EP2064483A1 - Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung - Google Patents

Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung

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Publication number
EP2064483A1
EP2064483A1 EP07803130A EP07803130A EP2064483A1 EP 2064483 A1 EP2064483 A1 EP 2064483A1 EP 07803130 A EP07803130 A EP 07803130A EP 07803130 A EP07803130 A EP 07803130A EP 2064483 A1 EP2064483 A1 EP 2064483A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
machine tool
monitoring device
tool
monitoring
detection unit
Prior art date
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Ceased
Application number
EP07803130A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Mahler
Reiner Krapf
Heiko Braun
Alexander Werner Hees
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2064483A1 publication Critical patent/EP2064483A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16P—SAFETY DEVICES IN GENERAL; SAFETY DEVICES FOR PRESSES
    • F16P3/00—Safety devices acting in conjunction with the control or operation of a machine; Control arrangements requiring the simultaneous use of two or more parts of the body
    • F16P3/12—Safety devices acting in conjunction with the control or operation of a machine; Control arrangements requiring the simultaneous use of two or more parts of the body with means, e.g. feelers, which in case of the presence of a body part of a person in or near the danger zone influence the control or operation of the machine
    • F16P3/14—Safety devices acting in conjunction with the control or operation of a machine; Control arrangements requiring the simultaneous use of two or more parts of the body with means, e.g. feelers, which in case of the presence of a body part of a person in or near the danger zone influence the control or operation of the machine the means being photocells or other devices sensitive without mechanical contact
    • F16P3/147—Safety devices acting in conjunction with the control or operation of a machine; Control arrangements requiring the simultaneous use of two or more parts of the body with means, e.g. feelers, which in case of the presence of a body part of a person in or near the danger zone influence the control or operation of the machine the means being photocells or other devices sensitive without mechanical contact using electro-magnetic technology, e.g. tags or radar
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q11/00—Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
    • B23Q11/0078—Safety devices protecting the operator, e.g. against accident or noise
    • B23Q11/0082—Safety devices protecting the operator, e.g. against accident or noise by determining whether the operator is in a dangerous position
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/0209—Systems with very large relative bandwidth, i.e. larger than 10 %, e.g. baseband, pulse, carrier-free, ultrawideband
    • G—PHYSICS
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    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/04—Systems determining presence of a target
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/52—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
    • G01S13/56—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds for presence detection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/03—Details of HF subsystems specially adapted therefor, e.g. common to transmitter and receiver
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/41—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
    • G01S7/411—Identification of targets based on measurements of radar reflectivity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S2013/0236—Special technical features
    • G01S2013/0245—Radar with phased array antenna

Definitions

  • the invention relates to a machine tool monitoring device according to the preamble of claim 1.
  • a machine tool monitoring device for a circular saw has a sensor unit for generating and detecting an electromagnetic signal, which is arranged in the vicinity of a saw blade. An approach of a body part to the saw blade can be detected by monitoring the signal spectrum.
  • the invention relates to a machine tool monitoring device with a detection unit for detecting an application situation in a machine tool.
  • the recognition unit enables a position and / or velocity determination.
  • a movement of an object in a monitored by the machine tool monitoring device monitoring area can be characterized advantageous. This can be a movement which indicates a potential danger to an operator of the machine tool, quickly detected.
  • a "position determination” is to be understood as meaning, in particular, the determination of the position of an object monitored by the machine tool monitoring device relative to an active object of the machine tool, in particular relative to a tool, preferably in its driven state the determination of at least one movement feature from the group movement direction, instantaneous speed value and instantaneous acceleration value of an object moving relative to an active object of the machine tool can be understood.
  • the machine tool monitoring device has at least one ultra-wideband radar sensor. It can be achieved with a use of ultra-wideband signals high information density - and thus an effective monitoring.
  • an "ultra-wideband radar sensor” should be understood as meaning, in particular, a radar sensor by means of which an ultra-wideband radar signal can be generated, transmitted, received and / or evaluated an electromagnetic signal to be understood, which has a useful frequency range with a center frequency in the frequency range of 1 GHz to 15 GHz and a frequency bandwidth of at least 500 MHz.
  • the ultra-wideband radar sensor is part of the detection unit.
  • the position and / or velocity determination is a determination of the position and / or velocity of human or animal tissue.
  • this recognition of human or animal tissue by means of a spectral evaluation of a radar signal, in particular an ultra-wideband radar signal, since such a tissue has a high attenuation effect in a frequency range above 2 GHz, whereby a high discrimination can be achieved.
  • the recognition unit has a means which is provided to associate at least one security measure with a movement feature of a monitored object.
  • This characteristic movement feature may be a direction of movement directed, for example, at the active object, or exceeding a predetermined threshold value of the instantaneous speed of the object and / or the instantaneous acceleration of the object, possibly due to slippage of a body part of an operator Indicate workpiece.
  • the implementation of the security measure is preferably carried out by means of an actuator unit, which is in operative connection with the detection unit.
  • At least one movement feature is associated with a safety shutdown of the machine tool.
  • the safety shutdown may be a stopping of a drive unit for driving a tool of the machine tool.
  • the detection unit has a means which is intended to classify a movement feature of a monitored object.
  • a particularly short reaction time can be achieved merely by determining a speed level, such as “fast”, “medium speed”, “slow”, etc., and wherein a safety measure is assigned to a speed level the assignment of the parameter to a predefined interval can be understood.
  • a particularly effective detection can be achieved if the machine tool monitoring device, in particular the detection unit, has an antenna array.
  • an "antenna array” is to be understood as meaning, in particular, a group of a plurality of mutually different antennas which are fed with a signal to be transmitted during operation by means of a common signal generation unit on.
  • the accuracy of detection can be increased if the antenna array is designed as a phase-variable antenna array.
  • a "phase-variable" antenna array should be understood as meaning, in particular, an antenna array which is assigned at least one phase shifting means which is provided for changing at least one relative phase position between two signals radiated by different antennas of the antenna array.
  • the recognition unit defines at least two monitoring areas for monitoring an application process of the machine tool.
  • the monitoring areas are preferably designed differently from one another.
  • the monitoring areas may be formed separately or they may be adjacent to each other or they may form a common overlap area.
  • a first overlapping area may comprise a second monitoring area.
  • the detection unit define a monitoring area close to the tool and a monitoring area remote from the tool relative to a tool, and in at least one monitoring mode determine the speed of an object moving in the tool-remote monitoring area.
  • a “tool-related" monitoring area “relative to a tool” is to be understood in particular as a monitoring area, which is preferably made up of points which have a smallest distance to the tool which is at most a first maximum value, with a tool removal "Surveillance area is to be understood a monitoring area, which is composed at least of points that have a smallest distance to the tool, which is greater than the first maximum value and preferably at most a second, compared to the first maximum value greater maximum value Surveillance area may overlap or may be formed separately from each other, while being separated from each other by another surveillance area.
  • the monitoring areas each have a different operating mode of the machine tool is assigned, whereby a high flexibility in the application of the machine tool can be achieved.
  • At least one of the monitoring areas is assigned a warning mode of the machine tool.
  • At least one of the monitoring areas is assigned a removal of a driven tool from the monitoring area, whereby a potential risk of injury can be effectively eliminated.
  • the "removal" of the driven tool which is preferably carried out by means of an actuator unit operatively connected to the detection unit, in particular by an adjustment of the driven tool in a safety position outside the monitoring area, such as by means of a countersinking of the driven tool below a machine tool work surface, by a shutdown of the drive of the tool and / or by covering a cutting edge of the tool can be realized.
  • At least one of the monitoring areas is assigned a safety shutdown of the machine tool, whereby a high operating safety of the machine tool can be achieved.
  • the recognition unit makes it possible to distinguish between human or animal tissue on the one hand and wood or metal or plastics on the other hand, wherein different processes can be initiated depending on the type of material detected. If human tissue is detected, the safety measures described above can be initiated. When a workpiece to be machined is detected, detection operations for characterizing a workpiece state, such as a humidity, a thickness, a feed speed, etc., may be initiated.
  • the recognition unit comprises a computing unit which is provided to recognize the application situation by an evaluation of parameters based on a fuzzy and / or neural logic.
  • the arithmetic unit can quickly evaluate a large and complex amount of information on the basis of the detected signal.
  • a fuzzy logic represents a logic that assigns a probability value in the interval between 0 (false) and 1 (true) to the occurrence of a specific event.
  • the recognition unit has a database in which a set of parameters an application situation is assigned.
  • a particularly fast detection process of an application situation can advantageously be achieved by examining a correlation between the acquired parameters and an application situation.
  • a method for detecting an application situation in an application process of a machine tool in which for detecting the application situation at least one parameter from the detection of human or animal tissue is detected, whereby a high level of safety can be achieved in the application of the machine tool.
  • FIG. 1 shows a table saw in a view from above with a monitoring device for monitoring monitoring areas
  • Fig. 7 the detection of the presence of the hand in a tool-near monitoring area.
  • FIG. 1 shows a machine tool 10 in the form of a table saw in a view from above. This one has as
  • Saw blade running tool 12 which is driven in an operation by means of a shown in Figure 2, designed as an electric motor machine tool drive unit 14, which is arranged within a non-visible motor housing.
  • the machine tool 10 For placing, in particular for placing a workpiece 16 to be machined (see FIG. 5), the machine tool 10 is provided with a machine tool working surface 18 formed by a saw table. In a basic installation position of the machine tool 10 shown in FIG. 1, the machine tool working surface 18 is aligned horizontally. The tool 12 projects out of the motor housing through a gap 20 recessed in the machine tool working surface 18 in the vertical direction.
  • the machine tool 10 is further provided with a machine tool monitoring device 22.
  • This has a recognition unit 24, which is provided for detecting an application situation in an application of the machine tool 10.
  • the recognition unit 24 is designed to detect the presence of a human body part in a danger zone as well as one with respect to a potential one Injury to recognize critical movement of the body part.
  • the recognition unit 24 is provided with a plurality of ultra-wideband radar sensors 26, 28.1 to 28.3 and 30.1 to 30.3. They each have an ultra-wideband radar antenna 32, which is provided for the emission or for receiving an ultra-wideband radar signal.
  • the detection unit 24 with the design of the ultra-wideband radar sensors 26, 28, 30 defines three different monitoring areas 34, 36, 38 for monitoring an application process of the machine tool 10.
  • the boundaries of the Ü monitoring areas 34, 36, 38 in the machine tool work surface 18 are shown schematically by dotted lines.
  • the monitoring areas 34, 36, 38 extend horizontally in the machine tool work surface 18 as well as vertically upwards, i. they have a height relative to the machine tool work surface 18.
  • the monitoring areas 34, 36, 38 are schematically delimited by means of sharp lines.
  • the monitoring areas 34, 36, 38 may form overlapping areas in pairs, each of which extends in a zone of the machine tool work surface 18 on either side of one of the imaginary boundary lines.
  • a first tool-near monitoring area 34 corresponds to a tool area which extends in the immediate vicinity of the tool 12 and in this case adjoins the outer contour of the tool 12.
  • the first monitoring area 34 is composed of points which have a minimum distance to the tool 12 of at most Di cm, the distance Di preferably being at most 2 cm.
  • which he- Identification unit 24 also defines a second, remote tool monitoring area 36, which adjoins the first, near the tool monitoring area 34 and this encompasses. It is composed at least of points which have a smallest distance to the tool 12, which is greater than Di cm and maximum D2 cm, wherein the distance D2> Di, for example, 15 cm.
  • the detection unit 24 defines a third, remote tool monitoring area 38, which adjoins the second monitoring area 36, this encompasses and at least composed of points that have a minimum distance from the tool 12 of at least D 2 cm.
  • the monitoring regions 34, 36, 38 are arranged substantially in front of the tool 12 in a workpiece sliding direction 40 into which a workpiece 16 to be machined is pushed on the tool working surface 18. In this case, an object moving in the workpiece sliding direction 40 onto the tool 12 successively engages in the third monitoring area, in the second and finally in the first monitoring area.
  • the embodiment of the monitoring areas 34, 36, 38 shown in FIG. 1 is exemplary. It can by the
  • the first tool-near monitoring area 34 is defined by means of the ultra-wideband radar sensor 26.
  • the monitoring area 36 is assigned to three ultra-wideband radar sensors 28.1 to 28.3, wherein the corresponding ultra-wideband radar antennas 32 are designed in a first antenna array 42.
  • the monitoring area 38 is assigned to three ultra-wideband radar sensors 30.1 to 30.3, wherein the corresponding ultra-wideband radar antennas 32 are assigned in a second Tennenarray 44 are set.
  • the antenna arrays 42, 44 are designed as phase-variable antenna arrays.
  • relative phase positions between transmission signals generated by the individual, the corresponding antenna array 42, 44 forming ultra-wideband radar antennas 32 are controlled. In this case, by means of constructive and / or destructive interference, a transmission signal for radiation in a preferred transmission direction can be bundled.
  • the control of the relative phase angles by means not shown in detail phase shifting elements.
  • FIG. 2 shows the recognition unit 24 of the machine tool monitoring device 22 in a schematic view.
  • the detection unit 24 comprises the ultra-wideband radar sensors 26, 28, 30, each comprising an ultra-wideband radar antenna 32.
  • An ultra-wideband radar signal 46 radiated from the ultra-wideband radar antenna 32 of the ultra-wideband radar sensor 26, which is shown in FIG. 3, is generated by means of a signal generating unit 48 and fed into the ultra-wideband radar antenna 32.
  • the ultra-wideband radar antennas 32 of the antenna array 42 are associated with a common signal generation unit 50, while the antenna array 44 is associated with a signal generation unit 52.
  • the ultra-wideband radar signal 46 radiated from one of the ultra-wideband radar antennas 32 is shown in a spectral representation in FIG.
  • the ultra-wideband radar signal 46 is transmitted at a center frequency V M of 5 GHz and a signal bandwidth ⁇ v of 2 GHz around this center frequency V M.
  • the ultra wide band radar signal 46 is received as a receive signal 54 from one or more of the ultra wideband antennas 32. After receiving this is filtered in a signal processing unit, not shown, amplified, converted into a digital form and then given to a computing unit 56 of the detection unit 24 for evaluation.
  • the recognition unit 24 also has a memory unit 58 in which a database 60 (see FIG. 4) with monitoring information is stored.
  • the arithmetic unit 56 preferably has at least one microprocessor or it may be designed as a microprocessor.
  • a signal processing software is stored in the memory unit 58, which is used to evaluate the received signal 54 and is executed by the arithmetic unit 56.
  • the detection unit 24 is also operatively connected to an actuator unit 62, which can trigger safety measures from a further unit of the machine tool 10 on the basis of a detection signal of the detection unit 24.
  • the actuator unit 62 is in operative connection with the machine tool drive unit 14, so that based on a detection signal, a tool drive performed can be adapted or stopped to an application situation.
  • the Aktorikiki 62 may also be provided for driving further, not shown securing means.
  • the actuator unit 62 can drive safety means which serve to lower the tool 12 below the tool dimensions. sinking work surface 18. There may be provided further security means which serve to cover the cutting edge of the tool 12, such as a protective hood.
  • the recognition unit 24 is also operatively connected to an output unit 64, which is provided to warn the operator in an optical, acoustic and / or haptic manner.
  • FIG. 4 shows the database 60. It is assumed that an operator wants to carry out a sawing of the workpiece 16, which is shown in FIG. For this purpose, the workpiece 16 is placed on the machine tool work surface 18. This application situation is referred to as application situation 66 in FIG.
  • the setting up of the workpiece 16 induces a change in the dielectric surrounding the detection unit 24, which is reflected in a change in the reception signal 54. For example, after setting up a resonant frequency in the frequency spectrum of the received signal 54 is shifted.
  • the arithmetic unit 56 can assign the application situation 66 to this detected received signal 54. This is done by means of the database 60. In this table, characteristic values, for example A 3 , B 2 , etc., are assigned to an application situation A or B etc.
  • the computing unit 56 examines a correlation between the received signal 54 and the signal patterns until a signal pattern 70 having the greatest correlation with the received received signal 54 is determined.
  • the determination of the signal pattern 70 and therefore of the applicable application situation 66 is performed by the arithmetic unit 56 by means of a method of fuzzy logic (fuzzy logic) for evaluating the spectrum of the received signal 54.
  • a learning mode of the machine tool is provided.
  • application situations may be deliberately created by the operator, and the computing unit 56 may independently learn to recognize such application situations and determine which policies are appropriate for those application situations.
  • the arithmetic unit 56 learns to correlate these application situations with one or more signal patterns in each case.
  • the arithmetic unit 56 operates in this mode on the basis of a neural logic, which allows such a self-learning function.
  • the operator can set a security level at any time until a desired action for a particular application situation is reached. This can be automatically stored in the database 60.
  • the mode of operation of the machine tool monitoring device 22 will be described in more detail with reference to FIGS. 5 to 7.
  • the penetration of the workpiece 16 into the monitoring area 38 is detected by the detection unit 24.
  • the recognition unit 24 based on signal patterns of the database 60, a distinction is made between human or animal tissue on the one hand and wood or metal or plastics on the other hand.
  • detection processes are initiated by means of the ultra-wide radar sensors 26, 28, 30, which are used to determine e.g. a dimension of the workpiece 16, in particular the workpiece thickness, are used by the feed movement in the workpiece sliding direction 40 or the wood moisture.
  • After starting a tool drive is monitored by at least one ultra-wideband radar sensor 26, 28 and 30, the tool 12 on the number of revolutions and a potential imbalance.
  • the recognition unit 24 detects the position of the hand in the monitoring area 38. Furthermore, the recognition unit 24 carries out a speed determination by detecting movement characteristics which characterize the movement of the hand relative to the rotating tool 12.
  • a direction of movement 76 By detecting the position of the hand relative to the tool 12 at different times, a direction of movement 76, the instantaneous value of the speed and the acceleration of the hand are detected by means of the arithmetic unit 56.
  • Threshold value 78 (see FIG. 4), or the presence of any combination of these features, is assigned to an application situation 80 by means of the database 60. This in turn is assigned to a procedure carried out as a safety measure 82, in which the actuator unit 62 actuates a safety shutdown of the machine tool 10, specifically of the machine tool drive unit 14.
  • the arithmetic unit 56 serves as a means 84, which, in particular via the database 60, assigns to a detected movement feature of the monitored hand a safety measure, namely the safety shutdown of the machine tool drive unit 14.
  • the instantaneous value of the speed and / or the acceleration under two stages is classified as “slow” and “fast” with the aid of the means 84 designed as a computing unit 56, by exceeding the value Threshold 78 is examined. Further, middle stages are conceivable.
  • the velocity determination i. the detection of at least one movement feature takes place in the monitoring area 38, which corresponds to the tool-remote monitoring area with the largest minimum distance to the tool 12.
  • the safety shutdown can be made in good time, so that contact of the hand with the tool 12 in its driven state can be avoided.
  • This type of detection in an outer zone already provides a longer time for deactivating the tool drive.
  • the further monitoring areas 34, 36 are assigned different operating modes of the machine tool 10.
  • the monitoring area 36 is assigned a warning mode. If, as shown in FIG. 6, the operator's hand is detected in the monitoring area 36, then in a first warning mode the detection unit 24 triggers a warning output by means of the output unit 64. In this warning mode or in another warning mode, the operator is warned in cooperation with the machine tool drive unit 14 by slowing down the tool drive, ie by reducing the rotational speed during the rotation of the tool 12.
  • the tool-near monitoring area 34 is an actuator mode of the machine tool 10 assigned. If, as shown in FIG. 7, the presence of the hand in the monitoring area 34 close to the tool is detected, then by means of Actuator unit 62 immediately triggered a safety shutdown of the machine tool drive unit 14.
  • the machine tool monitoring device 22 can be used to advantage in other stationary machine tools, such. for band saws, chop saws, panel saws, pull saws, etc.

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung mit einer Erkennungseinheit (24) zur Erkennung einer Anwendungssituation (66, 80) bei einer Werkzeugmaschine (10). Es wird vorgeschlagen, dass die Erkennungseinheit (24) eine Positions- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung ermöglicht.

Description

WerkzeugmaschinenüberwachungsVorrichtung
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist eine Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung für eine Kreissäge bekannt. Diese weist eine Sensoreinheit zur Erzeu- gung und Erfassung eines elektromagnetischen Signals auf, welche in der Nähe eines Sägeblatts angeordnet ist. Ein Annähern eines Körperteils an das Sägeblatt kann durch Überwachung des Signalspektrums detektiert werden.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einer Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung mit einer Erkennungseinheit zur Erkennung einer Anwendungssituation bei einer Werkzeugmaschine.
Es wird vorgeschlagen, dass die Erkennungseinheit eine Posi- tions- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung ermöglicht. Da- durch kann eine Bewegung eines Objekts in einem von der Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung überwachten Überwachungsbereich vorteilhaft charakterisiert werden. Hiermit kann eine Bewegung, welche auf eine potentielle Gefahr für einen Bediener der Werkzeugmaschine hindeutet, schnell erkannt werden. Unter einer „Positionsbestimmung" soll insbesondere die Bestimmung der Position eines mittels der Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung überwachten Objekts relativ zu einem aktiven Objekt der Werkzeugmaschine, wie ins- besondere relativ zu einem Werkzeug vorzugsweise in dessen angetriebenem Zustand, verstanden werden. Ferner soll unter einer „Geschwindigkeitsbestimmung" insbesondere die Bestimmung von zumindest einem Bewegungsmerkmal aus der Gruppe Bewegungsrichtung, momentaner Geschwindigkeitswert und momenta- ner Beschleunigungswert eines sich relativ zu einem aktiven Objekt der Werkzeugmaschine bewegenden Objekts verstanden werden .
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird vorge- schlagen, dass die Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung zumindest einen Ultrabreitband-Radarsensor aufweist. Es kann mit einer Nutzung von ultrabreitbandigen Signalen eine hohe Informationsdichte - und dadurch eine effektive Überwachung - erreicht werden. Unter einem „Ultrabreitband-Radarsensor" soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Radarsensor verstanden werden, mittels dessen ein ultrabreitbandiges Radarsignal erzeugt, gesendet, empfangen und/oder ausgewertet werden kann. Unter einem „ultrabreitbandigen (oder Ultra Wide Band oder UWB) Radarsignal" soll insbesondere ein elektromag- netisches Signal verstanden werden, welches einen Nutzfrequenzbereich mit einer Mittenfrequenz im Frequenzbereich von 1 GHz bis 15 GHz und einer Frequenzbandbreite von zumindest 500 MHz aufweist. Insbesondere ist der Ultrabreitband- Radarsensor Bestandteil der Erkennungseinheit.
Es kann ferner eine hohe Sicherheit erreicht werden, wenn die Positions- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung eine Positi- ons- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung von menschlichem o- der tierischem Gewebe ist. Insbesondere erfolgt diese Erkennung von menschlichem oder tierischem Gewebe mittels einer spektralen Auswertung eines Radarsignals, insbesondere eines ultrabreitbandigen Radarsignals, da ein derartiges Gewebe eine hohe Dämpfungswirkung in einem Frequenzbereich oberhalb von 2 GHz besitzt, wodurch ein hohes Unterscheidungsvermögen erreicht werden kann.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Erkennungseinheit ein Mittel aufweist, das dazu vorgesehen ist, einem Bewegungsmerkmal eines überwachten Objekts zumindest eine Sicherheitsmaßnahme zuzuordnen. Dadurch können bei der Erkennung einer kritischen Bewegung des überwachten Objekts anhand eines charakteristischen Bewegungsmerkmals Sicherheitsmaßnahmen rechtzeitig getroffen werden und ein Kontakt des Objekts mit einem aktiven Objekt der Werkzeugmaschine kann vermieden werden. Dieses charakteristische Bewegungsmerkmal kann eine Be- wegungsrichtung, die z.B. auf das aktive Objekt gerichtet ist, oder ein Überschreiten eines vorgegebenen Schwellenwerts der momentanen Geschwindigkeit des Objekts und/oder der momentanen Beschleunigung des Objekts sein, die möglicherweise auf ein Abrutschen eines Körperteils eines Bedieners auf ein Werkstück hindeuten. Die Durchführung der Sicherheitsmaßnahme erfolgt vorzugsweise mittels einer Aktorikeinheit, die in Wirkverbindung mit der Erkennungseinheit steht.
Insbesondere wird vorgeschlagen, dass zumindest einem Bewe- gungsmerkmal eine Sicherheitsabschaltung der Werkzeugmaschine zugeordnet ist. Dadurch kann eine besonders hohe Sicherheit erreicht werden. Insbesondere kann hierbei die Sicherheitsabschaltung ein Stoppen einer Antriebseinheit zum Antreiben eines Werkzeugs der Werkzeugmaschine sein.
Vorteilhafterweise weist die Erkennungseinheit ein Mittel auf, das dazu vorgesehen ist, ein Bewegungsmerkmal eines überwachten Objekts einzustufen. Hierdurch kann eine besonders kurze Reaktionszeit erreicht werden, indem lediglich ein Geschwindigkeitsgrad, wie „schnell", „mittelschnell", „langsam" usw., ermittelt wird und wobei einem Geschwindigkeitsgrad eine Sicherheitsmaßnahme zugeordnet ist. Unter einem „Einstufen" einer erfassten Kenngröße soll insbesondere das Zuordnen der Kenngröße zu einem vordefinierten Intervall ver- standen werden.
Eine besonders effektive Erkennung kann erreicht werden, wenn die Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung, insbesondere die Erkennungseinheit, ein Antennenarray aufweist. Unter ei- nem „Antennenarray" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Gruppe von mehreren voneinander unterschiedlichen Antennen verstanden werden, die im Betrieb mittels einer gemeinsamen Signalerzeugungseinheit mit einem zu sendenden Signal gespeist werden. Zweckmäßigerweise weist das Antennenarray zu- mindest eine Ultrabreitband-Radar-Antenne auf. Es kann die Genauigkeit bei einer Erkennung erhöht werden, wenn das Antennenarray als phasenvariables Antennenarray ausgebildet ist. Unter einem „phasenvariablen" Antennenarray soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Antennenarray verstanden werden, welchem zumindest ein Phasenverschiebungsmittel zugeordnet ist, welches zur Änderung zumindest einer relativen Phasenlage zwischen zwei Signalen, die von unterschiedlichen Antennen des Antennenarrays abgestrahlt werden, vorgesehen ist.
Eine hohe Flexibilität in der Gestaltung von Überwachungsfunktionen kann erreicht werden, wenn die Erkennungseinheit zumindest zwei Überwachungsbereiche zum Überwachen eines Anwendungsprozesses der Werkzeugmaschine festlegt. Die Überwa- chungsbereiche sind vorzugsweise voneinander unterschiedlich ausgebildet. Hierbei können die Überwachungsbereiche voneinander getrennt ausgebildet sein oder sie können aneinander angrenzen oder sie können einen gemeinsamen Überlappungsbereich bilden. Insbesondere kann ein erster Überlappungsbe- reich einen zweiten Überwachungsbereich umfassen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Erkennungseinheit relativ zu einem Werkzeug einen werkzeugnahen Überwachungsbereich und einen werk- zeugfernen Überwachungsbereich festlegt und in zumindest einem Überwachungsmodus eine Geschwindigkeitsbestimmung eines sich im werkzeugfernen Überwachungsbereich bewegenden Objekts erfolgt. Dies ist von Vorteil insbesondere im Hinblick auf die intrinsische Begrenzung der Auswertegeschwindigkeit der Erkennungseinheit, auf die Reaktionszeit einer Aktorikeinheit sowie auf die Trägheit eines zu stoppenden aktiven Objekts, die ein frühzeitiges Erkennen einer kritischen Bewegung eines überwachten Objekts, wie z.B. eine Abrutschbewegung von menschlichem Gewebe oder ein Annähern von menschlichem Gewebe zu einem aktiven Objekt der Werkzeugmaschine, erfordern. Un- ter einem „werkzeugnahen" Überwachungsbereich „relativ zu einem Werkzeug" soll insbesondere ein Überwachungsbereich verstanden werden, welcher sich vorzugsweise aus Punkten zusammensetzt, die einen kleinsten Abstand zum Werkzeug aufweisen, der maximal einen ersten Maximalwert beträgt, wobei unter ei- nem „werkzeugfernen" Überwachungsbereich ein Überwachungsbereich verstanden werden soll, der sich zumindest aus Punkten zusammensetzt, die einen kleinsten Abstand zum Werkzeug aufweisen, der größer als der erste Maximalwert ist und vorzugsweise maximal einen zweiten, gegenüber dem ersten Maximalwert größeren Maximalwert aufweist. Der werkzeugnahe Überwachungsbereich und der werkzeugferne Überwachungsbereich können sich überlappen oder können voneinander getrennt ausgebildet sein, wobei sie durch einen weiteren Überwachungsbereich voneinander getrennt sein können.
Außerdem wird vorgeschlagen, dass den Überwachungsbereichen jeweils ein unterschiedlicher Betriebsmodus der Werkzeugmaschine zugeordnet ist, wodurch eine hohe Flexibilität in der Anwendung der Werkzeugmaschine erzielt werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass zumindest einem der Überwachungsbereiche ein Warnmodus der Werkzeugmaschine zugeordnet ist. Dadurch können vorteilhaft bei Erkennung einer potentiell gefährlichen An- Wendungssituation Vorschutzmaßnahmen eingeleitet werden, bevor ein Bediener sich in einer akuten Gefahr befindet. In diesem Zusammenhang können ein vorteilhafter Warneffekt und eine hohe Sicherheit erreicht werden, wenn die Erkennungseinheit - im Zusammenwirken mit einer Werkzeugmaschinenantriebseinheit zum Antreiben eines Werkzeugs - zum Verlang- samen eines Werkzeugantriebs im Warnmodus vorgesehen ist.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass zumindest einem der Ü- berwachungsbereiche ein Beseitigen eines angetriebenen Werkzeugs aus dem Überwachungsbereich zugeordnet ist, wodurch ei- ne potentielle Verletzungsgefahr effektiv beseitigt werden kann. Das „Beseitigen" des angetriebenen Werkzeugs, das vorzugsweise mittels einer mit der Erkennungseinheit in Wirkverbindung stehenden Aktorikeinheit durchgeführt wird, kann insbesondere durch ein Verstellen des angetriebenen Werkzeugs in eine Sicherheitsposition außerhalb des Überwachungsbereichs, wie z.B. mittels eines Versenkens des angetriebenen Werkzeugs unterhalb einer Werkzeugmaschinenarbeitsfläche, durch ein Abschalten des Antriebs des Werkzeugs und/oder durch ein Bedecken einer Schneidkante des Werkzeugs verwirklicht werden.
In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass zumindest einem der Überwachungsbereiche eine Sicherheitsabschaltung der Werkzeugmaschine zugeordnet ist, wodurch eine hohe Bediensicherheit der Werkzeugmaschine er- reicht werden kann.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Erkennungseinheit es ermöglicht, eine Unterscheidung von menschlichem oder tierischem Gewebe einerseits und Holz oder Metall oder Kunststof- fen andererseits zu treffen, wobei abhängig von der erkannten Materialart verschiedene Vorgänge eingeleitet werden können. Wird menschliches Gewebe erkannt, können oben beschriebene Sicherheitsmaßnahmen eingeleitet werden. Wird ein zu bearbeitendes Werkstück erkannt, können Erfassungsvorgänge zum Charakterisieren eines Werkstückzustands, wie z.B. einer Feuch- tigkeit, einer Dicke, einer Vorschubgeschwindigkeit usw., eingeleitet werden.
Vorteilhafterweise umfasst die Erkennungseinheit eine Recheneinheit, die dazu vorgesehen ist, die Anwendungssituation durch eine auf einer unscharfen und/oder neuronalen Logik basierende Auswertung von Kenngrößen zu erkennen. Mit Hilfe einer unscharfen Logik kann von der Recheneinheit anhand des erfassten Signals eine große und komplexe Informationsmenge schnell ausgewertet werden. Eine unscharfe Logik stellt ins- besondere eine Logik dar, die dem Auftreten eines bestimmten Ereignisses einen Wahrscheinlichkeitswert im Intervall zwischen 0 (falsch) und 1 (wahr) zuordnet. Durch eine neuronale Logik können vorteilhafte Selbstlernfunktionen der Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung erreicht werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Erkennungseinheit eine Datenbank aufweist, in welcher einem Satz von Kenngrößen eine Anwendungssituation zugeordnet ist. Es kann ein besonders schneller Er- kennungsprozess einer Anwendungssituation vorteilhaft erreicht werden, indem eine Korrelation zwischen den erfassten Kenngrößen und einer Anwendungssituation untersucht wird.
Ferner wird ein Verfahren zur Erkennung einer Anwendungssitu- ation bei einem Anwendungsprozess einer Werkzeugmaschine vorgeschlagen, bei welchem zur Erkennung der Anwendungssituation wenigstens eine Kenngröße aus der Detektion von menschlichem oder tierischem Gewebe erfasst wird, wodurch eine hohe Sicherheit bei der Anwendung der Werkzeugmaschine erreicht werden kann.
Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbe- Schreibung. 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 zusammen- fassen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Tischkreissäge in einer Ansicht von oben mit einer Überwachungsvorrichtung zur Überwachung von Überwachungsbereichen,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Überwachungsvorrichtung,
Fig. 3 ein von der Überwachungsvorrichtung abgestrahltes Ultrabreitband-Radarsignal,
Fig. 4 eine Datenbank der Überwachungsvorrichtung mit AnwendungsSituationen,
Fig. 5 die Erfassung von Bewegungsmerkmalen einer sich in einem Überwachungsbereich bewegenden Hand, Fig. 6 das Erkennen des Vorhandenseins der Hand in einem weiteren Überwachungsbereich und
Fig. 7 das Erkennen des Vorhandenseins der Hand in einem werkzeugnahen Überwachungsbereich.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Figur 1 zeigt eine als Tischkreissäge ausgebildete Werkzeug- maschine 10 in einer Ansicht von oben. Diese weist ein als
Sägeblatt ausgeführtes Werkzeug 12 auf, das in einem Betrieb mittels einer in Figur 2 dargestellten, als Elektromotor ausgebildeten Werkzeugmaschinenantriebseinheit 14 angetrieben wird, die innerhalb eines nicht sichtbaren Motorgehäuses an- geordnet ist. Zum Platzieren, und zwar insbesondere zum Auflegen eines zu bearbeitenden Werkstücks 16 (siehe Figur 5), ist die Werkzeugmaschine 10 mit einer von einem Sägetisch gebildeten Werkzeugmaschinenarbeitsfläche 18 versehen. In einer in Figur 1 gezeigten Grundeinbaustellung der Werkzeugmaschine 10 ist die Werkzeugmaschinenarbeitsfläche 18 horizontal ausgerichtet. Das Werkzeug 12 ragt aus dem Motorgehäuse durch eine in der Werkzeugmaschinenarbeitsfläche 18 ausgesparte Spalte 20 in vertikaler Richtung heraus.
Die Werkzeugmaschine 10 ist ferner mit einer Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung 22 versehen. Diese weist eine Erkennungseinheit 24 auf, die zur Erkennung einer Anwendungssituation bei einer Anwendung der Werkzeugmaschine 10 vorgesehen ist. Insbesondere ist die Erkennungseinheit 24 dazu aus- gelegt, das Vorhandensein eines menschlichen Körperteils in einer Gefahrenzone sowie eine im Bezug auf eine potentielle Verletzung kritische Bewegung des Körperteils zu erkennen. Hierzu ist die Erkennungseinheit 24 mit einer Mehrzahl von Ultrabreitband-Radarsensoren 26, 28.1 bis 28.3 und 30.1 bis 30.3 versehen. Sie weisen jeweils eine Ultrabreitband- Radarantenne 32 auf, die zur Abstrahlung bzw. zum Empfangen eines Ultrabreitband-Radarsignals vorgesehen ist.
Die Erkennungseinheit 24 mit der Auslegung der Ultrabreitband-Radarsensoren 26, 28, 30 legt drei verschiedene Überwa- chungsbereiche 34, 36, 38 zum Überwachen eines Anwendungsprozesses der Werkzeugmaschine 10 fest. Die Abgrenzungen der Ü- berwachungsbereiche 34, 36, 38 in der Werkzeugmaschinenarbeitsfläche 18 sind mittels strichpunktierter Linien schematisch dargestellt. Die Überwachungsbereiche 34, 36, 38 erstrecken sich horizontal in der Werkzeugmaschinenarbeitsfläche 18 sowie in vertikaler Richtung nach oben, d.h. sie weisen eine Höhe relativ zur Werkzeugmaschinenarbeitsfläche 18 auf. Die Überwachungsbereiche 34, 36, 38 sind der Übersichtlichkeit halber mittels scharfer Linien schematisch ab- gegrenzt. Die Überwachungsbereiche 34, 36, 38 können paarweise Überlappungsbereiche bilden, welche sich jeweils in einer Zone der Werkzeugmaschinenarbeitsfläche 18 beiderseits einer der gedachten Grenzlinien erstrecken.
Ein erster, werkzeugnaher Überwachungsbereich 34 entspricht einem Werkzeugbereich, der sich in unmittelbarer Nähe des Werkzeugs 12 erstreckt und hierbei an die Außenkontur des Werkzeugs 12 angrenzt. Insbesondere setzt sich der erste Ü- berwachungsbereich 34 aus Punkten zusammen, die einen kleins- ten Abstand zum Werkzeug 12 von maximal Di cm aufweisen, wobei der Abstand Di vorzugsweise maximal 2 cm beträgt. Die Er- kennungseinheit 24 legt außerdem einen zweiten, werkzeugfernen Überwachungsbereich 36 fest, welcher sich an den ersten, werkzeugnahen Überwachungsbereich 34 anschließt und diesen umgreift. Er setzt sich zumindest aus Punkten zusammen, die einen kleinsten Abstand zum Werkzeug 12 aufweisen, der größer als Di cm ist und maximal D2 cm beträgt, wobei der Abstand D2 > Di z.B. 15 cm beträgt. Ferner legt die Erkennungseinheit 24 einen dritten, werkzeugfernen Überwachungsbereich 38 fest, der sich an den zweiten Überwachungsbereich 36 anschließt, diesen umgreift und sich zumindest aus Punkten zusammensetzt, die einen kleinsten Abstand zum Werkzeug 12 von zumindest D2 cm aufweisen. Die Überwachungsbereiche 34, 36, 38 sind in einer Werkstückschieberichtung 40, in welche ein zu bearbeitendes Werkstück 16 auf der Werkzeugarbeitsfläche 18 geschoben wird, im Wesentlichen vor dem Werkzeug 12 angeordnet. Hierbei greift ein sich in Werkstückschieberichtung 40 auf das Werkzeug 12 bewegendes Objekt sukzessiv in den dritten, in den zweiten und abschließend in den ersten Überwachungsbereich ein. Die in Figur 1 gezeigte Ausgestaltung der Überwachungs- bereiche 34, 36, 38 ist beispielhaft. Es können durch die
Auslegung der Ultrabreitband-Radarsensoren 26, 28, 30 weitere Formen der Überwachungsbereiche 34, 36, 38 erzielt werden.
Der erste, werkzeugnahe Überwachungsbereich 34 ist mittels des Ultrabreitband-Radarsensors 26 festgelegt. Dem Überwachungsbereich 36 sind drei Ultrabreitband-Radarsensoren 28.1 bis 28.3 zugeordnet, wobei die entsprechenden Ultrabreitband- Radarantennen 32 in einem ersten Antennenarray 42 ausgelegt sind. Dem Überwachungsbereich 38 sind drei Ultrabreitband- Radarsensoren 30.1 bis 30.3 zugeordnet, wobei die entsprechenden Ultrabreitband-Radarantennen 32 in einem zweiten An- tennenarray 44 festgelegt sind. Im betrachteten Fall sind die Antennenarrays 42, 44 als phasenvariable Antennenarrays ausgebildet. Hierbei können innerhalb eines Antennenarrays 42, 44 relative Phasenlagen zwischen Sendesignalen, die von den einzelnen, das entsprechende Antennenarray 42, 44 bildenden Ultrabreitband-Radarantennen 32 erzeugt werden, gesteuert werden. Es kann hierbei mittels konstruktiver und/oder destruktiver Interferenzen ein Sendesignal zur Strahlung in einer bevorzugten Senderichtung gebündelt werden. Die Steuerung der relativen Phasenlagen erfolgt mittels nicht näher dargestellter Phasenverschiebeelemente .
Figur 2 zeigt die Erkennungseinheit 24 der Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung 22 in einer schematischen Ansicht. Die Erkennungseinheit 24 weist die Ultrabreitband- Radarsensoren 26, 28, 30 auf, die jeweils eine Ultrabreitband-Radarantenne 32 umfassen. Ein von der Ultrabreitband- Radarantenne 32 des Ultrabreitband-Radarsensors 26 abgestrahltes ultrabreitbandiges Radarsignal 46, welches in der Figur 3 dargestellt ist, wird mittels einer Signalerzeugungseinheit 48 erzeugt und in die Ultrabreitband-Radarantenne 32 gespeist. Den Ultrabreitband-Radarantennen 32 des Antennenarrays 42 ist eine gemeinsame Signalerzeugungseinheit 50 zugeordnet, während dem Antennenarray 44 eine Signalerzeugungs- einheit 52 zugeordnet ist. Das von einer der Ultrabreitband- Radarantennen 32 abgestrahlte Ultrabreitband-Radarsignal 46 ist in einer spektralen Darstellung in Figur 3 gezeigt, wobei die Amplitude A auf der Y-Achse und eine Frequenz V auf der X-Achse aufgetragen ist. Das Ultrabreitband-Radarsignal 46 wird mit einer Mittenfrequenz VM von 5 GHz und einer Signalbandbreite Δv von 2 GHz um diese Mittenfrequenz VM übertra- gen. Dabei beträgt eine Unterfrequenz V1 = 4 GHz und eine O- berfrequenz V2 = 6 GHz.
Nach einer Reflexion auf ein überwachtes Objekt wird das Ul- trabreitband-Radarsignal 46 als Empfangssignal 54 von einer oder mehreren der Ultrabreitband-Antennen 32 empfangen. Nach dem Empfangen wird dieses in einer nicht gezeigten Signalaufbereitungseinheit gefiltert, verstärkt, in eine digitale Form umgewandelt und anschließend auf eine Recheneinheit 56 der Erkennungseinheit 24 zur Auswertung gegeben. Die Erkennungseinheit 24 weist ferner eine Speichereinheit 58 auf, in der eine Datenbank 60 (siehe Figur 4) mit Überwachungsinformationen gespeichert wird. Die Recheneinheit 56 weist vorzugsweise zumindest einen Mikroprozessor auf oder sie kann als Mikro- prozessor ausgebildet sein. Ferner ist in der Speichereinheit 58 eine Signalverarbeitungssoftware gespeichert, die zur Auswertung des Empfangssignals 54 dient und von der Recheneinheit 56 ausgeführt wird.
Die Erkennungseinheit 24 steht ferner mit einer Aktorikein- heit 62 in Wirkverbindung, welche anhand eines Erkennungssignals der Erkennungseinheit 24 Sicherheitsmaßnahmen von einer weiteren Einheit der Werkzeugmaschine 10 auslösen kann. Insbesondere steht die Aktorikeinheit 62 in Wirkverbindung mit der Werkzeugmaschinenantriebseinheit 14, so dass anhand eines Erkennungssignals ein durchgeführter Werkzeugantrieb an eine Anwendungssituation angepasst bzw. gestoppt werden kann. Die Aktorikeinheit 62 kann ferner zum Antreiben von weiteren, nicht gezeigten Sicherungsmitteln vorgesehen sein. Insbeson- dere kann die Aktorikeinheit 62 Sicherheitsmittel antreiben, die dazu dienen, das Werkzeug 12 unterhalb der Werkzeugma- schinenarbeitsflache 18 zu versenken. Es können weitere Sicherheitsmittel vorgesehen sein, die zum Bedecken der Schneidkante des Werkzeugs 12 dienen, wie z.B. eine Schutzhaube. Die Erkennungseinheit 24 steht außerdem in Wirkverbin- düng mit einer Ausgabeeinheit 64, die dazu vorgesehen ist, den Bediener auf optische, akustische und/oder haptische Weise zu warnen.
Figur 4 zeigt die Datenbank 60. Es wird angenommen, dass ein Bediener ein Sägen des Werkstücks 16, welches in Figur 5 dargestellt ist, durchführen will. Hierzu wird das Werkstück 16 auf die Werkzeugmaschinenarbeitsfläche 18 aufgestellt. Diese Anwendungssituation wird in Figur 4 als Anwendungssituation 66 bezeichnet. Das Aufstellen des Werkstücks 16 induziert ei- ne Änderung des die Erkennungseinheit 24 umgebenden Dielektrikums, welche sich in einer Änderung des Empfangssignals 54 widerspiegelt. Beispielsweise ist nach dem Aufstellen eine Resonanzfrequenz im Frequenzspektrum des Empfangssignals 54 verschoben. Die Recheneinheit 56 kann diesem erfassten Emp- fangssignal 54 die Anwendungssituation 66 zuordnen. Dies erfolgt mittels der Datenbank 60. In dieser sind in einer Zuordnungstabelle 68 Kenngrößen, z.B. A3, B2 usw., jeweils einer Anwendungssituation A bzw. B usw. zugeordnet. Diese Kenngrößen entsprechen einem Signalmuster, d.h. einer Kenngröße oder einem Satz von charakteristischen Kenngrößen, wie z.B. einer Signalamplitude, der Position eines Amplitudenmaximums usw., die jeweils ein für eine Anwendungssituation typisches Spektrum des Empfangssignals 54 charakterisieren, oder sie können Kenngrößen sein, die, wie weiter unten beschrieben, die Bewegung eines überwachten Objekts relativ zum Werkzeug 12 charakterisieren. Ausgehend vom erfassten Empfangssignal 54 untersucht die Recheneinheit 56 z.B. eine Korrelation zwischen dem Empfangssignal 54 und den Signalmustern, bis ein Signalmuster 70, welches die größte Korrelation mit dem er- fassten Empfangssignal 54 aufweist, bestimmt wird. Die Be- Stimmung des Signalmusters 70 und daher der zutreffenden Anwendungssituation 66 wird von der Recheneinheit 56 mittels einer Methode der Fuzzy-Logik (unscharfe Logik) zur Auswertung des Spektrums des Empfangssignals 54 durchgeführt.
In der Datenbank 60 sind in einer weiteren Zuordnungstabelle 72 Anwendungssituationen A, B, C usw. Vorgehensweisen I, II, III usw. für die Werkstückbearbeitung zugeordnet. Wenn eine Anwendungssituation von der Recheneinheit 56 erkannt wird, kann auf diese Anwendungssituation reagiert werden, indem die Aktorikeinheit 62 dem Vorgehen entsprechend einen Verlauf der Werkstückbearbeitung ggf. modifiziert. Beispielsweise wird der Anwendungssituation 66 ein Vorgehen 74 zugeordnet, nach welchem ein Werkzeugantrieb unverändert weiterverfolgt wird.
Zur Erweiterung der Datenbank 60 mit neuen Anwendungssituati- onen und neuen Vorgehensweisen für diese Anwendungssituationen ist ein Lernmodus der Werkzeugmaschine vorgesehen. In diesem Modus können Anwendungssituationen von dem Bediener absichtlich geschaffen werden, wobei die Recheneinheit 56 selbständig lernen kann, solche Anwendungssituationen zu er- kennen und zu ermitteln, welche Vorgehensweisen diesen Anwendungssituationen angepasst sind. Dabei lernt die Recheneinheit 56, diese Anwendungssituationen jeweils mit einem oder mehreren Signalmustern zu korrelieren. Hierzu arbeitet die Recheneinheit 56 in diesem Modus auf der Basis einer neurona- len Logik, die eine solche Selbstlernfunktion erlaubt. Dabei kann der Bediener ein Sicherheitsniveau jederzeit einstellen, bis ein gewünschtes Vorgehen für eine bestimmte Anwendungssituation erreicht ist. Dieses kann automatisch in der Datenbank 60 gespeichert werden.
Die Funktionsweise der Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung 22 wird anhand der Figuren 5 bis 7 näher beschrieben. Das Eindringen des Werkstücks 16 in den Überwachungsbereich 38 wird von der Erkennungseinheit 24 erkannt. Hierbei wird mittels der Erkennungseinheit 24, wie oben beschrieben, anhand von Signalmustern der Datenbank 60 eine Unterscheidung von menschlichem oder tierischem Gewebe einerseits und Holz oder Metall oder Kunststoffen andererseits getroffen. Wird das Werkstück 16 aus Holz erkannt, so werden Erfassungsvor- gänge mittels der Ultrabreit-Radarsensoren 26, 28, 30 eingeleitet, die zur Ermittlung von z.B. einer Abmessung des Werkstücks 16, insbesondere der Werkstückdicke, von der Vorschubbewegung in der Werkstückschieberichtung 40 oder von der Holzfeuchte dienen. Nach dem Starten eines Werkzeugantriebs wird von zumindest einem Ultrabreitband-Radarsensor 26, 28 bzw. 30 das Werkzeug 12 auf dessen Umdrehungszahl sowie auf eine potentielle Unwucht überwacht.
Wird nun die Hand des Bedieners im Überwachungsbereich 38 er- fasst, so werden Erfassungsvorgänge eingeleitet, die zur Vermeidung eines Kontakts der Hand mit dem rotierenden Werkzeug 12 dienen. Wird im werkzeugfernen Überwachungsbereich 38 eine schnelle Geschwindigkeitszunahme oder eine hohe Momentangeschwindigkeit von menschlichem Gewebe zum rotierenden Werk- zeug 12 detektiert, so dass selbst bei einer möglichen anschließenden Geschwindigkeitsabnahme der Kontakt mit dem Werkzeug 12 unvermeidbar ist, dann kann bereits in dieser Zone z.B. eine Abschaltung der Werkzeugmaschinenantriebseinheit 14 erfolgen. Die Erkennungseinheit 24 erfasst die Position der Hand im Überwachungsbereich 38. Ferner führt die Erken- nungseinheit 24 eine Geschwindigkeitsbestimmung aus, indem Bewegungsmerkmale, welche die Bewegung der Hand relativ zum rotierenden Werkzeug 12 charakterisieren, erfasst werden. Durch die Erfassung der Position der Hand relativ zum Werkzeug 12 zu verschiedenen Zeitpunkten werden hierbei eine Be- wegungsrichtung 76, der momentane Wert der Geschwindigkeit sowie der Beschleunigung der Hand mittels der Recheneinheit 56 erfasst. Das Vorliegen von zumindest einem der folgenden Merkmale, und zwar der auf das Werkzeug 12 weisenden Bewegungsrichtung 76, eines momentanen Werts der Geschwindigkeit und/oder der Beschleunigung oberhalb eines vorbestimmten
Schwellenwerts 78 (siehe Figur 4), oder das Vorliegen einer beliebigen Kombination dieser Merkmale wird mittels der Datenbank 60 einer Anwendungssituation 80 zugeordnet. Diese ist wiederum einem als Sicherheitsmaßnahme 82 ausgeführten Vorge- hen zugeordnet, in welchem die Aktorikeinheit 62 eine Sicherheitsabschaltung der Werkzeugmaschine 10, und zwar der Werkzeugmaschinenantriebseinheit 14, betätigt. Die Recheneinheit 56 dient hierbei als Mittel 84, das insbesondere über die Datenbank 60 einem erfassten Bewegungsmerkmal der überwachten Hand eine Sicherheitsmaßnahme, und zwar die Sicherheitsabschaltung der Werkzeugmaschinenantriebseinheit 14, zuordnet. Wie oben beschrieben, wird hierbei der momentane Wert der Geschwindigkeit und/oder der Beschleunigung unter zwei Stufen „langsam" und „schnell" mit Hilfe des als Recheneinheit 56 ausgebildeten Mittels 84 eingestuft, indem das Überschreiten des Schwellenwerts 78 untersucht wird. Weitere, mittlere Stufen sind denkbar.
Die Geschwindigkeitsbestimmung, d.h. die Erfassung von zumin- dest einem Bewegungsmerkmal, erfolgt im Überwachungsbereich 38, welcher dem werkzeugfernen Überwachungsbereich mit dem größten Mindestabstand zum Werkzeug 12 entspricht. Hierbei kann aufgrund der restlichen Entfernung der Hand zum Werkzeug 12 die Sicherheitsabschaltung rechtzeitig getroffen werden, so dass ein Kontakt der Hand mit dem Werkzeug 12 in dessen angetriebenem Zustand vermieden werden kann. Durch diese De- tektionsart in bereits einer äußeren Zone steht eine größere Zeitspanne zum Deaktivieren des Werkzeugantriebs zur Verfügung.
Den weiteren Überwachungsbereichen 34, 36 sind unterschiedliche Betriebsmodi der Werkzeugmaschine 10 zugeordnet. Insbesondere ist dem Überwachungsbereich 36 ein Warnmodus zugeordnet. Wird, wie in Figur 6 dargestellt, die Hand des Bedieners im Überwachungsbereich 36 erkannt, so wird in einem ersten Warnmodus von der Erkennungseinheit 24 eine Warnungsausgabe mittels der Ausgabeeinheit 64 ausgelöst. In diesem Warnmodus oder in einem weiteren Warnmodus erfolgt eine Warnung des Bedieners im Zusammenwirken mit der Werkzeugmaschinenantriebs- einheit 14 mittels eines Verlangsamens des Werkzeugantriebs, d.h. durch das Vermindern der Drehzahl bei der Rotation des Werkzeugs 12. Dem werkzeugnahen Überwachungsbereich 34 ist ein Aktorikmodus der Werkzeugmaschine 10 zugeordnet. Wird, wie in Figur 7 dargestellt, das Vorhandensein der Hand im werkzeugnahen Überwachungsbereich 34 erkannt, so wird mittels der Aktorikeinheit 62 unmittelbar eine Sicherheitsabschaltung der Werkzeugmaschinenantriebseinheit 14 ausgelöst.
Die Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung 22 kann mit Vorteil bei weiteren stationären Werkzeugmaschinen eingesetzt werden, wie z.B. bei Bandsägen, Kappsägen, Paneelsägen, Zugsägen Hobeln usw.

Claims

Ansprüche
1. Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung mit einer Erkennungseinheit (24) zur Erkennung einer Anwendungssituation (66, 80) bei einer Werkzeugmaschine (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennungseinheit (24) eine Positions- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung ermöglicht.
2. Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zumindest einen Ultrabreitband- Radarsensor (26, 28, 30).
3. Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Positions- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung eine Positions- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung von menschlichem oder tierischem Gewebe ist.
4. Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennungseinheit (24) ein Mittel (84) aufweist, das dazu vorgesehen ist, einem Bewegungsmerkmal eines überwachten Objekts zumindest eine Sicherheitsmaßnahme (82) zuzuordnen .
5. Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einem Bewegungsmerkmal eine Sicherheitsabschaltung der Werkzeugmaschine
(10) zugeordnet ist.
6. Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennungseinheit (24) ein Mittel (84) aufweist, das dazu vorgesehen ist, ein Bewegungsmerkmal eines überwach- ten Objekts einzustufen.
7. Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Anten- nenarray (42, 44) .
8. Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Antennenarray (42, 44) als phasenvariables Antennenarray ausgebildet ist.
9. Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Antennenarray (42, 44) zumindest eine Ultrabreitband-Radar-Antenne (32) aufweist .
10. Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennungseinheit (24) zumindest zwei Überwachungsbereiche (34, 36, 38) zum Überwachen eines Anwendungsprozesses der Werkzeugmaschine (10) festlegt.
11. Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennungseinheit (24) relativ zu einem Werkzeug (12) einen werkzeugnahen Überwachungsbereich (34) und einen werkzeugfernen Überwa- chungsbereich (38) festlegt und in zumindest einem Überwachungsmodus eine Geschwindigkeitsbestimmung eines sich im werkzeugfernen Überwachungsbereich (38) bewegenden Objekts erfolgt.
12. Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass den Überwachungsbereichen (36, 38) jeweils ein unterschiedlicher Betriebsmodus der Werkzeugmaschine (10) zugeordnet ist.
13. Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einem der Überwachungsbereiche (36) ein Warnmodus der Werkzeugmaschine (10) zugeordnet ist.
14. Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach einem der
Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennungseinheit (24) - im Zusammenwirken mit einer Werkzeugmaschinenantriebseinheit (14) zum Antreiben eines Werkzeugs (12) - zum Verlangsamen eines Werkzeugantriebs im Warnmodus vorgesehen ist.
15. Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einem der Überwachungsbereiche (34) ein Beseitigen eines angetriebenen Werkzeugs (12) aus dem Überwachungsbereich (34) zugeordnet ist.
16. Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einem der Überwachungsbereiche (34) eine Sicherheitsabschaltung der Werkzeugmaschine (10) zugeordnet ist .
17. Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennungseinheit (24) es ermöglicht, eine Unter- Scheidung von menschlichem oder tierischem Gewebe einerseits und Holz oder Metall oder Kunststoffen andererseits zu treffen.
18. Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennungseinheit (24) eine Recheneinheit (56) um- fasst, die dazu vorgesehen ist, die Anwendungssituation (66, 80) durch eine auf einer unscharfen und/oder neuronalen Logik basierende Auswertung von Kenngrößen zu er- kennen.
19. Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennungseinheit (24) eine Datenbank (60) aufweist, in welcher einem Satz von Kenngrößen eine Anwendungssituation (66, 80) zugeordnet ist.
20. Werkzeugmaschine mit einer Werkzeugmaschinenüberwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
21. Ultrabreitband-Radar-Sensor zur Erkennung einer Anwendungssituation bei einer Werkzeugmaschine nach Anspruch 20.
22. Verfahren zur Erkennung einer Anwendungssituation (66, 80) bei einem Anwendungsprozess einer Werkzeugmaschine (10), dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung der Anwendungssituation (66, 80) wenigstens eine Kenngröße aus der Detektion von menschlichem oder tierischem Gewebe er- fasst wird.
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