KR20010020698A - 머신으로의 접근을 보호하기 위한 센서장치 및 안전장치 - Google Patents

머신으로의 접근을 보호하기 위한 센서장치 및 안전장치 Download PDF

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KR20010020698A
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Abstract

센서장치의 정상동작 여부를 항상 모니터하므로써 현저히 향상된 안전성을 보장할 수 있는 센서장치 및 안전장치를 제공한다. 작은 영역의 보조 전극판은 조금 떨어진 전극판과 평행하게 반대편에 배치된다. 스위칭소자는 매초 수밀리초동안 반복적으로 턴온된다. 중앙처리장치의 제어하에 스위칭소자가 턴온될 때, 보조전극판은 접지전위에 접속되고, 그 결과, 보조전극판과 전극판 사이의 유효용량 △C 은 전극판과 머신부품 사이의 유효 커패시터 △C0와 병렬로 전기접속되어, 용량 C0는 용량 △C 에 해당하는 정도만큼 증가된다. 결과적으로, 인체 탐지시 발생된 것에 비교할만한 용량 C0의 변화가 일어나고, 이에 의해, 인체 탐지 신호와 실질적으로 유사한 탐지신호가 사용가능하게 된다. 이 탐지신호에 기초하여, 센서장치가 정상동작하는지의 여부를 모니터할 수 있다.

Description

머신으로의 접근을 보호하기 위한 센서장치 및 안전장치{SENSOR APPARATUS AND SAFETY APPARATUS FOR PROTECTING APPROACH TO MACHINES}
본 발명은 인체 등이 당해 머신 (machine) 의 소정 영역에 접근하거나 들어가는지의 여부를 탐지하는 센서장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 머신의 지역 또는 위험 영역에 접근하는 인체의 보호를 보장하는 센서장치의 이용에 의해 실행되는 안전장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 상기 센서장치의 동작의 정상상태를 모니터하는 장치에 관한 것이다.
머신 툴, 처리/피니싱 (processing/finishing) 머신, 검사장치, 운송 메커니즘 등과 같은 머신들 중에는, 구동 메커니즘이 외부에 노출되거나 외부에서 용이하게 접근가능한 머신이 존재한다. 일례로서, 플라스틱 칩으로부터 얇은 견본을 제조하기 위한 머신 또는 롤링 밀 (rolling mill) 에서, 작업자 또는 운용자가 수동으로 한 쌍의 리덕션 롤 (reduction roll) 사이의 갭 안으로 상기 칩을 밀어넣는 구조가 채택된다. 결과적으로, 상기 롤 사이의 갭 안으로 칩을 넣을 때 운용자의 손이 무의식중에 리덕션 롤에 접촉하는 상황이 생길 수 있다.
이런 상황에서, 이런 종류의 머신에는 보통 운용자의 안전을 보장하는 안전장치가 갖춰져 있다. 이러한 목적을 위해, 인체의 접근으로 인체에 위험이 수반될 때 머신의 구동 시스템을 정지하는 안전장치로서 인체 등의 접근을 탐지하는 센서장치가 사용된다.
지금까지 알려진 안전장치용 센서장치로서, 예컨대, 일본 특개평 216692/1988 및 317987/1989 (JP-A-63-216692 및 JP-A-1-317987) 에 개시된 것들이 거론될 수 있다. 상기 공보에 개시된 센서장치는 서로 대향 배치된 한 쌍의 전극판으로 구성된다.
상기 센서장치에서는, 인체의 일부가 전극판들 사이의 공간을 가로질러 들어오거나 통과하는지의 여부를 탐지하기 위해, 전극판들 사이에 나타나는 용량 변화는가 모니터된다. 이와 관련하여, 인체는 공기보다 훨씬 더 큰 유전율을 가짐을 특기한다. 인체와 공기 사이의 유전율의 차를 이용함으로써, 인체의 일부가 전극판들 사이에 위치할 때 전극판들 사이의 유효용량에서 큰 변화가 일어난다는 사실에 기초하여 용량형 센서장치가 실행된다.
상기 용량형 센서를 채택하여 실행되는 안전장치는 작업자 또는 운용자의 안전을 보장하기 위하여 반드시 필요하다. 그러나, 이러한 안전장치는 전기도체의 단절 또는 파손, 전극의 손상 및 드롭오프 (drop-off), 전원의 차단 등과 같은 적지 않은 문제를 겪을 수도 있다. 게다가, 안전장치는 주위 전자기장의 변화, 주위 온도의 비정상적인 상승 등과 같은 주위조건의 악영향을 받을 수도 있다. 이러한 경우에, 안전장치의 비정상적인 동작은 용량형 센서장치의 오작동에 기인하여 발생할 수 있으므로, 예측불가능한 사고를 피하기 위하여 당해 머신을 위한 구동 메커니즘의 동작의 중단과 같은 적절한 조치가 필요하다. 이런 문제와 오작동의 발생은 예측할 수 없으므로, 용량형 센서장치의 동작 및 안전장치의 동작은 항상 끊임없이 모니터되어야 한다.
상기 기술의 견지에서, 본 발명의 목적은 센서장치가 정상적으로 동작하는지의 여부를 항상 모니터할 수 있는 센서장치 및 안전장치를 제공하여, 안전성의 향상을 보장하는 것이다.
이하의 설명에 따라 명확해질 상기 및 타목적을 고려하여, 본 발명의 일태양에 따르면, 전기적으로 접지된 머신용 센서장치가 제공되는데, 이 장치는, 이 장치에 대해 소정 공간 떨어져 배치된 하나 이상의 전극판, 이 전극판 부분에 대향배치된 보조전극, 전극판과 머신 사이의 유효용량의 변화에 기초하여 소정 공간내에 소정의 유전체가 존재하는지의 여부를 탐지하는 용량 변화 탐지회로, 및 보조전극판을 용량변화 탐지회로에 주기적으로 전기접속하여 센서장치의 유전체 탐지동작의 정상상태를 모니터하는 모니터 장치를 포함한다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 안전보장 조치를 작동시키기 위하여 전기적으로 접지된 머신의 소정 영역내에 적어도 인체의 일부가 들어오는 것을 탐지하는 안전장치가 제공된다. 상기 안전장치는, 머신에 대해 소정 영역을 사이에 두고 배치된 하나 이상의 전극판, 전극판의 부분에 대향배치된 보조전극, 전극판과 머신 사이의 용량변화에 기초하여 소정 영역내에 인체의 일부가 존재하는지의 여부를 탐지하는 용량변화 탐지회로, 및 보조전극을 용량변화 탐지회로에 주기적으로 전기접속함으로써 센서장치의 인체 탐지동작의 정상상태를 모니터하는 모니터 장치를 포함한다.
상기 센서장치 및 안전장치를 이용하여, 인체 등과 같은 유전체의 존재를 탐지하는 동작이 정상적으로 수행되는지의 여부를 보조전극의 도움으로 항상 모니터할 수 있다. 이런 특징에 의해, 센서/안전장치에서의 문제 발생이 즉시 탐지될 수 있고, 이에 따라, 센서/안전장치가 갖춰진 머신의 동작의 긴급중단과 같은 적절한 안전조치가 유효하게 될 수 있다. 따라서, 안전성의 상당한 향상이 보장될 수 있다. 게다가, 본 발명에 따른 센서장치 및 안전장치는 정전용량의 변화를 탐지하여 상기 장치의 동작의 정상상태를 모니터하는 방식에 기초하여 실행되므로, 주위 전자기장 및 주위 온도와 같은 주위 조건의 변화에 기인한 센서장치의 오동작은 용량변화에 대해 즉시 탐지될 수 있어서, 적절한 조치를 즉시 취할 수 있고, 높은 신뢰성으로 안전성이 보장된다.
본 발명을 수행하기 위한 바람직한 태양에서, 센서장치는 전극판의 후방에 배치된 가드판 (guard plate) 과 가드판의 후방에 배치된 차폐판을 포함한다. 이러한 배치때문에, 전극판의 후면상 또는 후면을 따라 전계가 형성되지 않는다. 따라서, 탐지영역은 전극판들 사이에 한정된 공간으로 제한될 수 있다. 따라서, 잘못 탐지할 가능성이 경감 또는 억제되고, 이에 의해, 안전장치는 상기 영역내에서만 높은 신뢰성을 갖고 동작될 수 있다.
본 발명의 또다른 태양에 따르면, 소정 공간만큼 떨어져 서로 대향배치된 한 쌍의 전극판, 상기 전극판 중 어느 하나의 부분에 대향배치된 보조전극, 상기 한 쌍의 전극판 사이의 유효 용량변화에 기초하여 상기 공간내에 소정의 유전체가 존재하는지의 여부를 탐지하는 용량변화 탐지회로, 및 보조전극을 용량변화 탐지회로에 주기적으로 전기접속하므로써 센서장치의 유전체 탐지동작의 정상상태를 모니터하는 모니터 장치를 포함하는 센서장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 또다른 태양에 따르면, 전기적으로 접지된 머신의 소정 영역내에 적어도 인체의 일부가 들어오는 것을 탐지하여, 인체 탐지시 안전보장 조치를 작동시키는 안전장치가 제공된다. 안전장치는, 상기 한 쌍의 전극판 사이에 상기 영역만큼 서로 떨어져 대향배치된 한 쌍의 전극판, 상기 전극판 중 어느 하나의 부분에 대향배치된 보조전극, 상기 한 쌍의 전극판 사이의 유효 용량변화에 기초하여 상기 영역내에 적어도 인체의 일부가 존재하는지의 여부를 탐지하는 용량변화 탐지회로, 및 보조전극을 용량변화 탐지회로에 주기적으로 전기접속하여 센서장치의 인체 탐지동작의 정상상태를 모니터하는 모니터 장치를 포함한다.
상기 센서장치 및 안전장치의 구성을 이용하여, 당해 머신의 위험영역내에 인체 또는 그 일부의 존재를 탐지하는 동작의 정상상태가 보조전극판의 도움으로 주기적으로 모니터된다. 따라서, 문제 발생이 즉시 탐지될 수 있고, 이에 의해, 안전성이 더욱 보장될 수 있다.
본 발명을 수행하는 바람직한 태양에서, 센서장치는, 전극판 사이의 한정된 공간의 대향측에 있는 한 쌍의 전극판에 각각 대향배치되며 전기적으로 접지된 한 쌍의 차폐판을 더 포함할 수도 있다. 이러한 배치에 의해, 차폐판의 설치때문에 전극판의 후면상 및 후면을 따라 전자기장이 형성되지 않고, 이 차폐판은 잘못 탐지하는 것을 방지하는 데 더욱 현저하게 기여한다.
첨부도면과 관련하여, 일례로서 이하의 바람직한 실시예의 기술에 의해 본 발명의 상기 및 타 목적, 특징, 및 부수적인 장점을 더욱 용이하게 이해하게 될 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 보조전극이 설치되지 않은 상태에서 롤링 머신을 위한 안전장치 및 접지전극 용량형 센서장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 2 는 도 1 에 도시된 선 Ⅱ-Ⅱ을 따라 취한 단면도.
도 3 은 보조전극이 설치되지 않은 상태에서 도 1 에 도시된 용량변화 탐지회로 및 센서장치의 등가회로를 도시한 회로도.
도 4 는 본 발명에 따른 보조전극이 설치되지 않은 상태에서 롤링 머신을 위한 안전장치 및 층간전극 용량형 센서장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 5 는 도 4 에 도시된 선 Ⅴ-Ⅴ을 따라 취한 단면도.
도 6 은 보조전극이 설치되지 않은 상태에서 도 4 에 도시된 용량변화 탐지회로 및 센서장치의 등가회로를 도시한 회로도.
도 7 은 본 발명에 따른 보조전극이 설치되지 않은 상태에서 롤링 머신을 위한 안전장치 및 층간전극/접지전극 용량형 센서장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 8 은 도 7 에 도시된 선 Ⅷ-Ⅷ을 따라 취한 단면도.
도 9 는 보조전극이 설치되지 않은 상태에서 도 7 에 도시된 용량변화 탐지회로 및 센서장치의 등가회로를 도시한 회로도.
도 10 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 보조전극을 포함한 모니터 회로 및 용량변화 탐지회로, 및 접지전극 용량형 센서장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 11 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 보조전극판을 포함한 모니터 장치, 용량변화 탐지회로, 접지전극 용량형 센서장치의 회로구성과 함께 롤링 머신의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 12 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 보조전극판을 포함한 모니터 장치 및 용량변화 탐지회로의 등가회로도.
도 13 은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 보조전극판을 포함한 모니터 회로, 용량변화 탐지회로, 층간전극 용량형 센서장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 14 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 보조전극판을 포함한 모니터 장치, 용량변화 탐지회로, 층간전극 용량형 센서장치의 회로구성과 함께 롤링 머신의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 15 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 보조전극판을 포함한 모니터 장치 및 용량변화 탐지회로의 등가회로도.
도 16 은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 보조전극판을 포함한 모니터 회로, 용량변화 탐지회로, 층간전극/접지전극 용량형 센서장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 17 은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 보조전극판을 포함한 모니터 장치, 용량변화 탐지회로, 층간전극/접지전극 용량형 센서장치의 회로구성과 함께 롤링 머신의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 18 은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 보조전극판을 포함한 모니터 장치 및 용량변화 탐지회로의 등가회로도.
도 19 는 본 발명의 제 1, 제 2 및 제 3 실시예에 따른 장치의 동작을 각각 도시한 타이밍도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 롤링 밀 또는 머신 12 : 칩
16, 18 : 리덕션 롤 20 : 구동 시스템
22 : 센서장치 24 : 안전장치
26, 29 : 전극판 27 : 가드판
28, 30, 32 : 차폐판 34 : 프레임
42 : 지지 구조 44 : 용량변화 탐지회로
46 : 이중 동축케이블 49 : 내부 차폐도체
54, 56 : 측정전용 전원 58 : 밸런싱 커패시터
60 : 접합단자 62 : 접지단자
64 : 출력 전력 증폭기 68 : 제어장치
70 : 입력 인터페이스 회로 72 : 출력 인터페이스 회로
74 : 중앙연산/처리장치 76 : 기억장치
본 발명은 도면을 참조하여 바람직하거나 전형적인 실시예들로 간주되는 것과 관련하여 상세히 설명된다. 이하의 설명에서, 동일한 부재번호는 일부 도면에서 동일하거나 대응하는 부분들을 나타낸다. 본 발명이 적용할 수 있는 센서/안전장치로서, 3가지 유형의 센서장치, 즉, 접지전극 용량형, 층간전극 (inter-electrode) 용량형, 및 층간전극/접지전극 용량형을 고려할 수 있다. 이하의 설명에서, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해 우선 이들 3가지 유형의 센서장치의 구성 및 동작에 대해 설명하기로 한다. 다음에, 센서장치가 정상적으로 동작하는지의 여부를 모니터하기 위해 본 발명의 내용에 따라 제공되는 모니터 장치에 대해 설명한다. 또한, 이하에서, 롤링 밀 또는 머신을 위한 센서/안전 장치에 대해 본 발명의 내용을 적용한다는 가정하에 본 발명을 설명한다. 그러나, 이것은 단지 일례일 뿐이고, 여기에 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 구체화하는 센서/안전장치는 관련된 사람들의 안전을 보장하기 위하여 다른 여러 장치, 머신, 기구, 장비 등과 결합하여 채용될 수 있다.
우선, 본 발명을 적용할 수 있는 롤링 밀 또는 머신 (10) 의 구성을 개략적으로 도시한 도 1 및 도 2 를 참조하여 접지전극 용량형의 센서장치에 대해 설명하기로 한다. 롤링 머신 (10) 은 합성고무 등과 같은 플라스틱 재료의 칩 (12) 을 롤링하므로써 검사용 견본 (14) 을 제조하기 위해 고안된다. 이 목적을 위해, 롤링 머신 (10) 은 한 쌍의 리덕션 롤 (16,18) 을 포함한다.
리덕션 롤 (16,18) 은 도 2 의 화살표 A 및 B 로 표시된 바와 같이 상호 반대방향으로 구동 시스템 (20) 에 의해 회전구동된다. 따라서, 리덕션 롤 (16,18) 사이에 칩 (12) 을 삽입하므로써, 칩 (12) 은 리덕션 롤 (16,18) 의 상호작용을 통해 압착되어 견본 (14) 으로 변형된 후, 아래로 배출된다.
도 2 에서 알 수 있는 바와 같이, 칩 (12) 은 관여된 작업자 또는 운용자에 의해 수동으로 롤링 머신 안으로 밀어 넣어진다. 여기서, 운용자의 손이 리덕션 롤 (16,18) 에 지나치게 근접하면 위험하고 이렇게 되지 않아야 함을 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 이유로, 롤링 밀 또는 머신 (10) 에는 부재번호 (24) 로 표기된 안전장치와 부재번호 (22) 로 표기된 센서장치가 갖춰져 있다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 센서장치 (22) 는 리덕션 롤 (16,18) 과 소정 거리를 두고 평행하게 배치된 한 장의 전극판 (26) 을 포함한다. 더 구체적으로, 전극판 (26) 은 리덕션 롤 (16,18) 위에 배치된다. 전극판 (26) 과 리덕션 롤 (16,18) 사이에 한정된 공간은 운용자의 손과 같은 인체의 일부의 존재 또는 부재를 탐지하는 탐지영역으로 역할한다. 도 1 및 도 2 에 도시된 롤링 머신의 경우, 리덕션 롤 (16,18) 의 바로 위에 존재하는 실질적으로 전체 영역이 탐지영역으로 역할한다.
전극판 (26) 의 후방, 즉, 탐지영역의 반대측에 가드판 (27) 과 차폐판 (28) 이 배치되는데, 이 둘은 후자에 비해 비교적 짧은 거리로 전극판 (26) 과 평행하게 각각 장착된다. 차폐판 (28) 뿐만 아니라 가드판 (27) 은 전극판 (26) 의 전체표면을 완전히 덮을 수 있는 크기와 형상으로 스텐레스 스틸, 동, 알루미늄 등과 같은 높은 도전성을 갖는 전기적 도전재료로 이루어진다.
전극판 (26), 가드판 (27), 및 차폐판 (28) 은 롤링 머신 (10) 의 프레임 (34) 상에 장착된 지지 구조 (42) 에 의해 지지된다. 더 구체적으로, 차폐판 (28) 은 지지 구조 (42) 에 직접 고정되고 가드판 (27) 은 가드판 (27) 과 차폐판 (28) 사이에 삽입된 절연재료로 이루어진 스페이서 (31) 와 함께 절연재료로 이루어진 볼트 등에 의해 차폐판 (28) 에 고정된다. 마찬가지로, 전극판 (26) 은 전극판 (26) 과 가드판 (27) 사이에 삽입된 절연재료로 이루어진 스페이서 (33) 와 함께 절연재료의 볼트에 의해 가드판 (27) 에 고정된다. 말할 필요도 없이, 리덕션 롤 (16,18) 은 접지전위에 전기적으로 접속된다.
상기 구조를 이용하여, 전극판 (26) 과 리덕션 롤 (16,18) 은 서로 용량적으로 결합된다. 즉, 정전용량이 롤링 머신 (10) 의 리덕션 롤 (16,18) 과 전극판 (26) 사이에 유효하게 존재한다. 따라서, 전극판 (26) 과 리덕션 롤 (16,18) 사이에 한정된 공간내에 운용자의 손과 같은 인체의 일부가 들어오면 이에 상응하여 상술한 용량의 변화가 야기될 것이다.
상기 구성에서 실행되는 센서장치 (22) 에 의해 상응하는 용량변화의 관점에서 전극판 (26) 과 리덕션 롤 (16,18) 사이에 한정된 공간으로 인체의 일부 (예컨대, 운용자의 손) 가 들어오는 것을 탐지할 목적으로, 상기 용량변화를 나타내는 신호가 탐지신호로서 입력되는 용량변화 탐지회로 (44) 가 센서장치 (22) 와 관련하여 제공된다.
더 구체적으로, 전극판 (26) 은 이중 (double-layer) 동축케이블 (46) 의 심 또는 중심도체 (38) 를 매개로 하여 용량변화 탐지회로 (44) 의 입력단자 (50) 에 전기접속된다. 또한, 가드판 (27) 은 이중 동축케이블 (46) 의 내부 차폐도체 (49) 에 의해 용량변화 탐지회로 (44) 의 다른 입력단자 (51) 에 전기접속된다. 마찬가지로, 차폐판 (28) 은 이중 동축케이블 (46) 의 외부 차폐도체 (66) 에 의해 용량변화 탐지회로 (44) 의 다른 입력단자에 전기접속된다.
용량변화 탐지회로 (44) 는 4개의 브랜치 또는 암 (arm) 을 갖는 임피던스 브리지 회로의 형태로 실행되는데, 여기서, 측정전용 (measurement-dedicated) 전원 (54,56) 은 각각 2개의 암으로 전기적으로 삽입된다. 또한, 전극판 (26) 과 리덕션 롤 (16,18) 로 형성된 커패시터는 브리지 암 중 하나로 이루어진다. 밸런싱 커패시터 (58) 는 나머지 암에 삽입된다.
측정전용 전원 (54,56) 의 접합단자 (60) 와 밸런싱 커패시터 (58) 의 일단이 접속된 접지단자 (62) 사이에 출력 전력 증폭기 (64) 가 삽입된다. 또한, 차폐판 (28) 은 이중 동축케이블 (46) 의 외부 차폐도체 (66) 를 매개로 하여 전기적으로 접지된다.
도 3 은 전극판 (26) 및 리덕션 롤 (16,18) 사이에 형성된 용량을 나타내는 커패시터와 도 1 에 도시된 구성에서 유효한 다른 커패시터와 함께 용량변화 탐지회로 (44) 의 등가회로를 나타내는 회로도이다.
도 3 에서, 참조부호 C0는 전극판 (26) 과 리덕션 롤 (16,18) 사이에 형성된 용량을 나타내고, 부호 C1는 가드판 (27) 과 한편의 내부 차폐도체 (49), 및 차폐판 (28) 과 외부 차폐도체 (66) 사이에 형성된 용량을 나타낸다. 또한, CB는 밸런싱 커패시터 (58) 의 정전용량을 나타낸다. 또한, Ze1및 Ze2는 측정전용 전원 (54,56) 의 내부 임피던스를 각각 나타낸다. 또한, Zi는 출력 전력 증폭기 (64) 의 내부 임피던스를 나타낸다. 또, E1및 E2는 전원 (54,56) 을 각각 나타낸다.
이제, 도 3 에 도시된 회로의 동작에 대해 설명하기로 한다. 전극판 (26) 과 리덕션 롤 (16,18) 사이에 한정된 공간내에 공기만이 존재하는 상태에서 측정전용 전원 (54,56) 이 동작상태로 될 때, 측정전용 전원 (54) 로부터 용량 (C1) 을 통해 흐르는 전류는, 측정전용 전원 (54) 의 전압 (e1) 이 Ze1×i1으로 주어지는 전압보다 훨씬 더 클 때 임피던스 Zi로 흐를 수 있다.
이 경우, 1/(ωC0) 가 증폭기 (64) 의 내부 임피던스 (Zi) 보다 훨씬 더 클 때, 실질적으로 모든 전류 (i1) 가 내부 임피던스 (Zi) 로 흐른다. 한편, 전압 (e1) 과 동일한 전압 (e2) 에서 용량 (CB) 을 통해 측정전용 전원 (56) 으로부터 흐르는 전류 (i2) 가 전류 (i1) 와 같고 위상이 전류 (i1) 와 180°차이가 있을 때, 임피던스 (Zi) 를 통해 흐르는 전류는 0 일 것이다.
접지된 유전체 (예컨대, 운용자의 손) 가 전극판 (26) 과 리덕션 롤 (16,18) 사이에 한정된 공간으로 들어간다고 가정할 때, 용량 (C0) 은 유전체 (운용자의 손) 의 비유전율에 따라 상응하여 증가할 것이다. 이 증가 또는 증분이 △C 로 주어진 양으로 표현될 때, 전류 (i1) 는 e1ω△C 만큼 증가하여 임피던스 (Zi) 를 통해 흐를 것이다. 따라서, 출력신호는 출력 전력 증폭기 (64) 에 의해 발생된다. 유전체, 예컨대, 인체가 접지되어 있지 않고 부동 상태에 있을 때에도, 용량 (C0) 이 증가하여, 전류가 임피던스 (Zi) 를 통해 흘러 신호로서 출력될 것이다. 이런 식으로, 전극 (26) 과 리덕션 롤 (16,18) 사이에 한정된 공간내에 존재하는 인체의 일부를 탐지할 수 있다.
상기로부터 분명하듯이, 도 3 에 도시된 회로구성을 이용하여, 전극판 (26) 과 가드판 (27) 사이에 형성된 용량, 전극판 (26) 과 차폐판 (28) 사이의 용량, 이중 동축케이블 (46) 의 용량, 및 기타에 의해 생기는 방해를 받지 않고 전극판 (26) 과 리덕션 롤 (16,18) 사이의 유효 용량의 변화를 높은 신뢰도와 정확성을 가지고 탐지할 수 있다.
용량변화 탐지회로 (44) 의 출력 전력 증폭기 (64) 로부터 출력된 신호는 입력신호에 응답하여 제어신호를 발생하도록 고안된 제어장치 (68) 로 입력된 후, 상기 출력된 신호가 롤링 머신 (10) 의 긴급 중단을 발생시키기 위하여 적절한 타이밍에서 구동 시스템 (20) 으로 공급된다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 제어장치 (68) 는, 입력 인터페이스 회로 (70), 출력 인터페이스 회로 (72), 중앙처리장치 (CPU) 로 구성될 수 있는 중앙연산/처리장치 (74), 및 RAM 과 ROM 을 포함하는 기억장치 (76) 로 이루어진다. 용량변화 탐지회로 (44) 로부터 입력 인터페이스 회로 (70) 로 인가된 신호는 아날로그-디지털 변환되어 디지털 신호로서 중앙연산/처리장치 (CPU) (74) 로 공급된다.
중앙연산/처리장치 (74) 는 상술한 디지털 신호에 기초하여 전극판 (26) 과 리덕션 롤 (16,18) 사이의 유효 용량의 변화의 크기 △C 를 산술적으로 결정하는 것으로 역할한다. 이와 관련하여, 유전체를 대표하는 인체의 일부가 전극판 (26) 과 리덕션 롤 (16,18) 사이의 한정된 공간으로 들어갈 때 일어나는 용량변화의 최소값 (Cmin) 은 기억장치 (76) 에 미리 저장될 수도 있다. 이 경우, 중앙연산/처리장치 (74) 는 용량변화의 크기 (△C) 를 저장된 값 (Cmin) 과 비교하도록 고안될 수 있다. 용량변화의 크기 (△C) 가 최소값 (Cmin) 을 초과하는 것으로 판정되면, 전극판 (26) 과 리덕션 롤 (16,18) 사이의 공간내에 인체의 일부가 존재한다고 결정된다. 따라서, 긴급 중단을 위한 제어신호가 출력 인터페이스 회로 (72) 를 통해 출력 전력 증폭기 (64) 로부터 출력되어 롤링 머신 (10) 을 위한 구동 시스템 (20) 으로 공급될 수 있다.
이런 식으로, 칩 (12) 이 이 공간으로 들어올 때 전극판 (26) 과 리덕션 롤 (16,18) 사이의 한정된 공간 외부에 운용자의 손이 위치되는 한, 전극판 (26) 과 리덕션 롤 (16,18) 사이의 유효용량은 뚜렷한 변화를 겪지 않는다. 따라서, 롤링 머신 (10) 은 연속적으로 동작될 수 있다. 물론, 전극판 (26) 과 리덕션 롤 (16,18) 사이의 용량은 칩 (12) 이 상기 한정된 공간으로 이동할 때 변화하겠지만, 제어장치 (68) 의 기억장치 (76) 에 저장된 최소값 (Cmin) 을 초과하기에는 너무 작다.
한편, 운용자의 손 (즉, 인체의 일부) 이 전극판 (26) 과 리덕션 롤 (16,18) 사이로 삽입될 때, 그 사이의 유효용량은 안전장치가 롤링 머신 (10) 의 긴급 중단을 동작할 정도의 크기의 변화를 겪는다. 이와 관련하여, 기억장치 (76) 에 저장된 최소값 (Cmin) 은, 운용자가 그의 손을 전극판 (26) 과 리덕션 롤 (16,18) 사이의 공간으로 약간 밀어넣을 때 위험상태가 발생하지 않게 하는 판정이 내려지도록 설정될 수 도 있다. 또한, 운용자가 그의 손을 전극판과 리덕션 롤 사이에 둔 후 바로 빼는 경우, 긴급 중단신호가 발생되지 않는 구성이 동일하게 채택될 수 있다.
또한, 접지전극 용량형 센서장치 (22) 에서, 가드판 (27) 과 접지된 차폐판 (28) 은 일정거리를 두고 차폐판 (28) 의 후방에 배치된다. 결과적으로, 전극판 (26) 으로부터 리덕션 롤 (16,18) 로 내미는 것에만 전기력선이 형성된다. 이에 따라, 인체의 손 또는 일부가 위험하지 않은 전극판 (26) 의 후방에 위치하더라도, 전극판 (26) 과 리덕션 롤 (16,18) 사이의 유효용량에서 변화가 일어날 수 없고, 이는, 롤링 머신 (10) 의 불필요한 중단이 방지될 수 있음을 의미한다.
다음에, 도 4 내지 도 6 을 참조하여, 본 발명이 적용될 수 있는 층간전극 용량형 센서장치 (22) 에 대해 설명하기로 한다. 도 4 및 도 5 에 도시된 바와 같이, 지금 고려중인 층간전극 용량형 센서장치 (22) 는 한 쌍의 전극판 (26,29) 을 포함하는데, 이들은 소정 거리만큼 서로 떨어져 평행하게 배치된다. 더 구체적으로, 하나의 전극판 (26) 은 리덕션 롤 (16,18) 상에 배치되고, 다른 전극판 (29) 은 리덕션 롤 (16,18) 상의 롤링 머신의 다른 쪽에 배치된다.
전극판 (26,29) 사이에 한정된 공간은 작업자 또는 운용자의 손과 같은 인체의 일부의 존부를 탐지하기 위한 탐지영역으로 역할한다. 지금 고려중인 롤링 머신의 경우, 리덕션 롤 (16,18) 의 바로 위에 사용가능한 실질적으로 전체 공간은 탐지 공간 또는 영역으로 역할한다.
전극판 (26,29) 의 후방, 즉, 탐지영역의 반대측에 차폐판 (30,32) 이 각각 배치되는데, 이 둘은 후자에 비해 비교적 짧은 거리를 두고 전극판 (26,29) 에 대향하여 평행하게 각각 설치된다.
차폐판 (30,32) 은 각각 전극판 (26,29) 의 전체표면을 완전히 덮을 수 있는 크기와 형상으로 스텐레스 스틸, 동, 알루미늄 등과 같은 높은 도전성을 나타내는 전기적 도전재료로 각각 이루어진다.
한 쌍의 차폐판 (30,32) 뿐만 아니라 한 쌍의 전극판 (26,29) 은 각각 지지판 (42) 에 의해 지지되는데, 이것은 롤링 머신 (10) 의 프레임 (34) 에 장착된다. 더 구체적으로, 차폐판 (30,32) 은 각각 지지판 (36,38) 에 직접 고정되고, 전극판 (26,29) 은 전극판 (26) 과 차폐판 (30), 및 전극판 (29) 과 차폐판 (32) 사이에 각각 삽입된 절연재료로 이루어진 스페이서 (40) 를 갖는 절연재료로 이루어진 볼트 등에 의해 차폐판 (30,32) 에 각각 고정된다.
한편, 지지판 (36,38) 은 지지판 (36,38) 의 위치가 바라는대로 조정되도록 프레임 (34) 상에 장착된 지지축 (41) 상에 장착된다.
인체의 일부 (예컨대, 운용자의 손) 가 전극판 (26,29) 사이의 한정된 공간으로 들어오는 것을 상술한 구성에서 실행되는 센서장치 (22) 와 함께 그 사이의 유효용량의 변화의 관점에서 탐지하기 위하여, 도 1 내지 도 3 을 참조하여 상술한 접지전극 용량형 센서장치의 경우에서와 같이, 용량변화 탐지회로 (44) 가 제공된다. 층간전극 용량형 센서장치를 위한 제어장치 (68) 와 용량변화 탐지회로 (44) 의 구성은 접지전극 용량형 센서장치의 것과 기본적으로 유사하다. 그러나, 세부적으로는, 층간전극 용량형 센서장치는 접지전극 용량형 센서장치와 다르다. 이에 따라, 층간전극 용량형의 센서장치 (22) 를 아래에서 상술한다. 첨언하면, 상술한 것과 동일하거나 등가의 기능으로 역할하는 층간전극 용량형 센서장치 (22) 의 부품 또는 소자들은 각각 동일한 부재번호로 표기된다.
전극판 (26,29) 은 동축케이블 (47) 의 중심도체 (48) 에 의해 용량변화 탐지회로 (44) 의 입력단자 (50,52) 에 각각 전기적 접속된다. 용량변화 탐지회로 (44) 는 4개의 암을 갖는 임피던스 브리지 회로 형태로 실행되는데, 측정전용 전원 (54,56) 은 각각 2개의 암으로 전기적으로 삽입된다. 또한, 전극판 (26,29) 사이에 형성된 용량은 나머지 브리지 암 중 하나로 이루어지고 밸런싱 커패시터 (58) 는 나머지 암에 삽입된다. 출력 전력 증폭기 (64) 는 측정전용 전원 (54,56) 사이의 접합을 이루는 접지단자 (60) 과, 입력단자 (52) 에 접속된 단자 (62) 와의 사이에 제공된다. 한편, 차폐판 (30,32) 은 동축케이블 (47) 의 외부도체 (66) 를 통해 각각 전기적으로 접지된다.
도 6 은 전극판 (26,29) 사이에 형성된 용량과 다른 부품에서 나타나는 다른 커패시터와 함께 용량변화 탐지회로 (44) 의 등가회로를 도시한 회로도이다. 도 6 에서, 참조부호 (C0) 는 전극판 (26,29) 사이에 형성된 용량을 나타내고, 부호 (C1,C2) 는 전극판 (26,29) 과 차폐판 (30,32), 및 동축케이블 (47) 사이에 형성된 용량을 각각 나타낸다. 또한, CB는 밸런싱 커패시터 (58) 의 용량을 나타낸다. 또한, Ze1및 Ze2는 측정전용 전원 (54,56) 의 내부 임피던스를 각각 나타낸다. 또한, Zi는 출력 전력 증폭기 (64) 의 내부 임피던스를 나타낸다.
이하, 도 6 에 도시된 회로의 동작에 대해 설명하기로 한다. 전극판 (26,29) 사이의 한정된 공간내에 공기만이 존재하는 상태에서 측정전용 전원 (54,56) 이 동작상태로 될 때, 측정전용 전원 (54) 으로부터 용량 (C2) 을 통해 흐르는 전류는, 측정전용 전원 (54) 의 전압 (e1) 이 Ze1×i1으로 주어진 전압보다 훨씬 더 클 때 임피던스 (Zi) 로 거의 흐르지 않는다. 즉, 내부 임피던스 (Zi) 를 통해 흐르는 전류는 무시할 만하다.
한편, 커패시터 (C0) 를 통해 흐르는 전류는 커패시터 (C1) 와 임피던스 (Zi) 를 통해 흐르는 전류 부품으로 각각 분할된다. 이 경우, 1/(ωC1) 이 임피던스값 (Zi) 보다 훨씬 더 클 때, 실질적으로 모든 전류 (i1) 는 내부 임피던스 (Zi) 를 통해 흐를 것이다. 전압 (e1) 과 동일한 전압 (e2) 에서 커패시터 (CB) 를 통해 측정전용 전원 (56) 으로부터 흐르는 전류 (i2) 가 전류 (i1) 와 동일하고 위상차가 180°인 때, 임피던스 (Zi) 를 통해 흐르는 전류는 0 이다.
접지된 유전체, 예컨대, 운용자의 손과 같은 인체의 일부가 전극판 (26,29) 사이의 한정된 공간으로 들어온다고 가정하면, 유전체는 부가적인 용량 (C1,C2) 을 이룸에 따라, 용량 (C0) 은 유전체의 비유전율에 따라 감소할 것이다. 이 감소분을 △C 라 하면, 전류 (i1) 는 e1ω△C 만큼 감소할 것이고, 전류가 임피던스 (Zi) 를 통해 흘러 신호로서 출력된다.
또한, 인체와 같은 유전체가 접지상태가 아닌 부동상태에 있을 때, 용량 (C0) 은 증가하고, 전류가 임피던스 (Zi) 를 통해 역방향으로 흐른다.
상기로부터 분명하듯이, 도 6 에 도시된 회로구성은 전극판 (26,29) 과 차폐판 (30,32) 사이에 형성된 용량, 동축케이블 (47) 의 용량, 및 기타에 의해 생기는 방해를 받지 않고 전극판 (26,29) 사이의 유효 용량의 변화를 높은 신뢰도와 정확성을 가지고 탐지할 수 있다.
용량변화 탐지회로 (44) 로부터 인가된 탐지신호에 응답하여 긴급중단신호를 보내는 제어장치 (68) 의 구성은 도 1, 도 2, 및 도 3 을 참조하여 상술한 접지전극 용량형 센서장치의 것과 본질적으로 동일하다.
제어장치 (68) 의 동작시, 중앙연산/처리장치 (CPU) (74) 는 용량변화 탐지회로 (44) 로부터 공급된 입력신호에 기초하여 전극판 (26,29) 사이의 용량변화의 크기 (△C) 를 산술적으로 결정한다. 전형적인 유전체의 일례인 인체의 일부가 전극판 (26,29) 사이의 한정된 공간으로 들어올 때 발생하는 용량변화의 최소값 (Cmin) 은 기억장치 (76) 에 미리 저장될 수도 있다. 이 경우, 중앙연산/처리장치 (74) 는 결정된 용량변화의 크기 (△C) 와 데이터 (Cmin) 를 서로 비교한다. 용량변화의 크기 (△C) 가 최소값 (Cmin) 을 초과한다고 결정되면, 전극판 (26,29) 사이에 인체의 일부가 존재한다고 판정되고, 이에 의해, 롤 밀 (10) 의 긴급중단을 위한 제어신호가 출력 인터페이스 회로 (72) 를 통해 제어장치 (68) 로부터 출력되어 롤링 머신 (10) 을 위한 구동 시스템 (20) 으로 공급된다.
이런 식으로, 층간전극 용량형 센서장치 (22) 가 갖춰진 안전장치 (24) 를 이용하여, 칩 (12) 을 롤링 머신으로 밀어 넣을 때 운용자의 손이 전극판 (26,29) 사이의 한정된 공간의 외부에 있는 한, 전극판 (26,29) 사이의 용량은 쉽게 알아볼 수 있게 변화하지 않아, 롤링 머신 (10) 이 계속 동작하게 한다.
물론, 칩 (12) 이 전극판 (26,29) 사이의 한정된 공간을 통해 이동할 때 용량은 변화할 것이다. 그러나, 이 변화의 크기는 제어장치 (68) 의 기억장치 (76) 에 저장된 최소값 (Cmin) 을 초과하기에는 너무 작다.
한편, 운용자의 손 (즉, 인체의 일부) 이 전극판 (26,29) 사이에 삽입될 때, 그 사이의 용량은 안전장치 (24) 가 롤링 머신 (10) 의 긴급중단을 작동시킬 정도의 크기의 변화를 겪는다. 여기서, 기억장치 (76) 에 저장된 최소값 (Cmin) 은 선택적으로 설정되어 운용자의 손이 전극판 (26,29) 사이의 공간으로 조금 뻗칠 때 위험상태가 발생하지 않는다고 판정한다. 또한, 운용자가 전극판 사이에 그의 손을 둔 후 바로 빼는 경우, 긴급중단신호가 발생되지 않는 구성이 동일하게 채택될 수 있다.
또한, 층간전극 용량형의 센서장치 (22) 에서, 접지된 차폐판 (30,32) 은 거리를 두고 전극판 (26,29) 의 후방에 각각 배치된다. 결과적으로, 한 전극판 (26) 의 후면으로부터 다른 전극판 (29) 의 후면으로 뻗는 전기력선이 나타나지 않는다. 이에 따라, 인체의 손 또는 다른 부분이 위험하지 않은 전극판 (26,29) 의 후면에 위치하더라도, 전극판 (26,29) 사이의 유효용량의 변화가 일어나지 않고, 이는, 롤링 머신 (10) 의 불필요한 중단이 방지될 수 있음을 의미한다.
다음에, 도 7, 도 8, 및 도 9 를 참조하여, 본 발명이 적용될 수 있는 층간전극/접지전극 용량형의 센서장치에 대해 설명하기로 한다. 도 7, 도 8, 및 도 9 는 층간전극/접지전극 용량형의 센서장치가 갖춰진 롤링 머신 (10) 의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 롤링 머신 (10) 은 합성고무 등과 같은 플라스틱 재료의 칩 (12) 을 롤링하므로써 검사용 견본 (14) 을 제조하기 위해 고안된다. 이 목적을 위해, 롤링 머신 (10) 은 한 쌍의 리덕션 롤 (16,18) 을 포함한다. 리덕션 롤 (16,18) 은 도 8 의 화살표 A 및 B 로 표시된 바와 같이 상호 반대방향으로 구동 시스템 (20) 에 의해 각각 회전구동된다. 따라서, 리덕션 롤 (16,18) 사이의 한정된 공간으로 칩 (12) 을 밀어 넣음으로써, 칩 (12) 은 리덕션 롤 (16,18) 의 상호작용에 의해 압착되어 견본 (14) 으로 변형된 후 머신으로부터 아래로 배출된다.
도 8 에서 알 수 있는 바와 같이, 칩 (12) 은 운용자 또는 작업자의 손에 의해 밀어 넣어진다. 여기서, 운용자의 손이 리덕션 롤 (16,18) 에 과도하게 가까이 이동하는 것은 위험하여 회피되어야 함을 쉽게 알 수 있을 것이다. 이러한 이유로, 롤링 머신 (10) 에는 본 발명이 적용될 수 있는 센서장치 (22) 를 포함하는 안전장치 (24) 가 갖춰져 있다.
도 7 에서 알 수 있는 바와 같이, 지금 고려중인 센서장치 (22) 는 소정 거리를 두고 서로 평행하게 배치된 한 쌍의 전극판 (26,29) 을 포함한다. 더 구체적으로, 한 전극판 (26) 은 리덕션 롤 (16,18) 바로 위에 롤링 머신 (10) 의 한쪽에 배치된다. 다른 전극판 (29) 은 리덕션 롤 (16,18) 위에 롤링 머신 (10) 의 다른 쪽에 배치된다. 이들 전극판 (26,29) 사이의 한정된 공간은 운용자의 손 등과 같은 인체의 일부의 존부를 탐지하는 탐지영역으로 역할한다. 지금 고려중인 롤링 머신의 경우, 리덕션 롤 (16,18) 바로 위의 실질적으로 전체영역이 탐지영역으로 역할한다.
전극판 (26,29) 의 후방, 즉, 탐지영역의 반대측에 가드판 (23,25) 과 접지전위에 접속된 차폐판 (30,32) 이 각각 배치되는데, 가드판 (23,25) 과 차폐판 (30,32) 은 후자에 비해 비교적 짧은 거리를 두고 대응하는 전극판 (26,29) 에 대향하여 평행하게 각각 배치된다. 가드판 (23,25) 과 차폐판 (30,32) 은 전극판 (26,29) 의 전체표면을 완전히 덮을 수 있는 크기와 형상으로 형성되며 스텐레스 스틸, 동, 알루미늄 등과 같은 높은 도전성을 갖는 전기적 도전재료로 각각 이루어진다.
가드판 (23,25) 및 차폐판 (30,32) 뿐만 아니라 전극판 (26,29) 은 지지판 (36,38) 으로 각각 지지되며, 지지판은 롤링 머신 (10) 의 프레임 (34) 상에 장착된다. 더 구체적으로, 차폐판 (30,32) 은 각각 지지판 (36,38) 에 직접 고정된다. 가드판 (23,25) 은 가드판 (30,32) 과 차폐판 (30,32) 사이에 개재된 절연재료로 이루어진 스페이서 (40') 와 함께 절연재료로 이루어진 볼트 등에 의해 차폐판 (30,32) 에 각각 고정된다. 마찬가지로, 전극판 (26,29) 은 전극판 (26,29) 과 가드판 (30,32) 사이에 개재된 절연재료로 이루어진 스페이서와 함께 절연재료의 볼트에 의해 각각 가드판 (23,25) 에 고정된다. 한편, 지지판 (36,38) 은 지지판 (36,38) 의 위치가 원하는대로 각각 조정될 수 있도록 프레임 상에 차례로 장착된 지지축 (41) 상에 장착된다.
상기 구성에서 실행되는 센서장치 (22) 에서 용량의 상응하는 변화의 관점에서 전극판 (26,29) 사이의 한정된 공간으로 인체의 일부 (예컨대, 운용자의 손) 가 들어 오는 것을 탐지할 목적으로, 상술한 용량변화를 나타내는 신호를 탐지신호로서 입력하는 용량변화 탐지회로 (44) 가 제공된다. 더 구체적으로, 전극단자 (26,29) 는 이중 동축케이블 (46) 의 중심도체 (48) 를 매개로 하여 용량변화 탐지회로 (44) 의 입력단자 (50,52) 에 각각 전기적으로 접속된다. 용량변화 탐지회로 (44) 는 4개의 암을 갖는 임피던스 브리지의 형태로 실행되는데, 측정전용 전원 (54,56) 은 각각 2개의 암으로 전기적으로 삽입된다. 또한, 전극판 (26,29) 으로 구성된 커패시터는 상기 암 중 하나에 접속되고 밸런싱 커패시터 (58) 는 나머지 암으로 삽입된다. 전극판 (26,29) 으로 구성된 커패시터와 밸런싱 커패시터 (58) 사이의 접합점 (62) 과 측정전용 전원 (54,56) 으로 형성된 접합단자 (60) 사이에 출력 전력 증폭기 (AMP) (64) 가 전기적으로 삽입된다. 측정전용 전원 (56) 의 단자 (50') 는 접지전위에 접속된다. 가드판 (23,25) 과 차폐판 (30,32) 은 이중 동축케이블 (46) 의 내부도체 (49) 와 이중 동축케이블 (46) 의 외부도체 (66) 를 매개로 하여 각각 접지된다.
도 9 는 전극판 (26,29) 사이에 형성된 용량을 나타내는 커패시터와 도 7 에 도시된 구성에서 나타나는 용량을 나타내는 다른 커패시터와 함께 용량변화 탐지회로 (44) 의 등가회로를 나타내는 회로도이다. 더 구체적으로, 도 9 에서, 참조부호 (C0) 는 전극판 (26,29) 사이에 형성된 용량을 나타내는 커패시터를 나타낸다. 참조부호 (C1및 C2) 는 전극판 (26,29) 과 리덕션 롤 (16,18) 사이에 형성된 용량을 나타내는 커패시터를 각각 나타낸다. 또한, C3는 가드판 (23,25) 과 이층 동축케이블 (46) 에 기인한 용량을 집합적으로 나타내는 커패시터를 나타내고, CB는 밸런싱 커패시터 (58) 의 용량을 나타낸다. 또한, Zi는 출력전력 증폭기 (64) 의 내부 임피던스를 나타낸다.
이하, 도 9 에 도시된 회로의 동작에 대해 기술하는데, 여기서, C5와 C6은 전극판 (29) 과 차폐판 (32) 사이의 가드판 (25) 의 배치와 전극판 (26) 과 차폐판 (30) 사이의 가드판 (23) 의 배치에 기인한 용량을 각각 나타내고, C3과 CB는 브리지 회로의 밸런스된 상태의 실현을 용이하게 할 목적으로 전극판 (29,26) 사이와 전극판 (29) 및 차폐판 (30) 사이에 추가로 설치된 커패시터를 나타낸다. 전극판 (29,26) 사이에 공기만이 존재하는 상태에서 전원 (e1,e2) 이 턴온될 때, 커패시터 (C0,C3) 의 결합용량 (C3) 과 임피던스 (Zi) 를 통해 전원 (e1) 으로부터 흐르는 전류 (i1) 는 커패시터 (C2,CB) 의 결합용량 (C2B) 과 임피던스 (Zi) 를 통해 전원 (e2) 으로부터 흐르는 전류 (i2) 와 동일하다. 따라서, 전류 i1과 i2사이의 위상차가 180°일때, 임피던스 (Zi) 를 통해 흐르는 전류는 0 이다. 이제, 유전체 (인체의 일부)가 전극판 (29,26) 사이의 한정된 공간으로 들어 간다고 가정한다. 그때, 용량 (C0) 은 유전체의 비유전율에 상응하는 양만큼 감소할 것이다. 이 감소분을 △C 로 표현하면, 전류 (i1) 는 e1ω△C 만큼 감소할 것이고, 그 결과 전류가 임피던스 (Zi) 를 통해 흘러 신호로서 탐지된다.
상기로부터 분명하듯이, 도 7 및 도 9 에 도시된 회로구성을 이용하여, 한편의 전극판 (26,29) 과 차폐판 (30,32) 사이, 및 다른 한편의 차폐판 (30,32), 이층 동축케이블 (46) 및 기타 사이에 형성된 용량에 기인한 방해를 겪지 않고 전극판 (26,29) 사이의 유효용량을 높은 정확도와 신뢰성으로 탐지할 수 있다.
용량변화 탐지회로 (44) 의 출력전력 증폭기 (64) 로부터 출력된 신호는 입력신호에 응답하여 제어신호를 발생하도록 고안된 제어장치 (68) 로 입력된다. 그후, 제어신호는 롤링 머신 (10) 의 긴급중단을 작동하기 위하여 구동 시스템 (20) 으로 공급된다.
더 구체적으로, 도 7 에 도시된 바와 같이, 제어장치 (68) 는 입력 인터페이스 회로 (70), 출력 인터페이스 회로 (72), 중앙연산/처리장치 (CPU) (74), 및 기억장치 (76) 로 구성된다. 용량변화 탐지회로 (44) 로부터 출력되고 입력 인터페이스 회로(70) 를 통해 입력된 신호는 아날로그-디지털 변화를 겪어 디지털 신호로서 중앙연산/처리장치 (74) 로 공급된다. 중앙연산/처리장치 (74) 는 입력신호에 기초하여 전극판 (26,29) 사이에 나타나는 용량의 변화의 크기 (△C) 를 산술적으로 결정하기 위해 역할한다. 여기서, 전형적인 유전체의 일례인 인체의 일부가 전극판 (26,29) 사이의 한정된 공간으로 들어갈 때 발생하는 용량의 변화의 최소값 (Cmin) 은 기억장치 (76) 에 미리 저장될 수도 있다. 이 경우, 중앙연산/처리장치 (CPU) (74) 는 결정된 용량의 변화의 크기 (△C) 를 저장된 데이터 (Cmin) 와 비교하도록 고안될 수도 있다. 용량변화의 크기 (△C) 가 최소값 (Cmin) 을 초과한다고 판정될 때, 전극판 (26,29) 사이의 공간내에 유전체, 예컨대, 인체의 일부가 있다고 판정되고, 이에 의해, 롤링 머신 (10) 의 긴급중단을 위한 제어신호가 출력 인터페이스 회로 (72) 를 통해 제어장치 (68) 로부터 출력되어 긴급중단을 유효하게 하기 위하여 롤링 머신 (10) 의 구동 시스템 (20) 으로 공급된다.
다음에, 안전장치 (24) 의 동작에 대해 간단히 설명한다. 플라스틱 재료 등의 칩 (12) 이 상기 공간으로 들어 올 때 운용자의 손이 전극판 (26,29) 사이의 한정된 공간 외부에 위치하는 한, 전극판 (26,29) 사이의 용량은 인식가능한 변화를 겪지 않아, 롤링 머신 (10) 이 계속 동작하게 된다. 물론, 칩 (12) 이 전극판 (26,29) 사이의 한정된 공간을 통과할 때 용량이 변화하겠지만, 그 크기는 제어장치 (68) 의 기억장치 (76) 에 저장된 최소값 (Cmin) 을 초과하기에는 너무 작다. 한편, 운용자의 손 (즉, 인체의 일부) 이 전극판 (26,29) 사이로 삽입될 때, 그 사이의 용량은 안전장치가 롤링 머신 (10) 의 긴급중단을 작동시킬 정도의 크기의 변화를 겪는다. 여기서, 기억장치 (76) 에 저장된 최소값 (Cmin) 은 운용자의 손이 전극판 (26,29) 사이의 공간으로 약간 뻗을 때 위험상태가 발생하지 않는다는 판정이 중앙연산/처리장치 (74) 에 의해 내려진다. 또한, 운용자가 그의 손을 전극판 사이에 둔 후 바로 빼내는 경우, 긴급중단신호의 발생이 방지되는 구성이 동등하게 채택될 수 있다. 시간의 함수로서 용량변화율을 고려하므로써 위험상태의 발생에 대한 판정이 이루어지도록 제어장치 (68) 를 실행하여 이러한 특징이 실현될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 센서장치 (22) 에서, 접지된 차폐판 (30,32) 과 가드판 (23,25) 은 거리를 두고 전극판 (26,29) 의 후방에 각각 배치된다. 결과적으로, 한 전극판 (26) 의 후면으로부터 다른 전극판 (29) 의 후면으로 뻗는 전기력선은 형성되지 않는다. 이에 따라, 인체의 손 또는 일부가 위험이 없는 전극판 (26,29) 의 후면에 위치하더라도, 전극판 (26,29) 사이에서의 용량의 변화는 일어날 수 없고, 이는, 쓸데없이 롤링 머신 (10) 이 중단되는 일이 방지될 수 있다.
상기의 접지전극 용량형, 층간전극 용량형, 및 접지전극/층간전극 용량형의 센서장치에서, 안전장치 (24) 의 제어장치 (68) 로부터 출력된 신호에 응답하여 롤링 머신 (10) 의 동작이 중단되는 구성이 채택된다. 그러나, 본 발명은 이러한 구성에만 제한되는 것은 아니다. 롤링 머신의 동작을 정지시키는 대신, 운용자에게 위험상태의 발생을 알리기 위하여 경보만을 발생시킬 수도 있다. 대안으로, 경보발생과 롤링 머신의 동작중단을 동시에 유효하게 할 수도 있다. 어느 경우든지, 안전이 보장될 수 있다. 물론, 다른 적절한 안전조치를 취할 수도 있다.
상기에서, 밀 롤러 상의 위험공간에 운용자의 손이 접근하는 것을 탐지하는 것이 관심사라는 가정하에, 접지전극 용량형, 층간전극 용량형, 및 층간전극/접지전극 용량형의 센서장치 (22) 의 구성 및 동작에 대해 설명하였다. 이러한 센서 장치와 관련하여, 본 발명은 센서장치 (22) 가 정상적으로 동작하는지의 여부를 모니터하는 수단에 대한 것이며, 이하, 이것에 관해 설명하기로 한다.
본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 상술한 모니터 기능을 갖는 것으로 알려진 접지전극 용량형 센서장치 (22) 가 제공된다. 도 10 및 도 11 은 본 발명의 일실시예에 따른 모니터 장치가 갖춰진 센서장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 10 및 도 11 을 참조하면, 작은 영역의 보조전극 (80) 은 짧은 거리를 두고 전극판 (26) 에 대향하여 평행하게 배치되는데, 보조전극판 (80) 이 접지전위에 접속될 때 용량변화 탐지회로 (44) 가 인체의 일부의 접근 탐지시 발생된 것과 유사한 출력신호를 발생시키도록, 보조전극판 (80) 은 접지전위에 전기적으로 접속된다. 도 11 에서 알 수 있는 바와 같이, 절연재료 (82) 는 전극판 (26) 과 마주보는 보조전극판 (80) 의 한 표면상에 배치된다. 절연재료 (82) 는 보조전극판 (80) 과 전극판 (26) 사이에서 단락 발생을 방지하는 것으로 역할한다.
제어장치 (68) 의 중앙연산/처리장치 (CPU) (74) 와 출력 인터페이스 회로 (72) 사이에 동기회로 (86) 와 스위칭회로 (88) 로 이루어진 제어회로 (84) 가 배치된다. 스위칭 회로 (88) 에 포함된 스위칭소자 (90) (도 10 참조) 를 턴온 또는 턴오프하므로써, 보조전극판 (80) 이 접지되거나 부동상태로 설정된다.
센서장치 (22) 가 정상상태로 동작하는지의 여부를 모니터할 목적으로 보조전극판 (80) 이 매초 주기적으로 접지되도록 스위칭소자 (90) 는 예컨대 초당 수밀리초 정도의 기간동안 반복적으로 턴온 또는 닫히도록 고안될 수 있다.
더 구체적으로, 도 11 에서 알 수 있는 바와 같이, 스위칭 회로 (88) 의 스위칭소자 (90) 의 한 단자는 보조전극판 (80) 의 일단에 전기적으로 접속되고 스위칭 소자 (90) 의 타 단자는 동축케이블 (92) 의 중심도체 (94) 의 일단에 전기적으로 접속되며, 중심도체 (94) 의 타단은 용량변화 탐지회로 (44) 의 내부를 통해 접지된다.
또한, 절연재료 (82) 는 동축케이블 (92) 의 외부 도체로서 역할하는 차폐도체에 접속되고, 이 도체는 용량변화 탐지회로 (44) 의 내부를 통해 역시 접지된다.
또한, 제어회로 (84) 에 포함된 동기회로 (86) 는 중앙연산/처리장치 (74) 와 출력 인터페이스 회로 (72) 사이에 접속된다. 스위칭소자 (90) 가 턴온 또는 닫힐 때마다, 외부도체 (66) 는 탐지신호가 중앙연산/처리장치 (74) 로부터 출력되지 못하게 하여 출력 인터페이스 회로 (72) 로 공급되어, 이에 의해 모니터 동작단계에서 롤링 머신을 위한 구동 시스템 (20) 의 긴급중단이 유효하지 못하게 한다.
도 12 는 본 발명의 일실시예에 따른 모니터 회로가 갖춰진 용량변화 탐지회로의 등가회로도이다. 도 12 와 도 13 을 비교하여 알 수 있는 바와 같이, 부동상태에 있는 보조전극판 (80) 에 기인한 용량을 나타내는 커패시터 (△C') 와 스위칭소자 (90) 의 직렬회로가 커패시터 (C0) 와 평행하게 접속되어 있다는 점에서, 도 12 에 도시된 회로구성은 도 3 에 도시된 것과 다르다.
스위칭소자 (90) 가 중앙연산/처리장치 (CPU) (74) 의 제어하에 턴온 또는 닫힐 때, 보조전극판 (80) 은 접지전위에 전기적으로 접속되고, 그 결과, 용량 (△C') 은 용량 (C0) 과 평행하게 전기적으로 접속되도록 보조전극판 (80) 과 전극판 (26) 사이에서 유효하게 되고, 결과적으로, 용량 (C0) 은 용량 (△C') 에 상응하는 비 (△C) 만큼 증가하게 되는데, 이는, 예컨대 운용자의 손과 같은 인체의 일부의 탐지시 발생된 것에 비교할만한 용량 (C0) 의 변화가 발생하고, 이에 이해, 인체 탐지신호와 본질적으로 동일한 탐지신호가 용량변화 탐지회로로부터 출력됨을 의미한다.
이 시점에서, 스위칭소자 (90) 가 오프상태일 때 보조전극판 (80) 과 전극판 (26) 사이에 나타나는 용량 (△C') 이 상술한 용량변화의 최소값 (Cmin) 보다 더 작다는 점을 도 12 에 도시된 회로와 관련하여 언급한다. 이에 따라, 스위칭소자 (90) 의 개방 또는 오프상태에서, 인체의 부재를 나타내는 것에 비교할만한 신호가 발생된다. 한편, 스위칭 소자 (90) 가 닫힐 때, 용량 (C0) 은 용량 (△C') 에 상응하는 비 (△C) 만큼 증가하고, 결과적으로, 인체 탐지신호에 비교할만한 탐지신호가 발생된다.
스위칭소자 (90) 를 닫을 때 탐지신호가 발생되는 경우, 이 신호는 센서장치 (22) 가 정상동작함을 나타낸다. 이에 따라, 운용자가 쉽게 인식할 수 있도록 상응하는 메시지가 표시될 수 있다. 마찬가지로, 센서장치 (22) 가 정상상태가 아니면, 그러한 효과를 나타내는 메시지가 근처에서 작업중인 운용자의 주의를 환기시키기 위해 발생될 수 있다. 이런 식으로, 센서장치 (22) 의 정상상태는 센서장치 (22) 가 정상적으로 동작함을 확인하기 위해 항상 모니터될 수 있다.
도 19 는 상술한 동작을 도시하는 타이밍도이다. 이 도면에서, 도 10 에 도시된 출력전력 증폭기 (64) 의 출력전압은 (a) 에 도시되어 있다. 운용자의 손과 같은 인체의 일부가 탐지되지 않으면, 출력 전력 증폭기 (64) 의 출력전압은 예컨대 전압레벨이 +24 V 인 것으로 가정한다. 한편, 손이 탐지되면, 출력전압은 안전보장 정보신호로서 예컨대 전압레벨이 0 내지 +12V 인 것으로 가정한다.
중앙연산/처리장치 (74) 로부터의 동작신호가 도 19 의 (b) 에 도시되어 있고, 다음에 스위칭회로 (88) 에 포함된 스위칭소자 (90) 를 턴온 또는 닫기 위한 체크신호가 따르는데, 이것은 보조전극판 (80) 을 접지전위에 접속시키는 것을 포함한다. 다음에, 스위칭소자 (90) 가 턴오프되고, 통상의 용량변화 감지 또는 탐지 동작상태로 전이한다.
트리거펄스의 리딩 에지 (leading edge) 로부터 체크신호의 트레일링 에지 (trailing edge) 까지의 모니터기간 (TC) 동안, 도 19 의 (c) 에 도시된 바와 같이, 모니터 기간동안 출력 인터페이스 회로 (72) 로 공급된 탐지신호를 방해할 목적으로 정지신호가 출력되고, 이에 의해 구동 시스템 (20) 에 의해 롤링 머신의 의외의 중단이 방지된다.
첨언하면, 도 19 에 도시된 모니터 기간 (TC) 은 30 mS 로 설정되고, 통상의 감지 또는 탐지기간 (TS) 는 예컨대 1 초로 설정될 수 있다. 물론, 이것은 일례일 뿐이다. 이들 기간의 지속시간은 다소 임의로 설정될 수 있고, 적절히 또는 경험에 의해 변경될 수 있다.
다음에, 도 13 및 도 14 를 참조하여, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 모니터 기능을 갖는 것으로 알려진 층간전극 용량형의 센서장치 (22) 에 대해 설명하기로 한다.
도면에서 알 수 있는 바와 같이, 작은 영역의 보조전극판 (80) 은, 상술한 접지전극 용량형 센서장치의 경우에서와 같이, 전극판 중의 하나 (지금 고려중인 센서장치 (22) 에서의 전극판 (29)) 의 근방에 평행하게 배치된다. 동축케이블 (92) 의 중심도체 (94) 의 일단은 보조전극판 (80) 에 접속되고, 중심도체 (94) 의 타단은 스위칭회로 (88) 의 스위칭소자 (90) 에 의해 측정전용 전원 (54) 의 입력단자 (50) 에 접속된다 (도 13 및 도 14 참조). 또한, 전극판 (29) 과 함께 단락회로의 형성을 억제하는 절연재료 (82) 는 용량변화 탐지회로 (44) 의 내부를 통해 접지전위에 접속된 동축케이블 (92) 의 차폐도체 (96) 에 전기적으로 접속된다.
도 15 는 상술한 회로구성의 등가회로를 나타내는 회로도이다. 도 6 과의 비교로부터 쉽게 알 수 있는 바와 같이, 부동상태인 보조전극판 (80) 의 용량을 나타내는 커패시터 (△C') 와 스위칭소자 (90) 의 직렬회로는 도 6 에 도시된 등가회로의 용량 (C0) 에 평행하게 추가로 접속된다는 점에서, 지금 고려중인 층간전극 용량형 센서장치는 도 6 에 도시된 층간전극 용량형 센서장치의 등가회로와는 다르다.
스위칭 소자 (90) 가 턴온될 때, 보조전극판 (80) 과 전극판 (29) 사이의 유효용량 (△C') 은 C0와 평행하게 접속되고, 이에 의해, 용량 (C0) 은 △C 만큼 증가한다. 용량증분 (△C) 과 함께, 인체의 일부의 탐지시 발생된 탐지신호에 비교할만한 탐지신호가 발생된다. 한편, 스위칭소자 (90) 가 개방상태 (오프상태) 인 때, 용량 (C0) 은 불변이고, 이에 의해, 인체의 탐지가 없음을 나타내는 신호에 비교할만한 신호가 센서장치로부터 출력된다.
첨언하면, 본 발명의 일실시예에 따른 층간전극 용량형의 센서장치 (22) 의 경우, 도 19 에 도시된 바와 같이, 중앙연산/처리장치 (CPU) (74) 는 정지신호가 발생되는 모니터 기간 (TC) 동안 출력 인터페이스 회로 (72) 로 탐지신호를 출력하도록 디스에이블 (disable) 된다. 상기 층간전극 용량형 센서장치 (22) 의 구성을 이용하여, 용량의 변화에 기초하여 적어도 인체의 일부의 존부를 탐지하기 위한 센서장치의 정상상태는 주기적으로 연속적으로 모니터될 수 있다.
다음에, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 모니터 기능을 갖는 것으로 알려진 층간전극/접지전극 용량형의 센서장치 (22) 에 대해 설명하기로 한다. 도 16 및 도 17 은 본 발명의 일실시예에 따른 모니터 기능을 갖는 층간전극/접지전극 용량형 센서장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도면을 참조하면, 작은 영역의 보조전극판 (80) 은 짧은 거리를 두고 밀접하게 전극판 (29) 에 대향하여 평행하게 배치되는데, 보조전극판 (80) 이 가드판 (23,25) 에 전기적으로 접속될 때 인체의 접근 탐지시 발생된 것과 유사한 출력신호를 용량변화 탐지회로 (44) 가 발생하도록 보조전극판 (80) 이 가드판 (23,25) 에 접속된다. 도 17 에서 알 수 있는 바와 같이, 절연재료 (82) 는 전극판 (29) 과 마주보는 보조전극판 (80) 의 한 표면상에 배치된다. 절연재료 (82) 는 보조전극판 (80) 과 전극판 (29) 사이에서 단락이 발생하는 것을 방지하도록 역할한다.
제어장치 (68) 의 중앙연산/처리장치 (74) 와 출력 인터페이스 회로 (72) 사이에 동기회로 (86) 와 스위칭 회로 (88) 로 구성된 제어회로 (84) 가 배치된다. 스위칭 회로 (88) 에 포함된 스위칭 소자 (90) 를 턴온 또는 턴오프하므로써 (도 16 참조), 보조전극판 (80) 은 가드판 (23,25) 에 전기적으로 접속되거나 부동상태로 설정된다.
스위칭소자 (90) 는, 센서장치 (22) 가 정상동작하는지의 여부를 모니터할 목적으로 보조전극판 (80) 이 매초 가드판에 전기적으로 접속되도록 반복적으로 예컨대 초당 수밀리초 정도 동안 주기적으로 턴온 (닫힘) 되도록 고안될 수도 있다.
더 구체적으로, 도 17 에서 알 수 있는 바와 같이, 스위칭 회로 (88) 의 스위칭 소자 (90) 의 한 단자는 동축케이블 (92) 의 중심도체 (91) 에 의해 보조전극판 (80) 에 전기적으로 접속되고 스위칭소자 (90) 의 다른 단자는 이중 동축케이블 (46) 의 내부도체의 일단에 각각 전기적으로 접속되며 내부도체 (49) 의 타단은 가드판 (23,25) 에 각각 전기적으로 접속된다. 또한, 절연재료 (82) 는 동축케이블 (92) 의 외부도체로서 역할하는 차폐도체 (96) 에 전기적으로 접속되고, 차폐도체 (96) 는 제어회로 (84) 의 내부를 통해 접지된다. 또한, 이중 동축케이블 (46) 의 외부도체는 차폐판 (30,32) 에 각각 접속되고, 용량변화 탐지회로 (44) 의 내부를 통해 접지된다.
제어회로 (84) 에 포함된 동기회로 (86) 는 중앙연산/처리장치 (CPU) (74) 와 출력 인터페이스 회로 (72) 사이에 설치된다. 스위칭소자 (90) 가 턴온 또는 닫힐 때마다, 구동 시스템 (20) 의 의외의 중단이 모니터 동작에 의해 발생되지 않도록 중앙연산/처리장치 (74) 로부터 출력된 탐지신호는 출력 인터페이스 회로 (72) 에 공급되지 않게 된다.
도 18 은 상기 모니터 기능을 갖는 것으로 알려진 용량변화 탐지회로의 등가회로도이다. 도 18 과 도 9 의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 부동상태에 있는 보조전극판 (80) 에 기인한 용량을 나타내는 커패시터 (△C') 와 스위칭소자 (90) 의 직렬회로가 커패시터 (C7) 와 평행하게 접속된다는 점에서, 도 18 에 도시된 회로구성은 도 9 에 도시된 구성과 다르다.
중앙연산/처리장치 (74) 의 제어하에 스위칭소자 (90) 가 턴오프 또는 개방될 때, 보조전극판 (80) 은 전기적으로 부동상태인 것으로 가정하고, 그 결과, 보조전극판 (80) 과 가드판 (25) 사이에 형성된 용량 (△C) 은 커패시터 (C0) 와 평행하게 전기적으로 접속된 상태로부터 제거되고, 결과적으로, 용량 (C2) 가 용량 (△C2) 에 해당하는 부분만큼 증가하면서 용량 (C0) 은 용량 (△C) 에 해당하는 부분만큼 증가되는데, 이는, 인체의 탐지시 발생되는 것에 비교할만한 용량의 변화가 일어나서, 이에 의해, 인체 탐지신호와 실질적으로 동일한 탐지신호가 출력됨을 의미한다.
이와 관련하여, 스위칭소자 (90) 가 턴온 또는 닫힐 때 보조전극판 (80) 과 가드판 (25) 사이에 나타나는 용량 (△C') 는 커패시터 (C7) 에 평행하게 접속된다는 것이 도 18 에 도시된 회로와 관련하여 언급되어야 한다. 이에 따라, 스위칭소자 (90) 의 개방 또는 오프상태에서, 인체의 부재를 나타내는 것에 비교할만한 신호가 발생된다.
스위칭소자 (90) 가 닫힐 때 탐지신호가 발생되는 경우, 이것은 센서장치 (22) 가 정상동작함을 나타낸다. 따라서, 운용자에 의해 쉽게 인식가능하도록 대응하는 메시지가 가시적으로 표시될 수 있다. 마찬가지로, 센서장치 (22) 가 정상상태가 아니면, 이러한 효과에 대한 메시지는 근방에서 작업하는 운용자의 주의를 환기시키기 위해 발생될 수도 있다. 이런 식으로, 센서장치 (22) 가 정상동작함을 확실히 하기 위해 센서장치 (22) 는 항상 모니터될 수 있다.
도 19 는 상술한 동작을 도시한 타이밍도이다. 이 도면에서, 도 16 에 도시된 출력 전력증폭기 (64) 의 출력전압은 (a) 에 도시되어 있다. 운용자의 손과 같은 인체 일부가 탐지되지 않으면, 출력 전력증폭기 (64) 의 출력전압은 전압레벨이 예컨대 +24V 인 것으로 가정한다. 한편, 손이 탐지될 때, 출력전압은 전압레벨이 예컨대 0 내지 +12V 인 것으로 가정하여 안전보장 정보신호로서 출력된다.
중앙연산/처리장치 (74) 로부터의 트리거신호는 도 19 의 (b) 에 도시되어 있고, 이 신호 다음에 스위칭회로 (88) 에 포함된 스위칭소자 (90) 를 개방 또는 턴오프하기 위한 체크신호가 따르는데, 이것은 보조전극판 (80) 의 부동상태를 포함한다. 다음에, 스위칭소자 (90) 가 턴온되고, 이때 통상의 용량변화 감지 또는 탐지상태로의 전이가 이루어진다.
트리거펄스의 리딩에지로부터 체크신호의 트레일링 에지까지의 모니터 기간 (TC) 동안, 도 19 에 도시된 바와 같이, 모니터 기간 (TC) 동안 출력 인터페이스 회로 (72) 로 출력된 탐지신호를 방해하여 구동 시스템 (20) 에 의해 롤링 머신의 의외의 중단을 방지할 목적으로, 정지신호가 출력된다.
첨언하면, 도 19 에 도시된 모니터 기간 (TC) 은 30 mS 로 설정되고, 통상의 감지 또는 탐지기간 (TS) 는 예컨대 1 초로 설정될 수 있다. 물론, 이것은 일례일 뿐이다. 이 기간의 지속시간은 임의적이고 적절히 또는 경험상 변경될 수 있다.
도 10 및 도 13 에 도시된 바와 같은 출력 전력증폭기 (64) 로부터 출력된 전압신호의 처리와 관련하여, 전압범위가 예컨대 0 내지 12V 내의 레벨로 가정한 출력 전압신호가 인체의 손 등이 탐지될 때 안전보장정보로서 출력 전력증폭기 (64) 로부터 출력된다는 점을 고려하여 윈도우 (window) 비교기를 채용하는 것이 바람직하다. 출력 전력증폭기 (64) 의 가변 출력전압을 처리하는 윈도우 비교기를 사용하므로써, 인체의 일부 등의 탐지는 출력 전력증폭기 (64) 의 출력전압신호의 가변에 상관없이 높은 신뢰도로 실현될 수 있다. 또한, 윈도위 비교기를 채용함으로써, 본 발명에 따른 센서장치 (22) 는 저렴한 비용으로 구현될 수 있다.
그러나, 본 발명은 출력신호 처리를 위해 이러한 윈도우 비교기의 사용에 한정되는 것이 아니다. 이 목적을 위해, AND 게이트, 셀프 홀딩회로 (self-holding circuit), 온 딜레이 회로 (on-delay circuit), 정류회로, 아날로그 증폭기, 출력 증폭기, 문제발생시 출력이 0 으로 되며 제어목적으로 고안된 페일 세이프 (fail-safe) 집적회로, 또는 인포시브 (enforcive) 가이드형 안전 릴레이와 같은 다른 적절한 회로 또는 장치를 채용할 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 접지전극 용량형, 층간전극 용량형, 및 층간전극/접지전극 용량형의 센서장치 (22) 의 정상상태를 항상 또는 주기적으로 모니터하기 위해 보조전극판 (80) 을 제공하므로써, 전극들의 단절, 파괴, 또는 분리와 같은 회로문제 뿐만 아니라 전원방해 등과 같은 센서장치 자체의 문제도 용이하게 탐지될 수 있다.
또한, 센서장치 (22) 는 정전용량에 기초하여 동작하기 때문에, 전자기파, 비정상적인 주위온도 등과 같은 환경요인에 의한 센서장치 (22) 의 오동작이 탐지될 수 있다. 즉, 페일 세이프 회로가 갖춰진 센서장치가 센서장치 내의 문제발생만을 모니터할 수 있더라도, 본 발명을 실현하는 센서장치는 센서장치 내의 문제발생에 대한 모니터 동작 뿐만 아니라 주위 또는 환경요인에 의해 발생되는 센서의 오동작에 대한 모니터 동작도 수행할 수 있다.
보조전극을 포함한 모니터 시스템에 의한 센서장치 (22) 의 비정상상태의 탐지시, 구동 시스템 (20) 의 동작은 제어장치 (68) 에 의해 정지됨은 물론이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대한 상기 설명에서, 본 발명은 롤링 밀 또는 머신에 적용된다고 가정하였다. 그러나, 본 발명의 적용이 롤링 머신에만 한정되는 것이 아니고 본 발명은 구동 메커니즘을 수용하는 공간과 같은 운용자 또는 작업자에게 위한한 영역을 갖는 종류의 장치 또는 머신에 적용가능하다. 일례로, 본 발명에 따른 접지전극 용량형의 센서장치 (22) 가 적용될 수 있는 머신으로서, 3개의 리덕션 롤을 갖는 성형기로부터 성형되는 수지 등의 판 또는 막을 롤링하기 위한 시트 인버팅 장치 (sheet inverting apparatus), 막 절단기에 의해 측면에지부를 절단하면서 성형기로부터 성형되는 수지 등의 막 스트립을 받아들이기 위한 시트 와인드업 (windup) 장치, 회전 쏘 밴드 (ratatory saw band) 에 의해 금속블록, 수지블록, 팀버 등을 절단하기 위한 밴드 쏘 장치 (band saw apparatus), 수작업으로 믹싱 롤로 밀어내어지는 고무조각 등을 위한 롤 믹서 등이 거론될 수도 있다.
또한, 층간전극 용량형의 센서장치 (22) 는, 성형기로부터 밀어내어지는 수지의 막 시트 또는 판을 받아들이는 시트 와인드업 장치, 회전 혼합날에 의해 분말재료, 알갱이 등을 공급하는 헤비 피더 (heavy feeder), 플라스틱 및 고무와 같은 말랑말랑한 재료용의 2 개의 역회전 로터를 갖는 밴버리 믹서 (Banburry mixer), 공급용 재료, 처리된 부품들의 운송, 머신의 검사/유지보수 등의 목적을 위해 개방가능한 보호장벽이 갖춰진 로봇 등과 같은 이동가능한 머신에 적용가능하다.
상기 관점에서, 상세한 설명 및 청구범위에서 사용된 "머신"이라는 용어는 인체 등의 일부와 같은 유전체의 접근에 위험한 영역을 갖는 다양한 장치, 기계류, 장비, 기구 등을 포함하는 것으로 고려되어야 한다.
또한, 접지전극 용량형 및 층간전극 용량형의 센서장치에서, 전극판, 리덕션 롤, 가드판, 차폐판 등과 같은 구성요소의 형상, 크기는 적절히 수정될 수 있다.
본 발명의 많은 특징 및 장점은 상기 설명으로부터 분명하고, 따라서, 첨부된 청구범위에 의해, 본 발명의 사상과 범위내의 시스템의 모든 특징 및 장점을 달성하는 것이 목적이다. 또한, 당업자에게는 다양한 수정과 조합이 용이하므로, 상술된 구조 및 동작에만 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
따라서, 본 발명의 사상과 범위 내라면, 모든 적절한 수정이 가능하다.
상기 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 용량변화 탐지 센서장치의 정상상태를 항상 주기적으로 모니터할 목적으로 고유의 전극판의 일부에 대향배치된 보조전극판이 용량변화 탐지회로에 주기적으로 접속되는 본 발명에 따른 센서장치를 포함하는 안전장치의 구성에 의해, 운용자 또는 작업자를 위한 안전성이 더 확실히 보장될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 안전장치는 센서장치의 문제 뿐만 아니라 전자기파, 주위온도 등과 같은 환경요인에 의해 야기되는 오동작도 모니터할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 안전보장장치에서, 차폐판을 후방에 제공하므로써 전극판의 후면상에 전계가 형성되지 않는다. 따라서, 전극판과 머신 사이 또는 한 쌍의 전극판 사이의 한정된 공간에만 인체의 일부 등이 존재하는 것이 탐지될 수 있고, 이는 오탐지를 상당히 감소시킬 수 있다.

Claims (6)

  1. 머신으로부터 소정 공간을 두고 상기 머신에 대해 배치된 하나 이상의 전극판,
    상기 하나 이상의 전극판의 일부에 대향배치된 보조전극,
    상기 하나 이상의 전극판과 상기 머신 사이의 용량변화에 기초하여 상기 공간내에 소정의 유전체가 존재하는지의 여부를 탐지하는 용량변화 탐지회로, 및
    상기 보조전극판을 상기 용량변화 탐지회로에 주기적으로 전기적 접속하므로써 상기 센서장치의 유전체 탐지동작의 정상상태를 모니터하는 모니터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기적으로 접지된 머신용 센서장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극판의 후방에 배치된 가드판, 및
    상기 가드판의 후방에 배치되고 전기적으로 접지된 차폐판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서장치.
  3. 전기적으로 접지된 머신의 소정영역 내에 적어도 인체의 일부가 들어오는 것을 탐지하여 안전보장수단을 작동시키는 안전장치로서,
    상기 안전장치는,
    상기 머신과 상기 전극판 사이에 상기 영역이 개재되어 상기 머신에 대해 배치된 하나 이상의 전극판,
    상기 하나 이상의 전극판의 일부에 대향배치된 보조전극,
    상기 하나 이상의 전극판과 상기 머신 사이의 용량변화에 기초하여 상기 영역 내에 인체의 일부가 존재하는지의 여부를 탐지하는 용량변화 탐지회로, 및
    상기 보조전극을 상기 용량변화 탐지회로에 주기적으로 전기적 접속하므로써 상기 센서장치의 인체 탐지동작의 정상상태를 모니터하는 모니터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 안전장치.
  4. 소정 공간을 사이에 두고 서로 대향배치된 한 쌍의 전극판,
    상기 전극판 중의 어느 하나의 일부에 대향배치된 보조전극,
    상기 한 쌍의 전극판 사이의 용량변화에 기초하여 상기 공간 내에 소정의 유전체가 존재하는지의 여부를 탐지하는 용량변화 탐지회로, 및
    상기 보조전극을 상기 용량변화 탐지회로에 주기적으로 전기적 접속하므로써 상기 센서장치의 유전체 탐지동작의 정상상태를 모니터하는 모니터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 공간의 대향측에, 상기 한 쌍의 전극판에 대향배치되며 전기적으로 접지된 한 쌍의 차폐판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서장치.
  6. 전기적으로 접지된 머신의 소정영역 내에 적어도 인체의 일부가 들어오는 것을 탐지하여 안전보장수단을 작동시키는 안전장치로서,
    상기 안전장치는,
    상기 한 쌍의 전극판 사이에 상기 공간을 두고 서로 대향배치된 한 쌍의 전극판,
    상기 전극판 중 어느 하나의 일부에 대향배치된 보조전극,
    상기 한 쌍의 전극판 사이의 용량변화에 기초하여 상기 영역 내에 적어도 인체의 일부가 존재하는지의 여부를 탐지하는 용량변화 탐지회로, 및
    상기 보조전극을 상기 용량변화 탐지회로에 주기적으로 전기적 접속하므로써 상기 센서장치의 인체 탐지동작의 정상상태를 모니터하는 모니터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 안전장치.
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