CN103722596A - 用于电动工具的检测系统和方法及相应的电动工具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于电动工具的检测系统和方法以及相应的电动工具。该检测系统包括：金属触部，其在所述电动工具工作时与所述电动工具周围的导体形成电容器；检测模块，其与所述金属触部耦合以检测该电容器的电容并输出表征该电容的信号；以及指示模块，其与所述检测模块耦合并基于所述信号指示所述电容变化。该检测系统可检测到电动工具操作对象中金属件的存在，从而避免了电动工具在工作过程中被损坏。

Description

用于电动工具的检测系统和方法及相应的电动工具

技术领域

本发明涉及电动工具（本发明是否可以扩展到其它的电动工具，如电锯，电钻），更具体地，涉及检测电动工具操作对象中金属物的技术。 

背景技术

通常使用电刨对木材进行刨削加工。原始木材一般不会有金属或其他硬度大于木头的物体，因此加工原始木材时，电刨一般不会受到这类物体的阻碍。但是在对已经使用过的木材进行加工时，留在木材中的钉子等金属件或者硬度大于木头的物体极有可能碰触到运行中的电刨。在这种情况下，或者电刨被刮擦后继续工作，或者电刨受到损伤停止工作，还有可能电刨在金属件的作用下而发生反弹从而伤到电刨操作人员。

实际上，除了电刨，例如电锯、电钻等其它电动工具也有可能遇到类似情况。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种用于电动工具的检测系统，可使工作中的电动工具检测到操作对象中的金属件或其他硬度大于木头的物体。该系统检测系统包括金属触部，其在所述电动工具工作时与所述电动工具周围的导体形成电容器；检测模块，其与所述金属触部耦合以检测该电容器的电容并输出表征该电容的信号；以及指示模块，其与所述检测模块耦合并基于所述信号指示所述电容变化。

优选地，该检测系统还包括与所述指示模块耦合并存储预设值的存储模块，所述指示模块在该信号表征的电容的变化程度大于该预设值时产生预警信号。

优选地，该检测系统中，还还包括与所述检测模块耦合的基准值获取控制键，用于触发所述检测模块以获取用于确定所述变化程度的参考基准。

根据本发明的示例，所述指示模块包括显示器、蜂鸣器和LED指示灯中的任一种或多种组合。

根据本发明的示例，所述金属触部为所述电动工具与被操作对象的接触时的金属触部。

本发明还提供一种包括如上所述的检测系统的电动工具。该电动工具可以为刨机。

本发明还提供一种用在电动工具中的检测方法。该方法包括在所述电动工具工作时，产生表征所述电动工具的金属触部与该电动工具周围的导体形成的电容器的电容的信号；以及基于该信号，指示所述电容器的电容变化。

优选地，所述方法中，指示所述电容器的电容变化包括在所述信号表征的电容的变化程度大于预设值时产生预警信号。

优选地，所述方法中，在所述电动工具工作时，获取用于确定所述变化程度的参考基准。

本发明所述的检测系统用于例如刨机等电动工具时，可检测到电动工具操作对象中是否存在金属件。

附图说明

图1是根据本发明一个示例的检测系统的结构示意图。

图2是刨机本体的一个示例性示意图。

图3是根据本发明另一个示例的检测系统的结构示意图。。

图4是用在刨机中的根据本发明所述的检测系统的一个示例性的具体电路结构。

图5是根据本发明的一种用在电动工具中的检测方法流程示意图。

具体实施方式

现在参照附图描述本发明的示意性示例，相同的附图标号表示相同的元件。下文描述的各实施例有助于本领域技术人员透彻理解本发明，且意在示例而非限制。图中各元件、部件、模块、装置及设备本体的图示仅示意性表明存在这些元件、部件、模块、装置及设备本体同时亦表明它们之间的相对关系，并非限定它们的具体形状。

图1是根据本发明所述的检测系统的结构示意图。该检测系统可应用例如刨机、电锯等电动工具等，在本文以下的实施方式中，将以其应用在刨机中为例进行说明。所述的检测系统包括金属触部10、检测模块12和指示模块14。金属触部10在刨机工作时与该刨机的操作对象接触。在此“操作对象”指的是利用刨机进行刨削的对象，例如木头，相应地，对电动工具而言，“操作对象”指的是操作人员利用电动工具进行加工的对象。检测模块12与金属触部10耦合以检测由该金属触部10作为极板之一的电容器9的电容，输出能够表征该电容变化的信号。指示模块14与检测模块12耦合，将该电容变化指示给操作人员。

作为示例，该检测系统中，金属触部10可以是刨机本体（参见图2，未标号）中与被刨对象接触的金属板100。检测模块12和指示模块14可以全部或部分设置在刨机的本体，也可均不设置在刨机本体，这视具体应用而定。图2是刨机本体的一个示例性图示，作为底面的金属板100在刨机通电工作时，即与周围环境中的导体形成电容器，该周围环境中的导体例如是大地、用来放置被刨削对象的操作台、操作人员等。替代地，该示例中的金属触部10也可以是另外设置在刨机本体的金属体而非已有的与被刨对象接触的金属板100，优选地，该另外设置的金属体设置在该刨机的最早面对被刨对象的地方，以较早感测到被刨削对象中的金属件。此外，在本发明的所有示例中，刨削对象非限制性地为木材。

在刨机本体对木材进行刨削工作的过程中，如果木材中有金属件，则在该刨机的金属板100的边沿开始接触到或覆盖到木材中的金属件时，由该金属板100作为电容极板之一的电容器9的电容发生变化。可以理解到，随着刨机的继续行进，电容器9的电容变化变大，理论上，该金属件在金属板100的中间部位时电容器的电容变化达到最大。

与金属板100耦合的检测模块12检测电容，并根据检测生成一系列信号，该信号的频率与电容相关联，由此电容的变化会体现在检测模块12输出信号的频率上，或者说，检测模块12输出的信号的频率可表征电容，频率的变化可表征电容的变化。指示模块14接收到检测模块12的检测信号，则将该变化指示给刨机操作人员，以便其可根据该电容变化判断木材中是否有金属件。本申请中，“指示”指的是以某种形式将检测结果呈现给刨机操作人员。由此指示模块14可以是显示器，其可以将该变化显示出来，并可设置成在电容基本平稳的情况下正常显示，而在电容发生变化的情况下高亮显示或异于常规显示的方式显示；也可以是LED灯，该LED灯可被设置成在电容基本平稳的情况下不闪烁但在电容发生变化时闪烁；还可以是蜂鸣器，在电容发生变化时产生蜂鸣；或者是LED灯、显示器和蜂鸣器的任意结合。此外，根据应用情况，在某些实施例中，指示模块14还包括除了进行指示的如LED灯、显示器、蜂鸣器等部件以外的其他部件，下文将有示例。

参考图1，检测模块12可以是555电路，其可以是市售的555集成电路块或集成电路芯片。除了555电路，检测模块12还可以是任何可以与所述电容器相结合并形成表征电容变化的电路结构，例如振荡电路。

图3是根据本发明的检测系统的又一个示例。与图1所示的检测系统相比，本检测系统还包括存储模块16，指示模块14示例但不排他地包括显示器、蜂鸣器或LED灯、或它们的任意组合。存储模块16存储预设值。指示模块14在检测模块12输出信号的频率的变化程度（其表征电容的变化程度）大于该预设值时产生预警信号，即显示器以高亮显示或异于常规显示的方式显示、蜂鸣器蜂鸣、或LED灯闪烁、或蜂鸣器蜂鸣且LED灯闪烁以加强预警信号（这出现在指示模块14包括蜂鸣器和LED灯两者的情况下）。

预设值的设置使指示模块14在某些电介质虽然改变但不会对刨机造成损害的情况下，不发出预警信号，从而不对操作人员造成影响。这些情况例如是被刨削的木质从非常紧密变得疏松，尽管其介电常数变化，由此电容发生了变化，但该变化程度较小不会达到预设值以上。预设值的设置例如可由用户手动设置到存储模块16中。可以理解，在此的所有示例中，预设值为频率值。

采用如上所述的检测系统，刨机工作过程中，会将表征电容的信号指示给操作人员，以便操作人员注意到电容的变化。尤其采用图3所示的检测系统时，如果木材中有金属件，检测系统会发出诸如蜂鸣和/或闪烁的预警信号，以更为明确地警示操作人员木材中可能有金属件，促使其判断刨削操作是否要继续。这与常规刨机的操作过程，操作人员无从得知木材内是否有金属的情况相比，可有效地警示操作人员从而避免刨机碰触金属及因此造成的损坏。

可选地，图3所示的系统还可包括基准值获取控制键18，其与检测模块12耦合。基准值获取控制键18是可设置在刨机本体表面或其他操作人员可以碰触到的位置的触控部件。按压或触碰基准值获取控制键18即触发检测模块12输出当前电容下的检测信号，从而确定出检测信号的频率，作为后续过程中，检测模块12输出信号的频率随电容器9电容变化的变化程度的参考基准。在此，基准值获取控制键18可以是按钮、按键、触摸键等部件。在该示例中，所获得的参考基准被保存到存储模块16中。

进一步，在图3的示例中，指示模块14可包括比较处理单元，以在将所接收到检测模块12的信号表征的频率与该参考基准比较，并在比较结果大于预设值的情况下，使指示模块14发出预警信号。所述比较处理单元可以是硬件电路（如比较电路等），也可以是结合有软件和/或固件的控制器。按照该示例，可在刨机开始刨削木材时，通过基准值获取控制键18触发检测模块12获取电容器初始电容所对应的频率，以将其作为参考基准。参考基准的设置增强了检测系统的检测的精确性。

图4是用在刨机中的根据本发明所述的检测系统的具体电路的一个示例。针对图4的以下说明将结合图3进行。图4所示电路中的电容器30代表上文中刨机本体与被刨对象接触的金属板100与周围环境中的导体形成的电容器9。形成为检测模块12的555集成芯片31与电容器30耦合。关于555集成芯片31与电容器30的具体连接可参考555集成芯片31的接口说明。该电路中，指示模块14由蜂鸣器33、LED灯34和比较处理单元32构成。在此，比较处理单元32分别与555集成芯片31、蜂鸣器33和LED灯34耦合。在刨机工作过程中，若检测系统检测到金属件的存在，即金属件随着刨机的行进进入到电容器30时，LED灯34亮。在该具体示例中，基准值获取控制键18为开关36，其通过比较处理单元32与检测模块12电性连接，开关36的接通将启动检测模块12。在该电路中，开关36同时也启动和关闭整个检测系统。作为替代，也可另外设置检测系统的启动开关而不使用开关36作为整个检测系统的控制开关。图4所示电路中，开关36接通，启动整个检测系统，包括检测模块，检测模块所获得的初始值即作为参考基准。该参考基准存储在存储装置16中，图4所示电路中，存储装置16为比较处理单元32内设置的寄存器（图4中未示意）。比较处理单元32将后续刨削工作中获得的来自555集成芯片31的信号的频率与该参考基准比较，并在表明频率变化程度的比较结果大于设置在寄存器中的预设值时，使LED灯34闪亮，蜂鸣器33蜂鸣。进一步，在该具体电路的示例中，还包括在操作人员启动基准值获取控制键获取参考基准时闪烁的LED灯37。可选地，该电路还包括LED灯35，其被设置成在刨机本体的金属板行进到木材中的金属件正上方时闪烁。此外，可控制蜂鸣器33在不同的LED闪烁时发出不同的蜂鸣或以不同的频率蜂鸣。

可替代地，图4的具体电路中，比较处理单元32和555电路31可以是集成在一个芯片上的部件。

本发明还提供一种包括如上所述的检测系统的电动工具。该电动工具已有的与被操作对象接触的金属触部作为电容极板之一与该电动机周围环境中的导体构成电容器。设置在该刨机的检测模块与该金属触部耦接以检测该电容器的电容变化，并生成表征该电容变化的信号。与检测模块耦接的指示模块接收该信号并据其指示电容变化。该检测系统的工作过程与上文所述一致，不再描述。当然，也可在电动工具上另外设置一个金属体与该电动工具周围环境中的导体构成电容器，而非电动工具已有的与被操作对象接触的金属触部，该另外设置的金属体例如可设置在该电动工具较早面对被操作对象的地方，以便较早检测到金属件的存在。

本发明还提供一种包括如上所述的检测系统的刨机。该刨机已有的与被刨削对象接触的金属板作为电容极板之一与该刨机周围环境中的导体构成电容器。设置在该刨机的检测模块与该金属板耦接以检测该电容器的电容变化，并生成表征该电容变化的信号。与检测模块耦接的指示模块接收该信号并据其指示电容变化。该检测系统的工作过程与上文所述一致，不再描述。当然，也可在刨机上另外设置一个金属体与该刨机周围环境中的导体构成电容器，而非刨机已有的与被刨削对象接触的金属板，该另外设置的金属体例如可设置在该刨机本体较早面对木材的地方，以便较早检测到金属件的存在。

根据本发明的一个实施例，还提供一种用在电动工具中的检测方法，该电动工具例如为刨机、电锯等。下文将结合刨机阐述根据本发明所述的方法。

图5示意了根据本发明所述的用在电动工具中的检测方法的流程图，其中以刨机作为电动工具的具体示例。如图所示，在步骤60，在刨机工作时，生成信号，该信号表征设置在刨机的金属触部作为电容极板之一的电容器的电容。其中，该金属触部可以例如为该刨机已有的与被刨对象接触的金属板（如图2所示的金属板100），也可以例如为另外设置在刨机本体（例如刨机本体最前端）的金属体；该电容器由该金属触部与刨机周围环境中的导体构成，该导体例如是大地、用来放置木材的操作台、操作人员等。步骤60可例如由一检测部件达成，该检测部件与刨机的金属触部耦接，以检测由该金属触部作为电容极板之一的电容器的电容，并输出表征该电容的信号。

在步骤62，基于该信号，指示电容的变化。步骤60可由一指示部件达成，该指示部件与执行步骤60的检测部件相耦合，从而依据检测部件的信号向操作人员指示电容的变化。作为示例，指示电容变化可以是将生成的信号显示在显示器上进行显示，或者是将该信号通过LED灯显示，或者是通过蜂鸣器示出，或者通过这些方式的任意结合。可例如由上文所示的指示模块14（如图1和图3所示）来进行指示。

进一步，步骤62中指示电容的变化包括在生成的信号所表征的电容的变化程度大于预设值时产生预警信号，该预警信号例如为蜂鸣器蜂鸣或LED灯闪烁，或在指示模块14包括蜂鸣器和LED灯两者的情况下，蜂鸣器蜂鸣且LED灯闪烁，以加强预警程度。在该示例中，指示模块14至少包括蜂鸣器和LED灯中的一个。该预设值可由用户手动设置到一存储器件中，该预设值的设置使得在电介质虽然改变但不会对刨机造成损害的情况下不发出预警信号。

可选地，图5所示的方法还可以包括获取参考基准，基于该参考基准来确定电容的变化程度。参考基准的获取可以这样达成：通过与执行步骤60的检测器件耦合的基准值获取控制键，启动执行步骤60的检测器件，从而在刨机开始作业于木材时生成表征电容的信号，从而将该信号作为基准。如上文中所述的，参考基准为对应于获取基准时检测器件输出信号的频率，而预设值也为一频率值。

具体地，图5所示的方法可以由上文结合图1或图3所示的检测系统执行。以图3所示的系统为例，由检测模块12执行步骤60，由指示模块14执行步骤62，用来存储预设值的存储器件为存储模块16，而基准值获取控制键为基准值获取控制键18。各模块以及控制键对图5所示方法的执行过程与上文结合图3所描述的基本相同，在此就不多做描述。

在本申请的描述中，术语“耦合”与其在本领域的常规含义一致，更为具体地，文中涉及到的A部件与B部件耦合包括：A部件与部件通过导线等导体电连接或A部件与部件之间可以是例如无线通信等通信连接。例如，检测模块12与金属触部10的耦合可以是检测模块通过导线电连接到金属触部10；检测模块12与指示模块14的耦合可以是通过导线电连接，也可以无线通信的方式连接。

最后需要说明的是，在以上结合刨机对本发明进行阐述的过程中，金属触部10为板状金属，但并不排除其为其他形状。本发明所述的检测系统应用在其它电动工具中时，该金属触部既可以是另外设置的金属体，也可以是该电动工具已有的与被操作对象接触的金属接触部，例如电锯中金属触部可以是电锯与被锯对象的接触部，电钻中该金属触部可以是电钻头与被钻对象接触的接触部。

尽管已结合附图在上文的描述中，公开了本发明的具体实施例，但是本领域技术人员可以理解到，可在不脱离本发明精神的情况下，对公开的具体实施例进行变形或修改。本发明的实施例仅用于示意并不用于限制本发明。

Claims (11)

1.一种用于电动工具的检测系统，其特征在于，所述检测系统包括：

金属触部，其在所述电动工具工作时与所述电动工具周围的导体形成电容器；

检测模块，其与所述金属触部耦合以检测该电容器的电容并输出表征该电容的信号；以及

指示模块，其与所述检测模块耦合并基于所述信号指示所述电容变化。

2.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，其还包括与所述指示模块耦合并存储预设值的存储模块，所述指示模块在该信号表征的电容的变化程度大于该预设值时产生预警信号。

3.如权利要求2所述的检测系统，其特征在于，其还包括与所述检测模块耦合的基准值获取控制键，用于触发所述检测模块以获取用于确定所述变化程度的参考基准。

4.如权利要求1到3中任意一项所述的检测系统，其特征在于，所述指示模块包括显示器、蜂鸣器和LED指示灯中的任一种或多种组合。

5.如权利要求1到3中任意一项所述的检测系统，其特征在于，所述金属触部为所述电动工具与被操作对象的接触时的金属触部。

6.一种包括如权利要求1到5中任意一项所述的检测系统的电动工具。

7.如权利要求6所述的电动工具为刨机。

8.一种用在电动工具中的检测方法，其特征在于，该方法包括：

在所述电动工具工作时，产生表征所述电动工具的金属触部与该电动工具周围的导体形成的电容器的电容的信号；以及

基于该信号，指示所述电容器的电容变化。

9.如权利要求8所述的检测方法，其特征在于，指示所述电容器的电容变化包括在所述信号表征的电容的变化程度大于预设值时产生预警信号。

10.如权利要求9所述的检测方法，其特征在于，还包括：

在所述电动工具工作时，获取用于确定所述变化程度的参考基准。

11.如权利要求1到5任意一项所述的检测系统以及如权利要求8到10中任意一项所述的检测方法，其特征在于，所述电动工具为刨机。

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