JP2013525123A - 第1の機械部品が第2の機械部品に対して工作移動動作を行う機械用の安全装置 - Google Patents

第1の機械部品が第2の機械部品に対して工作移動動作を行う機械用の安全装置 Download PDF

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Abstract

【課題】工作機械において操作員の最適な保護を達成するための安全装置を提供すること。
【解決手段】安全装置は、複数の光学安全バリア(130,134,138,148,156)と評価ユニット(36)とを備えている。前記光学安全バリアは、第1の機械部品(14, 18, 20)の端縁(32)に先立って様々な離間配置で移動するように、工作移動動作(28)において前記第1の機械部品と同時に移動する。前記光学安全バリアは、二次元横断面を有する保護フィールド(124)に及んでいる。前記評価ユニットは、前記光学安全バリアに依存して前記第1の機械部品を停止するための停止信号を生成する。工作移動動作の最後に向けて、前記光学安全バリアは、第2の機械部品(16,22,24)の領域においてほぼ静止状態に保持される。前記評価ユニットは、前記第1の機械部品が前記光学安全バリアを遮る前に、前記光学安全バリアを次から次へと順次停止する。
【選択図】図4

Description

本発明は、第1の機械部品が第2の機械部品に向かって工作移動動作を行う機械用の安全装置であって、前記第1の機械部品が、移動方向に前端縁を有し、前記前端縁が移動平面を定義し、前記安全装置が、複数の光学安全バリアと評価ユニットとを備え、前記光学安全バリアが、端縁に先立って様々な離間配置で移動するように第1の機械部品と同時に工作方向に移動し、前記光学安全バリアが、二次元横断面を有する保護フィールドに及んでおり、前記評価ユニットが、光学安全バリアに依存して第1の機械部品を停止するための停止信号を生成するように設計されている安全装置に関する。
このタイプの安全装置は、例えば、下記特許文献1により公知である。
非切削方法による公知の工作物加工法として、工作物の曲げ加工、または工作物の縁部の曲げ加工がある。その際、当初平坦な工作物は、加工箇所の領域において圧力下で再整形される。機械加工の場合、この目的のために使用する機械は、一般的にプレスブレーキと呼ばれている。しかし、本発明は、狭義のプレスブレーキ機械に限定されず、2つの機械部品が互いに近接して危険な工作移動動作を行い、事故を回避するために同時に移動して非接触で動作する保護装置を備えた縁部プレスブレーキ機械、型打機、切断機などの機械において、同様に使用することができる。
プレスブレーキ機械の場合、実質的に、曲げパンチを使用して工作物をダイに対して押圧することによって工作物の整形を行う。曲げパンチおよびダイを相応に設計することにより、所望の整形を達成する。ダイは、据え付けの下側工具キャリアに配置される一方で曲げパンチは、可動の上側工具キャリアに配置される工具である場合が多い。しかし、2つの工具キャリアの相対移動にのみ関するものであるので、代替として、ダイが移動可能である場合もあるし、2つの工具キャリアが互いに近接移動可能である場合もある。本発明の安全装置は、これら全ての場合に使用可能である。
プレスブレーキ機械を使用する際に、操作員が、相当な危険に曝されること、特に、体の一部が押し潰されたり、切断されたりする危険に曝されることは容易に理解される。したがって、事故を可能な限り回避するために、プレスブレーキ機械などに安全装置を装備することは、長い間公知となっている。
先行技術は、第1の機械部品が第2の機械部品に向かって工作移動動作を行うプレスブレーキ機械など、同様の機械用の同時移動保護装置に対する提案を多数開示している。例えば、現時点では、以下の文書、特許文献2、特許文献3、特許文献4、特許文献5、特許文献6、特許文献7、特許文献8、特許文献9、特許文献10、特許文献11、特許文献12、特許文献13、特許文献14、特許文献15、特許文献16、特許文献17、特許文献18を参照するが、このリストが全てであるとは言わない。
提案の多くは、機械の工作移動動作に対する様々な方向からの危険な侵入および/または様々な動作状況における危険な侵入を確実に認識するために、可動機械部品の前端縁における危険領域を可能な限り安全にする作業に関連している。下記特許文献15などの提案の多くは、可動機械部品の前端縁の領域に複数の光学バリア/光ビームを配置することに関連している。機械部品の工作移動動作において、これらの光ビームの少なくとも1つが遮られると直ちに、機械の工作移動動作を停止する出力信号を生成する。例えば、下記特許文献11において、受光側でカメラを使用して複数の光学バリアを達成するという提案もある。そして、「大きな」光ビームを使用して、カメラ全域に照射する。しかし、この場合、カメラセンサの選択されたピクセル領域のみが、監視、評価される。ピクセル領域において陰影が光ビームを覆うと、これらのピクセル領域は、スイッチオフ信号を発する。
下記特許文献19には、プレスブレーキ機械を安全にするためのカメラに基づく安全装置が記載されている。幾つかの異なる保護フィールドが、図示されている。受光装置の総視野面積の10%未満の極めて小さな保護フィールドに加えて、大面積の保護フィールドも図示されている。ある実施形態においては、大面積保護フィールドは、複数の非接続線形部分で構成されている。線形部分は、前端縁により定義される移動平面に平行に配置される。
全ての場合において、問題は、機械の生産性に悪影響を及ぼす不要な誤警報を発することなく、プレス工具の移動経路への危険な侵入を如何にして確実に認識可能とするかである。さらに、危険な場合に機械を迅速に停止可能とするために、危険な侵入を可及的迅速に認識することも望ましい。その際、全ての光学バリアおよび/または保護フィールドの形状は、保護フィールドにおける、加工速度、エラー認識の信頼性、誤警報の回避および製造費の要件の妥協点である。多数の公知の提案にもかかわらず、矛盾する要件を可能な限り最適な方法で達成する安全装置を提供することも望まれている。
さらに、工作移動動作の最後まで保護フィールドを維持することも望まれ、機械操作員は、工作移動動作の最後の最後まで保護される。しかし、この場合、先端安全バリアが、工作移動動作が完了する前に第2の機械部品および/または工作物によって遮られるので、問題が起こる。したがって、光学安全バリアは、工作移動動作の最後に停止しなければならない。この意図的な停止は、「ミューティング」として公知である。ミューティングが無ければ、第1の機械部品は、安全装置によって早期に停止されるので、工作移動動作を完了することができない。
下記特許文献20には、保護フィールドの全域を監視し、工作移動動作の最後に連続的に減少させるようにしたカメラに基づく安全装置が開示されている。しかし、この様な方策は、高度な演算能力を必要とし、結果的に、実用化のコストが高くつく。
下記特許文献21には、工作移動動作の最後に順次停止させる複数の個々の光学安全バリアを有する安全装置が開示されている。したがって、この公知の安全装置は、工作移動動作の完了まで操作員をある程度保護することができる。しかし、安全バリアの数や分布により、保護フィールドの調整時にむしろ大まかな調整ステップが可能となるだけであるので、ある程度の保護では最適とは言えない。光学安全バリアを停止する瞬間においては、保護フィールドの範囲が上方に「跳躍」して、工作物との間に隙間ができるが、その隙間は、第1の機械部品の更なる工作移動動作により単に再閉鎖される。
独国特許出願公開第202 17 426 U1号明細書 独国特許第852 037号明細書 独国特許出願公開第27 50 234 C2号明細書 独国特許出願公開第197 17 299 A1号明細書 独国特許出願公開第100 27 156 A1号明細書 独国特許出願公開第101 43 505 A1号明細書 独国特許出願公開第101 14 784 A1号明細書 独国特許出願公開第102 46 609 A1号明細書 独国特許出願公開第102 47 136 A1号明細書 独国特許出願公開第103 09 399 A1号明細書 独国特許出願公開第10 2004 058 472 A1号明細書 独国特許出願公開第10 2004 020 024 A1号明細書 英国特許第1 307 078号明細書 豪州特許第566 795 B号明細書 米国特許第5,579,884号明細書 米国特許第6,316,763 B1号明細書 国際出願公開第03/080268 A1号明細書 国際出願公開第00/67932号明細書 欧州特許出願公開第1 674 785 B1号明細書 独国特許出願公開第103 53 353 A1号明細書 欧州特許出願公開第1 387 121 B1号明細書
この様な背景を鑑みて、本発明の目的は、序論に記載のタイプの安全装置であって、保護機能を達成するために必要な演算経費を削減し、演算負荷を低減する一方で、高生産性工作機械において操作員の最適な保護を達成するための安全装置を提供することである。さらに、序論に記載のタイプの安全装置であって、特に危険な工作移動動作の最後に操作員の最適な保護を提供可能な安全装置を提供することである。
本発明の第1の態様によれば、この目的は、序論に記載のタイプの装置であって、光学安全バリアが、工作移動動作の最後まで第2の機械部品の領域においてほぼ静止状態に保持され、第1の機械部品が光学安全バリアを遮る前に、光学安全バリアを次から次へと順次停止するように評価ユニットが設計されている装置によって達成される。
第1の態様への補足であってもよいし、第1の態様とは別個であってもよいが、公知の安全装置に対する好適な改良を示す更なる態様によれば、光学安全バリアが、少なくとも3列の相互に関連する光学安全バリアを形成し、第1の光学バリアを有する第1の列および第2の光学安全バリアを有する第2の列が、互いに略平行に配列され、第3の光学安全バリアを有する第3の列が、第1の列と第2の列との間に配置され、第1の列および第2の列は、それぞれ移動平面に略平行に配置され、第3の列は、移動平面に略直角に配置されている。
一方、本発明の安全装置は、光学安全バリアを全て同時に停止するのではなく、各安全バリアが遮られる直前に連続して停止するという考えに基づいている。好適な変形態様においては、下方に移動し続ける第1の機械部品がスイッチオフ信号を発することがないように、第1の測定バリアによって保護フィールドを工作物の位置にほぼ静止状態に保持し、保護フィールドの高さを上から下げる。別個の光学安全バリアの好適な使用の場合、この様に安全バリアを上から下へと段階的に停止する(上方からミューティングする)一方で、保護フィールドの下端部を工作物の位置またはその真上に保持する。
様々な方法で保護フィールドを工作物の位置で静止状態に保つことができる。ある好適な実施形態は、ピクセルマトリックスを有するカメラセンサによって、保護フィールドを達成し、第1の機械部品の下方移動に同期してカメラセンサの評価ピクセルの選択を上方へ移動して、「仮想」静止保護フィールドを移動中の第1の機械部品に対して生成する。その代替あるいは追加として、工作移動動作の終盤に受光装置を移動中の機械部品から脱離させて、最終的に静止状態に維持できるような方法で、受光装置を移動中の機械部品と機械的に連結することもできる。例えば、機械的な連結は、第1の機械部品を第2の機械部品に向けてさらに移動させる一方で、安全装置を停止位置で停止させる弾性バネによって達成することができる。
通常、第1の機械部品の移動経路への侵入は、おそらく実際の曲げ工程または切削工程の直前に工作物の位置を修正するために、工作移動動作の終盤に向けて直接工作物の位置で起こるので、上方からの安全バリアのミューティングが有利である。上方からのミューティングは、急激な変化もなく、工作物の位置における特に重要な領域を一様に監視することを保証する。個々の安全バリアが停止された結果として生じる保護フィールドの如何なる減少も、工作物の重要な把持部位から離反する方向に発生する。さらに、上方からのミューティングは、特に、離間相互配置にある個々の安全バリアが、保護フィールドにまで及ぶ場合、評価ユニットおよび制御ユニットに対する適度な演算能力を必要とする実施を可能とする。光学バリアの停止および/または上方からの保護フィールドの削減は、このように、工作移動動作の終盤において工作物の真上で危険な把持部位の最適な安全性を提供する革新的な方法である。
一方、本発明の安全装置は、相互関連する少なくとも3列の光学バリアを有する保護フィールドの使用に基づいている。3列のうちの2列は、移動平面と略平行に配置されており、移動方向を横断する保護フィールドの最小幅を定義する。これら2列は、保護フィールドの内部領域を包含する。第3の直角の列は、第1の列と第2の列との間に位置する内部領域を、移動平面に平行な方向への如何なる侵入に対しても「保全」する。3列の略直角な配置は、比較的少ない監視ビームを有する比較的大きな保護フィールドに及んでいる。大きな保護フィールドにより、様々な方向からの侵入を確実に認識することができる。さらに、個々のバリアにより、非常に簡単かつ迅速に侵入を監視することができる。さらに、カメラセンサを使用する安全装置の好適な実施の場合に、略直角な配置によって、極めて迅速に選択されたピクセルを読出すことができる。
結果的に、本発明の安全装置により、むしろ小さな演算負荷で、それ故、むしろ小さな演算能力で、操作員の最適な保護を提供することができる。
好適には、3列は、略U字形状で、第1の機械部品の移動方向に開放した構造を形成している。特に好ましい実施態様では、第3の列は、少なくとも部分的に保護フィールドの上縁部を形成している。
これらの特徴は、第1の機械部品の工作移動方向に操作員が巻き込まれることに対して有効な保護を提供することができるので、機械の操作員の最適な保護に貢献する。
更なる改良態様において、第1の列および第2の列は、それぞれ上端部を有し、第1の列の上端部は、第3の列を超えて突出し、第2の列の上端部は、第3の列と面一である。
この改良態様は、機械の操作員の保護をさらに改善する。一方側で保護フィールドを拡大することによって、この一方側で第1の機械部品の工作移動方向に操作員が巻き込まれることに対する保護が改善される。これは、特に、保護フィールドが機械の操作員に対向する側で拡大している場合に適用される。
更なる改良態様において、第1の列は、保護フィールドの第1の側縁部を定義し、第1の列は、移動平面に対して所定の離間距離で配置されている。
好ましくは、所定の離間距離は、指の幅より大きく、特に20mmよりも大きい。第1の列は、操作員側における保護フィールドの外縁部を形成する。この特徴は、操作員の最適な保護に貢献する。結果的に、操作員側からの移動平面への如何なる侵入も、早期に認識可能となる。
更なる改良態様において、第2の列は、ほぼ移動平面上に配置されている。
第2の列は、移動平面に配置されているが、第2の列は、移動平面内に位置しないのが好ましく、むしろ若干ずれているのが好ましい。換言すれば、第2の列も、移動平面に対して離間距離をおいて配置されている。しかし、この離間距離は、移動平面と第1の列との離間距離よりも実質的に小さい。この小離間距離は、加工対象の工作物の直立部分によって発生する誤警報の数を低減するので、箱の折り曲げに特に有利である。他方、第2の列は、移動平面における重要な保護を確保する。
更なる改良態様において、保護フィールドは、移動平面の両側に及んでおり、第1の列および第2の列は、それぞれ移動平面の別々の側に配置されている。
この改良態様は、機械の前方側及び後方側からの侵入に対する保護を提供する。結果的に、この改良態様により、機械の後方側に到達することを防止する保護フェンスの使用を控えることができ、あるいは、少なくともこの様なフェンスの使用を抑えることができる。
更なる改良態様において、安全装置は、第3の列と共に保護フィールドの第2の側縁部を定義する第4の光学安全バリアを備えている。
この改良態様において、第3の列は、第2の列と交差して、第2の列を超えて側方に突出する。しかし、保護フィールドの側縁部を延長するために、第4の光学安全バリアが設けられており、この第4の光学安全バリアが、第3の列の自由端と共に保護フィールドの側縁部を定義する。この実施形態により、危険な移動平面において高分布密度の光学安全バリアを達成し、移動平面の両側において、むしろ少数の安全バリアで二次元保護フィールドを拡張することもできる。
更なる改良態様において、第1の列および第2の列は、それぞれ下端部を有し、第5の光学安全バリアが、2つの下端部の間に配置され、この第5の光学安全バリアが、2つの下端部と共に保護フィールドの下縁部を定義する。
第5の光学安全バリアは、第1の列に近接し、第2の列から離間して配置されており、第5の光学バリアと第2の列との離間距離(結果的に、保護フィールドの下縁部の開口部)は、指の幅よりも大きい。この改良態様では、斜め下からの方向の保護フィールドへの如何なる侵入も、容易に認識される。しかし、同時に、保護フィールドは、開放されたままであり、誤警報の数の減少に寄与し、光学バリアの数を少数に維持する。
更なる改良態様において、機械は、行程超過経路を備え、光学安全バリアの数は、行程超過経路の長さに依存して設定可能である。
この改良態様により、保護機能の実施のために必要な演算負荷を最適化し、誤警報の回避をさらに改善することができる。行程超過経路が長い機械の場合、移動平面への侵入が起こったときに機械を行程超過経路内で確実に停止させるために、高保護フィールドが必要である。これとは対照的に、行程超過経路が短い機械の場合、高さの低い保護フィールドで充分である。好適には、保護フィールドの高さは、行程超過経路長に合わせて、複数の段階で調整可能である。行程超過経路長の減少に伴い、第3の列の下方に配置された光学バリアの数も減少するが、各行程超過経路長にかかわらず、第3の列は、いずれにせよ行程超過経路に合わせて調節された保護フィールドの一部であることが好ましい。
いくつかの実施形態が、この特徴の実用化に適している。第1の実施形態において、全ての光学安全バリアからのデータを評価ユニットに読み込み、評価ユニットにおいて、行程超過経路に合わせて調整された保護フィールドを定義するこれらの光学バリアのデータだけを評価する。更なる実施形態においては、対照的に、行程超過経路に合わせて調整された保護フィールドを定義するこれらの光学バリアからのデータのみを評価ユニットに読み込む。
更なる改良態様において、特に第1の光学測定フィールドの形態の第1の光学測定バリアが、第2の列の下方に配置されている。
ここで提案されている保護フィールドの実施とは無関係に、この改良態様も、別個の光学バリアから保護フィールドを構築するのではなく、むしろカメラセンサを使用して全域を監視するこの様な安全装置を含め、公知の安全装置に対する本発明の改良である。光学測定フィールドは、カメラセンサの選択ピクセル領域であることが好ましいが、原則として、別個の光バリアとすることもできる。光学測定バリアは、第2の列の下方に配置されているので、加工対象の工作物に近接する方向への第1の機械部品の工作移動動作中に最初に遮られる。したがって、前記光学測定バリアは、工作物が保護フィールドに入る前に工作物によって遮られる。第1の機械部品の「柔軟な」減速を開始する目的のために、測定バリアの早期の遮断を好適に使用することができる。結果的に、機械の負荷、機械の振動および機械の摩耗を低減することができる。さらに、好ましい実施形態においては、次の光学監視バリアのミューティングを誘発するために光学測定バリアを使用する。ミューティングを開始するために光学測定バリアを使用することによって、工作移動動作中にミューティングを開始するための位置を正確に定義することができる。さらに、ミューティング位置は、工作物によって異なる厚さに合わせて自動的に調節される。
更なる改良態様において、更なる光学測定バリアが、特に第2の光学測定フィールドの形態で、第1の列および/または第2の列の上方に配置されている。
この改良態様において、序論で引用されている上記特許文献11に記載されているように、本発明の安全装置は、スイッチオフ信号の後で、第1の機械部品の行程超過経路の実際の長さを推定することできる。この点について、行程超過測定工程の詳細に関してはこの文書を参照する。
更なる改良態様において、安全装置は、送光装置と受光装置とを備え、少なくとも受光装置が、第1の機械部品の工作移動動作に際して前端縁に先立って移動するように、第1の機械部品に連結されており、送光装置が、端縁に略平行に延びる光ビームを生成して受光装置に照射し、受光装置が、局所的に解像された光ビームの画像を受信するために、複数のピクセルを有する画像センサを備え、光学バリアが、選択されたピクセルにより構成される。
この改良態様により、極めて強力で費用効果の高い実施が可能となる。これにより、本発明の安全装置を機械に合わせて調整する工程を単純化して、簡単な方法で遡及的に保護フィールドの寸法を変更することができる。さらに、この実施形態により、費用効果が非常に高く、維持管理を抑えた方法で、上方からの好適なミューティングを実施することができる。
更なる改良態様において、本発明の安全装置の光学安全バリアは、それぞれ略正方形の横断面を有している。
この改良態様により、特に簡単で費用効果の高い方法で、単一のカメラセンサにおいて別個の光学バリアを実施することができる。正方形のバリアは、非常に迅速に読出可能な小さな選択ピクセル領域により実施可能である。
言うまでもなく、上記の特徴および下記の特徴は、それぞれ上記の組み合わせでの使用に限定されず、その際に本発明の範囲を逸脱することなく、他の組み合わせまたは単独で使用することができる。
本発明の例示的実施形態は、以下に詳細に説明され、以下の図面に描かれている。
本発明の安全装置の例示的実施形態を有するプレスブレーキ機械の概略図を示す。 図1に示す安全装置の概略図を示す。 図1に示す安全装置の受光装置に照射する光ビームの画像の簡略図を示す。 本発明のミューティング工程の開始時における画像の簡略図を示す。
図1において、本発明の安全装置用の好適な機械としてのプレスブレーキの全体を参照番号10により示す。本発明の例示的実施形態の安全装置12は、プレスブレーキ10の工作動作の間、操作員への危害を防止するために、プレスブレーキ10において使用される。しかし、本発明は、プレスブレーキ機械だけではなく、型打機や裁断機など、2つの機械部品が互いに近接する方向に工作移動動作を行う、その他の機械にも使用可能であることを認識しなければならない。本発明は、1つの機械部品のみが可動である機械に限定されない。本発明に係る安全装置は、複数の機械部品が相互に相対移動する機械にも使用することができる。
プレスブレーキ10は、第1の機械部品、この場合、上側機械部品14と、第2の機械部品、この場合、下側機械部品16とを備えている。第1の機械部品14は、曲げパンチなどの上側工具20が配置されている上側工具キャリア18を備えている。第2の機械部品16は、ダイなどの下側工具24が配置されている下側工具キャリア22を備えている。第1の機械部品14は、駆動装置26を介して矢印方向28に工作移動動作を実行することができる。上側工具20(パンチ)および下側工具24(ダイ)は、共に工作物30を整形可能なプレス工具を構成する。通常、工作物30は、シート状金属部品である。
上側工具20は、工作移動動作28のために、移動平面34を定義する前端縁32を有する。特に、上側工具20が下側工具24に既に近接した状態の場合、操作員の手の侵入など、移動平面34への物体の侵入は、危険な状況を呈する。評価ユニット36に関連して設けられた安全装置12は、前端縁32の領域におけるこの様な侵入を検出し、侵入に依存してプレスブレーキ10の工作移動動作28を停止するために使用される。
安全装置12は、ここでは上側工具キャリア18にそれぞれ取り付けられた送光装置38と、受光装置40とを備えている。送光装置38および受光装置40は、上側工具20の工作移動動作28と同時に移動するように、上側工具キャリア18に連結されている。上側工具キャリア18に取り付けることによって、送光装置38および受光装置40は、前端縁32に先立って移動する。送光装置38は、上側工具20の前端縁32と平行に延びて、受光装置40に照射される光ビーム42を生成する。したがって、送光装置38および受光装置40は、上側工具20の端縁32周辺の保護領域を監視する光バリアを形成し、保護領域は、実質的に光ビーム42により定義される。
送光装置38は、特に好適な実施形態において、約70 lm/Wの光収率を有するいわゆるハイパワーLEDである光源を備えている。しかし、光源は、原則的に、レーザダイオード、蛍光灯、ハロゲンランプまたは他の光源とすることもできる。受光装置40は、複数のピクセル46を有する画像センサ44を備えている。前記画像センサは、図3に示すような、マトリックス様配置のピクセル46を有する画像センサであることが好ましい。画像センサ44は、好適な例示的実施形態においては、対数トランスデューサ特性曲線を有するCMOS画像センサである。さらに、受光装置40は、開口絞りが配置された焦点を有する画像形成光学素子を備えている。好適な例示的実施形態においては、開口絞りの正味内径は、約50μm〜最大150μmの範囲である。ある好適な例示的実施形態において、正味内径は、約75μmである。
現時点での展望からは、送光装置38および受光装置40の両方が上側工具20の工作移動動作28と同時に移動する、図1に示す例示的実施形態が好ましい。しかし、送光装置38が、例えば、移動平面34と平行に配置された光列または光平面を生成する場合、原則的に送光装置38を静止状態で配置することもできる。原則的に、受光装置40が、上側工具20の工作移動動作28中にあらゆる関連箇所で光ビーム42の画像を受信可能であるならば、受光装置40も静止状態とすることができる。
評価ユニット36は、安全装置12と関連して設けられている。評価ユニット36は、送光装置38および受光装置40とは別個に配置可能である。代替態様として、評価ユニット36は、全体的または部分的に送光装置38および/または受光装置40と一体化することができる。評価ユニット36を使用して、受光装置40を制御し、受光装置40により出力された信号に応答して、上側工具20の工作移動動作28を停止するために出力信号を生成する。受光装置によって受信された画像の評価に関する限り、受光装置40自体または評価ユニット36において評価が可能となる。結果的に、受光装置40により出力される出力信号は、これらの2つの代替態様により異なる。
評価ユニット36は、評価/制御プログラムを実行する。この点に関して、評価ユニット36は、様々なスイッチやボタンからの信号を受信する。これらのスイッチやボタンには、例えば、2つの端部スイッチ48、50、脚部ボタン52、非常停止ボタン54、動作モード選択スイッチ56および終了ボタン58が含まれる。2つの端部スイッチ48、50は、上側工具20がその上死点位置にある場合にのみ閉鎖される。結果的に、端部スイッチ48、50の閉位置は、プレスブレーキ10が動作サイクル実行のための開始位置に位置することを示す。プレスブレーキ10の動作サイクルは、脚部ボタン52を作動することにより開始する。危険な状況では、操作員は、非常停止ボタン54を作動することによって、上側工具20の工作移動動作28を中断することができる。安全装置12の保護フィールドモードは、動作モード選択スイッチ56により選択することができ、そして、終了ボタン58により停止することができる。本出願の譲受人は、商品名PSS(登録商標)および商品名PNOZ(登録商標)multiで好適なフェイルセーフ評価ユニットを市場に出している。
通常、プレスブレーキ10は、評価ユニット36に加えて、「通常」動作サイクルを制御する動作制御ユニット60を備えている。原則的に、動作制御ユニット60は、評価ユニット36と結合可能であり、破線で描かれている筐体62によりこれを示す。評価ユニット36を動作制御ユニット60と一体化することもできる。
評価ユニット36および動作制御ユニット60は、矢印64で示すように、データを交換することができる。図1には、受光装置40と駆動装置26とを評価ユニット36および動作制御ユニット60に接続した状態が、単に模式的な特徴を有するように描かれている。例えば、図面は、両駆動装置26を評価ユニット36および動作制御ユニット60に接続した状態を示すわけではない。評価ユニット36と駆動装置26との間に配置されて、駆動装置26を供給電圧から隔離するために用いるアイソレータの図示も、同様に省略されている。この様な省略は、限定効果を意図するものではない。
図2は、安全装置12の原理構造を概略的に示す。
評価ユニット36は、マルチチャネルの冗長な方法で実施されることが好ましい。これは、相互監視して、その処理結果を交換可能な2つの処理装置70、72として図2に示されている。特に好適な実施形態においては、処理装置70、72は、互いに異なり、すなわち、同時エラーの確率を低減するために2つの異なる処理装置タイプを使用する。2つの処理装置70、72は、それぞれ各関連する記憶領域74、76に記憶された評価/制御プログラムを実行する。
インタフェースユニットを参照番号78で示す。前記インタフェースによって、処理装置70、72は、入力装置から入力信号を読み込み、出力装置に出力信号を書き込む。好適な例示的実施形態においては、処理装置70、72は、特に、フェイルセーフ出力信号、好ましくは冗長なフェイルセーフ出力信号79、79’を生成し、これにより、前端縁32の下方領域への危険な侵入が検出された場合に、上側工具20の工作移動動作28を終了する。
安全装置12の動作原理モードを説明するために必要な部材および信号を図2に示す。したがって、この図は、完璧であるとは言えない。例えば、評価ユニット36の場合、診断出力の図示を省略している。
安全装置12は、内部テスト機能を備え、前記安全装置、または前記安全装置に接続された装置において機能不全が起こった場合でも、確実にプレスブレーキ10を安全な状態にすることができる。したがって、本質的にフェイルセーフとするために、安全装置12には非常に高度な要求が課せられる。安全装置12は、例えば、ヨーロッパ規格EN954―1や、IEC61508またはEN ISO13849―1などの類似の規格に予め規定された安全規格に準拠しなければならない。安全装置12は、少なくともヨーロッパ規格EN954―1の安全カテゴリ3に準拠しているか、または、その安全保全性レベル(Safety Integrity Level: SIL)が、少なくともIEC61508によるレベル2を達成している。送光装置38および受光装置40は、共に規格EN61496―1のタイプ4に準拠する非接触保護装置(BWS)を構成する。
以下に、プレス行程に関して、安全装置12の動作モードを説明する。プレスブレーキ10の操作員は、脚部ボタン52を作動することによって、プレス行程を開始する。上側工具20は、上死点から始まって、下側工具24に向かって移動する。一般的に、これは、比較的高接近速度で起こる(例えば、>10mm/s;迅速前進)。上側工具20の所定の行程の後、評価ユニット36は、制動手順を開始する。上側工具20が、比較的低接近速度(例えば、≦10mm/s;徐行前進)を達成した場合、これは、この目的のために設けられたセンサユニット80によって評価ユニット36に示される。センサユニットは、プレスブレーキ10上に配置され、対応する徐行信号を生成する。ある実施形態においては、これを好適に使用して、安全装置(ミューティング)を停止することができるので、監視ビームが工作物30により遮られたとしても、上側工具20は、工作移動動作を完了することができる。上側工具20が下側反転位置に到達すると、曲げ手順は終了し、前記上側工具は、上部に戻る。ある例示的実施形態においては、新たなミューティング方法により、手順が終了するまで、安全装置により危険な開放隙間を監視することができるので、迅速前進から徐行前進へと変化しない。
工作移動動作28の間に、物体が、ミューティングなしに保護フィールドを遮った場合、これは、保護フィールド状態信号82、84により示される。結果的に、評価ユニット36は、駆動装置26が供給電圧から分離されるように、駆動装置26(図示なし)と供給電圧(図示なし)との間に配置された接触子86、88をオフにする。結果的に、上側工具20の工作移動動作28は、中断される。しかし、上側工具20は、その行程超過経路の範囲を移動し続ける。ある例示的実施形態においては、上側工具20の工作移動動作28は更に継続可能であり、物体が保護フィールドから排除されると直ちに、曲げ手順は終了する。
受光装置40は、2つの出力スイッチング素子を備えている。結果的に、2つの冗長な保護フィールド状態信号82、84が生成される。2つの保護フィールド状態信号82、84は、保護フィールドの状態を示す。前記信号は、保護フィールドが空いている場合、値1を呈する一方、保護フィールドが遮られている場合、値0を呈する。
好適な例示的実施形態において、保護フィールドは、3つの保護フィールド領域、すなわち、前方、中央、後方保護フィールド領域を含む。好適な例示的実施形態において、中央保護フィールド領域は、実質的に第2の列の光学バリアを備えている。前方および後方領域は、それぞれ操作員側から見て、第2の列の上流側および下流側に配置された光学バリアを備えている。
前方および/または後方保護フィールド領域を停止することによって、任意に、様々な処理手順に合わせて保護フィールドを調整することができる。保護フィールド調整の目的のために、操作員は、動作モード選択スイッチ56を作動する。動作モード選択スイッチ56の各位置には、処理および/または曲げ作業、そして保護フィールドモードが割り当てられている。好ましくは、以下のような4つの異なる保護フィールドモードがある。
・ 標準保護フィールドモード: 全ての光学バリアを有する完全な保護フィールドを利用可能である。この保護フィールドモードは、主に平坦な工作物に用いられる。
・ 箱曲げ保護フィールドモード: 小保護フィールドを使用する。この小保護フィールドは、中央および後方保護フィールド領域の光学バリアを含む。何度も曲げる工作物の場合、例えば、箱の場合に、この保護フィールドモードが、好適に使用される。この処理手順の場合、前方保護フィールド領域の光学バリアの遮断が予想されるので、これらのバリアを停止する。結果的に、遮断は、誤警報の発令および工作移動動作28の停止には至らない。
・ 停止保護フィールドモード: 小保護フィールドを使用する。この小保護フィールドは、前方および中央保護フィールド領域の光学バリアを含む。移動平面34の近辺にまで後方ストッパが到達した場合に、この保護フィールドモードを使用する。後方保護フィールド領域の光学バリアの遮断が予想されるので、これらのバリアを停止する。
・ 停止付箱曲げ保護フィールドモード: 小保護フィールドを使用する。この小保護フィールドは、2つの列の光学バリアのみを含む。この保護フィールドモードは、箱曲げモードと停止モードとを組み合わせたものである。
操作員は、終了ボタン58を作動することによって、小保護フィールドを有する選択された保護フィールドモードを終了しなければならない。終了工程が完了した後は、小保護フィールドでプレス行程を実行するのみである。終了ボタン58が生成した信号は、受光装置40に送信される。小保護フィールドを有する保護フィールドモードは、1プレス行程の間だけ実行されるのが好ましい。小保護フィールドで更なるプレス行程を実行する場合には、動作モード選択スイッチ56を介して所望の保護フィールドモードを再選択し、その後、終了ボタン58を作動することによって前記モードを終了する必要がある。
選択された保護フィールドモードに依存して、評価ユニット36は、受光装置40に送信される保護フィールドモード信号90、92を生成する。結果的に、受光装置40は、実行する処理手順に合わせて保護フィールドの形状を調整することができる。この場合、2つの保護フィールドモード信号90、92が、それぞれ2つの状態を呈することができるので、合計4つの保護フィールドモードが可能となる。受光装置40の入力は、保護フィールドモード信号90、92を受信するためにフェイルセーフで実施される。
行程超過経路は、保護フィールドへの侵入が検出された時点における、上側工具20の未移動距離である。プレスブレーキ10を操作する際には、行程超過経路にかかわらず、上側工具20は、移動平面34に侵入した物体の前で確実に停止する必要がある。このために、上記特許文献1において原理的に説明したように、この場合、保護フィールドの高さは、プレスブレーキ10の行程超過経路に合わせて調整することができる。安全装置12の設定の際に、キーパッド94を介して行程超過経路の長さを入力し、安全装置12、好ましくは受光装置40に記憶する場合もある。そして、記憶した行程超過経路長の値に応じて、保護フィールドの最適な高さを決定する。評価ユニット36に対するキーパッド94の配置は、限定効果を意図するものではない。例えば、キーパッド94は、受光装置40に配置することもできる。
受光装置40は、更なる入力および出力を有する。例えば、動作制御ユニット60から発生するプレス状況信号102を受光装置40に送信する。プレス状況信号102は、上側工具20が上側反転位置にあることを受光装置40に知らせる。受光装置40は、スイッチング信号104を生成し、このスイッチング信号104により送光装置38の光源をオン/オフすることができる。さらに、受光装置40は、制御信号106を生成し、この制御信号106により送光装置38の光源の光度を制御することができる。さらに、評価ユニット36から発生する設定信号107を受光装置40に送信する。この設定信号は、プレスブレーキ10が設定操作モードにあることを受光装置40に知らせる。プレスブレーキ10が設定操作モードにある場合、安全装置12の安全機能は停止状態である。
評価ユニット36は、弁108を制御するように設計されている。弁108は、安全弁および吸引弁とすることができる。
図3は、安全装置の受光装置に照射する光ビームの画像の簡略図を示す。
図3から明白なように、この場合、光ビーム42は、画像センサ44に照射される円形横断面を有する。送光装置38は、端縁32を含む上側工具20の下端が画像120内でシルエットを形成するように、上側工具20の下方に配置されている。下側工具24も、工作物30と共に工作移動動作の最後にシルエットを形成する。図3に示す状況は、上側工具20が下側工具24に既に近接した状態を示す。
画像センサ44は、受信した画像120を局所的に解像する複数のピクセル46を備えている。ピクセル46から一定の数のピクセルが選択され、選択されたピクセル上で光ビーム42が検出可能であるか否かに関して、ピクセル数を監視する。結果的に、選択されたピクセルは、光学安全バリア130、134、138を形成し、この場合、光学安全バリア130、134、138が物体に遮られていれば、スイッチオフ信号79、79’を発生する。光学安全バリア130、134、138は、図3に斜線で陰影表示されており、この場合、それぞれ矩形、好ましくは略正方形の横断面を有する。
受光装置40は、第1の機械部品14の工作移動動作28において端縁32に先立って移動するように、第1の機械部品14に連結されている。したがって、光学バリアは、端縁32に先立って移動するように、工作移動動作28において移動する。光学バリアは、二次元横断面を有する保護フィールド124に及んでいる。
この場合、光学安全バリアは、3列、すなわち、第1の光学バリア130を有する第1の列128、第2の光学バリア134を有する第2の列132、第3の光学バリア138を有する第3の列136を形成する。第1の列128および第2の列132は、第1の離間距離で互いに平行に配置され、移動平面34に平行に配置される。第3の列136は、第1の列128と第2の列132との間に配置され、第1の列128および第2の列132を接続する。この場合、第3の列136は、移動平面34に直角に配置されている。列128、132、136は、相互に関連して設けられ、底部に向かって(工作移動動作の方向に)開くU字形を形成する。図示の好適な例示的実施形態において、第3の列136は、2つの平行な列128、132と交差しており、前記第3の列は、機械の操作員側では第1の列128に面一に当接し、操作員から遠隔側では第2の列132を越えて側方に突出している。
第1の列128は、上端部142を有し、第2の列132は、上端部144を有する。この場合、上端部142は、第3の列136を超えて突出する一方、上端部144は、第3の列136と面一である。
第1の列128は、保護フィールド124の第1の側縁部を形成する。この様にすると、第1の列128は、移動平面34に対して比較的大きな離間距離で配置される。この場合、離間距離は、指の幅よりはるかに大きい。第2の列132は、移動平面34にほぼ沿っているが、操作員から遠隔側に向かってずれている。結果的に、第2の列132は、移動平面34に対して非常に小さな離間距離を形成する。
図3の図面から明白であるように、第1の列128および第2の列132は、移動平面34の別々の側に配置されている。この場合、操作員から遠隔側において機械の安全性を改善するために、移動平面34において第2の列132が配置されている側に、第4の光学安全バリア148が配置される。第4の光学安全バリア148は、第3の光学安全バリアと共に、第3の列の自由端において保護フィールド124の第2の側縁部を形成する。
この場合、第1の列128および第2の列132の下端部の間に、第5の光学安全バリア156が配置される。指の幅よりも大きな開口部158が、第5の安全バリア156と第2の列との間に残されている。第5の光学安全バリア156は、列128、132の2つの下端部と共に、保護フィールド124の下縁部を形成する。
この場合、測定フィールド160の形態で前進する測定光は、保護フィールドの下方に配置される。前進する測定フィールド160は、選択されたピクセルによって形成され、光学バリア130、134、138、148、156の逐次的なミューティングを誘発する。好適な例示的実施形態においては、測定フィールド160が遮られると、安全装置は、特別なミューティングモードに切替えられる。この特別なミューティングモードにおいては、測定フィールド160により、保護フィールドを工作物30の真上の危険な把持位置において静止状態に保持し、この時点で空間的に静止状態の保護フィールドに上側工具20が侵入する少し前に、光学バリア130、134、138、148、156をそれぞれ上から下へと順次停止する。好適な例示的実施形態においては、評価のために選択されたピクセルが、工具の工作移動動作と同期して反対方向(すなわち、この場合は上方向)に移動することにより、把持位置の真上において光学安全バリア130、134、138、148、156および測定フィールド160を静止状態に保持する。ある好適な例示的実施形態では、特別なミューティングモードにおける光学バリア130、134、138、148、156の配列および分布を、測定ビーム160が工作物に接触していない工作移動動作の直前のフェーズ(すなわち、特別なミューティングモードの前)とは異なるものとすることができる。
好適な例示的実施形態において、第3の列136は、特別なミューティングモードの開始と共に、保護フィールドの下縁部に移動するので、3つの列128、132、136は、この時点で上方に開いたU字形状またはポット形状の構造を形成する。ミューティングモード開始時における光学安全バリア130、134、138、148,156のこの様な配置および分布を、図4に例示する。したがって、特別なミューティングモードにおいては、上側工具は、工作物の真上に配置された、ポット形状の、少なくとも大部分が静止状態の保護フィールドに上から侵入する。この例示的実施形態の変形態様においては、第1の列128’が、上側工具の移動方向とは反対方向に上方に延びる更なるバリア130’を備え、上から斜め方向への侵入を防止するために、さらに高い「保護壁」を操作員側に形成することができる。さらに、列128’を上側工具に対して斜めに傾けることができ、そして/または、更なる光学安全バリアを列128’と上側工具との間に配置することができる。
好適な例示的実施形態においては、プレスブレーキ10の動作中に行程超過経路の長さを繰り返しチェックし、以前に記憶された値と比較する。行程超過経路の測定長が記憶された値よりも大きいことが、チェック手順で確定すると、エラー信号を生成する。行程超過経路の長さは、上記特許文献11に記載の方法により、評価/制御ユニットを使用して好適に監視される。ここに図示されている例示的実施形態においては、行程超過経路を監視する目的のために、更なる測定ビーム162を第2の列132の上方に配置する。光学安全バリア130、134、138、148、156のうちの1つが遮られたことが、保護フィールド状態信号82、84により示されると直ちに、行程超過経路長測定工程を開始する。上側工具20が静止すると、測定フィールド162が評価される。測定フィールド162が遮られていないことが、この評価中に確定すると、これは、行程超過経路が、記憶された値により予め決定された領域内に位置することを意味する。一方、測定フィールド162が遮られたことが確定すると、行程超過経路は長すぎる。行程超過経路は、受光装置40において測定および/またはチェックすることが好ましく、その結果は、2つの冗長な行程超過経路測定信号96、98によって2つのフェイルセーフ出力を介して評価ユニット36に送信される。これに際して、行程超過測定信号96、98は、例えば、行程超過経路長が所定範囲内であれば、値1を呈し、行程超過経路長が所定範囲外であれば、値0を呈する。
ある例示的実施形態においては、評価対象の光学安全バリア130、134、138、148、156の数は、行程超過経路長に依存するものであってもよく、ここに引用により組み込まれている上記特許文献1に記載されているように、操作員が設定することもできる。

Claims (14)

  1. 第1の機械部品(14,18,20)が第2の機械部品(16,22,24)に向かって工作移動動作(28)を行う機械(10)用の安全装置であって、前記第1の機械部品(14,18,20)が、移動方向に前端縁(32)を有し、前記前端縁が、移動平面(34)を定義し、前記安全装置が、複数の光学安全バリア(130,134,138,148,156)と評価ユニット(36)とを備え、前記光学安全バリア(130,134,138,148,156)が、前記端縁(32)に先立って様々な離間配置で移動するように、前記工作移動動作(28)において前記第1の機械部品(14,18,20)と同時に移動し、前記光学安全バリア(130,134,138,148,156)が、二次元横断面を有する保護フィールド(124)に及んでおり、前記評価ユニット(36)が、前記光学安全バリア(130,134,138,148,156)に依存して前記第1の機械部品(14,18,20)を停止するための停止信号を生成するように設計された安全装置であって、前記工作移動動作(28)の最後に向けて、前記光学安全バリア(130,134,138,148,156)が、前記第2の機械部品の領域においてほぼ静止状態に保持され、前記第1の機械部品(14,18,20)が前記光学安全バリア(130,134,138,148,156)を遮る前に、前記光学安全バリア(130,134,138,148,156)を次から次へと順次停止するように、前記評価ユニット(36)が設計されていることを特徴とする安全装置。
  2. 前記安全装置(12)は、送光装置(38)と受光装置(40)とを備え、少なくとも前記受光装置(40)が、前記第1の機械部品(14,18,20)の前記工作移動動作(28)中に前記端縁(32)に先立って移動するように、前記第1の機械部品(14,18,20)に連結されており、前記送光装置(38)が、前記受光装置(40)に照射する光ビーム(42)を生成し、前記受光装置(40)が、局所的に解像された前記光ビーム(42)の画像(120)を受信するために、複数のピクセル(46)を有する画像センサ(44)を備え、前記光学バリア(130,134,138,148,156)が、選択されたピクセル(126)により構成されることを特徴とする、請求項1に記載の安全装置。
  3. 前記工作移動動作(28)の方向に前記光学安全バリア(130、134、138、148、156)に先立って配置される光学測定バリア(160)を特徴とする、請求項1または2に記載の安全装置。
  4. 前記光学安全バリア(130,134,138,148,156)が、少なくとも3列の相互に関連する光学安全バリアを形成し、第1の光学安全バリア(130)を有する第1の列(128)および第2の光学安全バリア(134)を有する第2の列(132)が、互いに略平行に配列され、第3の光学安全バリア(138)を有する第3の列(136)が、前記第1の列と前記第2の列との間に配置され、前記第1の列および前記第2の列(128,132)が、それぞれ前記移動平面(34)に略平行に配置され、前記第3の列(136)が、前記移動平面(34)に略直角に配置されていることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の安全装置。
  5. 前記第3の列(136)が、少なくとも部分的に前記保護フィールド(124)の上縁部を形成していることを特徴とする、請求項4に記載の安全装置。
  6. 前記第1の列および前記第2の列(128,132)が、それぞれ上端部を有し、前記第1の列(128)の上端部が、前記第3の列(136)を超えて突出し、前記第2の列(132)の上端部が、前記第3の列(136)と面一であることを特徴とする、請求項4または5に記載の安全装置。
  7. 前記第1の列(128)が、前記保護フィールド(124)の第1の側縁部を定義し、前記第1の列(128)が、前記移動平面(34)に対して所定の離間距離で配置されていることを特徴とする、請求項4乃至6のいずれか1項に記載の安全装置。
  8. 前記第2の列(132)が、ほぼ前記移動平面(34)上に配置されていることを特徴とする、請求項4乃至7のいずれか1項に記載の安全装置。
  9. 前記保護フィールド(124)が、前記移動平面(34)の両側に及んでおり、前記第1の列(128)および前記第2の列(132)が、それぞれ移動平面(34)の別々の側に配置されていることを特徴とする、請求項4乃至8のいずれか1項に記載の安全装置。
  10. 前記第3の列(136)と共に前記保護フィールド(124)の第2の側縁部を定義する第4の光学安全バリア(148)を特徴とする、請求項4乃至9のいずれか1項に記載の安全装置。
  11. 前記第1の列および前記第2の列(128,132)が、それぞれ下端部を有し、第5の光学安全バリア(156)が、前記2つの下端部の間に配置され、前記第5の光学バリアが、前記2つの下端部と共に前記保護フィールド(124)の下縁部を定義することを特徴とする、請求項4乃至10のいずれか1項に記載の安全装置。
  12. 前記機械(10)が、行程超過経路を備え、前記行程超過経路の長さに依存して前記光学安全バリア(130,134,138,148,156)の数を設定可能であることを特徴とする、請求項1乃至11のいずれか1項に記載の安全装置。
  13. 更なる光学測定バリア(162)が、前記第1の機械部品(14,18,20)と前記保護フィールド(124)との間に配置されていることを特徴とする、請求項1乃至12のいずれか1項に記載の安全装置。
  14. 前記光学安全バリア(130,134,138,148,156)が、それぞれ矩形の、特に略正方形の横断面を有することを特徴とする、請求項1乃至13のいずれか1項に記載の安全装置。
JP2013501815A 2010-03-29 2011-03-29 第1の機械部品が第2の機械部品に対して工作移動動作を行う機械用の安全装置 Active JP5788965B2 (ja)

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