KR100960354B1 - 외란광 방지 빔 센서의 동작 방법 - Google Patents

외란광 방지 빔 센서의 동작 방법 Download PDF

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    • G08B29/18—Prevention or correction of operating errors

Abstract

본 발명은 두 축으로 하는 빔 센서에 관한 것으로 발광소자(LED)와 수광소자(photodiode)가 각각의 축에 함께 포함되어 있어 외란광에 의한 오류를 개선한 빔 센서에 관한 것이다. 특히, 외란광(태양광)이 수광소자에 조사(照射)되었을 경우 수광소자는 포화되어 물체의 유무와 상관없이 물체가 있다고 판단하게 되는데, 이 경우 각각의 축에서 발생되는 신호를 비교하여 정상적으로 작동하는 신호에 대해서만 인지하도록 하는 빔 센서에 관한 것이다.

Description

외란광 방지 빔 센서의 동작 방법{A METHOD FOR OPERATING A SUNLIGHT PREVENTING BEAM SENSOR}
본 발명은 두 축으로 하는 빔 센서에서 투광소자와 수광소자를 각각의 축에 함께 포함하도록 하여 구성한 빔 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 두 축 중 하나의 축에서 외란광 또는 태양광에 의해 포화되는 수광소자의 신호에 대해서는 다른 한 축의 신호와 비교하여 오류로 판단함으로써 정상적으로 동작하는 수광소자의 신호만을 선택하여 인지하도록 하는 빔 센서에 관한 것이다.
일반적으로, 빔 센서는 빔이 통과하는 영역에서 물체 또는 인체를 감지하여 경보하거나 2차 동작을 제어하는 센서 및 센서 시스템을 말하는 것으로서, 최근에는 공장 자동화기기, 무인감시 장치, 자동 주차관리 및 지하철의 스크린 도어 등으로 적용범위가 점점 더 확대되고 있다.
이러한 빔 센서는 두 개의 축을 구비하는데, 각각의 축은 발광부의 역할을 하는 복수개의 발광다이오드와, 수광부의 역할을 하는 복수개의 포토다이오드로 구성되어 이루어진다.
즉, 종래의 빔 센서는 도 1에 도시된 바와 같이, 두 축이 서로 마주 보도록 함으로써 검지영역을 정의함은 물론, 검지영역(400)에 대하여 투광축(100)의 투광소자(101)로부터 발산된 빔(300)이 일방향(한쪽방향)으로 수광축(200)의 수광소자(201)에 전달하도록 구성되어 있다.
참고로, 도시된 도 1에서의 투광소자 및 수광소자는, 실제적인 투광소자 및 수광소자로 도시하지 않고, 상기 내용의 이해와 설명을 위해 도식적으로 표시하였다.
그러나 상기와 같은 종래의 일방향을 갖는 빔 센서는, 한 축이 모두 투광부 또는 모두 수광부로 구성되어 있기 때문에 수광부에 외란광(태양광)을 받게 될 경우 빔 센서는 오동작을 하게 되는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 빔 센서를 구성하는 각각의 축에 투광소자와 수광소자를 함께 설치함으로써 빔 센서를 구성한다. 상기 구성된 빔 센서의 양 축에서 상호 투광 및 수광소자가 동작함으로써 빔이 상호 교차되는 자취를 만들며, 한 축이 외란광에 오동작을 할지라도 다른 한 축이 정상 동작함으로써 빔 센서의 기능을 정상적으로 수행하도록 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 각각의 축에 투광 및 수광소자를 구비한 빔 센서는, 광을 발산 및 수광하는 투수광부; 상기 각 축에 있는 투수광부의 동작을 제어하는 제어부; 상기 두 축 간에 발생하는 신호를 비교 판단을 하는 비교부를 포함한다.
바람직하게, 상기 투수광부 일체형 축은 투광소자 및 수광소자를 일정 간격을 두고 각각 하나의 축에 함께 설치하고, 제어부에 의해 한 축의 투광소자를 동작할 경우 다른 축의 수광소자를 함께 동작시킴으로써 순차적으로 양방향 동작을 하도록 구성한다.
더 바람직하게는 불가피하게 외란광이 영향이 있을 경우 두 축 중에 어느 한쪽의 축에만 영향을 주기 때문에 외란광에 의해 수광소자가 포화 또는 오류를 발생할지라도 외란광의 영향을 받지 않는 다른 한 축에서 발생하는 신호를 비교부에서 처리하여 정상적인 동작을 하도록 빔 센서를 구성한다.
이때 빔 센서의 축간 거리는 빔 센서를 구성하는 소자 및 회로의 구성에 따라 거리가 결정될 수 있고 상기 동작과는 무관하며, 상기 내용은 외란광이 빔 센서에 오작동을 시키는 것에 대한 개선 알고리즘이 목적이다.
즉, 본 발명의 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 측면에 따르는 투광소자 및 수광소자를 이용한 빔 센서는, 투광부로서의 제1 투광소자(111)와 수광부로서의 제1 수광소자(112)를 포함하는 제1 투수광축(110); 상기 제1 수광소자와 대응하는 투광부로서의 제2 투광소자(211)와 상기 제1 투광소자와 대응하는 수광부로서의 제2 수광소자(212)를 포함하는 제2 투수광축(210); 및 어느 한 투수광축이 외란광에 직광 또는 이에 준하는 광으로 조사(照射)되어 어느 일측 투수광축의 수광소자가 포화되어 이상 신호(602, 603)를 출력할지라도, 타측 투수광축의 수광소자에 의해 정상신호(601)가 출력될 경우, 상기 정상신호(601)만을 센서의 최종 출력신호(701)로 출력하도록 하는 제어부(700)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제어부(700)는, 상기 제1 및 제2 투수광축에 있는 수광소자들로부터 출력되는 신호를 비교하여 포화된 신호는 무시하는 비교부(710)를 포함하도록 구성하여, 정상신호만을 센서의 출력신호로 출력하여 물체의 유무를 판단할 수 있도록 구성하며,
상기 빔 센서의 상기 제1 및 제2 투수광축에 위치한 투광소자 및 수광소자는 동기신호에 의해 선택적으로 동작하게 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 투수광축(110 또는 210) 내의 인접하는 투광소자와 수광소자는 내부의 벽에 의해 분리되어 있어, 어느 일 투광소자에서 발산되는 광빔이 인접해 있는 수광소자는 영향을 미치지 않도록 한 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 측면에 따르는 투광소자 및 수광소자를 이용한 외란광 방지 빔 센서의 동작방법은, 상기 제어부(700)에서 상기 제1 투광소자(111)와 상기 제2 수광소자(212)에 동기신호를 발하여 제1 광빔(300)이 인가되도록 하는 단계; 상기 제2 수광소자(212)의 출력(602 또는 603)을 판단하여(S5), 제1 상태('HIGH') 이면 제1 상태('HIGH') 신호를 비교부(710)의 제2 입력(VB)으로 하고, 그렇지 않으면 제2 상태('LOW') 신호를 비교부(710)의 제2 입력(VB)으로 하는 단계(S7, S8); 상기 제어부에서 상기 제2 투광소자(211)와 상기 제1 수광소자(112)에 다음 동기신호를 발하여 제2 광빔(300')이 인가되도록 하는 단계; 상기 제1 수광소자(112)의 출력(601)을 판단하여(S15), 제1 상태('HIGH') 이면 제1 상태('HIGH') 신호를 비교부(710)의 제1 입력(VA)으로 하고(S17), 그렇지 않으면 제2 상태('LOW') 신호를 비교부(710)의 제1 입력(VA)으로 하는 단계(S17, S18); 및 상기 비교부(710)의 제1 입력(VA)과 제2 입력(VB)을 연산 (예컨데'AND'연산) 하여(S21), 어느 하나라도 제2 상태('LOW')이면 출력(Vo)을 제2 상태('LOW')로 하여 최종 출력신호(701)를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 투수광 일체형 축 빔 센서에 따르면, 빔 센서 검지 영역에서 발생하는 두 축의 신호에서 두 축 중 하나의 축(A축)에서 발생한 신호와 다른 하나의 축(B축)에서 발생한 신호를 비교할 경우, 물체가 있을 경우, A축에서 발생한 신호와 B축에서 발생한 신호가 모두 물체가 있다고 비교하여 물체가 있다고 판단하며, 물체가 없을 경우, A축 및 B축은 모두 물체가 없다는 신호를 발생하여 비교부에서 물체가 없다고 판단하게 된다. 이때 외란광에 의해 A축(또는 B축)이 오류를 나타낼 경우, 비교부에서 B축(또는 A축) 만을 정상신호로 인식하여 B축(또는 A축)의 신호로 물체의 유무를 판단하게 된다.
이와 같은 알고리즘에 의해 외란광에 대한 오류를 개선하여 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예에 대한 상세한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 투수광 일체형 축 빔 센서를 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 투수광 일체형의 투수광축을 구비한 빔 센서를 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에서 외란광원(500)에서 외란 광(501)이 두 투수광축 중 하나의 투수광축에 영향을 주는 도면이며, 도 4는 본 발명에 적용되는 알고리즘을 모식화한 구동방식의 일예를 나타내는 도면이다. 도 5는 본 발명에 적용되는 제어동작의 플로우차트로서, 전위레벨이 HIGH 일 경우가 초기상태를 나타내고 있다.
역시, 도 2 및 도 3에서의 투광소자 및 수광소자는, 실제적인 투광소자 및 수광소자로 도시하지 않고, 본 발명의 용이한 이해와 설명을 위해 도식적으로 표시하였다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 투수광 일체형의 투수광축을 구비한 빔 센서는, 두 개의 투수광축(110, 210)을 지니며, 제1 투수광축(110)에는 투광부로서의 제1 투광소자(111)와 수광부로서의 제1 수광소자(112)를 포함하며, 제2 투수광축(210)에는 투광부로서의 제2 투광소자(211)와 수광부로서의 제2 수광소자(212)를 포함하며, 제1 투수광축 과 제2 투수광축 간의 거리에 해당하는 일정 간격을 가지는 검지영역(400)과 제1 투수광축(110)으로부터 제2 투수광축(210)으로 향하는 제1 광빔(300) 및 상기 제1 광빔(300)과 방향을 달리하는 제2 투수광축(210)으로부터 제1 투수광축(110)으로 향하는 제2 광빔(300') 순차적으로 방향을 달리하는 광빔(300')을 갖는 것으로 구성된다.
일예로, 투광소자(111, 211)는 광빔(beam: 300, 300')을 발산하는 발광다이오드(LED; Light Emitting Diode)와 같은 광원이며, 수광소자(112, 212)는 투광부에서 발산되는 광빔을 수용함으로써 전기적인 변화를 갖는 포토다이오드(photodiode)이나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 실시예로써 외란광이 두 투수광축 중에 하나의 투수광축에 조사되었을 경우, 일예로 제2 투수광축(210)에 조사되었을 경우를 보이고 있으며, 이는 두 투수광축(110, 210) 모두에 외란광이 조사될 수 없음을 전제로 하고 있다. 실제로, 빔 센서는 각각의 투광소자 및 수광소자가 마주 보고 있을 경우에만 빔 센서로써의 역할을 할 수 있기 때문에, (일예로 제1 투수광축과 제2 투수광축 사이에서 양방향으로 광을 발하는 경우와 같이) 아주 의도적이 아닌 이상, 기하학적 구조상 외란광이 동시에 두 투수광축(110,210)을 함께 비출 수는 없다.
부언하면, 각각의 투광소자와 수광소자는 투수광축 내부에 창을 통해 마주 볼 수 있도록 구성되어 측면에서 조사되는 외란광에는 영향을 받지 않는다. 또한, 한 투수광축(110 또는 210)에서 투광소자와 수광소자가 내부의 벽에 의해 분리되어 있으므로, 투광소자에서 발산되는 광빔이 차단되어 인접해 있는 수광소자는 영향을 받지 않을 뿐만 아니라, 제어부에서 투광소자와 수광소자를 선택적으로 동작시킴으로써 전혀 영향을 끼치지 않는다.
도 4는 본 발명의 실시예의 동작 알고리즘을 도시한 것으로, 제1 투수광축(110)과 제2 투수광축(210)에 각각 투광소자(111과 211)와 수광소자(112와 212)를 포함하고 있는 것을 보이고 있으며, 제2 투수광축(210)에 외란광(501)이 조사될 경우 제2 투광소자(211)는 영향을 받지 않지만, 제2 수광소자(212)에서는 포화로 인해 이상 출력신호(602 또는 603)가 출력되며, 외란광(501)의 영향을 받지 않는 제1 투수광축(110)의 수광부(112)에서는 입력된 신호가 정상 출력신호(601)로 발생하게 된다.
여기서 외란광(501)을 받지 않은 수광소자(112)의 출력 신호는 정상신호로써 물체가 있는 경우와 물체가 없는 경우를 명확히 구분하는 신호가 출력된다.
상기 투광소자에서 출력된 두 신호(601과 602, 또는 601과 603)는 제어부(700)의 비교부(710)에서 비교되게 되며, 외란광(501)에 의해 포화된 이상 출력신호(602 또는 603)는 센서의 최종 출력(600)에 영향을 미치지 못하게 함으로써 정상신호(601)만을 최종 출력신호(701)로 출력하게 된다.
또한 비교부(710)는 회로적으로 두 신호를 비교하여 포화된 이상 출력신호(602 또는 603)는 무시되도록 회로를 구성하여, 정상 출력신호(601)만을 센서의 최종 출력신호(701)로 인식하여 물체의 유무를 판단할 수 있도록 구성된 회로이다.
더욱 바람직하게는, 도 4의 비교부(710)에서 제어부(700)의 동기신호를 통해, 외란광(501)이 가해지지 않는 제1 투수광축(A축: 110)의 제1 수광소자(112)에서 출력되는 정상신호에 대한 정보를 가지고 있게 된다.
따라서 회로는 제1 및 제2 투수광축(110, 210)의 검지영역(400) 사이를 광빔으로써 정의할 때, 상기 제1 수광소자(112)가 광빔의 HIGH(전위레벨) 값을 초기상태(물체가 없고 센서시스템이 정상적으로 동작하는 상태)로 간주하도록 정의할 수 있다.
상기 실시예의 비교부(710)에서 광빔의 HIGH 상태를 초기값으로 인식할 경우, 외란광(501)이 가해지는 제2 투수광축(B축: 210)의 제2 수광소자(212)는 외란광에 의해 포화상태가 되기 때문에 HIGH 값으로 인식되며, 외란광을 받은 투수광축(B축: 210)의 수광소자(212)는 항상 초기상태를 가지게 된다.
그러나 외란광의 영향이 없는 다른 투수광축(110)의 수광소자(112)는 물체의 유무를 정상적으로 인식할 수 있기 때문에, 두 투수광축(110, 210)의 수광부(112, 212)에서 출력되는 신호(601과 602)를 비교부에서 두 신호 중 한 신호만이라도 '물체가 있다는 신호'(예컨데 LOW 신호)가 인식될 경우 '물체가 있는 것'으로 판단할 수 있다.
상기 경우에서 '물체가 있는 것'이란 빔의 진행을 방해하는 것으로 투광부(111 또는 211)에서 발광된 빔이 수광부(212 또는 112)에 도달하지 않는 경우이며, 이 경우 빔의 상태는 LOW(전위레벨) 상태가 된다.
한편, 외란광을 받은 제2 수광소자(212)에서 출력되는 이상 출력신호(602)를 회로적으로 역전시키면 LOW 값의 신호(603)를 얻을 수 있게 되므로 이에 대하여 비교부에서 비교 및 판단하는 것이 가능하다.
상기 동작을 도 4 및 도 5를 참조하여 더 상술하면, 다음과 같다.
먼저, 제어부에서 상기 제1 및 제2 투수광축(110, 210)의 어느 일측 투수광축(일례로 제1 투수광축 :'A축' 이라함)의 투광소자(예컨데 제1 투광소자: 111)와 타측 투수광축(일례로 제2 투수광축 :'B축' 이라함)의 수광소자(예컨데 제2 수광소자: 212)에 동기신호를 발하여 제1 광빔(300)이 인가되도록 하며, 이들이 '온'이면 (S1, S3), 상기 제2 수광소자(212)의 출력(602 또는 603)이 'HIGH'인지 여부를 판단하여(S5), 'HIGH' 이면 'HIGH' 신호를 비교부(710)의 제2 입력(VB)으로 하고(S7), 그렇지 않으면 'LOW' 신호를 비교부(710)의 제2 입력(VB)으로 한다(S8). 참고로, 제1 투광소자(111)와 제2 수광소자(212)에 동기신호를 발하였으나 이들 중 어느 하나라도 '온'이 아니면 에러 경보를 발하고 초기상태로 리턴한다 (S2).
다음, 제어부에서 상기 타측 투수광축(예컨데 제2 투수광축 :'B축')의 투광소자(예컨데 제2 투광소자: 211)와 상기 일측 투수광축(예컨데 제1 투수광축 :'A축')의 수광소자(예컨데 제1 수광소자: 112)에 다음 동기신호를 발하여 제2 광빔(300')이 인가되도록 하며, 이들이 '온'이면 (S11, S13), 상기 제1 수광소자(112)의 출력(601)이 'HIGH'인지 여부를 판단하여(S15), 'HIGH' 이면 'HIGH' 신호를 비교부(710)의 제1 입력(VA)으로 하고(S17), 그렇지 않으면 'LOW' 신호를 비교부(710)의 제1 입력(VA)으로 한다(S18). 역시, 제2 투광소자(211)와 제1 수광소자(112)에 동기신호를 발하였으나 이들 중 어느 하나라도 '온'이 아니면 에러 경보를 발하고 초기상태로 리턴한다 (S12).
다음, 상기 비교부(710)에서는 제1 입력(VA)과 제2 입력(VB)을 'AND'연산하여(S21), 어느 하나라도 'LOW'이면 출력(Vo)을 'LOW'로 하여 최종 출력신호(701)를 출력하게 되는 바, 상기 출력신호의 비교결과(S23), 상기 출력신호가 'HIGH'이면 '물체가 없음'으로 인식하고(S25), 반대로 상기 출력신호가 'LOW'이면 '물체가 있음'으로 인식하고(S26), 초기 상태로 리턴하게 된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 아주 간단한 구성으로서, 외란광이 들어올 경우라도 에러없이 물체의 유무를 정확히 판단하는 것이 가능하게 된다.
이상에서는 본 발명의 일 실시예에 따라 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 변경 및 변형한 것도 본 발명에 속함은 당연하다.
도 1은 종래의 빔 센서를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 투수광 일체형의 투수광축을 구비한 빔 센서를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에서 외란광원(500)에서 외란광(501)이 두 투수광축 중 하나의 투수광축에 영향을 주는 도면.
도 4는 본 발명에 적용되는 알고리즘을 모식화한 구동방식의 일예를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명에 적용되는 제어동작의 플로우차트로서, 전위레벨이 HIGH 일 경우가 초기상태를 나타내고 있다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100 : 투광축 200 : 수광축
101 : 투광소자 201 : 수광소자
300,300' : 광빔(beam) 400 : 두 축간 검지영역
110, 210 : 투수광축
111,211 : 투광소자 112,212 : 수광소자
500 : 외란광원 501 : 외란광
600 : 센서 출력 601 : 정상 출력신호
602, 603 : 외란광에 의한 이상 출력신호
701 : 센서의 최종 출력신호

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 투광소자 및 수광소자를 이용한 외란광 방지 빔 센서의 동작방법이되, 투광부로서의 제1 투광소자(111)와 수광부로서의 제1 수광소자(112)를 포함하는 제1 투수광축(110); 상기 제1 수광소자와 대응하는 투광부로서의 제2 투광소자(211)와 상기 제1 투광소자와 대응하는 수광부로서의 제2 수광소자(212)를 포함하는 제2 투수광축(210); 및 어느 한 투수광축이 외란광에 직광 또는 이에 준하는 광으로 조사(照射)되어 어느 일측 투수광축의 수광소자가 포화되어 이상 신호(602, 603)를 출력할지라도, 타측 투수광축의 수광소자에 의해 정상신호(601)가 출력될 경우, 상기 정상신호(601)만을 센서의 최종 출력신호(701)로 출력하도록 하는 제어부(700)를 포함하되, 상기 제어부(700)는, 상기 제1 및 제2 투수광축에 있는 수광소자들로부터 출력되는 신호를 비교하여 포화된 신호는 무시하는 비교부(710)를 포함하도록 구성하여, 정상신호만을 센서의 출력신호로 출력하여 물체의 유무를 판단할 수 있도록 구성한 외란광 방지 빔 센서의 동작방법으로서,
    상기 제어부(700)에서 상기 제1 투광소자(111)와 상기 제2 수광소자(212)에 동기신호를 발하여 제1 광빔(300)이 인가되도록 하는 단계;
    상기 제2 수광소자(212)의 출력(602 또는 603)을 판단하여(S5), 제1 상태이면 제1 상태 신호를 비교부(710)의 제2 입력(VB)으로 하고, 그렇지 않으면 상기 제1 상태와 상이한 제2 상태 신호를 비교부(710)의 제2 입력(VB)으로 하는 단계(S7, S8);
    상기 제어부에서 상기 제2 투광소자(211)와 상기 제1 수광소자(112)에 다음 동기신호를 발하여 제2 광빔(300')이 인가되도록 하는 단계;
    상기 제1 수광소자(112)의 출력(601)을 판단하여(S15), 제1 상태 이면 제1 상태 신호를 비교부(710)의 제1 입력(VA)으로 하고(S17), 그렇지 않으면 상기 제1 상태와 상이한 제2 상태 신호를 비교부(710)의 제1 입력(VA)으로 하는 단계(S17, S18); 및
    상기 비교부(710)의 제1 입력(VA)과 제2 입력(VB)을 연산하여(S21), 어느 하나라도 제2 상태이면 출력(Vo)을 제2 상태로 하여 최종 출력신호(701)를 출력하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 외란광 방지 빔 센서의 동작방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 빔 센서의 상기 제1 및 제2 투수광축에 위치한 투광소자 및 수광소자는 동기신호에 의해 선택적으로 동작하여 변조된 광에 의한 간섭현상을 제거한 외란광 방지 빔 센서의 동작방법.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 투수광축(110 또는 210) 내의 인접하는 투광소자와 수광소자는 내부의 벽에 의해 분리되어 있어, 어느 일 투광소자에서 발산되는 광빔이 인접해 있는 수광소자는 영향을 미치지 않도록 한 것을 특징으로 하는 외란광 방지 빔 센서의 동작방법.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 상태는 'HIGH' 이며, 상기 제2 상태는 'LOW' 이며,
    상기 비교부(710)의 제1 입력(VA)과 제2 입력(VB)의 연산은 'AND'연산인 것을 특징으로 하는 외란광 방지 빔 센서의 동작방법.
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