Sistema de sensor de puerta de ascensor óptico con área de detección plana

Un sistema de sensor de puerta óptico recientemente desarrollado mejora el rendimiento de detección, aumenta la seguridad y supera las debilidades de los sistemas de puerta convencionales.

por Emiko Sano, Masahiro Shikai, Yuki Kawae, Akihide Shiratsuki, Hajime Nakajima y Toshio Masuda
Mitsubishi Electric Corporation, Japón

Este trabajo fue presentado en  ELEVCON Lucerne 2010, el Congreso Internacional sobre Tecnologías de Transporte Vertical y publicado por primera vez en el libro IAEE Tecnología de ascensores18 años, editado por A. Lustig. Es una reimpresión con permiso de la Asociación Internacional de Ingenieros de Ascensores IAEE (sitio web: www.elevcon.com). Este artículo es una reimpresión exacta y no ha sido editado por ELEVATOR WORLD.

Palabras clave: Seguridad, puerta automática, sensor óptico

RESUMEN

Los sensores de cortina de luz convencionales utilizados en los ascensores tienen espacios entre sus haces que los hacen ineficaces para detectar objetos lo suficientemente pequeños como para caber entre los espacios. Para superar esta y otras debilidades de los sensores de puerta de ascensor convencionales, hemos desarrollado un nuevo sistema de sensor de puerta de ascensor óptico con un área de detección plana sin huecos. El sistema tiene dos tiras largas y estrechas de fuentes de luz y dos sensores de imagen montados dentro de los postes de la puerta del ascensor. Los sensores pueden detectar los dedos de los pasajeros y otros objetos pequeños, evitando que queden atrapados al abrir las puertas o pellizcados al cerrar las puertas. Como característica de seguridad adicional, las tiras de fuente de luz roja parpadean para que los pasajeros sepan cuándo las puertas del ascensor están a punto de abrirse o cerrarse.

1. INTRODUCCIÓN

La seguridad de los ascensores es muy importante para los pasajeros y una parte importante del diseño sin barreras. Hay tres tipos comunes de accidentes que pueden ocurrir en los ascensores: las manos u objetos pueden quedar atrapados en el espacio entre una puerta que se abre y el poste de la puerta (accidentes de atrapamiento), las manos u objetos pueden quedar atrapados entre las puertas que se cierran (accidente de pellizcos), y los pasajeros que corren para abordar un ascensor pueden chocar con las puertas que se cierran (colisiones). Actualmente se utilizan varios sensores para prevenir estos accidentes.

Para evitar accidentes por atrapamiento (cuando las puertas se abren), los sensores ópticos sin contacto se usan para detectar cuándo las manos o los objetos de mano están a punto de ser jalados. Para evitar accidentes por atrapamiento (cuando las puertas se están cerrando), los ascensores usan sensores como cortinas de luz óptica de contacto y zapatos de seguridad mecánicos que detectan presión. Para evitar colisiones, los ascensores cuentan con sistemas que utilizan ultrasonidos o luz para detectar pasajeros u objetos que se aproximan en el pasillo.

Sin embargo, estos sensores tienen ciertas debilidades. No siempre pueden detectar cuando un objeto o una persona cerca de las puertas está en una posición propensa a sufrir un accidente, y no pueden detectar pasajeros u objetos de ciertos tamaños y materiales. Para mejorar la seguridad de los ascensores, era necesario desarrollar un nuevo tipo de sensor capaz de remediar los defectos de los sensores actuales.

Para hacer frente a esta necesidad, ideamos y desarrollamos un sistema de sensor de puerta de ascensor óptico con un área de detección plana. El nuevo sistema supera los defectos de los sensores actuales, lo que permite que un solo conjunto de sensores evite los tres tipos comunes de accidentes de ascensores. Comenzamos analizando por qué los sensores que se usan actualmente a veces no detectan cada tipo de accidente común. Este documento describe los hallazgos de ese análisis y describe la configuración, el principio de detección y el funcionamiento del sistema de sensores que desarrollamos en respuesta.

2. ACCIDENTES DE PUERTA Y SENSORES DE PUERTA DE ASCENSOR CONVENCIONAL

Esta sección describe los tipos de accidentes que pueden ocurrir cuando las puertas de los ascensores se abren o cierran, los métodos utilizados por los sensores de seguridad y los equipos de seguridad actuales para prevenirlos y sus debilidades.

2.1 Accidentes de atrapamiento (cuando se abren las puertas):

La figura 1 es una vista desde arriba que muestra la configuración de las puertas de un ascensor y las estructuras circundantes. Los ascensores están diseñados para que las puertas de descanso operen en respuesta a la operación de las puertas de cabina. Hay espacios entre cada puerta de cabina y la puerta de aterrizaje. Cuando se abren las puertas, es posible que las manos de los pasajeros u objetos de mano queden atrapados (atrapados) en el espacio entre una de las puertas y el poste de la puerta (los puntos marcados con A en la Figura 1).

Actualmente se utilizan dos tipos principales de sensores para prevenir este tipo de accidentes. Uno es un sensor que detecta el par de carga del motor utilizado para accionar las puertas. Cuando el par adicional supera su valor de umbral, el sensor considera que algún tipo de objeto ha entrado en el espacio. Para evitar que el objeto se introduzca más, deja de abrir las puertas y comienza a cerrarlas. La debilidad de este sensor es que solo puede detectar objetos una vez que han sido empujados hacia el espacio.

El otro tipo de sensor diseñado para evitar accidentes por atrapamiento es un tipo óptico sin contacto que detecta objetos que se han acercado a la vecindad de un espacio. Estos sensores irradian rayos infrarrojos en la vecindad de cada espacio entre la puerta y el poste de la puerta, y detectan objetos que cruzan cualquiera de estos rayos como posibles causas de accidentes por atrapamiento. Dado que este tipo de sensor se dispara simplemente al romperse el haz, tiene la ventaja de poder detectar objetos antes de que sean atraídos, a diferencia del primer tipo de sensor. Pero su debilidad es que tiene dificultad para detectar las manos colocadas en los espacios entre los rayos infrarrojos y los postes de las puertas, ya que sus rayos infrarrojos no cubren todas las áreas en las que las manos podrían entrar.

2.2 Accidentes por pellizcos (cuando las puertas se cierran):

Las manos o los objetos de mano pueden quedar atrapados entre los bordes de las puertas del ascensor que se cierran (los puntos etiquetados con B en la Figura 1). Los sensores que se utilizan actualmente para evitar este tipo de accidentes detectan objetos entre las puertas y vuelven a abrir las puertas que se están cerrando cuando se detecta un objeto.

Nuevamente, actualmente se utilizan dos tipos principales de sensores para prevenir este tipo de accidentes. El tipo más común es un zapato de seguridad mecánico. Este sensor detecta la presión de un objeto en contacto con el borde de una puerta y determina que hay una obstrucción cuando la presión excede el valor predeterminado. Sin embargo, dado que este sensor no se dispara si la presión aplicada no excede el valor predeterminado, tiene dificultad para detectar telas suaves o cuerdas.

El otro tipo común de sensor es el tipo óptico sin contacto, como las cortinas de luz. Estos sensores proyectan múltiples rayos infrarrojos entre las puertas para detectar obstrucciones, por lo que pueden detectar las telas suaves y las cuerdas con las que los zapatos de seguridad tienen dificultades. La debilidad de estos sensores es que los espacios entre sus haces les impiden detectar cualquier objeto lo suficientemente pequeño como para caber entre los espacios.

2.3 Colisiones (cuando las puertas se cierran)

Junto con los accidentes por pellizcos, el otro tipo de accidente que puede ocurrir cuando las puertas del ascensor se están cerrando ocurre cuando los pasajeros que intentan abordar no anticipan que las puertas están a punto de comenzar a cerrarse y chocan con las puertas que se cierran. Los sensores que se utilizan actualmente para prevenir este tipo de accidentes utilizan rayos ultrasónicos e infrarrojos para detectar a los pasajeros que se aproximan al ascensor. Pero un pasajero que corre para abordar el ascensor puede ser demasiado rápido para que las puertas se vuelvan a abrir a tiempo después de que se activa el sensor, lo que hace que el pasajero choque con las puertas.

2.4 Accidentes de puerta

Como se describe en las Secciones 2.1 a 2.3, los sensores que se utilizan actualmente para evitar accidentes por atrapamiento y pellizcos tienen dificultades para detectar materiales blandos como telas o cuerdas y objetos pequeños (delgados). Los sensores de corriente también tienen dificultades para evitar colisiones entre las puertas y los pasajeros que corren para subir al ascensor. La Tabla 1 enumera los escenarios de accidentes que son difíciles de detectar y la razón de la dificultad en cada caso.

Para mejorar la seguridad de los ascensores, investigamos y desarrollamos un sistema de sensor de puerta de ascensor óptico con un área de detección plana que supera las debilidades descritas y puede prevenir los tres tipos de accidentes comunes.

3. SISTEMA DE SENSOR DE PUERTA DE ASCENSOR ÓPTICO CON ÁREA DE DETECCIÓN PLANAR

Las siguientes secciones describen la configuración específica de cada módulo del sistema.

3.1 Resumen del sistema

Para encontrar un método para superar las debilidades de los sensores en uso actual (discutidos en la Sección 2) y desarrollar un sistema que pueda prevenir los tres tipos de accidentes comunes (atrapamiento, accidentes por pellizcos y colisiones) con un solo conjunto de sensores, ideó un sistema de sensor de puerta de ascensor óptico con un área de detección plana que cubre todo el plano de la puerta. También le dimos al sistema una función de señal basada en luz. Las características del sistema se describen a continuación.

• Los sensores ópticos pueden detectar objetos blandos antes de que ocurran accidentes.
• 
  Para permitir la detección sin contacto físico, desarrollamos sensores ópticos sin contacto. Para evitar accidentes por atrapamiento, nuestros sensores pueden detectar obstrucciones antes de que ocurran accidentes, algo imposible con sensores que detectan el par de carga. Para evitar accidentes por pellizcos, nuestros sensores pueden detectar telas suaves y cuerdas, lo que es difícil con zapatos de seguridad.

• El área de detección plana sin espacios puede detectar objetos pequeños (delgados)
• 
  Entre los sensores de infrarrojos que se utilizan actualmente, incluso los tipos que utilizan varios haces de infrarrojos, como las cortinas de luz, tienen dificultades para detectar objetos pequeños en los espacios entre los haces. Para superar esta debilidad, desarrollamos nuevas tiras de fuente de luz originales que generan un área de detección plana sin espacios. Estas fuentes de luz pueden detectar casi todas las cosas que ingresan al área, incluso objetos tan pequeños como un dedo.

• El área de detección que cubre casi todo el plano de la puerta puede evitar accidentes por atrapamiento y pellizcos
• simultáneamente
• 
  Entre los sensores de infrarrojos que se utilizan actualmente, incluso los tipos que utilizan varios haces de infrarrojos, como las cortinas de luz, tienen dificultades para detectar objetos pequeños en los espacios entre los haces. Para superar esta debilidad, desarrollamos nuevas tiras de fuente de luz originales que generan un área de detección plana sin espacios. Estas fuentes de luz pueden detectar casi todas las cosas que ingresan al área, incluso objetos tan pequeños como un dedo.

• Sistema de luces para avisar a los pasajeros cuando las puertas están a punto de cerrarse
• 
  Al permitir que los pasajeros anticipen cuándo las puertas están a punto de comenzar a cerrarse, el sistema evita que los pasajeros que corren hacia el ascensor choquen con las puertas que se cierran.

Para incorporar todas estas características, desarrollamos un sistema de sensor óptico original compuesto por unidades de imagen y tiras de fuente de luz.

3.2 Principio de configuración y detección

Las siguientes secciones describen la configuración específica de cada módulo del sistema.

Configuración de 3.2.1

El sistema consta de dos tiras de fuentes de luz, cada una con un área de detección triangular y sus correspondientes unidades de imagen. Las dos tiras de fuente de luz trabajan juntas para formar un área de detección plana rectangular. Las tiras de fuentes de luz se montan verticalmente a lo largo de los postes de las puertas. Las unidades de imagen constan de una lente y un elemento de imagen. Cada uno está montado en el poste de la puerta opuesto a su tira de fuente de luz correspondiente, en ángulo para colocar todas sus fuentes de luz dentro de su campo de visión. Las unidades de imágenes toman imágenes de las tiras largas y estrechas de la fuente de luz y detectan cualquier objeto que se interponga entre ellas y cada tira de la fuente de luz detectando interrupciones en la imagen de la fuente de luz.

El lado izquierdo de la Figura 2 muestra la configuración del sensor. La figura 2 (a) muestra la imagen de la fuente de luz cuando ningún objeto ha entrado en el área de detección. La Figura 2 (b) muestra un ejemplo de la imagen de la fuente de luz cuando un objeto ha ingresado al área. Las tiras de fuente de luz y la óptica de la unidad de imagen necesitaban superar varias dificultades técnicas para implementar las características descritas en la Sección 3.1 y permitir que el sistema se montara en ascensores de varios tamaños de puerta. Las características de las tiras de fuente de luz y las unidades de imágenes se describen a continuación.

• Tiras de fuente de luz
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  Además de su función principal como fuentes de luz para detección óptica, las fuentes de luz del sistema también tienen una función que les permite actuar como luces de exhibición para señalar a los pasajeros. La implementación de su función principal requería la creación de tiras de fuente de luz ininterrumpidas que crearían un área de detección plana sin espacios. Para ello, optimizamos el intervalo de colocación de los LED rojos en cada tira y montamos placas de difusión de luz para permitir una emisión de luz continua de intensidad uniforme. Este diseño dio como resultado fuentes de luz que crean un área de detección plana libre de los espacios de las áreas de detección convencionales en forma de línea.

• Unidades de imagen
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  Para detectar objetos pequeños en casi cualquier punto en todo el plano frontal y permitir su uso en muchos tipos diferentes de ascensores, las unidades de imágenes debían ser pequeñas y soportar una variedad de anchos de puerta sin reenfocar. Si bien superar estos dos problemas fue difícil, la optimización del diseño de la lente asférica permitió una gran profundidad de campo (2,200 mm) y un amplio ángulo de visión (66 grados), manteniendo la longitud total de la unidad de la lente por debajo de los 10 mm.

3.2.2 Principio de detección

Como se muestra en la Figura 2 (a), cuando no hay ningún objeto en el área de detección, cada unidad de imagen detecta la imagen ininterrumpida creada por su tira de fuente de luz. Cuando un objeto ingresa al área de detección, interrumpe parte de la luz que brilla en cualquiera de las unidades de imagen desde su tira de fuente de luz y crea una ruptura en la imagen como se muestra en
Figura 2 (b). El sistema de sensores los utiliza para detectar objetos en el área de detección.

3.3 Especificaciones del sistema

La Tabla 2 muestra las principales especificaciones de nuestro sistema de sensores. Su área de detección plana admite puertas de 1,800 mm de altura y de cualquier ancho entre 800 y 1,200 mm. Puede detectar todos los objetos no transparentes de más de 9 mm de diámetro en cualquier punto de esta área. Puede detectar objetos más delgados en algunos lugares y puede detectar objetos de 3 mm de diámetro en el centro de la abertura de la puerta. Dado que las fuentes de luz también se utilizan para alertar a los pasajeros, seleccionamos el rojo como color de fuente de luz para su uso común como color de advertencia. Las fuentes de luz se iluminan desde casi la altura del piso hasta una altura de aproximadamente 1,800 mm, lo que las hace fácilmente visibles para los pasajeros con una amplia variedad de líneas de visión, que van desde niños hasta adultos y personas mayores. La Figura 2 muestra el área de aparición y detección del sistema sensor montado en una cabina de ascensor.

3.4 Funcionamiento de sensores y puertas

Para evitar accidentes por atrapamiento (por abrir puertas) y accidentes por pinzamiento o colisiones (por cerrar puertas), los sistemas de sensores deben hacer más que solo detectar obstrucciones: también deben abrir y cerrar las puertas del ascensor en el momento adecuado mientras el ascensor funciona. . Los módulos sensores de nuestro sistema detectan obstrucciones y sus fuentes de luz parpadean junto con las operaciones de APERTURA y CIERRE de la puerta. El módulo de control del ascensor controla la operación de APERTURA/CIERRE de la puerta y reproduce mensajes de voz grabados seleccionados según el estado de detección. Estas operaciones de control de sensores y ascensores están diseñadas para mantener eficientes las operaciones de rutina del ascensor. Las siguientes secciones describen la operación realizada para prevenir cada tipo de accidente.

3.4.1 Prevención de accidentes por atrapamiento

Cuando la cabina del ascensor está en movimiento, el sistema apaga la detección del sensor y las fuentes de luz. Antes de que el automóvil haya llegado al piso de destino, el sistema comienza a hacer parpadear las fuentes de luz y comienza la detección del sensor. Comenzar a destellar las fuentes de luz en este momento permite a los pasajeros del automóvil anticipar cuándo comenzarán a abrirse las puertas y los alerta. Si un sensor detecta una obstrucción en este momento, antes de abrir las puertas, el sistema reproduce un mensaje de voz grabado que alerta a los pasajeros de que las puertas están a punto de abrirse y les pide que se alejen de las puertas. Retrasar el inicio de la operación de APERTURA de puertas da tiempo a los pasajeros para alejarse de las puertas. Cuando se inicia la operación de APERTURA de puerta, las fuentes de luz dejan de parpadear y la operación de detección se detiene. La detección se detiene para evitar caídas en la eficiencia de la operación de rutina debido a la detección innecesaria de pasajeros que intentan salir por el espacio entre las puertas que se abren. Las operaciones descritas en esta sección ayudan a prevenir accidentes por atrapamiento.

3.4.2 Prevención de accidentes por pinzamiento

Cuando el sistema detecta una obstrucción antes de que las puertas comiencen a cerrarse, apaga las fuentes de luz y extiende el tiempo de espera de APERTURA COMPLETA. Si no detecta una obstrucción, comienza a cerrar las puertas, enciende las fuentes de luz y continúa la operación de detección. Si el sistema detecta una obstrucción mientras cierra las puertas, apaga las fuentes de luz y comienza a abrir las puertas nuevamente. Si no detecta una obstrucción, continúa la operación de detección hasta que las puertas se hayan cerrado.

3.4.3 Prevención de colisiones

Mientras las puertas están abiertas, el sistema apaga las fuentes de luz. Luego, aproximadamente un segundo antes de que las puertas comiencen a cerrarse, las fuentes de luz parpadean y comienza la operación de detección. Hacer parpadear las fuentes de luz antes de que se cierren las puertas permite que los pasajeros que ingresan anticipen cuándo las puertas están a punto de cerrarse, evitando colisiones con ellos.

4. CONCLUSIÓN

Para mejorar la seguridad de los pasajeros del ascensor, desarrollamos un nuevo sistema de sensor óptico sin contacto con un área de detección plana sin espacios. El sistema puede prevenir los tres tipos comunes de accidentes de ascensores (atrapamientos, pellizcos y colisiones) con un solo conjunto de sensores. Puede detectar materiales blandos y objetos lo suficientemente pequeños como para deslizarse entre los espacios del haz en los sensores convencionales, mientras que sus fuentes de luz se duplican como luces de visualización para evitar colisiones. Este sistema de sensor ya se ha lanzado como producto.