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Die
Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, insbesondere eine handgehaltene
Werkzeugmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches
1.
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Stand der Technik
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Werkzeugmaschinen
der vorgenannten Art sind aus der
DE 10 2006 052 808 A1 bekannt.
Dies in einer Ausgestaltung als Stichsägen, bei denen das Sägeblatt
hubbeweglich angetrieben ist und bei ausschließlich hubbeweglichem
Antrieb im Regelarbeitsbetrieb arbeitet, das heißt ohne
weitere Dreh- und Schwenkbewegungen bei Ausrichtung der Sägeblattebene
in Längsrichtung der Maschine. Ist dem hubbeweglichen Antrieb
eine Schwenkbewegung um eine quer zur Sägeblattebene liegende
Schwenkachse überlagert, so arbeitet die Stichsäge
im Pendelhubmodus. Eine weitere Betriebsart ist gegeben, wenn die
Stichsäge als sogenannte „Scrolling Jigsaw” zu
betreiben ist, dann ist zusätzlich zum Hubantrieb des Sägeblattes
eine Verdrehbarkeit um eine in Richtung seiner Hubachse verlaufenden Drehachse
gegeben, so dass durch die Verdrehung des Sägeblattes die
jeweilige Arbeitsrichtung im Wesentlichen einzustellen ist.
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Geschieht
dies mithilfe eines Detektionssystems, über das eine werkstückseitig
vorgegebene Arbeitslinie erfasst werden kann, so können
die erfassten Daten dazu genutzt werden, eine Stelleinrichtung anzusteuern, über
die das Sägeblatt um seine Drehachse verstellt und damit
auf eine der Arbeitslinie folgende Drehstellung eingestellt werden
kann. Damit kann die Stichsäge halbautonom betrieben werden, da
der Benutzer lediglich noch den Vorschub zu übernehmen
und die Reaktionskräfte abzustützen hat, die Führung
längs der Arbeitslinie aber vom Detektionssystem übernommen
wird.
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Voraussetzung
für einen solchen halbautonomen Arbeitsbetrieb ist die
einwandfreie Erfassung der Arbeitslinie über eine dem Detektionssystem
zugehörige, gegebenenfalls als Kamera ausgebildete Sensorik
im Bereich eines den Arbeitsbereich des Sägeblattes am
Werkstück umfassenden Detektionsfeldes, auf das die Sensorik
ausgerichtet ist.
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Obwohl
dieser Bereich üblicherweise über eine, ebenso
wie die Sensorik, maschinenseitig angeordnete Beleuchtungseinheit
ausgeleuchtet wird, ist die durch eine aufgetragene Markierung,
beispielsweise einen Bleistiftstrich gebildete Arbeitslinie nicht
immer einwandfrei zu erkennen und eindeutig vom Untergrund zu unterscheiden,
so insbesondere bei stark gemusterten oder gemaserten Oberflächen des
jeweiligen Werkstückes.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, insbesondere für
Werkzeugmaschinen einen ungestörten zuverlässigen
Arbeitsbetrieb auch im halbautonomen Einsatz durch eine verbesserte
Erkennbarkeit und Erfassbarkeit der jeweiligen Arbeitslinie zu gewährleisten.
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Gemäß der
Erfindung wird dies mit den Merkmalen des Anspruches 1 erreicht,
die Unteransprüche geben zweckmäßige
Weiterbildungen an.
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Bei
der Erfindung wird hierfür primär davon Gebrauch
gemacht, dass die Beleuchtungseinheit eine Lichtquelle aufweist,
deren Licht einen dem spektralen Wellenlängenbereich der
Markierung entsprechenden Wellenlängenbereich enthält,
so dass die Markierung, und damit die durch diese gebildete Arbeitslinie
durch die erhöhte Reflektivität hervortritt, was
insbesondere dann der Fall ist, wenn der Wellenbereich der Lichtquelle
hauptsächlich dem spektralen Wellenbereich der Markierung
entspricht und bevorzugt die Markierung ein anderes, hauptsächliches Reflexionsspektrum
aufweist als der jeweilige Untergrund.
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Dies
lässt sich insbesondere dadurch erreichen, dass der spektrale
Wellenbereich der Lichtquelle hauptsächlich im Schwarzlichtbereich
oder im sogenannten NIR-Bereich liegt, wobei eine solche Markierung
insbesondere beispielsweise durch einen Schwarzlichtstift für
den Schwarzlichtbereich oder für den NIR- Bereich durch
einen Farbstift aufgebracht werden kann, der insbesondere im NIR-Bereich
absorbierend ist. Die Verwendung von solchen Markierungsstifen für
aufzubringende Arbeitslinien an Werkstücken bildet auch
unabhängig von sonstigen Maßnahmen zur Verbesserung
des Kontrastes einer Arbeitslinie gegenüber einem Untergrund
eine Lösung für die vorgenannte Aufgabe.
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Es
erweist sich sowohl für den Schwarzlicht- wie auch für
den NIR-Bereich weiter als zweckmäßig, wenn der
spektrale Wellenlängenbereich des von der Lichtquelle als
Teil des Detektionssystems ausgesandten Lichtes über einen
Filter auf einen Wellenlängenbereich eingegrenzt ist, der
im Schwarzlichtbereich oder im NIR-Bereich liegt, so dass sich eine Ausblendung
der abweichenden Wellenlängenbereiche ergibt.
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Eine
entsprechende Filterung des Lichtes ist auch seitens der Sensorik
des Detektionssystems zweckmäßig, wobei in diesem
Falle der Sensorik ein Filter vorgeschaltet ist, das im Wesentlichen
nur innerhalb des durch den Schwarzlichtbereich oder den NIR-Bereich
abgegrenzten Frequenzbandes durchlässig ist, so dass andere
Frequenzbereiche ausgeblendet sind, und damit auch Maserungen und
Musterungen der im Detektionsfeld liegenden Oberfläche.
Die durch die Markierung gebildete Arbeitslinie stellt sich bei
im Schwarzlichtbereich liegenden Markierungen klar hell, insbesondere
weiß auf dunklem Untergrund und bei im NIR-Bereich liegenden
Markierungen als dunkle Linie auf hellem Untergrund stark kontrastierend
dar. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Detektionssystems
der Werkzeugmaschine ermöglicht in beiden Fällen
auch ein Arbeiten bei schlechter Beleuchtung des Umfeldes bis hin
zum Dunkeln, wobei die zum Detektionssystem zugehörige
Lichtquelle keinen besonderen Aufwand bedeutet und durch eine LED
gebildet werden kann, die den spektralen Wellenbereich der Markierung
insbesondere enthält.
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Enthält
bereits die Umgebungsbeleuchtung einen dem spektralen Wellenlängenbereich
der Markierungen entsprechenden Wellenlängenbereich in der
erforderlichen Intensität, so kann die dem Detektionssystem
zugeordnete Lichtquelle auch die Umgebungsbeleuchtung gebildet sein.
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Wird
vorstehend vom Schwarzlichtbereich oder vom NIR-Bereich gesprochen,
so ist bezogen auf den Schwarzlichtbereich ein Wellenlängenbereich
von ca. 350 bis 400 nm und bezogen auf den NIR-Bereich ein Wellenlängenbereich
von insbesondere oberhalb 800 nm angesprochen, in dem wie im Schwarzlichtbereich – bei
Verwendung beispielsweise von Schwarzlichtstiften – für
die meisten Materialien eine starke Reflektivität gegeben
ist, wobei für den NIR-Bereich eine Beleuchtung beispielsweise über
eine IR-LED eine vorteilhafte und günstige Lösung
darstellt.
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Eine
Kontrasterhöhung, wie sie wie mit der vorstehend angesprochenen
Lösung erreicht wird, lässt sich im Rahmen der
Erfindung auch durch die Verwendung von fluoreszierenden Materialien
für die Markierung erreichen. Insbesondere kommt der fluoreszierende
Effekt zum Tragen, wenn die Beleuchtung der die Arbeitslinie bildenden
Markierung – insbesondere im Detektionsfeld – gepulst
erfolgt.
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Eine
gepulste Beleuchtung erweist sich auch dann als zweckmäßig,
wenn, wie vorstehend besprochen, Markierungen genutzt werden, deren
spektraler Wellenlängenbereich hauptsächlich im
Schwarzlicht- oder im NIR-Bereich liegt.
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Bezogen
auf die Beleuchtung fluoreszierender Markierungen kommt dem Wellenlängenbereich der
Markierung keine herausragende Bedeutung zu. Über die Beleuchtung
der fluoreszierenden Markierung mit gepulstem Licht ergibt sich
ein erhöhter Kontrast insbesondere dadurch, dass, aufgrund
der auch bei gepulster Beleuchtung in den Beleuchtungspausen erhaltenen
Leuchtkraft, ein deutlicher Unterschied zum Untergrundmaterial entsteht,
da sich dessen Helligkeitswert entsprechend der Pulsung wesentlich
stärker ändert. Durch die Auswertung dieser Änderung
lässt sich in die durch die Markierung gebildete Arbeitslinie
in einfacher Weise detektieren.
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Die
erfindungsgemäß angestrebte Kontrasterhöhung
zur Erkennbarkeit und Hervorhebung der durch die Markierung gebildeten
Arbeitslinie gegenüber dem Untergrund lässt sich
auch im Bereich des sichtbaren Lichtes durch den Einsatz von Filtern,
insbesondere Bandfiltern, verbessern, bei besonders schwierigen
Grundmaterialien wie beispielsweise gesprenkelten Küchenplatten
ist dies aber nicht immer im erforderlichen Maß zu erreichen.
Eine Verbesserungsmöglichkeit besteht hier erfindungsgemäß darin,
dass als Lichtquelle und aktive Beleuchtung für die insbesondere
die jeweilige Arbeitslinie bildende Markierung fallbezogen mit Licht
unterschiedlicher Wellenlängenbereiche gearbeitet wird,
was in einfacher Weise dadurch zu realisieren ist, dass mehrere verschiedenfarbige
LED's oder Multicolor-LED's genutzt werden und diese in einem anfänglichen
Kalibrierungsschritt zwischen den unterschiedlichen Wellenlängenbereichen
umgeschaltet werden, so dass sich im Wege der Erprobung das optimale
Kontrastverhältnis zwischen Markierung, insbesondere Arbeitslinie
und Untergrund ermitteln und einstellen lässt.
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Grundsätzlich
liegt es weiter im Rahmen der Erfindung, im Wege der Bildverarbeitung
eine Farbsegmentierung im beobachteten Detektionsfeld vorzunehmen.
In Kenntnis der Bahnfarbe kann dabei der komplette Untergrund ausgeblendet
werden, was allerdings einen entsprechenden Rechenaufwand bedingt,
und jeweils eine Abstimmung auf die jeweilige Markierungsfarbe voraussetzt,
die allerdings bei Verwendung von Markierungsstiften im Regelfall
ohnehin bekannt ist.
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Die
erfindungsgemäße Kontrastbildung lässt sich
insbesondere dadurch, und dies praktisch in allen Fällen,
weiter noch dadurch verbessern, dass nach Erfassung der Markierung über
die Sensorik die Farbsegmentierung der Markierung insbesondere im Wege
der digitalen Bildverarbeitung analysiert wird und dass in Abstimmung
auf den ermittelten spektralen Wellenbereich der Markierung eine
gezielte Anpassung oder Einstellung erfolgt.
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Weitere
Vorteile und zweckmäßige Ausführungen
sind den Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen
zu entnehmen. Es zeigen:
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1 eine
stark schematisierte Darstellung einer Werkzeugmaschine gemäß der
Erfindung in Form einer handgehaltenen, elektrisch angetriebenen
Stichsäge, die frontseitig eine Sensorik und eine Beleuchtungsquelle
zur Beobachtung eines den Arbeitsbereich des Sägeblattes
am Werkstück überdeckenden Detektionsfeldes aufweist,
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2 ein
Bildausschnitt eines Detektionsfeldes in Draufsicht,
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3 ein
die Reflektivität fluoreszierender Materialien bei gepulster
Beleuchtung veranschaulichendes Diagramm,
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4 ein
Ausschnitt aus einer Detektionsfläche in Draufsicht unter
Schwarzlicht, und
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5 eine
schematische Darstellung der Reflektivität unterschiedlicher
Hölzer über der Wellenlänge.
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1 zeigt
als Beispiel einer erfindungsgemäßen, handgehaltenen
Werkzeugmaschine eine Stichsäge 2. Deren Gehäuse 3 ist über
eine Fußplatte 4 auf einem Werkstück 5 verschieblich
abgestützt. In ihrem bezogen auf die Arbeitsrichtung 6 vorderen Bereich
ist die Stichsäge 2 mit einem Arbeitswerkzeug 7 in
Form eines Sägeblattes 8 versehen. Das Sägeblatt 8 ist
in einer Werkzeugaufnahme 9 angeordnet und in Hubrichtung 10 verstellbar
angetrieben. Ferner ist das Sägeblatt 8 um eine
in Hubrichtung 10 verlaufende Drehachse 11 über
einen nur schematisch dargestellten Drehantrieb 12 verdrehbar.
Angedeutet ist ferner eine rückseitig zum Sägeblatt 8 liegende
Antriebsvorrichtung 13, über die das Sageblatt 8 um
eine nicht dargestellte, quer zur Drehachse 11 und quer
zur Arbeitsrichtung 6 verlaufende Schwenkachse verschwenkbar.
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Die
Stichsäge 2 ist aufgrund des geschilderten Aufbaus
in verschiedenen Betriebsarten zu betreiben. Eine davon ist der
Regelarbeitsbetrieb mit bleibend in Arbeitsrichtung 6 ausgerichtetem
Sägeblatt 8. Eine weitere Betriebsweise ist der
sogenannte Pendelhubbetrieb, bei dem das Sägeblatt 8 überlagert
zur Hubbewegung (Hubrichtung 10) um eine nicht gezeigte,
quer zur Drehachse 11 und quer zur Arbeitsrichtung 6 verlaufende
Schwenkachse mittels der Antriebsvorrichtung 13 pendelnd
bewegt wird.
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In
einer dritten Betriebsweise wird von der Verdrehbarkeit des Sägeblattes 8 um
die Drehachse 11 Gebrauch gemacht und es ist die Stichsäge 2 als sogenannte „Scrolling
Jigsaw” im halbautonomen Betrieb zu betreiben. Dies bedeutet,
dass der die Stichsäge 2 haltende Benutzer im
Wesentlichen nur die auf eine zu verfolgende, in 2 angedeutete
Arbeitslinie 14 grob ausgerichtete Abstützung
und den Vorschub der Stichsäge 2 übernimmt,
die exakte, auf die Arbeitslinie 14 ausgerichtete und dieser
entsprechende Positionierung der Stichsäge 2 aber
durch die Drehverstellung und Ausrichtung des Sägeblattes 8 erfolgt.
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Ein-
und auszuschalten ist die Stichsäge 2 über
eine Schalteinrichtung 15, umzuschalten zwischen den einzelnen
Betriebsarten über eine Schaltanordnung 16.
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Im
Bereich einer Frontseite 18 ist das Gehäuse 3 der
Stichsäge 2 mit einem über das Sägeblatt 8 und
die Sägeblattaufnahme 9 nach vorne auskragenden
nasenförmigen Fortsatz 19 versehen, der rückspringend
auf die Frontfläche der Frontseite 18 ein Display 20 für
Informationen an den Benutzer aufnimmt. Unterseitig weist der Fortsatz 19,
wie symbolisch dargestellt, ein Aufnahmefenster 21 für
eine Beleuchtungsanordnung mit einer Lichtquelle 22 auf, und
ferner für eine Sensorik 23, insbesondere in Form
einer Kamera.
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Die
Sensorik 23 bildet gegebenenfalls zusammen mit der die
Lichtquelle 22 umfassenden Beleuchtungseinheit einen Bestandteil
eines Detektionssystems 24, dem zur Verarbeitung der über
die Sensorik 23 erfassten Daten und deren Umsetzung in
Stellbefehle, insbesondere auch für die Antriebsvorrichtung 13,
zumindest eine Recheneinheit 25 und eine Auswerte- und
Steuereinheit 26 zugeordnet sind.
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Die
Fußplatte 4 wird im Bereich eines Ausschnittes 27,
der nur teilweise sichtbar ist, vom auf das Werkstück 5 zugreifenden
Sägeblatt 8 durchsetzt, wobei der Ausschnitt 27 zumindest
teilweise eine Detektionsfläche umgrenzt, die im Blickfeld
der Lichtquelle 22 und der Sensorik 23 liegt,
und durch die die in 2 angedeutete, markierte Arbeitslinie 14 verläuft,
die vom Detektionssystem 24 zu erfassen ist. Die erfassten
Werte werden über die Recheneinheit 25 und die
Auswerte- und Steuereinheit 26 unter anderem in Stellbefehle
für den Drehantrieb 12 des Sägeblattes 8 umgesetzt,
derart, dass das Sägeblatt 8 jeweils auf die Arbeitslinie 14 ausgerichtet
wird und die Stichsäge 2 über das Sägeblatt 8 der
Arbeitslinie 14 folgt.
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Dies
setzt eine einwandfreie Erfassung der Arbeitslinie 14 über
die insbesondere als Kamera ausgebildete Sensorik 23 voraus,
ungeachtet dessen, ob, wie aus 2 ersichtlich,
das Werkstück 5 beispielsweise eine gesprenkelte
Oberfläche aufweist, die aufgrund ihrer unruhigen Musterung
zunächst nur eine gestörte Erkennung der Arbeitslinie 14 zuließe,
da neben der Arbeitslinie 14 auch weitere Punkte der gesprenkelten
Oberfläche als Markierungspunkte 28 erkannt werden,
die zum Untergrund den gleichen oder einen ähnlichen Kontrast
wie randseitig die Arbeitslinie 14 aufweist, so dass letztlich
die Linienerkennung der Arbeitslinie 14 gestört
ist.
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Auf
einen entsprechenden Kontrast, und zwar randscharfen Kontrast der
Arbeitslinie 14 zum Untergrund zielt die Erfindung ab,
die einmal davon ausgeht, dass die Lichtquelle 22 einen
hauptsächlich sich mit dem Wellenlängenbereich
der Markierung überdeckenden Wellenbereich aufweist, so
dass über die sich ergebende verstärkte Reflexion
die Markierung, und damit die Arbeitslinie 14 optisch einwandfrei
abgehoben ist. Ausgangspunkt hierfür ist eine Markierung,
die zumindest im Wesentlichen einen dem Schwarzlichtbereich oder
dem NIR-Bereich zugehörigen Wellenlängenbereich
aufweist und die beispielsweise durch einen Schwarzlichtstift – für
den Schwarzlichtbereich – oder einen Farbstift für
den NIR-Bereich aufgetragen werden kann, der im NIR-Bereich besonders
stark absorbiert.
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Anhand
der 3 wird die erhöhte Kontrastbildung für
eine Arbeitslinie durch Verwendung eines fluoreszierenden Markierungsmateriales
veranschaulicht. Das fluoreszierende Material hat im Regelfall schon
gegenüber dem Untergrund einen erhöhten Reflexionsgrad,
so dass es sich beleuchtet vom Untergrund abhebt. Verstärkt
wird dieser Effekt, wie in 3 veranschaulicht,
bei gepulster Beleuchtung. 3 zeigt
hierfür unten die Ausgangssituation mit gepulster Beleuchtung
für den Untergrund ohne fluoreszierende Markierung, und
es ergibt sich, wie durch den Linienzug 29 veranschaulicht,
in den Beleuchtungspausen ein klarer Abfall der Reflektivität. Der
darüber liegende Linienzug 30 zeigt die Verhältnisse
mit aufgebrachter fluoreszierender Markierung; in den Beleuchtungspausen
bleibt aufgrund der Fluoreszenz der Markierung die Reflektivität
und damit der Helligkeitswert über der Zeit im Wesentlichen gleich.
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4 ist
ein Ausführungsbeispiel dafür, wie eine Markierung,
hier veranschaulicht als ein Schriftzug 31, gegenüber
einem Untergrund 32 hervortritt, wenn die Markierung beispielsweise
mit einem Schwarzlichtstift (Wellenlängenbereich etwa 300
bis 400 nm) aufgebracht ist und mit Licht insbesondere eines entsprechenden
Wellenlängenbereiches angestrahlt wird. Dieser Effekt lässt
sich dadurch erhöhen, dass die Sensorik, die insbesondere
durch eine Kamera gebildet ist, mit einem vorgesetzten Wellenlängenfilter,
insbesondere einem Bandpassfilter arbeitet, der insbesondere in
diesem Wellenlängenbereich, also dem Schwarzlichtbereich,
durchlässig ist und andere Wellenlängenbereiche
ausblendet, so dass sich, wie hier gezeigt, der Schriftzug 31 auf dunklem
Untergrund 32 deutlich hervorgehoben darstellt.
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5 zeigt
für verschiedene Holzarten in Abhängigkeit von
der jeweiligen Wellenlänge deren Reflektivität
und macht deutlich, dass hier insbesondere im Bereich der niedrigeren
Wellenlängen deutliche Unterschiede in der Reflektivität
gegeben sind. Diese lassen sich, insbesondere in Verbindung mit
einer aktiven Beleuchtung zur Einstellung deren Wellenlängenbereiches
auf den Wellenlängenbereich der entsprechenden Holzart
nutzen, um das Kontrastverhältnis zu verbessern und so
Markierungen deutlich herauszuheben. Die in Bezug auf die Holzart gewonnenen
Kenntnisse lassen sich auch anderweitig nutzen, so insbesondere
zur Einstellung der Arbeitswerte für das Werkzeug auf das
jeweilige Material eines Werkstückes. Bezogen auf eine
Stichsäge sind dies insbesondere die Hubzahl und die Vorschubgeschwindigkeit.
Gegebenenfalls können den Benutzern auch Hinweise auf das
jeweils zu wählende Werkzeug gegeben werden, so insbesondere
im Display 20, oder es kann im Wege der Plausibilitätsprüfung
auch das jeweils eingesetzte Werkzeug auf seine Eignung zur Bearbeitung
des jeweiligen Materials überprüft werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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