测量设备、斜切组件及使工具的光学测量装置归零的方法与流程

各种实施方式涉及测量工件，并且更具体地，涉及具有光学测量装置的动力工具。

背景技术：

当使用动力工具时，通常测量工件并在期望位置处对工件进行标记。当确定在何处将动力工具应用于工件时，动力工具的操作者可以参考所施加的标记。过程常常是麻烦的，需要操作者保持工件，相对于工件操纵测量装置，并在期望位置对工件进行标记。更糟的是，通常在将动力工具应用于期望位置之前至少进行两次测量以确保准确地完成测量和标记过程。虽然这样的测量技术减少误差的可能性，但这样的测量技术还增加了执行操作所需的时间。这样的测量技术还使用户承受麻烦的实践，对于每个测量至少进行两次。因此，很多人发现当前测量技术是耗时的、易出错的、且麻烦的。

通过比较该系统与本申请的其余部分中所阐述的实施方式的方面，常规和传统设备的限制和缺点对本领域技术人员而言将是明显的。

技术实现要素：

在附图的至少一个图中示出和/或结合附图中至少一个图描述与这样的光学测量技术结合的光学测量技术和设备，并在权利要求中进行更完整的阐述。

本发明提供了一种测量设备，其包括：工具，应用于工件；光学测量装置，位于所述工具的进给路径中，所述光学测量装置被构造成当所述工件朝向所述工具经过所述进给路径时生成表示所述工件的位移的多个位移测量值；以及控制器，被构造为基于所述多个位移测量值生成所述工件的测量值。

本发明还提供了一种斜切组件，包括：斜底座，具有围栏，工件抵靠所述围栏而放置；锯，耦接至所述斜底座；光学位移传感器，被构造为当所述工件朝向所述锯经过所述围栏时生成表示所述工件的位移的多个位移测量值；以及控制器，被构造为基于所述多个位移测量值生成所述工件的测量值。

本发明还提供了一种使工具的光学测量装置归零的方法，包括：将工件沿着进给路径移动到所述工具的位置；将所述工具应用于所述工件以获得表示所述工具的宽度的具有近边缘和远边缘的标记；将所述工件沿着所述进给路径移动远离所述工具；当所述工件移动远离所述工具时，利用沿着所述进给路径定位的位移传感器测量所述工件行进的距离；以及利用沿着所述进给路径定位的光学传感器检测所述标记的所述远边缘并记录所行进的相关距离作为零值。

从下列描述和附图中将能更充分地理解本发明的优点、方面与新的特征及其所示出实施方式的细节。

附图说明

为了清楚说明的目的，图中示出的示例性元件不需要按比例绘制。在这方面，例如，一些元件的尺寸可以相对于其他元件放大以使其清楚。此外，在认为适当的地方，参考标记可在附图中重复以表示对应的或类似的元件。

图1至图3提供了根据一个实施方式的动力工具的立体图。

图4提供了在图1至图3中示出的动力工具的控制系统的框图。

图5提供了由图4的控制系统实现的示例性归零过程的流程图。

图6提供了图4的控制系统的示例性操作的流程图。

具体实施方式

本发明的方面总体上涉及光学测量装置并且更具体地涉及包括光学测量装置的动力工具。以下描述集中于具有用于切割工件的刀片的斜切锯形式的动力工具的实施方式。然而，所公开的测量装置的各个方面可适用于宽范围的动力工具，诸如，包括刀片、钻头或者应用于工件的其他工具的圆锯、台锯、线锯、竖锯、钻床、刳刨机(router)、刳刨机台、刨床、磨具等。

如以下更详细地阐述，光学测量装置可以去除用于一些应用的传统测量和标记过程。例如，光学测量装置可以允许操作者将工件直接移动至相对于待应用于工件的工具(例如，切割片、钻头等)的期望位置。为此，光学测量装置可以定位在工具(例如，集成到工具的板、围栏、壳体等中)的进给路径中使得光学测量装置可以随着工件在进给路径中行进并经过光学测量装置时测量工件。可以经由动力工具的集成显示器或者远离动力工具的显示器可视地显示相对于所应用的工具的行进距离。在操作者基于所显示的测量确定工具定位在工件的期望位置之后，操作者可以将工件保持在位并在期望位置处将工具应用于工件。

在图1至图3中示出了包括光学测量装置的动力工具的一个实施方式。具体地，图1至图3将动力工具描绘为具有光学测量装置20的斜切锯组件10。如上所述，测量装置20可以适用于范围广泛的不同的工具。在这样的实施方式中，测量装置20可以符合所附权利要求的方式集成到其他工具的板、围栏、壳体、底座等中。

如所示出的，斜切锯组件10可以包括耦接至斜底座100的圆锯200。圆锯200可以包括圆刀片218、电机204以及电源206。电机204能操作以使圆刀片218旋转。电源206能操作以将电力提供至电机204。

斜底座100可以包括底座120和支撑臂102。支撑臂102可包括竖直枢转件104、斜枢转件106(例如，如果斜切锯组件10是复合式斜切锯)以及水平枢转件108。在一些实施方式中，诸如，如果斜切锯组件10是滑动复合式斜切锯，则支撑臂102可包括滑动轨道(未示出)使得圆锯200当处于切割位置时可以被推向斜底座100的后部和/或被拉向斜底座100的前部。竖直枢转件104可以允许支撑臂102和附接的圆锯200向下枢转到切割位置以及从切割位置向上枢转。斜枢转件106可以允许支撑臂102和附接的圆锯200侧向倾斜以提供斜切切割。水平枢转件108可以允许支撑臂102和附接的圆锯200水平地旋转以提供成角度的切割。

底座120可包括刀片接收斜台118、把手122以及围栏124。可以抓住把手122以运输斜切锯组件10。刀片接收斜台118可以操作成当圆锯200竖直向下枢转至切割位置时接收圆锯200的切割片218。在一些实施方式中，诸如，如果斜切锯组件10是滑动复合式斜切锯，则圆锯200的刀片218可以在处于切割位置中时在刀片接收斜台118内被推向斜底座100的后部和/或在刀片接收斜台118内被拉向斜底座100的前部。当圆锯200水平地旋转以改变切割的角度时，刀片接收斜台118可以操作成与支撑臂102同步地围绕水平枢转件108水平地旋转。

当工件被保持抵靠围栏124时，围栏124可操作成在刀片218的平面与工件边缘的平面之间提供精确的切割角度。围栏124相对于圆锯200的刀片218的默认角度可以是九十度。可以通过例如围绕水平枢转件108水平地旋转与耦接臂耦接的圆锯200来调节围栏124相对于刀片218的角度。

圆锯200可包括把手202、电机204、电源206、底脚(foot)208、灰尘端口210、刀片防护杆212、壳体214、刀片防护部216以及刀片218。操作者可以抓住把手202以操作圆锯200并如由支撑臂102引导那样操纵圆锯200。把手202可以包括抓握部，诸如，橡胶、凹槽或任何合适的材料或纹理。把手202可以包括用于致动圆锯200的按钮、触发器等。电机204可以由电源206供电并在被致动时可以操作成使刀片218旋转。电源206可以是交流(ac)电源(例如，通过来自与墙装插座配合的插头的电线)、直流(dc)电源(例如，电池)或任何合适的电源。

底脚208可操作成搁置在被切割的表面上。具体地，当圆锯200向下枢转到切割位置中时，底脚208通常可以与被切割的表面平行。在一些实施方式中，底脚208可以自动调节以在圆锯200通过斜枢转件106侧向倾斜时保持总体与被切割的表面平行。底脚208可移动以调节切割的深度。灰尘端口210可从壳体214延伸并可操作成排放在锯切操作过程中形成的灰尘。集尘袋(未示出)可以附接至灰尘端口210以收集通过灰尘端口排放的灰尘。

刀片218可包括通过电机204旋转以切割工件的圆刀片。在某些实施方式中，不同的刀片218可以用于切割不同的工件材料，诸如，木头、塑料、金属或者任意合适的材料。不同的刀片218可包括各种尺寸的齿以及基于应用的配置。刀片218可以是金属的，诸如，钢、钛或任意合适的材料。刀片218可移动并可用其他圆刀片更换。此外，例如，如果工件材料改变或者如果刀片磨损，则可以移除和更换刀片218。

斜切锯组件10可包括光学测量装置20，该光学测量装置辅助操作者定位工件使得刀片218在期望位置处切割工件。为此，斜切锯组件10可以包括如图4所示的控制系统18。控制系统18可以包括控制器22，该控制器耦接至位于斜切锯组件的进给路径中的一个或多个测量装置20。具体地，测量装置20可以被集成、安装或以另外的方式与斜切锯组件10的围栏124相关联。具体地，测量装置20可以被定位成使得当工件经过围栏124时测量装置20与工件的表面21相互作用。在其他实施方式中，测量装置20可以位于组件10的底座100中，使得当工件经过底座100时测量装置20与工件的底表面相互作用。测量装置20可以在刀片218的任一侧上定位在围栏124上。此外，测量装置20可以在围栏124上方或越过底座100以阵列方式定位。在其他实施方式中，可通过允许以适合具体工件的方式重新定位测量装置20的方式安装测量装置20。

多个测量装置20可以提供余度(redundancy)以通过同时或同步在多个位置测量工件确保所获得的测量值的准确度，并将所获得的测量值进行比较以确保在测量过程期间合适的连续性。还可以基于操作者的偏好放置测量装置20。例如，动力工具的操作者可能更喜好将工件从左侧或者从右侧进给至刀片218，在这样的情况下，测量装置20可以仅定位在刀片218的喜好侧上。

控制器22可包括微控制器(其包括微处理器)、存储器以及用于与各种输入/输出(i/o)装置交互的输入输出端口。通常，微处理器可以执行存储在存储器中的控制程序的指令以便经由从测量装置20接收的信号获得测量并控制斜切锯组件10的操作。下面关于图5和图6的流程图呈现了这样的控制操作的又一示例性细节。

如示出的，控制器22可以耦接至测量装置20、显示器24、归零按钮26、电源开关28、扬声器30、状态led32以及操作传感器34。当电源开关28处于接通位置时，电池36或其他电源(诸如，电源206)可以为控制系统18的部件提供电力。尽管图4描绘了耦接至各种i/o装置的控制器22，但控制器22可以耦接至广泛地多种附加的或可替换的i/o装置，诸如，触摸面板、按钮、刻度盘、开关、数字读出显示器、发光二极管(led)显示器、液晶显示器(lcd)、led、灯、加速计等，以便监控斜切锯组件10的操作并适当地与斜切锯组件10的操作者交互。

显示器24可以呈现经由测量装置20获得的测量值。扬声器30可通过可听音或口语词的形式提供声音反馈(诸如，消息或警告)。状态led32可以呈现关于斜切锯组件10的操作状态的视觉反馈。例如，状态led32可以包括发光以指示是否对测量装置20供电的led以及发光以指示在生成工件的测量值时是否出现误差的led。

在一些实施方式中，控制器22可以经由显示器24和/或状态led32呈现相对于测量装置20所检测的行进方向，例如，工件的左侧或右侧。控制器22可以进一步记录并呈现工件被切割时对工件的测量值。控制器22可以响应于检测切割工件的锯200而记录测量值。这样的检测可直接基于感测锯200的把手202中的按钮、开关等的致动。还可以通过操作传感器34(诸如，加速计或能够感测锯200的操作的其他传感器)间接实现这样的检测。所记录的和所呈现的测量值可以引导锯200的操作者在切割中将另一工件切割成相同的长度。

测量装置20中的每一个可以包括光学位移传感器40和光学接近传感器60，光学位移传感器和光学接近传感器可以协作以提供工件的测量值，使得可以在工件的期望位置应用工具。位移传感器40可以包括光源42(诸如，发光二极管(led))以及图像传感器44(诸如，cmos图像传感器)、透镜46、48以及控制器50。透镜46可被构造为朝向工件的表面引导来自光源42的光使得指向光以某一角度击中工件。透镜48可被构造为将从工件的表面反射的光聚焦到图像传感器44的像素阵列45。以一角度对工件的表面的照射可以有助于增大工件的表面上的细小纹理的对比并且因此增大由图像传感器44获取的图像的对比。在一个实施方式中，像素阵列45包括18个像素×18个像素的阵列的324个像素。

图像传感器40的控制器50可以比较由像素阵列45获取的连续图像以便检测与工件的移动相关联的连续图像之间的位移或偏移。在一些实施方式中，图像传感器40每1500分之一秒刷新并提供新的图像数据。为了减少计算的复杂性，控制器50可以基于取自图像中心的基准窗口(例如，5个像素×5个像素的窗口)比较连续图像。控制器340可以扫描先前获取的图像以识别为基准窗口提供最佳匹配的窗口(例如，5个像素×5个像素的窗口)。一旦控制器50识别最佳匹配窗口，控制器50就可以相对于基准窗口生成表示所识别的窗口的位移的输出。由于这样的位移是工件移动的结果，因此所产生的输出表示工件在图像更新之间行进的位移或距离。

如上所述，测量装置20还可以包括近程传感器60。在一些实施方式中，可通过与位移传感器40类似的方式实现近程传感器60。然而，在一些实施方式中，近程传感器60可以使用可能不太昂贵的不同的实现方式。具体地，近程传感器60可包括光源62，诸如，红外辐射源和光检测器64。近程传感器60的控制逻辑64可以基于由于光源350发出的红外光是否反射离开工件的表面而是否接收这样发出的光的光检测器64的转换来检测工件的边缘。控制器22可以利用由近程传感器60提供的边缘检测和由位移传感器50提供的位移测量的组合在工件朝刀片216进给时监控和报告工件的长度。

在一些实施方式中，测量装置20被校准以说明测量装置20与刀片218之间的距离。此外，校准可以说明不同的刀片218的切割宽度或切口的差异。可通过多种不同的方式实现校准或归零过程。

现在参考图5，示出了这样的归零过程400的一个实施方式的流程图。通常，归零过程400为测量装置22提供从测量装置22到锯条218的背离测量装置22的远离面的距离。这样的距离说明刀片218的切口，由此允许对与锯200一起使用的不同的刀片的校准。

在405中，致动斜切组件100的归零模式。例如，斜切组件100的用户可以通过按压或者按压并保持控制板26的归零按钮来致动归零模式。在410中，工具或刀片218应用于废料工件以便通过致使废料工件具有反映工具宽度的近边缘和远边缘的方式标记工件。例如，刀片218可以朝向工件的一端部分地切割(例如，切穿工件的一半)以获得反映刀片218的切口的标记。在415中，废料工件反向进给，远离刀片218并越过测量装置22。响应于越过测量装置22进给废料工件，在420中，当废料工件远离刀片218行进时，测量装置22的位移传感器24可以追踪废料工件的位移。在425中，测量装置22的近程传感器26可以确定是否已检测到部分切割的第一边缘。如果没有检测到第一边缘，则在420中，当工件远离刀片218行进时，位移传感器24可以继续追踪工件的位移。如果检测到第一边缘，则在430中，测量装置22可以记录工件至部分切割的第一边缘的位移作为第一零值z1。部分切割的第一边缘对应于刀片218的接近面。这样，第一零值z1对应于测量装置22与刀片218的接近面之间的距离。

在440中，当废料工件远离刀片218行进时，位移传感器24可以继续追踪废料工件的位移。在445中，近程传感器26可以确定是否已检测到部分切割的第二边缘。如果还没检测到第二边缘，则在440中，当工件远离刀片218行进时，位移传感器24可以继续追踪工件的位移。如果检测到第二边缘，则在450中，测量装置22可以记录工件至部分切割的第二边缘的位移作为第二零值z2。部分切割的第二边缘对应于刀片218的远离面。这样，第二零值z2对应于测量装置22与刀片218的远离面之间的距离。

以这种方式，斜切组件100可以获得测量装置22与刀片的接近面之间的距离，即，距离z1。相似地，斜切组件100可以获得测量装置22与刀片的远离面之间的距离，即，距离z2。此外，可以通过从到部分切割的远边缘的距离z2减去到近边缘的距离z1获得刀片218的切割或切口的宽度。此外，测量装置22可以利用零值z1、z2调节工件的测量读数以说明测量装置22与刀片218的相应切割面之间的偏移。

归零过程400的一个替代方案是使斜切组件100从工厂归零作为从测量装置22到刀片的近侧的距离。用户然后可以经由控制板26手动输入刀片218的宽度，刀片218的部件号、或者从测量装置22可以确定刀片218的宽度的一些其他的识别信息。

对于另一替代方案，斜切锯200可以被构造成使得锯刀片心轴的面在与测量装置22相对或远离测量装置的一侧上。在这样的构造中，刀片218的宽度不会影响刀片218的远侧的位置，但刀片218的近侧的位置将会基于叶宽而变化。

用于使测量归零的另一方法是基于在切割之后工件已归零的事实。在操作者在特定工件上进行第一切割之后，如果在切割之后没有从与围栏124的齐平接触中移除剩余的工件，则控制器22可以认识到已发生切割并且可以使工件的一端重新归零停止(re-zerooff)。现在工件可以被再次进给。

在一个实施方式中，围栏124与锯200的竖直枢转轴线相交。因此，当调节斜切角时，从测量装置20到刀片218的相应面的距离不会改变。然而，对于距离由于调节切割的角度而可以改变的实施方式，可以保证重新执行归零过程以确保适当的测量。为此，控制系统18可以包括可检测斜切角的变化的其他传感器。控制系统18然后可以经由显示器24和/或状态led34警告操作者可保证执行归零过程。

现在参考图6，示出了描绘通过斜切组件10的控制器22实现的控制过程的流程图。在505中，控制器22可以基于从一个或多个测量装置20的近程传感器60接收的检测信号确定是否已检测到工件的边缘。如果还没有检测到边缘，则在505中，控制器22可以继续监控所检测的边缘。在510中，控制器22可以从一个或多个测量装置20的位移传感器40中接收位移测量值δm。

在515中，控制器22可以识别和忽视可能错误的位移测量值δm。多个位移传感器40可以通过添加余度并允许控制器22比较多个读数的方式来确保准确的且一致的读数。多个位移传感器40还可以确保获得各个高度/形状的工件的精确测量。例如，在单个位移传感器实施方式中，在工件不足够宽或足够高以不能到到具有位移传感器40的位置的情况下可能出现错误读数。另外，在一些实施方式中，由于进给工件是手动过程，所以操作者可通过在测量阶段的过程中一个或多个位移传感器40可以脱离工件并产生错误读数的方式枢转工件或使工件“摆动(seesaw，像跷跷板一样运动)”。多个位移传感器40还可以解决工件不规则性，诸如木材结点、缺陷、粉尘等，其可妨碍单个位移传感器40准确地获得测量读数。

在515中，控制器22可以利用各种技术来识别错误的位移测量值δm。例如，如果位移测量值δm不在某一百分比内或者在从其他位移传感器40接收的位移测量值δm的范围内，则控制器22可以确定位移测量值δm是错误的。此外，如果位移测量值δm不在某一百分比之内或者从位移传感器40接收的先前的位移测量值δm的范围内，则控制器22可以确定来自相同位移传感器40的位移测量值δm是错误的。

在520中，控制器22可以确定是否已忽视所有的位移测量值δm。如果所有的位移测都已忽视，则在525中，控制器22可以使显示器24、扬声器30和/或一个或多个状态led32呈现出错消息或者警告斜切锯组件的操作者。然而，如果控制器22确定并非已忽视所有的位移测，则在530中，控制器22可以基于所获得的位移测量值δm更新原始测量值rm。在一个实施方式中，控制器22可以求所保留的位移测量值δm的平均值以获得平均位移测量值δαm。控制器22然后可以将平均位移测量值δαm添加到原始测量值rm以获得更新的原始测量值rm。

在535中，控制器22然后可以调节原始测量值以说明近程传感器60与刀片218的相应面之间的距离。为此，控制器22可以基于所接收的位移测量值δm确定工件的前进方向(例如，从左边到右边的进给，或者从右边到左边的进给)。近程传感器60可以定位在刀片218的右边。在这样的实施方式中，如果工件从右向左进给到刀片218，则在到达刀片218之前，工件经过近程传感器60。这样，控制器22可以确定刀片218的远离面是用于测量目的的相应面。因此，控制器22可以通过从原始测量值rm减去距离z2(其对应于从近程传感器60到刀片218的远离面的距离)获得工件的距离测量值d。相反地，如果工件从左向右进给到刀片218，则在到达近程传感器60之前，工件经过刀片218。这样，控制器22可以确定刀片218的接近面是用于测量目的的相应面。因此，控制器22可以通过从原始测量值rm减去距离z1(其对应于从近程传感器60到刀片218的接近面的距离)获得工件的距离测量值d。

在540中，控制器22可以更新显示器24以呈现所获得的距离测量值d。在550中，控制器22可以确定动力工具是否已致动。如上所述，控制器22可以基于锯200的把手202中的触发器或按钮是否被致动而做出这样的判定。在其他实施方式中，控制器22可以基于从操作传感器34接收的信号做出这样的判定。如果动力工具没有被致动，则控制器22返回至510以便接收用于进一步更新距离测量值d的进一步位移测量值δm。然而，如果动力工具已被致动，则在560中，控制器22在返回至510之前重置原始测量值pm以便接收新距离测量值d的位移测量值δm。

虽然已经参照某些实施方式描述了本发明，但本领域内的技术人员将理解到，可在不背离本发明范围的前提下做出各种改变，并且可用等同物进行替换。此外，可在不背离本发明范围的前提下做出许多修改，以使特殊的解决方案或材料适应本发明的教导。因此，本发明旨在不限于所公开的具体实施方式，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施方式。