CN102046315A - 机床 - Google Patents

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Abstract

本发明基于一种机床，尤其是锯床，其具有用于安放待加工工件(16)的工作面(14)和用于支承刀具(18)的刀具支承单元(20)，所述刀具支承单元以可相对于所述工作面(14)运动的方式安装。本发明建议，所述机床具有识别单元(82)，所述识别单元被设置用于借助于辐射(SR)的谱分析对刀具区域(68)中的物质种类进行存在识别。

Description

机床
技术领域
本发明涉及根据权利要求1前序部分的一种机床。
已公开一种板锯，其具有工作台、用于旋转支承锯片的支承单元以及可由操作人员操作的下降臂，该下降臂用于支承单元相对于工作台的运动。
发明内容
本发明涉及一种机床，尤其是锯床，其具有用于安放待加工工件的工作面和用于支承刀具的刀具支承单元，所述刀具支承单元以可相对于所述工作面运动的方式支承。
本发明建议，所述机床具有识别单元，所述识别单元被设置用于借助于辐射的谱分析对刀具区域中的物质种类进行存在识别。由此在机床中，尤其在刀具支承单元相对于工作面运动时可以可靠和快速地识别应用情况。在与，“刀具区域”尤其应当理解为这样的区域，即，该区域由与机床的刀具和/或刀具延伸区域的最小间距为最大10cm，有利的是最大5cm，优选最大2cm的点组成。在此“刀具延伸区域”尤其由这些点组成，即，这些点可能会由刀具占据，尤其是基于用于相对于机床工作面支承刀具的刀具支承单元的可移动支承。图像检测单元具有在工作中优选确定机床的所监控区域的视区。所监控区域优选包含刀具区域的至少一个局部区域。有利地所监控区域至工作面的垂直投影包含刀具区域至工作面的垂直投影。此外所监控区域还可以包括刀具延伸区域的至少一个局部区域。
此外本发明建议，设置识别单元用于对在刀具区域中的特别是人类身体部分进行存在识别。这可以通过识别人体组织和/或识别操作者穿着的衣料实现。“辐射”尤其应当理解为电磁辐射。辐射的“谱”尤其应当理解为与波长、频率和/或时间有关的特别是辐射强度的辐射特征参数的分布。此外辐射的“谱分析”尤其应当理解为信号分析，其中，通过检测辐射谱的特性(例如在波长上集成的强度)得到分析结果。此外还建议，所述识别单元具有至少一个传感器装置，并且所述机床具有随动装置，所述随动装置用于在所述刀具支承单元相对于所述工作面运动时使得所述传感器装置随动。由此可以在刀具支承单元运动时获得较高安全性。
在本发明一个优选实施方式中建议，设置所述刀具支承单元用于在旋转平面中旋转支承刀具并且所述识别单元具有传感器装置，所述传感器装置设置在所述旋转平面的侧面。设置在所述旋转平面的“侧面”尤其应当理解为设置在由旋转平面限定的半空间(Halbraum)中。尤其应当理解为完全嵌入该半空间。“旋转平面”尤其应当理解为这样的平面，即，该平面具有刀具的重心点并且垂直于刀具的旋转轴线取向。特别有利的是传感器装置设置在刀具的侧面。在此传感器装置垂直于旋转平面至刀具的投影嵌入刀具平面。
在本发明一个有利改进方式中建议，所述机床具有安全装置，所述安全装置被设置用于根据所述识别单元的信号阻止所述刀具支承单元相对于所述工作面运动，由此有利地可以避免被支承的刀具与位于刀具延伸区域中的不期望对象或者人类身体部分接触。
有利地所述识别单元被设置用于借助于考查对象由反射的辐射的反射谱的分析而进行存在识别，由此可以获得对物质种类的基于对比度检测的有效的识别。
在本发明一个优选实施方式中建议，所述识别单元具有传感器单元，所述传感器单元包含至少一个灵敏区域用于在波长范围中检测辐射，所述波长范围至少局部设置在红外谱中，由此可以特别廉价地实现可靠和快速的识别。
另选或者附加的是，所述识别单元可以具有信号单元，该信号单元用于超宽带运行。针对超宽带运行设置的信号单元尤其应当理解为这样的单元，即，借助于该单元可以生成、接收和/或分析超宽带信号。“超宽带信号”尤其应当理解为这样的信号，即，该信号具有包括中频及频带宽为至少500MHz的频谱。中频优选在1GHz至15GHz频率范围中选择。
当波长范围是近中红外线区域时可以获得特别可靠的识别。由此可以提供灵敏区域，该灵敏区域有针对性地与识别和分析反射谱协调一致。与此相关联，“近中红外线区域”尤其应当理解为红外谱的这种波长区间，即，该波长区间低于15μm波长。当用于检测红外谱的波长区间中的辐射的灵敏区域设置为低于8μm波长时还可以获得人体组织和材料之间的较高的对比。特别有利的是，波长范围是近红外线区域。与此相关联，“近红外线区域”尤其应当理解为红外谱的这种波长区间，即，该波长区间低于1.5μm波长，例如尤其在IR-A区域内的波长区间。此外波长范围还可以局部设置在电磁谱的可见区域中。
当所述识别单元具有发送单元(所述发送单元被设置用于在波长范围中发送具有至少一个辐射部分的辐射时)，可以获得具有较高信号强度的分析信号。
此外本发明还建议，所述发送单元被设置用于发送波长范围中以及在至少另一波长范围中的辐射，由此可以在识别过程中提高准确性。在此为了区别不同波长范围中的辐射部分可以分别以脉冲形式发送这些辐射部分，其中，给确定的波长范围分配确定的脉冲长度。例如可以同时发送这些脉冲。
当所述发送单元被设置用于在波长范围中以及在至少另一波长范围中顺次发送辐射时还可以获得有利的区别。由此可以在期望的波长范围中有针对性地生成辐射，在此在通过传感器单元检测辐射时可以取消复杂的过滤。此外还可以获得较高的信噪比。在两个波长范围中“顺次”发送尤其应当理解为在第一波长范围中的发送并且在第二波长范围中发送尽可能不重叠。在此重叠持续时间(其中，在两个波长范围中同时发送辐射)应该比在波长范围中的最小发送持续时间的10％，有利的是小5％，优选小1％小。特别有利的是，发送过程不重叠，其中，通过发送单元发射互相分隔的脉冲。
有利地所述传感器单元具有至少另一灵敏区域，所述至少另一灵敏区域被设置用于在另一波长范围中检测辐射，由此可以实现在识别物质种类中进一步提高可靠性。波长范围可以重叠。然而有利的是，波长范围彼此分离。当传感器单元具有至少三个灵敏区域(这些灵敏区域分别用于在各种波长范围中的辐射检测)时可以获得特别准确的识别。
与此相关地建议，所述识别单元具有分析装置，所述分析装置被设置用于根据至少两个辐射特征参数的关系来识别物质种类的存在，其分别分配给在不同种波长范围中的辐射部分。由此有利地可以获得快速的识别。尤其可以取消考虑参考辐射。“辐射特征参数”尤其应当理解为这种特征参数，即，根据投射到传感器单元上的辐射检测的特征参数。所述特征参数尤其可以是电性特征参数。
在本发明一个优选实施方式中建议，所述波长范围是窄带式的。与此相关“窄带的波长范围”尤其应当理解为这样的波长范围，即，该波长范围具有最大100nm，有利的是最大50nm，优选最大20nm，特别优选最大10nm的带宽。由此可以有利地取消对检测的辐射的结构复杂的过滤。
附图说明
下述附图说明给出其他优点。在附图中示出了本发明的多个实施例。附图、说明和权利要求包含多个组合的特征。对于本领域人员，这些特征可以适当地单独地考虑也可以组合为其他合理的组合。
附图中：
图1以侧视图示出具有集成在保护罩中的刀具运行监控装置的板锯；
图2以俯视图示出根据图1的板锯；
图3以前视图示出板锯的锯片和刀具区域；
图4示出具有传感器单元、分析单元和用于阻止锯片运动的安全装置的识别单元；
图5示出具有发送辐射的发送单元的传感器单元的示意图；
图6示出传感器单元的前视图；
图7示出传感器单元的接收单元的与波长有关的透射因数的曲线；
图8示出由反射对象反射的辐射的与波长有关的反射谱；
图9示出识别单元的内部连接；
图10示出存储在识别单元中的数据库；
图11示出传感器单元的一个另选用于生成脉冲的发送单元；以及
图12示出由图11的发送单元生成的辐射的强度。
具体实施方式
图1以侧视图示出被构造为固定式机器(具体而言被构造为板锯)的机床10。在下述说明中，同样参阅图2，图2示出根据图1的机床10的俯视图。机床10还可以被构造为摆锯斜切锯或者横锯。机床10具有工作台12，工作台12形成工作面14，工作面14被设置用于安放例如卧放或者竖立借助于机床10待加工的工件。图2表明，工作台12具有第一组件12.1和第二圆形组件12.2，第一组件12.1与用于放置或者支承工作台12的放置面(未进一步示出)或者支承装置固定连接，第二圆形组件12.2可围绕垂直于工作面14的轴线相对于组件12.2转动地设置。在图1中，将被构造为木板的待锯工件16放置在工作面14上。为了加工工件16，机床10包括刀具18，刀具18被构造为圆形锯片。设置机床10的刀具支承单元20用于支承刀具18。刀具支承单元20具有支承装置22，支承装置22用于围绕旋转轴线24旋转地支承刀具18。在此刀具支承单元20限定刀具18的旋转平面25，旋转平面25包含刀具18的重心点并且垂直于旋转轴线24。在加工工件16时，驱动刀具18借助于被构造为电动马达的驱动单元26被驱动围绕旋转轴线24旋转。为了防止操作者接触刀具18，机床10设有作为保护罩的保护装置28以便遮盖刀具18，保护装置28围绕至少刃口32周长的一半覆盖刀具18的刃口32。图1表明，刀具支承单元20固定在保护装置28上。刀具18、刀具支承单元20、驱动单元26和保护装置28是刀具单元36的组成部分，刀具单元36以可相对于工作台12并且尤其相对于组件12.1运动的方式安装。为此机床10具有支承单元38，支承单元38用于使得刀具单元36(其中尤其是刀具支承单元20)以可相对于工作面14运动的方式安置，并且通过支承单元38，刀具支承单元20与工作面14连接。刀具单元36可以借助于支承单元38和下降臂50围绕平行于旋转轴线24取向的水平旋转轴52转动。因而刀具18以其旋转轴线24可沿弯曲的运动轨道54运动地支承，运动轨道54从刀具单元36的图3所示静止位置导向移动至处理待加工工件16的图1所示的较深的工作位置。
支承单元38自身可相对于工作台12运动。为此机床10具有第二支承单元40。支承单元40被构造为接纳单元，该接纳单元用于接纳和穿过导向单元42。与支承单元38固定连接的导向单元42用于与支承单元40协同工作使得刀具单元36(其中尤其是刀具支承单元20)以及支承单元38相对于工作面14导向移动。这种导向沿直线运动方向44实现，运动方向44平行于工作面14并且垂直于旋转轴52取向。支承单元38、40和刀具单元36还可以沿转动方向46围绕垂直于工作面14的轴线转动。支承单元40自身可以相对于工作台12运动，具体而言尤其相对于组件12.2运动。其尤其可以围绕水平且平行于运动方向44取向的倾斜轴线48实施摆动运动，由此可以实施刀具单元36相对于工作面14的倾斜运动。
刀具单元36相对于工作面14的运动可以通过操作者操作。为此机床10，具体而言刀具单元36设有操作单元56，操作单元56被设置用于通过操作者执行刀具支承单元20相对于工作面14的运动。其具有手柄58，手柄58被设置用于由操作者的手来抓取。以此操作者可以操作刀具单元36沿着水平运动方向44运动以及操作刀具单元36围绕旋转轴线52沿着运动轨道54朝向工作面14的方向运动，反之亦然。在操作机床10时，操作者用一只手抓取手柄58，与此同时，操作者通常将另一只手放在工件16上。为了避免操作者的手与旋转的刀具18接触，机床10设有刀具运行监控装置60。这借助于传感器单元62实现，其工作方式在以下作进一步说明。传感器单元62与刀具单元36，具体而言尤其与刀具支承单元20固定连接。在此传感器单元62固定在保护装置28上。保护装置28充当随动装置64，随动装置64用于在刀具支承单元20每次相对于工作面14运动时使传感器单元62随动。
图3以前视图示出处于其静止位置的刀具单元36。刀具18的可动性确定了刀具延伸区域66，刀具延伸区域66相应于可能会由刀具18占据的空间区域。刀具延伸区域66借助于竖直虚线示出。刀具延伸区域66同样基于刀具18沿运动方向44的可动性在垂直于附图平面的水平方向上延伸。刀具运行监控装置60用于监控刀具区域68。该刀具区域68包括刀具延伸区域66并且附加地由与刀具延伸区域66的最小间距为最大2cm的点组成。在刀具延伸区域66之外的待监控的刀具区域68设置在旋转平面25的侧面，具体而言刀具区域68相对于旋转平面25背离操作单元56(尤其是手柄58)。刀具延伸区域66和刀具区域68借助于点划线示意性地定界。传感器单元62具有通过以简单虚线在图3中示出的检测区域70(也参见图1)，检测区域70限定机床10的监控区域，该监控区域包括刀具区域68的主要部分。图3表明，该监控区域同样可以包括刀具延伸区域66的一部分。为了监控刀具区域68，传感器单元62设置在旋转平面25和刀具18的一侧，具体而言设置在旋转平面25的远离操作单元56尤其是手柄58的一侧上。在此操作单元56和传感器单元62设置在旋转平面25的两侧。
图4以示意性视图示出机床10的连接。机床10具有执行器单元72、74，执行器单元72、74与刀具运行监控装置60协同工作用于执行安全措施。执行器单元72、74分别被设置用于驱动安全装置76或者78。图1示意性示出的安全装置76是被构造为夹持装置的锁止装置，该锁止装置设置在旋转轴线52的区域中。安全装置76也可以被构造为齿轮。安全装置76尤其设置在支承单元38中。安全装置76用于阻止由操作者驱动的刀具单元36围绕旋转轴线52的旋转运动，也就是说刀具18沿着运动轨道54的运动。在释放该运动的位置上，安全装置76被弹簧式加载。这可例如借助于机械式弹簧和/或借助于吸引磁铁实现。执行器单元72用于使得安全装置76(从释放运动的位置出发)进入禁止该运动的锁止位置以及操作安全装置76复位至其释放位置。在图1中同样示意性示出的安全装置78设置在支承单元40中。安全装置78用于阻止由操作者驱动的刀具单元36沿着运动方向44的平移运动。安全装置78同样是被构造为夹持装置、楔形物元件和/或卡止装置(例如止动销)的锁止装置，并且可以借助于执行器单元74操作该锁止装置以避免导向单元42的进给。对此参阅对安全装置76的说明。
执行器单元72、74根据刀具运行监控装置60的信号触发安全装置76或者78的操作，具体而言，尤其是刀具运行监控装置60的分析单元80的信号。分析单元80与传感器单元62协同工作形成识别单元82，识别单元82用于对刀具区域68中的人体组织进行存在识别。如果通过识别单元82识别出在刀具区域68中存在人体组织，则向执行器单元72和/或74传递操作信号，执行器单元72和/或74根据该操作信号触发针对刀具支承单元20相对于工作面14运动的上述锁定。为此分析单元80与执行器单元72、74作用连接。此外可以根据这种操作信号制动或者停止刀具18的驱动。为此分析单元80与驱动装置26作用连接。替换或者附加可以设置与分析单元80连接的另一执行器单元，该执行器单元用于制动刀具18。该执行器单元可以操纵安全装置，该安全装置例如被构造为制动盘或者鼓式制动器并且与未示出的轴连接，该轴设置在刀具支承单元20中并且由驱动装置26驱动以使得工具18围绕旋转轴线24旋转。
本发明还建议，如根据图4的实施方式可知，由传感器单元62监控的刀具区域68分布在多个模式区域上，这些模式区域分别属于安全模式。这样刀具区域68例如可以划分为危险区域68.1和警告区域68.2，在危险区域中可以激活上述安全模式。警告区域68.2优选与危险区域68.1相邻，在旋转轴线24的朝向旋转平面25的方向上设置在危险区域68.1之前并且在该方向上具有例如1cm的延伸部。如果识别单元82识别出在警告区域68.2中存在人类身体部分，则分析单元80触发警告信号用于警告操作者。这种警告能够以光学或者声学方式实现，或者可以利用上述借助于安全装置76和/或78的锁止实现，而仅当识别出在危险区域68.1中存在人类身体部分时，才实施刀具驱动装置的制动和停止。
结合图5说明识别单元82的功能原理。以示意性视图示出工作台12、工件16和传感器单元62。为清楚起见未示出刀具18和保护装置28。考查对象84设置在刀具区域68中的工件16上。其尤其可以是操作者的手、另一干扰对象或者仅为工件16的表面。传感器单元62具有发送单元86，发送单元86在工作中向刀具区域68发送辐射SI。该辐射SI试件84由反射并且作为辐射SR由传感器单元62的附图示意性示出的接收单元88接收。传感器单元62还具有标记单元89用于标记刀具区域68。
图6以前视图示出传感器单元62的发送单元86和接收单元88，在图6中，系统的光轴通过附图平面。发送单元86具有发送装置90，发送装置90被构造为LED。在发送装置90的直接相邻周边中设置接收单元88的四个传感装置92，这四个传感装置92均被构造为光电二极管。
这些传感器装置92分别具有灵敏区域94，灵敏区域94为了检测辐射分别设置在不同波长范围WL1＝[λ1，λ2]、WL2＝[λ3，λ4]、WL3＝[λ5，λ6]或者WL4＝[λ7，λ8]中。这在图7中示意性示出。图7示出与由接收单元88接收的反射辐射SR的波长λ有关的接收单元88透射系数(Durchlassfaktor)的曲线。在所考察的实施例中，这些波长范围WLi互不重叠地构成。这些波长范围WLi例如具有630nm、700nm、980nm、1050nm和1200nm的中央波长，以分别大约10nm的带宽窄带式地构成。附加于传感器装置92，接收单元88还可以设置过滤器组件的系统以便窄带过滤所检测的辐射SR，该系统设置在传感器装置92的上游。在传感器装置92被构造为选择性光电二极管时窄带过滤是系统固有的，由此可以优选免去其他过滤器组件。另选地或者附加于光电二极管，传感器装置92可以被构造为CCD场或者CMOS场、InGaAs探测器、热释电探测器等。
波长范围WL2、WL3、WL4设置在红外谱中。尤其是这些波长范围WL2、WL3、WL4分别是具有动界值[700nm，1400nm]的区域接近红外谱IRA的。波长范围WL1至少局部设置在电磁谱的可见区域中。另选或者附加地可以在红外线区域IR-B(1.4-3μm)和IR C(3-15μm)中选择波长范围。具有发送装置90的发送单元86生成辐射，该辐射包括图7所示的波长范围WLi。
借助图8、9和10描述在刀具区域68中的人体组织的存在识别的原理。图8示出考查对象84由反射并由传感器装置92检测的辐射SR的反射谱。该反射谱相应于与辐射SR的波长λ有关的信号强度的分布。传感器装置92或者灵敏区域94分别检测在相应波长范围WLi中的反射谱的一部分。这些传感器装置92在其输出端上分别生成辐射特征参数Vi，辐射特征参数Vi相应由电压构成。辐射特征参数V1例如与在波长范围WL1中集成且在图8中以阴影线绘出的辐射SR信号强度S1是成比例的。
如图9可以看出，辐射特征参数Vi被发送至分析单元80的分析装置96(例如微处理器)的输入端上。在另一变形方式中可以想到，辐射特征参数Vi被增强。在进行分析时，借助于逻辑运算将辐射特征参数Vi与存储在分析单元80的存储器单元98中的数据库100的值进行比较。该数据库100在图10中示意性示出。在第一分析策略中，将所检测的辐射特征参数Vi与所存储的值A1、A2、A3等进行比较。给每个对(Vi、A1)分配一个识别变量，该识别变量可以假定值“错误”(F)或者“正确”(T)。在值为“F”情况下，排除了在刀具区域68中存在人体组织。在另选或者附加的第二分析策略中，通过分析装置96确定不同辐射特征参数Vi之间的比例V1/V2；V1/V3等。将这些比例与所存储的值A1、A2、A3等进行比较，由此如上所述可以推断出在刀具区域68中存在人体组织。通过形成比例可以执行与强度无关的识别。此外可以在存储器单元98中存储关于传感器装置92的谱敏感性的信息，该信息可以用于分析辐射特征参数Vi。
在图11和图12所示的一个另选变形方式中，传感器单元62设有发送单元102，发送单元102具有至少两个、尤其至少三个、特别优选至少四个发送装置104.1至104.4用于在相应不同波长范围WL1至WL4中发送辐射，这些发送装置104.1至104.4在发送单元102工作时顺次运行。图9示出发送单元102，其生成辐射SI，辐射SI具有一组脉冲106.1至106.4并在图12中示出。图12示出与时间t有关的辐射SI强度的曲线。脉冲106具有大约100μs的宽度B。发送单元102被设置用于在波长范围WL1至WL4中顺次发送辐射。在此在四个顺序排列的脉冲106.1至106.4序列中，给不同波长范围WL1至WL4分别分配脉冲。这些发送装置104例如分别可以被构造为LED。通过在不同波长范围WLi中的这种顺次的辐射可以取消对所检测的、反射的辐射SR进行复杂的过滤。

Claims (13)

1.一种机床，尤其是锯床，其具有用于安放待加工工件(16)的工作面(14)和用于支承刀具(18)的刀具支承单元(20)，所述刀具支承单元以可相对于所述工作面(14)运动的方式被支承，其特征在于识别单元(82)，所述识别单元被设置用于借助于辐射(SR)的谱分析对刀具区域(68)中的物质种类进行存在识别。
2.根据权利要求1所述的机床，其特征在于，所述识别单元(82)具有至少一个传感器装置(92)，并且设有随动装置(64)，所述随动装置用于在所述刀具支承单元(20)相对于所述工作面(14)运动时使所述传感器装置(92)随动。
3.根据权利要求1或2所述的机床，其特征在于，设置所述刀具支承单元(20)用于在旋转平面(25)中旋转支承刀具(18)并且所述识别单元(82)具有传感器装置(92)，所述传感器装置设置在所述旋转平面(25)的侧面。
4.根据前述权利要求之一所述的机床，其特征在于安全装置(76、78)，所述安全装置被设置用于根据所述识别单元(82)的信号阻止所述刀具支承单元(20)相对于所述工作面(14)运动。
5.根据前述权利要求之一所述的机床，其特征在于，所述识别单元(82)被设置用于借助于对考查对象(84)由反射的辐射(SR)的反射谱的分析而进行存在识别。
6.根据前述权利要求之一所述的机床，其特征在于，所述识别单元(82)具有传感器单元，所述传感器单元包含至少一个灵敏区域(94.2)用于在至少局部设置在红外谱中的波长范围(WL2)中检测辐射。
7.根据权利要求6所述的机床，其特征在于，所述波长范围(WL2)是近中红外区域。
8.根据权利要求6或7所述的机床，其特征在于，所述识别单元(82)具有发送单元(86；102)，所述发送单元被设置用于在所述波长范围(WL2)中发送具有至少一个辐射部分的辐射。
9.根据权利要求8所述的机床，其特征在于，所述发送单元(102)被设置用于在所述波长范围(WL2)中以及在至少一个另外的波长范围中(WL1、WL3、WL4)发送辐射。
10.根据权利要求9所述的机床，其特征在于，所述发送单元(102)被设置用于在所述波长范围(WL2)中以及在所述另外的波长范围(WL1、WL3、WL4)中顺次发送辐射。
11.根据权利要求6至10之一所述的机床，其特征在于，所述传感器单元(62)具有至少一个另外的灵敏区域(94.1、94.3、94.4)，其被设置用于在另外的波长范围(WL1、WL3、WL4)中检测辐射。
12.根据权利要求11所述的机床，其特征在于，所述识别单元(82)具有分析装置(96)，所述分析装置被设置用于根据至少两个辐射特征参数(V1、V2、V3、V4)的关系来识别物质种类的存在，给在不同波长范围(WL1、WL2、WL3、WL4)中的辐射部分分别配有所述辐射特征参数。
13.根据权利要求6至12之一所述的机床，其特征在于，所述波长范围(WL2)是窄带式的。
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