JPH0530787U - 光電スイツチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 物体の有無を検出する光電スイッチの低コス
ト化、高信頼度化。 【構成】 投受光素子を内蔵するマスター装置１とスレ
ーブ装置２の間で複数回の往復投受光動作をするように
した光電スイッチにおけるマスター装置１とスレーブ装
置２双方の隣接する投受光ユニットＵ₁、Ｕ₂に、水平と
垂直方向性の異なる種類の偏光フィルター８、９を取付
け、マスター装置１内に、各投受光ユニットＵ₁、Ｕ₂の
投受光タイミングの同期をとる同期検波回路１０と、物
体有無の判定パルス信号が複数連続するかで物体有無を
判定する連続パルス判定回路１１と、連続パルス判定回
路１１の物体有無判定信号に基づいて、投受光投受光ユ
ニットＵ₁、Ｕ₂の一連の投受光動作周期を２段階で切換
える位相制御回路１２を組込む。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、プレス機などの機械装置に、物体有無検出を目的に取付けられる 光電スイッチに関する。

【０００２】

【従来の技術】

プレス機などの工作機械は、その刃物などが移動する空間に人の手が入ったと きは、速やかに機械を停止させる安全装置が設置されている。この安全装置は、 図９に示すように、物体の有無を検出する空間Ｍを挟んで複数の投光素子５０を 有する投光ユニット５２と、複数の受光素子５１を有する受光ユニット５３を配 置した光電スイッチが知られている。

【０００３】 この光電スイッチは、複数の投光素子５０から対向する受光素子５１に赤外光 のビーム光を平行状に照射し、各受光素子５１において受光の有無を検出するこ とで、空間Ｍの物体の有無を検出する。つまり、１本でもビーム光が物体で遮ら れると、受光素子５１のいずれかの受光出力がオフとなって、物体有りと判定さ れ、この判定信号で工作機械を停止させるなどの安全対策処理が行われる。

【０００４】 上記光電スイッチは、投受光動作が対向する投光素子５０と受光素子５１の間 でのみ行われるようにしてある。これは、遮光物体が小さくても、これを少なく とも１本のビーム光ででも検出できるようにするためであり、隣接する投受光素 子間および外来光の混信による誤動作を防止するためである。一対の対向する投 受光素子間のみでの投受光動作は、投光ユニット５２と受光ユニット５３の間に 配線した同期信号を伝送するケーブル５４を使用して、投受光素子の対向する一 対毎に投受光タイミングを異ならせる有線式同期検波方式で行われている。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

上記光電スイッチが配置される環境は様々で、設置場所によっては投光ユニッ ト５２と受光ユニット５３を結ぶケーブル５４が、工作機械などの安全動作上に 邪魔になることがある。また、ケーブル配線が面倒であり、ケーブル５４が邪魔 になる場合は、そのための特別な安全対策が必要となって、光電スイッチ設備が コスト高となる不具合があった。

【０００６】 また、光電スイッチは、設置場所の環境に応じた誤動作防止手段を備えるのが 通常であるが、設置場所やその周辺環境の変更があると、この変更に誤動作防止 手段が対応し切れず、誤動作をする確率が高くなることがあって、信頼性が悪く なる問題があった。

【０００７】 この考案はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、 様々な環境下で正確に動作する、かつ、全体として低コストで設置できる光電ス イッチを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

この考案は、物体の有無を検出する空間を挟んでマスター装置とスレーブ装置 を対向配置した光電スイッチであって、物体有無検出の動作を方式的に分類する と往復投受光方式、水平垂直偏光方式、光線式同期検波方式、連続パルス判定方 式、位相制御方式を採用した構造であり、次の構成を成すことで上記目的を達成 する。 マスター装置に内蔵され、起動信号入力でパルス発光する第１投光素子と、ス レーブ装置に内蔵され、第１投光素子からの光を受光する第１受光素子およびこ の第１受光素子の受光で起動されてパルス発光する第２投光素子と、マスター装 置に内蔵され、第２投光素子からの光を受光する第２受光素子とから構成される 投受光ユニットの複数を、マスター装置とスレーブ装置の双方に設け、前段の投 受光ユニットの第２受光素子の受光出力を次段の投受光ユニットの第１投光素子 の起動信号として付与することで、マスター装置とスレーブ装置の間で複数回の 往復投受光動作をするように構成する（往復投受光方式）と共に、 マスター装置とスレーブ装置双方の隣接する投受光ユニットの、一方の投受光 窓に水平方向性偏光フィルターを、他方の投受光窓に垂直方向性偏光フィルター を付設し（水平垂直偏光方式）、 マスター装置内に、 各投受光ユニットの第１投光素子の発光タイミングで第２受光素子の受光動作 時間を規制する同期検波回路と（光線式同期検波方式）、 最後段の投受光ユニットの第２受光素子の受光出力パルスが所定の複数個連続 して入力されたことを検波して、物体有無の判定信号を出力する連続パルス判定 回路と（連続パルス判定方式）、 連続パルス判定回路の物体有無信号に基づいて、最前段の投受光ユニットの第 １投光素子の起動信号入力周期を、物体有り時と無し時で相違させた２段階で切 換える位相制御回路と（位相制御方式）を付設した光電スイッチを提供する。

【０００９】

【作用】

マスター装置とスレーブ装置の間の空間に、両装置の各投受光ユニットが連続 的に動作することで、光軸の異なるビーム光が複数回往復して投射され、空間に 物体が無ければ最後段の投受光ユニットの第２受光素子が受光出力して物体無し が検知され、空間に物体が在ってこれに１本のビーム光でも遮られると、最後段 の投受光ユニットの第２受光素子が受光出力せず、物体有りが検知される。

【００１０】 マスター装置とスレーブ装置の投受光窓に設置した水平と垂直の偏光フィルタ ーは、隣接する投受光ユニットのビーム光を水平偏光成分と垂直偏光成分に分け 、隣接する投受光ユニット間の干渉による誤動作、ビーム光の外部反射光による 誤動作を防止する作用を呈する。

【００１１】 各投受光ユニットの第１投光素子が発光した後の所定の時間帯だけ同期させて 第２受光素子の受光動作を制御する同期検波回路は、第１投光素子と第２受光素 子と同じマスター装置内に在って、マスター装置とスレーブ装置間を同期ケーブ ルで配線するような不都合が無くなる。

【００１２】 最後段の投受光ユニットの第２受光素子の受光出力パルスが複数個連続して入 力されたことを検波して、物体有無の判定をすることで、単パルスの外来光によ る誤動作、ノイズによる誤動作が防止される。

【００１３】 光電スイッチの動作周期を、物体有りの場合と物体無しの場合とで相違させる ことにより、複数の光電スイッチを近くに併設して使用したときの、光電スイッ チ相互間のビーム光の干渉による誤動作が防止される。

【００１４】

【実施例】

以下、一実施例について図１乃至図８を参照して説明する。 同図に示す光電スイッチは、物体の有無を検出する空間Ｍを挟んでマスター装 置１とスレーブ装置２を対向配置して構成される。マスター装置１とスレーブ装 置２は、１往復の投受光動作をする複数、例えば２つの第１投受光ユニットＵ₁ と第２投受光ユニットＵ₂を内蔵する。第１投受光ユニットＵ₁は、マスター装置 １に組込まれた第１投光素子３および第２受光素子６と、スレーブ装置２に組込 まれた第１受光素子４と第２投光素子５を有する。第１投光素子３はパルス発光 し、そのビーム光は空間Ｍを通過して第１受光素子４に入射する。第１受光素子 ４は受光すると第２投光素子５をパルス発光させ、そのビーム光は第１投光素子 ３のビーム光と平行に空間Ｍを通過して第２受光素子６に入射する。第２投受光 ユニットＵ₂も第１投受光ユニットＵ₁と同一の構成で、マスター装置１側に第１ 投光素子３’と第２受光素子６’を、スレーブ装置２側に第１受光素子４’と第 ２投光素子５’を有する。第１投受光ユニットＵ₁の第２受光素子６の受光出力 で、第２投受光ユニットＵ₂の第１投光素子３’がパルス発光動作をする。各発 光素子３、５…のビーム光は、空間Ｍで平行に往復照射され、その内のいずれか １つ、或いは複数が物体（図示せず）で遮光されると、最後の第２受光素子６’ は出力せず、この出力有無で空間Ｍでの物体の有無が検知される。マスター装置 １とスレーブ装置２は、例えば図２に示すように、前面に複数の投受光窓７を有 する箱型で、床３０上近くに投受光窓７を縦配列にして配置される。

【００１５】 マスター装置１とスレーブ装置２に内蔵される投受光制御回路の概略を、図１ および図３に基づき説明する。発振器２０で所望の周期Ｔ₁で発振された起動信 号ａの入力で投光回路２１が一定時間ｔだけ作動し、その発光信号ｂで第１投受 光ユニットＵ₁の第１投光素子３がパルス発光する。第１投光素子３のビーム光 が第１受光素子４で受光されると、受光回路２２から第２投光素子５の投光回路 ２３に起動信号ｄが出力される。この起動信号ｄで投光回路２３が一定時間ｔだ け作動して、その発光信号ｅで第２投光素子５がパルス発光する。第２投光素子 ５のビーム光が第２受光素子６で受光されると、その受光回路２４から第２投受 光ユニットＵ₂の第１投光素子３の投光回路２１’に起動信号ｆが出力される。 この起動信号ｆで投光回路２１’が作動し、その発光信号ｇで第１投光素子３’ が一定時間ｔだけパルス発光する。このビーム光が第１受光素子４’で受光され ると、その受光回路２２’から投光回路２３’に起動信号ｉが出力され、その発 光信号ｊで第２投光素子５’が一定時間ｔだけパルス発光する。そのビーム光を 第２受光素子６’が受光すると、受光回路２４’が受光信号ｋを出力する。この 信号ｋが後述のように処理されて、出力端子２５に制御信号Ｖ_outが出力される 。以上の一連の動作が完了して所定の時間Ｔ₁が経過すると、発振器２０から次 の起動信号ａが出力されて、上記動作が繰り返される。

【００１６】 この考案においては、上記構成の光電スイッチに次の偏光フィルター８、９、 …、同期検波回路１０、１０’、連続パルス判定回路１１および位相制御回路１ ２を付設したことを特徴とする。これら付設要素を、以下順に説明する。

【００１７】 偏光フィルター８、９、…は水平方向性と垂直方向性の２種類があり、マスタ ー装置１とスレーブ装置２の投受光窓７に、投受光ユニットＵ₁、Ｕ₂毎に種類を 揃えて取付けられる。具体的には、床３０より上位にある第１投受光ユニットＵ ₁ に水平方向性偏光フィルター８、８’が装着され、第２投受光ユニットＵ₂に垂 直方向性偏光フィルター９、９’が装着される。第１投受光ユニットＵ₁の各ビ ーム光は、水平方向性偏光フィルター８、８’を通過することで垂直成分がカッ トされ、主として水平成分の光だけとなる。他方、第２投受光ユニットＵ₂の各 ビーム光は、垂直方向性偏光フィルター９、９’を通過することで水平成分がカ ットされ、主として垂直成分の光だけとなる。従って、第１投受光ユニットＵ₁ の投光素子３、５のビーム光の一部で、第２投受光ユニットＵ₂の受光素子４’ 、６’が感応するような相互干渉による誤動作が防止される。また、第２投受光 ユニットＵ₂が床３０に近いと、その投光素子３’、５’のビーム光の床３０を 反射した反射光（図２の鎖線）で誤動作する可能性がある。ところが、第２投受 光ユニットＵ₂の偏光フィルター９、９’を垂直方向性のものに選定しておくと 、床３０などからの外来反射光は水平成分の光が大部分であることから、これら 外来反射光は垂直方向性偏光フィルター９、９’でカットされ、誤動作が防止さ れる。

【００１８】 同期検波回路１０、１０’は、各投受光ユニットＵ₁、Ｕ₂に設けられる。第１ 投受光ユニットＵ₁の同期検波回路１０は、第１投光素子３の発光タイミングで 第２受光素子６の受光動作時間を規制するゲート回路である。つまり、第１投光 素子３がパルス発光して、第２受光素子６が正常に受光するまでの所定時間経過 してから、投光素子発光時間ｔの時間帯だけ第２受光素子６の受光回路２４の出 力を第２投受光ユニットＵ₂の起動信号ｆとして通過させる。同じように第２投 受光ユニットＵ₂の同期検波回路１０’も、第１投光素子３’の発光タイミング で第２受光素子６’の受光動作時間を規制するゲート回路である。このように投 受光の同期を、マスター装置１の内部回路で達成すると、マスター装置１とスレ ーブ装置２の間を同期ケーブルで配線する必要がなくなる。

【００１９】 連続パルス判定回路１１は、第２投受光ユニットＵ₂の第２受光素子６’の受 光信号ｋのパルスが複数個連続して入力された場合のみ、空間Ｍに物体無しの判 定をし、それ以外は物体有りの判定をすることによって、外からの単パルス光や ノイズによる誤動作を防止する。位相制御回路１２は、連続パルス判定回路１１ の判定結果に基づいて、発振器２０の発振周期Ｔ₁を２段階に制御する回路であ る。この両回路１１、１２の詳細は、図７および図８の光電スイッチの具体的回 路の動作で説明する。

【００２０】 図７はマスター装置１の具体的回路であり、図８はスレーブ装置２の具体的回 路であり、その次の動作でもって説明する。発振器２０で例えば２ｍＳの周期Ｔ １の起動信号ａが投光回路２１のワンショットマルチバイブレータ３２に入力さ れると、１００μＳのパルス幅の信号となってアンドゲート３３に入力され、こ れが周波数変調用発振器３１から約２００ＫＨ_Zのパルスで変調される。この変 調信号のパルスが駆動回路３４に出力されて、第１投光素子３が１００μＳの一 定時間ｔでパルス発光する。このビーム光をスレーブ装置２の第１受光素子４が 受光して、受光回路２２が入力を積分しアナログ検波する。つまり、受光回路２ ２には、図４に示すような約２００ＫＨ_Zに変調されたパルスＰ₁が入力されると 、これを積分して約１００μＳのパルス幅のパルス信号Ｐ₂に検波する。このよ うな約２００ＫＨ_Zの高い周波数変調は、一般的な光電スイッチなどのセンサー の変調光５〜１０ＫＨ_Zの外来光の混信を防止し、誤動作を防止する上で有効で ある。受光回路２２からのパルス信号Ｐ₂の立下りを立下り検知回路３５で検出 して、第２投光素子５の投光回路２３を起動させる。投光回路２３は第１投光素 子３の投光回路２１と同じ構成で、周波数変調用発振器４０、ワンショットマル チバイブレータ３６、アンドゲート３８、駆動回路３９を備え、変調されたパル スで第２投光素子５を発光させる。同時にオフ・ディレイ回路３７が立下り回路 ３５の動作を一定時間禁止して、第２発光素子５の光の反射光が第１受光素子４ に入射する自己反射光による誤動作を防止する。

【００２１】 第２投光素子５の発光ビームをマスター装置１の第２受光素子６が受光すると 、これを受光回路２４が積分してアナログ検波し、その立下りの検知でもって、

【００２２】 第２投受光ユニットＵ₂の第１発光素子３’の投光回路２１’を起動させる。 この起動は同期検波回路１０を介して同期的に行われ、第１投光素子３の発光タ イミングと第２受光素子６の受光タイミングが所定の時間で同期したときのみ、 第２投受光ユニットＵ₂が起動する。第２投受光ユニットＵ₂は、第１投受光ユニ ットＵ₁と同様に周波数変調されて投受光動作をする。なお、第２投受光ユニッ トＵ₂の第１投受光ユニットＵ₁と同一回路には同一符号を付して、その説明は省 略する。

【００２３】 第２投受光ユニットＵ₂の第２受光素子６’が受光すると、検波回路４０を介 して図５に示すような出力パルスＰ₃が連続パルス判定回路１１に出力される。 出力パルスＰ₃は、空間Ｍに物体が無い場合に発振器２０の２ｍＳの１周期Ｔ₁毎 に１パルスが発生する。連続パルス判定回路１１は、インバータ４０と２つのシ フトレジスタ４１、４２と、フリップフロップ４３を有し、出力パルスＰ₃が複 数例えば４個連続して入力されると、フリップフロップ４３を反転させて、出力 回路４４に物体無しの判定信号を出力する。空間Ｍに物体が在って、この物体が 光電スイッチの４本のビーム光のいずれかを遮った場合、このときの１周期Ｔ₁ での出力パルスＰ₃は無く、連続パルス判定回路１１に入力されない。すると、 連続パルス判定回路１１のパルス４連続入力が中断され、フリップフロップ４３ が反転して、出力回路４４に物体有りの判定信号が出力される。出力回路４４は 物体有りの判定信号の入力で、出力端子２５に工作機械の停止信号や警報信号な どの制御信号Ｖ_outを出力する。このように出力パルスＰ₃が複数個連続するか否 かで、物体有無の判定を下すことで、外からの単パルスによる誤動作や、内から の単発ノイズによる誤動作が防止される。

【００２４】 連続パルス判定回路１１の判定信号は、位相制御回路１２にも出力される。位 相制御回路１２は、図６に示すように、連続パルス判定回路１１の判定信号が物 体無しの場合に、発振器２０の周期Ｔ₁を所定の２ｍＳに維持し、物体有りの判 定信号が入力されると、周期Ｔ₁を変え、例えば２．５ｍＳの周期Ｔ₂に増大させ る。この周期Ｔ₂は、次に物体無しの判定信号が入力されるまで維持される。こ のような位相制御は、光電スイッチの複数が接近させて併設された場合に有効で ある。すなわち、併設された複数同一種類の光電スイッチを同時に動作させた場 合、物体無しの判定をする光電スイッチの光の相互干渉で、隣接する物体有りと 判定すべき光電スイッチが物体無しと判定する誤動作の可能性がある。しかし、 上記のように物体の有無で光電スイッチ双方の動作周期を相違させておくと、相 互干渉のタイミングがずれて、光電スイッチ双方共に誤動作が防止される。

【００２５】 なお、上記実施例では、投受光ユニットを２段に設けたが、３段以上に設けて 、空間の検査エリアを拡大することも可能である。

【００２６】

【考案の効果】

この考案によれば、マスター装置とスレーブ装置の投受光窓に設置した水平と 垂直の偏光フィルターは、隣接する投受光ユニット間の光の相互干渉による誤動 作、ビーム光の床や壁などからの外部反射光による誤動作を防止する上で効果が ある。また、各投受光ユニットの第１投光素子と第２受光素子の投受光動作のタ イミングを同期検波回路で規制することで、マスター装置とスレーブ装置間を同 期ケーブルで配線するような不都合が無くなり、多くの環境に適合する汎用性の 高い、しかも、低コストで設置が容易な光電スイッチが提供できる。さらに、最 後段の投受光ユニットの第２受光素子の受光出力パルスが複数個連続して入力さ れたか否かの判定で、物体有無の判定をすることにより、単パルスの外来光によ る誤動作、単発ノイズによる誤動作が防止され、また、光電スイッチの動作周期 を、物体有りの場合と物体無しの場合で相違させることにより、複数の光電スイ ッチを近くに併設して使用したときの、光電スイッチ相互間のビーム光の干渉に よる誤動作が防止されて、光電スイッチの信頼度を高める上で効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の一実施例を示すブロック図

【図２】図１の光電スイッチの使用時の斜視図

【図３】図１の光電スイッチの動作を説明するタイミン
グチャート

【図４】図１の光電スイッチにおける投光パルス列とそ
れを受けた受光回路の出力を示す波形図

【図５】図１の光電スイッチにおける連続パルス判定回
路の動作例を説明するパルス波形図

【図６】図１の光電スイッチにおける位相制御回路の動
作例を説明するパルス波形図

【図７】図１の光電スイッチにおけるマスター装置の具
体例を示す回路図

【図８】図１の光電スイッチにおけるスレーブ装置の具
体例を示す回路図

【図９】従来の光電スイッチの概略を示す側面図

【符号の説明】

１ マスター装置 ２ スレーブ装置 ３、３’ 第１投光素子 ４、４’ 第１受光素子 ５、５’ 第２投光素子 ６、６’ 第２受光素子 Ｕ₁ 投受光ユニット Ｕ₂ 投受光ユニット ７ 投受光窓 ８、８’ 水平方向性偏光フィルター ９、９’ 垂直方向性偏光フィルター １０、１０’同期検波回路 １１ 連続パルス判定回路 １２ 位相制御回路

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体の有無を検出する空間を挟んでマス
   ター装置とスレーブ装置を対向配置した光電スイッチで
   あって、 マスター装置に内蔵され、起動信号入力でパルス発光す
   る第１投光素子と、スレーブ装置に内蔵され、第１投光
   素子からの光を受光する第１受光素子およびこの第１受
   光素子の受光で起動されてパルス発光する第２投光素子
   と、マスター装置に内蔵され、第２投光素子からの光を
   受光する第２受光素子とから構成される投受光ユニット
   の複数を、マスター装置とスレーブ装置の双方に設け、 前段の投受光ユニットの第２受光素子の受光出力を次段
   の投受光ユニットの第１投光素子の起動信号として付与
   することで、マスター装置とスレーブ装置の間で複数回
   の往復投受光動作をするように構成すると共に、 マスター装置とスレーブ装置双方の隣接する投受光ユニ
   ットの、一方の投受光窓に水平方向性偏光フィルター
   を、他方の投受光窓に垂直方向性偏光フィルターを付設
   し、 マスター装置内に、 各投受光ユニットの第１投光素子の発光タイミングで第
   ２受光素子の受光動作時間を規制する同期検波回路と、 最後段の投受光ユニットの第２受光素子の受光出力パル
   スが所定の複数個連続して入力されたことを検波して、
   物体有無の判定信号を出力する連続パルス判定回路と、 連続パルス判定回路の物体有無信号に基づいて、最前段
   の投受光ユニットの第１投光素子の起動信号入力の周期
   を、物体有り時と無し時で相違させた２段階で切換える
   位相制御回路と、 を付設したこと特徴とする光電スイッチ。