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Die
Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, insbesondere eine elektrisch
betriebene Handwerkzeugmaschine, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Werkzeugmaschinen,
insbesondere elektrisch angetriebene Handwerkzeugmaschinen, sind vor
allem in der Ausbildung als Stichsägen mit einem hubbeweglich
angetriebenen Sägeblatt als Arbeitswerkzeug in verschiedenen
Ausgestaltungen und Ausbaustufen auch hinsichtlich Hilfseinrichtungen bekannt,
die dem Benutzer das Arbeiten mit der Werkzeugmaschine und insbesondere
deren Führung längs einer vorgegebenen Arbeitslinie
erleichtern sollen.
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So
sind aus der Praxis handgeführte Werkzeugmaschinen unter
anderem in Form von Stichsägen, Kreissägen, Handhobeln
oder Oberfräsen mit mechanischen Führungseinrichtungen
bekannt, bei denen die Führung längs einer Bezugskante
mittels eines Führungsschuhs erfolgt, der über
einen Ausleger quer zur Arbeitsrichtung mit der Maschine verbunden
ist.
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Ferner
sind Werkzeugmaschinen, insbesondere in Form elektrisch betriebener
handgeführter Stichsägen beispielsweise aus der
DE 10 2006 052 808
A1 bekannt, bei denen eine jeweils zu verfolgende, werkstückseitige
Arbeitslinie über eine Sensorik, insbesondere eine optische
Sensorik in Form einer Kamera, zu verfolgen ist und bei denen auf
Basis der so erfassten werkstückseitigen Gegebenheiten über eine
Auswerteeinheit rechnergestützt der Benutzer der Werkzeugmaschine
in deren Führung längs der Arbeitslinie unterstützt
wird. Dies beispielsweise dadurch, dass dem Benutzer die Lage des
Arbeitswerkzeugs zur Ar beitslinie veranschaulicht wird, gegebenenfalls
mit ergänzenden Führungshinweisen. Ist die Maschine
als Stichsäge mit um seine Hubachse drehbeweglichem Sägeblatt
als Arbeitswerkzeug ausgestattet, so wird bei einer solchen bekannten
Lösung die sensorisch erfasste Arbeitslinie vom Sägeblatt
durch entsprechende Einstellung seiner Drehlage nachgefahren, wozu
die sensorisch erfassten Daten rechnergestützt über
eine Auswerteeinheit in Stellbefehle für eine das Sägeblatt
verdrehende Stelleinrichtung umgesetzt werden. Der Benutzer hat
in diesem halbautonomen Betrieb nur noch die Vorschubkräfte
für die Stichsäge aufzubringen, und damit die
Stichsäge grob auf die jeweilige Arbeitslinie ausgerichtet
abzustützen.
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Unabhängig
davon, ob auf Basis der sensorisch erfassten Daten für
den Benutzer nur Führungshinweise generiert werden, oder
ob die Stichsäge halbautonom betrieben wird, ist in Anbetracht
der bei Stichsägen relativ hohen Vorschubgeschwindigkeiten
eine frühzeitige Information des Benutzers erforderlich,
damit er – bei Abweichungen von der gewünschten
Arbeitslinie, bei Ausfall solcher Hinweise bzw. der halbautonomen
Führung beispielsweise wegen Schwierigkeiten in der Erkennung
einer Arbeitslinie oder bei Ausfall einer Arbeitslinie – rechtzeitig eingreifen
kann, falls die Maschine nicht automatisch abgeschaltet wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Voraussetzungen für
frühzeitige und gegebenenfalls auch verbesserte Führungsinformationen
zu schaffen.
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Gemäß der
Erfindung wird dies durch eine Ausgestaltung der Werkzeugmaschine
gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 erreicht,
denen zufolge über die Beobachtungseinrichtung insbesondere in
unterschiedlicher Auflösung mehrere Beobachtungsfelder,
insbesondere eine Detektionsfläche und zumindest eine Sondierungsfläche
erfasst werden. Zumindest eine Sondierungsfläche ist zur
Detektionsfläche in Richtung der Arbeitslinie vorgelagert. Bevorzugt
wird die Sondierungsfläche mit im Vergleich zur Detektionsfläche
gröberer Auflösung erfasst. Das macht es einerseits
möglich, für die Detektionsfläche einen
Auflösungsgrad vorzusehen, der eine genaue Erfassung der
Arbeitslinie im Zugriffsbereich des Arbeitswerkzeuges, und damit
insbesondere des Sägeblattes ermöglicht, was für
die Qualität des Sägeschnittes von Vorteil ist.
Durch die zusätzliche Erfassung einer zur Detektionsfläche
vorgelagerten Sondierungsfläche ergeben sich darüber
hinaus, im Vorfeld zur Erfassung der Arbeitslinie in der Detektionsfläche,
Hinweise auf den Verlauf der Arbeitslinie sowie auch auf etwaige
Unregelmäßigkeiten in der Struktur des Werkstückes
und auf Schwierigkeiten in der Lesbarkeit der Arbeitslinie, die
für die Führung des Sägeblattes ergänzend
zu den in der Detektionsfäche erfassten Gegebenheiten genutzt
werden können, sei es in der Ausrichtung des Werkzeuges,
insbesondere des Sägeblattes, sei es in der Anpassung der
Antriebsleistung für das Sägeblatt oder in der
Anpassung von dessen Arbeitsgeschwindigkeit, also in der Hubzahl.
Ferner auch dadurch, dass aufgrund der bereits in der Sondierungsfläche
erfolgten Erfassung der Arbeitslinie Daten vorliegen, die zur Absicherung
und/oder Ergänzung der in der Detektionsfläche
gewonnen Daten genutzt werden können. Insbesondere ermöglicht
schon die gröbere Erfassung der werkstückseitigen
Gegebenheiten, so auch der Arbeitslinie die Möglichkeit,
Informationen für den Benutzer so frühzeitig zur
Verfügung zu stellen, dass dieser im Bedarfsfall noch rechtzeitig
eingreifen kann, so zum Beispiel von der halbautonomen Arbeitsweise
auf eine händische Führung der Stichsäge übergehen
kann, diese gegebenenfalls auch abschalten kann, bevor Schäden
am Werkstück entstehen.
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Eine
erfindungsgemäß besonders zweckmäßige
Ausgestaltung besteht darin, mit nur einem Sensor, insbesondere
einer Kamera, über ein vorgeschaltetes optisches System,
insbesondere ein Linsensystem, mehrere Beobachtungsfelder, so auch die
Detektionsfläche und die zumindest eine Sondierungsfläche,
zu erfassen.
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Die
Sondierungsfläche ist zweckmäßigerweise
insbesondere auch in der Breite im Vergleich zur Detektionsfläche
aufgeweitet, womit sich zusätzliche Möglichkeiten
für den Unfallschutz, wie beispielsweise der Erkennung
lebender Materie, insbesondere von Körperteilen, ergeben.
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Grundsätzlich
liegt es im Rahmen der Erfindung eine unterschiedliche Auflösung
für die Detektionsfläche und die Sonderfläche
mithilfe einer jeweils zugeordneten Sensorik zu erreichen, was im
Hinblick auf die zur Verfügung stehenden Platzverhältnisse mit
Schwierigkeiten verbunden sein kann, insbesondere aber einen erhöhten
Aufwand bedeutet.
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Eine
im Rahmen der Erfindung besonders zweckmäßige
Lösung besteht deshalb darin, als Beobachtungseinrichtung
lediglich eine, insbesondere durch eine Kamera gebildete Sensorik
und ein zu dieser vorgeschaltetes Linsensystem vorzusehen, das im
Hinblick auf die für die Detektionsfläche und
die Sondierungsfläche gewünschte unterschiedliche Auflösung
bevorzugt mit Linsen unterschiedlicher Brennweiten ausgebildet ist.
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In
der Praxis kommt hierfür insbesondere eine Linsenausbildung
in Frage, die, dem Aufbau eines Gleitsichtglases einer Brille entsprechend,
für den Nahbereich, das heißt für die
Detektionsfläche eine auf diese ausgerichtete Linse kleinerer
Brennweite vorsieht als für die auf die Sondierungsfläche ausgerichtete
Linse. In entsprechender Weise können Zeilensensoren zwei
oder auch mehr Linienbereiche mit unterschiedlichen Brechungen aufweisen.
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Entsprechend
den Sichtbereichen bei Gleitsichtbrillen können im Rahmen
der Erfindung auch die Detektionsfläche und die Sondierungsfläche räumlich
ineinander übergehen. Ein solch gleitender Übergang
ist für die Erfindung aber nicht zwingend erforderlich,
so dass auch eine beabstandete Lage zwischen Detektionsfläche
und Sondierungsfläche insbesondere bei weiter in Richtung
der Arbeitslinie vorgreifender Sondierungsfläche zweckmäßig
sein kann, um die Größe der Sondierungsfläche
soweit zu beschränken, dass sich noch eine hinreichend
gute Auflösung erreichen lässt.
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Von
besonderem Vorteil ist eine erfindungsgemäße Bearbeitungseinrichtung
insbesondere bei halbautonom betriebenen Werkzeugmaschinen, insbesondere
Stichsägen, da bei auf den halbautonomen Betrieb ausgerichtetem
Verhalten des Benutzers sich dessen Aufmerksamkeitsgrad zumindest auf
Dauer entsprechend verringert, so dass eine frühe „Vorwarnung” von
Bedeutung ist. Andererseits steht nur eine relativ kleine, dem Bearbeitungsbereich
des Werkzeuges entsprechende Detektionsfläche im Regelfall
zur Verfügung. Eine solche kleine Detektionsfläche
ist aber von Vorteil, um bei dem arbeitsbedingt einzuhaltenden Mindestabstand,
auch wenn dieser klein ist, eine angestrebte hohe Auflösung
bei geringerer Qualität der eingesetzten Sensorik zu erreichen.
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Weitere
Vorteile und zweckmäßige Ausführungen
sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und
den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 in
perspektivischer Darstellung eine Stichsäge, die halbautonom
zu betreiben ist und ein Sägeblatt aufweist, das um seine
Hubachse verdrehbar und über eine Stelleinrichtung in seiner
Drehlage einstellbar ist – in Abhängigkeit von über
eine Sensorik erfassten werkstückseitigen Gegebenheiten
gesteuert –, wobei die Stichsäge auf ein Werkstück
aufgesetzt dargestellt ist,
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2 in
Perspektive eine Draufsicht auf den frontseitigen Fußbereich
der Stichsäge gemäß 1 mit
einer Detektionsfläche, die durch den vom Sägeblatt
durchsetzten Ausschnitt der Fußplatte teilweise begrenzt
ist und zu der eine Sondierungsfläche vorgelagert ist,
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3 in
schematisierter Darstellung eine Seitenansicht des teilweise in 2 gezeigten
Frontbereiches mit zusätzlicher Darstellung der eine Sensorik
umfassenden Beobachtungseinrichtung, und
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4 in
schematisierter Draufsicht die nach Art eines Gleichsichtglases
einer Brille gestaltete, ausgangsseitig zur Sensorik vorgesehene
Linsenanordnung.
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In 1 ist
eine als Stichsäge 2 gestaltete Werkzeugmaschine 1 gezeigt.
Deren Gehäuse 3 ist über eine Fußplatte 4 auf
einem Werkstück 5 verschieblich abgestützt.
Im in Arbeitsrichtung 6 vorderen Bereich der Stichsäge 2 weist
diese ein Sägeblatt 8 als Arbeitswerkzeug 7 auf.
Das Sägeblatt 8 ist in einer Werkzeugaufnahme 9 gehalten
und hubbeweglich in Richtung des Pfeiles 10 angetrieben.
Um eine in Richtung der Hubachse sich erstreckende Drehachse 11 ist
das Sägeblatt 8, wie durch den Pfeil 12 angedeutet, über
eine nur symbolisch dargestellte Stellvorrichtung 13 verdrehbar.
Weiter liegt rückseitig zum Sägeblatt 8 eine
Antriebsvorrichtung 14, über die das Sägeblatt 8 um
eine nicht dargestellte, quer zur Drehachse verlaufende Schwenkachse
verschwenkbar ist.
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Die
Stichsäge 2 ist in verschiedenen Betriebsarten
zu betreiben. Einmal im Regelarbeitsbetrieb mit in Arbeitsrichtung 6 ausgerichtetem
Sägeblatt 8 zur Durchführung von Sägeschnitten
unter Beibehalt der Ausrichtung des Sägeblattes 8 in
Richtung der Längsachse der Stichsäge 2.
Eine weitere Betriebsweise ist der so genannte Pendelhubbetrieb, in
dem das Sägeblatt 8 überlagert zur Hubbewegung gemäß Pfeil 10 um
die nicht gezeigte, quer zur Drehachse 11 verlaufende Schwenkachse
mittels der Antriebsvorrichtung 14 pendelnd beweglich ist.
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In
einer dritten Betriebsweise wird von der Verdrehbarkeit des Sägeblattes 8 um
seine Drehachse 11 Gebrauch gemacht und es ist die Stichsäge
als sogenannte „Scrolling Jigsaw” zu nutzen. Eine
entsprechende Ansteuerung des Sägeblattes 8 über
die Stellvorrichtung 13 vorausgesetzt, kann die Stichsäge 2 so,
gegebenenfalls überlagert zu der einen oder anderen der
beiden anderen Betriebsarten, als halbautonome Stichsäge 2 betrieben
werden. Dies bedeutet, dass der die Stichsäge 2 haltende
Benutzer im Wesentlichen nur die auf die Arbeitsrichtung grob ausgerichtete
Abstützung und den entsprechenden Vorschub übernimmt,
die exakte, auf eine Arbeitslinie 15, wie sie in 2 angedeutet
ist, ausgerichtete und diese entsprechende Positionierung der Stichsäge 2 aber
durch die Drehverstellung des Sägeblattes 8 erfolgt,
das der Arbeitslinie 15 folgt.
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Die
einzelnen Betriebsarten sind über eine Schalteinrichtung 16 einzustellen.
Ferner ist eine Schaltanordnung 17 zum Ein- und Ausschalten
der Stichsäge angedeutet.
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Die
Stellvorrichtung 13 wird über eine Elektronikeinheit 32 und
eine Recheneinheit 33 auf Basis der erfassten Daten angesteuert,
wobei zusätzlich eine Darstellung betriebsbezogener Daten,
so insbesondere von Führungshinweisen für die
Stichsäge 2, in einem Display 34 zweckmäßig
ist.
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In
der Fußplatte 4 ist umschließend zum
Sägeblatt 8 eine Ausnehmung 19 vorgesehen,
die das Arbeitsfeld des Sägeblattes 8 umgrenzt
und die in Arbeitsrichtung 6 nach vorne um eine Aussparung 20 erweitert
ist. Teile der Ausnehmung 19 und der Aussparung 20 sind
als Detektionsfläche 21 genutzt, auf die die in 1 angedeutete
Beobachtungseinrichtung 22 ausgerichtet ist, welche eine
Sensorik 23, insbesondere in Form einer Kamera umfasst.
Gegebenenfalls ist im Bereich der Beobachtungseinrichtung auch eine
Beleuchtungsanordnung 24 vorgesehen, die auf den Arbeitsbereich
ausgerichtet ist.
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2 und 3 veranschaulichen
schematisiert, dass die Sensorik 23 der Beobachtungseinrichtung 22 auf
die Detektionsfläche 21 und zusätzlich
auf eine zu dieser vorgelagerte Sondierungsfläche 25 als
Beobachtungsfelder ausgerichtet ist. Deren Fläche ist wesentlich
größer als die der Detektionsfläche 21,
und sie weist insbesondere auch eine größe Breite
als die Detektionsfläche 21 auf. Eine Aufsplittung
auf mehr als zwei Felder ist im Rahmen der Erfindung möglich.
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3 zeigt
ergänzend zu 2 den Strahlengang 26 von
der Sensorik 23 zur Detektionsfläche 21 und
den Strahlengang 27 von der Sensorik 23 zur Sondierungsfläche 25.
Die Sondierungsfläche 25 ist von der Detektionsfläche 21 in
der Darstellung gemäß 2 abgetrennt,
beide Flächen können aber auch ineinander übergehen.
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Austrittsseitig
zur Sensorik 23 ist ein Linsensystem 28 vorgesehen,
das in einer schematisierten und vergrößerten
Draufsicht in 4 im Prinzip veranschaulicht
ist. In der gezeigten Form ist das Linsensystem 28 flach
gestaltet, überdeckt ausgangsseitig die Sensorik 23 und
ist nach Art des Gleichsichtglases 29 einer Gleitsichtbrille
mit Bereichen unterschiedlicher Brennweite gestaltet. Gebildet werden
diese Bereiche jeweils durch eine Linse 30 bzw. 31,
wobei ausgehend von der Linse 30 entsprechend dem Strahlengang 26 die
Detektionsfläche 21 beaufschlagt ist und ausgehend
von der Linse 31 entsprechend dem Strahlengang 27 die
Sondierungsfläche 25. Die auf die näher
liegende Detektionsfläche 21 ausgerichtete Linse 30 weist
eine kleinere Brennweite auf als die auf die Sondierungsfläche 25 gerichtete Linse 31.
In entsprechender Weise kann das Linsensystem 28 auch mehr
als zwei Linsen aufweisen.
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Abweichend
von der Darstellung gemäß 4, die im
Wesentlichen nur der Veranschaulichung dient, gehen die durch die
Linsen 30 und 31 gebildeten Teilflächen
bevorzugt fließend ineinander über. Selbstverständlich
liegt es im Rahmen der Erfindung zusätzliche Beobachtungsflächen
vorzusehen und/oder auch einzelnen der Beobachtungsflächen
jeweils eine separate Sensorik zuzuordnen. Die dargestellte und
vorbeschriebene Lösung stellt aber eine bevorzugte Lösung
dar, da in gewünschter Weise die Detektionsfläche 21 nur
einen kleinen Bereich von etwa 2 × 2 cm um das Sägeblatt 8 bei
einer Stichsäge 2 abdeckt und da zum Erreichen
einer hohen Präzision eine möglichst große
Anzahl von Messpunkten erforderlich ist, weshalb die aktive Fläche der
insbesondere als Zeilensensor arbeitenden und als Kamera ausgestellten
Sensorik auf einen kleinen Bereich, nämlich die im Vergleich
zur Sondierungsfläche 25 kleine Detektionsfläche 21 fokus siert
werden muss. Mit zunehmender Fläche nimmt die Detektionsgenauigkeit
ab, was im Bereich der Sondierungsfläche 25 aber
nicht stört, da hier nicht die Erfassung der schmalen und
gegebenenfalls auch nicht scharf abgegrenzte Arbeitslinie 15 im
Vordergrund steht, sondern insbesondere Problemfelder wie Astlöcher
oder dergleichen erfasst werden sollen.
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Entsprechend
der für die Detektionsfläche 21 und die
Sondierungsfläche 25 geforderten unterschiedlichen
Auflösung, die über das Linsensystem 28 zu
erreichen ist, kann bei der erfindungsgemäßen Lösung
mit herkömmlichen digitalen und analogen Kameras gearbeitet
werden, da deren Zeilen und Pixelzahlen bei der über die
Linse 30 erreichten Fokussierung auch für die
geforderte hohe Auflösung in der Detektionsfläche 21 ausreichend
sind.
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Die
Erfindung ermöglicht es somit, insgesamt mit nur einer
Beobachtungseinrichtung 22, bestehend aus einer Sensorik 23 und
einem nachgeordneten Linsensystem 28, unterschiedliche
Bereiche zu detektieren und damit ohne wesentlichen Zusatzaufwand
frühzeitig an den Benutzer Rückmeldungen über
die Arbeitssituation zu vermitteln.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006052808
A1 [0004]