(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の投光器と受光器の少なくとも１組を相対向して設置した光線式安全装置と、該光線式安全装置の遮光された遮光光軸数が所定の光軸数（フローティング光軸数）以下のときにのみ運転許可信号を出力するようにしたフローティング制御装置と、ロール機の運転モードを切り替える切換スイッチと、ロール機の回転速度及び回転方向を監視する回転速度監視装置と、光線式安全装置の安全距離が所定の値以上であることを監視する安全距離監視装置を備え、切換スイッチで指定した作業の種類に応じて、最適なフローティング光軸数、ロールの回転速度及び回転方向、安全距離などの安全条件を自動的に設定し、安全条件を満足するときに限ってロール機を運転させ、安全条件を満足しないとき、または、システムに故障が発生したときは直ちにロール機の運転を停止させる安全制御機構を備えていることを特徴とするロール機用安全装置。
【請求項２】
請求項１記載の回転速度監視装置を、ロール機の回転速度及び回転方向を検出する回転速度検出センサーと、該回転速度検出センサー用のオフセット電源と、前記回転速度検出センサーからの出力電圧を監視する電圧監視装置で構成し、前記回転速度検出センサーの故障時には電圧監視装置からの出力電圧を正常時と異ならしめることにより、故障の識別が可能であることを特徴とするロール機用安全装置。
【請求項３】
請求項１記載の安全距離監視装置において、安全距離を検出する安全距離検出センサーを、長期的な使用に対して耐久性の高いパワーリードスイッチによって構成としたことを特徴とするロール機用安全装置。
【請求項４】
請求項３記載の装置において、同一の安全距離に対して複数のパワーリードスイッチを設け、これらのスイッチに対して不一致検出を行うことにより、パワーリードスイッチの故障が早期に検出できる早期異常検出機能を設けていることを特徴とするロール機用安全装置。
【請求項５】
請求項３記載の装置において、パワーリードスイッチのオン／オフの状況を基に、作業者によるパワーリードスイッチの意図的無効化が生じていないかを確認できるタンパープルーフ機能を設けていることを特徴とするロール機用安全装置。
【請求項６】
請求項１乃至５記載の装置において、フローティング制御装置、回転速度監視装置、安全距離監視装置、安全制御機構などを異種冗長化された汎用安全コントローラによって構成したことを特徴とするロール機用安全装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工場などに設置された紙や布等のシートを巻き取るロール機において、該ロール機に人が近づいた時にロール機を停止するようにしたロール機用安全装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
産業現場で使用されるロール機には、シートなどの材料をロールが自動的に巻き取る方式がある。このロール機では、シート材の供給、トラブルの処理、ロールの清掃などのために作業者が誤ってロール機に接近し過ぎたとき、ロールを停止させるために光線式安全装置が使用されている。しかし、この光線式安全装置にあっては人体だけでなくシート材にも反応してしまうために、この装置を使って作業者の安全を確保するのは不可能であった。
【０００３】
このため、従来より、二光軸遮光型の光線式安全装置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。これは、シート材が光線式安全装置を遮光したときは遮光光軸数が一個だけとなるが、人体（手指等）が光線式安全装置を遮光したときは遮光光軸数が二個以上となるように光線式安全装置の光軸間隔を設定した装置であり、一個の光軸が遮光されただけではロール機の運転を停止せず、二個以上の光軸が遮光されたときに初めてロール機の運転を停止するという特徴を持っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した二光軸遮光型の光線式安全装置は、シート材が遮光できる光軸数は最大でも一光軸であるために、複数の光軸を遮光してしまうような厚みのあるシート材には適用できないという問題があった。また、シートが撓みを起こしたときも複数の光軸を遮光してしまうため、撓みやすいシート材には適用できないという問題もあった。
【０００５】
さらに、実際の作業では、シート材の供給、トラブル処理、ロールの清掃などの作業の形態に応じて遮光光軸数を自在に設定する必要がある。しかし、上述した装置では遮光光軸数があらかじめ固定されており、作業の形態に応じた最適な遮光光軸数を自在に設定できないという問題があった。
【０００６】
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、切換スイッチで指定した作業の種類に応じて、最適なフローティング光軸数、ロールの回転速度及び回転方向、安全距離などの安全条件を自動的に設定し、安全条件を満足できるときに限ってロール機を運転させ、安全条件を満足できないとき、または安全システムに故障が生じたときは直ちにロール機の運転を停止させるロール機用安全装置を提供することにある。
【０００７】
また、ロールの回転速度及び回転方向を監視する回転速度監視装置、安全距離が所定の値以上であることを監視する安全距離監視装置、安全条件を確認するための安全制御機構などを対象に、フェールセーフ特性（安全に関連する装置の故障時には、ロール機の運転を許可しない特性）やタンパープルーフ特性（作業者が安全に関連するセンサー等を意図的に無効化したときは、ロール機の運転を許可しない特性）を備えたロール機用安全装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の安全システムは上述した目的を達成せんとするもので、その手段は、複数の投光器と受光器の少なくとも１組を相対向して設置した光線式安全装置と、該光線式安全装置の遮光された遮光光軸数が所定の光軸数（フローティング光軸数）以下のときにのみ運転許可信号を出力するようにしたフローティング制御装置と、ロール機の運転モードを切り替える切換スイッチと、ロール機の回転速度及び回転方向を監視する回転速度監視装置と、光線式安全装置の安全距離が所定の値以上であることを監視する安全距離監視装置を備え、切換スイッチで指定した作業の種類に応じて、最適なフローティング光軸数、ロールの回転速度及び回転方向、安全距離などの安全条件を自動的に設定し、安全条件を満足するときに限ってロール機を運転させ、安全条件を満足しないとき、または、システムに故障が発生したときは直ちにロール機の運転を停止させる安全制御機構を備えものである。
【０００９】
また、請求項２の手段は、ロール機の回転速度及び回転方向を検出する回転速度検出センサーと、該回転速度検出センサー用のオフセット電源と、前記回転速度検出センサーからの出力電圧を監視する電圧監視装置で構成し、前記回転速度検出センサーの故障時には電圧監視装置からの出力電圧を正常時と異ならしめることにより、故障の識別が可能としたものである。
【００１０】
次に、請求項３の手段は、安全距離を検出する安全距離検出センサーを、長期的な使用に対して耐久性の高いパワーリードスイッチによって構成したものである。
【００１１】
また、請求項４の手段は、同一の安全距離に対して複数のパワーリードスイッチを設け、これらのスイッチに対して不一致検出を行うことにより、パワーリードスイッチの故障が早期に検出できる早期異常検出機能を具備したものである。
【００１２】
さらに、請求項５の手段は、請求項３記載の装置において、パワーリードスイッチのオン／オフの状況を基に、作業者によるパワーリードスイッチの意図的無効化が生じていないかを確認できるタンパープルーフ機能を設けたものである。
【００１３】
さらに、請求項６の手段は、フローティング制御装置、回転速度監視装置、安全距離監視装置、安全制御機構などを異種冗長化された汎用安全コントローラによって構成したものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るロール機用安全装置の実施の形態を図と共に説明する。
図１は本発明のシステム構成図、図２は光線式安全装置の安全距離を示している。図１において、１は光線式安全装置、２はフローティング制御装置、３は安全制御機構、４は切換スイッチ、５は回転速度監視装置、６は安全距離監視装置、７はロール機である。
【００１５】
図１の光線式安全装置には、複数の投光器と受光器を相対向して設置した透過形の光線式安全装置を使用する。また、フローティング制御装置には、既に発明者らが特開２００１−７１１９２で記載したブランキングシステムを利用する。これは、具体的には次の２種類の方式がある（図３参照）。
１）固定ブランキングシステム
製品によって遮光された光軸が予め設定された位置のときに機械を運転し、それ以外のときは機械を停止するものである。
２）可変ブランキングシステム
製品によって遮光された光軸数が予め設定された数以下のときに機械を運転し、それ以外のときは機械を停止するものである。
【００１６】
そして、本発明で利用するのは前記可変ブランキングシステムである。なお、本発明では、前記公開公報で「可変ブランキングシステム」と呼んでいたものを「フローティング制御装置」と呼んでいる。また、このような機能を持つ光線式安全装置を「フローティング機能を備えた光線式安全装置」と呼んでいる。
【００１７】
次に、図１の安全制御機構３について説明する。この機構では、作業を開始する前に、図１の切換スイッチ４を自動運転、シート材の供給作業、ロールの清掃作業の３つのモードの内の何れかの運転モードに設定する。
【００１８】
この切換スイッチで指定した作業の種類に応じて、最適なフローティング光軸数、ロール機７の回転速度および回転方向、安全距離などの安全条件を自動的に設定し、安全条件を満足するときに限ってロール機７を運転させ、安全条件を満足しないとき、またはシステムに故障が発生したときは直ちにロール機７の運転を停止させる。
【００１９】
図４は、安全制御機構３の論理構成図である。本発明では、上記の各運転モードに応じて下記表１のような安全制御機構３を構成した。
【表１】
0003540294.tif 000002
【００２０】
１）自動運転
この運転モードでは、作業者がロール機７に接近することなく、シートの巻き取りを自動的に行う。具体的には、図２に示す安全距離Ｒの位置に、フローティング機能を備えた光線式安全装置１を設置する。このとき、遮光光軸数ＮがＮ≦２のときは、光軸を遮光しているのはシート材だけと判断し、ロール機７を運転する。一方、Ｎ≧３となったときは、ロール機７に人体が接近したと判断しロール機７を停止させる。
【００２１】
２）材料の供給作業
この運転モードでは、作業者はシート材を両手で保持しながら、ロール機７に極めて接近してシート材を供給する。具体的には、図２の安全距離ｒの位置にフローティング機能を備えた光線式安全装置１を設置する。このとき、ロール機７を低速運転し、人体が光線を遮光したときは、直ちにロール機７を停止させる。なお、フローティング光軸数は自動運転時と同じ値とする。
【００２２】
３）清掃作業
この運転モードでは、作業者はロール機７の回転を逆転させた上で、ロール機７を低速にして清掃を行う。ただし、逆転でも作業者とロール機７の接触は災害となることがある。そこで、Ｎ≧６となったときは、治工具以外の物体（即ち人体）がロール機７に接近したと判断し、ロール機７を停止させる。
【００２３】
次に、図１の回転速度監視装置５について説明する。この装置は、例えば、タコジェネレータ（ＴＧ）などの回転速度検出センサーだけを用いて構成することも可能である。しかし、このような構成では、回転速度検出センサーの巻線や、センサーと安全制御機構３の間を結合する配線に断線が生じたり、ロール機７と回転速度検出センサーの間を機械的に結合するベルトなどが切断・脱落したりすると、ロールが高速で回転しているにも係わらず、これを検出できないという問題が生じる。
【００２４】
これは、直ちに重大な災害を引き起こしかねない。そこで、これらの故障が発生した場合には、回転速度監視装置５がロール機７の運転を許可しない構成とした。
【００２５】
次に、図５について説明するに、８は回転速度検出センサー、９はオフセット電源、１０は電圧監視装置である。なお、本発明では、回転速度検出センサー８にタコジェネレータ（ＴＧ）を用いたが、回転速度や回転方向に応じてアナログ出力を発生するセンサーならば、これに限定されない。
【００２６】
また、オフセット電源９には通常の５Ｖ電源を用いたが、電圧値は特に限定されない。さらに、電圧監視装置１０には異種冗長化された汎用安全コントローラを用いたが、電圧の監視ができる装置であればこれに限定されない。
【００２７】
図６に電圧監視装置１０による回転速度電圧の監視方法を示す。ここで、回転速度電圧とは、回転速度検出センサー８とオフセット電源９を直列接続した回路の両端に発生する電圧をいう。
【００２８】
この装置では、オフセット電源９を備えているために、回転がゼロのときの回転速度電圧は５Ｖとなる。そして、ロール機７の回転方向を正転に切り替えた状態では、回転速度が増加して行くに従って回転速度電圧は９Ｖまで増加する。また、ロールの回転方向を逆転に切り替えた状態では、回転速度が増加していくに従って回転速度電圧は１Ｖまで減少する。
【００２９】
一方、回転速度検出センサー８に前記した故障が発生した場合は、回転速度電圧は０Ｖとなる。従って、回転速度検出センサー８の正常時と故障時には回転速度電圧が異なるために、故障の識別が可能となる。
【００３０】
このような装置にあっては、オフセット電源電圧が変動したときは図６の関係を満足できないために、安全が確保できなくなる場合がある。また、電圧監視装置１０が故障したときは、図６の関係を正常に監視できなくなるために、安全が確保できなくなる場合がある。このため、実際の現場では、このような装置は安全上問題があるとして使用されていないのが現状であった。
【００３１】
これに対し、本発明では、電圧変動の可能性のあるオフセット電源９の電圧を特開２００１−７１１９２で記載した異種冗長化された汎用安全コントローラで監視し、オフセット電源に±０．２Ｖ以上の電圧変動が生じた場合はロール機７の運転を許可しない構成としている。
【００３２】
すなわち、特開２００１−７１１９２における異種冗長化された汎用安全コントローラとは、異種のソフトウェアおよびハードウェアを持つプログラマブル・コントローラの多重化を行い、これらの多重化されたプログラマブル・コントローラの演算結果が全て一致する場合に、機械の運転許可信号を出力するシステムことである。
【００３３】
そして、回転速度電圧を監視する電圧監視装置１０に前記した汎用安全コントローラを用い、電圧監視装置自体に故障が生じたときはロール機７の運転を許可しない構成としている。これによって、フェールセーフな回転速度監視装置の実現を可能としている。
【００３４】
次に、安全距離監視装置６について説明する。この装置は、例えば、リミットスイッチなどの位置検出センサーだけを用いて構成することも可能である。しかし、このような構成では、リミットスイッチを長期的に使用したときの機械的ストレスによって、スイッチの位置がずれたり、リミットスイッチのアームが歪んだりして、長期的な使用に耐えないという問題があった。
【００３５】
そこで、本発明では、機械的ストレスを生じない方式として、リミットスイッチのような接触型でなく非接触式のセンサーを使用して、この問題に対処することにした。また、長期的な使用に対して耐久性の高いパワーリードスイッチを使って、この問題に対処することにした。
【００３６】
次に、図７について説明するに、１１は光線式安全装置の安全距離がｒであることを確認するパワーリードスイッチである。また、１３は光線式安全装置の安全距離がＲであることを確認するパワーリードスイッチである。さらに、１５はパワーリードスイッチを駆動するための磁石である。
【００３７】
以上のような構成とすれば、安全距離がｒのときはパワーリードスイッチ１１がオンし、安全距離がＲのときはパワーリードスイッチ１３がオンするために、安全距離の監視が可能となる。
【００３８】
図７の装置では、パワーリードスイッチの接点に接触不良や溶着が起こると、本当はロール機７を低速で運転すべきなのに誤って高速で運転させてしまうなどの問題が生じる。これらは、直ちに重大な災害を引き起こしかねない。
【００３９】
図８は以上の問題点を解決したものであって、同図において、１１と１２は光線式安全装置の安全距離がｒであることを確認するパワーリードスイッチであり、１１はロールに対向して左側、１２は右側に設置されている。また、１３と１４は光線式安全装置の安全距離がＲであることを確認するパワーリードスイッチであり、１３はロールに対向して左側、１４は右側に設置されている。
【００４０】
さらに、１５は左側のパワーリードスイッチを駆動する磁石であり、１６は左側のパワーリードスイッチを駆動する磁石である。また、１７は異種冗長化された汎用安全コントローラであり、１１と１２、１３と１４のパワーリードスイッチのオン／オフ動作が一致しているかを常時監視する。これにより、パワーリードスイッチで発生する接点の接触不良や溶着などの故障を早期に検出する早期故障検出機能の実現を可能としている。
【００４１】
図８の装置では、作業者が磁石などを使ってパワーリードスイッチ１３または１４の接点を意図的にオンすると、本当はロールを低速で運転すべきなのに誤って高速で運転させてしまうなどの問題が生じる。これらは、直ちに重大な災害を引き起こしかねない。
【００４２】
そこで、磁石１１と１３，１２と１４が同時にオンとなったときは、作業者による意図的な無効化がされているとしてロールの運転を許可しない。以上により、作業者によるパワーリードスイッチの意図的無効化が生じていないかを確認できるタンパープルーフ機能の実現を可能としている。
【００４３】
【発明の効果】
本発明は前記したように、切換スイッチで指定した作業の種類に応じて、最適なフローティング光軸数、ロールの回転速度及び回転方向、安全距離などの安全条件を自動的に設定し、安全条件を満足するときに限ってロール機を運転させ、安全条件を満足しないとき、または、システムに故障が発生したときは直ちにロール機の運転を停止させる安全制御機構を備えているために、ロールが作業者の手指等を巻き込んで挟まれるなどの災害を根絶でき、ロール機を用いた作業の安全性を著しく向上できる。
【００４４】
また、ロールの回転速度及び回転方向を監視する回転速度監視装置や安全距離が所定の値以上であることを監視する安全距離監視装置を対象に、フェールセーフ特性やタンパープルーフ特性を備えたロール機用の安全システムを備えることにより、ロール機を用いた作業の安全性をより一層向上できる等の効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の一形態を示すロール機用安全装置の全体を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る実施の一形態を示すロール機用の安全システムの安全距離の設定図である。
【図３】本発明に係る実施の一形態を示すフローティング制御装置の構成図である。
【図４】本発明に係る実施の一形態を示す安全制御機構の構成図である。
【図５】本発明に係る実施の一形態を示す回転速度監視装置の構成図である。
【図６】本発明に係る実施の一形態を示す回転速度監視装置の回転速度及び回転方向の監視方法を示す線図である。
【図７】本発明に係る実施の一形態を示す安全距離監視装置の構成図である。
【図８】他の実施の形態を示す安全距離監視装置の構成図である。
【符号の説明】
１          光線式安全装置
２          フローティング制御装置
３          安全制御機構
４          切換スイッチ
５          回転速度監視装置
６          安全距離監視装置
７          ロール本体
８          回転速度検出センサー
９          オフセット電源
１０        電圧監視装置
１１〜１４  パワーリードスイッチ
１５〜１６  磁石
１７        異種冗長化された汎用安全コントローラ
【図１】
0003540294.tif 000003
【図２】
0003540294.tif 000004
【図３】
0003540294.tif 000005
【図４】
0003540294.tif 000006
【図５】
0003540294.tif 000007
【図６】
0003540294.tif 000008
【図７】
0003540294.tif 000009
【図８】
0003540294.tif 000010