专利名称：进给速率控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及动力工具。本发明尤其涉及通过动力工具例如刨床的进料量的控制。
背景技术：
动力工具的形式、功能和应用是多种多样的。伴随着流行的自助五金店(do-it-yourself hardware store)近来的发展，普通用户具有的动力工具的数量已经和专业人员具有的数量差不多。不过，不论是谁来操作动力工具，操作者总是期望动力工具生产一个高质量的产品。
因而，有时监视通过动力工具的工件的进给速率是有利的。如果动力工具检测到进给速率太慢或太快，则动力工具可以改变进给速率或向操作者发出警告。过去，动力工具根据用于监视电动机的电流和电压的侵入技术(invasive techniques)来确定进给速率。侵入技术需要和电动机电流线路直接耦连，影响施加于电动机的功率，并增加维修故障的检测元件的困难。
长期以来便需要一种改进的进给速率控制和监视。
发明内容
用于动力工具的进给速率控制系统监视电动机参数例如电动机电流。这种控制系统可以对动力工具的操作者提供反馈，帮助操作者获得一贯高质量的产品。这种进给速率控制系统还可以影响工件的进给速率或电动机的操作，以帮助操作者由动力工具获得一贯高质量的产品。
这种进给速率控制系统可以包括磁场传感器、显示器和控制器。磁场传感器可以不被设置在电动机电流线路中，而位于能够接收由电动机电流线路中的电动机电流建立的磁场的位置。显示器可以提供一个或多个指示，向工具的操作者表示电动机欠电流、电动机电流在正常范围内、或者电动机过电流状态。
所述控制器可以通过传感器输出线路和所述磁场传感器相连。控制器可以测量传感器输出，并响应地输出进给速率控制信号。控制器可以根据动力工具的电流操作模式不同地控制进给速率。例如，在刨床中，控制器可以根据刨床是在“抛光”模式还是处于“尺寸”模式，不同地控制进给速率。
图1表示一种动力工具进给速率控制系统；图2是电流传感器和显示器的示意图；以及图3表示用于监视和控制进给速率的方法。
具体实施例方式
图中所示的元件按照下面更详细说明的方式彼此协同操作。不过，在进行详细解释之前，应当注意，下面的所有的讨论，不管被描述的特定的实施方式，都是示例性的，而不是限制性的。例如，虽然下面的讨论可以针对刨床动力工具进行，但是，控制系统可应用于其它的动力工具。
此外，虽然本说明描述了控制系统的特定的元件，和所述控制系统技术一致的制造方法、制造系统和制造产品可以包括附加的或者不同的元件。例如，控制器可以用微处理器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、分立逻辑或者上述功能的其它类型的电路的组合。下面讨论的指令可以是单个程序、单独的程序的部分，或者被分布在多个存储器或/与处理器上。
在图1中，动力工具进给速率系统100可以包括电流传感器102、显示器104、和控制器106。控制器106可以和存储器108相连。系统100还可以包括操作者控制装置110，电动机驱动电路112和进给电动机114。
传感器102可以是非侵入式传感器。例如，传感器102可以是设置在电动机电流线路103附近但不集成在电动机电流线路103中的磁场传感器。传感器102不干扰流过进给电动机114的电流或施加于进给电动机114的电压。因而，传感器102不会对电动机的操作带来不利影响。
换句话说，传感器102可以和电动机电流线路140分离和/或与电动机电流线路140的直接相互作用隔绝。作为例子，传感器102可以是设置在电动机电流线路140附近的霍尔效应传感器。霍尔效应传感器可以是从Sentron Corporation得到的CSA-1V传感器、可以从Allegro Corporation得到的ACS750xCA-050传感器或其它的传感器。
传感器102可以在传感器输出线路142上提供传感器输出信号。该传感器输出信号可以对流过进给电动机114的电动机电流响应。控制器106可以监视传感器输出信号，并可以应用在下面更详细讨论的进给速率控制技术。
显示器104可以包括一个或多个指示器，例如标号为116、118、120、122、124、126、和128的这些指示器。指示器116-128可以是LED，灯，或其它指示器。指示器116-128可以对工具的操作者提供关于流入进给电动机114的电动机电流的反馈。
在一种实施方式中，指示器116-128可以构成用于提供电动机电流的条形图表示的LED阵列。例如，指示器116-128可以随电动机电流的增加而按照顺序发光。指示器116-128中的一个或几个可以是在视觉上有区别的。例如，指示器116-124可以是绿色的LED，指示器126可以是黄色的LED，指示器128可以是红色的LED。显示器104可以对操作者提供欠电流状态、在范围以内的电流的状态、以及过电流状态的反馈。
存储器108可以存储控制方式标记130和操作方式标记132。此外，存储器还可以存储由控制器106执行的指令。这些指令可以包括用于实现一个或几个电动机控制技术的电动机控制指令。
控制方式标记130可被设置用于建立、指示或表示当前动力工具的控制方式。例如，控制方式标记130可被设置用于指示动力工具是“手动”控制方式或“自动”控制方式。控制方式标记130可以建立其它的控制方式。在其中实现系统100的动力工具之间，或者根据所述动力工具，控制方式可以不同。
在“手动”方式下，控制器106制止对进给电动机114进行控制，或者可以对进给电动机114进行有限的控制。在“自动”方式下，控制器106可以对进给电动机114进行较多的控制。例如，在“手动”方式下，操作者可以独自地负责进给速率的控制。在“自动”方式下，控制器106可以根据当前的动力工具操作方式控制进给速率。
操作方式标记132可被设置用于建立、指示或表示当前的动力工具操作方式。例如在刨床中，操作方式标记132可以指示动力工具处于“尺寸”方式、“抛光”方式或者其它的方式。“尺寸”操作方式可以提供工件的粗切削、第一遍切削、或初切削。“抛光”操作方式可以提供细切削、精细控制的切削、或者在初切削之后其它的最终切削。
电动机控制技术可以根据采用所述技术的特定动力工具被选择。这些技术也可以基于动力工具的控制设置值或基于其它因素。在刨床的情况下，控制器106可以应用根据刨床是处于“抛光”操作方式还是处于“尺寸”操作方式而选择的电动机控制技术。
电动机控制技术可以用存储器108中的指令、子程序、算法或其它程序的序列来实施。如图1所示，存储器可以包括“抛光”电动机控制指令134和“尺寸”电动机控制指令136。其中的每一个将在下面详细说明。
存储器108还可以包括一个或多个电流阈值146。电流阈值146可以确定用于电动机电流的比较点。电流阈值146可以对任何给定的材料、切削深度、进给速率或其它参数在任何给定的操作方式下对任何给定的动力工具确定欠电流、过电流和正常电流的值。
例如，电流阈值146可以对刨床在尺寸方式下加工木制工件时确定过电流值，对刨床在抛光方式下加工木制工件时确定过电流值，或者确定任何其它的阈值。控制器106可以比较传感器的输出和一个或多个电流阈值146。作为响应，控制器106可以对电动机驱动电路112确定进给速率控制信号。
操作者控制装置110可以提供一个或多个按钮、开关、刻度盘或其它控制装置。操作者控制装置110可以包括控制方式开关136和操作方式开关138。控制方式开关136可以使动力工具在“手动”控制方式和“自动”控制方式之间转换。操作方式开关128可以使动力工具在“尺寸”操作方式和“抛光”操作方式之间转换。
控制器106可以和操作者控制装置110相连。控制器106可以监视操作者控制装置110中的每个开关的状态。作为响应，控制器106然后可以设置和操作者控制装置110的设置值一致的控制方式标记130和操作方式标记132。
电动机驱动电路112可以包括用于对进给电动机114提供功率的电路或逻辑。例如，电动机驱动电路112可以包括三端双向可控硅开关、FET或其它开关。电路112可以利用可以是脉宽调制的DC或AC信号控制所述开关，以便控制进给电动机114的功率的数量和最终的电动机速度。
在一种实施方式中，控制器106可以提供DC或AC信号作为进给速率控制信号。例如，通过增加进给速率控制信号的脉宽，控制器106可以对进给电动机114输出更多的功率。进给电动机114因而增加速度以便增加动力工具的进给速率。类似地，控制器106可以减少进给速率控制信号的脉宽，使得减少供给进给电动机114的功率量。进给电动机114可以变慢，因而减少进给速率。
在图2中，示意图200表示传感器102和显示器104的一种实施方式。下面的表1表示可用于表示传感器102和显示器104的一种实施方式的原理图200中的元件。
所示的传感器102使其一个轴线和电动机电流线路140一致被定位。传感器102可以接收由在电动机电流线路140中的电流产生的磁场。传感器输出线路142可以传送一个响应的传感器输出信号。
传感器输出信号可以被处理或被调节以用于随后的电路。例如，运算放大器202可以缓冲或放大和整流传感器输出信号。运算放大器202的输出可由第二运算放大器204滤波。
显示驱动器206可以控制显示器104。如图2所示，显示器包括多个LED。这些LED可被排列在一个直观的条形阵列中，以便容易由工具操作者判读。在一种实施方式中，显示器驱动器206是可以从National Semiconductor得到的点条显示驱动器LM3914。
对于传感器102和显示器104的任何给定的实施方式，表1所示的元件值可被改变。作为一个例子，这些元件值可被这样改变，使得在显示器104中的任何指示器表示任何所需的电动机电流量。作为另一个例子，对于在其中实施这个电路的特定的动力工具，这些元件值可以按照期望的或预定的电动机电流值被选择。此外，虽然图2中所示的实施方式适用于交流信号，其它的实施方案可以使用适用于响应直流信号的电路。
在图3中，流程图300表示可以由系统100进行的操作。控制器106例如通过读出控制方式标记130可以确定控制方式(操作302)。控制方式标记130可以表示动力工具是处于“手动”方式还是处于“自动”方式或者处于其它方式。当前控制方式可以影响系统100的操作，如下面更详细地说明的。
系统100可以在显示器104上显示传感器的输出(操作304)。例如，显示器104可以提供欠电流、过电流和在范围内的电流的指示。如果动力工具处于手动方式，控制器106则可以制止进行进给速率控制。相反，例如，动力工具可以继续监视控制方式标记130，并显示电动机电流指示(操作306)。然后，动力工具的操作者可以借助于由显示器104提供的反馈手动地控制进给速率。
例如，当系统100处于“自动”方式时，系统100可以对进给速率进行控制。为此，系统100可以测量传感器信号(操作308)。例如，控制器106可以数字化传感器102的输出，或者分立电路可以放大、滤波或者调节传感器信号。根据工具参数设置值，进给速率控制技术可以不同。在刨床中，例如，在切削方式例如在“抛光”方式或“尺寸”方式之间，参数设置值可以不同。
因而，控制器106确定切削方式(操作310)。在“抛光”方式下，控制器106可以通过操作312，314和316应用图3所示的进给速率控制技术。在“尺寸”方式下，控制器106可以通过操作318，320，322，324和326应用图3所示的进给速率控制技术。
在应用进给速率控制技术时，控制电路可以比较电动机特性和阈值。电动机特性可以包括电动机电流、电动机速度或其它电动机特性。例如，控制电路可以比较测量的传感器信号308和电流阈值146。
在“抛光”方式下，系统100可以确定对于高质量的抛光切削，进给速率是否太大。例如，控制电路可以比较测量的传感器输出和一个或多个对于“抛光”方式切削建立的电流阈值146。如果控制电路确定电动机电流太大(操作312)，则控制电路可以停止电动机(操作314)。否则，控制器106可以维持电动机速度(操作316)。
在“尺寸”方式下，系统100可以确定进给速率是否在适用于尺寸切削的范围(操作318)。如果是，则控制电路106可以保持电动机速度(操作320)。否则，控制电路可以确定进给速率是否太低(操作322)。
如果是，则控制电路可以增加进给速率(操作324)。可以通过对进给电动机114提供附加的功率来增加进给速率，例如通过延长脉宽调制的控制信号的占空比。如果进给速率太高，则控制电路可以减少进给速率(操作326)。可以通过减少对进给电动机114提供的功率来减少进给速率，例如通过减少脉宽调制的控制信号的占空比。
虽然已经说明了本发明的不同实施例，但是在本发明的范围内，许多更多的实施例和实施方式是可能的。例如，控制器和/或存储器可以被响应操作者控制装置110的并且可以按照上述实现自动电动机控制的分立电路或逻辑代替。作为另一个例子，控制器106可以控制显示器104。所述显示器可以是单个的LED，可以是能够显示动力工具的其它信息的LCD，或者可以用其它的方式来实施。因而，除去按照所附的权利要求及其等效物之外，本发明不受限制。
权利要求
1.一种进给速率控制系统，包括磁场传感器，其不位于电动机电流线路中，而位于接收由电动机电流线路中的电动机电流建立的磁场的位置；控制器，其通过传感器输出线路和所述磁场传感器耦连；存储器，其和所述控制器耦连，所述存储器包括控制方式标记，用于对动力工具建立手动方式或自动方式；以及由所述控制器执行的指令，包括用于确定传感器输出线路上的传感器输出的指令；以及用于当所述控制方式标记表示自动方式时，根据所述传感器输出自动地输出进给速率控制信号的指令；和响应所述传感器输出的显示器。
2.如权利要求1所述的进给速率控制系统，还包括切削类型标记，用于表示第一切削类型或第二切削类型；以及其中用于自动地输出进给速率控制信号的指令包括第一指令，用于当所述切削类型标记建立第一切削类型时自动地输出进给速率控制信号；和第二指令，用于当切削类型标记建立第二切削类型时自动地输出进给速率控制信号。
3.如权利要求2所述的进给速率控制系统，其中至少一个切削类型包括“尺寸”切削类型或“抛光”切削类型。
4.如权利要求2所述的进给速率控制系统，其中所述第一切削类型是“尺寸”切削类型，所述第二切削类型是“抛光”切削类型。
5.如权利要求2所述的进给速率控制系统，其中所述第一指令包括用于选择地保持进给速率、增加进给速率和减少进给速率的指令，其中第二指令包括用于选择地保持进给速率，和停止与电动机电流线路耦连的切削电动机的指令。
6.如权利要求4所述的进给速率控制系统，其中所述第一指令包括用于选择地保持进给速率、增加进给速率和减少进给速率的指令。
7.如权利要求6所述的进给速率控制系统，其中所述第二指令包括用于选择地保持进给速率，和停止与电动机电流线路耦连的切削电动机的指令。
8.如权利要求1所述的进给速率控制系统，其中所述磁场传感器是霍尔效应传感器。
9.一种进给速率控制系统，包括非侵入式电动机电流传感器，其具有电动机电流传感器输出；响应在所述电动机电流传感器输出上的信号的显示器；以及和所述电流传感器耦连的控制电路，所述控制电路可以操作用于确定操作方式和应用根据所述操作方式选择的多个进给速率控制技术之一。
10.如权利要求9所述的进给速率控制系统，还包括存储器，用于存储表示第一工具方式或第二工具方式的操作方式标记；根据所述操作方式标记从多个进给速率控制技术中进行选择的第一指令；以及用于建立多个进给速率控制技术的第二指令；并且其中所述控制电路包括和所述存储器以及所述电动机电流传感器输出耦连的控制器，用于执行所述第一指令和选择的第二指令。
11.如权利要求9所述的进给速率控制系统，其中所述显示器包括发光二极管阵列，包括欠电流指示器、在范围内指示器、和过电流指示器。
12.如权利要求9所述的进给速率控制系统，其中所述多个进给速率控制技术包括第一切削类型控制技术和第二切削类型控制技术。
13.如权利要求9所述的进给速率控制系统，其中所述多个进给速率控制技术中的至少一个包括“抛光”控制技术。
14.如权利要求9所述的进给速率控制系统，其中所述多个进给速率控制技术中的至少一个包括“尺寸”控制技术。
15.如权利要求9所述的进给速率控制系统，还包括和所述控制电路耦连的进给速率控制信号输出。
16.如权利要求15所述的进给速率控制系统，其中所述进给速率控制信号输出包括刨床进给速率控制信号输出。
17.一种控制系统，包括不位于电动机电流线路中的电动机电流传感器；进给速率显示器，其响应所述电流传感器，并包括在范围内指示器和过电流指示器；以及和所述电流传感器耦连的控制电路，所述控制电路可以操作用于根据所述电动机电流传感器输出的信号输出进给速率控制信号。
18.如权利要求17所述的控制系统，其中所述进给速率控制信号是刨床进给速率控制信号。
19.如权利要求17所述的控制系统，其中所述电动机电流传感器是磁场传感器。
20.如权利要求17所述的控制系统，其中所述电动机电流传感器是霍尔效应传感器。
21.如权利要求17所述的控制系统，其中所述控制电路还可以操作用于在多个用于输出进给速率控制信号的控制技术之间进行选择。
22.如权利要求21所述的控制系统，其中所述控制电路可以操作用于根据切削方式进行选择。
23.如权利要求22所述的控制系统，其中所述切削方式是刨床“抛光”方式。
24.如权利要求22所述的控制系统，其中所述切削方式是刨床“尺寸”方式。
全文摘要
本发明涉及一种进给速率控制系统，所述系统可以向动力工具的操作者提供反馈，其可以帮助操作者获得一贯高质量的输出。这种进给速率控制系统还可以自动地输出进给速率控制信号，所述进给速率控制信号选择地受动力工具的操作方式的影响。在刨床中，这种进给速率控制系统根据刨床是处于“抛光”方式或者处于“尺寸”方式，可以执行不同地控制技术。
文档编号B23Q15/013GK1754652SQ20051009398
公开日2006年4月5日 申请日期2005年9月1日 优先权日2004年9月29日
发明者菲利普·F·米纳尔格, 戴维·佩奥特 申请人:创科实业有限公司