JP2005326988A - 自動機械用動作許可装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機械式接点を有するセーフティリレーではセーフティリレーに接点の寿命の問題や溶着などの故障発生の可能性があり、小型化が困難である。
【解決手段】２つのスイッチ接点が双方とも閉路した時に動作許可信号をオン出力し、少なくとも片方のスイッチが開路することで動作許可信号がオフ出力となり、一旦オフ出力となると双方のスイッチが開路したことが検出されないといかなるスイッチ操作でもオン出力しない制御回路を電子回路で構成することにより、機械式接点を有するセーフティリレーでは実現できなかった信頼性の向上や小型化を実現した。
【選択図】図１

Description

本発明は、２つの起動スイッチの双方の押下で自動機械の起動を行なう自動機械用動作許可装置、あるいは、２つの許可スイッチの双方の押下で自動機械の動作を許可する自動機械用動作許可装置に関する。

プレス機械等の自動機械では、作業者が被加工部品を自動機械にセットして、作業者の起動操作で自動機械を起動して所望の加工を行なう。この起動操作で作業者の安全を確保するため２つの起動スイッチを両手で押下操作することで自動機械の起動を行なうようにしている。両手操作の必要性は、例えば片手で被加工部品を自動機械にセットすると共に支えるなどの部品脱落防止を行い、この状態で自動機械の起動を行なうと、自動機械に部品脱落防止を行なっている手を巻き込まれるなど、重大な損傷を受ける危険性がある。また、起動操作が１つのスイッチであるため、接点信号に電気的雑音混入などで不用意に自動機械に起動がかかり、作業者の安全を害することが考えられる。
このような作業者の安全を害する障害や、操作法案の遵守のため２つの起動スイッチをセーフティリレーに入力し、２つのスイッチの押下操作が行なわれたたことを条件に起動信号を出力している。（例えば、特許文献１）

図５は特許文献１に示したセーフティリレーの内部回路例とこれを利用した動作許可装置例を示す図である。図において、セーフティリレーＳＲは３個のリレーＫ１，Ｋ２，Ｋ３のコイルと、各リレーコイルに対応するリレー接点ｋ１，ｋ２，ｋ３を有しており、各リレーＫ１，Ｋ２，Ｋ３のコイルには図示していないフライホイルダイオードが並列接続されている。セーフティリレーＳＲの外部には起動スイッチＳＷ１、ＳＷ２が設けられている。

（１）まず、全ての機器が正常であって、起動スイッチＳＷ１、ＳＷ２が押下されていない状態で、セーフティリレーＳＲにＤＣ２４Ｖの電源が投入されると、リレーＫ３がＯＮして該リレーのＮＯ接点ｋ３が閉路する。
（２）起動スイッチＳＷ１、ＳＷ２を押下すると、リレーＫ１，Ｋ２のコイルに接続されたリレーＫ３のＮＯ接点ｋ３が閉路しているため、リレーＫ１、Ｋ２は通電励磁さる。リレーＫ３のコイルに接続されているＮＣ接点ｋ１、ｋ２が開路するため、リレーＫ３がＯＦＦする。このタイミングが同時になるとリレーＫ１，Ｋ２が自己保持できないので、リレーＫ３のコイルには遅延素子として抵抗とコンデンサの直列回路が並列接続されている。
リレーＫ１とＫ２がＯＮし、Ｋ３がＯＦＦした状態で、セーフティリレーＳＲ外部へは、自動機械の起動を行なう動作許可信号がＯＮとしてＤＣ２４Ｖが出力される。
（３）自動機械の起動後、起動スイッチＳＷ１、ＳＷ２の双方を開放すると、該起動スイッチＳＷ１、ＳＷ２に接続されたリレーＫ２、Ｋ３のＮＯ接点が開路し、起動信号の出力条件であるリレーＫ１とＫ２がＯＮし、Ｋ３がＯＦＦした状態ではなくなるため起動信号はＯＦＦされる。また、リレーＫ２、Ｋ３のＮＣ接点が閉路し、リレーＫ３が通電励磁され、前項（１）の状態に戻り、次の起動スイッチ押下に備える。
（４）前項（３）の起動スイッチＳＷ１、ＳＷ２を開放する時に片方のみ開放とすると、開放した起動スイッチに接続されたリレーＫ２またはＫ３のＮＯ接点が開路し、起動信号の出力条件であるリレーＫ１とＫ２がＯＮし、Ｋ３がＯＦＦした状態ではなくなるため起動信号はＯＦＦされる。しかし、リレーＫ３は通電励磁されず、開放された起動スイッチを押下しても起動信号の出力条件が揃わず、起動信号は出力されることはない。
特開２００３−７９０４９号公報（図３）

従来の動作許可装置ではリレーで構成されたセーフティリレーを使用することから構造上、セーフティリレーのユニットが大きく、動作許可装置を小型化には限界があり、また、リレーには機械式接点を有するため、リレー接点の電気的寿命、溶着や融着などの故障の問題があり、小型の機器への適用や信頼性が要求される用途への適用に問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、セーフティリレーを使用した動作許可装置と同等の安全性を備えると共に、小型でかつ信頼性の高い自動機械用動作許可装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、第１のスイッチと第２のスイッチを備え、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチの双方とも閉路する操作で動作許可信号をオン出力し、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチの少なくとも片方を開路する操作で動作許可信号をオフ出力する自動機械用動作許可装置において、前記動作許可信号がオン出力よりオフ出力へ移行後は、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチの双方ともが開路するまでは前記第１のスイッチと前記第２のスイッチの双方とも閉路する操作でも前記動作許可信号をオン出力しない制御回路を備えることを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、前記制御回路は半導体論理回路で構成したことを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、第１のスイッチと第２のスイッチを備え、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチの双方とも閉路する操作で動作許可信号をオン出力し、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチの少なくとも片方を開路する操作で動作許可信号をオフ出力する自動機械用動作許可装置において、前記第１のスイッチの接点と前記第２のスイッチの接点とが共に開路状態を検出して双オフ信号をオン出力すると、前記第１のスイッチの接点と前記第２のスイッチの接点とが共に閉路状態を検出して双オン信号をオン出力する双オン検出回路と、出力をオフするためのクリア信号入力を備えて前記クリア信号が入力されていない時に前記双オフ信号のオン入力で操作待機信号をオン出力すると共に該操作待機信号のオン出力を自己保持する操作待機保持回路と、前記操作待機信号がオン入力されている時に前記双オン信号がオン入力されると許可信号をオン出力する許可信号発生回路と、で構成され、前記動作許可信号は前記クリア信号入力に接続されるとともに前記動作許可信号として出力されることを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、前記双オフ検出回路と前記双オン検出回路と前記操作待機保持回路と前記許可信号発生回路は半導体論理回路で構成したことを特徴とするものである。

本発明によると、セーフティリレーを使用した動作許可装置と同等の安全性を備えると共に、小型でかつ信頼性の高い自動機械の起動あるいは動作許可を行なうことができ、更には、低コストで長寿命の自動機械用動作許可装置を実現することができる。
また、産業用ロボット用携帯型教示装置の動作許可装置の制御回路に適用することで、小型でかつ信頼性の高い動作許可装置を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の第１の実施例を示す自動機械用動作許可装置のブロック図である。図において、１、２は入力インターフェースであり、第１のスイッチ信号１１、第２のスイッチ信号１２を自動機械用動作許可装置で信号処理するために電圧変換を行なう。３は双オフ検出回路であり、入力インターフェース１、２の出力が入力され、第１のスイッチと第２のスイッチの双方が押下操作されていない接点がオフの時、双オフ信号１３を出力する。４は双オン検出回路であり、入力インターフェース１、２の出力が入力され、第１のスイッチと第２のスイッチの双方が押下操作され、接点がオンの時、双オン信号１４を出力する。５は操作待機保持回路であり、クリア入力６を備えており、該クリア入力６が非アクティブ（オフ）の時に、双オフ信号１３が入力されると操作待機信号１５を出力する。クリア入力６がアクティブ（オン）になれば操作待機信号１５は出力されない。７は許可信号発生回路であり、操作待機信号１５がオンの時に、双オン信号１４がオンとなると動作許可信号１６をオン出力し、双オン信号１４がオフとなると動作許可信号１６はオフとなる。この動作許可信号１６は操作待機保持回路５のクリア入力６に接続されると共に自動機械の起動信号として出力される。

図２は、第１の実施例での正常動作時のタイムチャートである。本タイムチャートでは第１のスイッチ信号１１、第２のスイッチ信号１２、双オフ信号１３、双オン信号１４、操作待機信号１５、動作許可信号１６を示している。第１のスイッチ、第２のスイッチの押下と開放の操作は、通常の使用では略同時であるが、本タイムチャートでは各信号の変化をわかりやすくするため、第１のスイッチは、第２のスイッチより先に押下操作され、後に開放操作されるように時間差を設けている。
第１のスイッチ信号１１、第２のスイッチ信号１２は各々接点閉路（オン）を１、接点開路（オフ）を０とし、他の信号もオンを１、オフを０としている。

まず、第１のスイッチ信号１１、第２のスイッチ信号１２共に０より、双オフ信号１３が１、双オン信号１４は０となり、動作許可信号１６が０でクリア入力６がオフで、双オフ信号１３が１であることより操作待機信号１５は１となる（ステップｔ１）。
第１のスイッチが押下操作され、第１のスイッチ信号１１が１となると、双オフ信号１３が０となる（ステップｔ２）。
次に、第２のスイッチが押下操作され、第２のスイッチ信号１２が１となると、第１のスイッチ信号１１が１であることより、双オン信号１４は１となる（ステップｔ３）。
操作待機信号１５が１の状態（ステップｔ１よりの変化なし）で、双オン信号１４が１となるため、動作許可信号１６が１となる（ステップｔ４）。
動作許可信号１６は自動機械の起動信号入力であるので、自動機械は動作を開始する。
また、該動作許可信号１６は操作待機保持回路５のクリア入力６に接続されているので、操作待機信号１５は０となる（ステップｔ５）。
第１のスイッチ、第２のスイッチの押下順が逆でも、前述のステップｔ２からステップｔ５同様の動作となる。

第１のスイッチ、第２のスイッチの開放では、まず第２のスイッチが開放され、第２のスイッチ信号１２が０となると、双オン信号１４が０となる（ステップｔ６）。
双オン信号１４が０となるため、動作許可信号１６が０となる（ステップｔ７）。
続いて、第１のスイッチが開放され、第１のスイッチ信号１１が０となると、双オフ信号１３が１となる（ステップｔ８）。
この時、操作待機保持回路５は、クリア入力６は０であるため、操作待機信号１５が１となり（ステップｔ９）、ステップｔ１と同じ状態となり、次のスイッチの押下操作に備える。

図３は、第１の実施例での異常動作時のタイムチャートである。本タイムチャートのステップｔ１からステップｔ７までは図２と同一であるので図中のステップ符号ｔ１よりｔ５までの記載と説明を割愛する。
本タイムチャートで、ステップｔ５経過後、第１のスイッチに接点溶着あるいは配線短絡が発生したものとして、図中では第１のスイッチ信号１１に「故障」の符号を付している。

第２のスイッチが開放され、第２のスイッチ信号１２が０となると、双オン信号１４が０となる（ステップｔ６）。
双オン信号１４が０となるため、動作許可信号１６が０となる（ステップｔ７）。
次に、第１のスイッチが開放されるが、前述したように接点溶着などが発生しているため第１のスイッチ信号１１は１のままとなり、本タイムチャートではステップの更新はされない。
次に、自動機械を起動するため、第１のスイッチ、第２のスイッチの双方を押下すると、故障発生の無い第２のスイッチ信号１２が１となり、双オン信号１４が１となる（ステップｔ１０）。
この時、第１のスイッチ信号１１は１のままで、操作待機信号１５は１となっていないため、動作許可信号１６は１になることは無い。すなわち、自動機械は起動されない。

このように、２つのスイッチを備えた動作許可装置で、自動機械の起動を行なうときに、一旦、２つ共のスイッチ信号がオフとならない限り、動作許可信号１６のオフを維持し、動作許可装置の故障状態で自動機械の起動をすることができないようになっている。

図４は、本発明の第２の実施例を示す自動機械用動作許可装置の回路図である。本実施例では第１の実施例を半導体論理素子で構成したものである。
図において２８、２９、３０はＡＮＤ素子、３１、３２はＯＲ素子、３３はＮＯＲ素子、３４はＮＯＴ素子、３５，３６はＤ型フリップフロップ素子（以後Ｄ−ＦＦと呼ぶ）、３７はＤ−ＦＦ３５、３６の動作用のクロック信号、３８は電源投入時に出力されるリセット信号（負論理）である。

抵抗器２７とフォトカプラ２５で入力インターフェース１を構成し、第１のスイッチ信号１１を電圧変換する。同様に抵抗器２７とフォトカプラ２６で入力インターフェース２を構成し、第２のスイッチ信号１２を電圧返還する。ＡＮＤ素子２８は双オフ検出回路３であり、ＮＯＲ素子３３は双オン検出回路４である。Ｄ−ＦＦ３５、ＯＲ素子３１、ＡＮＤ素子３０、ＮＯＴ素子３４でクリア入力を備える操作待機保持回路５を構成し、ＡＮＤ素子２８の出力である双オフ信号１３を自己保持する。ＯＲ素子３２、ＡＮＤ素子２９、Ｄ−ＦＦ３６で許可信号発生回路７を構成し、Ｄ−ＦＦ３５の出力である操作待機信号１５とＮＯＲ素子３３の出力である双オン信号１４が入力され、動作許可信号１６を発生する。本回路の動作は実施例１と同様であるため説明は省く。
本発明が特許文献１と異なる部分は、従来動作許可装置としてセーフティリレーを使用したのに対し同等な安全性を電子回路で実現することで、小型でかつ信頼性の高いイネーブル動作制御回路を実現したことである。

図５は、本発明の第３の実施例を示す自動機械用動作許可装置の回路図である。図において、第１のスイッチ２１から入力インターフェース１を介して第１のスイッチ変換信号４１までと、第２のスイッチ２２から入力インターフェース２を介して第２のスイッチ変換信号４２までは、実施例２の説明と同じであるため割愛する。４３は論理演算素子であり、例えばＣＰＵやＰＬＤなどである。論理演算素子４３で処理される論理演算処理プログラムが格納される記憶装置などは図示していない。

図６は論理演算素子４３で実行される論理演算フローチャートである。以下、論理演算処理を説明する。
処理の実行が開始されると、ステップＳ１では、動作許可信号１６をＯＦＦ出力する。
ステップＳ２では、スイッチ１１および１２の双方がＯＦＦになるとステップＳ３へ進み、双方がＯＦＦになるまではステップＳ２を繰返す。
ステップＳ３では、スイッチ１１および１２の双方がＯＮになるとステップＳ４へ進み、双方がＯＮになるまではステップＳ３を繰返す。
ステップＳ４では、動作許可信号１６をＯＮ出力する。すなわち、自動機械へ起動信号が出力され、自動機械は起動される。
ステップＳ５では、スイッチ１１および１２の少なくとも片方がＯＦＦになるとステップＳ１へ戻り、ステップＳ１の処理である動作許可信号１６をＯＦＦ出力する。スイッチ１１および１２の双方がＯＮであれば、このステップを繰返す。
このような処理であるため、２つのスイッチの双方がＯＮとなり、一旦、起動信号１６がＯＮとなった後には、双方のスイッチがＯＦＦとならない限り自動機械への起動信号が出力されないようになっている。

このように２つのスイッチを備えた動作許可装置において、一旦、双方のスイッチがＯＦＦにならない限り、その後に、スイッチ操作の如何に関わらず自動機械の起動を行なう起動信号を出力することの無い自動機械用動作許可装置の回路を電子回路にて構成したことを特徴とし、該回路はスイッチの接点に溶着や端子間短絡等の単一不良が発生した場合においても、正常に起動信号をＯＦＦに移行できるが、その後は、再度起動信号をＯＮに移行できなくすることで、作業者の安全性を確保するとともに、回路の小型化を実現し、かつ該回路からリレーの機械式接点を排除したことで信頼性を向上させることができる。

本発明は自動機械の動作許可装置の安全性を確保した上で小型化や信頼性を向上しているため、小型化が要求され、かつ作業者へ危害が加わる恐れのある産業用機械に適用できる。
例えば、２つのスイッチの双方ＯＮで許可、少なくとも片方のスイッチＯＦＦで禁止することができるので、産業用ロボットの携帯型教示装置に備わる、２接点同相動作を行なう動作許可装置（イネーブル装置あるいはデッドマンスイッチともいい）の制御回路へ適用することで、片接点の不良が発生しても信号出力を確実にＯＦＦすることができる。また、少なくとも片接点に不良が発生すると、次の動作許可のための出力をしない安全性の高い制御回路を小型に構成することができる。

本発明の第１の実施例を示すブロック図 本発明の第１の実施例の正常動作時のタイムチャート 本発明の第１の実施例の異常時動作のタイムチャート 本発明の第２の実施例を示す回路図 本発明の第３の実施例を示す回路図 本発明の第３の実施例の論理演算フローチャート 従来の技術であるセーフティリレー

符号の説明

１、２ 入力インターフェース
３ 双オフ検出回路
４ 双オン検出回路
５ 操作待機保持回路
６ クリア入力
７ 許可信号発生回路
１１ 第１のスイッチ信号
１２ 第２のスイッチ信号
１３ 双オフ信号
１４ 双オン信号
１５ 操作待機信号
１６ 動作許可信号
２１ 第１のスイッチ
２２ 第２のスイッチ
２５、２６ フォトカプラ
２７ 抵抗器
２８、２６、３０ ＡＮＤ素子
３１、３２ ＯＲ素子
３３ ＮＯＲ素子
３４ ＮＯＴ素子
３５，３６ Ｄ型フリップフロップ素子
３７ クロック信号
３８ リセット信号
４１ 第１のスイッチ変換信号
４２ 第２のスイッチ変換信号
４３ 論理演算素子
Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３ リレー
ＳＲ セーフティリレー
ＳＷ１、ＳＷ２ 起動スイッチ

Claims (4)

1. 第１のスイッチと第２のスイッチを備え、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチの双方とも閉路する操作で動作許可信号をオン出力し、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチの少なくとも片方を開路する操作で動作許可信号をオフ出力する自動機械用動作許可装置において、
   前記動作許可信号がオン出力よりオフ出力へ移行後は、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチの双方ともが開路するまでは前記第１のスイッチと前記第２のスイッチの双方とも閉路する操作でも前記動作許可信号をオン出力しない制御回路を備えることを特徴とする自動機械用動作許可装置。
2. 前記制御回路は半導体論理回路で構成したことを特徴とする請求項１に記載の自動機械用動作許可装置。
3. 第１のスイッチと第２のスイッチを備え、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチの双方とも閉路する操作で動作許可信号をオン出力し、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチの少なくとも片方を開路する操作で動作許可信号をオフ出力する自動機械用動作許可装置において、
   前記第１のスイッチの接点と前記第２のスイッチの接点とが共に開路状態を検出して双オフ信号をオン出力すると、
   前記第１のスイッチの接点と前記第２のスイッチの接点とが共に閉路状態を検出して双オン信号をオン出力する双オン検出回路と、
   出力をオフするためのクリア信号入力を備えて前記クリア信号が入力されていない時に前記双オフ信号のオン入力で操作待機信号をオン出力すると共に該操作待機信号のオン出力を自己保持する操作待機保持回路と、
   前記操作待機信号がオン入力されている時に前記双オン信号がオン入力されると許可信号をオン出力する許可信号発生回路と、で構成され、
   前記動作許可信号は前記クリア信号入力に接続されるとともに前記動作許可信号として出力されることを特徴とする自動機械用動作許可装置。
4. 前記双オフ検出回路と前記双オン検出回路と前記操作待機保持回路と前記許可信号発生回路は半導体論理回路で構成したことを特徴とする請求項３に記載の自動機械用動作許可装置。

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