专利名称：机器安全保护系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机器安全系统，尤其是用于移动刀片的工具。本发明还涉及一种系统，用以检测是否人靠近工具的危险区域。
背景技术：
机器尤其是动力工具普遍具有移动部件。使用者的安全受到严重关切，尤其是当动力工具具有移动刀片时，例如锯(台锯，切割锯，裁断锯，斜切锯，带锯等)。以上所述的锯包括刀片，刀片向下移动到工件上或穿过工件，从而切割工件。其他的锯具有固定刀片，这需要使用者移动工件经过刀片，从而进行切割。例如，径向手锯的使用者在切割工件的时候使得刀片朝向自己。使用者通常一只手手持工件，而另一只手操作锯。另外，带锯的使用者通常一只手或者两只手滑动工件穿过表面，并经过主动刀片，从而进行切割。这些情况都使得身体和刀片相直接接触，可能引发严重的伤害。
所以就需要一种装置和方法克服危险。美国专利公开2002/0017176和一些相关公开申请中提出了一种解决方案。这些公开申请描述了一种系统用以检测工具移动刀片和使用者之间的接触，检测结果是刀片的运动被停止。尽管这些是有益的，但靠近刀片也可能引发危险。使用者的衣服会被刀片卷住，或使用者会在不正确地使用锯的时候被工件击伤。所以就有必要提供一种装置和/或系统用以检测使用者是否接近刀片或除了刀片的工具的其它部分，当检测到接近时，可以停止刀片的运动。
发明内容
根据本发明，提供有一种检测使用者尤其是使用者身体的一部分是否靠近动力工具的刀片或动力工具的一部分的设备和系统，当检测到接近时，刀片的运动停止。在本发明的一个实施例中，提供有一种电锯安全系统，其包括驱动切割刀片的电机，在切割刀片和使用者之间的保护阻挡件，与保护阻挡件相连接的检测系统，用以检测使用者和保护阻挡件之间的接近距离，并根据检测，输出检测信号；以及接收检测信号的控制系统。
本发明的另一实施例中，提供有一切割工件的机器。该机器包括具有驱动刀片切割工件的电机的工具。该机器还包括一检测系统，该系统包括除刀片外工具的一部分，起到电容探测器的作用，用以搜寻预选电容电平，当确定预选电容电平时，检测系统输出检测信号。机器进一步包括一控制系统，用以在接收检测信号后，发生一预定动作。
根据本发明的另一特征，提供有一种使使用者使用切割工具的危险最小化的方法。该方法包括检测使用者和切割工具之间是否十分接近，切割工具可以是也可以不是切割刀片，并还可根据检测是否接近，可选择地提供警报信号，或停止电锯刀片的动作。
根据本发明的另一特征，提供有一种检测工具是否接近的方法，该工具具有驱动刀片的电机。方法包括在工具的一部分上，但不是刀片上提供一电容探测器，通过检测使用者的电容，感应使用者是否接近探测器。
根据本发明的另一特征，提供一种在动力工具上设置有安全系统的方法，该动力工具具有驱动刀片的电机。该方法包括在工具的一部分上，但不是刀片上提供一电容探测器，其中探测器检测当人体靠近工具的时候，使用者身体是否存在；并提供一种控制系统，用以接收电容探测器指示使用者身体靠近工具的信号，其中控制系统用于可选择地提供警报信号或停止刀片的动作。
图1是本发明的机器安全系统的一个实施例的示意框图；图2是关于电锯的安全系统的一个实施例的框图；图3是用于本发明中安全系统的数字电容电路图；图4是包括有本发明安全系统特性的电机电路图，并示出了正常操作模式下的电机。
图5是包括有本发明安全系统特性的电机电路图，并示出了处于停止或“off”位置下的电机。
图6是包括有本发明在斜切锯上实施的安全系统特性的部分电路图，并示出了处于停止或“off”位置下的斜切锯。
图7是包括有本发明在斜切锯上实施的安全系统特性的部分电路图，并示出了处于停止或“off”位置下的斜切锯。
图8是包括有本发明安全系统特性的部分电路图，并示出了电机换向时的状态(即当放大器电路将电机中的电路反向，从而将电机减速)。
图9示出了典型的过程控制板以及一部分和控制板相连的电路，该电路包括有安全系统的特性。
图10是本发明中机器一个实施例的透视图，尤其是包括有安全系统特性的台锯的透视图；图11是台锯的侧视图，该台锯包括一保护阻挡件，在阻挡件的一部分上安装有电容探测器。该附图还示出有部分安全系统，尤其是为了更好示出零件的电路板。
图12是台锯的侧视图，其包括一保护阻挡件，在阻挡件的一部分上安装有电容探测器。
图13是驱动刀片的电机透视图，其中去掉部分电机外壳，示出了带有部分安全系统的电机，尤其是电路板除去外壳后以更好示出零件。
图14示出了部分安全系统，尤其是电路板除去外壳后以更好示出零件。
具体实施例方式
一种可包括有根据本发明安全系统的机器如图1示意性所示，并标注为10。机器10可以为用以切割工件如木头的以下任何不同的机械，包括台锯、斜切锯、径向手锯、圆锯、带锯、接缝刨、刨床等。机器10包括一具有切割工具14和电极装置16的操作结构12，电机装置用以驱动切割工具14。该机器10还包括一安全系统18，构造用于最小化使用者使用机器10所可能引发的严重危险。安全系统18用以检测人体的一部分和切割工具14之间是否靠近，尤其是安全系统18是用于检测人体是否靠近不是刀片的切割工具14。切割工具14的一部分是设置在切割工具14的一部分上的保护阻挡件44。当安全系统检测到人体的一部分靠近切割工具的一部分时，安全系统18就可以停止刀片的运动，例如中止操作结构12。
机器10包括一合适电源20，以为操作结构12和安全系统18提供电能。电源20可以为一外部电源，例如电线电流，或一内部电源，例如电池。另一种选择是，电源20可以为外部和内部电源的组合。此外电源20可以包括两个或多个单独的电源，每一电极都用于为机器10的不同部分提供电能。
可以理解，操作结构12具有许多不同的形式，这要取决于机器10的类型。例如操作结构12可以包括一固定外壳，构造用于支撑和切割工具14驱动接合的电机装置16。另一种选择是，操作结构12可包括一移动结构，构造用于在多个操作位置之间承载切割工具14。另一种选择是，操作结构12可包括一个或多个传送机构，用以朝向和/或背离切割工具14运输工件。
电机装置16包括一或多个电机，用以驱动切割工具14。电机装置16可以直接或间接和切割工具相连接，并还可以驱动工件传送机构。切割工具14通常包括一或多个刀片或其他合适的切割器具，用于切割或从工件上去除余量。切割工具14的特定形式将根据机器10的实施例不同而不同。例如在台锯、斜切锯、圆锯和径向手锯中，切割工具14通常包括一或多个圆形旋转刀片，刀片具有多个沿刀片边缘设置的齿。对于接缝刨或刨床，切割工具通常包括多个径向间隔布置的刀片。对于带锯，切割工具包括一细长、曲折的齿边缘带。本领域技术人员可以理解，本发明的安全系统18可以和任何一种用于切割的电锯相结合。此外安全系统18可以很容易地改进设置在以前不具有这种系统的各种机器上。
安全系统18包括一检测子系统22，一反应子系统24，和一控制子系统26。控制子系统26可以用以接收包括检测子系统22、反应子系统24、操作结构和电机装置16在内的各种源的输入。控制子系统26还可包括一个或多个传感器，用以监视机器10的可选参数。另外，控制子系统26通常包括一或多个使用者可以控制该机器的仪器。控制子系统构造用于根据其接收输入来控制机器10。
检测子系统22被构造用于在使用机器10，人体处于危险之中时进行检测。当检测到发生这种情况时，检测子系统22产生一输出检测信号。例如构造检测子系统22用以检测使用者的手是否相当接近切割刀片40。在另一实施例中，构造检测子系统22以检测由于被切割工具弹回，引起工件的快速运动。在一些实施例中，检测子系统22可以通知控制子系统26处于危险状态，这将激励反应子系统24。在其他的实施例中，检测子系统22可以直接激励反应子系统24。
一旦响应危险状态而受到激励，反应子系统24被构造以快速中止操作结构12，从而防止使用者受到严重伤害。反应子系统24可被构造以具有下列功能之一或更多停止切割工具14的运动，断开电机装置16和电源20之间的连接，将切割工具从其工作位置撤回，将电机装置16中的电流反向等。反应子系统可被构造以结合步骤使使用者免于严重伤害。本领域的技术人员可以理解，反应子系统可以通过多种方式构造用以防止或至少最小化伤及使用者的可能性。
反应子系统24的构造取决于所采取的动作而改变。在图1所示的优选实施例中，反应子系统24构造用以停止切割工具14的运动，并为使用者提供警报，其包括一制动回路28，制动电阻30，警报灯32和音频蜂鸣器34。通过插入和电机装置16的衔铁线圈串联的制动电阻30，制动回路用于中止操作结构12，在机器10的操作过程中，没有附加电阻阻抗经过电机装置16衔铁线圈的电流。但当反应子系统24接收激励信号时，警报灯32，音频蜂鸣器34和制动回路28就会被激励。当被激励时，制动电阻30阻碍产生感应电机装置16的电动势的电流，从而停止切割工具14。
本领域的技术人员可以理解，图1所示的优选实施例和以上所述，可以有不同的方式，但要取决于操作结构12的结构和类型进行实施。在图2中，示出了安全系统18的多种可能实施方式中的一种。系统18被构造用以中止一具有切割刀片40的操作结构12，该刀片为圆形刀片，安装在转轴或芯轴42上。刀片40包括多个围绕刀片外侧设置的切割齿(没有示出)。
在优选实施例中，安全系统18包括一邻近切割刀片40的刀片罩和一足以警告使用者危险可能性的警报灯。刀片罩44通常由透明塑料或聚合材料制成，并被放置以使使用者免于接触切割刀片40，同时使得碎片远离切割加工。刀片罩44作为外露刀片40和使用者之间的阻挡件，从而防止人体和运动刀片40之间的接触。刀片罩44可移动，就可以使得使用者直接和刀片或喉板72相接近。
喉板72也可以用于使使用者相对于切割刀片40的暴露最小化。喉板72通常位于加工表面70顶上，切割刀片40从加工表面70的底部插入，并通过喉板72。喉板72仅仅露出完全切割工件所需的足够切割刀片40，并提供对切割刀片40的侧向支撑，从而防止刀片弯曲。当电锯刀片弯曲的时候，切割就会不精确，并可能导致工件的弹回。
本领域的技术人员可以理解，安全系统18可以具有多种构造，足以防止使用者和移动刀片之间的直接接触。
构造检测子系统22用以检测在使用机器10的过程中，人体是否处于危险之中。当检测到的时候，检测子系统22受到激励。例如检测子系统22被构造用以检测使用者的手是否十分接近切割刀片40。在另一实施例中，检测子系统22可被构造用以检测由于被切割工具弹回，引起工件的快速运动。在一些实施例中，检测子系统22可以通知控制子系统26处于危险状态，然后激励反应子系统24。在其他的实施例中，检测子系统22可以直接用于激励反应子系统24。
检测子系统22的优选实施例具有一和刀片罩44相连接的传感器46。传感器46优选为粘合在刀片罩44内和/或外表面上的金属条，靠近邻近加工表面70的刀片罩44边缘。传感器46和一数字电容电路52相连。如图3所示，这样电路的一个例子就是Quantum Research Group所制造的Qprox电路。数字电容电路52和传感器46相结合就产生电容探测器，用以搜寻特定的电容电平。电容探测器的电平和灵敏性可以由数字电容式电路的增益调节。优选的是，电容探测器用以感应人体是否非常接近或接触到传感器46、刀片40、喉板72或任何其他环绕刀片40的危险区域。数字电容式电路52的敏感性可以用以检测人体接触或接近传感器46所产生的约100皮法电容。检测子系统22能够感应到人体靠近或接触传感器46，无论使用者是否带有防护手套。当检测到人接触或靠近危险区域时，检测信号26输出给控制系统26。
本领域的技术人员可以理解，检测子系统22可以具有不同构造，用以检测使用者接触或靠近机器10的危险区域，包括刀片罩44、刀片40、喉板72、或其他靠近刀片40的表面。本领域的技术人员还可以理解传感器46可以由足以检测使用者靠近或接触刀片罩、刀片、或其他靠近刀片的区域的材料制成。
控制子系统26包括一个或多个可以由使用者操作，用以控制刀片40的仪器(没有示出)。仪器可以包括启动/停止开关，速度控制器，方向控制器等。控制子系统26还包括通过不同仪器连接接收使用者输入的逻辑控制器50。逻辑控制器50也可以接收检测子系统22的检测信号。而且逻辑控制器50也可以接收其他源，例如刀片动作传感器、工件传感器等(没有示出)的输入信号。逻辑控制器50可被构造用以控制操作结构12。但在接收检测子系统22的信号之后，逻辑控制器50使得反应子系统24激励音频蜂鸣器34，警报灯32，从而中止刀片40。本领域的技术人员会认识到有多种不同的形式足以为使用者提供警报，或中止切割刀片。
控制子系统26的优选实施例涉及，当使用者靠近或接触刀片40、刀片罩44、喉板72、或其他靠近刀片40的危险区域时，在接收检测子系统22的检测信号之后，中止切割刀片运动。控制子系统26包括用以接收多路输入的逻辑控制器50。对于接收的输入，逻辑控制器50具有预定的响应。尤其是从根据检测子系统22收到的检测信号，逻辑控制器50激励反应子系统24的不同特性。在控制子系统26的一个实施例中，输出信号或一系列信号激励至少一个反应子系统24之内的元件。
在控制子系统26的另一实施例中，当从检测子系统22接收检测信号的时候，电极装置16的电源就断开了。由于没有电能供给电机，刀片运动就被中止。在另一实施例中，控制子系统26包括一放大器电路，用以将电机换向。换句话说，供给电极装置16的电流被反向，从将驱动切割刀片40运动的电极装置16快速减速。本领域技术人员可以理解控制子系统26可以构造为多种形式来足以防止使用者操作电锯时受到的伤害。
在反应子系统24的优选实施例中，从逻辑控制器50接收的信号可以使反应子系统24中止切割刀片40，快速激励警报灯32或音频声音34，或以上之间的结合。当逻辑控制器50向反应子系统输出信号用以激励制动回路28时，制动回路激励制动电阻30，从而在电机装置16的衔铁线圈中串联插入电阻。逻辑控制器50也可以向反应子系统发送一信号，以为使用者提供警报信号，用以说明人体非常危险的靠近刀片罩44、刀片40、喉板72、或其他靠近刀片40的危险区域。
警报信号可包括警报灯32，音频声音34，或任何让使用者感受到用以指示处于危险的不同信号。警报灯32优选位于刀片罩44上，用以给使用者产生一可视危险警报，但也可以在其他位置足以为使用者提供可视的危险警报。警报灯32可以是LED显示器，当受到激励时，显示文本警报信息。在另一实施例中，警报灯32可以为发光灯泡。在另一实施例中，警报灯32可包括闪光灯。音频声音34为电锯使用者提供足够的音频警报。根据从逻辑控制器50接收的信号，这些警报信号可以由逻辑控制器50同时、单独或连续地激励。另外，操作结构12并不需要处于操作模式，用以激励警报信号。这样即使当电机关闭、刀片停止的时候，当使用者靠近或接触刀片罩44、刀片40、喉板72、或其他靠近刀片40的危险区域时，警报信号也可以受到激励。本领域的技术人员可以理解可以利用多种不同的警报信号指示使用者，用以指示危险状况。
图4-9的电路图代表不同的制动回路28，该回路利用电极装置16的操作条件可以中止刀片40的运动。例如图4是电机处于正常工作模式下的电路优选实施例。当使用者没有危险时，电机就可以自由驱动切割刀片。图5中的框图是控制子系统26接收的检测信号结果。当从检测子系统22接收检测信号时，电机的电路关闭，从而可以防止电机驱动刀片40，几乎瞬间中止刀片40的操作。图6和7的电路图代表斜切锯处于关闭位置时的电路。图8的电路图代表控制子系统26从检测子系统22接收检测信号的情况，该检测信号用以指示使用者是否靠近或接触刀片罩44、刀片40、喉板72、或其他靠近刀片40的危险区域。在该实施例中，控制子系统26将电机中的电流反向，从而将高速的电机快速减速。本领域的技术人员可以理解，不同的制动回路足以对电机具有效果，用以中止切割刀片。图9是安装和连接有检测子系统22和控制子系统26的控制板的电路图。
所以前述的详细描述和说明仅仅是解释性的，而并不是限定性的，可以理解，下列的权利要求包括所有的等效要求都限定在本发明的精神和范围内。
权利要求
1.一种电锯安全系统包括a.构造用于驱动切割刀片的电机；b.设置在切割刀片和使用者之间的保护阻挡件；c.和保护阻挡件相连接的检测系统，用以检测使用者和保护阻挡件之间的接近距离，并根据检测，输出检测信号；以及d.接收该检测信号的控制系统。
2.如权利要求1所述的电锯安全系统，其特征在于，保护阻挡件是刀片罩。
3.如权利要求1所述的电锯安全系统，其特征在于，保护阻挡件是喉板。
4.如权利要求1所述的电锯安全系统，其特征在于，检测系统检测使用者的电容。
5.如权利要求1所述的电锯安全系统，其特征在于，检测系统包括用以感应使用者电容的数字电容电路。
6.如权利要求5所述的电锯安全系统，其特征在于，数字电容电路被构造用以感应电容的范围从约1皮法-约500皮法。
7.如权利要求5所述的电锯安全系统，其特征在于，数字电容电路被构造用以感应电容的范围从约50皮法-约200皮法。
8.如权利要求5所述的电锯安全系统，其特征在于，数字电容电路被构造用以感应的电容为约100皮法。
9.如权利要求5所述的电锯安全系统，其特征在于，数字电容电路包括一从由陶瓷、薄膜、动力膜、铝和钽组成的组中选择的电容器。
10.如权利要求1所述的电锯安全系统，其特征在于，保护阻挡件起到电容探测器的作用，用以搜寻可选的电容电平。
11.如权利要求1所述的电锯安全系统，其特征在于，根据接收的检测信号，控制系统用以停止切割刀片的运动。
12.如权利要求1所述的电锯安全系统，其特征在于，控制系统包括一制动电阻，与电机一起操作，用以停止切割刀片的运动。
13.如权利要求12所述的电锯安全系统，其特征在于，控制系统用以将制动电阻串联插入在电机的衔铁线圈中，从而停止切割刀片的运动。
14.如权利要求1所述的电锯安全系统，其特征在于，控制系统包括一放大器电路，使得电机中电流反向，从而停止切割刀片的运动。
15.如权利要求1所述的电锯安全系统，其特征在于，当切割刀片处于主动模式的时候，控制系统中止切割刀片运动。
16.如权利要求1所述的电锯安全系统，其特征在于，根据接收的检测信号，控制系统用以提供警报信号。
17.如权利要求16所述的电锯安全系统，其特征在于，警报信号为光线。
18.如权利要求16所述的电锯安全系统，其特征在于，警报信号为音频声音。
19.如权利要求1所述的电锯安全系统，其特征在于，控制系统用以将电机同电源断开。
20.如权利要求1所述的电锯安全系统，其特征在于，控制系统用以将切割刀片从切割区域移开。
21.如权利要求1所述的电锯安全系统，其特征在于，根据接收的检测信号，控制系统可选择地提供警报信号，以停止切割刀片的运动，或将切割刀片从切割区域移开。
22.如权利要求21所述的电锯安全系统，其特征在于，控制系统提供警报信号，并停止切割刀片的运动。
23.如权利要求22所述的电锯安全系统，其特征在于，控制系统同时提供警报信号并停止切割刀片的运动。
24.如权利要求1所述的电锯安全系统，其特征在于，根据接收的检测信号，控制系统可选择地用以至少同时提供两种下列操作，其中包括提供警报信号，停止切割刀片的运动，以及将切割刀片从切割区域移开。
25.一种使电锯伤害使用者造成危险最小化的方法，该电锯包括移动切割刀片，该方法包括a.在切割刀片和使用者之间设置保护阻挡件；b.检测使用者和保护阻挡件之间是否十分接近，以及c.根据检测是否接近，可选择地提供警报信号或停止电锯刀片的动作。
26.一种使切割工具伤害使用者造成危险最小化的方法，该切割工具包括移动切割刀片，该方法包括a.检测使用者和切割工具不包括切割刀片的部分之间是否十分接近；和b.根据检测是否接近，可选择地提供警报信号或停止电锯刀片的动作。
27.一种用于切割工件的机器包括a.具有切割区域的支撑结构；b.驱动具有刀片的切割工具的电机，其中切割工具和支撑结构相连，并用以至少部分平行移动进切割区域，从而切割工件；c.检测系统，用以检测使用者和切割工具不包括刀片的可选部分之间是否十分接近；和d.控制系统，用以基于检测系统对是否接近的检测，停止切割工具的运动。
28.根据权利要求27所述的机器，其特征在于，当切割工具至少部分平行移动进入切割区域，电机旋转切割工具，且其特征在于，控制系统停止切割工具的旋转。
29.根据权利要求28所述的机器，其特征在于，控制系统包括第一制动机构，用以停止切割工具进入切割区域的运动，和第二制动机构用以停止切割工具的旋转。
30.根据权利要求27所述的机器，还包括操作结构，用以将切割工具连接到支撑结构，其中根据检测系统对是否接近的检测，操作结构可选地相对支撑结构移动，从而将切割工具移动到切割区域内，且其中控制系统用以相对支撑结构停止操作结构的运动。
31.根据权利要求26所述的机器，还包括刀片罩，其中工具的可选部分为刀片罩。
32.根据权利要求30所述的机器，其特征在于，机器为上切式锯，且其中控制系统用以停止操作结构的向上运动。
33.一种用于切割工件的机器包括a.具有驱动刀片切割工件的电机的工具；和b.检测系统，除了刀片，该系统包括工具的一部分，作为电容探测器，用以搜寻预选电容电平，且当确定预选电容电平时，检测系统输出检测信号。
34.如权利要求33所述的机器，还包括控制系统，用以根据接收的检测信号产生预定的动作。
35.一种检测是否接近工具的方法，该工具具有用于驱动刀片的电机，方法包括a.在工具的一部分上，但不是刀片上提供电容探测器，b.通过检测使用者的电容，感应使用者是否接近探测器。
36.一种在动力工具上设置安全系统的方法，该动力工具具有用于驱动刀片的电机，该方法包括a.在工具的一部分上，但不是刀片上提供电容探测器，其中当人体一部分靠近工具的时候，探测器检测使用者身体那部分存在；和b.提供控制系统，用以接收电容探测器指示使用者身体一部分靠近工具的信号，其中控制系统用以可选择地提供警报信号或停止刀片的动作。
全文摘要
一种工具安全系统，通过检测，使人体靠近工具移动零件时受到伤害的可能性最小化。根据检测，控制系统可以提供一种或多种方式，使得可以移动工具，中止运动零件，或发出警报信号。
文档编号F16P3/14GK1569392SQ20041002831
公开日2005年1月26日 申请日期2004年1月30日 优先权日2003年1月31日
发明者P·F·米纳加, W·C·布克, J·M·迪尔斯, K·M·布拉泽尔 申请人:创科实业有限公司