CN102596492B - 工具机的监控装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工具机（10）尤其台式圆盘锯的监控装置（28），具有载有至少一个第一传感器（32）的安全单元（30）。建议该监控装置（28）具有至少一个参考传感器（38），该参考传感器在用工具机（10）加工工件（20）期间将工件（20）的特征性的物理测量参数转换成电特征参数，该电特征参数确定第一传感器（32）的信号的参考值。

Description

工具机的监控装置

背景技术

本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的工具机的监控装置。

在文件DE102007032221A1中已经提出了带有安全单元的工具机，其包括传感器单元以及执行机构单元。执行机构单元根据由传感器单元检测的特征参数触发安全过程。所述工具机具有校正单元用于调校安全单元，从而避免由于工作环境变化而错误触发执行机构单元。

发明内容

本发明涉及一种工具机尤其台式圆盘锯的监控装置，其具有带有至少一个第一传感器的安全单元。

建议所述监控装置具有至少一个参考传感器，该参考传感器在用工具机加工工件时将工件的特征性的物理测量参数转换为电特征参数，该电特征参数用于确定第一传感器的信号的参考值。“安全单元”在上下文中尤其应该理解为根据至少一个传感器的信号在工具机的操作人员有潜在危险的情况下发出信号并且/或者尤其干预工具机运行的单元。“特征性的物理测量参数”在上下文中尤其应该理解为工件的特殊的物理特性的数量上的描述，尤其是介电常数或者导电能力。“在加工工件时”在上下文中尤其应该理解为通过参考传感器基本上连续地并且尤其自工具机开始运行起将工件的一部分的特征性的物理测量参数转换成电特征参数，其先后测量的时间间隔小于10秒，优选时间间隔小于一秒并且特别优选时间间隔小于0.2秒。“第一传感器的信号的参考值”在上下文中尤其应该理解为在分析第一传感器的信号期间在至少一个运行状态下用作基数的值。由此能够在工具机的连续运行中以简单的方式基本上补偿由工件对安全单元的第一传感器产生的影响，从而即使在影响第一传感器信号的工件的物理特征改变时也能够提供具有相同可靠度的安全单元的功能。

当参考传感器在基本上由工件的湿度确定的信号中获取物理测量参数时，可以有利地补偿由工件的湿度变化对第一传感器的影响，从而能够实现安全单元的功能的保持相同的可靠性。优选能够使用导电能力或者介电常数作为基本上由工件湿度确定的物理测量参数。

在有利的设计方案中，所述监控装置具有支承单元，该支承单元将参考传感器支承在关于预先给定的推进方向布置在工具前面的范围内，工件在加工期间沿着该推进方向朝工具机的工具运动。通过这种布置能够在操作人员的身体部位接近工具的加工阶段中有效地分析参考值以及相应的涉及第一传感器的调整过程，更确切地说尤其补偿工件对第一传感器所产生的影响，其中能够有利地提高操作人员的安全。布置在工具“前面”的区域尤其应该理解为工具机的用于放上并且引导工件的工具机的工作面的部分区域，该部分区域用于引导工件的为了由工具进行加工的特定的部分，并且/或者理解为工具机的在工作面的所述部分区域内具有垂直于工作面的投影的区域。优选工作面的该部分区域就紧邻地布置在工具前面。如果将工具构造成锯子，那么工作面的该部分区域有利地横穿切割平面，该切割平面相应于锯片的反向于推进方向的假想的延伸部分并且在工作面中定义了所谓的锯线。

此外提出将参考传感器构造成UWB传感器单元。“UWB传感器单元”（UWB=超宽带）在上下文中尤其应该理解为发出并且/或者接收具有30MHz和15GHz之间的中频以及至少500MHz、典型地几个GHz带宽的电磁信号。通过将参考传感器设计成UWB传感器单元可以有利地在工件的特征性物理测量参数方面获得特别高的信息容量。优选所述UWB传感器单元的谱功率密度最大为-41.3dBm/HzEIRP（等效全向辐射功率），从而能够有利地避免与其它的频率在30MHz与15GHz之间的设备的干涉。

在上下文中提出，所述UWB传感器单元在预先给定的频率范围内以离散的方式变化的中频中运行。相对于频率范围的宽带的激励，在此优选以脉冲激励UWB传感器单元的方式离散地激励该UWB传感器单元，其中中频假定为预先给定的频率范围内连续不同的离散值。优选假定两个连续的激励频率之间的频率间距为不同的值，从而以特别有效的方式考虑管理当局的规定。UWB传感器单元的“中频”在上下文中尤其应该理解为表示两个频率的算术平均的频率，其中谱功率密度相对于UWB传感器系统的最大谱功率密度下降了10dB。通过UWB传感器单元的中频的变化，可以通过在不同频率范围内的测量来提高关于工件的特征性物理参数的信息容量。

在有利的设计方案中所述UWB传感器单元在周期性于预先给定的频率范围内变化的中频处运行。在此可以通过中频的连续变化来扫描频率范围。然而有利的是，以激励顺序从频率范围的下限出发用中频的离散值激发所述UWB传感器单元，其中逐步地提高中频直到达到频率范围的上限并且周期性地重复该激励顺序。

当监控装置包括至少一个构造成UWB传感器单元的第三传感器（该第三传感器在与参考传感器的中频具有至少500MHz差距的中频运行时），可以通过在不同的频率范围内的测量以特别简单的方式提高关于工件的特征性物理参数的信息容量。

此外提出，在构造成UWB传感器单元的参考传感器和构造成UWB传感器单元的传感器中至少一个传感器并且特别有利地刚好一个传感器具有共面的天线。“共面的天线”在上下文中尤其应该理解为由已知的带状导体元件形成的天线，所述带状导体元件在一个平面内布置在介电载体上。所述共面的天线优选可以构造成补丁天线或者螺旋天线。然而原则上也可以考虑使用其它对于本领域技术人员来说显得有意义的结构。通过为构造成UWB传感器单元的传感器装备共面的天线可以有利地在工件的表面实现所述一个传感器的敏感区域的集中。通过为其它构造成UWB传感器单元的传感器装备不同于共面结构的天线例如自由空间天线可以在工件的伸展的体积区域上对特征性物理参数取平均。通过两个传感器的信号的组合可以有利地区分仅仅不显著影响工件机械特性的表面的湿气层与在工件内部强烈影响工件机械特性的增加的湿气。

此外提出所述监控装置具有支承单元，借助于该支承单元将参考传感器支承得比工具机的用于放置工件的工作面更深。在此，“更深”这个概念涉及垂直于工作面定向的方向。在工具机作为静态机器的实施方式中该方向可以相应于竖直的方向。通过如此布置参考传感器可以避免不利于参考传感器的有效运行的接近工件材料，尤其避免参考传感器和工件材料之间的直接接触。

通过所述支承单元将参考传感器通过沿着垂直于工作面方向的间隔与工作面隔开。此外，当参考传感器借助于支承单元通过空气间隔与工作面隔开时，可以实现由参考传感器进行的特别有效的检测过程。在所述没有材料的空间中可以构造并且展开特别有效的电磁波。为此优选从形成工作面的材料中得出空腔。为了提供用于操作人员的无缝的工作面，还可以在工作面中设置覆盖件，该覆盖件从上面盖住空腔并且用作工作面的部分区域。

此外提出，将第一传感器构造成电容传感器并且参考传感器提供表示工件的物理特征参数的大小的并且用于确定第一传感器信号的参考值的信息。所述物理特征参数可以特别有利地设置成介电常数。“电容传感器”在上下文中尤其应该理解为其信号大小取决于电容器、电容器装置或者电容器系统的电容值的传感器。“第一传感器信号的参考值”在上下文中尤其应该理解为在至少一个运行状态下分析电容传感器信号时用作基数的值。由此能够以简单并且有效的方式提供分析电容传感器信号的基础，其补偿由工件引起的电容值的变化，使得电容传感器能够以保持相同的可靠度检测电容值的由操作人员造成的变化。优选将电容传感器构造成无接触工作的接近传感器。然而原则上也可以如此构造该传感器，使得信号改变基本上由操作人员的接触触发。由于水在30MHz和15GHz之间的频率范围内较高的介电常数，尤其可以有利地避免由工件的改变的湿度对安全单元的电容传感器产生的影响。

此外提出所述监控装置包括分析单元，该分析单元从参考传感器的信号中求得工件的物理特征参数的大小并且将该大小作为信号提供。由此可以有利地提供关于工件的材料特性例如湿度以及尤其关于包含在工件内的并且从外面不能看见的材料的信息。可以特别有利地将物理特征参数设置成介电常数。可以有利地检测包含在工件中的金属夹杂物或类似物体，其沿着至少一个空间方向的特殊的导电能力大于5×10⁵S/m，从而对于工具机或者其部件来说可以避免潜在增加的磨损并且/或者对于操作人员来说可以避免潜在的危险。关于节省材料有利的是，可以将分析单元与安全单元一体地构造。

所述监控装置有利地装备有显示单元，该显示单元显示由分析单元根据参考传感器的信号产生的特征参数，从而通过视觉和/或听觉上的表述告诉操作人员工件的特征性物理测量参数的大小。

在有利的设计方案中所述分析单元在超过物理特征参数例如介电常数的事先确定的值时提供特殊的信号。由此能够有利地提供一种用于监控加工过程的安全并且用于避免工具机部件增加的磨损以及/或者操作人员危险的机构。

当所述安全单元在超过参考传感器的电特征参数的事先确定的值时要求操作人员方面的应答从而继续工具机的运行时，工件的潜在包含关于操作人员安全和/或工具机部件的增加的磨损的危险的加工可以有利地取决于检查并且避免不受控制的加工。

附图说明

其它优点从下面的附图说明中获得。在附图中示出了本发明的实施例。附图、说明书以及权利要求包含大量组合特征。本领域技术人员也可以有针对性地单个考虑所述特征并且总结出其它有意义的组合。

附图示出：

图1是构造成台式圆盘锯的带有监控装置的工具机的示意图，

图2是构造成台式圆盘锯的带有监控装置的工具机的另一实施方式，

图3是带有监控装置的具有参考传感器的传感器单元的工具机的工作面的细节图，

图4是图4中的装置从上面看的俯视图，以及

图5是激发构造成UWB传感器的参考传感器的示意图。

具体实施方式

在图1和2中示出了替代的实施例。基本上保持相同的部件、特征以及功能原则上用相同的附图标记表示。然而为了区分实施例，给实施例的附图标记添加字母a和b，其中关于保持相同的部件、特征和功能可以参照对图1中实施例的描述。

在图1中示出了由台式圆盘锯形成的工具机10a。该工具机10a具有工具12a，该工具由圆盘锯片形成并且在装配好的状态下从工具机10a的工作面14a中的凹口中部分地向上伸出。所述工具机10a包括马达单元16a，该马达单元在运行期间产生驱动力矩用于驱动工具12a。在工具机10a的运行期间操作人员18a以已知的方式沿着工作面14a以朝着工具12a定向的推进方向22a给予构造成木梁的工件20a机械的进给。此外，工具机10a具有用于输入操作参数的输入单元24a以及用于控制目的的显示单元26a。此外，该工具机10a还包括带有构造成电容传感器32a的第一传感器的安全单元30a，该传感器由多个电容元件34a组成，所述电容元件布置在工具12a附近并且确定了配属于工具机10a的工具12a的保护范围36a。如果工具机10a的操作人员18a在操作期间用身体部分闯入该保护范围36a，那么电容传感器32a的信号强度提高。安全单元30a在超过电容传感器32a的事先规定的并且保存在安全单元30a中的阈值时产生信号，该信号以已知的方式作用到马达单元16a上并且切断工具12a的驱动力矩从而保护操作人员18a。

此外，所述工具机10a还包括带有参考传感器38a的监控装置28a，该参考传感器构造成UWB传感器单元并且布置在配属于工具12a的保护范围36a内。根据图5详细描述UWB传感器单元的激励情况。

所述监控装置28a在工具机10a以及安全单元30a与电容传感器32a接通的同时运行参考传感器38a。该参考传感器38a在用工具机10a加工工件20a时将工件20a的特征性的物理测量参数转换成电特征参数，该电特征参数确定用于电容传感器32a的信号的参考值。为此，参考传感器38a提供表示工件20a的介电常数大小的信息，并且由此在其信号中得出物理测量参数，该测量参数基本上由工件20a的湿度确定。由参考传感器38a提供的信息用于确定电容传感器32a的信号的参考值。在工件20a的于图1中所示的位置中，木梁的由工具12a加工的部件同时位于参考传感器38a的上方以及在配属于工具12a的保护范围36a内，该保护范围由电容传感器32a检测，从而木梁的湿度会影响电容传感器32a以及参考传感器38a的信号。所述监控装置28a还包括分析单元40a，该分析单元用20Hz的测量频率从参考传感器38a的信号中求得工件20a的介电常数的大小并且向显示单元26a提供该大小作为信号。该显示单元26a用于显示由分析单元40a从参考传感器38a的信号中产生的特征参数，从而通过视觉以及听觉上的表述告诉操作人员18a工件20a的特征性物理测量参数的大小。所述分析单元40a还在分析电容传感器32a的信号时考虑参考传感器38a的信号作为修正。以这种方式虽然处于加工之中的工件20a具有其用于安全单元30a的电容传感器32a的湿度，但是在图1中示出的运行情况变成了判断工具机10a的操作人员18a的潜在危险的原始情况。如果具有加工长度的工件20a的湿度发生变化，那么分析单元40a用以分析参考传感器38a的信号的20Hz的测量频率负责足够快地调整电容传感器32a的信号。

图2同样示出了由台式圆盘锯形成的工具机，其与图1的工具机的区别仅仅在于几个装备属性，这在下面进行完整的描述。

按图2的监控装置28b包括构造成UWB传感器单元的第三传感器42b，该传感器布置在配属于由圆盘锯片形成的工具12b的保护范围36b内。所述第三传感器42b设置在10GHz的中频处运行。构造成UWB传感器单元的参考传感器38b设置在10GHz的中频处运行，使得第三传感器42b的中频与参考传感器38b的中频具有2GHz的差距。所述监控装置28b的分析单元40b使用第三传感器42b的信号用于提高参考传感器38b的信号的精度。

此外，所述分析单元40b在超过介电常数的事先确定并且保存在分析单元40b中的值时提供专门的由信号声与信号灯44b形成的信号。由此，监控装置28b能够警告操作人员18b注意隐藏在构造成木梁的工件20b中由铁制成的夹杂物，所述夹杂物很大，从而对于由圆盘锯片形成的工具12b来说存在增加磨损的危险。

此外，安全单元30b在超过参考传感器38b的电特征参数的事先确定的值时要求操作人员方面的应答从而继续运行工具机10b。事先确定的值根据日常在工具机10b运行中出现的情况进行调整，其中要用工具机10b锯开构造成带有嵌入的导电碳纤维的复合材料的工件20b，这要求使用特别的圆盘锯片，因为按标准的圆盘锯片在这种情况下会承受很大的磨损。由安全单元30b要求的用于继续运行工具机10b的应答实现了检查情况并且避免不受控制地加工工件20b。

图3示出了图2中工具机10b的细节图。下面的描述虽然参照图2的具有第三传感器42b的实施例，但是同样可以应用到图1的实施例上，其中在该实施方式中监控装置没有第三传感器42b。在剖视图中示出了形成工作面14b的材料46b。从该材料46b中空出空腔48b，该空腔至少配属于参考传感器38b。通过该凹处在材料46b的表面中实现了中断，其中布置了合成材料窗50b作为盖部件用于遮盖空腔48b并且用于形成工作面14b的一部分。在该空腔48b上连接着参考传感器38b和第三传感器42b，所述参考传感器与第三传感器由此相对于垂直于工作面14b的竖直方向52布置得比工作面14b更深。支承单元54b将参考传感器38b与第三传感器42b支承在工作面14b下面的这个位置中，更确切地说是在空腔48b的下面或者在没有示出的替代实施方式中支承在空腔48b中。所述支承单元54b将参考传感器38b或者说第三传感器42b支承在工具机10b的关于推进方向22b布置在工具12b前面的区域55b内。参考传感器38b或者说第三传感器42b在工作面14b上的竖直投影尤其布置在工作面14b的就在工具12b的工作边缘前面的部分区域内。这尤其可以从图4的视图中获知。

此外，通过支承单元54b实现了参考传感器38b或者说第三传感器42b与工作面14b之间沿竖直方向52的间距，由此能够避免参考传感器38b或者说第三传感器42b不利地靠近有待加工的工件32b（参见图1）并且尤其能够避免直接接触工件32b的材料。合成材料窗50b与参考传感器38b或者说第三传感器42b之间无材料的空间形成了参考传感器38b或者说第三传感器42b与合成材料窗50b之间气隙形式的空气间距56b，其中参考传感器38b或者说第三传感器42b通过空气间距56b与工作面14b并且与工件32b隔开。优选所述空气间距56b具有大约20mm的竖直伸长。

图4示出了工作面14b从上面看的部分区段（参见图3中的箭头IV）。可以看到从材料46b中空出的空腔48b，该空腔配属于参考传感器38b或者说第三传感器42b。为了描绘参考传感器38b或者说第三传感器42b放弃示出合成材料窗50b，由此可以在从上面看的视图中看到参考传感器38b以及第三传感器42b。参考传感器38b具有共面的天线58b，该天线具有三个布置在介电载体的平面62b内的带状导体元件60b。在该配置中，第三传感器42b构造成自由空间天线。在替代的配置中，参考传感器38b可以构造成自由空间天线，其中第三传感器42b具有共面的天线。

在图5中示出了X-Y图，其中在X轴上画出了频率f并且在Y轴上画出了信号强度I。尤其示出了由参考传感器38a（图1）或参考传感器38b或者说第三传感器42b（图2）构成的UWB传感器单元运行的频率范围64。该频率范围64相应于下频率f₁和上频率f₂之间的间隔，其中以离散的方式激励相应的UWB传感器单元。在此，在连续的时间点t_i用中频f_Mi激励UWB传感器单元，其中i是指数，其假定为1和频率范围64内离散的激励频率的数量之间的值。示例性地在时间点t₁在中频f_M1处运行UWB传感器单元，而在随后的时间点t₂、t₃、t₄等在其它中频f_M2、f_M3、f_M4等处运行UWB传感器单元，如借助于虚线所示。UWB传感器单元所运行的中频连续地逐步提高数值66.1、66.2、66.3等，其中数值66.1、66.2、66.3优选假定为不同的值。可以周期性地或者非周期性地扫描所述频率范围64。在优选的实施例中所述频率范围64相应于f₁=2.7GHz与f₂=7.5GHz之间的间隔，其中离散的中频f_Mi的数量优选多余50。优选在大约2.5ms内扫描所述频率范围64。

Claims (14)

1.工具机（10）的监控装置（28），具有马达单元（16）、分析单元（40）以及安全单元（30），该安全单元（30）带有至少一个第一传感器（32）用于识别工具机（10）的操作人员（18）的身体部分，其特征在于，所述监控装置（28）具有至少一个参考传感器（38），该参考传感器在用工具机（10）加工工件（20）期间将工件（20）的特征性的物理测量参数转换成电特征参数，该电特征参数确定第一传感器（32）的信号的参考值，其中所述分析单元（40）在分析第一传感器（32）的信号时考虑所述参考值以补偿由工件对安全单元的第一传感器产生的影响，并且安全单元（30）在超过第一传感器（32）的事先规定的并且保存在安全单元（30）中的阈值时产生信号，该信号切断马达单元（16）从而保护操作人员（18）。

2.按权利要求1所述的监控装置（28），

其特征在于，

通过所述参考传感器（38）获取的物理测量参数由工件（20）的湿度确定。

3.按权利要求1或2所述的监控装置（28），

其特征在于，

具有支承单元（54），该支承单元用于将参考传感器（38）支承在关于预先给出的推进方向（22）布置在工具（12）前面的区域（55）内，所述工件（20）在加工期间沿着该推进方向朝工具机（10）的工具（12）运动。

4.按权利要求1所述的监控装置（28），

其特征在于，

所述参考传感器（38）构造成UWB传感器单元。

5.按权利要求4所述的监控装置（28），

其特征在于，

所述UWB传感器在中频（f_Mi）处运行，该中频在预先给定的频率范围（64）内以离散的方式变化。

6.按权利要求4或5所述的监控装置（28），

其特征在于，

所述UWB传感器在中频（f_Mi）处运行，该中频周期性地在预先给定的频率范围（64）内变化。

7.按权利要求4或5所述的监控装置（28），

其特征在于，

具有至少一个构造成UWB传感器单元的第三传感器（42b），该第三传感器在中频处运行，该第三传感器的中频与参考传感器（38）的中频具有至少500MHz的差距。

8.按权利要求7所述的监控装置（28），

其特征在于，

在构造成UWB传感器单元的参考传感器与构造成UWB传感器单元的第三传感器（42b）中至少一个传感器具有共面的天线（58b）。

9.按权利要求3所述的监控装置（28），

其特征在于，

参考传感器（38）借助于支承单元（54）支承得比工具机（10）的用于放置工件（20）的工作面（14）更深。

10.按权利要求9所述的监控装置（28），

其特征在于，

所述参考传感器（38）借助于所述支承单元（54）通过空气间隔（56）与工作面（14）隔开。

11.按权利要求1所述的监控装置（28），

其特征在于，

所述第一传感器（32）构造成电容传感器。

12.至少按权利要求10或11所述的监控装置（28），

其特征在于，

具有显示单元（26），该显示单元显示由分析单元（40）根据参考传感器（38）的信号产生的特征参数，从而通过视觉和/或听觉上的表述告诉操作人员（18）工件（20）的特征性物理测量参数的大小。

13.按权利要求1或2所述的监控装置（28），其特征在于，

所述安全单元（30）在超过参考传感器（38）的电特征参数的事先确定的值时要求操作人员方面的应答用于继续工具机（10）的运行。

14.按权利要求1所述的监控装置（28），

其特征在于，

所述工具机（10）是台式圆盘锯。