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Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, insbesondere eine handgehaltene Werkzeugmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, und ein Betriebsverfahren für diese.
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Stand der Technik
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Werkzeugmaschinen der vorgenannten Art sind in der Ausbildung als Stichsägen aus der
DE 10 2006 052 808 A1 bekannt. Aufgesetzt mit ihrer Fußplatte am Werkstück erstreckt sich die Fußplatte entlang einer Aufsetzebene des Werkstücks. Für die Qualität des Arbeitsergebnisses ist es wesentlich, dass die Fußplatte diese Aufsetzlage im Betrieb auch beibehält. Insbesondere gilt dies, wenn im Arbeitsbetrieb eine für den jeweiligen Arbeitsfall vorgegebene, vor allem werkstückseitig vorgegebene Arbeitslinie zu verfolgen ist und diese Verfolgung der Arbeitslinie mit maschinenseitiger Unterstützung erfolgt. Diese kann darin bestehen, dass für den Benutzer bei sensorischer Erfassung der Arbeitslinie Führungs- und Handhabungshinweise zur Verfügung gestellt werden, die den Benutzer in der Führung des Arbeitswerkzeuges der Maschine längs der Arbeitslinie unterstützen.
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Darüber hinaus ist auch eine weitergehende Entlastung des Benutzers möglich, wenn die Maschine halbautonom betrieben wird. Dies bedeutet, dass die jeweilige Arbeitslinie nicht nur erfasst und in Führungs- und Handhabungshinweise umgesetzt wird, sondern dass aus den durch die Erfassung der Arbeitslinie im Hinblick auf die Führung der Werkzeugmaschine gewonnenen Daten auch Stellbefehle abgeleitet werden, die eine zumindest teilautomatisierte Verfolgung der Arbeitslinie ermöglichen. Bei Stichsägen mit einem hubbeweglich angetriebenen Sägeblatt als Arbeitswerkzeug geschieht dies dadurch, dass das Sägeblatt um seine Hubachse drehbar ist und dass das Sägeblatt entsprechend den Stellbefehlen in seiner Drehlage auf die Arbeitslinie ausgerichtet wird und dieser folgt.
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In einer solchen Ausbildung wird die Stichsäge als „Scrolling Jigsaw” bezeichnet. Der damit gegebene halbautonome Arbeitsbetrieb für die Stichsäge stellt nur eine der Betriebsarten dar, in denen diese gegebenenfalls betrieben werden kann. Zudem ist auch ein Regelarbeitsbetrieb möglich, in dem das Sägeblatt lediglich hubbeweglich ist, bei Erstreckung der Sägeblattebene in Geradeausarbeitsrichtung der Stichsäge. Eine dritte Betriebsart stellt der sogenannte Pendelhubmodus dar, der überlagert zum Einsatz kommt und bei dem das Sägeblatt in Richtung der Sägeblattebene zusätzlich pendelnd angetrieben ist.
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Die der Werkzeugmaschine zur Ausrichtung auf die werkstückseitige Arbeitslinie zugeordneten optischen Detektionseinrichtungen bedingen im Hinblick auf gute Führungsergebnisse, dass die Werkzeugmaschine ihre mit der Fußplatte auf einer entsprechenden Werkstückfläche aufsitzende Arbeitslage als Solllage beibehält.
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Eine solche Arbeitslage mit am Werkstück aufsitzender Fußplatte ist aber nicht nur für die Arbeitsgenauigkeit, sondern auch für die Arbeitssicherheit wesentlich, da eine zum Beispiel durch Verhaken des Werkzeuges gegenüber dem Werkstück ausgehobene Werkzeugmaschine vom Benutzer gegebenenfalls nicht mehr kontrolliert werden kann und damit für den Benutzer, wie auch für die Umgebung zur Gefahr wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Voraussetzungen für eine exakte Führung und sichere Handhabung von Werkzeugmaschinen, insbesondere handgehaltenen Werkzeugmaschinen, vor allem in Form von Stichsägen, weiter zu verbessern.
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Erreicht wird dies mit den Merkmalen des Anspruches 1, die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Die Detektion der Aufsetzlage der Fußplatte der Werkzeugmaschine zum Werkstück wird erfindungsgemäß genutzt, sowohl die Voraussetzungen für ein gutes Arbeitsergebnis wie auch für ein sicheres Arbeiten mit der Werkzeugmaschine zu überwachen, und gegebenenfalls auch in den Maschinenbetrieb, zum Beispiel durch Abschalten der Maschine, einzugreifen, wenn die stabile Aufsetzlage der Fußplatte des Werkzeugs zum Werkstück verlassen wird. Nur in dieser Aufsetzlage ist gewährleistet, dass das Werkzeug am Werkstück unter der jeweils maschinenseitig eingestellten Winkellage des Werkzeuges zur Fußplatte auch in das Werkstück eingreift. Auch diese Winkellage zwischen Werkstück und Fußplatte lässt sich – insbesondere ergänzend – auf entsprechende Weise überwachen durch die Detektion von auf der Fußplatte – als Gleitschuh – vorgesehenen Markierungen, die ausgehend von der Nulllage oder einem vorgegebenen anderen Winkel als Ausgangslage die Detektion von von der Ausgangslage abweichender Winkellagen ermöglichen. Dies kann insbesondere für Gehrungsschnitte von Interesse sein.
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Weiter ist die Aufsetzlage der Fußplatte zum Werkstück auch die unverzichtbare Voraussetzung für die notwendige, stabilisierend abstützende Führung der Werkzeugmaschine durch den Benutzer. Wird die Aufsetzlage verlassen, so geht für den Benutzer aber nicht nur die durch die Aufsetzlage bedingte Orientierung gegenüber dem Werkstück, und damit in der Aufbringung seiner Haltekräfte für die Werkzeugmaschine verloren. Es wächst vielmehr auch die Gefahr, dass das Werkzeug, zum Beispiel also bei Stichsägen deren Sägeblatt, sich gegenüber dem Werkstück verhakt, was benutzerseitig nur schwer zu kontrollierende Rückschlagkräfte zur Folge hat und damit auch die Arbeitssicherheit erheblich beeinträchtigen kann.
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Die Detektion der Aufsetzlage der Fußplatte zum Werkstück über eine entsprechende Detektionseinrichtung bildet somit eine gute und auch vergleichsweise einfache Lösung auf das Arbeitsergebnis von Werkzeugmaschinen, insbesondere handgehaltenen Werkzeugmaschinen, wie etwa Stichsägen, Einfluss zu nehmen, zumal hierfür auf mechanische oder optische Mittel als Erfassungseinheiten zurückgegriffen werden kann.
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Wird eine optische Erfassungseinheit verwendet, so lassen sich über diese maschinenseitig vorgesehene Erfassungseinheit in der Darstellung eines werkstückseitigen Kontrollbildes mit Veränderung der Lage der Fußplatte zum Werkstück einhergehende Abweichungen erkennen, die entsprechende Hinweise auf die Positionierung der Fußplatte, und damit der Maschine zum Werkstück liefern. Entsprechendes gilt für die Erfassung von Veränderungen in der Winkellage zwischen Fußplatte und mit der Fußplatte schwenkbar verbundenem Maschinenaufbau.
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Ein derartiges Kontrollbild kann insbesondere bei einem regelmäßigen Oberflächenmuster des Werkstücks durch dieses Oberflächenmuster gegeben sein. Je nach Ausrichtung und Abstand der Erfassungseinheit zum Werkstück ändert sich dessen erfasste Darstellung, und zwar entsprechend der jeweiligen Perspektive.
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Ein solches Kontrollbild kann im Rahmen der Erfindung aber gegebenenfalls und bevorzugt auch durch ein auf die Werkstückoberfläche projiziertes Bild gebildet sein, wozu die Detektionseinrichtung mit einer optischen Projektionseinheit und einer optischen Erfassungseinheit für das auf die Aufsetzfläche des zu bearbeitenden Werkstücks projizierte Kontrollbild versehen ist. Der Bildabgleich der Darstellung eines jeweiligen im Betrieb gewonnenen Kontrollbildes erfolgt gegen ein Kontrollbild als Referenz, das bei gegebener, korrekter Aufsetzlage der Fußplatte der Werkzeugmaschine zum Werkstück erstellt und festgehalten wurde, beispielsweise durch Einlernen in der Anfangsphase einer jeweiligen Bearbeitung und Fixieren in einer zur Erfassungseinheit nachgeordneten Bildvergleichseinrichtung.
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Insbesondere in Verbindung mit der Nutzung werkstückseitiger Muster oder Markierungen als Kontrollbilder und deren in Abhängigkeit von der Lage der Fußplatte zur Aufsetzfläche des Werkstückes sich verändernder, für den Bildabgleich erfasster Darstellung erweist es sich gegebenenfalls auch als zweckmäßig, wenn die Projektionseinheit, als Lichtquelle genutzt, jeweils mit einem Licht arbeitet, das in einem die Kontraste in besonderer Deutlichkeit aufzeigenden Wellenbereich arbeitet, so beispielsweise mit Licht im sichtbaren oder im unsichtbaren Wellenbereich.
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Besonders vorteilhaft ist der Einsatz einer mit einer optischen Erfassungseinheit und gegebenenfalls auch mit einer optischen Projektionseinheit arbeitenden Detektionseinrichtung zur Ermittlung der Aufsetzlage der Fußplatte einer Werkzeugmaschine zu einem Werkstück bei Werkzeugmaschinen, die, wie beispielsweise halbautonom betriebene Stichsägen, bereits mit optischen Einrichtungen, wie Kameras oder Sensoriken, zur Erfassung einer vorgegebenen Arbeitslinie arbeiten und die die erfassten Ergebnisse über eine Signalverarbeitung in Stellbefehle für das drehbare Sägeblatt umsetzen, da bei derartig vorgerüsteten Werkzeugmaschinen für die Detektion der Aufsetzlage der Fußplatte der Werkzeugmaschine zum Werkstück zumindest teilweise bereits auf vorhandene optische Erfassungseinrichtungen und auf nachgeordnete Verarbeitungseinrichtungen zurückgegriffen werden kann.
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Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, mit einer Detektionseinrichtung zu arbeiten, die eine mechanische Erfassungseinheit für die Lage der Fußplatte zur werkstückseitigen Aufsetzfläche aufweist. Eine solche Erfassungseinheit kann insbesondere mit einem die Abstandslage der Fußplatte zur Aufsetzfläche erfassenden kraft- und/oder wegabhängig arbeitenden Tastglied versehen sein. Auch bei einer derartigen Lösung können die erfassten Ergebnisse nicht nur in Hinweise für den Benutzer, beispielsweise durch Warnsignale und/oder Displaydarstellungen umgesetzt werden, sondern auch für Steuereingriffe in den Antrieb der Werkzeugmaschine genutzt werden, so beispielsweise zur Veränderung der Hubzahl und/oder des Pendelhubes bei Stichsägen oder auch, bei entsprechend erkannter Gefahrensituation, zum Abschalten des Antriebes.
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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 mit einer optischen Detektionseinrichtung mit einer Erfassungseinheit für werkstückseitige Gegebenheiten und einer Projektionseinheit versehen ist,
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2 eine stark schematisierte bildliche Darstellung eines Ausschnittes der Werkstückoberfläche, durch den eine werkzeugseitig zu verfolgende Arbeitslinie verläuft und auf den ein Kontrollbild projiziert ist,
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3 eine schematisierte Darstellung, in der in Verbindung mit der Änderung der Werkstückposition zur Fußplatte sich ergebende Änderungen des Kontrollbildes veranschaulicht sind, und
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4 eine schematisierte Darstellung einer mechanischen Erfassungseinheit.
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Als Beispiel einer erfindungsgemäßen, handgehaltenen Werkzeugmaschine 1 ist in 1 eine Stichsäge 2 gezeigt. Das Gehäuse 3 der Stichsäge 2 ist mit einer Fußplatte 4, bevorzugt um eine in Arbeitsrichtung verlaufende Achse 12 zur Einstellung von Gehrungswinkeln schwenkbar, verbunden und über die Fußplatte 4 auf einem Werkstück 5 verschieblich abgestützt. Die Stichsäge 2 ist an ihrem bezogen auf die Arbeitsrichtung 6 vorderen Bereich mit einem Arbeitswerkzeug 7 in Form eines Sägeblattes 8 versehen, das in einer Werkzeugaufnahme 9 gehalten und in Hubrichtung 10 verstellbar angetrieben ist. Das Sägeblatt 8 ist weiter um seine in Hubrichtung 10 verlaufende Drehachse 11 über einen Drehantrieb entsprechend dem Pfeil 17 verdrehbar. Rückseitig zum Sägeblatt 8 liegend ist eine Antriebsvorrichtung 13 angedeutet, über die das Sägeblatt 8 um eine nicht dargestellte, quer zur Drehachse 11 und quer zur Arbeitsrichtung 6 verlaufende Schwenkachse verschwenkbar ist.
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Die Stichsäge 2 ist aufgrund des geschilderten Aufbaus in verschiedenen Betriebsarten zu betreiben. Eine davon ist der Regelarbeitsbetrieb, in dem das Sägeblatt 8 mit seiner Sägeblattebene bleibend in Arbeitsrichtung 6 ausgerichtet ist. Eine weitere Betriebsweise ist der sogenannte Pendelhubbetrieb, in dem das Sägeblatt 8 überlagert zur Hubbewegung (Hubrichtung 10) um die 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 in Richtung des Pfeiles 17 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 Führung der Stichsäge 2 entlang der Arbeitslinie 14 aber durch die Drehverstellung (Pfeil 17) und die Ausrichtung des Sägeblattes 8 auf die Arbeitslinie 14 erfolgt.
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Zum Ein- und Ausschalten ist die Stichsäge 2 mit einer Schalteinrichtung 15 versehen, die Umschaltung zwischen den einzelnen Betriebsarten erfolgt über eine Schaltanordnung 16.
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Im Bereich der 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 oberseitig mit einem Display 20 für benutzerseitig darzustellende Informationen versehen ist. Unterseitig zum Fortsatz 19 ist symbolisch dargestellt ein Aufnahmefenster 21 vorgesehen, in dem als Teile einer Detektionseinrichtung 24 symbolisch eine Projektionseinheit 22 und eine Erfassungseinheit 23 veranschaulicht sind. Gegebenenfalls kann im Bereich des Fensters 21 auch noch eine nicht dargestellte, unter Umständen in die Projektionseinheit 22 integrierte Beleuchtungsquelle vorgesehen sein, über die der durch einen Ausschnitt 27 in der Fußplatte 4 umgrenzte Arbeitsbereich für das Sägeblatt 8 ausgeleuchtet wird. Auch dieser Arbeitsbereich wird über eine Sensorik beobachtet und die Beobachtungsergebnisse werden gegebenenfalls als Hinweise für den Benutzer auf dem Display 20 dargestellt und/oder über eine angedeutete Recheneinheit 25 und eine nachgeordnete Auswerte- und Steuereinheit 26, je nach Betriebsart, in Stellbefehle für die Ausrichtung und/oder den Antrieb des Sägeblattes 8 umgesetzt.
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Die den Arbeitsbereich des Sägeblattes 8 erfassende Sensorik, die gegebenenfalls durch eine Kamera gebildet ist, kann im Rahmen der Erfindung auch mit der Erfassungseinheit 23 zusammengefasst sein. Ebenso können die Ergebnisse der Erfassungseinheit 23 über die Recheneinheit 25 und die Auswerte- und Steuereinheit 26 verarbeitet werden, wobei je nach Ergebnis beispielsweise eine Darstellung im Display 20 erfolgen kann oder auch ein Eingriff in den Antrieb der Stichsäge 2, beispielsweise zum automatischen Abstellen desselben, oder ein Stelleingriff auf das Sägeblatt 8 vorgenommen wird, beispielsweise dessen Hubzahl verändert oder in dessen Pendelhubantrieb eingegriffen wird.
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2 veranschaulicht in einer Draufsicht einen Ausschnitt auf die als Aufsetzfläche für die Fußplatte 4 dienende Oberseite eines Werkstücks 5 mit der durch diesen Flächenbereich laufenden Arbeitslinie, die über die vorstehend angesprochene Sensorik, beispielsweise in Form eines Zeilensensors oder einer Kamera erfasst und im Folgenden ausgewertet für die Führung der Stichsäge 2 genutzt wird.
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2 zeigt weiter eine beispielhafte Darstellung eines Kontrollbildes 28 – hier ein von einem lang gestreckten Oval umschlossenes Fadenkreuz –, das über die Projektionseinheit 22 bei auf die Auflagefläche des Werkstückes 5 aufgesetzter Fußplatte 4, also in der Sollarbeitslage der Werkzeugmaschine auf die Auflagefläche des Werkstücks 5 projiziert ist. Als Kontrollbild 28 kann auch ein Kreis, insbesondere mit zugehörigem Fadenkreuz vorgesehen sein, wobei ein Kreis als Kontrollbild in vorteilhafter Weise auch Winkelfehler und Verkippungen besonders deutlich werden lässt; dies durch seine Verformung zur Ellipse.
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In einer schematisierten Darstellung gemäß 3 ist diese Situation weiter vereinfacht unter Verwendung der bisherigen Bezugszeichen veranschaulicht. In 3 ist ergänzend das Werkstück 5 in einer zur Fußplatte 4 zur beabstandeten Lage als Werkstück 5' zusätzlich gezeigt. Die Projektion des Kontrollbildes 28 auf das Werkstück 5 bzw. 5' ist über den von der Projektionseinheit 22 ausgehenden Projektionsstrahl 29 veranschaulicht. Trifft der Projektionsstrahl 29 bei auf dem Werkstück 5 aufgesetzter Fußplatte 4 auf die werkstückseitige Aufsetzfläche, so ergibt sich eine Darstellung des Kontrollbildes 28 entsprechend jener in 2 (Sollbild). Trifft der Projektionsstrahl 29 auf das Werkstück 5' in dessen zur Fußplatte 4 beabstandeter Lage, so ergibt sich eine zum Kontrollbild 28 als Sollbild veränderte Darstellung, insbesondere eine in der Größe abweichende und/oder verzerrte Darstellung desselben. So vor allem bei einer winkligen Erstreckung des Projektionsstrahls 29 zur Aufsetzfläche. Die Abweichung zwischen den Darstellungen des Kontrollbildes 28 auf dem Werkstück 5 und des Kontrollbildes 28' auf dem Werkstück 5' wird über die Erfassungseinheit 23 erfasst und kann über die Recheneinheit 25 und die nachgeordnete Auswerte- und Steuereinheit 26 in entsprechende Stellbefehle umgesetzt werden, so beispielsweise zur Abschaltung des Antriebs für das Sägeblatt 8.
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung werden Veränderungen in der Abstandslage der Fußplatte 4 zur Oberfläche des Werkstückes 5 durch die Verzerrung und bei Gegebenheiten gemäß 3 auch durch die laterale Verschiebung des projizierten, das Kontrollbild bildenden Musters messbar. Die Ausgangssituation, also die Regelarbeitsposition mit auf der Aufsetzfläche des Werkstückes 5 aufgesetzter Fußplatte 4, ist für die Masse der Arbeitsfälle die gleiche, die Lage der Projektionseinheit 22 ist durch den Maschinenaufbau bestimmt. Damit kann das der Aufsetzlage der Fußplatte 4 zum Werkstück 5 als Solllage entsprechende Kontrollbild fest eingespeichert vorgegeben sein. Grundsätzlich besteht aber auch die Möglichkeit, ein jeweiliges Kontrollbild als Sollbild zu Beginn eines Arbeitsprozesses bei auf das Werkstück aufgesetzter Fußplatte 4 einzulernen und nachfolgend als Vergleichsbild zu nutzen.
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Entsprechende, aus 3 in Verbindung mit 1 erkennbare Verhältnisse sind gegeben, wenn das Kontrollbild 28 auf der Fußplatte 4 vorgesehen oder auf die Fußplatte 4 projiziert wird und durch Veränderung der Winkellage des Gehäuses 3 zur Fußplatte 4 – durch Verschwenken um die Achse 12 – Veränderungen in der erfassten Darstellung des Kontrollbildes eintreten, die eine Beurteilung der Winkellage, und damit des Gehrungswinkels ermöglichen.
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4 zeigt als einen weiteren erfindungsgemäßen Lösungsansatz in schematisierter Darstellung einen Ausschnitt aus dem frontseitigen Bereich der Fußplatte 4, verbunden mit einer mechanischen Erfassungseinheit 30 der Detektionseinrichtung 24. Die Erfassungseinheit 30 ist gebildet durch ein Tastglied 31, das als bügelartige Feder auf der Oberseite der Fußplatte 5 schwenkbar oder anderweitig hubbeweglich abgestützt angeordnet ist und das mit seinem Rücken einen Ausschnitt 32 der Fußplatte 4 durchsetzt, so dass bei auf das Werkstück 5 aufgesetzter Fußplatte 4 der Rücken der bügelartigen, das Tastglied 31 bildenden Feder auf dem Werkstück 5 aufliegt (4, oben). Nimmt das Werkstück, nunmehr mit 5' bezeichnet, eine zur Fußplatte 4 beabstandete Lage ein, so schwenkt das Tastglied 31 insbesondere aufgrund seiner federnden Abstützung in Richtung auf das Werkstück 5 nach unten, also bereichsweise durch den Ausschnitt 32 hindurch, womit wiederum ein Detektionssignal erreichbar ist, über das auf die Steuerung der Werkzeugmaschine 1 Einfluss genommen werden kann oder zumindest Hinweise für den Benutzer vermittelt werden können (4, unten). Die entsprechende Schwenk- und/oder Hubbewegung des Tastgliedes 31 kann durch eine Kraft- und/oder Wegmessung über Hallelemente und/oder kapazitive oder induktive Elemente erfasst werden.
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Für die Projektionseinheit 22 kommen im Rahmen der Erfindung gegebenenfalls auch zur Verstärkung des Kontrastes vom sichtbaren Wellenbereich abweichende Lichtquellen in Frage. Bevorzugt werden aus Kostengründen herkömmliche Beleuchtungsquellen wie Lampen, LED's oder Laser genutzt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006052808 A1 [0002]
