＮＤゲート１３の出力信号Ｘ′が一致すれば、一
致検出回路１５から出力信号Ｚ_ABは発生する。また、位
置信号Ｂが立下がってから次に発生するまでのカウンタ
１１のカウントアップ途中で、図９で示すように位置信
号Ａのｋ番目からｋ′番目の範囲で信号Ｃ＝１（＝ /ｑ
１・ｑ２・ /ｑ３＝１）は発生し、信号Ｃ＝１と１８０
度位相がずれた位置で信号Ｄ＝１（＝ｑ１・ /ｑ２・ｑ
３＝１）は発生する。

【００４７】動作正常確認部２０では、信号Ｃの入力で
図１２のＡＮＤゲート２１から信号Ｘｋが発生する。こ
のとき、カウンタ２３の位置信号Ａ入力数が正常にｎ−
（ｋ−ｋ′）個であればカウントアップ信号Ｘｋ′が発
生する。そして、信号Ｃが立下がると立上がり微分回路
２２からリセット信号が発生しカウンタ２３がリセット
され、信号ＸｋとＸｋ′は共に停止する。従って、信号
ＸｋとＸｋ′の発生パターンは一致し、図１２の一致検
出回路２４から出力信号Ｔ_Qが発生し動作正常確認を示
す。

【００４８】同様にして、位置信号発生部３０では、信
号Ｄの入力で図１２のＡＮＤゲート３１から安全制御用
の所望の位置信号Ｘｓが発生し、カウンタ３３の位置信
号Ａ入力数が正常に図１のｎ−（ｍ−ｍ′）個であれば
カウントアップ信号Ｘｓ′が発生する。信号Ｄが立下が
り立上がり微分回路３２からリセット信号が発生しカウ
ンタ３３がリセットされて信号ＸｓとＸｓ′は共に停止
する。従って、信号ＸｓとＸｓ′の発生パターンは一致
し、図１２の一致検出回路３４から出力信号Ｚが発生し
動作正常確認を示す。また、前記所望の位置信号Ｘｓ
は、ＡＮＤゲート６０の一方の入力端に入力する。

【００４９】プリセット信号Ｐが発生している時に、前
述のように、位置信号判定部１０、動作正常確認部２０
及び位置信号発生部３０から出力信号Ｚ_AB、Ｔ_Q、Ｚが
発生しＡＮＤゲート４０から論理値１の出力信号が発生
すれば、自己保持回路５０から論理値１の出力信号が発
生する。従って、ＡＮＤゲート６０は、所望の位置信号
Ｘｓと自己保持回路５０の出力信号により、安全制御用
の最終的な所望の位置信号Ｘｓ^*を発生する。この位置
信号Ｘｓ^*は、例えば機械運転の許可信号として使用さ
れ、位置信号Ｘｓ^*が発生している時のみ、機械可動部
を可動可能として作業者の安全を確保するような安全制
御を行う。

【００５０】かかる位置信号生成装置によれば、既存の
位置検出部を利用して安全制御に係る所望の位置信号Ｘ
ｓ^*を生成できるので、既に設備されている機械に対し
ても容易に適用でき、既設の機械設備の安全性を向上で
きる。また、位置信号Ｂの１サイクルにおいて、位置信
号判定部１０、動作正常確認部２０及び位置信号発生部
３０で、それぞれ異なるタイミングで３回の動作正常の
確認が行われるため、作業者の安全確保に対する信頼性
をより一層向上できる効果がある。

【００５１】尚、信号Ｃの発生タイミングは、適宜設定
すれば良く、信号ＴＱの発生を、Ｘｓ発生後のｑ３・ｑ
２・ /ｑ１＝１の区間で発生させるようにしても良く
い。この場合、所望の位置信号Ｘｓ発生後に、正常確認
の動作が行われることになる。

【００５２】ところで、上述の実施形態では、例えば、
検査信号Ｘｓの発生を確認して自己保持し位置信号Ｘｓ
＊が発生しまった後、位置信号Ａが断線等で消滅した場
合、位置信号Ｘｓが誤って継続しても発見できず、位置
信号Ｂが発生するまでこの誤りは発見できない。

【００５３】この問題を解消するための信号Ｔ_Qの発生
回路の実施形態を図１４に示す。図１４の回路では、８
通りの組合わせ信号 /ｑ３・ /ｑ２・ /ｑ１〜ｑ３・ｑ
２・ｑ１を使用して、信号ｑ１のＯＮ／ＯＦＦ周期（即
ち、角度２ｒ１×Δθ毎）で正常確認が連続的に行われ
る。

【００５４】図１４の動作正常確認回路７０は、組合わ
せ信号 /ｑ３・ /ｑ２・ /ｑ１〜ｑ３・ｑ２・ｑ１と位
置信号Ａをそれぞれ入力してそれぞれの組合わせ信号 /
ｑ３・ /ｑ２・ /ｑ１〜ｑ３・ｑ２・ｑ１の各区間で動
作正常確認を行う判定回路としての複数の回路７１−１
〜７１−８と、これら各回路７１−１〜７１−８の出力
を論理和演算する論理和回路であるＯＲゲート７２とを
備えて構成される。各回路７１−１〜７１−８は、同一
の構成であり、回路７１−１を例に説明すれば、図１２
のＡＮＤゲート、立下がり微分回路及びカウンタで構成
される回路７１Ａと、回路７１Ａの各出力信号の立下り
微分信号を生成する立下り微分回路７１Ｂ，７１Ｃと、
両立下り微分回路７１Ｂ，７１Ｃの出力信号を論理積演
算するＡＮＤゲート７１Ｄとで構成される。

【００５５】かかる構成では、機械可動部が駆動され角
度が変化すると、各回路７１−１〜７１−８において正
常が確認された時のみ立下り微分信号が発生し、ＡＮＤ
ゲートから図１５に示すように論理値１の信号ｋ１〜ｋ
８が連続的に発生し、信号Ｔ _Qは連続的に発生する。図
１５は、ｑ３・ /ｑ２・ｑ１（ｋ６）＝１で機械可動部
が停止し、ｑ３・ /ｑ２・ｑ１（ｋ６）＝１で固定した
場合を示す。この場合、信号Ｔ_Qは消滅し安全位置を示
すための位置信号Ｘｓが消滅し、最終的な位置信号Ｘｓ
^*も消滅する。しかし、機械可動部の停止状態では安全
位置を示す位置信号Ｘｓ^*は必要ない。

【００５６】図１６は、本発明の位置信号生成装置と人
不在検出信号を用いて構成する安全制御システムを示
す。図１６において、位置信号生成装置１００は、図１
４の構成に基づいて正常確認信号ＴＱを発生するもので
ある。また、信号Ｚ_ABとＸｓは図３の位置信号判定部１
０と位置信号発生部３０で生成されるものである。ＡＮ
Ｄゲート１０１は、信号Ｔ_QとＸｓの論理積出力をＡＮ
Ｄゲート１０２の一方の入力端に出力し、自己保持回路
１０３は図３のものと同じでその出力をＡＮＤゲート１
０２の他方の入力端に出力する。人不在検出信号Ｈ（Ｈ
発生：安全、Ｈ非発生：危険）は、ＡＮＤゲート１０２
からの安全制御用の所望の位置信号Ｘｓ^*の出力と同様
にＯＲゲート１０４に入力し、ＯＲゲート１０４から機
械運転の許可信号Ｏｐが発生する。

【００５７】かかる構成の安全制御システムでは、人不
在検出信号Ｈが非発生（論理値０）であっても、機械可
動部位置が安全位置にあれば位置信号生成装置値１００
の位置信号Ｘｓ^*によって許可信号Ｏｐは発生し機械可
動部の運転が許可される。また、人不在検出停止状態か
ら機械可動部を再起動するのに信号Ｈを用いる。可動部
が再起動され再び信号Ｔ_Qが発生すれば、人不在検出信
号Ｈが安全を示さない状態（非発生状態）であっても、
位置信号生成装置１００で生成される位置信号Ｘｓ^*に
基づいて機械可動部の運転を安全に継続できる。

【００５８】上述の各実施形態において、カウンタの代
わりにシフトレジスタを用いてもよい。位置信号判定部
１０内のカウンタ１１と動作正常確認部２０（位置信号
発生部３０）内のカウンタ２３（３３）のどちらか一方
を、或いは両方をシフトレジスタにかえてもよい。

【００５９】図１７は、図４のカウンタ１１をシフトレ
ジスタで構成した場合である。図１７において、シフト
レジスタ８０は、ｎ個のフリップフロップで構成され
る。初段のフリップフロップには入力信号として、第２
位置信号Ｂに基づいて生成される図４のサンプル／ホー
ルド回路１２からの信号Ｂｓが入力する。全てのフリッ
プフロップには、クロックとして信号Ａが、リセット信
号として図４の立下り微分回路１４の出力信号Ｒがそれ
ぞれ入力する。また、図３の動作正常確認部２０に出力
する検査信号Ｃは、ｋ番目〜（ｋ′−１）番目のフリッ
プフロップの出力で生成され、これら各出力信号を入力
するＯＲゲート８１の論理和出力を図１２の信号Ｘｋと
している。尚、図１に示すように、ｍ〜ｍ′の間で所望
の位置信号Ｘｓ^*を得るための信号Ｄを発生させるなら
ば、ｍ番目〜（ｍ′−１）番目のフリップフロップから
出力を取り出してＯＲゲートを介して位置信号Ｘｓを発
生させる。

【００６０】かかる構成の動作タイムチャートは図７と
同様であり、シフトレジスタ８０は、位置信号Ａが発生
する毎に、各フリップフロップから信号Ｂｓのパルス幅
を有する信号が順次発生し、図７のように、ｎ個目の位
置信号Ａが発生すると最終段のフリップフロップからパ
ルス信号が発生する。また、その途中の過程で、ｋ個目
〜（ｋ′−１）個目の位置信号Ａが入力する間、対応す
るフリップフロップが順次出力を発生するので、その間
ＯＲゲート８１から出力が発生し、信号Ｘｋが生成され
る。信号Ｘｋは、ｋ個目の位置信号Ａが入力すると停止
する。

【００６１】図１８は、シフトレジスタの別の構成例で
ある。図１８において、このシフトレジスタ８０′と図
１７のシフトレジスタ８０の異なる部分は、初段のフリ
ップフロップに信号Ｂｓの代わりに定電圧V_CCを入力
し、図１０のカウンタの場合と同様に各フリップフロッ
プ間に直列に２つのインバータを接続し、また、信号Ｘ
ｋは、ｋ番目のフリップフロップの出力とｋ′番目のフ
リップフロップの出力の反転信号をＡＮＤゲート８１′
で論理積演算して得る構成である。

【００６２】かかる構成では、位置信号Ａの入力毎に各
フリップフロップの出力が立上る個とは同じであるが、
出力の立上ったフリップフロップは、リセット信号Ｒが
入力するまでその出力を継続する。従って、ｋ′番目の
フリップフロップの出力が立上るとその反転信号が入力
するＡＮＤゲートの出力が立下り信号Ｘｋが停止するよ
うになる。

【００６３】図１９は、動作正常確認部２０及び位置信
号発生部３０に設ける図１２に示すカウンタ２３，３３
をシフトレジスタに置き換える場合の構成例を示す。図
１９は、動作正常確認部２０のカウンタ２３の代わりに
シフトレジスタ９０を用いた例であり、シフトレジスタ
９０は、初段のフリップフロップに定電圧V_C _Cを入力
し、ｎ−（（ｋ′−１）−ｋ）番目のフリップフロップ
の出力を信号Ｘｋ′として出力する構成である。位置信
号発生部３０のカウンタ３３の代わりにシフトレジスタ
を用いた場合は、図１に示すように、ｍ〜ｍ′の間で所
望の位置信号Ｘｓ^*を発生させるならば、ｎ−（（ｍ′
−１）−ｍ）番目のフリップフロップの出力を図１２の
信号Ｘｓ′として出力させればよい。図１９中、リセッ
ト信号Ｒｘは、図１２の立下り微分回路２２（３２）の
出力である。

【００６４】尚、本発明の位置信号生成装置は、プレス
機械だけでなく他の機械設備にも適用できることは言う
までもない。本実施形態で使用する自己保持回路、ＡＮ
Ｄゲートは、故障時には出力信号を生成しないフェール
セーフな構成であり、電源枠外処理と演算発振器を用い
て構成することができ、米国特許4,757,417 号明細書、
米国特許5,027,114 号明細書、ＷＯ94／23303 及びＷＯ
94／23496 等で公知である。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜５に記
載の発明によれば、繰り返し動作を行う機械設備の機械
可動部と人体の衝突回避のための安全制御用位置信号を
生成するのに、既存の検出手段を利用でき、新たな検出
手段を設ける必要がない。また、１回のサイクル内での
互いの検出手段の比較回数を増大できる。従って、低コ
ストで機械設備の安全性及び信頼性を向上できる。

【００６６】請求項６に記載の発明によれば、請求項１
〜５の発明の効果に加えて、位置信号生成装置が故障し
て停止した時、プリセット信号を与えないと再起動でき
ず安全性がより向上する。

【００６７】請求項７に記載の発明によれば、請求項１
〜６の発明の効果に加えて、第１位置信号に故障等が発
生した時、直ちに装置出力が停止して危険を示すことが
できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成を示すブロック図

【図２】図１の動作を説明するタイムチャート

【図３】本発明の第１実施形態を示すブロック図

【図４】図３の位置信号判定部の構成図

【図５】図４の一致検出回路の構成図

【図６】図４の立下り微分回路の構成図

【図７】位置信号判定部の動作を説明するタイムチャー
ト

【図８】図３の動作正常確認部の構成図

【図９】図８の動作を説明するタイムチャート

【図１０】図４のカウンタの構成図

【図１１】図１０の分周回路の動作説明図

【図１２】図３の位置信号発生部の構成図

【図１３】図１２のＡＮＤゲートの構成図

【図１４】動作正常確認部の別の構成図

【図１５】図１４の動作説明図

【図１６】図１４の動作正常確認部を備える本発明の位
置信号生成装置を用いた安全制御システムの構成図

【図１７】図４のカウンタに代えてシフトレジスタを用
いた構成図

【図１８】シフトレジスタの別の構成例を示す図

【図１９】図１２のカウンタに代えてシフトレジスタを
用いた構成図

【符号の説明】

１位置信号生成装置２第１位置検出部３第２位置検出部１０位置信号判定部１１、２３、３３カウンタ１３、２１、３１、４０、６０、７１ＤＡＮＤゲー
ト１４、２２、３２、７１Ｂ、７１Ｃ立下り微分回路１５、２４、３４一致検出回路２０動作正常確認部３０位置信号発生部５０自己保持回路７２ＯＲゲート８０、８０′、９０シフトレジスタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】検出対象の位置に応じて、第１位置検出手
段から発生する第１位置信号と、該第１位置信号の所定
数毎に第２位置検出手段から発生する第２位置信号とに
基づいて前記検出対象の特定位置を示す所望の位置信号
を生成する位置信号生成装置であって、前記第２位置信号の１サイクル当たり前記第１位置信号
が前記所定数発生した時、動作正常の第１の判定出力を
発生する位置信号判定手段と、前記第２位置信号の発生サイクル途中で前記位置信号判
定手段から出力される正常確認頻度増大用検査信号の１
サイクル当たり前記第１位置信号が予め設定した設定数
発生した時、動作正常の第２の判定出力を発生する動作
正常確認手段と、を備え、前記第１及び第２の判定出力が発生している時のみ、前
記所望の位置信号を発生する構成したことを特徴とする
位置信号生成装置。
【請求項２】前記第２位置信号の発生サイクル途中で前
記検査信号と異なるタイミングで前記位置信号判定手段
から出力される第３位置信号を、前記第１及び第２の判
定出力が発生している時のみ、正常動作確認済みの前記
所望の位置信号として出力する位置信号出力手段とを備
えて構成した請求項１に記載の位置信号生成装置。
【請求項３】前記位置信号判定手段は、前記第２位置信号でリセットされ、前記第１位置信号の
入力数が前記所定数になる毎にカウントアップ出力を発
生すると共にカウントアップ以前の互いに異なる所定タ
イミングで前記検査信号及び第３位置信号をそれぞれ発
生する第１カウンタと、該第１カウンタの前記カウントアップ出力の発生パター
ンと前記第２位置信号の発生パターンが一致した時に前
記第１の判定出力を発生する第１一致検出回路と、を備えて構成された請求項１又は２に記載の位置信号生
成装置。
【請求項４】前記動作正常確認手段は、前記検査信号でリセットされ、前記第１位置信号が前記
設定数入力する毎にカウントアップ出力を発生する第２
カウンタと、前記第２カウンタのカウントアップ出力の発生パターン
と前記検査信号の発生パターンが一致した時に前記第２
の判定出力を発生する第２一致検出回路と、を備えて構
成された請求項１〜３のいずれか１つに記載の位置信号
生成装置。
【請求項５】前記位置信号出力手段は、前記第３位置信号でリセットされ、前記第１位置信号が
予め設定した設定数入力する毎にカウントアップ出力を
発生する第３カウンタ、及び、該第３カウンタのカウン
トアップ出力の発生パターンと前記第３位置信号の発生
パターンが一致した時に動作正常を示す第３の判定出力
を発生する第３一致検出回路からなる位置信号発生手段
と、前記第１〜第３の判定出力の論理積演算を行う第１論理
積手段と、該第１論理積手段の出力信号に基づいて生成される動作
正常確認出力と前記位置信号発生手段から出力される前
記第３位置信号の論理積演算を行い正常動作確認済みの
前記特定位置を示す所望の位置信号を発生する第２論理
積手段と、を備えて構成された請求項２〜４のいずれか
１つに記載の位置信号生成装置。
【請求項６】前記位置信号出力手段は、前記第１論理積
手段の論理積出力をホールド端子に入力し、プリセット
信号をトリガ端子に入力し、ホールド入力とトリガ入力
が共に入力した時に前記動作正常確認出力を前記第２論
理積手段に出力すると共に前記動作正常確認出力でトリ
ガ入力を自己保持する自己保持手段を備える構成である
請求項５に記載の位置信号生成装置。
【請求項７】前記動作正常確認手段は、前記位置信号判定手段から出力される検査信号でリセッ
トされて前記第１位置信号が設定数入力する毎にカウン
トアップ出力を発生するカウンタと、前記検査信号とカ
ウントアップ出力の状態変化の一致を判定して所定時間
出力を発生する判定回路を、前記位置信号判定手段から
連続的に出力される複数の検査信号に対応して複数設
け、該複数の判定回路の各出力信号を論理和回路で論理
和演算し、該論理和出力を前記第２の判定出力として発
生する構成とした請求項１〜３のいずれか１つに記載の
位置信号生成装置。
【請求項８】前記動作正常確認手段からの第２の判定出
力が発生し、且つ、プリセット信号による前記第１の判
定信号の自己保持出力が発生している時に、前記第３の
位置信号を、前記所望の位置信号として出力する構成と
した請求項７に記載の位置信号生成装置。
【請求項９】前記位置信号判定手段は、前記第１カウンタに代えてシフトレジスタを備え、該シ
フトレジスタは、前記第２位置信号でリセットされ、前
記第１位置信号をクロックとして第１位置信号の入力毎
に入力信号をシフトし第１位置信号が所定数入力した時
に出力信号を生成して前記第１一致検出回路に出力する
と共にシフト途中の前記第１及び第２の設定タイミング
で前記検査信号及び第３位置信号をそれぞれ発生する構
成である請求項３に記載の位置信号生成装置。