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カメラ、無線技術を用いた機械安全
[2008年01月号]
IDECは機械安全・防爆技術を全面展開
IDECは「安全・防爆/規格インテリジェンス」のコーナーに機械安全・防爆製品を総合展示し、実際に手に触れて操作感を体験するための什器をそろえた。光洋電子工業/ジェイテクトのブース正面ステージでは、安全PLCの周りに黄色の「CAUTION」テープを張り巡らして「機械のリスクアセスメントによる安全確保の時代」をアピールした。オムロン、三菱電機、富士電機グループ、松下電工/Sunx、ロックウェル・オートメーションの各ブースでも、機械安全のコンポーネント展示にスペースを割いた。
安全をめぐる標準規格と安全技術の製品化では日本勢は数年来、欧州、特にドイツ勢を追う形勢となっている。日本のモノづくりが安全規格準拠のコンポーネント作りで追いつくと、欧州は一歩その先のアプリケーション開発で前進する。SCF展の展示フロアでは、ドイツのPilz(ピルツ)社とSiemens(シーメンス)社が紹介した新技術が注目された。
カメラ利用の危険空間管理
安全性統合オートメーションのリーディング企業として創業60周年を迎えたピルツは、ダイムラー社と共同開発した3次元ゾーン制御・モニタリングによる安全カメラシステム「SafetyEYE(セーフティ・アイ)」を披露した。稼働中のロボットの周辺危険区域に人が立ち入る場合、従来の安全対策ではライトカーテンや、レーザースキャナがこの進入を検知する。これら2次元的平面への進入の検知に代わって、特定の3次元空間(ゾーン)への進入を検知しようとするのがピルツの安全カメラシステムだ。
ダイムラーには3台のカメラを用いて、カメラがモニタリングした空間を3次元のゾーンとして再構成する技術があり、さらに画像処理アルゴリズムを用いれば、ゾーン内に割り込んでくる対象物の侵入を判定することも可能だった。そこでダイムラーは3次元ゾーンの動体画像評価に適するアルゴリズムの開発を行ない、ピルツはこれらアルゴリズムを産業用として商用化し、システムとして完成させることで共同した。
全体としてのシステム構成は、3本のカメラが捕らえた画像データを、光ファイバを介して高性能コンピュータで複雑なアルゴリズムを用いて3次元ゾーンイメージとして再構成する。この段階で進入の有無が検知可能なゾーンが確定できる。このデータはロボットなどの機械制御システムと連携したPSS(プログラマブル安全制御システム)に送られ、PSSを介して「セーフティ・アイ」の運用全般とマシン制御が連動する。ノード間のネットワークはすべてピルツの提唱した安全網規格SafetyBUSに準拠している。
このようにして、稼動するロボット上の中空にカメラユニットを設置すれば、その撮像データをもとに、3次元空間構成による「検知可能ゾーン」が再構成され、そこから「警告ゾーン」「危険ゾーン」が特定できる。
PSSで「警告ゾーン」への侵入が検知されれば、侵入者に対して警告ブザーを鳴らしたりロボットの稼動スピードを低減し、侵入者が遠ざかれば、稼動スピードを復旧する、「危険ゾーン」進入が検知されればロボットなど危険源を停止させる、といった制御連携が実現する。
櫛山哲郎ピルツ・ジャパン代表取締役は「セーフティ・アイでは検知領域が3次元的に構成される。このためライトカーテンのようにロボットの周辺で、不必要な面積まで囲うといった無駄がなくなる。作業フロアのレイアウトもすっきりできる」と語る。
ピルツ展示フロアでは、天井からカメラシステムを吊し、来場者がフロアに色分けされた「警告ゾーン」に踏み込むと吹き上がる噴水の水が弱まり、さらに「危険ゾーン」に踏み込むと水が止まるデモを行なって見せた。櫛山代表取締役は「ダイムラーの生産拠点ではすでに40台ほどを実働している。しかしシステム全体の応答速度にはまだ改善の余地がある」という。
ダイムラーには3台のカメラを用いて、カメラがモニタリングした空間を3次元のゾーンとして再構成する技術があり、さらに画像処理アルゴリズムを用いれば、ゾーン内に割り込んでくる対象物の侵入を判定することも可能だった。そこでダイムラーは3次元ゾーンの動体画像評価に適するアルゴリズムの開発を行ない、ピルツはこれらアルゴリズムを産業用として商用化し、システムとして完成させることで共同した。
全体としてのシステム構成は、3本のカメラが捕らえた画像データを、光ファイバを介して高性能コンピュータで複雑なアルゴリズムを用いて3次元ゾーンイメージとして再構成する。この段階で進入の有無が検知可能なゾーンが確定できる。このデータはロボットなどの機械制御システムと連携したPSS(プログラマブル安全制御システム)に送られ、PSSを介して「セーフティ・アイ」の運用全般とマシン制御が連動する。ノード間のネットワークはすべてピルツの提唱した安全網規格SafetyBUSに準拠している。
このようにして、稼動するロボット上の中空にカメラユニットを設置すれば、その撮像データをもとに、3次元空間構成による「検知可能ゾーン」が再構成され、そこから「警告ゾーン」「危険ゾーン」が特定できる。
PSSで「警告ゾーン」への侵入が検知されれば、侵入者に対して警告ブザーを鳴らしたりロボットの稼動スピードを低減し、侵入者が遠ざかれば、稼動スピードを復旧する、「危険ゾーン」進入が検知されればロボットなど危険源を停止させる、といった制御連携が実現する。
櫛山哲郎ピルツ・ジャパン代表取締役は「セーフティ・アイでは検知領域が3次元的に構成される。このためライトカーテンのようにロボットの周辺で、不必要な面積まで囲うといった無駄がなくなる。作業フロアのレイアウトもすっきりできる」と語る。
ピルツ展示フロアでは、天井からカメラシステムを吊し、来場者がフロアに色分けされた「警告ゾーン」に踏み込むと吹き上がる噴水の水が弱まり、さらに「危険ゾーン」に踏み込むと水が止まるデモを行なって見せた。櫛山代表取締役は「ダイムラーの生産拠点ではすでに40台ほどを実働している。しかしシステム全体の応答速度にはまだ改善の余地がある」という。
ワイヤレスの機械安全技術
Simaticモバイルパネルを紹介するSiemens社のシュットラー事業部長
Pilzブースの中空に設置されたSafetyEYEカメラ
安全性に関しては、操作の有効範囲をトランスポンダで限定している。すなわち、ワイヤレスLANエリア内で無線コントローラとモバイルパネルの間のProfisafe通信が確立されると、パネル上にある非常停止ボタンが有効になる。またフェールセーフ操作(3段階のイネーブルボタン使用)は、モバイルパネルがワイヤレスLANエリア内で、かつ操作の有効範囲内でログオンされたときのみ有効になる。
操作パネル面は7.5型TFTタッチスクリーンを用いて安全で人間工学的なオペレーションを可能にしている。タッチパネルの周辺には非常停止ボタン、ハンドホイール、18種のLED付きメンブレーンキー、キースイッチ、照明付き押しボタンが配置され、また両手でモバイルパネルを保持したときに裏面の指の届く部分に左右2個のイネーブルボタンを配置している。
通信方式はIEEE802.11a/b/gに対応し、シーメンスのProfinetおよびProfisafe仕様に準拠。作業場の厳しい工業環境に対応した堅牢性をもち、デバイスの保護等級はIP65。高さ1m からの落下に耐える耐衝撃性、耐振動性などを特徴とする。またUSBポート、SD/MMCスロットを内蔵。ソフトウエアの開発環境は、WinCC flexible 2007を用いて、画面作成、操作の効範囲の設定などができる。シーメンス自動制御ドライブシステム事業部のベルンド・シュットラー事業部長は「シーメンスの無線技術は欧州の厳しい安全規格をクリアできる。これまで有線パネルを出してきた日本でも、ワイヤレスモバイルパネルを近日発売する」と語った。
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