JP7198594B2

JP7198594B2 - 設備稼働監視装置

Info

Publication number: JP7198594B2
Application number: JP2018102394A
Authority: JP
Inventors: 元嗣細井; 正己東; 潤也多田
Original assignee: Inaba Denki Sangyo Co Ltd
Current assignee: Inaba Denki Sangyo Co Ltd
Priority date: 2018-05-29
Filing date: 2018-05-29
Publication date: 2023-01-04
Anticipated expiration: 2038-05-29
Also published as: JP2019207543A

Description

本発明は、生産設備等の種々の設備の稼働状態を監視できる設備稼働監視装置に関するものである。

従来、生産設備の稼働状態を確認できる装置が存在していた（例えば特許文献１参照）。これは、生産設備の稼働状態に対応して点灯するように、生産設備に設けられた積層表示灯の点灯状態をリアルタイムで観察することによって、生産設備の稼働状態を確認するものであった。

特許文献１には複数の実施形態が記載されており、そのうちで、特許文献１の図８には、積層表示灯における各段の表示部に対して光センサを取り付け、光センサの検出結果を送信部から無線送信できる形態が記載されている。この形態において、光センサと送信部との間は電線で結ばれている。

特開２００２－１３２３２４号公報

ところが、例えば工場内において、生産設備の周囲には電磁波が生じていることがあり、光センサの検出結果が電磁波に起因するノイズの影響を受ける場合があった。この場合、生産設備の稼働状態を確認することに関する信頼性が低下してしまう可能性があった。

そこで本発明は、設置環境の影響を受けにくく、信頼性の高い設備稼働監視装置を提供することを課題とする。

本発明は、設備の稼働状態に応じた点灯状態で点灯する表示灯に装着され、本体部と、前記表示灯において光が現れる部分に面して設けられる受光部と、前記受光部と前記本体部とを結び、前記受光部で受けた前記表示灯の光を前記本体部へと導く導光部と、を備え、前記本体部は、前記導光部から導かれた光を検出する光センサと、前記光センサの検出結果を処理する処理部と、前記処理部における処理に要する電力を供給する電源部と、前記処理部における処理結果を無線信号によって外部に発信する送信部と、を備えた設備稼働監視装置である。

この構成によれば、受光部と本体部とが導光部により結ばれており、導光部から導かれた光は光のまま本体部に至る。このため、生産設備の周囲に電磁波が生じていても、光センサの検出結果に電磁波に起因するノイズが混入してしまうことがない。

また、前記受光部が、前記表示灯の光を反射することにより光の進む方向を転換させる反射部を備えることもできる。

この構成によれば、受光部で受けた表示灯の光が本体部に向けて確実に導光される。

また、前記導光部が光ファイバーを備え、前記光ファイバーの外周面が光の透過を抑制する被膜で覆われていることもできる。

この構成によれば、導光部に、光センサの検出に関係のない光が混入することを抑制できる。

また、前記本体部を、前記表示灯の表面から離して配置するスペーサを更に備えることもできる。

この構成によれば、例えばスピーカー一体型の表示灯に対して、スピーカーを塞ぐことなく本体部を装着可能である。

また、前記電源部が、前記本体部の外部に露出する太陽電池を備えることもできる。

この構成によれば、外部電源が不要なため、外部との電線の接続が不要となる。

また、前記処理部は、前記表示灯の点灯状態に変化が無い場合は一旦スリープ状態となり、点灯状態に変化があったことが前記光センサを介して検知されたことにより、前記スリープ状態が解除されるものとできる。

この構成によれば、このように点灯状態に変化がない場合にスリープ状態とすることにより、処理部の消費電力を節約できる。

また、前記処理部は、前記点灯状態に変化があったことの検知があった場合、その後一定時間における光検出に係る入力エッジの回数をカウントし、前記カウントされた回数によって点灯、点滅、消灯の３状態を判定するものとできる。

この構成によれば、一定時間周期での判定を確実に行うことができる。

また、前記処理部は、前記３状態の判定結果を、割込み開始の直後の場合には、即時に前記送信部を通じて発信し、前記３状態の各々が継続されている場合には、前記判定の時点以前の一定時間の点灯状態との比較を行い、状態変化があった場合には変化後の状態を前記送信部を通じて発信し、状態変化が無かった場合には発信自体を行わないものとできる。

この構成によれば、送信部の発信回数を減らすことができるため、送信部において節電が可能である。

本発明は、光センサの検出結果に電磁波に起因するノイズが混入してしまうことがない。よって、設置環境の影響を受けにくく、信頼性の高い設備稼働監視装置を提供できる。

本発明の実施形態に係る設備稼働監視装置の、表示灯に装着した状態を示す、正面及び平面側で右側から見た斜視図である。前記設備稼働監視装置を示す、正面及び平面側で右側から見た斜視図である。前記設備稼働監視装置を示す、正面及び底面側で左側から見た斜視図である。前記設備稼働監視装置を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図である。前記設備稼働監視装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図である。前記設備稼働監視装置を示し、（ａ）は右側面図、（ｂ）は左側面図である。前記設備稼働監視装置の構成を示すブロック図である。前記設備稼働監視装置において光検出に関する処理部での処理内容の一例を示す説明図である。

次に、本発明につき、実施形態を取り上げて説明を行う。

本実施形態の設備稼働監視装置１は、例えば工場における生産設備等の設備（図示しない）に取り付けられる。詳しくは、設備が有しており、設備の稼働状態に応じた点灯状態で点灯する表示灯Ｓに、図１に示すように装着される。生産設備とは、生産活動を行うための設備であって、例えば工作機械である。表示灯Ｓは内部に発光部（図示しない）が設けられており、例えば、それぞれ異なる色（黄色、赤色、緑色、青色等）で点灯する複数の点灯層Ｓ１が複数積層されて構成された積層表示灯（商品名の一例が「シグナル・タワー」（株式会社パトライトの登録商標））が該当する。表示灯Ｓとしての積層表示灯は、例えば上下方向に長い柱状（円柱状や角柱状等）とされており、各色の点灯層Ｓ１が上下方向に並んでいる。発光部は、固定的に設けられていてもよいし、表示灯Ｓの内部で点灯しつつ回転するように設けられていてもよい。また、前記「点灯」には、例えば、継続的に点灯する場合や種々のパターンにより点滅する場合が含まれる。また、表示灯Ｓは、当然ながら消灯状態になることがある。

本実施形態の設備稼働監視装置１は、図２～図７に示すように構成されており、主に、本体部２、受光部３、導光部４を備える。本体部２は、例えば硬質樹脂製である外装ケース２１と、外装ケース２１内に設けられており表示灯Ｓの光に対して処理等を行う電気部品、回路基板等からなる。設備稼働監視装置１は工場内等の粉塵の多い場所に設置されることがあるため、外装ケース２１は内部に粉塵が入り込まないように、防塵性を有して構成されていることが好ましい。本実施形態では、本体部２は柱状（円柱状）とされた表示灯Ｓの上端面に固定される。表示灯Ｓに対する本体部２の固定は種々の手段により行うことができる。例えば、表示灯Ｓの上端面部分に本体部２を嵌合させて固定することができる。本実施形態では後述のスペーサ５を介して本体部２が固定されている。このスペーサ５は本発明において必須ではなく、スペーサ５を用いなくてもよい。また、ねじ、クランプ、ゴムバンド、針金等の、本体部２とは別体の固定手段（弾性を発揮する固定手段、または、固着力を発揮する固定手段）を用いて固定することもできる。また、両面テープや接着剤を用いて固定することもできる。

受光部３は、表示灯Ｓにおいて光が現れる部分に面して設けられる。表示灯Ｓが積層表示灯である場合、光が現れる部分は各点灯層Ｓ１において着色透明樹脂等からなる外周面である。また、積層表示灯の場合、各点灯層Ｓ１が異なる色で点灯することで、設備の稼働状態に応じた点灯状態が実現することから、この点灯状態を把握するため、各点灯層Ｓ１に対して少なくとも１個の受光部３が設けられている。本実施形態では、点灯層Ｓ１が４層設けられているため、合計で４個の受光部３が設けられている。なお、信頼性向上等の目的で、各点灯層Ｓ１に対して２個以上の受光部３を設けてもよい。

本実施形態の受光部３は、図３等に示すように、枠部３１と、枠部３１の内部に配置された反射部３２とを備えている。反射部３２は、表示灯Ｓの光を反射することにより光の進む方向を転換させる機能を有する。この反射部３２により、表示灯Ｓの光を本体部２に向けて、導光部４を介し確実に導光できる。本実施形態の反射部３２は、詳細形状は図示していないが、透明樹脂製のプリズムである。このプリズムは、光が略直角に反射するものであって、表示灯Ｓにおいて光が現れる部分と、導光部４との両方に光を通すことができる位置に配置される。受光部３は、図１に示すように、例えば表示灯Ｓの外周を取り巻くバンド３３（樹脂製バンドや金属製バンド）により固定される。これに対応し、枠部３１の、表示灯Ｓを基準とした外側には突起３１１が形成されており、バンド３３を上下方向にずれないように引っ掛けることができる。バンド３３としては、透明の樹脂製バンドを用いることにより、目立たないように受光部３を固定することが可能である。更に、弾性を発揮する軟質樹脂製バンドを用いることで、バンド３３を表示灯Ｓの外周に取り巻くように取り付けるだけで簡便に受光部３を固定することが可能である。なお、場合によっては接着剤によって受光部３を固定することもできる。

導光部４は、各受光部３と本体部２とを結び、本実施形態では上下方向に延びる部分である。導光部４は受光部３と対応して設けられている。このため、本実施形態では導光部４が４本設けられている。各導光部４により、各受光部３で受けた表示灯Ｓの光を光のままで（電流等に変換することなく）本体部２へと導くことができる。本実施形態の導光部４は光ファイバー４１を備え、この光ファイバー４１の下端部が受光部３における反射部３２（プリズム）に対して光が通るように接続され、上端部は本体部２（詳しくは光センサ２２）に対して光が通るように接続されている。

導光部４は、表示灯Ｓの光を光のまま本体部２に伝達することができる。ところで、光センサを表示灯Ｓにおいて光が現れる部分に面して設けておき、光センサの検出信号を電気配線で本体部２に導く構成が考えられる。このような構成では、本体部２の外部に露出した電気配線が、工作機械等の装置から生じる電磁波の影響を受けることで前記検出信号にノイズが混入し、検出精度に悪影響を及ぼすことが考えられる。一方、本実施形態の導光部４では、光のまま伝達がなされるため、前記構成のようなノイズ混入は発生しない。また、ノイズ対策を講ずる場合であっても本体部２にだけ講じればよい。このため本実施形態は、簡易な構成でありながら検出精度を保つことができる利点を有する。

本実施形態の導光部４において、光ファイバー４１の外周面は光の透過を抑制する、樹脂製の被膜４２で覆われている。このように被膜４２を設けることで、光ファイバー４１の内部に外周面から外光が入り込むこと、つまり、本体部２での検出に関係のない光が混入することを抑制できる。よって、検出精度を上げることができる。

本体部２は主に、図７に示すように、光センサ２２、処理部２３、電源部２４、送信部２５を備える。光センサ２２は、各導光部４から導かれた光を検出する光検出部として機能する。本実施形態の光センサ２２は、光を受けることで電気が発生する受光素子として機能するＬＥＤ２２１（詳しくはＲＧＢ３色ＬＥＤ）と、ＬＥＤ２２１の発した電流を検出する電流検出ＩＣ２２２とが組み合わされている。この構成により光の検出は常時行われる。なお、光センサ２２の構成はこれに限定されるものではなく、種々の構成とすることができる。また、本実施形態では光センサ２２の数量は受光部３の数量に一致している。

処理部２３は、光センサ２２の検出結果を処理する。処理部２３は、本実施形態では、本体部が備える制御部Ｃの一構成要素である、マイクロコンピュータ（図７参照）の一部として設けられている。処理部２３では、光センサ２２の検出結果をもとに、表示灯Ｓとしての積層表示灯の各点灯層Ｓ１における点灯（継続的な点灯）、点滅（継続的でない点灯）、消灯の各状態を判定する。

光検出に関する処理部２３での処理につき、図８に一例を示す。この処理は、低消費電力で動作させるため、後述するスリープ状態では「待受け」をなし、各点灯層Ｓ１が点灯状態から消灯状態となる変化、または、消灯状態から点灯状態となる変化（図８に矢印で示した変化）を割込みで検知し、前記変化があったことのみをカウント（及び記憶）して、スリープ状態になると再び「待受け」に戻る処理である。このように点灯状態に変化がない場合にスリープ状態とすることにより、処理部２３の消費電力を節約できる。

処理部２３では、前記割込みが開始される（図８では、１秒目（最初の変化であるが、便宜上これも「割込み」とする）、２０．５秒目、３４秒目）と、当該割込み開始後一定時間（本実施形態では３秒）毎の入力エッジ、つまり、光が点く際の立ち上げ、または、光が消える際の立ち下りの回数をカウントし、カウントされた回数によって点灯、点滅、消灯の３状態を判定している。これにより、一定時間周期での判定を確実に行うことができる。

図８の例では、判定期間（３秒間）で立ち上がりが１回あるか、それ以前の判定期間で立ち上がりが１回あって、かつ、立ち下りが０回の時に「点灯状態」と判定する。また、判定期間で立ち上がり、立ち下りが各３回の時に「点滅状態」と判定する。また、判定期間で立ち下がりが１回あるか、それ以前の判定期間で立ち下がりが１回あって、かつ、立ち上りが０回の時に「消灯状態」と判定する。

前記３状態の判定結果は、前記一定時間の継続が初回である場合には即時に送信部２５を通じて本体部２の外部に発信される。一方、前記３状態の各々が継続されている場合には、前記判定の時点以前の判定期間（３秒間）の状態（点灯、点滅、消灯の各状態）との比較を行い、状態変化があった場合には変化後の状態に係るデータを送信部２５が発信し、状態変化が無かった場合には発信自体を行わないような処理としている。送信処理の回数を極力少なくすることで、設備稼働監視装置１の単体としての消費電力を極力小さくできるように構成している。また、光検出とカウント処理を行うための基準時間は、複数のチャンネル（本実施形態では４チャンネル）が設けられた内の最初の１チャンネルの割込み処理に対応させている。

以上、処理部２３での前記処理については、点灯または消灯の検知のみであれば、遅延なしに即時に送信処理をすることができるが、点滅も検出する必要があることから、本実施形態では、前記処理を行うことで、遅延を最小限にしながら低消費電力動作を実現している。

電源部２４は、本体部２にて必要な電力を供給する部分であって、少なくとも、処理部２３における処理に要する電力を供給する。また、電源部２４は、本体部２の外部に露出する太陽電池２４１（ソーラーパネル）を備える。設備の設置場所は工場内等の室内であることがほとんどであるため、太陽電池２４１のパネル面積は前記設置場所の明るさに応じて決定される。この構成によると、太陽電池２４１を設けることで外部電源が不要なため、処理部２３における処理に要する電力供給に関し、外部との有線接続が不要となる。よって、表示灯Ｓを物理的に変形する加工や生産設備側の電源に対する電気配線工事を要さず、表示灯Ｓに対して「置く」だけで設備稼働監視装置１の設置が可能であるから、取り付けが極めて容易にできる点でメリットが大きい。この電源部２４には、太陽電池２４１が発電した電気を蓄えることのできる蓄電素子２４２が設けられている。蓄電素子２４２としては、キャパシタ（コンデンサ）や二次電池が例示できる。また、本実施形態では、太陽電池２４１の発電電力が不足した場合に備えてボタン電池等の一次電池２４３も備えている。制御部Ｃの一構成要素である電源制御回路２４４は、太陽電池２４１の電力を監視しており、電力が低下した場合には電力供給元を一次電池２４３に切り替える。ただし、このように一次電池２４３を備えた構成とした場合には、ある程度期間経過すると電池交換が必要となるので、電池交換を前提とした電池ケース等を設けておく必要がある。

送信部２５は、処理部２３における処理結果を無線信号によって本体部２の外部に発信する。送信部２５は、制御部Ｃの一構成要素として送信のための制御が行われる送信モジュール２５１と、電波を発するアンテナ２５２とを有する。送信モジュール２５１としては、例えばEnOcean（ドイツEnOcean社の登録商標）の規格に準拠したものを用いることができる（ただしこれに限定されない）。

本実施形態の送信部２５では、一定周期で電波の発信を行う。ただし、前記一定周期における現在の時点と前の時点とで処理部２３が判定した点灯状態（具体的には全ての点灯層Ｓ１の点灯状態）に変化がない場合には発信を行わないように設定されている。このように設定されたことにより、送信部２５の発信回数を減らすことができるため、送信部２５において節電が可能である。

なお、前記「一定周期」に関し、制御部Ｃ（マイクロコンピュータ）では決まった時間の周期（例えば、図８に示した３秒周期）でカウントを行っている。ただし本実施形態では、処理部２３に関して前述したように、前回の電波の発信後一定のカウント（例えば２カウント（図８の例では６秒））後、点灯状態に変化が無い場合は一旦スリープ状態となってカウントを行わず、点灯状態に変化があったことをトリガーとしてスリープ状態が解除され、そこから再び前記一定のカウントが開始されるように設定されている。この設定により、前記の場合よりも一定時間当たりでの発信回数を低減できることから、送信部２５において更なる節電が可能である。なお、スリープ状態が長くなった場合において、制御部Ｃの死活監視（故障していないか否かの監視）のために、前記周期よりも更に長い一定周期（特に限定されないが、例えば約１５分周期）で送信部２５がパケット送信等の電波発信を行うように設定してもよい。更に、表示灯Ｓが全消灯の状態にあることを条件として、前記パケット送信等の周期が更に長くなるように設定してもよい。

送信部２５から送信された電波は、設備稼働監視装置１から離れて設けられた受信部（図示しない）で受信され、受信されたデータはパーソナルコンピュータ等にインストールされたソフトウェアにより、状態表示、稼働率等の集計、状態変化や異常の監視等に供することができる。更に、インターネットを利用すると、例えば全国に点在する工場における多数の設備を一括管理し、必要に応じて保全を実施する等、既存設備をIoT化するように発展させることも可能となる。

また、本実施形態の設備稼働監視装置１は、本体部２を、表示灯Ｓの表面から離して配置するスペーサ５を更に備えることも可能である（ただし、スペーサ５は本発明において必須ではなく、備えないこともできる）。このスペーサ５は、本体部２に対して着脱可能に構成されており、必要により本体部２に取り付けて用いる。ここで、例えばスピーカー一体型の表示灯Ｓが存在する。スピーカーは柱状である上端面から音が出るように、多数の小穴を設ける等して開放されていることがある。このような表示灯Ｓであっても、スペーサ５により本体部２から浮かせられるので、表示灯Ｓに対して、スピーカーを塞ぐことなく装着可能であって、スピーカーの機能を低下させることがない。本実施形態では、１対のスペーサ５のうち一方につき、他方に対して間隔を調整できるようにスライドレール６が本体部２の下面に設けられている。

以上のように構成された、本実施形態に係る設備稼働監視装置１によると、設備における表示灯Ｓに対して、電気的改造を加えることなく取り付けることが可能である。このため、設備稼働監視装置１を簡便に取り付けることができるので、設備の稼働状態を監視するシステムを導入することが容易である。また、設備の新設時に限らず、稼働開始後に相当期間経過してから後付けすることも容易にできる。また、設備側の物理的及び電気的な改造は一切不要であるため、設備の所有者においても、監視システムの導入につき抵抗をおぼえることがない。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えることができる。

例えば、前記実施形態に係る設備稼働監視装置１の装着対象である設備としては、工場における生産設備が一例として挙げられるが、生産の概念に該当しなくても、何らかの処理を行う設備であればよく、特に限定されるものではない。例えば、自動販売機、洗車機、業務用洗濯機、業務用食器洗い機も前記設備に該当する。

また、反射部３２は、前記実施形態におけるプリズム以外に、板状である鏡であってもよい。

また、導光部４は、光ファイバー４１以外に、樹脂で形成されたライトパイプであってもよい。

また、前記実施形態における導光部４は、１本の光ファイバー４１から構成されていた。しかしこれに限られず、表示灯Ｓの大きさに対応させるため、導光部４を複数の部材（例えば複数本の光ファイバー４１）から構成しておき、長手方向に適宜接続することで所望の長さにできるようにしてもよい。また、導光部４が伸縮機構を備え、伸縮させることで所望の長さにできるようにしてもよい。

なお、参考例として、太陽電池（前記実施形態の太陽電池２４１とは別のもの）を表示灯Ｓにおいて光が現れる部分に面して設けておき、太陽電池と本体部２とを電気配線（ケーブル）で結び、太陽電池に生じた電流を、電気配線を介して本体部２で検知できるように構成することもできる。図示は省略するが、この参考例の形態は、図１～図６（ａ）（ｂ）に示された受光部３が太陽電池に置き換えられ、導光部４が電気配線に置き換えられた形態である。この参考例に係る構成であっても、前記実施形態に係る設備稼働監視装置１と同様の機能を発揮できる。

１設備稼働監視装置
２本体部
２１外装ケース
２２光センサ
２３処理部
２４電源部
２４１太陽電池
２５送信部
３受光部
３１枠部
３２反射部（プリズム）
４導光部
４１光ファイバー
４２被膜
５スペーサ
Ｓ表示灯（積層表示灯）

Claims

設備の稼働状態に応じた点灯状態で点灯し、異なる色で点灯する複数の点灯層が上下方向に並ぶ積層表示灯に装着され、
前記積層表示灯の上端面に固定される本体部と、
前記複数の点灯層の各々において光が現れる部分に面して当接するように設けられる複数の受光部と、
前記複数の受光部の各々と前記本体部とを結び、前記本体部から垂下していて、前記受光部で受けた前記表示灯の光を前記本体部へと導く、外周面が光の透過を抑制する被膜で覆われた光ファイバーを備え、異なる長さとされた複数の導光部と、を備え、
前記本体部は、前記複数の導光部の各々から導かれた光を検出するように、前記複数の導光部の各々に対応して設けられた複数の光センサと、前記複数の光センサの検出結果を処理する処理部と、前記処理部における処理に要する電力を供給する電源部と、前記処理部における処理結果を無線信号によって外部に発信する送信部と、を一体に備え、
前記複数の光センサは、前記積層表示灯の前記光が現れる部分に面して設けられているのではなく前記本体部に内蔵されていて、受光素子として機能するＬＥＤと電流検出ＩＣとの組み合わせを備え、前記ＬＥＤにより前記複数の導光部の各々から導かれた光を電流に変換した上で前記電流検出ＩＣにより前記検出を行うものであり、
前記受光部は、前記点灯層の光を反射することにより光の進む方向を前記導光部の方向に転換させる反射部を備えるとともに、前記表示灯の外周を取り巻くことで当該受光部を固定するバンドを引っ掛ける部分を有する設備稼働監視装置。
前記本体部を、前記積層表示灯の前記上端面から離して配置するスペーサを更に備える、請求項１に記載の設備稼働監視装置。
前記電源部が、前記本体部の外部に露出する太陽電池を備える、請求項１または２に記載の設備稼働監視装置。
前記処理部は、前記積層表示灯の点灯状態に変化が無い場合は一旦スリープ状態となり、点灯状態に変化があったことが前記光センサを介して検知されたことにより、前記スリープ状態が解除される、請求項１～３のいずれかに記載の設備稼働監視装置。
前記処理部は、前記点灯状態に変化があったことの検知があった場合、その後一定時間における光検出に係る入力エッジの回数をカウントし、前記カウントされた回数によって点灯、点滅、消灯の３状態を判定する、請求項４に記載の設備稼働監視装置。
前記処理部は、前記３状態の判定結果を、
前記一定時間の継続が初回である場合には、即時に前記送信部を通じて発信し、
前記３状態の各々が継続されている場合には、前記判定の時点以前の一定時間の点灯状態との比較を行い、状態変化があった場合には変化後の状態を前記送信部を通じて発信し、状態変化が無かった場合には発信自体を行わない、請求項５に記載の設備稼働監視装置。