JP2006242382A - 別々の出力信号を備える光学式通過センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】個々のセンサの出力信号のさらに他の処理を可能にする、非接触式に作用する安全装置を提供する。
【解決手段】非接触式に作用する安全装置２は、接続可能な信号処理装置１へ出力信号を伝送するためのインターフェース４を備えている。非接触式に作用する安全装置２の個々のセンサ６の出力信号はインターフェース４を介して別々に伝送可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、接続可能な信号処理装置へ出力信号を伝送するためのインターフェースを備える、非接触式に作用する安全装置に関する。

産業界の多くの製造機械は、操作員にとって潜在的な危険の発生源となる領域を有している。したがって、このような危険領域は操作員に対して相応に防護されていなくてはならない。このことは、保護柵やこれに類似する機械式に作用する装置の取付けによって実現することができ、その結果、操作員は危険領域への立入が原則として禁じられる。しかしこのような危険領域は、たとえば保守作業や工作物の取外しといった特定の目的のために操作員が立ち入ることになるので、そのためには固定的な機械式の保護装置は適していない。このような領域には、非接触式に作用する安全システム、たとえば光学式通過センサ装置がすでにかなり以前から利用されている。

特許文献１より、印刷機の危険領域を防護するために光学式通過センサ装置を利用することが知られている。この場合、光学式通過センサ装置によって、３方の側からアクセス可能な枚葉紙排紙装置が、資格をもたない人間の侵入に対して防護される。そのために、枚葉紙排紙装置の各々の側に複数の光学式通過センサ装置が相上下して取り付けられており、それによって、それぞれの光学式通過センサ装置の間で、人が気づかれずに防護領域に入ることができないようになっている。光学式通過センサ装置の光線が遮られるとただちに信号が出力され、排紙装置付近にいる操作員を危険にさらす恐れのある可動部品の駆動装置を停止させる。これに加えて操作員は、所定の短い時間間隔の間に１つまたは複数の光学式通過センサ装置を停止させて、印刷機もしくは排紙装置を非常停止させることなく、特定の領域に介入できるようにすることが可能である。印刷機の非常停止を引き起こすためには、光学式通過センサ装置などの安全装置が機械制御部に組み込まれていなくてはならない。現在入手できる光学式通過センサ装置では、個々の光学式通過センサ装置の信号は、物や人が危険領域に侵入しているかどうかを判定するために、光学式通過センサ装置自体の内部で評価される。このような物や人が確認されると、非常停止を引き起こすために、印刷機の制御部へ信号が伝送される。このことは、個々のセンサの評価が光学式通過センサ装置自体の内部で行われるために、機械制御部は運転を続けるためか、または非常停止をするために信号を処理することしかできないという欠点がある。
ドイツ特許出願公告明細書第１０３１０２３６Ｂ３

本発明の目的は、個々のセンサの出力信号のさらに他の処理を可能にする、非接触式に作用する安全装置を提供することにある。

本発明によれば、この目的は請求項１によって達成される。本発明のその他の実施態様は、従属請求項および図面から読み取ることができる。本発明によれば、非接触式に作用する安全装置、たとえば光学式通過センサ装置は、インターフェースを介して、危険領域が監視されるべき機械の制御コンピュータに接続されている。このような機械は、特に、給紙領域や排紙装置領域に危険領域がある印刷機であってよい。このような印刷機の制御コンピュータは、多くの場合、機械自体に組み込まれているか、または別個の制御卓として機械の隣に設置されている。光学式通過センサ装置のような、非接触式に作用する安全装置は、光線を発する発信器と、発信された光線に向かい合う受信器とで構成される複数のセンサを有している。光線が遮られるとすぐに、これと向かい合う受信器が陰になり、受信器の該当するセンサが信号を出力する。こうして各々の受信器は、「光オン」と「光オフ」の両方の状態を含む相応の信号を出力することができる。これらの信号が光学式通過センサ装置で直接評価され、特定の基準を参照して、たとえば遮られた光線の本数を参照して、非常停止の信号を機械制御部に送らなければならないかどうかが判定される従来技術とは異なり、本発明では、個々のセンサの出力信号が、インターフェースおよびこれに付属するケーブルを介して機械制御部へ伝送される。それに応じて機械制御部では、光学式通過センサ装置のセンサの個々の出力信号を別々に評価することができる。このようにして、光学式通過センサ装置の製造者によって開発された安全対策に拘束されることなく、安全停止の基準を機械の制御コンピュータで具体化することが可能である。

本発明の第１の実施態様では、別々の出力信号をインターフェースによって信号処理装置へシリアルに伝送可能であることが意図される。この場合、コンピュータ設計に基づくシリアルインターフェース、たとえばＲＳ４８５を利用するのが目的に適っている。このようなシリアルインターフェースは、光学式通過センサ装置の個々のセンサの状態を所要の最小時間内で順次伝送するためにじゅうぶん高速である。シリアルインターフェースを介して伝送された情報は、たとえばパラレルインターフェースを介して送られる情報よりも容易にコンピュータで処理することができる。したがって、シリアルインターフェースを使うほうが低コストである。

さらに、インターフェースを介して送られる出力信号の伝送プロトコルが、ワンエラーセーフティ（Einfehlersicherheit）を保証することが意図される。光学式通過センサ装置の個々のセンサの、インターフェースを介して順次送られる個々の出力信号は、安全性の理由から、伝送エラーが生じていないかどうか監視されなくてはならない。たとえば光学式通過センサ装置の光路の状態が誤って伝送されてしまうと、このことは危険を引き起こしかねない。人間が危険領域へ入り込んだとき、場合によってはそれを早期に発見できなくなるからである。こうした危険をなくすために、インターフェースを介してのデータ伝送は、光学式通過センサ装置の個々のセンサの出力信号の伝送時にただ１つのエラーが発生しただけで、それが検知されるような性質を備えていなければならない。このことは、たとえば非常停止を引き起こすのにただ１つのエラーだけで十分であるようにデータが符号化されてインターフェースを介して伝送される、相応のワンエラーセーフティの伝送プロトコルによって行うことができる。それによって、機械が作動している限りエラーのないデータ伝送が保証される。もしもエラーが生じれば、非常停止が行われるからである。

これに加えて、インターフェースを介して伝送される出力信号が、光学式通過センサ装置の個々のセンサに割り当てられていることが意図されていてよい。伝送される出力信号の由来が相応に符号化されていれば、これらの符号化された出力信号を、それらが由来する光学式通過センサ装置のセンサへ一義的に振りわけることができる。このようにして機械制御部は、既存のどの光学式通過センサ装置が遮られたのか、もしくは光学式通過センサ装置のどのセンサが遮られたのかを、正確に知ることができる。したがって、受信された個々のセンサの出力信号の由来を、その出所を知ったうえで機械制御部において直接処理することが可能である。

さらに、制御コンピュータは互いに独立して作動する少なくとも２つのコンピュータ単位を有しており、そのうち一方は動作経路(Betriebsweg)の信号を処理し、他方は安全経路(Sicherheitsweg)の信号を処理することが意図されているのが有利である。必要な安全性要求を満たすためには、制御コンピュータが冗長的に設計されていることが必要である。したがって、入力されたデータは制御コンピュータの互いに独立した２つのコンピュータによって処理され、それによって、特に動作経路コンピュータが故障したとき、安全経路の第２のコンピュータを引き続いて利用することができる。データ回線を介して両方のコンピュータが相互に通信し、それによって、一方のコンピュータは他方のコンピュータの故障や、場合によって生じる異常をすぐに知ることができる。そして、制御されるべき機械を安全に停止させるために、特に非常停止させるために、残っているコンピュータを利用することができる。

さらに、制御コンピュータを使用開始するときに、非接触式に作用する接続された安全装置が、妥当性チェックでテストされることが意図されているのが有利である。各々のコンピュータを使用開始するときには、原則として、始動時に特定の問い合わせルーチンが行われる。機械の制御コンピュータでは動作安全性が大きな役割を果たすので、特に、安全性を担当するスイッチ回路やプログラムが、使用開始前に機能性が完全かどうか検査されなくてはならない。制御コンピュータ自体に加えて、接続されているセンサ、たとえば光学式通過センサ装置も、機能性に関してテストされると非常に好ましい。たとえば光学式通過センサ装置の個々のセンサが妥当性チェックのテストパターンに従って順次問い合わされ、センサから制御コンピュータに入ってくるテスト信号が相応に評価される。この妥当性チェックのとき、制御コンピュータに保存されているテストパターンからの逸脱が確認されたときは、光学式通過センサ装置に誤機能があると推定することができる。この場合には機械はまったく始動しないか、もしくは、運転中に決まった間隔でテストが行われる場合には、機械が安全な動作状態へ移行させられて、場合によってすぐに停止される。運転中にも行われる、このような光学式通過センサ装置の機能性のチェックによって、運転中に汚れが生じても、それが機械の安全性を低下させないことが保証される。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。各実施例は、非接触式に作用する安全装置を印刷機で利用する場合に関わるものである。しかしながら、このような非接触式に作用する安全装置はそれ以外の機械でも利用することができ、特に、折り機その他の被印刷体を仕上げ処理する機械でも利用できることは自明である。一般に本発明は、制御コンピュータと接続されたあらゆる光学式通過センサ装置で適用することができる。本発明は、光学式通過センサ装置をセンサとして利用する場合に限定されるものでもなく、たとえば間隔を測定する超音波センサのような他のセンサも同じように利用することができる。

図１には、１つまたは複数の危険領域を有する印刷機３を見ることができる。印刷機３の危険領域は、制御コンピュータ１と接続された１つまたは複数の光学式通過センサ装置２によって防護される。制御コンピュータ１は印刷機３の動作全般を制御し、したがって、場合によって印刷機３の安全停止についても責任を負う。光学式通過センサ装置２の信号は、図１では、シリアルインターフェース４を介して制御コンピュータ１に伝送される。光学式通過センサ装置２は複数のセンサ５，６で成り立っており、各センサの半分は光発信器５として構成され、各センサのもう半分は光受信器６として構成されている。光発信器５は、向かい合っていて光を受信する受信器６に当る光を常に放射する。人や物が光線を遮るとすぐに、それによって該当する光受信器６が陰になる。受信器６が陰になることは、信号の生成につながる。光受信器６がたとえばフォトダイオードとして製作されていれば、陰になったときにその電気抵抗が何倍にも大きくなり、その結果、付属の電気回路が明らかに大きい電気抵抗を有することになる。これは出力信号としてシリアルインターフェースへ転送することができる。すべての光受信器６は、このように、２つの状態「光オン」と「光オフ」で成り立っているのが有意義である自らの状態を、シリアルインターフェース４を介して制御コンピュータ４へ転送することができる。このようにして、すべての光受信器６の状態を制御コンピュータ１に伝えることが可能である。

図２には、制御コンピュータ１の内部が模式的に図示されている。シリアルインターフェース４から伝送される、光学式通過センサ装置２の出力信号は、制御コンピュータ１の内部で、一方では、安全経路についての第１のコンピュータ１２に供給されるとともに、他方では、動作経路についての第２のコンピュータ１３に供給される。そのために両方のコンピュータ１２，１３は、外部シリアルインターフェース４から入ってくるデータを処理できるようにするために、内部シリアルインターフェース１０をそれぞれ有している。原則として、両方のコンピュータ１２，１３は同じ構造であってよい。シリアルインターフェース１０の接続部と並んで、コンピュータ１２，１３はさらにデジタル出入力ユニット１１を有している。デジタル出入力ユニット１１を通じて、操作員の操作入力や、接続されている印刷機３の他のセンサからの情報を、コンピュータに伝送することができる。たとえばデジタル出入力ユニット１１を介して、操作員が制御コンピュータ１の特定の設定を行うことができる操作キー１５が接続されている。さらに別の入力部が、光学式通過センサ装置１６のいわゆるミューティング信号のために設けられている。ミューティング信号によって、光学式通過センサ装置２の特定の光受信器６の出力信号の処理を短時間のあいだ中止することができる。このことは、たとえば人間とは明瞭に区別されるべき特定の工作物を、運転中に危険領域へ挿入しなければならない場合に必要である。光学式通過センサ装置２の該当するセンサによってその物体が走査され、許容される物体が認識されたときは、該当する光受信器６の出力信号がコンピュータ１２，１３によってもはや考慮されない。このようにして、許容される物体の侵入は印刷機３の非常停止にはつながらない。このようなミューティングセンサの出力信号は、ミューティング信号１６としてコンピュータ１２，１３によって処理することができる。

さらに、操作のために少なくとも動作経路コンピュータ１３にディスプレイ１７が接続されている。ディスプレイ１７では、印刷機３の最新の動作状態を見ることができ、操作員は表示された設定事項を場合によって操作キー１５で変更することができる。たとえば印刷機３のセンサのために、コンピュータ１２，１３はリミットスイッチ１８の出力信号に対する入力部を備えている。このようなリミットスイッチ１８は、印刷機３ではたとえば給紙装置および排紙装置に含まれており、そこでは、パイル昇降装置が最終位置を超えてさらに動くのを防ぐために、パイル昇降装置の最終位置への到達がリミットスイッチ１８を作動させる。このようなリミットスイッチ１８の信号も、相応のアクションを開始するために、同じくコンピュータ１２，１３で処理することができる。

コンピュータ１２，１３は、場合によって生じる互いの齟齬や、一方のコンピュータの故障などを発見できるようにするために、内部データインターフェース１４を介して互いに通信する。このような場合、残っている機能性のあるコンピュータは印刷機３を安全な動作状態へ移行させ、場合によって非常停止させることができる。さらに、個々のセンサ６の出力信号を特定のパターンに従って符号化したうえで、シリアルインターフェース４を介して送出することができる。特別な符号化によって、シリアルインターフェース４を通じてデータを伝送するときのエラー発生を認識して、印刷機３を非常停止させることが可能である。このように、シリアルインターフェース４を通じてのセンサ６から制御コンピュータ１へのデータの伝送にエラーが生じても、そのことが印刷機３の安全性を低下させないことが保証される。

さらに、センサ６からの出力信号に対応する識別記号を割り当てることができ、それによって、シリアルインターフェース４を介してデータが伝送された後、個々のセンサ６の出力信号を各センサに一義的に割り当てることができる。このようにして、たとえば個々の光学式通過センサ装置の機能をディスプレイ１７に表示し、光学式通過センサ装置２に技術的な問題が生じたときに、問題のあるセンサ６の正確な場所を表示することが可能である。たとえば１つまたは複数のセンサの汚れも各センサに正確に割り当てることができるので、操作員はディスプレイ１７の上で、１つまたは複数のどのセンサが汚れていて清掃が必要なのかを認識することができる。このように本発明によって、監視される機械３の安全性を改善することができるばかりでなく、エラー発見にあたっても利点が得られる。

印刷機と光学式通過センサ装置が接続された制御コンピュータを示す図である。 本発明による制御コンピュータの構造を示す図である。

符号の説明

１ 制御コンピュータ
２ 光学式通過センサ装置
３ 印刷機
４ シリアルインターフェース
５ 光発信器
６ 光受信器
１０ 内部シリアルインターフェース
１１ デジタル出入力部
１２ 安全経路のコンピュータ
１３ 動作経路のコンピュータ
１４ 内部データインターフェース
１５ 操作キー
１６ 光学式通過センサ装置のミューティング信号
１７ ディスプレイ
１８ リミットスイッチ

Claims (10)

1. 接続可能な信号処理装置（１）へ出力信号を伝送するためのインターフェース（４）を備えた、非接触式に作用する安全装置（２）において、
   非接触式に作用する前記安全装置（２）の個々のセンサ（６）の出力信号を、前記インターフェース（４）を介して別々に伝送可能であることを特徴とする、非接触式に作用する安全装置。
2. 前記の別々の出力信号を前記インターフェース（４）によって前記信号処理装置（１）へシリアルに伝送可能である、請求項１に記載の非接触式に作用する安全装置。
3. 前記インターフェース（４）を介して送られる出力信号の伝送プロトコルがワンエラーセーフティを保証する、請求項１または２に記載の非接触式に作用する安全装置。
4. 前記インターフェース（４）を介して伝送される出力信号が光学式通過センサ装置（２）の個々のセンサ（６）に割り当てられている、請求項１から３までのいずれか１項に記載の非接触式に作用する安全装置。
5. 枚葉紙処理機械（３）のための制御コンピュータ（１）において、
   前記制御コンピュータ（１）が、請求項１から４までのいずれか１項に記載の非接触式に作用する安全装置（２）の接続部との少なくとも１つの外部インターフェース（４）を有していることを特徴とする、枚葉紙処理機械のための制御コンピュータ。
6. 前記制御コンピュータ（１）が、互いに独立して作動する少なくとも２つのコンピュータユニット（１２，１３）を有しており、そのうち一方は動作経路の信号を処理し、他方は安全経路の信号を処理する、請求項５に記載の制御コンピュータ。
7. 前記制御コンピュータ（１）の使用開始時に、非接触式に作用する接続された前記安全装置（２）が妥当性チェックでテストされる、請求項５または６に記載の制御コンピュータ。
8. 請求項５から７までのいずれか１項に記載の制御コンピュータ（１）を備えている印刷機。
9. 請求項１から４までのいずれか１項に記載の非接触式に作用する安全装置（２）を備えている印刷機。
10. 請求項１から４までのいずれか１項に記載の非接触式に作用する安全装置（２）を備えている、被印刷体の仕上げ処理機械。

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