CN101801599B - 机床安全装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带有被设置用于识别在机床(10)上的使用情况的识别单元(32)的机床安全装置。建议如下，即该识别单元(32)包括用于监测第一安全区域(36)的图像采集单元(34)和不同于图像采集单元(34)的用于监测第二安全区域(40)的传感器单元(38)。

Description

机床安全装置
现有技术
本发明涉及一种机床安全装置。 
已知具有用于识别在机床上的使用情况的识别单元的机床安全装置。EP1422022A1公开了一种电动工具尤其是台圆锯的安全系统，其在危险情况下借助执行器能紧急关闭工具机。EP1422022A1的系统具有监测一个或多个安全区域的一个或多个雷达传感器。如果在安全区域中探测到物体或较高速的物体接紧工具，则切断电动工具，如果位置或接紧速度超过预定的阈值。 
发明内容
本发明涉及一种带有被设置用于识别就机床而言的使用情况的识别单元的机床安全装置。本发明的任务在于在识别机床的使用情况时，特别是在识别人体部分在安全区域内的存在时实现特别高的可靠性。 
建议如下，即该识别单元包括用于监测第一安全区域的图像采集单元和不同于图像采集单元的用于监测第二安全区域的传感器单元。由此可以在识别机床的使用情况时，特别是在识别人体部分在安全区域内的存在时实现特别高的可靠性。“图像采集单元”特别应该被理解为被设置用于拍摄图像的单元，该图像特别适用于借助于图像处理程序的分析。图像采集单元在这里按目的地与图像处理单元处于有效地连接，该图像处理单元被设置用于处理由图像采集单元采集到的图像。图像采集单元被构成为例如摄像机。特别有利的是，用于拍摄图像的图像采集单元被设置在可见区域内。传感器单元和图像采集单元优选具有不同的采集频率或者图像频率(或者帧频)。特别有利的是，传感器单元具有比图像采集单元更高的采集频率。 
在依据本发明的一种优选的实施例中建议如下，即传感器单元具有至少一个用于采集红外区中的辐射的灵敏区域，因此可以在识别过程中实现传感器单元的高采集频率和短反应时间。特别建议如下，即用于采集辐射的灵敏区域被设置在热的红外区内。“热的”红外区在这里特别应该被理解为被优选布置在波 长8μm以上和波长15μm以下的红外频谱的波长区间。特别的是，热的红外区在IR-C区域内。在这里，为了借助基于采集温度特征参数的、材料类型之间的区分而识别，识别单元有利地被调整。特别的是，通过选择灵敏区域，传感器单元被适配于识别在第二安全区域内的人体组织。 
第一安全区域和第二安全区域可以被相同地构成。然而有利的是，图像采集单元和传感器单元被设置用于不同的安全区域的监测。例如，安全区域可以被相互分开或者可以相邻。当安全区域重叠时，图像采集单元和传感器单元可以在使用情况的识别时实现一种有利的共同作用。当第一安全区域包括第二安全区域时，可以实现一种特别有效地互补性。 
此外建议如下，即第二安全区域对应于刀具区域，因此可以实现高的安全性。在这里是尤其有利的是，传感器单元比图像采集单元具有更高的采集频率，由此在刀具区域内识别材料种类时可以实现特别短的反应时间。“刀具区域”在这里特别应该被理解为由点构成的区域，这些点距刀具和/或距机床的刀具伸展区域的最大距离最大为10cm，有利的是最大为5cm，并且优选最大为2cm。“刀具伸展区域”在这里尤其由点构成，这些点可以被刀具潜在地占据，例如由于用于将刀具相对于机床工作面支承的刀具支承单元的可移动的支承，例如在摆锯机和斜切锯机、板锯机、拉锯机上等。图像采集单元具有视野，该视野在运行时有利地确定机床的被监测区域。被监测的区域优选包括刀具区域的至少一个部分区域。被监测的区域在工作面上的竖直投影有利地包括刀具区域在工作面上的竖直投影。此外被监测的区域可以包括刀具伸展区域的至少一个部分区域。 
当识别单元具有分析单元时，可以实现特别快速的识别，该分析单元被设置为借助于通过图像采集单元采集的图像数据用于分析颜色、轮廓和结构组中的至少一项特征。特别有利的是，分析单元被设置为借助于比较图像数据与预存储的图像模型的数据来识别使用情况。 
此外建议如下，即识别单元具有被设置用于得出在安全区域内运动的物体的运动轨迹的分析单元。因此，对机床运行时的危险可能性的识别可以实现高的速度。尤其有利的是，分析单元被设置用于将运动轨迹外推到相对于刀具物体的将来的位置。运动轨迹的得出优选借助于由图像采集单元采集的图像数据进行。 
在依据本发明的一种有利的改进方案中被如此建议，即识别单元具有被设置用于得出在安全区域内运动的物体的速度等级的分析单元。当刀具运行监测装置具有至少两个分别被配属于一个速度等级的安全模式时，在这里可以实现机床使用时的高度灵活性。速度等级的得出优选借助于由图像采集单元采集的图像数据进行。 
在本发明的一种优选的实施例中被如此建议，即机床安全装置具有控制单元，该控制单元为了触发用于实施安全措施的执行器单元以所述图像采集单元 的识别过程和所述传感器单元的识别过程为前提。因此可以实现高的可靠性，并且可以有利地减少执行器单元的误触发。在这里，分别在执行器单元触发前的时间点，控制单元尤其以借助于图像采集单元引起的识别信号的产生和借助于传感器单元引起的识别信号的产生为前提。 
此外建议如下，即机床安全装置具有控制单元，该控制单元被设置在至少一种运行模式下用于根据由所述传感器单元触发的识别信号触发用于实行安全措施的执行器单元，因此可以实现快速识别。在这里，图像采集单元可以被配属于机床安全装置的警告模式。 
在这里，当机床安全装置具有被设置用于在控制单元的闭锁模式下阻止执行器单元的所述触发的设备时，可以实现高的安全性和更高的操作舒适性。该执行器单元的“所述”触发尤其应该被理解为借助于由传感器单元引起的识别信号的触发，其中，执行器单元的触发可以借助于由图像采集单元引起的识别信号在闭锁模式中被实施。 
此外建议如下，即所述设备被设置用于在控制单元的解锁模式下根据由图像采集单元触发的识别信号取消闭锁，因此可以实现传感器单元和图像采集单元的有利的互补性。闭锁模式的取消尤其可以借助于物体在第一安全区域内的被得到的运动轨迹被引起。 
在本发明的另一种实施例中被如此建议，即机床安全装置包括控制单元，该控制单元具有用于校准识别单元的校准模式，因此在识别单元的识别过程中的精确度和可靠度可以被提高。 
附图说明
其他的优点从下面的附图说明中得出。在附图中描述了本发明的实施例。附图、说明以及权利要求包含很多共同的特征。专业人员适当地将这些特征看作独立的并概括为其他的组合。 
其中： 
图1示出带有识别单元的台式圆盘锯的侧视图； 
图2示出带有两个识别单元的安全区域的台式圆盘锯的俯视图； 
图3示出识别单元和执行器单元的示意图； 
图4示出有一只手在第一安全区域内的运动轨迹的测定；以及 
图5示出这只手在刀具区域内的识别。 
具体实施方式
图1在侧视图中示出被构成为固定装置即台式圆盘锯的机床10。该机床10具有被构成为盘形锯片的刀具12，该刀具在锯运行时借助于布置在驱动装置壳体14中的被构成为电动机的驱动单元16被旋转驱动。工作台18被在传动壳体14上支撑地布置，在该工作台上可以放置将被加工的工件20。为了保护操作员，机床10具有被构成为保护装置的保护装置22用于刀具12的覆盖，该保护装置在周边的一部分周围覆盖刀具12的切割边缘。在机床10的不运行状态中，它覆盖刀具12从工作台18凸出的部分。为了实施工件20的加工，该工件以公知的方式通过操作员朝着刀具12方向的工作方向24运动，该操作员的手26在图中被示意描述。在这里，被安置为可以绕转动轴线28转动的保护装置22通过工件20被向上摆动，因此刀具切割边缘被释放。 
为了提高操作安全性，机床10被设置为带有机床安全装置30。该机床安全装置30具有图3所示的、被设置成用于在机床10使用时识别危险情况的识别单元32。此外，识别单元32具有被构成为摄像机的、用于监测第一安全区域36的图像采集单元34。该安全区域36可以在示出了机床10俯视图的图2中看出。为了简明，保护装置22在图2中的描述被放弃。识别单元32除图像采集单元34外还有被设置成用于监测第二安全区域40的传感器单元38。 
如图2中所示，安全区域36、40被相互不同地构成。第二安全区域40对应于刀具区域。该区域由点构成，这些点距刀具12的最小距离最大为2cm。特别的是，被监测的刀具区域由点构成，这些点距刀具12前部边缘区域的最大距离最大为2cm。在这里，刀具12前部边缘区域对应于工件20与刀具12的旋转的边缘相接触的区域。在所观察的实施例中，安全区域40被构成为圆形。它在刀具12的边缘区域内具有中点和2cm的半径。所监测的安全区域40的布置通过传感器单元38被确定，特别是借助于传感器单元38的没有被详细画出的光学仪器单元确定，并且还可以具有对于专业人员显得有意义的其他形式。第一安全区域36比第二安全区域40大并包围第二安全区域40。第一安全区域36在工作台18上的轮廓特别是包括整个工作台表面的至少25％，有利的是包括至少50％。 
图像采集单元34借助于被构成为固定臂的支承装置42固定在工作台18的上面即刀具12的上面，其中，支承装置42可以被固定在工作台18上和/或在 驱动装置壳体14上。传感器单元38被固定在保护装置22中，并优选固定在保护装置22的部分区域中，该部分区域被布置在刀具12的边缘区域的上方。此外可能的是，图像采集单元34被布置在保护装置22中。在这里，为了实现较大的视野，图像采集单元34可以具有宽保持光学系统。图像采集单元34和/或传感器单元38在刀具12的侧旁，例如在工件止挡上的一种布置是可能的。 
机床安全装置30的工作原理借助于图3被描述。该图示意示出了包括图像采集单元34、传感器单元38和分析单元44的识别单元32。它被设置为用于分析由图像采集单元34或由传感器单元38采集到的数据。分析单元44可以是配属于图像采集单元34和传感器单元38的单一分析设备，或者它可以具有用于图像采集单元34的第一分析设备和用于传感器单元38的与第一分析设备不同的分析设备。分析单元44具有例如至少一个微处理器，并可以具有例如用于分析程序和/或分析数据的存储单元。此外，机床安全装置30具有控制单元46，该控制单元46与分析单元44和执行器单元48、50处于有效连接的。此外，与驱动单元16处于有效连接的执行器单元48被设置用于根据控制单元46的触发信号改变对刀具12的驱动。尤其可以借助于执行器单元48使刀具12的转速被降低或其可使刀具驱动装置被完全停止。此外，机床安全装置30具有执行器单元50，该执行器单元与控制器单元46处于有效连接，并且设置用于根据控制单元46的触发信号驱动安全设备52。可以也在图1中看到的安全设备52被构成为制动装置，该制动装置例如被构成为制动盘或制动鼓，其用于制动旋转的刀具12。在这里，安全设备52可以通过与刀具12和/或用于驱动刀具12的驱动轴产生直接的接触对刀具12制动。机床安全装置30可以具有另外可以借助于执行器单元50被驱动的安全设备。例如，安全设备可以被设置，其在需要时将刀具12从机床10的工作区域内移开，例如通过使刀具12向下运动到驱动壳体14内。替代或者附加的是，执行器单元50可以驱动安全设备，该安全设备在需要时触发用于阻止触及刀具12的边缘区域的保护装置22的运动。 
如上所述，图像采集单元34被构成为摄像机，该摄像机被特别设置用于在可见的频率范围内拍摄图像。将图像采集单元34构成为红外线像机是可行的。在这里，该用于采集图像的红外线像机被设置在一个或者多个区域IR-A、IR-BI和/或R-C中。除了用于在红外区采集外，红外线像机还可以被设置用于在可见的区域内采集图像。此外分析单元44用于从由图像采集单元34采集到的图像 数据中分析处于第一安全区域36内的物体的颜色特征、轮廓特征和/或结构特征。特别的是，分析单元44被设置用于根据其中一个或多个特征识别人体部分在第一安全区域36内的存在。分析单元44在这里针对于人体组织和/或操作员所穿的典型的衣物，如防护手套典型特征检查由图像采集单元34持续采集的图像数据。识别过程可以通过例如将采集到的图像数据和存储在存储单元中的图像模型数据比较来实现。 
此外控制单元46具有校准模式。该校准模式例如以程序的形式储存在没有详细画出的配属于控制单元46的存储单元中。在执行校准模式时，在刀具驱动装置前部地带进行识别单元32的校准，方式是机床10的最终用户将一只手保持在图像采集单元34和/或传感器单元38的视野内，其中，手的特征借助于分析单元44分析并被储存在存储单元中。因此手的光情况和配色在之后的识别过程中可以被考虑。 
分析单元44的分析过程引起了识别，也就是说存在识别过程，然后识别信号被送给控制单元46。图像采集单元34的分辨率这样选择，即被采集的图像数据的特征分析可以以很高的精度实现。例如图像采集单元34可以具有至少64*64像素的分辨率。 
优选传感器单元38比图像采集单元34具有更短的用于扫描配属的安全区域40的采集时间。作为摄像机的图像采集单元34典型地具有相应于一定的采集时间的图像频率。选择了一个比图像采集单元34具有更小分辨率的传感器单元38。例如传感器单元38具有典型的比图像采集单元34小两个数量级的分辨率。因此可以借助于传感器单元38在识别人体部分在相应的安全区域40内的存在时实现更短的识别过程。为了实现特别短的识别时间，传感器单元38被构成为红外线传感器。这样的传感装置具有典型的大于图像采集单元34的图像频率且对应于更短的采集时间的图像频率。传感器单元38优选具有适合在热红外区采集光线的灵敏范围。该灵敏范围特别被设置用于在一定波长区间内采集黑体辐射，该波长区间对应于对于人体部分典型的温度附近的温度区间。在考查的例中传感器单元38被构成为热堆(或者热柱)。此外传感器单元38可以被构成为热电传感器或者辐射热测定器传感器。借助于由传感器单元38采集到的温度特征参数，分析单元44的分析过程引起识别，然后识别信号被从分析单元44送到控制单元46。 
控制单元46用于，根据分析单元44的信号引起一个或多个执行器单元48、50的触发。在这里其将触发信号传递到相应的执行器单元48或50上。控制单元46优选具有至少一个微处理器并且此外可以包括用于储存数据，例如用于储存执行控制过程的程序的存储单元。为了触发执行器单元48、50之一，控制单元46以图像采集单元34的识别过程和传感器单元38的识别过程为基础。如果存在通过图像采集单元34执行的识别过程，也就是说，借助于图像采集单元34触发的识别信号被送到控制单元46上，那么在该过程之后执行器单元48或50可以借助于由传感器单元38触发的识别信号被控制单元46触发。当识别信号通过传感器单元38的识别过程被送到控制单元46时，而之前识别信号没有借助于图像采集单元34被触发，那么控制单元46不会引起执行器单元48或50的触发。为此控制单元46具有控制设备54。该控制设备被设置用于，在控制单元46的闭锁模式下在通过传感器单元38产生识别信号时阻止执行器单元48或50的触发。在机床安全装置30开始运转时，锁闭模式被控制单元46自动执行。当借助于传感器单元38触发的识别信号被送到控制单元46时，该识别信号不被转化为用于触发执行器单元48或50的触发信号。执行器单元48或50借助于由图像采集单元34产生的识别信号的触发在闭锁模式下是可能的。当借助于图像采集单元34触发的识别信号被送到控制单元46时，解锁模式被控制单元46执行，在该模式下控制设备54取消闭锁。在解锁模式下，由传感器单元38触发的识别信号被控制单元46转化为用于触发执行器单元48或50的触发信号。 
借助图像采集单元34和传感器单元38的识别过程借助于图4和图5得到进一步说明。图4和图5示出工作台18的部分区域，在该区域中借助于虚线示出了待监测的安全区域36、40的轮廓，以及刀具12的部分区域的俯视图。当识别到人体部分，特别是操作员的手在安全区域内的存在时，其在一个时间点t1相对于安全区域40的位置P1被得出。图像采集单元34连续地在顺续时间点上采集安全区域36的图像。图像数据的分析这样实时进行，即采集到的结果借助于分析单元44连续被分析。在这里采集到的图像可以被先后分析。在图4所示的实施例中，操作员的手在稍后的时间点ti的位置Pi被确定。在时间点t1和ti之间一系列图像可以被拍摄，出于简明的原因这系列在图中没有示出。通过得出操作员的手在P1和Pi之间的不同位置上，由分析单元44得出操作员的手的运动轨迹B＜。借助于操作员的手在当前采集时间点之前所经过的运动轨迹B＜， 分析单元44得出操作员的手在稍后的时间点t＞的预计位置P＞。在这里借助于所拍摄的图像得出的运动轨迹B＜被分析单元44外推到未来的位置P＞上。当运动轨迹B＜或外推的运动轨迹通过分析单元44被识别作为向安全区域40输送的运动轨迹时，分析单元44将识别信号传递到控制单元46上。这引起了从闭锁模式向解锁模式的过渡。在安全模式下控制单元46被设置用于，借助于由图像采集单元34触发的识别信号通过视觉的和/或听觉的信号向操作员发出警告。此外分析单元44被设置用于，借助于在不同的时间点拍摄到的图像得出操作员的被采集的手在安全区域36内的速度等级。分析单元44借助于在两个时间点t1和ti上得出的位置P1和Pi的对比得出速度等级。例如手的运动可以对应于“快速”、“中速”、“慢速”等速度级。当手的运动被识别为“快速”运动时，分析单元44触发识别信号，控制单元46借助于该识别信号触发执行器单元48或50的触发。当运动被识别为通往安全区域40的“中速”或者“低速”运动时，分析单元44触发识别信号，上述解锁模式借助于该识别信号被启动并警告操作员。 
图5示出在图4中展示的在一个时间点tj＞ti的布置。在这里操作员的手位于安全区域40内的位置Pj上。传感器单元38借助于手的黑体辐射的采集识别手的温度符号，由此在很短的识别时间后识别信号被传递到控制单元46上。如上所述，控制单元46由于得出的运动轨迹B＜而位于其解锁模式中，并且控制单元46将识别信号转化为用于触发执行器单元48或50的触发信号。在此例如刀具12的旋转驱动被停止或者刀具12通过弹簧固定装置的松开进入传动壳体14。在另一种安全模式下可行的是，分析单元44借助于由传感器单元38采集的特征参数得出手在安全区域40内的运动轨迹，并且根据得出的运动轨迹的走向触发识别信号。 
依据本发明的机床安全装置30适用于其他的机床，例如摆锯机、斜切锯机、拉锯机、板锯机、上铣机等，在这些机床上对人体部分的识别是有利的。 

Claims (14)

1.带有被设置用于识别机床(10)的使用情况的识别单元(32)的机床安全装置，其特征在于，所述识别单元(32)包括用于监测第一安全区域(36)的图像采集单元(34)和用于监测第二安全区域(40)的不同于图像采集单元(34)的传感器单元(38)。
2.按权利要求1所述的机床安全装置，其特征在于，所述传感器单元(38)具有至少一个用于采集红外区中辐射的灵敏区域。
3.按权利要求2所述的机床安全装置，其特征在于，所述灵敏区域被设置用于采集热的红外区中的辐射。
4.按前述权利要求任一项所述的机床安全装置，其特征在于，所述第一安全区域(36)包围所述第二安全区域(40)。
5.按权利要求1-3中任一项所述的机床安全装置，其特征在于，所述第二安全区域(40)对应于刀具区域。
6.按权利要求1-3中任一项所述的机床安全装置，其特征在于，所述识别单元(32)具有借助于由所述图像采集单元(34)采集的图像数据被设置用于分析颜色、轮廓和结构组中至少一项特征的分析单元(44)。
7.按权利要求1-3中任一项所述的机床安全装置，其特征在于，所述识别单元(32)具有被设置用于得出在第一安全区域(36)内运动的物体的运动轨迹(B<)的分析单元(44)。
8.按权利要求1—3中任一项所述的机床安全装置，其特征在于，所述识别单元(32)具有被设置用于得出在第一安全区域(36)内运动的物体的速度等级的分析单元(44)。
9.按权利要求1-3中任一项所述的机床安全装置，其特征在于，设有控制单元(46)，在识别所述图像采集单元(34)和识别所述传感器单元(38)的条件下该控制单元触发用于实施安全措施的执行器单元(48、50)。
10.按权利要求1-3中任一项所述的机床安全装置，其特征在于，设有控制单元(46)，该控制单元在至少一种运行模式下用于根据由所述传感器单元(38)触发的识别信号触发用于实行安全措施的执行器单元(48、50)。
11.按权利要求10所述的机床安全装置，其特征在于，设有设备(54)，该设备在所述控制单元(46)的闭锁模式下用于阻止执行器单元(48、50)的触发。
12.按权利要求11所述的机床安全装置，其特征在于，所述设备(54)在所述控制单元(46)的解锁模式下用于根据由所述图像采集单元(34)触发的识别信号取消闭锁。
13.按权利要求1-3中任一项所述的机床安全装置，其特征在于，设有控制单元(46)，其具有用于校准所述识别单元(32)的校准模式。
14.具有按前述权利要求任一项所述的机床安全装置的机床。
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