JP2004003987A

JP2004003987A - 安全センサの校正方法

Info

Publication number: JP2004003987A
Application number: JP2003069745A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Terawaki; 寺脇　浩史; Toshiya Azuma; 東　俊哉; Shinichi Tsukuda; 佃　真一; Naohiro Shimaji; 嶋地　直広; Toshihiro Mori; 森　利宏
Original assignee: Hokuyo Automatic Co Ltd
Current assignee: Hokuyo Automatic Co Ltd
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2004-01-08

Abstract

【課題】レーダ式安全センサの安全設計上において要求されるセンサ機能をリアルタイムで校正し得る方法を提供することにある。
【解決手段】前方の障害物２を検出する安全センサ３が搭載された無人台車１の走行経路に校正ステーション１１を設け、その校正ステーション１１における安全センサ３の最大計測距離Ｌの位置に標準反射板１２を付設し、無人台車１の通常走行に先立ってその無人台車１を校正ステーション１１に予め移動させ、安全センサ３により標準反射板１２を計測することにより得られた基準値をティーチングし、無人台車１の通常運行時、その無人台車１が校正ステーション１１に到達するごとに、安全センサ３により標準反射板１２を計測して得られた計測値を基準値と比較することにより安全センサ３のセンサ機能を校正する。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は安全センサの校正方法に関し、例えば工場内外での部品搬送に用いる無人台車に設置されたレーダ式安全センサにおけるセンサ機能を校正する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、図７に示すように部品搬送などで工場内外を移動する無人台車１には、前方の障害物２を検出し、その障害物２に衝突する前に無人台車１を停止させるための安全センサ３が設置されている。この安全センサ３には検出媒体として、光、超音波、電波、赤外線などが使われているが、簡便で検出精度がよい光式が主流である。
【０００３】
また、移動する無人台車１に設置する場合には、その無人台車１の走行範囲内を広く検出し、走行通路わきの壁や装置を検出しないようにするため、広く扇状に光をスキャンしながら無人台車１から障害物２までの距離を計測するレーダ式安全センサ３が好適である。このようなレーダ式安全センサは、工場内外での部品搬送以外の様々な用途に用いられる無人車両においても賞用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−１８７０３６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、透過式のセンサの場合には、受光素子で絶えず光を受けているので、その強度を計測することによりセンサが正常か否かを判断することができる。これに対して、レーダ式安全センサのように反射光を検出するセンサの場合、検出が正常に行なわれているか否かの検証が非常に難しい。つまり、反射式のセンサの場合、透過式センサのように、常時、受光素子で光を受けていないので、センサ自体が故障していてもそれを判別することが困難であり、いざ障害物があってもセンサがその障害物を検出しない可能性がある。
【０００６】
この種のレーダ式安全センサの場合、投光素子の近傍に光パワー計測のモニタを設置し、そのモニタにより投光素子の劣化や発光不良の有無を判断しているのみであり、安全設計上、必要とされるセンサ機能の確認がなされていなかったというのが現状である。
【０００７】
なお、従来では、安全センサの光強度のみを求めていたため、計測エリア外の反射率の高い壁や装置との区別がつかず、そのため、そのような状況で使用する安全センサは感度を絞らざるを得ないため、障害物の検出が遅れて無人台車が衝突する可能性が高かった。また、距離を計測するレーダ式安全センサとして、強力なレーザ光を用いたセンサが市販されている。このセンサは検出距離を必要以上に長くできる性能を有し、絶えず検出エリア外の壁を認識して機器が正常であることを確認している。従って、壁が近くにないような広い場所では使用することができない。また、検出距離以上の性能が必要なため、大型化し、高価である等の問題もあった。
【０００８】
そこで、本発明は前記問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、レーダ式安全センサの安全設計上において要求されるセンサ機能をリアルタイムで校正し得る方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための技術的手段として、本発明方法は、前方の障害物を検出する安全センサが搭載された無人台車の走行経路に校正ステーションを設け、その校正ステーションの所定位置に標準反射板を付設し、無人台車の通常走行に先立ってその無人台車を校正ステーションに予め移動させ、安全センサにより標準反射板を計測することにより得られた基準値をティーチングした上で、無人台車の通常走行時、その無人台車が校正ステーションに到達するごとに、安全センサにより標準反射板を計測して得られた計測値を前記基準値と比較することにより安全センサのセンサ機能を校正することを特徴とする。なお、センサ機能の校正は、安全センサの距離校正と光強度校正とスキャナ角度校正の少なくともいずれか一つである。
【００１０】
本発明方法では、安全センサの安全設計上において要求されるセンサ機能をリアルタイムで校正することができるので、センサ機能の低下を未然に防止できて無人台車の通常走行時に障害物を確実に検出してその無人台車を速やかに停止させることができ、安全性の確保を図ることができる。
【００１１】
なお、前記校正ステーションに付設される標準反射板は、反射特性が安定した円筒状を有することが望ましい。このように反射特性が安定した円筒状の標準反射板を用いれば、標準反射板の周囲いずれの方向からでも、安全センサによる計測を適正に行うことができる。
【００１２】
本発明方法では、無人台車の通常走行時、安全センサが非検出エリアをスキャンしている休止期間に、その安全センサの内部で投光素子から受光素子へ光を直接的に導入することにより、安全センサのセンサ機能を校正することが望ましい。このようにすれば、投光素子や受光素子などの安全センサの内部構成要素における電気的な位相遅れの補償と、温度による位相遅れのばらつきを補正することができ、光強度が正常か否かを確認することができる。また、安全センサが非検出エリアをスキャンしている休止期間に行うので、その休止期間の有効利用が図れてスキャンごとにセンサ機能の校正が可能となる。
【００１３】
また、本発明方法では、安全センサが非検出エリアをスキャン中、既知の電気的に位相を遅らせた信号を位相比較器に入力し距離演算を行なうことにより、計測距離演算が正常に動作していることを確認することが望ましい。このようにすれば、安全センサの内部構成要素である位相比較器が正常に動作しているか否かを確認することができる。前述の場合と同様、安全センサが非検出エリアをスキャンしている休止期間に行うので、その休止期間の有効利用が図れてスキャンごとにセンサ機能の校正が可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態で使用するレーダ式安全センサ３は、図２に示すように距離計測ユニット４から発光する光をミラー式光スキャナ５で扇状にスキャンする。障害物２からの反射光を距離計測ユニット４に入力させて、その距離計測ユニット４内で計測距離を演算する。光スキャナ５のスキャン角度と計測距離から、障害物２の二次元的位置を求める。そして、その障害物２の二次元的位置に基づく無人台車１の現在位置が危険エリア内にある時、危険信号を出力することにより無人台車１を安全に停止させる。
【００１５】
この安全センサ３の距離計測ユニット４は、図３に示すように投光素子６（発光ダイオード）、発振器７、受光素子８（フォトダイオード）、増幅器９及び位相比較器１０で構成されている。この距離計測ユニット４では、発振器７により一定の発振周波数で投光素子６を発光させる。その光が障害物２で反射し、その反射光を受光素子８で受けることにより電気信号に変換する。
【００１６】
その信号は、図４に示す波形のように光の飛行距離により位相が遅れて帰ってくる。この光信号と発振器の位相差φを位相比較器１０で検出し、下記の式を用いることにより計測距離を演算する。
【００１７】
距離＝ｃ／（２＊ｆ）＊φ／２π
【００１８】
ｃ：光速　　ｆ：発振周波数
【００１９】
例えば、８ＭＨｚで発振した場合、３ｍの計測距離であれば、５７．７°の位相差になる。これを基準データとして、距離計測ユニット４の内部構成要素、つまり、受光素子８、増幅器９及び位相比較器１０が正しく動作していることを確認することが可能となる。
【００２０】
前記構成からなる安全センサ３の校正方法は、その安全設計上において要求されるセンサ機能、つまり、計測距離、光強度あるいはスキャナ角度が正常であることを校正ステーションで確認する。つまり、図１に示すように無人台車１の走行経路の一箇所に校正ステーション１１を設け、その校正ステーション１１の所定位置、例えば安全センサ３の最大計測距離Ｌの位置に標準反射板１２を付設し、その標準反射板１２を前記無人台車１上の安全センサ３が正しく計測するか否かを確認する。
【００２１】
校正ステーション１１は、無人台車１が必ず停止する充電ステーションや待機ステーション（ホームポジション）等を使用することが可能である。この校正ステーション１１では、安全センサ３の距離校正と光強度校正とスキャナ角度校正を実行する。また、標準反射板１２は、安全センサ３を光スキャンさせることから、周囲いずれの方向からでも適正な計測が可能なように、反射特性が安定な円筒状のものがよい。
【００２２】
なお、標準反射板１２の設置スペース上、安全センサ３の最大検出距離Ｌが取れない場合、反射率が低い標準反射板を、安全センサ３の最大計測距離Ｌと同等の強度が得られる位置に設置するようにしてもよい。図中の１３は、安全センサの走行経路の周囲に設置された設備装置である。
【００２３】
無人台車１の通常走行に先立って、その無人台車１を校正ステーション１１に予め移動させ、安全センサ３により標準反射板１２までの距離とその標準反射板１２による光強度とスキャナ角度を計測し、その計測値を基準値としてティーチング入力する。その後、無人台車１の通常走行時、無人台車１が校正ステーション１１に到達するたびに、安全センサ３により標準反射板１２までの距離とその標準反射板１２による光強度とスキャナ角度を計測し、その計測値を安全センサ３に入力し、計測値と前述の基準値とを比較して計測値が正しいか否かを判断する。その計測値が正しければ、投光素子６、受光素子８、増幅器９、位相比較器１０及びスキャナ５が正常であることが確認できる。
【００２４】
つまり、安全センサ３は、標準反射板１２からの反射光を検出することにより、標準反射板１２までの距離とその標準反射板１２による反射強度を計測し、予めティーチング入力されて記憶された基準値と比較する。その結果、前述した計測値が基準値と一致して安全センサ３が正常動作で計測している場合には、安全センサ３が正常である信号を無人台車１に送出する。このようにリアルタイムで安全センサ３のセンサ機能をチェックできるので、校正周期は例えば１日１回程度でも、安全センサ３が正常に動作していることが確認できる。
【００２５】
ここで、安全センサ３としては、図５（ａ）に示すように投光素子６及び受光素子８を収容した投受光ユニット１４、ミラー１５を回転させるスキャナ５、安全センサ３の背面に設けられた基準反射板１６からなる構造を有するもの、或いは、図５（ｂ）に示すように投光素子６を収容した投光ユニット１７、受光素子８を収容した受光ユニット１８、二つのミラー１９，２０を回転させるスキャナ５、安全センサ３の背面に設けられた光ファイバ２１からなる構造を有するものがある。
【００２６】
なお、基準反射板１６は、最大計測距離Ｌからの反射光と同等の光強度になるような反射率を有する反射板である。光ファイバ２１の場合は、光ファイバ２１の形状やミラー１９，２０の反射率をコントロールして同等の光入力があるように設定する。
【００２７】
安全センサ３は、投受光ユニット１４又は投光ユニット１７の投光素子６から出た光をスキャナ５によりミラー１５，１９，２０で二次元的に振り、広いエリアで検出可能としている。そして、ミラー１５，１９，２０が後向きになった時、基準反射板１６又は光ファイバ２１を介してミラー１５，１９，２０で、投受光ユニット１７又は投光ユニット１７の投光素子６から投受光ユニット１７又は受光ユニット１８の受光素子８で光を直接的に受けることにより０ｍ計測を実行する。
【００２８】
この０ｍ計測は、安全センサ３の距離計測ユニット４における内部構成要素による誤差を補正するもので、投光素子６、受光素子８、増幅器９の電気的な位相遅れの補償と、温度による位相遅れのばらつきを補正するために用いられる。０ｍの基準位相遅れと、障害物２からの反射光による位相遅れの差が、計測距離による位相遅れに相当する。
【００２９】
無人台車１の通常走行時、安全センサ３が非検出エリアをスキャンしている休止期間に、その安全センサ３の内部で投光素子６から直接的に受光素子８に光をミラー１５，１９，２０、基準反射板１６又は光ファイバ２１で導き、その光強度を計測する。この光強度は、減衰フィルタや光学系の配置により、安全センサ３の最大計測距離Ｌの計測値に合わせる。安全センサ３では、この光強度の値が正常であることを応答時間内で確認し、スキャンごとに投光素子６及び受光素子８が正常に動作しているか否かを確認する。
【００３０】
また、安全センサ３の距離計測ユニット４を、図６に示すように投光素子６（発光ダイオード）、発振器７、受光素子８（フォトダイオード）、増幅器９及び位相比較器１０からなる内部構成要素に９０°位相器２２を付加することにより、増幅器９からの出力を、発光信号に対して位相を９０°遅らせた信号に切り替え、位相比較器１０の出力を確認する。
【００３１】
９０°位相遅れは、８ＭＨｚの発振で４．６９ｍに相当する。この４．６９ｍが計測できれば、位相比較器１０が正常であることが確認できる。これは、前述の場合と同様、無人台車１の通常走行時、安全センサ３が非検出エリアをスキャンしている休止期間に、計測距離が正しいことを応答時間内で確認し、スキャンごとに安全センサ３による距離計測が正常に動作しているか否かを確認する。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、前方の障害物を検出する安全センサが搭載された無人台車の走行経路に校正ステーションを設け、その校正ステーションの所定位置に標準反射板を付設し、無人台車の通常走行に先立ってその無人台車を校正ステーションに予め移動させ、安全センサにより標準反射板を計測することにより得られた基準値をティーチングした上で、無人台車の通常走行時、その無人台車が校正ステーションに到達するごとに、安全センサにより標準反射板を計測して得られた計測値を前記基準値と比較することにより、安全センサの安全設計上において要求されるセンサ機能をリアルタイムで校正することができ、安全センサの信頼性が大幅に向上して安全性が飛躍的にアップする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態で、レーダ式安全センサの校正方法を説明するための概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態で、レーダ式安全センサの構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態で、レーダ式安全センサの距離計測ユニットを示す概略構成図である。
【図４】距離計測要領を説明するための波形図である。
【図５】（ａ）はレーダ式安全センサの内部構造の一例を示す概略構成図である。（ｂ）はレーダ式安全センサの内部構造の他例を示す概略構成図である。
【図６】本発明の実施形態で、レーダ式安全センサの距離計測ユニットに９０°位相器を付加した概略構成図である。
【図７】レーダ式安全センサの使用状態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１　無人搬送車
２　障害物
３　安全センサ
１１　校正ステーション
１２　標準反射板

Claims

前方の障害物を検出する安全センサが搭載された無人台車の走行経路に校正ステーションを設け、その校正ステーションの所定位置に標準反射板を付設し、無人台車の通常走行に先立ってその無人台車を校正ステーションに予め移動させ、安全センサにより標準反射板を計測することにより得られた基準値をティーチングした上で、無人台車の通常走行時、その無人台車が校正ステーションに到達するごとに、安全センサにより標準反射板を計測して得られた計測値を前記基準値と比較することにより安全センサのセンサ機能を校正することを特徴とする安全センサの校正方法。
前記標準反射板は、反射特性が安定した円筒状を有する請求項１に記載の安全センサの校正方法。
無人台車の通常走行時、安全センサが非検出エリアをスキャンしている休止期間に、その安全センサの内部で投光素子から受光素子へ光を直接的に導入することにより、安全センサのセンサ機能を校正する請求項１又は２に記載の安全センサの校正方法。
前記センサ機能の校正は、安全センサの距離校正と光強度校正とスキャナ角度校正の少なくともいずれか一つである請求項１乃至３のいずれか一項に記載の安全センサの校正方法。
安全センサが非検出エリアをスキャン中、既知の電気的に位相を遅らせた信号を位相比較器に入力し距離演算を行なうことにより、計測距離演算が正常に動作していることを確認する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の安全センサの校正方法。