JP6637331B2 - 安全スキャナ及び光学安全システム - Google Patents

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Description

本発明は、安全スキャナ及び光学安全システムに係り、さらに詳しくは、検出エリア内の対象物からの反射光を受光して保護エリア内の侵入物を検知する安全スキャナ及び光学安全システムの改良に関する。
光学安全センサは、保護エリア内に侵入した侵入物、例えば、人を光学的に検知し、工作機械、産業用ロボット等を緊急停止させるための安全制御信号を出力するエリア監視装置である（例えば、特許文献１及び２）。例えば、安全スキャナは、検出光を対象物に向けて投光する投光部と、対象物からの反射光を受光して受光信号を生成する受光部と、受光信号に基づいて、対象物までの距離を求める距離算出部と、回転軸を中心として検出光を周方向に走査させる走査部とを備えた光走査式のエリア監視装置である。侵入物の検知は、対象物までの距離と検出光の走査角とから対象物の位置を特定し、保護エリアと照合することによって行われる。
特開２００９−２９６０８７号公報 特開２００９−２９４７３４号公報
保護エリアを指定するエリア指定情報と、計測条件を指定する計測設定情報とを含む設定データは、設定支援装置を用いて作成される。従来の光学安全システムには、距離及び走査角に対応する測距情報をスキャン画像として画面に表示するものがあった。スキャン画像は、検出光を走査して得られた複数の測距情報が２次元表示された画像であり、各測距情報は、検出光のスキャン面上の測距位置として示される。この様なスキャン画像を表示することにより、多数の測距情報を迅速に把握することができる。
しかしながら、スキャン画像と実空間との対応関係を把握することは容易ではなく、スキャン画像に示された測距位置が、実空間の何に対応しているのかを把握することが容易ではなかった。この様なスキャン画像上で保護エリアを指定したとしても、保護エリアが実空間上の所望の位置に正しく指定できているか否かが判り難かった。このため、従来の光学安全システムでは、設定データを安全スキャナに転送した後、侵入物が適切に検知されるか否かを実際に確認する作業が必要になるなど、設定データの作成作業が煩雑であるという問題があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、スキャン面上の測距位置と実空間との対応関係を容易に把握することができる安全スキャナ及び光学安全システムを提供することを目的とする。
本発明の第１の態様による安全スキャナは、検出エリアに対し検出光を投光する投光手段と、上記検出エリア内の対象物からの反射光を受光して受光信号を生成する受光手段と、上記受光信号に基づいて、上記対象物までの距離を求める距離算出手段と、回転軸を中心として上記検出光を周方向に走査させる走査手段と、上記距離及び上記検出光の走査角に対応する測距情報を求める測距手段と、上記検出エリア内において保護エリアを指定するエリア指定情報を設定支援装置から受信するエリア指定情報受信手段と、上記測距情報及び上記エリア指定情報に基づいて、上記保護エリア内の侵入物を検知する侵入検知手段と、上記検出エリア内に移動可能に配置されたマーカーを判別するマーカー判別手段と、上記保護エリアを決定するためのエリア生成情報として、上記マーカーの測距情報を上記設定支援装置へ送信するエリア生成情報送信手段とを備える。
この様な構成によれば、検出エリア内のマーカーを判別してその測距情報が設定支援装置へ送信されるため、設定支援装置においてマーカーの測距位置を画面に表示することができる。例えば、マーカーの測距位置を検出光のスキャン面上に表示することにより、スキャン面上の測距位置と実空間との対応関係を検出エリアにおけるマーカーの位置によって容易に把握することができる。また、設定支援装置においてマーカーの測距情報を利用してエリア指定情報を自動的に生成することができる。
本発明の第２の態様による安全スキャナは、上記構成に加え、上記マーカー判別手段が、上記反射光の受光量に基づいて、上記マーカーを判別するように構成される。この様な構成によれば、光の反射率が高い物体や発光体をマーカーとして使用することができる。
本発明の第３の態様による安全スキャナは、上記構成に加え、上記マーカー判別手段が、上記検出光を反射する反射面の形状に基づいて、上記マーカーを判別するように構成される。この様な構成によれば、検出光を反射させる反射面が所定の形状を有する物体をマーカーとして使用することができる。
本発明の第４の態様による安全スキャナは、上記構成に加え、上記マーカー判別手段が、上記反射光の偏光成分に基づいて、上記マーカーを判別するように構成される。この様な構成によれば、反射光の偏光成分に偏りを有する物体をマーカーとして使用することができる。
本発明の第５の態様による安全スキャナは、上記構成に加え、上記マーカー判別手段が、一時停止した移動体の停止時間に基づいて、上記移動体が上記マーカーであると判別し、上記エリア生成情報送信手段が、一時停止中における上記マーカーの測距情報を送信するように構成される。
この様な構成によれば、マーカーを一時停止させるだけで、マーカーの測距情報を設定支援装置へ自動的に送信することができる。また、その様な測距情報を用いて保護エリアを指定することにより、設定データの作成作業を簡素化することができる。
本発明の第６の態様による安全スキャナは、上記構成に加え、取込信号を受信する取込信号受信手段を備え、上記エリア生成情報送信手段が、上記取込信号に基づいて、上記マーカーの測距情報を送信するように構成される。この様な構成によれば、取込信号を送信するだけで、マーカーの測距情報が設定支援装置へ送信されるため、設定データの作成作業を簡素化することができる。
本発明の第７の態様による光学安全システムは、検出エリアに対し検出光を投光する投光手段と、上記検出エリア内の対象物からの反射光を受光して受光信号を生成する受光手段と、上記受光信号に基づいて、上記対象物までの距離を求める距離算出手段と、回転軸を中心として上記検出光を周方向に走査させる走査手段と、上記距離及び上記検出光の走査角に対応する測距情報を求める測距手段と、上記検出エリア内において保護エリアを指定するエリア指定情報を生成するエリア指定情報生成手段と、上記測距情報及び上記エリア指定情報に基づいて、上記保護エリア内の侵入物を検知する侵入検知手段と、上記検出エリア内に移動可能に配置されたマーカーを判別するマーカー判別手段と、上記検出光のスキャン面を画面に表示するとともに、上記マーカーの測距情報に対応する測距位置を上記スキャン面上に表示するエリア生成情報表示手段とを備え、上記エリア指定情報生成手段が、上記マーカーの測距情報に基づいて、上記エリア指定情報を生成するように構成される。
この様な構成によれば、検出エリア内のマーカーを判別してその測距位置がスキャン面上に表示されるため、スキャン面上の測距位置と実空間との対応関係を検出エリアにおけるマーカーの位置によって容易に把握することができる。また、マーカーの測距情報を利用してエリア指定情報が自動的に生成されるため、設定データの作成作業を簡素化することができる。
本発明の第８の態様による光学安全システムは、上記構成に加え、上記エリア生成情報表示手段が、上記マーカーの測距情報として順に取得された２以上の測距位置を時系列に結ぶ折れ線を上記保護エリアの境界として上記スキャン面上に表示するように構成される。
この様な構成によれば、エリアの外縁に沿ってマーカーを移動させることにより、マーカーの測距位置を時系列に結ぶ折れ線がスキャン面上に表示されるため、保護エリアの境界を折れ線によって容易に識別することができる。
本発明の第９の態様による光学安全システムは、上記構成に加え、上記エリア指定情報生成手段が、上記マーカーの測距情報に基づいて、上記検出エリア内において警告エリアも指定する上記エリア指定情報を生成し、上記侵入検知手段が、上記保護エリア内の侵入物を検知した場合に、機械を緊急停止させるための安全制御信号を出力する一方、上記警告エリア内の侵入物を検知した場合に、ユーザ報知を行うように構成される。この様な構成によれば、マーカーを移動させることによって警告エリアが自動的に指定されるため、警告エリアを含む設定データの作成作業を簡素化することができる。
本発明の第１０の態様による光学安全システムは、上記構成に加え、上記検出エリアを撮影してカメラ画像を生成する撮像手段を備え、上記エリア生成情報表示手段が、上記カメラ画像を画面に表示するとともに、上記マーカーの測距情報に対応する測距位置を上記カメラ画像上に表示するように構成される。
この様な構成によれば、保護エリア及びその周辺の様子をカメラ画像によって確認することができる。また、マーカーの測距位置がカメラ画像上に表示されるため、スキャン面上の測距位置と実空間との対応関係をカメラ画像によって容易に把握することができる。
本発明によれば、マーカーの測距位置を検出光のスキャン面上に表示することにより、スキャン面上の測距位置と実空間との対応関係を検出エリアにおけるマーカーの位置によって容易に把握することが可能な安全スキャナ及び光学安全システムを提供することができる。
本発明の実施の形態による光学安全システム１の一構成例を示したシステム図である。 図１の安全スキャナ１０の構成例を示した図である。 図２の計測ユニット１２内の機能構成の一例を示したブロック図である。 図２の表示ユニット１１内の機能構成の一例を示したブロック図である。 図１の設定支援装置２０内の機能構成の一例を示したブロック図である。 図５の設定支援装置２０の動作の一例を示した図であり、ディスプレイ２１に表示されるシステム画面２４が示されている。 計測ユニット１２を頂点の一つとする多角形エリア７の境界に沿ってマーカー８を移動させることにより、エリア設定を行う場合の動作の一例を示した図である。 図５の設定支援装置２０の動作の一例を示した図であり、多角形エリア７の頂点の位置を示す測距情報をエリア生成情報として順に取り込ませた場合が示されている。 図５の設定支援装置２０の動作の一例を示した図であり、順に取得された４つの測距位置６２を時系列に結ぶ折れ線６３がスキャン画像６上に表示されている。 図５の設定支援装置２０の動作の一例を示したフローチャートであり、マーカー８によるエリア設定時の処理手順が示されている。
まず、本発明が前提とする光学安全システムの概略構成について、図１及び図２を用いて以下に説明する。
＜光学安全システム１＞
図１は、本発明の実施の形態による光学安全システム１の一構成例を示したシステム図である。この光学安全システム１は、保護エリア内の侵入物を検知して検知信号を出力する安全スキャナ１０と、安全スキャナ用の設定データを生成する設定支援装置２０とにより構成される。安全スキャナ１０及び設定支援装置２０は、通信ケーブル２を介して互いに接続されている。
検知信号は、工作機械、産業用ロボット等の機械を緊急停止させるための安全制御信号である。この検知信号は、機械を制御する安全制御機器（図示せず）、例えば、ＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）へ出力される。検知信号の出力状態をオフ状態に切り替えることにより、安全制御機器が制御対象とする機械の動作を停止させることができる。
保護エリアは、侵入物検知の監視対象とするエリアである。例えば、工作機械や産業用ロボットの作業エリア、搬送車両の移動エリアなど、機械設備周辺の領域が保護エリアとして指定される。
安全スキャナ１０は、保護エリア内の侵入物を光学的に検知する光走査型のセーフティセンサであり、表示ユニット１１及び計測ユニット１２により構成される。表示ユニット１１は、ユーザ操作を受け付け、動作状態、設定データ等を表示するユーザインターフェースユニットであり、通信ケーブル２の接続口、安全制御信号の出力ポート等が設けられる。
計測ユニット１２は、検出エリアに対し、検出光を投光し、検出エリア内の対象物からの反射光を受光して侵入物を検知するセンサヘッドユニットである。検出エリアは、計測ユニット１２により検出可能な最大のエリアである。保護エリアは、検出エリア内において指定される領域である。計測ユニット１２には、回転軸を中心として検出光を周方向に走査させる回転光学系、検出エリアを撮影してカメラ画像を生成するカメラ等が設けられる。
安全スキャナ１０には、保護エリア以外に警告エリアを設定することができる。安全スキャナ１０は、警告エリア内の侵入物を検知すれば、補助出力信号を出力し、表示灯の点灯等によりユーザ報知を行う。
例えば、計測ユニット１２は、水平な床面等に設置される。表示ユニット１１は、ＯＳＳＤ（Output Signal Switching Device）を有し、保護エリア内に侵入物が存在していない状態では、ＯＳＳＤがオン状態になり、オン状態の検知信号が出力される。一方、保護エリア内に侵入物が存在している状態では、ＯＳＳＤがオフ状態になり、オフ状態の検知信号が出力される。
設定支援装置２０は、ディスプレイ２１、キーボード２２及びマウス２３を備えた情報処理端末、例えば、パーソナルコンピュータである。例えば、設定支援装置２０では、保護エリアや計測条件を指定するための設定データが作成される。設定データには、保護エリアを指定するエリア指定情報と、計測条件を指定する計測設定情報とが含まれる。また、設定支援装置２０では、安全スキャナ１０から測距情報やカメラ画像を取得してディスプレイ２１に表示する動作が行われる。
例えば、設定支援装置２０は、安全スキャナ用の設定支援プログラムに基づいて、コンピュータを動作させることにより実現することができる。また、その様な設定支援プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して提供され、或いは、ネットワークを介して提供される。
＜安全スキャナ１０＞
図２は、図１の安全スキャナ１０の構成例を示した図であり、表示ユニット１１を計測ユニット１２から分離させることができる分離型のセーフティセンサが示されている。図中には、安全スキャナ１０を前方から見た場合が示されている。表示ユニット１１及び計測ユニット１２は、図示しない配線ケーブルを介して互いに接続される。この表示ユニット１１には、同時に２以上の計測ユニット１２を接続することができる。
計測ユニット１２のスキャナ筐体１２０は、検出光を水平方向に向けて出射するとともに検出光を水平なスキャン面３に沿って走査させる回転光学系を収容する筐体であり、回転光学系の収容部には、回転光学系を保護するための保護カバー１２１が装着されている。スキャン面３は、回転光学系の回転軸に直交する平面である。
検出光には、例えば、赤外線領域の波長を有するレーザー光が用いられる。検出光は、一定の走査周期で繰返し走査される。スキャナ筐体１２０には、２つの固定カメラ１２２及び１２３と、検知信号の出力状態を表示するインジケータ１２４とが配設されている。固定カメラ１２２，１２３及びインジケータ１２４は、回転光学系の収容部よりも上側に配置されている。
固定カメラ１２２及び１２３は、いずれも検出エリアを撮影してカメラ画像を生成する撮像装置であり、互いに向きを異ならせて配置される。固定カメラ１２２は、計測ユニット１２に向かう方向から見れば、インジケータ１２４よりも左側に配置されている。一方、固定カメラ１２３は、計測ユニット１２に向かう方向から見れば、インジケータ１２４よりも右側に配置されている。つまり、固定カメラ１２２及び１２３は、回転光学系の回転軸に対し、周方向の位置を異ならせて配置され、固定カメラ１２２が、計測ユニット１２から見て前後方向よりも右側の領域を画角内に収めるカメラであるのに対し、固定カメラ１２３は、計測ユニット１２から見て前後方向よりも左側の領域を画角内に収めるカメラである。固定カメラ１２２及び１２３は、スキャン面３よりも上側に配置されるため、スキャン面３を俯瞰するカメラ画像を得ることができる。
固定カメラ１２２及び１２３は、好ましくは、保護エリアだけでなく保護エリアの周辺も撮影する。或いは、固定カメラ１２２及び１２３は、さらに好ましくは、警告エリアとして設定可能な領域とその周辺とを撮影する。
インジケータ１２４は、検知信号の出力状態や動作状態を表示する表示灯である。このインジケータ１２４は、検知信号の出力状態に応じて異なる表示色で点灯する。例えば、インジケータ１２４は、ＯＳＳＤがオフ状態である場合に赤色で点灯し、ＯＳＳＤがオン状態である場合に緑色で点灯する。
表示ユニット１１は、計測ユニット１２の上面に配置される。表示ユニット１１には、表示パネル１１１、インジケータ１１２、操作キー１１３及びケーブル接続口１１４が配設されている。
表示パネル１１１は、動作状態、測距情報、カメラ画像、設定データ等を画面表示する表示装置である。例えば、表示パネル１１１は、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）パネルである。インジケータ１１２は、動作状態、検知信号の出力状態等を表示するための表示灯である。ケーブル接続口１１４は、通信ケーブル２が着脱可能に接続される入出力端子部である。表示ユニット１１は、計測ユニット１２との通信を行い、計測ユニット１２から離間した位置にあっても、保護エリアや侵入物の検知履歴を確認することができる。
次に、本発明による光学安全システム１のさらに詳細な構成について、図３〜図１０を用いて以下に説明する。
＜計測ユニット１２＞
図３は、図２の計測ユニット１２内の機能構成の一例を示したブロック図である。この計測ユニット１２は、投光制御部３０、投光光源部３１、走査部３２、ロータリーエンコーダ３３、受光部３４、距離算出部３５、測距部３６、侵入検知部３７、入出力ポート３８、エリア指定情報記憶部３９、マーカー判別部４０及びエリア生成情報送信部４１により構成される。
投光光源部３１は、ＬＤ（レーザダイオード）又はＬＥＤ（発光ダイオード）などの発光素子からなり、検出光を生成する。投光制御部３０は、投光光源部３１を制御し、パルス状の検出光を一定の時間間隔で発生させる。走査部３２は、検出光を対象物に向けて出射するとともに、回転軸を中心として検出光を周方向に走査させる回転光学系と、回転軸を中心として回転光学系を回転させる駆動部とにより構成される。例えば、走査部３２の回転光学系は、検出光を対象物に向けて反射する投光ミラーと、対象物からの反射光を入射させる受光レンズと、受光レンズを透過した反射光を受光素子に向けて反射する受光ミラーとにより構成される。
受光部３４は、ＰＤ（フォトダイオード）などの受光素子からなり、対象物からの反射光を受光して受光信号を生成する。ロータリーエンコーダ３３は、回転光学系の回転を検出し、パルス繰り返し間隔が回転速度に対応するパルス信号を生成する回転検出装置である。投光制御部３０は、ロータリーエンコーダ３３のパルス信号に基づいて、投光光源部３１を制御し、検出光の投光タイミングを調整する。例えば、走査部３２の回転光学系が３６０°／１０００だけ回転するごとに、検出光が出射される。
距離算出部３５は、受光部３４からの受光信号に基づいて、対象物までの距離を求める。この距離算出部３５は、ＴＯＦ（Time Of Flight：飛行時間）方式で距離計測を行う計測部であり、受光信号の受光タイミングをロータリーエンコーダ３３のパルス信号のタイミングを基準に計時し、検出光を投光したときから当該検出光に対応する反射光が受光されるまでの遅延時間を特定することにより、対象物までの距離を検出距離として算出する。測距部３６は、距離算出部３５により求められた検出距離と検出光の走査角とに対応する測距情報を求める。
侵入検知部３７は、測距部３６の測距情報に基づいて、保護エリア内の侵入物を検知し、検知信号を出力する。検出光の走査角は、ロータリーエンコーダ３３のパルス信号に基づいて、特定される。また、侵入物が保護エリア内に存在するか否かは、検出距離と検出光の走査角とから侵入物の２次元位置を特定し、保護エリアの位置情報と照合することによって判別される。検知信号は、入出力ポート３８を介して表示ユニット１１へ送信される。
また、侵入検知部３７は、測距部３６の測距情報に基づいて、警告エリア内の侵入物を検知し、警告エリア内の侵入物を検知した場合に、ユーザ報知を行う。警告エリアは、侵入物検知の監視対象とするエリアであり、検出エリア内において指定される。ユーザ報知は、例えば、保護エリア内の侵入物を検知した場合とは異なる表示態様で、インジケータ１１２を点灯させることによって行われる。
入出力ポート３８は、表示ユニット１１との通信を行う通信インターフェース部であり、表示ユニット１１から設定データを受信する一方、動作状態、測距情報、検知信号、スキャン画像及びカメラ画像を表示ユニット１１へ送信する。エリア指定情報記憶部３９には、保護エリアを指定するエリア指定情報が保持される。エリア指定情報は、保護エリアの２次元位置を示す位置情報からなり、入出力ポート３８を介して表示ユニット１１から取得される。
スキャン画像は、検出光の走査周期内において得られる複数の測距情報が２次元表示された画像であり、各測距情報は、その走査角及び検出距離によって特定されるスキャン面３上の測距位置として示される。スキャン面３は、走査部３２の回転光学系の回転軸と直交する平面である。例えば、スキャン画像は、反射光の受光時に取得された測距情報に基づいて作成される動画像であり、検出光の走査周期に同期して更新される。
マーカー判別部４０は、検出エリア内に移動可能に配置されたマーカーを判別し、その判別結果をエリア生成情報送信部４１へ出力する。マーカーは、保護エリアを指定するために検出エリア内に配置される位置指定物である。このマーカー判別部４０は、受光部３４の受光信号から反射光の受光量を特定し、その受光量に基づいて、マーカーを判別する。
例えば、反射光の受光量を判定用の光量閾値と比較し、その比較結果に応じてマーカーが判別される。この様に構成することにより、光の反射率が大きい物体や発光体をマーカーとして使用することができる。
また、マーカー判別部４０は、検出光の走査周期に同期して更新される測距情報に基づいて移動体を検出し、一時停止した移動体の停止時間に基づいて、移動体がマーカーであると判別する。移動体の検出は、走査周期が互いに異なる複数の測距情報を比較することによって行われる。
例えば、移動体の停止時間を判定用の時間閾値と比較し、その比較結果に応じて移動体がマーカーであるか否かが判別される。この様に構成することにより、マーカーを一時停止させるだけで、マーカーの測距情報を設定支援装置２０へ自動的に送信することができる。
エリア生成情報送信部４１は、保護エリアを決定するためのエリア生成情報として、マーカーの測距情報を設定支援装置２０へ送信する。例えば、エリア生成情報送信部４１は、一時停止中におけるマーカーの測距情報を送信する。マーカーの測距情報を含むエリア生成情報は、入出力ポート３８を介して表示ユニット１１に送信される。
なお、計測ユニット１２が、マーカーの測距情報を取り込むための取込信号を受信する取込信号受信手段をさらに備え、エリア生成情報送信部４１が、その取込信号に基づいて、マーカーの測距情報を設定支援装置２０へ送信するような構成であっても良い。例えば、取込信号は、操作キー１１３の操作に基づいて、表示ユニット１１から送信されるトリガ信号であり、入出力ポート３８を介して受信される。或いは、取込信号は、携帯電話機等の無線機から送信される。
取込信号の受信直後に取得されたマーカーの測距情報、又は、受信直前に取得されたマーカーの測距情報がエリア生成情報として取り込まれる。この様に構成することにより、取込信号を送信するだけで、マーカーの測距情報が設定支援装置２０へ送信されるため、設定データの作成作業を簡素化することができる。
なお、１台の表示ユニット１１に対して１台の計測ユニット１２が接続される安全スキャナ１０の例を示したが、１台の表示ユニット１１に対して複数台の計測ユニット１２を接続することが可能な構成であっても良い。この場合、表示ユニット１１のＯＳＳＤは、対象となる全ての計測ユニット１２が、各々の保護エリアにおいてＯＳＳＤをオン状態とすべき状態と確認した場合に、ＯＳＳＤがオン状態となり、その他の場合にはＯＳＳＤがオフ状態となる。
＜表示ユニット１１＞
図４は、図２の表示ユニット１１内の機能構成の一例を示したブロック図である。この表示ユニット１１は、操作部５０、制御部５１、入出力ポート５２、表示部５３、外部通信ポート５４、外部出力ポート５５及び不揮発メモリ５６により構成される。
入出力ポート５２は、計測ユニット１２との通信を行う通信インターフェース部であり、エリア指定情報を含む設定データを計測ユニット１２へ送信する一方、計測ユニット１２から動作状態、測距情報、検知信号、スキャン画像、カメラ画像及びエリア生成情報を受信する。
外部通信ポート５４は、設定支援装置２０との通信を行う通信インターフェース部であり、設定支援装置２０から設定データを受信する一方、動作状態、測距情報、スキャン画像、カメラ画像及びエリア生成情報を設定支援装置２０へ送信する。外部出力ポート５５は、ＯＳＳＤの出力信号（オン状態又はオフ状態）を検知信号（安全制御信号）として安全制御機器へ出力するインターフェース部である。なお、外部出力ポート５５は、安全制御機器との双方向の通信によって、ＯＳＳＤの出力信号（オン状態又はオフ状態）を検知信号（安全制御信号）として安全制御機器へ送信するような構成であっても良い。
操作部５０は、操作キー１１３の押下操作に基づいて、操作信号を生成し、制御部５１へ出力する。表示部５３は、表示パネル１１１及びインジケータ１１２を駆動し、設定データ、動作状態、測距情報、スキャン画像及びカメラ画像を表示パネル１１１に表示し、動作状態をインジケータ１１２に表示する。
制御部５１は、入出力ポート５２を介して計測ユニット１２から、測距情報、スキャン画像、カメラ画像及びエリア生成情報を取得し、外部通信ポート５４を介して設定支援装置２０へ送信する。また、制御部５１は、計測ユニット１２から侵入物の検知情報を取得し、この検知情報に基づいて検知履歴を生成する。検知履歴は、検知された侵入物の位置（検知位置）、侵入物が検知された時刻（検知時刻）等を含み、これらの検知情報が検知履歴として互いに関連づけて記憶される。
不揮発メモリ５６は、安全スキャナ１０に内蔵された不揮発性の記憶素子である。不揮発メモリ５６には、設定支援装置２０から取得した設定データと、制御部５１により作成された検知履歴とが保持される。
＜設定支援装置２０＞
図５は、図１の設定支援装置２０内の機能構成の一例を示したブロック図である。この設定支援装置２０は、操作部２０１、エリア指定情報生成部２０２、エリア指定情報記憶部２０３、通信部２０４、エリア生成情報取得部２０５、エリア生成情報記憶部２０６、エリア生成情報表示部２０７及びエリア指定情報送信部２０８により構成される。
操作部２０１は、キーボード２２及びマウス２３の操作に基づいて、操作信号を生成し、エリア指定情報生成部２０２及びエリア指定情報送信部２０８へ出力する。通信部２０４は、安全スキャナ１０の表示ユニット１１との通信を行うインターフェース部であり、エリア指定情報を含む設定データを安全スキャナ１０へ送信する一方、安全スキャナ１０から動作状態、測距情報、スキャン画像、カメラ画像及びエリア生成情報を受信する。
エリア指定情報生成部２０２は、ユーザ操作に基づいて、エリア指定情報を生成し、エリア指定情報記憶部２０３内に格納する。エリア指定情報は、検出エリア内において保護エリア又は警告エリアを指定するための設定データである。
エリア生成情報取得部２０５は、通信部２０４を介して、安全スキャナ１０から、マーカーの測距情報を含むエリア生成情報を取得し、エリア生成情報記憶部２０６内に格納する。
エリア生成情報表示部２０７は、ディスプレイ２１を駆動し、検出光のスキャン面３をシステム画面に表示するとともに、マーカーの測距情報に対応する測距位置をスキャン面３上に表示する。このエリア生成情報表示部２０７は、マーカーの測距情報として順に取得された２以上の測距位置を時系列に結ぶ折れ線を保護エリア又は警告エリアの境界としてスキャン面３上に表示する。例えば、２つの測距位置がマーカーを用いて指定されれば、２つの測距位置を結ぶ線分と、各測距位置と原点（計測ユニット１２の位置）とを結ぶ線分とからなる折れ線が描画され、折れ線によって囲まれた領域が保護エリアとして設定される。
また、エリア生成情報表示部２０７は、カメラ画像をシステム画面に表示するとともに、マーカーの測距情報に対応する測距位置をカメラ画像上に表示する。カメラ１２２及び１２３の画角内の位置と検出光の走査角とを対応づけるパラメータは、安全スキャナ１０に保持される。設定支援装置２０は、安全スキャナ１０からその様なパラメータを取得して、保護エリアや測距位置をカメラ画像上に表示する。
エリア指定情報生成部２０２は、マーカーの測距情報に基づいて、エリア指定情報を生成する。エリア指定情報送信部２０８は、ユーザの転送指示に基づいて、エリア指定情報記憶部２０３からエリア指定情報を読み出し、通信部２０４を介して、エリア指定情報を含む設定データを安全スキャナ１０へ送信する。
設定データには、保護エリア又は警告エリアを指定するためのエリア指定情報と、計測条件を指定するための計測設定情報とが含まれる。例えば、保護エリアのスキャン面３上の２次元位置、形状又はサイズを示すエリア指定情報が作成される。また、応答速度、検知対象とする侵入物のサイズ、走査周期又は分解能を示す計測設定情報が作成される。
＜システム画面２４＞
図６は、図５の設定支援装置２０の動作の一例を示した図であり、ディスプレイ２１に表示されるシステム画面２４が示されている。システム画面２４は、安全スキャナ１０の動作設定を行い、安全スキャナ１０の動作状態や測距情報を確認するための画面であり、ディスプレイ２１に表示される。
このシステム画面２４には、画像表示領域２４１が設けられ、設定タブ２４２、モニタータブ２４３、検知履歴タブ２４４及び表示対象選択タブ２４５が表示されている。画像表示領域２４１には、現在のスキャン画像６が表示されている。
スキャン画像６は、検出光の走査周期内に得られる複数の測距位置を結ぶ測距線６１がスキャン面３上に示された測距線画像であり、検出光の走査周期に対応する一定のフレームレートで更新される。スキャン画像６を見れば、計測ユニット１２の周辺の現在の様子を把握することができる。
この例では、システム画面２４の上方向を計測ユニット１２の正面方向として、スキャン画像６が描画されている。測距線６１は、検出領域の境界を示す図形であり、検出距離に対応する測距位置を一定の走査角ごとにプロットした折れ線により構成される。このスキャン画像６には、計測ユニット１２を原点とし、前後方向をｙ軸、左右方向をｘ軸とする直交座標が配置されている。なお、座標軸に平行な２以上のグリッド線をスキャン画像６上に表示しても良い。
設定タブ２４２は、設定データ作成用の編集画面をシステム画面２４として表示するための操作アイコンである。モニタータブ２４３は、現在のスキャン画像又はカメラ画像を画像表示領域２４１に表示するための操作アイコンである。検知履歴タブ２４４は、検知履歴を表示するための操作アイコンである。
この例では、設定タブ２４２が選択され、画像表示領域２４１よりも左側に、安全スキャナ１０の動作設定を行うためのメニュー項目２４６〜２４８と、リアルドローイングボタン２４９及びオートドローイングボタン２５０とが表示されている。
表示対象選択タブ２４５は、表示対象の計測ユニット１２を選択するための操作アイコンである。設定支援装置２０に接続された表示ユニット１１に対し、複数の計測ユニット１２が連結されている場合、表示対象選択タブ２４５を操作することにより、任意の計測ユニット１２を表示対象として選択し、対応するカメラ画像及びスキャン画像を画像表示領域２４１に表示させることができる。この例では、計測ユニット「ヘッド１」が表示対象として選択され、対応するスキャン画像６が表示されている。
メニュー項目２４６は、安全スキャナ１０の計測条件を指定するための操作アイコンである。メニュー項目２４７は、保護エリア又は警告エリアを指定するための操作アイコンである。メニュー項目２４８は、設定データを安全スキャナ１０へ送信するための操作アイコンである。この例では、メニュー項目２４７が選択されている。
リアルドローイングボタン２４９は、エリアの外縁に沿ってマーカーを移動させることによって保護エリア又は警告エリアを指定するエリアマーカー指定機能を選択するための操作アイコンである。
オートドローイングボタン２５０は、現在の測距情報を利用して保護エリア又は警告エリアを自動的に指定するエリア自動指定機能を選択するための操作アイコンである。オートドローイングボタン２５０を操作してエリア自動指定機能を選択すれば、測距線６１よりも計測ユニット１２側に、測距線６１に沿って延びる折れ線を境界の一部とするエリアが保護エリア又は警告エリアとして自動的に指定される。
図７は、計測ユニット１２を頂点の一つとする多角形エリア７の境界に沿ってマーカー８を移動させることにより、エリア設定を行う場合の動作の一例を示した図である。多角形エリア７は、計測ユニット１２の前後方向に延びる２つの辺と、計測ユニット１２の正面と対向し、左右方向に延びる１つの辺と、前後方向の辺の端点と計測ユニット１２とを結ぶ２つの斜辺とからなる５角形状の領域である。
マーカー８は、光の反射率が高い物体、例えば、回帰反射材が設けられた物体であり、多角形エリア７の境界に沿って、実空間内を移動する。回帰反射材は、任意の方向から入射した光を入射時と同じ方向に向けて反射する光学部材である。この例では、計測ユニット１２の正面方向よりも右側に位置する頂点であって、斜辺と前後方向の辺とを連結する頂点を始点とし、始点を含んで多角形エリア７の４つの頂点を反時計回りに順に通過するように、マーカー８を移動させる。この様に多角形エリア７の外縁に沿ってマーカー８を移動させることにより、多角形エリア７を保護エリア又は警告エリアに指定することができる。
図８及び図９は、図５の設定支援装置２０の動作の一例を示した図である。図中には、システム画面２４の画像表示領域２４１に表示されるスキャン画像が示されている。図８には、多角形エリア７の頂点の位置を示す測距情報をエリア生成情報として順に取り込ませた場合が示されている。図９には、順に取得された４つの測距位置６２を時系列に結ぶ折れ線６３がスキャン画像６上に表示されている。
移動体を所望の位置で一定時間以上停止させることにより、移動体がマーカー８であると判別され、その測距位置６２がエリア指定のための検知位置として取り込まれる。或いは、表示ユニット１１の操作キー１１３を操作して取込信号を送信することにより、移動体がマーカー８であると判別され、その測距位置６２がエリア指定のための検知位置として取り込まれる。
測距位置６２は、測距線６１とは異なる表示態様でスキャン画像６上に表示される。例えば、バックグラウンド（背景）を示す測距線６１が、黒色の実線により表示されるのに対し、測距位置６２は、緑色のドットにより表示される。
測距位置６２が検知位置として順に取り込まれれば、測距位置６２を時系列に連結する折れ線６３が表示される。この様にして多角形エリア７の４つの頂点の位置が測距位置６２として取り込まれれば、保護エリア又は警告エリアが確定し、エリア指定情報が作成される。
図１０のステップＳ１０１〜Ｓ１０８は、図５の設定支援装置２０の動作の一例を示したフローチャートであり、マーカー８によるエリア設定時の処理手順が示されている。図中には、システム画面２４内のリアルドローイングボタン２４９を操作してエリアマーカー指定機能を選択した場合の処理手順が示されている。
まず、設定支援装置２０は、安全スキャナ１０から現在の測距情報を取得し、システム画面２４内のスキャン画像６を更新する（ステップＳ１０１，Ｓ１０２）。次に、設定支援装置２０は、マーカー８が検知されれば（ステップＳ１０３）、マーカー８の測距位置を検知位置として確定し、検知位置を示す位置情報をエリア生成情報として取り込むとともに、検知位置をスキャン画像６上に表示する（ステップＳ１０４〜Ｓ１０６）。
次に、設定支援装置２０は、エリアを確定させるためのユーザ操作があれば（ステップＳ１０７）、複数の測距位置６２を連結する折れ線６３を境界とするエリアによって保護エリア又は警告エリアを決定し、エリア指定情報を生成する（ステップＳ１０８）。
本実施の形態によれば、検出エリア内のマーカー８を判別してその測距情報が設定支援装置２０へ送信されるため、設定支援装置２０においてマーカー８の測距位置をシステム画面２４に表示することができる。特に、検出エリア内のマーカー８を判別してその測距位置がスキャン面３上に表示されるため、スキャン面３上の測距位置と実空間との対応関係を検出エリアにおけるマーカー８の位置によって容易に把握することができる。
また、マーカー８の測距情報を利用してエリア指定情報が自動的に生成されるため、設定データの作成作業を簡素化することができる。特に、マーカー８を一時停止させるだけで、マーカー８の測距情報を設定支援装置２０へ自動的に送信することができる。また、マーカー８を判別して保護エリア等の監視対象エリアが設定される。このため、エリア設定中に、マーカー８以外の物体、例えば、手をエリア内に挿入すれば、ＯＳＳＤ出力がオフ状態に切り替えられ、監視対象エリアが実空間上の所望の位置に正しく指定できているか否かを容易に識別することができる。
なお、本実施の形態では、エリアの外縁に沿ってマーカー８を移動させることにより、監視対象エリアが自動的に指定されるエリアマーカー指定機能の例について説明したが、本発明は、シミュレーションモード時に、エリアマーカー指定機能を選択可能なものにも適用することができる。
シミュレーションモードは、安全スキャナ１０に送信前のエリア指定情報と安全スキャナ１０から受信した測距情報とに基づいて、監視対象エリアへの侵入物の有無を判定し、その判定結果をシステム画面２４等に表示する動作モードである。この様な動作モードを選択することにより、エリア指定情報を安全スキャナ１０へ送信しなくても、設定支援装置２０を用いて指定した監視対象エリアにより、侵入物の検知が適切に行われるか否かを設定支援装置２０において確認することができ、エリア指定情報の編集作業を簡素化することができる。
例えば、設定支援装置２０は、さらに、編集画面を表示する編集画面表示部と、ユーザ操作に基づいて、スキャン面３上の位置を指定する位置指定部と、安全スキャナ１０に送信前のエリア指定情報、及び、安全スキャナ１０から受信した測距情報に基づいて、監視対象エリアへの侵入物の有無を判定し、その判定結果を示す擬似判定情報を生成する擬似判定情報生成部とを備える。編集画面表示部は、ディスプレイ２１を駆動し、エリア指定情報を作成するための編集画面をディスプレイ２１上に表示する。編集画面には、スキャン画像と、擬似判定情報に対応する判定結果とが表示される。
エリア指定情報生成部２０２は、位置指定部により指定された位置に基づいて、エリア指定情報を生成する。編集画面には、検出光の走査周期内に得られる複数の測距位置を時系列に結ぶ測距線からなるスキャン画像が表示される。ユーザは、スキャン画像上で位置を指定する。例えば、所望のエリアの境界に沿って複数の位置を順に指定することにより、これらの位置を時系列に結ぶ折れ線を境界の一部とするエリアが監視対象エリアに指定される。侵入物の判定は、測距情報から侵入物の２次元位置を特定し、監視対象エリアの位置情報と比較照合することによって行われる。
動作モードがシミュレーションモードであれば、安全スキャナ１０のＯＳＳＤ出力は、強制的にオフ状態に制御され、或いは、現在設定されている保護エリアに基づいて、オン状態又はオフ状態に制御される。インジケータ１２４は、ＯＳＳＤ出力の状態に応じて点灯する。例えば、ＯＳＳＤ出力がオン状態のときは緑色点灯し、ＯＳＳＤ出力がオフ状態のときは赤色点灯する。ただし、シミュレーションモード中は、擬似判定情報に応じて、緑色点滅と赤色点滅とが切り替えられる。
また、安全スキャナ１０は、マーカー８を検知すると、マーカー８を検知したことをインジケータ１２４によって表示する。例えば、シミュレーションモード中、インジケータ１２４は、擬似判定情報に応じて、緑色点滅又は赤色点滅する。そして、エリアマーカー指定機能が選択され、安全スキャナ１０がマーカー８を検知すると、インジケータ１２４は、一定時間、橙色点灯する。設定支援装置２０は、安全スキャナ１０からマーカー８の測距情報を取得し、取得した測距情報に基づいて擬似判定情報を更新する。インジケータ１２４は、マーカー８の検知後、一定時間、橙色点灯した後、更新された擬似判定情報に応じて、緑色点滅又は赤色点滅する。なお、擬似判定情報に応じた判定表示やマーカー８を検知したことを示す表示は、インジケータ１２４に代えて、設定支援装置２０で表示するようにしても良い。或いは、擬似判定情報に応じた判定表示やマーカー８を検知したことを示す表示をインジケータ１２４に加えて、設定支援装置２０で表示するようにしても良い。
また、本実施の形態では、反射光の受光量に基づいて、マーカー８が判別される場合の例について説明したが、本発明は、マーカー８の判別方法をこれに限定するものではない。例えば、検出光を反射する反射面の形状に基づいて、マーカー８を判別するような構成であっても良い。具体的には、反射面のスキャン面３による断面形状が直線状又は円弧状である移動体がマーカー８であると判別される。或いは、移動体のサイズ、例えば、検出光の走査方向の幅が所定の範囲内である移動体がマーカー８であると判別される。この様な構成によれば、検出光を反射させる反射面が所定の形状を有する物体や、所定の範囲内のサイズを有する物体をマーカー８として使用することができる。
また、反射光の偏光成分に基づいて、マーカー８を判別するような構成であっても良い。具体的には、反射光の偏光成分、例えば、Ｓ波成分及びＰ波成分を識別し、偏光成分の成分比を判定用閾値と比較した比較結果に基づいて、マーカー８が判別される。或いは、反射光における特定の偏光成分について、その受光量を特定し、判定用閾値と比較してマーカー８が判別される。
また、本実施の形態では、光の反射率の高い物体がマーカー８として用いられる場合の例について説明したが、本発明は、マーカー８をこれに限定するものではない。例えば、安全スキャナ１０が発光する物体を識別可能である場合に、その様な発光体をマーカー８として用いるような構成であっても良い。
また、カメラ画像を解析して特徴点を抽出することにより、光学読取可能なコード、例えば、２次元コードを識別し、所定の２次元コードが設けられた物体をマーカーであると判別するような構成であっても良い。
また、本実施の形態では、多角形エリア７の頂点の位置をマーカー８によって順に指示することにより、保護エリア等の監視対象エリアが決定される場合の例について説明したが、本発明は、マーカー８によるエリア指定方法をこれに限定するものではない。例えば、監視対象エリアの頂点を指示するのに代えて、中心点又は基準点の位置をマーカー８によって指示することにより、円形等の所定形状のエリアが監視対象エリアとして指定されるような構成であっても良い。また、侵入物検知の監視対象としないエリア、例えば、ミューティングエリアをマーカー８によって指示することにより、当該エリア以外の検出エリアが監視対象エリアとして指定されるような構成であっても良い。
また、本実施の形態では、マーカー８の測距情報として順に取得された２以上の測距位置を時系列に結ぶ折れ線を境界の一部とする監視対象エリアが指定される場合の例について説明したが、本発明は、マーカー８によるエリア指定方法をこれに限定するものではない。例えば、離散的な点の位置を指示するのに代えて、検出光の走査周期ごとに更新されるマーカー８の測距位置を連続的に取り込むことにより、マーカー８の軌跡を境界の一部とする監視対象エリアが指定されるような構成であっても良い。
１ 光学安全システム
１０ 安全スキャナ
１１ 表示ユニット
１１１ 表示パネル
１１２ インジケータ
１１３ 操作キー
１１４ ケーブル接続口
１２ 計測ユニット
１２０ スキャナ筐体
１２１ 保護カバー
１２２，１２３ 固定カメラ
１２４ インジケータ
２０ 設定支援装置
２１ ディスプレイ
２２ キーボード
２３ マウス
２４ システム画面
３０ 投光制御部
３１ 投光光源部
３２ 走査部
３３ ロータリーエンコーダ
３４ 受光部
３５ 距離算出部
３６ 測距部
３７ 侵入検知部
３８ 入出力ポート
３９ エリア指定情報記憶部
４０ マーカー判別部
４１ エリア生成情報送信部
２０１ 操作部
２０２ エリア指定情報生成部
２０３ エリア指定情報記憶部
２０４ 通信部
２０５ エリア生成情報取得部
２０６ エリア生成情報記憶部
２０７ エリア生成情報表示部
２０８ エリア指定情報送信部
２ 通信ケーブル
３ スキャン面
６ スキャン画像
６１ 測距線
６２ マーカーの測距位置
６３ 折れ線
８ マーカー

Claims (6)

  1. 検出エリアに対し検出光を投光する投光手段と、
    上記検出エリア内の対象物からの反射光を受光して受光信号を生成する受光手段と、
    上記受光信号に基づいて、上記対象物までの距離を求める距離算出手段と、
    回転軸を中心として上記検出光を周方向に走査させる走査手段と、
    上記距離及び上記検出光の走査角に対応する測距情報を求める測距手段と、
    上記検出エリア内において保護エリアを指定するエリア指定情報を設定支援装置から受信するエリア指定情報受信手段と、
    上記測距情報及び上記エリア指定情報に基づいて、上記保護エリア内の侵入物を検知する侵入検知手段と、
    上記検出エリア内に移動可能に配置されたマーカーを判別するマーカー判別手段と、
    上記保護エリアを決定するためのエリア生成情報として、上記マーカーの測距情報を上記設定支援装置へ送信するエリア生成情報送信手段とを備えたことを特徴とする安全スキャナ。
  2. 上記マーカー判別手段は、上記反射光の受光量に基づいて、上記マーカーを判別することを特徴とする請求項１に記載の安全スキャナ。
  3. 上記マーカー判別手段は、上記検出光を反射する反射面の形状に基づいて、上記マーカーを判別することを特徴とする請求項１に記載の安全スキャナ。
  4. 上記マーカー判別手段は、上記反射光の偏光成分に基づいて、上記マーカーを判別することを特徴とする請求項１に記載の安全スキャナ。
  5. 上記マーカー判別手段は、一時停止した移動体の停止時間に基づいて、上記移動体が上記マーカーであると判別し、
    上記エリア生成情報送信手段は、一時停止中における上記マーカーの測距情報を送信することを特徴とする請求項１に記載の安全スキャナ。
  6. 取込信号を受信する取込信号受信手段を備え、
    上記エリア生成情報送信手段は、上記取込信号に基づいて、上記マーカーの測距情報を送信することを特徴とする請求項１に記載の安全スキャナ。
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