РУЧНАЯ МЕХАНИЗИРОВАННАЯ ПИЛА С ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ПИЛЬНОГО ПОЛОТНА
HAND DRIVEN SAW WITH RECIPROCATING SAW BLADE

Настоящее изобретение относится к ручной механизированной пиле с возвратно-поступательным движением пильного полотна, относящейся к ручным машинам и охарактеризованной в ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
Из публикаций US 2005/0060896 А1 и US 2005/0257985 А1 известны лобзиковые пилы, которые называют лобзиками с возможностью поворота (отклонения) пильного полотна (англ. "Scrolling Jigsaw") и у которых пильное полотно дополнительно к главному возвратно-поступательному движению независимо от движения подачи пилы можно поворачивать вокруг собственной оси. Эта дополнительная функция упрощает выполнение криволинейных пропилов.
Без дополнительных направляющих точное пиление лобзиковой пилой вдоль намеченного контура требует хороших навыков. Это еще более затрудняется поперечными усилиями, вызывающими увод пильного полотна в сторону. Вспомогательные боковые опорные системы или различные визирные вспомогательные устройства (например лазеры) уменьшают, но не устраняют эти проблемы.
Из публикации US 5010652 известна лобзиковая пила с возможностью направления движения пильного полотна вдоль разметочной линии. В известной пиле используется датчик на основе фотоэлектрических сопротивлений, обнаруживающий разметочную линию. При этом проведенная на заготовке разметочная линия подсвечивается источником света, и отраженный от поверхности заготовки свет регистрируется фотосопротивлениями. Темная разметочная линия отражает меньше света, что позволяет распознавать ее и с помощью соответствующего исполнительного механизма регулировать угол установки пильного полотна.
Объектом изобретения является ручная механизированная пила с возвратно-поступательным движением пильного полотна, прежде всего лобзиковая пила с возможностью поворота (отклонения) пильного полотна, т.е. с функцией так называемого подруливания. Предлагаемая в изобретении пила содержит средства управления, обеспечивающие автоматизацию направления движения пильного полотна и/или ручной механизированной пилы вдоль разметочных линий, и датчик для обнаружения нанесенной на заготовку разметочной линии, и отличается тем, что датчик выполнен в виде камеры, способной регистрировать отдельные точки разметочной линии с обнаружением разметочной линии путем аналоговой обработки изображений, что сокращает ресурсоемкость и повышает быстродействие средства управления за счет отказа от цифровой обработки изображений.
При этом под "средствами управления" следует понимать, в частности, средства, с помощью которых можно регистрировать необходимую ориентацию пильного полотна и/или ручной механизированной пилы, или же компонента ручной механизированной пилы, например ее элемента скольжения, и/или корректировать эту ориентацию. Это средство может быть детекторным блоком, в частности чувствительным элементом в виде датчика, и/или приводом в виде исполнительного механизма, например серводвигателя и/или шагового двигателя, и/или пьезопривода. В качестве альтернативы возможен также двигатель постоянного тока. "Ведение" означает в контексте изобретения ориентирование вдоль заданного пути, предпочтительно обозначенного маркировкой, т.е. приводку к этому пути. Эта маркировка может быть разметочной линией, например предварительно начерченной карандашной разметкой и/или другой маркировкой, приемлемой с точки зрения специалиста, в частности надрезанием и/или иным профилированием.
Система служит для поддержки оператора, а значит, для упрощения процесса пиления. Используя имеющуюся степень свободы пильного полотна в виде уже реализованной оси вращения, ручную механизированную пилу снабжают специальными чувствительными элементами для обнаружения предварительно начерченной линии, или разметочной линии, и соответствующими исполнительными элементами для регулирования угла установки пильного полотна в диапазоне углов поворота. При этом ось вращения определена нормалью, проходящей через среднюю точку плоскости, образованной толщиной и шириной пильного полотна. В другом случае ось вращения пильного полотна может быть расположена также с отклонением от его средней точки. При этом угол поворота представляет собой максимальный угол, на который пильное полотно можно повернуть вокруг его продольной оси относительно продольной оси элемента скольжения и/или другого приемлемого с точки зрения специалиста направляющего элемента, например шасси. Этот угол поворота предпочтительно составляет от 0 до 90°. Угол же установки пильного полотна - это угол, фактически созданный между направлением по ширине пильного полотна и продольной осью элемента скольжения или направляющего элемента. Путем доводки пильного полотна, дополняющей движение подачи пилы, совершаемое рукой оператора, можно еще точнее следовать размеченному контуру. Кроме того, изобретение позволяет делать без дополнительных направляющих прямые пропилы. Благодаря этому при упрощении управления пилой обеспечивается значительное улучшение результата обработки.
Далее предпочтительно, чтобы средства, обеспечивающие автоматизацию направления движения пильного полотна и/или ручной механизированной пилы вдоль разметочных линий, были отключаемыми. Этим обеспечивается особенно гибкое использование ручной механизированной пилы.
Если ручная механизированная пила с возвратно-поступательным движением пильного полотна снабжена пильным полотном, отклоняемым с приводом от средства управления, ведение пильного полотна вдоль разметочной линии может осуществляться удобно и конструктивно просто. Под "отклонением" здесь следует понимать, в частности, изгибание и/или поворот пильного полотна относительно оси, проходящей предпочтительно параллельно продольному направлению пильного полотна. При этом изгибание может осуществляться путем затягивания пильного полотна в приспособлении для его крепления и/или путем иного силового воздействия на пильное полотно.
Применение датчика, выполненного в виде камеры, выгодно тем, что позволяет регистрировать отдельные точки предварительно проведенной разметочной линии. При этом выполнение датчика в виде камеры позволяет использовать для распознавания линии аналоговую обработку изображения с разбиением зоны контроля на отдельные поисковые строки без необходимости цифровой обработки изображений, требующей больших вычислительных ресурсов. Далее, применение в качестве датчика именно камеры позволяет передавать собираемые датчиком данные, относящиеся к зарегистрированным точкам, в вычислительное устройство, способное выполнять дальнейшую обработку точек и по ним строить путем интерполяции или корректировать действительную траекторию (сплайн).
Применение датчика, выполненного в виде камеры, одновременно позволяет измерять дополнительные реперные метки посредством подошвы пилы. Наконец, такой датчик может применяться для регистрации угла установки пильного полотна или для определения угла поворота (скручивания) пильного полотна. Это позволяет обходиться без дополнительных дорогостоящих и громоздких датчиков.
Помимо камеры также может использоваться датчик контраста и/или вихретоковый датчик. Датчик позволяет особенно удобно, экономично и конструктивно просто обеспечивать нужное направление пиления.
Далее предлагается для определения скорости и/или направления перемещения ручной механизированной пилы использовать оптические датчики типа используемых в манипуляторах "мышь". Под оптическим датчиком типа используемого в манипуляторах "мышь" в контексте изобретения следует понимать датчик, который оптическими средствами, например светодиодами и/или лазерными диодами, освещает нижележащую поверхность, анализирует отраженный от этой поверхности свет и/или по изменению нижележащей поверхности вычисляет скорость и на ее основании рассчитывает параметры движения в направлении х и/или у. В другом случае направление движения и/или скорость подачи можно определять с помощью ролика с сельсин-датчиком, например тела качения с соответствующими фотоэлектрическими барьерами, регистрирующими движение по меньшей мере в двух направлениях х и у. Кроме того, для определения скорости подачи могут быть предусмотрены средства, служащие для сравнения отдельных снятых камерой кадров. При использовании оптических датчиков типа используемых в манипуляторах "мышь" можно особенно просто и экономично создать систему чувствительных элементов для определения скорости и/или направления ее перемещения.
Далее предпочтительно, чтобы был предусмотрен исполнительный орган с регулятором. Под "исполнительным органом с регулятором" здесь следует понимать устройство, обрабатывающее информацию детектора, а именно, прежде всего в замкнутом контуре регулирования, и/или реагирующее на генерируемые управляющие сигналы или передающее их. Это устройство предпочтительно выполнено как серводвигатель и/или шаговый двигатель, и/или как пьезопривод, и/или как двигатель постоянного тока с регулятором. Это позволяет конструктивно просто и экономично реализовать замкнутый контур регулирования или систему автоматического управления для точного отслеживания заданной линии реза.
Предлагается еще один вариант ручной механизированной пилы с возвратно-поступательным движением пильного полотна, прежде всего лобзиковой пилы с возможностью поворота пильного полотна.
В этом варианте предлагается использовать индикатор, предназначенный для указания заданного направления подачи. Под "индикатором" здесь следует понимать элемент, который оптическим, акустическим и/или тактильным путем сообщает оператору определенный датчиком путь или форму разметочной линии. Индикатором здесь может быть образованное светодиодами и/или дисплеем и/или другое приемлемое с точки зрения специалиста устройство отображения информации. Благодаря этому оператор может получать информацию, касающуюся ожидаемого направления перемещения, независимо от того, находится ли пильное полотно в поле зрения оператора. Это позволяет оператору удерживать пильное полотно в оптимальной рабочей зоне, представляющей собой диапазон возможных углов поворота пильного полотна.
Объектом изобретения является также ручная механизированная пила с возвратно-поступательным движением пильного полотна, имеющая подошву (опорную плиту), обеспечивающую скольжение ручной механизированной пилы по заготовке. Предлагаемая в изобретении пила содержит оптический датчик, выполненный по типу оптических датчиков, используемых в манипуляторах "мышь", и установленный в подошве на обращенной к заготовке стороне с возможностью определения скорости и направления движения ручной механизированной пилы по оси х (в продольном направлении) и/или у (в поперечном направлении).
Другие преимущества изобретения следуют из приведенного ниже описания чертежей. Сущность изобретения более подробно поясняется примером исполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи. Чертежи, описание и формула изобретения содержат различные признаки изобретения, используемые в сочетании друг с другом. Вместе с тем, специалист сможет рассматривать эти признаки, где это целесообразно, как по отдельности, так и в других целесообразных комбинациях. На чертежах показано:
на фиг.1 - предлагаемая в изобретении ручная механизированная пила с возвратно-поступательным движением пильного полотна,
на фиг.2 - выполненная в виде опорной плиты подошва предлагаемой в изобретении ручной механизированной пилы с оптическими датчиками,
на фиг.3 - выполненная в виде опорной плиты подошва предлагаемой в изобретении ручной механизированной пилы в другом варианте выполнения подошвы,
на фиг.4 - другой вариант выполненной в виде опорной плиты подошвы предлагаемой в изобретении ручной механизированной пилы с другими датчиками,
на фиг.5 - вид сверху ручной механизированной пилы.
На фиг.1 показан вид в аксонометрии предлагаемой в изобретении ручной механизированной пилы 9 с возвратно-поступательным движением пильного полотна, выполненной в виде лобзиковой пилы с возможностью поворота пильного полотна. Ручная механизированная пила 9 состоит из корпуса 44 со встроенной в корпус 44 главной рукояткой 46 зажимного приспособления 48 с закрепляемым в нем с возможностью поворота рабочим инструментом (рабочим органом) в виде пильного полотна 12. На стороне 50, обращенной к обрабатываемой заготовке 18, расположен элемент скольжения или подошва 8 в виде опорной плиты. Эта подошва 8 обеспечивает эффективное скольжение ручной механизированной пилы 9 по заготовке 18. На стороне 52, противоположной пильному полотну 12, в зоне главной рукоятки расположена направляющая ручка 54, которая служит для направления ручной механизированной пилы 9, осуществляемого по меньшей мере вручную. Кроме того, в корпусе 44 пилы размещен не показанный на чертеже двигатель. На главной рукоятке 46 предусмотрен выключатель 56 управления, позволяющий включать и выключать ручную механизированную пилу 9. Кроме того, в боковой части 58 корпуса 44 пилы имеется переключатель 60, позволяющий регулировать положение подошвы 8 относительно главной протяженности 62 пильного полотна 12.
Ручная механизированная пила 9 с возвратно-поступательным движением пильного полотна включает в себя средство 10, 100 управления, позволяющее автоматизировать ведение пильного полотна 12 вдоль разметочной линии 14. Средство 10 управления размещено в части 66 корпуса 44 пилы, противоположной главной рукоятке 46 в осевом направлении 64. Средство 10 управления содержит датчик 16 для обнаружения или для оптической регистрации нанесенной на заготовку 18 маркировки или разметочной линии 14 в виде обычного карандашного штриха 3. Датчик 16 представляет собой камеру 7, предпочтительно выполненную в виде недорогой камеры, сопряженную с вычислительным устройством 28. Датчиком 16, в принципе, может быть также датчик 20 контраста и/или вихретоковый датчик 22, функционально связанные с вычислительным устройством 28. Для оптимального обнаружения разметочной линии 14 возможно также размещение вихретокового датчика 22 в подошве 8.
Зона 68 контроля или обзора датчика 16 или камеры 7 проходит в направлении главной протяженности 62 пильного полотна 12 к заготовке 18 и на 360° охватывает зону вокруг пильного полотна 12. Зона 68 контроля камеры 7 представляет собой зону, в которой пильное полотно в режиме обработки предпочтительно выполняет процесс распиловки заготовки 18. Подошва 8 имеет сегментную выемку 70 вокруг пильного полотна 12, в центре которой расположено пильное полотно 12. В направлении зоны 68 контроля выемка 70 имеет смотровое окно 102. Кроме того, подошва 8 имеет реперную метку 74, обозначающую точку пересечения кромки 76 подошвы 8 с продольной осью 78 подошвы 8 (см. фиг.2).
На фиг.3 показан альтернативный вариант исполнения подошвы 8. Центральная выемка при этом V-образно расширяется к зоне 72 видимости.
На фиг.4 показан еще один альтернативный вариант исполнения подошвы 8 с круглой выемкой 70. В этом случае подошва 8 выполнена замкнутой в зоне 68 контроля, а для обеспечения возможности наблюдения разметочной линии 14 на заготовке 18 она выполнена прозрачной, например из плексигласа (см. фиг.4).
mах
Далее в корпусе 44 ручной механизированной пилы 9 размещен компактный исполнительный орган 2, который может автоматически поворачивать пильное полотно 12 вокруг оси 1 поворота, т.е. регулировать угловое положение пильного полотна. Для этого предусмотрено средство 100 управления. Для ведения поворотного пильного полотна 12 оно поворачивается с приводом от средства 100 управления. Средство 100 управления представляет собой исполнительный механизм 30, выполненный как исполнительный орган с регулятором 34 в виде шагового двигателя, позволяющим регулировать угол 26 установки пильного полотна 12. Средство 100 управления или шаговый двигатель могут быть компактно размещены в качестве альтернативы направляющей ручке 54. При этом угол 26 установки пильного полотна - это угол α из диапазона угла 80 поворота, фактически созданный между направлением 82 по ширине пильного полотна 12 и продольной осью 78 подошвы. Угол 80 поворота представляет собой угол α, на который пильное полотно 12 может максимально поворачиваться вокруг своей продольной оси, ориентированной параллельно направлению главной протяженности 62 пильного полотна 12, относительно продольной оси 78 подошвы 8 (см. фиг.2).
С помощью средств 10, 100 управления, а именно датчика 16 и исполнительного механизма 30, можно реализовать замкнутый контур регулирования для как можно более точного следования заданной линии или разметочной линии 14. При этом особенностью является, во-первых, использование аналоговой обработки изображений для обнаружения разметочной линии 14, а во-вторых - автоматизация системы. Это позволяет выполнять чистые, прямые пропилы вручную и активно препятствовать отклонению (от линии) пильного полотна 12.
Ниже приведено более подробное описание процесса работы с пилой.
Датчик 16 в виде камеры 7 регистрирует отдельные точки 4 предварительно начерченной линии или разметочной линии 14. При этом датчик 16 использует для обнаружения разметочной линии 14 аналоговую обработку изображений, при которой осуществляется разбиение зоны 68 контроля на отдельные поисковые строки 6 без цифровой обработки изображений. Особенно предпочтительным при аналоговой обработке изображений является использование камеры 7, так как для этого не нужна цифровая обработка изображений, требующая больших вычислительных ресурсов.
Собираемая датчиками информация или данные, относящиеся к зарегистрированным точкам 4, передаются датчиком 16 в вычислительное устройство 28, которое выполняет дальнейшую обработку точек 4 и по ним интерполирует или корректирует действительную траекторию (сплайн). Вычислительным устройством 28 может быть микроконтроллер или другой процессор, приемлемый с точки зрения специалиста.
Вычислительное устройство 28 вычисляет, т.е. генерирует управляющие сигналы и передает их на исполнительный механизм 30 для регулирования угла 26 установки пильного полотна. Исполнительный механизм 30 посредством исполнительного органа с регулятором 34 в виде шагового двигателя соответственно корректирует угол 26 установки пильного полотна, т.е. угол α поворота вокруг продольной оси, параллельной направлению главной протяженности 62 пильного полотна 12, в зависимости от параллельного воздействия оператора на направление пиления, создаваемого посредством направляющей ручки 54 ручной механизированной пилы 9.
Кроме того, использование датчика 16 или камеры 7 одновременно позволяет измерять дополнительные реперные метки 74 посредством подошвы 8. Далее датчик 16 можно применять для регистрации угла 26 установки пильного полотна или для определения угла поворота пильного полотна 12. Это позволяет обойтись без дополнительных дорогостоящих и громоздких датчиков.
В дополнительном и альтернативном исполнении предусмотрено встраивание средства определения скорости подачи. Для этого в подошве 8 на обращенной к заготовке 18 стороне 84 установлены оптические датчики 5 типа используемых в манипуляторах "мышь", которые определяют скорость и направление движения предпочтительно по оси х и/или у (см. фиг.3).
На фиг.4 показана еще одна возможность определения скорости подачи. При этом предусмотрен простой ролик с сельсин-датчиком 32, например телом качения 86 с соответствующими фотоэлектрическими барьерами 88. В принципе же, возможны и другие способы, например сравнение отдельных снятых камерой кадров посредством вычислительного устройства 28. В определенных пределах систему можно реализовать также без измерения скорости.
При использовании пилы 9 или при пилении оператор с помощью главной рукоятки 46 и направляющей ручки 54 направляет движение ручной механизированной пилы 9 вручную, причем оператор должен задавать приблизительное направление пиления. Система, состоящая из средств 10, 100 или датчика 16 и исполнительного механизма 30 предназначена только для точного регулирования, компенсирующего неточность движения пильного полотна и/или его ведения оператором.
При этом систему следует рассматривать только как вспомогательную, т.е., если обнаружить или распознать разметочную линию 14 невозможно (конец линии, несколько линий), система с помощью акустического и/или оптического устройства 90 выдает предупредительный сигнал, стабилизирует мгновенный угол 26 установки пильного полотна, а оператор продолжает действовать, как при работе с обычными лобзиками. Активного вмешательства в действия оператора не происходит. При желании система, которую можно оснащать одним или несколькими средствами автоматизации направления движения пильного полотна 12 и/или ручной механизированной пилы 9 вдоль разметочных линий 14, может быть также в любой момент отключена оператором, предпочтительно вручную. Система включает в себя исполнительный орган 2, по меньшей мере один датчик для определения скорости, например оптический датчик 5 типа используемого в манипуляторах "мышь", средство 10 управления в виде датчика 16 или камеры 7, средство 100 управления в виде исполнительного механизма 30 или исполнительного органа с регулятором 34. Для отключения предусмотрен выключатель 92 на корпусе 44 пилы в зоне главной рукоятки 46.
Помимо этого, как показано на фиг.4, на обращенной к оператору стороне 94 корпуса 44 пилы или главной рукоятки 46 в поле зрения оператора расположен индикатор 36, например светодиоды 40 и/или дисплей 42. Этот индикатор 36 предназначен для того, чтобы указывать направление 38 подачи, обозначенное, например стрелочным символом 96, составленным из светодиодов 40. Это позволяет показывать оператору, в каком направлении следует корректировать перемещение пилы. Таким образом, индикатор 36 служит для того, чтобы обеспечить оператору выдерживание оптимального рабочего диапазона, представляющего собой диапазон возможных углов 26 установки пильного полотна.
В другом варианте осуществления изобретения для улучшения видимости предусмотрен вентилятор 98, позволяющий удалять или отсасывать отходы обработки в процессе пиления.
В целом изобретение значительно упрощает направление движения пилы при одновременном улучшении результата резания. Другое преимущество этой системы состоит в том, что обзор места пропила, зачастую плохой, играет второстепенную роль, так как точное ведение и без того осуществляется системой.