CN101801578A - 机床 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机床，特别是一种锯床。它具有用于放置待加工的工件(16)的工作面(14)和用于支承刀具(18)，且相对于工作面(14)运动支承的刀具支承单元(20)。本发明建议，机床包括至少在刀具运行时用于监控刀具区域(68)，且具有图像采集单元(62)的刀具运行监控装置(60)。

Description

机床

现有技术

本发明涉及按照权利要求1的前序部分所述的机床。

已公开了一种嵌板锯。该锯具有一个工作台、一个用于旋转支承锯片的支承单元和一个用于使支承单元相对于工作台运动，且可由操作人员操作的沉臂。

发明内容

本发明涉及一种机床，其具有一个用于放置待加工的工件的工作面和一个用于支承刀具的刀具支承单元的，其相对于工作面可运动地支承。

本发明建议，所述机床包括一个用于至少在刀具运行时监控刀具区域的刀具运行监控装置。这个监控装置具有一个图像采集单元。通过这一措施在操作该机床时可达到特别高的安全性。特别有利的是通过图像采集单元在监控刀具区域时可达到高的可靠性，特别是在刀具支承单元相对于工作面运动时。合适地机床具有一个支承单元、它的任务是相对于工作面可运动地支承刀具支承单元，并且通过该支承单元使刀具支承单元和工作面连接起来。有利地该机床具有一个导向单元。规定这个导向单元用于对刀具支承单元进行导向。此外这个机床还优选地包括一个操作单元。规定这个操作单元用于通过操作人员使刀具支承单元相对于工作面作运动。在刀具支承单元运动时在其中支承的刀具从一个开始位置一直被引导到至少一个工作位置。在这个工作位置中刀具和工件接触。关于“刀具区域”在此特别是应理解为这样一个区域，这个区域由这样一些点构成，即这些点距机床的刀具和/或刀具延伸区域的最小距离为最大10厘米，有利地最大为5厘米，优选地最大为2厘米。在此，“刀具延伸区域”特别是由这样一些点构成，即这些可能被刀具占用，特别是在刀具相对于机床工作面支承对由于刀具支承是可运动地支承的。图像采集单元具有一个视场。在运行时优选地这个视场确定机床的一个受监控的区域。优选地这个被监控的区域包括刀具区域的至少一个部分区域。优选地这个被监控的区域到工作面的竖直投影包括刀具区域到工作面的竖直投影。此外，这个被监控的区域包括刀具延伸区域的至少一个部分区域。

此外，本发明还建议，刀具运行监控装置具有一个分析单元。规定这个分析单元借助采集到的图像数据用于识别在刀具区域中人的身体部分的存在。

此外，本发明还建议，机床具有带动装置。这个带动装置用于当刀具支承单元相对于工作面作运动时带动图像采集单元的至少一个采集装置。通过这一措施，特别是在刀具支承单元运动时可达到高的安全性。

若机床具有一个用于罩住刀具的保护装置，且图像采集单元的至少一个采集装置固定在该保护装置上，则可实现该机床一种特别紧凑的设计。

代替地或者附加地建议，机床具有一个导向单元，且图像采集单元的至少一个采集装置固定在该导向单元上。通过这一措施可减少结构部件和节省结构空间。

此外，本发明还建议，在旋转平面上设置用于旋转支承刀具的刀具支承单元，并且图像采集单元具有一个采集装置，该采集装置设置在旋转平面的侧面。通过这一措施可达到对刀具的有利的侧面监控。设置在旋转平面的“侧面”特别是应理解为设置在半空间中。这个半空间由这个旋转平面的限定。特别是应理解为完全安置在这个半空间中。所谓的“旋转平面”特别是应理解为一个平面，这个平面具有刀具的重心，并且它垂直于刀具的旋转轴线。特别有利的是将采集装置设置在刀具的侧面。在这种情况中采集装置垂直于旋转平面地投射到刀具上的投影位于刀具面上，特别是置于刀具面中。

在机床的一种典型的使用中操作人员的手位于刀具的两侧，其中一只手操作操作单元，另一只手放在工件上。在这种情况中若机床具有一个用于通过操作人员使刀具支承单元相对于工作面作运动的操作单元，并且操作单元和采集装置设置在旋转平面的两侧，则可达到很高的安全性。

在本发明的一个有利的改进方案中建议，机床具有一个安全装置。该装置用于借助刀具运行监控装置的信号防止刀具支承单元相对于工作面的运动，通过这一措施可有利地避免所支承的刀具和位于刀具延伸区域中的所不希望的物体或者人的身体部分的接触。

若刀具运行监控装置具有一个用于分析颜色、轮廓和结构(Textur)的组中的至少一个特征的图像处理单元，则借助所拍摄的图像数据可达到快速和可靠的识别功能。特别有利的是规定这个分析单元用于借助图像数据和预先存储的标准图像的数据的对比识别使用情况。

有利地刀具运行监控装置具有一个图像处理单元。规定这个图像处理单元借助采集的图像数据用于得出在刀具区域中运动的物体的运动轨道。通过这一措施可快速识别在机床运行时的危险潜在性。有利的是这个图像处理单元用于通过这个运动轨道外推出物体相对于刀具的未来位置。

在本发明的一有利的改进方案中建议，刀具运行监控装置具有一个图像处理单元。规定这个图像处理单元借助采集的图像数据用于得出在刀具区域中运动的物体的速度程度。若这个刀具运行监控装置具有至少两个安全方式，且所述全方式分别配属于一个速度程度，则在这种情况中机床的使用可具有很高的灵活性。

附图说明

从下述附图说明可得到其它的优点。在附图中介绍了本发明的一些实施例。附图、说明书和权利要求书包含有很多特征组合。专业技术人员也可合适地单元地使用这些特征，和将它们进行其它有意义的特征组合。

这些附图是：

图1：具有一个在保护罩中集成的刀具运行监控装置的嵌板锯的侧面图。

图2：图1的嵌板锯的顶视图。

图3：嵌板锯的锯片和刀具区域的前视图。

图4：具有传感器单元、分析单元和用于阻止锯片运动的安全装置的电路。

图5：操作人员有一只手位于刀具区域中。

图6：操作人员的一只手在两个不同的时刻位于刀具区域中，并且得出操作人员的手的运动轨道。

图7：操作人员的一只手在两个不同的时刻位于刀具区域中。

图8：将刀具区域划分为警告区和致动区。

图9：具有设置在导向单元中的刀具运行监控装置的嵌板锯。

具体实施方式

图1示出一个设计为固定机构，确切地说设计为嵌板锯的机床1的侧视图。在下述说明中也要参考图2。图2为图1的机床10的顶视图。此外，机床10也可设计为摆锯机、斜锯或者拉锯。机床10具有一个工作台12。这个工作台形成一个用于放置例如竖放或横放一个借助机床10待加工的工件的工作面14。从图2可以看出，这个工作台12具有一个第一结构部件12.1和第二圆形的结构部件12.2。这个结构部件和一个未详细示出的用于工作台12的放置或者支撑的放置平面或者支撑装置固定连接。这个圆形的结构部件绕一个垂直于工作面14的轴相对于结构部件12.1可转动地被支承。在图1中木板形状的待锯工件16被放置在工作面14上。为了对该工件16进行加工该机床10具有一个刀具18。这个刀具设计为一种圆形的锯片。机床10的一个刀具支承单元20用于支承刀具18。这个刀具支承单元20具有一个轴承装置22。这个轴承装置是用于绕旋转轴线24转动地支承刀具18。其中，这个刀具支承单元20为刀具18规定了一个旋转平面25。这个旋转平面包括了刀具18的重心，并且垂直于旋转轴线24。在加工工件16时这个刀具18借助一个设计为电动机的驱动单元26被驱动以绕旋转轴线24旋转。为了防止操作人员接触刀具18给机床10设置了一个设计为保护罩的保护装置28。这个保护装置具有一个主部件30并且具有一个可相对于主部件30运动的附加部件34。主部件盖住了刀具18的刀刃32的其圆周的至少一半。这个附加部件通过和工件16的接触是可运动的。从图1中可以看出，这个刀具支承单元20是固定在保护装置28上的。此外，结构部件12.2具有一个在图5中示出的孔35。这个孔规定是用于刀具18的引入。

刀具18、刀具支承单元20、驱动单元26和保护装置28是一个刀具单元36的一些组成构件。这个刀具单元相对于工作面12，特别是相对于结构部件12.1为可运动地被支承。为此，机床10具有一个第一支承单元38。规定这个支承单元可相对于工作面14运动地支承刀具单元36。刀具单元36可借助支承单元38和一个下沉臂51绕一个水平的、且和旋转轴线24平行定向的旋转轴线42转动。这样，刀具18可从图3所示的静止位置进入到图1所示的更低的工作位置，并且沿着一条弯曲的运动轨道54运动到待加工的工件16。

甚至支承单元38相对于工作台12也是可运动地支承的。为此机床10具有一个第二支承单元40。这个支承单元40设计成一种容纳单元。规定它用于容纳一个导向单元42，并且让它通过。这个导向单元42和支承单元38固定连接。这个导向单元42在和支承单元40共同作用用于沿着一条和工作面14平行，并且和旋转轴线52垂直的直线运动方向44对刀具单元36和支承单元38进行导向。在这种情况中刀具单元36和支承单元38可相对于工作面14作水平平移运动。导向单元42具有两个设计为导向杆的导向装置。它们穿过支承单元40。支承单元40通过部分区域46和工作台12固定，确切地说是和它的可运动的结构部件12.2固定。在这种情况中支承单元38、40和刀具单元36可沿着旋转方向48绕着一个垂直于工作面14的轴线转动。这个轴线设置在工作台12的中心。甚至也能将支承单元40设计成可相对于工作台12，确切地说特别是相对于结构部件12.2运动。特别是其可绕一个和运动方向33水平的和平行于运动方向44的倾斜轴线50作摆动运动。通过这一措施可使刀具单元36相对于工作面14作翻转运动。在此，刀具18可从一个垂直于工作面14的方向出发倾斜设置。

刀具支承单元20相对于工作面14的运动可通过操作人员操作。为此，机床10，确切地说是刀具单元36设置一个操作单元56。这个操作单元具有一个把手58。这个把手用于被操作人员的手握住。这样，刀具单元36沿着水平运动方向44的运动和刀具单元36沿着运动轨道54绕着旋转轴线52朝向工作面14方向和相反的运动可通过操作人员操作。下沉臂51是通过弹簧加载的，这样，当松开操作单元56时刀具单元会自动地返回到图3所示的静止位置。一个未详细示出的用于起动刀具18的驱动的操作装置集成在把手58中。在操作机床10时操作人员用一个手握住把手58，而操作人员典型地将另一只手放到工件16上。为了防止操作人员的手和旋转的刀具18接触，机床10设置了一个安全装置。这个安全装置具有一个刀具运行监控装置60。这借助一个图像采集单元62进行。这个图像采集单元包括一个在图中用虚线示出的，设计为用于至少以可视的频谱内拍摄图像的摄像机的采集装置64。这个采集装置64和刀具单元36，确切地说特别是和刀具支承单元20固定连接。在这种情况中这个采集装置64固定在保护装置28上，确切地说是固定在它的主部件30上。这个保护装置28作为带动装置65使用。其用于当刀具支承单元20相对于工作面14作任何运动时使采集装置64一起带动。

图3示出具有保护装置28、刀具18、把手58和采集装置64的刀具单元36处于刀具单元36的静止位置的正面图。如上所述，这个刀具单元36可借助操作单元56运行到设置得更低的工作位置。刀具18的可运动性确定刀具延伸区域66。这个刀具延伸区域相应于刀具18可能占用的空间范围。刀具延伸区域66借助竖直的虚线表示。同样由于刀具18的沿运动方向44的可移动性这个刀具延伸区域66沿着垂直于图面的水平方向延伸。刀具运行监控装置60是用于监控刀具区域68。这个刀具区域68紧挨着刀具延伸区域66，并且它由这样一些点组成，即它们距刀具延伸区域66的最小距离最大为2厘米。应监控的刀具区域68设置在旋转平面25的侧面，确切地说相对于旋转平面25它背离操作单元56，特别是背离把手58。在这种情况中刀具区域68和操作单元56设置在旋转平面25的两侧。借助点划线示意划分出刀具延伸区域66和刀具区域68。采集装置64具有一个通过单重虚线在图3中示出的视场70(也请参见图1)。这个视场规定了机床10的被监控的区域。这个被监控的区域包括刀具区域68的主要部分。从图3可以看出，这个被监控的区域也包括刀具延伸区域66的一部分。为了对刀具区域68进行监控，将这个检测单元64设置在刀具18的侧面，确切地说设置在旋转平面25的背离操作单元56，特别是背离把手58的一侧。在这种情况中，操作单元56和采集装置64设置在旋转平面25的两侧。

此外，安全装置还具有致动单元72、74。规定这些致动单元用于在和刀具运行监控装置60合作时执行安全措施。这借助图4更为详细地示出。图4示意示出具有图像采集单元62、致动单元72、74及和刀具18耦合的驱动单元26的电路。规定致动单元72、74分别用于驱动安全装置76或78。在图1中示意示出的安全装置76是一个设计成夹紧装置的闭锁装置。它设置在旋转轴线52的区域中。特别是安全装置76设置在支承单元38中。这个安全装置76是用于防止通过操作人员所驱动的刀具单元36绕旋转轴线52的旋转运动，也就是刀具18沿运动轨道54的运动。在释放这种运动的位置中安全装置76是弹簧加载的。致动单元72是用于使安全装置76-从释放这种运动的位置出发-进入到一种闭锁这种运动的闭锁位置，以及使安全装置76复位到它的释放位置。在图1中也是示意示出的安全装置78设置在支承单元40中。这个安全装置用于防止刀具单元36通过操作人员驱动的沿着运动方向44作平移运动。安全装置78也是一种设计成夹紧装置的闭锁装置，并且可借助致动单元74操作。在这方面请参考安全装置76的说明。

致动单元72，74根据刀具运行监控装置60的信号，确切地说特别是刀具运行监控装置60的一个分析单元84的信号触发安全装置76或78的操作。为此分析单元84和致动单元72、74功能连接。规定分析单元84用于对通过图像采集单元62所采集到的图像数据进行分析，并且因此它和图像采集单元62功能连接。分析单元84具有一个图像处理单元86。这个图像处理单元包括一个设计为微处理器的分析装置88和一个存储单元90。规定这个存储单元用于存储图像处理程序。图像处理单元86特别是用于借助通过采集装置64所拍摄的图像识别在刀具区域68中人的身体部分的存在。为此，借助图像处理程序对所拍摄的图像在对于人体组织，和/或对于操作人员所穿的典型的衣物，例如防护手套，典型的结构方面进行分析研究。此外，也可借助对图像的颜色的分析进行识别，其做法是对图像在人的皮肤的典型颜色方面进行分析研究。此外也可借助轮廓分析，或者轮廓抽取对所拍摄的图像进行分析，其中，图像在手的典型轮廓方面进行分析研究。

图5示出具有在可旋转的结构部件12.2中开设的开口35的工作台12的部分区域，以及应监控的刀具区域68和刀具延伸区域66的轮廓的顶视图。在刀具区域68中识别出存在有人的身体部分，特别是如图5所示地存在有操作人员的手以后得出在t₁时刻它相对于刀具延伸区域66的位置P₁。采集装置64在依次的时刻连续地采集刀具区域68的图像。实时地对图像数据进行分析，其做法是将所采集的结果借助分析单元84连续地进行分析。在这种情况中可对所采集的图像依次地进行分析。在图6所示的实例中在随后的时刻t_i，在位置P_i定位有操作人员的手。在时刻t₁和t_i之间可以拍摄一系列图像。这些图像由于简明的原因在该图中未予示出。借助得出在P₁和P_i之间的操作人员的手的不同的位置，通过分析装置88得出操作人员的手的运动轨道B_＜。借助这个运动轨道B_＜-这个运动轨道是在当前的采集时刻t_i之前由操作人员的手所走过的运动轨道-分析装置88得到操作人员的手的在随后的时刻t_＞期待位置P_＞。在这种情况中通过分析装置88从借助所拍摄的图像得出的运动轨道B_＜外推出未来的位置P_＞。

此外还规定，分析单元84用于借助在不同的时刻所拍摄的图像得出所采集的操作人员的手在刀具区域中的速度程度。这点借助图6和图7的比较加以说明。如上所述，在图6中在时刻t_i操作人员的手定位在位置P_i。在图7所示的实施例中操作人员的手在刀具中以更高的速度移动。在这种情况中操作人员的手在相同的时刻t_i定位在位置P_i前面的位置P₂中。分析装置88借助在两个时刻t₁和t_i所得出的位置的比较可将手的运动对应给速度级“快速”、“中速”、“惯速”等级。

现在对以不同的安全方式起动安全措施进行说明。现在设想，操作人员想通过借助操作单元56绕旋轴线52的旋转运动使旋转的刀具从图3所示的静止位置下沉到图1所示的更低的工作位置。此外也设想，他的左手借助分析单元84定位在刀具区域68中。在安全装置的第一安全方式中当识别到在刀具区域68中存在有操作人员的手时自动地通过将分析单元84的信号发送给致动单元72来触发致动单元72的操作。在这种情况中通过安全装置76阻止刀具18的下沉运动。在另外两个安全方式中得出操作人员的手的速度程度。当识别出这个运动为一种“慢速”运动时，在一种安全方式中借助光学的，和/或声学的输出单元对操作人员进行警告。在这种情况中不断地对操作人员的手的运动轨道进行分析。若运动轨道或者是外推的运动轨道通向刀具延伸区域66，则触发操作致动单元72的操作。当识别这种运动是一种“快速”运动时，例如，当操作人员的手在工件表面上打滑时，则在另一安全方式中立即操作致动单元72。另一种安全方式是规定改变转动的刀具18的转速的安全措施。为此，分析装置84和驱动单元26处于功能连接。为了对操作人员进行警告可借助分析单元84的信号对刀具18的转动进行制动。在另一安全级中借助分析单元84的信号自动地停止刀具18的运转。

此外本发明还建议，除了刀具区域68外还规定将图像采集单元62用于监测另一模式区域(Modusbereich)94。在图8中示出了这一点。刀具区域68和模式区域94分别配属于一个不同的安全方式。当分析单元84识别出在刀具区域68或者在模式区域94存在有人的身体部分时就执行这种安全方式。这样，例如这个刀具区域68可以相应于一个致动区域。这个致动区域直接和刀具延伸区域66相邻，并且在这个致动区域中可用致动单元72或者74活化上述安全方式。这个模式区域94-它和刀具区域68相邻，并且沿着旋转轴24的方向朝向旋转平面25地设置在刀具区域68的前面-可以相应于一个警告区域。当分析单元84识别到在模式区域94中有人的身体部分时，分析单元84就起动警告信号，以警告操作人员。可由采集装置64对刀具区域68和模式区域94进行监控，或者可以设置图像采集单元62的两个不同的采集装置，以便对刀具区域68和模式区域94进行监控。

图9示出机床10的一个替代设计。其中，相同的结构部件用相同的附图标记表示。下述说明仅局限于与上述设计的不同之处。在这个替代方案中图像采集单元62具有一个设计为视频摄像机的采集装置96。这个采集装置集成在导向单元42中，确切地说设置在支承单元38下面的一个部分区域中。这个部分区域特别是用作止挡，以阻止导向装置通过支承单元40的运动。在这种情况中这个导向单元42用作带动装置98。当刀具支承单元20沿着运动方向44作平移运动时这个带动装置98带动采集装置96。在机床10的一种设计中-在这种设计中驱动单元26和操作单元56设置在旋转平面25的两侧，其中，这个驱动单元26超出待监控的刀具区域68-可以设想，将图像采集单元62的采集装置固定在驱动单元26的壳体上。也可以设想将采集装置的上述布局进行组合。

Claims (10)

1.机床，特别是锯床，具有用于放置待加工的工件(16)的工作面(14)和用于支承刀具(18)的，且相对于工作面(14)可运动地被支承的刀具支承单元(20)，其特征在于至少在刀具运行时用于监控刀具区域(68)的，且具有图像采集单元(62)的刀具运行监控装置(60)。

2.按照权利要求1所述的机床，其特征在于带动装置(65；98)，它用于当刀具支承单元(20)相对于工作面(14)运动时带动图像采集单元(62)的至少一个采集装置(64；96)。

3.按照权利要求1或2所述的机床，其特征在于用于罩住刀具(18)的保护装置(28)，图像采集单元(62)的至少一个采集装置(64)固定在该保护装置上。

4.按照前述权利要求的任一项所述的机床，其特征在于导向单元(42)，图像采集单元(62)的至少一个采集装置(96)固定在该导向装置上。

5.按照前述权利要求的任一项所述的机床，其特征在于，在旋转平面(25)上设置用于旋转地支承刀具(18)的刀具支承单元(20)，并且图像采集单元(62)具有采集装置(64；96)，该采集装置设置在旋转平面(25)的侧面。

6.按照权利要求5所述的机床，其特征在于，设置操作单元(56)用于通过操作人员使刀具支承单元(20)相对于工作面(14)运动；并且该操作单元(56)和采集装置(64；96)设置在旋转平面(25)的两侧。

7.按照前述权利要求的任一项所述的机床，其特征在于安全装置(76，78)，该安全装置用于借助刀具运行监控装置(60)的信号阻止刀具支承单元(20)相对于工作面(14)作运动。

8.按照前述权利要求的任一项所述的机床，其特征在于，刀具运行监控装置(60)具有图像处理单元(86)，这个图像处理单元用于分析颜色、轮廓和结构的组中的至少一个特征。

9.按照前述权利要求的任一项所述的机床，其特征在于，刀具运行监控装置(60)具有图像处理单元(86)，这个图像处理单元借助采集的图像数据用于得出在刀具区域(68)中运动的物体的运动轨道(B＜)。

10.按照前述权利要求的任一项所述的机床，其特征在于，刀具运行监控装置(60)具有图像处理单元(86)，这个图像处理单元借助采集的图像数据用于得出在刀具区域(68)中运动的物体的速度程度。

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