CN102066049A - 工具机监控装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及工具机监控装置，包括识别单元（32），识别单元设置用于借助对射束（SR）的光谱的评估来对在至少一个预定的工具机区域尤其工具机工作区域（34）中至少一个材料种类的进行存在识别，识别单元（32）具有传感器单元（44），其带有至少一个用于检测设置在电磁范围内的波长范围（WL2）中的射束的敏感区（54.2），还具有发送单元（42；64），它被设置用于发送带有在波长范围（WL2）中的至少一个射束份额的射束，且还具有评估器件（58），如此提供评估器件，以致于其能基于由传感器单元（44）检测的射束在至少一个预定的工具机范围内检测至少一个材料种类的存在，评估器件（58）与发送单元（42）作用连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种按权利要求1的前序部分所述的工具机监控装置。
背景技术
已知一种工具机监控装置，其有用来识别材料的识别单元。
发明内容
本发明基于一种带识别单元的工具机监控装置，所述识别单元设置用于借助对射束的光谱的评估来对在预定的工具机区域尤其工具机工作区域内的至少一个材料种类进行存在识别。
建议识别单元具有带至少一个敏感区的传感器单元，用于在波长范围内检测射束，所述波长范围设置在电磁范围内，尤其至少部分设置在红外线光谱内。
由此可以成本低廉地实现对工具机的使用状况的可靠且快速的识别。
“工具机工作区域”应尤其指直接在工具周边的工具机的区域。 “直接”在工具周边的区域应特别指的是这样一个区域，即该区域的每个点到工具的间距都为最小，最大为10 cm，优选最大为5 cm，特别优选最大为2 cm。
在本文中，“射束”应尤其指的是电磁射束。被传感器单元检测到的其中一条射束的“光谱”应尤其指的是根据波长、频率和/或时间对射束特征参数，特别是射束强度的划分。此外射束的“光谱的评估”尤其应指信号评估，此时通过检测射束的光谱的特征得到评估结果。为了实现快速评估，光谱的一个特征尤其对应经由波长范围求积分的信号强度。
为用高信号强度实现评估信号，识别单元具有发送单元，该发送单元设置用于发送具有在波长范围内的至少一个射束份额的射束。
为了在使用工具机时实现高安全性，识别单元还具有评估器件，它可以基于由传感器单元检测到的射束在至少一个预定的工具机区域内检测至少一个材料种类的存在。至少一个材料种类尤其涉及人体组织。当然也可以检测其它的材料种类，例如借助工具机进行处理和/或加工的材料、其它物品的材料，尤其是手套材料，或类似物，只要这是所期望的。此外，也可以彼此区分不同的材料。
评估器件与发送单元作用连接。换而言之，评估器件既可以基于由发送单元发送的射束，也可以基于由传感器单元检测到的射束来检测至少一个预定的工具机区域内的至少一个材料种类的存在。通过结合发送单元和接收单元以及借助对发送信号的时间调制（脉冲）和将这一时间调制从接收信号中过滤出来，还可以有利地实现对环境光的补偿。
按照本发明的一种优选的实施方案，识别单元用于借助评估由检查对象反射的射束的反射光谱来进行存在识别，由此可以实现对检查对象的材料种类的有效且基于对照检测的识别。如前所述，检查对象涉及人体组织，例如手，还涉及借助工具机进行处理和/或加工的物品，以及涉及其它物品，例如操作者戴的手套，或类似物。
当波长范围是接近中间的红外线范围时，可以实现一种特别可靠的识别。由此可以提供一个敏感区，该敏感区有针对性地与反射光谱的检测和评估相协调。“接近中间的红外区”在本文中尤其指的是红外光谱的波长分档间隔，其设置在波长15μm之下。当敏感区设置用于检测在波长8μm之下的红外光谱的波长分档间隔中的射束时，还可以在人体组织和材料之间实现鲜明对比。尤其有利的是，波长范围是接近的红外线范围。“接近的红外线范围”在本文中英特别指的是红外光谱的波长分档间隔，其设置在波长1.5μm之下，如尤其是在IR-A范围内的波长分档间隔。波长范围还可以部分布置在电磁波谱的可见光和/或紫外线范围内。
在本发明的一种优选的实施形式中建议，波长范围设计成窄带状。“窄带状的波长范围”在本文中尤其指的是这样一种波长范围，其具有最大100 nm，有利地最大为50 nm以及优选最大为20 nm和特别是优选最大为10 nm的带宽，其中，在带宽为50 nm时，尤其可以达到非常良好的结果。由此可以有利地省去对已检测射束的构造耗费的滤波。
在本发明的另一种设计方案中建议，发送单元设置用于发送在波长范围内以及在至少一个另外的波长范围的射束。由此可以有针对性地产生在所期望的波长范围内的射束，其中，在通过传感器单元检测该射束时可以取消耗费的滤波。此外还可以达到高信/噪比。当发送单元具有至少两个，尤其三个传感器模块以用来发送在各不同波长范围内的射束时，这一点可以特别简单地实现，其中，所述传感器模块在发送单元运行时工作。发送例如可以连续地进行。在两个波长范围内的“连续”发送应特别理解为，在第一波长范围内的发送和在第二波长范围内的发送尽可能是无叠加的。在此，射束同时在两个波长范围内发送的叠加持续时间应小于在一个波长范围段内的最小发送持续时间的10%，有利地小于5%以及优选小于1%。特别有利的是，发送过程是无叠加的，其中，通过发送单元发送彼此分离的脉冲。作为备选，发送单元也可以具有一个或多个发送二极管，其中，每个发送二极管都设计为，可以向外发送在至少两个彼此不同的波长范围内的射束。
此外还建议，工具机监控装置具有光学单元，该光学单元设置用于确定识别单元的至少一个反应区域。识别单元的“反应区域”应指的是一个空间区域，它配属于由识别单元执行的过程，在该空间区域存在至少一个材料种类的实体时，所述过程被触发。反应区域优选对应工具机工作区域的至少一个分区，例如材料涂层区、材料取出区或其它对使用者造成潜在危险的区域。作为备选或附加，可以设置有别于工具机工作区域的反应区域。例如，这样一种反应区域也可以用于实现工具机监控装置的警告功能。光学单元可以对应接在传感器单元的发射路径内的光学系统。此外，光学单元还可以作为备选对应接在发送单元的发射路径内的光学系统。通过光学单元可以安全且舒适地使用工具机，为此可以将识别单元的响应局限在有限的区域中。
此外，当工具机监控装置具有标记单元，该标记单元标记至少一个预定的工具机区域或至少一个反应区域时，可以有利地提高操作舒适性。例如可以通过投影激光到待标记区域而实现这种标记。作为备选，也可以通过从发送单元朝待标记区域方向发出在可见光范围内的射束份额，实现标记。当然也可以考虑其它标记手段。
传感器单元有利地具有至少一个其它的敏感区，该敏感区设置用于检测在另外的波长范围内的射束，由此可以更为安全地识别材料种类。波长范围可以叠加。但有利的是，波长范围彼此分开。当传感器单元具有至少三个设置用于检测在不同波长范围内的射束的敏感区时，可以实现特别精确的识别。
因此在本发明中建议，评估器件设计成，使其可以借助至少两个射束特征参数的比例来识别至少一个材料种类的存在，这些射束特征参数分别配属于不同波长范围内的射束份额。由此可以有利地实现快速识别。尤其可以不考虑射束。“射束特征参数”应尤其指的是这样一种特征参数，其借助进入传感器单元的射束进行检测。该特征参数可以尤其是电的特征参数。
有利地设置决策单元，其设计为，基于检测到至少一个材料种类的存在或缺失来触发至少一个执行器单元。执行器单元例如涉及工具驱动装置，其基于检测区内存在或缺失至少一个材料种类而开关。执行器单元也可以涉及保护系统，其保护操作者不与工具接触，例如将工具移出危险区的保护系统或产生警示信号，从而让操作者注意到危险的保护系统。已产生的信号例如涉及光学的、声学的或其它的警示信号。
工具机监控装置有利地包括激活和/或去激活单元，使用者可以借助该激活和/或去激活单元来接通和/或关闭所述工具机监控装置。这种激活和/或去激活单元有利地设计成，可以被操作者激活和/或去激活的范围，取决于使用者的职权等级。激活和/或去激活单元的这种与职权等级相关的操作创造了可能性，即，使资格不同的使用者具有不同的权限。因此例如技师有权完全去激活工具机监控装置，而学徒则无权去激活所述工具机监控装置。此外，例如还可以考虑的是，可以根据使用者的职权等级扩大或缩小反应区域。使用者的职权等级可以储存在便携式介质中，例如智能卡、应答器钥匙或类似物，其中，为检验职权等级而在相应的装置内读取存储介质以及检验职权等级。然后根据已检测的职权等级，用激活和/或去激活单元来释放或锁止所述工具机监控装置。
此外，本发明还涉及一种工具机，尤其是切割工具机，例如圆锯、钻机或类似物，其带有前文定义类型的工具机监控装置。
最后，本发明还涉及一种用于在操作工具机时使用的物品，其中，这样来操作该物品，使该物品的材料可以更容易被工具机监控装置检测到。例如物品的表面可以覆有很容易被工具机监控装置检测到的材料。物品可以优选涉及在操纵工具机时由使用者佩戴的工作手套。
附图说明
本发明其它的优点从下文的附图说明中得出。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大量组合特征。相宜的是，技术人员既可以单独考虑这些特征，也可以合理地组合这些特征。
附图中：
图1表示带识别单元的台式圆锯；
图2表示从上方俯视的台式圆锯俯视图，其带有识别单元的反应区域；
图3是识别单元的示意图，带有用于发送射束到反应区域的发送单元、传感器单元和检查对象；
图4是发送单元的发送器件和传感器单元的传感器器件的正视图；
图5表示与波长相关的传感器单元的透射因子的变化曲线；
图6表示与波长相关的被反射对象反射的射束的反射光谱；
图7表示识别单元的内部电路；
图8表示储存在识别单元中的数据库；
图9表示识别单元的备选的发送单元，用于产生脉冲；以及
图10表示由图9的发送单元产生的射束的强度。
具体实施方式
图1表示设计成台式圆锯的工具机10的侧视图。工具机10具有设计成盘形锯子的工具12，所述工具在锯切操作时借助布置在驱动机构壳体14内并且设计成电动机的驱动单元16旋转驱动。在驱动机构壳体14上支撑地设有锯切工作台18，待加工的工件20可以平放在该工作台上。为保护操作者，工具机10包括保护罩22，它在工具机10不工作时包住工具12从锯切工作台18中伸出的部分。为了实施工件20的加工，工件以公知方式沿工作方向24朝工具12的方向穿过操作者运动，图中示意性示出了操作者的手26。在此，能绕转轴28转动地支承的保护罩22通过工件20向上枢转，从而露出工具切割棱边。
为提高操作者的安全，工具机10配设有工具机监控装置30。工具机监控装置30具有识别单元32，用于识别在工具机10的工具机工作区域34中存在人体组织。从上方看，可以在图2的工具机10的俯视图中看到工具机工作区域34。为清楚起见，图2中没有示出保护罩。识别单元32具有反应区域36，该反应区域为操作配设一个与驱动单元16联接的执行器单元38，所述执行器单元与识别单元32作用连接（见图7）。若通过识别单元32识别到在反应区域36中存在人体组织，那么将操作信号传递到执行器单元38，执行器单元借助该操作信号促使驱动单元16停止运行以及借助未详细示出的紧急制动装置立即制动锯子。反应区域36对应工具机工作区域34的部分区域，该工作区在工作方向24上布置在工具12之前。但在该位置应当指出，反应区域原则上不必在工具机工作区域之内。更确切地说，可以在任意一个区域内限定出反应区域。在示例中，识别单元32布置在保护罩22内，更确切地说布置在保护罩22的在工作方向24上位于工具12之前的前部区域内。在一种备选的实施形式中，识别单元32可以布置在劈楔、平行止挡和/或锯切工作台18上方的悬架上。
借助图3说明识别单元的工作原理。在示意性视图中示出了锯切工作台18、工件20和识别单元32。为清楚起见，没有示出工具12和保护罩22。在反应区域36内的工件20上设置有检查对象40。该检查对象40可以特别是操作者的手26。识别单元32具有在图中示意表示的发送单元42，它在运行时将射束SI发送到反应区域36内。该射束SI被检查对象40反射并且作为射束SR被图中示意性示出的识别单元32的传感器单元44接收。光学单元46接在发送单元42和传感器单元44的上游。光学单元46具有透镜单元（未示出），其确定反应区域36的边界，射束SI被发送到该反应区域内。透镜单元此外还设计用于，将传感器单元44的灵敏度限定在于反应区域36中反射的射束SR。光学单元46具有光学轴48。工具机监控装置30还具有标记单元，其在图3中示意性示出且在识别单元32工作时通过在锯切工作台18上的投影标出识别单元32的反应区域36。标记单元49例如可以设计成激光指示器。作为备选或附加，可以由发送单元42实施对反应区域36的标记，所述发送单元产生在可见光范围内的射束份额。
图4以正视图示出了识别单元32的发送单元 42和传感器单元44，在图中，光学轴48切分图平面。发送单元42具有设计成LED的发送器件50。直接在发送器件50周围设置传感器单元44的四个传感器器件52，它们分别设计成光电二极管。
传感器器件52分别具有一个敏感区54，其设置用于分别在不同的波长范围WL1 = [λ1, λ2]、 WL2 = [λ3, λ4]、 WL3 = [λ5, λ6] 或 WL4 = [λ7, λ8]中进行射束检测。这在图5中示意性示出。图5示出了与波长λ、通过传感器单元44接收到的反射光线SR相关的传感器单元44的透射因子的变化曲线。波长范围WL1例如具有中央波长为375 nm、450 nm、740 nm、840 nm和1550 nm并且设计成窄带的，分别具有带宽约为10 nm。除传感器器件52外，传感器单元44可以配设有滤波器构件的系统来对已检测的射束SR进行窄带滤波，从而接在传感器器件52的上游。在传感器器件52作为选择性的光电二极管的一种实施形式中，窄带滤波是系统自带的，由此能够有利地省去其它的滤波器构件。作为备选或除光电二极管外，传感器器件52还可以设计成CCD或CMOS场，InGaAs探测器、热电探测器等。
波长范围WL2、WL3、WL4设置在红外光谱内。这些波长范围WL2、WL3、WL4尤其是接近红外波谱IR-A的范围，极限值为[700 nm, 1500 nm]。波长范围WL1至少部分布置在电磁波谱的可见光范围中。作为备选或附加，可以在红外线范围IR-B (1.5 - 3μm) 和 IR-C (3 - 15 μm)中选出波长范围。发送单元42用发送器件50产生射束，其包括在图5中示出的波长范围WLi。
借助图6、7和8说明在识别单元32的反应区域36中识别到人体组织存在的原理。图6示出了被检查对象40反射的、被传感器器件52检测的射束SR的反射光谱。该发送光谱对应根据射束SR的波长λ的信号强度的分配。传感器器件52或敏感区54检测相应波长范围WLi内的反射光谱的一部分。传感器器件52在其输出端口上分别产生一个射束特征参数Vi，该特征分别设计成电压。射束特征参数V1例如与射束SR的经由波长范围WL1求积分且在图6中示出的信号强度SI成比例。
由图7可知，射束特征参数Vi指给识别单元32的评估器件58的输入端。在另一种变型方案中可以考虑的是，增强射束特征参数Vi。在评估时，借助逻辑运算器将射束特征参数Vi与储存在识别单元32的存储单元60中的数据库62的值比较。该数据库在图8中示意性示出。在第一种评估策略中，将已检测的射束特征参数Vi与已储存的值A1、A2、A3等相比较。为每一对(Vi, Ai)分配一个识别变量，它可以采纳值“假”（F）或“真”（T）。在值为“F”时，得到反应区域46中存在人体组织的结论。在第二种备选或附加的评估策略中，通过评估器件58求出在不同的射束特征参数Vi之间的比V1/V2; V1/V3等。将这些比例与所储存的值A1、A2、A3等相比较，由此可以如上所述得出反应区域36内存在人体组织的结论。通过形成比例，可以实施与强度无关的识别。此外，在存储单元60中还可以储存有关传感器器件51的光谱灵敏度的信息，这些信息可以用来评估射束特征参数Vi。
在此所述的识别单元32是模拟的识别单元，仅以模拟方式在其中实现对反射的射束SR的检测或评估。在此，可以基于很短的检测时间或评估时间达成特别有效的识别。模拟和数字信号处理器件的组合应用或单独使用数字信号处理器件都是可以考虑的。
发送器件50发送射束，其有在时间上恒定的射束强度。在一种备选的实施变型方案中，识别单元32具有备选的发送单元64，其将强度可变的射束发送到反应区域36中。这在图9和10中示出。图9示出了传感器单元64，它产生射束SI，该射束具有一系列的脉冲68并且在图10中示出。图10表示与时间t相关的射束SI的强度的变化曲线。脉冲68具有宽度B约为100μs。发送单元64设置用于，连续地发送在波长范围WL1至WL4中的射束。在此，在一列四个脉冲68.1至68.4中，分别为不同的波长范围WL1至WL4分配脉冲。脉冲68对应在各不同的波长范围WLi中发送的射束。为此，发送单元64具有多个发送器件66.1至66.4，它们分别设置用于在不同的波长范围WL1至WL4中发送。在此，用于脉冲68.1的发送器件66.1对应波长范围WL1等。作为备选，也可以使用发送二极管，它们分别能够向外发送在波长范围WLi的至少两个中的射束。发送器件66可以例如设计成LED。通过在各种波长范围WLi中的连续发射，可以省去对已检测的反射的射束SR的费用昂贵的滤波。借助工具机监控装置30，可以监控工具机工作区域34的反应区域36，它作为工件输入区是工具机10的危险区。借助工具机监控装置可以将人体组织与借助工具机10待加工的材料区分开来，从而一旦例如借助工具机监控装置30检测到反应区域36内有使用者的手26，就能借助执行器单元38迅速停止工具机10的锯具。如图1所示，工具机包括激活和去激活单元70，该单元与工具机监控装置30作用连接。这个激活和去激活单元70设计成，该激活和去激活单元在其中可以被使用者批准的范围取决于使用者的职权等级。为此，激活/去激活单元70包括未详细示出的激光单元，借助它可以读取便携式存储介质，操作者的职权等级储存在该便携式存储介质中。使用者可以根据已检测的使用者职权等级必要时在预定的界限内来激活或去激活工具机监控装置。这种根据职权等级来操作激活/去激活单元70的方式限定了不同使用者的不同权限。所以例如可以允许和工具机10打交道的经验极为丰富的熟练技师来完全去激活工具机监控装置30，而不允许学徒来进行这种去激活。
应当说清楚的是，前述类型的工具机监控装置能够用来监控不同的工具机，在这些工具机中，操作者可能/必须/应当偶尔或定期地干预工具机的工作进程。此外，可以借助按本发明的工具机监控装置进行监控的工具机区域，不局限在工具周边的工具机工作区域。更确切地说，能够监控全部可能对使用者造成潜在危险的工具机区域。
最后应当说明的是，本发明不局限于前述实施形式。更确切地说，变型方案和修改都是可行的，而不会超出本发明通过所附的权利要求书所限定的保护范围。
Claims (19)
1.工具机监控装置，包括识别单元（32），该识别单元被设置用于借助对射束（SR）的光谱的评估来对在至少一个预定的工具机区域尤其工具机工作区域（34）中的至少一个材料种类进行存在识别，其特征在于，所述识别单元（32）具有传感器单元（44），该传感器单元带有至少一个用于检测设置在电磁范围内的波长范围（WL2）中的射束的敏感区（54.2），所述识别单元还具有发送单元（42；64），该发送单元被设置用于发送带有在波长范围（WL2）中的至少一个射束份额的射束，并且所述识别单元还具有评估器件（58），如此提供该评估器件，以致于其能够基于由传感器单元（44）检测的射束在至少一个预定的工具机范围内检测至少一个材料种类的存在，其中，所述评估器件（58）与所述发送单元（42）作用连接。
2.按权利要求1所述的工具机监控装置，其特征在于，所述识别单元（32）被设置用于借助对由检查对象（40）反射的射束（SR）的反射光谱的评估来进行存在识别。
3.按权利要求1或2所述的工具机监控装置，其特征在于，所述波长范围（WL2）至少部分设置在红外光谱中。
4.按权利要求3所述的工具机监控装置，其特征在于，所述波长范围（WL2）是接近中间的红外线范围或接近的红外线范围。
5.按前述权利要求之一所述的工具机监控装置，其特征在于，所述波长范围（WL2）设计成窄带的。
6.按前述权利要求之一所述的工具机监控装置，其特征在于，该工具机监控装置具有光学单元（46），所述光学单元被设置用于确定所述识别单元（32）的至少一个反应区域（36）。
7.按前述权利要求之一所述的工具机监控装置，其特征在于，设置了标记单元，所述标记单元标记至少一个预定的工具机区域或至少一个反应区域。
8.按前述权利要求之一所述的工具机监控装置，其特征在于，所述发送单元（64）被设置用于发送在波长范围（WL2）中的以及在至少一个另外的波长范围（WL1, WL3, WL4）中的射束。
9.按权利要求8所述的工具机监控装置，其特征在于，所述发送单元（64）具有多个发送单元模块，其中如此提供所述发送单元模块，以致于每个发送单元模块都能够送出在其它波长范围（WL1, WL2, WL3, WL4）内的射束。
10.按权利要求8所述的工具机监控装置，其特征在于，所述发送单元（64）具有至少一个发送二极管，如此提供所述发送二级管，以致于其能够送出在至少两个彼此不同的波长范围（WL1, WL2, WL3, WL4）内的射束。
11.按权利要求8至10之一所述的工具机监控装置，其特征在于，所述传感器单元（44）具有至少一个另外的敏感区（54.1，54.3，54.4），该敏感区被设置用于检测在另外的波长范围（WL1, WL3, WL4）内的射束。
12.按权利要求8至11之一所述的工具机监控装置，其特征在于，如此提供所述识别单元（32）的评估器件（58），以致于它能够借助至少两个射束特征参数（V1, V2, V3, V4）的比例来识别至少一个材料种类的存在，所述射束特征参数分别配属于在不同波长范围（WL1, WL2, WL3, WL4）内的射束份额。
13.按前述权利要求之一所述的工具机监控装置，其特征在于，设置了决策单元，如此提供所述决策单元，以致于其基于检测到的至少一个材料种类的存在或缺失来触发至少一个执行器单元（38）。
14.按前述权利要求之一所述的工具机监控装置，其特征在于，该工具机监控装置具有激活和/或去激活单元（70）以用于通过使用者来将工具机监控装置激活和/或去激活。
15.按权利要求14所述的工具机监控装置，其特征在于，如此提供所述激活和/或去激活单元（70），以致于所述工具机监控装置借助该激活和/或去激活单元（70）被使用者激活和/或去激活的范围与使用者的职权等级相关。
16.工具机尤其切割工具机，包括按前述权利要求之一所述的工具机监控装置。
17.用于使用在按权利要求16所述的工具机上的物品，其特征在于，这样来操作该物品，以致于它的材料易被工具机监控装置检测到。
18.按权利要求17所述的物品，其特征在于，该物品的表面覆有易被工具机监控装置检测到的材料。
19.按权利要求17或18所述的物品，其特征在于，该物品是工作手套。
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