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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einer Werkzeugmaschinenschutzvorrichtung
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es
ist bereits eine Werkzeugmaschinenschutzvorrichtung, für eine Werkzeugmaschine,
mit einer Sendeeinheit, die zu einem Aussenden eines Sendesignals
vorgesehen ist, und einer Empfangseinheit, die zu einem Empfangen
eines Empfangssignals vorgesehen ist, bekannt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Erfindung geht aus von einer Werkzeugmaschinenschutzvorrichtung,
für eine
Werkzeugmaschine, mit einer Sendeeinheit, die zu einem Aussenden
eines Sendesignals vorgesehen ist, und einer Empfangseinheit, die
zu einem Empfangen eines Empfangssignals vorgesehen ist.
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Es
wird vorgeschlagen, dass die Werkzeugmaschinenschutzvorrichtung
eine Einstelleinheit aufweist, die zu einem zumindest teilautomatischen
Einstellen des auszusendenden Sendesignals vorgesehen ist. In diesem
Zusammenhang soll unter „vorgesehen” insbesondere
speziell ausgelegt und/oder speziell ausgestattet und/oder speziell
programmiert verstanden werden. Des Weiteren soll unter einem „Sendesignal” insbesondere
ein Signal verstanden werden, das vorzugsweise von einem breitbandigen Signal
und besonders vorteilhaft von einem Ultrabreitbandsignal gebildet
ist. Dabei soll unter einem „Ultrabreitbandsignal
(oder Ultra Wide Band Signal oder UWB-Signal)” insbesondere ein elektromagnetisches Signal
verstanden werden, welches einen Nutzfrequenzbereich mit einer Mittelfrequenz
im Frequenzbereich von 1 GHz bis 15 GHz und einer Frequenzbandbreite
von zumindest 500 MHz aufweist. Das Ultrabreitbandsignal weist besonders
vorteilhaft eine spektrale Leistungsdichte von maximal –41,3 dBm/MHz
auf. Grundsätzlich
ist es jedoch denkbar, dass das Sendesignal von weiteren, dem Fachmann als
sinnvoll erscheinenden Signalen gebildet ist. Vorzugsweise wird
mittels der Sendeeinheit und der Empfangseinheit ein einem Werkzeug
der Werkzeugmaschine zugeordneter Schutzbereich überwacht und damit ein möglicher
Kontakt eines Bedieners mit dem Werkzeug rechtzeitig mittels der
Sendeeinheit und der Empfangseinheit erkannt. Ferner soll unter
einer „Einstelleinheit” insbesondere
eine Einheit verstanden werden, die von einer Recheneinheit und/oder
einer Auswerteeinheit und/oder einer Regeleinheit und/oder einer
Steuereinheit gebildet sein kann, wobei die Regeleinheit sowohl
von einem Prozessor allein als auch insbesondere von einem Prozessor
und weiteren Elektronikbauteilen, wie beispielsweise einem Speichermittel,
gebildet sein kann. Unter einem „Einstellen” soll insbesondere
zudem ein Steuern und/oder ein Regeln verstanden werden. Durch die
erfindungsgemäße Ausgestaltung kann
das Sendesignal bzw. ein Parameter des Sendesignals vorteilhaft
an eine Umgebung angepasst werden.
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Die
Werkzeugmaschinenschutzvorrichtung eignet sich für alle Arten von Werkzeugmaschinen, bei
denen eine Überwachung
eines um ein Werkzeug angeordneten Schutzbereichs sinnvoll erscheint.
Besonders vorteilhaft kann die Werkzeugmaschinenschutzvorrichtung
bei Sägewerkzeugmaschinen
und insbesondere bei Kreissägen
verwendet werden, da hier aufgrund einer besonderen Gefahrensituation eine
hohe Sicherheit und eine Reduzierung eines Verletzungsrisikos für einen
Bediener im Betrieb der Kreissäge
erreicht werden kann.
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Besonders
vorteilhaft ist die Einstelleinheit hierbei zu einem Einstellen
einer Leistung des auszusendenden Sendesignals vorgesehen. Es kann
hierbei die Leistung vorteilhaft an eine Umgebung angepasst werden.
Zudem kann auf diese Weise eine Leistung minimiert werden und damit
eine mögliche Störstrahlung
bzw. eine mögliche
Störung
durch die Sendeeinheit, wie beispielsweise eine Störung einer Flugsicherung,
vorteilhaft reduziert und/oder verhindert werden. Es kann weiterhin
aufgrund einer minimierten Leistung des Sendesignals die Werkzeugmaschinenschutzvorrichtung
zumindest teilweise zulassungsfrei betrieben werden.
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Vorteilhafterweise
ist hierzu die Einstelleinheit zumindest teilweise von einer Regeleinheit
gebildet, die zu einer Regelung der Leistung des auszusendenden
Sendesignals vorgesehen ist. In diesem Zusammenhang soll unter einer „Regeleinheit” insbesondere eine
Einheit verstanden werden, die von einer Recheneinheit und/oder
einer Auswerteeinheit und/oder einer Kontrolleinheit gebildet sein
kann, wobei die Regeleinheit sowohl von einem Prozessor allein als
auch insbesondere von einem Prozessor und weiteren Elektronikbauteilen,
wie beispielsweise einem Speichermittel, gebildet sein kann. Es
kann durch diese Ausgestaltung eine ständige, insbesondere selbsttätige Anpassung
der Leistung des auszusendenden Sendesignals vorteilhaft erreicht
werden.
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Besonders
vorteilhaft ist die Regeleinheit zu einer Regelung der Leistung
des auszusendenden Sendesignals abhängig von zumindest einer Signalkenngröße des empfangenen
Empfangssignals vorgesehen, wodurch eine Anpassung der Leistung
des Sendesignals an Änderungen
in einem Detektionsbereich der Werkzeugmaschinenschutzvorrichtung erreicht
werden kann. In diesem Zusammenhang soll unter einer „Signalkenngröße” insbesondere
eine Kenngröße des Eingangssignals
verstanden werden, die beispielsweise von einer Leistung, insbesondere einer
spektralen Leistungsdichte, gebildet ist.
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Ferner
wird vorgeschlagen, dass die Regeleinheit dazu vorgesehen ist, mittels
der Signalkenngröße eine
Materialkenngröße zu ermitteln,
wodurch eine vorteilhafte Anpassung und/oder Einstellung des auszusendenden
Sendesignals an eine Materialeigenschaft, insbesondere eines zu
bearbeitenden Werkstücks,
erreicht werden kann. Besonders vorteilhaft ist hierbei die Materialkenngröße von einer Kenngröße einer
Leitfähigkeit
und/oder einer Dicke und/oder von einer Dielektrizitäts-kenngröße und/oder
weiteren, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Materialkenngrößen gebildet.
Es kann hierbei insbesondere das Sendesignal bzw. die Leistung des
Sendesignals auf eine Dicke und/oder einen Feuchtigkeitsgehalt des
Werkstücks
angepasst werden. Beispielsweise kann bei einem dicken, zu bearbeitenden
Werkstück
eine höhere
Leistung des Sendesignals eingestellt werden als eine Leistung des Sendesignals
bei einem dünnen,
zu bearbeitenden Werkstück.
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Es
wird zudem vorgeschlagen, dass die Regeleinheit die Materialkenngröße mittels
einer Modellrechnung errechnet. Es können hierbei mehrere Materialkenngrößen zugleich
in einem Modell, insbesondere anhand einer Variation der entsprechenden Materialkenngrößen in dem
Modell zur Reproduzierung der gemessenen Signalkenngröße, ermittelt werden.
In diesem Zusammenhang soll unter einer „Modellrechnung” insbesondere
eine Berechnung von Kenngrößen anhand
eines Modells verstanden werden, wobei unter einem „Modell” insbesondere ein
System verstanden werden soll, das als Repräsentant eines Originals auf
Grund mit diesem gemeinsamer, für
eine bestimmte Aufgabe wesentlicher Eigenschaften von einem dritten
System benutzt, ausgewählt
und/oder geschaffen wird, um letzterem die Erfassung, Beherrschung
und/oder Beschreibung des Originals zu ermöglichen oder zu erleichtern
beziehungsweise um es zu ersetzen.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass
die Regeleinheit dazu vorgesehen ist, die Leistung des auszusendenden
Sendesignals an einen Dynamikbereich der Empfangseinheit anzupassen.
In diesem Zusammenhang soll unter einem „Dynamikbereich” insbesondere
ein Empfindlichkeitsbereich der Empfangseinheit verstanden werden,
der sich vorzugsweise von einer unteren Rauschgrenze bis zu einer
Sättigungsgrenze
erstreckt. Es kann hierbei ein insbesondere rauscharmes, sauberes
Empfangssignal in der Empfangseinheit erreicht werden. Zudem kann
ein Einfluss eines Untergrunds vorteilhaft minimiert werden.
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Ferner
wird vorgeschlagen, dass die Werkzeugmaschinenschutzvorrichtung
eine Auswerteeinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, einen Teilbereich
des Dynamikbereichs der Empfangseinheit, in dem das Empfangssignal
angeordnet ist, auszuwerten. Es kann hierbei eine hohe Auflösung des
Teilbereichs erreicht werden und damit einhergehend eine detaillierte
und genaue Auswertung des Empfangssignals, insbesondere eine Änderung
einer Amplitude und/oder einer Phase des Empfangssignals, erzielt werden.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird ein Verfahren
für eine
Werkzeugmaschinenschutzvorrichtung vorgeschlagen, wobei ein auszusendendes
Sendesignal zumindest teilautomatisch eingestellt wird. Es kann
das Sendesignal bzw. ein Parameter des Sendesignals vorteilhaft
an eine Umgebung angepasst werden. Besonders vorteilhaft wird hierbei
eine Leistung des auszusendenden Sendesignals zumindest teilautomatisch
eingestellt.
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Zudem
wird vorgeschlagen, dass die Leistung des auszusendenden Sendesignals
zumindest teilautomatisch geregelt wird. Es kann die Leistung des
Sendesignals hierbei vorteilhaft an eine Umgebung angepasst werden.
Zudem kann auf diese Weise eine Leistung minimiert werden und damit
eine mögliche
Störstrahlung
bzw. eine mögliche
Störung durch
die Sendeeinheit, wie beispielsweise eine Störung einer Flugsicherung, vorteilhaft
reduziert und/oder verhindert werden. Es kann weiterhin durch eine
mini mierte Leistung die Werkzeugmaschinenschutzvorrichtung zumindest
teilweise zulassungsfrei betrieben werden.
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Weiterhin
wird vorgeschlagen, dass die Leistung des auszusendenden Sendesignals
abhängig von
zumindest einer Werkstückkenngröße eines
zu bearbeitenden Werkstücks
geregelt wird, wodurch eine vorteilhafte Anpassung und/oder Einstellung des
aussendenden Sendesignals an eine Materialeigenschaft insbesondere
eines zu bearbeitenden Werkstücks
erreicht werden kann. Besonders vorteilhaft ist hierbei die Materialkenngröße von einer
Leitfähigkeit
und/oder einer Dicke und/oder einer Dielektrizitätskonstante und/oder weiteren,
dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Materialkenngrößen gebildet.
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Es
wird zudem vorgeschlagen, dass die Leistung des auszusendenden Sendesignals
an einen Dynamikbereich einer Empfangseinheit angepasst wird, wodurch
ein insbesondere rauscharmes, sauberes Empfangssignal in der Empfangseinheit
erreicht werden kann. Zudem kann ein Einfluss eines Untergrunds
vorteilhaft minimiert werden.
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Zeichnung
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel
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.
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Es
zeigen:
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1 eine
Werkzeugmaschine mit einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschinenschutzvorrichtung
in einer schematischen Darstellung,
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2 ein
Ablaufdiagramm zur Regelung der Leistung des Sendesignals durch
die Regeleinheit,
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3 eine
schematische Darstellung einer Regelung der Sendeleistung durch
die Regeleinheit,
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4 eine
Darstellung eines Dynamikbereichs der Empfangseinheit und
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5 eine
Darstellung eines hoch aufgelösten
Teilbereichs des Dynamikbereichs.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In 1 ist
eine von einer Tischkreissäge gebildete
Werkzeugmaschine 12 dargestellt. Die Werkzeugmaschine 12 umfasst
eine Werkzeugaufnahme 28, in der ein von einem Kreissägenblatt
gebildetes Werkzeug 30 angeordnet ist. Das Werkzeug 30 ragt
in einem montierten Zustand durch eine nicht näher dargestellte Ausnehmung
eines Arbeitstisches 32 der Werkzeugmaschine 12.
Der Arbeitstisch 32 weist eine Arbeitsfläche 34 auf,
die zu einer Ablage eines Werkstücks 36 vorgesehen
ist, das im Betrieb der Werkzeugmaschine 12 bearbeitet
wird. Die Werkzeugmaschine 12 umfasst zudem eine Motoreinheit 38,
die im Betrieb ein Antriebsmoment für das Werkzeug 30 erzeugt.
Des Weiteren weist die Werkzeugmaschine 12 eine Werkzeugmaschinenschutzvorrichtung 10 auf,
die zu einem Schutz eines Bedieners 40 vor dem Werkzeug 30 im
Betrieb der Werkzeugmaschine 12 vorgesehen ist. Die Werkzeugmaschinenschutzvorrichtung 10 weist
eine Schutzhaube 42 auf, die entlang einer Umfangsrichtung 44 des Werkzeugs 30,
die parallel zu einer Rotationsrichtung 46 des Werkzeugs 30 verläuft, um
einen aus dem Arbeitstisch 32 ragenden Teilbereich 48 des
Werkzeugs 30 angeordnet ist.
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Die
Werkzeugmaschinenschutzvorrichtung 10 weist eine Sensoreinheit 50 mit
einer Sendeeinheit 14 auf, die im Betrieb der Tischkreissäge zu einem
Aussenden eines Sendesignals 16 vorgesehen ist, und einer
Empfangseinheit 18, die zu einem Empfangen eines Empfangssignals 20 vorgesehen
ist (1 und 2). Die Sendeeinheit 14 und
die Empfangseinheit 18 sind zu einem Überwachen eines dem Werkzeug 30 zugewandten
Schutzbereichs 52 vorgesehen. Die Sendeeinheit 14 ist
hierbei zu einem Aussenden eines Ultrabreitbandsignals vorgesehen,
das von im Schutzbereich 52 sich befindlichen Gegenständen, wie
insbesondere dem Werkstück 36 und
von Körperteilen
des Bedieners 40, reflektiert wird. Anschließend wird
im Betrieb das Reflexionssignal von der Empfangseinheit 18 empfangen. Die
Sensoreinheit 50 ist hierbei unterhalb des Arbeitstisches 32 angeordnet
(1). Die Sendeeinheit 14 und die Empfangseinheit 18 können hierbei zumindest
teilweise einstückig
bzw. einteilig ausgebildet sein. Grundsätzlich kann in einer weiteren
Ausgestaltung der Erfindung die Sensoreinheit 50 in der Schutzhaube 42 angeordnet
sein und/oder die Empfangseinheit 18 zu einem Empfangen
eines Transmissionssignals vorgesehen sein, wobei hierbei die Sendeeinheit 14 und
die Empfangseinheit 18 räumlich getrennt voneinander
angeordnet sein können.
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Des
Weiteren weist die Werkzeugmaschinenschutzvorrichtung 10 eine
Einstelleinheit 22 mit einer Regeleinheit 24 auf,
die zu einer Einstellung bzw. einer Regelung einer Leistung L des
auszusendenden Sendesignals 16 der Sendeeinheit 14 im
Betrieb der Werkzeugmaschine 12 vorgesehen ist. Hierbei
erfolgt eine Regelung der Leistung L des auszusendenden Sendesignals 16 abhängig von
zumindest einer Signalkenngröße SKi des empfangenen Empfangssignals 20.
Die Regeleinheit 24 weist hierzu eine Auswerteeinheit 26 auf,
die das Empfangssignal 20 der Empfangseinheit 18 bzw.
die Signalkenngröße SKi, die beispielsweise von einer Leistung
bzw. einer spektralen Leistungsdichte gebildet ist, auswertet. Die
von der Empfangseinheit 18 empfangenen Signale werden dabei
im Betrieb der Werkzeugmaschinenschutzvorrichtung 10 über einen
Analog-Digital-Wandler 54 der Einstelleinheit 22 zur
Regeleinheit 24 bzw. der Auswerteeinheit 26 der
Regeleinheit 24 geleitet. Anhand der Signalkenngröße SKi wird bzw. werden in der Auswerteeinheit 26 eine
Materialkenngröße MKi bzw. mehrere Materialkenngrößen MKi ermittelt. Die Materialkenngrößen MKi können
hierbei von einer Kenngröße einer
Leitfähigkeit
MK1 und/oder einer Dicke MK2 eines
zu bearbeitenden Werkstücks 36 und/oder
einer Dielektrizitätskenngröße MK3 und/oder weiteren, dem Fachmann als sinnvoll
erscheinenden Materialkenngrößen MKi gebildet sein. Die Bestimmung der Materialkenngrößen MKi erfolgt in der Auswerteeinheit 26 mittels
einer Modellrechnung, indem hier mehrere Materialkenngrößen MKi bei der Bestimmung variiert werden, bis
eine bestmögliche Übereinstimmung
der Modellrechnung mit der gemessenen und empfangenen Signalkenngröße SKi des Empfangssignals 20 erreicht
ist. In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung können die
Materialkenngrößen MKi zudem auf eine weitere, dem Fachmann als
sinnvoll erscheinende Art und Weise ermittelt werden.
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Von
der Regeleinheit 24 wird die Leistung L des auszusendenden
Sendesignals 16 anhand der ermittelten Materialkenngrößen MKi ermittelt bzw. berechnet, so dass die Leistung
L des auszusendenden Sendesignals 16 an eine Dicke des
Werkstücks 36 und/oder
eine Leitfähigkeit
des Werkstücks 36 und damit
an einen Feuchtigkeitsgehalt des Werkstücks 36 und/oder weiterer
Parameter des Werkstücks 36 im
Betrieb der Werkzeugmaschine 12 angepasst wird (3).
Anschließend
wird von der Regelein heit 24 das auszusendende Sendesignal 16 mit
der ermittelten, an die Materialkenngrößen MKi des
Werkstücks 36 angepassten
Leistung L generiert, wobei die Regeleinheit 24 hierzu
eine Signalerzeugungseinheit 56 aufweist, und an die Sendeeinheit 14 geleitet
und von dieser ausgesendet (2). Mittels
der Regeleinheit 24 wird hierbei stets eine aktuelle Materialkenngröße MKi des zu bearbeitenden Werkstücks 36 bei
der Berechnung der Leistung L des auszusendenden Sendesignals 16 berücksichtigt.
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Bei
der Berechnung der Leistung L des auszusendenden Sendesignals 16 wird
von der Regeleinheit 24 ein Dynamikbereich 58 der
Empfangseinheit 18 berücksichtigt,
so dass das von der Sendeeinheit 14 ausgesendete und von
der Empfangseinheit 18 empfangene Signal über einer
Rauschgrenze 60 der Empfangseinheit 18 liegt.
Der Dynamikbereich 58 der Empfangseinheit 18 erstreckt
sich hierbei von der Rauschgrenze 60 bis zu einer Sättigungsgrenze 64,
wie dies in 4, einer Auftragung einer Amplitude
A über
eine Frequenz f, dargestellt ist. Zudem wird im Betrieb der Werkzeugmaschine 12 bei
der Auswertung des Empfangssignals 20 ein Teilbereich 62 des
Dynamikbereichs 58 der Empfangseinheit 18 mittels
der Einstelleinheit 22 bzw. des Analog-Digital-Wandlers 54 mit
hoher Auflösung
dargestellt, wobei in dem Teilbereich 62 das Empfangssignal 20 angeordnet
ist (5). Zusammen mit der Auswerteeinheit 26 kann
hier eine detaillierte Analyse des Empfangssignals 20 erreicht
werden und eine Änderung
der Amplitude A und/oder einer Phase des Empfangssignals 20 detaillierter
bei der Bestimmung der Materialkenngrößen MKi mit
eingehen.