JP2004005542A - 物体認識方法及び光グリッド - Google Patents

Abstract

【課題】監視領域内に存在するのが進入許可のある物体（例えば機械の一部）であるのか、進入許可のない物体（例えば人間の脚）であるのかを区別する。
【解決手段】互いに平行な複数の光遮断器２０を有する水平な光グリッド１０を用いて監視領域内の二以上の動体を認識するための方法に関する。監視機能を無効にすることなく同時に複数の物体が保護領域を通過できるようにするため、物体のための進入領域、物体のサイズ及び物体間の距離という３通りの基準を一組として監視する。これらの基準が一つでも満たされない場合は、警告信号が出力され、それに応じて例えば設備が停止される。また、上記のような処理を実行するための光グリッド１０にも関する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
本発明は、互いに平行な複数の光遮断器を有する水平な光グリッド（Ｌｉｃｈｔｇｉｔｔｅｒ）を用いて監視領域内の二以上の動体を認識する方法に関する。また、本発明は、前記方法を実施するための光グリッドに関する。
【０００２】
光グリッドを用いた前記のような監視方法は、例えば自動車組み立てシステムのような高度に自動化された製造システムで用いられている。そこでは、工作物の供給、加工及び搬出が自動的に行われる。通常、このような製造システムの加工ライン中には、上記のような材料供給ステーションのそばに、完全に自動化された中央加工装置（例：ロボット装置）及び搬送装置が備えられている。この供給装置及び加工装置（特に加工装置）のある領域は、操作者にとって潜在的に危険を伴う領域である。このため、この種のシステムでは、進入許可のないものの進入を予め想定し、安全対策を講じておく必要がある。このような安全対策は、入口を監視するように配置された光グリッドを利用することで達成できる。
【０００３】
ここで、「光」という概念は一般に可視光線に限定されるものと理解すべきではない。むしろ、「光」とはあらゆる種類の光全般を含む概念であって、特に各種の赤外線、紫外線及び可視光線を含むものと理解すべきである。
【０００４】
ロボットステーション等の危険領域又は機械に通じる材料搬入領域又は材料引き渡しステーションは、通常、いわゆるミューティングステーション（Ｍｕｔｉｎｇｓｔａｔｉｏｎｅｎ）で監視される。一例としては、基本動作時には人の進入を監視するものの材料供給時には一時停止（ミューティング、ｍｕｔｉｎｇ）できるように構成された光グリッドが挙げられる。このような光グリッドは、例えばドイツ特許公報第ＤＥ　２０１　０３　８２８　Ｕ１号に記載されている。同公報に記載のミューティングステーションには、設置に多大な費用が必要であり、使用開始に非常に費用がかかるという短所がある。また、本質的な短所としては、停止条件が満たされた場合に監視機能が完全に省略されるため、その間は進入監視が中断してしまうことが挙げられる。構造について見ると、このミューティングステーションでは、ミューティングの間は誰もセンサとミューティング対象物（Ｍｕｔｉｎｇｏｂｊｅｋｔ）との間の空間を通って危険領域に入ることができないように、光グリッドの発光部及び受光部を配置する必要がある。従って、通常は、前記空間にスイングドアを更に設けて安全を確保しなければならない。
【０００５】
ドイツ特許公報第ＤＥ　４４　２４　５３７号に、光グリッドにより保護領域中の物体をいわゆるフローティングブランキングオブジェクト（Ｆｌｏａｔｉｎｇ　Ｂｌａｎｋｉｎｇ　Ｏｂｊｅｋｔ）として認識し、その物体のサイズ及び位置が所定通りかどうかを監視する装置が開示されている。この装置は、物体のサイズ、更に、場合により物体の位置を監視するに止まる。従って、例えば、所定サイズで所定の距離だけ離れた二以上の所定の物体を光グリッド内に同時に進入させることは、スイッチの出力側を遮断しなければ達成できない。
【０００６】
総括すると、従来の監視装置では、監視領域内に存在するのが進入許可のある物体（例えば機械の一部）であるのか、進入許可のない物体（例えば人間の脚）であるのかを区別することが課題となっている。
【０００７】
上記課題に鑑みて成された本発明の基本的課題は、冒頭に述べた物体認識方法及びそれに対応する光グリッドにおいて、監視機能の作動中でも複数の物体が同時に監視領域を通過できるような方法及び光グリッドを創出することにある。
【０００８】
上記課題は、本発明に係る物体認識方法及び光グリッドにより解決できる。
本発明に係る物体認識方法は、複数の互いに平行な光遮断器を有する略水平な光グリッドを用いて監視領域内に存在する二以上の動体を認識する方法において、
・物体のための進入領域
・物体のサイズ
・物体間の距離
という３通りの判定基準を監視し、該３通りの判定基準の少なくとも一つが満たされない場合に制御信号を出力することを特徴とする。
本発明に係る光グリッドは、一列に並んで配置された複数の発光器を有する発光部、及び、前記発光器に対応して同様に並んで配置された複数の受光器を有する受光部を備え、該発光器及び受光器が互いに平行な多数の光遮断器を構成しており、更に、各光遮断器の制御及び評価を行う少なくとも一つの制御・評価部を備え、該制御・評価部は、一又は複数の光遮断器が物体により遮断されたときに警告信号を導出可能であり、更に、該制御・評価部は、所定の領域において光遮断器が遮断された場合には警告信号を出さず、特に上記物体認識方法に係る処理を行わないように設計された光グリッドにおいて、光遮断器の遮断に際し、
・物体の進入領域が所定領域であること
・物体のサイズが所定サイズであること
・物体間の距離が所定距離であること
という３通りの判定基準が一つでも満たされなかった場合、警告信号を出力することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る物体認識方法では、３通りの判定基準を用いた評価アルゴリズムにより、監視領域に存在する物体が進入許可のある物体であるのか、進入許可のない物体であるのかを判定する。進入許可のある物体であると判定するには、必ず、まず所定の進入領域においてその物体の進入が検出されなければならない。いま、物体と保護領域との接触が前記進入領域から逸れたところで起きたとする。例えば、横から材料搬送車の支柱が入り込むべきところ、代わりに人間の第一の脚が保護領域の中に入ってしまった場合である。この場合、脚の進入が認識され、監視対象の機械が停止される。後述するように、設定ツールを使えば、光グリッドに対して、物体のための進入領域が設定され、更に、物体の最大サイズや物体の距離が判定基準として設定される。もし保護領域に物体が存在していたら、光グリッドは、その物体が進入許可のある構成を有していると認められるかどうか絶えず監視する。新規な物体の認識においては、その物体の進入が進入領域で起きたものかどうか調べる。後述するように、保護領域内の別の領域に物体が進入した場合、あるいは、その物体の大きさが許可できないものである場合、あるいは、複数の物体間の距離が許可できないものである場合、即座に停止動作が実行される。
【００１０】
本発明に係る光グリッドによれば、様々な好ましい効果が得られる。重要な効果としては、進入許可のある物体を保護領域内に複数進入させることだけでなく、その物体に保護領域を通過させることが本発明により初めて可能になったことが挙げられる。更に、組み立て、設置及び設定が簡単にできるという利点もある。また、材料消費量は少なくて済む。なぜなら、ドイツ特許公報第ＤＥ　２０１　０３　８２８　Ｕ１号に記載の装置で用いられているようなミューティングセンサが不要だからである。また、進入許可のある物体が保護領域内に存在していても保護領域を常時監視できる。例えば、人間が進入許可のある材料搬送車と並んで保護領域を通過することはあり得ない。これにより、危険領域での安全確保がより確実になる。また、追加のスイングドアを設ける必要はない。それにも増して、本装置は安全に操作できる。なぜなら、光グリッドが常時作動しているからである。
【００１１】
本発明の発展形態として、先に述べた３通りの判定基準に加えて、物体の数を判定基準として監視するようにしてもよい。この形態は、例えば、自動車の製造で見られるように、常に同型の材料搬送車が光グリッドを通過するように決まっている場合に有利である。更に、複数の物体の順序も判定基準として調べるようにすれば、安全性をより高める上で有利である。
【００１２】
本発明の別の発展形態として、光グリッドを通る物体の実際の運動を、記憶装置に記憶された、物体の許可された運動のサンプルと比較するという判定基準を追加してもよい。
【００１３】
また、進入許可のある第一の物体に続いて第二の物体が所定の距離をおいて保護領域に入ってきたかどうかを更なる判定基準として調べることも考えられる。
【００１４】
本発明の更に別の発展形態として、進入領域を一又は複数の光遮断器で構成してもよい。
【００１５】
本発明の更に別の発展形態として、物体のための進入領域を光グリッドの始端、終端あるいは中央に予め固定的に定めておいてもよい。
【００１６】
本発明の特に有利な発展形態においては、教え込み（ｔｅａｃｈ−ｉｎ）工程で自動的に判定基準が記憶される。そのためには、光グリッドがスイッチによりソフトウェア的又はハードウェア的に教え込み工程に移行し、判定基準の教え込みが終わったら再び通常運転に復帰するようにする。通常運転への復帰も、例えば所定数の物体が光グリッドを通過した後で、自動的に実行されるようにしてもよい。このようにすると、光グリッドの制御と調節が容易になる。
【００１７】
装置として上記課題を解決する本発明に係る光グリッドは、一列に並んで配置された複数の発光器を有する発光部、及び、前記発光器に対応して同様に並んで配置された複数の受光器を有する受光部を備えており、これらが互いに平行な多数の光遮断器を構成している。この光グリッドは各光遮断器の制御及び評価を行う少なくとも一つの制御・評価部を備えており、これにより、一又は複数の光遮断器が物体により遮断されたときに警告信号を導出可能である。更に、この制御・評価部は、所定の領域において光遮断器が遮断された場合には警告信号を出さず、引き続き保安機能を実行できるように設計されている。本発明によれば、光遮断器の遮断に際し、
・物体のための進入領域に関する基準
・物体のサイズに関する基準
・物体間の距離に関する基準
という３通りの判定基準が一つでも満たされなかった場合、警告信号を出力する。
【００１８】
このような光グリッドによる好ましい効果については、既に本発明に係る物体認識方法に関して説明した通りである。
【００１９】
本発明の発展形態においては、発光部及び受光部がそれぞれ専用の制御・評価部を備えている。この場合、例えばドイツ特許公報第ＤＥ　３８　０３　０３３　Ａ１号に記載のように、発光部及び受光部を光学的に同期可能にすれば、両者の間に電気的結合手段を設ける必要がなくなるため、可変的かつ容易に装置の据え付けができる。
【００２０】
前記制御・評価部を発光部及び受光部に組み込めば、付加ユニットが不要となり、光グリッドに全機能が統合される。
【００２１】
前記判定基準のプログラム入力にかかる手間をなくすため、本発明に係る光グリッドの発展形態においては、前記制御・評価部にスイッチ手段を設け、これを操作して光グリッドを教え込みモードに切り換えられるようにする。
【００２２】
調節をより簡単にするため、前記教え込み工程において、所定数の物体が通過した後で光グリッドが自動的に教え込みモードから通常運転に切り換えられるようにしてもよい。
【００２３】
次に、実施例に基づいて図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
【００２４】
本発明に係る光グリッド１０は、一列に並んで配置された発光器１４を有する発光部１２、及び、前記発光器１４に対応して同様に並んで配置された受光器１８を有する受光部１６を備えている。対向する発光器１４及び受光器１８はそれぞれ周知の方法で互いに平行な多数の光遮断器２０を構成している。図１では各光遮断器２０の光線が破線で描かれている。このような光遮断器２０を有する光グリッド１０は、保護領域を含む監視領域を発光部１２と受光部１６との間で規定している。更に光グリッド１０は少なくとも一つの制御・評価部を備えている。図示した実施例では発光部１２及び受光部１６がそれぞれ制御・評価部２２及び２４を備えている。発光部１２側の制御・評価部２２は各発光器１４を制御する。受光部１６側の制御・評価部２４は各受光器１８を制御するとともにその出力信号を評価し、一又は複数の光遮断器２０が物体により遮断されたときには警告信号を出す。更に、この信号を利用して、危険な機械を停止することもできる。
【００２５】
上記のように構成された光グリッド１０の基本動作は、例えばドイツ特許公報第ＤＥ　３８　０３　０３３　Ａ１号に記載されている。光グリッド１０の各光遮断器２０は整列順で周期的にアクティブ（活動状態）になる。このとき、例えば最初及び／又は最後の光遮断器２０を介して発光器１４と受光器１８を光学的な方法で同期させることにより、各瞬間に発光中の発光器１４に対応する受光器１８が常にアクティブになるようにする。これにより、特に発光部１２と受光部１６との間の電気的結合手段が不要になる。
【００２６】
本発明に従い、制御・評価部２４は、光遮断器２０の遮断に際し、
・物体の進入領域が所定領域であること
・物体のサイズが所定サイズであること
・物体間の距離が所定距離であること
という３通りの判定基準が一つでも満たされない場合、警告信号を出すように構成されている。
【００２７】
これにより、光グリッド１０は、監視領域に存在するのが進入許可のある物体であるのか進入許可のない物体であるのか区別することができる。例えば、進入許可のある物体としては搬送車２８の３本の支柱２６が挙げられる。また、進入許可のない物体としては人間３０が挙げられる。
【００２８】
本発明に係る物体認識方法及び本発明に係る光グリッド１０の動作は、例えば以下のように記述できる。
【００２９】
まず、上記最小限の判定基準を光グリッド１０に入力する。これは、設定用ソフトウェアをインストールしたパーソナルコンピュータ等から成る設定ツールを用いて行うことができる。ただし、進入許可のある物体（例えば搬送車２８）を通過させると自動的に指定の判定基準を記憶するような教え込みモードに光グリッド１０を切り換え可能にすれば、特に好ましい。そのため、制御・評価部２４には教え込みモードを開始するための切り換え手段３２が設けられている。教え込みモードでは、搬送車２８を搬送方向３４に通常の速度で動かし、保護領域を通過させる。この時、進入領域の位置（図１で最も下の光遮断器２０）、支柱２６の最大サイズ及び支柱２６の間隔ａ及びｂが記憶される。更に、支柱２６の数や支柱２６の順序（各支柱２６が区別可能である場合）、及び／又は、搬送車２８の運動（例えば搬送車２８の速度）も判定基準として記憶されるようにしてもよい。教え込み工程の終了後、手動で又は自動的に、光グリッド１０を通常運転モードに切り換える。
【００３０】
通常運転時、つまり光グリッド１０の保安機能が作動しているときに、判定基準の一つが満たされなかったとする。例えば、人間３０の脚が保護領域に入り込んだものの、進入領域（図１で最も下の光遮断器２０）が遮断されなかった場合を考える。この場合、所定の進入領域の通過という判定基準が満たされないから、警告信号の出力及び／又は危険な機械・設備の停止が実行される。一方、搬送車２８が通過する場合は、支柱２６がまず保護領域の進入領域を通る。これは許可された動きであるため、警告信号の出力や機械等の停止には至らない。他の判定基準についても同様のことが言える。例えば、光グリッド１０は、人間３０の脚と支柱２６とを断面の幅の違いに基づいて識別することができる。搬送車２８の場合は２本の支柱２６の間隔ａ又はｂが常に一定であるのに対し、人間３０が歩く場合は歩行中の両脚の間隔が変化するため、両者を区別することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光グリッドの保護領域に物体が進入する状況を描いた平面図である。
【図２】本発明に係る方法を説明するために作成された光グリッドの領域の側面図で、監視領域を概略的に描いている。

Claims (12)

1. 複数の互いに平行な光遮断器（２０）を有する略水平な光グリッド（１０）を用いて監視領域内に存在する二以上の動体を認識する方法において、
   ・物体のための進入領域
   ・物体のサイズ
   ・物体間の距離
   という３通りの判定基準を監視し、該３通りの判定基準の少なくとも一つが満たされない場合に制御信号を出力することを特徴とする物体認識方法。
2. 物体の数を更なる判定基準として監視することを特徴とする請求項１に記載の物体認識方法。
3. 物体の順序を更なる判定基準として監視することを特徴とする、先行するいずれかの請求項に記載の物体認識方法。
4. 更なる判定基準として物体の運動のサンプルを記憶装置に記憶し、物体の実際の運動と比較することを特徴とする、先行するいずれかの請求項に記載の物体認識方法。
5. 前記進入領域を一又は複数の光遮断器（２０）で構成したことを特徴とする、先行するいずれかの請求項に記載の物体認識方法。
6. 前記進入領域が光グリッド（１０）の始端、終端又は中央にあることを特徴とする、先行するいずれかの請求項に記載の物体認識方法。
7. 教え込み工程において前記判定基準を記憶させることを特徴とする、先行するいずれかの請求項に記載の物体認識方法。
8. 一列に並んで配置された複数の発光器（１４）を有する発光部（１２）、及び、前記発光器（１４）に対応して同様に並んで配置された複数の受光器（１８）を有する受光部（１６）を備え、該発光器（１４）及び受光器（１８）が互いに平行な多数の光遮断器（２０）を構成しており、更に、各光遮断器（２０）の制御及び評価を行う少なくとも一つの制御・評価部（２２、２４）を備え、該制御・評価部（２２、２４）は、一又は複数の光遮断器（２０）が物体により遮断されたときに警告信号を導出可能であり、更に、該制御・評価部（２２、２４）は、所定の領域において光遮断器（２０）が遮断された場合には警告信号を出さず、特に先行するいずれかの請求項に記載の処理を行わないように設計された光グリッド（１０）において、光遮断器（２０）の遮断に際し、
   ・物体の進入領域が所定領域であること
   ・物体のサイズが所定サイズであること
   ・物体間の距離が所定距離であること
   という３通りの判定基準が一つでも満たされなかった場合、警告信号を出力することを特徴とする光グリッド（１０）。
9. 発光部（１２）及び受光部（１６）がそれぞれ制御・評価部（２２、２４）を備えることを特徴とする請求項８に記載の光グリッド（１０）。
10. 前記制御・評価部（２２、２４）が発光部（１２）及び受光部（１６）に組み込まれていることを特徴とする請求項９に記載の光グリッド（１０）。
11. 前記制御・評価部（２４）が、光グリッド（１０）を教え込みモードに移行させるための切り換え手段（３２）を備えることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の光グリッド（１０）。
12. 前記制御・評価部（２４）が、所定数の物体の通過後に光グリッド（１０）を自動的に教え込みモードから通常運転に切り換えることを特徴とする請求項１１に記載の光グリッド（１０）。

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