JP4919822B2 - 多光軸光電センサ - Google Patents

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、非安全の制御機器に対する出力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。

多光軸光電センサには、種々の特殊機能を備えたものが開発されている（たとえば、特許文献１）。前記特殊機能としては、たとえば、以下に説明するミュート機能、オーバーライド機能などがある。
特開２００３−２１８６７９号（要約）

「ミュート機能」は、外部のミュートセンサから信号（以下、「ミュート信号」と呼ぶ。）が入力されると一時的に人体侵入の検知機能を無効化する機能で、一時的に安全制御出力として動作許可信号を出力する（安全制御出力はＯＮを保つ）。ミュートセンサとしては、光電センサやリミットスイッチなどが考えられる。ミュート機能が有効化する状態（以下、「ミュート状態」と呼ぶ。）への遷移は、通常モード（通常運転状態）において全入光状態（安全制御出力がON）で、かつ、ミュート信号が入力されるという条件が成立した場合のみ実行される。一方、前記条件が成立しない場合、たとえば、通常モードで遮光状態（安全制御出力がOFF ）や多光軸光電センサの自己診断機能により異常状態であると診断された時にはミュート信号が入力された場合であっても、ミュート機能状態へは遷移しない。

多光軸光電センサは、自己の故障や外乱による異常等を常時監視する自己診断機能を有しており、何らかの故障や異常を検知すると検出光軸が全入光状態であっても、動作不許可信号を出力する。動作不許可信号により製造装置を停止させると、製造ラインを止める必要がある場合があり、生産性に影響を及ぼすおそれがある。一方、ミュート機能等の付加機能についても、フェールセーフの思想に基づいて設計されるため、作業者が想定外の操作を行うと、多光軸光電センサは動作不許可信号を出力することになる。

前記ミュート機能を搭載したシステムの一例を図５を用いて説明する。
図５（ａ）において、ロボット１０１及び加工機Ｍは、防護柵に囲まれた領域内に配置されている。防護柵には、作業者Ｏが領域内にワークＷを搬入するための開口が設けられ、多光軸光電センサの投光器２と受光器３は、防護柵の開口に存在する作業者Ｏを検出するために、その開口に対応したライトカーテン（検出エリアＡ）を形成するように開口前方に設置されている。

多光軸光電センサの投光器２と受光器３は、検出エリアＡ内に作業者Ｏが存在しない状態で、図５（ｂ）のシリンダ１０４のロッド１０５によりアーム１０２の旋回をロックし、このロックされた状態を、たとえば光センサ１１０で検出する。この光センサ１１０は、多光軸光電センサのミュート入力に接続されていて、多光軸光電センサがミュート状態に設定される。前記作業者Ｏは、検出エリアＡ内に入り台座１００上のワークＷを搬入する作業を行うことができるようになる。

ロボット１０１はアーム１０２を旋回させて、ロボット１０１の動作範囲内に配置された台座１００上のワークＷを加工機Ｍに供給する。ロボット１０１は旋回部１０３に設けた図５（ｄ）のシリンダ１０４のロッド１０５が下方に退避した状態でのみ旋回が可能であり、図５（ｂ）の状態では旋回できない。したがって、検出エリアＡ内に作業者Ｏがいても検出エリアＡの安全が確保できる。

ロボット１０１に作業をさせる場合には、図５（ｃ）のように、作業者Ｏは検出エリアＡから出て、操作パネル１０６の起動ボタン１０７押下すると、図５（ｄ）のロッド１０５が下方に後退し、光センサ１１０が遮光されてミュート条件が崩れるので、ミュート状態が解除される。これにより、図５（ｃ）のアーム１０２が旋回して、ワークＷを台座１００から加工機Ｍに移載する。

しかし、たとえば、図５（ａ）の作業者Ｏが検出エリアＡから完全に出ることなく、手を伸ばして起動ボタン１０７を押下すると、光軸が作業者Ｏにより遮光された状態のままミュート状態が解除されるので、工場システムの一部が不必要に停止するという不具合を招く。

一方、インターロック中においては、インターロック解除ボタンをオペレータが押して、前記インターロックを解除する。しかし、従来のシステムでは、インターロックをいつ解除すればよいか分からないので、前記解除ボタンを押下するタイミングが分からないし、更に、解除されたか否かも不明のままであるという不具合を招いている。

かかる不具合は、多光軸光電センサをＰＬＣ(programmable logic controller) などの非安全制御機器で制御すれば生じない問題であるが、安全規格上、このような制御は許されない。

したがって、本発明の目的は、非安全制御機器に多光軸光電センサの動作状態を同一の出力系で能動的に知らせることで、非安全制御機器による多光軸光電センサの動作状態の遷移状況をリアルタイムに監視可能とすることで、安全性を確保したまま、タクトタイムをより短く、かつ、不必要な装置停止を防ぎ、多光軸光電センサの使い勝手を向上させることができ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、複数の光軸が一列に配列され、光軸の入光／遮光状態に応じて安全制御出力を出力する多光軸光電センサにおいて、全部の前記光軸が入光状態であるか、一部又は全部の前記光軸が遮光状態であるかを判別する入遮光判別手段と、前記多光軸光電センサの異常状態を検出するための検出手段と、通常運転時には、前記入遮光判別手段の判別結果を安全制御出力として出力させ、前記検出手段により異常状態であると検出された異常時は、前記入遮光判別手段の判別結果に拘わらず動作不許可の安全制御出力を出力させ、特殊機能運転時には、前記入遮光判別手段の判別結果に拘わらず動作許可の安全制御出力を出力させる制御部と、前記多光軸光電センサの運転状態が、通常運転状態と、異常状態と、特殊機能運転状態とのいずれかを判別し、該判別した運転状態を同一の出力線で外部に報知する運転状態報知手段とを備えることを特徴とする。

本発明において、安全制御出力は、安全側の制御機器に取り込まれて、オペレータ等の安全が守られる。
一方、多光軸光電センサの運転状態が運転状態報知手段から出力され、非安全側の制御機器に取り込まれる。非安全側の制御機器は、安全規格の制限を受けないので、種々の制御を行うことができ、たとえば、運転状態に入遮光の情報を加味することで、インターロックが解除できる状態であるなどを知らせることができる。
また、同一の出力線で外部に報知するので、出力線の数が増加するのを抑制し得る。

ここで、「通常運転状態」とは、多光軸光電センサの光軸の入光遮光に応じて安全制御出力がON/OFF（動作許可信号／動作不可信号、停止信号）となる状態をいい、この状態では、全入光の場合と一部又は全部遮光の場合とでON／OFF が切り替わる。

「異常状態（投光エラー、受光エラー、通信エラー、接続構成エラー、出力エラー、ミュートランプ異常等）」とは、エラーや故障が検出された場合に、入光遮光状態に拘わらず安全制御出力をOFF （動作不可信号、停止信号）とする状態をいう。エラーや故障の原因には様々なものがあるが、これを原因別に状態を示してもよいし、ひとまとめにして異常としてもよい。異常状態から通常運転状態への遷移は、インターロック中と同じで、全入光の場合は、リセット入力を受けることで通常運転状態に遷移可能な状態であり、他方、一部又は全部遮光の場合には、リセット入力を受けたとしても通常運転状態に遷移不可能な状態である。

なお、多光軸光電センサには、直接、外付けのミュートランプに接続するためのミュートランプ出力があり、それは、ミュート中ONするだけでなく、ランプに流れる電流を監視する検出手段を備えており、ランプに流れる電流が正常でない場合に該検出手段により異常状態と判断される。ミュート機能は、一時的に多光軸光電センサの機能を変えるものなので、その状態がより容易に報知できるよう、外付けのミュートランプを接続できるようになっており、したがって、正しくミュートランプが表示されないことを示すことは重要である。

本発明において、前記運転状態報知手段は、運転状態が遷移したときに報知し、前記運転状態が維持されているときは報知しないようにすれば、常時、信号を出力する必要がないから、少ない出力線で多数の状態報知を行うことができる。

本発明において、前記同一の出力線は、複数の出力線で構成され、前記運転状態報知手段が、前記複数の出力線のうち一によりパルス信号のパルス数により運転状態を報知し、他の一により前記パルス信号が有効であるタイミングを報知するようにすれば、二つの出力線により多種類の状態の報知を行うことができる。

また、前記同一の出力線は、複数の出力線で構成され、前記運転状態報知手段が、前記複数の出力線のＯＮ／ＯＦＦの組み合わせによるバイナリコードにより運転状態を報知してもよい。

また、本発明においては、前記特殊機能運転状態が、外部からのミュート入力により一時的に前記入遮光判別手段による判別の結果に拘わらず動作許可の安全制御出力を出力するミュート機能実行状態であってもよい。

さらに、本発明において、前記通常運転状態から前記ミュート機能実行状態への遷移は、前記入遮光判別手段による判別の結果、すべての前記光軸が入光状態のときにのみ実行されてもよい。

また、本発明において、前記特殊機能運転状態が、外部からの前記ミュート入力と外部からのオーバーライド入力により一時的に前記入遮光判別手段による判別の結果に拘わらず動作許可の安全制御出力を出力するオーバーライド機能実行状態であってもよい。

さらに、本発明において、前記通常運転状態から前記オーバーライド機能実行状態への遷移は、外部からの前記ミュート入力と、前記入遮光判別手段による判別の結果、一部又はすべての前記光軸が遮光状態のときにのみ実行されてもよい。

本発明において、前記運転状態報知手段は、電源投入後、運転状態の確認が取れるまでは、運転状態を報知しないか、あるいは、運転状態の不定を報知するようにすれば、電源投入後に運転状態の誤った報知を防止し得る。

本発明において、前記運転状態報知手段は、運転状態が遷移する際に、運転状態の遷移の確認が取れるまでは、運転状態を報知しないか、あるいは、運転状態の不定を報知するようにすれば、状態遷移の際に運転状態の誤った報知を防止し得る。

多光軸光電センサ１：
図１において、本実施例の多光軸光電センサ１は、一対の投受光器２，３と、受光器３に内蔵されたコントローラ５とを含み、このコントローラ５は、通信線又は信号線Ｌ１を介して投光器２と接続される。

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、たとえば赤外線からなる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。なお、図１に示す参照符号１０は光軸を示す。

前記投光素子７は、たとえば、赤外線を発光する発光ダイオード（発光ＬＥＤ：発光Light Emitting Diode) 等からなる。一方、受光素子８は、前記赤外線を受光するたとえばフォトダイオード等からなる。なお、投光素子７及び受光素子８の各々の前方には図示しない集光レンズが設けられている。

投光器２は、前記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、コントローラ５及び受光器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通信制御回路１７を含み、投光制御回路１４は、コントローラ５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の通信制御回路２３は、コントローラ５及び投光器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。受光制御部２０は、コントローラ５及び／又は投光器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。

前記受光素子８からの出力信号（入光／遮光信号）は、受光器３の各回路を介して受光制御部２０に出力される。具体的には、受光制御部２０の入遮光判別手段３３は、受光素子８からの出力に基づいて、全ての光軸１０が入光状態である第１状態と、少なくとも一部の光軸１０が遮光状態である第２状態とに対応した二状態を判別する。

図２（ａ）に示すように、コントローラ５は、運転状態報知手段５３、検出手段３４Ｃおよび制御部５０を備えている。多光軸光電センサ１は、後述する種々の運転状態を備えており、前記運転状態報知手段５３は、後述するように、現在の運転状態を監視する機能を備えている。

図１の多光軸光電センサ１には、多光軸光電センサ１自体の故障や外乱による異常状態を検出（自己診断）するために、前記投光器２の投光制御回路１４、受光器３の受光制御部２０、コントローラ５（図２（ａ））および検出手段３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃが設けられている。たとえば、図１の前記検出手段３４Ｂは、受光回路１８が正常に動作していること、素子切替回路１９が択一的に受光回路１８を切り換えていること、あるいは、通信制御回路２３や出力回路が正常に動作していることを検出している。より詳しくは、たとえば出力回路の診断では、受光器３が入光状態である場合に、投光素子７の発光動作許可信号であるＯＮ信号を出力する出力回路を周期的に極めて微小時間、停止させる（ＯＦＦ信号を出力する）ことにより、出力回路から実際に出力される信号が前記停止状態を検出出力しているか否かの検出を行う。これにより、出力回路のトランジスタ等の故障をリアルタイムに検出することができる。検出手段３４Ｂは、かかる検出を繰り返し行うことにより、多光軸光電センサ１の故障を常時診断している。

なお、多光軸光電センサの異常状態を検出する自己診断方法としては、種々の方法が公知であるが、前述の方法の他に、投光器の各投光素子が同時に投光していないかを所定の電流が各投光のタイミングで流れているかを測定して、それに基づき異常検出を行う方法や、投光素子が発光しないタイミングでの受光素子の受光状態に基づいて外乱光の状態を監視する方法など種々の方法を用いることができ、また、併用することができる。

図２（ａ）の多光軸光電センサには、各々、非安全側制御機器４側および安全側制御機器９側に接続されるための複数の端子６１，６２を備えたコネクタ６が設けられている。前記非安全側制御機器４および安全側制御機器９は、コントローラ５に対して互いに独立した状態で接続される。

安全側制御機器９は、冗長性のある回路や自己診断機能などを有し、異常時に安全サイドに動作するよう設計された機器が用いられる。
コントローラ５の制御部５０からは、安全側制御機器９に対して、後述する運転状態に応じて、動作許可または動作不許可の安全制御出力が出力端子６２（ＯＳＳＤ）から出力される。一方、安全側制御機器９からコントローラ５には、前記加工装置からリセット入力などが入力される。

非安全側制御機器４は、たとえば、ＰＬＣなどで構成されており、種々の制御機器を用いることが可能である。非安全側制御機器４からは、ミュート入力やオーバーライド入力などが入力される。
なお、インターロックモードセレクトＩＬは、リスタートインターロックの機能の有効化を選択するための入力線である。

運転状態報知手段５３には、以下に説明する出力線が接続されている。
ＩＲは、リスタートインターロック解除待ち時に出力する出力線である。
Ｗａｒｎは光軸ズレやレンズ面の汚れにより受光量が低下した場合の警報の出力線である。
ＳＴ１，ＳＴ２は、多光軸光電センサ１の状態がいかなる状態（通常、異常、ミュート、オーバーライド、インターロック）かを非安全側制御機器４に報知するための出力線である。
Ｃ／Ｒは、全入光か否かを出力するための出力線であり、前記安全制御出力とは必ずしも一致しない。
ＭＬは、ミュートランプを点灯するための出力線である。
ＡＵＸは、前記安全制御出力に対応する非安全側の出力線である。

運転状態：
多光軸光電センサ１は、種々の運転状態に設定することが可能である。前記運転状態は、通常運転状態、前記自己診断による異常状態および特殊機能状態などからなる。

通常運転状態；
前記通常運転状態においては、光軸１０（図１）の入光／遮光状態に対応する安全制御出力が制御部５０から安全側制御機器９に出力される。

通常運転時において、全入光である前記第１状態では、入遮光判別手段３３（図１）からコントローラ５に全入光信号が出力される。一方、前記光軸１０の少なくとも一部が遮光された前記第２状態では、遮光信号が入遮光判別手段３３（図１）からコントローラ５に出力される。通常運転時において、コントローラ５は、前記遮光信号を受信すると、制御部５０が動作不許可の安全制御出力を安全側制御機器９に出力し、前記全入光信号を受信すると、制御部５０が動作許可の安全制御出力を安全側制御機器９に出力する。

前記運転状態報知手段５３には、たとえば、各状態ごとのプログラムが存在し、該運転状態報知手段５３は１つの状態に応じたあるプログラムの起動中に、所定の条件が揃うと、別の状態のためのプログラムを起動する手段を有し、前記別の状態のためのプログラムを起動したか否かにより、状態の遷移を判別することで監視する監視機能を有する。

異常時；
本システムにおいては、前述のように検出手段３４Ａ〜３４Ｃ（図１および図２（ａ））が、多光軸光電センサ１の回路等の異常検出を行う。多光軸光電センサ１の回路等が異常状態であると検出された場合には、入遮光判別手段３３（図１）の入光／遮光の入光／遮光信号に拘わらず、制御部５０は動作不許可の安全制御出力を安全側制御機器９に出力させる。

特殊機能運転状態：
前記特殊機能運転状態における機能としては、たとえば、ミュート機能や、オーバーライド機能などがある。
前記特殊機能運転時においては、制御部５０は、入遮光判別手段３３の判別結果に拘わらず動作許可の安全制御出力を安全側制御機器９に出力する。

つぎに、前記特殊機能について説明する。
ミュート機能；
ミュート機能は、光センサなど外部からのミュート入力により、一時的に入遮光判別手段３３（図１）による判別の結果に拘わらず動作許可の安全制御出力を安全側制御機器９に出力する機能である。通常運転状態から、ミュート機能実行状態への遷移は、入遮光判別手段３３による判別の結果、全ての光軸１０が入光状態のときのみに実行される。

オーバーライド機能；
オーバーライド機能は、外部からのミュート入力とオーバーライド入力により、一時的に入遮光判別手段３３による判別結果に拘わらず動作許可の安全制御出力を安全側制御機器９に出力する機能である。すなわち、オーバーライド機能の実行中は、入遮光判別手段３３により入光状態であると判断された場合の他に遮光状態であると判断された場合にも、前記安全制御出力が出力される。前記通常運転状態からオーバーライド機能実行状態への遷移は、前記ミュート入力と、入遮光判別手段３３による判別の結果、一部又は全ての光軸１０が遮光状態のときのみに実行される。

すなわち、オーバーライド機能は、ミュート中に外部入力をトリガーとして発生する機能で、一時的に安全制御出力として動作許可信号を出力する。
ベルトコンベヤ等の搬送機により物体が危険領域内に搬送される場合に、危険領域の入り口にライトカーテンが設置される。その際に、ライトカーテンの（入り口の）前後にそれぞれミュートセンサを配置し、搬送される物体がミュートセンサに感知されている間、ミュート機能により搬送される物体がライトカーテンを通過して（遮光して）も、搬送機および危険領域内の例えば作業ロボットへの動作許可信号が多光軸光電センサから出力され続ける。このとき、前提として、搬送機及び作業ロボットは、多光軸光電センサの安全制御出力と接続されている。

この様な場合、前記ミュート機能が時限的な機能であるため、何かの理由で遮光状態でミュート機能が時間切れになったり、不測の事態により、例えば電源の瞬断やエラーなどにより、光軸をさえぎった状態で再起動しなければならない場合、ミュート機能への遷移は、全入光が条件であるため遷移できない。また、搬送機が安全制御出力と接続されているため、検出領域内の遮光物が重い場合には、移動することもできず、このため、光軸をさえぎったままの状態が続く。

オーバーライド機能は、このような場合に使用するもので、したがって、ミュート入力があって、光軸が遮光されていて、かつ、外部からのオーバーライド入力がある場合に、オーバーライド機能へ遷移する。

インターロック機能；
インターロック機能は、光軸のうち少なくとも１つが遮光されるとリセット入力があるまで動作許可状態（通常運転状態の一種）には遷移しない機能をいい、この状態をインターロック中という。インターロック中であって、全入光の場合は、インターロック解除待ち状態、すなわち、リセット入力を受けることで動作許可状態に遷移可能な状態であり、他方、インターロック中であって、一部又は全部遮光の場合にはインターロック解除不可状態、すなわち、リセット入力を受けたとしても動作許可状態に遷移不可能な状態である。

運転状態の遷移；
ここで、前記運転状態は、非安全側制御機器４からの運転状態設定出力によって設定される。コントローラ５は、非安全側制御機器４から運転状態設定信号が入力されると、当該指定された運転状態に遷移可能か否かの判別を行う。
たとえば、運転状態報知手段５３は、電源投入後、前記判別の結果、運転状態が特定される（確認が取れる）までは、非安全側制御機器４に運転状態を報知しない。この場合、運転状態報知手段５３は、運転状態の不定を非安全側制御機器４に報知するようにしてもよい。

一方、非安全側制御機器４からの運転状態設定出力により、運転状態が遷移する場合、運転状態報知手段５３は、運転状態の遷移の確認が取れるまでは、非安全側制御機器４に運転状態の報知を行わない。この場合、運転状態報知手段５３は、運転状態の不定を非安全側制御機器４に報知するようにしてもよい。

運転状態報知手段５３は、前記運転状態の遷移が可能な場合には、当該遷移された新たな運転状態を非安全側制御機器４に出力して報知すると共に、当該新たな運転状態のためのプログラムに従って、判別と報知を行う。

安全制御出力：
制御部５０は、前記通常運転状態における通常運転時には、入遮光判別手段３３（図１）からの判別結果を安全制御出力として安全側制御機器９に出力する。入遮光判別手段３３（図１）の判別結果が全入光である場合には、制御部５０は、動作許可の安全制御出力を安全側制御機器９に出力する。一方、少なくとも一部が遮光されたと入遮光判別手段３３（図１）が判別した場合、制御部５０は、動作不許可の安全制御出力を安全側制御機器９に出力する。

一方、前記検出手段３４Ａ〜３４Ｃにより、多光軸光電センサ１の回路に異常が生じたり、光軸１０にズレが生じた異常時には、制御部５０は、動作不許可の安全制御出力を安全側制御機器９に出力する。

特殊機能運転状態における特殊機能運転時には、制御部５０が安全側制御機器９に対して、入遮光判別手段３３の判別結果に拘わらず動作許可の安全制御出力を出力する。

このように、制御部５０から安全制御出力が安全側制御機器９に出力されると共に、多光軸光電センサ１の運転状態の遷移が運転状態報知手段５３から出力線ＳＴ１，ＳＴ２を介して非安全側制御機器４に出力（報知）され、現在の運転状態を非安全側制御機器４に取り込むことができる。そのため、安全規格の制限を受けない機器について種々の制御を行うことができる。

運転状態の通信方法：
コントローラ５と非安全側制御機器４とは図示しない出力線ＳＴ１，ＳＴ２で互いに接続されている。前記出力線は、複数の出力線で構成され、運転状態報知手段５３は、前記複数の出力線ＳＴ１，ＳＴ２のうち、出力線ＳＴ２から出力されるパルス信号のパルス数により、非安全側制御機器４に運転状態を報知する。一方、前記パルス信号が有効であるタイミングが出力線ＳＴ１から出力されて報知される。

すなわち、コントローラ５は、たとえば、図２（ｂ）に示すように、第１パルス信号ＳＴ１がＯＮの間に、第２パルス信号ＳＴ２がＯＮとなったパルス数によって、種々の運転状態の報知を行う。たとえば、通常運転状態、異常状態、ミュート機能実行状態、オーバーライド機能実行状態またはインターロック機能実行状態の場合、それぞれ、パルス数が「１」，「２」，「３」，「４」または「５」に設定される。これにより、同一の出力線ＳＴ１，ＳＴ２で３種以上の状態を出力できるから、出力線の数の増加を抑制できる。
更に、前記異常状態「２」を出力する代わりに細分化された異常の原因に応じて異なるパルス数の第２パルス信号ＳＴ２（「６」，「７」，…「Ｎ」）を出力してもよい。

また、各状態を包括した３種類のいずれかの状態で出力するか、あるいは、前記各状態を細分化した具体的な状態で出力するかを選択できるようにしてもよい。

たとえば、通常運転状態は、全入光の場合の動作許可状態と、一部又は全部遮光の場合の動作不許可状態とを識別できるように状態出力されてもよい。

また、特殊機能運転状態は、ミュート機能実行状態と、オーバーライド機能実行状態またはインターロック機能実行状態（インターロック中）の３つを識別できるように状態出力されてもよい。

前記異常状態は、異常状態を解除し得ない異常状態解除不可状態と、異常状態を解除し得る異常状態解除待ち状態とを識別できるように状態出力されてもよい。更に、前記異常状態解除不可状態としては、異常の識別が分かるように、出力エラー、投光エラー、受光エラー、通信エラー、ミュートエラー、インターロックエラーまたは構成エラーのように、エラーの種別が識別できるように出力されてもよい。

更に、後述するように、前記３つの包括的な状態と、細分化した状態とを混在させて出力してもよい。
たとえば、通常運転状態と、ミュート機能実行状態、オーバーライド機能実行状態などを出力してもよい。

また、前記インターロック機能実行状態を出力する代わりに、インターロック解除不可状態やインターロック解除待ち状態などの細分化された状態で出力してもよいし、インターロック機能実行状態については別の出力端子ＩＲからインターロック解除待ちを出力してもよい。

なお、前記パルス信号を用いる代わりに、複数の出力線のＯＮ／ＯＦＦ信号の組み合せによるバイナリコード（２値信号の組み合せ）により運転状態を報知してもよい。

プレス機９１を用いた加工システム例：
つぎに、図２（ａ）に示す多光軸光電センサ１の使用例として、多光軸光電センサ１をプレス機９１に用いた場合の加工システムについて説明する。
前記安全側制御機器９には、プレス機９１などが接続されている。
非安全側制御機器４には、前記プレス機９１の圧力センサ４４など商品の加工品質や加工精度に関する装置や、プレス機９１の動作を機械的に固定させるメカロック４１などが接続されている。
コントローラ５には、ミュート入力をコントローラ５に出力する光センサや、各々、オーバーライド入力やリセット入力をコントローラ５に出力するための複数のスイッチなどが接続されている。
なお、非安全側制御機器４には、ミュート中の計時を行う図示しないタイマが設けられている。

プレスシステムの動作：
つぎに、前記システムの動作について、図３のタイミングチャートに基づいて説明する。
正常起動確認；
タイミングＴ１で、作業者が所定の操作を行い、本システムの電源を入れる。

システムが起動されると、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、たとえば赤外線からなる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、入遮光判別手段３３から全入光信号がコントローラ５に送信される。
一方、検出手段３４Ａ〜３４Ｃが前述の自己診断を行い多光軸光電センサ１が異常状態であるか否かの検出を行う。

コントローラ５の運転状態報知手段５３は、多光軸光電センサ１が異常状態でなく、入遮光判別手段３３から全入光信号を受信したことを確認（正常起動確認）して運転状態が通常運転状態であると判別した後、タイミングＴ１において、当該通常運転状態出力を非安全側制御機器４に送信する。

なお、運転状態報知手段５３は、電源投入後、運転状態が確認されて特定されるまでは、非安全側制御機器４に運転状態を報知しない。

通常運転状態：
通常運転時；
通常運転時には、図２のコントローラ５の制御部５０は、入遮光判別手段３３（図１）の判別結果である入光／遮光信号に従った出力を安全側制御機器９に出力する。

すなわち、通常運転中に入遮光判別手段３３（図１）からコントローラ５に全入光信号が出力されている場合には、制御部５０が動作許可（ＯＮ）の安全制御出力を安全側制御機器９に出力する。

一方、前記通常運転状態中に、人体の一部により前記光ビームの少なくとも一部が遮光された場合には、入遮光判別手段３３からコントローラ５に遮光信号が出力される。コントローラ５は、前記遮光信号を受信すると、制御部５０が安全側制御機器９に動作不許可の安全制御出力を出力する。コントローラ５が通常運転状態から、後述するインターロック状態に遷移され、安全側制御機器９は動作不許可（ＯＦＦ）の安全制御出力を受信すると、直ちに、プレス機９１を停止させる。
なお、プレス機９１の再起動（マニュアルリセット）については後述する。

ミュート入力；
その後、タイミングＴ２において、光センサがワーク（非加工物）を検出すると、当該光センサからコントローラ５にミュート信号が送信（ミュート入力）される。
具体的には、たとえば、ベルトコンベヤなどでワークをプレス機９１に搬送する場合、投光器２および受光器３からなるセーフティライトカーテンの上流側と下流側とにそれぞれ一対の光センサを近接して設置する。上流側の光センサがワークの前端を検出すると、非安全側制御機器４がコントローラ５にミュート開始信号を出力する。

ミュート状態確認；
タイミングＴ２において、コントローラ５は、前記ミュート入力を受信し、かつ、入遮光判別手段３３から全入光の入力信号を受信すると、タイミングＴ３で多光軸光電センサ１が前記通常運転状態からミュート機能実行状態に遷移する。一方、運転状態報知手段５３は、当該ミュート機能実行状態を前記出力線ＳＴ１，ＳＴ２から非安全側制御機器４に前記パルス信号を用いて出力する。
制御部５０は、前記ミュート機能実行状態においては、入遮光判別手段３３の入光／遮光信号に拘わらず、安全側制御機器９に対して動作許可の安全制御出力を出力する。

ミュート入力解除；
タイミングＴ４において、下流側の光センサが当該ワークの後端を検出し終わると、ミュート解除信号がコントローラ５に入力される。

ミュート終了確認→通常運転状態；
タイミングＴ５において、コントローラ５は、多光軸光電センサ１が異常状態でなく、かつ、入遮光判別手段３３から全入光信号を受信している場合、運転状態報知手段５３が状態を判別して確認し、ミュート状態を解除し、通常運転状態に運転状態を遷移させる。一方、運転状態報知手段５３は、当該通常運転状態出力を前記出力線ＳＴ１，ＳＴ２から非安全側制御機器４に送信する。

ミュート入力、ミュート状態確認；
タイミングＴ６では、再び上流側の光センサがワークを検出し、コントローラ５にミュート信号が送信され、タイミングＴ７において前述のミュート状態の確認が行われ、コントローラ５がミュート状態に遷移する。

起動確認（オートリセットの場合）；
ここで、微小時間の間、電力が供給されない電源の瞬断が発生すると、制御部５０が安全側制御機器９に動作不許可の安全制御出力を出力し、安全側制御機器９によりプレス機９１が停止される。
その直後のタイミングＴ８において、自動的に前記正常起動確認が行われ、正常であると判断された場合には、電源の瞬断前の通常運転状態で起動される（オートリセットされる）。

ここで、コンベヤ上のワークにより、遮光状態が検出された場合には、作業者は、オーバーライド機能を用いて、コンベヤ上のワークを取り除く。たとえば、タイミングＴ９において、作業者が所定の操作を行うと、オーバーライド入力が、図２（ａ）の入力端子６１から入力され、コントローラ５がオーバーライド機能実行状態に遷移する。一方、運転状態報知手段５３は当該オーバーライド機能実行状態を出力線ＳＴ１，ＳＴ２から非安全側制御機器４に出力する。
コントローラ５がオーバーライド機能実行状態に遷移すると、コントローラ５の制御部５０は、入遮光判別手段３３からの入光／遮光信号に拘わらず、動作許可の安全制御出力を安全側制御機器９に出力する。したがって、コンベヤを動作させてワークをコンベヤ上から取り除くことなどが可能となる。
前記通常運転状態からオーバーライド機能実行状態への遷移は、現在の運転状態においてミュート入力およびオーバーライド入力がＯＮで、かつ、入遮光判別手段３３から遮光信号が出力されている（遮光状態）場合にのみ実行される。

その後、コンベヤ上のワークが移動され、コントローラ５が入遮光判別手段３３からの全入光信号を受信すると、図３のように、その直後のタイミングＴ１０において、オーバーライド機能実行状態から通常運転状態に遷移する。一方、運転状態報知手段５３は、当該通常運転状態を前記出力線ＳＴ１，ＳＴ２から非安全側制御機器４に出力する。

ここで、前記検出手段３４Ａ〜３４Ｃは、前述の自己診断を本システムの起動時から周期的に繰り返している。タイミングＴ１１において、検出手段３４Ａ〜３４Ｃのいずれか１つが、異常状態を検出した場合には、入遮光判別手段３３の入光／遮光信号に拘わらず、制御部５０が安全側制御機器９に動作不許可の安全制御出力を出力する。安全側制御機器９は、動作不許可の安全制御出力を受信すると、直ちに、プレス機９１を停止させる。一方、運転状態報知手段５３は、前記異常状態を非安全側制御機器４に送信する。

リセット入力；
作業者により前記異常状態が解決されると、タイミングＴ１２において、後述するマニュアルリセットが行われる。タイミングＴ１３において通常状態復帰確認が行われ、通常運転状態が再開される。一方、運転状態報知手段５３は、異常状態から通常運転状態に遷移したことを非安全側制御機器４に送信する。
なお、前記異常を検出する検出手段からの検出信号により異常が解決されたか否かを前記運転状態報知手段５３で判別し、その結果、異常が解決されている場合には、異常状態の解除待ち状態であることを示す信号を出力線ＳＴ１，ＳＴ２または他の端子６１から出力してもよい。

他の動作例：
つぎに、前記システムの動作の他の例について、図４のタイミングチャートに基づいて説明する。
本システムの電源が投入され、タイミングＴ２１で、前述の正常起動確認が行われると、本システムが通常運転状態で動作を開始する。

インターロック機能状態；
ここで、タイミングＴ２２において、前記通常運転状態中に、人体の一部により前記光ビームの少なくとも一部が遮光された場合には、前述のインターロック機能が発揮されて、インターロック解除不可状態となり、制御部５０が安全側制御機器９に動作不許可の安全制御出力を出力し、安全側制御機器９が直ちにプレス機９１を停止させる。一方、運転状態報知手段５３は、当該インターロック解除不可状態を出力線ＳＴ１，ＳＴ２から非安全側制御機器４に出力する。

タイミングＴ２３では、全入光であるか否か等によりインターロック解除不可状態の確認が行われる。ここで、前述のように、インターロック中において、一部又は全部遮光の場合、インターロック解除不可状態、すなわち、コントローラ５がリセット入力を受けたとしても動作許可状態に遷移不可能な状態となる。
なお、インターロック解除不可能状態は、一部又は全部遮光状態と、本質的に同じであるため、同一の信号にしてもかまわない。

一方、タイミングＴ２４において、入遮光判別手段３３により全入光が検出されると、タイミングＴ２５において、インターロック解除待ち状態が確認された後、作業者によるリセット入力を受け付けるインターロック解除待ち状態が開始される。前記インターロック解除待ち状態の確認は、コントローラ５が入遮光判別手段３３から全光入力信号を受信し、かつ、検出手段３４Ａ〜３４Ｃによる自己診断が正常状態である場合に、コントローラ５によりインターロック解除待ち状態と判断される。

なお、インターロック解除待ち状態と判断された場合、当該状態を出力線ＳＴ１，ＳＴ２または他の端子６１から非安全側制御機器４など他の機器に出力することで、当該出力に基づき、作業者にインターロック解除待ちを報知することが可能となる。

マニュアルリセット；
前記インターロック解除待ち状態において、タイミングＴ２６において、作業者が、所定のリセット操作を行うと、図２（ａ）の制御部５０に入力端子６２からリセット入力が入力される。
図４のタイミングＴ２７において、コントローラ５は前記リセット入力を受信すると、前述の起動確認に相当する通常運転状態への復帰確認を行った後、インターロック機能状態から通常運転状態に遷移し、通常運転が再開される。一方、運転状態報知手段５３は、非安全側制御機器４に当該通常運転状態を出力する。

ここで、多光軸光電センサ１を使用した運用例を図５〜図７を用いて説明する。
前述したように、図５（ａ）に示すアーム１０２が、図５（Ｃ）に示すように回転し、ワークＷを加工機Ｍに搬送する。操作パネル１０６は、前記コントローラ５、非安全側制御機器４および安全側制御機器９に接続されている。
図５（ｂ），（ｄ）に示すように、ロッド１０５の上方には、ロッド１０５の上端部を検出するための透過型の光センサ１１０が設けられている。図５（ｂ）に示すように、ロッド１０５により旋回部１０３がメカロック状態の場合には、光センサ１１０がロッド１０５の先端を検出し、ミュート状態となる。一方、図５（ｄ）のロッド１０５が下降し、メカロックが解除状態の場合には、光センサ１１０はロッド１０５の先端を検出しないから、インターロックが解除された状態となる。

まず、本具体例におけるミュート状態について、図６のフローチャートを用いて説明する。
ステップＳ０で、図５（ａ）の作業者Ｏが操作パネル１０６に所定の操作を行いステップＳ１に進む。
ステップＳ１では、旋回部１０３が加工機Ｍに向って所定の待機位置まで回動した後、ロッド１０５が旋回部１０３のロック孔に嵌入し、光センサ１１０がロッド１０５を検出した時点で、ミュート入力がコントローラ５に入力され、運転状態が運転状態報知手段５３で判別された後に、運転状態報知手段５３から出力線ＳＴ１，ＳＴ２を介して非安全側制御機器４にミュート機能実行状態が出力されると、ステップＳ２に進む。一方、光センサ１１０がロッド１０５を検出しない場合には、ミュート状態にならない。

ステップＳ２では、全入光か否かの判別がなされ、全入光の場合にのみ、ステップＳ３に進む。そのため、作業者Ｏが検出エリアＡから完全に出ることなく、起動ボタン１０７を押下しても、ステップＳ１に戻ってミュート中の状態が維持されるから、工場システムの一部が不必要に停止するおそれはない。その後、作業者Ｏが検出エリアＡから離れると、検出エリアＡが全入光状態となり、全入光／遮光の信号が出力線Ｃ／Ｒを介してコントローラ５から非安全側制御機器４に出力されてステップＳ３に進む。

ステップＳ３で、作業者Ｏが起動ボタン１０７を押すと、ステップＳ４に進んでメカロックが解除される。すなわち、図５（ｄ）に示すように、ロッド１０５が下降し、光センサ１１０がロッド１０５を検出しなくなり、ミュート状態が終了する。

次に、別の運用例を説明する。この運用例では、インターロック解除の可否を操作パネル等に表示することが可能となる。以下、その方法について図７のフローチャートを用いて説明する。

操作パネル等には、たとえば、液晶表示器からなる表示手段が設けられている。
ステップＳ１０において、通常運転状態で遮光状態になると、プレス機などの危険源の動作が停止されてインターロック中となり、ステップＳ１１に進む。
ステップＳ１１では、インターロック中か否かの判別がなされ、インターロック中の場合にはステップＳ１２に進む。
ステップＳ１２では、入遮光判別手段３３が入光／遮光を検出すると共に、検出手段３４Ａ〜３４Ｃが自己診断を行う。すなわち、検出エリア内に、作業者が侵入しておらず、かつ、多光軸光電センサ１に故障がない場合には、ステップＳ１３に進む。
ステップＳ１３では、その他の起動条件が整っている場合には、たとえば、圧力センサにより検出された検出圧力が所定の範囲内である場合には、ステップＳ１４に進む。
ステップＳ１４では、表示手段にインターロック解除可能である旨の表示がなされる。この表示を見て、作業者はインターロックの解除ボタンを押下するタイミングを知ることができる。

なお、バックアップや冗長性を持たせるために、端子６１，６２などについては、同一の機能のものを複数設けてもよい。

前記実施例では、コントローラ５を受光器３に内蔵して設けたが、本発明においては、コントローラ５を必ずしも内蔵する必要はなく、図８に示すように、コントローラ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光電センサに用いることができる。

本発明の実施例１にかかる多光軸光電センサを示す概略構成図である。 （ａ）はコントローラ、非安全側制御機器および安全側制御機器を示す概略構成図、（ｂ）はコントローラから非安全側制御機器へのパルス信号を示す図である。 多光軸光電センサを用いたシステムの動作の一例を示すタイミングチャートである。 多光軸光電センサを用いたシステムの動作の他の例を示すタイミングチャートである。 （ａ）および（ｃ）は多光軸光電センサを用いた他のシステムを示す概略平面図、（ｂ）および（ｄ）はメカロック機構を示す概略側面図である。 非安全側制御機器におけるフローチャートの一例である。 インターロックの解除に関する非安全側制御機器のフローチャートの他の例である。 実施例２にかかる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
１０：光軸
３３：入遮光判別手段
３４Ａ〜３４Ｃ：検出手段
５０：制御部
５３：運転状態報知手段
ＳＴ１，ＳＴ２：出力線

Claims (11)

1. 複数の光軸が一列に配列され、光軸の入光／遮光状態に応じて安全制御出力を出力する多光軸光電センサにおいて、
   全部の前記光軸が入光状態であるか、一部又は全部の前記光軸が遮光状態であるかを判別する入遮光判別手段と、
   前記多光軸光電センサの異常状態を検出するための検出手段と、
   通常運転時には、前記入遮光判別手段の判別結果を安全制御出力として出力させ、前記検出手段により異常状態であると検出された異常時は、前記入遮光判別手段の判別結果に拘わらず動作不許可の安全制御出力を出力させ、特殊機能運転時には、前記入遮光判別手段の判別結果に拘わらず動作許可の安全制御出力を出力させる制御部と、
   前記多光軸光電センサの運転状態が、通常運転状態と、異常状態と、特殊機能運転状態とのいずれかを判別し、前記運転状態の遷移が確認できたことに応じて該判別した運転状態を同一の出力線で外部に報知する運転状態報知手段とを備える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、前記運転状態報知手段は、前記運転状態が維持されているときは報知しない多光軸光電センサ。
3. 請求項１もしくは２において、前記同一の出力線は、複数の出力線で構成され、
   前記運転状態報知手段が、前記複数の出力線のうち一によりパルス信号のパルス数により運転状態を報知し、他の一により前記パルス信号が有効であるタイミングを報知する多光軸光電センサ。
4. 請求項１において、前記同一の出力線は、複数の出力線で構成され、
   前記運転状態報知手段が、前記複数の出力線のＯＮ／ＯＦＦの組み合わせによるバイナリコードにより運転状態を報知する多光軸光電センサ。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、前記特殊機能運転状態が、外部からのミュート入力により一時的に前記入遮光判別手段による判別の結果に拘わらず動作許可の安全制御出力を出力するミュート機能実行状態である多光軸光電センサ。
6. 請求項５において、前記通常運転状態から前記ミュート機能実行状態への遷移は、前記入遮光判別手段による判別の結果、すべての前記光軸が入光状態のときのみ実行される多光軸光電センサ。
7. 請求項５もしくは６において、前記特殊機能運転状態が、外部からの前記ミュート入力と外部からのオーバーライド入力により一時的に前記入遮光判別手段による判別の結果に拘わらず動作許可の安全制御出力を出力するオーバーライド機能実行状態である多光軸光電センサ。
8. 請求項７において、前記通常運転状態から前記オーバーライド機能実行状態への遷移は、外部からの前記ミュート入力と、前記入遮光判別手段による判別の結果、一部又はすべての前記光軸が遮光状態のときにのみ実行される多光軸光電センサ。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項において、前記運転状態報知手段は、電源投入後、運転状態の確認が取れるまでは、運転状態を報知しないか、あるいは、運転状態の不定を報知する多光軸光電センサ。
10. 請求項１ないし９のいずれか１項において、前記運転状態報知手段は、運転状態が遷移する際に、運転状態の遷移の確認が取れるまでは、運転状態を報知しないか、あるいは、運転状態の不定を報知する多光軸光電センサ。
11. 請求項１ないし１０のいずれか１項において、さらに、前記入遮光判別手段により判別された全部の前記光軸が入光状態であるか、一部又は全部の前記光軸が遮光状態であるかを出力する出力線を備えることを特徴とする前記多光軸光電センサ。
    

Images