JP2019152492A - 判定装置および判定装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】対象物との距離を判定する判定装置について、汎用の光測距モジュール等を用いる場合であっても、高い信頼性を実現する。【解決手段】判定装置（２）は、複数の光測距モジュール（２１ａ、２１ｂ）の各々が示す距離が互いに所定の長さ以上乖離していると、複数の光測距モジュール（２１ａ、２１ｂ）の少なくとも１つに異常が発生したと判定する。【選択図】図１

Description

本発明は対象物との距離が所定範囲内になると侵入検知を示す信号を出力する判定装置に関する。

ＴｏＦ（Time of Flight）原理に基づいて検出対象物までの距離を計測するための装置として、例えば、特許文献１には、発光素子より検出対象物に光を照射し、その反射光を受光素子が読み取り、距離演算を行う光測距モジュールが開示されている。

米国特許出願公開第２０１６／０３２７６４９号明細書（２０１６年１１月１０日）

光測距モジュールを、対象物との距離が所定範囲内になると侵入検知を示す信号を出力する安全制御に関わる装置に適用する場合、安全制御に関わる装置には、高度の信頼性が求められる。そのため、上述のような従来技術は、汎用の光測距モジュール等を用いて実現することが困難であり、例えば、専用の光測距用のＩＣの開発等が必要となり、商品コスト、開発費用が高くなり、構成自体も複雑化するという課題がある。

本発明の一態様は、対象物との距離が所定範囲内になると侵入検知を示す信号を出力する判定装置について、汎用の光測距モジュール等を用いる場合であっても、高い信頼性を実現することを目的とする。

前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る判定装置は、対象物との距離が所定範囲内になると侵入検知を示す信号を出力する判定装置であって、観測エリアが互いに重複する複数の光測距センサを含むセンサセットにおける、前記複数の光測距センサの各々が出力する信号を、各々が取得する複数の取得部と、前記複数の取得部の各々が受け付けた信号の各々が示す距離が互いに所定の長さ以上乖離していると、前記複数の光測距センサの少なくとも１つに異常が発生したと、各々が判定する複数の異常判定部と、前記複数の異常判定部の少なくとも１つが、異常が発生したと判定すると、異常を示す信号を出力する出力部と、を備える。

また、本発明の一態様に係る判定装置の制御方法は、対象物との距離が所定範囲内になると侵入検知を示す信号を出力する判定装置の制御方法であって、観測エリアが互いに重複する複数の光測距センサを含むセンサセットにおける、前記複数の光測距センサの各々が出力する信号を、各々が取得する複数の取得ステップと、前記複数の取得ステップの各々にて受け付けた信号の各々が示す距離が互いに所定の長さ以上乖離していると、前記複数の光測距センサの少なくとも１つに異常が発生したと、各々が判定する複数の異常判定ステップと、前記複数の異常判定ステップの少なくとも１つにて、異常が発生したと判定されると、異常を示す信号を出力する出力ステップと、を含む。

前記の構成によれば、前記判定装置は、前記センサセットに含まれる複数の光測距センサの各々が出力する信号の各々が示す距離が互いに所定の長さ以上乖離していると、前記複数の光測距センサの少なくとも１つに異常が発生したと判定する。つまり、前記判定装置は、観測エリアが互いに重複する複数の光測距センサの各々が出力する信号の各々が示す距離を比較して、前記センサセットに含まれる複数の光測距センサの少なくとも１つに、故障などの異常が発生していないかを判定する。そして、前記判定装置は、前記複数の光測距センサの少なくとも１つに異常が発生したと判定すると、異常を示す信号を出力する。

つまり、前記判定装置は、前記複数の光測距センサの少なくとも１つに異常が発生したと判定すると、例えばロックアウトなど、出力を安全サイドに固定し、生産設備などの機械の動作を停止させる。また、前記判定装置は、前記複数の光測距センサの全てについて異常が発生していないと判定すると、通常の侵入検知処理を実行し、つまり、対象物との距離が所定範囲内になった場合に、侵入検知を示す信号を出力し、生産設備などの機械の動作を停止させる。

したがって、前記判定装置は、前記複数の光測距センサの少なくとも１つに異常が発生したり、前記所定範囲内への対象物の侵入を検知したりした場合に、機械の動作を停止させるので、高い信頼性を実現することができるとの効果を奏する。

特に、上記判定装置は、例えば、汎用の光測距モジュール等の、必ずしも安全制御のための専用品ではない光測距モジュールを用いる場合であっても、それらの光測距センサの少なくとも１つに異常が発生すると、生産設備などの機械の動作を停止させる。したがって、上記判定装置は、例えば汎用の光測距モジュール等を用いる場合であっても、高い信頼性を実現することができるとの効果を奏する。

本発明の一態様に係る判定装置において、前記光測距センサは、複数の受光素子を備えるマルチピクセル型の受光部を含み、前記受光部の前記複数の受光素子のうち、前記複数の光測距センサの互いに重複する観測エリアに対応する受光素子を、有効範囲における受光素子として抽出する抽出部をさらに備え、前記複数の異常判定部の各々は、前記有効範囲における受光素子が出力する信号を用いて、前記複数の光測距センサの少なくとも１つに異常が発生したかを判定してもよい。

前記の構成によれば、前記判定装置は、複数の光測距センサの互いに重複する観測エリアに対応する受光素子が出力する信号を用いて、前記複数の光測距センサの少なくとも１つに異常が発生したかを判定する。

したがって、前記判定装置は、複数の光測距センサの各々が、互いに重複しない観測エリアにおいて計測した距離が前記所定の長さ以上乖離していた場合に、異常が発生したと誤判定してしまうのを防ぐことができるとの効果を奏する。

本発明の一態様に係る判定装置は、前記観測エリア内の前記対象物と前記光測距センサとの距離に応じて、前記有効範囲における受光素子を抽出してもよい。

複数の光測距センサの重複する前記観測エリアは、光測距センサからの距離に応じて、変動する。前記構成によれば、判定装置は、複数の光測距センサにおいて重複する観測エリア内を光測距することができる受光素子が出力した信号を用いて前記判定を行うことができるとの効果を奏する。

本発明の一態様に係る判定装置は、前記センサセットは複数であり、複数の前記センサセットの各々の前記光測距センサが出力する信号は、シリアル伝送によって、前記複数の取得部の各々へと伝送されてもよい。

前記の構成によれば、シリアル伝送によって出力する信号を取得する。そのため、判定装置が備える回線を少なくすることができる。よって、製造コストを軽減することができるとの効果を奏する。

本発明の一態様によれば、対象物との距離が所定範囲内になると侵入検知を示す信号を出力する判定装置について、汎用の光測距モジュール等を用いる場合であっても、高い信頼性を実現することができる。

本発明の実施形態に係る判定装置の要部構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る判定装置の適用例の一例を示す図である。 （ａ）から（ｃ）は、本発明の実施形態に係る光測距モジュールの観測エリアと当該観測エリアに対応する受光部の受光領域とを示す図である。 （ａ）および（ｂ）は本発明の実施形態に係る有効データ抽出部による、観測エリア内の測定対象物と光測距センサとの間の距離を示す信号の抽出の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る判定装置の異常判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。 本発明の変形例に係る判定装置の適用例の一例を示す図である。 本発明の変形例に係る判定装置を備えているロボットのエンドエフェクタの一例を示す図である。

〔実施形態〕
以下、本発明の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。

§１ 適用例
図２は、安全制御システム１における本実施形態に係る判定装置２の適用例の一例を示す図である。はじめに、図２を用いて判定装置２の適用例の概要を説明する。

安全制御システム１は、例えば、ロボットのエンドエフェクタなどの可動部位の周辺に人の接近を検知した場合、人が可動部位に接触する前に該可動部位の駆動を停止するシステムである。図２に示すように、安全制御システム１は判定装置２および安全制御装置３を含む。安全制御装置３は判定装置２から侵入検知を示す信号を受信すると、安全制御を実行し、例えば、ロボットのエンドエフェクタなどの可動部位の駆動を停止する等の制御を行う。また、安全制御装置３は、判定装置２から、判定装置２の異常（例えば、光測距モジュール２１ａおよび２１ｂの少なくとも１つの故障など）を示す信号を受信すると、侵入検知を示す信号を受信した場合と同様に、安全制御を実行する。

判定装置２は対象物との距離が所定範囲内になると、侵入検知を示す信号を安全制御装置３に出力する。図２に示すように、判定装置２は各々が侵入検知を示す信号を出力する判定ユニット２０ａおよび判定ユニット２０ｂを備えている。判定ユニット２０ａは光測距モジュール２１ａ、制御部２２ａ、距離データ入出力部２３ａおよび出力部２４ａを備えている。また、判定ユニット２０ｂの構成は判定ユニット２０ａと同様の構成を備えている。光測距モジュール２１ａはＴｏＦ（Time of Flight）原理に基づいて測定対象物までの距離を計測し、当該距離を示す信号を制御部２２ａに出力する。

図３は、光測距モジュール２１ａまたは２１ｂの観測エリアと、当該観測エリアに対応する光測距モジュール２１ａまたは２１ｂの受光部の受光領域とを示す図である。受光部の詳細については後述する。図３の（ａ）に示すように、光測距モジュール２１ａおよび光測距モジュール２１ｂは、光測距モジュール２１ａの観測エリアＲ１と光測距モジュール２１ｂの観測エリアＲ２とが互いに重複するように配置されている。図３の（ａ）においては、２つの光測距モジュールの観測エリアの重複エリアをＲ３として示している。すなわち、光測距モジュール２１ａと光測距モジュール２１ｂとは観測エリアが互いに重複するセンサセットということができる。

光測距モジュール２１ａにおいて、制御部２２ａは光測距モジュール２１ａが出力する信号を取得する。また、制御部２２ａは、距離データ入出力部２３ａおよび２３ｂを介して、制御部２２ｂから光測距モジュール２１ｂが出力する信号を取得する。

光測距モジュール２１ｂにおいて、制御部２２ｂは光測距モジュール２１ｂが出力する信号を取得する。また、制御部２２ｂは、距離データ入出力部２３ｂおよび２３ａを介して、制御部２２ａから光測距モジュール２１ａが出力する信号を取得する。

（制御部による異常判定）
制御部２２ａおよび制御部２２ｂの各々は、光測距モジュール２１ａおよび２１ｂの各々が示す距離が互いに所定の長さ以上乖離していると、光測距モジュール２１ａおよび２１ｂの少なくとも１つに異常が発生したと判定する。制御部２２ａおよび制御部２２ｂは、光測距モジュール２１ａおよび２１ｂの少なくとも１つに異常が発生したと判定すると、出力部２４ａまたは出力部２４ｂを介して、安全制御装置３に異常を示す信号を出力する。

前記の構成によれば、判定装置２は、センサセットに含まれる光測距モジュール２１ａおよび光測距モジュール２１ｂの各々が出力する信号の各々が示す距離が互いに所定の長さ以上乖離していると、光測距モジュール２１ａおよび光測距モジュール２１ｂの少なくとも１つに異常が発生したと判定する。つまり、観測エリアが互いに重複する光測距モジュール２１ａおよび光測距モジュール２１ｂの各々が出力する信号の各々が示す距離を比較して、光測距モジュール２１ａおよび光測距モジュール２１ｂの少なくとも１つに、故障などの異常が発生していないかを判定することができる。

判定装置２は、光測距モジュール２１ａおよび光測距モジュール２１ｂの少なくとも１つに異常が発生したと判定すると、例えばロックアウトなど、安全制御装置３への出力を安全サイドに固定し、ロボットのエンドエフェクタなどの可動部位の駆動を停止させる。

また、判定装置２は、光測距モジュール２１ａおよび光測距モジュール２１ｂの全てについて異常が発生していないと判定すると、通常の侵入検知処理を実行する。つまり、判定装置２は、対象物との距離が所定範囲内になった場合に、侵入検知を示す信号を安全制御装置３に出力し、ロボットのエンドエフェクタなどの可動部位の駆動を停止させる。

したがって、判定装置２は、光測距モジュール２１ａおよび光測距モジュール２１ｂの少なくとも１つに異常が発生したり、所定範囲内への対象物の侵入を検知したりした場合に、機械の動作を停止させるので、高い信頼性を実現することができる。

また、前記センサセットに含まれる光測距センサは簡易な構成である。そのため、光測距センサに汎用の光測距モジュールを適用することができる。この構成によれば、安全制御に関わる判定装置をユーザに安価に提供することができる。つまり、判定装置２は、光測距モジュール２１ａおよび光測距モジュール２１ｂに、例えば、汎用の光測距モジュール等の、必ずしも安全制御のための専用品ではない光測距モジュールを用いる場合であっても、高い信頼性を実現することができる。具体的には、判定装置２は、汎用の光測距モジュールによって実現された光測距モジュール２１ａおよび光測距モジュール２１ｂの少なくとも１つに異常が発生すると、生産設備などの機械の動作を停止させるため、高い信頼性を実現することができる。

また、判定装置２に、距離算出可能な汎用の光測距モジュールを光測距モジュール２１ａおよび２１ｂに適用した場合、判定装置としての回路構成を簡略化することができる。そのため、判定装置の開発期間を短縮することができる。判定装置２は、汎用の光測距モジュールを光測距モジュール２１ａおよび２１ｂとして用いた場合にも、光測距モジュール２１ａおよび２１ｂの少なくとも１つに異常が発生すると、異常を示す信号を安全制御装置３に出力し、安全制御装置３に安全制御を実行させる。そのため、判定装置２は、安全制御に求められる高い信頼性を維持しつつ、例えば汎用の光測距モジュールを用いて、製造コストを抑制し、かつ、開発期間を短縮することができる。

なお、上述の「侵入検知を示す信号」と「異常を示す信号」とは同じ信号であってもよい。例えば、「侵入検知を示す信号」と「異常を示す信号」とは同じハードウェアの出力信号ラインにより、安全制御装置３に安全制御のＯＮ／ＯＦＦを示す信号として出力されてもよい。

特に、判定装置２は、光測距モジュール２１ａおよび２１ｂの互いに重複する観測エリアＲ３内に存在する測定対象物から、光測距モジュール２１ａおよび２１ｂの各々までの距離が互いに所定の長さ以上乖離しているかによって、異常の有無を判定する。

したがって、判定装置２は、「光測距モジュール２１ａおよび２１ｂの各々が、互いに重複しない観測エリアにおいて計測した距離が所定の長さ以上乖離していることによって、異常が発生したと誤判定してしまう」のを防ぐことができる。

（制御部による侵入判定）
制御部２２ａおよび制御部２２ｂの各々は、光測距モジュール２１ａおよび２１ｂが出力する信号の少なくとも１つが、重複する観測エリアＲ３内にある対象物までの距離が所定範囲内にあることを示しているかを判定する。制御部２２ａおよび制御部２２ｂは当該判定の結果に応じて、出力部２４ａまたは出力部２４ｂを介して、安全制御装置３に侵入検知を示す信号を出力する。

§２ 構成例
（判定装置２）
図１は本実施形態に係る判定装置２の要部構成の一例を示すブロック図である。図１に示すように、判定装置２は判定ユニット２０ａおよび判定ユニット２０ｂを備えている。判定ユニット２０ｂは判定ユニット２０ａと対になる構成であり、判定ユニット２０ａと同様である。そのため、判定ユニット２０ａの構成についてのみ詳細に説明を行い、判定ユニット２０ｂの構成については詳細な説明は行わない。

判定ユニット２０ａは光測距モジュール２１ａ、制御部２２ａ、距離データ入出力部２３ａおよび出力部２４ａを備えている。

（光測距モジュール２１ａ）
光測距モジュール２１ａは光を投光する投光部２１１と当該光の反射光を受光する受光部２１２とを備えている反射型センサである。特に本実施形態では、受光部２１２は複数の受光素子を備えているマルチピクセル型の受光部である。また、光測距モジュール２１ａは距離算出部２１３を備えている。距離算出部２１３は受光部２１２から受光を示す信号を取得する。距離算出部２１３は投光部２１１から投光された光が、測定対象物により反射され受光部２１２の受光素子に受光されるまでの時間もしくは位相差を計測し、演算処理により測定対象物までの距離を受光部２１２の受光素子毎に算出する。すなわち、距離算出部２１３は受光素子が出力した信号に応じて当該距離を算出する。距離算出部２１３は、それぞれの受光素子が出力した信号に応じて算出された、光測距モジュール２１ａの観測エリア内の対象物と光測距モジュール２１ａとの間の距離を示す信号を制御部２２ａの第１取得部２２１に出力する。

前記の構成によれば、判定装置２は複数の光測距センサにおいて重複する観測エリア内を光測距する受光素子の出力する信号と、重複していない観測エリア内を光測距する受光素子の出力する信号と、を区別して取得することができる。

なお、光測距モジュール２１ａは投光部２１１、受光部２１２および距離算出部２１３が一体になっておらず、分離している構成であってもよい。前記の構成によれば、光測距モジュール２１ａとして汎用の光測距モジュールを適用する場合に、適用する光測距モジュールの選択範囲を広げることができる。

（制御部２２ａ）
制御部２２ａは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を含み、情報処理に応じて各構成要素の制御を行う。制御部２２ａは、第１取得部（取得部）２２１、有効データ抽出部（抽出部）２２２、第２取得部（取得部）２２３、判定距離算出部２２４、異常判定部２２５、および、侵入検出部２２６を備えている。

（第１取得部２２１）
第１取得部２２１は観測エリアが互いに重複する光測距モジュール２１ａおよび光測距モジュール２１ｂを含むセンサセットにおける、光測距モジュール２１ａが出力する信号を取得する。第１取得部２２１は取得した信号を、有効データ抽出部２２２に出力する。

（有効データ抽出部２２２）
有効データ抽出部２２２は、受光部２１２の複数の受光素子のうち、光測距モジュール２１ａおよび２１ｂの互いに重複する観測エリアＲ３に対応する受光素子を、有効範囲における受光素子として抽出する。より詳細には、有効データ抽出部２２２は、光測距モジュール２１ａおよび２１ｂの各々における受光部２１２の各々の複数の受光素子のうち、観測エリアＲ３に対応する受光素子を、有効範囲における受光素子として抽出する。以下では、有効データ抽出部２２２による「観測エリアＲ３に対応する受光素子（＝有効範囲における受光素子）の抽出」を、「有効範囲の設定」とも称する。

ここで特に、有効データ抽出部２２２は、観測エリア内の測定対象物と光測距モジュール２１ａまたは光測距モジュール２１ｂとの距離に応じて、受光部２１２のマルチピクセルに対して有効範囲を設定する。すなわち、有効データ抽出部２２２は、観測エリア内の測定対象物と光測距モジュール２１ａまたは光測距モジュール２１ｂとの距離に応じて、受光部２１２の各々について、有効範囲における受光素子を抽出する。

有効データ抽出部２２２は設定した有効範囲に受光素子が含まれている場合に、当該受光素子の出力した信号に応じて算出された距離を示す信号を有効データとして抽出する。

有効データ抽出部２２２は、抽出した当該信号を判定距離算出部２２４に出力する。また、有効データ抽出部２２２は、距離データ入出力部２３ａを介して、抽出した当該信号を判定ユニット２０ｂに出力する。

ここで、図３を参照して、該重複する観測エリアにて測定対象物に反射された光が受光される受光部２１２上の受光領域について説明する。図３の（ｂ）は、該重複する観測エリア内にて、図３の（ａ）に示すＰ１の位置において測定対象物に反射された光の受光部２１２上の受光領域を領域Ｒ１０として示している。図３の（ｃ）は、該重複する観測エリア内にて、図３の（ａ）に示すＰ２の位置において測定対象物に反射された光の受光部２１２上の受光領域を領域Ｒ２０として示している。図３に示すように、重複する観測エリア内にて測定対象物に反射された光に対する受光部２１２上の受光領域は、光測距モジュールから測定対象物までの距離に応じて変化する。詳細には、光測距モジュールから測定対象物までの距離が近いほど当該受光領域は狭くなり、光測距モジュールから測定対象物までの距離が遠いほど当該受光領域は広くなる。

図４は、有効データ抽出部２２２による、観測エリア内の測定対象物と光測距センサとの間の距離を示す信号の抽出の一例を示す図である。ここで、有効データ抽出部２２２が行う観測エリア内の測定対象物と光測距センサとの間の距離を示す信号の抽出の具体例を説明する。有効データ抽出部２２２に或る受光素子の出力した信号に応じて算出された距離を示す信号が入力されると、有効データ抽出部２２２は該信号が示す距離に応じて、受光部２１２における有効範囲を設定する。

図４の（ａ）は、光測距モジュール２１ａにおける測定対象物と光測距センサとの間の距離を示す信号の抽出の一例を示す図である。例えば、図４の（ａ）に示すように、有効データ抽出部２２２は、受信した信号が示す距離が５ｃｍ以上である場合、領域Ｒ３０を受光部２１２の計測有効領域とする。有効計測範囲である領域Ｒ３０は、重複する観測エリア内の測定対象物に反射された光が受光される受光部２１２上の領域である。有効データ抽出部２２２は、受信した信号が、「領域Ｒ３０に含まれている受光素子が出力した信号に基づいて生成された信号」である場合、当該信号を抽出する。

同様に、有効データ抽出部２２２は、受信した信号が示す距離が１０ｃｍ以上である場合、領域Ｒ３０に加えて領域Ｒ４０までを、受光部２１２の計測有効領域とする。有効データ抽出部２２２は、受信した信号が、「領域Ｒ３０または領域Ｒ４０に含まれている受光素子が出力した信号に基づいて生成された信号である」場合、当該信号を抽出する。また、有効データ抽出部２２２は、受信した信号が示す距離が２０ｃｍ以上である場合、領域Ｒ３０および領域Ｒ４０に加えて領域Ｒ５０までを、受光部２１２の計測有効領域とする。有効データ抽出部２２２は、受信した信号が、「領域Ｒ３０または領域Ｒ４０または領域Ｒ５０に含まれている受光素子が出力した信号に基づいて生成された信号」である場合、当該信号を抽出する。

図４の（ｂ）は、光測距モジュール２１ｂにおける測定対象物と光測距センサとの間の距離を示す信号の抽出の一例を示す図である。例えば、図４の（ｂ）に示すように、有効データ抽出部２２２は、受信した信号が示す距離が５ｃｍ以上である場合、領域Ｒ６０を受光部２１２の計測有効領域とする。有効範囲である領域Ｒ６０は、重複する観測エリア内の測定対象物に反射された光が受光される受光部２１２上の領域である。有効データ抽出部２２２は、受信した信号が、「領域Ｒ６０に含まれている受光素子が出力した信号に基づいて生成された信号」である場合、当該信号を抽出する。

同様に、有効データ抽出部２２２は受信した信号が示す距離が１０ｃｍ以上である場合、領域Ｒ６０に加えて領域Ｒ７０までを、受光部２１２の計測有効領域とする。有効データ抽出部２２２は、受信した信号が、「領域Ｒ７０に含まれている受光素子が出力した信号に基づいて生成された信号」である場合、当該信号を抽出する。また、有効データ抽出部２２２は受信した信号が示す距離が２０ｃｍ以上である場合、領域Ｒ６０および領域Ｒ７０に加えて領域Ｒ８０までを、受光部２１２の計測有効領域とする。有効データ抽出部２２２は、受信した信号が、「領域Ｒ８０に含まれている受光素子が出力した信号に基づいて生成された信号」である場合、当該信号を抽出する。

（第２取得部２２３）
第２取得部２２３は観測エリアが互いに重複する光測距モジュール２１ａおよび光測距モジュール２１ｂを含むセンサセットにおける、光測距モジュール２１ｂが出力する信号を取得する。詳細には、判定ユニット２０ｂの有効データ抽出部２２２が抽出した信号を、距離データ入出力部２３ａを介して、取得する。第２取得部２２３は取得した信号を、判定距離算出部２２４に出力する。

換言すると、第２取得部２２３は光測距モジュール２１ｂの複数の受光素子のそれぞれに応じた観測エリア内の対象物と光測距センサとの間の距離を示す信号を取得する。

（判定距離算出部２２４）
判定距離算出部２２４は、有効データ抽出部２２２が抽出した信号が示す距離から、異常判定部２２５が行う後述の判定（比較処理）に用いる判定距離を算出し、算出した判定距離を異常判定部２２５に通知する。詳細には、制御部２２ａの判定距離算出部２２４は、判定ユニット２０ａの有効データ抽出部２２２により抽出された信号が示す距離から、光測距モジュール２１ａと測定対象物との距離（判定距離）を算出する。また、制御部２２ａの判定距離算出部２２４は、判定ユニット２０ｂの有効データ抽出部２２２が抽出した信号が示す距離から、光測距モジュール２１ｂと測定対象物との距離（判定距離）を算出する。

ここで、前述の通り、異常判定部２２５は、異常を誤判定するのを防止するため、重複する観測エリアＲ３内に存在する対象物から、光測距モジュール２１ａおよび２１ｂの各々までの距離（つまり、判定距離）の差によって、異常の有無を判定する。また、受光部２１２はマルチピクセル型の受光部であり、複数の距離データが存在する。そこで、異常判定部２２５による異常判定処理（つまり、２つの判定距離の比較処理）の実行を容易にすることを目的として、判定距離算出部２２４は、以下の処理を実行してもよい。

例えば、判定距離算出部２２４は、各受光素子が出力した信号に応じて生成された信号が示す距離の平均値を算出することによって、判定距離を算出してもよい。また、判定距離算出部２２４は、各受光素子が出力した信号に応じて生成された信号が示す距離のうち最小値を判定距離として決定してもよい。また、判定距離算出部２２４は、各受光素子が出力した信号に応じて生成された信号が示す距離から統計値を算出し判定距離を算出してもよい。なお、判定距離算出部２２４が行う判定距離の算出方法または決定方法は、抽出された信号が示す距離を用いればよく、特に限定されない。

判定距離算出部２２４は算出した判定距離（具体的には、「光測距モジュール２１ａと測定対象物との判定距離」および「光測距モジュール２１ｂと測定対象物との判定距離」）を示す信号を異常判定部２２５に出力する。

（異常判定部２２５）
異常判定部２２５は、第１取得部２２１および第２取得部２２３の各々が受け付けた信号の各々が示す距離が互いに所定の長さ以上乖離していると、光測距モジュール２１ａおよび２１ｂの少なくとも１つに異常が発生したと判定する。前記判定を、判定ユニット２０ａおよび判定ユニット２０ｂが含む異常判定部２２５の各々が行う。

異常判定部２２５は、光測距モジュール２１ａおよび２１ｂの少なくとも１つに異常が発生したと判定すると、異常発生との判定結果を出力部２４ａに通知し、出力部２４ａの出力を安全サイドに固定させる。

また、異常判定部２２５は、第１取得部２２１および第２取得部２２３の各々が受け付けた信号の各々が示す距離が互いに所定の長さ以上乖離していないと、光測距モジュール２１ａおよび２１ｂのいずれにも異常が発生していないと判定する。そして、異常判定部２２５は、異常が発生していないとの判定結果を侵入検出部２２６に通知し、侵入検出部２２６に侵入判定処理を実行させる。

詳細には、制御部２２ａおよび制御部２２ｂの異常判定部２２５の各々は、前記有効範囲内の受光素子（観測エリアＲ３に対応する受光素子）が出力する信号を用いて、光測距モジュール２１ａおよび２１ｂの少なくとも１つに異常が発生したかを、判定する。

具体的には、異常判定部２２５は、判定距離算出部２２４から受信した「光測距モジュール２１ａと測定対象物との判定距離」と「光測距モジュール２１ｂと測定対象物との判定距離」との差を算出する（比較処理）。異常判定部２２５は、比較処理において算出した差が所定の長さ以上である（＝許容範囲内にない）と、光測距モジュール２１ａおよび２１ｂの少なくとも１つに異常が発生したと判定する。また、異常判定部２２５は、比較処理において算出した差が所定の長さより小さい（＝許容範囲内にある）と、光測距モジュール２１ａおよび２１ｂの全てについて異常が発生していないと判定する。なお、上述のように、判定距離は受光素子が出力する信号によって生成された距離を示す信号によって算出される。そのため、当該判定は受光素子が出力する信号を用いて行われるということができる。

（侵入検出部２２６）
侵入検出部２２６は、異常判定部２２５から「光測距モジュール２１ａおよび２１ｂの全てについて異常が発生していない」との判定結果を通知されると、侵入判定処理を実行する。

すなわち、侵入検出部２２６は、光測距モジュール２１ａおよび２１ｂの各々が出力する信号の各々が示す距離（特に、判定距離算出部２２４により算出された２つの判定距離）の少なくとも一方が所定値以下であるかを判定する。２つの判定距離の少なくとも一方が所定値以下である場合、侵入検出部２２６は出力部２４ａを介して安全制御装置３等の外部の機器に侵入検知を示す信号を出力する。安全制御装置３等の外部の機器は侵入検知を示す信号を受信すると、例えば、ロボットのエンドエフェクタなどの可動部位の駆動を停止させ、つまり、機械の動作を停止させる。また、２つの判定距離の両方が所定値よりも大きい場合、侵入検出部２２６は出力部２４ａを介して安全制御装置３等の外部の機器に侵入が検知されていないことを示す信号を出力してもよい。

（距離データ入出力部２３ａ）
距離データ入出力部２３ａは、判定ユニット２０ａと判定ユニット２０ｂとの間において有効データ抽出部２２２が抽出した信号の入出力を行う。

（出力部２４ａ）
出力部２４ａは、侵入検出部２２６または異常判定部２２５の指示に応じて、異常を示す信号または侵入検知を示す信号を安全制御装置３に出力する。

例えば、「侵入検知を示す信号」と「異常を示す信号」とは同じ信号としてもよい。例えば、「侵入検知を示す信号」または「異常を示す信号」が、安全制御装置３に安全制御のＯＮ／ＯＦＦを示す信号として出力されてもよい。

§３ 動作例
（判定装置２の処理の流れの例）
図５は判定装置２の異常判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。図５を用いて、判定装置２の異常判定処理の流れの一例について説明する。

判定ユニット２０ａにおいて、第１取得部２２１は光測距モジュール２１ａが出力する光測距モジュール２１ａの観測エリア内の測定対象物と光測距モジュール２１ａとの間の距離を示す信号（測距データ）を取得する（ステップＳ１ａ：取得ステップ）。続いて、判定ユニット２０ａにおいて、有効データ抽出部２２２は、受光素子（ピクセル）のそれぞれが出力した信号に応じて算出された距離を示す信号から有効データを抽出する。（ステップＳ２ａ）。

ステップＳ１ａおよびステップＳ２ａに並行して、判定ユニット２０ｂにおいて、第１取得部２２１は光測距モジュール２１ｂが出力する光測距モジュール２１ｂの観測エリア内の測定対象物と光測距モジュール２１ｂとの間の距離を示す信号（測距データ）を取得する（ステップＳ１ｂ：取得ステップ）。続いて、判定ユニット２０ｂにおいて、有効データ抽出部２２２は、各受光素子のそれぞれが出力した信号に応じて算出された距離を示す信号から有効データを抽出する（ステップＳ２ｂ）。

前記の構成によれば、判定装置２は、複数の光測距センサにおいて重複する観測エリア内を光測距することができる受光素子が出力した信号を用いて判定を行うことができる。

ステップＳ２ａおよびステップＳ２ｂに続いて、判定ユニット２０ａおよび判定ユニット２０ｂにおいて、判定距離算出部２２４は異常判定部２２５が行う判定に用いる判定距離を算出する（ステップＳ３）。

続いて、判定ユニット２０ａおよび判定ユニット２０ｂにおいて以下の処理が行われる。

異常判定部２２５は、「光測距モジュール２１ａと測定対象物との判定距離」と「光測距モジュール２１ｂと測定対象物との判定距離」との差を算出する（Ｓ４：比較処理）。

異常判定部２２５は、比較処理Ｓ４において算出した差が「所定の長さ以上である」と、つまり、「許容範囲にない（Ｓ５ａでＮＯ）」と、光測距モジュール２１ａおよび２１ｂの少なくとも１つに異常が発生したと判定する（異常判定ステップ）。そして、異常判定部２２５は、出力部２４ａを介して安全制御装置３に異常を示す信号を出力し（ステップＳ６：異常処理、出力ステップ）、処理は終了する。

異常判定部２２５は、比較処理Ｓ４において算出した差が「所定の長さより小さい」と、つまり、「許容範囲にある（Ｓ５ａでＹＥＳ）」と、光測距モジュール２１ａおよび２１ｂの全てについて異常が発生していないと判定する。そして、異常判定部２２５は、「光測距モジュール２１ａおよび２１ｂの全てについて異常が発生していない」との判定結果を、侵入検出部２２６に通知する。

侵入検出部２２６は、侵入判定処理を実行し（ステップＳ７）、侵入判定処理の実行結果を安全制御装置３に出力する（ステップＳ８）。つまり、侵入検出部２２６は、「光測距モジュール２１ａと測定対象物との判定距離」と「光測距モジュール２１ｂと測定対象物との判定距離」との少なくとも一方が所定値以下であるか否かを判定する。２つの判定距離の少なくとも一方が所定値以下である場合、侵入検出部２２６は、出力部２４ａを介して安全制御装置３に、侵入検知を示す信号を出力し、処理はステップＳ１ａおよびステップＳ１ｂに戻る。また、２つの判定距離の両方が所定値よりも大きい場合、異常判定部２２５は、出力部２４ａを介して安全制御装置３等の外部の機器に、侵入が検知されていないことを示す信号を出力し、処理はステップＳ１ａおよびステップＳ１ｂに戻る。

（異常に係る誤判断を防止するための構成）
図３に示すように、複数の光測距モジュールの観測エリアが重複している構成においては、各光測距モジュールの観測エリアが互いに重複しないエリアが生じる。この重複しないエリアに測定対象物が留まると、一方の光測距モジュールは測定対象物の距離を算出して信号を出力し、他方の光測距モジュールは測定対象物の距離を算出しない。そのため、複数の光測距モジュール間において出力した信号が示す距離に不一致が発生する。当該不一致が発生すると「光測距モジュールの故障等の異常が発生した」と判定する判定装置では、以下の問題が生じる。すなわち、そのような判定装置は、光測距モジュールが故障していなくても、観測エリアが重複しないエリアに測定対象物が留まると、「異常が発生した」と判定し、異常を示す信号を出力してしまう。

上記問題を解消するために、判定装置２は、複数の光測距モジュールの計測データに不一致が発生した場合に「光測距モジュールの少なくとも１つに異常が発生した」と判定する異常判定部２２５について、以下の構成を採用している。

すなわち、異常判定部２２５は、判定距離算出部２２４から受信した信号が示す「光測距モジュール２１ａと測定対象物との判定距離」と「光測距モジュール２１ｂと測定対象物との判定距離」とを比較する。そして、異常判定部２２５は、「光測距モジュール２１ａと測定対象物との判定距離」と「光測距モジュール２１ｂと測定対象物との判定距離」との差が所定の範囲内であれば、光測距モジュール２１ａおよび２１ｂの全てについて、異常が発生していないと判定する。

ここで、該２つの判定距離は、実施形態１で説明した有効データ抽出部２２２によって抽出された有効データから、判定距離算出部２２４によって算出される。そのため、観測エリアが重複しないエリアにて算出された距離を示す信号は、判定距離の算出において用いられることはない。つまり、異常判定部２２５は、光測距モジュール２１ａおよび２１ｂの互いに重複する観測エリアＲ３に対応する受光素子の出力する信号を用いて、光測距モジュール２１ａおよび２１ｂの各々から測定対象物までの判定距離を比較する。したがって、判定装置２は、「光測距モジュール２１ａおよび２１ｂの各々が、互いに重複しない観測エリアにおいて計測した距離が所定の長さ以上乖離していることによって、異常が発生したと誤判定してしまう」のを防ぐことができる。

§４ 変形例
本発明の他の変形例について、図６および図７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、上述の実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

上述の実施形態においては、判定装置２が、観測エリアが互いに重複する１つのセンサセットを備えている例について説明した。

本変形例に係る判定装置２ｃは観測エリアが重複する複数の光測距モジュールのセットを複数備えている。

図６は、安全制御システム１ｃにおける本変形例に係る判定装置２ｃの適用例の一例を示す図である。図６に示すように。安全制御システム１ｃは、判定装置２ｃおよび安全制御装置３を含む。

図７は、判定装置２ｃを備えているロボット１０のエンドエフェクタの一例を示す図である。図７に示す観測エリアＲ１００は複数の光測距モジュールによって重複する観測エリアを示している。図７に示すようにロボット１０のエンドエフェクタの周辺には当該重複する観測エリアが複数設定されている。

図６に示すように、判定装置２ｃの判定ユニット２０ａは複数の光測距モジュールを備えており、少なくとも光測距モジュール２１ａ１、２１ａ２、２１ａ３を備えている。また、判定装置２ｃの判定ユニット２０ｂは複数の光測距モジュールを備えており、少なくとも光測距モジュール２１ｂ１、２１ｂ２、２１ｂ３を備えている。

光測距モジュール２１ａ１と光測距モジュール２１ｂ１とは観測エリアが重複しており、光測距モジュールのセット２５に含まれる。

光測距モジュール２１ａ２と光測距モジュール２１ｂ２とは観測エリアが重複しており、光測距モジュールのセット２６に含まれる。

光測距モジュール２１ａ３と光測距モジュール２１ｂ３とは観測エリアが重複しており、光測距モジュールのセット２７に含まれる。

前記光測距モジュールの各々はセット毎にシリアル伝送によって、光測距モジュールの観測エリア内の対象物と光測距モジュールとの間の距離を示す信号を制御部２２ａまたは制御部２２ｂに出力する。

換言すると、判定装置２が備えているセンサセットは複数である。また、複数のセンサセットの各々の光測距センサが出力する信号は、シリアル伝送によって、制御部２２ａおよび制御部２２ｂの第１取得部２２１の各々へと伝送される。

前記の構成によれば、制御部２２ａおよび制御部２２ｂはシリアル伝送によって出力する信号を取得する。そのため、判定装置２ｃが備える回線を少なくすることができる。よって、判定装置２ｃの製造コストを軽減することができる。

なお、本変形例および上述の実施形態においては、観測エリアが互いに重複する複数の光測距センサを含むセンサセットとして、２つの光測距センサを含む構成について説明したが、光測距センサを３つ以上含む構成に適宜変更してもよい。この場合、光測距センサに応じて、判定ユニットの数を適宜変更してもよい。

〔ソフトウェアによる実現例〕
判定装置２、２ｃの制御ブロック（特に制御部２２ａおよび制御部２２ｂ）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。

後者の場合、判定装置２、２ｃは、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば１つ以上のプロセッサを備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記プロセッサとしては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いることができる。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などをさらに備えていてもよい。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

２、２ｃ 判定装置
２１ａ、２１ｂ、２１ｂ１、２１ｂ２、２１ｂ３、２１ａ１、２１ａ２、２１ａ３ 光測距モジュール（光測距センサ）
２４出力部
２１１ 投光部
２１２ 受光部
２２１ 第１取得部（取得部）
２２３ 第２取得部（取得部）
２２５ 異常判定部
２２２ 有効データ抽出部（抽出部）
Ｓ１ａ、Ｓ１ｂ 取得ステップ
Ｓ５ａ 異常判定ステップ
Ｓ６ 異常処理（出力ステップ）

Claims (5)

1. 対象物との距離が所定範囲内になると侵入検知を示す信号を出力する判定装置であって、
   観測エリアが互いに重複する複数の光測距センサを含むセンサセットにおける、前記複数の光測距センサの各々が出力する信号を、各々が取得する複数の取得部と、
   前記複数の取得部の各々が受け付けた信号の各々が示す距離が互いに所定の長さ以上乖離していると、前記複数の光測距センサの少なくとも１つに異常が発生したと、各々が判定する複数の異常判定部と、
   前記複数の異常判定部の少なくとも１つが、異常が発生したと判定すると、異常を示す信号を出力する出力部と、を備えることを特徴とする判定装置。
2. 前記光測距センサは、複数の受光素子を備えるマルチピクセル型の受光部を含み、
   前記受光部の前記複数の受光素子のうち、前記複数の光測距センサの互いに重複する観測エリアに対応する受光素子を、有効範囲における受光素子として抽出する抽出部をさらに備え、
   前記複数の異常判定部の各々は、前記有効範囲における受光素子が出力する信号を用いて、前記複数の光測距センサの少なくとも１つに異常が発生したかを判定することを特徴とする請求項１に記載の判定装置。
3. 前記抽出部は、前記観測エリア内の前記対象物と前記光測距センサとの距離に応じて、前記有効範囲における受光素子を抽出することを特徴とする請求項２に記載の判定装置。
4. 前記センサセットは複数であり、
   複数の前記センサセットの各々の前記光測距センサが出力する信号は、シリアル伝送によって、前記複数の取得部の各々へと伝送されることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の判定装置。
5. 対象物との距離が所定範囲内になると侵入検知を示す信号を出力する判定装置の制御方法であって、
   観測エリアが互いに重複する複数の光測距センサを含むセンサセットにおける、前記複数の光測距センサの各々が出力する信号を、各々が取得する複数の取得ステップと、
   前記複数の取得ステップの各々にて受け付けた信号の各々が示す距離が互いに所定の長さ以上乖離していると、前記複数の光測距センサの少なくとも１つに異常が発生したと、各々が判定する複数の異常判定ステップと、
   前記複数の異常判定ステップの少なくとも１つにて、異常が発生したと判定されると、異常を示す信号を出力する出力ステップと、を含むことを特徴とする判定装置の制御方法。

Images