CN104837586A - 用于确定物体与动力工具中的静止器械之间的接触的系统和方法 - Google Patents

用于确定物体与动力工具中的静止器械之间的接触的系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104837586A
CN104837586A CN201380056505.3A CN201380056505A CN104837586A CN 104837586 A CN104837586 A CN 104837586A CN 201380056505 A CN201380056505 A CN 201380056505A CN 104837586 A CN104837586 A CN 104837586A
Authority
CN
China
Prior art keywords
phase component
sample
saw blade
power tool
centre
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201380056505.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104837586B (zh
Inventor
B·M·拉瓦斯瓦米
N·S·克里希那拉奥
S·Y·K·芒加普伦
V·M·斯里坎特亚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Wago Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Wago Verwaltungs GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH, Wago Verwaltungs GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of CN104837586A publication Critical patent/CN104837586A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104837586B publication Critical patent/CN104837586B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/406—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by monitoring or safety
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D—PLANING; SLOTTING; SHEARING; BROACHING; SAWING; FILING; SCRAPING; LIKE OPERATIONS FOR WORKING METAL BY REMOVING MATERIAL, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D59/00—Accessories specially designed for sawing machines or sawing devices
    • B23D59/001—Measuring or control devices, e.g. for automatic control of work feed pressure on band saw blade
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q11/00—Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
    • B23Q11/0078—Safety devices protecting the operator, e.g. against accident or noise
    • B23Q11/0082—Safety devices protecting the operator, e.g. against accident or noise by determining whether the operator is in a dangerous position
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/24—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves
    • B23Q17/2433—Detection of presence or absence
    • B23Q17/2438—Detection of presence or absence of an operator or a part thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27G—ACCESSORY MACHINES OR APPARATUS FOR WORKING WOOD OR SIMILAR MATERIALS; TOOLS FOR WORKING WOOD OR SIMILAR MATERIALS; SAFETY DEVICES FOR WOOD WORKING MACHINES OR TOOLS
    • B27G19/00—Safety guards or devices specially adapted for wood saws; Auxiliary devices facilitating proper operation of wood saws
    • B27G19/02—Safety guards or devices specially adapted for wood saws; Auxiliary devices facilitating proper operation of wood saws for circular saws
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27G—ACCESSORY MACHINES OR APPARATUS FOR WORKING WOOD OR SIMILAR MATERIALS; TOOLS FOR WORKING WOOD OR SIMILAR MATERIALS; SAFETY DEVICES FOR WOOD WORKING MACHINES OR TOOLS
    • B27G21/00—Safety guards or devices specially designed for other wood-working machines auxiliary devices facilitating proper operation of said wood-working machines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Forests & Forestry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Sawing (AREA)

Abstract

一种检测人与动力工具的不移动器械接触的、用于操作所述动力工具的方法。所述方法包括：对通过不移动器械的电信号采样；确定样本的同相分量和正交相位分量；确定样本的分量与对应于人接触不移动器械的一组样本的形心之间的第一距离；确定样本的分量与对应于没有人接触不移动器械的另一组样本所确定的第二形心之间的第二距离；以及根据第一距离小于第二距离而确定人接触所述不移动器械。

Description

用于确定物体与动力工具中的静止器械之间的接触的系统和方法
技术领域
本公开总体涉及动力工具，并且更特别地，涉及用于检测人与动力工具中的不移动器械之间的接触的系统和方法。
背景技术
已经研发出供各种制造设备和动力工具使用的检测或者感测系统。这种检测系统能够操作以通过检测或者感测操作者的某附肢与设备的某部分之间的接近或者接触来触发反应装置。例如，台锯中现有的电容式接触感测系统检测操作者与锯片之间的接触。
图1示出了一种与台锯1结合的现有技术的基于电容感测的检测系统90。检测系统90驱动电联接至台锯1的移动锯片22的激励电压并且检测从锯片22引出的电流。所检测到的电流和/或激励电压的幅度或者相位在锯片22接触到导电物体(比如，操作者的手、手指或者其他身体部分以及工件)时发生变化。该变化的特征用来触发反应系统92的操作。反应系统92例如通过应用制动器停止锯片22的运动和/或通过降下或以其他方式从切割区移除锯片22来使锯片22不能操作。反应系统92的一个实例使用爆发充填装置(explosive charge)来将停止器(未示出)驱动到锯片22中以阻止锯片22的运动。附加地或者替代地，反应系统92的一个实施例使锯片支承构件(未示出)降下或者收缩以将锯片22推动到锯台14的表面以下。
图1中所示的检测系统90的实施例包括在线路12上产生时变信号的振荡器10。所述时变信号是任何合适的信号类型，例如包括正弦波、多个正弦波的和、线性调频波形、噪声信号等。选择信号的频率以使检测系统能够区分与第一物体(比如手指或者手)和第二物体(比如待由动力工具切割的木材或者其他材料)的接触。在图1的实施例中，频率为1.22MHz，但还可以使用其他频率以及非正弦波形。振荡器10参考锯台14或者其他金属结构作为局部接地。如图1中所示，锯片22垂直地设置在由锯台14(或工作面或切割表面或平台)限定出的开口中。
振荡器10通过线路12连接至两个电压放大器或者缓冲器16、18。第一电压放大器16具有连接至线路20的输出端，从而将振荡器的输出端可操作地联接至锯片22。电流传感器24将来自线路20的信号可操作地耦合到线路26上以便供给至放大器28，所述放大器28经由线路32连接至处理器30。电流传感器24例如是电流传感转换器、电流传感电阻器、霍尔效应电流传感装置或者其他合适种类的电流传感器。来自处理器30的输出线路34可操作地连接至反应系统92，从而如果检测到预定条件则处理器30就触发反应系统92，所述预定条件例如指示锯片22与第一物体之间的接触。
线路26上的信号指示出由锯片引出的瞬时电流。因为锯片22在台锯操作期间运动，所以通过通常平行于锯片22安装的激励板36形成连接。在图1的实施例中，板36由第一电压放大器16驱动并且被配置成相对于锯片22具有大约100微微法(pF)的电容。板36相对于锯片22的侧面被保持在稳定位置中。激励板36被配置成：能在台锯1的操作期间当锯片22的高度和斜切角被调整时跟随锯片22。
在图1的实施例中，第一物体与锯台14(或者电力线接地(如果存在一个的话))之间的电容在大约30-50pF的范围内。当激励板36与锯片22之间的电容超过第一物体与锯台14之间的电容时，检测阈值不会过度受板到锯片的电容方面变化的影响。在图1的配置中，板36与锯片22平行地设置在锯片22搁靠在心轴37的那侧上，从而锯片厚度方面的变化不会影响锯片22与板36之间的间隙。其他激励方法(包括通过心轴轴承的接触或者与轴或锯片的电刷接触)可用于相同作用。
在检测系统90中，第二放大器18连接至护罩38，并且放大器18将护罩38驱动至与激励板36相同的电位。此外，检测系统90中的传感器可选地监测由护罩38引出的电流水平。在图1的配置中，护罩38在锯台14下方围绕锯片22延伸并且在锯台14上与锯片22间隔开某一距离。护罩38的配置减小了锯片22与锯台14之间的静态电容，从而在锯台未电连接至接地的情况下充当接地面。在不同实施例中，护罩38是连续的网状袋或者在由振荡器10产生的激励频率上电性地相当于法拉第笼的其他种类防护器。护罩38可选地包括随锯片调整而移动的构件，或者大到足以容纳锯片调整以及安装在台锯上的各种锯片。在图1的配置中，护罩38随锯片调整而移动并且包括锯台14的喉板区域。
处理器30执行各种预处理步骤，并且实现能检测指示第一物体与锯片22之间的接触的条件的自适应触发器。处理器30可选地包括一个或多个关联的模拟-数字(A/D)转换器。来自电流传感器24的锯片电流信号被引向产生相应数字信号的A/D转换器中的一个或多个。在某些实施例中，表示锯片22与激励板36之间的电压降的锯片电压信号被引向A/D转换器以产生数字式锯片电压信号。处理器30接收数字化信号并且基于所接收的信号来执行各种数字信号处理操作和/或计算导出参数。处理器30对所调节的锯片信号进行分析或者以其他方式执行操作，以检测指示第一物体与锯片22之间的接触的条件。
现有的检测系统(比如，图1的系统90)被配置成在动力工具操作以移动器械时使用。例如，在锯1中，检测系统90基于瞬态信号(比如，数字式锯片电压信号中的尖脉冲)来确定移动锯片与物体之间的接触。瞬态信号在短暂时间上出现，但是系统90能识别所述信号并且处理器30在锯片与物体之间接触的短暂时间段内采取适当的动作。然而，当锯片没有移动时，如果信号正通过锯片，则瞬态信号也会出现，但是该信号迅速地返回到发生接触之前的类似水平，并且检测系统90不能有效地确定物体与器械之间的长期接触。另外，如果当振荡器10开始产生信号时物体已经与静止器械接触，则检测系统90不会探测到与物体和器械之间初始接触对应的瞬态信号。例如，如果当锯片22不移动时操作者握住锯片22，则传感系统90不能确定操作者的手与静止锯片22之间长时间的接触。因此，对能够确定出物体与动力工具中的不移动器械之间的接触的动力工具进行改进是有益的。
发明内容
在一个实施例中，已经发展出一种用于确定动力工具中的不移动器械与人之间的接触的方法。该方法包括：生成通过所述不移动器械的电信号的样本；确定所述样本的同相分量和正交相位分量；确定所述样本的所确定的同相分量和正交相位分量与针对对应于人接触所述不移动器械的一组样本所确定的第一形心之间的第一距离，该确定根据所述样本的同相分量和正交相位分量以及第一形心的同相分量和正交相位分量来进行；确定所述样本的所确定的同相分量和正交相位分量与针对对应于没有人接触所述不移动器械的另一组样本所确定的第二形心之间的第二距离，该确定根据所述样本的同相分量和正交相位分量以及第二形心的同相分量和正交相位分量来进行；以及根据第一距离小于第二距离而确定人接触所述不移动器械。
在另一实施例中，已经发展出一种动力工具，其被配置成能检测人与动力工具中的不移动器械之间的接触。所述动力工具包括：被配置成能移动器械的致动器；被配置成能生成通过所述器械的时变电信号的时钟源；以及可操作地连接至所述致动器并且被配置成能对所述电信号进行采样的控制器。所述控制器被配置成：能在所述致动器被停用并且所述器械是不移动器械时生成所述电信号的样本；能确定所述样本的同相分量和正交相位分量；能确定所述样本的所确定的同相分量和正交相位分量与针对对应于人接触所述不移动器械的一组样本所确定的第一形心之间的第一距离，该确定根据所述样本的同相分量和正交相位分量以及第一形心的同相分量和正交相位分量来进行；能确定所述样本的所确定的同相分量和正交相位分量与针对对应于没有人接触所述不移动器械的另一组样本所确定的第二形心之间的第二距离，该确定根据所述样本的同相分量和正交相位分量以及第二形心的同相分量和正交相位分量来进行；以及能根据第一距离小于第二距离而确定人接触所述不移动器械。
在另一实施例中，已经发展出一种确定用于检测人接触动力工具中的不移动器械的判据的方法。该方法包括：将电流电耦合到所述动力工具的不移动器械中；在不出现人接触所述不移动锯片的第一时间段过程中，对所述电信号进行采样以获得电耦合至所述不移动器械的电信号的多个样本；在出现人接触所述不移动锯片的第二时间段过程中，对所述电信号进行采样以获得电耦合至所述不移动器械的电信号的多个样本；确定在第一时间段过程中所获得的所述电信号的所述多个样本的第一形心；确定在第二时间段过程中所获得的所述电信号的所述多个样本的第二形心；以及将第一形心和第二形心存储在所述动力工具内部的存储器中，以作为依据来检测人与所述不移动器械的接触。
附图说明
图1是包括用于检测人与锯片之间接触的现有技术检测系统的现有技术台锯的简图。
图2是台锯的框图，其被配置成能在转动锯片之前确定锯中的锯片是否与物体接触。
图3是用于检定当器械不接触物体时和器械接触物体时流过动力工具中的静止器械的复值电信号之间的差别的过程的流程图。
图4是用于在动力工具被启动时确定物体与动力工具中的静止器械是否接触的过程的流程图。
图5是描绘当器械不接触物体时和器械接触物体时通过静止器械的多个电信号的同相分量和正交分量的图。
具体实施方式
为了提升对本文所描述的实施例的原理的理解的目的，现在参照附图和以下书面说明书中的描述。这些参考不意图对该主题的范围进行限制。本申请还包括对所阐述的实施例的任何改变和改进以及该文件有关技术领域的技术人员通常能想到的对所描述的实施例的原理的进一步应用。
如本文所使用的，术语“动力工具”是指具有由致动器移动的一个或多个移动部分的任何工具，比如电机、内燃机、液压缸或气动缸等。例如，动力工具包括但不限于，斜面锯、斜切锯、台锯、圆锯、往复锯、细竖锯、带锯、冷锯、截切机、冲击驱动器、角磨机、钻孔机、连接器(jointer)、打钉器、打磨机、修边机和刳刨机。如本文所使用的，术语“器械”是指动力工具的在动力工具操作期间至少部分地露出的移动部分。动力工具中的器械的实例包括但不限于，旋转和往复式锯片、钻头、刳钻、磨盘、磨轮等。如以下描述的，与动力工具集成的感测电路被用于停止器械的运动以避免当器械移动时操作员与器械之间的接触。如本文所使用的，术语“静止器械”是指动力工具中的不移动器械。例如，当锯被停用时不移动的锯片或者当钻孔机被停用时不转动的钻头是静止器械。
如本文中使用的，术语“形心”是指包括同相分量和正交相位分量的多个信号样本的平均值。形心值包括分别由多个样本中的同相分量和正交相位分量所确定的平均同相分量和平均正交相位分量。形心可以表示成利用本领域已知的群集技术所确定的一组样本内的位置。如以下更详细地描述的，按由样本的同相分量和正交相位分量所确定的二维平面来表示的多个信号样本的形心之间的距离被用于确定动力工具中的静止构件是否与物体(比如人体的一部分)接触。
图2示出了台锯100。台锯100包括锯台104，锯片108延伸通过该锯台以用于切割工件、比如木块。台锯100还包括电机112、锯片封罩118和锯片限动装置132。板120与锯片108形成了电容器124，其中，板120与锯片108之间的小空气间隙充当电介体。在不同实施例中，板120是、或者包括感测锯片与物体之间的接触或检测接近锯片108的物体的电容式的、电阻式的、投射电容式的、光学的、热学的、近红外的或者其他合适的感测机构。锯片封罩118电连接至锯片108。锯台104、锯片108和电机112的总体构造对用于切割工件是本领域公知的并且本文中不再详细地描述。为了清晰起见，图2中省略了台锯中常用的某些部件，比如工件的导向件、锯片高度调整机构和锯片防护器。
锯100包括安装有感测电路的印刷电路板102，所述感测电路包括时钟源144、激励放大器(driver amplifier)146、转换器150和控制器140。电端子插座107从外部电源(比如，发电机或者公用电力供应器)接收交流(AC)电功率信号，所述电端子插座在图2中安装在印刷电路板102上或者在另一实施例中以其他方式电连接至转换电源106。转换电源106将来自外部电源的AC电信号转换成处于一个或多个电压水平的直流(DC)电功率信号以向控制器140、时钟源144和放大器146供电。印刷电路板102和安装在印刷电路板102上的器件与接地电隔离。电源106作为用于安装至印刷电路板102的器件的局部接地。
在锯100中，感测电路中的时钟源144和激励放大器146产生了时变电信号，所述时变电信号被引导通过转换器150中的初级绕组152、板120、锯片108和锯片封罩118。时变电信号被称为“感应电流”，因为控制器140根据感应电流的幅度上的变化来感测锯片108与人体的一部分之间的接触。时变电信号是包括同相分量和正交分量的复值信号。感应电流通过转换器150中的初级绕组152至板120。因板120与锯片108之间的放电所引起的初级绕组中的变化在转换器150的次级绕组154中产生了激励信号。该激励信号是与通过初级绕组152的感应电流对应的另一复值信号。
感测电路中的控制器140可操作地连接至电机112、转换器150中的次级绕组154、机械式锯片限动装置132。控制器140包括一个或多个数字逻辑装置，所述一个或多个数字逻辑装置包括通用型中央处理器(CPU)、微型控制器、数字信号处理器(DSP)、模-数转换器(ADC)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)和适用于锯100的操作的任何其他数字逻辑装置。控制器140包括存储器142，所述存储器142存储用于操作控制器140的程序指令，和与当具有相当于人体电特性的物体接触锯片108时和当没有物体接触锯片108时所生成的群集信号样本的形心对应的数据。
在感测电路的操作期间，时钟源144按预定频率产生时变信号，比如正弦波形。在图2的实施例中，时钟源144被配置成按1.22MHz的频率产生信号，所述频率公知为通过人体传播。放大器146产生作为来自时钟源144的信号的具有充分大幅度的放大型式的感应电流，以激励转换器150和电容124，以便由控制器140进行检测。
在感测电路的操作期间，控制器140接收次级绕组154中的激励信号通过第一解调器143A的同相分量I和激励信号通过第二解调器143B的正交分量Q。转换器150将流过初级绕组152、板120、锯片108和锯片封罩118的感应电流与解调器143A和143B隔离开，所述解调器143A和143B分别将信号的同相分量和正交相位分量供给至控制器140。因为解调器143A和143B产生电噪声，所以转换器150减小或者消除了噪声在初级绕组152和感应电流上的影响。在一种配置中，转换器150是初级绕组152和次级绕组154具有相等圈数的1:1的转换器。在替代性配置中，选择初级绕组152和次级绕组154中的绕组比以递升或者递降信号来用于解调和由控制器140监测。控制器140包括一个或多个ADC、过滤器、及所需的其他信号处理装置以产生同相信号I和正交信号Q的幅度的数字表示。控制器140确定在给定时间作为每个样本中的同相分量和正交分量的毕达哥拉斯(Pythagorean)和的感应电流A的幅度，如以下等式中所阐述的：控制器140按预定频率(比如，100KHz的采样速率)来测量已解调信号，以确定复值信号的幅度A方面的变化。
当电机112转动锯片108时，旋转的锯片108接触到不同物体，包括木块和其他工件。聚积在锯片108上的电荷的小部分流入工件中。然而，木质工件的导电性是相当低的，并且感测电路中的控制器140继续使电机112能转动锯片108。例如，当锯片108接合木块时，控制器140一般测量到感应电流A中的小变化，但是将感应电流中的变化确定为对应于木材或者具有低导电率的其他材料。
虽然工件(比如木材)具有低导电率，但是其他物体(比如人体的一部分)具有高很多的导电性并且当该部分接近锯片108时吸收锯片108上的电荷的很大部分。在图2中，通过指示从锯片108到人体的电荷流动的电荷云来表示人体164的一部分，比如手、手指或者臂。当人体164靠近锯片108时，控制器140因感应电流的幅度A方面的急剧变化而确定人体164与锯片108之间即将发生接触。响应于感应信号的幅度方面的急剧变化，控制器140在锯片接触到人体164之前停用电机112，接合锯片限动装置132来停止锯片108的运动，以及可选地撤回锯片108。
在图2的配置中，锯片108是具有围绕锯片的周边设置的多个齿的圆形锯片。所述齿在锯正常操作期间接合工件以切割工件。锯片108中的齿也聚积有来自感应电流的电荷。当人体接近锯片108时，锯片上的齿有助于将聚积在锯片108上的电荷放电至人体164。在某些配置中，人体164与锯片108中的齿的顶端之间的电弧使聚积在锯片108上的电荷能够在人体164实际上接触锯片108之前流入人体164中。弧距一般在几毫米的量级。控制器140由于人体164与锯片108之间直接接触或紧密接近而确定出感应电流的幅度A方面的变化并且响应于锯片108的放电来停止锯片108。
在图2的配置中，即使当印刷电路板102与接地绝缘时并且当人体164与接地绝缘时，比如当操作员穿上具有橡胶鞋底的鞋时，人体也具有充分高的导电率和电容来从锯片108吸取电荷。因此，虽然印刷电路板102和人164没有共用的公共地线，但是控制器140通过确定所确定出的感应电流的幅度A中的急剧变化来持续确定人164与锯片108之间的接触。虽然幅度A的绝对值在锯100操作期间可能变化，但是控制器140仍可以响应于幅度A的相对值方面的变化的幅度和时间来确定与人164的接触。在锯100操作期间，控制器140被配置成：在大约1毫秒的时间段内确定与人164的接触并停用电机112并且接合锯片限动机构132来停止锯片108。
在锯100中，控制器140响应于锯片108与人的一部分之间的接触的确定而停用电机112。在锯100中，锯片108通常由于锯片108在运转期间聚积的动量而继续转动几秒的一段时间。锯片限动装置132被配置成：能在短很多的时间段内停止锯片108，将锯片108降到锯台104以下以撤回锯片108使之不与人接触，或者停止并撤回锯片108。在锯100中，锯片限动装置132包括停止锯片108的转动的制动机构。附加地，锯片限动装置132将锯片108撤回到锯台104的表面以下。在其他动力工具实施例中，在不需要附加的制动机构的情况下，移动器械在致动器停用之后的短时间内停止。
除了当锯片108移动时感测物体与锯片108之间的接触之外，锯100中的感测电路被配置成：当锯片108静止时确定锯片108与物体(比如人体164的一部分)之间的接触。特别是，控制器140被配置成：当操作者闭合启动开关110以开始使用锯100时，确定物体是否与静止锯片108接触。如以下更详细地描述的，控制器140在启动开关110被闭合之后启动感应电流通过锯片108，并且确定物体(比如人164)是否与锯片108接触。控制器140根据对于感应电流的一个或多个样本所确定的同相和正交相位分量以及存储在存储器142中的预定的同相和正交相位数据来确定接触。
如果锯片108不与人164或者除工件(比如，木片)以外的物体接触，则控制器140仅启动电机112来转动锯片108。如果控制器140确定锯片108与人164接触，则控制器关闭电机112。为了关闭电机112，控制器140禁止电机112运转，并且直到合适的手动动作被采取以确保物体从锯片108附近移开时才重新启动电机112。控制器140选择性地产生警报(比如，听得见或者可视的指示)以指示电机112被关闭并且操作者应采取合适动作来重新启用锯100。
图2描绘了作为动力工具的说明性实例的台锯，其被配置成能确定人体的一部分或者其他物体与静止器械之间的接触，所述静止器械是当锯片108不在锯100中移动时的锯片108。替代性实施例可设想将图2的感测电路结合到大范围的动力工具中，包括但不限于，手持式电钻、钻孔机、手持式圆锯、往复锯、带锯、刳刨机、研磨机和具有当动力工具停用时能接触物体的静止器械的任何其他动力工具。
图3描绘了用于检定物体接触动力工具中的静止器械时电感测信号中出现的变化的的特征的过程300。为了说明性目的，结合图2的锯100来描述图3。在以下的论述中，涉及执行功能或动作的过程300是指一个或多个处理器(比如控制器140)执行存储在存储器中的程序指令来操作动力工具的部件以执行所述功能或者动作。
过程300从动力工具产生用于通过器械的感应电流的电信号开始(框304)。如以上参照图2所述，来自时钟源144和放大器146的放大的时变电信号通过转换器150和由板120与锯片108形成的电容124。
在过程300期间，控制器140对通过静止器械的感应电流进行采样(框308)。在锯100中，控制器140对通过转换器150中的次级绕组154的感应电流的同相分量I和正交分量Q进行采样。通过初级绕组152的感应电流在次级绕组154中产生了对应的激发电流，并且解调器143A和143B分别向控制器140提供感应电流的同相分量I和正交分量Q。控制器140包括任何辅助电路(比如，过滤器和ADC)，以产生与感应电流的同相分量和正交分量对应的数字数据。控制器140按预定的采样速率(比如，例如100KHz的采样速率)随时对感应电流进行采样。
在过程300期间，控制器140当静止锯片108不与外部物体接触时生成针对通过静止锯片108的感应电流的多个样本(框312)。如上所述，感应电流的每个样本包括同相分量I和正交相位分量Q。控制器140将对应于同相分量I和正交相位分量Q的数据存储在存储器142中以用于多个样本中的每个样本。
在确定出所述多个样本的同相分量和正交分量之后，控制器140或者外部计算装置确定出与静止锯片108不接触物体时生成的感应电流的所述多个样本对应的形心值(框316)。形心值包括与所述多个样本中的平均同相分量和平均正交相位分量分别对应的同相分量和正交相位分量。在锯100中，形心的值被存储到存储器142中。
图5包括所述多个样本和针对在参照框308-316描述的过程期间的信号所确定的形心的示例性描述。图5描绘了具有沿水平轴线的同相分量I和沿垂直轴线的正交相位分量Q的平面的图解表示。在图5中，当静止锯片108从与任何外部物体接触处移开时生成了样本504。在一个实施例中，利用群集算法来将样本504集合到一起。形心508表示针对样本504的平均同相分量和正交相位分量的值。
再次参见图3，当操作者将具有相当于人体的电特性的多个物体放置成与静止器械接触时过程300继续(框320)。在一个实施例中，操作者将一个或多个手指或者其他身体部分放置成与静止器械接触(如果该接触是实际可行的话)。在另一实施例中，操作者将具有类似于人体的导电率的物体放置成与器械接触。例如，通常在食品商店销售的热狗具有类似于人体的导电率及其他电特性。然而，为了模拟人体对于电荷的电容，这些物体可能必须电连接至接地。将多个物体放置成与静止器械接触以模拟静止器械与人体的一个或多个部分之间的大范围的潜在接触条件。当物体与静止锯片108接触时，控制器140生成针对当锯片接触物体时通过锯片108的感应电流的多个样本(框324)。控制器140确定出当物体接触静止锯片108时所生成的样本中的每个的同相分量和正交相位分量(框328)。以上参考框324和328所描述的过程分别按和以上参考框308和312的过程所述的相同方法来执行。
在确定出静止锯片108接触物体时所生成的感应电流的多个样本的同相分量和正交分量之后，控制器140或者外部计算装置确定出与所述多个样本对应的形心值(框332)。形心值包括与当物体接触锯片108时所生成的所述多个样本中的平均同相分量和平均正交相位分量分别对应的同相分量和正交相位分量。在锯100中，形心的值被存储到存储器142中。
再次参见图5，示例性样本512描绘了当物体接触锯片108时所生成的样本。在一个实施例中，利用群集算法来将样本512集合到一起。形心516表示样本512的平均同相分量和正交相位分量值。在图5中，与当没有物体接触静止锯片108时所生成的样本504相比，当静止锯片108接触物体时所生成的样本512分布在I-Q平面的更宽区域上。样本512中增大的变化可能至少部分地由于接触静止锯片108的物体的导电率及其他电特性方面的差异和形成于物体与静止锯片108之间的电联接性质而引起。
在锯100中，控制器140存储与针对无接触条件和接触条件所确定的形心对应的数据。在一个实施例中，锯100的操作者在使用锯100之前执行过程300，并且选择性地重复过程300以重新校准锯100。在另一实施例中，在工厂或者使用锯100的其他设施处执行过程300，并且在制造过程期间将对应于两个形心的数据存储在具有锯100的配置的多个锯的存储器中。
图4描绘了用于动力工具的操作的过程400，其当启动开关被闭合以开始动力工具的操作时确定出静止器械是否与物体(比如人体的一部分)接触。为了说明目的，图4结合图2的锯100来描述。在以下的论述中，涉及执行功能或动作的过程400是指一个或多个处理器(比如控制器140)执行存储在存储器中的程序指令来操作动力工具的部件以执行所述功能或者动作。
过程400在操作者闭合开关或者操作另一控制装置以开始致动器的操作来移动器械时开始(框404)。在锯100中，操作者闭合开关110以启动电机112并转动锯片108，所述开关110一般为按钮或者触发器的形式。在某些现有技术的装置中，开关或者其他控制装置放置在电路中，所述电路在开关闭合时向致动器直接地提供电力。然而，在锯100中，开关110仅向控制器140生成表示操作者请求启动电机112的请求信号。在过程400期间，控制器140响应于确定锯片108不与外部物体(比如，人体的一部分)接触而启动电机112，或者响应于确定锯片108接触外部物体而锁定电机112。
当动力工具生成作为通过静止器械的感应电流的电信号时过程400继续(框408)。如以上参照图2所述，来自时钟源144和放大器146的放大的时变电信号通过转换器150和由板120与锯片108形成的电容124。在过程400期间锯100中产生的感应电流与在过程300期间锯100中产生的感应电流具有相同的频率、幅度和波形。
在过程400期间，控制器140对感应电流进行采样(框412)。控制器140按与如上根据框312所述过程的相同方法来对感应电流进行采样。虽然控制器140在过程400期间生成至少一个样本，但是在某些实施例中，控制器140在预定时间段(比如，0.1到0.5秒)上生成多个样本以减小随机噪声对针对感测信号所确定的同相分量和正交分量的影响。如果生成多个样本，则控制器140确定所述多个样本的形心以用于确定物体是否与静止锯片108接触。控制器140还利用以上参照过程300中的框316和328所述的过程来确定出感应电流的样本中的每个的同相分量和正交相位分量(框416)。
当控制器140确定样本中的同相分量和正交相位分量与当锯片108不与物体接触或者与具有类似于人体的一部分的电特性的物体接触时生成的信号的预定形心之间的距离时过程400继续(框420)。在过程400的上下文中，术语“距离”是指针对样本所确定的同相分量和正交相位分量与预定形心中的每个的相应同相分量和正交相位分量之间的差值的平方的毕达哥拉斯和。例如，如果样本具有(I0、Q0)的(I、Q)值，并且形心具有(I1、Q1)的值，则样本与形心之间的距离D为：过程400确定以DNC和DC作为附图标记的两个距离，所述两个距离对应于样本分别和对应于器械与物体之间无接触的形心、以及对应于器械与物体之间接触的形心之间距离。
参见图4和图5，在包括形心508和512的I/Q平面中示出了两个样本520和524。标记为DNC和DC的箭头分别描绘了样本520和524中的每个与形心508和516之间的直线距离。过程400确定样本信号中的分量与形心之间的两个距离DNC和DC中的更短者。如果样本与无接触形心508之间的所确定的距离最短(框424)，如以图5中的样本520所示，则控制器140启动电机112来转动锯片(框428)。
然而，如果样本与接触的形心512之间的所确定的距离最短(框428)，则控制器140执行电机112的锁定操作并且选择性地产生警报(框432)。所述锁定操作在确定出锯片108与物体(比如，操作员的附肢)接触之后紧接着确保电机112不被致动。例如，如果操作者在开关110闭合时无意中地以手指接触锯片，则所述锁定确保电机112在操作者将手指从锯片108上撤回之后仍保持停用。在一个实施例中，操作者执行手动重置操作来除去锁定条件。重置操作一般包括操作重置开关或者其他装置(未显示)，其需要使用两只手或者物理上被从器械上移开以确保在重新起动动力工具之前器械不会与人体的一部分接触。
应当理解，上述变型及其他特征和功能或者其替代方案可以按期望地结合到许多其他不同系统、应用或者方法中。可能随后由本领域技术人员所做出的各种目前未预见到的或者未设想到的替代方案、改型、变化或者改进也意在由以下权利要求所包含。

Claims (10)

1.一种用于检测人与动力工具中的不移动器械的接触的方法，包括：
生成通过所述不移动器械的电信号的样本；
确定所述样本的同相分量和正交相位分量；
确定所述样本的所确定的同相分量和正交相位分量与针对对应于人接触所述不移动器械的一组样本所确定的第一形心之间的第一距离，该确定根据所述样本的同相分量和正交相位分量以及第一形心的同相分量和正交相位分量来进行；
确定所述样本的所确定的同相分量和正交相位分量与针对对应于没有人接触所述不移动器械的另一组样本所确定的第二形心之间的第二距离，该确定根据所述样本的同相分量和正交相位分量以及第二形心的同相分量和正交相位分量来进行；以及
根据第一距离小于第二距离而确定人接触所述不移动器械。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
响应于确定人与所述不移动器械接触而禁止所述动力工具中的致动器的操作，所述致动器被配置成能移动所述器械。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
响应于第二距离小于第一距离而操作所述动力工具中的致动器来移动所述器械。
4.一种动力工具，包括：
被配置成能移动器械的致动器；
被配置成能生成通过所述器械的时变电信号的时钟源；以及
可操作地连接至所述致动器并且被配置成能对所述电信号进行采样的控制器，所述控制器被配置成：
在所述致动器被停用并且所述器械是不移动器械时生成所述电信号的样本；
确定所述样本的同相分量和正交相位分量；
确定所述样本的所确定的同相分量和正交相位分量与针对对应于人接触所述不移动器械的一组样本所确定的第一形心之间的第一距离，该确定根据所述样本的同相分量和正交相位分量以及第一形心的同相分量和正交相位分量来进行；
确定所述样本的所确定的同相分量和正交相位分量与针对对应于没有人接触所述不移动器械的另一组样本所确定的第二形心之间的第二距离，该确定根据所述样本的同相分量和正交相位分量以及第二形心的同相分量和正交相位分量来进行；以及
根据第一距离小于第二距离而确定人接触所述不移动器械。
5.如权利要求4所述的动力工具，其特征在于，所述控制器还被配置成：
响应于确定人接触所述不移动器械而禁用所述致动器。
6.如权利要求4所述的动力工具，其特征在于，所述控制器还被配置成：
响应于第二距离小于第一距离而操作所述致动器来移动所述器械。
7.如权利要求4所述的动力工具，其特征在于，该动力工具还包括：
可操作地连接至所述控制器的存储器，所述存储器被配置成用于在生成样本之前存储对应于第一形心的同相分量和正交相位分量以及第二形心的同相分量和正交相位分量的数据。
8.如权利要求4所述的动力工具，其特征在于，该动力工具还包括：
可操作地连接至所述控制器的启动开关，所述控制器进一步还被配置成：
响应于所述启动开关的操作来确定人接触所述不移动器械。
9.一种确定用于检测人接触动力工具中的不移动器械的判据的方法，包括：
将电流电耦合到所述动力工具的不移动器械中；
在不出现人接触所述不移动锯片的第一时间段过程中，对所述电信号进行采样以获得电耦合至所述不移动器械的电信号的多个样本；
在出现人接触所述不移动锯片的第二时间段过程中，对所述电信号进行采样以获得电耦合至所述不移动器械的电信号的多个样本；
确定在第一时间段过程中所获得的所述电信号的所述多个样本的第一形心；
确定在第二时间段过程中所获得的所述电信号的所述多个样本的第二形心；以及
将第一形心和第二形心存储在所述动力工具内部的存储器中，以作为依据来检测人与所述不移动器械的接触。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，对所述电信号进行采样以在第一时间段过程中获得多个样本并且在第二时间段过程中获得多个样本还包括：
在第一时间段和第二时间段过程中确定所述电信号的每个样本的同相分量；以及
在第二时间段过程中确定所述电信号的每个样本的正交分量。
CN201380056505.3A 2012-09-28 2013-09-27 用于确定物体与动力工具中的静止器械之间的接触的系统和方法 Active CN104837586B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IN4060CH2012 2012-09-28
IN4060/CHE/2012 2012-09-28
PCT/IN2013/000589 WO2014049615A1 (en) 2012-09-28 2013-09-27 System and method for identification of contact between an object and a static implement in a power tool

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104837586A true CN104837586A (zh) 2015-08-12
CN104837586B CN104837586B (zh) 2018-04-06

Family

ID=49641818

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380056505.3A Active CN104837586B (zh) 2012-09-28 2013-09-27 用于确定物体与动力工具中的静止器械之间的接触的系统和方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9519281B2 (zh)
EP (1) EP2900412B1 (zh)
CN (1) CN104837586B (zh)
WO (1) WO2014049615A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9702916B2 (en) * 2012-09-28 2017-07-11 Robert Bosch Tool Corporation System and method for reducing false positive detection between a human and a moving implement in a power tool
US10105863B2 (en) * 2015-03-12 2018-10-23 Robert Bosch Tool Corporation System and method for object and operator profiling in an object detection system in a saw
US10099399B2 (en) * 2015-03-12 2018-10-16 Robert Bosch Tool Corporation Object proximity detection in a saw
JP7209597B2 (ja) * 2019-07-18 2023-01-20 株式会社マキタ 電動作業機

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1478074A2 (en) * 2003-05-13 2004-11-17 Siemens Power Transmission & Distribution, Inc. Dynamic economic dispatch
US20050231871A1 (en) * 2004-04-05 2005-10-20 Karimi Ghartemani Masoud M K Three-phase power signal processor
CN201845038U (zh) * 2009-12-23 2011-05-25 北京海博智恒电气防火科技有限公司 三相三线制i t系统漏电测试器
CN102072976A (zh) * 2009-11-23 2011-05-25 财团法人资讯工业策进会 辨识电器状态的方法及系统
CN102187176A (zh) * 2008-09-08 2011-09-14 动力工具研究院 用于动力工具的检测系统

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5212392A (en) 1991-12-13 1993-05-18 General Electric Company Optical sensing apparatus for detecting linear displacement of an object and method of operation thereof with detector matrix and centroid detection
US7536238B2 (en) 2003-12-31 2009-05-19 Sd3, Llc Detection systems for power equipment
US7971613B2 (en) * 2007-12-31 2011-07-05 Sd3, Llc Detection systems for power equipment
US7142609B2 (en) * 2000-11-29 2006-11-28 Sunrise Telecom Incorporated Method and apparatus for detecting and quantifying impairments in QAM signals
ATE489605T1 (de) * 2001-07-11 2010-12-15 Black & Decker Inc Sicherheitsmechanismen für ein strombetriebenes werkzeug
CA2494921A1 (en) * 2002-08-16 2004-02-26 Intelligent Mechatronic Systems Inc. Capacitance based human touch activation and switching device
JP3869355B2 (ja) 2002-12-10 2007-01-17 株式会社東京機械製作所 多色刷輪転機における見当誤差検出方法、見当誤差検出装置及び見当調整自動制御装置
US20040123709A1 (en) * 2002-12-30 2004-07-01 Emerson Electric Co. System for sensing user contact with a saw blade
US20060101960A1 (en) * 2003-03-10 2006-05-18 Smith Matthew A Optical proximity device for power tools
US7804204B1 (en) * 2005-05-19 2010-09-28 Power Tool Institute Capacitive sensing system for power cutting tool
US8091456B2 (en) * 2008-03-25 2012-01-10 Power Tool Institute Safety devices for saws
DE102008001727A1 (de) * 2008-05-13 2009-11-19 Robert Bosch Gmbh Werkzeugmaschine
US8261959B2 (en) * 2008-09-25 2012-09-11 Embraer S.A. Friction stir welding spindle downforce and other control techniques, systems and methods
US20100072261A1 (en) * 2008-09-25 2010-03-25 Marcio Fernando Cruz Friction stir welding spindle downforce and other control techniques, systems and methods
US20100225421A1 (en) * 2009-03-06 2010-09-09 Rf Saw, Inc. Surface Acoustic Wave Diverter
US8581602B2 (en) * 2009-09-02 2013-11-12 Systems And Materials Research Corporation Method and apparatus for nondestructive measuring of a coating thickness on a curved surface
IT1399521B1 (it) * 2010-03-30 2013-04-19 C M C S R L Societa Unipersonale Attacco rapido di sicurezza per il fissaggio di un utensile ad una macchina operatrice
US9062827B2 (en) * 2012-09-28 2015-06-23 Robert Bosch Gmbh Proximity based thermal profiling for a power tool
US9575484B2 (en) * 2012-09-28 2017-02-21 Robert Bosch Tool Corporation System and method for identification of contact between a human and a static implement in a power tool
US9952583B2 (en) * 2012-09-28 2018-04-24 Robert Bosch Tool Corporation System and method for identification of implement motion in a power tool
US8943937B2 (en) * 2012-09-28 2015-02-03 Robert Bosch Gmbh Power tool with circuit for sensing contact between an implement and an object
US9702916B2 (en) * 2012-09-28 2017-07-11 Robert Bosch Tool Corporation System and method for reducing false positive detection between a human and a moving implement in a power tool

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1478074A2 (en) * 2003-05-13 2004-11-17 Siemens Power Transmission & Distribution, Inc. Dynamic economic dispatch
US20050231871A1 (en) * 2004-04-05 2005-10-20 Karimi Ghartemani Masoud M K Three-phase power signal processor
CN102187176A (zh) * 2008-09-08 2011-09-14 动力工具研究院 用于动力工具的检测系统
CN102072976A (zh) * 2009-11-23 2011-05-25 财团法人资讯工业策进会 辨识电器状态的方法及系统
CN201845038U (zh) * 2009-12-23 2011-05-25 北京海博智恒电气防火科技有限公司 三相三线制i t系统漏电测试器

Also Published As

Publication number Publication date
US9519281B2 (en) 2016-12-13
US20140094955A1 (en) 2014-04-03
CN104837586B (zh) 2018-04-06
EP2900412A1 (en) 2015-08-05
EP2900412B1 (en) 2018-09-19
WO2014049615A1 (en) 2014-04-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104994992B (zh) 用于减少人与动力工具中的移动器械之间的误报检测的系统和方法
CN104684681B (zh) 具有用于检测器具和物体之间的接触的电路的电动工具
US7739934B2 (en) Detection system for power tool
US7888826B1 (en) Capacitive sensing system for power cutting tool
CN104837586A (zh) 用于确定物体与动力工具中的静止器械之间的接触的系统和方法
CN107427940A (zh) 用于在锯机中的物体检测系统中确定物体和操作员的型式的系统和方法
CN104870142A (zh) 用于在电动工具中确定人和静止器械之间的接触的系统和方法
KR20170127523A (ko) 테이블 톱의 사용자 인터페이스 시스템
KR20170125946A (ko) 톱에서 감지 케이블 결함 검출을 위한 시스템 및 방법
CN104813171B (zh) 用于确定电动工具中的器械运动的系统和方法
CN103101090A (zh) 一种电锯防护罩

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant