TWM589336U - 偵測系統 - Google Patents

Abstract

本創作係關於一種偵測系統，用於對一設備進行防護作業，該設備設置於一工作面上，並定義一作業空間。該偵測系統包括一第一轉向件、一偵測設備及一立體的第一安全波柵。該第一轉向件概略圍繞該設備，並相對該設備遠離該工作面。該偵測設備包含一電子控制裝置及一第一偵測器，該第一偵測器包含發射器、一接收器及一控制器。其中，該控制器控制所述發射器及接收器以一軸線同步旋轉，且每旋轉一圈依序發射N個偵測波，並對應進行N次時間偵測，所述偵測波藉由該第一轉向件及該工作面的配合，形成罩設於該作業空間外的該第一安全波柵。

Description

偵測系統

本創作係關於一種偵測系統，尤指用於偵測運行中的機械設備的周圍是否有物體接近之偵測系統。

於工業環境中，許多機械設備運作時具有危險性，若不慎接近可能造成嚴重後果，如機械手臂，當其於快速運作時，若有物體或人員進入機械手臂運作範圍，則機械手臂可能會與其碰撞，輕則使人員受傷或物體及機械手臂受損，重則致物體損毀或人員傷亡。

現有的機械手臂已有配置安全光柵(Safety Light Curtains)的設計，然而，既有的安全光柵具有下列缺點：(1)每一組都是平面式(一片式)，至少需要四組才能形成一個環形罩體(例如長方形的環形罩體，需要以前、後、左、右等四個面向各設置一組)；(2)每一組安全光柵包含有複數個光軸，每一個光軸由一個發射器與一個接收器所形成，因此若需要將光軸配置的愈密來提高偵測準確度，則需要愈多個光軸，其成本將愈高；(3)承上，現有的安全光柵設計的整體建置費用仍過於昂貴。

為解決上述問題，本創作提出一種偵測系統，可偵測機械設備的周圍一預定區域內，是否有物體接近，一旦有物體侵入該預定區域，本創作偵測系統便能立即感測到，進而控制運行中的設備及時降低運作速度或暫停運作，以避免設備受損或人員受傷。本創作之偵測系統的設備相對簡化，僅需要一組發射器與接收器，仍可形成多面向的安全光柵。

本創作所提供的偵測系統用於對一設備進行防護作業，該設備設置於一工作面上，並於該工作面上定義一作業空間。該偵測系統包括一第一轉向件、一偵測設備以及一立體的第一安全波柵。該第一轉向件概略圍繞該設備並位於相對該設備遠離該工作面處，並具有至少一轉向面，所述轉向面與該工作面不平行。該偵測設備包含一電子控制裝置及一第一偵測器，該第一偵測器包含一發射器、一接收器及一控制器。該第一安全波柵對應罩設於該作業空間外。其中，該控制器控制所述發射器及接收器以一軸線同步旋轉，且每旋轉一圈依序發射N個偵測波，並對應進行N次時間偵測，所述偵測波藉由該第一轉向件的所述轉向面及該工作面的配合，形成該第一安全波柵。

在無入侵物入侵該第一安全波柵時，第i個偵測波由該發射器發射至回到該接收器的一時間值為第一類時間值T1i，在有入 侵物入侵該第一安全波柵時，第i個偵測波被偵測到的一時間值不等於該第一類時間值T1i。

該第一安全波柵具有一概略垂直該軸線的一蓋區及一概略平行該軸線的圍繞區。

該蓋區是由該發射器及該第一轉向件所共同界定，該圍繞區是由該第一轉向件與該工作面共同界定。

於一實施例中，該偵測系統更包括一第一支撐架，該第一支撐架包含至少一直立柱、一平台及至少一延伸支柱，所述直立柱彼此間隔地設立於該工作面上，該平台設於所述直立柱上，所述延伸支柱彼此間隔地設於該平台，並朝外延伸連接該第一轉向件，所述第一偵測器的該發射器及該接收器設置於該平台上。

於一實施例中，所述延伸支柱的數量是四個，所述第一轉向件具有四個本體及四個轉向面，各轉向面分別對應形成於各本體，各本體分別對應設於各延伸支柱，且所述本體圍繞成一長方形。

於另一實施例中，所述第一轉向件具有一本體及一轉向面，該轉向面形成於該本體，該本體為環狀。

第一類路徑PA1i具有A1i段、B1i段、C1i段及D1i段，第i個偵測波由該發射器沿A1i段至該第一轉向件，由該第一轉向件沿B1i段至該工作面，由該工作面沿C1i段至該第一轉向件，再由該第一轉向件沿D1i段至該接收器。

其中，有入侵物入侵該第一安全波柵，第i個偵測波由該發射器發射至回到該接收器的該時間值為第二類時間值、第三類時間值或第四類時間值，第二類時間值小於第一類時間值，第三類時間值大於第一類時間值，偵測波超出一預定時間間隔未返回屬於第四類時間值。

於一實施例中，該偵測系統更包括一第二轉向件，概略圍繞該設備並位於相對該設備遠離該工作面處，並具有至少一轉向面，所述轉向面與該工作面不平行；以及一立體的第二安全波柵，形成於該作業空間與該第一安全波柵之間。其中，該偵測設備更包含一第二偵測器，該第二偵測器包含一發射器、一接收器及一控制器，該第二偵測器的該控制器控制該第二偵測器的所述發射器及接收器以一軸線同步旋轉，且每旋轉一圈依序發射N個偵測波，並對應進行N次時間偵測，所述偵測波藉由該第二轉向件的該轉向面及該工作面的配合，形成該第二安全波柵。

在無入侵物入侵該第二安全波柵時，第i個偵測波由該第二偵測器的該發射器發射至回到該第二偵測器的該接收器的一時間值為第一類時間值T1i，在有入侵物入侵該第二安全波柵時，第i個偵測波被偵測到的一時間值不等於第一類時間值T1i。

其中，第一類路徑PA1i具有A1i段、B1i段、C1i段及D1i段，第i個偵測波由該第二偵測器的該發射器沿A1i段至該第二轉向件，由該第二轉向件沿B1i段至該工作面，由該工作面沿C1i段至 該第二轉向件，再由該第二轉向件沿D1i段至該第二偵測器的該接收器。

有入侵物入侵該第二安全波柵，第i個偵測波由該第二偵測器的該發射器發射至回到該第二偵測器的該接收器的該時間值為第二類時間值、第三類時間值或第四類時間值，第二類時間值小於第一類時間值，第三類時間值大於第一類時間值，偵測波超出一預定時間間隔未返回屬於第四類時間值。

本創作之偵測系統更可應用於一種安全防護偵測方法，包括以下步驟：S1：針對擺放於一工作面上的一設備定義出一作業空間；S2：於該作業空間外架設一偵測系統，該偵測系統包括一偵測設備、一第一轉向件及一第一支撐架；S3：圍繞該作業空間外形成一立體的第一安全波柵；S4：建立第i個偵測波的基礎時間；S5：執行偵測及判斷；S6：必要時向外發送訊號。

1000‧‧‧偵測系統

2000‧‧‧機械手臂設備

3000‧‧‧偵測系統

4000‧‧‧偵測系統

5000‧‧‧偵測系統

1‧‧‧偵測設備

11‧‧‧電子控制裝置

12‧‧‧第一偵測器

12’‧‧‧第二偵測器

121‧‧‧基座

122‧‧‧旋轉模組

123‧‧‧發射器

124‧‧‧接收器

1241‧‧‧鏡頭

125‧‧‧控制器

13‧‧‧警報器

2‧‧‧第一安全波柵

2’‧‧‧第二安全波柵

21、21’‧‧‧蓋區

22、22’‧‧‧環繞區

4‧‧‧第一轉向件

4’‧‧‧第二轉向件

41‧‧‧本體

42‧‧‧轉向面

4a‧‧‧正投影

5‧‧‧第一支撐架

5’‧‧‧第二支撐架

51‧‧‧直立柱

52‧‧‧平台

53、53’‧‧‧延伸支柱

A1、B1、C1、D1、B1’、C1’、C1”、D1”、E1”、F1”、G1”、B1'''、C1'''‧‧‧路徑

C‧‧‧軸線

P‧‧‧工作面

PA1‧‧‧第一類路徑

PA2‧‧‧第二類路徑

PA3‧‧‧第三類路徑

PA4‧‧‧第四類路徑

R1‧‧‧第一警戒範圍

R2‧‧‧第二警戒範圍

T‧‧‧頂面

W‧‧‧作業空間

θ1‧‧‧第一角度

θ2‧‧‧第二角度

圖1為本創作第一實施例的偵測系統之立體示意圖；圖2為本創作第一實施例的偵測系統之俯視示意圖；圖3為本創作第一實施例的偵測系統之側視示意圖； 圖4為本創作第一實施例的偵測系統中偵測波在無入侵物進入時的路徑示意圖；圖5為本創作第一實施例的偵測系統的第一偵測器之立體示意圖；圖6及圖7為本創作第一實施例的偵測系統的第一偵測器之局部立體示意圖；圖8為本創作第一實施例的偵測系統之另一側視示意圖；圖9為本創作第一實施例的偵測系統之另一側視示意圖；圖10為本創作第一實施例的偵測系統之另一側視示意圖；圖11為本創作第二實施例的偵測系統之立體示意圖；圖12為本創作第二實施例的偵測系統的俯視示意圖；圖13為本創作第二實施例的偵測系統的側視示意圖；圖14為本創作第三實施例的偵測系統的立體示意圖；圖15為本創作第三實施例的偵測系統的俯視示意圖；圖16為本創作第三實施例的偵測系統的側視示意圖；圖17為本創作第四實施例的偵測系統的立體示意圖；圖18為本創作第四實施例的偵測系統的一第一警戒範圍的顯示畫面示意圖；圖19為本創作第四實施例的偵測系統在有入侵物進入時的一顯示畫面示意圖；以及圖20為本創作偵測系統的操作流程圖。

如圖1、圖2及圖3所示，本創作第一實施例的偵測系統1000用於一機械手臂(robotic arm)設備2000，但並不以此為限，只要是有安全防護需求的設備都可以套用。機械手臂設備2000擺放於一工作面P上(於本實施例中，工作面P為一地面)，根據機械手臂設備2000運作時被手臂夾取的物件所可能觸及的範圍，可由工作面P往上定義出一立體的作業空間W(如圖1、圖2及圖3虛線範圍所示)，也就是在設定偵測系統1000之前，會先確認機械手臂設備2000的作業空間W。本實施例的偵測系統1000包括一偵測設備1、一立體的第一安全波柵2、一第一轉向件4及一第一支撐架5。

第一支撐架5圍繞架設於作業空間W外，以避免機械手臂設備2000於運作時與第一支撐架5產生碰撞，第一支撐架5包含四直立柱51、一平台52、四延伸支柱53。所述直立柱51彼此間隔地設立於工作面P上，平台52設於所述直立柱51上，所述延伸支柱53則彼此間隔地與平台52周緣相接，並朝遠離平台52的方向延伸。偵測設備1的第一偵測器12設置於平台52上，且位於平台52的正中央(於其他實施例中，第一偵測器12可不設於平台52的正中央)。

第一轉向件4包含一本體41及一轉向面42，本體41圍繞成一封閉形狀(圓形，但不以此為限)，且與該平台52相間隔地設置於四延伸支柱53，即對應環繞第一偵測器12，轉向面42形成於本體41鄰近第一偵測器12的一側，在本實施例中，轉向面42的一法線不平行工作面P的法線，即相夾一第一角度θ1。另外，轉向面42可以全部由光學反射材料構成，或者亦可是表面覆有光學反射材料層 的塑膠件，至於光學反射材料可以是鋁合金或銀合金，但並不以此為限。

參圖1，偵測設備1包括相互訊號連接的一電子控制裝置11、第一偵測器12及一警報器13。

電子控制裝置11供使用者下達指令以操作第一偵測器12，並能將第一偵測器12所傳回之資料進行轉換與判斷，且在必要時傳送警報訊號給警報器13而發出警報，另外，電子控制裝置11亦可與機械手臂設備2000連線，將警報訊號傳送給機械手臂設備2000，機械手臂設備2000則進行例如暫停運作的對應作動。實際上，電子控制裝置11可以是一台電腦或可程式化邏輯控制器(Programmable Logic Controller，簡稱PLC)或一嵌入式系統(Embedded System)。

參圖1、圖5、圖6及圖7，第一偵測器12固設於第一支撐架5的平台52，並具有一基座121、一旋轉模組122、一發射器123、一接收器124及一控制器125。控制器125例如為一微控制器(Micro Control Unit，MCU)，與電子控制裝置11訊號連接，且可控制旋轉模組122之轉動與否及轉速高低，發射器123的開啟、關閉及發射頻率，及接收器124的接收頻率，並能將接收器124的接收結果回傳給電子控制裝置11；發射器123及接收器124皆以一軸線C為中心而同步轉動，且發射器123於開啟時，概略沿軸線C的徑向(也就是概略平行工作面P)發射複數個偵測波(即為有指向性的波)，接收器124對應發射器123的開啟與關閉次數而進行接收，並具有一鏡頭1241及 一感測器(sensor)(圖未繪製)，鏡頭1241可以是廣角鏡頭(擴大接收角度)或濾光鏡頭(過濾掉部分干擾波)，而感測器用以感測返回的偵測波。

在本實施例中，第一偵測器12是一個測距雷達，一般裝設於如掃地機器人上，藉此掃描在接近地面的水平環境中障礙物的位置及距離，以便掃地機器人進行閃避，但原則上就是以大致平行地面的方式掃描。其中，旋轉模組122的轉速可選擇的範圍大概是85至428RPM，發射器123發射的是波長大約775至795nm的雷射光，功率大約2~5mW，而每圈發射器123重複開啟與關閉可選擇的次數大約是300次至1300次，也就是每圈發射了300到1300個偵測波，最大有效測距範圍6公尺(往返共12公尺)。但並不以此為限，也可依據需求更改旋轉每圈的時間與發射器所發出的偵測波的數量，例如旋轉每圈耗時1秒，每圈發射50個偵測波，另外利用指向性的紅外線或聲波亦可取代雷射光。

接下來請參考圖3及圖4，發射器123發射的偵測波，在沒入侵物(例如人員)入侵時，大致上概略以軸線C為中心並沿軸線C的徑向(也就是概略平行工作面P)前進，碰到第一轉向件4的轉向面42後轉向(例如反射)，變成概略沿軸線C(也就是概略垂直工作面P)前進，然後到達工作面P，雖然發射器123及接收器124的數量都只有一個，且發射器123不是同時發射多個偵測波(在同一時間只發射一個偵測波)，但由於旋轉模組122旋轉的轉速很高，且發射器123重複開啟與關閉的時間很短，因此相當於是圍繞機械手臂設備2000 設置了多個波束，產生與習知的安全光柵具有多個光束(光軸)的類似效果，建立了一個立體的第一安全波柵2，當有入侵物侵入(入侵物的速度相對較低)，即可被偵測到。進一步來說，第一安全波柵2是圍繞於作業空間W外，以軸線C(發射器123)為中心向外放射形成，並具有一蓋區21及一環繞區22，在無入侵物入侵時，蓋區21中的偵測波是概略沿軸線C的徑向(也就是概略平行工作面P)前進，環繞區22的偵測波是概略沿軸線C(也就是概略垂直工作面P)，更進一步來說，在本實施例中，蓋區21是由發射器123與第一轉向件4配合界定出平行該工作面P的一圓形平面，另外，定義第一轉向件4於該工作面P上具有一正投影4a(請參圖1)，環繞區22就是連接第一轉向件4及其正投影4a的環繞面，在本實施例大概是形成一圓柱環面(環繞作業空間W的一環面)，但並不以此為限。換句話說，透過上述設置，就能建立出第一安全波柵2，第一偵測器12就持續在第一安全波柵2的範圍進行防護偵測(防護掃描)。

接下來詳細說明發射器123及接收器124，以解釋如何產生與習知的安全光柵具有多個光束(光軸)的類似功能。每當旋轉模組122帶動發射器123及接收器124旋轉一圈(360度)，控制器125控制發射器123等間隔地重複開啟與關閉N個循環(一次開啟加上一次關閉稱為一個循環)，每圈重複同樣動作，其中，若旋轉一圈需S秒，則每個循環是S/N秒，也就是開啟S/2N秒，然後關閉S/2N秒，持續交替重複。舉例來說，若旋轉模組122旋轉一圈所需時間0.2秒，且發射器13在旋轉一圈的過程中重複開啟與關閉360個循環，也就是發 射器13是開啟1/3600秒後關閉1/3600秒，持續循環360次(每個循環是1/1800秒)，便可區隔出360個偵測波，就是第一個偵測波、第二個偵測波、第三個偵測波、......第i個偵測波、...及第N個偵測波，這N個偵測波是以軸線C(發射器123)為中心向外放射。

除了利用上述方式區隔出N個偵測波，也可以利用編碼波來區隔，例如每1/3600秒變換一次編碼波，也可達到類似效果。

另外，接收器124則是隨著發射器123轉動，且每圈對應執行360次偵測，針對每個偵測波進行時間量測，換句話說，第一個偵測波取得第一個時間值，第二個偵測波取得第二個時間值、......第i個偵測波取得第i個時間值...及第N個偵測波取得第N個時間值，原則上，第i個時間值是指第i個偵測波由該發射器123發射後再回到接收器124的往返時間，但有時會有例外，說明於後。

由於第一安全波柵2具有上述每圈重複的N個偵測波，當有入侵物侵入，部分偵測波的行進路徑就會改變，因此偵測波的往返時間就會產生改變，因此可作為判斷是否入侵物的依據。請參考圖3、圖8、圖9及圖10，說明偵測波由該發射器123發射後，可能產生的行進路徑，因而造成不同的往返時間。原則上，大致可以分為四大類，即第一類時間值、第二類時間值、第三類時間值及第四類時間值。其中，第一類時間值是在一安全狀況下得到的結果(如圖3所示)，也就是指沒有入侵物進入一第一警戒範圍R1，這亦可稱為基礎狀況，將於後詳細說明；而第二類時間值(如圖8所示)、第三類時間值(如圖9所示)及第四類時間值(如圖10所示)都是在一受侵 狀況下的結果，也就是指有入侵物進入第一警戒範圍R1，以下分別詳細說明。

請再次參考圖3及圖4，第一類時間值的偵測波，是沿第一類路徑PA1往返，在本實施例共區分成A1段(去程水平段)、B1段(去程垂直段)、C1(回程垂直段)段及D1段(回程水平段)，偵測波會由發射器123發射而沿A1段至第一轉向件4的轉向面42(入射角為第二角度θ2)，反射轉向後(反射角同樣為第二角度θ2)沿B1段至工作面P，然後反射沿C1段至第一轉向件4的轉向面42，再轉向沿D1路徑至接收器124，並定義安全狀況下偵測波往返具有一第一類時間T11及一第一類路徑總長L11。

應注意的是，於其他實施例中，第一偵測器12不一定位於平台52的正中央，或者第一轉向件4也可能是非圓形，因此不同角度的偵測波沿不同方向往返，路徑會有差異，也就是沒有入侵物入侵時，A1段、B1段、C1段及D1段，可能不等於A2段、B2段、C2段及D2段，也可能不等於A3段、B3段、C3段及D3段；由於同一圈的偵測波彼此可能就會有不同往返時間，因此，要進行比對時，是以例如第一圈的第八個偵測波比對第二圈的第八個偵測波，也就是說是每圈的第i個偵測波相互比較，而不是第i個偵測波與第i+1個偵測波相比較。

為了方便進行比較，當第i個偵測波是沿第一類路徑PA1i往返，例如是A1i、B1i、C1i及D1i段往返，其第一類時間為T1i，其第一類路徑總長為L1i。由於這是在沒有入侵物進入第一警 戒範圍R1的狀況，第一類時間為T1i也可以稱為基礎時間TOi，第一類路徑總長L1i也可以稱為基礎路徑總長LOi，將於後詳細說明。

詳細而言，發射器123所發射的偵測波是一道光束，以粒子說的角度來解釋，光束包含多個粒子，光束在行進中及反射轉向的過程會略為發散，接收器124只要接收到最先返回的波(粒子)即完成時間的判定，為了建立基礎資訊及避免誤差影響，第i個偵測波具有的基礎時間TOi(第一類時間T1i)，是預先透過旋轉多圈(例如3~5圈)再求取其平均值，來作為基礎標準值，但並不以此為限。

接下來說明第二類時間值，第二類時間值是指相對於第一類時間值較小的狀況，也就是入侵物進入第一警戒範圍R1後，偵測波改走了較短的第二類路徑PA2，因此往返時間較短。以圖8為例，當偵測波走完第一類路徑PA1的A1段，行經B1’段後遭遇入侵物(沒有走完整個B1)，偵測波直接反射沿C1’段回到第一轉向件4的轉向面42，然後再轉向沿原D1段至接收器124，很明顯地這是一個比較短的路徑，因此往返時間較短，另外，入侵物也可能在原來的A1段就入侵，偵測波直接反射回接收器124，只要往返時間較短，就稱為第二類時間值；換句話說，當第i個偵測波是沿第二類路徑PA2i往返，其第二類時間為T2i，其第二類路徑總長為L2i，且T2i<T1i(TOi)，L2i<L1i(LOi)。

第三類時間值是指相對於第一類時間值較大的狀況，也就是入侵物進入第一警戒範圍R1後，偵測波改走了較長的第三類路徑PA3，因此往返時間較長。以圖9為例，當偵測波走完第一類路 徑PA1的A1段，行經B1”段後遭遇入侵物，接下來再沿C1”段、D1”段、E1”段、F1”段及G1”段才回到接收器124，很明顯地這是一個比較長的路徑，因此往返時間較長，無論段數多寡，只要往返時間較長，就稱為第三類時間值；換句話說，當第i個偵測波是沿第三類路徑PA3i往返，其第三類時間為T3i，其第三類路徑總長為L3i，且T3i>T1i(TOi)，L3i>L1i(LOi)。

第四類時間值是較特殊的狀況，當入侵物進入第一警戒範圍R1後，使偵測波改走的第四類路徑PA4太長或甚至是無法回到接收器124，當超過一預定的時間間隔而接收器124才收到或未收到偵測波時，就會被判定為第四類時間值，而這個預定的時間間隔通常就是每個偵測波發射的時間間隔(例如第一個偵測波發射與第二個偵測波發射的時間差)，當然也可以直接設定一個值，例如0.5毫秒。以圖10為例，當偵測波走完第一類路徑PA1的A1段，行經B1'''段後遭遇入侵物，然後沿C1'''段一去不回，而接收器124直到發射下一個偵測波前都無法測得返回的偵測波，控制器125就會判定此為第四類時間；換句話說，當第i個偵測波是沿第四類路徑PA4i往返，其第四類時間為T4i，且T4i>T1i(TOi)。

綜合上面所述，當任一個偵測波被偵測到的是第一類時間值，就可視為無入侵物入侵的安全狀況(或基礎狀況)；當任一個偵測波被偵測到的不是第一類時間值(即第二類時間值、第三類時間值及第四類時間值)，無論時間較短或較長，只要不相等，即可判定為有入侵物入侵。

然在每次偵測時都可能出現些微誤差，因此上述的比較，通常是以20%差異為基準，也就是第i個偵測波被量測到的時間大於1.2T1i，或小於0.8T1i，則視為是有入侵物入侵。但並不以此為限，例如2%到50%皆可，端看需求。

接下來進一步說明，如何判斷入侵物的進入方位。請參閱圖2，由於每旋轉一圈都是360個偵測波，如果以圖2的正上方(12點鐘方向)為每圈的起始點，則每圈的第1個至第90個偵測波是代表第一象限，第91個至第180個偵測波是代表第二象限，第181個至第270個偵測波是代表第三象限，第271個至第360個偵測波是代表第四象限。若偵測到例如第96個至第131偵測波都不是第一類時間為T1i(基礎時間TOi)，便知道入侵物是由第二象限進入。

進一步來說，當第i個偵測波被偵測到不是第一類時間值T1i，被視為有入侵物入侵，但為避免誤判，會累積到超過一門檻值，控制器125才會通知警報器13發出警報。所謂的門檻值，在此指的是例如連續5個偵測波被偵測到不是第一類時間值T1i，例如第18個到第22個偵測波(即第i個到第i+4個)，同樣地，門檻值也可以視狀況而定，例如連續3至50個都可以；另外，為了避免有特殊異常，也可以設定成不連續，例如於N個偵測波中有20%的偵測波被偵測到不是第一類時間值T1i，就發出警報。除了發出警報，電子控制裝置11亦可同時傳送訊號給該機械手臂設備2000，該機械手臂設備2000會暫停運作，或者可透過一安全繼電器來進行。

有關第一支撐架5的直立柱51及延伸支柱53，可以設計成可伸縮調整，這樣便可以針對不同尺寸的機械手臂設備2000(不同的工作範圍W)來對應調整(調整高度及長寬)，另外，延伸支柱53更可具有一柱體及一可調固定板(圖未示)，本體41設置於可調固定板，並可相對柱體調整角度。

另外，立體的第一安全波柵2雖然沒有像習知的安全光柵有真正的光束(光軸)間距，但因為是在很短的時間內旋轉一圈並發射N個偵測波，所以仍有等效波束間距，等效波束間距由該發射器123向外放射狀擴大，且與發射器123及第一轉向件4之間的距離成正相關。

參圖11、圖12及圖13，本創作第二實施例的偵測系統3000，與第一實施例不同的地方在於省略了第一支撐架5，並直接設置於工作面P上方的一頂面T(如天花板)，第一轉向件4同樣呈戒環狀而圍繞出一區域，且第一偵測器12位於該區域中，機械手臂設備2000則擺放於工作面P上並位於第一偵測器12的下方。至於偵測設備1之詳細結構、第一轉向件4的形狀及傾斜方式及運作方式均與第一實施例均相同，不另贅述。

參圖14、圖15及圖16，本創作第三實施例的偵測系統4000與本創作第二實施例同樣都設於一頂面T(如天花板)，然本實施例與前述實施例不同的是，本實施例偵測系統4000更包括一第二偵測器12’、一立體的第二安全波柵2’、一第二轉向件4’及一第二支撐架5’，第二偵測器12’疊設於第一偵測器12，因而相對更突出於頂 面T，第二轉向件4’也是一個圓環，但相對第一轉向件4具有更小的直徑，第二支撐架5’僅具有四延伸支柱53’，每一延伸支柱53’連接於第二轉向件4’及頂面T之間，也就是說第一轉向件4是環繞第二轉向件4’，但第二轉向件4’仍在作業空間W外，且相對位置較低，不會阻擋在第一轉向件4與第一偵測器12的發射器123之間。依照前述的運作模式，利用第二偵測器12’與第二轉向件4’便可在作業空間W與第一安全波柵2間建立一第二安全波柵2’。

設立兩道波柵的好處在於可以進行不同程度的應對，例如當入侵物侵入第一安全波柵2時，機械手臂設備2000可以降速50%，當入侵物侵入第二安全波柵2’時，機械手臂設備2000才暫停運作。

於其他實施例，機械手臂設備2000不須設置於工作面P上，而可設置於一工作桌面上，也可以將機械手臂設備2000倒置裝設於頂面T，只要對應調整第一轉向件及第一支撐架的配置，使第一安全波柵保持圍繞於作業空間W外即可。

接下來請參考圖17，所示為本創作第四實施例的偵測系統5000，與第二實施例的差別在於第一轉向件4的本體41改變為一個方形框架，因此第一安全波柵2也對應變成一個長方體，也就是說具有一方形的蓋區21及一長方體的環繞區22(由四個長方形區域組成)。

另外，本實施例用以說明另一種判斷發出警報的方式，就是將一圈中每個偵測波的基礎時間(沒有入侵物入侵)，轉換 成如圖18的面積圖，由於要將立體的第一安全波柵2以二維平面方式呈現，因此就會變成一個正方形區域(對應蓋區21)及四個長方形區域(對應環繞區22)所構成的十字形面積圖，並可藉此執行偵測及計算判斷，圖19是代表有入侵物(例如人員)進入時(即下方陰影處)，其進入方位的幾個偵測波的往返時間變短(第二類時間值T2i)，因此轉換後的面積就改變了(變小)。

有了上述的圖，就可以進一步利用面積的變化來設定警報發動的門檻值，同樣地，可設定面積差異達2%到50%來作為基準。要補充說明的是，由於這樣的面積轉換及比較是較複雜的工作，所以通常不是由第一偵測器12執行，而是第一偵測器12將資料傳給電子控制裝置11去執行，並可在電子控制裝置11的一顯示器(圖未繪示)上進行即時監看。

接下來，說明本創作偵測系統之操作流程，如圖20所示。操作流程包含步驟S1至步驟S6，其中步驟S1至S4為本創作偵測系統1000正式運作前的事前準備，步驟S1、S2是偵測系統1000各元件初步的架設，步驟S3、S4是關於偵測設備1開始運作，建立基礎樣本作為之後判斷有無入侵物的標準。步驟S5是偵測系統1000的運作狀態，當有入侵物進入時觸發步驟S6。

步驟S1：針對擺放於一工作面上的一設備定義出一作業空間。其中，根據該設備2000被預先設定的作業流程，考量其運作過程中活動的幅度，及運作中可觸及的區域，計算設備2000於作業中可能接觸到的最大範圍，即作業空間W。

步驟S2：於該作業空間外架設一偵測系統，該偵測系統包括一偵測設備、一第一轉向件及一第一支撐架。其中，偵測設備1、第一轉向件4及第一支撐架5分別設於作業空間W外，上述元件組成可提供安全防護的偵測系統1000。其中，第一支撐架5主要用於供第一轉向件4及偵測設備1設置，視設備2000及偵測系統1000配置方式的不同，有時可省略第一支撐架5。

步驟S3：圍繞該作業空間外形成一立體的第一安全波柵。其中，偵測設備1持續發射出的複數個偵測波波束經由第一轉向件4轉向，在作業空間W外，形成環繞作業空間W的第一安全波柵2，用於偵測有無入侵物進入第一警戒範圍R1。

步驟S4：建立第i個偵測波的基礎時間。其中，首先在安全狀況下(也就是指沒有入侵物進入第一警戒範圍R1)，利用偵測設備1針對其每圈旋轉所發射的N個偵測波分別建立基礎時間，這樣之後才能有比較的依據。也就是說，原則上每個偵測波都是沿第一類路徑PA1往返，因此，第一個偵測波具有第一類時間T11(對應第一類路徑總長L11)，第二個偵測波具有第一類時間T12(對應第一類路徑總長L12)...第i個偵測波具有第一類時間T1i(對應第一類路徑總長L1i)...第N個偵測波具有第一類時間T1N(對應第一類路徑總長L1N)。換句話說，第i個偵測波具有的第一類時間T1i，也就是基礎時間TOi。為了避免誤差影響，通常第i個偵測波具有的基礎時間TOi(第一類時間T1i)，是透過旋轉多圈(例如3~5圈，不限制)去求取 平均值，但並不以此為限。當每個波的基礎時間建立後，則儲存於例如控制器125。

步驟S5：執行偵測及判斷。其中，因為每個偵測波都有可供比較的基礎時間，便可執行偵測，也就是發射器123與接收器124持續同步旋轉，每圈分別發射N個偵測波並同時對應進行N次時間偵測，任一圈的第i個偵測波所測得的時間與第i個偵測波的基礎時間TOi比較，若判定不是第一類時間值T1i，且累積判定超過一門檻值，則進行下一步驟。

步驟S6：必要時向外發送訊號。其中，當上述S5步驟中累積判定超過門檻值，則偵測設備1會通知警報器13發出警報，同時傳送訊號給設備2000，設備2000暫停運作，或者可透過安全繼電器來進行。

綜上所述，透過本創作偵測系統能夠偵測自動化機械設備於運作時，是否有物體部分進入警戒範圍，若有，則自動化機械設備被控制而降速或暫停運作，以增加自動化機械設備於運作時的環境安全度。

上述的實施例僅用來例舉本創作的實施態樣，以及闡釋本創作的技術特徵，並非用來限制本創作的保護範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成的改變或均等性的安排均屬於本創作所主張的範圍，本創作的權利保護範圍應以申請專利範圍為準。

1000‧‧‧偵測系統

2000‧‧‧機械手臂設備

1‧‧‧偵測設備

11‧‧‧電子控制裝置

12‧‧‧第一偵測器

13‧‧‧警報器

2‧‧‧第一安全波柵

21‧‧‧蓋區

22‧‧‧環繞區

4‧‧‧第一轉向件

41‧‧‧本體

42‧‧‧轉向面

4a‧‧‧正投影

5‧‧‧第一支撐架

51‧‧‧直立柱

52‧‧‧平台

53‧‧‧延伸支柱

P‧‧‧工作面

W‧‧‧作業空間

Claims (13)

1. 一種偵測系統，用於對一設備進行防護作業，該設備設置於一工作面上，並於該工作面上定義一作業空間，該偵測系統包括：一第一轉向件，概略圍繞該設備並位於相對該設備遠離該工作面處，具有至少一轉向面，所述轉向面與該工作面不平行；一偵測設備，包含一電子控制裝置及一第一偵測器，該第一偵測器包含一發射器、一接收器及一控制器，其中，該控制器控制所述發射器及所述接收器以一軸線同步旋轉，所述發射器每旋轉一圈依序朝所述轉向面發射N個偵測波，所述接收器對應進行N次時間偵測；以及一第一安全波柵，對應立體地罩設於該作業空間外，其中該第一安全波柵係由所述偵測波經由該第一轉向件的所述轉向面及該工作面反射所形成。
2. 如申請專利範圍第1項的偵測系統，其中，在無入侵物入侵該第一安全波柵時，第i個偵測波由該發射器發射至回到該接收器的一時間值為第一類時間值T1i，在有入侵物入侵該第一安全波柵時，第i個偵測波被偵測到的一時間值不等於該第一類時間值T1i。
3. 如申請專利範圍第2項的偵測系統，其中，該第一安全波柵具有一概略垂直該軸線的一蓋區及一概略平行該軸線的一圍繞區。
4. 如申請專利範圍第3項的偵測系統，其中，該蓋區是由該發射器及該第一轉向件所共同界定，該圍繞區是由該第一轉向件與該工作面所共同界定。
5. 如申請專利範圍第4項的偵測系統，更包括一第一支撐架，該第一支撐架包含至少一直立柱、一平台及至少一延伸支柱，所述直立柱彼此間隔地設立於該工作面上，該平台設於所述直立柱上，所述延伸支柱彼此間隔地設於該平台，並朝外延伸連接該第一轉向件，所述第一偵測器的該發射器及該接收器設置於該平台上。
6. 如申請專利範圍第5項的偵測系統，其中，所述延伸支柱的數量是四個，所述第一轉向件具有四個本體及四個轉向面，各轉向面分別對應形成於各本體，各本體分別對應設於各延伸支柱，且所述本體圍繞成一長方形。
7. 如申請專利範圍第5項的偵測系統，其中，所述第一轉向件具有一本體及一轉向面，該轉向面形成於該本體，該本體為環狀。
8. 如申請專利範圍第3至7項中任一項的偵測系統，其中，該第i個偵測波沿第一類路徑PA1i具有A1i段、B1i段、C1i段及D1i段，該第i個偵測波由該發射器沿該A1i段至該第一轉向件，由該第一轉向件沿該B1i段至該工作面，由該工作面沿該C1i段至該第一轉向件，再由該第一轉向件沿該D1i段至該接收器。
9. 如申請專利範圍第8項的偵測系統，其中，當有入侵物入侵該第一安全波柵時，該第i個偵測波由該發射器發射至回到該 接收器的該時間值為第二類時間值或第三類時間值或第四類時間值，該第二類時間值小於該第一類時間值，該第三類時間值大於該第一類時間值，該第i個偵測波超出一預定時間間隔才返回或未返回屬於該第四類時間值。
10. 如申請專利範圍第1至7項中任一項的偵測系統，更包括：一第二轉向件，概略圍繞該設備並位於相對該設備遠離該工作面處，具有至少一轉向面，所述轉向面與該工作面不平行；以及一第二安全波柵，形成於該作業空間與該第一安全波柵之間；其中，該偵測設備更包含一第二偵測器，該第二偵測器包含一發射器、一接收器及一控制器，該第二偵測器的該控制器控制該第二偵測器的所述發射器及接收器以一軸線同步旋轉，且每旋轉一圈依序發射N個偵測波，並對應進行N次時間偵測，所述偵測波藉由該第二轉向件的所述轉向面及該工作面的配合，形成該第二安全波柵。
11. 如申請專利範圍第10項的偵測系統，其中，在無入侵物入侵該第二安全波柵時，第i個偵測波由該第二偵測器的該發射器發射至回到該第二偵測器的該接收器的一時間值為第一類時間值T1i，在有入侵物入侵該第二安全波柵時，該第i個偵測波被偵測到的該時間值不等於該第一類時間值T1i。
12. 如申請專利範圍第11項的偵測系統，其中，該第i個偵測波沿第一類路徑PA1i具有A1i段、B1i段、C1i段及D1i段，該第i個偵測波由該第二偵測器的該發射器沿該A1i段至該第二轉向件， 由該第二轉向件沿該B1i段至該工作面，由該工作面沿該C1i段至該第二轉向件，再由該第二轉向件沿該D1i段至該第二偵測器的該接收器。
13. 如申請專利範圍第12項的偵測系統，其中，當有入侵物入侵該第二安全波柵，該第i個偵測波由該第二偵測器的該發射器發射至回到該第二偵測器的該接收器的該時間值為第二類時間值、第三類時間值或第四類時間值，該第二類時間值小於該第一類時間值，該第三類時間值大於該第一類時間值，該第i個偵測波超出一預定時間間隔才返回或未返回屬於該第四類時間值。

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