JP5473223B2 - 少なくとも一つの可動設備部を有する自動作動設備用の安全装置 - Google Patents
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Description
本発明はまた、このような設備用の安全装置に関し、かつこのような設備の移動設備部の安全に関連する停止のための方法に関する。
該公知の設備は、プレスブレーキまたは類似の機械であり、第1機械部は、第2機械部に対してスタンプ状の作業移動を行う。本作業移動を、金属切削を行わずに圧力下で工作物を成形するために、もしくは切削または打抜きのために用いることができる。
容易にわかるように、このようなスタンプ状の作業移動は、例えば、工作物を挿入しかつ整列させなければならない操作者にとっては非常に危険である。実際、操作者は、不注意および/または間違った行動の結果によって、激しい圧潰にさらされ、その結果身体各部が切断されることさえある事故が繰り返し起こっている。このような事故を防ぐために、下記特許文献1の設備は、非接触保護装置を有する。具体的には、該保護装置は、光バリア装置を具備し、その光ビームが移動工具の前端縁に平行に走行し、該光バリア装置は、工具の作業移動とともに移動される。光バリア装置の光ビームの一つが遮断された場合、作業移動は、一般に直ちに停止される。しかしながら、光バリア装置は、成形される工作物によって光ビームが遮断されることによって、プレスが閉じなくなるため、プレスが閉じる直前に動作停止されなければならない(いわゆるミューティング)。
したがって、本発明は、測定範囲および物理寸法が、設備の大きさおよび検出される測定変数の大きさに依存する測定手段を用いるという、少なくとも固定設備における移動および/または速度の安全に関連する決定のための今まですでに用いられてきた原理から逸脱している。これは、加速された設備部の大きさに関係なく、かつ加速中走行される距離に関係なく、加速度センサが任意の加速度の測定検出を可能にするということである。加速度センサの物理寸法は、設備の大きさとは無関係であり、かつ移動設備部によって走行される距離とは無関係である。
速度のおよび走行距離の値は、公知の開始点だけでなく、加速度センサが移動設備部の加速度を検出する精度ならびに評価ユニットの積分精度に依存する。しかしながら、速度、行程、または位置の安全に関連する決定について正確に測定された値は必要ではない。実際には、この場合閾値分析は十分であり、それにより速度、行程、または位置が、安全の理由で画定される閾値を超えないまたは達しないかどうかについて安全の観点から信頼性がある説明が可能である。好適な安全マージンが計画されているので、新規の取り組みにおいて任意の測定の間違いを補正するのが容易に可能である。
低部品コストおよび小寸法に加えて、新規な安全装置は、さらに、組立労力が以前の装置よりかなり少ないという利点を有する。加速度センサは、すべての以前の測定手段とは対照的に、設備の固定部上に任意の基準点を必要としない。したがって、該加速度センサを、移動設備部上の事実上どこにでも位置決めすることができる。最初に記載した種類のプレスの場合には、少なくとも一つの加速度センサを光バリア装置のために受信機内にあるいは上に一体化するのが特に有利であり、それによって配線の複雑さがかなり減少する。
最後に、さらなる利点は、新規な安全装置により、移動速度、行程、および/または位置の非接触の、それゆえ摩耗のない決定が可能になるということである。
したがって、全体として、本発明は、固定の設備の移動設備部の移動速度および/または移動行程(ひいては位置)を安全に関連する方法で決定するのに、対費用効率がよくかつ物理的に小さい方法を提供する。したがって、上記目的が完全に達成される。
本改良は、妥当性検査を用いてよりよいフェイルセーフティを達成するのに特に簡単な方法である。商業的に入手可能な加速度センサの物理寸法が小さいため、この有利な改良には、何ら制限なく上記の利点が役に立つ。
本改良は、いわゆる共通原因エラーの発生確率を減じる。これにより、新規な安全装置の安全性がさらに高まる。他方、少なくとも二つの異なるセンサ軸に沿った測定値のベクトル分析により、有利な妥当性検査も可能になる。
本改良により、必要とされる物理的空間をさらに減じ、かつ部品および/または設備コストをさらに減じることが可能になる。さらに、少なくとも二つの一体化加速度センサが、異なるセンサ軸を検出することが特に有利である。これは、好適な加速度センサの多くの種類が商業的に入手可能であり、これらの市販の加速度センサの本来の目的は、平面または3次元における加速度の多次元検出であるということである。しかしながら、本改良の目的のため、少なくとも二つのセンサ軸が、一移動方向の移動設備部の加速度の冗長検出のために用いられる。このことは、好ましい改良にしたがって、非常に対費用効率よく達成することができる。
この場合、該少なくとも二つの加速度センサの装着位置を、互いに180度ずらして配置すると、加速度センサが次に出力信号を逆向きに発生して、それにより有利な評価が可能になるので特に好ましい。
本改良により、安全装置から、より高い測定分解能、ひいてはより早い反応を、非常に対費用効率のよい方法で達成することが可能になる。
さらなる改良では、少なくとも一つの加速度センサは、試験信号を送り込むための試験入力を有する。試験信号は、好ましくは、このように試験信号を加速度センサに送り込むことができる評価ユニットに接続される。
移動設備部の移動方向は、測定によって検出される可速度値の「数学記号」から容易に導き出すことができる。さらに、移動方向を、得られる速度または位置の値から移動工程中に決定することもできる。それゆえ、本改良は、動作状況の安全臨界評価に有利に含むことが可能な情報を、何らの著しい追加コストなしに提供する。例えば、異なる移動速度を、それぞれの移動方向によって、設備において多くの場合可能にすることができ、それによって安全性に何ら悪影響を及ぼすことなく、設備の生産性を上げることが可能になる。
このような検出器は、移動設備部の移動の開始点を確実に決定するために有利に用いることができ。これにより、速度、行程、および/または位置についての測定値の精度および信頼性を上げることが可能になる。結果として、安全マージンを減少することができ、それによってモニターされた設備の生産性が上がる。検出器が、設備上に物理的に設置される検出器であれば、この場合、該検出器は「真」の測定値を作成するので、特に好ましい。しかしながら、この代替として、検出器はまた、例えば、制御システムからのデータから導き出される開始点によって「仮想」であってもよい。
評価ユニットが、移動設備部の瞬間移動プロファイルを基準プロファイルと比較し、かつ移動設備部をこの関数として停止させるように設計されているのも好ましい。
一例として、作業サイクル中移動設備部の加速度または速度の時間プロファイル等の基準プロファイルの記録およびモニタリングは、設備の確実なモニタリングを向上させる。特に、エージング現象、摩耗、または外部影響から生じる長期減速移動等の、設備の移動工程における変化を迅速にかつ確実に識別し、かつ迅速にかつ確実に反応するのは非常に簡単である。さらに、設備の状態を、移動プロファイルの記録から推測することもでき、その結果、例えば、安全マージンを特定の設備に合わせることが可能である。これにより、安全装置を、生産性の減少を最小にするような方法でモニターされている設備に合わせることが可能になる。
このような保護装置は、一般に、最初に述べたように公知である。保護装置は、光送信機および光受信機を有する光バリア装置に限定されないが、本発明の目的のために、カメラを受信機として含むこともできる。受信機の領域における少なくとも一つの加速度センサの配置により、送信機/受信機の垂直調整を、重力バイアスおよび加速度に基づいて非常に容易にかつモニタリング動作中にも検査することが可能になる。さらに、新規な安全装置のための設置労力は、送信機および受信機をどんな場合でも該設備に合わせなければならないので、さらに減少する。
図1では、新規な設備の好ましい実施形態であるプレスを、参照符号10で表わしているる。
プレス10は、上方工具12(移動設備部)および下方工具14を有している。参照符号16は、簡略化された形態の二つの駆動装置を表し、それを用いて、上方工具12を、下方工具14に向かって矢印18の方向に移動させることができる。曲げ工具20は、上方工具12上に配置される。参照符号22は、プレス10の作業サイクルを開始し、かつ実行するために操作する必要がある足踏みボタンを、簡略化された形態で表す。この代替として、プレス10を、他の制御要素を介して操作することもできる。
参照符号27および28は、上方工具12上かつ曲げ工具20の左右に配置される二つのホルダーを示している。送信機29は、ホルダー27の端部に位置決めされ、かつ受信機30は、ホルダー28の端部に位置決めされる。送信機29および受信機30は、曲げ工具20の下方端縁に平行に、わずかに離れて走行する一つ以上の光ビーム32を生成する光バリア装置を形成する。光ビーム32は、矢印18の方向に曲げ工具20と共に下方に移動する。言い換えると、送信機29および受信機30は、はじめに引用した文献から一般に公知であるように、上方工具と共に移動する非接触保護装置を形成する。この代替として、非接触保護装置を、カメラユニットによっても、または他の光学手段によっても提供することができる。
参照符号40は、プレス10の機能の少なくともいくつかを制御する制御ユニットを、簡略化された形態で表している。好ましい実施形態では、制御ユニットは、PSS(登録商標)の商標名で本出願人によって販売されているような安全PLCである。制御ユニット40は、インタフェース部42および2つ以上の冗長信号処理チャネルを収納している(簡略化された形態で図示している)。この場合、該信号処理チャネルを、それぞれの処理装置44a,44b、第1メモリ46a,46b、および第2メモリ48a,48bを用いてのみ図示している。処理装置44a,44bは、適切なインタフェース(バスリンクまたは二重ポート式RAM等)を経由して互いに連通することができ、かつそれぞれの処理結果について妥当性検査を実行する。インタフェース部42は、プレス10用のセンサおよびアクチュエータが接続される複数の入力および出力を有する。特に、足踏みボタン22、リミットスイッチ34,36、および光バリア装置の少なくとも受信機30が接続される。さらに、プレス用の駆動装置60は、(本明細書では図示しないが、接触器等の好適なアクチュエータを介して)オフに切り換えられうる。
本実施形態では、上方工具12の移動速度および減速行程(「制動走行」)、高速度と微速走行速度との間の切換点、ならびに光バリア装置についてのミューティング点は、制御ユニット40で決定される。この目的のために、適切なプログラムモジュールが、メモリ46a,46bに記憶される。言い換えると、メモリ46a,46bのプログラムモジュールは、それぞれ本発明について評価ユニットを形成する。しかしながら、この代替として、評価ユニットを、制御ユニット40とは別に設けることもできる。ある実施形態においては、評価ユニットは、本発明の目的のために、光バリア装置の受信機30に完全に一体化される。他の安全に関連する作業課題のすべてがそこにあってもよく、その結果制御ユニット40は、従来の非安全制御ユニットであってもよい。
足踏みボタン22が動作すると、上方工具12は、曲げ工具20とともに、高移動速度(高速度)で下方に移動される。高移動速度は、曲げ工具20が所定の切換点56に達するまで維持される。高速度で走行される距離を、図1ではd1で表わしている。切換点の後、上方工具12は、曲げ工具20とともに、成形工程を完了するために微速走行速度のみで移動する。走行距離を、図1ではd2で示している。
しかしながら、本発明は、容量性加速度センサに限定されないことに留意されたい。例えば、圧電抵抗性加速度センサを用いることもでき、その場合、質量要素の変位は、圧電要素を用いて決定される。他の測定原理を、測定による加速度の(好ましくは直接)検出のために用いることもできる。
vA/B(t)は、2つの評価チャネルAおよびBでそれぞれ決定される、時間についての速度プロファイルであり、
v0は、積分工程の開始時の速度であり、
aA/Bは、それぞれのチャネルAおよびBにおいて測定によって検出される加速度値であり、かつ
t1,t2は、それぞれ、加速度値aA/Bが積分される時間間隔の開始および終了時刻である。
SA/B(t)は、時間tで走行する距離であり、
S0は,積分工程の開始時の位置であり、
vA/Bは、距離sが、正確にはチャネルAおよびBが個別に移動する速度であり、かつ
t1,t2は、検討中の時間間隔の開始および終了時刻である。
Claims (16)
- 自動的に移動される少なくとも一つの設備部(12,20)を有する、自動作動設備(10)用の安全装置であって、
前記安全装置は、少なくとも一つの加速度センサ(50;50a,50b)と、前記設備部(12)の移動を制御するように設計されている一つの制御ユニット(40)と、前記制御ユニット(40)に接続され、かつ前記設備部(12,20)の基準移動変数(60)を記憶するように設計されているメモリ(48a,48b)とを具備し、
前記加速度センサ(50;50a,50b)は、前記設備部(12,20)の加速度を検出するために前記設備部(12,20)に結合されるように構成され、かつ前記制御ユニット(40)は、前記加速度に基づいて前記設備部(12,20)の移動速度または移動行程のうちの少なくとも何れか一つを決定し、前記設備部(12,20)の移動速度または移動行程に基づいて少なくとも一つの変数(「移動変数」と言う。以下の請求項において同じ)を決定するように設計されており、
前記制御ユニット(40)は、前記設備部(12,20)の前記決定された移動変数と、記憶された基準移動変数(60)と比較し、かつ前記設備部(12)をこの比較結果に応じて停止するように設計されている、安全装置。 - 前記安全装置は、少なくとも二つの加速度センサ(50;50a,50b)を具備し、かつ前記制御ユニット(40)は、前記少なくとも二つの加速度センサ(50a,50b)を用いて、前記設備部(12,20)の前記移動速度および/または前記移動行程を決定するように設計されていることを特徴とする、請求項1に記載の安全装置。
- 前記少なくとも二つの加速度センサ(50;50a,50b)は、少なくとも二つの異なる各センサ軸(52,54)上で前記移動設備部(12,20)の加速度を検出するように設計されていることを特徴とする、請求項2に記載の安全装置。
- 前記少なくとも二つの加速度センサ(50)は、共通のセンサハウジングに一体化されていることを特徴とする、請求項2または請求項3に記載の安全装置。
- 前記少なくとも二つの加速度センサ(50a,50b)は、異なる重力バイアスが前記少なくとも二つの加速度センサ(50a,50b)に生じるように、少なくとも二つの異なる装着位置で前記設備部(12,20)に結合されていることを特徴とする、請求項2ないし請求項4のいずれかに記載の安全装置。
- 前記少なくとも二つの加速度センサ(50a,50b)の前記装着位置は、互いに対して180度ずらして配置されていることを特徴とする、請求項5に記載の安全装置。
- 前記制御ユニット(40)は、前記少なくとも二つの加速度センサ(50a,50b)の出力信号間の時間ずれを用いて加速度を読み取るように設計されていることを特徴とする、請求項2ないし請求項6のいずれかに記載の安全装置。
- 前記少なくとも一つの加速度センサは、試験信号を送り込むための試験入力を有することを特徴とする、請求項1ないし請求項7のいずれかに記載の安全装置。
- 前記制御ユニット(40)は、前記加速度に基づいて前記設備部(12,20)の移動方向(18)を決定するようにさらに設計されていることを特徴とする、請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の安全装置。
- 前記設備部(12,20)がいつ画定された静止位置に達したかを検出するように設計されている検出器(34,36)を具備し、前記検出器は、前記制御ユニット(40)に接続されている、請求項1ないし請求項9のいずれかに記載の安全装置。
- 送信機および受信機(30)を具備する非接触保護装置をさらに有し、前記少なくとも一つの加速度センサ(50a,50b)は、前記送信機および/または受信機(30)の領域に配置され、かつ前記非接触保護装置は、前記可動設備部(12,20)とともに移動するために設計されている、請求項1ないし請求項10のいずれかに記載の安全装置。
- 前記移動変数は、前記工具の移動速度、前記工具の減速行程、非接触保護装置のミューティング点、前記工具の前記高速度と微速走行速度との間の切換時間、または前記工具の移動方向である、請求項1ないし請求項11のいずれかに記載の安全装置。
- 請求項1ないし請求項11のいずれかに記載の安全装置を具備する、製造および/またはコンベヤ設備等の、自動作動設備。
- 前記設備部(12,20)は、スタンプのように移動する工具(20)であることを特徴とする、請求項13に記載の自動作動設備。
- 自動作動設備(10)の設備部(12,20)を安全に停止する方法であって、 まず少なくとも一つの加速度センサ(50;50a,50b)を用いて、前記設備部(12,20)の加速度を検出するステップ(82)と、
前記検出された加速度に基づいて、前記設備部の移動速度または移動行程のうちの少なくとも何れか一つ若しくは両方を決定するステップ(84,86)と、
前記決定された移動速度または移動行程と、画定された基準移動速度または基準移動行程(60)との比較をするステップ(92,98)と、
前記決定された移動速度または移動行程と前記画定された基準移動速度または基準移動行程(60)との比較結果に応じて、前記設備部を停止するステップ(94,100)とを含むことを特徴とする、方法。 - 前記設備部(12,20)は、スタンプのように移動する工具(20)である、請求項15に記載の方法。
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