Düzlemsel Algılama Alanlı Optik Asansör Kapı Sensör Sistemi

Yeni geliştirilen optik kapı sensör sistemi, algılama performansını iyileştirir, güvenliği artırır ve geleneksel kapı sistemlerinin zayıflıklarının üstesinden gelir.

Emiko Sano, Masahiro Shikai, Yuki Kawae, Akihide Shiratsuki, Hajime Nakajima ve Toshio Masuda tarafından
Mitsubishi Electric Corporation, Japonya

Bu bildiri şu adreste sunuldu:  ELEVCON Lucerne 2010, Uluslararası Dikey Taşıma Teknolojileri Kongresi ve ilk olarak IAEE kitabında yayınlandı Asansör Teknolojisive 18, A. Lustig tarafından düzenlendi. Uluslararası Asansör Mühendisleri Birliği IAEE'nin izniyle yeniden basılmıştır (web sitesi: www.elevcon.com). Bu makale tam bir yeniden basımdır ve ELEVATOR WORLD tarafından düzenlenmemiştir.

Anahtar Kelimeler: Güvenlik, otomatik kapı, optik sensör

ÖZET

Asansörlerde kullanılan geleneksel ışık perdesi sensörleri, kirişleri arasında boşluklara sığacak kadar küçük nesneleri algılamada etkisiz hale getiren boşluklara sahiptir. Geleneksel asansör kapısı sensörlerindeki bu zayıflığın ve diğer zayıflıkların üstesinden gelmek için boşluksuz düzlemsel algılama alanına sahip yeni bir optik asansör kapısı sensör sistemi geliştirdik. Sistem, iki uzun, dar ışık kaynağı şeridine ve asansör kapı direklerine monte edilmiş iki görüntüleme sensörüne sahiptir. Sensörler, yolcu parmaklarını ve diğer küçük nesneleri algılayarak, kapıları açarak sıkışmalarını veya kapıları kapatarak sıkışmalarını önleyebilir. Ek bir güvenlik özelliği olarak, kırmızı ışık kaynağı şeritleri, yolcuların asansör kapıları açılıp kapanmak üzere olduğunu bildirmek için yanıp söner.

1. GİRİŞ

Asansör güvenliği yolcular için çok önemlidir ve engelsiz tasarımın önemli bir parçasıdır. Asansörlerde meydana gelebilecek üç yaygın kaza türü vardır - açılan kapı ile kapı direği arasındaki boşluğa eller veya nesneler çekilebilir (sıkışma kazaları), eller veya nesneler kapanan kapılar arasında sıkışabilir (sıkışma kazaları), ve asansöre binmek için koşan yolcular kapanan kapılarla çarpışabilir (çarpışma). Bu kazaları önlemek için günümüzde çeşitli sensörler kullanılmaktadır.

Kapanma kazalarını önlemek için (kapılar açılırken), ellerin veya elde tutulan nesnelerin ne zaman çekileceğini algılamak için temassız optik sensörler kullanılır. Sıkıştırma kazalarını önlemek için (kapılar kapanırken), asansörler, olmayan sensörler gibi sensörler kullanır. optik ışık perdeleri ve basıncı algılayan mekanik güvenlik ayakkabıları ile temasa geçin. Çarpışmaları önlemek için asansörlerde, yolcuları veya koridorda yaklaşan nesneleri algılamak için ultrason veya ışık kullanan sistemler bulunur.

Ancak, bu sensörlerin bazı zayıf yönleri vardır. Kapıların yakınındaki bir nesnenin veya kişinin kazaya eğilimli bir konumda olduğunu her zaman algılayamazlar ve yolcuları veya belirli boyut ve malzemelerdeki nesneleri algılayamazlar. Asansör güvenliğini artırmak için, mevcut sensörlerin kusurlarını giderebilecek yeni bir sensör tipinin geliştirilmesine ihtiyaç vardı.

Bu ihtiyacı karşılamak için düzlemsel algılama alanına sahip bir optik asansör kapısı sensör sistemi tasarladık ve geliştirdik. Yeni sistem, akım sensörlerinin kusurlarının üstesinden gelir ve tek bir sensör setinin üç yaygın asansör kazası türünün tümünü önlemesini sağlar. Mevcut kullanımdaki sensörlerin neden bazen her bir yaygın kaza türünü tespit edemediğini analiz ederek başladık. Bu makale, bu analizin bulgularını açıklar ve buna karşılık olarak geliştirdiğimiz sensör sisteminin konfigürasyonunu, algılama ilkesini ve çalışmasını açıklar.

2. KAPI KAZALARI VE KONVANSİYONEL ASANSÖR KAPISI SENSÖRLERİ

Bu bölümde, asansör kapıları açılıp kapanırken meydana gelebilecek kaza türleri, mevcut güvenlik ekipmanlarının ve güvenlik sensörlerinin bunları önlemek için kullandıkları yöntemler ve bunların zayıf yönleri anlatılmaktadır.

2.1 Kapanma Kazaları (Kapılar Açıldığında):

Şekil 1, bir asansörün kapılarının ve çevresindeki yapıların konfigürasyonunu gösteren bir üstten görünüştür. Asansörler, kat kapıları, kabin kapılarının çalışmasına tepki olarak çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Her kabin kapısı ile kat kapısı arasında boşluklar vardır. Kapılar açıldığında, yolcuların elleri veya elde tutulan nesnelerin kapılardan biri ile kapı direği arasındaki boşluğa (Şekil 1'de A ile işaretlenmiş noktalar) çekilmesi ve sıkışması (yakalanması) mümkündür.

Bu tür kazaları önlemek için şu anda iki ana sensör türü kullanılmaktadır. Bunlardan biri, kapıları sürmek için kullanılan motorun yük torkunu algılayan bir sensördür. Ek tork eşik değerini aştığında, sensör boşluğa bir tür nesnenin çekildiğini kabul eder. Cismin daha fazla içeri çekilmesini önlemek için kapıları açmayı durdurur ve kapatmaya başlar. Bu sensörün zayıf yanı, nesneleri ancak boşluğa çekildikten sonra algılayabilmesidir.

Kapanma kazalarını önlemek için tasarlanmış diğer sensör tipi, bir boşluğun yakınına yaklaşan nesneleri algılayan temassız optik tiptir. Bu sensörler, kapı ve kapı direği arasındaki her bir boşluğun yakınına kızılötesi ışınlar yayar ve bu ışınlardan herhangi birini geçen nesneleri, sıkışma kazalarının olası nedenleri olarak algılar. Bu sensör tipi sadece ışını kırılarak tetiklendiğinden, birinci tip sensörden farklı olarak nesneleri içeri çekilmeden önce algılayabilme avantajına sahiptir. Ancak zayıf yönü, kızılötesi ışınları, ellerin çekilebileceği tüm alanları kapsamadığı için, kızılötesi ışınlar ve kapı direkleri arasındaki boşluklara yerleştirilen elleri algılamakta güçlük çekmesidir.

2.2 Sıkıştırma Kazaları (Kapılar Kapandığında):

Eller veya elde tutulan nesneler, kapatılan asansör kapılarının kenarları arasında sıkışabilir (Şekil 1'de B ile etiketlenen noktalar). Halihazırda bu tür bir kazayı önlemek için kullanılan sensörler, kapılar arasındaki nesneleri algılar ve bir nesne algılandığında kapanan kapıları yeniden açar.

Yine, bu tür kazaları önlemek için şu anda iki ana sensör türü kullanılmaktadır. En yaygın tip mekanik güvenlik ayakkabısıdır. Bu sensör, kapı kenarına temas eden bir cismin basıncını algılar ve basınç önceden belirlenen değeri aştığında bir engel olduğunu belirler. Ancak bu sensör uygulanan basınç önceden belirlenen değeri geçmediğinde tetiklenmediği için yumuşak kumaşları veya ipleri algılamakta güçlük çeker.

Diğer yaygın sensör tipi, ışık perdeleri gibi temassız optik tiptir. Bu sensörler, engelleri algılamak için kapılar arasında çok sayıda kızılötesi ışın yayar, böylece güvenlik ayakkabılarının zorlandığı yumuşak kumaşları ve ipleri algılayabilir. Bu sensörlerin zayıf yanı, kirişleri arasındaki boşlukların, boşluklar arasına sığacak kadar küçük herhangi bir nesneyi algılamasını engellemesidir.

2.3 Çarpışmalar (Kapılar Kapandığında)

Sıkışma kazalarının yanı sıra, asansör kapıları kapanırken meydana gelebilecek bir diğer kaza türü, binmeye çalışan yolcuların kapıların kapanmaya başlayacağını tahmin etmemesi ve kapanan kapılara çarpmasıyla meydana gelir. Halihazırda bu tür kazaları önlemek için kullanılan sensörler, asansöre yaklaşan yolcuları algılamak için ultrason ve kızılötesi ışınları kullanır. Ancak asansöre binmek için koşan bir yolcu, sensör tetiklendikten sonra kapıların yeniden açılması için çok hızlı olabilir ve bu da yolcunun kapılara çarpmasına neden olabilir.

2.4 Kapı Kazaları

Bölüm 2.1 ila 2.3'te açıklandığı gibi, şu anda sıkışma kazalarını ve kıstırma kazalarını önlemek için kullanılan sensörler, kumaşlar veya ipler gibi yumuşak malzemeleri ve küçük (ince) nesneleri algılamakta güçlük çekiyor. Akım sensörleri ayrıca kapılar ve asansöre binmek için koşan yolcular arasındaki çarpışmaları önlemede güçlük çekiyor. Tablo 1, tespit edilmesi zor olan kaza senaryolarını ve her durumda zorluğun nedenini listeler.

Asansör güvenliğini artırmak için, açıklanan zayıflıkların üstesinden gelen ve üç yaygın kaza türünün tümünü önleyebilen düzlemsel algılama alanına sahip bir optik asansör kapısı sensör sistemini araştırdık ve geliştirdik.

3. PLANAR ALGILAMA ALANLI OPTİK ASANSÖR KAPI SENSÖR SİSTEMİ

Aşağıdaki bölümler, her sistem modülünün özel yapılandırmasını açıklar.

3.1 Sisteme genel bakış

Mevcut kullanımdaki sensörlerin zayıflıklarının üstesinden gelmek için bir yöntem bulmak (Bölüm 2'de ele alınmıştır) ve sadece tek bir sensör seti ile üç yaygın kaza türünü (kapanma kazaları, kıstırma kazaları ve çarpışmalar) önleyebilecek bir sistem geliştirmek için, tüm kapı düzlemini kapsayan düzlemsel bir algılama alanına sahip bir optik asansör kapısı sensör sistemi tasarladı. Ayrıca sisteme ışık tabanlı bir sinyal işlevi de verdik. Sistem özellikleri aşağıda açıklanmıştır.

• Optik sensörler, kazalar meydana gelmeden önce yumuşak nesneleri algılayabilir.
• 
  Fiziksel temas olmadan algılamayı sağlamak için temassız optik sensörler geliştirdik. Sıkıştırma kazalarını önlemek için sensörlerimiz engelleri kazalar oluşmadan önce algılayabilir; bu, yük torkunu algılayan sensörlerle mümkün değildir. Sıkışma kazalarını önlemek için sensörlerimiz yumuşak kumaşları ve ipleri algılayabilir - güvenlik ayakkabılarıyla zor.

• Boşluksuz düzlemsel algılama alanı küçük (ince) nesneleri algılayabilir
• 
  Mevcut kullanımda olan kızılötesi sensörler arasında, ışık perdeleri gibi çoklu kızılötesi ışın kullanan türleri bile ışınlar arasındaki boşluklardaki küçük nesneleri algılamakta güçlük çekiyor. Bu zayıflığın üstesinden gelmek için, boşluksuz düzlemsel bir algılama alanı oluşturan orijinal yeni ışık kaynağı şeritleri geliştirdik. Bu ışık kaynakları, alana giren neredeyse her şeyi, hatta bir parmak kadar küçük nesneleri bile algılayabilir.

• Neredeyse tüm kapı düzlemini kaplayan algılama alanı, hem sıkışma hem de sıkışma kazalarını önleyebilir
• aynı anda
• 
  Mevcut kullanımda olan kızılötesi sensörler arasında, ışık perdeleri gibi çoklu kızılötesi ışın kullanan türleri bile ışınlar arasındaki boşluklardaki küçük nesneleri algılamakta güçlük çekiyor. Bu zayıflığın üstesinden gelmek için, boşluksuz düzlemsel bir algılama alanı oluşturan orijinal yeni ışık kaynağı şeritleri geliştirdik. Bu ışık kaynakları, alana giren neredeyse her şeyi, hatta bir parmak kadar küçük nesneleri bile algılayabilir.

• Kapıların kapanmak üzere olduğunu yolculara bildiren sistem ışıkları
• 
  Sistem, kapıların ne zaman kapanmaya başlayacağını yolcuların tahmin etmesine izin vererek, asansöre koşan yolcuların kapanan kapılarla çarpışmasını engeller.

Tüm bu özellikleri bir araya getirmek için görüntüleme üniteleri ve ışık kaynağı şeritlerinden oluşan orijinal bir optik sensör sistemi geliştirdik.

3.2 Konfigürasyon ve algılama prensibi

Aşağıdaki bölümler, her sistem modülünün özel yapılandırmasını açıklar.

3.2.1 Yapılandırma

Sistem, her biri üçgen algılama alanına sahip iki ışık kaynağı şeridinden ve bunlara karşılık gelen görüntüleme birimlerinden oluşur. İki ışık kaynağı şeridi, dikdörtgen düzlemsel bir algılama alanı oluşturmak için birlikte çalışır. Işık kaynağı şeritleri kapı direkleri boyunca dikey olarak monte edilir. Görüntüleme üniteleri bir lens ve görüntüleme elemanından oluşur. Her biri, ilgili ışık kaynağı şeridinin karşısındaki kapı direğine monte edilir ve tüm ışık kaynaklarını görüş alanı içine yerleştirmek için açılıdır. Görüntüleme üniteleri uzun, dar ışık kaynağı şeritlerini görüntüler ve ışık kaynağı görüntüsündeki kırılmaları tespit ederek kendi aralarında ve her bir ışık kaynağı şeridi arasına giren herhangi bir nesneyi tespit eder.

Şekil 2'nin sol tarafı sensör konfigürasyonunu göstermektedir. Şekil 2(a), algılama alanına hiçbir nesne girmediğinde ışık kaynağı görüntüsünü gösterir. Şekil 2(b), alana bir nesne girdiğinde ışık kaynağı görüntüsünün bir örneğini göstermektedir. Işık kaynağı şeritleri ve görüntüleme ünitesi optikleri, Bölüm 3.1'de açıklanan özellikleri uygulamak ve sistemin çeşitli kapı boyutlarındaki asansörlere monte edilmesini sağlamak için çeşitli teknik zorlukların üstesinden gelmek için gerekliydi. Işık kaynağı şeritlerinin ve görüntüleme birimlerinin özellikleri aşağıda açıklanmıştır.

• Işık kaynağı şeritleri
• 
  Optik algılama için ışık kaynakları olarak birincil işlevlerine ek olarak, sistemin ışık kaynakları ayrıca yolcuları işaret etmek için ekran ışıkları olarak hareket etmelerini sağlayan bir işleve sahiptir. Birincil işlevlerini uygulamak, boşluksuz bir düzlemsel algılama alanı oluşturacak kesintisiz ışık kaynağı şeritlerinin oluşturulmasını gerektiriyordu. Bunu yapmak için, her şeritteki kırmızı LED'lerin yerleştirme aralığını optimize ettik ve sabit yoğunlukta sürekli ışık yayılımı sağlamak için ışık yayma plakaları monte ettik. Bu tasarım, geleneksel çizgi şeklindeki algılama alanlarının boşluklarından arındırılmış düzlemsel bir algılama alanı oluşturan ışık kaynaklarıyla sonuçlandı.

• Görüntüleme birimleri
• 
  Ön düzlemin neredeyse her noktasındaki küçük nesneleri algılamak ve birçok farklı asansör tipinde kullanım sağlamak için görüntüleme ünitelerinin küçük olması ve yeniden odaklanmadan çeşitli kapı genişliklerini desteklemesi gerekiyordu. Her iki sorunun da üstesinden gelmek zor olsa da, küresel olmayan lens tasarımını optimize etmek, toplam lens ünitesi uzunluğunu 2,200 mm'nin altında tutarken geniş bir alan derinliği (66 mm) ve geniş görüş açısı (10 derece) sağladı.

3.2.2 Algılama ilkesi

Şekil 2(a)'da gösterildiği gibi, algılama alanında herhangi bir nesne olmadığında, her görüntüleme ünitesi ışık kaynağı şeridi tarafından oluşturulan kesintisiz görüntüyü algılar. Bir nesne algılama alanına girdiğinde, ışık kaynağı şeridinden görüntüleme ünitelerinden herhangi biri üzerinde parlayan ışığın bir kısmını bozar ve resimde gösterildiği gibi görüntüde bir kırılma yaratır.
Şekil 2(b). Sensör sistemi, algılama alanındaki nesneleri algılamak için bunları kullanır.

3.3 Sistem özellikleri

Tablo 2, sensör sistemimizin ana özelliklerini göstermektedir. Düzlemsel algılama alanı, 1,800 mm yüksekliğinde ve 800 ile 1,200 mm arasında herhangi bir genişlikte kapıları destekler. Bu alandaki herhangi bir noktada çapı 9 mm'den büyük olan tüm şeffaf olmayan nesneleri algılayabilir. Bazı yerlerde daha ince nesneleri algılayabilir ve kapı açıklığının ortasındaki 3 mm çapında nesneleri algılayabilir. Işık kaynakları yolcuları uyarmak için de kullanıldığından, uyarı rengi olarak yaygın kullanımı için ışık kaynağı rengi olarak kırmızıyı seçtik. Işık kaynakları, zemin yüksekliğinden yaklaşık 1,800 mm yüksekliğe kadar ışık verir ve bu sayede, çocuklardan yetişkinlere ve yaşlılara kadar çok çeşitli görüş açılarına sahip yolcular tarafından kolayca görülebilir hale gelir. Şekil 2, bir asansör kabinine monte edilmiş sensör sisteminin görünümünü ve algılama alanını göstermektedir.

3.4 Sensör ve kapı çalışması

Kapanma kazalarını (kapıların açılmasından) ve sıkışma kazalarını veya çarpışmaları (kapıların kapanmasından) önlemek için, sensör sistemlerinin engelleri algılamaktan daha fazlasını yapması gerekir - ayrıca asansör çalışırken asansör kapılarını uygun zamanlamada açıp kapatmaları gerekir. . Sistemimizin sensör modülleri engelleri algılar ve kapı AÇMA ve KAPATMA işlemleriyle birlikte ışık kaynakları yanıp söner. Asansör kontrol modülü, kapının AÇ/KAPAT işlemini kontrol eder ve algılama durumuna göre seçilen kayıtlı sesli mesajları çalar. Bu sensör ve asansör kontrol işlemleri, asansörün rutin işlemlerini verimli tutmak için tasarlanmıştır. Aşağıdaki bölümler, her bir kaza türünü önlemek için gerçekleştirilen işlemi açıklamaktadır.

3.4.1 Kapanma kazalarının önlenmesi

Asansör kabini hareket halindeyken sistem sensör algılamayı ve ışık kaynaklarını kapatır. Araç varış katına gelmeden önce sistem ışık kaynaklarını yanıp sönmeye başlar ve sensör algılamayı başlatır. Işık kaynaklarının bu noktada yanıp sönmeye başlaması, araçtaki yolcuların kapıların ne zaman açılmaya başlayacağını tahmin etmelerini sağlar ve onları uyarır. Bu sırada bir sensör bir engel algılarsa, kapıları açmadan önce sistem kayıtlı bir sesli mesaj çalar ve yolcuları kapıların açılmak üzere olduğunu bildirir ve yolcuları kapılardan uzaklaşmaları için uyarır. Kapı AÇMA işleminin başlamasını geciktirmek, yolculara kapılardan uzaklaşmaları için zaman verir. Kapı AÇ işlemi başladığında ışık kaynaklarının yanıp sönmesi durur ve algılama işlemi durur. Açılan kapılar arasındaki boşluktan dışarı çıkmaya çalışan yolcuların gereksiz tespiti nedeniyle rutin çalışma verimliliğindeki düşüşleri önlemek için algılama durur. Bu bölümde açıklanan işlemler, sıkışma kazalarını önlemeye yardımcı olur.

3.4.2 Sıkışma kazalarını önleme

Sistem kapılar kapanmaya başlamadan önce bir engel algıladığında ışık kaynaklarını kapatır ve TAM AÇIK bekleme süresini uzatır. Herhangi bir engel algılamıyorsa kapıları kapatmaya başlar, ışık kaynaklarını yanıp söner ve algılama işlemine devam eder. Sistem kapıları kapatırken bir engel algılarsa ışık kaynaklarını kapatır ve kapıları tekrar açmaya başlar. Herhangi bir engel algılamıyorsa, kapılar kapanana kadar algılama işlemine devam eder.

3.4.3 Çarpışmaları önleme

Kapılar açıkken sistem ışık kaynaklarını kapatır. Ardından kapılar kapanmaya başlamadan yaklaşık bir saniye önce başlayarak ışık kaynaklarını yanıp söner ve algılama işlemini başlatır. Kapılar kapanmadan önce ışık kaynaklarının yanıp sönmesi, gelen yolcuların kapıların ne zaman kapanmak üzere olduğunu tahmin etmelerini sağlar ve onlarla çarpışmayı önler.

4. SONUÇ

Asansör yolcu güvenliğini artırmak için boşluksuz düzlemsel algılama alanına sahip yeni bir temassız optik sensör sistemi geliştirdik. Sistem, tek bir sensör seti ile üç yaygın asansör kazasının tümünü (kapanma kazaları, sıkışma kazaları ve çarpışmalar) önleyebilir. Işık kaynakları çarpışmaları önlemek için ekran ışıkları olarak iki katına çıkarken, geleneksel sensörlerdeki ışın boşlukları arasında kayacak kadar küçük yumuşak malzemeleri ve nesneleri algılayabilir. Bu sensör sistemi zaten bir ürün olarak piyasaya sürüldü.