JP6685466B2 - 安全装置の位置のシグナリング方法及び安全スイッチシステム - Google Patents

Description

本発明は、安全装置について監視されるべき安全ゾーンに関する安全装置の位置をシグナリングする方法及び実施に適した安全スイッチシステムに関する。

マシン内の安全エリアを分離する保護装置の位置を監視する安全スイッチは、例えば、分離されるべき保護装置が安全臨界位置にあるということに応じてマシンを安全にシャットダウンすることで知られている。したがって、そのような保護装置を開放又は除去する際は、安全臨界マシンのシャットダウン及び／又はマシン動作の停止が必要となることが多い。保護装置は、バイパスされ又は操作に影響されてはならない。加えて、所定のアプリケーションは、それにより危険となる安全臨界（プロダクション）処理が完結されるまでに保護装置がロックされることを要する。

例えば、このような保護装置は、例えば安全臨界状態を安全に無効化するとともに人への何らかの潜在的危険を阻止するために、ドアが開放されているためにマシンがシャットダウンされるようなドアであってもよい。このようなドアが、例えば稼働の過程においてマシンフレームとの関係で「たわみ」得る場合、マシンは安全スイッチの安全な応答範囲から外れ、実際には安全臨界状態にないということに関わらず、意図せずマシンがシャットダウンされる原因となる可能性がある。したがって、保護装置の位置が安全のために重要であると認識された場合、実際には安全臨界状態にないにも関わらずマシンの生産性に影響を与え、計画外のメンテナンスをもたらす。

本発明の目的は、実際には安全臨界状態にないということにも関わらず安全臨界にあるような安全装置の位置を検出するリスクを大幅に低減することを可能とする方法を示すことにある。

この目的は、独立請求項の特徴を有する方法及び安全スイッチシステムにより達成される。好適な実施形態及び詳細化が、従属請求項の対象である。

よって本発明は、安全装置について監視されるべき安全ゾーンに対する安全装置の位置をシグナリングする方法であって、安全ゾーンの監視のために安全ゾーンに対する安全装置の位置が検出装置によって検出され、安全ゾーンは第１のサブゾーン及び少なくとも１つの第２のサブゾーンに分割され、第１のサブゾーン内で安全装置が検出された位置に応じて第１の状態として認識され、第２のサブゾーンのエリアにおける安全装置の検出に応じて第２の状態として認識され、安全装置が第１のサブゾーン内又は少なくとも１つの第２のサブゾーンのエリアのいずれでも検出されない場合に第３の状態が認識される。次に、第３の状態の認識は、所定の安全指向反応の解除のために安全指向解除信号によってシグナリングされ、並びに／又は第１の状態及び／若しくは第２の状態の認識は、特に無線接続中の表示装置に対してそれぞれの状態に関するデータを含む情報信号によってシグナリングされる。

特に本発明に係る方法の実用的な実施のために、本発明はまた、安全装置及び検出装置を有する安全スイッチを有する安全スイッチシステムを提案し、検出装置は、第１のサブゾーン及び少なくとも１つの第２のサブゾーンに分割される安全ゾーン内の安全装置の位置を監視するように装備される。安全スイッチは、安全ゾーンに対する安全装置の位置に関係して少なくとも３つの状態を認識するように装備されており、第１のサブゾーン内での安全装置の位置の検出に応じてこれが第１の状態として認識可能であり、第２のサブゾーンのエリア内での安全装置の位置の検出に応じてこれが第２の状態として認識可能であり、安全装置が第１のサブゾーン内又は第２のサブゾーンのエリアのいずれでも検出できない場合に第３の状態として認識可能である。またさらに、第３の状態の認識は、所定の安全指向反応の解除のために安全指向解除信号によってシグナリングされることができ、並びに／又は第１の状態及び／若しくは第２の状態の認識結果は、特に無線接続中の表示装置に対してそれぞれの状態に関するデータを含む情報信号によってシグナリングされることができる。

本発明の重要な効果は、監視される安全ゾーンの異なるサブゾーン、特に事前設定サブゾーンにより、移行エリアが使用可能となり及び／又は利用可能となり、これを用いることにより、２つの状態間、すなわち特に安全臨界状態と非安全臨界状態との間の従前の多少のバイナリスイッチングに代えて移行状態が利用可能となる、すなわち特に安全関連条件に一致しないにも関わらず非安全臨界に分類できる状態としてシグナリングされる状態は、本質的に非安全臨界である状態及び本質的に安全臨界である状態と区別されることができ、したがってさらにアプリケーションに基づく安全指向手法に従って異なるようにシグナリングされることができるということから理解され得る。

本発明に係る対象が利用される一方で、例えば、マシン内の安全エリアを分離する安全装置が監視されており、例えば安全装置が取り付けられたドアであり、そしてこの移行エリアを用いて、例えばシステム又は処理が「第１」安全応答又は安全スイッチの検出範囲、すなわち第１のサブゾーン内から既に外れており、よってマシンは実際の安全臨界状態が存在しない状況下において意図せず停止に至ることができないにも関わらず、このような稼働の過程でこのようなドアがマシンフレームとの関係で緩んできたのを検出することが可能となる。

本発明の更なる効果及び特徴は、以下の添付図面に基づく好適な実施形態の記載から導かれる。

図１は、本発明に係る安全スイッチシステムの好適な実施形態を高度に抽象化した図を示す。 図２は、本発明に係る方法の可能かつ好適なシーケンスの一例に関する非常に簡素化されたフローチャートを示す。

図１における高度に抽象化されたような安全スイッチシステムの好適な実施形態は、安全装置１１０及び検出装置１２０を有する安全スイッチ１００を含む。

検出装置１２０は、安全ゾーン１３０a、１３０ｂに対する安全装置１１０の位置を監視し、したがって特に検出装置１２０の最大応答又は検出範囲内における検出についてもさらに実行するように装備される。

位置監視のために設計された検出装置は、それ自体が当業者に知られており、例えば光学的、静電容量的、誘電的及び／又は磁気的な測定原理により動作し得る。具体的な検出装置の選択は、多くの場合、検出される対象物の素材及び／又は具体的なアプリケーションに依存し得る。さらに、監視可能な（最大）応答可能エリアは、検出装置１２０の種類に応じて予め定められてもよく又は調整可能であってもよいので、位置監視はこの範囲内で実行することができる。よって、検出されるべき安全装置１１０の位置に対する安全ゾーン１３０ａ、１３０ｂは、このような応答エリアの中にあり又は対応している。このような応答エリアは、例えば図１の２次元ＸＹ平面内の矢印１０及び１１によって表され、矢印１０は検出装置１２０の信号受信ユニット１２５からのＸ方向の最大距離を表し、矢印１１は検出装置１２０の受信ユニット１２５からのＹ方向の最大オフセットを表す。応答エリアは、さらに第３の次元に沿って拡張され得る。

図１の安全スイッチ１００に備えられる検出装置１２０は、好ましくは例えばホールセンサにより動作するので、信号受信ユニット１２５に搭載されて電流が流れる半導体素子は、半導体素子の裏側に永久的に設置されているが図１では簡素化の理由から具体的には示されていない永久磁石の磁場による定常磁性プレストレス下にある。本件では強磁性素材からなる安全装置１１０がこの磁場内に導入された場合、その場の強さが影響を受けるので、半導体素子内の電圧の変化が検出可能となる。通常は正弦関数となる結果として得られる電圧信号は、その後に適宜矩形波信号に変換され、信号受信ユニット１２５に含まれた又は結合された内部電子システム１２６によって増幅可能である。現在の最新技術によれば、例えばホールセンサ付きの検出装置１２０を有する安全スイッチは、検出装置１２０、特に受信ユニット１２５と、結果として安全スイッチのスイッチ素子として機能する安全装置１１０との間の最大距離１０に起因し、各々は通常１０から１５ミリメートルの範囲とされる、同様に安全装置１１０のＹ方向における両サイドの最大オフセット１１に起因する応答エリアの検出及び／又は監視を行うことができる。安全装置１１０の位置の変化に起因する電圧の変化結果は、例えば以前に実行されたティーチイン方法の補助を受け、内部電子システム１２６を用いることにより、応答エリア内の位置に適宜関連付けられていてもよい。

図１に示した安全スイッチシステムを用いて、本発明によれば、検出されるべき安全装置１１０の位置に対する安全ゾーン１３０ａ及び１３０ｂが、１つの第１のサブゾーン１３０ａ及び少なくとも１つの第２のサブゾーン１３０ｂへと分割されるものとする。これは、例えば前述した位置と、結果として得られる信号変化、特に電圧変化との間の関係を用いて実行され得る。

さらに、安全スイッチ１００は、安全ゾーン１３０ａ、１３０ｂに対する安全装置１１０の位置の関数として少なくとも３つの状態を認識するように装備される。これは、前述した内部電子システム１２６を用いて適宜実行され得る。

本発明の範囲内では、第１のサブゾーン１３０ａ内の安全装置１１０の位置の検出に対する応答は第１の状態として認識され、第２のサブゾーン１３０ｂのエリアでの安全装置１１０の位置の検出に対する応答は第２の状態として認識され、安全装置１１０が第１のサブゾーン１３０ａ内にも第２のサブゾーン１３０ｂのエリアにも検出することができない場合に第３の状態が認識されることが提供される。

したがって、１つの第１のサブゾーン１３０ａ及び少なくとも１つの第２のサブゾーン１３０ｂへの安全ゾーンの分割は適宜予め定められ、設定され、あるいは確立され、その結果、第１のサブゾーン１３０は、安全装置１１０が検出装置１２０から最小距離及びオフセットにあり、例えば距離及び／又はオフセットが各々１０ｍｍ以下の範囲内にあるサブゾーンを形成する。そして、少なくとも１つの第２のサブゾーン１３０ｂは、安全装置１１０が、検出装置１２０からの距離及び／又はオフセットがより大きいが許容されるように分類され得る範囲、例えば距離及び／又はオフセットが１０ｍｍを超え１５ｍｍ以下の範囲内にあるサブゾーンを形成する。第１のサブゾーン１３０ａ又は少なくとも１つの第２のサブゾーン１３０ｂ内のエリアで安全装置１１０が検出されることができない場合には、結果的に、安全装置１１０は、それを超えて結果的に許容されなくなるので安全臨界となる検出装置１２０からの距離及び／又はオフセットにあるが、アプリケーションに起因してそれでも最大応答エリア内にあり又は既に最大応答エリア外に存在し得る。

安全スイッチ１００、特に内部電子システム１２６は、所定の安全指向反応の解除のための安全指向解除信号１２７ａにより第３の状態の認識がシグナリングされることを可能とし、特にシグナリングされるために、及び／又は特に無線接続によってそこに接続される表示装置２００のそれぞれの状態に関するデータを含む情報信号１２８によって第１及び／又は第２の状態の認識がシグナリングされることを可能とし、特にシグナリングするためにさらに装備されている。

安全指向解除信号１２７ａによる第３の状態の認識のシグナリングの結果としての安全指向反応の解除のため、安全スイッチ１００は、例えば安全臨界状態に安全に対処し、例えば人への潜在的リスクを安全に阻止するためにマシンをシャットダウンする安全指向反応装置（簡素化のため図には示されていない）と適宜結合されてもよい。したがって安全装置１１０は、例えばマシン内の安全エリアを分離するドアのような保護装置に取り付けられてもよい。よって、安全装置１１０は、ドアが開放された場合に安全ゾーン１３０ａ、１３０ｂから外れることになり、したがって第１のサブゾーン１３０ａ内又は第２のサブゾーン１３０ｂのエリアのいずれにも検出可能となることはない。

安全スイッチ１００は、非安全臨界状態に関するデータを有する情報信号１２８によって適切にシグナリングされ得る非安全臨界状態に対応する状態のような第１の状態の認識に関してさらに装備されてもよい。マシン内の安全エリアを分離する安全装置に搭載された安全装置１１０の上記の例では、したがって例えばドアのような安全装置が正しく閉じられているのをシグナリングすることが可能となる。

安全スイッチ１００はさらに、例えば第２の状態の認識に関して装備されてもよいので、これは安全関連要求と完全には又は全く一致しないが非安全臨界として分類され得る状態、及びこの状態に関するデータを含む情報信号１２８により適切にシグナリングされ得る状態を表す。マシン内の安全エリアを分離する安全装置に搭載された安全装置１１０の上記の例では、したがって例えばドアのような安全装置がもはや要求通りに閉じられないが、それにも関わらず例えば閉じていると分類される得ることをシグナリングされてもよく、これは安全装置が安全装置を収容するフレーム又は安全装置のサスペンションの変形との関係において動作しなくなったためである。

図１では、図による安全装置１１０は、第１のサブゾーン１３０ａの内部にも第２のサブゾーン１３０ｂのエリア内にも位置しておらず、よってこれらのサブゾーンのいずれでももはや検出されることができないが、それにも関わらず表示装置２００に表示され、第２の状態に関するデータを有する可能な情報信号１２８も、例として示される。実施形態に応じて、第２の状態に関する他の情報がさらに当然にシグナリングされ及び／又は表示されてもよく、例えば安全装置が境界線範囲にあることのみをシグナリング及び／又は提示する。

加えて又は代わりに、特に第１及び／又は第２の状態の認識結果に応じて、安全スイッチ１００はさらに、本発明の範囲内で安全臨界処理の承認を誘導する承認信号１２７ｂをさらに少なくとも１つ生成することができる。前述した安全指向反応装置を含む好適な実施形態では、更なる簡素化の理由から安全スイッチ１００はさらに、それに従ってその承認１２７ｂをシグナリングするために結合されてもよいし、又は分離承認装置（不図示）と結合されてもよい。

したがって、安全装置１００は「アクチュエータ」の一種として多少機能し、「アクチュエータ」が安全ゾーンの範囲にない場合には検出装置の安全出力は例えばＬＯＷ信号レベルに切り替わり、マシンのシャットダウンのための解除信号としてこれが適切にシグナリングされ得る。「アクチュエータ」として機能する安全装置１００が第１のサブゾーン内又は少なくとも第２のサブゾーンの範囲にある場合、検出装置の安全出力は例えばＨＩＧＨ信号レベルに切り替わり、マシンの起動又は稼働の継続の承認信号としてこれが必要に応じて適宜シグナリングされ得る。

追加的に又は代替的に、安全スイッチ１００は、本発明の範囲内で、第３の状態に関するデータを含む情報信号１２８を通して、特に無線接続により接続されている表示装置２００に対してこれをシグナリングするようにさらに装備されてよい。

図１に示した実施形態の１つでは、安全スイッチ１００及びここに接続され、すなわちここでの例示では無線接続された表示装置２００は、特にＮＦＣチップセット及びＮＦＣアンテナを有しており、ＮＦＣは「近距離通信」を表すものとして知られている。表示装置２００にシグナリングされることができ、それぞれの状態に関するデータを備える情報信号１２８は、その後表示装置２００としてのハンドヘルド装置又はスマートフォン上の安全スイッチに例えば直接及び／又は最も接近して送信されてもよく、同様に読み出されてそこに表示されてもよい。

したがって、相互に通信している安全スイッチ１００から表示装置２００までのそれぞれの状態に関するデータを含む情報信号のシグナリング１２８は、具体的な実施形態に応じて能動的な送信を通じて又は読出しによって行われ得る。

検出装置１２０からの安全装置１１０の主なスイッチ距離及びオフセットに関する情報の読出し又は受信、並びにその後の当該情報の適切な表示は、マシン操作者又はメンテナンス担当者に対して、例えば安全装置が配置されている保護装置の主な位置について最も簡易な方法で結論を引き出し、必要に応じて予防的な修正を開始することを可能とすることができる。

適切な改良によれば、本発明による安全スイッチシステムの安全スイッチ１００は、さらに情報信号１２８を安全スイッチ１００と表示装置２００との間での送信が可能な所定の間隔で更新するように装備される。

特に本件に対しては、表示装置２００は、時間内に第１の時点で更新された情報信号１２８と、時間内に後続する第２の時点で更新された情報信号とを比較し、その比較結果を表示するのに有利に装備される。この方法では、特にある状態から他の状態の方向、特に安全臨界状態の方向への位置の変化をできる限り速やかに検出し、さらに必要があれば結果として適切に対応することが可能である。

さらに、特に表示装置２００に表示された情報の明確な割当てのために、安全スイッチ１００は好ましくは符号化、特に装置識別子の手法及び／又は特にＲＦＩＤ符号化（ＲＦＩＤは無線周波数識別、すなわち電磁波を用いた識別を意味する）を有し、さらにこの符号化が安全スイッチと表示装置２００の間で情報信号１２８と共に送信され得るように装備される。このような符号化はさらに改ざんに対する良好な防御を提供し得る。したがって、特に複数の安全スイッチ１００が使用されている場合に、意図的か意図的でないかに関わらず位置の変化が直ちにかつ明確に特定及び識別され得る。

図２は、本発明に係る方法の可能で好適なシーケンスの一例に関する非常に簡素化されたフローチャートを示し、それに基づいて、特に本発明に従って上述した安全スイッチシステムに基づいて、安全装置について監視されるべき安全ゾーンに対する安全装置の位置がシグナリングされ得る。

具体的には、これに関して図２を参照すると、安全装置の位置は安全ゾーンに関して監視され、これは上述したように特に検出装置を用いて行われ、ここでの具体的な検出装置の選択は、多くの場合、検出される対象物及び／又は具体的なアプリケーションの素材に応じ得る。

したがって検出装置が、所定の検出装置の応答エリア内における安全装置の位置を検出可能とするために本来装備されている場合、本発明の範囲内で検出装置は監視される安全ゾーンを含み又はそれに対応し、安全装置が内部又は少なくとも安全ゾーンのエリアに位置する限り、特に監視中においては３つの場合が区別される。

安全ゾーンについての安全装置の位置が検出できた場合、その後、第１のサブゾーン内で安全装置が検出された位置への応答が第１の状態として認識可能となり、第２のサブゾーンのエリアでの安全装置の検出に応じて第２の状態として認識可能となる。

安全ゾーンについての安全装置の位置が検出できなかった場合、すなわち安全装置が第１のサブゾーン内又は少なくとも１つの第２のサブゾーンのエリアで検出されなかった場合には、これが第３の状態として認識される。

具体的な設計に応じて、その後、第３の状態が認識された場合には安全指向解除信号により所定の安全指向反応の解除のためにこれがシグナリングされ、第１及び／又は第２の状態が認識された場合には、それぞれの状態に関するデータを有する情報信号によって特に無線接続を用いて表示装置にこれがシグナリングされる。

安全スイッチからこれに接続された表示装置のそれぞれの状態に関するデータを含む情報信号のシグナリングが、具体的な設計に応じて能動的な送信又は読出しによってここで生じる。

第１のサブゾーン及び少なくとも１つの第２のサブゾーンへの安全ゾーンの分割は、例えばそれぞれの受信された検出信号に基づいて行われ得る。

上述した説明から当業者は、第１及び／又は第２の状態に関する情報は、特にユーザに保護装置、例えば安全装置が取り付けられているドアの位置に関する情報を提供するのに有利に利用可能であることを理解することができる。したがって、情報は、工場において及び進行中の動作においてマシンのセットアップに際して適宜有益かつ大いに役立つことになる。したがって、本発明の対象は、本質的に生産性の拡大に貢献し、マシンのダウンタイムを低減させることになる。

したがって、まとめると、本発明の範囲の安全スイッチ１００及び特に検出装置１２０は、したがって少なくとも２つの事前設定された検出応答エリア内にある安全装置１２０の存在を検出するように装備され、安全スイッチは少なくとも３つの状態：第１の事前設定検出応答エリア内での安全装置１２０の検出に応じた第１の状態、少なくとも１つの第２の事前設定検出応答エリアのエリアでの安全装置１２０の検出に応じた第２の状態及び第１の事前設定検出応答エリア内又は少なくとも１つの第２の事前設定検出応答エリアのいずれでも検出装置１２０を用いて安全装置１２０を検出することができない場合である第３の状態を感知及び／又はシグナリングするように装備される。

よって、マシン内の分離した保護装置の位置の安全な監視に現在利用可能なタッチレスコード化安全スイッチは、本発明による対象を用いることにより大幅に最適化可能となる。

１００ 安全スイッチ
１１０ 安全装置
１２０ 検出装置
１３０ａ、１３０ｂ 安全ゾーンのサブゾーン
１２５ 信号受信ユニット
１２６ 内部電子システム
１２７ａ 解除信号１２７ａ
１２ｂ 承認信号
１２８ 情報信号
２００ 表示装置
１０ 距離
１１ オフセット

Claims (7)

1. 安全装置（１１０）について監視されるべき安全ゾーン（１３０ａ、１３０ｂ）に関する前記安全装置（１１０）の位置をシグナリングする方法であって、
   前記安全ゾーン（１３０ａ、１３０ｂ）の監視のために、前記安全装置の前記位置は検出装置によって検出され、前記安全ゾーンは第１のサブゾーン（１３０ａ）及び少なくとも１つの第２のサブゾーン（１３０ｂ）に分割され、
   前記第１のサブゾーン（１３０ａ）内で前記安全装置（１１０）が検出された位置に応じてこれが第１の状態として認識され、前記第２のサブゾーン（１３０ｂ）のエリアにおける前記安全装置（１１０）の検出に応じてこれが第２の状態として認識され、前記安全装置（１００）が前記第１のサブゾーン（１３０ａ）内又は前記少なくとも１つの第２のサブゾーン（１３０ｂ）のエリアのいずれでも検出されない場合に第３の状態が認識され、
   前記第３の状態の認識は、所定の安全指向反応の解除のために安全指向解除信号（１２７ａ）によってシグナリングされ、並びに／又は
   前記第１の状態及び／若しくは前記第２の状態の認識は、特に無線接続中の表示装置に対して前記それぞれの状態に関するデータを含む情報信号（１２８）によってシグナリングされることを特徴とする方法。
2. 安全装置（１１０）及び検出装置（１２０）を有し、特に請求項１に係る方法を実行する安全スイッチ（１００）であって、
   前記検出装置（１２０）は、前記第１のサブゾーン（１３０ａ）及び少なくとも１つの第２のサブゾーン（１３０ｂ）に分割された安全ゾーン内の前記安全装置（１１０）の位置を検出するように装備されており、
   前記安全スイッチ（１００）は、前記安全ゾーンに対する前記安全装置（１１０）の位置に関係して少なくとも３つの状態を認識するように装備されており、前記第１のサブゾーン（１３０ａ）内での前記安全装置の位置の検出に応じてこれが前記第１の状態として認識可能であり、前記第２のサブゾーン（１３０ｂ）のエリアにおける前記安全装置（１１０）の位置の検出に応じてこれが前記第２の状態として認識可能であり、前記安全装置（１１０）が前記第１のサブゾーン内又は前記第２のサブゾーン（１３０ａ、１３０ｂ）のエリアのいずれでも検出できない場合に前記第３の状態として認識可能であり、前記第３の状態の認識は、前記所定の安全指向反応の解除のために安全指向解除信号（１２７ａ）によってシグナリングされることができ、並びに／又は
   前記第１の状態及び／若しくは前記第２の状態の認識は、特に無線接続中の表示装置に対して前記それぞれの状態に関するデータを含む情報信号（１２８）によってシグナリングされることができる、安全スイッチシステム。
3. 前記安全スイッチ（１００）は、符号化を有し、この符号化が前記安全スイッチと前記表示装置の間の前記情報信号と共に無線で送信されることができるように装備された、請求項２に記載の安全スイッチシステム。
4. 前記安全スイッチ及び前記表示装置は、ＮＦＣ送信／受信ユニットを各々有する、請求項２又は３に記載の安全スイッチシステム。
5. 前記安全スイッチは、前記安全スイッチと前記表示装置との間で送信されることができる前記情報信号を所定の間隔で更新するように装備された、請求項２から４のいずれか１つに記載の安全スイッチシステム。
6. 前記表示装置は、時間内に第１の時点で更新された情報信号と後続する時間内に第２の時点で更新された情報信号とを比較し、前記この比較の結果を表示するように装備された、請求項５に記載の安全スイッチシステム。
7. 前記安全スイッチは、安全指向反応の解除のために安全指向反応装置と結合され、並びに／又は前記第１及び／若しくは第２の状態に応じて安全臨界処理の承認を誘導するための承認信号を生成するように設計された、請求項２から６のいずれか１項に記載の安全スイッチシステム。

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