CN101778695B - 工具机监测装置及工具机 - Google Patents

Abstract

发明涉及一种工具机监测装置，它具有识别单元(32)，设计用来借助于对一种辐射(S_R)的谱分析评估，识别出在工具机的工作部位(34)里是否存在一种材料。建议，这识别单元(32)具有传感器单元(44)，这传感器单元具有至少一个灵敏性部位(54.2)用于检测在波长范围(WL₂)里的辐射，该波长范围至少部分地布置在红外谱里。

Description

工具机监测装置及工具机

技术背景

本发明涉及一种工具机监测装置。 

已知有一种工具机监测装置，它具有一个识别单元用于识别材料。 

发明内容

本发明涉及一种工具机监测装置，它具有一个识别单元，其设计用来借助于对一种辐射的谱分析评估，识别出在工具机的工作部位里是否存在一种材料。 

建议，这识别单元具有一个传感器单元，这传感器单元具有至少一个灵敏性部位，用于检测在一个波长范围里的辐射，该波长范围至少部分地布置在红外谱里。因此可以成本低廉地实现可靠而快速的识别出在工具机中的应用情况。 

所谓“工具机工作范围”应该尤其是指在工具机中直接在工具周围的部位。所谓“直接”在工具周围的部位应尤其是指一个部位，在这部位里的每一个点至工具的最小的距离最大为10cm，优选为最大为5cm，特别优选为最大2cm。 

所谓“辐射”在此应该尤其是指一种电磁辐射。所谓一种由传感器单元检测到的辐射的“谱”应该尤其是指辐射特征参量的，尤其是辐射强度的关于波长，频率和/或时间的分布。此外一种辐射的所谓“谱分析评估”应该尤其是指一种信号分析评估，其中分析评估的结果通过检测辐射的一种谱的特征来获得。为了快速进行分析评估，谱的一种特征尤其是相应于在一个波长范围里积分的信号强度。 

为了实现在应用工具机时的高安全性，识别单元优先具有一个分析评估装置用来分析评估由传感器单元所检测到的辐射，该分析评估装置借助辐射用来识别出在工具机工作部位里是否存在人体组织。 

在本发明的一种优选的实施形式中建议，设置识别单元用于借助于对一个到试验物上反射的辐射进行反射谱的分析评估实现存在识别，因此能够实现一种有效的，基于对比检测的，对材料种类的识别。 

如果波长范围是一个近中的红外范围，那么就可以实现一种特别可 靠的识别。因此准备了一个灵敏性部位，它有目的地与一种反射谱的检测和分析评估相协调。所谓一种“近中红外部位”在此应该尤其是指红外谱的一种波长区间，它布置在波长15μm以下。如果设有一个灵敏度部位，用来检测一种在8μm的波长以下在红外谱的一种波长区间里的辐射的话，此外还可以在人体组织和原材料之间实现高对比度。如果波长范围是一个近红外的范围，那尤其是有利的。所谓一个“近红外的范围”在此应该尤其是指红外谱的一种波长区间，它布置在波长1.5μm以下，如尤其是一种在IR-A范围里的波长区间。波长范围此外可以部分地布置在电磁谱的可见范围里。 

如果识别单元具有一个发射单元，它设计用于发射一种辐射，该辐射具有在所述波长范围里的至少一个辐射分额，那么就可以实现一种具有高的信号强度的分析评估信号。 

在本发明的另一种设计方案中建议：设有该发射单元，用于逐步地在所述波长范围里和在至少另外一个波长范围里发射一种辐射。因此可以有目标地在所希望的波长范围里产生辐射，其中在通过传感器单元检测辐射时，可以取消复杂的过滤。此外可以达到一种高信/噪比。这可以特别简单地达到，如果发射单元具有至少两个尤其是至少三个传感器装置，用来发射在分别不同的波长范围里的辐射的话，这些传感器装置在发射单元工作时逐步地运行。此外对于一种在两个波长范围里“逐步的”发射来说，尤其是应该理解为，在第一波长范围里的发射和在第二波长范围里的发射尽可能是不重叠的。这里同时在两个波长范围里发射一种辐射的重叠时间应该小于在一个波长范围里的最小发射时间的10％，有利地小于5％，优选地小于1％。发射过程特别有利的是不重叠的，其中通过发射单元发射相互分开的脉冲。 

此外建议：工具机监测装置具有一个光学单元，它设计用于确定识别单元的一个反应范围。所谓识别单元的一个“反应范围”应该尤其是指一个空间范围，它配属于一种可以由识别单元执行的过程，当在这空间范围里存在有一种材料的物体时，就触发这过程。该反应范围对应于工具机工作范围的优选至少一部分区域。可以备选地或者附加地设有一个反应范围，它与工具机工作范围是不同的。例如这个反应范围可以设计用于工具机监测装置的警告功能。识别单元更有利地与一个执行单元作用连接，其中如果在反应范围里存在有这种材料的物体时，那就使执 行单元工作，例如像用于停止工具机的驱动单元。光学单元可以相应于一个接入在传感器单元的辐射路径里的光学系统。如果工具机监测装置具有一个发射单元用于发射一个辐射，那么光学单元可以备选地或者附加地相应于一个接入在发射单元的辐射路径里的光学系统。通过光学单元可以实现工具机的安全和舒适的应用，其方法是：可以将识别单元的反应限制到一个有限的范围上。 

传感器单元有利地具有至少另外一个灵敏性范围，这范围设计用于检测在另一个波长范围里的辐射，因此可以进一步提高在识别材料种类方面的可靠性。波长范围可以相互重叠。但是有利的是：波长范围相互分开。如果传感器单元具有至少三个灵敏性范围，它们分别用于检测在不同波长范围里的辐射，那么就可以达到特别准确的识别。 

在此建议，识别单元具有一个分析评估单元，它设计用于借助至少两个辐射特征参量的比值来识别出是否存在有这种材料，这些特征参量分别配属于在不同波长范围里的辐射部分。因此可以有利地实现快速的识别。尤其是可以取消对参照辐射的考虑。所谓“辐射特征参量”尤其是应该指一种特征参量，它借助一个射入到传感器单元上的辐射来检测。这种特征参量尤其可以是一种电特征参量。 

在发明的一种优选的实施形式中建议：波长范围设计成窄带的。所谓“窄带波长范围”在此应该尤其是指一种波长范围，它具有一种最大100nm，有利地最大50nm，优选地最大20nm，特别优选地最大为10nm的带宽。因此可以有利地取消对于所检测的辐射进行结构费事的过滤。 

如果工具机监测装置具有一种标记单元，它设计用于对反应部位作标记，那么还可以有利地提高操纵的舒适性。 

附图说明

其它的优点见以下对附图的说明。在附图中表示了发明的实施例。附图，说明书和权利要求书包含了许多组合的特征。专业人员更适宜地也考虑单个地对这些特征并总结出合理的其它组合。 

附图所示为： 

图1具有一个识别单元的台式圆盘锯的一个侧视图； 

图2具有一个识别单元的反应部位的台式圆盘锯，从上看的一个俯视图； 

图3具有一个用于发射一个辐射至一个反应部位里的发射单元和一个传感器单元的识别单元，和一个考察物体的简图； 

图4发射单元的发射装置和传感器单元的传感器装置的一个正视图； 

图5传感器单元的传输系数与波长的关系曲线； 

图6一个反射到反射物体上的辐射的反射谱与波长的关系曲线； 

图7识别单元的内部线路图； 

图8存储在识别单元里的数据库； 

图9用于产生脉冲的识别单元的一种备选的发射单元； 

图10一种由在图9中所示的发射单元产生的辐射的强度。 

具体实施方式

图1表示了一种设计成台式圆盘锯的工具机10的侧视图。工具机10具有一个设计成盘形锯片的工具12，这工具在锯削运行时借助于一个布置在驱动部壳体14里的，并设计成电动机的驱动单元16被转动驱动。支承在驱动部壳体14上地布置了一个锯台18，在这锯台上可以放一个待加工的工件20。为了保护操作者，工具机10有一个保护罩22，它在工具机10的一种非运行状态下完全包围了工具12的从锯台18里伸出的部分。为了实施对工件20的加工，使这工件按已知的方式在一个工作方向24上，通过操作者向着工具12的方向运动，图中简略表示了这操作者的手26。此时使围绕一个转动轴线28可转动地设置的保护罩22通过工件20向上摆动，因而使工具切削刃释放。 

为了提高操作者的安全性，工具机10设有一个工具机监测装置30。工具机监测装置30具有一个识别单元32，这单元用于识别出在工具机10的一个工具机工作部位34里是否存在人体组织。工具机工作部位34在图2中在工具机10的一个从上面看的俯视图中可以看到。为了一目了然起见，在图2中未表示出保护罩22。识别单元32具有一个反应部位36，它配合于一个与驱动单元16耦合的执行器单元38的操纵，这执行器单元与识别单元32作用连接(见图7)。如果通过识别单元32识别出在反应部位36里存在有人体组织，那么就将一个操纵信号传输给执行器单元38，该单元借助这操纵信号操纵驱动单元16的停止。反应部位36对应于工具机工作部位34的一个局部，该局部在工作方向上布 置在工具12前面。在所示的实例中识别单元32布置在保护罩22里，也就是说，在工作方向24上布置在工具12前面的，保护罩22的前面部位里。在一种备选的实施形式中可以考虑，使识别单元32布置在一个开槽楔上，在一个平行挡块上和/或超出锯台18的支架上。 

识别单元32的作用原理借助图3来说明。简略地表示了锯台18，工件20和识别单元32。为了一目了然起见，图中未示出工具12和保护罩22。在反应部位36里的工件20上布置了一个考察物体40。该考察物体40尤其可以是手26。识别单元32具有一个在图中简略表示的发射单元42，它运行时发射一个辐射S_I至反应部位36里。这辐射S_I被通过考察物体40反射，并且作为辐射SR被一个在图中简略表示的识别单元32的传感器单元44接收。发射单元42和传感器单元44前面接入一个光学单元46。光学单元46具有一个透镜单元(未示出)，这透镜单元规定了反应部位36的界限，在这界限里发射辐射S。透镜单元此外设计用于将传感器单元44的灵敏性限制于在反应部位36里反射的辐射SR。光学单元46具有一个光学轴线48。工具机监测装置30此外具有一个标识单元49，它简略表示于图3中，并在识别单元32运行时，通过在锯台18上的投影标识出识别单元32的反应部位36。例如标识单元49可以设计成激光标识器。反应部位36的标识可以备选或者附加地由发射单元42来实施，这发射单元产生一种可见范围里辐射部分。 

图4表示了识别单元32的发射单元42和传感器单元44的正视图，其中光学轴线48穿过图面。发射单元42具有一个发射装置50，它设计成LED。在发射装置50的直接周围设有传感器单元44的四个传感器装置52，这些传感器装置分别设计成光电二极管。 

传感器装置52分别具有一个灵敏性部位54，这部位设计用于检测分别在一个不同的波长范围里WL₁＝[λ₁，λ₂]，WL₂＝[λ₃，λ₄]，WL₃＝[λ5，λ₆]或WL4＝[λ₇，λ₈]的辐射。这简略表示于图5中。图5表示了传感器单元44的透过系数和通过传感器单元44接收的反射辐射S_R的波长λ的关系曲线。波长范围WL₁例如具有一种中央波长630nm，700nm，980nm，1050nm和1200nm，并且设计成窄带的，带宽分别为大约10nm。传感器单元44为了对于检测到的辐射SR进行窄带的过滤，除了传感器装置52之外设有一个过滤部件的系统，这系统接入在传感器装置52前面。在作为选择的光电二极管的传感器装置52的实施形式中，窄带过 滤是系统固有的，因此可以有利地避免其它的过滤构件。与光电二极管备选或附加地，传感器装置52可以设计成CCD-或者CMOS-场，InGAs-探测器，热电探测器等等。 

波长范围WL₂，WL₃，WL₄布置在红外谱里。尤其是这些波长范围WL₂，WL₃，WL₄分别是一个极限值为[700nm，1400nm]的近红外谱IR-A的范围。波长范围WL₁至少局部地布置在电磁谱的可见范围里。波长范围可以备选或者附加地选择在红外范围IR-B(1，4-3μm)和IR-C(3-15μm)里。具有发射装置50的发射单元42产生一个辐射，它包括了图5所示的波长范围WL₁。 

在识别单元32的反应部位36里识别出存在人体组织的原理借助图6，7和8来进行叙述。图6表示了通过考察物体40反射的，并由传感器装置52检测到的辐射S_R的反射谱。这个反射谱对应关于辐射S_R的波长λ的信号强度的分布。传感器装置52或灵敏性部位54分别检测在相应波长范围WL_i里的反射谱的一部分。传感器装置52在其输出端子上分别产生一个辐射特征参量V_i，它分别设计成电压。辐射特征参量V₁例如正比于在波长范围WL上积分的并在图6中打上阴影的辐射S_R的信号强度S₁。 

如由图7可见那样，辐射特征参量V_i被给到识别单元32的一个分析评估装置58的输入上。在另外一种方案中可以考虑，使辐射特征参量V_i放大。在一种分析评估中借助于逻辑运算，使辐射特征参量V_i与一个存储在识别单元32的存储器单元60里的数据库62的值进行比较。这种数据库简略地表示于图8中。在第一种分析评估策略中将检测到的辐射特征参量V_i与存储的值A₁，A₂，A₃等等进行比较。每一对(V_i，A_i)配属有一个识别变量，它可以设定为值“假的”(F)或者“真的”(T)。在值“F”时排除了在反应部位36里存在有人体组织。在第二种备选或者附加的分析评估策略中通过分析评估装置58求出在不同的辐射特征参量V_i之间的比值V₁/V₂；V₁/V₃等。这些比值与存储值A₁，A₂，A₃进行比较，从而，如上所述，可以推断出在反应部位36里是否存在人体组织。通过比值的生成实施一种与强度无关的识别。在存储单元60里此外还可以存储有关于传感器装置52的谱灵敏性的信息，其可以用来分析评估辐射参量V_i。 

这里所述的识别单元32是一个模拟的识别单元，其中只是按照模 拟的方式进行反射的辐射S_R的检测或分析评估。这样可以由于少的检测-或分析评估时间实现特别有效的识别。同样也可以考虑组合使用模拟的和数字式的信号处理装置或者只用数字式信号处理装置。 

发射装置50发射一个辐射，它具有随时间恒定的辐射强度。在一种备选的实施方案中识别单元32具有一种备选的发射单元64，它发射一种具有可变强度的辐射到反应部位36里。这表示于图9和10中。图9表示了传感器单元64，它产生一个辐射S_I，该辐射具有一系列脉冲68，并表示于图10中。图10表示了辐射S_I的强度与时间t的关系曲线。脉冲68的宽度B大约为100μs。发射单元64设计用于将辐射逐步地在波长范围WL₁至WL₄里发射。这里以四个相互接着的脉冲68.1至68.4的序列，将脉冲分别对应配属于一种不同的波长范围WL₁至WL₄。脉冲68相应于一个辐射，它在一个各自不同的波长范围WL_i上被发射。为此发射单元64具有多个发射装置66.1至66.4，它们分别设计用于在不同的波长范围WL₁至WL₄里进行发射。这里用于脉冲68.1的发射装置66.1对应于波长范围WL₁等等。发射装置66可以例如分别设计成LED。通过一种这样的逐渐地在不同的波长范围WL_i里辐射，可以取消对于检测到的反射辐射SR进行费事的过滤。 

Claims (9)

1.工具机监测装置，它具有识别单元(32)，设计用来借助于对辐射(S_R)的谱的分析评估来识别在工具机的工作部位(34)里是否存在一种材料，所述识别单元(32)具有传感器单元(44)，所述传感器单元具有至少一个灵敏性部位(54.2)用于检测在第一波长范围(WL₂)里的辐射，所述第一波长范围至少部分地布置在红外谱里，其特征在于，传感器单元(44)具有至少另外一个灵敏性范围(54.1，54.3，54.4)用于检测在另外的波长范围(WL₁，WL₃，WL₄)里的辐射，并且

识别单元(32)具有分析评估装置(58)，它设计用于借助至少两个辐射特征参量(V₁，V₂，V₃，V₄)的比值来识别是否存在有这种材料，这些辐射特征参量分别配属于在不同波长范围(WL₁，WL₂，WL₃，WL₄)里的辐射部分。

2.按权利要求1所述的工具机监测装置，其特征在于，识别单元(32)设计用于借助于对通过考察物体(40)反射的辐射(S_R)的反射谱的分析评估实现所述材料的存在识别。

3.按权利要求1或者2所述的工具机监测装置，其特征在于，所述第一波长范围(WL₂)是近中的红外范围。

4.按权利要求1-2之一所述的工具机监测装置，其特征在于，识别单元(32)具有发射单元(42；64)，它设计用于发射辐射，该辐射具有至少一个在所述第一波长范围(WL₂)里的辐射部分。

5.按权利要求4所述的工具机监测装置，其特征在于，发射单元(64)设计用于，逐步地在所述第一波长范围(WL₂)里和在至少一个所述另外的波长范围(WL₁，WL₃，WL₄)里发射辐射。

6.按权利要求4所述的工具机监测装置，其特征在于，设有光学单元(46)，该光学单元(46)设在发射单元(42)和传感器单元(44)前面，该光学单元(46)设计用于确定识别单元(32)的反应范围(36)。

7.按权利要求1-2之一所述的工具机监测装置，其特征在于，所述第一波长范围(WL₂)设计成窄带的。

8.工具机，具有按照上述权利要求之一所述的工具机监测装置。

9.按权利要求8所述的工具机，其特征在于，该工具机是切割工具机。

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