從此告別電鋸斷指的事故－－－工程杰作

動(dòng)靜之機(jī)

在網(wǎng)上瞎逛，看見這個(gè)東東，不敢獨(dú)享。
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& }1 B& j2 F, h$ Y' S首先聲明發(fā)這個(gè)帖子并不是崇洋媚外，更不是漲他人志氣滅自己威風(fēng)，也不是為他們做廣告,。
+ X# ^: Q- S+ J謹(jǐn)希望大家能從中獲得啟發(fā)。（然而人家是有專利的,，如需仿制請依法規(guī)避,。）
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設(shè)計(jì)者將其看作是臺(tái)鋸裝置的“安全帶或者安全氣囊”。
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暫不多言,，先看錄像,。 Hot_Dog_Demo.zip (943.69 KB, 下載次數(shù): 1089)

2008-12-7 16:09 上傳

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這段視頻表現(xiàn)了一根火腿腸（代表手指）和木板一同經(jīng)過飛速運(yùn)轉(zhuǎn)的鋸片時(shí)發(fā)生的一幕。
結(jié)果是火腿腸僅以失去1毫米左右深度“肉”的代價(jià)全身而退,。

原理（轉(zhuǎn)述并簡述）：
系統(tǒng)在鋸片上施以信號并監(jiān)控這個(gè)信號的強(qiáng)度,。由于人體具有相對較大的電容和導(dǎo)電性
1 H' O  M- S( J（估計(jì)此鋸片和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電氣系統(tǒng)采用“浮地”設(shè)計(jì)），因此當(dāng)手指或肉體接觸到鋸
片時(shí),，信號突變,。與之相反,，木材只具有較小的電容和導(dǎo)電性因此不會(huì)引起信號突變,。

: n6 c, S4 _' B# z/ r: h' R下圖真實(shí)地顯示了手指接觸到鋸片時(shí)候的信號變化情況。
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當(dāng)手指接觸到鋸片時(shí),，信號陡降,。圖上還顯示出了后續(xù)幾牙的接觸情況,。當(dāng)系統(tǒng)偵測到
此種情況即判定有人誤觸到了鋸片（從第二第三脈沖信號來看已經(jīng)少了塊肉，信號變短 ）,。

于是系統(tǒng)立即啟動(dòng)了快速反應(yīng)剎車裝置,。 該裝置用一個(gè)強(qiáng)力彈簧將一個(gè)鋁塊（稱為制動(dòng)掣）
強(qiáng)行推向高速旋轉(zhuǎn)的鋸片從而令其瞬間卡死（停車）,。平時(shí)彈簧是壓縮的，等到觸發(fā)信號
來到時(shí),，一股強(qiáng)大的電流流經(jīng)保險(xiǎn)絲令其熔斷從而將彈簧釋放,。這一切都發(fā)生在3到5毫秒之間,。
3 |, f. g2 W8 g巨大的角動(dòng)量（慣性）使得整個(gè)鋸片系統(tǒng)向安全的方向迅速退回（的確匠心獨(dú)運(yùn)的設(shè)計(jì)）,，電機(jī)同時(shí)斷電。
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9 U1 U) O) P1 a# a6 T( A再看一下剎車時(shí)機(jī)構(gòu)動(dòng)作的錄像： How_It_Works.zip (3.53 MB, 下載次數(shù): 1102)

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剎車裝置如圖：

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這個(gè)剎車掣是一次性使用的（一來可以簡化設(shè)計(jì),，二來可以當(dāng)消耗品賣么,，呵呵），更換方便,。
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  r/ S# k, X; g上次有一個(gè)帖子就是討論如何設(shè)計(jì)一種方案來判斷一把刀具何時(shí)碰到工件的,，在這里：
http://bbs.cmiw.cn/viewthread.php?tid=87719&page=2#pid409844

呵呵，當(dāng)時(shí)俺也有將檢測回路“浮地”的建議,。
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大家可自行上網(wǎng)搜索一下sawstop的相關(guān)報(bào)道,。
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9 C+ G/ P( U# x. d- o: N[ 本帖最后由 dongjingzhij 于 2008-12-7 16:24 編輯 ]

abcit

這個(gè)要仔細(xì)看看。

動(dòng)靜之機(jī)

SawStopTM 采用數(shù)字信號控制器設(shè)計(jì)臺(tái)鋸
上網(wǎng)日期: 2006年09月27日   作者：德州儀器C2000應(yīng)用產(chǎn)品部 Chris Clearman

SawStop基于DSP的傳感與制動(dòng)技術(shù)使臺(tái)鋸刀片能在5毫秒內(nèi)停止工作，將嚴(yán)重人身傷害化解為輕微刮傷,。

在美國,，每年都有約65,000人因?yàn)槭褂门_(tái)鋸受傷而接受治療，造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)20億美元,。上述數(shù)據(jù)來源于美國消費(fèi)品安全委員會(huì)(Consumer Product Safety Commission) 2003年的一份報(bào)告,。這些數(shù)據(jù)顯示，臺(tái)鋸致傷造成的損失實(shí)際上比全年臺(tái)鋸總市場價(jià)值高出十倍,。換言之,，每一部臺(tái)鋸都是潛在的武器，隨時(shí)都會(huì)因傷害到一個(gè)粗心或不幸的操作員而造成比其本身價(jià)值高許多倍的損失,。要是臺(tái)鋸能夠具備相關(guān)特性,，大幅提高安全性，那么即便略微增加了產(chǎn)品成本,，那也還是完全值得的,。因?yàn)榘踩�特性最終有助于大幅節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本，更別說能夠避免操作人員可能遭受的嚴(yán)重人身傷害了,。
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' E8 \* L( A: d* j6 V目前,，SawStop LLC公司為其臺(tái)鋸產(chǎn)品提供了一種具有革命性突破的安全特性,。該公司研發(fā)了一種技術(shù)，不僅能夠感應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)圓鋸刀片和人體之間的接觸,，而且還能夠在5毫秒內(nèi)制動(dòng)并收回刀片,。這種極速反應(yīng)大大減輕了傷害，結(jié)果只是留下了“邦迪”就能處理的小刮傷,，而不是需要去醫(yī)院急救室才能解決的深度創(chuàng)傷或手指切斷,。圖1顯示了SawStop 收縮鋸(contractor saw)。
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SawStop的總裁兼安全技術(shù)發(fā)明人Steve Gass博士指出：“作為木材工作者,，我始終認(rèn)為應(yīng)當(dāng)有一套更好的臺(tái)鋸安全系統(tǒng),，但作為發(fā)明者，我榮幸地找到了開發(fā)這一系統(tǒng)的方法�,，F(xiàn)在,，無論是學(xué)校、用人單位還是保險(xiǎn)公司都發(fā)現(xiàn),，盡管SawStop工具需要的投資略多一些,，但它大幅降低了在課堂或工作崗位上嚴(yán)重受傷的風(fēng)險(xiǎn)，因而是完全值得的,�,！�
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基于DSP的高性能控制技術(shù)
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$ V/ Y! a4 Y. \SawStop安全系統(tǒng)的核心在于由德州儀器 (TI) TMS320C2000TM 數(shù)字信號控制器支持的高級感測與控制技術(shù)。C2000控制器建立在TI高級數(shù)字信號處理器(DSP)技術(shù)基礎(chǔ)之上,，專為實(shí)時(shí)嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)而精心設(shè)計(jì),。類似SawStop的嵌入式控制系統(tǒng)不僅要求 DSP 具備高度的計(jì)算性能，而且還要實(shí)現(xiàn)外設(shè)集成以及微控制單元 (MCU) 通常所能實(shí)現(xiàn)的易用性,。高速C2000控制器使SawStop工具不僅能瞬間感測到刀片接觸到手的情況,，而且還能區(qū)別人體與軟木、濕木之間的區(qū)別,，這樣安全特性就不會(huì)影響正常的木材生產(chǎn)工作,。
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' `* X! M( ]9 C$ kGass指出：“我們在設(shè)計(jì)安全模塊時(shí)有許多種控制產(chǎn)品可供選擇，但我們最終決定采用C2000控制器,，因?yàn)槠湓诰幊天`活性以及低價(jià)格方面均符合我們的要求,。這種基于DSP的控制器為我們提供了類似于 MCU 的集成度，并顯著簡化了開發(fā)工作,，而且其性能也是MCU所不能企及的,。”
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& C# C. l! n, f9 Q直觀明了的創(chuàng)新型技術(shù)

( i5 ^' q) o& h* b4 O' Z- z) O4 BSawStop技術(shù)的工作原理在于區(qū)別人體與木材的不同電氣屬性,。系統(tǒng)通電時(shí)在臺(tái)鋸刀片上生成3V的500千赫茲電信號,，并通過控制器監(jiān)視該信號。刀片切割木材時(shí)信號保持不變,，因?yàn)槟静木哂休^低的本征電容與電導(dǎo),。不過,，如果臺(tái)鋸在工作時(shí)刀片接觸到木工，那么人體內(nèi)部相對較大的電容將改變電信號,。圖 2 顯示了臺(tái)鋸鋸齒接觸手指等有生命的肌體組織時(shí)信號電壓的變化,。
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/ X# n0 C% v" y; P控制器的工作頻率為40兆赫茲(MHz)，每秒能夠執(zhí)行4,000萬次的累積乘法運(yùn)算(MMACS),。該控制器負(fù)責(zé)監(jiān)控刀片的電壓,，每完成一次控制回路僅需6微秒 (μs)。如果來自刀片的信號突然改變,，那么控制器將識別出臺(tái)鋸與身體接觸所導(dǎo)致的變化,，并發(fā)出高速的高強(qiáng)度制動(dòng)信號，以停止鋸齒的轉(zhuǎn)動(dòng),。在不到5ms內(nèi)，刀片就能完全停止轉(zhuǎn)動(dòng)并收縮回去,。從剛接觸皮膚到臺(tái)鋸鋸齒停止刀片轉(zhuǎn)動(dòng)并從木工手部收回,，總共僅需二百分之一秒的時(shí)間。
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4 O2 i4 {, q1 _一旦采用制動(dòng)執(zhí)行器,，則必須應(yīng)更換整個(gè)安全模塊,，這是一項(xiàng)可由木工輕松完成的維護(hù)工作。系統(tǒng)每次加電后,，數(shù)字信號控制器都要檢測安全模塊,，只要檢測到問題，就會(huì)防止電鋸啟動(dòng),。因此,，如果安全模塊不就位，電鋸就不能正常工作,，就不能完成正常操作,。圖3顯示了SawStop安全系統(tǒng)中制動(dòng)夾(brake cartridge)的位置。
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4 w  U: g2 B* S& j: S1 D方便易用的高集成度控制器
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高度集成的TI控制器使SawStop能夠設(shè)計(jì)出一款經(jīng)濟(jì)實(shí)惠,、便于更換的小型安全模塊,。片上外設(shè)不僅可以節(jié)約板級空間而且還能減少組件數(shù)，其具體包括10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC),、定時(shí)器,、串行端口以及脈寬調(diào)制(PWM)輸出等。憑借32KB的片上閃存以及TI Code Composer StudioTM集成編程環(huán)境的支持,，該器件幫助SawStop大幅加速了代碼開發(fā)與調(diào)試進(jìn)程,，從而使其產(chǎn)品能夠快速上市。此外,，閃存還能在制動(dòng)之前記錄許多信號行為,，這使 SawStop 能夠收集到可靠的數(shù)據(jù),。圖4顯示了TI推出的TMS320C2000TM數(shù)字信號控制器。

' {+ O9 V2 h, s. r8 l: G" I) e8 g6 L自適應(yīng)性能夠滿足未來需求

SawStop現(xiàn)已投產(chǎn),，可提供箱式電鋸與伸縮式電鋸兩種型號,。借助相關(guān)技術(shù)，SawStop對其電鋸進(jìn)行了全面的設(shè)計(jì),，而不是修改現(xiàn)有的某種產(chǎn)品,。此舉不僅使公司改進(jìn)了產(chǎn)品性能，而且還為未來的技術(shù)發(fā)展預(yù)留了空間,。例如,，SawStop新型電鋸的額外安全特性在于采用了可穩(wěn)定木材并防止木材震動(dòng)的歐式劈刀，這在美國還不多見,。此外,，電鋸還提供鋸屑收集功能，降低了木屑帶來的風(fēng)險(xiǎn),。C2000控制器的高性能還使我們能夠?qū)崿F(xiàn)進(jìn)一步的技術(shù)改善,，包括工具防盜以及非授權(quán)使用等安全特性、電鋸速度與定位的數(shù)字馬達(dá)控制,、木材濕度監(jiān)測,，以及降低電鋸工作的噪聲等。

. B0 E( q- E; y! X* r) r/ }SawStop認(rèn)為應(yīng)當(dāng)盡可能推廣安全性更高的電動(dòng)工具,，并已宣布將根據(jù)許可證協(xié)議向所有電鋸制造商提供其已獲專利的安全技術(shù),。最終SawStop的安全系統(tǒng)經(jīng)過適應(yīng)性調(diào)整，將運(yùn)用于手持電鋸,、帶鋸,、搖臂鋸(radial arm saw)、鏈鋸,、接合工具,、成形工具以及其他木工工具中。此外,，基于DSP的技術(shù)經(jīng)過自適應(yīng)調(diào)整,，還可用于切割除木材之外的其他非導(dǎo)體材料，也可用于縫紉機(jī),、切碎機(jī),、剪切具、壓榨機(jī)以及其他操作人員可能因機(jī)械部件運(yùn)動(dòng)而遭受人身傷害的電動(dòng)設(shè)備,。

動(dòng)靜之機(jī)

新聞稿
SawStop 使用 SolidWorks 和 COSMOS 設(shè)計(jì)的不傷手臺(tái)鋸使木工工作更加安全
6 Y7 O$ \4 O7 c2 p俄勒岡州公司生產(chǎn)的“智能”臺(tái)鋸可以區(qū)分木材和人手
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2007 年 5 月 8 日 中國.北京訊 — 俄勒岡州的一家小公司正在改善木工工人的作業(yè)條件,，該公司使用 SolidWorks® 軟件設(shè)計(jì)了一款只會(huì)切割木材而不會(huì)傷及手指的臺(tái)鋸。這款臺(tái)鋸由 SawStop 發(fā)明，在接觸到手指時(shí)能夠迅速抽回電鋸,，使木工作業(yè)時(shí)更加安全,，不僅可以免除傷痛，也可免去昂貴的治療費(fèi)用,。
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根據(jù)美國消費(fèi)品安全委員會(huì)（U.S. Consumer Product Safety Commission）統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)顯示,，因使用臺(tái)鋸而導(dǎo)致的事故每年超過 60,000 件（即平均每 9 分鐘一件），而這些事故每年產(chǎn)生的傷殘成本約達(dá) 20 億美元,。Steve Gass 終身從事木工工作,，當(dāng)他意識到人們需要一種更安全的臺(tái)鋸后，便發(fā)揮他物理學(xué)博士的聰明才智設(shè)計(jì)了一款新臺(tái)鋸,。在這種臺(tái)鋸的刀片上有微小的電流通過,，當(dāng)電鋸接觸到手指（或可以導(dǎo)電的其他物體）時(shí)，電流就會(huì)降低,，從而啟動(dòng)制動(dòng)器,。當(dāng)鋸齒沉入制動(dòng)器時(shí)，動(dòng)力會(huì)使電鋸下降到臺(tái)面以下,。整個(gè)過程僅需 3 毫秒,，連一眨眼的功夫都不到。

SawStop 工程副總裁 Dave Fulmer 說,，產(chǎn)品發(fā)明比學(xué)會(huì)使用公司購買的第一個(gè) CAD 軟件容易得多�,！拔覀兌际前l(fā)明家或工程師,，但是我們沒有一個(gè)人真正使用過 CAD”，他說, “SolidWorks很直觀,，能很好地處理復(fù)雜的裝配體,，我們在臺(tái)灣的所有制造商使用的都是 SolidWorks。我們學(xué)習(xí)使用 SolidWorks 僅花了兩周時(shí)間就可以設(shè)計(jì)出復(fù)雜的零件了（如制動(dòng)裝置,，包括將電鋸壓入制動(dòng)器使臺(tái)鋸?fù)Ｖ构ぷ鞯膹椈桑�,。�?br /> 8 ?/ I9 q, K" g3 l( C/ U
: Q8 ]! R; _# P1 f8 N- }Fulmer 和他的團(tuán)隊(duì)使用 COSMOSXpress™ 和 COSMOSWorks® Designer 分析軟件來確保臺(tái)鋸能夠預(yù)期發(fā)揮效用并且經(jīng)久耐用,。SolidWorks 與這兩種產(chǎn)品整合后,，讓 SawStop 將制作原型的成本與時(shí)間最小化，而且消除了因繁瑣構(gòu)建而增加的制作成本,。

5 A) Z% K7 D5 p* i) d+ ]. kSolidWorks CEO John McEleney 最近在 SolidWorks World 2007 上為 3000 多位與會(huì)者用熱狗演示了這款臺(tái)鋸,。“電鋸抽回的速度非�,？�,，連聲音也很棒�,！彼�說,，“到目前為止,，這項(xiàng)發(fā)明已經(jīng)避免了近 150 起嚴(yán)重傷害事故，而且這個(gè)數(shù)字會(huì)隨著銷售量的增加而不斷增長,。SawStop 再一次證明小公司也可以通過創(chuàng)新想法設(shè)計(jì)出意義非凡的好產(chǎn)品,。”
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[ 本帖最后由 dongjingzhij 于 2008-12-8 09:45 編輯 ]

動(dòng)靜之機(jī)

國內(nèi)好像也有得賣了,。 淘寶里有幾張顯示成功挽救手指的事故照片（如下）,，
% s9 {+ J9 ^# f' M$ ~雖然令人不忍細(xì)看，但是要知道傷者在拍照時(shí)心中必定是充滿感激之情的,。
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7 y2 [# J3 [8 g* f. d+ H! q真要看啊,？,。。,。,。

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3 h2 _  N- j! w- M0 z注：第一張照片中的鋸片看樣子是后來配放上去的，只用來說明問題,。因?yàn)橹挥许槙r(shí)針切入（按照當(dāng)前照片視角）
/ {7 N; s( G( N! _1 Y& R才能使整個(gè)系統(tǒng)在剎車時(shí)的摩擦力矩力起到正反饋而更可靠地剎車,。
" n5 W: }! h0 q& F  r+ l（自行車的轂式線閘也是這樣的正反饋設(shè)計(jì)－－－剎車帶的摩擦力進(jìn)一步使其抱得更緊）。

有趣的是,，為了防止鋸片在減速時(shí)崩裂,，設(shè)計(jì)者把鋁塊鉆了不少孔，使鋸塊的局部剛性降低而“切”的時(shí)候不至
于“撞車”,，相當(dāng)于軟著陸,。這樣做還可能使切屑有地方容留。但這幾個(gè)孔肯定不是為了散熱,，因?yàn)榇诉^程太短
（不超過5毫秒）而且鋁塊本身就是熱傳導(dǎo)的良導(dǎo)體,，因而無需擔(dān)憂。
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  i9 A. I( X7 |$ X0 N- v7 F5 L[ 本帖最后由 dongjingzhij 于 2008-12-8 10:17 編輯 ]

動(dòng)靜之機(jī)

正常鋸切時(shí),，由于切削力的反作用力，鋸片系統(tǒng)是可靠地貼合在工作臺(tái)下方的,。
1 S- @7 ]( i5 f( G1 i' K$ \鋸片系統(tǒng)的角動(dòng)量是（右手判定）垂直指向向紙面向外（讀者）的,。如下圖：




5 j! |9 j2 Z) i1 O% C
  Y5 g+ y1 G9 B6 q當(dāng)系統(tǒng)迅速剎車時(shí)，系統(tǒng)的角動(dòng)量不能立即消失（慣性）,，試圖保持這種運(yùn)動(dòng),，因此繞著
主鉸鏈逆時(shí)針回轉(zhuǎn)（于是脫離了工作區(qū)域，防止人手進(jìn)一步受傷）。 的確巧妙,。
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1 c9 L2 I3 }3 q9 [這里有個(gè)CNN的報(bào)道和對話正文：
http://www.wwenglish.com/en/club/cnntv/7975.htm

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這里還有此項(xiàng)目發(fā)展的歷程,，良好的設(shè)計(jì)要想市場化還真不容易啊。
http://article.designnews.com.cn/2006-10/2006102090850.htm
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, \8 U0 ]3 m4 q: h6 P; r[ 本帖最后由 dongjingzhij 于 2008-12-8 11:36 編輯 ]

jiajia_nj

剎車制動(dòng)+回退,雙保險(xiǎn).
確實(shí)需要迅雷不及掩耳(盜鈴)之勢一氣呵成!!

記得某一紡機(jī),一個(gè)部件出了故障,其它所有關(guān)聯(lián)部件仍舊照常運(yùn)動(dòng),4萬元瞬間無影無蹤,
/ _9 C% j* p9 o  _可以借鑒.

龍游大海

國外的安全確實(shí)做得比較好

梟龍

能解決這個(gè)問題,真是為加工人員造福了!

機(jī)械神話

需要高速響應(yīng)的DSP技術(shù)。值得學(xué)習(xí),。