JP7634189B2 - 侵入検出装置および侵入検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、監視領域に人等の物体が侵入したことを検出する侵入検出装置および侵入検出方法に関する。

監視領域に対する人等の物体の侵入を検出する侵入検出装置が、たとえば、産業ロボット等を用いた自動化施設において用いられている。たとえば、産業ロボット周囲の領域に向かって上方からレーザ光が走査され、その反射光の検出結果に基づいて、産業ロボットに対する人の接近が検出される。人の接近を監視する領域は、予め、管理者により設定される。管理者は、産業ロボットの動作位置から所定の距離までの範囲を監視領域に設定する。侵入検出装置は、監視領域に人が侵入したことを検出すると、そのことを報知する情報を産業ロボットに送信する。これに応じて、産業ロボットの動作が緩やかになるように制御され、あるいは、産業ロボットの動作が停止される。

以下の特許文献１には、人等の侵入の有無を監視するための監視領域の設定方法が記載されている。この設定方法では、監視領域を指定するために配置された４つのマーカが、安全スキャナによって検出される。そして、４つのマーカの検出位置を４隅とする領域が監視領域に設定される。

特開２０１７－１５１５６９号公報

しかしながら、上記設定方法では、監視領域において産業ロボットが動いた場合に、この動きが人の侵入として誤検出されることが起こり得る。上記特許文献１には、産業ロボットの動きが人の侵入として誤検出されることや、これを回避することについての記載はなく、単に、マーカによる監視領域の設定方法が開示されるに留まっている。

かかる課題に鑑み、本発明は、監視領域に人等の物体が侵入したことを、簡易な制御によって、より精度良く検出することが可能な侵入検出装置および侵入検出方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、侵入検出装置に関する。本態様に係る侵入検出装置は、投射光を走査させつつ前記投射光の物体からの反射光を検出する走査検出部と、制御部と、を備える。前記制御部は、前記走査検出部の検出結果に基づいて監視対象物の位置を検出し、前記監視対象物の位置の外側に侵入検出を除外する所定幅の除外領域を設定し、前記除外領域の外側に所定幅の監視領域を設定し、前記走査検出部の検出結果に基づいて前記監視領域に対する物体の侵入を検出する。

本態様に係る侵入検出装置によれば、監視対象物の外側に、侵入検出を除外する所定幅の除外領域が設定される。このため、実動作時に監視対象物が多少動いたとしても、この動きが物体の侵入と誤検出されることが回避される。また、除外領域は、走査検出部の検出結果により監視対象物の位置を検出して設定されるため、監視対象物の周囲に適正に除外領域を設定でき、また、別途、除外領域を設定するための手段を設けて所定の制御を行う必要もない。

このように、本態様に係る侵入検出装置によれば、監視領域に人等の物体が侵入したことを、簡易な制御によって、精度良く検出することができる。

本発明の第２の態様は、監視対象物の周囲に設定した監視領域に物体が侵入したことを検出する侵入検出方法に関する。本態様に係る侵入検出方法は、投射光を走査させつつ前記投射光の物体からの反射光を検出し、前記反射光の検出結果に基づいて前記監視対象物の位置を検出し、前記監視対象物の位置の外側に侵入検出を除外する所定幅の除外領域を設定し、前記除外領域の外側に所定幅の監視領域を設定し、前記反射光の検出結果に基づいて前記監視領域に対する物体の侵入を検出する。

本態様に係る侵入検出方法によれば、上記第１の態様と同様、監視領域に人等の物体が侵入したことを、簡易な制御によって、精度良く検出できる。

以上のとおり、本発明によれば、監視領域に人等の物体が侵入したことを、簡易な制御によって、より精度良く検出することが可能な侵入検出装置および侵入検出方法を提供できる。

本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。

図１（ａ）は、実施形態に係る、侵入検出装置の構成を示す分解斜視図である。図１（ｂ）は、光学ユニットが設置された状態の侵入検出装置の構成を示す斜視図である。 図２は、実施形態に係る、各光学ユニットに配置される光学系の構成を示す斜視図である。 図３は、実施形態に係る、侵入検出装置が天井等に設置された場合の投射光の投射状態を示す図である。 図４は、実施形態に係る、侵入検出装置の回路部の構成を示す回路ブロック図である。 図５（ａ）は、実施形態に係る、侵入検出装置の使用形態を示す側面図である。図５（ｂ）は、実施形態に係る、アーム部の上面を含む平面上における６つの投射光の走査軌跡を示す図である。 図６（ａ）は、実施形態に係る、監視領域の設定処理を示すフローチャートである。また、図６（ｂ）は、実施形態に係る、監視対象物の位置検出処理のサブルーチンを示す図である。 図７（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施形態に係る、除外領域の設定例を示す側面図および上面図である。 図８（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施形態に係る、監視領域の設定例を示す側面図および上面図である。 図９は、変更例に係る、除外領域および監視領域の設定処理を示すフローチャートである。 図１０（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、変更例に係る、除外領域および監視領域の設定例を示す上面図である。

ただし、図面はもっぱら説明のためのものであって、この発明の範囲を限定するものではない。

以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。便宜上、各図には互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸が付記されている。Ｚ軸正方向は、侵入検出装置１の高さ方向である。

図１（ａ）は、侵入検出装置１の構成を示す分解斜視図である。図１（ｂ）は、光学ユニット３０が設置された状態の侵入検出装置１の構成を示す斜視図である。

図１（ａ）に示すように、侵入検出装置１は、円柱形状の固定部１０と、円柱形状の回転部２０とを備える。回転部２０は、ベアリング機構を介して、回転軸Ｒ１０について回転可能に固定部１０に支持されている。また、回転部２０は、固定部１０に配置されたモータ２１６（図４参照）の駆動軸に連結されている。モータ２１６が駆動されることにより、回転部２０が回転軸Ｒ１０について回転する。回転軸Ｒ１０は、モータ２１６の駆動軸により規定される。回転軸Ｒ１０は、Ｚ軸に平行である。

回転部２０は、円柱状のベース部材２１と円盤状の支持部材２２とにより構成される。ベース部材２１の中心に、円柱状の支軸２１ｂが一体形成されている。支軸２１ｂの下面に支持部材２２が設置され、さらに、支持部材２２の下面に光学ユニット３０が設置される。支持部材２２は、６つの光学ユニット３０を支持する。便宜上、図１（ａ）には、支持部材２２に設置される光学ユニット３０が１つだけ図示されている。

ベース部材２１には、回転軸Ｒ１０の周方向に沿って６つの設置面２１ａが、等間隔（６０°間隔）で形成されている。設置面２１ａは、回転軸Ｒ１０に垂直な平面（Ｘ－Ｙ平面）に対して傾いている。設置面２１ａの側方（回転軸Ｒ１０から離れる方向）および設置面２１ａの下方（Ｚ軸負方向）は、開放されている。６つの設置面２１ａの傾き角は、互いに異なっている。

支持部材２２には、回転軸Ｒ１０を中心とする周方向に沿って、円形の６つの孔２２ａが等間隔（６０°間隔）で形成されている。孔２２ａは、上下に支持部材２２を貫通している。６つの孔２２ａが、それぞれベース部材２１の６つの設置面２１ａに対向するように、支持部材２２が支軸２１ｂの下面に設置される。

光学ユニット３０は、構造体３１とミラー３２を備える。構造体３１は、保持部材３１ａと、回路基板３１ｂと、を備える。保持部材３１ａは、構造体３１が備える光学系を保持する。回路基板３１ｂは、保持部材３１ａの下面に設置されている。保持部材３１ａは、上面が開放されている。構造体３１は、上方向（Ｚ軸正方向）にレーザ光を出射するとともに、上側からレーザ光を受光する。構造体３１に保持される光学系については、追って、図２を参照して説明する。

支持部材２２下面の６つの孔２２ａに対応する位置に、それぞれ、構造体３１が設置される。これにより、６つの光学ユニット３０が、回転軸Ｒ１０の周方向に沿って等間隔（６０°間隔）で並ぶ。なお、光学ユニット３０は、必ずしも周方向に等間隔に並ばなくてもよい。

ベース部材２１の設置面２１ａに光学ユニット３０のミラー３２が設置される。ミラー３２は、下面に反射面３２ａが形成された板状の部材である。ミラー３２の厚みは均一である。したがって、ミラー３２が設置面２１ａに設置されると、ミラー３２の反射面は、設置面２１ａの傾き角と同じ傾き角で、回転軸Ｒ１０に垂直な平面に対し傾く。

６つの設置面２１ａにミラー３２がそれぞれ設置され、さらに、支持部材２２の下面に６つの構造体３１が設置される。これにより、図１（ｂ）に示すように、６つの光学ユニット３０が回転部２０に設置される。さらに、回路基板４０が、構造体３１の下側に位置付けられるように、支軸２１ｂに設置される。これにより、図１（ｂ）の構造体が構成される。その後、上面が開放された円筒状の透明なカバーが、６つの光学ユニット３０および回転部２０を内部に収容するように、固定部１０に設置される。これにより、侵入検出装置１の組立が完了する。

回転軸Ｒ１０について回転部２０が回転しつつ、光学ユニット３０がレーザ光（投射光）を投射することにより、回転軸Ｒ１０について投射光が回転し、侵入検出装置１の周囲が投射光で走査される。このとき、走査範囲に存在する物体で反射された投射光の反射光は、光学ユニット３０へと逆行し、光学ユニット３０によって受光および検出される。すなわち、回転部２０および光学ユニット３０は、投射光を走査させつつ投射光の物体からの反射光を検出する走査検出部２を構成する。

図２は、各光学ユニット３０に配置される光学系の構成を示す斜視図である。

光学ユニット３０は、投射光を投射するための投射光学系と、反射光を受光するための受光光学系とを備える。投射光学系は、レーザ光源１０１と、コリメータレンズ１０２と、ミラー３２とにより構成される。受光光学系は、ミラー３２と、集光レンズ１０３と、フィルタ１０４と、光検出器１０５とにより構成される。

レーザ光源１０１は、所定波長のレーザ光（投射光）を出射する。レーザ光源１０１の出射光軸は、Ｚ軸に平行である。コリメータレンズ１０２は、レーザ光源１０１から出射された投射光を、略平行光となるように収束させる。コリメータレンズ１０２は、たとえば非球面レンズによって構成される。コリメータレンズ１０２により平行光化された投射光は、ミラー３２に入射する。ミラー３２に入射した投射光は、ミラー３２によって、回転軸Ｒ１０から離れる方向に反射される。その後、投射光は、上述のカバーを透過して、目標領域へと投射される。

目標領域に物体が存在する場合、目標領域に投射された投射光は、物体で反射される。物体によって反射されたレーザ光の反射光は、カバーを透過し、ミラー３２に入射する。その後、反射光は、ミラー３２によってＺ軸負方向に反射される。集光レンズ１０３は、ミラー３２で反射された反射光を収束させる。

その後、反射光は、フィルタ１０４に入射する。フィルタ１０４は、レーザ光源１０１から出射される投射光の波長帯の光を透過し、その他の波長帯の光を遮光するよう構成されている。フィルタ１０４を透過した反射光は、光検出器１０５に導かれる。光検出器１０５は、反射光を受光して、受光光量に応じた検出信号を出力する。光検出器１０５は、たとえば、アバランシェフォトダイオードである。

集光レンズ１０３には、コリメータレンズ１０２を透過したレーザ光を通すための切欠き１０３ａが形成されている。切欠き１０３ａは、集光レンズ１０３の中心よりも外側に形成されている。このように集光レンズ１０３に切欠き１０３ａが設けられることにより、投射光学系の光軸Ａ１と受光光学系の光軸Ａ２とを近付けることができ、レーザ光源１０１から出射されたレーザ光を、集光レンズ１０３にほぼ掛かることなくミラー３２に入射させることができる。

ミラー３２に入射する投射光は、ミラー３２の反射面３２ａのＸ－Ｙ平面に対する傾き角に応じた方向に反射される。上述のように、侵入検出装置１は６つの光学ユニット３０（図１（ｂ）参照）を備えており、各光学ユニット３０のミラー３２が設置される設置面２１ａの回転軸Ｒ１０に垂直な平面に対する傾き角は、互いに異なっている。したがって、６つの光学ユニット３０にそれぞれ配置される６つのミラー３２の反射面３２ａの傾き角も、互いに異なっている。よって、各ミラー３２によって反射された投射光は、回転軸Ｒ１０に垂直な平面、すなわち水平面に対して、互いに異なる角度の方向に投射される。

図３は、侵入検出装置１が天井等に設置された場合の投射光の投射状態を示す図である。

ここでは、侵入検出装置１が、地面ＧＲから高さＨ０の位置に設置されている。回転軸Ｒ１０は、鉛直方向に平行である。上記のように、６つのミラー３２によってそれぞれ反射された投射光Ｌ１～Ｌ６は、水平面に対して、互いに異なる角度の方向に投射される。図３では、６つの投射光Ｌ１～Ｌ６の光軸が一点鎖線で示されている。また、投射光Ｌ１～Ｌ６の投射角度θ１～θ６は、回転軸Ｒ１０に対する角度で規定される。

各光学ユニット３０から投射光が投射されつつ、回転部２０が回転することにより、各光学ユニット３０からの投射光によって、回転軸Ｒ１０を中心とする傘状の走査面が形成される。各走査面の頂角は、互いに相違する。各走査面の頂角は、各光学ユニット３０のミラー３２の傾き角によって規定される。最も外側の投射光Ｌ１が走査される直径ｄ１の傘状の走査面と、最も内側の投射光Ｌ６が走査される直径ｄ２の傘状の走査面との間の空間が、侵入検出装置１により物体侵入の監視が可能な範囲となる。

図４は、侵入検出装置１の回路部の構成を示す回路ブロック図である。便宜上、図４には、回転部２０に配置される６つの光学ユニット３０のうち２つのみが示されている。残り４つの光学ユニット３０の回路部も同様の構成である。

侵入検出装置１は、回路部の構成として、制御部２０１と、駆動回路２０２と、処理回路２０３と、非接触給電部２０４と、電源回路２０５と、非接触通信部２０６と、制御部２１１と、非接触給電部２１２と、電源回路２１３と、非接触通信部２１４と、通信部２１５と、モータ２１６と、を備える。

制御部２０１、駆動回路２０２、処理回路２０３、非接触給電部２０４、電源回路２０５および非接触通信部２０６は、回転部２０側の回路基板に配置されている。制御部２１１、非接触給電部２１２、電源回路２１３、非接触通信部２１４、通信部２１５およびモータ２１６は、固定部１０側の回路基板に配置されている。

固定部１０の各部には、電源回路２１３を介して外部電源から電力が供給される。電源回路２１３から非接触給電部２１２に供給された電力は、回転部２０の回転に応じて、非接触給電部２０４へと供給される。供給された電力は、非接触給電部２０４を介して、電源回路２０５に供給される。回転部２０の各部には、電源回路２０５を介して非接触給電部２０４から電力が供給される。

制御部２０１、２１１は、演算処理回路とメモリを備え、たとえばＦＰＧＡやＭＰＵにより構成される。制御部２０１は、メモリに記憶された所定のプログラムに従って回転部２０の各部を制御し、制御部２１１は、メモリに記憶された所定のプログラムに従って固定部１０の各部を制御する。制御部２０１と制御部２１１は、非接触通信部２０６、２１４を介して通信可能に接続される。

制御部２１１は、通信部２１５を介して、外部装置３００および外部端末４００に通信可能に接続されている。外部装置３００は、たとえば、産業ロボットや工作機械である。制御部２１１は、外部装置３００からの指令に応じて、固定部１０の各部を駆動し、非接触通信部２０６、２１４を介して制御部２０１に駆動指示を送信する。制御部２０１は、制御部２１１からの駆動指示に応じて、回転部２０の各部を制御し、外部装置３００周囲に設定した監視領域に対する物体の侵入を監視する。そして、制御部２０１は、非接触通信部２０６、２１４を介して、固定部１０側の制御部２１１に、物体侵入の監視結果を送信する。

駆動回路２０２と処理回路２０３は、６つの光学ユニット３０にそれぞれ設けられている。駆動回路２０２は、制御部２０１からの制御に応じてレーザ光源１０１を駆動する。処理回路２０３は、光検出器１０５から入力される検出信号に対して増幅やノイズ除去等の処理を施して、制御部２０１に出力する。

監視動作において、固定部１０側の制御部２１１は、モータ２１６を制御して回転部２０を所定の回転速度で回転させる。これに並行して、回転部２０側の制御部２０１は、６つの駆動回路２０２を制御して、所定の回転角度ごとにレーザ光（投射光）をレーザ光源１０１から出射させる。これにより、投射光Ｌ１～Ｌ６が図３に示した傘状の走査面を走査する。

制御部２０１は、各光学ユニット３０の光検出器１０５から出力される検出信号に基づいて、各投射光の投射方向に物体が存在するか否かを判定する。また、制御部２０１は、投射光を投射したタイミングと、投射方向からの反射光を受光したタイミングとの間の時間差（タイムオブフライト）に基づいて、各投射方向に存在する物体までの距離を計測する。そして、制御部２０１は、これらの検出結果に基づいて、監視領域に物体が侵入したか否かを監視する。

監視領域に物体が侵入したことを検出すると、制御部２０１は、そのことを報知する情報を、非接触通信部２０６、２１４を介して、固定部１０側の制御部２１１に送信する。この情報は、制御部２１１から外部装置３００に送信される。これにより、外部装置３００は、動作停止等の応急制御を行う。

図５（ａ）は、侵入検出装置１の使用形態を示す側面図である。

図５（ａ）の使用形態では、外部装置３００の一例として、産業ロボットが例示されている。外部装置３００は、基部３０１と、回転軸３０２と、アーム部３０３と、作業部３０４とを備える。基部３０１は、地面ＧＲに設置される。作業部３０４は、上下に移動して、目的物に所定の作業を施す。回転軸３０２によってアーム部３０３が回動されることで、作業部３０４の位置が変更され得る。この使用形態では、実作業時に、アーム部３０３の位置が大きく変化することはない。

侵入検出装置１は、外部装置３００の略真上の位置に設置される。侵入検出装置１は、たとえば、施設の天井や梁等に設置される。上記のように、６つの光学ユニット３０が投射光を投射しつつ、回転部２０が回転することにより、外部装置３００およびその周囲が走査される。図５（ｂ）には、アーム部３０３の上面を含む平面上における６つの投射光の走査軌跡を示されている。

アーム部３０３は、上面が水平面に並行な直方体形状を有する。ここでは、アーム部３０３が、監視対象物である。図５（ｂ）に示すように、アーム部３０３の上面には、回転軸３０２から放射状に延びるマーカＭ１が配置されている。マーカＭ１は、監視対象物であるアーム部３０３の上面とは異なる反射率を有する。たとえば、マーカＭ１の反射率は、アーム部３０３の上面の反射率よりも顕著に高い。この場合、マーカＭ１は、高反射率で光を反射させるとともに、反射される光を散乱させる作用を有する。

マーカＭ１は、たとえば、高反射率でかつ光散乱作用を有するテープ等を、アーム部３０３の上面に貼付することにより、アーム部３０３の上面に配置される。但し、マーカＭ１の配置方法はこれに限られるものではなく、たとえば、白色等の高反射率の塗料をアーム部３０３の上面に線状に塗布することにより、マーカＭ１がアーム部３０３の上面に配置されてもよい。

このように、マーカＭ１が配置されると、マーカＭ１は、アーム部３０３の上面の高さＨ１の位置において直線状に延びることになる。このため、図５（ｂ）に示すように、投射光Ｌ１～Ｌ６がマーカＭ１を横切る位置（図５（ｂ）の黒丸の位置）は、高さＨ１の水平面上において、直線状に並ぶ。ここでは、最も外側の投射光Ｌ１はマーカＭ１を横切らず、投射光Ｌ１より内側の５つの投射光Ｌ２～Ｌ６がマーカＭ１を横切るように、マーカＭ１が配置される。

次に、物体の侵入を監視するための監視領域の設定方法について説明する。

本実施形態では、監視対象物であるアーム部３０３の外側に、物体の侵入を検出しない除外領域が設定され、この除外領域の外側に、物体の侵入を監視する監視領域が設定される。

監視領域の設定操作に先立ち、管理者は、図４の外部端末４００を用いて、監視対象物（アーム部３０３）の位置を中心とした除外領域の水平方向の幅の設定値を登録し、さらに、当該除外領域の高さの設定値を登録する。水平方向における除外領域の幅は、たとえば、監視対象物（アーム部３０３）の長手方向および短手方向において、任意に設定可能である。あるいは、水平方向の除外領域の幅は、マーカＭ１の位置を中心として設定されてもよい。

さらに、管理者は、外部端末４００を用いて、除外領域の外側に割り当てられる監視領域の水平方向の幅の設定値を登録し、さらに、当該監視領域の高さの設定値を登録する。この場合も、水平方向における監視領域の幅は、たとえば、監視対象物（アーム部３０３）またはマーカＭ１の長手方向および短手方向において、任意に設定可能である。

こうして登録された除外領域および監視領域の各設定値は、図４の通信部２１５を介して固定部１０側の制御部２１１に送信され、さらに、非接触通信部２０６、２１４を介して回転部２０側の制御部２０１に送信される。回転部２０側の制御部２０１は、受信した各設定値を内部メモリに保持する。

その後、管理者は、外部端末４００を操作して、監視領域の設定指示を入力する。入力された設定指示は、通信部２１５を介して固定部１０側の制御部２１１に送信され、さらに、非接触通信部２０６、２１４を介して回転部２０側の制御部２０１に送信される。これに応じて、侵入検出装置１において、監視領域の設定処理が実行される。

図６（ａ）は、監視領域の設定処理を示すフローチャートである。また、図６（ｂ）は、監視対象物の位置検出処理のサブルーチンを示す図である。

固定部１０側の制御部２１１は、外部端末４００から設定指示を受信すると、モータ２１６を制御して、回転部２０を所定の回転速度で回転させる。この状態で、回転部２０側の制御部２０１が、図６（ａ）の処理を実行する。

図６（ａ）を参照して、制御部２０１は、固定部１０側の制御部２１１から設定指示を受信すると（Ｓ１１：ＹＥＳ）、各光学ユニット３０に投射光を投射させて、監視対象物の位置を検出する（Ｓ１２）。ここでは、上記のように、マーカＭ１の位置が監視対象物の位置として検出される。

図６（ｂ）を参照して、制御部２０１は、ステップＳ１２の処理において、まず、一列に並ぶ検出点群を抽出する（Ｓ２１）。ここで、検出点とは、反射光に基づいて検出された物体までの距離に対応する位置のことである。

上記のように、制御部２０１は、投射光Ｌ１～Ｌ６の投射タイミングとその反射光の受光タイミングとの時間差から物体までの距離を計測する。投射光Ｌ１～Ｌ６の各投射方向と、各投射方向において計測された距離とから、各投射方向に存在する物体の位置、すなわち、上述の検出点が取得される。制御部２０１は、取得した各検出点に、当該検出点からの反射光の受光強度を示す光検出器１０５の検出信号の値を紐づける。こうして、制御部２０１は、回転部２０が一周する間に、全ての投射光Ｌ１～Ｌ６から取得した検出点の空間分布を、各検出点に紐づけられた反射光の検出信号の値とともに取得する。

制御部２０１は、取得した検出点の空間分布から、実質的に一定高さで一列に並ぶ検出点群を抽出する（Ｓ２１）。さらに、制御部２０１は、抽出した検出点群のうち、最も検出信号値（反射光の強度）が高い検出点群を、マーカＭ１に対応する対象検出点群に設定する（Ｓ２２）。ステップＳ２２における検出点群間の検出信号値の比較は、たとえば、各検出点群に含まれる検出点に紐づけられた検出信号値の平均値を検出点群間で比較することによって行われる。

図５（ｂ）に示すように、投射光Ｌ１～Ｌ６がマーカＭ１を横切る位置（黒丸の位置）は、高さＨ１の水平面上において、直線状に並ぶ。また、上記のようにマーカＭ１の反射率が他の部分よりも顕著に高く設定されている場合、これら各位置からの反射光の強度は、他の部分からの反射光の強度よりも高い。よって、上記のように、ステップＳ２１、Ｓ２２の処理により対象検出点群が設定される場合、設定された対象検出点群は、図５（ｂ）の黒丸の位置に対応する確率が極めて高い。よって、対象検出点群の位置をマーカＭ１の位置として精度良く取得できる。

次に、制御部２０１は、対象検出点群の並び方向に検出点がないライン（投射光Ｌ１～Ｌ６）を特定する（Ｓ２３）。図５（ｂ）の構成では、投射光Ｌ１がマーカＭ１を横切らないため、ステップＳ２３では、投射光Ｌ１（投射光Ｌ１を出射する光学ユニット３０）が特定される。そして、制御部２０１は、対象検出点群のうち、ステップＳ２３において特定した投射光Ｌ１の１つ内側の投射光Ｌ２により検出した検出点を、マーカＭ１の外側の境界に設定し、この境界に基づいて、監視対象物（アーム部３０３）の位置を検出する（Ｓ２４）。

ステップＳ２４では、予め管理者が設定したマーカＭ１の境界と監視対象物（アーム部３０３）の上面領域との間の位置関係に基づいて、監視対象物（アーム部３０３）の位置（上面の領域）が特定され得る。この場合、管理者は、たとえば、上述の除外領域および監視領域の設定値の登録の際に、マーカＭ１の領域と監視対象物（アーム部３０３）の上面領域との位置関係（両領域の幅および長さや境界間の隙間の寸法、等）を予め登録しておく。制御部２０１は、これらの情報に基づいて、マーカＭ１の外側の境界に対応する検出点から、監視対象物（アーム部３０３）の位置（上面の領域）を検出する。

図６（ａ）に戻り、制御部２０１は、こうして検出した監視対象物（アーム部３０３）の位置から、監視対象物の外側に、所定幅および所定高さの除外領域を設定し（Ｓ１３）、さらに、設定した除外領域の外側に、所定幅および所定高さの監視領域を設定する（Ｓ１４）。除外領域の幅および高さと、監視領域の幅および高さは、上記のように、管理者が予め登録した設定値に基づいて設定される。こうして、制御部２０１は、図６（ａ）の処理を終了する。

図７（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、除外領域Ａ１１の設定例を示す側面図および上面図である。

図７（ａ）、（ｂ）に示すように、除外領域Ａ１１は、監視対象物であるアーム部３０３の外側に、管理者が登録した設定値に応じた幅および高さで設定される。ここでは、除外領域Ａ１１の高さは、地面ＧＲからアーム部３０３の上面よりやや上方の位置までの高さに設定されている。また、除外領域Ａ１１の水平方向の幅は、アーム部３０３の根本側が先端側よりも、アーム部３０３の長手方向に広くなるように設定されている。

図８（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、監視領域Ａ１２の設定例を示す側面図および上面図である。

図８（ａ）、（ｂ）に示すように、監視領域Ａ１２は、除外領域Ａ１１の外側に、管理者が登録した設定値に応じた幅および高さで設定される。ここでは、監視領域Ａ１２の高さは、除外領域Ａ１１の高さと同じに設定されている。また、監視領域Ａ１２の水平方向の幅は、アーム部３０３の先端側が根本側よりも広くなるように設定されている。

監視動作時には、監視領域Ａ１２に物体が侵入したか否かが、投射光Ｌ１～Ｌ６の反射光の検出結果に基づいて監視される。すなわち、制御部２０１は、監視動作時において、上記と同様、反射光の検出結果に基づいて検出点を取得する。そして、制御部２０１は、監視領域Ａ１２内において検出点の変化があった場合に、監視領域Ａ１２に物体が侵入したと判定し、そのことを示す報知情報を、固定部１０側の制御部２１１を介して、外部装置３００に送信する。たとえば、図８（ａ）に示すように、人５００の足が監視領域Ａ１２に侵入したことに応じて、制御部２０１から報知情報が送信される。これにより、外部装置３００の動作が停止され、あるいは、作業部３０４の動作がより緩やかになるように制御される。

なお、監視領域Ａ１２は、除外領域Ａ１１から水平方向に離れる方向に複数段設定されてもよい。この場合、最も外側の監視領域から順番に物体の侵入が検出される。制御部２０１は、それぞれの監視領域に物体が侵入したことを検出するごとに、侵入を検出した監視領域を特定する情報とともに、報知情報を外部装置３００に送信する。外部装置３００は、何れの監視領域に物体が侵入したかに応じて、外部装置３００の動作を相違させてもよい。たとえば、外部装置３００は、物体が内側の監視領域に進むにつれて、作業部３０４の動作が徐々に緩やかになるように制御し、物体が最も内側の監視領域に侵入したことに応じて、作業部３０４の動作を停止させてもよい。この場合も、各監視領域の幅および高さは、管理者により予め設定されればよい。

＜実施形態の効果＞
以上、上記実施形態によれば、以下の効果が奏される。

図６（ａ）に示したように、制御部２０１は、投射光を走査させつつ投射光の物体からの反射光を検出し、反射光の検出結果に基づいて監視対象物の位置を検出し（Ｓ１２）、監視対象物の位置の外側に侵入検出を除外する所定幅の除外領域Ａ１１を設定し（Ｓ１３）、除外領域Ａ１１の外側に所定幅の監視領域Ａ１２を設定し（Ｓ１４）、反射光の検出結果に基づいて監視領域Ａ１２に対する物体の侵入を検出する。

これにより、図７（ａ）～図８（ｂ）に示したように、監視対象物（アーム部３０３）の外側に、侵入検出を除外する所定幅の除外領域Ａ１１が設定される。このため、実動作時に監視対象物が多少動いたとしても、この動きが物体の侵入と誤検出されることが回避される。また、除外領域Ａ１１は、走査検出部２の検出結果により監視対象物の位置を検出して設定されるため、監視対象物の周囲に適正に除外領域Ａ１１を設定でき、また、別途、除外領域Ａ１１を設定するための手段を設けて所定の制御を行う必要もない。このように、本実施形態によれば、監視領域Ａ１２に人等の物体が侵入したことを、簡易な制御によって、精度良く検出することができる。

図５（ｂ）に示したように、監視対象物には、投射光により走査される外側面にマーカＭ１が配置され、制御部２０１は、図６（ｂ）の処理により、走査検出部２の検出結果からマーカＭ１を検出することによって監視対象物の位置を検出する。このように、監視対象物の位置検出にマーカＭ１を用いることにより、円滑かつ正確に、監視対象物の位置を検出でき、結果、除外領域Ａ１１および監視領域Ａ１２を適正に設定することができる。

ここで、マーカＭ１は、監視対象物（アーム部３０３）の上面とは異なる反射率を有し、制御部２０１は、図６（ｂ）のステップＳ２２において、走査検出部２により検出された反射光の強度に基づいて、マーカＭ１を検出する。これにより、マーカＭ１をより正確に検出できる。よって、マーカＭ１の検出結果に基づいて、除外領域Ａ１１および監視領域Ａ１２をより適正に設定することができる。

上記のように、制御部２０１は、図６（ｂ）の処理において、投射光の投射タイミングと反射光の受光タイミングとの時間差に基づいて物体までの距離を計測し、監視対象物を検出した距離位置（対象検出点群）を、監視対象物の位置として取得する。これにより、３次元空間上における監視対象物の位置が特定される。よって、３次元空間上に除外領域Ａ１１および監視領域Ａ１２を円滑に設定できる。

図６（ａ）に示したように、制御部２０１は、監視対象物の距離位置に基づいて、除外領域Ａ１１および監視領域Ａ１２の高さを設定する（ステップＳ１３、Ｓ１４）。これにより、図８（ａ）に示すように、監視対象物の距離位置を基準に、高さ方向に広がる除外領域Ａ１１および監視領域Ａ１２を円滑に設定することができる。

＜変更例＞
侵入検出装置１の構成は、上記実施形態に示した構成以外に、種々の変更が可能である。

たとえば、図６（ａ）、（ｂ）および図７（ａ）～図８（ｂ）には、実動作時に監視対象物（アーム部３０３）が大きく移動しない場合の除外領域Ａ１１および監視領域Ａ１２の設定方法が示されたが、実動作時に監視対象物（アーム部３０３）が大きく移動する場合は、監視対象物（アーム部３０３）の移動範囲の外側に除外領域Ａ１１が設定され、その外側に監視領域Ａ１２が設定されればよい。

図９は、この場合の除外領域Ａ１１および監視領域Ａ１２の設定処理を示すフローチャートである。

図９の処理は、外部装置３００が、実動作時と同様の工程で監視対象物（アーム部３０３）を駆動した状態で行われる。管理者が外部端末４００を操作して設定指示を入力すると、設定指示が外部装置３００に送信されて、監視対象物（アーム部３０３）が、実動作時と同様の工程で繰り返し駆動される。外部装置３００は、監視対象物（アーム部３０３）の駆動を開始すると、設定指示を固定部１０の制御部２１１に送信する。

固定部１０側の制御部２１１は、外部端末４００から設定指示を受信すると、モータ２１６を制御して、回転部２０を所定の回転速度で回転させる。回転部２０を回転させた後、制御部２１１は、設定指示を回転部２０の制御部２０１に送信する。これに応じて、回転部２０側の制御部２０１が、図９の処理を実行する。

制御部２０１は、固定部１０側の制御部２１１から設定指示を受信すると（Ｓ３１：ＹＥＳ）、各光学ユニット３０に投射光を投射させて、監視対象物の位置を検出する（Ｓ３２）。この検出は、上記実施形態と同様、マーカＭ１の位置を検出することにより、監視対象物の位置が検出される。監視対象物の位置検出処理は、図６（ｂ）と同様である。制御部２０１は、検出した監視対象物の位置を内部メモリに記憶する（Ｓ３３）。

制御部２０１は、所定時間が経過するまで（Ｓ３４：ＮＯ）、監視対象物の位置検出と検出位置の記憶を繰り返し実行する（Ｓ３２、Ｓ３３）。ステップＳ３４の所定時間は、実動作時における監視対象物（アーム部３０３）の一工程が実行される期間よりやや長く設定される。これにより、監視対象物（アーム部３０３）の一工程が実行される間に移動する監視対象物（アーム部３０３）の各移動位置が、制御部２０１に記憶される。

その後、所定時間が経過すると（Ｓ３４：ＹＥＳ）、制御部２０１は、ステップＳ３４の所定時間において検出された全ての検出位置から、監視対象物（アーム部３０３）の移動範囲を特定する（Ｓ３５）。そして、制御部２０１は、特定した移動範囲の外側に、所定幅および所定高さの除外領域Ａ１１を設定し（Ｓ３６）、さらに、設定した除外領域Ａ１１の外側に、所定幅および所定高さの監視領域Ａ１２を設定する（Ｓ３７）。除外領域Ａ１１の幅および高さと、監視領域Ａ１２の幅および高さは、上記実施形態と同様、管理者が予め登録した設定値に基づいて設定される。この場合、管理者は、移動範囲を中心に、除外領域Ａ１１を登録しておく。

こうして、制御部２０１は、図９の処理を終了する。このとき、制御部２０１は、設定完了の報知情報を固定部１０側の制御部２１１に送信する。これに応じて、制御部２１１は、回転部２０の回転を停止させ、さらに、設定完了の報知情報を外部装置３００に送信する。これにより、外部装置３００は、アーム部３０３の動作を停止させる。

図１０（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、除外領域Ａ１１および監視領域Ａ１２の設定例を示す上面図である。

図１０（ａ）に示すように、除外領域Ａ１１は、監視対象物であるアーム部３０３の移動範囲の外側に、管理者が登録した設定値に応じた幅および高さで設定される。ここでは、平面視における除外領域Ａ１１の形状は、角が丸められた矩形に設定されている。図１０（ｂ）に示すように、監視領域Ａ１２は、除外領域Ａ１１の外側に、管理者が登録した設定値に応じた幅および高さで設定される。ここでは、平面視における監視領域Ａ１２の形状も、角が丸められた矩形に設定されている。除外領域Ａ１１および監視領域Ａ１２の高さは、たとえば、上記実施形態と同様、地面ＧＲからアーム部３０３の上面よりやや上方の位置までの高さに設定される。

図９の処理によれば、図１０（ａ）、（ｂ）に例示したように、監視対象物（アーム部３０３）の移動範囲の外側に除外領域Ａ１１が設定されるため、図１０（ａ）、（ｂ）のように監視対象物（アーム部３０３）が大きく移動する場合も、この動きが物体の侵入と誤検出されることが回避される。また、除外領域Ａ１１は、走査検出部２の検出結果により監視対象物の移動範囲を検出して設定されるため、監視対象物の移動範囲の周囲に適正に除外領域Ａ１１を設定でき、また、別途、除外領域Ａ１１を設定するための手段を設けて所定の制御を行う必要もない。このように、図９の処理によれば、監視対象物（アーム部３０３）が大きく移動する場合も、監視領域Ａ１２に人等の物体が侵入したことを、簡易な制御によって、精度良く検出することができる。

また、上記実施形態では、除外領域Ａ１１および監視領域Ａ１２の設定処理および監視領域Ａ１２に対する物体侵入の検出処理が回転部２０側の制御部２０１において行われたが、これらの処理が固定部１０側の制御部２１１において行われてもよい。この場合、各処理において、回転部２０側の制御部２０１は、３次元空間における物体の距離位置（検出点）および各距離位置からの反射光の強度（光検出器１０５の検出信号値）を示す情報を、随時、固定部１０側の制御部２１１に送信する。固定部１０側の制御部２１１は、受信した情報に基づいて、上記実施形態と同様、除外領域Ａ１１および監視領域Ａ１２の設定処理および監視領域Ａ１２に対する物体侵入の検出処理を実行する。

また、除外領域Ａ１１および監視領域Ａ１２の設定処理および監視領域Ａ１２に対する物体侵入の検出処理が、外部装置３００または外部端末４００において行われてもよい。この場合、各処理において、回転部２０側の制御部２０１は、３次元空間における物体の距離位置（検出点）および各距離位置からの反射光の強度（光検出器１０５の検出信号値）を示す情報を、随時、固定部１０側の制御部２１１を介して、外部装置３００または外部端末４００に送信する。外部装置３００または外部端末４００の制御部は、受信した情報に基づいて、上記実施形態と同様、除外領域Ａ１１および監視領域Ａ１２の設定処理および監視領域Ａ１２に対する物体侵入の検出処理を実行する。この場合、上記実施形態に示した侵入検出装置１に外部装置３００または外部端末４００を追加したシステムが、特許請求の範囲に記載の「侵入検出装置」に対応する。

また、上記実施形態では、マーカＭ１を用いて監視対象物の位置が検出されたが、マーカＭ１を用いずに、監視対象物の位置が検出されてもよい。たとえば、検出点のうち、予め登録された監視対象物の高さに整合し、且つ、隣り合う検出点との距離が接近する検出点群の集合が、監視対象物の位置に対応する集合として検出されてもよい。

また、上記実施形態では、回転軸Ｒ１０が鉛直方向に平行となるように、侵入検出装置１が設置されたが、回転軸Ｒ１０が鉛直方向に対して傾くように、侵入検出装置１が設置されてもよい。また、監視対象物は、産業ロボットのアーム部３０３に限られるものではなく、他の種類の装置の他の動作部位であってもよい。

また、上記実施形態では、ミラー３２を互いに異なる傾き角で設置することにより、各光学ユニット３０から投射される投射光の投射方向の角度が互いに異なるように設定されたが、各光学ユニット３０から投射される投射光の角度を互いに相違させる方法は、これに限られるものではない。

たとえば、６つの光学ユニット３０からそれぞれミラー３２が省略され、６つの構造体３１が、回転軸Ｒ１０に対して互いに異なる傾き角となるように、放射状に設置されてもよい。また、上記実施形態においてミラー３２が省略され、代わりに、設置面２１ａ（図１（ａ）参照）の反射率が高くなるよう設置面２１ａに鏡面仕上げが施されてもよい。また、上記実施形態では、光学ユニット３０は、１つのミラー３２を備えたが、２つ以上のミラーを備えてもよい。この場合、複数のミラーによって反射され走査領域に投射される投射光の回転軸Ｒ１０に対する角度は、複数のミラーのうち何れかのミラーの角度によって調節されればよい。

また、光学ユニット３０の光学系の構成は、上記実施形態に示された構成に限られるものではない。たとえば、集光レンズ１０３から切欠き１０３ａが省略され、投射光学系の光軸Ａ１が集光レンズ１０３に掛からないように、投射光学系と受光光学系とが離されてもよい。

また、上記実施形態では、６つの光学ユニット３０が、回転軸Ｒ１０の周方向に沿って設置されたが、設置される光学ユニット３０の数は、６つに限らず、他の数であってもよい。この場合も、各光学ユニット３０が備えるミラー３２の傾き角が互いに異なるように設定され、各ミラー３２によって反射された投射光の角度が互いに異なる鋭角に設定される。

また、上記実施形態では、６つの投射光Ｌ１～Ｌ６が旋回することにより、所定の対象空間が走査されたが、対象空間を走査する方法は、限られるものではない。たとえば、１つの投射光を回転軸について旋回させつつ、１回転ごとに投射光の角度を変化させることにより、対象空間が走査されてもよい。また、必ずしも、投射光を旋回させなくてもよく、直線状の走査を、ラインを変えながら複数ラインに亘って繰り返すことにより、対象空間が投射光で走査されてもよい。

また、上記実施形態では、回転部２０を回転させる駆動部として、モータ２１６が用いられたが、モータ２１６に代えて、固定部１０と回転部２０にそれぞれコイルと磁石を配置して、回転部２０を固定部１０に対して回転させてもよい。また、回転部２０の外周面に全周にわたってギアが設けられ、このギアに固定部１０に設置されたモータの駆動軸に設置されたギアが噛み合わされることにより、回転部２０を固定部１０に対して回転させてもよい。

この他、本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。

１ 侵入検出装置
２ 走査検出部
２０１ 制御部
３０３ アーム部（監視対象物）
Ａ１１ 除外領域
Ａ１２ 監視領域
Ｍ１ マーカ

Claims (7)

1. 投射光を走査させつつ前記投射光の物体からの反射光を検出する走査検出部と、
   制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記走査検出部の検出結果に基づいて監視対象物の位置を検出し、
   前記監視対象物の位置の外側に侵入検出を除外する所定幅の除外領域を設定し、
   前記除外領域の外側に所定幅の監視領域を設定し、
   前記走査検出部の検出結果に基づいて前記監視領域に対する物体の侵入を検出する、
   ことを特徴とする侵入検出装置。
   
2. 請求項１に記載の侵入検出装置において、
   前記監視対象物には、前記投射光により走査される外側面にマーカが配置され、
   前記制御部は、前記走査検出部の検出結果から前記マーカを検出することにより前記監視対象物の位置を検出する、
   ことを特徴とする侵入検出装置。
   
3. 請求項２に記載の侵入検出装置において、
   前記マーカは、前記監視対象物の前記外側面とは異なる反射率を有し、
   前記制御部は、前記走査検出部により検出された前記反射光の強度に基づいて、前記マーカを検出する、
   ことを特徴とする侵入検出装置。
   
4. 請求項１ないし３の何れか一項に記載の侵入検出装置において、
   前記制御部は、前記投射光の投射タイミングと前記反射光の受光タイミングとの時間差に基づいて物体までの距離を計測し、前記監視対象物を検出した距離位置を、前記監視対象物の位置として取得する、
   ことを特徴とする侵入検出装置。
   
5. 請求項４に記載の侵入検出装置において、
   前記制御部は、前記監視対象物の距離位置に基づいて、前記除外領域および前記監視領域の高さを設定する、
   ことを特徴とする侵入検出装置。
   
6. 請求項１ないし５の何れか一項に記載の侵入検出装置において、
   前記制御部は、前記監視対象物の検出を連続的に繰り返し実行して前記監視対象物の移動範囲を特定し、特定した前記移動範囲の外側に、前記除外領域を設定する、
   ことを特徴とする侵入検出装置。
   
7. 監視対象物の周囲に設定した監視領域に物体が侵入したことを検出する侵入検出方法であって、
   投射光を走査させつつ前記投射光の物体からの反射光を検出し、
   前記反射光の検出結果に基づいて前記監視対象物の位置を検出し、
   前記監視対象物の位置の外側に侵入検出を除外する所定幅の除外領域を設定し、
   前記除外領域の外側に所定幅の監視領域を設定し、
   前記反射光の検出結果に基づいて前記監視領域に対する物体の侵入を検出する、
   ことを特徴とする侵入検出方法。

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