對(duì)相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)請(qǐng)求padmanabhan等人于2014年9月25日提交的標(biāo)題為“systemandmethodforkickbackdetectionbasedonbladespeedinapowertool”的序列號(hào)為62/055,147的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其公開(kāi)內(nèi)容以引用的方式整體地并入本文中。

本公開(kāi)大體上涉及動(dòng)力工具，并且更具體地，涉及在圓鋸或者其它動(dòng)力工具的操作期間檢測(cè)回踢的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

通常使用尤其是動(dòng)力鋸和圓鋸來(lái)切割工件，例如，木材。在一些操作條件下，動(dòng)力鋸會(huì)遭遇回踢（kickback）。對(duì)于手持式動(dòng)力鋸，當(dāng)鋸從工件物理地彈回而不是切穿工件時(shí)，發(fā)生回踢。在臺(tái)鋸中，當(dāng)工件從鋸片彈回而不是被鋸片切斷時(shí)，發(fā)生回踢?，F(xiàn)有的鋸包括劈刀、導(dǎo)軌和幫助減少回踢發(fā)生的其它防護(hù)件。然而，這些鋸無(wú)法檢測(cè)到何時(shí)發(fā)生回踢，且因此無(wú)法實(shí)施不需要操作者人為介入的步驟，例如，接合刀片制動(dòng)裝置或者刀片下降裝置，以減少或者消除回踢。因此，使得能夠在不需要操作者介入的情況下在操作期間檢測(cè)且減緩回踢的系統(tǒng)和方法將是有利的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

提供了一種在圓鋸或者其它動(dòng)力工具中檢測(cè)且減緩回踢的非破壞性方法。該方法不需要來(lái)自操作者的人工介入。響應(yīng)于檢測(cè)到回踢事件，即使操作者繼續(xù)拉動(dòng)啟動(dòng)觸發(fā)器來(lái)操作鋸，圓鋸也會(huì)自主地禁用該鋸馬達(dá)。

圓鋸檢測(cè)到回踢事件并且禁用該工具以減緩回踢的影響。本文描述的實(shí)施例適用于各種圓鋸變型以及會(huì)遭遇回踢的其它高速切割工具。

附圖說(shuō)明

圖1是可以配置來(lái)檢測(cè)回踢并且對(duì)回踢做出響應(yīng)的鋸的實(shí)施例的透視圖。

圖2是配置來(lái)檢測(cè)回踢并且對(duì)回踢做出響應(yīng)的鋸（例如，圖1的鋸）的示意圖。

圖3a和圖3b描繪了用于在鋸的操作期間檢測(cè)回踢的過(guò)程的框圖，該方法可以實(shí)施在圖1和圖2的鋸中。

圖4是描繪了在回踢事件期間的鋸片旋轉(zhuǎn)速率變化的圖表。

具體實(shí)施方式

為了幫助對(duì)本文描述的實(shí)施例的原理的理解的目的，現(xiàn)在參照以下書(shū)面說(shuō)明書(shū)中的附圖和說(shuō)明。這些參照不旨在限制本主題的范圍。本專(zhuān)利還涵蓋本文所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常會(huì)想到的對(duì)所說(shuō)明的實(shí)施例的任何更改和修改以及對(duì)所描述的實(shí)施例的原理的進(jìn)一步應(yīng)用。

如本文使用的，用于描述動(dòng)力工具中的鋸片或其它旋轉(zhuǎn)器具的術(shù)語(yǔ)“速度”是指該鋸片或器具的旋轉(zhuǎn)速率。鋸片的旋轉(zhuǎn)速率通常以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)（rpm）來(lái)表述，雖然鋸片的旋轉(zhuǎn)速率的任何其它衡量標(biāo)準(zhǔn)也適于描述鋸片的速度。

如下面描述的，鋸中的回踢檢測(cè)過(guò)程識(shí)別回踢事件的發(fā)生，使鋸能禁用馬達(dá)或者接合刀片制動(dòng)裝置，以降低或者減緩回踢的影響。在下面的論述中，對(duì)實(shí)施動(dòng)作或功能的回踢檢測(cè)過(guò)程的引用是指操作控制器（例如，數(shù)字控制裝置），涉及執(zhí)行所存儲(chǔ)的程序指令，該程序指令配置來(lái)引起控制器結(jié)合鋸中的其它部件來(lái)實(shí)施該功能或動(dòng)作。

圖1描繪了鋸100的示例，該鋸100配置來(lái)實(shí)施下面所描述的回踢檢測(cè)過(guò)程。如圖1所描繪的，鋸100可以包括臺(tái)鋸，該臺(tái)鋸包括基座102，該基座102具有臺(tái)面106。臺(tái)面106限定刀片槽110，鋸片104延伸通過(guò)該刀片槽110。用于驅(qū)動(dòng)鋸片104的馬達(dá)108（圖2）位于基座102以及定位組件（未示出）也位于基座內(nèi)，該定位組件使鋸片104能夠相對(duì)于基座豎直地運(yùn)動(dòng)以改變刀片在臺(tái)面上方的高度。定位組件還可以配置成使刀片樞轉(zhuǎn)以改變刀片相對(duì)于臺(tái)面的斜角。例如，可以通過(guò)使用設(shè)置在基座102一側(cè)上的輪機(jī)構(gòu)114來(lái)調(diào)節(jié)高度和斜角。鋸100可以包括其它特征，例如，劈刀116和鋸護(hù)欄（未示出）。

如圖2所描繪的，鋸100包括旋轉(zhuǎn)刀片104、馬達(dá)108、檢測(cè)刀片104的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)（rpm）或者其它合適的旋轉(zhuǎn)速度的轉(zhuǎn)速傳感器112、數(shù)字控制器128、手動(dòng)鋸控制觸發(fā)器136和馬達(dá)禁用開(kāi)關(guān)140。鋸100配置成通過(guò)使用電力來(lái)操作，該電力接收自電力源132，例如，電源插座、電池或其它合適的電力源。例如，rpm傳感器112是霍爾效應(yīng)傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器或測(cè)量刀片104的實(shí)際旋轉(zhuǎn)速率的任何其它合適的傳感器。馬達(dá)108是接收來(lái)自電源132的電力的電馬達(dá)，在一些常見(jiàn)實(shí)施例中，該電源132是電池或至公用電網(wǎng)的連接。馬達(dá)108使驅(qū)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，該驅(qū)動(dòng)軸與刀片104接合以使刀片104在鋸100的操作期間進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

例如，數(shù)字控制器128是微控制器、微處理器、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（fpga）或配置來(lái)檢測(cè)鋸100中的回踢的其它合適的數(shù)字處理裝置?？刂破?28包括或可操作地連接至存儲(chǔ)器裝置，該存儲(chǔ)器裝置存儲(chǔ)在控制鋸和實(shí)施各種功能時(shí)使用的編程指令和鋸數(shù)據(jù)?？刂破?28的功能之一是實(shí)施用于檢測(cè)鋸片的回踢事件的過(guò)程或算法，并且在檢測(cè)到回踢事件時(shí)啟動(dòng)回踢減緩措施，下面將對(duì)此進(jìn)行更加詳細(xì)的解釋?；靥邷p緩措施能夠包括：響應(yīng)于檢測(cè)到回踢事件，操作禁用開(kāi)關(guān)140以使馬達(dá)從電源斷開(kāi)。鋸100還可以配備有響應(yīng)于檢測(cè)到回踢事件來(lái)啟動(dòng)或接合的各種其它回踢減緩機(jī)構(gòu)。例如，鋸100可以包括鋸片制動(dòng)機(jī)構(gòu)120或鋸片止動(dòng)機(jī)構(gòu)，其配置成在被啟動(dòng)時(shí)迅速地停止刀片的旋轉(zhuǎn)。鋸100可以包括刀片下降機(jī)構(gòu)126，該刀片下降機(jī)構(gòu)126在被啟動(dòng)時(shí)使得鋸片能夠立刻下降到臺(tái)面的上表面下方。

為了檢測(cè)回踢事件，將控制器128配置來(lái)監(jiān)控鋸片的旋轉(zhuǎn)速度。為了監(jiān)控刀片的旋轉(zhuǎn)速度，控制器128以預(yù)定的采樣速率對(duì)來(lái)自rpm傳感器112的輸出信號(hào)進(jìn)行采樣，并且對(duì)樣本進(jìn)行處理以確定旋轉(zhuǎn)速度?？刂破鞅慌渲脕?lái)維持樣本所表示的旋轉(zhuǎn)速度的移動(dòng)平均值。例如，在對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行每次采樣之后，即，對(duì)每個(gè)采樣周期，控制器確定當(dāng)前平均刀片速度，該當(dāng)前平均刀片速度對(duì)應(yīng)于輸出信號(hào)的當(dāng)前樣本與來(lái)自預(yù)定數(shù)量的先前采樣周期的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行平均所表示的旋轉(zhuǎn)速度?？刂破鲗?dāng)前平均刀片速度與先前平均刀片速度（即，先前采樣周期的當(dāng)前平均刀片速度）進(jìn)行比較，并且配置來(lái)將該比較作為用于檢測(cè)回踢事件的基礎(chǔ)。

在回踢事件期間，由于鋸片變成卡入工件中，在短時(shí)間內(nèi)減小了刀片旋轉(zhuǎn)速度。完整的回踢事件可以持續(xù)大致250毫秒，所以對(duì)于檢測(cè)且然后減緩回踢的時(shí)間量有限。如果從回踢事件開(kāi)始在大致100毫秒內(nèi)未啟動(dòng)回踢減緩措施，則減緩措施可能會(huì)過(guò)遲以至于不具有任何效果。因此，對(duì)采樣速率進(jìn)行選擇以使得能夠檢測(cè)到回踢事件，從而使得能夠足夠快速地啟動(dòng)減緩措施，例如，在從回踢事件開(kāi)始起接近100毫秒內(nèi)。出于這種考慮，在一個(gè)實(shí)施例中，控制器128配置成以每秒1000個(gè)樣本的速率或者每毫秒1個(gè)樣本的速率對(duì)刀片的旋轉(zhuǎn)速率進(jìn)行采樣。至少部分地根據(jù)rpm傳感器的類(lèi)型和用于控制器的硬件的類(lèi)型，所使用的采樣速率可以更快或更慢。用于計(jì)算平均刀片速度的樣本的數(shù)量不應(yīng)該過(guò)大，從而使得旋轉(zhuǎn)速度的變化對(duì)平均值的影響較小或者沒(méi)有影響，而且其也不應(yīng)該過(guò)小，從而使得平均值在各周期間極大地變化，使得表示回踢事件的旋轉(zhuǎn)速度變化難以識(shí)別。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)前平均刀片速度是最后400至500個(gè)樣本（即，400毫秒至500毫秒的樣本的價(jià)值）的平均值，但是可以使用任何合適數(shù)量的樣本來(lái)計(jì)算平均值。

在一個(gè)實(shí)施例中，控制器128配置成基于在當(dāng)前平均刀片速度與先前平均刀片速度之間的百分比差值來(lái)檢測(cè)回踢事件。例如，控制器128可以配置成在當(dāng)前平均刀片速度與先前平均刀片速度之間的百分比差值大于預(yù)定百分比差值閾值時(shí)檢測(cè)到回踢事件。所使用的百分比差值閾值至少部分地取決于用于計(jì)算平均值的樣本的數(shù)量。在一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)定百分比差值閾值為至少0.003%。

控制器128可以配置成將百分比差值確定作為可能的回踢事件的一個(gè)指標(biāo)。除了計(jì)算在當(dāng)前平均刀片速度與先前平均刀片速度之間的百分比差值之外，控制器還可以配置成也確定當(dāng)前樣本的速度值相對(duì)于先前樣本之間的百分比差值（即，在當(dāng)前時(shí)刻與前1毫秒之間）。在本實(shí)施例中，控制器128可以配置成，在當(dāng)前平均刀片速度與先前平均刀片速度之間的百分比差值大于閾值并且在當(dāng)前樣本的速度值相對(duì)于先前樣本之間的百分比差值大于閾值時(shí)，識(shí)別出回踢事件。例如，控制器128可以配置成，在當(dāng)前平均刀片速度與先前平均刀片速度之間的百分比差值大于0.003%，并且當(dāng)前樣本的速度值相對(duì)于先前樣本的速度值之間的百分比差值大于0時(shí)，識(shí)別出回踢事件。

控制器128可以配置成在檢測(cè)回踢事件時(shí)考慮到其它度量。例如，控制器128還可以配置來(lái)將當(dāng)前刀片速度樣本與當(dāng)前平均刀片速度的預(yù)定百分比進(jìn)行比較。在一個(gè)實(shí)施例中，控制器配置來(lái)將當(dāng)前刀片速度值與當(dāng)前平均刀片速度的98%進(jìn)行比較。在當(dāng)前刀片速度小于或等于當(dāng)前平均刀片速度的98%時(shí)，可以表明回踢事件。

在識(shí)別回踢事件時(shí)，控制器可以配置來(lái)使用上述度量中的一種、一種以上的度量的組合或所有上述度量。例如，控制器128可以配置成：當(dāng)滿足所有上述條件時(shí)，即，在當(dāng)前平均刀片速度與先前平均刀片速度之間的百分比差值大于預(yù)定百分比差值閾值時(shí)，在當(dāng)前平均刀片速度與先前平均刀片速度之間的百分比差值大于閾值時(shí)，以及在當(dāng)前速度值小于當(dāng)前平均刀片速度的預(yù)定百分比（例如，98%）時(shí)，識(shí)別出回踢事件。

圖3a和圖3b描繪了用于檢測(cè)和減緩在圓鋸中的回踢的過(guò)程200，該過(guò)程200可以通過(guò)控制器128來(lái)執(zhí)行。在下面的論述中，對(duì)實(shí)施功能或動(dòng)作的過(guò)程200的提及是指操作控制器以執(zhí)行所存儲(chǔ)的程序指令使得結(jié)合鋸中的其它部件來(lái)執(zhí)行該功能或動(dòng)作。為了說(shuō)明性的目的，結(jié)合圖2的鋸100來(lái)描述過(guò)程200。

過(guò)程200發(fā)生在鋸100的操作期間。在鋸片104旋轉(zhuǎn)時(shí)，控制器128接收來(lái)自rpm傳感器112的輸出，該輸出表示鋸片的旋轉(zhuǎn)速度?？刂破鲗?duì)rpm傳感器的輸出進(jìn)行處理以產(chǎn)生鋸片104的速度的一系列測(cè)量樣本。在鋸100的實(shí)施例中，控制器128以預(yù)定采樣速率產(chǎn)生測(cè)量樣本，例如，每毫秒1個(gè)樣本（每秒1000個(gè)樣本）?？商娲鷮?shí)施例能夠以更高的或更低的速率來(lái)進(jìn)行采樣，只要采樣速率足夠高使得控制器能識(shí)別回踢事件并且在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)（例如，在檢測(cè)到回踢事件正發(fā)生或者即將來(lái)臨的100毫秒內(nèi)）采取減緩動(dòng)作即可。

在圖3a和圖3b的過(guò)程圖中，控制器128基于來(lái)自rpm傳感器112的信號(hào)以預(yù)定采樣速率產(chǎn)生下一速度測(cè)量樣本（b）（框204）。如上所述，控制器128接收來(lái)自rpm傳感器112的當(dāng)前速度測(cè)量結(jié)果。“下一”速度樣本還稱作當(dāng)前時(shí)間速度樣本，這是由于控制器128將下一速度樣本用作在過(guò)程200的每次重復(fù)期間鋸片104的當(dāng)前速度的表征。

控制器128還將預(yù)定時(shí)間段（例如，400至500毫秒）內(nèi)的先前速度測(cè)量樣本的歷史記錄存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。在過(guò)程200中，控制器128識(shí)別刀片在測(cè)量結(jié)果范圍內(nèi)的平均速度（a），包括最近的測(cè)量結(jié)果和存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的刀片速度測(cè)量結(jié)果的歷史記錄（框208）。在過(guò)程200期間，控制器128識(shí)別在最近測(cè)量的速度樣本與識(shí)別到的平均刀片速度a之間的第一差值（g）（框212）。在一些實(shí)施例中，將最近測(cè)量的刀片速度/平均刀片速度的差值表示為平均刀片速度a的百分比g，以識(shí)別速度差值的相對(duì)大小?？刂破?28還識(shí)別在鋸片104的下一速度測(cè)量樣本與先前速度測(cè)量樣本之間的第二差值h（框216）。在鋸100中，控制器128將緊接在產(chǎn)生下一速度測(cè)量樣本之前產(chǎn)生的速度測(cè)量樣本用作先前速度測(cè)量結(jié)果，但是在可替代實(shí)施例中，可選地，使用之前的速度測(cè)量樣本中的另一個(gè)來(lái)識(shí)別h。在圖4的實(shí)施例中，將第二差值h表示為刀片104的之前的刀片速度測(cè)量樣本與下一測(cè)得的速度樣本的百分比差值，所以h的正值表示鋸片速度隨時(shí)間增加，而h的負(fù)值表示鋸片速度隨時(shí)間減小。在過(guò)程200期間，在框212和216中描述的該處理可以按照任何順序或者同時(shí)地發(fā)生。

隨著控制器128識(shí)別下一測(cè)得的速度樣本是否表示潛在的回踢事件，過(guò)程200繼續(xù)。過(guò)程200不僅僅基于一個(gè)速度測(cè)量樣本來(lái)識(shí)別回踢事件，這是由于潛在存在測(cè)量噪聲和其它操作因素會(huì)在實(shí)際上無(wú)回踢事件發(fā)生時(shí)表示回踢事件正在發(fā)生或者即將來(lái)臨（假肯定結(jié)果）。相反，過(guò)程200識(shí)別在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)多個(gè)速度測(cè)量樣本的足夠比例是否分別滿足對(duì)于潛在回踢事件的準(zhǔn)則，以識(shí)別回踢事件正在發(fā)生或者即將來(lái)臨。

在過(guò)程200期間，控制器128通過(guò)使用下一速度測(cè)量樣本和所存儲(chǔ)的速度測(cè)量樣本的歷史記錄，來(lái)識(shí)別與鋸片104的速度變化有關(guān)的三個(gè)操作因素?？刂破?28識(shí)別：在先前測(cè)得的速度樣本與下一速度樣本之間的第二差值是否表示鋸片速度正隨時(shí)間減小（例如，h>0%）（框220）；下一測(cè)得的速度樣本是否低于平均刀片速度超過(guò)一預(yù)定閾值比例（例如，如果下一測(cè)得的刀片速度樣本b小于在框208的處理期間識(shí)別到的平均刀片速度a的98%或者另一預(yù)定百分比）（框224）；以及在下一測(cè)得的刀片速度樣本與平均刀片速度之間的第一比例差值的大小是否超過(guò)另一預(yù)定比例閾值（例如，g>0.3%或者另一預(yù)定百分比）（框228）?？刂破?28按照任何順序或者同時(shí)地執(zhí)行框220至228的處理。

如果框220至228中任一的處理結(jié)果產(chǎn)生否定（“否”）結(jié)果，則下一速度測(cè)量樣本不表示回踢事件?？刂破?28維持表示回踢的樣本的計(jì)數(shù)并且（更新）在預(yù)定數(shù)量的n個(gè)先前樣本（例如，n=15個(gè)先前樣本）內(nèi)不表示回踢的樣本的計(jì)數(shù)?？刂破?28更新計(jì)數(shù)器以表示下一速度測(cè)量樣本不對(duì)應(yīng)于回踢事件（框232），并且繼續(xù)框204以處理來(lái)自rpm傳感器112的下一速度測(cè)量樣本。計(jì)數(shù)器識(shí)別在達(dá)到n個(gè)先前樣本的窗口中表示潛在回踢事件的樣本的總數(shù)。例如，在一種構(gòu)型中，如果計(jì)數(shù)器在n=15個(gè)樣本的窗口中滿足或者超過(guò)值10（66%的樣本表示回踢事件），則控制器128識(shí)別出回踢事件。

如果在所有框220至228中的處理結(jié)構(gòu)都是肯定的（“是”），則控制器128識(shí)別出下一速度測(cè)量樣本表示潛在回踢事件，并且控制器128更新表示潛在回踢事件的發(fā)生的速度測(cè)量樣本的計(jì)數(shù)器（框236）。如上所述，由于噪聲，可能會(huì)發(fā)生表示潛在回踢的單個(gè)樣本或低頻樣本，所以，如果計(jì)數(shù)器值在n個(gè)先前樣本內(nèi)不超出預(yù)定閾值（例如，計(jì)數(shù)器表示先前15個(gè)樣本中少于10個(gè)樣本（66%）表示回踢），則過(guò)程200回到框204。然而，如果計(jì)數(shù)器超出閾值（框240），則控制器128識(shí)別到足夠比例的最近產(chǎn)生的樣本表示回踢事件正在發(fā)生或者即將來(lái)臨（框240）。控制器128禁用鋸馬達(dá)108，并且，可選地，接合鋸片制動(dòng)機(jī)構(gòu)120以防止或者減緩回踢事件（框244）。在鋸100中，控制器128操作馬達(dá)禁用開(kāi)關(guān)140使馬達(dá)108從電源132斷開(kāi)。即使操作者通過(guò)使用鋸控制觸發(fā)器136繼續(xù)操作鋸100，馬達(dá)108也保持禁用。在一些實(shí)施例中，操作者清除工件，并且在隨后操作鋸100之前手動(dòng)重設(shè)禁用開(kāi)關(guān)140?；靥邫z測(cè)過(guò)程200在相當(dāng)短的時(shí)間段內(nèi)發(fā)生。例如，在許多實(shí)際的鋸實(shí)施例中，鋸檢測(cè)到回踢事件正在開(kāi)始或者即將來(lái)臨并且在接近100毫秒或者更短的時(shí)間段內(nèi)禁用馬達(dá)。

圖4描繪了在圓鋸中的回踢事件期間隨著時(shí)間測(cè)得的刀片速度樣本的圖表300。如圖4所描繪的，回踢最初涉及速度的逐漸減小，隨后是在事件中速度的大得多的下降。圖4描繪了按照每秒1000個(gè)樣本的采樣速率收集到的速度數(shù)據(jù)點(diǎn)。第一100毫秒示出了速度的逐漸下降，且然后，隨后的150毫秒示出了大得多的斜率，且刀片速度更快地減小?？刂破?28識(shí)別在圖表300中在第一100毫秒期間的刀片速度隨著時(shí)間變化的多種特征，以提高回踢檢測(cè)和減緩的有效性。例如，刀片速度在回踢事件期間（h>0）下降，下一速度測(cè)量樣本必須足夠低于移動(dòng)平均值以表示潛在的回踢（b≤ca，其中，c=0.98或者另一合適的百分比閾值），并且刀片104的下一速度測(cè)量樣本的大小應(yīng)該從移動(dòng)平均刀片速度偏離超過(guò)一預(yù)定閾值比例（g>0.3%）。對(duì)回踢事件的迅速檢測(cè)使控制器128能夠有足夠的時(shí)間來(lái)禁用馬達(dá)108，并且可選地，接合刀片制動(dòng)機(jī)構(gòu)120，以減緩回踢事件的負(fù)面影響。

將領(lǐng)會(huì)到，可以將上述以及其它特征和功能的變型或其替代方案根據(jù)需要組合到許多其它不同的系統(tǒng)、應(yīng)用或者方法中。特別地，雖然本文描述的說(shuō)明性實(shí)施例是針對(duì)圓鋸的，但是本文描述的方法也適用于采用旋轉(zhuǎn)器具的其它動(dòng)力工具的回踢檢測(cè)和減緩。本領(lǐng)域的技術(shù)人員隨后可做出的各種目前未預(yù)見(jiàn)的或者未預(yù)期的替代、修改、變型或者改進(jìn)均旨在由以下實(shí)施例所涵蓋。