JPH05157510A - レーザセンサの安全装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザビームの照射による危険を取り除き、
レーザセンサを装着した機械の自動運転や教示操作をよ
り安全に行うことのできるレーザセンサの安全装置を提
供すること。 【構成】 ロボットが自動運転中であるか否かを制御装
置１０で判別し（Ｓ１）、自動運転中であればレーザ発
振器３３を高出力で駆動する一方（Ｓ１３）、教示操作
等のための手動運転であればレーザビームの出力を低出
力に押さえ（Ｓ４）、教示操作中のレーザビームの散乱
や反射による視力障害の発生を防止する。また、測距手
段４０からの測距測定出力をコンパレータ４１，４２で
比較してレーザセンサ３０と測定対象との間の距離がレ
ーザセンサ３０の測定可能距離内にあるか否かを判定
し、アンドゲート４３からの出力でアクチュエー３４を
ＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、レーザセンサ３０か
ら照射されたレーザビームが測定対象物から外れると照
射を自動停止して、オペレータの被爆を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザセンサの安全装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶接位置を検出するためのレーザセンサ
を備えたアーク溶接ロボットやシーリング位置を検出す
るためのレーザセンサを備えたシーリングロボット等、
レーザセンサを装着した各種の機械が既に公知である。
通常、自動運転中のレーザセンサのＯＮ／ＯＦＦ制御は
機械側の制御装置からの指令に基いて行われ、レーザセ
ンサが作動する間は警告灯を自動点灯するなどして、オ
ペレータがレーザビームを覗き込まないように注意を促
すようにしている。また、機械の駆動プログラムを作成
するための教示操作を行う段階ではレーザセンサによる
距離測定を頻繁に行う必要があり、レーザセンサが常時
作動の状態となるが、教示操作が長引くとオペレータの
目が長時間に亘ってレーザビームの散乱光や反射光に晒
される危険があり、視力障害等が危惧される。特に、教
示操作の段階では機械の姿勢や方向性をオペレータが試
行錯誤的に変化させるので、レーザビームの直射光が誤
って目に入る可能性があり、自動運転中に機械側の制御
装置に異常が生じて機械が暴走したような場合にも同様
の危険がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来、この種の問題に
関しては、教示操作の適正化やゴーグルの着用等、全て
オペレータ側の判断に委ねられており、警告灯による消
極的なアラート表示を除けば、レーザセンサ側の自動制
御等によってオペレータの安全を確保しようとする試み
はなかった。本発明は、レーザビームの照射による危険
を取り除き、レーザセンサを装着した機械の自動運転や
教示操作をより安全に行うことのできるレーザセンサの
安全装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明によるレーザセン
サの安全装置は、機械の作動状態を検出する作動状態検
出手段を備えると共に、レーザセンサのレーザ発振器を
高出力および低出力を切替え出力できるレーザ発振器と
し、前記作動状態検出手段が機械の自動運転を検出する
間だけ前記レーザ発振器に高出力を出力するようにした
構成により前記目的を達成した。また、低出力期間中で
も１走査高出力指令が入力されると１走査だけ高出力の
レーザビームを出力する構成とし、手動運転による教示
操作でのレーザ測定を可能とする。

【０００５】また、レーザセンサの測定光軸上に位置す
る物体とレーザセンサとの間の距離を測定する測距手段
と、レーザ発振器の光路を開閉する遮光シャッタと、前
記測距手段が予め設定されたレーザセンサの測定可能距
離を測定する間だけ前記遮光シャッタに開放指令を出力
する開閉制御手段とを備えた構成により同様の目的を達
成した。

【０００６】更に、作動状態検出手段が機械の自動運転
を検出する間だけレーザ発振器に高出力を出力する構成
と、測距手段が予め設定されたレーザセンサの測定可能
距離を測定する間だけ遮光シャッタを開放する構成とを
併用し、また、測距手段および開閉制御手段をレーザセ
ンサの機能部品と独立した電子部品によって構成するこ
とにより、安全装置の信頼性を一層向上させた。

【０００７】

【作用】作動状態検出手段が機械の自動運転を検出する
間だけレーザ発振器に高出力が出力される一方、教示操
作のための手動運転の際にはレーザ発振器の出力が低出
力となるので、教示操作が長引いたような場合であって
もレーザビームの散乱光や反射光による視力障害の発生
が防止される。また、低出力期間中であっても１走査高
出力指令が入力されると１走査だけ高出力のレーザビー
ムが出力されるので、手動運転による教示操作でも必要
に応じてレーザ測定を行うことができる。

【０００８】また、自動運転中であると教示操作中であ
るとを問わず、測距手段によって測定される距離が予め
設定されたレーザセンサの測定可能距離を測定する間だ
け遮光シャッタが開放される一方、測距手段によって測
定された距離がレーザセンサの測定可能距離を越えると
開閉制御手段が自動的に遮光シャッタを閉じてレーザ発
振器の光路を遮るので、レーザセンサから照射されたレ
ーザビームが測定対象物から外れた場合には、レーザビ
ームの照射が即時停止され、オペレータが教示操作を誤
ったり機械が暴走したような場合であってもレーザビー
ムが直接オペレータの目に入ることはなく、失明等の重
大な事故が未然に防止される。

【０００９】更に、作動状態検出手段が機械の自動運転
を検出する間だけレーザ発振器に高出力を出力する構成
と、測距手段が予め設定されたレーザセンサの測定可能
距離を測定する間だけ遮光シャッタを開放する構成とを
併用することにより安全性が一層向上する。また、測距
手段および開閉制御手段をレーザセンサの機能部品と独
立した電子部品で構成したので、レーザセンサや機械側
の制御装置に異常が生じた場合でも遮光シャッタが確実
に作動する。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１は一実施例の安全装置を装着した機械、即
ち、産業用ロボットの概略を示すブロック図であり、こ
の産業用ロボットは、複数の関節を備えたロボット本体
２０および制御装置（数値制御装置）１０からなる。制
御装置１０はＣＰＵ１１を有し、該ＣＰＵ１１には、制
御プログラムを格納したＲＯＭ１６，教示された運転プ
ログラムの記憶や演算データの一時記憶等に用いられる
ＲＡＭ１２，教示操作盤１３，ＣＲＴ表示装置付手動デ
ータ入力装置（ＣＲＴ／ＭＤＩ）１４，ロボット本体２
０における各軸のサーボ回路１９を制御する軸制御器１
７、および、レーザセンサ３０と連絡するインターフェ
イス１８がバス１５を介して接続されている。制御装置
１０は、ＲＡＭ１２に格納された運転プログラムに従
い、ＣＰＵ１１の処理で軸制御器１７に駆動指令を出力
し、各軸のサーボ回路１９で各軸のサーボモータを補間
駆動してロボット本体２０を自動運転し、また、教示操
作盤１３を用いたオペレータの操作に応じて各軸のサー
ボモータを補間駆動してロボット本体２０の各部を駆動
する。ロボット本体２０および制御装置１０の構成等に
関しては周知であるから詳細な説明は省略する。

【００１１】図２はロボット本体２０のハンドの先端に
装着されたレーザセンサ３０の要部を示すブロック図
で、図中３３は高出力および低出力を切替え出力できる
レーザ発振器，３７はレーザビームをスキャンさせる揺
動ミラー（ガルバノメータ），３２は測定対象からの反
射光を捕えて受光素子３１に結像させる光学系，３８は
保護窓である。レーザセンサ３０はインターフェイス１
８を介して制御装置１０からの測定指令を受け、レーザ
発振器３３を駆動してレーザビームを発生させると共
に、揺動ミラー３７を揺動してレーザ発振器３３からの
レーザビームで測定対象を走査し、光学系３２を介して
受光素子３１上に結像された反射光の位置を検出する。
受光素子３１はＣＣＤ（Charge CoupledDevice)等で構
成され、各セル毎の単位で個別に光電変換を行い、図示
しないセンサ用プロセッサの積分処理によって測定対象
の位置を求めるものであり、位置検出の機能を実現する
ための構成自体は従来型のレーザセンサと同様である。
但し、前述のように、高出力および低出力を切替え出力
できるレーザ発振器３３を用いている点、および、レー
ザ発振器３３から揺動ミラー３７に至るレーザ発振器３
３の光路上に遮光シャッタ３５が設けられている点で従
来のものと異なる。遮光シャッタ３５はプッシュ型アク
チュエータ３４の作動杆の先端に固設された板状の遮光
部材によって構成され、アクチュエータ３４を作動させ
た場合にのみレーザ発振器３３の光路を開放する。ま
た、アクチュエータ３４が非作動の状態ではリターンス
プリング３６の復元力によってアクチュエータ３４の側
に押圧されており、図２に示されるような復帰位置でレ
ーザ発振器３３の光路を遮断している。

【００１２】更に、レーザセンサ３０のケーシングに
は、レーザセンサ３０の測定光軸上に位置する物体とレ
ーザセンサ３０との間の距離を測定するための測距手
段、例えば、通常の光学式距離測定装置や低出力のレー
ザ発振器等を用いた測距手段４０が設けられている。測
距手段４０からの出力は距離の測定結果に対応するアナ
ログ信号（電圧）であり、この信号が図３に示されるよ
うな遮光シャッタ３５の開閉制御手段に入力される。開
閉制御手段は、概略において、測距手段４０からの出力
電圧を受ける２つのコンパレータ４１，４２と、該コン
パレータ４１，４２からの比較結果を受けるアンドゲー
ト４３によって構成される。コンパレータ４１の比較入
力端子にはレーザセンサ３０の近接測定可能限度に対応
する上限設定電圧が入力され、測距手段４０からの出力
電圧が上限設定電圧を下回った場合にのみ比較結果の出
力がＯＮとなり、また、コンパレータ４２の比較入力端
子にはレーザセンサ３０の遠隔測定可能限度に対応する
下限設定電圧が入力され、測距手段４０からの出力電圧
が下限設定電圧を上回った場合にのみ比較結果の出力が
ＯＮとなる。従って、アンドゲート４３からの出力は、
測距手段４０がレーザセンサ３０の測定可能距離を測定
する間だけＯＮとなる。アクチュエータ３４の作動はア
ンドゲート４３からの出力に連動し、測距手段４０がレ
ーザセンサ３０の測定可能距離を測定する間だけアクチ
ュエータ３４を作動させて、レーザ発振器３３の光路を
開放する。

【００１３】図４は制御装置１０のＲＯＭ１６に格納さ
れた出力制御処理プログラムの概要を示すフローチャー
トであり、ロボットが自動運転中であるか教示操作中で
あるかの別に関わりなく、ＣＰＵ１１の背景処理等で継
続して実行される。

【００１４】ＣＰＵ１１は、まず、ＲＡＭ１２に格納さ
れた運転プログラムに従ってロボットが駆動制御されて
いるか否か、即ち、自動運転中であるか否かを判別し
（ステップＳ１）、自動運転中でなければ、更に、オペ
レータの手動操作によって教示操作盤１３からのレーザ
センサ作動指令が入力されているか否かを判別するが
（ステップＳ２）、レーザセンサ作動指令が入力されて
いなければ、以下、ステップＳ１およびステップＳ２の
判別処理を繰り返し実行して自動運転の開始やレーザセ
ンサ作動指令の入力を監視する。

【００１５】ステップＳ２の判別処理で教示操作盤１３
からのレーザセンサ作動指令の入力が検出された場合に
は、レーザ発振器３３のプレヒートや教示操作等が開始
されたことを意味するので、ＣＰＵ１１は、まず、ステ
ップＳ４からステップＳ９までの処理に必要とされる微
小時間ΔＴを刻み幅としてレーザ発振器３３の低出力駆
動開始後の経過時間を計測する周期数積算カウンタＣの
値を０に初期化し（ステップＳ３）、インターフェイス
１８を介してレーザセンサ３０に低出力指令を出力し、
レーザ発振器３３の低出力駆動を開始する（ステップＳ
４）。

【００１６】次いで、ＣＰＵ１１は、オペレータの手動
操作による教示操作盤１３からの補助出力要求指令が入
力されているか否か（ステップＳ５）、教示操作盤１３
からのレーザセンサ作動停止指令が入力されているか否
か（ステップＳ６）、および、教示操作盤１３やＣＲＴ
／ＭＤＩ１４からの他の入力操作が検出されているか否
かを判別するが（ステップＳ７）、いずれの入力操作も
検出されていなければ、周期数積算カウンタＣの値を１
インクリメントし（ステップＳ８）、該カウンタＣの値
が予め設定された比較値Ｃｓに達しているか否か、即
ち、レーザ発振器３３の低出力駆動を開始してから何等
の入力操作も検出されない状態がＣｓΔＴ時間以上継続
しているか否かを判別する（ステップＳ９）。レーザ発
振器３３の低出力駆動を開始してから何等の入力操作も
行われない状態がＣｓΔＴ時間以上継続していなけれ
ば、即ち、ステップＳ９の判別結果が偽であれば、ＣＰ
Ｕ１１は再びステップＳ４の処理に復帰し、以下、ステ
ップＳ４からステップＳ９までの処理を繰り返し実行し
て、教示操作盤１３からの補助出力要求指令の入力やレ
ーザセンサ作動停止指令の入力、もしくは、教示操作に
必要とされる他の入力操作を待機することとなる。

【００１７】レーザ発振器３３の低出力駆動を開始して
からＣｓΔＴの時間が経過するまでの間にオペレータの
手動操作による教示操作盤１３からの補助出力要求指令
が検出されると（ステップＳ５）、ＣＰＵ１１はインタ
ーフェイス１８を介してレーザセンサ３０に高出力指令
を出力してレーザ発振器３３の高出力駆動を開始し、レ
ーザセンサ３０のセンサ用プロセッサの処理で揺動ミラ
ー３７を１走査分揺動させて位置検出作業を行わせた後
（ステップＳ１１）、何等かの教示操作が行われたもの
と見做して周期数積算カウンタＣの値を再び０に初期化
し（ステップＳ３）、レーザ発振器３３を再び低出力駆
動状態として（ステップＳ４）、以降の処理を繰り返し
実行することとなる。また、レーザ発振器３３の低出力
駆動を開始してからＣｓΔＴの時間が経過するまでの間
に教示操作盤１３やＣＲＴ／ＭＤＩ１４から他の入力操
作が検出された場合も（ステップＳ７）、前記と同様、
オペレータによる何等かの教示操作が行われたものと見
做して、周期数積算カウンタＣの値を再び０に初期化し
（ステップＳ３）、レーザ発振器３３を再び低出力駆動
状態として（ステップＳ４）、以降の処理を繰り返し実
行する。

【００１８】一方、レーザ発振器３３の低出力駆動を開
始してからＣｓΔＴの時間が経過するまでの間に何等の
操作も検出されない場合、即ち、レーザ発振器３３の低
出力駆動を開始したにも関わらず実際の教示操作が放棄
されたような場合には、低出力駆動の開始からＣｓΔＴ
の時間が経過した段階、即ち、ステップＳ９の判別結果
が真となった段階で、ＣＰＵ１１は、インターフェイス
１８を介してレーザセンサ３０にレーザ発振器３３の駆
動停止指令を出力し、レーザ発振器３３の駆動を停止さ
せた後（ステップＳ１０）、自動運転の開始やレーザセ
ンサ作動指令の入力を監視する初期の待機状態に復帰す
る。また、レーザ発振器３３の低出力駆動を開始してか
らＣｓΔＴの時間が経過するまでの間であっても、オペ
レータの判断で教示操作盤１３からレーザセンサ作動停
止指令を入力することにより（ステップＳ６）、前記と
同様、レーザ発振器３３の駆動を停止させて初期の待機
状態に復帰することができる。

【００１９】この実施例におけるステップＳ１の判別処
理は作動状態検出手段に対応する処理であって、ロボッ
トが自動運転中でないとき、即ち、ステップＳ１の判別
結果が偽となるような状態では、ステップＳ４の処理に
よりレーザ発振器３３の駆動が低出力駆動状態に制限さ
れるが、教示操作等でレーザセンサ３０による位置検出
作業が必要な場合に限り、オペレータの判断に基く教示
操作盤１３の操作により、この制限を解除し、レーザ発
振器３３を高出力で駆動して、レーザセンサ３０による
位置検出作業を行わせることができる。

【００２０】また、ステップＳ１の判別処理によりロボ
ットが自動運転中であることが確認された場合、ＣＰＵ
１１はステップＳ１２に移行し、現在読込んでいる運転
プログラムの実行ブロックにレーザセンサ作動指令が書
き込まれているか否かを判別する。レーザセンサ作動指
令が書き込まれていなければ、ＣＰＵ１１は、以下、ス
テップＳ１およびステップＳ１２の判別処理を繰り返し
実行して、レーザセンサ作動指令が読込まれるのを待機
する。そして、現在の実行ブロックからレーザセンサ作
動指令が読込まれると、ＣＰＵ１１はインターフェイス
１８を介してレーザセンサ３０に高出力指令を出力し、
レーザ発振器３３の高出力駆動を開始してレーザセンサ
３０のセンサ用プロセッサの処理による位置検出作業を
可能な状態とし（ステップＳ１３）、以降の実行ブロッ
クからレーザセンサ作動停止指令が読込まれるまでの間
この状態を維持する。そして、自動運転が進む間にレー
ザセンサ作動停止指令が読込まれると（ステップＳ１
４）、ＣＰＵ１１はインターフェイス１８を介してレー
ザセンサ３０にレーザ発振器３３の駆動停止指令を出力
し、レーザ発振器３３の駆動を停止させた後（ステップ
Ｓ１０）、レーザセンサ作動指令が再び読込まれたり
（ステップＳ１，ステップＳ１２）、新たな運転プログ
ラムや教示操作が開始されたりするのを待機することと
なる（ステップＳ１，ステップＳ２）。

【００２１】この間、ＣＰＵ１１による前述の処理動作
とは完全に独立して測距手段４０および図３に示される
ような開閉制御手段が常時作動しているから、レーザ発
振器３３が低出力状態にあるときでも高出力状態にある
ときでも、レーザセンサ３０の光軸が測定対象を外れて
略無限大の遠方に向けられたような場合にはアンドゲー
ト４３からの出力がＯＦＦとなってアクチュエータ３４
が非作動となり、遮光シャッタ３５がレーザ発振器３３
の光路を遮断する。従って、教示操作のミス等でレーザ
センサ３０の光軸がオペレータの方を向いた状態で補助
出力要求を入力してしまったような場合やロボットが待
機状態に戻ったようなときには、レーザセンサ３０とオ
ペレータとの距離が離れているため、レーザ発振器３３
の光路は自動的に遮断された状態となり、レーザセンサ
３０の外部にレーザビームがもれることはなく、オペレ
ータの目に視力障害等の事故が生じることはない。ま
た、遮光シャッタ３５はリターンスプリング３６の復元
力により、レーザ発振器３３の光路を遮断する位置に向
けて常時付勢されているから、アクチュエータ３４の作
動で遮光シャッタ３５を移動させてレーザ発振器３３の
光路を遮断するような構成と比べ、アクチュエータの作
動不良や回路の故障等に対する安全性も高い。

【００２２】通常、自動運転の状態では、予め教示され
た運転プログラムに従ってロボット本体２０やレーザセ
ンサ３０の姿勢が適確に制御されるので、レーザビーム
が不用意な方向を向くことはないが、教示ミスやＣＰＵ
１１の故障等によってロボットの動作が暴走したような
場合でも、測距手段４０や開閉制御手段は常時独立して
作動しているから、例え、レーザセンサ３０の光軸が測
定対象を外れてオペレータの方を向くようなことがあっ
ても、レーザセンサ３０とオペレータとの距離が離れて
いるため、レーザ発振器３３の光路は自動的に遮断さ
れ、オペレータの目に視力障害等の事故が生じることは
ない。

【００２３】

【発明の効果】本発明によるレーザセンサの安全装置
は、作動状態検出手段が機械の自動運転を検出する間だ
けレーザ発振器に高出力を出力する一方、教示操作等の
ための手動運転の際にはレーザビームの出力を低出力に
押さえるようにしたので、教示操作等が長引いたような
場合であってもレーザビームの散乱光や反射光による視
力障害の発生が防止される。また、自動運転中であると
教示操作中であるとを問わず、測距手段によって測定さ
れる距離が予め設定されたレーザセンサの測定可能距離
を測定する間だけ遮光シャッタを開放し、測距手段によ
って測定された距離がレーザセンサの測定可能距離を越
えたときには遮光シャッタを閉じてレーザ発振器の光路
を遮るようにしたので、レーザセンサから照射されたレ
ーザビームが測定対象物から外れたときにはレーザビー
ムの照射が自動的に即時停止され、オペレータが教示操
作を誤ったり機械が暴走したような場合であってもレー
ザビームが直接オペレータの目に入ることはなく、失明
等の重大な事故が未然に防止される。しかも、測距手段
および遮光シャッタの開閉制御手段はレーザセンサの機
能部品と独立した電子部品で構成したので、レーザセン
サや機械側の制御装置に異常が生じた場合でも遮光シャ
ッタが確実に作動し、被爆や失明等の事故を確実に防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施例の安全装置を装着した産
業用ロボットの概略を示すブロック図である。

【図２】同実施例のレーザセンサの概略を示すブロック
図である。

【図３】同実施例の安全装置における開閉制御手段の概
略を示すブロック図である。

【図４】産業用ロボットの制御装置によって実施される
出力制御処理プログラムの概要を示すフローチャートで
ある。

【符号の説明】

１０ 制御装置 １１ ＣＰＵ １３ 教示操作盤 １６ ＲＯＭ １８ インターフェイス ２０ ロボット本体 ３０ レーザセンサ ３３ レーザ発振器 ３４ アクチュエータ ３５ 遮光シャッタ ３６ リターンスプリング ４０ 測距手段 ４１，４２ コンパレータ ４３ アンドゲート

フロントページの続き (72)発明者 脇尾 宏志 山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580番 地 ファナック株式会社商品開発研究所内 (72)発明者 上村 徳光 山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580番 地 ファナック株式会社商品開発研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザセンサが装着された機械におい
   て、該機械の作動状態を検出する作動状態検出手段を備
   え、前記レーザセンサのレーザ発振器は高出力および低
   出力を切替え出力できるレーザ発振器とし、前記作動状
   態検出手段が機械の自動運転を検出する間だけ前記レー
   ザ発振器に高出力を出力するようにしたレーザセンサの
   安全装置。
2. 【請求項２】 揺動ミラーによる１走査だけの高出力指
   令を備え、低出力期間中でも、前記１走査高出力指令が
   入力されると、１走査だけ高出力のレーザビームを出力
   することを特徴とした請求項１記載のレーザセンサの安
   全装置。
3. 【請求項３】 レーザセンサの測定光軸上に位置する物
   体とレーザセンサとの間の距離を測定する測距手段と、
   レーザ発振器の光路を開閉する遮光シャッタと、前記測
   距手段が予め設定されたレーザセンサの測定可能距離を
   測定する間だけ前記遮光シャッタに開放指令を出力する
   開閉制御手段とを備えたレーザセンサの安全装置。
4. 【請求項４】 レーザセンサの測定光軸上に位置する物
   体とレーザセンサとの間の距離を測定する測距手段と、
   レーザ発振器の光路を開閉する遮光シャッタと、前記測
   距手段が予め設定されたレーザセンサの測定可能距離を
   測定する間だけ前記遮光シャッタに開放指令を出力する
   開閉制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１また
   は請求項２記載のレーザセンサの安全装置。
5. 【請求項５】 前記測距手段および開閉制御手段がレー
   ザセンサの機能部品と独立した電子部品によって構成さ
   れていることを特徴とした請求項３または請求項４記載
   のレーザセンサの安全装置。