-
Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, insbesondere eine elektromotorisch angetriebene, handgeführte Werkzeugmaschine, wie eine Stichsäge, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Verfahren zum Betrieb einer solchen Werkzeugmaschine.
-
Stand der Technik
-
Bei in Abhängigkeit von einer zu einem Werkstück vorgegebenen, meist als Markierung auf dem Werkstück aufgetragenen Arbeitslinie gehaltenen, insbesondere handgehaltenen Werkzeugmaschine ist die klare Erkennbarkeit der Arbeitslinie Voraussetzung für ein gutes Arbeitsergebnis. Insbesondere gilt dies, wenn die Führung der Werkzeugmaschine autonom oder halbautonom ausgerichtet an der Arbeitslinie mithilfe einer optischen Erfassungseinrichtung erfolgt, über die die Arbeitslinie derart detektiert wird, dass eine Auswerteeinheit die Steuerdaten für die Ausrichtung des Arbeitswerkzeuges auf die Arbeitslinie für eine entsprechende Stelleinrichtung zur Verfügung stellen kann.
-
Die klare Erkennbarkeit der Arbeitslinie durch die optische Erfassungseinrichtung kann durch vielerlei Einflüsse beeinträchtigt sein, so beispielsweise Licht- und/oder Beleuchtungsverhältnisse, mangelnden Kontrast der jeweiligen Arbeitslinie zur Werkstückoberfläche, ungünstige bauliche Gegebenheiten seitens der Werkzeugmaschine, und vor allem auch durch betriebsbedingte Gegebenheiten, wie Verschmutzungen an der Erfassungseinrichtung oder arbeitsbedingt über das Arbeitswerkzeug in den Strahlengang der optischen Erfassungseinrichtung ausgeworfene, vom Werkstück abgetragene oder auch aufgewirbelte Partikel.
-
Um Beschädigungen der optischen Erfassungseinrichtung durch gegen diese ausgeworfene Partikel zu vermeiden, kann diese mit einer fensterartigen Abdeckung versehen sein oder bezüglich der verwendeten Sensoriken und/oder Objektive so ausgestaltet sein, dass, beispielsweise durch entsprechende Beschichtung, Beschädigungen vermieden werden.
-
Um auch durch Schmutzanlagerungen bedingte Beeinträchtigungen zu vermeiden, sieht die
DE 10 2008 040 071 A1 ein insbesondere auf der Basis von Selbstreinigungseffekten arbeitendes System vor, bei dem beispielsweise für die Abdeckungen oder Lichtaustrittsflächen mikrostrukturierte Oberflächen, Oberflächen, die nur eine geringe Benetzbarkeit aufweisen, oder auch Oberflächen, die entsprechend schmutz- oder wasserabweisend versiegelt sind, vorgesehen sind. Entsprechende Selbstreinigungseffekte sollen sich auch durch hochfrequente Schwingungen oder Rüttelbewegungen sowie Anregungen im Ultraschallbereich erreichen lassen, insbesondere ergänzend zu entsprechenden Oberflächenstrukturierungen, Versiegelungen oder dergleichen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Werkzeugmaschinen der vorgenannten Art mögliche Sichtbeeinträchtigungen für die auf die Arbeitslinie ausgerichtete optische Erfassungseinrichtung – insbesondere durch betriebsbedingt in den optischen Strahlengang der Erfassungseinrichtung gelangende, vor allem durch vom Arbeitswerkzeug der Werkzeugmaschine abgetragene Partikel – hinsichtlich ihrer Auswirkung auf die Führung des Arbeitswerkzeuges entlang der Arbeitslinie zumindest zu minimieren.
-
Erreicht wird dies mit den Merkmalen des Anspruches 1, demzufolge die Auswerteeinheit in der Erfassung und/oder Auswertung der über die Erfassungseinrichtung erfassten Daten in Abhängigkeit von der Dichte der durch das Arbeitswerkzeug ausgeworfenen Partikel gebildeten Partikelwolke und/oder der Beaufschlagungsdichte oder Beaufschlagungsstärke der optischen Erfassungseinrichtung durch die ausgeworfenen Partikel arbeitet.
-
Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird somit Beeinträchtigungen, die durch im Strahlengang der optischen Erfassungseinrichtung betriebsbedingt gegebene Hindernisse, insbesondere im Strahlengang befindliche Partikel bedingt sind, aktiv dadurch begegnet, dass dadurch bedingten Sichtbehinderungen maschinenseitig durch die Art der Arbeitsweise der optischen Erfassungseinrichtung, oder der ihr zugeordneten oder nachgeordneten Auswerteeinheit Rechnung getragen wird.
-
Dies kann in unterschiedlicher Weise für die jeweilige Werkzeugmaschinenart, die erfindungsgemäß betrieben wird, erfolgen, wobei davon ausgegangen wird, dass bezogen auf die in Frage kommenden Werkzeugmaschinenarten der mit dem Arbeitseinsatz verbundene Austrag von Partikeln insbesondere diskontinuierlich erfolgt und somit jeweils im Arbeitsrhythmus auf einen Zeitabschnitt, bei meist in regelmäßigen Abständen aufeinander folgenden Zeitabschnitten, beschränkt ist. Entsprechend den Arbeitsweisen und/oder Arbeitsgeschwindigkeiten der jeweiligen Werkzeugmaschinen mit diskontinuierlich partikelabtragend mit dem Werkstück in Eingriff stehendem Arbeitswerkzeug sind die Zeitabschnitte, in denen das Arbeitswerkzeug partikelabtragend mit einem Werkstück in Verbindung steht oder eine „Leergangphase” durchläuft, kurz, so beispielsweise auch bei Sägen mit hubbeweglich angetriebenem Sägeblatt, wie Stichsägen, bei Werkzeugmaschinen mit oszillierend hochfrequent schwingend angetriebenen, umfangsseitig verzahnten Sägeblattsegmenten oder auch bei Werkzeugmaschinen mit rotierend angetriebenen Sägeblättern, die umfangsseitig lediglich über Teilbereiche verzahnt sind.
-
Dadurch ergeben sich, bezogen auf den Betrieb, im Wechsel kurzzeitige Zeitabschnitte, in denen das jeweilige Arbeitswerkzeug Material abträgt, somit zum Werkstück in Arbeitseingriff steht, oder kein Material abträgt, somit zum Werkstück einen Leergang aufweist und die erfindungsgemäß vorrangig unterschiedlich genutzt werden können, gegebenenfalls in Abhängigkeit von weiteren Parametern.
-
Insbesondere ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes der Partikelwolkendichte und/oder der Beaufschlagungsdichte durch die ausgeworfenen Partikel im jeweiligen, dem Betriebsablauf entsprechenden Zeitabschnitt ein Auswertealgorithmus der Auswerteeinheit ausgesetzt, das Auswerteergebnis des Auswertealgorithmus unterdrückt oder das Ergebnis des Auswertealgorithmus korrigiert wird, Letztes insbesondere durch Interpolation ausgehend von der bis zum Zeitpunkt der Unterbrechung erkannten Arbeitslinie.
-
Der Zeitabschnitt, in dem die Auswertefunktion nicht genutzt wird, kann in Abhängigkeit vom Arbeitsrhythmus des Arbeitswerkzeuges ebenso wie die Vorgabe des Grenzwertes in Abhängigkeit von gewichtenden oder gewichteten Faktoren festgelegt werden. Solche Faktoren sind insbesondere die Arbeitsgeschwindigkeit des Arbeitswerkzeuges, die Werkzeuggestaltung, der Werkstoff des jeweiligen Werkstücks, die Werkstückdicke und/oder die Lage, vor allem die Neigungslage der Werkzeugmaschine im Raum. Letzteres um den Einfluss der Schwerkraft auf die jeweils aufgeworfenen Späne, und damit auf die Flugbahn der Späne zu erfassen.
-
Diese Faktoren können gegebenenfalls auch dazu genutzt werden, bezüglich des Grenzwertes für die Bestimmung der Dichte der Partikelwolke oder der Beaufschlagungsdichte Festlegungen zu treffen, insbesondere unabhängig oder auch ergänzend zu einer Bestimmung dieses Grenzwertes auf Basis optischer Faktoren, so beispielsweise der Bildschärfe bei sensorischer, beispielsweise über eine Kamera zu erfassende Arbeitslinie. Als gewichtender Faktor kann bei oszillierenden, insbesondere hubbeweglich oszillierend angetriebenen Arbeitswerkzeugen auch die Oszillationsfrequenz und bei Werkzeugmaschinen in der Ausgestaltung als Stichsägen deren Pendelintensität genutzt werden.
-
Die Erfassung der Lage, insbesondere auch der Neigungslage der Werkzeugmaschine im Raum kann über einen Beschleunigungssensor – oder einen anderweitigen Lagesensor – erfolgen und im Rahmen der Erfindung kann eine solche Sensoreinheit auch unter Sicherheits- und Komfortaspekten genutzt werden, um bei irregulären Handhabungsgegebenheiten, z. B. auch bei einem Fallenlassen der Werkzeugmaschine, in deren Funktionen einzugreifen, so insbesondere deren Antriebs- oder Hubzahl zu reduzieren oder die Maschine abzuschalten.
-
In erfindungsgemäßer Weise ausgestaltete Werkzeugmaschinen sind insbesondere für den halbautonomen oder autonomen Betrieb geeignet, da sie die Erfassung der Arbeitslinie unabhängig von Einwirkungen des die Maschine führenden Benutzers in hohem Maße sicherstellen und damit einen guten Arbeitserfolg auch unter kritischen Arbeitsbedingungen gewährleisten.
-
Des weiteren betrifft die Erfindung zudem ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben einer handgeführte Werkzeugmaschine, insbesondere einer elektromotorisch angetriebene handgeführte Stichsäge, welche ein Arbeitswerkzeug aufweist, das im Zugriff auf ein Werkstück Partikel abträgt und, insbesondere diskontinuierlich, in den Strahlengang einer optischen Erfassungseinrichtung, insbesondere auch gegen die optische Erfassungseinrichtung, für eine zum Werkstück vorgegebene und mit dem Arbeitswerkzeug zu verfolgende Arbeitslinie auswirft. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Erfassung und/oder Auswertung der über die Erfassungseinrichtung erfassten Daten in Abhängigkeit von der Dichte einer durch die ausgeworfenen Partikel gebildeten Partikelwolke und/oder der Dichte oder Stärke der Beaufschlagung der optischen Erfassungseinrichtung durch die gegen die Erfassungseinrichtung ausgeworfene Partikel erfolgt.
-
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Letztere zeigen:
-
1 schematisiert in perspektivischer Seitenansicht eine Stichsäge als Beispiel einer handgehaltenen Werkzeugmaschine, die eine optische Erfassungseinrichtung für eine zum Werkstück vorgegebene und mit dem Arbeitswerkzeug zu verfolgende Arbeitslinie und eine Auswerteeinheit für die in Verfolgung der Arbeitslinie erfassten Daten aufweist, und
-
2 eine vereinfachte Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Arbeitsweise, wiederum am Beispiel einer Stichsäge erläutert.
-
Eine Stichsäge 2 ist als Beispiel einer Werkzeugmaschine 1 in 1 veranschaulicht. Über eine Fußplatte 4 ist die Stichsäge 2 auf einem Werkstück 5 abgestützt. Im bezogen auf die Arbeitsrichtung 6 vorderen Bereich der Stichsäge 2 ist deren Gehäuse mit 3 bezeichnet. Dieses nimmt ein in Richtung des Pfeiles 19 hubbeweglich angetriebenes Sägeblatt 8 als Arbeitswerkzeug 7 auf. Der zugehörige Hubantrieb ist im darüber liegenden Bereich des Gehäuses 3 angeordnet, dessen Stirnwand 13 in Richtung auf eine Sägeblattaufnahme 18 in einer Stufe 17 ausläuft. Diese Stufe 17 liegt überdeckend zum Sägeblatt 8 und zur Sägeblattaufnahme 18 und ist im Übergang zur Stirnwand 13 mit einem Fenster 30 versehen.
-
Das Fenster 30 liegt in Beobachtungsrichtung dem werkstückseitigen Arbeitsfeld des Sägeblattes 8 gegenüber, das die Fußplatte 4 im Bereich einer Aussparung 14 durchsetzt. Das Fenster 30 bildet eine Beobachtungsöffnung für eine in diesem Bereich angeordnete optische Erfassungseinrichtung 33, oder steht symbolisch für eine solche Erfassungseinrichtung 33, wobei im Bereich des Fensters 30 auch eine Beleuchtungsanordnung 22 insbesondere für den Arbeitsbereich des Sägeblattes 8 vorgesehen sein kann.
-
1 veranschaulicht das Sägeblatt 8 in seiner der Geradeausarbeitsrichtung entsprechenden Ausrichtung, die dem Regelarbeitsbetrieb der Stichsäge 2 entspricht. In diesem erstreckt sich die Arbeitsebene des Sägeblattes 8 in Richtung der Längsachse 24 der Stichsäge 2.
-
Die Stichsäge 2 ist darüber hinaus in einer weiteren Betriebsart zu betreiben, nämlich dem sogenannten Pendelhub-Betrieb, in dem das Sägeblatt 8 zum Hubantrieb gemäß Pfeil 19 überlagert in Pendelrichtung gemäß Pfeil 12 über einen Stellantrieb 20 angetrieben ist. Eine weitere, dritte Betriebsart ist durch den Pfeil 21 angedeutet, in der das Sägeblatt 8 um seine Drehachse 23 in zur Längsachse 24 winklige Drehstellungen zu verstellen ist. Diese dritte Betriebsart stellt den sogenannten Scrolling-Modus dar, in dem das Sägeblatt 8 durch Verstellen um seine Drehachse 23 auf eine in ihrem Verlauf vom Verlauf der Längsachse 24 abweichende Arbeitslinie auszurichten ist, die als Markierung auf das Werkstück 5 oberflächenseitig aufgebracht, gegebenenfalls virtuell zum Werkstück 5 vorgegeben sein kann.
-
Für den Scrolling-Modus, der insbesondere für den autonomen oder halbautonomen Betrieb der Stichsäge von Bedeutung ist, wird die Stellung der Stichsäge 2 zur mit dem Sägeblatt 8 als Arbeitswerkzeug 7 zu verfolgenden, nicht dargestellten Arbeitslinie über die Erfassungseinrichtung 33 erfasst. Von dieser werden die entsprechenden Stellungsdaten einer Auswerteeinheit 31 zugeleitet, über die Stellbefehle an eine Stelleinheit 32 abgesetzt werden, über welche das Sägeblatt 8 in seiner Drehstellung auf die Arbeitslinie ausgerichtet wird. Die Stichsäge 2 ist auf die verschiedenen Betriebsarten über eine Schalteinrichtung 16 einstellbar. Über den Schaltknopf 15 erfolgt die Ein- und Ausschaltung der Werkzeugmaschine.
-
Eine einwandfreie Führung über die Erfassungseinrichtung 33, die als sensorische, optisch erfassende Erfassungseinrichtung, insbesondere als Kamera, ausgestaltet ist, ist nur gegeben, wenn die jeweils zu verfolgende Arbeitslinie deutlich sichtbar ist und damit eindeutige Daten an die Auswerteeinheit 31 übermittelt werden können. Ausgehend hiervon wird bei der Erfindung in Abhängigkeit davon, in welchem Umfang arbeitsbedingt über das Arbeitswerkzeug in den Strahlengang der optischen Erfassungseinrichtung 33 Partikel 35 abgeworfen werden, und damit gegebenenfalls eine klare Erfassung der Arbeitslinie nicht mehr ermöglichen, gearbeitet. Erfasst wird hierzu die Dichte der durch die ausgeworfenen Partikel gebildeten Partikelwolke, falls die Partikel im Wesentlichen nicht unmittelbar in Richtung auf die Erfassungseinrichtung ausgeworfen werden, oder auch die Beaufschlagungsdichte für die optische Erfassungseinrichtung 33 durch im Beaufschlagungsbereich gegen diese ausgeworfene Partikel.
-
2 veranschaulicht hierzu, dass die symbolisch als optische Sensorik – insbesondere Kamera – dargestellte Erfassungseinrichtung 33 im Wurfbereich der durch das Sägeblatt 8 ausgeworfenen Partikel 35 liegt, wenn das Sägeblatt 8 sich im durch den Pfeil 34 veranschaulichten Aufwärtshub befindet, so dass sich bezogen auf die in 2 nicht dargestellte, im Sichtbereich 36 zum Werkstück 5 vorgesehene Arbeitslinie in Abhängigkeit von der im Sichtbereich 36 liegenden Partikelmenge gegebenenfalls entsprechende Sichtbeeinträchtigungen ergeben.
-
Bezüglich dieser Sichtbeeinträchtigungen und der dadurch bedingten Unschärfen in der Darstellung der Arbeitslinie kann über eine Bewertung der Bildqualität mittels der Erfassungseinrichtung 33 eine Aussage dahingehend getroffen werden, ob noch eine hinreichend genaue Verfolgung der Arbeitslinie möglich ist. Verbunden ist damit ein höherer Aufwand seitens der Erfassungseinrichtung 33 und der für diese erforderlichen Rechnerleistung.
-
Dementsprechend ist erfindungsgemäß eine bevorzugte Lösung, auf indirektem Wege Aussagen über die mögliche, die Bildqualität beeinträchtigende Beaufschlagungsdichte zu treffen. Hierzu können einzeln, oder auch in Kombination als gewichtende Faktoren mit den einzelnen Phasen des Arbeitsrhythmus verbundene Auswurfgegebenheiten erfasst werden, wie sie vorstehend angesprochen sind, ferner auch die Arbeitsgeschwindigkeit des Arbeitswerkzeugs 7, die Werkzeuggestaltung, die Art des Werkstoffs des jeweils zu bearbeitenden Werkstückes sowie auch die Werkstückdicke. Als weitere gewichtende Faktoren können werkzeugmaschinenspezifische Arbeitsgegebenheiten Berücksichtigung finden, so beispielsweise die Oszillationsfrequenz bei oszillierend angetriebenen Arbeitswerkzeugen, oder die Pendelintensität bei einem hubbeweglich angetriebenen Sägeblatt 8 einer im Pendelbetrieb betriebenen Stichsäge 2.
-
Als weiteres Bewertungskriterium kann erfindungsgemäß über den Auswertealgorithmus die Lage der Werkzeugmaschine im Raum, insbesondere die Neigungslage der Werkzeugmaschine erfasst werden. Dies insbesondere in Berücksichtigung der Arbeitsgeschwindigkeit des Werkzeuges, so der Hubzahl bei Stichsägen, und in Verbindung damit zunehmendem Einfluss der Schwerkraft auf die aufgeworfenen Späne. Erfassen lässt sich die Lage der Werkzeugmaschine bevorzugt über einen Beschleunigungssensor oder einen anderweitigen Lagesensor, der auch anderweitig zur Überwachung genutzt werden kann. Im Rahmen der Erfindung für Hinweise an den Benutzer zur lagerichtigen Führung der Werkzeugmaschine wie auch für Hinweise auf sicherheitsrelevante Situationen z. B. bei einer unkontrollierten Handhabung der Werkzeugmaschine, die unter Sicherheitsaspekten zumindest eine Reduzierung der Antriebsdrehzahl oder der Hubzahl, wenn nicht sogar ein Abschalten der Maschine zweckmäßig machen.
-
Wird bei der erfindungsgemäßen Lösung über die Auswerteeinheit 31 in Berücksichtigung vorgenannter Faktoren, Bewertungskriterien und/oder auch optisch festgestellt, dass die Voraussetzungen für eine hinreichend klare Erfassung der Arbeitslinie nicht mehr gegeben sind, so besteht die Möglichkeit – in Anbetracht der jeweils aufgrund der diskontinuierlichen Arbeitsweise nur kurzen Zeitintervalle, in denen sich die Sichtverhältnisse durch die ausgeworfenen Partikel verschlechtern – die Nutzung der durch den Auswertealgorithmus der Auswerteeinheit zur Verfügung gestellten Daten in entsprechenden Zeitabschnitten auszusetzen, gegebenenfalls eine entsprechende Ergebnisauswertung für diese entsprechend kurzen Zeitabschnitte auch zu unterdrücken.
-
Eine weitere erfindungsgemäße und besonders vorteilhafte Lösung besteht darin, für die Zeitabschnitte, in denen keine klare Bilderfassung möglich ist, durch Interpolation ausgehend von der bis dahin gegebenen und erkannten Arbeitslinie korrigierend einzugreifen, sei es überlagernd zu den Ergebnissen des Auswertealgorithmus oder auch bei Unterdrückung dieser Ergebnisse.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102008040071 A1 [0005]
