CN101424930A - 工作站作业人员接地机制的无线检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种针对生产线上的工作人员是否有配戴好防静电腕带或类似的接地机制的检测装置。本检测装置的主要特征之一是利用无线的能量传送与感应机制(例如红外线)检测工作人员是否位于工作站前。在确知有工作人员的情形下，本检测装置同时检测该工作人员是否经由腕带与大地之间形成一具有适当电阻的漏泄回路。如果发现该漏泄回路的电阻值不正常(例如未配戴腕带或是腕带未适当接地)，则会发出警示信号。本检测装置的另一主要特征是可以进一步将一或多个本检测装置以一控制网络与一中央监控主机连接，而由该中央监控主机从远程监控是否有警示信号发生、或控制各个本检测装置的开关与设定。

Description

工作站作业人员接地机制的无线检测装置

技术领域

本发明涉及接地的检测，尤其涉及一种针对生产线上的作业人员是否有配戴好防静电腕带或类似的接地机制进行检测以避免静电危害的检测装置。

背景技术

如何避免静电破坏而造成重要制程的失败或昂贵原物料的损失，仍是高科技的半导体、电子产业相当头痛的问题。良好的接地是避免静电危害的最重要方法，但尽管在科技发达的今天，要做到并确保生产过程中良好的接地却仍是一件困难的工作。

一般的生产工作环境中，通常包含多条生产线，而一条生产线常包含着多个分别进行不同生产或组装步骤的工作站。为了避免静电伤害到工作站所用的电子组件、设备、制具、或是生产中的半成品，作业人员通常会被要求配戴防静电的腕带(wrist strap)，另外地面上通常也会铺设防静电的地垫(floor mat)，工作站的桌面上则铺有防静电的桌垫(table mat)等。如图1所示，工作站的地垫10、桌垫20、腕带30通常都是分别以接地线并联到工作站的一个共同点接地(common point ground)40。共同点接地40通常是一个固定在工作站适当位置的金属片或金属导线，外面包覆塑料外壳加以保护(图中仅绘出腕带30与共同点接地40之间的接地线)。一条生产线的各个工作站的共同点接地40通常是串联或并联起来，最后再汇集在一起与厂房的设备接地(equipmentground)或大地接地(earth ground)连接(为了简化起见，这一部份在图中没有绘出)。通过这样的设置，站在或坐在工作站前进行工作的作业人员身上携带或累积的静电得以经由腕带、桌垫、或地垫、工作站的共同点接地、建筑的设备接地或另外独立的大地接地漏泄到大地，以排除可能的静电危害。

前述的接地架构基本上是有效的而且也施行了多年。但在实际应用上有以下的一些缺点。首先，这样的接地架构缺乏对腕带、桌垫、或地垫是否确实连接到共同点接地进行检测的能力。例如腕带、桌垫、或地垫与共同点接地间的接地线可能锈蚀或断裂，或是因为动作的关系而致腕带和共同点接地脱离。此外，因为腕带的接地线通常是以可插拔的插头形式与共同点接地的一个接座连接，所以工作人员在必需离开工作站(例如如厕或用餐等)时，可以将插头拔离(但腕带仍配戴在手腕上)，或将整个腕带脱下，置于工作桌上。等到回到工作站后再将插头插回或再将腕带戴上。而经常发生的一种情形是，工作人员忘记将插头插回或戴上腕带，有时工作人员是明知要戴上腕带，但因嫌麻烦而没有戴上。因此作业人员身上携带或工作中累积的静电在无法经由腕带消除的情形下很可能损害组装、生产过程中的成品或半成品，甚至是昂贵的电子设备机具。

发明内容

因此，本发明提出一种针对生产线上的工作人员是否有配戴好防静电腕带或类似的接地措施的检测装置，以解决前述现行作法的问题。

本检测装置的主要特征之一是利用无线的能量传送与感应机制(例如红外线)检测工作人员是否位于工作站前。在确知有工作人员的情形下，本检测装置同时检测该工作人员是否经由腕带与大地构成一具有适当电阻的漏泄回路。如果发现该漏泄回路的电阻值不正常(例如未配戴腕带)或是腕带未适当接地(例如腕带虽已连接共同点接地，但接地线内的1MΩ电阻断掉或短路)，则会发出警示信号。

本检测装置的另一主要特征是采用对具有温度的人体的移动检测方式，以提高检测工作人员的准确度，并避免因位于工作站前的座椅等对象而误判工作人员已经就位。

本检测装置的又一主要特征是可以进一步与桌垫和地垫至少二者之一以接地线和对腕带的检测予以并联，而同时检测桌垫、或地垫、或二者是否构成一具有适当电阻的漏泄回路。

本检测装置的再一主要特征是可以进一步与桌垫与地垫至少二者之一以接地线和对腕带的检测予以串联，而同时检测它们是否共同构成一具有适当电阻的漏泄回路。

本检测装置的另一主要特征是可以进一步将一或多个本检测装置以一控制回路和一中央监控站连接，而由该中央监控站从远程监控是否有警示信号发生、或控制各个本检测装置的开关与设定。

现结合附图、实施例的详细说明及权利要求，详细描述上面提到的本发明的其它目的与优点如后。应当理解的是，附图仅仅是用于解说本发明的精神，不应当视为对本发明的范围的限定。有关本发明范围的界定，请参照权利要求。

附图说明

图1所示为工作站现有的接地架构；

图2a所示为依据本发明第一实施例的检测装置的电气连接的示意图；

图2b所示为搭配本发明的检测装置的腕带的示意图；

图2c所示为依据本发明第二实施例的检测装置的电气连接的示意图；

图2d所示为依据本发明第三实施例的检测装置的电气连接的示意图；

图3a所示为依据本发明一实施例的检测装置的微处理器电路的功能方块图；

图3b所示为依据本发明的检测装置的主动式人员检测单元的示意图；

图3c所示为依据本发明的检测装置的被动式人员检测单元的示意图；

图3d所示为依据本发明另一实施例的检测装置的微处理器电路的功能方块图；

图4a所示为依据本发明又一实施例的检测装置的微处理器电路的功能方块图；

图4b所示为图4a所示的检测装置由一监控主机集中监控的示意图。

【主要组件符号说明】

10          地垫                   20           桌垫

21、22      导线                   30           腕带

31、32      导线                   33           金属片

40          共同点接地             50           大地接地

60          市电接地               70           肌肤

100         检测装置               110          接口

120         接口                   130          接口

140         网络接口

200         微处理器电路           210          比较放大单元

220          处理器单元            230             警示单元

240          人员检测单元          241             红外线LED

242          红外线接受器          243             电子开关

244          被动红外线传感器      250             控制接口单元

260          网络接口单元          300             网络

400          监控主机              500             电源单元

Vin          电压                  R1，R2          可变电阻

具体实施方式

图2a所示为依据本发明第一实施例的检测装置的电气连接的示意图。如图所示，本实施例的检测装置100是一个以一微处理器电路200为核心的独立装置。其对外的电气连接有三个，一是通过电缆(power cable)或是外部电源供应器(例如，笔记本计算机所用的变压器)与市电的连接，除了经由一电源单元500提供微处理器电路200所需的直流电力外，还有一点很重要的是取得市电的接地60。另一个是经由一接口120与厂房的设备接地或大地接地(以下统称「大地接地」)50连接，这可以通过工作站的共同点接地40来实现，这样如图所示与大地接地50连接；第三个是经由接口110与腕带30的接地线中的两条导线31、32连接。导线31的一端在本检测装置100内部与大地接地50连接，导线32的一端则经由微处理器电路200与市电接地60连接。请同时参阅图2b，导线31、32的另一端分别连接到腕带30中包含的两片导电片33。腕带30通常具有一绝缘外壳，导电片33置于绝缘外壳内侧从而与手腕肌肤70接触。因此，当工作人员正常配戴腕带30时，如图2a中虚线所示，从市电接地60、大地、大地接地50、导线31、工作人员的肌肤70、导线32、再经由微处理器电路200构成一漏泄回路。微处理器电路200的主要功能之一是检测该漏泄回路是否具有一适当的电阻(更精确地说，是微处理器电路200从第二导线32与市电接地60之间看出去的电阻)。

值得注意的是，腕带30的接地线与本检测装置100之间的接口110可以是动态插接与分离的，例如接地线的一端为插头，本检测装置100则为一对应的插座。在其它实施例中，腕带30的接地线与本检测装置100之间的接口110也可以采用固定连接的连接方式。同理，接口120与大地接地50的连接可以是固定连接的，也可以是动态插接的。

前述实施例仅提供对腕带30的检测，图1中的地垫10、桌垫20仍与共同点接地40连接。图2c所示为依据本发明第二实施例的检测装置的电气连接的示意图。在本实施例中，本检测装置100同时扮演共同点接地40的角色。如图所示(为了简化起见，省略了地垫10)，桌垫20的接地线的导线21、22经由接口130串接在大地接地50与腕带30之间(接口130可以是固定连接或动态插接)而构成较大的漏泄回路(如图中虚线所示)。从而，微处理器电路200可以同时检测桌垫20与腕带30。同理，可以很容易地推知如何将地垫10(其接地线同样也具有两条导线)也通过串联的方式纳入检测。因此，本检测装置可以在检测腕带30的同时，将地垫10与桌垫20中的至少一个纳入同一漏泄回路进行检测。

微处理器电路200通过检测漏泄回路的电阻来判断漏泄回路是否出现问题，但是前述的串联腕带、桌垫、与地垫的方式并无法判断出问题的是腕带、桌垫、还是地垫。在图2d中，则是将腕带30与桌垫20并联在大地接地50与微处理器电路200之间，因此微处理器电路200可以分别对腕带30与桌垫20进行检测。同理，如何将地垫10也纳入检测是可以很容易推知的，所以不再赘述。值得注意的是，采用并联方式进行检测的微处理器电路200和采用串联方式进行检测的微处理器电路200并不完全相同，但是一旦了解以串联方式进行检测的微处理器电路200，就可以很容易地推知以并联方式进行检测的微处理器电路200。在某些实施例中，甚至可以对腕带、桌垫、地垫、甚至其它需要检测的对象中的某些采用串联，某些采用并联的方式进行检测。此外，也可以对一个以上的腕带、桌垫、地垫进行检测。因此以下为了简化起见，是以串联方式进行检测的微处理器电路200，而且只考虑一个腕带30为例来说明本检测装置100的细节。

图3a所示为依据本发明一实施例的检测装置的微处理器电路的功能方块图。值得注意的是，本检测装置100的电源单元500，除了将市电接地60电气连接到微处理器电路200外，还会将市电或外部电源供应器的电压转换为微处理器电路200所适用的直流电压(即图中的Vin)。

如图所示，微处理器电路200包含一个比较放大单元210，其主要是由一个以上的运算放大器构成。图中串联的可变电阻R1、R2其实也是比较放大单元210的一部份，但为了说明起见将其额外绘出。可变电阻R1、R2的设置使得比较放大单元210中的运算放大器可以比较由导线32导入的漏泄回路的电阻值是否介于R2与R1之间。换言之，比较放大单元210的作用是，比较漏泄回路的电阻值是否介于一较小的第一电阻值R2与一较大的第二电阻值R1之间，以判断工作人员是否有配戴腕带30。如果工作人员没有配戴腕带30、或是腕带30的接地线有锈蚀或断裂情形，漏泄回路的电阻值会大于第二电阻值。或者，如果工作人员有配戴腕带30而且腕带30与其接地线都是正常的情形下，漏泄回路的电阻值也不应小到低于第一电阻值。所以，当漏泄回路的电阻值大于第二电阻值或小于第一电阻值时，比较放大单元210就会触发处理器单元220的动作。本发明也有一些实施例仅包含可变电阻R1(即省略了图中的可变电阻R2)，这些实施例因此只会检测漏泄回路的电阻值是否小于可变电阻R1的电阻值。也有一些实施例采用的是固定电阻，但是采用可变电阻的好处是可以针对漏泄回路的特性(例如仅包含腕带在内的漏泄回路、还是有包含腕带、桌垫等串联在内的漏泄回路等)而动态加以调整。可变电阻R1、R2的调整可以通过暴露在本检测装置外壳的调整旋钮进行，也可以通过本检测装置外壳上的控制面板进行，稍后会有进一步的细节。

处理器单元220是本检测装置的核心。其基本上是由一单芯片所构成，该单芯片内建有存放控制固件的程序存储器、随机存取存储器、振荡器与时钟电路、输入输出线路等。对于熟悉单芯片设计的人士其细节是可以不必赘述的。

在受到比较放大单元210的触发后，处理器单元220驱动警示单元230以发出警示信号，以提醒工作人员配戴腕带或是提示管理人员来进行处理。警示单元230包含有一或多个例如发光二极管(LED)的灯号。通过点亮或闪烁这些灯号来提供视觉上的警示。警示单元230也可以包含喇叭或蜂鸣器等电路以提供听觉上的警示。前述视觉与听觉上的警示可以择一实施或合并实施。警示单元230还可以进一步包含继电器电路以触发外部的警报器等等。在触发处理器单元220的状况消失后，处理器单元220驱动警示单元230停止发出警示信号。或者本检测装置外壳上具有控制按钮或是控制面板，可以将警示信号手动关闭。

人员检测单元240的作用是检测是否有工作人员位于工作站前(即本检测装置前)，并将检测的结果(例如检测到有人员出现或存在时产生一人员出现信号、检测到人员离开或不在时发出另一人员离开信号)实时传送给处理器单元220。借此，处理器单元220可以在确定有工作人员位于工作站前时(例如收到人员出现信号后尚未进一步收到人员离开信号)，才根据对漏泄回路的电阻值的检测结果决定是否发出警示。因此，当工作人员必须离开工作站而褪下腕带30、或是将腕带30的接地线从本检测装置的动态插接接口110(见第2a、2b、2c图)分离时，处理器单元220虽然发现漏泄回路的电阻值异常(因为处于断路的状态)，但是由于收到人员离开信号，因此不会指示警示单元230发出警示信号。但是当人员检测单元240检测到有人员出现时，处理器单元220就会开始根据比较放大单元210输出的结果来驱动警示单元230，以避免返回工作岗位的工作人员忘记配戴腕带30或忘记重新将腕带30的接地线插回动态插接接口110。值得注意的是，人员检测单元240仅提供是否有人员出现或离开的检测结果，判断仍是由处理器单元220的固件进行的。为了避免误判也为了给予工作人员就位的时间，处理器单元220的固件通常是在发现人员离开时就停止依据比较放大单元210输出的结果来驱动警示单元230；但是在工作人员重新出现后一段时间(例如5秒)，才恢复依据比较放大单元210输出的结果驱动警示单元230。

人员检测单元240检测人员是否存在的方式主要有主动式与被动式两种。图3b所示为采用主动式的人员检测单元的示意图。如图所示，主动式的人员检测单元240具有一无线的能量发送源，例如图中所示的红外线LED 241或是雷达等能以一局限范围(例如朝向从业人员所在位置)发送出适当频段的电磁波或超声波的元件。主动式的人员检测单元240还需要具有一感应从工作人员身上反射回来的能量的传感器(sensor)，例如图中所示的红外线接受器242。在日常生活中，这种主动式的检测技术已经有许多类似的应用，因此发送源、传感器这些元件和相关电路都已经有许多揭露可以依循或是现成的模块可以采用。例如主动式的红外线检测在自动冲水的卫浴设备中很常见，采用超声波的检测技术则可以在汽车的倒车雷达找到类似的应用。如图所示，处理器单元220的一个输出控制一电子开关243以开启或关闭红外线LED 241的点亮。红外线接受器242的检测结果则传送给处理器单元220的一个输入。

对本发明而言，主动式的检测具有一定实效，但是工作站前常会设有工作人员的座椅，人员检测单元240并不易区别工作站前是工作人员、还是工作人员离开位置后的座椅。被动式的检测方式在本发明中则有较高判断准确度。最常见的被动式检测就是被动红外线(passive infrared，PIR)传感器。被动红外线传感器可以检测一定范围内、有温度的对象的移动。这在安全监控的领域里是常用到的元件，但是由于其无法区别猫狗的移动与人类的移动而有误判的可能，因此近年来应用范围逐渐变小，但对本发明所应用的生产环境而言，由于可以区别有温度的人体以及温度相对低许多的座椅，反而很适合。如图3c所示，被动式的人员检测单元240，由于只需要一个被动红外线传感器244，其结构更简单。

还有一种被动式的检测方式是在人员检测单元240中采用一摄影镜头，然后人员检测单元240对摄影镜头所撷取的影像进行移动检测的方式作判断。这种方式同样在安全监控的领域已经相当流行。通过适当的算法，这种被动式检测可以达到最高的准确度，但是人员检测单元240要变得比第3b、3c图复杂许多，而且本检测装置100的成本也会高很多。

图3d所示为依据本发明另一实施例的检测装置的微处理器电路的功能方块图。在本实施例中，微处理器电路200额外包含一个控制接口单元250。该控制接口单元250为本发明的检测装置100提供一个人机界面，其与检测装置100外壳的一或多个按键(未图标)电气连接并与处理器单元220的若干输入输出连接(即双向的信号交换)，以提供设定处理器单元220运作上的若干参数(例如工作人员重新出现后多少时间以后，才恢复依据比较放大单元210输出的结果来驱动警示单元230)、开关检测功能、开关警示功能等。控制接口单元250可进一步包含一个小型液晶面板(未图标)，以显示目前检测装置100的状态、或供检视参数、设定使用。处理器单元220也可以将警示信息显示在面板上。

由于一般生产环境包含多条生产线，每一生产线又包含众多工作站，若需要逐一设定和监控每一工作站的本检测装置100势必耗费相当人力与时间，因此，在图4a所示本发明的微处理器电路200又一实施例中，微处理器电路200额外增加一个网络接口单元260。该网络接口单元260与检测装置的一个网络接口140电气连接，并与处理器单元220之间通过处理器单元220的输入与输出进行双向的数据交换。该网络接口140提供一个与外部网络300的连接功能。网络300可以是符合802.11x等协议的有线或无线的局域网络、或是符合RS-485、Lonworks等协议的控制网络。根据所采用的网络类型，网络接口140提供兼容的实体接口(例如是RJ45的接口以与有线的局域网络连接)。如图4b所示，多个工作站的本检测装置100可以通过网络300而由一监控主机400来集中监控。因此在处理器单元220发现漏泄回路的电阻值不正常时，处理器单元220除了驱动警示单元230以发出警示信号外，也可以同时通过网络接口单元260与网络300主动发送信息给监控主机400，或者监控主机400可以采用轮询(polling)的方式周期性地与各检测装置100的处理器单元220通信，以取得各检测装置100的状态(例如是否有警示信号发生)。同时，监控主机400也可以通过网络300针对特定检测装置100、或所有检测装置100设定其参数、开启关闭警示功能等。

最后需要特别指出的是，以上所述虽主要以腕带的配戴与否为本检测装置主要的检测对象，而腕带也是目前最为通用的从业人员防静电机制，但本检测装置的精神可以应用于任何以两条导线分别接触人体肌肤上两点、再由这两条导线漏泄静电的防静电机制，而并不陷于腕带。

以上具体实施例详细描述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的具体实施例来对本发明的范围加以限制。相反地，其目的是希望能将各种改变及具相等性的安排涵盖在本发明的权利要求所要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种工作站作业人员接地机制的无线检测装置，该接地机制至少包含一第一导线与一第二导线，该第一、第二导线的一第一端在工作人员配戴接地机制时分别与工作人员的肌肤上的两点接触，其特征在于，该无线检测装置至少包含：

一电源单元，与一市电连接，从市电取出一市电接地，并将市电转换为一适当直流电压，直流电压和市电接地与该无线检测装置的其它单元电气连接；

一第一接口，与该第一、第二导线的一第二端连接；

一第二接口，与一大地接地连接，并与第一导线的第二端电气连接；

一比较放大单元，与第二导线的第二端经由第一接口连接，该比较放大单元至少包含一第一电阻，该比较放大单元比较从第二导线与市电接地之间看出去的一电阻值与第一电阻值比较，当该电阻值大于第一电阻值时，该比较放大单元产生一异常信号；

一人员检测单元，具有一无线能量感测机制，能检测一局限范围内的从业人员的出现或存在、以及从业人员的离开或不在，而分别产生触发信号；

一处理器单元，该处理器单元接收该比较放大单元与该人员检测单元产生的触发信号，该处理器单元在接收到该人员检测单元产生的从业人员出现或存在的触发信号、但未接收到该人员检测单元产生的从业人员离开或不在的触发信号的一适当时间内，依据该比较放大单元产生的异常信号，产生一启动信号；以及

一警示单元，该警示单元在接收到该处理器单元产生的启动信号后，产生听觉与视觉至少二者之一的一警示信号。

2.如权利要求1所述的无线检测装置，其特征在于，该接地机制为一腕带；该第一、第二导线的第一端系分别与该腕带的两片导电片连接；以及，该两片导电片在从业人员配戴该腕带时分别接触该工作人员的手腕肌肤上的两点。

3.如权利要求1所述的无线检测装置，其特征在于，进一步包含一第三接口，该第三接口与一地垫和一桌垫二者之一的一第三导线和一第四导线连接。

4.如权利要求3所述的无线检测装置，其特征在于，该第一导线的第二端与该第四导线连接；以及，该第三导线与该第二接口的大地接地连接。

5.如权利要求1所述的无线检测装置，其特征在于，该比较放大单元进一步包含一第二电阻；该第二电阻值小于该第一电阻值；以及，该比较放大单元比较从该第二导线与该市电接地之间看出去的一电阻值与该第二电阻值，当该电阻值小于该第二电阻值时，该比较放大单元产生触发信号。

6.如权利要求1所述的无线检测装置，其特征在于，该无线能量感测机制至少包含一能量发送器与一能量传感器；该能量发送器向局限范围发送能量；以及，该能量传感器接收反射回来的能量。

7.如权利要求1所述的无线检测装置，其特征在于，该无线能量感测机制至少包含一被动红外线传感器。

8.如权利要求1所述的无线检测装置，其特征在于，进一步包含作为该无线检测装置的一人机界面的一控制接口单元，该控制接口单元与该处理器单元之间具有双向的信号交换，以对该处理器单元提供输入与输出的功能。

9.如权利要求1所述的无线检测装置，其特征在于，进一步包含一网络接口单元，该网络接口单元与该处理器单元之间具有双向的信号交换，该无线检测装置经由该网络接口单元与一网络连接。

10.如权利要求9所述的无线检测装置，其中，该处理器单元将启动信号经由该网络接口单元与该网络传送给与该网络连接的一监控主机。

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