JP2568118Y2 - 光電スイッチ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この考案は、プレス機などの機械
装置に、物体有無検出を目的に取付けられる光電スイッ
チに関する。

【０００２】

【従来の技術】プレス機などの工作機械は、その刃物な
どが移動する空間に人の手が入ったときは、速やかに機
械を停止させる安全装置が設置されている。この安全装
置は、図９に示すように、物体の有無を検出する空間Ｍ
を挟んで複数の投光素子５０を有する投光ユニット５２
と、複数の受光素子５１を有する受光ユニット５３を配
置した光電スイッチが知られている。

【０００３】この光電スイッチは、複数の投光素子５０
から対向する受光素子５１に赤外光のビーム光を平行状
に照射し、各受光素子５１において受光の有無を検出す
ることで、空間Ｍの物体の有無を検出する。つまり、１
本でもビーム光が物体で遮られると、受光素子５１のい
ずれかの受光出力がオフとなって、物体有りと判定さ
れ、この判定信号で工作機械を停止させるなどの安全対
策処理が行われる。

【０００４】上記光電スイッチは、投受光動作が対向す
る投光素子５０と受光素子５１の間でのみ行われるよう
にしてある。これは、遮光物体が小さくても、これを少
なくとも１本のビーム光ででも検出できるようにするた
めであり、隣接する投受光素子間および外来光の混信に
よる誤動作を防止するためである。一対の対向する投受
光素子間のみでの投受光動作は、投光ユニット５２と受
光ユニット５３の間に配線した同期信号を伝送するケー
ブル５４を使用して、投受光素子の対向する一対毎に投
受光タイミングを異ならせる有線式同期検波方式で行わ
れている。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】上記光電スイッチが配
置される環境は様々で、設置場所によっては投光ユニッ
ト５２と受光ユニット５３を結ぶケーブル５４が、工作
機械などの安全動作上に邪魔になることがある。また、
ケーブル配線が面倒であり、ケーブル５４が邪魔になる
場合は、そのための特別な安全対策が必要となって、光
電スイッチ設備がコスト高となる不具合があった。

【０００６】また、光電スイッチは、設置場所の環境に
応じた誤動作防止手段を備えるのが通常であるが、設置
場所やその周辺環境の変更があると、この変更に誤動作
防止手段が対応し切れず、誤動作をする確率が高くなる
ことがあって、信頼性が悪くなる問題があった。

【０００７】この考案はかかる問題点に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、様々な環境下で正確
に動作する、かつ、全体として低コストで設置できる光
電スイッチを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この考案は、物体の有無
を検出する空間を挟んでマスター装置とスレーブ装置を
対向配置した光電スイッチであって、物体有無検出の動
作を方式的に分類すると往復投受光方式、水平垂直偏光
方式、光線式同期検波方式、連続パルス判定方式、位相
制御方式を採用した構造であり、次の構成を成すことで
上記目的を達成する。マスター装置に内蔵され、起動信
号入力でパルス発光する第１投光素子と、スレーブ装置
に内蔵され、第１投光素子からの光を受光する第１受光
素子およびこの第１受光素子の受光で起動されてパルス
発光する第２投光素子と、マスター装置に内蔵され、第
２投光素子からの光を受光する第２受光素子とから構成
される投受光ユニットの複数を、マスター装置とスレー
ブ装置の双方に設け、前段の投受光ユニットの第２受光
素子の受光出力を次段の投受光ユニットの第１投光素子
の起動信号として付与することで、マスター装置とスレ
ーブ装置の間で複数回の往復投受光動作をするように構
成する（往復投受光方式）と共に、マスター装置とスレ
ーブ装置双方の隣接する投受光ユニットの、一方の投受
光窓に水平方向性偏光フィルターを、他方の投受光窓に
垂直方向性偏光フィルターを付設し（水平垂直偏光方
式）、マスター装置内に、各投受光ユニットの第１投光
素子の発光タイミングで第２受光素子の受光動作時間を
規制する同期検波回路と（光線式同期検波方式）、最後
段の投受光ユニットの第２受光素子の受光出力パルスが
所定の複数個連続して入力されたことを検波して、物体
有無の判定信号を出力する連続パルス判定回路と（連続
パルス判定方式）、連続パルス判定回路の物体有無信号
に基づいて、最前段の投受光ユニットの第１投光素子の
起動信号入力周期を、物体有り時と無し時で相違させた
２段階で切換える位相制御回路と（位相制御方式）を付
設した光電スイッチを提供する。

【０００９】

【作用】マスター装置とスレーブ装置の間の空間に、両
装置の各投受光ユニットが連続的に動作することで、光
軸の異なるビーム光が複数回往復して投射され、空間に
物体が無ければ最後段の投受光ユニットの第２受光素子
が受光出力して物体無しが検知され、空間に物体が在っ
てこれに１本のビーム光でも遮られると、最後段の投受
光ユニットの第２受光素子が受光出力せず、物体有りが
検知される。

【００１０】マスター装置とスレーブ装置の投受光窓に
設置した水平と垂直の偏光フィルターは、隣接する投受
光ユニットのビーム光を水平偏光成分と垂直偏光成分に
分け、隣接する投受光ユニット間の干渉による誤動作、
ビーム光の外部反射光による誤動作を防止する作用を呈
する。

【００１１】各投受光ユニットの第１投光素子が発光し
た後の所定の時間帯だけ同期させて第２受光素子の受光
動作を制御する同期検波回路は、第１投光素子と第２受
光素子と同じマスター装置内に在って、マスター装置と
スレーブ装置間を同期ケーブルで配線するような不都合
が無くなる。

【００１２】最後段の投受光ユニットの第２受光素子の
受光出力パルスが複数個連続して入力されたことを検波
して、物体有無の判定をすることで、単パルスの外来光
による誤動作、ノイズによる誤動作が防止される。

【００１３】光電スイッチの動作周期を、物体有りの場
合と物体無しの場合とで相違させることにより、複数の
光電スイッチを近くに併設して使用したときの、光電ス
イッチ相互間のビーム光の干渉による誤動作が防止され
る。

【００１４】

【実施例】以下、一実施例について図１乃至図８を参照
して説明する。同図に示す光電スイッチは、物体の有無
を検出する空間Ｍを挟んでマスター装置１とスレーブ装
置２を対向配置して構成される。マスター装置１とスレ
ーブ装置２は、１往復の投受光動作をする複数、例えば
２つの第１投受光ユニットＵ₁と第２投受光ユニットＵ₂
を内蔵する。第１投受光ユニットＵ₁は、マスター装置
１に組込まれた第１投光素子３および第２受光素子６
と、スレーブ装置２に組込まれた第１受光素子４と第２
投光素子５を有する。第１投光素子３はパルス発光し、
そのビーム光は空間Ｍを通過して第１受光素子４に入射
する。第１受光素子４は受光すると第２投光素子５をパ
ルス発光させ、そのビーム光は第１投光素子３のビーム
光と平行に空間Ｍを通過して第２受光素子６に入射す
る。第２投受光ユニットＵ₂も第１投受光ユニットＵ₁と
同一の構成で、マスター装置１側に第１投光素子３’と
第２受光素子６’を、スレーブ装置２側に第１受光素子
４’と第２投光素子５’を有する。第１投受光ユニット
Ｕ₁の第２受光素子６の受光出力で、第２投受光ユニッ
トＵ₂の第１投光素子３’がパルス発光動作をする。各
発光素子３、５…のビーム光は、空間Ｍで平行に往復照
射され、その内のいずれか１つ、或いは複数が物体（図
示せず）で遮光されると、最後の第２受光素子６’は出
力せず、この出力有無で空間Ｍでの物体の有無が検知さ
れる。マスター装置１とスレーブ装置２は、例えば図２
に示すように、前面に複数の投受光窓７を有する箱型
で、床３０上近くに投受光窓７を縦配列にして配置され
る。

【００１５】マスター装置１とスレーブ装置２に内蔵さ
れる投受光制御回路の概略を、図１および図３に基づき
説明する。発振器２０で所望の周期Ｔ₁で発振された起
動信号ａの入力で投光回路２１が一定時間ｔだけ作動
し、その発光信号ｂで第１投受光ユニットＵ₁の第１投
光素子３がパルス発光する。第１投光素子３のビーム光
が第１受光素子４で受光されると、受光回路２２から第
２投光素子５の投光回路２３に起動信号ｄが出力され
る。この起動信号ｄで投光回路２３が一定時間ｔだけ作
動して、その発光信号ｅで第２投光素子５がパルス発光
する。第２投光素子５のビーム光が第２受光素子６で受
光されると、その受光回路２４から第２投受光ユニット
Ｕ₂の第１投光素子３の投光回路２１’に起動信号ｆが
出力される。この起動信号ｆで投光回路２１’が作動
し、その発光信号ｇで第１投光素子３’が一定時間ｔだ
けパルス発光する。このビーム光が第１受光素子４’で
受光されると、その受光回路２２’から投光回路２３’
に起動信号ｉが出力され、その発光信号ｊで第２投光素
子５’が一定時間ｔだけパルス発光する。そのビーム光
を第２受光素子６’が受光すると、受光回路２４’が受
光信号ｋを出力する。この信号ｋが後述のように処理さ
れて、出力端子２５に制御信号Ｖ_outが出力される。以
上の一連の動作が完了して所定の時間Ｔ₁が経過する
と、発振器２０から次の起動信号ａが出力されて、上記
動作が繰り返される。

【００１６】この考案においては、上記構成の光電スイ
ッチに次の偏光フィルター８、９、…、同期検波回路１
０、１０’、連続パルス判定回路１１および位相制御回
路１２を付設したことを特徴とする。これら付設要素
を、以下順に説明する。

【００１７】偏光フィルター８、９、…は水平方向性と
垂直方向性の２種類があり、マスター装置１とスレーブ
装置２の投受光窓７に、投受光ユニットＵ₁、Ｕ₂毎に種
類を揃えて取付けられる。具体的には、床３０より上位
にある第１投受光ユニットＵ₁に水平方向性偏光フィル
ター８、８’が装着され、第２投受光ユニットＵ₂に垂
直方向性偏光フィルター９、９’が装着される。第１投
受光ユニットＵ₁の各ビーム光は、水平方向性偏光フィ
ルター８、８’を通過することで垂直成分がカットさ
れ、主として水平成分の光だけとなる。他方、第２投受
光ユニットＵ₂の各ビーム光は、垂直方向性偏光フィル
ター９、９’を通過することで水平成分がカットされ、
主として垂直成分の光だけとなる。従って、第１投受光
ユニットＵ₁の投光素子３、５のビーム光の一部で、第
２投受光ユニットＵ₂の受光素子４’、６’が感応する
ような相互干渉による誤動作が防止される。また、第２
投受光ユニットＵ₂が床３０に近いと、その投光素子
３’、５’のビーム光の床３０を反射した反射光（図２
の鎖線）で誤動作する可能性がある。ところが、第２投
受光ユニットＵ₂の偏光フィルター９、９’を垂直方向
性のものに選定しておくと、床３０などからの外来反射
光は水平成分の光が大部分であることから、これら外来
反射光は垂直方向性偏光フィルター９、９’でカットさ
れ、誤動作が防止される。

【００１８】同期検波回路１０、１０’は、各投受光ユ
ニットＵ₁、Ｕ₂に設けられる。第１投受光ユニットＵ₁
の同期検波回路１０は、第１投光素子３の発光タイミン
グで第２受光素子６の受光動作時間を規制するゲート回
路である。つまり、第１投光素子３がパルス発光して、
第２受光素子６が正常に受光するまでの所定時間経過し
てから、投光素子発光時間ｔの時間帯だけ第２受光素子
６の受光回路２４の出力を第２投受光ユニットＵ₂の起
動信号ｆとして通過させる。同じように第２投受光ユニ
ットＵ₂の同期検波回路１０’も、第１投光素子３’の
発光タイミングで第２受光素子６’の受光動作時間を規
制するゲート回路である。このように投受光の同期を、
マスター装置１の内部回路で達成すると、マスター装置
１とスレーブ装置２の間を同期ケーブルで配線する必要
がなくなる。

【００１９】連続パルス判定回路１１は、第２投受光ユ
ニットＵ₂の第２受光素子６’の受光信号ｋのパルスが
複数個連続して入力された場合のみ、空間Ｍに物体無し
の判定をし、それ以外は物体有りの判定をすることによ
って、外からの単パルス光やノイズによる誤動作を防止
する。位相制御回路１２は、連続パルス判定回路１１の
判定結果に基づいて、発振器２０の発振周期Ｔ₁を２段
階に制御する回路である。この両回路１１、１２の詳細
は、図７および図８の光電スイッチの具体的回路の動作
で説明する。

【００２０】図７はマスター装置１の具体的回路であ
り、図８はスレーブ装置２の具体的回路であり、その次
の動作でもって説明する。発振器２０で例えば２ｍＳの
周期Ｔ１の起動信号ａが投光回路２１のワンショットマ
ルチバイブレータ３２に入力されると、１００μＳのパ
ルス幅の信号となってアンドゲート３３に入力され、こ
れが周波数変調用発振器３１から約２００ＫＨ_Zのパル
スで変調される。この変調信号のパルスが駆動回路３４
に出力されて、第１投光素子３が１００μＳの一定時間
ｔでパルス発光する。このビーム光をスレーブ装置２の
第１受光素子４が受光して、受光回路２２が入力を積分
しアナログ検波する。つまり、受光回路２２には、図４
に示すような約２００ＫＨ_Zに変調されたパルスＰ₁が入
力されると、これを積分して約１００μＳのパルス幅の
パルス信号Ｐ₂に検波する。このような約２００ＫＨ_Zの
高い周波数変調は、一般的な光電スイッチなどのセンサ
ーの変調光５〜１０ＫＨ_Zの外来光の混信を防止し、誤
動作を防止する上で有効である。受光回路２２からのパ
ルス信号Ｐ₂の立下りを立下り検知回路３５で検出し
て、第２投光素子５の投光回路２３を起動させる。投光
回路２３は第１投光素子３の投光回路２１と同じ構成
で、周波数変調用発振器４０、ワンショットマルチバイ
ブレータ３６、アンドゲート３８、駆動回路３９を備
え、変調されたパルスで第２投光素子５を発光させる。
同時にオフ・ディレイ回路３７が立下り回路３５の動作
を一定時間禁止して、第２発光素子５の光の反射光が第
１受光素子４に入射する自己反射光による誤動作を防止
する。

【００２１】第２投光素子５の発光ビームをマスター装
置１の第２受光素子６が受光すると、これを受光回路２
４が積分してアナログ検波し、その立下りの検知でもっ
て、

【００２２】第２投受光ユニットＵ₂の第１発光素子
３’の投光回路２１’を起動させる。この起動は同期検
波回路１０を介して同期的に行われ、第１投光素子３の
発光タイミングと第２受光素子６の受光タイミングが所
定の時間で同期したときのみ、第２投受光ユニットＵ₂
が起動する。第２投受光ユニットＵ₂は、第１投受光ユ
ニットＵ₁と同様に周波数変調されて投受光動作をす
る。なお、第２投受光ユニットＵ₂の第１投受光ユニッ
トＵ₁と同一回路には同一符号を付して、その説明は省
略する。

【００２３】第２投受光ユニットＵ₂の第２受光素子
６’が受光すると、検波回路４０を介して図５に示すよ
うな出力パルスＰ₃が連続パルス判定回路１１に出力さ
れる。出力パルスＰ₃は、空間Ｍに物体が無い場合に発
振器２０の２ｍＳの１周期Ｔ₁毎に１パルスが発生す
る。連続パルス判定回路１１は、インバータ４０と２つ
のシフトレジスタ４１、４２と、フリップフロップ４３
を有し、出力パルスＰ₃が複数例えば４個連続して入力
されると、フリップフロップ４３を反転させて、出力回
路４４に物体無しの判定信号を出力する。空間Ｍに物体
が在って、この物体が光電スイッチの４本のビーム光の
いずれかを遮った場合、このときの１周期Ｔ₁での出力
パルスＰ₃は無く、連続パルス判定回路１１に入力され
ない。すると、連続パルス判定回路１１のパルス４連続
入力が中断され、フリップフロップ４３が反転して、出
力回路４４に物体有りの判定信号が出力される。出力回
路４４は物体有りの判定信号の入力で、出力端子２５に
工作機械の停止信号や警報信号などの制御信号Ｖ_outを
出力する。このように出力パルスＰ₃が複数個連続する
か否かで、物体有無の判定を下すことで、外からの単パ
ルスによる誤動作や、内からの単発ノイズによる誤動作
が防止される。

【００２４】連続パルス判定回路１１の判定信号は、位
相制御回路１２にも出力される。位相制御回路１２は、
図６に示すように、連続パルス判定回路１１の判定信号
が物体無しの場合に、発振器２０の周期Ｔ₁を所定の２
ｍＳに維持し、物体有りの判定信号が入力されると、周
期Ｔ₁を変え、例えば２．５ｍＳの周期Ｔ₂に増大させ
る。この周期Ｔ₂は、次に物体無しの判定信号が入力さ
れるまで維持される。このような位相制御は、光電スイ
ッチの複数が接近させて併設された場合に有効である。
すなわち、併設された複数同一種類の光電スイッチを同
時に動作させた場合、物体無しの判定をする光電スイッ
チの光の相互干渉で、隣接する物体有りと判定すべき光
電スイッチが物体無しと判定する誤動作の可能性があ
る。しかし、上記のように物体の有無で光電スイッチ双
方の動作周期を相違させておくと、相互干渉のタイミン
グがずれて、光電スイッチ双方共に誤動作が防止され
る。

【００２５】なお、上記実施例では、投受光ユニットを
２段に設けたが、３段以上に設けて、空間の検査エリア
を拡大することも可能である。

【００２６】

【考案の効果】この考案によれば、マスター装置とスレ
ーブ装置の投受光窓に設置した水平と垂直の偏光フィル
ターは、隣接する投受光ユニット間の光の相互干渉によ
る誤動作、ビーム光の床や壁などからの外部反射光によ
る誤動作を防止する上で効果がある。また、各投受光ユ
ニットの第１投光素子と第２受光素子の投受光動作のタ
イミングを同期検波回路で規制することで、マスター装
置とスレーブ装置間を同期ケーブルで配線するような不
都合が無くなり、多くの環境に適合する汎用性の高い、
しかも、低コストで設置が容易な光電スイッチが提供で
きる。さらに、最後段の投受光ユニットの第２受光素子
の受光出力パルスが複数個連続して入力されたか否かの
判定で、物体有無の判定をすることにより、単パルスの
外来光による誤動作、単発ノイズによる誤動作が防止さ
れ、また、光電スイッチの動作周期を、物体有りの場合
と物体無しの場合で相違させることにより、複数の光電
スイッチを近くに併設して使用したときの、光電スイッ
チ相互間のビーム光の干渉による誤動作が防止されて、
光電スイッチの信頼度を高める上で効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の一実施例を示すブロック図

【図２】図１の光電スイッチの使用時の斜視図

【図３】図１の光電スイッチの動作を説明するタイミン
グチャート

【図４】図１の光電スイッチにおける投光パルス列とそ
れを受けた受光回路の出力を示す波形図

【図５】図１の光電スイッチにおける連続パルス判定回
路の動作例を説明するパルス波形図

【図６】図１の光電スイッチにおける位相制御回路の動
作例を説明するパルス波形図

【図７】図１の光電スイッチにおけるマスター装置の具
体例を示す回路図

【図８】図１の光電スイッチにおけるスレーブ装置の具
体例を示す回路図

【図９】従来の光電スイッチの概略を示す側面図

【符号の説明】

１ マスター装置 ２ スレーブ装置 ３、３’ 第１投光素子 ４、４’ 第１受光素子 ５、５’ 第２投光素子 ６、６’ 第２受光素子 Ｕ₁ 投受光ユニット Ｕ₂ 投受光ユニット ７ 投受光窓 ８、８’ 水平方向性偏光フィルター ９、９’ 垂直方向性偏光フィルター １０、１０’同期検波回路 １１ 連続パルス判定回路 １２ 位相制御回路

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体の有無を検出する空間を挟んでマス
   ター装置とスレーブ装置を対向配置した光電スイッチで
   あって、 マスター装置に内蔵され、起動信号入力でパルス発光す
   る第１投光素子と、スレーブ装置に内蔵され、第１投光
   素子からの光を受光する第１受光素子およびこの第１受
   光素子の受光で起動されてパルス発光する第２投光素子
   と、マスター装置に内蔵され、第２投光素子からの光を
   受光する第２受光素子とから構成される投受光ユニット
   の複数を、マスター装置とスレーブ装置の双方に設け、 前段の投受光ユニットの第２受光素子の受光出力を次段
   の投受光ユニットの第１投光素子の起動信号として付与
   することで、マスター装置とスレーブ装置の間で複数回
   の往復投受光動作をするように構成すると共に、 マスター装置とスレーブ装置双方の隣接する投受光ユニ
   ットの、一方の投受光窓に水平方向性偏光フィルター
   を、他方の投受光窓に垂直方向性偏光フィルターを付設
   し、 マスター装置内に、 各投受光ユニットの第１投光素子の発光タイミングで第
   ２受光素子の受光動作時間を規制する同期検波回路と、 最後段の投受光ユニットの第２受光素子の受光出力パル
   スが所定の複数個連続して入力されたことを検波して、
   物体有無の判定信号を出力する連続パルス判定回路と、 連続パルス判定回路の物体有無信号に基づいて、最前段
   の投受光ユニットの第１投光素子の起動信号入力の周期
   を、物体有り時と無し時で相違させた２段階で切換える
   位相制御回路と、 を付設したこと特徴とする光電スイッチ。