JP2001071192A - ブランキングシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 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センサ１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３を
備えたブランキングシステムである。

Description

【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
軸の位置または通光および遮光された光軸の数が所定の
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
憶手段に記憶さけ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、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ているも
のであり、また、前記光線式センサは相対向する２方向
の投光器と受光器とから構成することが望ましい。

【００１０】さらに、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と、教示命令および運転命令を与
える操作装置と、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
とを備え、教示命令発生時と運転命令発生時における各
光軸の遮光および通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とを備えていることが望まし
い。

【００１１】また、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、異なった種類の冗長化され
たハードウェアおよびソフトウェアと、前記ハードウェ
アの正常性を自動監視する自己診断装置を備え、これら
のハードウェアおよびソフトウェアによって教示モード
選択時における各光軸の状態を記憶する教示機能および
運転モード選択時にあってはブランキングを実行し、こ
れによって危険領域に人体が進入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何れかに故障
や異常が発生したときにも、機械の運転許可信号を確実
に停止させて災害を防止するようにしたことが望まし
い。

【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１
０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Ｃ
ＰＵ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、ＰＬ
Ｃ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
と受光器の少なくとも１組を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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三平 律雄 神奈川県横浜市港北区新横浜三丁目20番５ 号 ピルツジャパン株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【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
   ていることを特徴とするブランキングシステム。
2. 【請求項２】 前記請求項１記載の前記光線式センサは
   相対向する２方向の投光器と受光器とから構成されてい
   ることを特徴とするブランキングシステム。
3. 【請求項３】 前記請求項１，２記載のブランキングシ
   ステムにおいて、教示モードと運転モードを切り換える
   切り替えスイッチと、教示命令および運転命令を与える
   操作装置と、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とを
   備え、教示命令発生時と運転命令発生時における各光軸
   の遮光および通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とを備えていることを特徴とする
   ブランキングシステム。
4. 【請求項４】 請求項３記載の記憶装置、比較装置およ
   び判定装置の機能を実行するため、異なった種類の冗長
   化されたハードウェアおよびソフトウェアと、前記ハー
   ドウェアの正常性を自動監視する自己診断装置を備え、
   これらのハードウェアおよびソフトウェアによって教示
   モード選択時における各光軸の状態を記憶する教示機能
   および運転モード選択時にあってはブランキングを実行
   し、これによって危険領域に人体が進入したときだけで
   なく前記の記憶装置、比較装置または判定装置の何れか
   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災害を防止するようにしたことを特
   徴とするブランキングシステム。