JP7399281B2 - 動力皮剥機の生産性向上装置 - Google Patents

Description

本発明は、作業者が切断又は成形する材料をブレードに向かって手で送り出す成形機械又は切断機械において、手による感知及びブレード後退を加えることにより、機械の安全性を高めるものである。一実施形態は、把持ローラに沿ってその真上に取り付けられる細長い皮剥ブレードを有する、肉、鶏又は魚の皮剥機械である。作業者が生産物をブレードに当てる際、手を怪我することが少なくない。この怪我を減らすことができれば、生産性を向上させることができる。

（定義）
脱皮機（Ｄｅ－ｒｉｎｄｅｒ）とは、皮剥機械の一形態の名前である。

危険な近接（Ｕｎｓａｆｅ Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ）とは、労働者の手又は手袋がブレードに危険なほど近い、あるいは接触している場所を表す用語である。

作業者が切断又は成形する材料をブレードに向かって手で送り出す成形機械又は切断機械は、例えば食肉産業及び木材加工などで広く普及している。電動皮剥機は食品産業の一部で広く知られており、加工物から層を切断して皮を剥く又は脱皮するために広く使用されている。例えば、肉、魚、鶏及び豚については、「Ｍａｒｅｌ（登録商標）」、「Ｔｏｗｎｓｅｎｄ（登録商標）」又は「Ｇｒｉｓｅｌｌｉ」ブランドの皮剥機を参照されたい。皮剥機には、豚の枝肉を丸ごと扱うもの、物品を手で持って扱うもの、コンベア送りのものなどがある。作業者はしばしば、皮を剥く対象物の上に自分の手を置き、対象物の下にある移動プラットフォームの助けを借りて、対象物を鋭利なナイフブレードに向かって差し出すことが要求される。移動プラットフォームは、典型的には表面速度が維持された動力式把持ローラである。これまで、手が危険な場所にあることを感知して反応するほとんどの機械は、接触を感知してローラを停止させることに頼ってきた。

作業者の手は皮を剥く材料と大きく変わらないため、作業者が手を怪我するのを防止することは難しい。従来から、導電性手袋の内側に保護層として金属メッシュを織ったものが使用されてきた。表面速度を毎秒１メートル、導電層（感知目的で使用される）と作業者の身体との間の手袋の厚さを１ミリメートルと仮定すると、接触を感知してから１ミリ秒という比較的容易でないローラ停止時間が望まれることになる。しかし、切断される材料は非剛体であり、移動プラットフォームが停止してもブレードに向かって走行し続けることがある。

危険な状況を検出した時に、皮剥機械等のブレードを効果的に自動的に後退させることを教示する刊行物は知られていない。

特許文献１（Ｄｏｎｗｏｏ（２０２０年４月２日））には、触手検出部が、把持ローラの上部の対向する側に光源及び「受光部」を含む皮剥機が記載されている。これらは、労働者の手がブレードローラに向かって接近するのを検出するように構成されている。この記載は、光源と検出器が互いに向かい合い、その間を通過する光線が潜在的に危険な位置にある手によって遮られることを意味する。把持ローラモータの制御ユニットは、労働者の手がブレードローラに接近していると判断したときに、ローラの回転を停止させるように構成されている。

特許文献２（ＭｃＣｕｌｌｏｕｇｈ（１９９３年１２月２８日））には、手触れ検出ユニットが、モータと、クラッチと、金属メッシュを含む左手と右手の導電性手袋各々への電気接続と、を備える皮剥機が記載されている。ローラとナイフブレードの間に作業者の指又は手袋の端が挟まるのを防止するために、ローラがモータから係合解除して瞬間的に逆転する機構を提供する。この機構は、いずれかの手袋と、歯送りローラ、ナイフブレード又は他の部品を含む皮剥機械の構成要素とが接触することよって誘発される。

特許文献３（Ｇｒａｓｓｅｌｌｉ及びＭｃＣｕｌｌｏｕｇｈ（優先日１９８８年１０月４日））には、皮剥機が記載されている。労働者と労働者が着用する導電性手袋との電気接続を維持するように注意が払われている。

韓国登録特許第１０２０９６６２１号明細書 米国登録特許第５２７２９４６号明細書 欧州特許出願公開第０３６２９４７号明細書

これらの課題は、特に皮剥機又は脱皮機として知られる機械に関するものである。導電性手袋センサによる作動装置では早期警告が十分でないという問題を考えると、適切な解決策は、ブレードの前のボリュームを光学的監視することであると思われる。

把持ローラの停止機構、さらには反転機構では手の保護に十分効果的でないという問題を考えると、適切な解決策は、危険が検出された場合にブレードを後退させることであると思われる。

関連する課題は、おそらく２０ミリ秒という短い時間内に、ブレード及びその支持体を伸長した作業位置から後退位置に移動させるのに十分な動力を有する物理的機構を用いて、ブレード後退をどう実施するかということである。

最終的な課題は、作業者の手がブレードに引きずられないように、把持ローラを迅速に停止させることに関する。

本発明の第１の目的は、作業者の手がブレードに危険なほど近い位置にあるときに作動する整形ツールで使用するための、迅速なブレード後退機能を提供することである。より具体的な目的は、手袋がナイフブレードに近いことを検出し、ブレードを手袋から引き離し、ローラを停止させることによって、皮剥機械（脱皮機械とも呼ばれる）の作業者に安全な作業環境を提供することであり、一方さらなる目的は、少なくとも皮剥機の代替選択肢を公衆に提供することである。

第１の広い態様において、本発明は、作業者が手に持っている物品を成形する機械を提供し、本機械は、シャーシを有し、ブレード取付台上の運転位置（Ｒｕｎ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）に支持されるブレードを有し、物品は、送り速度でブレードに向かう方向に前進し、本機械は、作業者の手がブレードに危険なほど近接していることを検出するように構成される近接感知デバイスを含み、検出した場合に、内部エネルギー貯蔵及び解放デバイスに保持されるエネルギーから得られる動力を利用して、ブレードを送り速度よりも大きい速度で運転位置の方向から物理的に後退させ、ブレードを安全位置（Ｓａｆｅ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）に置くように適合される後退機構を作動させる。

任意に、唯一の感知デバイスはＯＦＦスイッチである。

好ましくは、内部エネルギー貯蔵及び解放デバイスは、弾性物体内に蓄積される機械的エネルギーに依存して、ブレードを物理的に後退させる。

好ましくは、弾性物体はばねである。

より好ましくは、弾性物体は圧縮ばねである。

好ましくは、弾性物体は圧縮可能なばねであり、第１の端部は第１のアクチュエータの本体に、第２の端部は第１のアクチュエータの軸に固定され、使用時及び運転位置に入るとき、ばねは第１のアクチュエータによって圧縮され、保持歯によって圧縮状態に保持され、歯は第２のアクチュエータによって所定の位置に維持される。

好ましくは、第２のアクチュエータは、近接感知デバイスから得られる信号（ＳＩＧＮＡＬ）に応答し、信号を受信すると、保持歯を引き抜き、その結果、圧縮ばねを解放し、軸の運動を強制する。

任意に、第１のアクチュエータは、保持電流に依存して、ばねを圧縮状態に維持してもよい。

好ましくは、機械的リンク機構は、軸と物理的に駆動されるブレードとの間に、軸の運動をブレード取付台上でのブレードの物理的後退に変換するために構成され及び配置されており、後退デバイスの構成要素は、機械のシャーシから支持される。

任意に、ブレードは、作業者の手が届かない、ブレードによる怪我から安全な安全位置まで後退する。

第２の広い態様において、本機械は、ブレードを有する皮剥機械又は脱皮機械であり、ブレードが運転位置で支持されて、皮を剥く又は脱皮する加工物を成形するときに使用され、一方加工物は、作業者によって、加工物をブレードに対して運ぶ動力式把持ローラに対して保持され、運転位置は、把持ローラの上面に平行かつ隣接して位置し、第２のブレード位置又は安全位置は、把持ローラのすぐ後ろに位置し、使用時に、作業者の手がブレードに危険なほど近接していることを近接感知デバイスが検出するとすぐに、ブレードがその位置まで物理的に後退する。

好ましくは、本機械は、ブレードを安全位置からブレードに対する第３の位置又は清掃位置まで移動させるように適合される手動機構も含み、機構は、持ち上げられるときに、ブレード取付台を上方にかつ把持ローラから離れるように押し上げることができるアクセス可能なハンドルを含む。

第１の従属態様において、近接感知デバイスは、ブレードの両側から、把持ローラの両端部の窓を通して、ブレードの前方にある、把持ローラの軸線に並行に位置する監視ボリュームを見る複数のテレビ型カメラを備える光学的検出装置を含み、近接感知デバイスは、使用時にカメラの出力を解釈するように適合される手段を含み、ブレードに危険なほど近接している、加工物の色とは対照的な色で着色された手袋を着用した手の少なくとも一部を検出すると、信号を生成することになる。

好ましくは、本機械の両側に２台のカメラが隠されており、全てのカメラの視野は、把持ローラの両端部の窓を通して監視ボリュームに向けられている。

１つの選択肢において、近接感知デバイスは、ブレードを含む機械の任意の導電性部分から導電性手袋を介した電気の伝導に応答する装置を含み、当該装置は、信号を生成するように適合される。

好ましくは、運転位置から安全位置へのブレードの運動は、検出デバイスが危険な状況を光学的に検出してから２０ミリ秒以内に開始し、３５ミリ秒以内に完了する。

第２の従属態様において、把持ローラのモータは、モータに接続されるモータコントローラが信号を受信してから１０～１５ミリ秒以内にローラを停止させることができる歯付きベルト駆動部を有する制御可能なモータを備える。

さらに広い態様において、把持ローラは、組み合わせクラッチ及びブレーキデバイスを介してモータによって駆動され、デバイスは、スピンドル形状を有し、内部スプラインが把持ローラの軸上で外部スプラインと一致するように適合され、静止面に対して制動面を提供するように適合されるスピンドルの第１の端部を有し、周回面に対して把持面を提供するように適合される第２の端部を有し、中央部分を有し、中央部分は、第１のアクチュエータの軸の運動によって連結がシフトされることによりいずれかの端部に対して押し付けられる間、内部スプラインが把持ローラの軸と接触を保持して、把持ローラがモータから独立して停止できるように適合される。

実施形態１の断面図であり、運転位置にあるときの把持ローラ及びブレードを示す。 図１の近接図である。 安全位置にあるときの把持ローラ及びブレードを示す断面図である。 清掃位置にあるときの把持ローラ及びブレードを示す断面図である。 安全位置にあるときのナイフ後退機構の斜め図である。 軸４０６に固定されたラッチ可能なクランク軸アームの詳細図である。 停止部を含むナイフ支持フレームの立面図である。 駆動モータとローラを分離した斜視図である。 片側カバーを取り外した皮剥機械全体の斜め図である。 マシンビジョン構成の斜め図である。 監視領域を示す断面図である。 （図９ａ及び図９ｂとして）実施形態２のドッグクラッチの２つのモードの図である。 実施形態２の主要な構成要素の側面図である。 運転位置にある各構成要素を示す図である。 安全位置にある各構成要素を示す図である。 ブレード後退構成要素を示す図である。 手袋を検出するための光学的ビームセンサの配列を示す図である。

本明細書で提供される本発明の説明は単に例として与えられるものであり、本発明の範囲又は程度を限定するものと解釈されるべきではない。本明細書全体を通して、単語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、及び「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」又は「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」などの変形は、記載されたオプション、整数又はステップを含むことを意味するが、任意の他のオプション、整数又はステップの排除を意味するものではないと理解されるべきである。本明細書で引用される各文書、参考文献、特許出願又は特許は、参照によりその全体が本明細書に明示的に組み込まれる。しかし、引用される資料又は本明細書中の情報への言及は、その資料又は情報が共通の一般知識の一部であること、又はニュージーランド若しくは又は他の国で知られていたことを認めるものと理解されるべきではない。

表１（本明細書中）は、実施形態１の例示的なタイミング測定値である。

本発明は、切断機械又は成形機械である。詳細な例は、皮剥機又は脱皮機である。皮剥機の構造は、労働者の手が鋭利なブレードによってひどい外傷を受ける場合があり、安全ではない。把持ローラが労働者の手とからんだり、手袋を引っ掛けたりする場合もある。労働者が滑ったり、疲れたりする場合もある。本発明は、迅速なブレード後退機能を提供し、ばねに蓄積される位置エネルギーを使用して、ブレードを含む質量を適切な時間で変位させるのに十分な強さの動力バーストを提供し、ブレードを作業者の手から移動させることができる。ブレードの後退は、監視領域内で作業者の手がブレードに対して危険なほど近い位置であることを光学的に検出したときに開始する。手袋の接触感知を使用する場合、従来技術で周知のように、金属メッシュの手袋が危険状態を知らせる回路を完成させる。接触感知は補助的な選択肢であるが、接触感知が提供する物理的セキュリティに頼る労働者もおり、皮剥機は好ましくは視覚及び接触感知の両方を提供する。上記のような皮剥機が考えられるが、手又は手袋の感知デバイスを欠くことが有用である。

（実施形態１）
より新しい実施形態１を、図１～８を用いて説明する。図６は、本発明による皮剥機械又は脱皮機械６００を示した斜め図である。これは、構造シャーシ６０５の一部が見えるように側面の安全カバーが外されていることを除き、完全なものである。作業者の位置は、向かって左側の、複数のユーザコントロール６０４の近くである。露出している水平作業面は、好都合な高さにあり、皮を剥く物品をローラの上方に位置する皮剥ナイフ１０７（ここでは図示せず）に対して作業者から離れるように運ぶために、摩擦誘発リッジ、歯などを有する動力式把持ローラ１１０の上部を含む。後退機構の一部であるアーム４０８、ビーム４０９及び第２のアーム４１３が見える。マシンビジョンカメラを収容する箱（７０１、７０２）は、視覚トンネルに整列している。アンテナ６０３を使用して、ネットワークとの間で機械の状態を通信することができる。この機械は、把持ローラとブレードとの間を通過した切削廃棄物のための「骨ビン」（図示せず）を含む。

機能的に、機械には３つのモードがあり、「位置」と記載される。

「運転位置」は、作業モードで使用するときの機械を表す。図１は、垂直平面におけるローラの横断面図であり、ブレード支持体１０８と、把持ローラ１１０と、清掃ローラ１１２と、の一部を含む。図１ａは、このモードにおけるブレードとローラの関係を明確にした近接図である。ブレードは、従来技術の皮剥機械における位置と同様の位置に保持される。把持ローラ１１０に対するブレード１０７の位置は、運転位置にあるとき、垂直の入射側に対して約５度で示されている。

「安全位置」（図２）は、ブレード１０７を作業者から離れるように急激に後退させ、作業者へのダメージが限定される場所でブレードを保持した後の、装置の後退後のモードである。ブレードエッジは、現在、把持ローラ周りに垂直方向右側に約４５°の、ローラの近くにあり、事実上手の届かないところにある。下記の「［表１］タイミングデータ」のように、ブレードは１つ以上のカメラが監視領域内の手袋の存在を検出してから１８ミリ秒後に後退を開始し、約３５ミリ秒後に安全位置に到達した。この移動により、運転位置から安全位置への速くて効果的かつ可逆的な移行が提供される。

「清掃位置」について説明する。図３は、「清掃位置」における、把持ローラ１１０と、ブレード１０７が枢動してローラの上方に高く上昇したときを示す断面図である。皮剥機械は、好ましくは安全インターロックを含み、これにより、機械の電源が切られてローラが停止し、ブレードが安全位置に移動するまで、図示のようにブレードを伸長位置まで物理的に上げるためのハンドルにアクセスすることができない。

清掃位置を提供する機構は図４の右側に示されている。ナイフ組立体は、シャーシの内側を横切るプラットフォームに固定される枢動可能なハンドル４３２からナイフ支持フレーム４１４の中央部の取付点まで支持されるばね付勢式ビーム４３０上で上昇させることができる。ハンドル４３２は、円弧状誘導プレート４３３上の第１のロック位置から引き戻され、ナイフ支持フレーム４１４をアーム４１３によって画定される軌跡で縁フレームから離れるように枢動させるために、振り上げられ、次いで、第２の高いロック位置４３４にロックされ、これによりナイフブレードを上昇させて、ブレードの清掃又は交換などの保守目的のために保持させることができる。ビーム内側の張力ばね４３１により、ナイフ支持フレーム４１４は常に必ず下方に引っ張られる。

皮剥機は、正常に始動して正常に停止することができる。始動時、エネルギー貯蔵機構が充電されている間、ブレードは安全位置から運転位置まで持ち上げられる。ブレードが運転位置に入ると、皮剥機は作業者の手の逸脱動作に敏感になり、以下に説明するように、素早く安全位置に入ることができる。正常に停止したとき、皮剥機も素早く安全位置に入り、ブレードが露出しなくなるか、又はエネルギー貯蔵及び解放機構が別の方法で放電され、保守作業員にとって安全となる。

皮剥機の試作品から得られるこれらのタイミングの結果は、本発明の機械設計に関して以下のように記述した。ナイフの後退は、イベントがマシンビジョンカメラで検出されてから２０ミリ秒以内に始まることが予想される。データは例示的なものであり、限定的なものではないことに留意されたい。将来のバージョンでは、持続時間が変更されたり、要件が緩和されたりする可能性がある。

注１：「導電性手袋のイベント」オプションの時間はより短いが、この処理は作業者の手袋とブレードとの接続から始まり、その後手袋は損傷を受ける。
注２：ブレードは後退中に加速し、フレーム４１６が停止部２０６に当たったとき、約３メートル／秒になる。約２メートル／秒を超える速度は、手袋をはめた手の可能な最高速度を超えると考えられている。曲線状の経路をたどる。

現行の試作品では、１５ｋｇの質量を０．０１４秒の時間で０．０２６メートル移動させる。作業者の手を検出した後、ブレードとブレード支持体の質量が運転位置から離れて加速し、約３メートル／秒に達し、後退位置又は安全位置に入るには、７．１ｋＷ単位で約１００ジュールが必要である。

（ブレードの後退）
図４は、ブレード移動機構の斜め図である。この図から削除された（例えば）６ｍｍ板鋼の囲いシャーシは、図６に６０５として示されている。この機構は、慣性を小さく保ちながら、圧縮ばね２０２内に保持されている蓄積されたエネルギーを、ブレード後退移動として効果的に運動エネルギーに迅速に変換することを説明するものである。

好ましいアクチュエータは、歯３０２を伸ばしたまま（図４Ａ）のソレノイド３０３の保持電流であるため、安定した動力を伝達し、繰り返し再利用可能であり、位置エネルギーを貯蔵するコストが低い。後退は、「フェールセーフ」イベントである。ソレノイドの動力を維持することで、歯を伸ばしたまま保持する。歯支持体には、オーバーセンター機構は使用されていない。皮剥機械への動力を切る等の保持電流を遮断する任意のイベントで歯３０２が後退し、皮剥機のブレードは、ばね２０２のエネルギーによって通常の速度で安全位置に駆動されることになる。また、作業者の手を検出すると、保持電流が遮断される。

エネルギー貯蔵及び解放装置は左下にあり、ビーム４０９によってナイフ支持体に接続されている。継手によって、ソレノイド組立体２００が枢動することができる。圧縮ばね２０２は、空気圧式の第１のアクチュエータ２０１の軸２０３を取り囲んでおり、ばねに負荷をかける（圧縮する）ために使用される。ばねは、アクチュエータ本体と、軸に固定されているカラー２０４との間に拘束されている。軸はクレビスで終端し、ラッチ可能なクランク軸アーム３０１と関節結合している（隠されているが、図４ａでは立面図で示されている）。図４ａは、アクチュエータ２０１のクレビスに連結されるピボット継手２０３ａを含み、これは、可動歯３０２がラッチ機構３０４（一部図示）内に後退し、カラー２０４の下のばね２０２がもはや拘束されなくなると、キー付き継手４０６ａを介してアイテムの第１のアームに沿ってばねネルギーを伝達して、軸４０６を回転させることになる。

歯３０２の移動について、図１１に伸長し、図１２に後退したものを、先の実施形態について図式的に示した。詳細は後述する。

軸４０６に固定されるアーム４０８は、皮剥機械内のエネルギー貯蔵及び解放装置と、縁フレーム４１６及びナイフ支持プレート１０８を含むブレード支持機構との間を通るビーム４０９の下端部に枢動可能に接続されている。ビーム４０９は、上端部において別の横方向回転可能軸４１２（ほとんど見えない）に固定される短いアーム４１０に枢動可能に接続され、横方向回転可能軸４１２は、両端部において軸受４１１によって囲いシャーシに対して支持されている。軸４１２に固定されるアーム４１３は、縁フレーム４１６に枢動可能に接続されている。

図４ｂは、縁フレーム４１６を含むナイフ支持体の詳細を示し、ナイフ支持フレーム４１４がピボットＰ２を中心として枢動可能に取り付けられて、縁フレーム４１６が所定の位置に固定されていても清掃が可能になる。（左側の８１５はストリップライト、１１０は把持ローラ、１１２は清掃ローラである。）縁フレームは両側に存在し、左右対称である。軸４１２は、ナイフ支持フレームを横切って後退運動を伝える。右下のビーム４０９の端部は、横方向軸４１２に固定されているアーム４１０が、同じく軸に固定されているアーム４１３を回転させるために、Ｐ１において枢動可能に接続されている。ピボットＰ２は、軸４１２を中心とした軌跡を描くことになる。図５の左側では、フレーム４１６から下向きに突出した部分は、ピボットＰ４を支持するとともに、機械が運転位置に入るときに停止部４１７と金属対金属で係合する。（図４ｂに示すように）縁フレーム４１６を横切るピボットＰ４は、短いアーム４１８によって接続されているピボットＰ３を中心として円弧状に移動するように拘束されている。全てのピボットＰ１～Ｐ４は、図面の平面に対して垂直な軸線がある。後退中にブレードがとる曲線状の経路は、アーム４１３及び４１８の各端部にあるピボットによって制御される。運転位置から離れると、ブレードは後方に移動し、把持ローラの表面をクリアしてから前方に移動し、安全位置で静止しなければならない。安全位置は把持ローラに近いため、ブレードの走行中に人間の手がブレードの下に挟まれる時間はない。

機械が安全位置に入るとき、プラットフォーム４１６は、ビーム４０９を介して伝達されるインパルスによって能動的に後退する（右及び下に移動する）。縁フレーム４１６は２つの停止部との衝突によって過後退が防止され、停止部の１つは２０６として示されている。これらは現在、ゴム製のドームであり、垂直方向に調節可能な支持体に取り付けられている。これらは、機械が安全位置に入るために使用する運動エネルギーの残りを吸収する。ばね２０２に戻るリンク機構の遊動は、ブレードが安全位置を中心として振動することを可能にする場合があり、これは望ましくない。ばね４３０における張力は、振動を防止するのに役立つ。

機械が始動するとき、又は運転位置に戻るとき、内部の光ファイバー全通ビームセンサを使用して、その後の移動の経路が明確であることを確認する。ナイフ支持プラットフォーム４１４及びブレードは、安全位置にあるものとする。リセット用空気圧式アクチュエータ２０１は通電され、ばね２０２を圧縮する。ソレノイド３０３の電源はリレーを介してオンにされ、リレーを使用してコントローラをバッファ及び分離する。

一方、空気圧式アクチュエータ４１５は、アーム４１５ａをシャーシの一部に対して外側に押し出す。このアームは、ソレノイド３０３及びそのラッチ組立体３０４を支持するプレート３０５に固定されており、これらは共に軸４０６周りを枢動する。ラッチ組立体３０４は枢動可能に取り付けられる歯３０２を含むため、その運動により、運転位置に入ると、ラッチ可能なクランク軸アームが必ず回転して、歯がラッチ可能なクランク軸アーム３０１の延長部の突出部３０２ａの後ろの保持位置に自由に入る。歯及び突出部の少なくとも一方は、好ましくは低摩擦で強靭な物質の断片で作られる。プレート３０５内でラッチ組立体を傾けることの第２の効果は、運動がビーム４０９を介して縁フレーム４１６に伝わることである。フレーム４１６の端部は、両側に１つずつある２つの停止部４１７に押し付けられ、シャーシに固定される。停止部４１７は、ブレードが運転位置に入るとき、ブレードの正確な位置を提供する。

歯３０２は、ソレノイドが通電している間に伸長し、運転位置の持続時間を定める。歯は、軸４０６上に固定されているラッチ可能なクランク軸アーム３０１を、現在圧縮されているばね２０２によって加えられる圧力に抗して保持する。ビーム４０９を介してナイフ支持体に連結される軸４０６が図４ａに対して反時計回りに回転すると、ブレード１０７及びブレード支持体が「運転」位置（図１及び２参照）に入る。

（把持ローラの駆動及び停止）
図５を参照する。把持ローラを停止させることは、保守の前の有用な機能であり、作業者の安全のためのバックアップである。把持ローラの回転に対する現在の好ましい選択肢は、コントローラを有するサーボモータである専用モータ５０１を使用することである。選択されたモータを使用して、処理する材料に応じて選択した最適な速度で把持ローラを駆動する。イーサネット（登録商標）プロトコル制御モータコントローラは、危険検出器からの信号を受信してから１０～１５ミリ秒で回転を停止させることができる。好ましいモータ５０１は、１．６ｋＷの電力定格を有するＡＭ８０５２－３Ｆ１０型（製造業者：Ｂｅｃｋｈｏｆｆ（登録商標））である。モータは、皮剥機のシャーシ内に収容され、歯付きゴムベルト５０２及びベルト張力調整プーリを介してローラに連結される。モータは清掃ローラ１１２を駆動し、清掃ローラ１１２は別のタイミングベルト１１３を介して把持ローラ１１０を駆動する（図４ｂ）。清掃ローラは従来のものである。低慣性ローラが好ましい。脱皮機では、清掃ローラは含まれず、それに応じてベルト駆動構成を変更するか、又は清掃ローラを横方向軸に置き換えることができる。図５は、作業者を右下に置き、ストリップライト用の細長いウェル８１５を含み、また、鏡７１０ａの１つと、マシンビジョンで作業者の手を検出するために使用される窓８１１と、を含む。

（マシンビジョン）
監視対象ボリューム内の予期せぬ物体の検出には、高フレームレートのカラービデオカメラが好まれる。本機械は、警報信号を生成するためにビデオストリームを処理するプログラム可能デバイス（信号処理手段）を含み、通信、電源投入試験、安全試験、並びにエネルギー貯蔵及び解放デバイスの負荷を管理する。ビデオ構成要素及び信号処理手段は、出願人のＰＣＴ出願（出願番号ＰＣＴ／ＮＺ２０１７／０５００４４）に記載されたデバイスに密接に基づいており、その内容は参照により組み込まれる。信号処理ステップは、任意の１つ以上のカラーカメラによって収集される画像中の隣接する画素群内の対照的な色又は色相を検出するステップと、１つ以上のカメラ内に十分な画素が見つかった場合に信号を生成するステップと、を含む。少なくとも食肉産業では、作業者が青い手袋を着用し、切断する材料に対してコントラストを都合よく提供することが一般的である。赤い手袋は木工用途に適しているかもしれない。

図７は、作業者から見た皮剥機械の光学的構成要素の斜め図である。図８は、図７からの立面断面Ａ―Ａである。皮剥機械の両側には、一対のカメラが設けられている。各カメラ７０１とカメラ７０２は図７の右側に描かれているが、カメラ７０３とカメラ７０４は、（７０３、７０４）のようにケースに密閉された状態で描かれている。各カメラレンズ（７０５及び７０６が示されている）は、監視ボリュームからプレート８１０内の窓８１１を通過した後、ケーシング７１０内の４５度の鏡７１０ａによって偏向された後、密閉トンネル６０８（右側では削除されている）を通って画像を受信する。結合した監視ボリュームは、図８の左側において把持ローラ１１０に平行でその直上のセクタ８１２内にあり、ローラ軸線の上方から内側に向かって約５０度まで延びている。監視ボリューム８１６の高さは約１０～３５ｍｍ（ソフトウェア制御下）とすることができ、これにより作業者の手がナイフとの接触につながるコース上にいる場合は応答を開始するが、危険領域の上方にあり安全である場合には応答を開始しない。監視ボリュームは、トラフ８１５内に密閉された付属の高輝度ストリップ光源によって点灯される。トンネルによって延長される光路の長さによって被写界深度が提供され、これにより監視ボリュームの中心の左側又は右側の手袋も適度に焦点が合い、識別のために色相情報が高品質で利用可能になる。

カメラは両側に１台ずつ、２台あれば十分かもしれないが、４台のカメラを使用すると、窓への飛散物などのトラブルに対するバックアップとして役に立つ。また、将来的に、監視帯内をより近く、より遠くゾーニングする開発をすることで、制動／後退イベントに先立ち警告を発することができる。カメラの費用は、怪我による費用に比べればわずかである。作業者には、窓及び光源を清掃するよう指導する。手又は皮を剥く材料がない場合、カメラには黒く見えるはずである。「曇り」現象は、窓が汚れていることを示す。

アンテナ６０３（図６）を使用して、（例えば）作業者の逸脱動作が異常に多いことを責任者に知らせることができる。

（実施形態２）
皮剥機のこのバージョンは、第１の実施形態の初期の試作品であり、また、把持ローラを停止させる手段と、主要な誘発イベントとして導電性手袋による接触ではなく手袋を着用した手を光学的に感知する装置と、を含むものである。ナイフ後退機構の両方の実施形態は、内部エネルギーの貯蔵及び解放のために同じばねデバイスを採用する。第２の実施形態は、実質的な角運動量を有する従来のＡＣ誘導モータを想定し、連結デバイスを提供する。

この実施形態は、ＡＣ誘導電気モータ１００６と、減速駆動装置１００５と、ベルトと、プーリと、を含む。ナイフブレード１０７は、把持ローラ１１０の表面の近くに取り付けられている。ブレードエッジは、ローラの回転軸線に平行である。危険な状況を検出すると、本発明は物理的に安全モードに入り、ほぼ瞬時にナイフ１０７のブレードをシース１０８ａ内に引き込み、一方、ローラ１１０を誘導モータ１００６から分離し、ローラにブレーキ５２をかける。図１１及び図１２は、この実施形態の運転モード及び安全モードを、以下に説明するように図式的に示したものである。

第１の実施形態と同様に、蓄積された力を迅速に伝達するために最適化されたエネルギー貯蔵デバイスが使用される。ばね２０２は、皮剥機が運転モードにあるとき、解放可能な歯３０２によって圧縮された状態に保持される（図１１）。軸２０３は、歯３０２に抗して保持されている突出部３０１によって、左向きの位置に保持されている。歯３０２は、ソレノイド３０３に磁化電流が供給される限り、ラッチ３０４によって所定の位置に保持される。これがフェールセーフ構成である。ばねは、アクチュエータ２０１の面と、軸２０３に取り付けられたカラー２０４との間で圧縮される。第２の実施形態として図１２に図式的に示すように、好ましいばねは剛性であり、軸２０３が伸びて皮剥機が安全モードに入ると、加えられる力が実質的に低下する。

把持シリンダ１１０の端部において、ドッグクラッチ及びローカルブレーキを含む、本明細書では「ドッグブレーキ」と呼ばれる２状態の動力伝達デバイスが使用される。ローラ用のクラッチ及びブレーキ複合デバイス５０である。これは、中心面５６で区切られた円盤状の端部５８及び５９を有するスピンドル形状を有する。第１の端面５１にはドッグクラッチ歯（図９ｂの５４）があり、第２の端面５２にはパッド５２ａのような制動面がある。スピンドルの１つに取り付けることができる。（もちろん、ドッグクラッチ歯５４を摩擦クラッチライニングに置き換えることができる。）図９ａ及び９ｂに示すように、ドッグブレーキの物理的な移動により、連続的に係合したスプライン軸に沿って、皮剥機械のローラを、内部スプライン５３によって歯５４を介してモータに又はブレーキ（反対面５２）に連結し、それによって、モータから係合解除された状態でローラのみを停止させる。クラッチの相補側（歯は図示されていない）は、モータによって駆動されるプーリ１０１０に常時接続されている。

軸２０３に枢動自在に連結される係合フォーク４０５は、ドッグブレーキ５０をスプライン軸線に沿って軸線方向に摺動させるように位置決めされている。スピンドルは、端面間の係合フォーク接触面５７を含み、フォーク４０５によって圧力が加えられて制動を引き起こす第１の端部５５を有する。フォーク４０５の表面は、低摩擦の擦り面で構成されてもよく、又は推力軸受として機能するように玉軸受ユニットが使用されてもよい。制動端面５２は、機械のフレームの対向部分に対して擦ることを意図した摩擦発生面を有し、（例えば）ブレーキパッド複合材料、鋳鉄、鉄骨、プラスチック材料又は摩擦発生ブレーキパッド５２ａの付属セクタで構成することができる。食品衛生上の理由から、無塵のセクタパッドが好ましい。摩耗したパッドは、スピンドルごと交換することで、本機械において素早く交換することができる。

ソレノイド３０３への電流を取り除いて歯３０２を引き抜くことによってばね２０２が解放されるとき、安全モードが開始する。解放されたエネルギーは、リンク機構を介して軸２０３を付勢し、フォーク４０５の運動によって、ドッグクラッチ５０は、常にスプライン５３を介してローラ軸線に接続された状態でフォーク４０５の走行の他端に押し付けられる。まず、ドッグクラッチ歯５４が係合解除される。次いで、第２の端面５２は、係合フォーク４０２によって制動圧力で機械の固定制動面と摩擦接触するように強制される。制動が必要な回転部品は、軸線を有する把持シリンダ１１０と、摺動可能に取り付けられるドッグブレーキ５０だけである。制動圧力は、図１２のように、レバー機構４０１／４０３を介して係合フォーク４０５に連結されるばね２０２によって与えられる。

ナイフ取付台は、好ましいナイフ１０７を囲むシース１０８ａを通る断面図として、図１１及び１２に図式的に示されている。任意に、ナイフはシースと同様に湾曲した断面を有し、枢動可能に取り付けられるレバーによって加えられる後退運動に適合する。図１３は、後退可能なナイフ取付台の詳細を示す。ここで２０２はアクチュエータばねであり、解放されるときにクレビス搬送ピボット４００を素早く前方に押す動力を提供する。これは、４０３周りに枢動する枢動ビーム４０２に作用する。この運動は、横方向ロッド又はパイプ４０２Ａによって機械を横切って運ばれ、枢動ビーム４０２Ｒも移動し、横方向ロッド４０２Ａを中心とする弓形運動でナイフ１０７（隠れている）をシース１０８ａ内に後退させる。

同時に、軸２０３の運動は、ドッグブレーキ５０においてフォークに連結され、図１１及び図１２の図式的構成を実行する。ここで、１０９、１０９Ａは固定フレームの一部である。１０１０は従動プーリである。５０は、ここではドッグクラッチ歯が係合したドッグブレーキスピンドルである。４０５は、運転位置における係合フォークであり、プーリ１０１０からスプライン５３を通ってローラ１０１への駆動を維持する。リンク機構を介したピボット４００（破線で示す軸線）は、ビーム４０１の直線運動を、係合フォーク４０５の運転モード又は安全モードに対する必要な傾斜に変換する。フレームの部分１０９Ａは、ドッグブレーキが制動位置に移動するときの摩擦発生領域としても機能する。ばね２０２と再負荷アクチュエータ２０１は、このセクションで前述したように、ソレノイド３０４の通電解除、及び組立体３０３からの歯の引き抜きを待つ。

図１４は、ブレード１０７に接近する物体を検出するように配置された、一連の提案された色感光学センサ１４０１、１４０２のレイアウトを示す。これらを使用して手袋をはめた手の近接を検出してもよく、導電性手袋の構成が好ましい場合もあり、あるいは実施形態１について前述したようにその両方を使用してもよい。

危険の検出により安全モードに入る。制御回路は、皮剥機が運転モードにある間にソレノイド３０３の巻線を通過していた電流を切断し、そこでばね２０２は、今や歯３０２が引き抜かれて拘束から解放され、カラー２０４を介して軸２０３を伸長させ、ナイフを機械的に後退させ、ドッグブレーキを制動位置に移動させる。機械的接触器、ソリッドステートリレー又は可変速駆動部及び制動抵抗器を同時に使用して、駆動モータへの動力を遮断することができる。ドッグブレーキによる切り離しのおかげで、ローラはモータ及び駆動部とは無関係に、より素早く静止する。

軸２０３が左向きの位置にある間、４０３において枢動可能に取り付けられ、係合フォーク４０５で終端する第１のレバー４０１は、スピンドル５０に沿った狭窄部内にフォークを保持して、スピンドルがスピンドルドッグ歯５４とドッグクラッチ（図示せず）の後半部との係合を維持するようにする。通常モードでは、係合フォークは、ドッグ歯の係合を維持するために大きな圧力を維持する必要はない。しかし、ドッグクラッチの代わりに摩擦クラッチを使用した場合、クラッチは保持圧力を必要とする。

（利点）
１．皮剥機は、手袋とブレードが接触した後にのみ作動するのではなく、手の外傷を予測することができる機構を有する。

２．ブレードの後退は、手袋とブレードとの接触を回避するのに十分な速さである。

３．金属メッシュ手袋による接触感知を使用しても、ブレードの後退が速いので、接触後の損傷を最小にする。

４．後退機構はコンパクトで安価で信頼性が高く、何度も使用することができる。

５．後退機構は、安全停止後に簡単にリセットでき、運転を継続できる。作動後に機械の一部が損傷したり、交換が必要になったりすることはない。

６．安全停止部は、シフト終了時の通常停止部として使用することができる。

７．機械作業者は、最適な性能を得るために、トリミングされる製品を送りローラ上で自由に取り扱い及び移動させることができる。

（さらなる実施形態）
上記の実施形態では、その弾性限界内ではあるが、歪んだ状態になり、約１００ジュールの位置エネルギーを迅速に伝達する貯蔵部として機能するばねを使用する。本発明者らは、おそらく保守的な解決策が信頼できると考えている。例えば、上述したような圧縮ばね及びソレノイドラッチは、約５万サイクルかけられている。いくつかの代替実施形態を以下に示す。

圧縮可能なばねは、ねじりによって張力が加えられるコイルばねに置き換えることができる。おそらく、ばねは、移動質量がより小さいコンパクトな設計で軸４１２周りに巻き付けられる。あるいは、軸４０９及びそれを駆動する構成要素に取って代わるために、おそらくナイフ支持フレーム４１６内に板ばねを使用することができる。図４ｂに記載したものと同じ枢動ビーム及びピボットＰ１～Ｐ４を使用して、後退中にブレードがとる経路を制御することができるだろう。

運動エネルギーをほぼ瞬時に伝達できる非弾性のオプションが存在する。「Ｒａｍｓｅｔ（登録商標）」釘打ち機に使用される標準的なブランク．２２カートリッジは、約４５Ｊの位置エネルギーを保持する。しかし、カートリッジの交換及び燃焼ガスによる食品の汚染が問題である。可燃性ガスと空気を充填して爆発させるボンベ（例えば、ガス動力式剪定ばさみに使用されるような）は可能だが、おそらく安全性と信頼性が十分ではない。

マシンビジョンを含まず、導電性手袋の近接試験のみに頼ることを好む人もいるかもしれない。ブレードの後退が速いことは、金属メッシュ手袋をある程度保護することになり得る。

当業者であれば、本明細書に記載された実施形態は例示的なものであり、限定的なものではないと考えられることを理解するだろう。

Claims (13)

1. 作業者が手に持っている物品を成形する機械であって、
   前記機械は、シャーシを有し、ブレード取付台上の運転位置に支持されるブレードを有し、
   前記物品は、第１方向に送り速度で前記ブレードに向かって前進し、
   前記機械は、前記作業者の手が前記ブレードに危険なほど近接している場合に前記作業者の手を検出するように構成される近接感知デバイスを含み、
   前記手が検出される場合に、内部エネルギー貯蔵及び解放デバイスに保持されるエネルギーから得られる動力を利用して、前記第１方向において前記ブレードを前記送り速度よりも大きい速度で前記運転位置から物理的に後退させ、前記ブレードを安全位置に置くように適合される後退機構を作動させることを特徴とする、機械。
2. 前記内部エネルギー貯蔵及び解放デバイスは、弾性物体内に蓄積される機械的エネルギーに依存して、前記第１方向において前記ブレードを前記送り速度よりも大きい速度で前記作業者の手から物理的に後退させることを特徴とする、請求項１に記載の機械。
3. 前記弾性物体は、圧縮可能なばねであり、
   前記ばねは第１の端部で第１のアクチュエータの本体に、第２の端部で前記第１のアクチュエータの軸に固定され、
   使用時及び前記運転位置に入るとき、前記ばねは前記第１のアクチュエータによって圧縮され、保持歯によって圧縮状態で保持され、前記歯は第２のアクチュエータによって所定の位置に維持されることを特徴とする、請求項２に記載の機械。
4. 前記第２のアクチュエータは、前記近接感知デバイスから得られる信号に応答し、
   使用時に、前記第２のアクチュエータが前記保持歯を解放することにより、前記軸の運動を引き起こす圧縮ばねを解放することを特徴とする、請求項３に記載の機械。
5. 機械的リンク機構は、前記軸と物理的に後退可能な前記ブレードとの間に、前記軸の前記運動を前記ブレード取付台上での前記ブレードの物理的後退に変換するために配置され、
   前記機械的リンク機構の構成要素は、前記機械の前記シャーシから支持されることを特徴とする、請求項４に記載の機械。
6. 前記ブレードは、使用されていないとき、安全位置まで後退していることを特徴とする、請求項５に記載の機械。
7. 前記機械は、ブレードを有する皮剥機械又は脱皮機械であり、
   前記機械は、前記ブレードが運転位置で支持されて、皮を剥く又は脱皮する加工物を成形するときに使用され、
   前記加工物は、作業者によって、前記加工物を前記ブレードに対して運ぶ動力式把持ローラに対して保持され、
   前記運転位置は、前記把持ローラの上面に平行かつ隣接して位置し、
   安全位置は、前記把持ローラのすぐ後ろに位置し、
   使用時に、前記作業者の手が前記ブレードに危険なほど接近していることを前記近接感知デバイスが検出するとすぐに、前記ブレードが安全位置まで物理的に後退することを特徴とする、請求項５に記載の機械。
8. 前記機械は、前記ブレードを前記安全位置から前記ブレードに対する第３の位置又は清掃位置まで可逆的に移動させるように適合される手動機構も含み、
   前記機構は、持ち上げられるときに、前記ブレード取付台を上方にかつ前記把持ローラから離れるように押し上げることができるアクセス可能なハンドルを含むことを特徴とする、請求項７に記載の機械。
9. 前記近接感知デバイスは、前記ブレードの両側から、前記把持ローラの両端部に隣接する窓を通して、前記ブレードの前方にある前記把持ローラの軸線に平行に位置する監視ボリュームを見る複数のテレビ型カメラを備える光学的検出装置を含み、
   前記近接感知デバイスは、使用時に前記カメラの出力を解釈するように適合される手段を含み、
   前記ブレードに危険なほど近接している、前記加工物の色とは対照的な色で着色された手袋を着用した手の少なくとも一部を検出すると、前記信号を生成することを特徴とする、請求項７に記載の機械。
10. 前記機械は、前記機械の両側に隠された２台のカメラを備え、全ての前記カメラの視野は、前記監視ボリュームに向けられることを特徴とする、請求項９に記載の機械。
11. 前記近接感知デバイスは、前記ブレードを含む前記機械の任意の導電性部分から導電性手袋を介した電気の伝導に応答する導電性応答装置を含み、
    前記導電性応答装置は、前記信号を生成するように適合され、それによって前記機械が、前記把持ローラの上面に沿って隣接して位置する前記運転位置から、前記安全位置まで、前記ブレードを移動させることを特徴とする、請求項７に記載の機械。
12. 前記運転位置から前記安全位置への前記ブレードの運動は、前記カメラが前記監視ボリューム内で手袋を着用している手の少なくとも一部を見てから２０ミリ秒以内に開始し、５０ミリ秒以内に完了することを特徴とする、請求項９に記載の機械。
13. 前記把持ローラは制御可能なモータを備え、前記モータは、前記モータに接続されるモータコントローラが前記信号を受信してから１０～５０ミリ秒以内に前記ローラを停止させることができることを特徴とする、請求項７に記載の機械。

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