JP2008180653A - 多光軸光電センサ - Google Patents

Abstract

【課題】安全出力の出力極性とは無関係に非安全出力の極性を選択し得る多光軸光電センサを提供する。
【解決手段】複数の投光素子を有する投光器と、各投光素子からの光ビームを受ける受光素子を有する受光器とを備え、投受光器の間に侵入する物体を検出すると共に、所定の制御対象を制御するための安全出力と、安全出力とは異なる非安全出力とを互いに異なる端子から個別に出力する多光軸光電センサに関する。安全出力のＯＮ・ＯＦＦを制御する安全出力制御回路５０と、非安全出力を制御する非安全出力制御回路５３と、安全出力制御回路からの出力をＮＰＮ出力とＰＮＰ出力とに切り替える第１切替手段３１と、非安全出力制御回路５３からの出力をＮＰＮ出力とＰＮＰ出力とに切り替える第２切替手段３２とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、所定領域に侵入する人体等を検知するためのライトカーテンを形成する多光軸光電センサに関し、より詳しくは、ＰＮＰ出力とＮＰＮ出力とを使い分けることのできる多光軸光電センサに関するものである。

プレス機械等の危険源とみなされる機械から人の安全を確保するために、危険源へ人が侵入可能な経路には、人体等を検知する多光軸光電センサが多用されている。多光軸光電センサは、数多くの投光素子を一列に配置した投光器と、この投光素子からの光ビームを受ける数多くの受光素子を一列に配置した受光器とを含み、これら投光器と受光器とで危険区域を仕切る複数の光軸列によりライトカーテンを形成し、このライトカーテンに遮光物が侵入すると光軸の遮光を検知して、危険源を強制的に作動停止させて安全を確保するために、危険源を駆動するモータ等の電源を遮断する遮断指令信号を出力する。

多光軸光電センサは、その出力の形式により２種類に分類することができる。すなわち、多光軸光電センサは、ＰＮＰ出力を行うＰＮＰ出力タイプと、ＮＰＮ出力を行うＮＰＮ出力タイプとが存在している。

世界的に見ると、国際規格等の要求事項を満足させるために、多光軸光電センサに供給される電力のうちマイナス側をフレームグランドに接続した場合に安全出力はＰＮＰ出力タイプを使用する必要がある。プラス側をフレームグランドに接続した場合に安全出力はＮＰＮ出力タイプを使用する必要がある。

これによれば出力ケーブルの被覆が損傷し、機械の一部、つまりフレームグランド電位の金属部分と多光軸光電センサの出力線とがショートした場合でも、フェールセーフ側に故障して、機械の動作を止めることができる。

上述のように、多光軸光電センサは、その出力の形式として、ＰＮＰ出力タイプとＮＰＮ出力タイプとが混在しており、例えば、ユーザが両方の出力タイプを使用している場合には、２種類の多光軸光電センサを在庫として用意しておく必要がある。

また、多光軸光電センサのメーカにとっては、ＰＮＰ出力タイプとＮＰＮ出力タイプとを別々に製造販売しなければならない。

そこで、従来より、選択的にＮＰＮ出力又はＰＮＰ出力に使い分けることができる多光軸光電センサが提案されている（特許文献１）。
特開２００３−２５５０５４号（要約）

前記先行技術では、ユーザがＮＰＮ出力用アダプタ又はＰＮＰ出力用アダプタを選択することにより、多光軸光電センサをＮＰＮ又はＰＮＰに使い分けることができる。

しかし、近年、多光軸光電センサの多機能化に伴い、安全出力以外の出力（以下、「非安全出力」という。）が要求されるようになってきた。
ここで、「安全出力」とは、故障ないし異常時にフェールセーフ性が高められた出力であって、たとえばプレス機などの危険源を駆動している原動機（たとえばモータ）を停止させるために厳しく規格化された出力をいう。
「非安全出力」とは、前記安全出力以外の出力であって、たとえば多光軸光電センサを使い易くするために、あるいは、多光軸光電センサの機能を高めるために、多光軸光電センサの状態などを出力するための出力をいう。
両出力は、出力情報の性質上互いに異なる端子から別々に出力される。

プラス側を接地すると、たとえば−２４Ｖなどの電位の電力を供給しなければならず、また、多光軸光電センサと接続される機器についても同様の電位で設計する必要があるため、場合によっては工場全体の電気系統を配線し直す必要が生じる。
前記安全出力の場合、接地の極性によって危険側故障を引き起こす事から、極性に応じた安全出力極性を選択する（具体的にはマイナス側接地であればＰＮＰ出力）。一方、非安全出力の場合は、危険側故障という要求がないので、接地の極性によって非安全出力の極性を選択する必要がなく、非安全制御機器にとって都合の良い極性を選択すればよいので、安全出力の極性に影響されたくない。例えば、他の機器と極性が同じの方が都合が良く、具体的にはマイナス側接地であったとしても、他の機器と同じ極性のＮＰＮ出力を選択したいユーザが多い。

したがって、本発明の目的は、安全出力の出力極性とは無関係に非安全出力の極性を選択し得る多光軸光電センサを提供することである。

前記目的を達成するために本発明は、複数の投光素子を有する投光器と、前記各投光素子からの光ビームを受ける受光素子を有する受光器とを備え、前記投受光器の間に侵入する物体を検出すると共に、所定の制御対象を制御するための安全出力と、前記安全出力とは異なる非安全出力とを互いに異なる端子から個別に出力する多光軸光電センサにおいて、前記安全出力のＯＮ・ＯＦＦを制御する安全出力制御回路と、前記非安全出力を制御する非安全出力制御回路と、前記安全出力制御回路からの出力をＮＰＮ出力とＰＮＰ出力とに切り替える第１切替手段と、前記非安全出力制御回路からの出力をＮＰＮ出力とＰＮＰ出力とに切り替える第２切替手段とを備えている。

本発明によれば、安全出力と非安全出力について各々切替手段を設けたので、各々、個別に出力極性を切り替えることができる。したがって、安全出力の出力極性とは無関係に非安全出力の出力極性を選択することができる。

本発明においては、前記安全出力制御回路からの出力をＮＰＮ出力で出力する第１ＮＰＮ出力回路と、前記安全出力制御回路からの出力をＰＮＰ出力で出力する第１ＰＮＰ出力回路とが前記安全出力制御回路に接続されていてもよい。

また、本発明においては、前記非安全出力制御回路からの出力をＮＰＮ出力で出力する第２ＮＰＮ出力回路と、前記非安全出力制御回路からの出力をＰＮＰ出力で出力する第２ＰＮＰ出力回路とが前記非安全出力制御回路に接続されていてもよい。

前記極性の互いに異なる出力回路を備えている場合、前記出力回路の一方を選択的に前記制御回路に接続する切替スイッチを設けて極性を切り替えてもよい。

あるいは、前記極性の互いに異なる出力回路ごとに出力端子を接続し前記出力端子を選択することで、極性を切り替えてもよい。この場合、出力端子が切替手段を構成する。

本発明における好ましい実施例では、前記非安全出力の前記端子に出力側が接続されたプッシュプル式の出力回路を備え、第２切替手段は前記プッシュプル式の出力回路のＰＮＰ型トランジスタおよびＮＰＮ型トランジスタのベースに同じ極性の制御電圧を印加することで、前記ＮＰＮ出力とＰＮＰ出力とを切り替えることを特徴とする。

以下、本発明の実施例を図面にしたがって説明する。
図１において、実施例の多光軸光電センサ１は、一対の投受光器２，３を有し、通信線又は信号線Ｌ１を介して前記投光器２と受光器３とが互いに接続される。投受光器２，３は、通信線又は信号線を介して直列に増設可能であり、図示しないセンサユニット同士が互いに接続される。

投光器２は、細長いケーシングを有し、このケーシングの中に、その長手方向に沿って一列にＮ個の投光素子７が等間隔に配置されている。

同様に、受光器３は、細長いケーシングを有し、このケーシングの中に、その長手方向に沿って一列に、投光素子と同じ数の受光素子８が等間隔に配置されており、隣接する受光素子８、８間の間隔は、上述した投光器２の投光素子７の間隔と同じである。

投光器２と受光器３は、同一平面上において互いに対面して配置され、投光器２の各投光素子７から、これに対応する受光器３の受光素子８に向けて光ビームが発射されることにより投光器２と受光器３との間にセーフティライトカーテンが形成される。図１に示す参照符号１０は光軸を示す。

投光器２は、発光ダイオードなどのＮ個の投光素子７と、これらＮ個の投光素子７を個々に駆動するＮ個の投光回路１２と、これらＮ個の投光回路１２を時分割でスキャンする素子切替回路１３と、投光器２を全体的に制御する投光制御回路１４とを有する。投光制御回路１４はクロック発生回路１５からのクロック信号を受けてＮ個の投光素子７を順次発光させる投光タイミングを生成する。

投光器２は、受光器３との間の通信、例えばタイミング信号の授受を制御すると共に、他の増設された投光器との間の通信を制御する通信制御回路１７を含み、投光制御回路１４は、受光器３からの指示を受けて、Ｎ個の投光回路１２を順次起動させることにより、一番目の光軸１０の投光素子７からＮ番目の投光素子７まで次々と点灯させる。これにより、投光器２は、受光器３に向けて、所定の投光タイミングで一番目の光軸１０からＮ番目の光軸１０まで、順次、光ビームを発射する。

受光器３は、受光ダイオードなどのＮ個の受光素子８と、これらＮ個の受光素子８を個々に駆動するＮ個の受光回路１８と、これらＮ個の受光回路１８を時分割でスキャンする素子切替回路１９と、受光器３を全体的に制御する受光制御部２０とを有し、受光制御部２０はクロック発生回路２１からのクロック信号を受けてＮ個の受光素子８を順次有効化する。

受光器３は、また、投光器２との間の通信、例えばタイミング信号の授受を制御すると共に、他の増設された受光器３との間の通信を制御する通信制御回路２３を含み、受光制御部２０は、投光器２からのタイミング信号を受けて、投光器２から次々に発射される光ビームに対応する受光素子８からの出力を取り込むことができるように、第１番目の受光素子８の光軸１０からＮ番目の光軸１０まで、順次、有効化する。

前記受光器３には、入出力部５が設けられている。
図２のように、入出力部５には、安全および非安全出力制御回路５０，５３が内蔵され、これらの出力制御回路５０，５３からプレス機などの危険源の安全制御装置や非安全制御装置に対して信号が出力される。

図２に示すように、入出力部５は、また、安全出力制御回路５０に接続された第１ＰＮＰ出力回路５１及び第１ＮＰＮ出力回路５２とを含み、入出力部５のコネクタ部分であるアダプタ装着部６には、第１ＰＮＰ出力と第１ＮＰＮ出力の両方が出力される。すなわち、アダプタ装着部６には、＋電位入力端子５ａ（たとえば＋２４Ｖ用入力端子）、−電位入力端子５ｂ（たとえば０Ｖ用入力端子）、第１ＰＮＰ出力回路５１に接続された第１ＰＮＰ出力端子５ｃ、第１ＮＰＮ出力回路５２に接続された第１ＮＰＮ出力端子５ｄが設けられている。これら２つの出力回路５１，５２および２つの出力端子５ｃ，５ｄは、第１切替手段３１を構成する。

更に、入出力部５は、非安全出力制御回路５３に接続された第２切替手段３２を含む。アダプタ装着部６は第２出力端子５ｅを有し、前記第２切替手段３２からの第２出力が出力される。後述するように、この第２出力端子５ｅにはＰＮＰ出力またはＮＰＮ出力の一方が選択的に出力される。

多光軸光電センサ１には、アダプタ装着部６に対して着脱可能な２種類の選択アダプタ６Ａ（図２（ａ）），６Ｂ（図２（ｂ））が用意されており、これらの選択アダプタ６Ａ，６Ｂのうちの一方を選択的にアダプタ装着部６に装着することにより、安全出力についてＰＮＰ出力を行うＰＮＰ出力タイプと、ＮＰＮ出力を行うＮＰＮ出力タイプとに使い分けることができる。

図２（ａ）に示す第１の選択アダプタ６Ａは、第１ＮＰＮ出力端子５ｄから出力信号を受け取ってケーブル１６を介してプレス機などの危険源に対して信号を出力するＮＰＮ出力用アダプタである。ＮＰＮ出力用アダプタ６Ａは、非安全入力端子６ｅ，ＮＰＮ入力端子６ｄ，＋電位用出力端子６ａ（たとえば＋２４Ｖ用出力端子），−電位用出力端子６ｂ（たとえば＋０Ｖ用出力端子）を有する。ＮＰＮ出力用アダプタ６Ａをアダプタ装着部６に接続すると、非安全入力端子６ｅが第２出力端子５ｅに連結され、ＮＰＮ入力端子６ｄが第１ＮＰＮ出力端子５ｄに連結され、＋電位用出力端子６ａが＋電位入力端子５ａに連結され、−電位用出力端子６ｂが−電位入力端子５ｂに連結される。

ＮＰＮ出力用アダプタ６Ａから延びる入出力ケーブル１６は、耐ノズル性に優れたシールド線で構成され、この入出力ケーブル１６は、アダプタ６Ａの非安全入力端子６ｅに接続された出力線１６ｅと、アダプタ６ＡのＮＰＮ入力端子６ｄに接続された出力線１６ｄと、アダプタ６Ａの＋電位用出力端子６ａに接続された＋電位線１６ａ、アダプタの−電位用出力端子６ｂに接続された−電位線１６ｂとを含んでおり、入出力部５からの出力信号を出力する出力ケーブルとしての機能と、多光軸光電センサ１に電源を供給する入力ケーブルとしての機能とを有する。入出力ケーブル１６はＮＰＮ出力用アダプタ６Ａと一体であってもよく、これをコネクタを用いて離脱可能に接続したものであってもよい。

すなわち、入出力ケーブル１６は、その電位線１６ａ，１６ｂが電源ユニット３０に接続され、出力線１６ｅが図外の非安全制御機器等に接続され、出力線１６ｄが図外のプレス機などの危険源の制御機器に接続される。

図２（ｂ）に示す第２の選択アダプタ６Ｂは、第１ＰＮＰ出力端子５ｃから出力信号を受け取ってケーブル１６を介してプレス機などの危険源に対して信号を出力するＰＮＰ出力用アダプタである。ＰＮＰ出力用アダプタ６Ｂは、上述した非安全入力端子６ｅ，＋電位用出力端子６ａ，−電位用出力端子６ｂの他に、ＰＮＰ入力端子６ｃを有する。ＰＮＰ出力用アダプタ６Ｂをアダプタ装着部６に接続すると、＋電位用出力端子６ａが＋電位入力端子５ａに連結され、−電位用出力端子６ｂが−電位入力端子５ｂに連結されると共に、ＰＮＰ入力端子６ｃが第１ＰＮＰ出力端子５ｃに連結され、非安全入力端子６ｅが第２出力端子５ｅに連結される。

このＰＮＰ出力用アダプタ６Ｂに連結されたケーブル１６は、先に説明したシールド線で構成されており、ケーブル１６の電位線１６ａ，１６ｂによって電位入力端子６ａおよび６ｂが電源ユニット３０に接続され、出力線１６ｅによってアダプタ６Ｂの非安全入力端子６ｅが図外の非安全制御機器等に接続され、出力線１６ｃによって、アダプタ６ＢのＰＮＰ入力端子６ｃが、図外のプレス機などの制御対象に接続される。入出力ケーブル１６はＰＮＰ出力用アダプタ６Ｂと一体であってもよく、これをコネクタを用いて離脱可能に接続するようにしてもよい。
なお、バックアップや冗長性を持たせるために、端子５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄなどについては、同一の機能のものを複数設けてもよい。

つぎに、安全側の出力回路５１，５２の一例について説明する。

図３（ａ）の第１ＰＮＰ出力回路５１はＰＮＰ型トランジスタＱ１からなり、このトランジスタＱ１は安全出力制御回路５０（図２）からの制御信号がベースに入力される。このトランジスタＱ１のオフ時には、電源端子＋Ｂ１から第１ＰＮＰ出力端子５ｃに電流が流れ、一方、オン時には、電源端子＋Ｂ１からの電流は流れない。

図３（ｂ）の第１ＮＰＮ出力回路５２は、ＮＰＮ型トランジスタＱ２からなり、このトランジスタＱ２は、安全出力制御回路５０（図２）からの制御信号がベースに入力される。このトランジスタＱ２のオン時には外部の制御機器から第１ＮＰＮ出力端子５ｄを介してトランジスタＱ２に電流が流れ、一方、オフ時には電流が流れない。

つぎに、非安全側の回路の一例について説明する。
図２の非安全出力制御回路５３の出力側には図３（ｃ）、（ｄ）に示す第２切替回路３２が接続されている。第２切替回路３２はプッシュプル回路を形成するＮＰＮ型トランジスタＱ４およびＰＮＰ型トランジスタＱ５を有している。

２つのトランジスタＱ４，Ｑ５は、前記非安全出力制御回路５３と第２出力端子５ｅとの間に並列に接続され、そのベースに同じ極性の制御信号が入力される。トランジスタＱ４のエミッタとトランジスタＱ５のエミッタとがＯ３点を介して第２出力端子５ｅに接続されている。
なお、Ｒ１〜Ｒ３は抵抗である。

図３（ｃ）において、トランジスタＱ３のオフ時にはＯ１，Ｏ２点の電位が電源＋Ｂ２と同じＨレベルとなり、トランジスタＱ４およびトランジスタＱ５のベースに電圧が印加され、電源＋Ｂ２からＮＰＮ型トランジスタＱ４を通って第２出力端子５ｅに電流が流れる。

一方、図３（ｄ）のトランジスタＱ３のオン時には、Ｏ１，Ｏ２点の電位がＬレベルとなり、トランジスタＱ４およびトランジスタＱ５のベースに電圧が印加されず、電源＋Ｂ２からは電流が流れず、第２出力端子５ｅからＰＮＰ型トランジスタＱ５を通って接地側に電流が流れる。

ここで、非安全出力としてＮＰＮ出力を所望する場合には、当該ＮＰＮ出力を受け付ける入力回路を第２出力端子５ｅと電源＋Ｂ２と同じＨレベルの電位との間に接続し、非安全出力がオン時に図３（ｄ）の動作をさせ、非安全出力がオフ時に図３（ｃ）の動作をさせる。これにより、通常のＮＰＮのオープンコレクタ出力と同等の信号の受け渡しが行われる。

一方、非安全出力としてＰＮＰ出力を所望する場合には、当該ＰＮＰ出力を受け付ける入力回路を第２出力端子５ｅと電源−と同じＬレベルの電位との間に接続し、非安全出力がオン時に図３（ｃ）の動作をさせ、非安全出力がオフ時に図３（ｄ）の動作をさせる。これにより、通常のＰＮＰのオープンコレクタ出力と同等の信号の受け渡しが行われる。

なお、非安全出力がオフ時とオン時の出力状態を、非安全出力がＮＰＮ出力として動作するか、ＰＮＰ出力として動作するかに応じて変えているが、ＮＰＮ出力動作及びＰＮＰ出力動作に拘わらず同じ出力状態としてもよい。この場合、多光軸光電センサ側でＮＰＮ出力動作かＰＮＰ出力動作かを判別して出力論理を切り換える代わりに、当該出力を受け付ける入力回路側でＮＰＮ出力動作かＰＮＰ出力動作かを判別し必要に応じて論理反転を行えばよい。

図４は実施例２を示す。
この実施例では、第２切替手段３２として、第１切替手段３１と同様に、第２ＮＰＮ出力回路５４および第２ＰＮＰ出力回路５５を非安全出力制御回路５３に並列に接続し、かつ、第２ＮＰＮ出力回路５４および第２ＰＮＰ出力回路５５にそれぞれ第２ＮＰＮ出力端子５ｇおよび第２ＰＮＰ出力端子５ｆが接続されている。この場合、非安全側の２つの出力端子５ｇ，５ｆに選択的にケーブルを接続することで、前記安全側と同様にＮＰＮ出力とＰＮＰ出力とが切り替わる。

図５は実施例３を示す。
この実施例の第２切替手段３２は、非安全出力制御回路５３に並列に接続された第２ＮＰＮ出力回路５４および第２ＰＮＰ出力回路５５と、前記第２ＮＰＮ出力回路５４または第２ＰＮＰ出力回路５５を第２出力端子５ｅに選択的に接続する切替スイッチ５６とを備える。切替スイッチ５６は、たとえばディップスイッチからなり、第２ＮＰＮ出力回路５４を第２出力端子５ｅに接続すると、ＮＰＮ出力が出力され、一方、第２ＰＮＰ出力回路５５を第２出力端子５ｅに接続するとＰＮＰ出力が出力される。

なお、多光軸光電センサからの前記出力だけでなく、多光軸光電センサへの入力についても、安全側と無関係に非安全側のＮＰＮ出力およびＰＮＰ出力を切り替えることができるようにしてもよい。

前記実施例では入出力部５を受光器３に内蔵して設けたが、本発明においては、入出力部５を必ずしも内蔵する必要はなく、図６のように、入出力部５の機能を持つコントローラ５Ｂを外付けで設けてもよいし、あるいは、投光器２に内蔵してもよい。

本発明は所定領域に侵入する人体等を検知するためのライトカーテンを形成する多光軸センサに利用することができる。

本発明の実施例１の多光軸光電センサを示す概略構成図である。 安全出力の切替方法を示す入出力部およびケーブル等の概略構成図である。 出力回路を示す回路図である。 実施例２を示す入出力部の概略構成図である。 実施例３を示す入出力部の概略構成図である。 実施例４の多光軸光電センサを示す概略構成図である。

符号の説明

１：多光軸光電センサ
２：投光器
３：受光器
７：投光素子
８：受光素子
３１：第１切替手段
３２：第２切替回路
５０：安全出力制御回路
５１：第１ＰＮＰ出力回路
５２：第１ＮＰＮ出力回路
５３：非安全出力制御回路
５４：第２ＮＰＮ出力回路
５５：第２ＰＮＰ出力回路

Claims (4)

1. 複数の投光素子を有する投光器と、前記各投光素子からの光ビームを受ける受光素子を有する受光器とを備え、前記投受光器の間に侵入する物体を検出すると共に、所定の制御対象を制御するための安全出力と、前記安全出力とは異なる非安全出力とを互いに異なる端子から個別に出力する多光軸光電センサにおいて、
   前記安全出力のＯＮ・ＯＦＦを制御する安全出力制御回路と、
   前記非安全出力を制御する非安全出力制御回路と、
   前記安全出力制御回路からの出力をＮＰＮ出力とＰＮＰ出力とに切り替える第１切替手段と、
   前記非安全出力制御回路からの出力をＮＰＮ出力とＰＮＰ出力とに切り替える第２切替手段とを備えたことを特徴とする多光軸光電センサ。
2. 請求項１において、前記安全出力制御回路からの出力をＮＰＮ出力で出力する第１ＮＰＮ出力回路と、前記安全出力制御回路からの出力をＰＮＰ出力で出力する第１ＰＮＰ出力回路とが前記安全出力制御回路に接続されている多光軸光電センサ。
3. 請求項２において、前記非安全出力制御回路からの出力をＮＰＮ出力で出力する第２ＮＰＮ出力回路と、前記非安全出力制御回路からの出力をＰＮＰ出力で出力する第２ＰＮＰ出力回路とが前記非安全出力制御回路に接続されている多光軸光電センサ。
4. 請求項１もしくは２において、前記非安全出力の前記端子に出力側が接続されたプッシュプル式の出力回路を更に備え、
   第２切替手段は前記プッシュプル式の出力回路のＰＮＰ型トランジスタおよびＮＰＮ型トランジスタのベースに同じ極性の制御電圧を印加することで、前記ＮＰＮ出力とＰＮＰ出力とを切り替える多光軸光電センサ。

Images