CN101903143B - 机床装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机床装置，具有监控单元(24)以用于监控至少一个机床监控区域(26)，其具有分析单元。提出了，分析单元(36)具有计算单元(44)，该计算单元设计用于对机床监控区域(26)中的至少两种运动加以区分。

Description

机床装置
技术领域
本发明涉及一种机床装置。
背景技术
已知了桌上型圆锯，其包括用于监控工作区域的视频摄像机。还提出了分析单元，其用于，根据借助于视频摄像机拍摄的图像序列来测定在工作区域中运动的对象的速度。
发明内容
本发明涉及一种机床装置，具有用于监控至少一个机床监控区域的监控单元，其具有分析单元。
提出了，分析单元具有计算单元，其设计用于对机床监控区域中的至少两种运动加以区分。可以由此实现当对机床监控区域进行监控时的高的可靠性。特别地可以识别出大量的应用情况，这些应用情况可能在应用机床时出现并且潜在地成为对于应用者的危险。“机床监控区域中的运动”应该特别理解为在机床监控区域中运动的对象的运动，该运动相对于机床的部件、特别是相对于工具进行。根据本发明可以在两个不同的对象的运动之间加以区分，其同时在机床监控区域中相对于部件运动。特别有利地，当工件加工过程时可以在工件和另一对象(如有利的是应用者的身体部分)的运动之间加以区分。对象的运动可以通过对象的质量中心的运动来表明特征。监控单元优选地具有探测单元用于探测数据，其中分析单元特别用于对由探测单元所探测的数据进行分析。探测单元在此特别设计用于探测机床监控区域。探测单元具有特别通过镜头确定的视野，从而“探测”机床监控区域，该视野至少包围机床监控区域或其符合于机床监控区域。
“设计”应该特别专门理解为布置、配备和/或设定。至少两种运动的“区分”应该特别理解为第一运动特征值(其表明了第一对象的运动的特征)与第二运动特征值(其表明了与第一对象不同的第二对象的运动的特征)之间的区分。
在本发明的一个特别的设计方案中提出了，计算单元设计用于测定在运动特征值之间的比较值，运动特征值分别表明不同的运动的特征，由此能够实现更简单和更快速的区分过程。分析单元在此优选地具有分析装置，其用于根据由探测单元所测定的数据来分析运动特征值。
特别地，运动特征值分别表明速度值的特征。由此可以特别简单地识别出在两个对象之间的明显的速度差别。因此例如可以当对工件进行加工时从工件的运动中快速识别出应用者的手的滑脱。表明了速度值的特征的运动特征值例如可以是一种与真实的速度值成比例的值。
此外，运动特征值可以分别表明运动方向的特征。由此，一个对象、特别是应用者的手的运动与安全运动之间的偏差可以有效地被识别。特别地可以识别出运动与优选的工作方向(在该方向上工件在正常且安全的条件下由应用者输送)的偏差。表明运动方向的特征的运动特征值例如是一种与角度成比例或符合于角度(运动方向与基准方向、例如工作方向构成该角度)的值。
在本发明的另一个实施方式中提出了，计算单元设计用于确定运动向量场，由此可以实现特别高的信息密度。“运动向量场”应该特别理解为点的集合，其中为集合的每个点分别分配了向量，其表明了点的运动的特征。运动向量场在此也可以称为“运动流”。
在此提出了，计算单元设计用于，在至少一种运行模式中在运动向量场中对同一速度的至少两个区域加以区分，由此可以实现特别有效的速度区分。“同一速度的区域”应该特别理解为运动向量场的连通的部分区域，在其中，分配给部分区域的点的向量至少基本上相同。“基本上相同的”向量的集合应该特别理解为向量的集合，其特征在于平均的向量长度和平均的向量方向，其中单独的向量在其方向和其长度方面与平均的方向或长度分别偏离了平均的方向或长度的小于30％、有利的小于10％和优选的小于5％。在此，向量方向优选地借助于相对于机床的优选方向的角度来限定，如特别是相对于工作方向，在该工作方向上，在工件加工过程中工件向着工具运动。
在另一个实施方式变体中提出了，计算单元设计用于，借助运动向量场在机床监控区域中识别人的身体部分的存在。由此可以有利地放弃用于识别人的身体部分的其它装置。这例如可以由此实现，即测定同一速度的区域的扩张并且特别与预先存储的数据进行比较，其表明了人的身体部分的典型性的扩张的特征。
在本发明的一个优选的设计方案中提出了，计算单元设计用于，借助于光学数据的分析将运动彼此区分开来，由此可以实现机床装置的一种简单且价廉的设计方案。“光学数据”应特别理解为借助于至少一个拍摄图像所获得的数据。特别有利的是，探测单元设计为图像拍摄单元，如特别设计为视频摄像机，其设计用于拍摄机床监控区域的图像。在此，用于对探测单元的至少一个拍摄图像进行分析的分析单元有利地具有图像处理程序。探测单元特别设计用于在可见的区域中进行图像拍摄。将探测单元设计为用于在不可见的区域中、如在红外线区域中进行图像拍摄的设计方案同样也是可能的。特别地，分析单元具有分析装置，该装置设计用于根据由探测单元所探测的、具有至少两个图像的图像序列来测定运动特征值。
在此，在一个图像序列中对两种运动进行特别可靠地区分由此实现，即计算单元设计用于，借助于光学流的方法对运动加以区分。因此可以简单地、利用通用的装置来测定运动向量场。“光学流”应该特别理解为这样一种向量场，其符合于速度向量在图像序列的图像平面上的投影并且可借助于图像序列中灰度值变化的分析来确定。
优选地，机床装置具有安全装置，该安全装置设计用于根据分析单元的信号来实施安全措施。通过分析单元和安全装置的这种共同作用，可以在应用机床时当发现危险情况时实现特别短的反应时间。安全装置特别具有：至少一个执行机构单元，其用于实施涉及工具的安全措施；和控制单元，该控制单元设计用于，根据分析单元的信号来操纵执行机构单元。执行机构单元可以用于，例如通过与安全装置和/或与驱动单元的共同作用来停止工具的驱动，和/或该单元可以用于，将工具移入对于应用者来说不可触及的区域中，和/或该单元可以设计为覆盖住工具。
在此提出了，计算机单元设计用于，测定在分别表明不同的运动的特征的运动特征值之间的比较值，并且为比较值配设安全装置的安全等级。由此可以在出现危险情况之后特别快速地采取安全措施。“安全等级”特别应该理解为用于一个确定的安全模式的标识。在低安全等级中，第一安全模式可以用于继续进行工具的驱动。有利地设有至少一个高的第二安全等级，其符合于第二安全模式，在该模式中，安全措施由执行机构单元和/或控制单元实施。安全等级可以特别预先存储在存储器单元中，计算单元与该存储器单元作用连接。
本发明还涉及一种涉及所述机床装置的方法，借助于该机床装置对机床的机床监控区域进行监控，其中测定了数据。
提出了，借助数据将机床监控区域中的至少两种运动彼此区分开来。可以由此实现当监控机床监控区域时高的可靠性。特别可以识别出大量的应用情况，这些应用情况可能在应用机床时出现并且潜在地成为对于应用者的危险。
此外提出了，测定在运动特征值之间的比较值，运动特征值分别表明不同的运动的特征；并且给比较值配设安全装置的安全等级，借助于安全装置实施安全措施。由此可以在出现危险情况之后特别快速地采取安全措施。
附图说明
另外的优点从下面的附图描绘中得出。在附图中示出了本发明的实施例。附图、说明书和权利要求书包含很多组合形式的特征。技术人员也可根据目的单独地考虑这些特征并且将其合并为合理的另外的组合。图中示出：
图1示出了具有工作表面、锯片和监控单元的锯床，
图2示出了锯床的内部线路，具有视频摄像机和分析单元，
图3a示出了由分析单元、根据视频摄像机的图像序列所测定的运动向量场，
图3b示出了当应用者的手滑脱在工件上时的另一运动向量场，
图3c示出了比较值的探测，用于在图3b中示出的情况中的手和工件的运动之间加以区分，
图4示出了分析单元的分析方法。
具体实施方式
图1以透视图示出了设计为桌上型圆锯的机床10。其具有工作表面12，该工作表面设计为工件支承面以用于支撑需要加工的工件14并且在机床10的基本装配位置上水平对齐。由工作表面12上突出地布置有设计为圆形的锯片的工具16。在工件加工过程中，工具16由驱动单元20驱动来旋转，该驱动单元位于布置在工作表面12下方的驱动壳体18中并且设计为电动机。
机床10包括具有监控单元24的机床装置22。该监控单元24设计用于监控机床监控区域26。机床监控区域26在工作表面12上的边界在图1中以虚线示意性地示出。机床监控区域26包含工作表面12的部分区域并且还从工作表面12出发垂直地向上延伸。机床监控区域26具有部分区域，该部分区域布置在工具16的区域中。这种被称为危险区域28的部分区域紧邻于工具16布置。特别地，危险区域28直接邻接于工具16。该危险区域28是这样一种区域，必须避免机床10的操作者的身体部分进入到该区域中。监控单元24具有设计为图像拍摄单元的探测单元30，其用于对机床监控区域26进行探测。为此，探测单元30具有一个视野，该视野符合于需要监控的机床监控区域26。探测单元30在所示出的实施例中布置在凸出于工作表面12的位置上。此外，机床装置22具有保持装置32，其设计用于将探测单元30保持在该位置上。也可以考虑另外的、由技术人员看起来是合理的探测单元30相对于工作表面12的布置。
在图2中示意性地示出了机床10的内部线路。机床装置22具有控制单元34，其用于执行机床10的运行模式。控制单元34具有未详细示出的内部的功能元件、例如计算单元、存储器单元等等，它们用于执行运行程序。控制单元34与驱动单元20作用连接并且可以将用于控制和/或调节工具16的驱动的控制信号传输至驱动单元20。监控单元24除了上述的探测单元30之外还具有分析单元36，该分析单元与探测单元30和控制单元34作用连接并且在下面对其功能详细描述。分析单元36和控制单元34可以彼此至少部分地设计为一个整体。
机床装置22还具有安全装置37，其用于当机床10运行时采取安全措施。为此，安全装置37具有执行机构单元38，其用于实施涉及到工具16的那些安全措施。该工具按照该安全措施，当出现对于操作者存在有受伤危险时，例如转入一种停止状态或转入一个对于操作者来说难于触及的区域中。执行机构单元38用于触发与其作用连接的安全装置40。在第一个可替换方案中，安全装置40设计用于，当通过执行机构单元38触发时停止工具16的运动。在此，安全装置40例如设计为夹紧装置或制动装置。在另一个变体中，安全装置设计用于当通过执行机构单元38触发时使得工具16下降到一个位于工作表面12下方的、驱动壳体18的对于操作者来说难于触及的区域中。在另一个实施方式中，安全装置可以设计为覆盖装置以用于覆盖住工具16。当执行机构单元38接收到控制单元34的触发信号时，通过该执行机构单元来触发安全装置40。该触发信号根据分析单元36的信号被控制单元34发送给执行机构单元38。对于执行机构单元38可替换的或附加的是，设有机床装置22的、相应于控制单元34的执行机构单元42。根据分析单元36的信号，设计为控制单元34的执行机构单元42将控制信号传输至驱动单元20，借助于该信号停止工具16的驱动。安全措施的实施因此通过执行机构单元38和/或42根据分析单元36的信号来实现，该信号通过控制单元34触发了执行机构单元38或42的操控。当通过分析过程根据由探测单元30所测定的数据、特别是图像数据识别出当驱动工具16时出现的危险情况时，则分析单元36的信号被传输至控制单元34。该识别过程在下面详细加以描述。
分析单元36设计用于，对在由探测单元30所测定的机床监控区域26中运动的对象的运动加以考虑。通过分析单元36进行的分析过程根据由探测单元30所测定的数据量来实现。在这个实施方式中，探测单元30设计为图像拍摄单元，并且设计为视频摄像机，其设计用于在可见的区域中拍摄图像。一个将探测单元用于在不可见的区域中进行探测的实施方式、例如在红外线区域中，同样也是可以考虑的。分析单元36的分析过程根据由探测单元30所测定的图像序列实现。根据本发明，分析单元36具有计算单元44，其设计用于对至少两个在机床监控区域中的运动加以区分。这参考图3a，3b，3c和4详细说明。
图3a和3b显示出由探测单元30测定的机床监控区域26的部分区域。可看到工作表面12，在其上放置了工件14。应用者的手46支撑在工件14上，其将工件14在工作方向48上向着工具16引导(也参看图1)。在工件加工过程中，工件14和手46分别执行在由探测单元30所测定的机床监控区域26中的运动。下面将工件14称为对象50和将手46称为对象52。计算单元44设计用于测定在对应于第一对象50的运动的第一运动特征值与对应于第二对象52的运动的第二运动特征值之间的比较值。计算单元44可以具有微处理器或者其可以设计为微处理器。其借助于程序、特别是图像处理程序来对探测单元30的图像序列进行分析，该程序存储在分析单元36的存储单元54中。
通过分析单元36进行的分析过程的流程在图4中的流程图中示出。在时间点ti-1，由探测单元30测定机床监控区域26的图像Bi-1。该图像Bi-1被存储在例如存储单元54中。在较晚的时间点ti，机床监控区域26的另一图像Bi被测定。图像Bi-1和Bi的数据通过计算单元44借助于图像处理程序在分析步骤56中被分析。特别地，机床监控区域26中的单个点的运动借助于图像Bi和Bi-1的比较来分析并且由此通过计算单元44测定了运动向量场。在此，图像处理程序应用了光学流的方法。在图像序列Bi-1、Bi中对像素区域的运动进行分析，其在该图像序列中具有恒定的亮度。通过对像素区域在图像Bi-1和Bi中位置的比较，为该像素区域分配了一个运动向量。运动向量表明了像素区域的运动在其方向和大小方面的特征。通过将运动向量分配给各个像素区域而产生了运动向量场58或60，其在图3a或3b中示出。对于这个光学流方法可替换的或者附加的是，可将运动向量分配给像素区域，其特征在于颜色特征、结构特征、确定的动力等等。
在下一个分析步骤62中实现了运动向量场58或60的分段。在此，运动向量场58或60的区域(其特征在于同一速度)被测定。在图3a中示出的情况中，其中操作者将工件14沿着工作表面12在工作方向48上推动，对象50和对象52基本上具有相同的速度，并且在相应于工作方向48的方向和大小方面都是这样。利用分段步骤，通过计算单元44识别了，在图像序列Bi-1、Bi中，分配有运动向量场58的总的图像区域具有同一速度。在根据图3b的情况中设定为，手46当推动工件14时在朝向于工具16的方向上滑脱。在这种情况下在分析步骤56中根据图像Bi-1和B i所测定的运动向量场60在图3b中示出。在分析步骤62中，通过运动向量场60的分段而识别了两个区域，其分别特征在于同一速度。第一区域对应于对象50、也就是说工件14，而第二区域对应于对象52、也就是说滑动的手46。第一区域在此特征在于两个运动特征值64、66，它们符合于运动向量的方向或长度，其同一地符合于该区域。运动特征值64、66在此是两个速度特征值。运动特征值64表明了速度的方向的特征，而运动特征值66与速度值成比例。运动特征值64特别符合于一个角度，该角度由向量方向与工作方向48形成并且其出于简明的原因不详细示出。第二区域相应地特征在于两个运动特征值68、70。借助于分析步骤中运动向量场60的分段，还测定了同一速度的区域的扩展。这被与存储单元54的预先存储的数据进行比较，其表明了常规的、潜在性地在机床监控区域26中运动的对象的典型的扩展、例如手的典型的扩展。因此，对象50、52可以一方面视为工件14和另一方面视为人的身体部分、亦即手46。计算单元44的分析步骤62因此允许了，根据运动向量场60识别出在机床监控区域26中是否存在人的身体部分。该分析步骤62是选择性的。在一个实施方式变体中可以考虑，在图像处理程序的分析步骤中根据颜色特征、结构特征和/或轮廓特征识别人的身体部分。在另一个实施方式变体中可以考虑，监控单元24除了探测单元30之外还具有传感器装置，该装置用于识别材料，特别是用于识别人体组织。例如该传感器装置可以设计为红外线传感器或雷达传感器。在与探测单元30的共同作用中，因此为测定的机床监控区域26的不同区域分配了不同的材料。在该实施方式变体中，所识别的手46的运动可以仅仅通过在分析步骤56中分配给它的运动向量表明特征，而不需要为此测定同一速度的区域。
计算单元44在另一个分析步骤72中对在运动特征值64、68之间的比较值或者在运动特征值66和70之间的比较值进行分析。根据比较值，计算单元44也可能识别出在对象50、52的运动方向之间的区别。例如比较值可以是角度值，其表明了通过相应的运动向量形成的角度的特征。在根据图3b的当前的情况下，该运动方向基本上是相同的。由此可以由计算单元44识别出，对象52、也就是说手46在朝向于工具16的方向上运动。从运动特征值66、70的比较中，计算单元44测定了比较值74，根据它也可能识别出对象50、52的不同的速度值。该比较值74例如可以符合于在表明了对象50、52的运动的特征的运动向量之间的长度区别。这在图3c中示出。
在另一个分析步骤76中，计算单元44对根据运动特征值测定的比较值、特别是比较值74进行分析。在根据图3b的情况下，安全装置37的高安全等级S对应于这种情况，即预定的阈值SW超过比较值74。根据这种安全等级S，分析单元36在步骤78中传输信号到控制单元34，其如上面所述地引入执行机构单元38和/或42的安全措施。预设的阈值SW例如预先存储在存储单元54中。
在图3a中示出的情况下，计算单元44将安全装置37的低安全等级对应于机床监控区域26的总的测定的部分区域的同一速度的事实。根据该安全等级，继续进行工具16的驱动。
机床装置22还适合于在其它类型的机床中、例如切割锯和斜角锯、嵌板锯、带锯等等。

Claims (13)

1.一种机床装置，具有监控单元(24)以用于监控至少一个机床监控区域(26)，所述监控单元具有分析单元，其特征在于，所述分析单元(36)具有计算单元(44)，所述计算单元设计用于确定运动向量场(58，60)并且用于对所述机床监控区域(26)中的两种运动加以区分，方法是测定在对应于第一对象(50)的运动的第一运动特征值与对应于第二对象(52)的运动的第二运动特征值之间的比较值。
2.按权利要求1所述的机床装置，其特征在于，所述第一运动特征值和所述第二运动特征值分别表明不同的运动的特征。
3.按权利要求2所述的机床装置，其特征在于，所述第一运动特征值和所述第二运动特征值分别表明速度值的特征。
4.按权利要求2所述的机床装置，其特征在于，所述第一运动特征值和所述第二运动特征值分别表明运动方向的特征。
5.按权利要求1所述的机床装置，其特征在于，所述计算单元(44)设计用于在至少一种运行模式中在所述运动向量场(60)内对同一速度的至少两个区域加以区分。
6.按权利要求1或5所述的机床装置，其特征在于，所述计算单元(44)设计用于借助所述运动向量场(60)在所述机床监控区域(26)中识别人的身体部分的存在。
7.按权利要求1所述的机床装置，其特征在于，所述计算单元(44)设计用于借助于光学数据的分析对所述运动彼此之间加以区分。
8.按权利要求7所述的机床装置，其特征在于，所述计算单元(44)设计用于借助于光学流的方法对所述运动加以区分。
9.按权利要求1所述的机床装置，其特征在于，设有安全装置(37)，所述安全装置设计用于根据所述分析单元(36)的信号来实施安全措施。
10.按权利要求9所述的机床装置，其特征在于，所述计算单元(44)设计用于给所述比较值(74)配设所述安全装置(37)的安全等级(S)。
11.一种具有按前述权利要求中任一项所述的机床装置的机床。
12.一种涉及按权利要求1至10中任一项所述的机床装置的方法，借助于所述机床装置对机床(10)的机床监控区域(26)进行监控，其中测定数据，其特征在于，借助所述数据将所述机床监控区域(26)中的两个对象(50、52)的至少两种运动彼此区分开来。
13.按权利要求12所述的方法，其特征在于，测定在第一运动特征值和第二运动特征值之间的比较值(74)，所述第一运动特征值和所述第二运动特征值分别表明不同的运动的特征；并且给所述比较值(74)配设安全装置(37)的安全等级(S)，借助于所述安全装置实施安全措施。
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