JP3547785B2 - 工作機の光線式安全装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、工作機の光線式安全装置に関し、特に、プレス機械等の工作機の少なくとも前面に設けられた投・受光器の光軸によって画定された保護区域に作業者が誤って手等を入れた場合に、前記光軸の遮断により危険を検知して工作機の運転を停止させることができる工作機の光線式安全装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プレス機械等の工作機では、その危険性に鑑み、作業者が被工作物のセット等の作業のため、もしくは誤って工作機の保護区域に手を入れたような場合に、これを検知して工作機の運転を停止させるようにした安全装置が付設されている。このような安全装置として、工作機の少なくとも前面に、光線によって画定された保護区域を設け、この光線が作業者または被工作物等によって遮断されたときに工作機の運転を停止させるようにしたものがある（例えば、特開平２−２３６０９８号公報記載の装置）。
【０００３】
また、工作機の非常停止回路の異常を診断するため、始動スイッチの動作に連動して作動するチェック機構を含んだ安全装置も提案されている（特開昭６０−３７３００号公報）。この安全装置では、投光器から送出された光が受光部で検出された場合にはリレーの常開接点を閉じて工作機を運転可能にし、前記光が検出されなかった場合には前記リレーが励磁されずその接点を開状態に維持して運転を停止させるようにしている。そして、受光時にのみ前記リレーを励磁るための増幅回路に異常が発生して光線の遮断時にリレーを消磁できないようなことがないように、該増幅回路のチェックを行う点検回路および始動無効回路を設けている。
【０００４】
すなわち、前記点検回路では、工作機の始動スイッチの動作に連動して擬似遮断信号（以下、「オフパルス」という）を出力する。このオフパルスの持続時間は閉成された前記リレー接点の開放に必要な時間よりも短く設定してある。したがって、このオフパルスによって前記リレーは消磁されるが、オフパルスのパルス幅では接点は開かないため運転が停止されたり不能になったりすることはない。
【０００５】
一方、前記オフパルス発生と同じタイミングで該オフパルスの反転信号をチェックパルスとして前記始動無効回路に出力する。該始動無効回路は前記リレーの接点と直列に接続された「常閉」型の第２の接点を開放する第２のリレーを動作させる回路であり、前記増幅回路の正常時は前記チェックパルスを供給されても第２のリレーは励磁されない。ところが、前記増幅回路の異常時にはチェックパルスによって第２のリレーが励磁され、第２の接点が開いて工作機の運転を不能または停止させるように動作する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の安全装置には次のような問題点があった。すなわち、前記チェックパルスはオフパルスの反転信号によって形成しているためオフパルス信号の終了とチェックパルス信号のスタートのタイミングは同一である。ところが、オフパルスによって実際に受光部が擬似的に非受光になるまでの時間と、チェックパルスによって前記始動無効回路を動作させるまでの時間とでは回路構成上不可避のずれが生じる。そのずれ時間の誤差やパルス幅の変化で、オフパルス発生時間以外のタイミングでチェックパルスによる自己診断が行われることがあり、正確な自己診断を行えないという問題点があった。また、前記両パルス信号がずれたタイミングすなわちチェック可能なタイミング以外で外部からノイズが侵入すると、該ノイズがチェックパルス類似の作用をし、その影響で正確な自己診断を行えないというおそれもある。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解消し、オフパルスが発生している時間（以下、「オフパルス時間」という）内でオフパルスとチェックパルスとがすれ違うことなく確実にチェックパルスを発生させて自己診断を行えるようにするとともに、外部からのノイズの影響を受けずに正確な自己診断を行うことができる工作機の光線式安全装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決し、目的を達成するための本発明は、工作機の保護区域を画定するための光線を発する投光手段と、前記投光手段から発せられた光線を受光する受光手段と、前記受光手段が非受光状態のときに異常信号を出力する点検手段と、前記受光手段を擬似的に非受光状態にするためのオフパルスを発生するパルス発生手段と、前記オフパルスの持続中に予定幅のチェックパルスを発生するチェックパルス発生手段と、前記チェックパルスが発生されたときに前記点検手段から回路異常信号が出力されなかった場合に無効信号を出力する無効手段と、前記異常信号または無効信号に応答して工作機を動作不能にさせる停止手段とを具備するとともに、前記オフパルス時間は前記停止手段が工作機を実際に動作不能にさせるまでの応答時間より短く設定してある点に特徴がある。
【０００９】
【作用】
上記の特徴を有する本発明では、受光手段はオフパルスによって擬似的に非受光状態にされ、点検手段が正常な場合はこの非受光状態に応答して異常信号が出力される。ところが、点検手段が異常の場合は、前記非受光状態においても異常信号が出力されない。そこで、前記オフパルスの持続中にチェックパルスを発生させ、このチェックパルス発生中に前記異常信号が出力されなかったときには回路異常と判断し、無効手段によって工作機を強制的に動作不能にさせる。前記オフパルスの持続時間は停止手段が工作機を実際に動作不能にさせるまでの応答時間より短時間であり、前記オフパルスによっては工作機が実際に動作不能状態になることはない。
【００１０】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図４は、光線式安全装置の一例を示す斜視図である。同図において、プレス機械５の前面左右両側には、それぞれ投光器１および受光器２が配置されている。前記投光器１には複数の発光素子が縦方向に配列され、前記受光器２には前記発光素子と同数の受光素子が該発光素子と対向して配列されている。この発光素子としては、例えば発光ダイオードが使用でき、受光素子としては、例えばフォトトランジスタが使用できる。また、前記投光器１から受光器２に向けて照射される光線によって形成される複数の光軸４でプレス機械５の全幅がカバーされるように、該投光器１および受光器２はプレス機械５の幅と略同一の間隔をあけて配置されている。このような構成により、プレス機械５の運転中に前記光軸４が遮られると、制御装置３はこれを検知して停止信号が出力される。なお、前記停止信号によってプレス機械を急停止させるためには、プレス機械に原動機の動力を伝達するためのクラッチを切り離すとか、動力を供給している原動機への給電を絶つとかの方策を取り得る。また、前記クラッチの切り離しに伴ってブレーキを作動させるようにしてもよい。
【００１１】
次に、前記光軸が遮断されたときにプレス機械の動作を停止させるための制御装置３について、特にその自己診断回路について説明する。図１は自己診断のための回路図である。この自己診断回路は、回路異常を検出してプレス機械を動作不能にするように構成されている。
【００１２】
同図（ｂ）において、端子ＸおよびＹ間の一方には電源が接続され、他方にはプレス機械の起動制御装置（図示せず）を介して前記原動機が接続される。したがって、端子ＸおよびＹ間に設けられている第１リレーＲＹ１および第２リレーＲＹ２の接点６，７の状態によってプレス機械が動作可能になったり動作不能になったりする。すなわち、両接点６，７が共に「閉」のときに起動制御装置によるプレス機械の起動が可能となり、両接点６，７の少なくとも一方が「開」になると、端子ＸおよびＹ間の接続が絶たれてプレス機械が動作不能となる。つまり動作中のプレス機械は停止されることになる。接点６は前記受光素子で光が検出されている場合に「閉」となる常時開接点であり、接点７は自己診断動作によって異常が検出された場合に限って「開」となる常時閉接点である。
【００１３】
図１（ａ）において、受光素子８は前記受光器２に複数設けられている受光素子の１つであり、該受光素子８は図示しない発光素子からの光を受けると導通し、点ａの電位が高レベル「Ｈ」に変化する。高レベルの電位は増幅器９で増幅され、トランジスタ１０のベース電圧が上昇して該トランジスタ１０は導通する。該トランジスタ１０のコレクタには第１リレーＲＹ１のコイル１１が接続されており、該コイル１１はトランジスタ１０の導通によって励磁される。コイル１１が励磁されている間は、前記接点６が閉じてプレス機械は動作可能な状態になっている。
【００１４】
一方、光軸が絶たれて前記受光素子８が光を受けなくなると点ａの電位は低レベル「Ｌ」に変化してトランジスタ１０のベース電圧も下がり、該トランジスタ１０は非導通となる。その結果、第１リレーＲＹ１は消磁されて前記接点６が開かれ、プレス機械は動作不能になる。
【００１５】
続いて、図２のタイミングチャートを参照しつつ、図１に示した自己診断回路の動作を説明する。図２のタイミングチャートにおいて、波形Ｃ１は発振回路１２から出力される信号、波形Ｃ２，Ｃ３は第１のモノマルチ（単安定発信器）１３の出力端子ＱおよびＱバーの電位、波形Ｃ４は第２のモノマルチ１６の出力端子Ｑバーの電位、波形Ｃ５，Ｃ６は第３のモノマルチ１７の出力端子ＱおよびＱバーの電位をそれぞれ示す。また、波形Ｃ７はインバータ２３の出力信号つまりアンドゲート１９の一方の入力信号、Ｃ８は第２のフォトカプラ１８の出力信号つまりアンドゲート１９の他方の入力信号を示す。さらに、波形Ｃ９，Ｃ１０はそれぞれトランジスタ１０，２１のベースに印加される信号を示す。
【００１６】
該自己診断回路は予定のオフパルス時間ｔだけ擬似的に光軸の遮断状態を作る。つまりオフパルスによって前記受光素子８を擬似的に非受光状態にする。そして、この光軸擬似遮断中にチェックパルスを発生させ、回路の故障について自己診断を行う。なお、オフパルス時間ｔは前記第１リレーＲＹ１の接点６の開放に要する時間Ｔよりも短く設定される。
【００１７】
発振回路１２は前記オフパルスを発生させるためのトリガを発生するものである。つまり該発振回路１２から送出される信号に基づいて予定時間ｔの幅を有するオフパルスが作り出される。該オフパルスは任意の時に発生させることができる。すなわち繰り返して発生させてもよいし、プレス機械の起動スイッチ等と連動して起動時のみ発生させるようにしてもよい。また、プレス機械を起動後、適宜のタイマ手段で設定された予定時間経過毎に発生させるようにしてもよい。
【００１８】
発振回路１２の出力信号Ｃ１は第１のモノマルチ１３に入力される。第１のモノマルチ１３はこの信号Ｃ１をトリガにして出力端子Ｑの電位Ｃ２が高レベルに、出力端子Ｑバーの電位Ｃ３が低レベルにそれぞれ変化される。これらの出力状態は第１のモノマルチ１３の時定数により前記オフパルス時間ｔだけ維持される。第１のモノマルチ１３の出力端子Ｑバーの電位Ｃ３が低レベルに変化することによってトランジスタ１４は導通し、その結果、受光素子８の動作電圧が遮断されて点ａの電位が低レベルに変化する。
【００１９】
これによってトランジスタ１０のベース電圧Ｃ９は低レベルに変化し、該トランジスタ１０は前記時間ｔの間だけ非導通となる。その後はトランジスタ１４が非導通となるので受光素子８が受光している限りトランジスタ１０は導通状態に復帰する。このため、第１リレーＲＹ１の接点６は「開」とはならない。前記トランジスタ１０のコレクタには第１のフォトカプラ１５が接続されており、該トランジスタ１０が非導通の間つまり時間ｔの間は該第１のフォトカプラ１５のフォトトランジスタも非導通となっている。
【００２０】
一方、前記第１のモノマルチ１３の出力端子Ｑが高電位になると、第２のモノマルチ１６がトリガされ、該第２のモノマルチ１６の出力端子Ｑバーの電位Ｃ４が低レベルに変化する。該第２のモノマルチ１６の出力端子Ｑバーの電位Ｃ４は該第２のモノマルチ１６の時定数で決定される時間ｔ２（ｔ２＜ｔ）だけ低レベルに維持され、その後、高レベルに復旧する。
【００２１】
この第２のモノマルチ１６の出力端子Ｑバーの電位Ｃ４が高レベルに変化することによって第３のモノマルチ１７がトリガされ、その出力端子Ｑの電位Ｃ５の電位は高レベルになり、出力端子Ｑバーの電位Ｃ６の電位は低レベルになる。第３のモノマルチ１７の出力状態はその時定数で決定される時間ｔ１（ｔ１＋ｔ２＜ｔ）だけ維持される。
【００２２】
第３モノマルチ１７の出力期間中は、第２のフォトカプラ１８の発光ダイオード１８ａに高電位が与えられ、該発光ダイオード１８ａは発光する。このように発光ダイオード１８ａを発光させるため時間ｔ１だけ予定レベルに維持されている信号Ｃ５が自己診断のためのチェックパルスである。
【００２３】
ところが、前記第１のフォトカプラ１５のフォトトランジスタが非導通の間は、該第２のフォトカプラ１８の動作電圧は遮断されている。したがって、発光ダイオード１８ａが発光したとしても、アンドゲート１９の一方の入力端子に対する信号つまり第２のフォトカプラ１８の出力信号Ｃ８は低レベルのままであり、フリップフロップ２０はセットされない。このために、トランジスタ２１のベース電圧Ｃ１０は低レベルのままであり、該トランジスタ２１は導通状態とならない。したがって第２のリレーＲＹ２のコイル２２は励磁されず、接点７も開かない。
【００２４】
これに対して、前記トランジスタ１０が故障していると、前記オフパルスが発生したにもかかわらず該トランジスタ１０が導通状態に維持されることが起こり得る。したがって、この場合は、第２のフォトカプラ１８には動作電圧が供給され、チェックパルスＣ５によってアンドゲート１９の一方の入力信号Ｃ８は点線で示すように高レベルとなる。そして、他方の入力信号つまりインバータ２３の出力信号Ｃ７もチェックパルス出力時は高レベルであるため該アンドゲート１９の出力信号は高レベルとなる。その結果、フリップフロップ２０はセットされ、トランジスタ２１のベース電圧Ｃ１０は点線で示すように高レベルとなって該トランジスタ２１は導通する。こうして第２のリレーＲＹ２のコイル２２が励磁されて接点７が開き、プレス機械の原動機への電源の供給が絶たれる。
【００２５】
なお、前記アンドゲート１９の一方の入力信号として、インバータ２３による第３のモノマルチ１７の出力端子Ｑバーの反転信号Ｃ７が供給されているため、該アンドゲート１９は第３のモノマルチ１７がトリガされて出力状態となっていない限り開かれることはない。したがって、第３のモノマルチ１７が出力状態にいない時、つまりチェックパルス発生タイミング以外にノイズ等の外乱が発生して第２のフォトカプラ１８が導通するようなことがあったとしても、アンドゲート１９が開かれないので第２のリレーＲＹ２の常閉接点７が開かれることもない。すなわち、チェックパルス発生時間だけを、実質的な自己診断時間とすることができ、誤った自己診断動作が行われるのを回避できる。
【００２６】
以上説明した自己診断回路を機能ブロック図に従って説明する。図３において、接点６および７はプレス機械を非常停止させるためのリレー接点である。前記増幅器９、トランジスタ１０、第１のリレーＲＹ１、ならびに第１のフォトカプラ１５等からなる点検部２４は受光素子８で検出された受光信号ｓ１に応答して常開接点６を閉じる。したがって、点検部２４が正常であれば、受光信号ｓ１が検出されなかった場合に該信号ｓ１に基づく異常信号ｓ２により接点６が開かれる。ところが、点検部２４に異常が発生すると、受光信号ｓ１が検出されなかった場合でも接点６が開かれないことがある。そこで、以下に述べるように、受光信号ｓ１を擬似的にオフ状態にして点検部２４の自己診断を行い、点検部２４が異常ならば無効部２５から無効信号Ｃ１０を出力して常閉接点７を開くようにしている。
【００２７】
前記発振回路１２、第１のモノマルチ１３、ならびにトランジスタ１４等からなるオフパルス発生部２６は受光素子８の受光信号ｓ１を擬似的に無効にするためのオフパルスＣ３を発生する。該オフパルス発生部２６はオフパルスＣ３の持続時間を設定する機能を有する。前記オフパルスＣ３と同時に出力されるパルスＣ２は、前記第２のモノマルチ１６を含む遅延部２７で予定時間遅延され、第３のモノマルチ１７を含むチェックパルス発生部２８に入力される。チェックパルス発生部２８は遅延されたパルス信号Ｃ２に応答してチェックパルスＣ５を発生する。
【００２８】
アンドゲート１９、フリップフロップ２０、トランジスタ２１、第２のリレーＲＹ２等を含む無効部２５は、回路が正常であることを示す信号Ｃ８がチェックパルスＣ５、Ｃ６、Ｃ７の出力タイミングであるにもかかわらず点検部２４から供給されなかったときに無効信号Ｃ１０を出力して接点７を開く。ここに、信号Ｃ８は信号ｓ２とは相反する信号であり、信号ｓ２が出力されているときには信号Ｃ８は出力されず、信号ｓ２が出力されないときには信号Ｃ８は出力されるものとする。したがって、受光信号ｓ１が無効になっているのにもかかわらず信号Ｃ８が出力されない場合は無効部２５の機能により接点７が開かれる。ここで、上述のように、オフパルスは接点６の動作時間よりも短時間であるため、オフパルスによって実際に接点６が開くことはない。
【００２９】
このように、本実施例では、自己診断のためのオフパルス発生から予定時間ｔ２だけ経過した時点で時間ｔ１だけチェックパルスを発生させるようにした。そして、このチェックパルス発生時に回路の異常が検出されるとリレー接点７が「開」状態となりプレス機械の動作を不能とするようにした。そして、前記チェックパルスの発生位置は、第２のモノマルチ１７の時定数の設定によって確実にオフパルスの中間に設定できる。
【００３０】
なお、本発明は、投光器と受光器とを工作機の両側に分離して配置した安全装置に限定されず、投光器と受光器とを一体化したセンサを工作機の片側に配置し、このセンサに対向させて配置した反射ミラーに投光器の光を照射し、この反射ミラーの反射光を検出するように構成された安全装置にも適用できる。また、本発明は、プレス機械以外の工作機に適用できることはもちろんである。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、オフパルス発生位置の中間にチェックパルスを発生させることができるので、両パルスのずれによる自己診断の誤りが生じることがなくなる。
【００３２】
また、チェックパルスの発生時だけを実質的な自己診断のタイミングとすることができるので、そのタイミング以外で侵入する外部のノイズの影響による自己診断の誤りが生じなくなる。
【００３３】
自己診断の誤りが生じなくなる結果、故障を確実に検出でき、安全装置の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す自己診断の回路図である。
【図２】実施例の動作を示すタイミングチャートである。
【図３】自己診断回路の機能ブロック図である。
【図４】光線式安全装置の斜視図である。
【符号の説明】
８…受光素子、 １１…第１のリレー、 １２…発振回路、 １３…第１のモノマルチ、 １５…第１のフォトカプラ、 １６…第２のモノマルチ、 １７…第３のモノマルチ、 １８…第２のフォトカプラ、 ２２…第２のリレー

Claims (2)

1. 工作機の少なくとも前面に、複数本の光線によって画定された保護区域を形成するために設けられた投光手段および該投光手段から発せられた光線を受光する受光手段と、前記受光手段が非受光状態のときに工作機への電源ラインを切断する第１リレー手段とを具備した工作機の光線式安全装置において、
   前記受光手段が非受光状態のときに前記第１リレー手段の付勢に対応して異常信号を出力する点検手段と、
   前記受光手段を擬似的に非受光状態にするためのオフパルスを発生するオフパルス発生手段と、
   前記オフパルスの持続中に予定幅のチェックパルスを発生するチェックパルス発生手段と、
   前記チェックパルスが発生されたときに前記点検手段から異常信号が出力されなかった場合に無効信号を出力する無効手段と、
   前記無効信号に応答して工作機への電源供給ラインを切断する第２リレー手段とをさらに具備し、
   前記オフパルスの持続時間は、前記第１リレー手段が付勢されてから前記工作機を停止させるために切り替わるのに要する応答時間より短く設定してあることを特徴とする工作機の光線式安全装置。
2. 前記チェックパルス発生手段が、前記オフパルス発生時から遅延させて前記予定幅のチェックパルスを発生するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の工作機の光線式安全装置。

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