KR20210001134U - Pir 센서를 이용한 자동차 생산라인의 위험지역 진입 인체 감지 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 자동차 생산라인 등과 같이 자동화된 생산라인에서 위험구역에 진입한 작업자를 오류 없이 감지할 수 있는 PIR 센서를 이용한 위험지역 진입 인체 감지 장치에 관한 것으로, 상하 방향으로 연장되고 전면이 개방된 채널형 하우징 본체와, 상기 하우징 본체의 후면 내측에 마련되어 개방된 전방으로부터 인체에서 방출되는 적외선을 수신하는 PIR 센서와, 상기 하우징 본체의 양측면 내측에 길이 방향으로 연장되어 상기 PIR 센서에 투입되는 인체 방출 적외선의 좌우 방향 폭을 제한할 수 있는 벽이고 좌측벽과 우측벽 사이에는 상하방향으로 연속된 간극이 형성되며, 상기 간극에 의해서만 인체에서 방출되는 적외선이 상기 PIR 센서에 도달하게 하는 측방향적외선 제한벽을 포함하는 PIR 센서를 이용한 위험지역 진입 인체 감지 장치에 의하여 해결될 수 있다.

Description

PIR 센서를 이용한 위험지역 진입 인체 감지 장치{HUMAN BODY DETECTION DEVICE IN HAZARDOUS AREA USING PIR SENSOR}

본 고안은 위험지역 진입 인체 감지 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 자동차 생산라인 등과 같이 자동화된 생산라인에서 위험구역에 진입한 작업자를 오류 없이 감지할 수 있는 PIR 센서를 이용한 위험지역 진입 인체 감지 장치에 관한 것이다.

현재, 자동차 생산라인 등과 같이 자동화된 생산라인에는 작업자와, 자동화 기구, 컨베이어, 운반물 등 여러 가지 형태의 검출체 또는 이동 물체가 혼재 되어 있다. 이로 인해 여러 센서들의 오감지 우려가 있으며 특히, 무인공정(위험지역)으로 작업자가 진입하는 것을 감지 하지 못하게 되면 안전사고가 발생 할 수가 있다. 물론 이러한 오작동이나 미감지를 방지하기 위해 여러 가지 센서를 조합하거나, 복잡한 프로그램을 적용하여 검출률을 높였으나, 무인공정(위험지역)에서 작업자 이동 공간이 좁기 때문에 작업물과 함께 이동하는 작업자를 오류 없이 감지하는 데에는 아직도 많은 어려움이 따르고 있다.

기존에 자동화된 생산라인에서는 인체 검출 시스템으로, 포토센서, 리미트 스위치 또는 근접센서를 개별적으로 사용하거나 조합해서 사용을 한다.

포토센서는 넓은 범위를 감지할 수 있으나, 사람과 이동 물체를 분별하지 못한다. 이를 보안 하고자 PLC프로그램으로 Mute zone을 설정하여 사용하고 있으나, 공대차 진입시에는 사람이 진입하여도 감지를 하지 않는 오류가 있다. 또한, 차량 측면에 작업자가 위치해 있으면, 포토센서는 작업자를 감지할 수 없다.

리미트 스위치는 안전펜스와 이동 물체의 틈 또는 접근정도를 감지하기 위한 용도로 사용되고 있으나, 이 또한 차량과 차량 사이에 있는 작업자 또는 공대차 진입시의 작업자 진입은 감지하지 못하는 오류를 발생한다. 리미트 스위치는 감지구간과 미감지 구간이 정해져 있기 때문에, 컨베이어의 미감지 구간에 작업자가 위치 하고 있으면, 위험 지역에 진입할 수가 있다.

근접 센서는 직접 터치 방식으로 차량과 차량 사이의 공간과 공대차 진입시, 작업자의 위험지역 진입을 감지하지 못한다. 따라서, 미감지 구간에 작업자가 위치해 있을 경우 위험지역에 진입 할 수 있다.

등록특허공보 등록번호 제10-0686702호에는, 인체감지센서(101)를 구비한 위험지역 경보장치가 개시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제10-0686702호 발명에 의하면, 인체감지센서(101)로 적외선감지센서를 사용하며, 각도조절자바라의 단부에 결합되어 작업자 동작을 감지하여 동작감지신호를 생성하며, 인체감지센서(101)의 외부를 원통형 갓(103)이 감싸고 있다. 또한, 제10-0686702호 발명에 의하면, 적외선감지센서(101)를 원통형 갓(103)으로부터 더 빼내어 고정시키거나 또는 원통형 갓 (103) 내부로 더 깊숙이 넣어 고정시켜 인체감지센서의 감지각도를 변경할 수 있다. 인체감지센서(101)를 원통형 갓(103)의 바깥으로 꺼내어 고정시키면, 센서의 감지각도는 증가하게 되고, 반대로 인체감지센서(101)를 원통형 갓의 내측으로 넣어서 고정시키면, 인체감지센서(101)의 감지각도는 감소하게 된다.

등록특허공보 등록번호 제10-1785998호에는, 출입구로 접근하는 물체를 근적외선 모션 센서(Passive Infrared Ray Detector, PIR)(이하, 'PIR 센서'라고도 함)로 감지하는 안전사고예방을 위한 출입감지시스템이 개시되어 있다. 상기 제10-0686702호 발명에 적용된 인체감지센서도 PIR 센서이다. PIR 또는 PIR 센서는 가시광에 가까운 영역의 적외선을 검출하는 센서로, 적외선을 열로 변환하고, 그 열에 의한 물리량의 변화를 계측한다. 이에 따라 PIR 또는 PIR 센서는 주로 사람이나 동물과 같은 목표물과의 거리를 측정하는데 이용될 수 있다. 이러한 PIR 또는 PIR 센서는 적외선 흡수 시 물질 내의 분극(polarization) 변화로 전하가 유기되어 기전력이 발생하는 초전효과를 이용한 센서로, 초전형 적외선 센서는 주변 환경과 원적외선을 발생하는 물체(사람, 동물 등)와의 원적외선 차이를 감지하며 이를 이용하여 사람 또는 동물 등의 움직임 검출이 가능하다.

그러나, 상기 인체감지센서는 다음과 같은 이유로 자동차 생산라인 등과 같은 자동화된 생산라인에서 작업자가 무인공정과 같은 위험지역으로 진입하는 것을 감지하는 용도로 사용하기 어려운 단점이 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 위 등록번호 제10-0686702호 또는 제10-1785998호 발명의 인체감지센서(101)를 이용한 적외선 수신부(105)는 감지 각도 범위가 100°~ 120°정도로 넓을 뿐만 아니라, 360°의 전방위에서 들어오는 적외선 신호를 모두 감지하기 때문에, 위험지역 밖에서 작업하는 작업자를 감지할 우려가 있다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 자동차 자동화 생산 라인에서와 같이, 무인공정의 위험지역에서 작업자가 진입할 수 있는 공간의 폭은 매우 협소할 경우, 인체감지센서(101)는 이렇게 위험지역의 협소한 폭을 가진 공간에 진입한 작업자를 정확히 감지하여 경고음을 울려주거나 무인공정을 멈춰줘야 함에도 위험지역을 벗어난 지역의 작업자까지 감지하여 경고음을 울리고 무인공정을 멈추게 할 수 있는 것이다. 등록번호 제10-0686702호 발명에서 제안하는 바와 같이, 인체감지센서(101)를 원통형 갓(105) 내부로 깊숙이 넣어 감지 각도 범위를 어느 정도 좁힐 수 있지만, 이러한 경우에도 360°의 전방위에서 들어오는 적외선 신호를 모두 감지하기 때문에, 도 2에서와 같이 여전히 위험지역 밖에서 작업하는 작업자를 감지할 우려가 있고, 지나치게 깊게 넣어 감지 각도 범위가 좁아지면 상하방향의 적외선의 수신량도 적어져 인체감지를 실패할 수 있다.

등록특허공보 등록번호 제10-0686702호(등록일자 : 2007.02.16) 등록특허공보 등록번호 제10-1785998호(등록일자 : 2017.10.10)

본 고안은, 상술한 위험지역에 진입하는 작업자 감지의 종래 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 본 고안이 해결하고자 하는 제1과제는, 상하 방향(높이 방향)에 대해서는 넓은 영역으로부터 적외선 수신이 가능하고 좌우 방향(폭 방향)에 대해서는 협소한 영역에서 적외선 수신이 가능하여, 위험구역의 좁은 공간에 진입한 작업자를 오류 없이 정확히 감지함으로써 작업자가 위험에 노출되기 전에 경보를 하거나, 설비를 정지 시켜 안전사고를 사전에 방지 할 수 있는 PIR 센서를 이용한 위험지역 진입 인체 감지 장치를 제공하는 데 있다.

본 고안이 해결하고자 하는 제2과제는, 위험구역을 벗어난 작업자에 대한 감지를 하지 않음으로 인하여 불필요한 경보를 하거나, 불필요한 무인공정 설비 정지를 방지할 수 있는 PIR 센서를 이용한 위험지역 진입 인체 감지 장치를 제공하는 데 있다.

상술한 본 발명의 과제들은, 상하 방향으로 연장되고 전면이 개방된 채널형 하우징 본체와, 상기 하우징 본체의 후면 내측에 마련되어 개방된 전방으로부터 인체에서 방출되는 적외선을 수신하는 PIR 센서와, 상기 하우징 본체의 양측면 내측에 길이 방향으로 연장되어 상기 PIR 센서에 투입되는 인체 방출 적외선의 좌우 방향 폭을 제한할 수 있는 벽이고 좌측벽과 우측벽 사이에는 상하방향으로 연속된 간극이 형성되며, 상기 간극에 의해서만 인체에서 방출되는 적외선이 상기 PIR 센서에 도달하게 하는 측방향적외선 제한벽을 포함하는 PIR 센서를 이용한 위험지역 진입 인체 감지 장치에 의하여 해결될 수 있다.

상술한 본 발명의 과제들은, 상기 측방향적외선 제한벽이, 상기 하우징 본체의 양측면 내측에 각각 전후방 방향으로 일정한 간격을 두고 적어도 2개씩 교대적으로 설치됨으로써, 더 효과적으로 해결될 수 있다.

상술한 구성을 갖는 본 고안에 의하면, PIR센서를 중심으로 좌우측 방향으로는 측방향적외선 제한벽에 의하여, 매우 협소한 범위의 제한된 영역에 있는 작업자에서 발생하는 적외선만을 수신할 수 있는 반면, 상하측 방향으로는 넓은 범위(100°~ 120)의 적외선을 수신할 수 있게 된다. 따라서, 작업자의 무인공정 또는 위험공정에서 작업자가 진입가능한 좁은 폭 내부에 맞게 측방향적외선 제한벽 사이의 간극을 적절히 조정하여 오류 없는 정밀한 작업자 감지를 구현할 수 있고, 위험구역의 좁은 공간에 진입한 작업자를 오류 없이 정확히 감지함으로써 작업자가 위험에 노출되기 전에 경보를 하거나, 설비를 정지 시켜 안전사고를 사전에 방지 할 수 있으며, 위험구역을 벗어난 작업자에 대한 감지를 하지 않음으로 인하여 불필요한 경보를 하거나, 불필요한 무인공정 설비 정지를 방지할 수 있게 된다.

도 1은 종래 인체감지센서를 이용한 적외선수신부의 단면도이다.
도 2는 종래 인체감지센서를 이용한 위험지역 진입 인체 감지 장치의 적용 예이다.
도 3은 본 고안의 일 실시 예에 따른 PIR 센서를 이용한 적외선 수신부의 평단면도이다.
도 4는 본 고안의 일 실시 예에 따른 PIR 센서를 이용한 적외선 수신부의 사시도이다.
도 5는 도 3에 도시된 적외선 수신부를 적용한 위험지역 진입 인체 감지 장치의 구성도이다.
도 6 내지 도 8은 도 5에 도시된 위험지역 진입 인체 감지 장치의 사용 상태도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 고안에 따른 PIR 센서를 이용한 위험지역 진입 인체 감지 장치의 구체적인 실시 예를 상세히 설명한다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 PIR 센서를 이용한 위험지역 진입 인체 감지 장치는, 협소한 지점에 진입하는 작업자의 인체에서 발산되는 적외선만을 수신할 수 있는 적외선 수신부(3)를 구비한다. 상기 적외선 수신부(3)는, 상하 방향으로 연장되고 전면이 개방된 채널형 하우징 본체(6)과 PIR 센서(1)를 포함한다. 상기 하우징 본체(6)의 길이는 바닥으로 부터 작업자의 평균적인 신장에 가까운 길이(대략 1.5m ~ 2.5m)로 수직방향으로 연장된다. 상기 하우징 본체(6)는 후면(5)과 후면(5)의 양단에서 전방으로 연장된 양측 측면(7)으로 구성되고, 전면은 개방되어 감시지역을 향한다.

본 고안에 따른 적외선 수신부(3)는 하우징 본체(6)를 길이 방향으로 작업자의 신장에 가깝게 연장된 채널형 하우징을 사용함으로써, 하우징 본에 후면(5) 내측에 PIR 센서(1)를 다수개 설치할 수 있다. 도 4에는 2개를 설치한 경우를 예시하고 있으나, 인체 감지의 정확성을 위하여 3개 이상을 설치할 수도 있다. 작업자의 신체에 맞게 상하 방향으로 설치된 다수의 PIR 센서(1)는 하우징 본체(6)의 개방된 전방으로부터 작업자의 인체에서 방출되는 적외선을 누락 없이 효과적으로 수신할 수 있다.

본 고안에 따른 적외선 수신부(3)의 적외선 감지 범위는 상하 방향으로는 작업자에 신장에 맞게 연장되어 있지만, 측방향으로는 위험지역 환경에 맞게 폭이 제한되어 있다. 즉, 상기 PIR 센서(1)로 입사되는 측방향의 적외선을 한정된 폭으로 제한할 수 있는 측방향적외선 제한벽(9, 11)을 마련함으로써, 협소하고 한정된 공간에 진입하는 작업자만 감지할 수 있게 하고 있다.

상기 측방향적외선 제한벽(9,11)은 상기 하우징 본체(6)의 측면(7) 내측에서 직교 방향으로 상기 후면(5)의 내측 폭보다 1/2보다 작은 폭으로 연장된 벽이다. 상기 측방향적외선 제한벽(9,11)은 상기 하우징 본체(6)의 양 측면(7) 내측에 하우징 본체(6)의 후면(5)과 평행한 길이 방향으로 연장되어 상기 PIR 센서(1)에 투입되는 인체 방출 적외선의 좌우 방향 폭을 제한할 수 있는 벽이고, 정면에서 보아 좌측벽(11)과 우측벽(9) 사이에는 상하방향으로 연속된 간극이 형성되며, 상기 간극에 의해서만 인체에서 방출되는 적외선이 상기 PIR 센서(1)에 도달하게 된다.

상기 간극의 폭은 상기 좌우측 측방향적외선 제한벽(9,11)의 폭에 의하여 용이하게 조정할 수 있으며, 실제 사용되는 작업 환경이나 위험지역의 작업자 진입 가능 공간에 맞게 결정된다. 따라서, 위험지역의 협소한 공간을 진입하는 작업자를 오류 없이 매우 정확하게 감시할 수 있게 된다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 측방향적외선 제한벽(9,11)은, 상기 하우징 본체(6)의 좌측면 내측과 우측면 내측에 각각 전후방 방향으로 일정한 간격을 두고 2개씩 교대적으로 설치되는 것이 감시 대상지역 밖에서 방출되는 적외선이 회절에 의한 PIR 센서(1)에 도달하는 것을 최소화할 수 있다. 또한, 정면에서 보아 좌측 측방향적외선 제한벽(11)과 우측 측방향적외선 제한벽(9) 사이에는 하우징 본체(6)의 중심부에서 상기 간극이 형성되도록 설치하는 것이 바람직하다.

이렇게 구성된 적외선 수신부(3)는 도 5 내지 도 8에 도시된 위험지역 진입 인체 감지 장치에 이용된다.

도 5에 도시된 PIR 센서를 이용한 위험지역 진입 인체 감지 장치는 컨트롤러(25)를 포함하고, 상기 컨트롤러(25)는 상기 적외선 수신부(3)와, 감시 구역 범위 내에서 인체 발산 적외선이 감지될 경우 일정시간 동안 상기 적외선 수신부(3)의 PIR 센서(1)에서 출력되는 HIGH나 LOW 신호를 수신한 후 외부의 경고장치나 공정제어 장치에 출력하는 마이컴(13)을 포함한다. 상기 마이컴(13)에는 센서감도 조절스위치(17)를 마련하여 PIR 센서(1)의 적외선 수신 거리를 조절할 수 있다. 상기 마이컴(13)에는 지연시간(delay time) 조절스위치(17)를 마련하여 마이컴이 PIR 센서(1)로부터 신호를 읽어들이는 주기를 조정할 수 있다. 상기 마이컴(13)은 PIR 센서(1)로부터 일정한 지연시간을 두고 PIR 센서(1)의 출력값을 읽어들인다. 상기 마이컴(13)에는 컨트롤러(25)의 동작상태나 인체 감지상태를 표시하는 상태표시부(15a,15b)를 마련할 수 있다. 상기 컨트롤러(25)에는 DC컨버터(23)를 마련하여 외부전원의 DC24V 전압을 DC5V 전압으로 감압하여 공급하게 할 수 있다.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 PIR 센서를 이용한 위험지역 진입 인체 감지 장치는 작업자가 진입할 수 있는 위험지역의 입구에 설치된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 PIR 센서를 이용한 위험지역 진입 인체 감지 장치는 위험지역 밖에 있는 작업자에서 방출되는 적외선을 감지하지 않기 때문에, 이때는 외부 경보장치나 공정 제어장치에 어떤 신호도 출력하지 않는다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 PIR 센서를 이용한 위험지역 진입 인체 감지 장치는 위험지역에 진입한 작업자가 있을 경우 협소한 공간에서 방출되는 적외선을 감지하고, 외부 경보장치나 공정 제어장치에 신호를 출력한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 위험지역의 입구 좌우측에 본 고안에 따른 PIR 센서를 이용한 위험지역 진입 인체 감지 장치를 각각 1대씩 설치하고, 상기 센서감도 조절스위치(17)를 사용하여 감지거리를 조정할 수 있다.

이와 같이 본 고안에 의하면, PIR센서를 중심으로 좌우측 방향으로는 측방향적외선 제한벽에 의하여, 매우 협소한 범위의 제한된 영역에 있는 작업자에서 발생하는 적외선만을 수신할 수 있는 반면, 상하측 방향으로는 넓은 범위(100°~ 120)의 적외선을 수신할 수 있으므로, 인체에서 방출되는 적외선 감지에 매우 효과적이다. 따라서, 작업자의 무인공정 또는 위험공정에서 작업자가 진입가능한 좁은 폭 내부에 맞게 측방향적외선 제한벽 사이의 간극을 적절히 조정하여 오류 없는 정밀한 작업자 감지를 구현할 수 있고, 위험구역의 좁은 공간에 진입한 작업자를 오류 없이 정확히 감지함으로써 작업자가 위험에 노출되기 전에 경보를 하거나, 설비를 정지 시켜 안전사고를 사전에 방지 할 수 있으며, 위험구역을 벗어난 작업자에 대한 감지를 하지 않음으로 인하여 불필요한 경보를 하거나, 불필요한 무인공정 설비 정지를 방지할 수 있게 된다.

1 : 인체감지센서
3 : 적외선 수신부
5 : 하우징 본체 후면
6 : 하우징 본체
7 : 하우징 본체 측면
9, 11 : 측방향 적외선 제한벽
13 : 마이컴
15a,15b : 상태표시부
17 : 센서감도 조절스위치
19 : 지연시간 조절스위치
21 : ON/OFF 스위치
23 : DC컨버터
25 : 컨트롤러

Claims (2)

1. 상하 방향으로 연장되고 전면이 개방된 채널형 하우징 본체;
   상기 하우징 본체의 후면 내측에 마련되어 개방된 전방으로부터 인체에서 방출되는 적외선을 수신하는 PIR 센서; 및
   상기 하우징 본체의 양측면 내측에 길이 방향으로 연장되어 상기 PIR 센서에 투입되는 인체 방출 적외선의 좌우 방향 폭을 제한할 수 있는 벽이고 좌측벽과 우측벽 사이에는 상하방향으로 연속된 간극이 형성되며, 상기 간극에 의해서만 인체에서 방출되는 적외선이 상기 PIR 센서에 도달하게 하는 측방향적외선 제한벽;을 포함하는 PIR 센서를 이용한 위험지역 진입 인체 감지 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 측방향적외선 제한벽은, 상기 하우징 본체의 양측면 내측에 각각 전후방 방향으로 일정한 간격을 두고 2개씩 교대적으로 설치된 것을 특징으로 하는 PIR 센서를 이용한 위험지역 진입 인체 감지 장치.
   
   
   
   

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