JP3840015B2

JP3840015B2 - Human body detection device

Info

Publication number: JP3840015B2
Application number: JP32282699A
Authority: JP
Inventors: 重夫梅崎; 一郎鷲崎; 孝志鈴木
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 1999-11-12
Filing date: 1999-11-12
Publication date: 2006-11-01
Anticipated expiration: 2019-11-12
Also published as: JP2001141836A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，機械設備の安全対策で使用する人体検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
産業現場では，機械の危険部分に進入又は接近する人体を検出するために，各種のセンサーが使用されている。しかし，これらのセンサーでは，センサーのピックアップ部分や信号処理回路の故障，センサー周辺の電磁的・光学的環境の変化，基準電位の変化（アース線の断線などによる）等が起こると，人体を検出できなくなるという問題があった。
このため，多くのセンサーでは，センサーが正常に作動していることを確認するために各種の自己診断装置が使用されている。この公知技術としては，たとえば，特開平８−２９２２６０号公報に開示された自己診断機能を有する光電センサー，特開平７−２２５１５３号公報に開示された焦電型赤外線センサー，特開平６−７４９６８号に開示された静電容量式加速センサーなどがあげられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これらの公知技術は作業者の安全を確保するために欠かせないものである。しかし，これらの公知技術は主にセンサー自身の故障を対象としたものであり，センサー周辺の電磁的・光学的環境の変化や基準電位の変化（アース線の断線などによる）に対しては効果がないという問題があった。
【０００４】
この環境変化や基準電位の変化という問題は，人体等の微小な静電容量変化を検出しなければならないループセンサーや静電容量センサーで特に問題となる。なぜなら，これらの事態が発生すると，センサーは人体を検出するのが不可能となり，人体が機械の危険部分に進入又は接近しているにも係わらず機械を停止できなくなるからである。
【０００５】
そこで，本発明では，これらの問題点を解決するために，センサーが人体検出能力を有していることを定期的に確認できる汎用的な人体検出装置を提供することを目的とした。また，上記の確認を確実に行えるように，人体等の僅かな静電容量しか持たない物体の進入時においても，出力端子に顕著な信号変化を発生できる汎用的な人体検出装置を提供することを目的とした。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項１に記載の人体検出装置は，対向した第一及び第二の電極よりなる静電容量センサーと，静電容量センサーに直列接続したインダクタンス素子，抵抗器及び周波数発振器と，前記抵抗器の両端に設けた出力端子よりなる人体検出装置であって，前記静電容量センサー，インダクタンス素子及び抵抗器により直列共振回路を形成し，人体等のきわめて僅かな静電容量しか持たない物体の進入時においても，出力端子に顕著な信号変化を発生可能に構成している。
【０００７】
そして、前記静電容量センサーに補助電極又は補助容量を付設し，これらの補助電極又は補助容量に対して定期的にオン／オフ操作を施すことによって，前記静電容量センサーに人体が進入又は接近したときと同様の静電容量変化を引き起こさせ，これによって静電容量センサーが人体検出能力を有していることを定期的に確認できることを特徴としている。
【０００８】
また，上記課題を解決するための請求項２に記載の人体検出装置は，静電容量センサーとインダクタンス素子を直列接続した回路のインピーダンスの絶対値が最小となる状態又は最小を含む所定範囲内となる状態を安全の状態に，それ以外の状態を危険の状態に対応させ，危険時及び故障時は前記回路のインピーダンスの絶対値が増大するために，出力端子に発生する信号が顕著に減少することを特徴としている。
【０００９】
さらに，上記課題を解決するための請求項３に記載の人体検出装置は，正常確認区間，安全確認区間又は未確認区間の時間間隔に対応するタイミングパルス信号を繰り返し周期的に発生させるタイミングパルス信号発生器を備え，前記タイミングパルス信号と，前記静電容量センサーが正常確認区間内で出力する正常確認信号，又は前記静電容量センサーが安全確認区間内で出力する安全確認信号に対して論理演算を施すことによって，前記静電容量センサーが人体検出能力を有していることを定期的に確認できることを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下，請求項１に係る本発明の好適な実施形態を図面を用いて説明する。図１は，本発明における人体検出装置の構成図である。
この装置は，人体を検出するための静電容量センサー１と，この静電容量センサー１に直列接続したインダクタンス素子２と，抵抗器３及び周波数発振器４によって直列共振回路を形成している。
【００１１】
ここで，静電容量センサー１とは，所定の間隔を置いて２個の電極板を配置したセンサーの総称である。この電極板の間に特定の誘電体（人体など）が進入すると，比誘電率の変化によって電極間の静電容量が変化するので，この変化を利用して人体を検出する。
また，直列共振回路とは，インダクタンスＬ，静電容量Ｃ，抵抗Ｒ及び交流発振器Ｅの直列接続によって構成されるものであり，周波数発信器４の発振周波数をｆとしたとき，ｆ₀ ＝１／［２π（ＬＣ）^1/2 ］のときに抵抗Ｒの両端電圧（以後，出力信号Ｖ₀ と呼ぶ）が最大となる。なお，周波数発振器４は周波数の安定した信号を出力させるために水晶発振子などを用いるのが望ましい。
【００１２】
上記の装置では，静電容量センサー１に誘電体である人体が進入すると，比誘電率の変化によって電極間の静電容量が変化する。いま，この変化を△Ｃとすると回路の共振周波数はｆ₁ ＝１／｛２π［Ｌ( Ｃ＋△Ｃ) ］^1/2 ｝となる。この周波数変化は僅かなものであるが，直列共振回路では周波数の僅かなずれによっても出力信号Ｖ₀ は大幅に変化するという特徴をもっている。
【００１３】
したがって，この性質を利用すれば，人体等の僅かな静電容量しか持たない物体の進入時においても，出力信号Ｖ₀ の大幅な信号変化を引き起こすことが可能となる。図４は，これを実証するための実測結果であり，人体等の僅かな静電容量しか持たない物体の進入時においても，たとえば出力信号の電圧値を５０％近くまで減衰できることが分かる。
【００１４】
請求項１に記載の装置では，装置の故障時に誤って信号出力を生じることがある。そこで，本発明では，故障時には回路のインピーダンスの絶対値が増大するために信号出力が減少する回路を構成して，この問題の解決を図った。これが，請求項２に記載の人体検出装置である。
【００１５】
この装置では，直列共振回路のインダクタンスをＬ，静電容量をＣ，抵抗をＲ，発振器の出力電圧をＥ，発振周波数をｆ，ω＝２πｆとすると，出力信号Ｖ₀ は次式で与えることができる。
Ｖ₀ ＝ｊωＣＲＥ／［（１−ω² ＬＣ）＋ｊωＣＲ］（１）
いま，この回路で人体が進入していない状態，すなわち安全状態を直列共振回路の共振状態に対応させると，安全状態のときに信号出力Ｖ₀ は最大となり，人体が進入している危険状態のときはインピーダンスの絶対値が増大して（その多くは，（１）式の（１−ω² ＬＣ）の寄与による）信号出力Ｖ₀ は減少する。また，インダクタンス素子であるコイルの断線や，静電容量センサーの断線，短絡等の故障時にも，インピーダンスの絶対値は増大して信号出力Ｖ₀ は減少する。よって，この装置では，故障は危険と見なされて機械が停止する側となるから，装置の故障によって災害が発生することはない。
【００１６】
これに対し，人体が進入している危険状態を共振状態に対応させると，安全状態のときに信号出力Ｖ₀ は減少するが，故障時にもまた信号出力Ｖ₀ は減少するから安全と故障の見分けがつかなくなる。この場合，故障は安全と見なされて機械は停止しないから，装置の故障によって災害が発生するおそれがある。
【００１７】
よって，人体検出装置では，静電容量センサーとインダクタンス素子を直列接続した回路のインピーダンスの絶対値が最小となる状態を安全の状態に，それ以外の状態を危険の状態に対応させ，危険時及び故障時は前記回路のインピーダンスの絶対値が増大するために，出力端子に発生する信号が減少する構成としなければならない。
【００１８】
上記記載の装置では，装置周辺の電磁的・光学的環境の変化や基準電位の変化（アース線の断線などによる）が起きたときに，人体を検出できなくなるおそれがある。そこで，本発明では，人体がセンサーに進入したときと同様の静電容量変化を模擬的に発生させることによって，センサーの人体検出能力を定期的に確認する装置を考案した。
【００１９】
以下において，その好適な実施形態を図面を使って説明する。図２は，静電容量センサーに付設して補助電極を設けた人体検出装置の例である。この装置では，センサ電極５及び６の間に補助電極７を設け，通常は電極５と補助電極７をスイッチ８によって短絡しておき，人体検出能力を確認するときは電極５と７の短絡線をスイッチ８によって切り離す。これによって，人体がセンサーに進入したときと同様の静電容量変化を電極５と７の間に作り出されるから，この静電容量変化が検出されることをもって人体検出能力を確認する。
【００２０】
また，図３は，静電容量センサーに付設して補助容量を設けた人体検出装置の例である。この装置では，センサー電極９及び１０に直列に補助容量１１を取り付け，通常は補助容量１１の両端をスイッチ１２によって短絡しておき，人体検出能力を確認するときは補助容量１１の両端をスイッチ１２によって切り離す。これによって，人体がセンサーに進入したときと同様の静電容量変化が作り出されるから，この静電容量変化が検出されることをもって人体検出能力を確認する。
【００２１】
図４は，図２及び図３の回路で，（ａ）人体が進入していないとき，（ｂ）人体が進入したとき，（ｃ）人体の検出能力を確認したときの信号出力Ｖ₀ の変化を実測したものである。この装置では，装置が人体検出能力を有しているならば，（ｃ）の波形は必ず（ｂ）と類似するはずである。したがって，（ｃ）が（ｂ）と類似しているときに限って機械の運転を許可するように作業システムを構成する。
【００２２】
次に，他の好適な実施形態を図面を使って説明する。図５は，本発明に係る信号処理回路のブロック図である。図６は，この回路のタイミングチャートである。この回路は，タイミングパルス信号発生器１３，レベル検定器１４及び１５，ＡＮＤゲート１６及び１７から構成されている。図５で，タイミングパルス信号発生器１３は，正常確認区間，安全確認区間及び未確認区間の各時間帯において，それぞれオン信号となるタイミング信号Ｐ，Ｑ，Ｒを発生させるものである。
【００２３】
また，レベル検定器１５は，次の条件にしたがって安全確認信号Ｓ_S を発生させるものである（図６参照）。
１）センサーの出力信号Ｖ_D がＶ_SL≦Ｖ_D ≦Ｖ_SHなるウィンドウの範囲内にあるときは，人体がセンサーに進入していない（安全）と判断し，安全確認信号Ｓ_S はオンとなる。
２）センサーの出力信号Ｖ_D がＶ_SL≦Ｖ_D ≦Ｖ_SHなるウィンドウの範囲から外れたときは，人体がセンサーに進入した（危険）か，またはセンサーの故障，センサー周辺の電気的・磁気的環境の変化，アース線の断線，電源異常等が起きたと判断し，安全確認信号Ｓ_S はオフとなる。
【００２４】
同様に，レベル検定器１４は，次の条件にしたがって正常確認信号Ｓ_N を発生させるものである（図６参照）。
３）センサーの出力信号Ｖ_D がＶ_NL≦Ｖ_D ≦Ｖ_NHなるウィンドウの範囲内にあるときは，センサーの人体検出能力が正常であると判断して，正常確認信号Ｓ_N はオンとなる。
４）センサーの出力信号Ｖ_D がＶ_NL≦Ｖ_D ≦Ｖ_NHなるウィンドウの範囲から外れたときは，センサーの故障，センサー周辺の電気的・磁気的環境の変化，アース線の断線，電源異常等が起きたと判断して，正常確認信号Ｓ_N はオフとなる。
【００２５】
以上の信号を利用して運転許可信号を生成する。ここで，Ｐ，Ｑ，Ｒが生成しているときを各々論理値１，生成していないときを論理値０の２値論理変数で表し，安全確認領域内に人体や物体が存在していないときをＳ_S ＝１，存在しているときをＳ_S ＝０，装置が正常であるときをＳ_N ＝１，正常でないときをＳ_N ＝０とすると，機械の運転許可信号Ｗは次式となる。
【００２６】
Ｗ＝Ｐ＊Ｓ_N ＋Ｑ＊Ｓ_S ＋Ｒ（２）
ただし，Ｗは機械の運転許可信号を意味する２値論理変数であり，Ｗ＝１のとき運転許可，Ｗ＝０のとき運転禁止を意味する。また，「＊」は論理積，「＋」は論理和を意味する記号である。
【００２７】
本発明は，機械の可動範囲内に人体又はその一部が進入又は接近するような装置ならば，ほとんどすべてに適用が可能である。
たとえば，製造業の場合でいえば，プレス機械，木工機械，ロール機，旋盤・ボール盤・フライス盤等の一般工作機械，成形機，コンベヤ等の物流機械，産業用ロボット，ＦＭＳやＣＩＭ等の生産システムなどに広く適用が可能である。
また，機械設備の中には，製品の搬入・搬出時には機械の運転を許可するが，人体の進入時には直ちに機械を停止しなければならない箇所が数多く存在するが，本装置はこのような箇所での人体と物体の識別装置としても広く適用できる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明では，静電容量センサー，インダクタンス素子及び抵抗器が直列共振回路を形成しているために，人体等のきわめて僅かな静電容量しか持たない物体の進入時においても，抵抗器の両端に設けた出力端子に大幅な信号変化を発生できるという効果がある。
【００２９】
また，本発明では，静電容量センサーに補助電極又は補助容量を付設し，これらの補助電極又は補助容量に対して定期的にオン／オフ操作を施すことによって，センサーに人体が進入又は接近したときと同様の静電容量変化を引き起こさせている。これによって，センサー自身が故障したときだけでなく，周辺の電磁的・光学的環境の変化や基準電位の変化（アース線の断線などによる）などが起きたときでも，機械の運転許可信号を確実に停止でき，作業者の安全を確実に確保できるという効果がある。
【００３０】
さらに，本発明では，正常確認区間，安全確認区間又は未確認区間の時間間隔に対応するタイミングパルス信号を繰り返し周期的に発生させるタイミングパルス信号発生器を備え，前記タイミングパルス信号と，前記静電容量センサーが正常確認区間内で出力する正常確認信号，又は前記静電容量センサーが安全確認区間内で出力する安全確認信号に対して論理演算を施している。これによって，前記静電容量センサーが人体検出能力を有していることを定期的に確認できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における静電容量センサーの直列共振回路である。
【図２】図１の静電容量センサーに補助電極を適用したものである。
【図３】図１の静電容量センサーに補助容量を適用したものである。
【図４】図２又は図３の静電容量センサーの人体検出特性の実測結果である。
【図５】図２又は図３の静電容量センサーのブロック図である。
【図６】図２又は図３の静電容量センサーのタイミングチャートである。
【符号の説明】
１静電容量センサー
２インダクタンス素子
３抵抗
４周波数発振器
５センサー電極
６センサー電極
７補助電極
８スイッチ
９センサー電極
１０センサー電極
１１補助容量
１２スイッチ
１３タイミング信号発生器
１４レベル検定器
１５レベル検定器
１６ＡＮＤゲート
１７ＡＮＤゲート[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a human body detection device used for safety measures of mechanical equipment.
[0002]
[Prior art]
In the industrial field, various sensors are used to detect human bodies approaching or approaching dangerous parts of the machine. However, these sensors detect the human body when a sensor pickup part or signal processing circuit failure, changes in the electromagnetic or optical environment around the sensor, or changes in the reference potential (due to disconnection of the ground wire, etc.) occur. There was a problem that it was impossible.
For this reason, in many sensors, various self-diagnosis devices are used to confirm that the sensor is operating normally. As this known technique, for example, a photoelectric sensor having a self-diagnosis function disclosed in JP-A-8-292260, a pyroelectric infrared sensor disclosed in JP-A-7-225153, and JP-A-6-74968. And the capacitance type acceleration sensor disclosed in the above.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
These known techniques are indispensable for ensuring the safety of workers. However, these known technologies are mainly intended for the failure of the sensor itself, and are effective against changes in the electromagnetic and optical environments around the sensor and changes in the reference potential (due to disconnection of the ground wire, etc.). There was no problem.
[0004]
This problem of environmental change and reference potential change is particularly a problem with loop sensors and electrostatic capacity sensors that must detect minute changes in electrostatic capacity such as the human body. This is because when these situations occur, the sensor cannot detect the human body and cannot stop the machine even if the human body enters or approaches the dangerous part of the machine.
[0005]
Therefore, in order to solve these problems, an object of the present invention is to provide a general-purpose human body detection device that can periodically confirm that a sensor has a human body detection capability. In addition, to ensure the above confirmation, a general-purpose human body detection device capable of generating a significant signal change at the output terminal even when an object having only a small capacitance such as a human body enters. Aimed.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A human body detection device according to claim 1 for solving the above-described problem is a capacitance sensor composed of first and second electrodes facing each other, an inductance element, a resistor, and a frequency connected in series to the capacitance sensor. A human body detecting device comprising an oscillator and output terminals provided at both ends of the resistor, wherein a series resonance circuit is formed by the capacitance sensor, the inductance element and the resistor, and a very small capacitance of the human body or the like is formed. Even when an object that only has an object enters, it is possible to generate a significant signal change at the output terminal .
[0007]
An auxiliary electrode or auxiliary capacitance is attached to the capacitance sensor, and a human body enters or approaches the capacitance sensor by periodically performing on / off operations on the auxiliary electrode or auxiliary capacitance. It is characterized by causing the same change in capacitance as in the above case, and periodically confirming that the capacitance sensor has a human body detection capability.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a human body detection device according to a second aspect of the invention, wherein the absolute value of the impedance of a circuit in which a capacitance sensor and an inductance element are connected in series is minimized or within a predetermined range including the minimum. Since the absolute value of the impedance of the circuit increases at the time of danger and failure, the signal generated at the output terminal is significantly reduced. It is characterized by that.
[0009]
Furthermore, the human body detection device according to claim 3 for solving the above-mentioned problem is a timing pulse signal generation for repeatedly and periodically generating a timing pulse signal corresponding to a time interval of a normal confirmation section, a safety confirmation section or an unconfirmed section. A logical operation on the timing pulse signal and a normal confirmation signal output from the capacitance sensor within a normal confirmation interval, or a safety confirmation signal output from the capacitance sensor within a safety confirmation interval. By applying, it is possible to periodically confirm that the capacitance sensor has a human body detection capability.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A preferred embodiment of the present invention according to claim 1 will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a human body detection device according to the present invention.
This device forms a series resonance circuit by a capacitance sensor 1 for detecting a human body, an inductance element 2 connected in series to the capacitance sensor 1, a resistor 3 and a frequency oscillator 4.
[0011]
Here, the capacitance sensor 1 is a general term for sensors in which two electrode plates are arranged at a predetermined interval. When a specific dielectric (such as a human body) enters between the electrode plates, the capacitance between the electrodes changes due to a change in relative dielectric constant, and the human body is detected using this change.
The series resonance circuit is constituted by a series connection of an inductance L, a capacitance C, a resistor R, and an AC oscillator E. When the oscillation frequency of the frequency oscillator 4 is f, f ₀ = 1. The voltage across the resistor R (hereinafter referred to as the output signal V ₀ ) becomes maximum when / [2π (LC) ^1/2 ]. The frequency oscillator 4 preferably uses a crystal oscillator or the like in order to output a signal having a stable frequency.
[0012]
In the above apparatus, when a human body that is a dielectric enters the capacitance sensor 1, the capacitance between the electrodes changes due to a change in the relative permittivity. If this change is ΔC, the resonance frequency of the circuit is f ₁ = 1 / {2π [L (C + ΔC)] ^1/2 }. Although the frequency change is slight, the series resonance circuit has a feature that the output signal V ₀ changes greatly even if the frequency is slightly shifted.
[0013]
Therefore, if this property is used, it is possible to cause a significant signal change of the output signal V ₀ even when an object having a slight capacitance such as a human body enters. FIG. 4 shows actual measurement results for demonstrating this, and it can be seen that, for example, the voltage value of the output signal can be attenuated to nearly 50% even when an object such as a human body having only a small capacitance enters.
[0014]
In the apparatus according to the first aspect, a signal output may be erroneously generated when the apparatus fails. Therefore, in the present invention, in order to solve this problem, a circuit in which the signal output decreases because the absolute value of the impedance of the circuit increases at the time of failure is configured. This is the human body detection device according to claim 2.
[0015]
In this device, assuming that the inductance of the series resonance circuit is L, the capacitance is C, the resistance is R, the output voltage of the oscillator is E, the oscillation frequency is f, and ω = 2πf, the output signal V ₀ is given by Can do.
V ₀ = jωCRE / [(1−ω ² LC) + jωCR] (1)
Now, in this circuit, if the human body has not entered, that is, if the safe state corresponds to the resonant state of the series resonant circuit, the signal output V ₀ becomes maximum in the safe state, and the dangerous state in which the human body has entered In some cases, the absolute value of the impedance increases (mostly due to the contribution of (1-ω ² LC) in equation (1)), and the signal output V ₀ decreases. In addition, the absolute value of the impedance increases and the signal output V ₀ decreases even when a failure occurs such as disconnection of a coil that is an inductance element, disconnection of a capacitance sensor, or short circuit. Therefore, in this device, the failure is regarded as dangerous and the machine stops, so no disaster occurs due to the failure of the device.
[0016]
In contrast, when the correspondence of the dangerous situation human body is entered to the resonant state, the signal output V ₀ when the safety state is reduced, but the safety and failure because also the signal output V ₀ is reduced at the time of failure It becomes indistinguishable. In this case, the failure is considered safe and the machine does not stop, so a disaster may occur due to the failure of the device.
[0017]
Therefore, in the human body detection device, the state in which the absolute value of the impedance of the circuit in which the capacitance sensor and the inductance element are connected in series is minimized, and the other state is associated with the dangerous state. Since the absolute value of the impedance of the circuit increases at the time of failure, the signal generated at the output terminal must be reduced.
[0018]
In the above- described apparatus, there is a possibility that the human body cannot be detected when a change in the electromagnetic / optical environment around the apparatus or a change in the reference potential (due to disconnection of the ground wire) occurs. Therefore, the present invention has devised a device that periodically checks the human body detection capability of the sensor by generating a simulated change in capacitance similar to that when the human body enters the sensor.
[0019]
In the following, preferred embodiments will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is an example of a human body detection device provided with an auxiliary electrode attached to a capacitance sensor. In this apparatus, the auxiliary electrode 7 is provided between the sensor electrodes 5 and 6, and the electrode 5 and the auxiliary electrode 7 are normally short-circuited by the switch 8, and when the human body detection capability is confirmed, the short-circuit wire between the electrodes 5 and 7 is used. Is disconnected by a switch 8. As a result, a capacitance change similar to that when the human body enters the sensor is created between the electrodes 5 and 7, and the human body detection capability is confirmed by detecting this capacitance change.
[0020]
FIG. 3 shows an example of a human body detection apparatus provided with an auxiliary capacity attached to a capacitance sensor. In this apparatus, an auxiliary capacitor 11 is attached in series to the sensor electrodes 9 and 10, and both ends of the auxiliary capacitor 11 are normally short-circuited by the switch 12, and both ends of the auxiliary capacitor 11 are connected to the switch 12 when checking the human body detection capability. Disconnect with. As a result, a capacitance change similar to that when the human body enters the sensor is created, and the human body detection capability is confirmed by detecting this capacitance change.
[0021]
FIG. 4 shows the signal output V ₀ when the human body has entered, (b) when the human body has entered, and (c) when the human body detection capability has been confirmed. The change is actually measured. In this device, if the device has human body detection capability, the waveform in (c) should be similar to that in (b). Therefore, the work system is configured to permit the operation of the machine only when (c) is similar to (b).
[0022]
Next, another preferred embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a block diagram of a signal processing circuit according to the present invention. FIG. 6 is a timing chart of this circuit. This circuit comprises a timing pulse signal generator 13, level testers 14 and 15, and AND gates 16 and 17. In FIG. 5, the timing pulse signal generator 13 generates timing signals P, Q, and R that are ON signals in the time zones of the normal confirmation section, the safety confirmation section, and the unconfirmed section, respectively.
[0023]
The level verifier 15 is to generate a safety check signal S _S in accordance with the following conditions (see Fig. 6).
1) When the output signal V _{D of the} sensor is within the window range of V _SL ≦ V _D ≦ V _SH , it is determined that the human body has not entered the sensor (safe), and the safety confirmation signal S _S is turned on. Become.
2) When the sensor output signal V _D falls outside the window range where V _SL ≦ V _D ≦ V _SH , the human body has entered the sensor (danger), or the sensor has failed, the electrical / magnetic field around the sensor The safety confirmation signal S _S is turned off because it is determined that a change in the environmental environment, disconnection of the ground wire, power supply abnormality or the like has occurred.
[0024]
Similarly, the level tester 14 generates a normal confirmation signal S _N according to the following conditions (see FIG. 6).
3) When the output signal V _D of the sensor is within the window range of V _NL ≦ V _D ≦ V _NH, it is determined that the human body detection capability of the sensor is normal, and the normal confirmation signal S _N is turned on. .
4) When the sensor output signal V _D falls outside the window range of V _NL ≦ V _D ≦ V _NH , sensor failure, change in electrical and magnetic environment around the sensor, disconnection of ground wire, power failure Therefore, the normal confirmation signal S _N is turned off.
[0025]
An operation permission signal is generated using the above signals. Here, when P, Q, and R are generated, the logical value 1 and when they are not generated are represented by binary logical variables of logical value 0, and there is no human body or object in the safety confirmation area. S _S = 0 when the S _S = 1, is present when, S _N = 1 when device is normal, if the the S _N = 0 when not normal, operation permission signal W machines following formula It becomes.
[0026]
W = P * S _N + Q * S _S + R (2)
However, W is a binary logical variable that means an operation permission signal of the machine. When W = 1, operation is permitted, and when W = 0, operation is prohibited. Further, “*” is a symbol indicating a logical product, and “+” is a symbol indicating a logical sum.
[0027]
The present invention can be applied to almost all devices in which a human body or a part thereof enters or approaches within the movable range of the machine.
For example, in the manufacturing industry, press machines, woodworking machines, roll machines, lathes, drilling machines, milling machines, and other general machine tools, molding machines, logistics machines such as conveyors, industrial robots, production systems such as FMS and CIM It can be widely applied.
In addition, although there are many places in the mechanical equipment that permit the operation of the machine when products are carried in and out, there are many places where the machine must be stopped immediately upon entry of the human body. It can also be widely applied as a human body and object identification device.
[0028]
【The invention's effect】
In the present invention, since the capacitance sensor, the inductance element, and the resistor form a series resonance circuit, even when an object having a very small capacitance such as a human body enters, both ends of the resistor are provided. There is an effect that a large signal change can be generated at the provided output terminal.
[0029]
In the present invention, an auxiliary electrode or auxiliary capacitance is attached to the capacitance sensor, and a human body enters or approaches the sensor by periodically performing on / off operations on these auxiliary electrodes or auxiliary capacitance. It causes the same capacitance change as the time. This ensures that not only when the sensor itself fails, but also when the surrounding electromagnetic and optical environment changes and when the reference potential changes (due to the ground wire being broken, etc.) Therefore, the safety of workers can be ensured.
[0030]
Furthermore, the present invention includes a timing pulse signal generator that repeatedly and periodically generates a timing pulse signal corresponding to a time interval of a normal confirmation section, a safety confirmation section, or an unconfirmed section, the timing pulse signal, and the capacitance A logical operation is performed on the normal confirmation signal output from the sensor within the normal confirmation section or the safety confirmation signal output from the capacitance sensor within the safety confirmation section. Accordingly, there is an effect that it can be periodically confirmed that the capacitance sensor has a human body detection capability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a series resonant circuit of a capacitance sensor according to the present invention.
2 shows an auxiliary electrode applied to the capacitance sensor shown in FIG.
FIG. 3 is an example in which an auxiliary capacitance is applied to the capacitance sensor of FIG. 1;
4 is an actual measurement result of human body detection characteristics of the capacitance sensor of FIG. 2 or FIG. 3;
5 is a block diagram of the capacitance sensor of FIG. 2 or FIG.
6 is a timing chart of the capacitance sensor of FIG. 2 or FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Capacitance sensor 2 Inductance element 3 Resistance 4 Frequency oscillator 5 Sensor electrode 6 Sensor electrode 7 Auxiliary electrode 8 Switch 9 Sensor electrode 10 Sensor electrode 11 Auxiliary capacity 12 Switch 13 Timing signal generator 14 Level tester 15 Level tester 16 AND Gate 17 AND gate

Claims

対向した第一及び第二の電極よりなる静電容量センサーと，静電容量センサーに直列接続したインダクタンス素子，抵抗器及び周波数発振器と，前記抵抗器の両端に設けた出力端子よりなる人体検出装置であって，
前記静電容量センサー，前記インダクタンス素子及び前記抵抗器により直列共振回路を形成し，
人体等のきわめて僅かな静電容量しか持たない物体の進入時においても，前記出力端子に顕著な信号変化を発生可能に構成し、
前記静電容量センサーに補助電極又は補助容量を付設し，
これらの補助電極又は補助容量に対して定期的にオン／オフ操作を施すことによって，前記静電容量センサーに人体が進入又は接近したときと同様の静電容量変化を引き起こさせ，
これによって前記静電容量センサーが人体検出能力を有していることを定期的に確認できることを特徴とする人体検出装置。Capacitance sensor comprising first and second electrodes facing each other, an inductance element connected in series with the capacitance sensor, a resistor and a frequency oscillator, and a human body detection device comprising output terminals provided at both ends of the resistor Because
A series resonant circuit is formed by the capacitance sensor, the inductance element, and the resistor,
Even when an object having very little capacitance such as a human body enters, it is possible to generate a significant signal change at the output terminal,
An auxiliary electrode or auxiliary capacitance is attached to the capacitance sensor,
By periodically turning on / off these auxiliary electrodes or auxiliary capacitors, a capacitance change similar to that when a human body enters or approaches the capacitance sensor is caused.
Accordingly, it is possible to periodically confirm that the capacitance sensor has a human body detection capability .

前記静電容量センサーと前記インダクタンス素子を直列接続した回路のインピーダンスの絶対値が最小となる状態又は最小を含む所定範囲内となる状態を安全の状態に，それ以外の状態を危険の状態に対応させ，
危険時及び故障時は前記回路のインピーダンスの絶対値が増大するために，前記出力端子に発生する信号が顕著に減少することを特徴とする請求項１に記載の人体検出装置。Corresponding to the state where the absolute value of the impedance of the circuit in which the capacitance sensor and the inductance element are connected in series is the minimum or within the predetermined range including the minimum is a safe state, and the other states are a dangerous state Let
2. The human body detection device according to claim 1, wherein an absolute value of the impedance of the circuit increases at the time of danger and a failure, so that a signal generated at the output terminal is remarkably reduced.

正常確認区間，安全確認区間又は未確認区間の時間間隔に対応するタイミングパルス信号を繰り返し周期的に発生させるタイミングパルス信号発生器を備え，A timing pulse signal generator that periodically and periodically generates a timing pulse signal corresponding to a time interval of a normal confirmation section, a safety confirmation section or an unconfirmed section,
前記タイミングパルス信号と，前記静電容量センサーが前記正常確認区間内で出力する正常確認信号，又は前記静電容量センサーが前記安全確認区間内で出力する安全確認信号に対して論理演算を施すことによって，Applying a logical operation to the timing pulse signal and a normal confirmation signal output from the capacitance sensor within the normal confirmation interval, or a safety confirmation signal output from the capacitance sensor within the safety confirmation interval. By
前記静電容量センサーが人体検出能力を有していることを定期的に確認できることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の人体検出装置。The human body detection device according to claim 1, wherein it is possible to periodically confirm that the capacitance sensor has a human body detection capability.