JP2005325537A - 安全センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 自動ドアなどの機械類の可動領域への入口またはその前方の所定の検知領域内に人や他の物体が存在しないことを高い精度で確認する安全センサの提供。
【解決手段】 自動回転ドア１０の出入口１６の上部にある水平枠１４の一部に設置する安全センサ２０で、光波距離計２１と基準面２２を備える。光波距離計２１は、基準面２２までの距離Ｌを投射光と反射光の位相差φから計測して初期計測値として登録する。光波距離計２１で検知領域Ｎを検知して計測した距離計測値を登録した初期計測値と比較して、両者に差異がない場合に検知領域Ｎに人や他の物体が存在しないことを確認して、自動回転ドア１０の安全運転を実行させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動ドアのような機械類の可動領域への入口またはその前方を検知領域として、可動領域内に人や他の移動物体が侵入若しくは存在しないことを確認する安全センサ（安全装置）に関する。

例えば、自動ドアの可動領域内及びその前方に人や他の物体が不用意に侵入若しくは存在すると、人や他の物体がドアに衝突する危険性があることから、可動領域内及びその周辺に安全センサを設置している。この安全センサは、自動ドアの可動領域内またはその前方の所定の検知領域に人や他の物体が存在するか否かを検知して、危険発生を回避するよう自動ドアを制動する。この種の安全センサは、検知領域に存在する人や他の物体を赤外線を使って非接触で検知する光学式センサが一般的であり、その検知方式は図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の３方式に大別される。

図５（Ａ）は、自動ドアの可動領域内またはその前方の検知領域Ｎの両側に上下複数段に投光ユニット１と受光ユニット２を互いに対向させて配置し、投光ユニット１から投光された投射光が検知領域Ｎを通過して対応する受光ユニット２で受光されることで、検知領域Ｎに人や他の物体が存在しないことを確認する安全センサである（例えば、特許文献１参照）。安全センサは、投光ユニット１と受光ユニット２を設置した高さに基づいて、検知領域Ｎで検知される人や他の物体の高さを検知することができる。

図５（Ｂ）は、自動ドアの可動領域内またはその前方の検知領域Ｎの上側に投光ユニットと受光ユニットを内蔵した投受光ユニット３をその光軸を下方に向けて配置し、検知領域Ｎに人や他の物体が存在するときと存在しないときの反射光の光量差から、検知領域Ｎに人や他の物体が存在することを検出する安全センサである（例えば、特許文献２参照）。この安全センサは、受光感度を調整することで検知領域Ｎで検知される人や他の物体の高さレベルを調整する。

図５（Ｃ）は、自動ドアの可動領域内またはその前方の検知領域Ｎの片側に投光ユニットと受光ユニットを内蔵した複数の投受光ユニット４を上下多段に配置し、他の片側に回帰反射板５を対向させて配置し、投受光ユニット４からの光が回帰反射板５で反射して受光するか、検知領域Ｎの人や他の物体で遮られるかを判断することにより、検知領域Ｎに人や他の物体が存在しないことを確認する安全センサである。
特開２００２−２６７７６８（図１） 特開平６−１７３５２５号（図１）

図５（Ａ）の安全センサは、検知領域Ｎの両側に投光ユニットと受光ユニットを必要な間隔で対向配置するために、設置場所に制約がある。特に、検知領域Ｎに存在する人や他の物体の高さを複数段階で検知するためには、複数の投光ユニットと受光ユニットを上下多段に設置しなければならず、大きな設置スペースを必要とする。また、左右一対の投光ユニットと受光ユニットの設置や保守の際に、対向する投光ユニットと受光ユニットの光軸を調整する必要があり、設置や保守の作業性が悪い問題がある。

また、図５（Ｂ）の安全センサは、単品の投受光ユニットを省スペースで設置できる有利さがある。しかし、検知領域Ｎの人や他の物体からの反射光の有無、反射光の光量の強弱によって検知領域Ｎに人や他の物体が存在するか否かを検知するため、検知領域Ｎにおいて反射率の高低や反射面の大小などの変化があると、検知精度が不安定になって信頼度が低下することがある。特に、不特定多数の人や他の物体が出入する自動ドアの出入口においては、天候や照明の変化も加わって、検知精度が不安定になる問題がある。しかも、検出能力の劣化を自己診断できないので、危険側に故障する虞がある。

図５（Ｃ）の安全センサは、図５（Ａ）、（Ｂ）の問題を解決するために考案されたものであるが、検知領域Ｎの片側に回帰反射板を配置する必要があり、さらに、検知領域Ｎに存在する人や他の物体の反射率が高いような場合には、回帰反射板からの反射光と人や他の物体からの反射光の正確な判別が難しい問題がある。

本発明の目的は、自動ドアなどの機械類の可動領域内またはその前方の所定の検知領域内に人や他の物体が存在しないことを常に精度良く確認し得る高信頼度の安全センサを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、検知領域の一端に設置された光波距離計と、検知領域の他端に設置された基準面とを備え、光波距離計により測定された基準面までの距離を初期測定値として予め登録し、光波距離計により同期的又は非同期的に測定される距離の測定値と初期測定値とを比較し、両者の差異がないことにより検知領域に人や他の物体が存在しないことを確認することを特徴とする。

ここで、検知領域は、自動ドアなどの機械の可動領域内またはその前方の空間領域で、この検知領域の上下或いは左右の両端に光波距離計と基準面を対向させて配置する。基準面は、検知領域の在る床面、道路面などの固定物で、この基準面から所定の距離だけ離れた定位置に光波距離計をその光軸を基準面に向けて配置し、光波距離計で基準面までの距離を計測する。光波距離計は、基準面に投射した光と、基準面からの反射光との位相差を検出して距離計測するＡＭ変調方式のレンジセンサが適用できる。例えば、光波距離計からＬＥＤ光またはレーザ光を所定の周波数で変調して基準面に向けて投射し、この投射光と基準面からの反射光との位相差φを求める。この位相差φは、光の速度ｃと光波距離計から基準面までの距離Ｌに依存するため、位相差φと光速ｃから距離Ｌが算出され、この距離Ｌを計測して初期計測値として登録する。検知領域に人や他の物体が存在する場合は、光波距離計からの投射光が人や他の物体で反射して距離計測されることから、検知領域内の人や他の物体までの距離Ｌ’が計測される。この距離Ｌ’と初期計測値を比較して、両者の値が所定のレベル以下で差異がないと判別することで検知領域に人や他の物体が存在しないことが確認され、両者の値が所定のレベルを超えて差異があると判別されると検知領域に人や他の物体が存在すると判断される。このような光波距離計は、投射光と反射光の位相差を求めるのみゆえ、基準面や検知領域の人や他の物体の反射率の変動に影響をほとんど受けず、検知領域での人や他の物体の検知精度を高く設定することができ、安全確認の精度を安定させる。また、万一、検出（計測）能力の劣化や故障が発生した場合は、両者の値に所定のレベル以上の差異が生じるので、危険側の故障を回避することができる。

本発明においては、検知領域に複数の光波距離計を離隔させて検知領域の幅方向に配列することができる。つまり、１つの検知領域が横方向に広い領域のような場合、この広い検知領域に対応させて光波距離計の数を増やして配列し、それぞれで検知領域を分担させて人や他の物体の有無を検知するようにすれば、広い検知領域の全域が高精度に検知でき、広い検知領域の全域の安全確認をすることができる。

また、本発明においては、光波距離計の光軸を光波距離計を頂点とする略三角形の検知領域でスキャニングさせることができる。この光軸のスキャニングは、回転ミラーなどの光スキャナを使用して行う他、投受光エレメントを電気的にスキャニングして行うことも有効である。また、スキャニングは、二次元、三次元のいずれで行うことも可能である。このように光波距離計の光軸をスキャニングさせることで、より広い範囲の検知領域での人や他の物体の不在確認が可能となり、使用する光波距離計の数の低減が図れる。

また、本発明においては、光波距離計からの投射光を反射する基準面を反射物で形成する。基本的に距離を計測するので反射物は限定しないが、基準面を正反射しない反射物で形成することで、より距離計測の精度が安定し、信頼度の高い安全センサが実現される。

さらに、本発明は、検知領域が自動ドアの出入口領域を含む領域とすることができる。この自動ドアは、スライド式自動ドアの他、自動回転ドアが適用できる。

自動回転ドアの場合、回転ドアの回転方向に在る入口領域の真上に光波距離計を設置することができる。このようにすると、自動回転ドアの入口領域に人が侵入すると、光波距離計から人までの距離が計測されて人検知が実行され、回転ドアの緊急停止、減速処理などの必要な処理が自動で行われる。人検知は、人までの距離計測で行われるので、大人でも子供でも正確に検知できて、自動回転ドアの安全対策として信頼度の高いものとなる。

本発明の安全センサによれば、所定の検知領域に人や他の物体が不用意に侵入したり存在する場合、光波距離計から検知領域内の人や他の物体までの距離が投射光と反射光の位相差から計測されるため、天候や照明の変動に基づく基準面や検知領域の人や他の物体の反射率の変動の影響を受けずに検知領域に人や他の物体が存在しない確認が常に高い精度で実行でき、信頼度の高い安全センサが提供できる。また、検知領域の上側に光波距離計を配置するようにすれば、検知領域での人や他の物体の高さデータが得られるので、検知領域の側方に上下多段にセンサ類を設置して人や他の物体の高さデータを求める必要がなくなり、安全センサ設置場所の制約が緩和され、自動ドアのような狭い場所での設置が容易な実施効果の高い安全センサが提供できる。

以下、本発明の実施の形態を、図１〜図４を参照して説明する。

図１に示す自動回転ドア１０は、左右で対向する一対の円弧状側壁１１の中で４枚のドアパネル１２を矢印方向に自動回転させる。左右一対の側壁１１が床面１３に立設され、各側壁１１の上端部が円弧状の水平枠１４で連結される。左右一対の側壁１１の両端部は垂直枠１５で形成され、左右一対の側壁１１の垂直枠１５と水平枠１４と床面１３で囲まれる空間が出入口１６である。この出入口１６は、ドアパネル１２の回転方向側（図１で右側半分）の入口１６ａと、回転方向と反対側（図１で左側半分）の出口１６ｂである。

自動回転ドア１０にはドアパネル１２を回転させる図示しない駆動系、その制御系が装備され、また、ドアパネル１２や床面１３、水平枠１４には人が安全に出入りし易くするための各種のセンサ類が設置される。本発明においては、水平枠１４の一部に、次の光波距離計２１と基準面２２を主体とする安全センサ２０を配備する。出入口１６の入口１６ａは、回転するドアパネル１２の先端が一方の側壁１１の垂直枠１５に接近して側壁１１の内周に沿って移動する領域で、入口１６ａの側壁１１に近い領域に例えば図１に示すように人（子供）１７が不用意に近付いても、ドアパネル１２の先端と側壁１１の垂直枠１５で挟まれないようにするため、入口１６ａとその近傍の特定領域を安全センサ２０で人の有無などを検知する検知領域Ｎとする。

安全センサ２０の光波距離計２１と基準面２２の具体例を、図２（Ａ）、（Ｂ）に示す。一方の基準面２２は、入口１６ａの床面で、例えば大理石などを鏡面仕上げした鏡面反射物で、以下、必要に応じて基準面を反射物２２と称する。反射物２２は、図２（Ａ）に示すように側壁１１の垂直枠１５の内外領域と、図２（Ｂ）に示すように垂直枠１５の左右領域を含む所定の面積の反射面で、この反射物２２の真上空間を安全センサ２０の検知領域Ｎとして設定する。他方の光波距離計２１は、検知領域Ｎの真上の水平枠１４の内部の所定の高さ位置に設置され、検知領域Ｎに人や他の物体が存在しないことを確認して、ドアパネル１２の正常で安全な動作を行わしめる。

光波距離計２１は、例えば図３の概念図に示すように、投光ユニット２３と受光ユニット２４を一体に有し、投光ユニット２３からＬＥＤ光またはレーザ光の投射光Ｐを所定の周波数で変調して反射物２２に向けて投射し、その反射光Ｑを受光ユニット２４が受光する。このような光波距離計２１は、北陽電機株式会社製の障害物検知用光電センサＰＢＳシリーズの例えば形式名「ＰＢＳ−０３ＪＮ」が適用できる。また、投光ユニット２３の前方近くに光スキャナ、例えば３面以上の面を持つポリゴンミラー２５を設置して、投射光Ｐを検知領域Ｎにおける三角形領域でスキャニングさせる。ポリゴンミラー２５はそれぞれの倒れ角が少しずつ異なっており、ポリゴンが一周する間に３方向以上のスキャニング角度の光軸を持つ。図２（Ａ）は入口１６ａを側方から見たもので、光波距離計２１はポリゴンミラー２５を頂点とする三角形の検知領域Ｎで光軸を前後方向にスキャニングする。また、図２（Ｂ）は入口１６ａを正面側から見たもので、光波距離計２１はポリゴンミラー２５を頂点とする三角形の検知領域Ｎで光軸を左右方向にスキャニングする。

図３に示すように、投光ユニット２３から投射光Ｐをポリゴンミラー２５に投射し、ポリゴンミラー２５で反射物２２に向けて反射し、反射物２２からの反射光Ｑをポリゴンミラー２５で反射して受光ユニット２４に受光させる。この投射光Ｐと反射光Ｑの位相差φを求めて演算すると、光波距離計２１とポリゴンミラー２５との間の距離Ｌ１と、ポリゴンミラー２５と反射物２２との間の距離Ｌ２の合計距離Ｌが算出される。この合計距離Ｌを、所定の高さ位置にある光波距離計２１から検知領域Ｎの下面である反射物２２（基準面）までの距離として計測し、初期計測値として登録する。検知領域Ｎに図１の人１７が存在して人の頭上で反射した反射光で計測した場合は、人１７までの距離Ｌ’として計測される。したがって、計測された距離Ｌが、反射物２２までの予め登録された基準測定値の範囲内であれば、検知領域Ｎに人や他の物体が存在しないことが確認され、回転自動ドアの安全な運転が継続される。また、計測された距離Ｌが基準測定値未満で十分な差異があれば、検知領域Ｎに人や他の物体が存在すると判別されて、回転自動ドアの運転停止やドア回転速度の減速などの予め設定された安全対策が実施される。

図４に示す実施の形態は、スライド式自動ドア１０’に適用したもので、左右に開閉移動する一対のスライドドア１９を門形枠１８で囲い、門形枠１８の上辺部の中央とその両側方の３箇所に光波距離計２１ａ、２１ｂ、２１ｃを設置している。中央の光波距離計２１ａで自動ドア１０’の入口の中央部前の検知領域を左右方向に角度θ１で光軸をスキャニングさせ、左右の光波距離計２１ｂ、２１ｃで自動ドア１０’の入口の左右部前の検知領域をそれぞれの角度θ２、θ３で光軸をスキャニングさせて、全検知領域に人や他の物体の有無を確認する。各光波距離計２１ａ、２１ｂ、２１ｃのスキャニング角度θ１、θ２、θ３は同一、或いは、適宜に相違させてもよい。

本発明の実施の形態を示す自動回転ドアの概要斜視図である。 （Ａ）は図１の安全センサの概要を示す側面図、（Ｂ）は正面図である。 図１の安全センサの光波距離計測方法を説明するための波形図である。 本発明の他の実施の形態を示すスライド式自動ドアの概要正面図である。 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は従来の安全センサのそれぞれ異なる検知方式を説明するための概要正面図である。

符号の説明

１０ 自動回転ドア
１１ 側壁
１２ ドアパネル
１３ 床面
１４ 水平枠
１５ 垂直枠
１６ａ 入口
２０ 安全センサ
２１ 光波距離計
２１ａ〜２１ｃ 光波距離計
２２ 基準面、反射物
２３ 投光ユニット
２４ 受光ユニット
２５ ポリゴンミラー
Ｌ 距離
Ｎ 検知領域
Ｐ 投射光
Ｑ 反射光
φ 位相差

Claims (6)

1. 検知領域の一端に設置された光波距離計と、前記検知領域の他端に設置された基準面とを備え、
   前記光波距離計により測定された前記基準面までの距離を初期測定値として予め登録しておき、前記光波距離計により同期的又は非同期的に測定される距離の測定値と前記初期測定値とを比較し、両者の差異がないことにより前記検知領域に人や他の物体が存在しないことを確認する安全センサ。
2. 複数の前記光波距離計を離隔させて前記検知領域の幅方向に配列したことを特徴とする請求項１に記載の安全センサ。
3. 前記光波距離計の光軸を光波距離計を頂点とする略三角形の検知領域でスキャニングさせることを特徴とする請求項１または２に記載の安全センサ。
4. 前記基準面が反射物で構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の安全センサ。
5. 前記検知領域が自動ドアの出入口領域を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の安全センサ。
6. 前記自動ドアが自動回転ドアであることを特徴とする請求項５に記載の安全センサ。

Images