(57)【要約】【課題】エナジーハーベスト技術により、配線不要及び電池交換不要でシグナルタワーの点灯検知を実現するシグナルタワー点灯検知装置及び方法を提供する【解決手段】送受信機２０４より無線送電された電波を無線給電部９１で受電して点灯検知装置２０１の電力として活用するとともに、表示灯１０２の点灯光により光発電部９２で発電して点灯検知装置の電力として活用し、表示灯の消灯時の点灯情報においては、無線給電部での電力により消灯時の点灯情報を第１頻度で送受信機に送信し、表示灯の点灯時の点灯情報においては、無線給電部による電力と、表示灯の点灯光による光発電部による電力とを合わせて、第１頻度より高い第２頻度で点灯時の点灯情報を送受信機に送信する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生産設備の稼働状況を表示灯の点灯により示すシグナルタワーに取り付けられ、前記表示灯の点灯情報を検出して無線により送受信機へ送信するシグナルタワー点灯検知方法であって、
前記送受信機より無線送電された電波を無線給電部で受電してシグナルタワー点灯検知装置の電力として活用するとともに、前記表示灯の点灯光により光発電部で発電して前記シグナルタワー点灯検知装置の電力として活用し、
前記表示灯の消灯時の点灯情報においては、前記無線給電部での電力により前記消灯時の点灯情報を第１頻度で前記送受信機に送信し、
前記表示灯の点灯時の点灯情報においては、前記無線給電部による電力と、前記表示灯の前記点灯光による前記光発電部による電力とを合わせて、前記第１頻度より高い第２頻度で前記点灯時の点灯情報を前記送受信機に送信する、シグナルタワー点灯検知方法。
【請求項２】
前記電力の活用時に、前記シグナルタワーの前記表示灯の前記点灯情報を収集する前記送受信機に対して、前記シグナルタワー点灯検知装置を複数個配置して、前記送受信機より無線送電された電波を、前記シグナルタワー点灯検知装置のそれぞれの無線給電部で受電し、
前記消灯時及び前記点灯時の前記点灯情報を前記送受信機に送信するとき、前記シグナルタワー点灯検知装置のそれぞれで収集した点灯情報を前記送受信機に送信する、
請求項１に記載のシグナルタワー点灯検知方法。
【請求項３】
送受信機から無線送電された電波を受電し、シグナルタワーの表示灯の点灯情報を前記送受信機へ無線送信するアンテナと、
前記アンテナで受電した電波を直流電力へ変換し、変換して得られた前記直流電力を無線給電による電力としてデバイスへ電力供給する点灯検知制御部を有する回路基板と、
前記シグナルタワーの点灯光により発電して光発電による電力を前記回路基板に出力し、前記点灯情報を検出する光発電素子とを備え、
前記回路基板の前記点灯検知制御部は、前記無線給電による電力と前記光発電による電力とを使って、前記光発電素子で検出された前記シグナルタワーの前記表示灯の前記点灯情報を前記送受信機へ無線送信する、シグナルタワー点灯検知装置。
【請求項４】
前記点灯検知制御部は、
前記アンテナで受電した電波を直流電力へ変換して、変換して得られた前記直流電力を無線給電による電力として前記デバイスへ電力供給するする整流部と、
前記無線給電による電力と前記光発電による電力とを使って、前記光発電素子で検出された前記シグナルタワーの前記表示灯の前記点灯情報を前記送受信機へ無線送信する通信部とを有する、
請求項３に記載のシグナルタワー点灯検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生産設備に搭載されたシグナルタワーの点灯情報により、設備の稼動情報を正確に把握するためのシグナルタワー点灯検知方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、工場内の様々な情報を収集し、その情報を用いて生産性や品質向上に繋げる取組が行われている。従来から、生産設備の稼動情報を把握するため、各設備にシグナルタワーを設置し、その表示灯の点灯パターンにより、設備の状態を表示する方法がある。このシグナルタワーの点灯を作業者が確認することで、エラーによる非常停止などの設備の状態を把握し、即座に対処することで稼働率向上が見込める。
【０００３】
しかしながら、この方法では、作業者の目視による確認となっており、省人化が進む工場においては、常に稼動状態を把握することは困難であり、また、情報がデータ化されていないため、生産ライン又は工場全体での稼動率を見える化し、稼動分析を行うことは困難である。
【０００４】
これを解決する方法として、各設備のシグナルタワーの点灯情報を自動的に取得し、リアルタイムに稼動状態を正確に把握すると共に、各設備の稼動情報をデータ化する取組が行われている。シグナルタワーの点灯情報を取得する方法として、光センサによりシグナルタワーの点灯状態を検出する方法がある（特許文献１）。この方法により、生産設備の稼動情報をリアルタイムにデータとして正確に把握することが出来る。図６は従来のシグナルタワー点灯検知方法を示す図である。シグナルタワー１０１の表示灯１０２の近傍に光センサ１０３をそれぞれ配置し、光センサ１０３の情報を送信機１０４から無線により受信機１０５へ伝達する。受信機１０５へ伝達された情報を、データ処理装置１０６で稼動情報へと処理することで、生産設備の正確な稼動状況のデータ化を実現している。
【０００５】
しかしながら、従来のシグナルタワーの点灯検知方法では、多数の生産設備により構成された既存の生産ラインに対して導入することを想定すると、情報は無線化されるものの、光センサ及び無線システムを駆動するための電源を供給するための大規模な配線工事が必要となる。電源配線の代わりに電池を用いる方法も考えられるが、稼動把握のようなリアルタイムで高頻度に情報取得を行う場合、電池の消耗が早く、多数の電池を頻繁に交換する必要がある。
【０００６】
これに対し、近年開発が進んでいるエナジーハーベスト技術を適用することで、電源配線、及び、電池交換を必要としない電力供給方法がある。この方法は、例えば光による発電技術を用いて、工場の室内光により発電し、その電力をセンサ及び無線システムへ供給する方法、又は、無線電波により情報のみならず電力も無線供給する方法がある。これにより、配線及び電池交換が不要な稼動センシングが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１３２３２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来のエナジーハーベスト技術を用いたシグナルタワー点灯検知方法では、室内光による発電電力は微弱であり、十分な電力を回収するためには大きな面積の発電パネルが必要となる。また、室内光の輝度は、工場又は場所によって様々であり、回収できる電力にばらつきが生じる。一方で、電力を無線供給する方法においては、回収できる送電電波は、送電器からの距離に応じて減少する。工場のような広い空間においては、送電器とシグナルタワーとの距離が離れることが想定されるため、回収できる電力は非常に微弱となり、リアルタイムにデータ収集するための電力を供給することが困難である。
したがって、本発明は、これらのエナジーハーベスト技術の課題を解決し、配線及び電池交換をすることなく、シグナルタワーの点灯検知を行うシグナルタワー点灯検知方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明の１つの態様にかかるシグナルタワー点灯検知方法は、
生産設備の稼働状況を表示灯の点灯により示すシグナルタワーに取り付けられ、前記表示灯の点灯情報を検出して無線により送受信機へ送信するシグナルタワー点灯検知方法であって、
前記送受信機より無線送電された電波を無線給電部で受電して点灯検知装置の電力として活用するとともに、前記表示灯の点灯光により光発電部で発電して前記点灯検知装置の電力として活用し、
前記表示灯の消灯時の点灯情報においては、前記無線給電部での電力により前記消灯時の点灯情報を第１頻度で前記送受信機に送信し、
前記表示灯の点灯時の点灯情報においては、前記無線給電部による電力と、前記表示灯の前記点灯光による前記光発電部による電力とを合わせて、前記第１頻度より高い第２頻度で前記点灯時の点灯情報を前記送受信機に送信する。
【００１０】
また、前記目的を達成するために、本発明の別の態様にかかるシグナルタワー点灯検知装置は、
送受信機から無線送電された電波を受電し、シグナルタワーの表示灯の点灯情報を前記送受信機へ無線送信するアンテナと、
前記アンテナで受電した電波を直流電力へ変換し、前記整流部で変換して得られた前記直流電力を無線給電による電力としてデバイスへ電力供給する点灯検知制御部を有する回路基板と、
前記シグナルタワーの点灯光により発電して光発電による電力を前記回路基板に出力し、前記点灯情報を検出する光発電素子とを備え、
前記回路基板の前記点灯検知制御部は、前記無線給電による電力と前記光発電による電力とを使って、前記光発電素子で検出された前記シグナルタワーの前記表示灯の前記点灯情報を前記送受信機へ無線送信する。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明の前記態様にかかるシグナルタワー点灯検知方法及び装置は、無線電波による電力供給と点灯光による光発電とから供給されるため、配線及び電池交換を必要とせず、シグナルタワー点灯情報を無線により収集することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態にかかるシグナルタワー点灯検知装置とシグナルタワーとを示す図
【図２】シグナルタワーとシグナルタワー点灯検知装置である点灯検知センサの構成を示す図
【図３】シグナルタワーと点灯検知センサの構成を示す図
【図４】点灯状態と通信頻度との関係を示す図
【図５】シグナルタワーが複数ある場合の点灯検知センサを示す図
【図６】従来のシグナルタワー点灯検知装置を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施の形態におけるシグナルタワー点灯検知装置とシグナルタワーとを示す図である。
シグナルタワー１０１は、生産設備９０の稼動状態に応じて、複数の表示灯の各表示灯１０２の点灯状態が変化し、その状態から生産設備９０の稼動状態を把握することができる。
点灯検知装置の一例として機能しかつシグナルタワー１０１に設置された点灯検知センサ２０１は、シグナルタワー１０１の各表示灯１０２の点灯状態を検出して点灯情報を出力する。
【００１４】
送受信機２０４は、点灯検知センサ２０１から各表示灯１０２の点灯情報を受信する。
送受信機２０４は、アンテナ２０２及び発振制御部２０３で構成されている。送受信機２０４と点灯検知センサ２０１との間で無線情報通信８１を行い、各表示灯１０２の点灯情報を送受信機２０４からデータ処理装置１０６へ伝達し、シグナルタワー１０１が取り付けられている生産設備９０の稼動情報をデータ処理装置１０６で取得する。
送受信機２０４は、発振制御部２０３により、高周波電力の生成と制御とを行い、アンテナ２０２を通じて、点灯検知センサ２０１との間で電波８２の送受信を行う。
【００１５】
点灯検知センサ２０１は、少なくとも１つのアンテナ２０５と、無線給電と情報取得及び送信とを行う点灯検知制御部９９を有する回路基板２０６と、複数の光発電素子２０７とで構成されている。
【００１６】
送受信機２０４から送電された電波８２を、アンテナ２０５で受信する。
アンテナ２０５で受信された電波は、アンテナ２０５に接続された回路基板２０６に伝達される。
伝達された電波は、回路基板２０６内で直流電力へ変換される。その後、直流電力は、回路基板２０６に接続された各種デバイス９３へ電力供給される。
このようにして、アンテナ２０５と回路基板２０６とで無線給電部９１の一例を構成している。
【００１７】
一例として、複数の光発電素子２０７は、それぞれ、シグナルタワー１０１の表示灯１０２に一対一に対応して配置されている。光発電素子２０７が点灯している状態においては、表示灯１０２の点灯により光発電素子２０７が発電し、発電した電力を回路基板２０６を通じて各種デバイス９３へ電力供給する。ここで、各種デバイスとは、通信デバイス、情報処理デバイス、又はセンサデバイスなどを意味する。
このようにして、光発電素子２０７で光発電部９２の一例を構成している。
【００１８】
さらに、この光発電部９２の各光発電素子２０７での点灯光発電の電力を各表示灯１０２の点灯情報として認識し、認識した点灯情報を、回路基板２０６及びアンテナ２０５介して、送受信機２０４へ無線情報通信８１による情報伝達を行う。
【００１９】
これらにより、シグナルタワー１０１の全ての表示灯１０２が点灯していない状態、つまり、生産設備９０が稼動していない状態においては、無線電波８２による電力供給により、各種デバイス９３を駆動し、表示灯１０２が点灯していないという情報を、点灯検知センサ２０１から送受信機２０４へ伝達する。一方、表示灯１０２の一つ、もしくは複数が点灯している状態においては、無線電波８２による電力供給と点灯光による光発電とによる電力供給とを合わせて各種デバイス９３を駆動し、表示灯１０２が点灯している情報を、点灯検知センサ２０１から送受信機２０４へ伝達することが可能となる。この点灯情報を送受信機２０４はデータ処理装置１０６へ伝達し、その点灯情報に応じた設備９０の稼動状態をデータ処理装置１０６で判断する。
【００２０】
これらの処理を連続的に行うことで、リアルタイムな設備９０の稼動状態の把握が可能となる。また、この方法においては、点灯検知センサ２０１の電源は、無線給電部９１での無線電波８２による電力供給と、光発電部９２での点灯光による光発電とから供給されるため、電力供給のための配線及び電池交換の必要がない。
【００２１】
次に、図２により、点灯検知センサ２０１の構成を詳細に説明する。
点灯検知センサ２０１は、前述したように、少なくとも１つのアンテナ２０５と、少なくとも１つの回路基板２０６と、複数の光発電素子２０７とで構成されている。
【００２２】
このうちの回路基板２０６には、少なくとも点灯検知制御部９９を有する。点灯検知制御部９９は、例えば、切替部３０１と、整流部３０２と、電源制御部３０３と、２次電池３０４と、情報処理部３０５と、通信部３０６とを備えている。２次電池３０４は回路基板上に必ずしも配置する必要はなく、点灯検知制御部９９のうちの必要な部分と電気的に接続されておればよい。
【００２３】
送受信機２０４から送電された電波８２をアンテナ２０５により受電し、切替部３０１を整流部３０２側に切り替えて、整流部３０２により直流電力へ変換する。この電力は、電源制御部３０３により、電源制御部３０３と接続されたキャパシタあるいは蓄電池といった２次電池３０４に充電される。よって、この例では、アンテナ２０５と回路基板２０６の整流部３０２とで無線給電部９１の一例を構成している。
【００２４】
このとき、表示灯１０２が全て消灯しており、点灯していない場合には、光発電素子２０７による発電が無いので、整流部３０２から変換された直流電力により、必要な電力が２次電池３０４に蓄電された時点で、蓄電された電力を利用して、情報処理部３０５により、表示灯１０２が全て消灯しているという点灯情報を生成し、その点灯情報が、切替部３０１で通信部３０６側に切り替えたのち、通信部３０６でアンテナ２０５を介して無線送信される。この場合は、次の場合よりも低い頻度（すなわち、第１頻度）で点灯情報の無線通信を行っている。
【００２５】
前記の場合は、光発電素子２０７による発電が無く、無線電波８２のみで電源を供給する場合である。これに対して、シグナルタワー１０１の表示灯１０２が１つでも点灯している場合は、前記の無線電波８２による電力供給と合わせて、点灯光により、光発電素子２０７が発電し、その電力は電源制御部３０３により、２次電池３０４に充電される。前記の無線電波８２による電力供給と光発電素子２０７による発電とにより、必要な電力が２次電池３０４に蓄電された時点で、蓄電された電力を利用して、情報処理部３０５により、発電している光発電素子２０７の情報を基にした各表示灯１０２の点灯情報を生成し、その点灯情報が、切替部３０１で通信部３０６側に切り替えたのち、通信部３０６でアンテナ２０５を介して無線送信される。
【００２６】
従って、表示灯１０２が点灯している状態においては、無線電波８２により電力供給と、光発電による電力供給との両方から２次電池３０４が充電されるため、より早く必要な電力を２次電池３０４で蓄電することが可能となり、先の場合の第１頻度よりも高い第２頻度で点灯情報の無線通信が行える。また、この光発電においては、室内光による発電ではなく、シグナルタワー１０１の点灯光に近接させて発電するため、安定して高い電力の発電が可能となる。
【００２７】
ここで、第１頻度と第２頻度とを例示すると、送電距離にも依存するが、第１頻度は、数分に１回の頻度であるのに対して、第２頻度は、数秒に１回の頻度とすることができる。
【００２８】
なお、ここでは、一つのアンテナ２０５に対して、整流部３０２と通信部３０６とを切替部３０１により切り替えたが、図３に示すように、２つのアンテナ４０１、４０２をそれぞれ、整流部３０２と通信部３０６とにそれぞれ対応付けても良い。図３の構成においては、電力供給と情報通信とで異なる周波数を割り当てることもできる。
【００２９】
次に、点灯状態による通信頻度について、図４を用いて説明する。図４は、シグナルタワー１０１が青色、黄色、及び赤色の３個の表示灯１０２で構成されるときの通信頻度を表している。シグナルタワー１０１のいずれか一つ以上の表示灯１０２が点灯している場合は、前記の通り、無線電波８２による電力供給と、点灯光による光発電との両方から電力供給できるため、第２頻度での高頻度な通信が可能となる。ここで高頻度な通信が必要となる理由は、図４に示すように、シグナルタワー１０１の点灯状態は、常時点灯の場合と、間欠的な点灯、つまり、点滅する場合とがあり、点滅の場合（例えば図４の黄色の表示灯１０２の場合）においては、その点滅間隔よりも短い間隔で通信を行うことで、その状態の把握が可能となるためである（図４の通信頻度の「稼働中」の区間の頻度間隔を参照）。一方、シグナルタワー１０１がすべて点灯していない状態では、前記のような高頻度な通信は必要ないため、無線電波８２による弱い電力供給のみで、第１頻度のように頻度の低い通信でも十分に稼動把握が可能である（図４の通信頻度の「停止中」の区間の頻度間隔を参照）。
【００３０】
このように、シグナルタワー１０１の表示灯１０２の点灯時と消灯時とで通信頻度を変化させることで、無線電波８２の弱い広範囲においても、稼動把握が可能となる。
【００３１】
次に、シグナルタワー１０１の表示灯１０２の点灯を認識する方法を説明する。図１及び図２に示した通り、複数の表示灯１０２のそれぞれに一つの光発電素子２０７が対応するように設置する。ここで、光発電素子２０７が対応する表示灯１０２が単独で点灯した場合に、高い頻度での通信が可能となる電力量を基準電力量とする。光発電素子２０７と表示灯１０２との距離は、光発電素子２０７の対応する表示灯１０２が単独で点灯した際に、基準電力量以上の発電量を得ることができるとともに、対応する表示灯１０２は消灯しており、それ以外の表示灯、及び室内光が全て点灯している状態での発電量が前記基準電力量と十分な差異が出るような近接距離に設置するものとする。前記距離とは、例えば、近ければ近い程良く、０ｍｍより大きく１０ｍｍ以下程度を想定することができる。
【００３２】
ここで、複数の表示灯１０２の内、いずれか一つの表示灯１０２が点灯した場合、その表示灯１０２に対応した発電素子２０７の発電電力が前記の基準発電量以上となった場合、当該発電素子２０７に対応している表示灯１０２が点灯していると電源制御部３０３で認識する。逆に、発電素子２０７の発電電力が前記の基準発電量より小さい場合は、周辺の表示灯、あるいは室内光による発電となっているため、その発電素子２０７に対応している表示灯１０２は点灯していないと電源制御部３０３で認識することが出来る。これにより、表示灯１０２の点灯により、必要とする頻度での通信が可能となる電力を供給できると共に、各表示灯１０２の点灯状態及び消灯状態を電源制御部３０３で認識し、その情報を通信部３０６とアンテナ２０５とを介して送受信機２０４へ無線伝送することが可能となる。
【００３３】
なお、本実施の形態では表示灯１０２が３種類ある場合について図１、図２、図４を用いて説明したが、その数に制限は無く、前記の方法を用いることで、いずれの場合においても表示灯１０２の点灯及び消灯を電源制御部３０３で認識することが可能である。
【００３４】
なお、表示灯１０２は一般的に赤、青、及び黄色などの複数色で区別される場合があるが、前記の方法では点灯光の色によらず、それぞれの表示灯１０２の点灯色に対して、基準電力を設定することで、色の種類に関わらず電源制御部３０３で認識することが出来る。
【００３５】
なお、本実施の形態では一つの送受信機２０４と、一つのシグナルタワー１０１との間での電力供給及び情報通信について説明したが、図５に示すように、一つの送受信機２０４に対して複数のシグナルタワー１０１を対応付けて、電力供給及び情報通信を行えるようにしても良い。この場合は、複数のシグナルタワー１０１にそれぞれ固有のＩＤ情報を割り当て、点灯情報と合わせてＩＤ情報を無線通信することで、どのシグナルタワー１０１からの情報かを点灯検知制御部９９で識別可能である。このような構成によれば、複数のシグナルタワー１０１に対して一つの送受信機２０４を配置すればよく、構成を簡単なものとすることができる。また、無線による電力供給と光発電による電力供給とにより、電源配線及び電池交換が不要となり、さらに、シグナルタワーの点灯時と消灯時とで通信頻度を変えることで、広範囲における稼働把握が可能となる。
【００３６】
なお、図１において、アンテナ２０２及び２０５を特定方向に指向性を持った平板状のアンテナとして示したが、送受信機２０４とシグナルタワー１０１との設置状態に応じて、指向性の低い線状アンテナを用いても良い。
【００３７】
前記実施形態にかかるシグナルタワー点灯検知方法及び装置によれば、無線電波による電力供給と点灯光による光発電とから供給されるため、工場内の広い範囲に配置された生産設備９０のシグナルタワー１０１からの稼動情報（言い換えれば、点灯情報）を、電源配線及び電池交換の必要なく、必要な頻度でリアルタイムに収集することが可能となる。
【００３８】
なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の前記態様にかかるシグナルタワー点灯検知方法及び装置は、既存の生産設備の稼動情報を、特別な配線工事及び定期的な電池交換をすることなく、無線により収集することが可能となる。
【符号の説明】
【００４０】
８１  無線情報通信
８２  電波
９０  生産設備
９１  無線給電部
９２  光発電部
９３  デバイス
９９  点灯検知制御部
１０１  シグナルタワー
１０２  表示灯
１０３  光センサ
１０４  送信機
１０５  受信機
１０６  データ処理装置
２０１  点灯検知センサ
２０２  アンテナ
２０３  発振制御部
２０４  送受信機
２０５  アンテナ
２０６  回路基板
２０７  光発電素子
３０１  切替部
３０２  整流部
３０３  電源制御部
３０４  ２次電池
３０５  情報処理部
３０６  通信部
４０１  アンテナ
４０２  アンテナ
【図１】
2018195109.tif 000003
【図２】
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【図３】
2018195109.tif 000005
【図４】
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【図５】
2018195109.tif 000007
【図６】
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