DE102008002503A1

DE102008002503A1 - Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102008002503A1
Application number: DE200810002503
Authority: DE
Inventors: Georg Stellmann; Benjamin Visel; Sebastian Jackisch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-06-18
Filing date: 2008-06-18
Publication date: 2009-12-24
Also published as: JP5279900B2; US20110088528A1; CN102066049A; RU2495319C2; RU2011101495A; JP2011524263A; EP2291261A1; WO2009152878A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung mit einer Erkennungseinheit (32), die zur Anwesenheitserkennung zumindest einer Materialart in wenigstens einem vorbestimmten Werkzeugmaschinenbereich, insbesondere Werkzeugmaschinenarbeitsbereich (34), mittels der spektralen Auswertung einer Strahlung (SR) vorgesehen ist, wobei die Erkennungseinheit (32) eine Sensoreinheit (44) mit wenigstens einem Empfindlichkeitsbereich (54.2) zur Strahlungserfassung in einem Wellenlängenbereich (WL2), der im elektromagnetischen Bereich angeordnet ist, eine Sendeeinheit (42; 64), die dazu vorgesehen ist, eine Strahlung mit zumindest einem Strahlungsanteil im Wellenlängenbereich (WL2) zu senden, und ein Auswertemittel (58) aufweist, das derart beschaffen ist, dass es das Vorhandensein zumindest einer Materialart in zumindest einem vorbestimmten Werkzeugmaschinenbereich, basierend auf der von der Sensoreinheit (44) erfassten Strahlung, erfassen kann, wobei das Auswertemittel (58) mit der Sendeeinheit (42) wirkverbunden ist.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist eine Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung mit einer Erkennungseinheit zur Materialerkennung bekannt.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einer Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung mit einer Erkennungseinheit, die zur Anwesenheitserkennung zumindest einer Materialart in einem vorbestimmten Werkzeugmaschinenbereich, insbesondere Werkzeugmaschinenarbeitsbereich, mittels der spektralen Auswertung einer Strahlung vorgesehen ist.
Es wird vorgeschlagen, dass die Erkennungseinheit eine Sensoreinheit mit wenigstens einem Empfindlichkeitsbereich zur Strahlungserfassung in einem Wellenlängenbereich aufweist, der im elektromagnetischen Bereich angeordnet ist, insbesondere zumindest teilweise im Infrarotspektrum.
Dadurch kann eine zuverlässige und schnelle Erkennung einer Anwendungssituation einer Werkzeugmaschine kostengünstig erreicht werden.
Unter einem „Werkzeugmaschinenarbeitsbereich” soll insbesondere ein Bereich einer Werkzeugmaschine in der direkten Umgebung eines Werkzeugs verstanden werden. Unter einem Bereich in der „direkten” Umgebung des Werkzeugs soll insbesondere ein Bereich verstanden werden, bei dem jeder Punkt des Bereiches einen kleinsten Abstand zum Werkzeug aufweist, der maximal 10 cm, bevorzugt maximal 5 cm und besonders bevorzugt maximal 2 cm beträgt.
Unter einer „Strahlung” soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine elektromagnetische Strahlung verstanden werden. Unter einem „Spektrum” einer von der Sensoreinheit erfassten Strahlung soll insbesondere eine Verteilung einer Strahlungskenngröße, insbesondere der Intensität der Strahlung in Abhängigkeit von der Wellenlänge, der Frequenz und/oder der Zeit verstanden werden. Ferner soll unter einer „spektralen Auswertung” einer Strahlung insbesondere eine Signalauswertung verstanden werden, bei der ein Auswerteergebnis durch Erfassung eines Charakteristikums eines Spektrums der Strahlung gewonnen wird. Um eine schnelle Auswertung zu erreichen, entspricht ein Charakteristikum des Spektrums insbesondere einer über einen Wellenlängenbereich integrierten Signalintensität.
Zur Erzielung eines Auswertesignals mit hoher Signalintensität umfasst die Erkennungseinheit eine Sendeeinheit, die dazu vorgesehen ist, eine Strahlung mit zumindest einem Strahlungsanteil im Wellenlängenbereich zu senden.
Um eine hohe Sicherheit bei der Anwendung einer Werkzeugmaschine zu erreichen, weist die Erkennungseinheit ferner ein Auswertemittel auf, das derart beschaffen ist, dass es das Vorhandensein zumindest einer Materialart in wenigstens einem vorbestimmten Werkzeugmaschinenbereich basierend auf der von der Sensoreinheit erfassten Strahlung erfassen kann. Bei der zumindest einen Materialart handelt es sich insbesondere um menschliches Gewebe. Natürlich lassen sich aber auch andere Materialarten erfassen, wie beispielsweise mit Hilfe der Werkzeugmaschine zu be- und/oder verarbeitende Materialien, Materialien von sonstigen Gegenständen, insbesondere Handschuhmaterialien, oder dergleichen, wenn dies gewünscht ist. Ferner lassen sich auch verschiedene Materialarten voneinander unterscheiden.
Das Auswertemittel ist mit der Sendeeinheit wirkverbunden. Mit anderen Worten kann das Auswertemittel das Vorhandensein zumindest einer Materialart in wenigstens einem vorbestimmten Werkzeugmaschinenbereich sowohl basierend auf der von der Sendeeinheit gesendeten Strahlung als auch basierend auf der von der Sensoreinheit erfassten Strahlung erfassen. Durch die Verknüpfung der Sendeeinheit und der Empfangseinheit und mittels einer zeitlichen Modulation (Pulsen) des Sendesignals und Filterung dieser zeitlichen Modulation aus dem Empfangssignal kann ferner vorteilhaft eine Kompensation des Umgebungslichts erzielt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Erkennungseinheit zur Anwesenheitserkennung mittels der Auswertung eines Reflektionsspektrums einer von einem Untersuchungsobjekt reflektierten Strahlung vorgesehen ist, wodurch eine effektive, auf einer Kontrasterfassung basierte Erkennung der Materialart des Untersuchungsobjektes erreicht werden kann. Bei dem Untersuchungsobjekt kann es sich, wie es zuvor be reits erwähnt wurde, um menschliches Gewebe handeln, wie zum Beispiel eine Hand, um Gegenstände, die mit Hilfe der Werkzeugmaschine be- und/oder verarbeitet werden sollen, um sonstige Gegenstände, wie beispielsweise von einem Bediener getragene Handschuhe, oder dergleichen.
Es kann eine besonders zuverlässige Erkennung erreicht werden, wenn der Wellenlängenbereich ein nahmittlerer Infrarotbereich ist. Es kann dadurch ein Empfindlichkeitsbereich bereitgestellt werden, welcher gezielt auf die Erfassung und die Auswertung eines Reflektionsspektrums abgestimmt ist. Unter einem „nahmittleren Infrarotbereich” soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Wellenlängenintervall des Infrarotspektrums verstanden werden, welches unterhalb der Wellenlänge 15 μm angeordnet ist. Es kann ferner ein hoher Kontrast zwischen menschlichem Gewebe und einen Werkstoff erreicht werden, wenn der Empfindlichkeitsbereich zur Erfassung einer Strahlung in einem Wellenlängenintervall des Infrarotspektrums unterhalb der Wellenlänge 8 μm vorgesehen ist. Insbesondere ist von Vorteil, wenn der Wellenlängenbereich ein naher Infrarotbereich ist. Unter einem „nahen Infrarotbereich” soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Wellenlängenintervall des Infrarotspektrums verstanden werden, welches unterhalb der Wellenlänge 1,5 μm angeordnet ist, wie insbesondere ein Wellenlängenintervall im IR-A Bereich. Der Wellenlängenbereich kann ferner teilweise im sichtbaren und/oder im ultravioletten Bereich des elektromagnetischen Spektrums angeordnet sein.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Wellenlängenbereich schmalbandig ausgebildet ist. Unter einem „schmalbandigen Wellenbereich” soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Wellenlängenbereich verstanden werden, der eine Bandbreite von maximal 100 nm, vorteilhaft maximal 50 nm und bevorzugt maximal 20 nm und besonders bevorzugt maximal 10 nm aufweist, wobei bei einer Bandbreite von 50 nm bereits sehr gute Ergebnisse erzielt werden konnten. Es kann dadurch auf eine konstruktionsaufwendige Filterung einer erfassten Strahlung vorteilhaft verzichtet werden.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Sendeeinheit dazu vorgesehen ist, eine Strahlung im Wellenlängenbereich und in zumindest einem weiteren Wellenlängenbereich zu senden. Es kann dadurch eine Strahlung gezielt in gewünschten Wellenlängenbereichen erzeugt werden, wobei bei einer Erfassung der Strahlung durch die Sensoreinheit auf eine aufwendige Filterung verzichtet werden kann. Ferner kann ein hohes Signal/Rausch-Verhältnis erzielt werden. Dies kann besonders einfach erreicht werden, wenn die Sendeeinheit zumindest zwei, insbesondere drei Sensormodule zur Sendung der Strahlung in jeweils einem unterschiedlichen Wellenlängenbereich aufweist, die im Betrieb der Sendeeinheit betrieben werden. Das Senden kann beispielsweise sukzessiv erfolgen. Unter einem „sukzessiven” Senden in zwei Wellenlängenbereich soll insbesondere verstanden werden, dass das Senden im ersten Wellenlängenbereich und das Senden im zweiten Wellenlängenbereich weitestgehend überlappungsfrei sind. Hierbei soll eine Überlappungsdauer, bei der eine Strahlung simultan in beiden Wellenlängenbereichen gesendet wird, weniger als 10%, vorteilhaft weniger als 5% und bevorzugt weniger als 1% der kleinsten Sendedauer in einem Wellenlängenbereich betragen. Besonders vorteilhaft sind die Sendevorgänge überlappungsfrei, wobei durch die Sendeeinheit voneinander getrennte Pulse emittiert werden. Alternativ kann die Sendeeinheit aber auch ein oder mehrere Sendedioden aufweisen, wobei jede Sendediode derart beschaffen ist, dass sie Strahlung in wenigstens zwei voneinander verschiedenen Wellenlängenbereichen aussenden kann.
Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung eine Optikeinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, wenigstens einen Reaktionsbereich der Erkennungseinheit festzulegen. Unter einem „Reaktionsbereich” der Erkennungseinheit soll insbesondere ein Raumbereich verstanden werden, der einem von der Erkennungseinheit vornehmbaren Vorgang zugeordnet ist, welcher bei einem Vorhandensein eines Körpers der zumindest einen Materialart in diesem Raumbereich ausgelöst wird. Der Reaktionsbereich entspricht vorzugsweise zumindest einem Teilbereich eines Werkzeugmaschinenarbeitsbereiches, wie beispielsweise ein Materialbeschichtungsbereich, ein Materialentnahmebereich oder ein sonstiger Bereich, von dem ein Gefahrenpotential für den Benutzer ausgeht. Alternativ oder zusätzlich kann ein Reaktionsbereich vorgesehen sein, der sich vom Werkzeugmaschinenarbeitsbereich unterschiedet. Beispielsweise kann ein solcher Reaktionsbereich auch zur Realisierung einer Warnfunktion der Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung verwendet werden. Die Optikeinheit kann einem im Strahlengang der Sensoreinheit geschalteten optischen System entsprechen. Ferner kann die Optikeinheit als Alternative einem im Strahlengang der Sendeeinheit gestalteten optischen System entsprechen. Durch die Optikeinheit kann eine sichere und komfortablere Anwendung an der Werkzeugmaschine erreicht werden, indem eine Reaktion der Erkennungseinheit auf einen abgegrenzten Bereich beschränkt werden kann.
Der Bedienkomfort kann ferner vorteilhaft erhöht werden, wenn die Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung eine Markierungseinheit aufweist, die den wenigstens einen vorbestimmten Werkzeugmaschinenbereich oder den wenigstens einen Reaktionsbereich markiert. Eine derartige Markierung kann beispielsweise durch Projektion von Laserlicht um den zu markierenden Bereich erfolgen. Alternativ kann die Markierung auch durchgeführt werden, indem von der Sendeeinheit ein Strahlungsanteil im sichtbaren Bereich in Richtung des zu markierenden Bereiches emittiert wird. Natürlich sind auch andere Markierungsmethoden denkbar.
Vorteilhafterweise weist die Sensoreinheit zumindest einen weiteren Empfindlichkeitsbereich auf, der zur Strahlungserfassung in einem weiteren Wellenlängenbereich vorgesehen ist, wodurch eine weiter gesteigerte Sicherheit in der Erkennung der Materialart erreicht werden kann. Die Wellenlängenbereiche können sich überlappen. Jedoch ist von Vorteil, wenn die Wellenlängenbereich voneinander getrennt sind. Eine besonders genaue Erkennung kann erreicht werden, wenn die Sensoreinheit zumindest drei Empfindlichkeitsbereiche aufweist, die jeweils zur Strahlungserfassung in einem unterschiedlichen Wellenlängenbereich vorgesehen sind.
In diesem Zusammenhang wird vorgeschlagen, dass das Auswertemittel derart beschaffen ist, dass es das Vorhandensein der zumindest einen Materialart anhand eines Verhältnisses von zumindest zwei Strahlungskenngrößen erkennen kann, die jeweils einen Strahlungsanteil in einem unterschiedlichen Wellenlängenbereich zugeordnet sind. Dadurch kann vorteilhaft eine schnelle Erkennung erreicht werden. Insbesondere kann auf die Berücksichtigung einer Referenzstrahlung verzichtet werden. Unter einer „Strahlungskenngröße” soll insbesondere eine Kenngröße verstanden werden, die anhand einer auf die Sensoreinheit einfallenden Strahlung erfasst wird. Diese Kenngröße kann insbesondere eine elektrische Kenngröße sein.
Vorteilhafterweise ist eine Entscheidungseinheit vorgesehen, die derart beschaffen ist, dass sie zumindest eine Aktorikeinheit basierend auf einem erfassten Vorhandensein oder Fehlen der zumindest einen Materialart ansteuert. Bei der Aktorikeinheit kann es sich beispielsweise um einen Werkzeugantrieb handeln, der basierend auf dem Vorhandensein oder Fehlen der zumindest einen Materialart im überwachten Bereich an- oder ausgeschaltet wird. Auch kann es sich bei der Aktorikeinheit um ein Schutzsystem handeln, das den Bediener vor einer Berührung mit einem Werkzeug schützt, wie beispielsweise ein Schutzsystem, das ein Werkzeug aus einem Gefahrenbereich bewegt, oder ein Schutzsystem, das ein Warnsignal erzeugt, um den Bediener auf eine drohende Gefahr aufmerksam zu machen. Bei dem erzeugten Signal kann es sich beispielsweise um ein optisches, ein akustisches oder um ein sonstiges Warnsignal handeln.
Vorteilhaft umfasst die Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung eine Aktivierungs- und/oder Deaktivierungseinheit, mit deren Hilfe die Werkzeugmaschinenüberwachungsvor richtung von einem Benutzer ein- und/oder ausgeschaltet werden kann. Diese Aktivierungs- und/oder Deaktivierungseinheit ist vorteilhaft derart ausgebildet, dass der Umfang, indem sich von einem Bediener aktivieren und/oder deaktivieren lässt, von einem Berechtigungsgrad des Benutzers abhängig ist. Eine derartige berechtigungsgradabhängige Betätigung der Aktivierungs- und/oder Deaktivierungseinheit schafft die Möglichkeit, verschieden qualifizierten Benutzern unterschiedliche Rechte einzuräumen. So kann beispielsweise ein Meister dazu berechtigt werden, die Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung vollständig zu deaktivieren, während einem unerfahrenen Lehrling keine Rechte zur Deaktivierung eingeräumt werden. Ferner ist es beispielsweise denkbar, dass der Reaktionsbereich in Abhängigkeit von dem Berechtigungsgrad des Benutzers vergrößerbar oder verkleinerbar ist. Der Berechtigungsgrad des Benutzers kann auf einem portablen Medium gespeichert sein, wie beispielsweise eine Chipkarte, ein Transponder oder dergleichen, wobei das Speichermedium zur Überprüfung des Berechtigungsgrades in einer entsprechenden Einrichtung eingelesen und der Berechtigungsgrad überprüft wird. In Abhängigkeit von dem erfassten Berechtigungsgrad können dann Betätigungsmöglichkeiten der Werkmaschinenüberwachungsvorrichtung mit der Aktivierungs- und/oder Deaktivierungseinheit freigegeben oder gesperrt werden.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Werkzeugmaschine, insbesondere eine Schneidwerkzeugmaschine, wie beispielsweise ein Kreissäge, eine Bohrmaschine oder dergleichen, mit einer Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung der zuvor definierten Art.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung einen Gegenstand zur Verwendung bei der Handhabung einer Werkzeugmaschine, wobei dieser Gegenstand derart manipuliert ist, dass sein Material leichter von der Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung erfasst werden kann. Beispielsweise kann die Oberfläche des Gegenstandes mit einem von der Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung leicht zu erfassenden Material beschichtet sein. Bei dem Gegenstand handelt es sich bevorzugt um einen Arbeitshandschuh, der während der Betätigung der Werkzeugmaschine von einem Benutzer getragen wird.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
1 ein Tischkreissäge mit einer Erkennungseinheit,
2 die Tischkreissäge in einer Draufsicht von oben mit einem Reaktionsbereich der Erkennungseinheit,
3 eine schematische Darstellung der Erkennungseinheit mit einer Sendeeinheit zum Senden einer Strahlung in den Reaktionsbereich, einer Sensoreinheit und eines Untersuchungsobjektes,
4 ein Sendemittel der Sendeeinheit und Sensormittel der Sensoreinheit in einer Frontansicht.
5 den Verlauf des Transmissionsfaktors der Sensoreinheit in Abhängigkeit der Wellenlänge,
6 das Reflektionsspektrum einer vom Reflektionsobjekt reflektierten Strahlung in Abhängigkeit der Wellenlänge,
7 eine interne Schaltung der Erkennungseinheit,
8 eine in der Erkennungseinheit gespeicherte Datenbank,
9 eine alternative Sendeeinheit der Erkennungseinheit zur Erzeugung von Pulsen, und
10 die Intensität einer von der Sendeeinheit aus 9 erzeugten Strahlung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die 1 zeigt eine als Tischkreissäge ausgebildete Werkzeugmaschine 10 in einer Seitenansicht. Die Werkzeugmaschine 10 weist ein als scheibenförmiges Sägeblatt ausgebildetes Werkzeug 12 auf, das in einem Sägebetrieb mittels einer in einem Antriebsgehäuse 14 angeordneten und als Elektromotor ausgebildeten Antriebseinheit 16 rotatorisch angetrieben wird. Auf dem Antriebsgehäuse 14 abgestützt ist ein Sägetisch 18 angeordnet, auf welchem ein zu bearbeitendes Werkstück 20 aufgelegt werden kann. Zum Schutz eines Bedieners umfasst die Werkzeugmaschine 10 eine Schutzhaube 22, die in einem unbetriebenen Zustand der Werkzeugmaschine 10 den aus dem Sägetisch 18 herausragenden Teil des Werkzeugs 12 umschließt. Zur Durchführung einer Bearbeitung des Werkstückes 20 wird dieses auf bekannt Weise in einer Arbeitsrichtung 24 in Richtung auf das Werkzeug 12 durch einen Bediener hinbewegt, von dem eine Hand 26 in der Figur schematisch dargestellt ist. Hierbei wird die Schutzhaube 22, die um eine Drehachse 28 drehbar gelagert ist, durch das Werkstück 20 nach oben geschwenkt, wodurch die Werkzeugschneidkante freigegeben wird.
Zur Erhöhung der Bedienersicherheit ist die Werkzeugmaschine 10 mit einer Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung 30 versehen. Die Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung 30 weist eine Erkennungseinheit 32 auf, die zur Anwesenheitserkennung von menschlichem Gewebe in einem Werkzeugmaschinenarbeitsbereich 34 der Werkzeugmaschine 10 vorgesehen ist. Der Werkzeugmaschinenarbeitsbereich 34 ist in 2 in einer Draufsicht der Werkzeugmaschine 10 von oben zu sehen. Der Übersichtlichkeit halber wurde in 2 auf die Darstellung der Schutzhaube verzichtet. Die Erkennungseinheit 32 weist einen Reaktionsbereich 36 auf, welcher der Betätigung einer mit der Antriebseinheit 16 gekoppelten Aktorikeinheit 38 zugeordnet ist, die mit der Erkennungseinheit 32 in Wirkverbindung steht (siehe 7). Wird durch die Erkennungseinheit 32 das Vorhandensein von menschlichem Gewebe im Reaktionsbereich 36 erkannt, so wird ein Betätigungssignal an die Aktorikeinheit 38 übertragen, die anhand dieses Betätigungssignals ein Stoppen der Antriebseinheit 16 und ein sofortiges Abbremsen des Sägeblattes mit Hilfe einer nicht näher dargestellten Notbremseinrichtung bewirkt. Der Reaktionsbereich 36 entspricht einem Teilbereich des Werkzeugmaschinenarbeitsbereiches 34, der in Arbeitsrichtung 24 vor dem Werkzeug 12 angeordnet ist. An dieser Stelle sei jedoch darauf hingewiesen, dass der Reaktionsbereich grundsätzlich nicht in einen Werkzeugmaschinenarbeitsbereich fallen muss. Vielmehr kann in jedem beliebigen Bereich ein Reaktionsbereich definiert werden. Im dargestellten Beispiel ist die Erkennungseinheit 32 in der Schutzhaube 22, und zwar im in Arbeitsrichtung 24 vor dem Werkzeug 12 angeordneten vorderen Bereich der Schutzhaube 22 angeordnet. In einer alternativen Ausführung kann die Erkennungseinheit 32 an einem Spaltkeil, an einem Parallelanschlag und/oder an einem Ausleger über dem Sägetisch 18 angeordnet sein.
Das Funktionsprinzip der Erkennungseinheit wird anhand der 3 beschrieben. Es sind der Sägetisch 18, das Werkstück 20 und die Erkennungseinheit 32 in einer schematischen Ansicht dargestellt. Der Übersichtlichkeit halber wird auf die Darstellung des Werkzeugs 12 und der Schutzhaube 22 verzichtet. Auf dem Werkstück 12 im Reaktionsbereich 36 ist ein Untersuchungsobjekt 40 angeordnet. Dieses Untersuchungsobjekt 40 kann insbesondere die Hand 26 des Bedieners sein. Die Erkennungseinheit 32 weist eine in der Figur schematisch dargestellte Sendeeinheit 42 auf, die im Betrieb eine Strahlung S_I in den Reaktionsbereich 36 sendet. Diese Strahlung S_I wird von dem Untersuchungsobjekt 40 reflektiert und als Strahlung S_R von einer in der Figur schematisch dargestellten Sensoreinheit 44 der Erkennungseinheit 32 empfangen. Der Sendeeinheit 42 und der Sensoreinheit 44 ist eine Optikeinheit 46 vorgeschaltet. Die Optikeinheit 46 weist eine Linseneinheit auf (nicht dargestellt), welche die Grenzen des Reaktionsbereiches 36 festlegt, in denen die Strahlungen S_I gesendet werden. Die Linseneinheit ist ferner dafür ausgelegt, die Empfindlichkeit der Sensoreinheit 44 auf im Reaktionsbereich 36 reflektierte Strahlung S_R zu begrenzen. Die Optikeinheit 46 weist eine optische Achse 48 auf. Die Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung 30 weist ferner eine Markierungseinheit auf, die in 3 schematisch dargestellt ist und im Betrieb der Erkennungseinheit 32 den Reaktionsbereich 36 der Erkennungseinheit 32 durch eine Projektion auf den Sägetisch 18 markiert. Beispielsweise kann die Markierungseinheit 49 als Lasermarkierer ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Markierung des Reaktionsbereiches 36 von der Sendeeinheit 42 durchgeführt werden, die einen Strahlungsanteil im sichtbaren Bereich erzeugt.
4 zeigt die Sendeeinheit 42 und die Sensoreinheit 44 der Erkennungseinheit 32 in einer Frontansicht, in welcher die optische Achse 48 die Zeichnungsebene durchschneidet. Die Sendeeinheit 42 weist ein Sendemittel 50 auf, das als LED ausgebildet ist. In der direkten Umgebung des Sendemittels 50 sind vier Sensormittel 52 der Sensoreinheit 44 angeordnet, die jeweils als Photodiode ausgebildet sind.
Die Sensormittel 52 weisen jeweils einen Empfindlichkeitsbereich 54 auf, der zur Strahlungserfassung jeweils in einem unterschiedlichen Wellenlängenbereich WL₁ = [λ₁, λ₂], WL₂ = [λ₃, λ₄], WL₃ = [λ₅, λ₆] bzw. WL₄ = [λ₇, λ₈] vorgesehen ist. Dies ist in 5 schematisch dargestellt. 5 zeigt den Verlauf des Durchlassfaktors der Sensoreinheit 44 in Abhängigkeit der Wellenlänge λ, der durch die Sensoreinheit 44 empfangenen Reflektionsstrahlung S_R. Die Wellenlängenbereiche WL_i weisen beispielhaft eine zentrale Wellenlänge von 375 nm, 450 nm, 740 nm, 840 nm und 1550 nm auf und sind schmalbandig ausgebildet mit jeweils einer Bandbreite von ca. 10 nm. Die Sensoreinheit 44 kann zu einer schmalbandigen Filterung der erfassten Strahlung S_R zusätzlich zu den Sensormitteln 52 mit einem System von Filterbauteilen versehen sein, dass den Sensormitteln 52 vorgeschaltet ist. Bei der Ausführung der Sensormittel 52 als selektive Photodioden ist eine schmalbandige Filterung systeminhärent, wodurch weitere Filterbauteile vorteilhaft vermieden werden können. Alternativ oder zusätzlich zu Photodioden können die Sensormittel 52 als CCD- oder CMOS-Felder, InGaAs-Detektoren, pyroelektrische Detektoren usw. ausgebildet sein.
Die Wellenlängenbereiche WL₂, WL₃, WL₄ sind im Infrarotspektrum angeordnet. Insbesondere sind diese Wellenlängenbereiche WL₂, WL₃, WL₄ jeweils ein Bereich des nahen Infrarotspektrums IR-A mit den Grenzwerten [700 nm, 1500 nm]. Der Wellenlängenbereich WL₁ ist zumindest teilweise im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums angeordnet. Alternativ oder zusätzlich können Wellenlängenbereiche in den Infrarotbereichen IR-B (1,5–3 μm) und IR-C (3–15 μm) gewählt werden. Die Sendeeinheit 42 mit dem Sendemittel 50 erzeugt eine Strahlung, welche die in 5 gezeigten Wellenlängenbereiche WL_i umfasst.
Das Prinzip der Anwesenheitserkennung von menschlichem Gewebe im Reaktionsbereich 36 der Erkennungseinheit 32 wird anhand der 6, 7 und 8 erläutert. 6 zeigt das Reflektionsspektrum der vom Untersuchungsobjekt 40 reflektierten und von den Sensormitteln 52 erfassten Strahlung S_R. Dieses Reflektionsspektrum entspricht der Verteilung der Signalintensität in Abhängigkeit der Wellenlänge λ der Strahlung S_R. Die Sensormittel 52 bzw. die Empfindlichkeitsbereiche 54 erfassen jeweils einen Teil des Reflektionsspektrums in den entsprechenden Wellenlängenbereichen WL_i. Die Sensormittel 52 erzeugen an deren Ausgangsklemme jeweils eine Strahlungskenngröße V_i, die jeweils als elektrische Spannung ausgebildet ist. Die Strahlungskenngröße V₁ beispielsweise ist proportional zu der über den Wellenlängenbereich WL_i integrierten und in der 6 schraffierten Signalintensität s₁ der Strahlung S_R.
Wie der 7 entnommen werden kann, werden die Strahlungskenngrößen V_i auf einen Eingang eines Auswertemittels 58 der Erkennungseinheit 32 gegeben. In einer weiteren Variante ist denkbar, dass die Strahlungskenngrößen V_i verstärkt werden. Bei einer Auswertung werden die Strahlungskenngrößen V_i mit Werten einer in einer Speichereinheit 60 der Erkennungseinheit 32 gespeicherten Datenbank 62 mittels logischer Operationen verglichen. Diese Datenbank ist in 8 schematisch dargestellt. In einer ersten Auswertungsstrategie werden die erfassten Strahlungskenngrößen V_i mit gespeicherten Werten A₁, A₂, A₃, usw. verglichen. Jedem Paar (V_i, A_i) ist eine Erkennungsvariable zugeordnet, welche die Werte „False” (F) oder „True” (T) annehmen kann. Beim Wert „F” wird ein Vorhandensein von menschlichem Gewebe im Reaktionsbereich 36 ausgeschlossen. In einer zweiten, alternativen oder zusätzlichen Auswertungsstrategie werden durch das Auswertemittel 58 Verhältnisse V₁/V₂; V₁/V₃ usw. zwischen den verschiedenen Strahlungskenngrößen V_i ermittelt. Diese Verhältnisse werden mit gespeicherten Werten A₁, A₂, A₃ usw. verglichen, wodurch, wie oben beschrieben, auf das Vorhandensein von menschlichem Gewebe im Reaktionsbereich 36 geschlossen werden kann. Durch die Bildung von Verhältnissen kann eine intensitätsunabhängige Erkennung durchgeführt werden. In der Speichereinheit 60 können außerdem Informationen über die spektrale Empfindlichkeit der Sensormittel 52 gespeichert sein, die zur Auswertung der Strahlungskenngrößen V_i herangezogen werden können.
Die hier beschriebene Erkennungseinheit 32 ist eine analoge Erkennungseinheit, in welcher eine Erfassung bzw. Auswertung der reflektierten Strahlung S_R ausschließlich auf analoge Weise erfolgt. Hierbei kann eine besonders effektive Erkennung aufgrund von kleinen Erfassungs- bzw. Auswertungszeiten erreicht werden. Ein kombinierter Einsatz von analogen und digitalen Signalverarbeitungsmitteln oder der ausschließliche Einsatz von digitalen Signalverarbeitungsmitteln ist ebenfalls denkbar.
Das Sendemittel 50 sendet eine Strahlung mit einer über die Zeit konstanten Strahlungsintensität. In einer alternativen Ausführungsvariante weist die Erkennungseinheit 32 eine alternative Sendeeinheit 64 auf, die eine Strahlung mit einer variablen Intensität in den Reaktionsbereich 36 sendet. Dies ist in den 9 und 10 dargestellt. 9 zeigt die Sensoreinheit 64, welche eine Strahlung S_I erzeugt, die eine Reihe von Pulsen 68 aufweist und in 10 dargestellt ist. 10 zeigt den Verlauf der Intensität der Strahlung S_I in Abhängigkeit von der Zeit t. Ein Puls 68 weist eine Breite B von ca. 100 μs auf. Die Sendeeinheit 64 ist dazu vorgesehen, eine Strahlung sukzessiv in den Wellenlängenbereichen WL₁ bis WL₄ zu senden. Hierbei sind in einer Folge von vier aufeinander folgenden Pulsen 68.1 bis 68.4 die Pulse jeweils einem unterschiedlichen Wellenlängenbereich WL₁ bis WL₄ zugeordnet. Die Pulse 68 entsprechen einer Strahlung, die in einem jeweils unterschiedlichen Wellenlängenbereich WL_i gesendet wird. Hierzu weist die Sendeeinheit 64 eine Mehrzahl von Sendemitteln 66.1 bis 66.4 auf, die jeweils zur Sendung in einem unterschiedlichen Wellenlängenbereich WL₁ bis WL₄ vorgesehen sind. Hierbei entspricht ein Sendemittel 66.1 für den Puls 68.1 dem Wellenlängenbereich WL₁ usw. Alternativ können auch Sendedioden eingesetzt werden, die jeweils Strahlung in zumindest zwei der Wellenlängenbereiche WL_i aussenden können. Die Sendemittel 66 können zum Beispiel jeweils als LED ausgebildet sein. Durch ein solches sukzessives Strahlen in verschiedenen Wellenlängenbereichen WL_i kann auf eine aufwendige Filterung der erfassten reflektierten Strahlung S_R verzichtet werden. Mit Hilfe der Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung 30 kann also ein Reaktionsbereich 36 des Werkzeugmaschinenarbeitsbereiches 34 überwacht werden, der als Werkstückzuführbereich einen Gefahrenbereich der Werkzeugmaschine 10 darstellt. Mit Hilfe der Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung kann menschliches Gewebe von den mit Hilfe der Werkzeugmaschine 10 zu bearbeitenden Materialien unterschieden werden, so dass das Sägeblatt der Werkzeugmaschine 10 mit Hilfe der Aktorikeinheit 38 sofort zum Stillstand gebracht werden kann, sobald beispielsweise eine Hand 26 eines Benutzers innerhalb des Reaktionsbereiches 36 mit Hilfe der Werkzeugmaschinen überwachungsvorrichtung 38 erfasst wird. Wie es in 1 dargestellt ist, umfasst die Werkzeugmaschine eine Aktivierungs- und Deaktivierungseinheit 70, die mit der Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung 30 wirkverbunden ist. Diese Aktivierungs- und Deaktivierungseinheit 70 ist derart ausgebildet, dass der Umfang, in dem sich diese von einem Bediener bestätigen lässt, von einem Berechtigungsgrad des Benutzers abhängig ist. Hierzu umfasst die Aktivierungs-/Deaktivierungseinheit 70 eine nicht näher dargestellte Lasereinheit, mit deren Hilfe portable Speichermedien, auf denen Berechtigungsgrade von Bedienern hinterlegt sind, ausgelesen werden können. In Abhängigkeit vom erfassten Berechtigungsgrad des Benutzers kann der Benutzer die Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung 30 – gegebenenfalls in vorbestimmten Grenzen – aktivieren bzw. deaktivieren. Eine solche berechtigungsgradabhängige Betätigung der Aktivierungs-/Deaktivierungseinheit 70 ermöglicht es, unterschiedlichen Benutzern verschiedene Rechte einzuräumen. So kann es beispielsweise einem Meister, der viel Erfahrung mit dem Umgang der Werkzeugmaschine 10 hat, gewährt werden, die Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung 30 vollständig zu deaktivieren, während einem unerfahrenen Lehrling eine solche Deaktivierung nicht gestattet wird.
Es sollte klar sein, dass Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtungen der zuvor beschriebenen Art zur Überwachung der unterschiedlichsten Werkzeugmaschinen dienen können, bei denen ein Benutzer gelegentlich oder regelmäßig in den Arbeitsprozess der Werkzeugmaschine eingreifen kann/muss/soll. Ferner ist der Werkzeugmaschinenbereich, der mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung überwacht werden kann, nicht auf einen Werkzeugmaschinenarbeitsbereich in der Umgebung des Werkzeugs beschränkt. Vielmehr können sämtliche Werkzeugmaschinenbereiche überwacht werden, von denen ein Gefahrenpotential für den Benutzer ausgehen kann.
Schließlich sollte klar sein, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr sind Variationen und Änderungen möglich, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, der durch die beiliegenden Ansprüche definiert ist.

Claims

Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung mit einer Erkennungseinheit (32), die zur Anwesenheitserkennung zumindest einer Materialart in wenigstens einem vorbestimmten Werkzeugmaschinenbereich, insbesondere Werkzeugmaschinenarbeitsbereich (34), mittels der spektralen Auswertung einer Strahlung (S_R) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennungseinheit (32) eine Sensoreinheit (44) mit wenigstens einem Empfindlichkeitsbereich (54.2) zur Strahlungserfassung in einem Wellenlängenbereich (WL₂), der im elektromagnetischen Bereich angeordnet ist, eine Sendeeinheit (42; 64), die dazu vorgesehen ist, eine Strahlung mit zumindest einem Strahlungsanteil im Wellenlängenbereich (WL₂) zu senden, und ein Auswertemittel (58) aufweist, das derart beschaffen ist, dass es das Vorhandensein zumindest einer Materialart in zumindest einem vorbestimmten Werkzeugmaschinenbereich basierend auf der von der Sensoreinheit (44) erfassten Strahlung erfassen kann, wobei das Auswertemittel (58) mit der Sendeeinheit (42) wirkverbunden ist.
Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennungseinheit (32) zur Anwesenheitserkennung mittels der Auswertung eines Reflektionsspektrums einer von einem Untersuchungsobjekt (40) reflektierten Strahlung (S_R) vorgesehen ist.
Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenlängenbereich (WL₂) zumindest teilweise im Infrarotspektrum angeordnet ist.
Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenlängenbereich (WL₂) ein nahmittlerer Infrarotbereich oder ein naher Infrarotbereich ist.
Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenlängenbereich (WL₂) schmalbandig ausgebildet ist.
Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Optikeinheit (46) aufweist, die dazu vorgesehen ist, wenigstens einen Reaktionsbereich (36) der Erkennungseinheit (32) festzulegen.
Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Markierungseinheit vorgesehen ist, die den wenigstens einen vorbestimmten Werkzeugmaschinenbereich oder den wenigstens einen Reaktionsbereich markiert.
Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (64) dazu vorgesehen ist, eine Strahlung im Wellenlängenbereich (WL₂) und in zumindest einem weiteren Wellenlängenbereich (WL₁, WL₃, WL₄) zu senden.
Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (64) mehrere Sendeeinheitmodule aufweist, wobei die Sendeeinheitsmodule derart beschaffen sind, dass jedes Sendeeinheitsmodul Strahlung in einem anderen Wellenlängenbereich (WL₁, WL₂, WL₃, WL₄) aussenden kann.
Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (64) zumindest eine Sendediode aufweist, die derart beschaffen ist, dass sie Strahlung in wenigstens zwei voneinander verschiedenen Wellenlängenbereichen (WL₁, WL₂, WL₃, WL₄) aussenden kann.
Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (44) zumindest einen weiteren Empfindlichkeitsbereich (54.1, 54.3, 54.4) aufweist, der zur Strahlungserfassung in einem weiteren Wellenlängenbereich (WL₁, WL₃, WL₄) vorgesehen ist.
Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswertemittel (58) der Erkennungseinheit (32) derart beschaffen ist, dass es das Vorhandensein der zumindest einen Materialart anhand eines Verhältnisses von zumindest zwei Strahlungskenngrößen (V₁, V₂, V₃, V₄) erkennen kann, die jeweils einem Strahlungsanteil in einem unterschiedlichen Wellenlängenbereich (WL₁, WL₂, WL₃, WL₄) zugeordnet sind.
Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Entscheidungseinheit vorgesehen ist, die derart beschaffen ist, dass sie zumindest eine Aktorikeinheit (38) basierend auf einem erfassten Vorhandensein oder Fehlen der zumindest einen Materialart ansteuert.
Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Aktivierungs- und/oder Deaktivierungseinheit (70) zum Aktivieren und/oder Deaktivieren der Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung durch einen Benutzer aufweist.
Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierungs- und/oder Deaktivierungseinheit (70) derart ausgebildet ist, dass der Umfang, in dem sich die Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung mit Hilfe dieser von einem Bediener aktivieren und/oder deaktivieren lässt, von einem Berechtigungsgrad des Benutzers abhängig ist.
Werkzeugmaschine, insbesondere Schneidwerkzeugmaschine, mit einer Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Gegenstand zur Verwendung an einer Werkzeugmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass dieser derart manipuliert ist, dass sein Material leichter von der Werkzeugmaschinenüberwachungsmaschine erfasst werden kann.
Gegenstand nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass seine Oberfläche mit einem von der Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung leicht zu erfassenden Material beschichtet ist.
Gegenstand nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein Arbeitshandschuh ist.