CN1717563A - 用于接触保护的装置和防止与运动部件接触的保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于接触保护的装置。本发明装置具有一个用于产生和感测电磁场的传感器(5)，该传感器设置在一个不应接触的可动部件(1)的附近。本发明装置还具有一个与该传感器(5)连接的求值单元(8)，用于对可由传感器(5)产生的传感器信号求值，其中，通过该求值单元(8)可产生一个求值信号。最后，设置了一个与求值单元(8)连接的控制单元(9)，它这样构造和运行，使得可根据所述求值信号控制所述部件(1)的运动。

Description

用于接触保护的装置和防止与运动部件接触的保护方法
技术领域
本发明涉及一种用于接触保护的装置和防止与运动部件接触的保护方法。该方法以及该装置可以用于保护人的身体部位防止与台式圆锯的锯片的接触。
在圆锯上受伤是最频繁的工作事故。其中区分为由于推入木头而锯掉或锯破手指和木块快速回打或倾斜使手指、手掌或手臂受伤。
背景技术
从现有技术US 2002/0017184A1中已知一种带有安全系统的台式圆锯。该台式圆锯具有一个可调节的锯片，一个用于感测人与锯片之间的接触的感测系统和一个用于在感测系统确定了人与锯片之间的接触时使锯片止动的制动机构。用于感测人与锯片之间的接触的系统具有一个传感器，该传感器作为电容传感器构造。所建议的安全系统不利地在人与锯片之间已经发生接触时才做出反应。预防措施没有被设置。因此，受伤的可能性总是很高。
尽管已经知道遮盖锯片上方区域的罩形式的保护装置，但为了工作更简单而经常将它们拆掉。因此它们在操作方面或者不实用，或者不能提供足够的保护。
发明内容
本发明的一个优点是，通过所建议的用于接触保护的装置和防止与运动部件接触的保护方法提供了足够的安全性，同时不妨碍用该机器作业的人的工作。
本发明的另一优点是，该用于接触保护的装置和防止与运动部件接触的保护方法能够简单地实施。
此外有利的是，可以及时识别人与危及人的部件例如锯片的接触，使得还在与危及人的部件接触前能够采取相应的安全措施。
用于接触保护的本发明装置具有一个用于产生和感测电磁场的传感器，该传感器设置在一个不应接触的可动部件的附近。此外，本发明装置具有一个与传感器连接的、用于对可由传感器产生的传感器信号求值的求值单元，其中，借助该求值单元可产生一个求值信号。最后还设置了一个与求值单元连接的控制单元，它这样地被构造和可被运行：使得可根据求值信号控制所述部件的运动。
用于防止与可动部件接触的本发明保护方法具有以下步骤。借助一个振荡回路产生一个高频电磁信号。接着借助一个求值单元感测和监视该电磁信号的一个典型特征。借助该典型特征来确定是否应对该运动部件的运动施加影响。
由从属权利要求中给出的特征可以得到本发明的有利扩展构造。
在本发明的一个实施方式中，该可动部件是一个固定式圆锯的锯片。由此可以保护人员不受伤，例如由于锯掉或锯破手指的切割伤或者由于木块快速回打或倾翻的碰撞伤。
在用于接触保护的本发明装置的一个扩展构造中设置了一个另外的传感器。两个传感器设置在锯片的两侧上。以此方式方法可以进一步提高圆锯运行期间的安全性。
或者可以替换地在本发明装置中设置三个另外的传感器。在锯片的每侧分别设置传感器中的两个。以此方式可以提高对前锯片棱边的识别精度。
为了解决本发明任务还建议，本发明装置的传感器具有一个用于产生电磁波的扁平天线。由此简化了装置的实施。
在本发明的另一实施方式中规定，传感器设置在对锯片的夹死保护装置的下侧面上。其优点是，传感器被保护防止受到机械损伤，同时，圆锯的工作面上侧可以自由构造。
在用于接触保护的本发明装置中有利地设置一个与天线连接的振荡回路并且求值单元这样构成，使得由此可以对振动回路的失谐求值。
如果由本发明装置的天线幅射的所述波处于ISM波段范围内，是特别有利的。对处于该波段内的频率的利用在世界范围内都允许的，明显简化了官方许可程序。
在用于防止与运动部件接触的本发明保护方法的扩展方案中，用振荡回路的失谐作为所述典型特征。以此方式可以简单地区分，马上将是工件还是导送工件的人的手指与锯片接触。
在本发明方法的一个附加扩展方案中，可以使用振荡回路的谐振频率和/或谐振频率变化速度和/或谐振频率的数量作为典型特征。这些典型特征可以简单求得并且足以说明当前状况。
最后，在本发明方法中可以附加感测所述运动部件的转矩的变化并且将该转矩变化附加用于确定，是否应对该运动部件的运动施加影响。由此进一步提高感测的精确度。
附图说明
下面通过多个实施例借助十二个附图进一步解释本发明。
图1以原理图形式表示一个带有本发明装置的圆锯的一个剖面，
图2以方框图形式表示的本发明装置电子部分的一种可能的实施方式，
图3表示带有锯片的无工件的圆锯一个局部，
图4表示运行的圆锯在无工件时的测量信号的频率响应曲线，
图5将工件锯开时的圆锯，
图6表示圆锯在锯开工件期间的测量信号的频率响应曲线，
图7表示在同时锯开一个工件和一个手指时的圆锯，
图8表示在圆锯锯到一个工件和一个手指期间的测量信号的频率响应曲线，
图9以俯视图表示传感器相对于圆锯片的一种可能的布置，
图10表示用于接触保护的本发明方法的一种可能实施方式的流程图，
图11表示带有两个用于感测接触的传感器的台式圆锯，
图12表示带有四个用于感测接触的传感器的台式圆锯，
图13表示在切割木头和一个手指期间测得的频率响应曲线，
具体实施方式
在图1中表示出一个带有用于接触保护的本发明装置的固定式圆锯的一个局部。一个工件2，例如一块木头，被沿运动方向7在工作台上面平行于锯片1推动。在此，工件2借助锯片1在切割棱31上被相互锯开。为了工件2的导向和压紧，一个人直接在锯片1附近用手指将工件固定住。在图1中为此示意表示出一个手指并用附图标记3标记。为了避免这个人的手指与锯片1接触，设置了用于接触保护的本发明装置的一个传感器5，它直接设置在锯片1附近。在图1所述实施例中，传感器5位于一个包围锯片1的夹死保护装置4的下侧面4.1上。该夹死保护装置4可以作为塑料部件构造，并且阻止例如在锯片1相对于工作台倾斜时或者在锯片由于工件而受到横向于锯切方向的负荷时锯片1发生夹死。此外借助夹死保护装置4可以使用不同厚度的锯片，锯片1不会夹死。该夹死保护装置4在下面也被称为天线罩(雷达天线整流罩)。该夹死保护装置4用于保护传感器5不被损坏，如果它用塑料制成，同时用于传感器5的电绝缘。
传感器5的天线作为贴片天线(Patch-Antenne)构成并且具有扁平的结构形式。该天线被用一个例如2.45MHz的频率相对于一个安置在该天线下方的、也被称为基准电位的接地极6激励。
如果锯片1如在图3中表示的空转运行，也就是说在锯片1附近既没有工件2、也没有人的手指3或手，则得到在图4中示出的频谱32。如可以清楚看出的，频谱32具有仅一个谐振频率fr，它处于约2.48GHz。在图4中在下方区域中示出空转运行的相应史密斯图(Smith-Diagramm)。
如果此时一个工件2被带入锯片1附近，如图5中所示，则得到在图6中上面示出的频率图33，其中可以看出，参考频率fr略微偏移并且此时处于约2.44GHz。此外从图6中可以看出，匹配(Anpassung)也稍微变化。但总是得到持续的曲线。这个变化发生在每秒从2到10cm的范围内并且可以被作为测量偏移适配跟随。
如果此时一个手指3如在图7中所示接近锯片1，则会导致振荡回路的强烈失谐，这表现为参考频率fr的移动和多个寄生共振。在图8中表示出相应的频率图以及从属的频率响应曲线34。此外，此时可以得到一系列谐振频率fr1，fr2，fr3和fr4。在图8中在下部区域中示出相应的史密斯图。
这表明，当手指3接近锯片1时谐振频率总是向下偏移。此外，通过介电损失扩宽了谐振曲线。相应内容可从图13中看出。在此，在图13所示的图中向上以dB绘出衰减，向右上升地绘出频率。前面的频率响应曲线FV1表示木头的前棱边，其它位于后面的频率响应曲线FV2表示出手指3在锯片1上。
失谐可以随着工件沿锯片1推进的进给速度而发生，这会导致锯破或锯掉手指3。借助用于适配频率调节的适配算法可以识别附加的旁瓣最大值(Nebenmaxima)或其它谐振频率fr1-fr4，这能够推断出手指或手的存在。
但也可以由于手指3猛的运动而出现失谐，由于工件2的回打或倾翻引起。频谱的快速变化可以直接被求值并且能够推断出，是工件引起回打，还是锯片1被夹死，还是在这方面不存在危险。
在锯片达到其额定转数后，由锯片1产生的双重效果导致一个恒定值，因此可以被消除，使得通过该双重效果不发生误触发。
如果此外还有其它信息可供使用，例如锯的打滑或/和锯片1的转矩变化，也可以将它们一同包括在求值中。
天线的参数和构成夹死保护装置4的材料这样选择，使得普通木头显示最佳的测量效果，也就是说，在中心频率存在良好的匹配。
在图9中以俯视图表示出具有天线12、一个与该天线连接的电容器14以及一个电感15和一个接地的变容二极管13的传感器的布置。在此可以看出，天线12设置在锯片1附近并且平行于工作台11的平面。在图9所示实施例中，从俯视图看天线12位于锯片1的中心。
如果还设置了其它传感器，则可以将它们如在图11和12中所示那样布置。
在图11中在锯片1右侧设置了一个第一传感器5.1，在锯片的左侧安置了一个第二传感器5.2。从俯视图看这两个传感器分别位于锯片1的中心。
在图12所示的实施方式中，在锯片1的前部区域中设置了两个另外的传感器5.3和5.4，其中，传感器5.3与传感器5.1一起设置在锯片的一侧，传感器5.4与传感器5.2一起设置在锯片的另一侧。这两个传感器5.3和5.4这样设置在工作台11上，使得借助它们可以探测到身体部位，例如手指或手掌推动到锯切棱附近。借助两个传感器5.1和5.2可以感测由工件2引起的回打。
用两个或多个传感器工作有助于改进位置确定。因此，为了提高锯切棱31上的感测精度，如在图12中所示，可以设置另外两个传感器。在此，各个天线12也可以从水平面偏转出一定角度，例如30度，由此圆锯的前部区域，即锯切棱31，可以被更好地覆盖和感测。夹死保护装置4在上侧面上可以很平整地构造，因为所述传感器位于夹死保护装置4的下侧面4.1上。
如果使用多个传感器5.1，5.2和5.3，则对于用于接触保护的本发明装置的电元件的连接得到图2中示出的方框图。传感器5.1，5.2和5.3与求值单元8连接，该求值单元对来自传感器5.1，5.2和5.3的测量信号求值并传送给控制单元9一个相应的选择信号。该控制单元9借助该选择信号确定，是否应对用于驱动锯片1的电动机10例如通过制动施加影响。其它部件也可以与控制单元9连接，例如一个主动制动器或者一个用于自动降低锯片1的装置。除传感器5.1，5.2和5.3之外其它传感器还可以与求值单元8连接。
可以借助一个驻波电桥(Stehwellenbruecke)或者一个定向耦合器对反射衰减求值。可借助一个相位探测器识别相位变化。为此，运行频率在许可范围内变动。也可以使用如在电路分析仪(矢量网络分析仪)中使用的测量方法。
为了使圆锯或圆锯的锯片1停止，在即将接触锯片前或接触锯片时引入一种方法，它涉及由于身体部位例如手指或手的影响在微波范围内的谐振偏移。作为频段，选择2,400MHz至2,483.5MHz的ISM频段，因为常用天线可对该频段使用并且主要的待加工材料即木头或塑料，由于集肤效应还一直被穿透约10cm的材料厚度。替换地，频率范围是433MHz，866MHz或5.8GHz。通过利用这些ISM频段保证了全世界许可的可能性。
本发明思想基本上不涉及雷达距离测量，而是在微秒范围内对包围天线的介质(Dielektrikum)的变化求值。也可以对电变化求值。
手指的介电常数εr在40和80之间，如果手指靠近锯片，天线发生强烈失谐。
为了限制必要的频段可以引入一个适配(缓慢的)调节，它将材料变化如不同的材料厚度、工件的前棱边和后棱边、分支等隐去并且总是使运行频率向优化位置偏移。
由此也可以对其它ISM电器如微波炉、带有蓝牙接口的电器或用于数据传输的小无线网络的外部干扰进行识别并通过合适的措施有效抑制。
借助缓慢适配调节将材料变化隐去并使运行频率总是向优化位置偏移。为此使天线12的中心频率通过由电容器14、变容二极管13和电感器15组成的振荡回路而失谐。在此，该装置可以或者一次性、或者中心对称地连接在谐振长度上。如果识别到一定频率的外部干扰，由此可以使求值频率也偏移。
图10表示用于对传感器信号求值的流程图。借助一个带有两个传感器的用于接触保护的装置来说明用于接触保护的方法。如果第一传感器5.1报告谐振偏移，通过步骤21和由它出发用J标记的箭头表示，则在步骤22，23中借助第二传感器5.2确定，由两个传感器提供的测量信号是否具有相似效果。如果不是这样，就是说两个测量信号明显地相互不同，可以认为，一个或几个手指不接触锯片并且从它旁边移动过去。通过分支24跳到步骤25。但如果两个传感器5.1和5.2提供了相似并且快速变化的测量结果，则可以认为，工件已经引起回打，使得必须使锯片1立即停止28。该识别借助快速算法27进行。在缓慢变化时，通过步骤29标记，通过缓慢算法30确定，该变化是否通过工件引起，或者身体部位是否到达锯片1的直接附近。缓慢算法30识别此并且在危险情况下到达步骤28，在该步骤中使锯片停止。其它情况下到达步骤25。
由于通常涉及持续运动，也可以使用SAR(合成孔径雷达)的方法。
本发明装置不局限于用在圆锯中。利用本发明装置也可以保护带有保护装置的带锯、压力机、钻机或专用机床附近的人身部位。为了安置传感器，一个约50乘50mm的平坦的面就足够了，该面被介电天线罩覆盖。通过电接头可以对传感器供给电压，通过一个数据接口可以传送测量数据或求值数据。
与光学监视相比，本发明解决方案的优点是，在手指和传感器之间不必存在光学连接。而是可以在传感器和手指之间还有物体，例如工件。
前面对本发明实施例的说明只用于解释性目的，不用于限制本发明的目的。在本发明范围内可以有多种不同的变化和修改，不会脱离本发明范围及其等效范围。

Claims (12)

1.用于接触保护的装置，其特征在于，设置了用于产生和感测一个电磁场的一个传感器(5)，它设置在一个不应接触的可动部件(1)的附近；设置了一个与该传感器(5)连接的求值单元(8)，用于对可由传感器(5)产生的传感器信号求值，其中，通过该求值单元(8)可产生一个求值信号；并且设置了一个与该求值单元(8)连接的控制单元(9)，它这样构造并且用于可根据所述求值信号控制所述部件(1)的运动。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该可动部件(1)是一个圆锯(30)的锯片。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，设置了另一个传感器(5.2)，其中，两个传感器(5.1，5.2)设置在锯片(1)的两侧上。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，设置了另外三个传感器(5.2，5.3，5.4)，其中，在锯片(1)的每侧上分别设置两个传感器(5.1，5.3；5.2，5.4)。
5.根据权利要求1至4之一所述的装置，其特征在于，该传感器(5)具有一个扁平的天线(12)，用于产生电磁波。
6.根据权利要求1至5之一所述的装置，其特征在于，该传感器(5)设置在一个用于锯片(1)的夹死保护装置(4)的下侧面(4.1)上。
7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，设置了一个与天线(12)连接的振荡回路，并且，求值单元(8)这样构造，使得因此可对振荡回路的失谐求值。
8.根据权利要求5至7之一所述的装置，其特征在于，可由天线(12)辐射的波处于ISM频段范围内。
9.用于防止与一个运动部件接触的保护方法，其特征在于，具有以下步骤：
借助一个振荡回路和一个天线(12)产生一个高频电磁信号，
借助一个求值单元(8)感测和监视该电磁信号的一个典型特征，
借助该典型特征确定，是否应对该运动部件(1)的运动施加影响。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述振荡回路的失谐用作为典型特征。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，振荡回路的谐振频率(fr)和/或谐振频率的变化速度和/或谐振扩宽用作为典型特征。
12.根据权利要求9至11之一所述的方法，其特征在于，感测运动部件(1)的转矩变化，附加使用该变化以确定，是否应对该运动部件(1)的运动施加影响。
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