(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレス機械等の加工装置における被加工物の挿入口に複数の投光器と受光器が交差して２対対向して設置された光線式センサと、
教示モードと運転モードを切り換える切り換えスイッチと、
教示命令および運転命令を与える操作装置と、
前記切り換えスイッチを教示モードに切り換え、かつ、前記操作装置により教示命令を与えた時に、前記光線式センサの間に挿入された加工物によって遮光および通光された光軸パターンを記憶する記憶装置と、
前記操作装置により運転命令を与えた状態において、前記光線式センサの間に挿入された加工物による光軸の遮光および通光状態と、前記記憶手段に記憶されている遮光および通光状態との比較を行なう比較装置と、
前記比較装置よりの光軸の遮光および通光状態が一致したとの出力が入力されると運転許可信号を出力する判定装置と、
前記記憶装置、比較装置および判定装置の機能を実行するための異種の冗長化されたハードウエアおよびソフトウエアを持つプログラマブル・コントローラと、
システム始動時および運転時において定期的に全メモリの同一性を確認する自己診断装置と、
前記プログラマブル・コントローラの演算結果が全て同一であるときに限って運転許可信号を出力するフェールセーフな論理積演算素子と、
を具備し、実際の加工時に挿入された加工物によって得られる光軸の遮光および通光の光軸パターンが、教示によって記憶装置に記憶されている前記光軸パターンと一致し、かつ、前記プログラマブル・コントローラの演算結果が全て同一であるときに限って論理積演算素子より運転許可信号が出力されることを特徴とするブランキングシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工物が長尺物である等の理由によって光線式センサの光軸の一部が通光および遮光されたときでも、該通光および遮光された光軸の位置が所定のものである場合は、機械の運転許可信号を出力する機能を備えたプレス機械等の安全システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プレス機械等に対する安全対策では、作業者が機械の危険限界（スライドまたは金型の作動範囲）内に誤って進入しないように、透過形の光線式センサを設ける場合が多い。しかし、アルミサッシ等の長尺物加工を行う作業では、長尺物が光線式センサの光軸の一部を遮光してしまうために、当該装置の使用は不可能であった。
【０００３】
このため、従来より、複数光軸遮光形の光線式センサを使用して作業者の安全を確保する方法がとられていた。その一例として、特開平２−２７１１９９号（特許第２７１２０４３号）に開示されている技術がある。
【０００４】
この特許は、その特許請求の範囲から「複数の光軸について全光軸のスキャンを行い、遮断される光軸の有無を検出する手段と、設定モードのスキャンで、遮断が検出されたすべての光軸を記憶する遮光軸記憶手段と、実行モードのスキャンで、前記遮光軸記憶手段に記憶された光軸以外の光軸の遮断が検出された場合に、光軸遮断信号を出力する手段と、予め前記遮光軸記憶手段に記憶された以外の光軸が遮断された場合にのみ光軸遮断信号を出力する多光軸遮光モード、およびすべての光軸について該光軸が遮断された場合に光軸遮断信号を出力する通常遮断モードのいずれかを設定するためのモード設定信号を出力する設定スイッチとを具備し、前記モード設定信号により、多光軸遮光モードが設定された後の最初のスキャンを前記設定モードのスキャンとして処理するように構成された工作機の光線式安全装置である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記した公報のものにあっては、設定モード時には全光軸のスキャンを行って遮断が検出された全ての光軸を遮光軸記憶手段に記憶しておき、実行モード時には予め前記遮光軸記憶手段に記憶された以外の光軸が遮断された場合にのみ光軸遮断信号を出力するものであるため、前記遮光軸記憶手段に記憶させた時の加工物よりも小さい（高さの低い）加工物を誤って挿入した場合には、光軸遮断信号を出力しないこととなるので、異なる加工物に対して異なる加工を行ってしまうといった問題があった。
【０００６】
また、前記高さの低い加工物の上に作業者が手を載せた状態でも、前記遮光軸記憶手段に記憶された加工物の高さよりも低いと加工機は動作することとなり、さらに、従来例は発光器と受光器を左右方向（上下方向）に設置した一次元のものであるため、加工物の高さ方向（幅方向）が遮光軸記憶手段に記憶されたものと一致していても、加工物の横（上）に作業者の手があっても遮光軸記憶手段は光軸遮断信号を出力しないため、加工機は動作することとなり作業者にとっての安全性という点で問題が発生する可能性があった。
【０００７】
また、遮光軸記憶手段の記憶や比較にフェールセーフでない要素、例えば、光軸データ記憶部、遮断光軸番号記憶部、遮断光軸番号比較部、データ比較部、モード判別部、同期信号発生部、選択信号発生部、マルチプレクサ、デマルチプレクサ、デコーダ等を使用しているため、これらの要素のいづれか一つでも故障や異常が発生したときは、停止中の機械が突然起動したり、運転中の機械が止まらなくなったりして致命的な災害のおそれがあると共に、製品の位置ずれ、異なった製品の混入、製品の教示ミスなどの致命的な製品不良を引き起こす恐れがあった。
【０００８】
本発明は前記した問題点を解決せんとするもので、その目的とするところは、異なる加工物の挿入による人的障害や製品不良の発生を防止できると共に、ハードウエアーの故障やソフトウエアーのバグが生じた場合には運転許可信号を出力しないようにしたことから、より安全側に加工機が動作するブランキングシステムを提供せんとするにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のブランキングシステムは前記した目的を達成せんとするもので、その手段は、プレス機械等の加工装置における被加工物の挿入口に複数の投光器と受光器が交差して２対対向して設置された光線式センサと、教示モードと運転モードを切り換える切り換えスイッチと、教示命令および運転命令を与える操作装置と、前記切り換えスイッチを教示モードに切り換え、かつ、前記操作装置により教示命令を与えた時に、前記光線式センサの間に挿入された加工物によって遮光および通光された光軸パターンを記憶する記憶装置と、前記操作装置により運転命令を与えた状態において、前記光線式センサの間に挿入された加工物による光軸の遮光および通光状態と、前記記憶手段に記憶されている遮光および通光状態との比較を行なう比較装置と、前記比較装置よりの光軸の遮光および通光状態が一致したとの出力が入力されると運転許可信号を出力する判定装置と、前記記憶装置、比較装置および判定装置の機能を実行するための異種の冗長化されたハードウエアおよびソフトウエアを持つプログラマブル・コントローラと、システム始動時および運転時において定期的に全メモリの同一性を確認する自己診断装置と、前記プログラマブル・コントローラの演算結果が全て同一であるときに限って運転許可信号を出力するフェールセーフな論理積演算素子とを具備し、実際の加工時に挿入された加工物によって得られる光軸の遮光および通光の光軸パターンが、教示によって記憶装置に記憶されている前記光軸パターンと一致し、かつ、前記プログラマブル・コントローラの演算結果が全て同一であるときに限って論理積演算素子より運転許可信号が出力されることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るブランキングシステムの実施の形態を図面と共に説明する。なお、本発明において、「ブランキング」とは英語で無効化を意味する用語である。以下、無効化された光軸を「ブランキング光軸」と呼ぶ。また、光線式安全装置の所定の光軸位置だけを無効にしているシステムを「固定ブランキングシステム」と呼び、光線式安全装置の所定の光軸数だけを無効にしているシステムを「可変ブランキングシステム」と呼ぶ。
【００１３】
図１は、本発明における固定ブランキングシステムの構成図である。
このシステムは、複数の投光器と受光器を上下方向または左右方向に対向して設置した光線式センサ１と、当該センサの各光軸位置の有効または無効を指定するスイッチ２と、上記スイッチで無効と指定した光軸位置がすべて遮光となっており、かつ、有効と指定した光軸位置がすべて通光となっている場合に機械の運転許可信号を出力する制御回路３を備えている。
【００１４】
したがって、長尺物４が正規に進入している状態のときに遮光される光軸だけを無効とし、他の光軸はすべて有効となるように各光軸毎の有効または無効のスイッチを設定すれば、長尺物の代わりに手指等が誤って進入したとき（図１の手指等の進入経路Ａ）や、異なる品種が送給されたときは機械の運転許可信号の出力を停止できる。
【００１５】
また、可変ブランキングシステムの実施の形態の場合には、前記実施の形態における図１のスイッチ２を光線式センサ１の無効光軸数を指定するスイッチとなし、遮光となっている光軸数が上記スイッチで指定した数のときに運転許可信号を出力する制御回路３を備えている点で相違するものである。
【００１６】
したがって、長尺物４が正規に進入している状態のときに遮光される光軸数をスイッチに設定すれば、長尺物の代わりに手指等が誤って進入したとき（図１の手指等の進入経路Ａ）や、異なる品種が送給されたときは、遮光される光軸数が異なるので、機械の運転許可信号の出力を停止できる。
【００１７】
次に、第２の実施の形態である二次元のブランキングシステムについて説明する。図１における光線式センサ１を上下方向および左右方向に対向して設置したものであり、この場合には、長尺物の上下または左右のいづれの方向から人体が危険限界内に進入した場合でも（これには、図２の手指等の進入経路ＣおよびＤが該当する）、機械を停止できるという特徴がある。
【００１８】
ところで、前記した第１および第２の実施の形態におけるブランキングシステムにあっては、ブランキング光軸の位置や数をキースイッチ、ディップ・スイッチ等を操作してあらかじめ設定しておく必要がある。しかし、アルミサッシのように１ロットの製品数が極めて少なく、かつ品種の数が膨大な長尺物（品種が数万に及ぶこともある）では、品種が変更となる毎にディップ・スイッチ等を操作してブランキング光軸を指定するのは、作業者にとって相当煩雑な作業となる。
【００１９】
そこで、本発明では、長尺物の品種を変更したときに、フートベダル等を操作するだけで各品種毎のブランキング光軸を教示できるようにした。このようなシステムを構成する場合、プログラマブル・コントローラ（以下「ＰＬＣ」と略す）を用いてブランキング光軸の教示を行うと都合がよい。しかし、従来のＰＬＣでは記憶装置の制御がフェールセーフでなかったために、故障時には誤った運転許可信号を発生するという問題があった。また、記憶装置以外のハードウェアに故障が発生したり、制御プログラム（ソフトウェア）にバグが含まれていたりしたときでも、誤った運転許可信号を発生するという問題があった。
【００２０】
そこで、本発明では、異種のソフトウェアおよびハードウェアを持つＰＬＣの多重化（異種冗長化）を行い、これらの多重化されたＰＬＣの演算結果がすべて一致する場合に、機械の運転許可信号を出力するシステムを開発することによって、この問題の解決を図ることを課題とした。以下、この実施の形態を図２と共に説明する。
【００２１】
このシステムは、教示モードと運転モードを切り換える切り替えスイッチ７と、教示命令および運転命令を与える操作装置８と、教示命令発生時における各光軸の遮光状態（固定ブランキングシステムにあっては遮光された光軸の位置、可変ブランキングシステムにあっては遮光された光軸の数）を記憶する記憶装置９と、運転命令発生時における各光軸の遮光状態と記憶装置に記憶された各光軸の遮光状態を比較する比較装置１０と、教示命令発生時と運転命令発生時における各光軸の遮光状態が一致しているときに運転許可信号を出力する判定装置１１を備えている。なお、操作装置８は手で操作するボタン類だけでなく、足で操作するフートスイッチなどを使用してもよい。
【００２２】
以下、足踏み操作式のプレス機械で長尺物加工を行う際の本装置の操作手順を図面を参照して説明する。この装置では、作業者は最初に切り替えスイッチ７を教示モードに切り替えた後、長尺物を両手で保持しながら金型を正規の位置にセットし、フートスイッチ８を操作して（教示命令）、ブランキング光軸を記憶装置９に記憶させる。なお、ブランキング光軸は、固定ブランキングシステムにあっては遮光された光軸の位置を、可変ブランキングシステムにあっては遮光された光軸の数を指定する必要があるから、当該装置では固定ブランキングと可変ブランキングを切り換える切り替えスイッチ１２を別途必要とする。このスイッチの切り替え頻度は通常はきわめて少ないから、作業者が容易に操作できない回路基板上等に設けておくのがよい。
【００２３】
次に、切り替えスイッチ７を運転モードに切り換えた後、長尺物を両手で保持しながらフートスイッチ８を操作して（運転命令）、スライドを起動させるのであるが、このとき危険限界内に手指等が進入しているときは、ブランキング光軸以外の光軸が遮光されるために、スライドは起動しない。また、長尺物の位置がずれたときや、異なる品種の長尺物を誤って挿入したときなどは、ブランキング光軸以外の光軸が遮光されたり、ブランキング光軸が通光となったりする場合があるが、この場合もスライドは起動しない。
【００２４】
なお、この例では教示命令と運転命令を与える操作装置８を共用としているが、これらを別のものとしてもよい。特に、長尺物を両手で保持しなくとも教示が可能な場合は、教示命令を与える装置を両手操作式にしないと、作業者の手指の形状を長尺物の形状として記憶してしまうおそれがあるから、この点については安全上特に留意すべきである。
【００２５】
以上のような構成であるために、長尺物の品種が非常に多い場合であっても、品種が変更される毎に毎回キースイッチ、ディップ・スイッチ等を操作する必要のない簡単な教示システムの実現を可能としている。
【００２６】
ところで、ハードウェアーが故障したり、ソフトウェアーにバグが発生した場合のフェールセーフ対策として、従来より種類の同じＣＰＵの多重化を図るという方式が一般的に採用されているが、この方式は多重化されたハードウェアやソフトウェアの処理方式が同一であることから、異種冗長化方式と比較して同時多重故障の発生確率がきわめて高くなるという欠点を持っている。したがって、プレス機械による作業のように、故障の発生が直ちに重大な災害に結びつくおそれのあるシステムでは、ハードウェアやソフトウェアの多重化はダイバシティ構造によるものでなければならない。
【００２７】
次に、このダイバシティ構造のフェールセーフなブランキングシステムの実施の形態を図３と共に説明する。
このシステムは、異種冗長化（異なった種類のＣＰＵによる冗長化をいう。以下「ダイバシティ構造」と呼ぶ）された３種類のＰＬＣ１３乃至１５と、フェールセーフな論理積演算素子１６および自己診断装置１７を備えており、１３乃至１５の演算結果がすべて同一であるときに限って論理積演算素子１６の信号出力である運転許可信号をオンとする制御回路１８を備えている。
【００２８】
この３種類のＰＬＣはハードウェア構造が異なっているために、３種類のＰＬＣが同時にハードウェア故障を起こす可能性はきわめて少ない。また、各ＣＰＵ上で処理されるソフトウェアも異なっているために、ソフトウェアのバグ（誤り）によって誤って運転許可信号が出力される可能性もきわめて少ない。
【００２９】
さらに、ＰＬＣを使用したシステムでは、メモリの異常による誤動作が問題となるが、本システムでは個々のＣＰＵ毎に多重化してメモリを持つとともに、自己診断装置によって、システムの始動時および運用時に、定期的に全メモリの同一性を確認している。また、このシステムで使用する論理積演算素子はフェールセーフなものであるから、故障時に誤ってオン信号を出力することはない。
【００３０】
以上のように、この実施の形態におけるブランキングシステムでは、ＰＬＣのハードウェア、ソフトウェア、メモリ等の異常や故障、および論理積演算素子の故障に対しても、誤って運転許可信号を出力しないフェールセーフなブランキングシステムを実現できる。
【００３１】
なお、前記した実施の形態において、確定論的な災害防止手段を備えたフェールセーフな二次元ブランキングシステムとして、複数の光線式センサを異なる方向に備え、所定の二次元領域のいかなる箇所に人体や物体が進入した場合でも、人体や物体の検出が可能である。
【００３２】
また、確定論的な製品検査手段を備えたフェールセーフなブランキングシステムは、製品の位置ずれ、異なった製品の混入、製品の教示ミスその他の異常状態が発生したときだけでなく、前記の記憶装置、比較装置または判定装置のいづれかに故障や異常が発生したときにも、機械の運転許可信号を確実に停止させて製品の誤った加工を防止することができる。
【００３３】
さらに、確定論的な製品検査手段を備えたフェールセーフな二次元ブランキングシステムは、複数の光線式センサを異なる方向に備え、所定の二次元領域のいかなる箇所に製品が進入した場合でも、製品の位置ずれ、異なった製品の混入、製品の教示ミスその他の異常状態の検出が可能である。
【００３４】
また、前記した実施の形態にあっては、ダイバシティ構造を構成するのをＰＬＣで示したが、ＰＬＣ以外の異種冗長化されたハードウェアでよく、また、複数の投光器と受光器を「上下方向または左右方向」に対向して設置した場合について説明したが、上下、左右限定されるものではなく、単に「異なる方向」であれば良い。
【００３５】
本発明を適用できる装置は、機械の可動範囲内に長尺物が入る装置ならば、ほとんどすべてに適用が可能である。たとえば、長尺物加工用のプレス機械、形状の大きい板を加工するプレスブレーキ、印刷機、ロール機等に適用が可能であり、また、生産システムの中では製品の搬入・搬出のために開口部を設ける場合が多いが、このような場合に人体と物体を識別する装置としても適用が可能である。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は前記したように、複数の投光器と受光器が交差して２対相対向して設置した光線式センサの空間内に所定の形状の加工物が挿入された時のみに運転許可信号を出力するようにしたブランキングシステムにおいて、前記投光器と受光器との間に挿入された加工物によって遮光および通光された光軸パターンを受光器側において予め記憶し、実際の加工時に挿入された加工物によって前記投光器からの光を受光する受光器側の遮光および通光の光軸パターンが、予め記憶されている前記光軸パターンと一致した場合のみ運転許可信号を出力する制御回路を備えることにより、作業者の手指等に危害を及ぼすことなく長尺物の加工を行え、かつ、前記光線式センサを対向する２方向の投光器と受光器とすることで、より安全性を高めることができる。
【００３７】
また、教示命令発生時における各光軸の遮光および通光状態を記憶する記憶装置と、運転命令発生時における各光軸の遮光および通光状態と記憶装置に記憶された各光軸の遮光および通光状態を比較する比較装置を備えているために、長尺物の品種が非常に多い場合であっても、品種が変更される毎に毎回煩雑な操作を行うことなく簡単にブランキング光軸を教示できる。
【００３８】
さらに、異種冗長化されたプログラマブル・コントローラと、フェールセーフな論理積演算素子を備えているために、故障時に誤って運転許可信号を出力しないフェールセーフなシステムを構成することにより、ハードウエアーの故障やソフトウエアーのバグが生じた場合には運転許可信号を出力しないようにしたことから、より安全側に加工機が動作するので、停止中の機械が突然起動したり、運転中の機械が止まらなくなったりして致命的な災害のおそれがあると共に、製品の位置ずれ、異なった製品の混入、製品の教示ミスなどの致命的な製品不良を引き起こすことがない等の効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施の形態を示すブランキングシステムの構成図である。
【図２】他の実施の形態を示すブランキングシステムの構成図である。
【図３】さらに、他の実施の形態を示すブランキングシステムの構成図である。
【符号の説明】
１              光線式センサ
２              スイッチ
３              制御回路
４              長尺物
５              光線式センサ（左右方向）
６              光線式センサ（上下方向）
７              切り替えスイッチ
８              操作装置
９              記憶装置
１０          比較装置
１１          判定装置
１２          切り替えスイッチ
１３〜１５    異種冗長化されたプログラマブル・コントローラ
１６          フェールセーフな論理積演算素子
１７          自己診断装置
１８            制御回路
１９          長尺物
【図１】
0003603084.tif 000002
【図２】
0003603084.tif 000003
【図３】
0003603084.tif 000004