(57)【要約】【課題】危険領域への許容される侵入と許容されない侵入とを区別することができ、特定の状況のもとでは、本来許容されないはずの物体の危険領域への侵入も許容される、機械での危険領域の安全性を確保する。【解決手段】危険領域に侵入した物体８，１３を識別するのに適し、機械制御部５と接続６されたセンサ４１によって危険領域が監視される。物体８，１３が危険領域に侵入すると、物体８，１３がセンサ４１によって識別され、この識別に応じて、および機械１のそのつどの動作状態に応じて、機械制御部５から機械１の危険領域の状態への作用が行われる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
危険領域に侵入した物体（８，１３）を識別するのに適し、機械制御部（５）と接続（６）された少なくとも１つのセンサ（４０，４１）によって危険領域が監視される、機械（１，１０，１１）での危険領域の安全性を確保する方法において、
前記物体（８，１３）が危険領域に侵入すると、前記物体（８，１３）が前記センサ（４０，４１）によって識別され、前記識別に応じて、および前記機械（１，１０，１１）のそのつどの動作状態に応じて、前記機械制御部（５）によって前記機械（１，１０，１１）の危険領域の状態への作用が行われることを特徴とする、機械での危険領域の安全性を確保する方法。
【請求項２】
前記センサ（４０，４１）が、人間の身体部位（８）と物品（１３）とを区別するのに適している、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記センサ（４０，４１）によって、前記危険領域に侵入する物体（８，１３）の三次元の走査が行われる、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記センサ（４０）が３Ｄカメラである、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記センサ（４０）が光学式通過センサまたは光カーテン（４１）である、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記機械制御部（５）が危険領域での前記機械（１，１０，１１）の危険部品（１５）に作用する、請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記機械制御部（５）が危険領域での前記機械（１，１０，１１）の危険部品（１５）を安全な状態にする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記機械制御部（５）の作用による危険領域の安全性の確保が、前記センサ（４０，４１）によって突き止められた、識別された前記物体（８，１３）の侵入運動に応じて行われる、請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記機械制御部（５）による前記危険領域への作用が、識別された前記物体（８，１３）の求められた侵入速度に応じて行われる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記機械制御部（５）の作用による危険領域の安全性の確保が、前記センサ（４０，４１）によって認識された、識別された前記物体（８，１３）の形状に応じて行われる、請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
請求項１から１０までのいずれか１項に記載の方法を実施する装置。
【請求項１２】
前記装置が印刷機（１０）である、請求項１１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、危険領域に侵入した物体を識別するのに適し、機械制御部と接続された少なくとも１つのセンサによって危険領域が監視される、機械での危険領域の安全性を確保する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械の安全性を確保することができる方法および保護装置が公知であり、特定の物体の許容される侵入と許容されない侵入とを区別することができる。このような種類の装置は特許文献１から公知であり、金属加工機械の危険領域の安全性を確保する。この場合、金属加工機械の危険領域に開いている開口部が、まず光学式通過センサによって安全性確保され、この光学式通過センサは、許容された工作物の侵入と禁止された操作員の身体部分の侵入とを区別することができる。この区別は、工作物が光学式通過センサを通過するときには厚さが薄いので１本の光線しか暗くならないのに対して、操作員の手足はこれよってもサイズが大きいので少なくとも相並んだ２本の光線が暗くなることによって行われる。１本の光線だけが暗くなっている限り、金属加工機械はきわめて正常な動作状態に保たれ、逆に、操作員の身体部位が侵入すると機械がただちに停止される。
【０００３】
しかし、このような種類の安全性確保は、印刷機の危険領域の場合には目的に適っていない。その場合、枚葉紙印刷機の排紙装置や給紙装置の領域では、特定の条件のもとで、動作中に操作員が危険領域に入り込むことが必要になるからである。ところがこのような侵入は、従来技術の解決策によっては許容されない。
【特許文献１】米国特許出願公開明細書２００３／０１６４４４７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、危険領域への許容される侵入と許容されない侵入とを区別することができ、特定の状況のもとでは、本来許容されないはずの物体の危険領域への侵入も許容される、機械で危険領域の安全性を確保する方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、この目的は請求項１および請求項１１によって解決される。本発明のその他の有利な実施態様は、従属請求項および図面に開示されている。
【０００６】
機械での危険領域の安全性を確保するために、危険領域に侵入した物体を識別することができるセンサによって危険領域が監視される。それによって、危険領域に侵入してよい物体と禁止されている物体とを区別することが原則として可能である。そのために、識別された各々の物体が許容される等級か禁止された等級かのいずれかに該当するように、許容される物体と禁止された物体が２つの等級に分類される。たとえば新しい枚葉紙パイルが給紙装置へ持ち込まれる場合のように、許容される物体が危険領域に侵入している限り、機械はごく通常どおりそのまま運転される。許容されない物体が危険領域に侵入すると、従来技術では機械がすぐに停止される。しかし本発明では、最新の動作状態に基づき、機械の危険領域に操作員の差し迫った危険が生じている場合にのみ機械が実際に停止されるように、機械の動作状態が適宜考慮される。たとえば、操作員にぶつかる危険がある危険領域の可動部品が、最新の動作状態に基づいてもともと停止しているのであれば、機械そのものを停止させる必要はない。つまり、保護装置は操作員が怪我をする、差し迫った危険を常に考慮し、危険領域で怪我の危険が実際に生じている場合にのみ、機械の動作を停止させる。このことは機械の利用性を向上させる。
【０００７】
本発明の第１の実施態様では、人間の身体部位と物品とを区別するのにセンサが適していることが意図される。本発明のこの実施態様によって、人間の身体部位が侵入して危険領域に差し迫った危険があるときには、機械がただちに安全な状態に移行し、それに対して、たとえば印刷機の給紙装置や排紙装置でパイル交換をする場合のような物品の侵入は、機械停止を引き起こさないことが保証される。
【０００８】
センサによって、危険領域に侵入する物体の三次元走査が行われるのが有利である。このようなセンサは、侵入する物体をその外側の形状に基づいて一義的に識別することを可能にする３Ｄカメラである。さらに、このような３Ｄカメラによって、危険がすぐ迫っている程度にまで物体が危険領域に侵入したときに初めて機械が停止されるように、侵入する物体をその侵入深さに関しても検出することが可能である。さらに、このようにして機械のそのつどの動作状態に応じて、およびその結果として生じる種々の潜在的危険に応じて、異なる物体について異なる侵入深さを許容することができる。その場合、許容される物体と許容されない物体の２種類の等級に加えて、許容される物体と許容されない物体がさらにその侵入深さに関してそのつどの機械状態に応じて分類される、さらに別の等級を追加することができる。たとえば給紙領域で、残存パイルを載せたパイル支持板が上側領域にある場合、そのパイル支持板が再び下方に向かって動き始めるまで、操作員は下側領域に自由に立ち入ることができる。下方に向かうパイル支持板の運動が始まったとき、操作員がまだ給紙パイルのパイル支持板の下にいれば、機械は、機械の即座の停止が引き起こされる別の動作状態に再び移る。
【０００９】
本発明の単純な実施態様では、センサとして光学式通過センサまたは光カーテン（Lichtvorhang）が設置される。ここでいう光カーテンとは、１つの平面に配置された複数の光学式通過センサを意味している。このような光学式通過センサによっても、許容される物体と許容されない物体を少なくとも大まかに分類することが可能である。光学式通過センサを使用するときは、当然ながら、人間の身体部位が常に許容されない物体に分類されるように、物品と人間の身体部位を常に申し分なく区別できるように留意すべきである。
【００１０】
本発明の有利な実施態様では、機械制御部が、危険領域にある機械の危険部品に作用することが意図される。この場合、許容されない物体が危険領域に侵入したときに機械全体を停止しなくてもよく、怪我の危険を引き起こす機械の危険部品だけが停止または安全な状態にされ、それによって、許容されない物体が危険部品と接触することがなくなり、そのようにして怪我から守られる。
【００１１】
さらに、危険領域の安全性の確保が、センサによって判定された識別物体の侵入運動に応じて、機械制御部の作用によって行われることが意図されていてよい。センサによって、危険領域に侵入する物体の運動を検出することが可能である。その物体が機械の危険部品に向かって動いていれば、機械を停止させるか、もしくは安全な状態に移行させなくてはならない。しかし、差し迫った怪我の危険が生じる前に物体の運動方向が変化して、その運動が機械の危険部品から離れるように動いているときは、機械を停止しなくてもよく、引き続き運転させることができる。
【００１２】
運動方向に加えて、識別された物体の侵入速度も考慮することができる。物体が早い速度で危険領域に侵入してくるときは、機械の危険部品または機械全体を、物体が遅い速度で接近しているときよっても相応に早く停止させなくてはならない。その理由は、機械をすぐに停止させて、危険な可動部品がある場合にはこれに制動をかけたとしても、機械の回転質量や運動質量の慣性のためにある程度の遅れ時間（Nachlaufzeit）もしくは制動時間、および応答時間を考慮しなくてはならないからである。
【００１３】
さらに、危険領域の安全性の確保が、センサによって認識された識別物体の形状に応じて機械の作用によって行われることが意図されていてよい。識別された物体の形状を考慮に入れて、たとえば物品と人間の手足とを区別することができる。さらに、たとえば枚葉紙印刷機の給紙装置へのパイルの侵入が許容されるように、また、操作員によって工具が誤って侵入したことも認識されて機械停止につながるように、物品を異なる等級に分類することもできる。この場合、操作員は、工具が機械の可動部品に当ったときに、たとえば工具が投げ出されることによって生じる可能性がある危険から守られるだけでなく、それと同時に、普通ならば工具の侵入によって動かなくなる恐れのある機械のメカニズムも守られる。つまりこの場合、保護装置は操作員を保護するだけでなく、機械を保護する役目も果たす。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、給紙装置１１と、２つの印刷ユニット１２と、排紙装置１とで構成された印刷機１０を示している。給紙装置１１では、吸引ヘッド１８によって枚葉紙１７が給紙パイル４から取り出され、一枚ずつにされてから、吸引ベルト台１９を介して印刷ユニット１２に供給される。枚葉紙１７は搬送胴１６によって印刷ユニット１２を通って運ばれ、印刷された状態で排紙装置１へ渡される。最後の印刷ユニット１２から排紙パイル１３に至るまでの排紙装置１での搬送は、枚葉紙１７を少なくとも一方の側でつかんで排紙パイル１３の上に載せるくわえづめチェーン１５によって行われる。印刷機１０は、運転時に、操作員の入を変換する電子機械制御部５によって制御される。
【００１６】
給紙装置１１と排紙装置１は、可動部品があるので操作員にとって著しい怪我の危険があるため、いずれも著しい危険発生源である。その一方で、印刷機１０を運転するためにある程度のアクセスが必要なので、給紙装置１１および排紙装置１の内部の危険領域を、機械的な保護装置によってアクセスできないように単に完全に遮蔽してしまうこともできない。たとえば給紙装置１１では、給紙パイル１４が使い尽くされたとき、空になった紙載せ台を取り出して新しい給紙パイル１４を挿入しなければならない。印刷機１０の運転を中断しないために、運転を続けながら給紙パイル１４の交換を行うことができる。印刷枚葉紙の排紙パイル１３を一定の時間的間隔で取り出して、新たに到着する印刷枚葉紙１７のためのスペースをつくらなくてはならない排紙装置１についても、同じことが言える。さらに、操作員が、排紙パイル１３の枚葉紙１７の印刷画像を一定の時間的間隔で検査できるようにしなくてはならない。この目的のために、操作員によって多くの場合数枚の枚葉紙１７が排紙パイル１３から取り出され、検査台の上でチェックされる。このように印刷機１０の稼働中に、給紙装置１１および排紙装置１の少なくとも特定の領域にアクセスできなくてはならない。しかし安全面の理由から、給紙装置１１および排紙装置１の危険領域は相応に安全が性確保がなされなくてはならない。
【００１７】
図２は、排紙装置１の危険領域での安全性を確保する１つの方法を示している。排紙装置１の１つの面の安全性を確保する図２に示す方法は、当然のことながら、排紙装置１の４つのどの面にも適用することができ、給紙装置１１や印刷機１０のその他の開口部でも同様に適用することができる。排紙装置１は、図２によれば少なくとも１つの開口部２を有しており、この開口部を通して操作員は排紙装置１の内部にある危険領域にアクセスすることができる。相応に大型の印刷機１０の場合には、操作員が全身で危険領域に立ち入ることさえ可能であり、その場合には差し迫った生命の危険がある。この理由から、排紙装置１への物品や人間の侵入を検知するために、入口２はセンサ４０によって監視される。図２では、センサ４０は、危険領域への侵入を検出するだけでなく、危険領域への侵入の正確な場所３も検出する、一種のレーダーとして設計されている。たとえば図２の場所３は、排紙装置１の内部にアクセスしようとした人間の腕の侵入場所を表している。侵入場所３に、操作員の安全を直接脅かすような排紙装置１の部材がなければ、印刷機１０を必ずしも停止させる必要はない。しかし、侵入が他の場所で行われたとき、たとえばアクセスをした人物の指や腕が、危険なくわえづめチェーン１５の領域に入る危険がある開口部２の上側領域で行われたときは、機械１０がただちに停止される。これに加えて、機械１０の動作状態についても考慮される。たとえば、くわえづめチェーン１５の近くの侵入場所３は、くわえづめチェーンが動いている場合にしか危険ではない。枚葉紙１７が搬送されていないときは、くわえづめチェーン１５は止っており、くわえづめチェーン１５の近くの侵入場所３は、そこに侵入した操作員にとって危険な状況にはつながらないので、この場合には機械停止は不要である。
【００１８】
これに代わる実施形態では、排紙装置１５のくわえづめチェーンが別個の駆動装置を備えていれば、排紙装置１５のくわえづめチェーンだけが停止することが意図されていてもよい。機械制御部５がセンサ４０によって検出された侵入場所３に応じて、操作員にとっての直接的な危険を認識することができないときでも、危険領域への侵入を操作員に知らせるために、音や光による警報を発することができる。
【００１９】
センサ４０に代えて、危険領域の断面２および内部空間を監視する３Ｄカメラが設置されていてもよい。このカメラは、侵入する物体８，１３の形状および識別に加えて、物体８，１３の侵入深さも検出することができる。したがって、危険領域における物体８，１３の運動の変化も検出することができる。物体８，１３が、くわえづめチェーン１５などの危険発生源に向かう方向に動いているとき、差し迫った怪我の危険がある場合には、ただちに印刷機１０の停止が行われる。
【００２０】
図３に示す実施形態では、センサ４０として、センサ４０と同じく通信接続部６を介して印刷機１０の機械制御部５とつながれた光学式通過センサ４１が用いられる。光学式通過センサ４１は、その光線で排紙装置１の開口部２全体を覆っており、それによって、操作員が光線を横切らずに排紙装置の内部に侵入することはあり得ない。このように開口部２は、物体８，１３の侵入が監視される安全領域４４をなしている。光学式通過センサ４１の光線は、光学式通過センサの一方の側に配置された発光ダイオード４１によって生成されて、これと向かい合う側でフォトダイオード４３によって検出される。物品または人間が危険領域に侵入すると、ただちに１つまたは複数の光線が遮られるので、これに対応するフォトダイオード４３に光が届かなくなる。このようにして、どの光線が実際に遮られたのかを突き止めることが可能である。操作員の手８の侵入は、排紙パイル１３全体が侵入または搬出されるときよりも少ない光線しか遮らない。操作員が手８を排紙装置１の開口部２に入れると、光学式通過センサ４１の光線の少なくとも１本が遮られる。この光線の位置が機械制御部５に伝送され、それをうけた機械制御部５は、光線の検出された位置に応じて相応の措置をとる。この光線の通過が潜在的な怪我の危険にならないときは、機械制御部５は印刷機１０もしくは排紙装置１を停止させず、その代わりに音または光による警告信号を発する。しかし、直接的な怪我の危険が後ろに隠れている光線が操作員の手８によって遮られたときは、機械制御部５は相応のコマンドを印刷機１０の駆動装置に出し、それを受けた駆動装置はただちに停止する。このように、個別に評価可能な光線を出す光学式通過センサ４１は、開口部２の安全領域４４を位置に応じて評価することを可能にする。この場合、機械状態に応じて、侵入物体による光線の遮断が危険状態を招くか、それとも招かないかが区別される。たとえば排紙装置１においてくわえづめチェーン１５が動いていないときは、排紙装置１の上側領域の光線が遮断されても機械停止にはつながらない。しかし、排紙パイル１３が同じく上側領域にあるので危険なときは、同じ光線の遮断が機械停止につながる。機械の動作状態を考慮すれば、絶対に必要な場合にだけ停止をすればよくなるので、機械の利用性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】給紙装置と排紙装置を備える枚葉輪転印刷機を示す図である。
【図２】監視される排紙装置の危険領域を示す図である。
【図３】印刷機の排紙装置にある危険領域を監視するために光学式通過センサを使用している図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  排紙装置
２  排紙装置の開口部
３  入口の位置座標
５  機械制御部
６  通信接続部
８  手
１０  印刷機
１１  印刷機の給紙装置
１２  印刷ユニット
１３  排紙パイル
１４  給紙パイル
１５  排紙装置のくわえづめチェーン
１６  搬送胴
１７  枚葉紙
１８  吸引ヘッド
１９  吸引ベルト台
４０  センサ
４１  光学式通過センサ
４２  発光ダイオード
４３  フォトダイオード
４４  安全領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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