CN113359583A - 一种型材切割机安全防护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种型材切割机安全防护装置，有效的解决了现有技术中利用电参数检测人体时容易发生误判的问题，本发明安全防护装置包括信号采集电路、控制处理电路，所述信号采集电路利用电容式接近传感器U1采集物体信号，采集到的物体信号经接收器接收后将检测器导通，检测器开始检测温度信号，检测到的温度信号和物体信号传输至控制处理电路，所述控制处理电路将温度信号经比较器进行比较后得到危险信号，危险信号和物体信号经计算器进行计算后将制动器导通，进而提高检测人体的准确性。

Description

一种型材切割机安全防护装置

技术领域

本发明涉及安全防护领域，特别是一种型材切割机安全防护装置。

背景技术

型材在工业各个领域应用十分广泛，型材的安装需要使用到型材切割机，目前绝大多数的型材切割仍然需要人工参与完成，而如何保证工人操作安全是需要重点关注的问题。

型材切割机工作的时候，极易出现切伤人体的情况，现有技术为了解决这个问题，采用了各式各样的方案，目前最热门的方案是美国sawstop公司的，此方案的工作原理是：由于人体与木材不同的电气属性，给锯片加上微弱电流，当手接触到锯片的刹那，人体内部相对较大的电容将改变电信号，触发火药爆炸弹开锯片，整个过程在5毫秒（千分之五秒）内完成；经试验验证，该方案虽然可靠性好，但是应用时会出现误判的情况，尤其是利用在型材切割领域，由于部分型材表面覆有薄膜，且型材表面的油渍等杂物都会影响到电参数，从而导致误报。

因此本发明提供一种的新的方案来解决此问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种型材切割机安全防护装置，有效的解决了现有技术中的电容式接近传感器检测到人体的准确率不高，严重影响型材切割机工作进程的问题。

其解决的技术方案是，一种型材切割机安全防护装置，所述安全防护装置内部集成信号采集电路、控制处理电路以及制动器；所述信号采集电路包括电容式接近传感器U1、接收器及检测器，所述控制处理电路包括比较器和计算器；所述信号采集电路利用电容式接近传感器U1采集物体信号，采集到的物体信号经接收器接收后将检测器导通，检测器开始检测温度信号，检测到的温度信号和物体信号传输至控制处理电路，所述控制处理电路将温度信号经比较器进行比较后得到危险信号，危险信号和物体信号经计算器进行计算后将制动器导通；

所述接收器中电阻R1的一端分别连接电容C1的一端、电容式接近传感器U1的2引脚，电阻R1的另一端分别连接电容C2的一端、电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接运放器U2B的同相端，运放器U2B的反相端与电阻R3的一端相连接，电阻R3的另一端与运放器U2B的输出端相连接，电容C1的另一端分别连接电容C2的另一端、电容式接近传感器U1的3引脚并连接地，电容式接近传感器U1的1引脚连接正极性电源VCC；

所述检测器中电阻R5的一端分别连接三极管Q1的基极、电阻R4的一端，电阻R4的另一端分别连接电阻R7的一端、电阻R9的一端、二极管D1的负极、继电器K1的一端、开关S1的一端、接收器中的电容式接近传感器U1的1引脚并连接正极性电源VCC，三极管Q1的集电极与场效应管Q2的源极相连接，三极管Q1的发射极分别连接电阻R6的一端、电容C3的一端，场效应管Q2的漏极分别连接电阻R7的另一端、电阻R8的一端，场效应管Q2的栅极分别连接电阻R10的一端、电容C4的一端，电阻R8的另一端与三极管Q6的基极相连接，三极管Q6的集电极分别连接二极管D1的正极、继电器K1的另一端，三极管Q6的发射极与电阻R11的一端相连接，电阻R11的另一端分别连接温度传感器U3的3引脚、电容C4的另一端、电阻R6的另一端、电阻R5的另一端、接收器中的电容C1的另一端相连接并连接地，开关S1的另一端与温度传感器U3的1引脚相连接。

进一步地，所述比较器中电阻R13的一端与检测器中的温度传感器U3的2引脚相连接，电阻R13的另一端分别连接三极管Q3的基极、电阻R12的一端，三极管Q3的集电极分别连接电阻R18的一端、电阻R12的另一端、检测器中的开关S1的另一端，三极管Q3的发射极分别连接地电阻R14的一端、电阻R24的一端、电阻R15的一端，电阻R15的另一端分别连接运放器U6B的反相端、稳压管D2的一端，运放器U6B的同相端分别连接电阻R18的另一端、电阻R17的一端，运放器U6B的输出端与稳压管D2的另一端相连接，电阻R24的另一端分别连接运放器U7B的反相端、稳压管D3的一端，运放器U7B的同相端分别连接电阻R16的上端、电阻R17的一端，运放器U7B的输出端与稳压管D3的另一端相连接，电阻R16的可调端分别连接电阻R16的下端、电阻R14的另一端、检测器中的温度传感器U1的3引脚并连接地。

进一步地，所述计算器中三极管Q5，三极管Q4的基极分别连接电阻R19的一端、比较器中的运放器U6B的输出端，三极管Q4的发射极分别连接电阻R19的另一端、电阻R20一端、三极管Q5的发射极、比较器中的电阻R18的一端，三极管Q5的基极分别连接电阻R20的另一端、比较器中的运放器U7B的输出端，三极管Q4的集电极分别连接二极管D4的正极、电阻R22的一端，三极管Q5的集电极分别连接电阻R21的一端、二极管D5的正极，二极管D5的负极和与门U5A的5引脚相连接，二极管D4的负极和与门U5A的7引脚相连接，与门U5A的输出端与电阻R23的一端相连接，电阻R23的另一端和与门U4A的5引脚相连接，与门U4A的7引脚与检测器中的电阻R8的另一端相连接，与门U4A的输出端与制动器相连接，电阻R21的另一端分别连接电阻R22的另一端、比较器中的电阻R16的下端。

由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、通过电容式接近传感器U1检测人体的接近，当检测到有人体接近时进而开启温度传感器，如果温度传感器检测到的温度处于设定的人体温度范围内，则判定是人体接近，进而开启制动器停止型材切割机，保护人身安全；

2、现有技术中当物体处于检测区边缘时，由于信号较弱，并不能很好的检测物体是否处于检测区，导致系统产生误报或者延迟启动增加风险，本申请设置电阻R1、电容C1和电容C2对物体信号进行滤波，避免工作现场杂乱的电磁环境对物体信号的干扰，提高准确性；电阻R2将物体信号传输至运放器U2B上进行跟随处理，提高物体信号的响应能力，检测器利用三极管Q1和场效应管Q2来对物体信号进行放大，即很好的判断物体是否处于检测区边缘；

3、模拟电路相对于数字电路来说，成本低廉，使用维护简单，适合对成本控制要求非常高的领域使用，由于模拟电路输出的是连续量，不需要像数字电路一样通过程序控制采样周期获得采样间隔，使用调试更加简便，也不存在程序跑飞的风险，更加安全实用。

附图说明

图1为本发明的电路原理图。

具体实施方式

一种型材切割机安全防护装置，应用于型材切割机上，所述安全防护装置内部集成信号采集电路、控制处理电路以及制动器。

所述信号采集电路包括电容式接近传感器U1、接收器和检测器，所述接收器利用电阻R1、电容C1和电容C2接收电容式接近传感器U1采集到的物体信号，电容式接近传感器U1采用型号类似为IFRM 04P17A1/PL的电容式接近传感器，电阻R1、电容C1和电容C2对物体信号进行滤波，避免杂波对物体信号的干扰，电阻R2将物体信号传输至运放器U2B上进行跟随处理，提高物体信号的响应能力，检测器利用三极管Q1和场效应管Q2来对物体信号进行放大，即物体处于电容式接近传感器U1检测区域边缘时，导致检测到的物体信号过于微弱，无法立即启动制动器来保证物体安全，电阻R6和电容C3来稳定三极管Q1和场效应管Q2组成的复合管的静态工作点，电阻R6和电阻R7对复合管提供合适的偏置电压，放大后的物体信号将三极管Q6导通，三极管Q6进而将继电器K1导通，开关S1闭合，二极管D1为三极管Q6和继电器K1形成保护，温度传感器U3开始检测进入危险区的物体的温度信号，温度传感器U3采用型号类似为OS136A-1-K型号的温度传感器，同时检测器也将物体信号发送至控制处理电路。

所述接收器中电阻R1的一端分别连接电容C1的一端、电容式接近传感器U1的2引脚，电阻R1的另一端分别连接电容C2的一端、电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接运放器U2B的同相端，运放器U2B的反相端与电阻R3的一端相连接，电阻R3的另一端与运放器U2B的输出端相连接，电容C1的另一端分别连接电容C2的另一端、电容式接近传感器U1的3引脚并连接地，电容式接近传感器U1的1引脚连接正极性电源VCC。

所述检测器中电阻R5的一端分别连接三极管Q1的基极、电阻R4的一端，电阻R4的另一端分别连接电阻R7的一端、电阻R9的一端、二极管D1的负极、继电器K1的一端、开关S1的一端、接收器中的电容式接近传感器U1的1引脚并连接正极性电源VCC，三极管Q1的集电极与场效应管Q2的源极相连接，三极管Q1的发射极分别连接电阻R6的一端、电容C3的一端，场效应管Q2的漏极分别连接电阻R7的另一端、电阻R8的一端，场效应管Q2的栅极分别连接电阻R10的一端、电容C4的一端，电阻R8的另一端与三极管Q6的基极相连接，三极管Q6的集电极分别连接二极管D1的正极、继电器K1的另一端，三极管Q6的发射极与电阻R11的一端相连接，电阻R11的另一端分别连接温度传感器U3的3引脚、电容C4的另一端、电阻R6的另一端、电阻R5的另一端、接收器中的电容C1的另一端相连接并连接地，开关S1的另一端与温度传感器U3的1引脚相连接。

所述控制处理电路包括比较器和计算器，比较器利用三极管Q3来接收检测器中温度传感器U3检测到的物体信号，并将温度信号分为两路，两路温度信号分别利用电阻R15和电阻R24传输至运放器U6B和运放器U7B上，运放器U6B和运放器U7B作为窗口比较器，利用电阻R18、电阻R17和电阻R16为运放器U6B和运放器U7B设置标准信号，运放器U6B的标准信号为36摄氏度的下限温度信号，运放器U7B的标准信号为38摄氏度的上限温度信号，当运放器U6B和运放器U7B输出的比较结果不能分别将三极管Q4和三极管Q5导通时，则表明此时处在危险区的不是人体，而是其他的物体，此时无需启动制动器；当运放器U6B和运放器U7B输出的比较结果分别将三极管Q4和三极管Q5导通时，则表明此时物体温度范围为36-38摄氏度之间，则处在危险区的物体是人体，而不是其他的物体，此时三极管Q4将二极管D4导通，并传输第一高电位信号至与门U5A的7引脚上，三极管Q5将二极管D4导通传输第二高电位信号至与门U5A的5引脚上，与门U5A输出第三高电位信号，第三高电位信号经电阻R23传输至与门U4A的5引脚上，与门U4A的4引脚连接的是信号采集电路传输过来的物体信号，此时与门U4A将制动器启动，使得型材切割机立即停止工作，从而实现对人体的保护。

所述比较器中电阻R13的一端与检测器中的温度传感器U3的2引脚相连接，电阻R13的另一端分别连接三极管Q3的基极、电阻R12的一端，三极管Q3的集电极分别连接电阻R18的一端、电阻R12的另一端、检测器中的开关S1的另一端，三极管Q3的发射极分别连接地电阻R14的一端、电阻R24的一端、电阻R15的一端，电阻R15的另一端分别连接运放器U6B的反相端、稳压管D2的一端，运放器U6B的同相端分别连接电阻R18的另一端、电阻R17的一端，运放器U6B的输出端与稳压管D2的另一端相连接，电阻R24的另一端分别连接运放器U7B的反相端、稳压管D3的一端，运放器U7B的同相端分别连接电阻R16的上端、电阻R17的另一端，运放器U7B的输出端与稳压管D3的另一端相连接，电阻R16的可调端分别连接电阻R16的下端、电阻R14的另一端、检测器中的温度传感器U1的3引脚并连接地。

所述计算器中三极管Q5，三极管Q4的基极分别连接电阻R19的一端、比较器中的运放器U6B的输出端，三极管Q4的发射极分别连接电阻R19的另一端、电阻R20一端、三极管Q5的发射极、比较器中的电阻R18的另一端，三极管Q5的基极分别连接电阻R20的另一端、比较器中的运放器U7B的输出端，三极管Q4的集电极分别连接二极管D4的正极、电阻R22的一端，三极管Q5的集电极分别连接电阻R21的一端、二极管D5的正极，二极管D5的负极和与门U5A的5引脚相连接，二极管D4的负极和与门U5A的7引脚相连接，与门U5A的输出端与电阻R23的一端相连接，电阻R23的另一端和与门U4A的5引脚相连接，与门U4A的7引脚与检测器中的电阻R8的另一端相连接，与门U4A的输出端与制动器相连接，电阻R21的另一端分别连接电阻R22的另一端、比较器中的电阻R16的下端。

其中制动器为目前切割机中常用的制动器，为现有技术，此处不再赘述。

本发明在进行具体使用的时候，所述信号采集电路包括电容式接近传感器U1、接收器和检测器，所述接收器利用电阻R1、电容C1和电容C2接收电容式接近传感器U1采集到的物体信号，电阻R1、电容C1和电容C2对物体信号进行滤波，电阻R2将物体信号传输至运放器U2B上进行跟随处理，检测器利用三极管Q1、场效应管Q2来对物体信号进行放大，放大后的物体信号将三极管Q6导通，三极管Q6进而将继电器K1导通，开关S1闭合，温度传感器U3开始检测进入危险区的物体的温度信号，同时检测器也将物体信号发送至控制处理电路；所述控制处理电路包括比较器和计算器，比较器利用三极管Q3来接收检测器中温度传感器U3检测到的物体信号，并将温度信号分为两路，两路温度信号分别利用电阻R15和电阻R24传输至运放器U6B和运放器U7B上，运放器U6B、运放器U7B作为窗口比较器，利用电阻R18、电阻R17和电阻R16为运放器U6B和运放器U7B设置标准信号，当运放器U6B和运放器U7B输出的比较结果不能分别将三极管Q4和三极管Q5导通时，则表明此时处在危险区的不是人体，而是其他的物体，此时无需启动制动器；当运放器U6B和运放器U7B输出的比较结果分别将三极管Q4和三极管Q5导通时，则表明此时处在危险区的是人体，而不是其他的物体，此时三极管Q4将二极管D4导通，并传输第一高电位信号至与门U5A的7引脚上，三极管Q5将二极管D4导通，并传输第二高电位信号至与门U5A的5引脚上，与门U5A输出第三高电位信号，第三高电位信号经电阻R23传输至与门U4A的5引脚上，与门U4A的4引脚连接的是信号采集电路传输过来的物体信号，此时与门U4A将制动器启动，使得型材切割机立即停止工作，从而实现对人体的保护。

通过为电容式接近传感器U1检测到的物体信号设置检测器、比较器和计算器，利用电容式接近传感器U1检测到的物体信号来启动检测器，检测器接着开启温度传感器U3来检测物体的温度信号，最后利用比较器来检测进入危险区的物体是否为人体，从而实现提高电容式接近传感器U1检测人体是否存在的准确性；在检测到人体存在时，利用计算器开启制动器，及时快速地为人体提供保护，避免电容式接近传感器U1检测到其他物体也启动制动器进而停止型材切割机的工作，导致电容式接近传感器U1检测人体的准确率下降，进而严重影响型材切割机的工作进程的问题出现。

Claims (3)

1.一种型材切割机安全防护装置，其特征在于，所述安全防护装置内部集成信号采集电路、控制处理电路以及制动器；所述信号采集电路包括电容式接近传感器U1、接收器及检测器，所述控制处理电路包括比较器和计算器；所述信号采集电路利用电容式接近传感器U1采集物体信号，采集到的物体信号经接收器接收后将检测器导通，检测器开始检测温度信号，检测到的温度信号和物体信号传输至控制处理电路，所述控制处理电路将温度信号经比较器进行比较后得到危险信号，危险信号和物体信号经计算器进行计算后将制动器导通；

所述接收器中电阻R1的一端分别连接电容C1的一端、电容式接近传感器U1的2引脚，电阻R1的另一端分别连接电容C2的一端、电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接运放器U2B的同相端，运放器U2B的反相端与电阻R3的一端相连接，电阻R3的另一端与运放器U2B的输出端相连接，电容C1的另一端分别连接电容C2的另一端、电容式接近传感器U1的3引脚并连接地，电容式接近传感器U1的1引脚连接正极性电源VCC；

所述检测器中电阻R5的一端分别连接三极管Q1的基极、电阻R4的一端，电阻R4的另一端分别连接电阻R7的一端、电阻R9的一端、二极管D1的负极、继电器K1的一端、开关S1的一端、接收器中的电容式接近传感器U1的1引脚并连接正极性电源VCC，三极管Q1的集电极与场效应管Q2的源极相连接，三极管Q1的发射极分别连接电阻R6的一端、电容C3的一端，场效应管Q2的漏极分别连接电阻R7的另一端、电阻R8的一端，场效应管Q2的栅极分别连接电阻R10的一端、电容C4的一端，电阻R8的另一端与三极管Q6的基极相连接，三极管Q6的集电极分别连接二极管D1的正极、继电器K1的另一端，三极管Q6的发射极与电阻R11的一端相连接，电阻R11的另一端分别连接温度传感器U3的3引脚、电容C4的另一端、电阻R6的另一端、电阻R5的另一端、接收器中的电容C1的另一端相连接并连接地，开关S1的另一端与温度传感器U3的1引脚相连接。

2.如权利要求1所述的一种型材切割机安全防护装置，其特征在于，所述比较器中电阻R13的一端与检测器中的温度传感器U3的2引脚相连接，电阻R13的另一端分别连接三极管Q3的基极、电阻R12的一端，三极管Q3的集电极分别连接电阻R18的一端、电阻R12的另一端、检测器中的开关S1的另一端，三极管Q3的发射极分别连接地电阻R14的一端、电阻R24的一端、电阻R15的一端，电阻R15的另一端分别连接运放器U6B的反相端、稳压管D2的一端，运放器U6B的同相端分别连接电阻R18的另一端、电阻R17的一端，运放器U6B的输出端与稳压管D2的另一端相连接，电阻R24的另一端分别连接运放器U7B的反相端、稳压管D3的一端，运放器U7B的同相端分别连接电阻R16的上端、电阻R17的一端，运放器U7B的输出端与稳压管D3的另一端相连接，电阻R16的可调端分别连接电阻R16的下端、电阻R14的另一端、检测器中的温度传感器U1的3引脚并连接地。

3.如权利要求1所述的一种型材切割机安全防护装置，其特征在于，所述计算器中三极管Q5，三极管Q4的基极分别连接电阻R19的一端、比较器中的运放器U6B的输出端，三极管Q4的发射极分别连接电阻R19的另一端、电阻R20一端、三极管Q5的发射极、比较器中的电阻R18的一端，三极管Q5的基极分别连接电阻R20的另一端、比较器中的运放器U7B的输出端，三极管Q4的集电极分别连接二极管D4的正极、电阻R22的一端，三极管Q5的集电极分别连接电阻R21的一端、二极管D5的正极，二极管D5的负极和与门U5A的5引脚相连接，二极管D4的负极和与门U5A的7引脚相连接，与门U5A的输出端与电阻R23的一端相连接，电阻R23的另一端和与门U4A的5引脚相连接，与门U4A的7引脚与检测器中的电阻R8的另一端相连接，与门U4A的输出端与制动器相连接，电阻R21的另一端分别连接电阻R22的另一端、比较器中的电阻R16的下端。

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