裁床安全防护系统及方法与流程

本发明涉及裁床技术领域，尤其涉及一种裁床安全防护系统及一种裁床安全防护方法。

背景技术：

裁床属于大型机床产品，其运动部件由伺服电机拖动，速度快，质量重，惯性大，且部分运动结构相对于工作台较为突出，由于裁床在使用过程中部分操作需要人工参与，因此目前市场上裁床产品多为开放式设计结构。这种开放式设计结构带来的问题也很明显，即安全防护问题。

目前市场上的裁床产品安全防护设计的原理基本为：裁床在工作过程中，安装在运动部件上的安全挡板撞击人体部位，触发行程开关，继而切断伺服电源。这种设计结构的弊端在于，触发裁床的安全措施的前提为运动部件上的安全挡板撞上人体部位才能触发安全防护措施，在切断电源后运动部件将不受系统控制依靠摩擦力自由停止，如果触发安全措施瞬间裁床正处于高速运转状态，运动部件将由于惯性滑行一米甚至更长一段距离，将可能与人体发生剧烈撞击，造成安全事故。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种无需人体接触裁床机械部件、安全防护性更好的裁床安全防护系统及方法，以克服现有技术的上述缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种裁床安全防护系统，包括驱动模块、检测模块和控制模块，驱动模块与裁床的运动部件相连接并驱动运动部件在裁床的工作台上运动，运动部件具有突出于工作台的突出部，在突出部所在位置处设定有安全防护区域，安全防护区域包括覆盖突出部的运动范围的危险区和位于危险区外侧的警示区；检测模块检测是否有人体或物体进入安全防护区域，并检测人体或物体是否进入危险区；驱动模块和检测模块均与控制模块相连接，控制模块根据检测模块的检测信号控制驱动模块工作，使驱动模块驱动运动部件正常运动或减速运动或停止运动。

优选地，检测模块包括安全扫描仪，安全扫描仪安装在工作台上且位于运动部件的突出部所在的一侧。

优选地，安全防护区域及危险区由安全扫描仪设定。

优选地，驱动模块包括与运动部件相连接的伺服电机、控制伺服电机运行的伺服驱动器以及控制伺服驱动器的电源通断的接触器。

优选地，控制模块包括第一控制器和第二控制器，第一控制器控制伺服驱动器从而控制伺服电机的转速，第二控制器控制接触器吸合或断开从而控制伺服驱动器的电源通断。

优选地，第一控制器为plc，第二控制器为安全继电器或安全plc。

优选地，还包括安全挡板和行程开关，安全挡板设于运动部件的突出部上，行程开关与控制模块相连接；安全挡板被人体或物体撞击时触发行程开关，控制模块根据行程开关的触发信号控制驱动模块停止工作。

优选地，还包括报警装置，报警装置与控制模块相连接。

本发明还提供一种裁床安全防护方法，裁床安全防护方法采用如上所述的裁床安全防护系统，在运动部件正常运动的过程中，当检测模块检测到有人体或物体进入安全防护区域且未进入危险区时，控制模块控制驱动模块驱动运动部件暂停运动或减速运动，直至检测模块检测到人体或物体离开安全防护区域后，控制模块控制驱动模块驱动运动部件正常运动；当检测模块检测到有人体或物体进入安全防护区域且进入危险区时，控制模块控制驱动模块停止工作，使运动部件停止运动。

优选地，运动部件在正常运动之前先进行定位操作，在定位操作的过程中，当检测模块检测到有人体或物体进入安全防护区域且未进入危险区时，控制模块控制驱动模块驱动运动部件正常定位；当检测模块检测到有人体或物体进入安全防护区域且进入危险区时，控制模块控制驱动模块驱动运动部件暂停运动，直至检测模块检测到人体或物体离开危险区后，控制模块控制驱动模块驱动运动部件正常定位。

与现有技术相比，本发明具有显著的进步：

本发明的裁床安全防护系统及方法，通过在运动部件相对工作台突出的突出部所在位置处设定安全防护区域，并将该安全防护区域划分为覆盖运动部件突出部活动范围的危险区和位于危险区外侧的警示区，由检测模块检测是否有人体或物体进入安全防护区域，并检测人体或物体是否进入危险区，同时由控制模块根据检测模块的检测信号控制驱动模块工作，从而控制运动部件的运动状态，能够实现在人体或物体接触裁床机械部件之前提前感知危险，并根据人体或物体靠近裁床的距离远近采取不同的保护措施，实现多级防护，无需通过人体或物体接触裁床机械部件来触发安全防护措施，可避免运动部件与人体或物体发生撞击，具有更好的安全防护性，且防护范围更广，有效增加了裁床工作的安全性。

附图说明

图1是本发明实施例的裁床安全防护系统的结构示意图。

图2是本发明实施例的裁床安全防护系统的工作流程图。

其中，附图标记说明如下：

1、运动部件10、突出部

2、工作台3、安全扫描仪

4、安全挡板a、安全防护区域

a1、危险区a2、警示区

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1和图2所示，本发明的裁床安全防护系统的一种实施例。参见图1，本实施例的裁床安全防护系统包括驱动模块、检测模块和控制模块。

其中，驱动模块与裁床的运动部件1相连接，驱动模块驱动运动部件1在裁床的工作台2上运动。运动部件1具有突出于工作台2的突出部10，在突出部10所在位置处设定有安全防护区域a，安全防护区域a为邻近工作台2的一区域范围，且位于运动部件1的突出部10所在的一侧。安全防护区域a包括危险区a1和警示区a2，危险区a1与工作台2相邻，且危险区a1覆盖运动部件1突出部10的运动范围，该运动范围是指运动件1在驱动模块的驱动下运动的过程中，其突出部10在工作台1外侧的活动区域范围。因此人体或物体进入该危险区a1中时，极有可能与运动中的运动部件1突出部10碰撞而发生安全事故。优选地，危险区a1的范围可以为运动部件1突出部10的运动范围，由此可以增加检测的精准性。警示区a2位于危险区a1的外侧，即警示区a2距离工作台2的距离大于危险区a1距离工作台2的距离，当人体或物体进入警示区a2中时，说明人体或物体已靠近危险区a1，可进行适当的安全防护或提醒，以防止人体或物体继续靠近工作台2而进入危险区a1。

检测模块检测是否有人体或物体进入安全防护区域a，并检测进入安全防护区域a的人体或物体是否进入危险区a1，即检测进入安全防护区域a的人体或物体是在警示区a2内还是在危险区a1内。优选地，检测模块可以通过对人体或物体距离工作台1的距离进行检测，并将检测到的距离值与安全防护区域a的危险区a1和警示区a2的划分范围进行比较，以此来判断人体或物体所在位置。

驱动模块和检测模块均与控制模块相连接，控制模块根据检测模块的检测信号控制驱动模块工作，使驱动模块驱动运动部件1正常运动或减速运动或停止运动。即，检测模块将检测信号输送给控制模块，控制模块接收该检测信号，控制模块对接收到的检测信号进行分析处理，并根据分析结果向驱动模块发出相应的动作指令，驱动模块接收并响应于该动作指令而动作，变换工作状态，由驱动模块的动作驱动运动部件相应变换运动状态。当检测模块检测到有人体或物体进入安全防护区域a且未进入危险区a1时，即检测到人体或物体位于警示区a2内时，可以根据裁床的工作状态的不同，在需要时由控制模块控制驱动模块动作，使驱动模块驱动运动部件1暂停运动或减速运动，直至检测模块检测到人体或物体离开安全防护区域a后，控制模块再控制驱动模块驱动运动部件1恢复正常运动。当检测模块检测到有人体或物体进入安全防护区域a且进入危险区a1时，控制模块则控制驱动模块停止工作，使运动部件1停止运动，在人体或物体离开安全防护区域a后再重新启动裁床工作指令。

由此，本实施例的裁床安全防护系统能够实现在人体或物体接触裁床机械部件之前提前感知危险，并根据人体或物体靠近裁床的距离远近采取不同的保护措施，实现多级防护，无需通过人体或物体接触裁床机械部件来触发安全防护措施，可避免运动部件1与人体或物体发生撞击，具有更好的安全防护性，且防护范围更广，有效增加了裁床工作的安全性。

本实施例中，优选地，工作台2可以为裁床的裁剪台，运动部件1可以为设于裁剪台上的横梁，横梁沿纵向架设于裁剪台上，且横梁在驱动模块的驱动下可沿横向在裁剪台上往复移动(如图1中箭头所示)，横梁的两端均为突出于裁剪台的突出部10。优选地，在横梁突出于裁剪台的两端处分别设定有一个所述安全防护区域a，且每个安全防护区域a均对应设有一个检测模块，两个检测模块均与控制模块相连接，两个检测模块分别对两个安全防护区域a内是否有人体或物体进入进行检测，并将检测信号输送给控制模块。

优选地，检测模块可以包括安全扫描仪3，安全扫描仪3安装在工作台2上且位于运动部件1的突出部10所在的一侧。本实施例中，在工作台2的沿纵向相对的两侧各安装有一个安全扫描仪3。为增加安全扫描仪3检测的可靠性，优选地，安全扫描仪3距离地面的距离为18cm-22cm，例如20cm，以保证安全扫描仪3能够有效检测到有可能进入安全防护区域a内的人体或物体。

安全扫描仪3能够检测是否有人体或物体进入安全防护区域a，并检测人体或物体距离工作台1的距离，并且安全扫描仪3自身具有安全范围划分功能，因此，优选地，本实施例中，安全防护区域a及危险区a1由安全扫描仪3设定，则安全扫描仪3可根据检测到的人体或物体距离工作台1的距离来判断人体或物体所在位置，并生成检测信号输送给控制模块，控制模块对该检测信号进行分析后得出人体或物体所在的位置。

优选地，驱动模块可以包括伺服电机、伺服驱动器以及接触器。伺服电机与运动部件1相连接，通过伺服电机的转动带动运动部件1运动。伺服驱动器和接触器位于伺服电机的安全控制回路中，伺服驱动器控制伺服电机运行，可启动或停止伺服电机的运行，并对伺服电机的转速进行调节，从而调节运动部件1的运动速度；接触器控制伺服驱动器的电源通断，从而控制伺服电机的启停，接触器可以为交流接触器。

优选地，控制模块可以包括第一控制器和第二控制器。第一控制器控制伺服驱动器从而控制伺服电机的转速，进而控制运动部件1的运动速度。第二控制器控制接触器吸合或断开从而控制伺服驱动器的电源通断，进而控制伺服电机启停。检测模块的检测信号同时输送给第一控制器和第二控制器，第一控制器和第二控制器均接收检测模块的检测信号并对其进行分析处理，根据分析结果，由第一控制器向伺服驱动器发出动作指令，或由第二控制器向接触器发出动作指令。

优选地，第一控制器可以为plc(programmablelogiccontroller，可编程控制器)，第二控制器可以为安全继电器或安全plc。所述plc、安全继电器和安全plc可以采用现有技术中的常规plc、安全继电器和安全plc。

进一步，本实施例的裁床安全防护系统还可以包括报警装置，报警装置与控制模块相连接。当检测模块检测到有人体或物体进入安全防护区域a且未进入危险区a1时，可以根据裁床的工作状态的不同，在需要时由控制模块控制报警装置发出提醒，以提醒人体离开安全防护区域a，或提醒工作人员将物体移离安全防护区域a。当检测模块检测到有人体或物体进入安全防护区域a且进入危险区a1时，控制模块则控制报警装置发出警报，此时可由工作人员通过手动操作复位报警装置，并在确认没有人体或物体位于安全防护区域a内后再重新启动裁床工作指令。通过报警装置发出提醒或警报，可以增加人员响应速度，从而增加安全防护性。报警装置的形式并不局限，例如可以采用led显示灯或蜂鸣报警器，报警装置发出提醒和警报的形式也不局限，可以根据采用的报警装置的不同进行设定。

进一步，本实施例的裁床安全防护系统还可以包括安全挡板4和行程开关，安全挡板4设于运动部件1的突出部10上，行程开关与控制模块相连接，安全挡板4被人体或物体撞击时触发行程开关，使行程开关生成触发信号并将触发信号输送给控制模块，控制模块接收该触发信号，并根据该触发信号控制驱动模块停止工作，使运动部件1停止运动。本实施例中，行程开关被触发时将触发信号输送给第二控制器(安全继电器或安全plc)，第二控制器收该触发信号，并根据该触发信号控制接触器断开，从而控制伺服驱动器的电源断开，进而控制伺服电机停止转动，运动部件1随之停止运动。由此，可以在检测模块发生故障的情况下通过人体或物体与安全挡板4的撞击触发安全防护措施，从而使裁床工作的安全性更有保障。

基于上述裁床安全防护系统，本实施例还提供一种裁床安全防护方法，本实施例的裁床安全防护方法采用本实施例的上述裁床安全防护系统，在运动部件1正常运动的过程中，当检测模块检测到有人体或物体进入安全防护区域a且未进入危险区a1时，控制模块控制驱动模块驱动运动部件1暂停运动或减速运动，直至检测模块检测到人体或物体离开安全防护区域a后，控制模块控制驱动模块驱动运动部件1正常运动；当检测模块检测到有人体或物体进入安全防护区域a且进入危险区a1时，控制模块控制驱动模块停止工作，使运动部件1停止运动。

具体为，在运动部件1正常运动的过程中，当检测模块检测到有人体或物体进入安全防护区域a且未进入危险区a1时，第一控制器根据检测模块的检测信号控制伺服驱动器从而控制伺服电机减小转速或暂停转动，使运动部件1减速运动或暂停运动，同时，第一控制器控制报警装置发出提醒；随后，若检测模块检测到人体或物体离开安全防护区域a，第一控制器则根据检测模块的检测信号控制伺服驱动器从而控制伺服电机恢复正常转速，使运动部件1恢复正常运动。当检测模块检测到有人体或物体进入安全防护区域a且进入危险区a1时，第二控制器根据检测模块的检测信号控制接触器断开，从而控制伺服驱动器的电源断开，进而控制伺服电机停止转动，运动部件1随之停止运动，同时，第二控制器控制报警装置发出警报；随后，由工作人员通过手动操作复位报警装置，并在报警处理完成后再重新启动裁床工作指令，第二控制器根据该工作指令控制接触器吸合，从而控制伺服驱动器的电源连通，进而控制伺服电机启动。

优选地，运动部件1在正常运动之前可以先进行定位操作，用于实现运动部件1在工作台2上的定位。由于定位操作时运动部件1的运动幅度较小，因此可允许人体或物体进入安全防护区域a的警示区a2，但不允许人体或物体进入安全防护区域a的危险区a1。因此，在定位操作的过程中，当检测模块检测到有人体或物体进入安全防护区域a且未进入危险区a1时，控制模块控制驱动模块驱动运动部件1正常定位。当检测模块检测到有人体或物体进入安全防护区域a且进入危险区a1时，控制模块控制驱动模块驱动运动部件1暂停运动，直至检测模块检测到人体或物体离开危险区a1后，控制模块控制驱动模块驱动运动部件1正常定位。具体为，当检测模块检测到有人体或物体进入安全防护区域a且进入危险区a1时，第一控制器根据检测模块的检测信号控制伺服驱动器从而控制伺服电机暂停转动，使运动部件1暂停运动；随后，若检测模块检测到人体或物体离开危险区a1，第一控制器则根据检测模块的检测信号控制伺服驱动器从而控制伺服电机正常使能，使运动部件1正常定位。

参见图2，以工作台2为裁床的裁剪台为例，本实施例的裁床安全防护系统及裁床安全防护方法在实际应用时的工作流程为：

第一步、控制模块开始工作，向控制模块下达开始裁剪指令，控制模块接收并处理安全扫描仪的检测信号，并进行定位操作。

第二步、定位操作过程中：

若检测模块检测到没有人体或物体进入危险区a1，则正常定位；

若检测模块检测到有人体或物体进入危险区a1，控制模块的第一控制器根据检测模块的检测信号控制伺服驱动器从而控制伺服电机暂停转动，禁止伺服电机使能，使运动部件1暂停运动，随后，若检测模块检测到没有人体或物体进入危险区a1(即人体或物体离开危险区a1)，第一控制器则根据检测模块的检测信号控制伺服驱动器从而控制伺服电机正常使能，使运动部件1正常定位。

第三步、定位操作完成后：

若检测模块检测到没有人体或物体进入安全防护区域a，则裁床开始正常工作，开始裁剪，运动部件1开始正常运动；

若检测模块检测到有人体或物体进入安全防护区域a且未进入危险区a1时，第一控制器根据检测模块的检测信号控制伺服驱动器从而控制伺服电机低速转动，使运动部件1低速运动，直至检测模块检测到没有人体或物体进入安全防护区域a(即人体或物体离开安全防护区域a)，则裁床开始正常工作，开始裁剪，运动部件1开始正常运动。

第四步，在裁床正常工作的过程中：

若检测模块检测到没有人体或物体进入安全防护区域a，则裁床正常工作，运动部件1正常运动；

若检测模块检测到有人体或物体进入安全防护区域a且未进入危险区a1时，第一控制器根据检测模块的检测信号控制伺服驱动器从而控制伺服电机减小转速或暂停转动，使运动部件1减速运动或暂停运动，同时，第一控制器控制报警装置发出提醒，随后，若检测模块检测到没有人体或物体进入安全防护区域a(即人体或物体离开安全防护区域a)，第一控制器则根据检测模块的检测信号控制伺服驱动器从而控制伺服电机恢复正常转速，使运动部件1恢复正常运动；

若检测模块检测到有人体或物体进入安全防护区域a且进入危险区a1时，第二控制器根据检测模块的检测信号控制接触器断开，从而控制伺服驱动器的电源断开，进而控制伺服电机停止转动，运动部件1随之停止运动，同时，第二控制器控制报警装置发出警报；随后，由工作人员通过手动操作复位报警装置，并在警报处理完成后重新启动裁床的开始裁剪指令，重复上述步骤，使裁床继续运行。

综上所述，本实施例的裁床安全防护系统及裁床安全防护方法，通过在运动部件1相对工作台2突出的突出部10所在位置处设定安全防护区域a，并将该安全防护区域a划分为覆盖运动部件1突出部10活动范围的危险区a1和位于危险区a1外侧的警示区a2，由检测模块检测是否有人体或物体进入安全防护区域a，并检测人体或物体是否进入危险区a1，同时由控制模块根据检测模块的检测信号控制驱动模块工作，从而控制运动部件1的运动状态，能够实现在人体或物体接触裁床机械部件之前提前感知危险，并根据人体或物体靠近裁床的距离远近采取不同的保护措施，实现多级防护，无需通过人体或物体接触裁床机械部件来触发安全防护措施，可避免运动部件1与人体或物体发生撞击，具有更好的安全防护性，且防护范围更广，有效增加了裁床工作的安全性。本实施例的裁床安全防护系统的结构简单、占用空间少，且使裁床更加智能，能够自动识别危险并自动选择处理方式，并在人体或物体离开安全防护区域a后自动恢复正常运行，从而可大大提高工作效率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。