JP5232150B2 - 工作機械監視装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載されている工作機械監視装置に関する。

DE 102 61 791 A1から丸鋸のための工作機械監視装置が公知である。この工作機械監視装置は電磁信号を形成および検出するセンサユニットを有し、このセンサユニットは鋸刃の近傍に配置されている。身体の鋸刃への接近は信号スペクトルを監視することによって検出することができる。信号のための周波数帯域として資格許可を必要としない帯域が選択される。

DE 102 61 791 A1

発明の利点
本発明は、工作機械監視装置に関する。工作機械監視装置が超広帯域動作のために設けられている信号ユニットを少なくとも１つ有することが提案される。超広帯域信号の使用により高い情報密度が達成され、またそれにより効果的な監視も達成される。ことに、複数の処理パラメータを工作機械の使用時に同時に監視することができ、これによって安全で快適な作業条件を達成することができる。さらにとくに正確な材料識別を達成することができる。

さらに送信信号が広帯域であることにより、信号ユニットと監視領域に存在する対象物との距離を正確に検出することができる。未加工品の大きさ、とりわけ加工品の厚さを検出することができる。超広帯域動作のために設けられている信号ユニットとは、超広帯域信号を形成し、受信し、および／または評価することができるユニットと理解すべきである。「超広帯域信号(UWB）」とは、中間周波数に対して少なくとも５００MHzの周波数帯域を備える周波数スペクトルの信号であると理解すべきである。中間周波数は有利には１GHz〜15GHzの周波数領域において選定されている。

信号ユニットは少なくとも１つの超広帯域レーダセンサを有することが提案され、これによりスペースを節約することができ、信号ユニットを目立たなく配置することができる。「超広帯域レーダセンサ」とはこの関連から、超広帯域レーダ信号を形成し、受信し、および／または評価することができるレーダセンサであると理解すべきである。「設けられている」とは、「構成されている」、「設計されている」および／または「プログラミングされている」の意味であると理解されたい。

信号ユニットは、工作機械での使用状況を識別するための識別ユニットとして構成されている。本発明の有利な実施例では、信号ユニット、とりわけ超広帯域レーダセンサが身体組織または動物組織を識別するために、監視領域、有利には工作機械の被駆動工具に配属された危険ゾーンに設けられていることが提案される。これにより高い操作安全性が工作機械の使用時に達成される。このことは超広帯域レーダ信号の評価により高い信頼性で達成される。なぜならこの種の組織は、2GHz以上の周波数領域で高い減衰作用を有するからである。さらに工作機械監視装置は有利には、安全措置を実行するためのアクチュエータユニットを有し、このアクチュエータユニットは信号ユニットと接続されている。このアクチュエータユニットは信号ユニットの信号に基づいて、被駆動工具が危険ゾーンに存在することを排除するために設けられている。ここで「排除」とは、工具駆動部の遮断、または駆動される工具を危険ゾーンから移動させることと理解することができる。「危険ゾーン」は有利には、駆動される工具までの最小間隔が最大で５ｃｍ、とりわけ最大で２ｃｍであるポイントから合成される。

とくに構造的に簡単な監視は、少なくとも1つの超広帯域レーダセンサが、工作機械基本設置箇所内で、未加工品を位置決めするための工作機械作業面の下方に配置されると有利である。「工作機械基本設置箇所」とはこの関連で、工作機械が最終ユーザにより規則通りの適用条件の下で使用される際の箇所であると理解されたい。

工作機械監視装置が少なくとも1つの別のセンサを有すれば、工作機械監視装置の適用でフレキシビリティの向上が達成される。とりわけ、少なくとも1つのセンサが超広帯域レーダセンサとして構成されていることが提案される。これにより、第1の超広帯域レーダセンサとの有利な相補性を達成することができる。とりわけ付加的な超広帯域レーダセンサにより、未加工品の材料状態(例えば湿度）に関する予測品質の向上、および身体組織または動物組織を識別する際の識別品質の向上が達成される。

少なくとも2つのセンサ形式の相補性は、少なくとも1つの別のセンサが容量性センサまたは誘導性センサまたは機械センサまたは光学センサである場合に有利に利用できる。少なくとも1つの別のセンサはこの関連で有利には、信号ユニットと接続されたアクチュエータユニットの誤トリガを阻止するように構成することができる。例えば少なくとも1つの別のセンサは、ビデオカメラのような画像検出ユニットとして構成することができる。または温度特性量を評価するために、赤外線センサとして設けることができる。

本発明の別の実施例では、少なくとも1つの別のセンサが、工作機械基本設置箇所内で未加工品を位置決めするための工作機械作業面の上方に配置されることが提案される。これにより大きな監視領域が達成される。さらにこの構成により、金属製の未加工品を加工する際に有利な監視が達成される。従来技術では未加工品が高周波信号に対して非透過性であるため監視の障害となっていた。さらに未加工品で反射された送信信号の信号成分を有利に評価することができる。とりわけ未加工品で反射された信号成分は材料識別のために有利に利用することができる。例えば反射された信号成分の、送信信号に対する位相位置を評価することができる。

さらに少なくとも1つの超広帯域レーダセンサと少なくとも1つの別のセンサを、工作機械基本設置箇所内で未加工品を位置決めするための工作機械作業面の両側に配置することが提案される。これによりとくに大きな管理領域が達成される。センサを工作機械作業面の両側に配置する場合、センサは有利には工作機械作業面によって分離される。そして第1のセンサは工作機械作業面の下方に、第2のセンサは上方に配置される。

本発明の有利な改善形態では、少なくとも１つの超広帯域レーダセンサと少なくとも１つの別のセンサが、少なくとも２つの信号成分を検出するように構成されたセンサシステムを形成することが提案される。この少なくとも２つの信号成分は、監視対象物との交互作用により２つの異なる放射方向を有する。
これにより監視の信頼性を有利に高めることができる。

とりわけ少なくとも１つの超広帯域レーダセンサと少なくとも１つの別のセンサが、加工すべき未加工品を透過する信号成分と、加工すべき未加工品で反射される信号成分を検出するように構成されたセンサシステムを形成することが提案される。これにより、とくに大きな監視領域と高い安全性が達成される。

この関連から、工作機械監視装置がセンサシステムに加えて１つのセンサを有してれば、フレキシビリティと、安全手段の誤トリガが回避されることにより、信頼性および操作快適性がさらに向上される。このセンサは、容量性センサまたは誘導性センサまたは機械センサまたは光学センサとすることができる。または別の超広帯域レーダセンサでも良い。

さらに、工作機械監視装置が、信号ユニットの放射を集束するためのユニットを有していれば、工作機械の所定の領域、とりわけ危険な領域を所期のように高い信号強度で監視することができる。

さらに信号ユニットが、少なくともエネルギ節約モードでは送信信号に対するデューティ比を設定する手段を有することが提案される。これによりエネルギ消費と別の業務によるノイズを有利に低減することができる。「デューティ比」とは、送信信号の送信の際に、送信信号が第１の強度を有する第１の時間と、それより小さい第２の強度、とりわけゼロ強度を有する第２の時間とを交番しながら送信される周期的過程における、第１または第２の時間と全体周期の時間との比を意味する。ここで第１の時間と第２の時間は全体周期を形成する。第１ないしは第２の時間の間、送信される信号自体は周期的信号として構成することができる。

本発明の別の構成では、信号ユニットがListen-Before-Talk機能を有することが提案される。これにより、信号ユニットと外部業務との相互障害が有利に回避される。「Listen-Before-Talk機能」とは、工作機械監視装置の動作モードの１つであり、信号ユニットの関連する使用周波数領域に他の業務が存在していないか探し求められる。とりわけ使用周波数領域に、無線業務、GSM業務、UMTS業務および/または飛行機レーダ業務が存在していないか探し求められる。

さらには、信号ユニットがパルス列を有する信号を処理するために設けられていることも提案される。これによって広い周波数帯域幅を達成することができる。信号処理の際に信号を形成し、受信し、および/または評価することができる。パルス「列」とは、時間的に順次連続する一連のパルスと解される。パルスは、信号振幅対時間グラフで所定のパターン、例えば矩形、ガウスプロフィールなどによって表すことができる。パルス持続時間ないしパターンの伝送時間を特徴付けるパラメータは有利には０．１ｎｓ〜２ｎｓ（ナノ秒）の範囲に選定されている。パルス列内では、直接的に連続するそれぞれ２つのパルス間の時間間隔が一定であることによって、パルスは時間的に規則的に連続して生じる。択一的にパルスが時間的に不規則に生じても良い。直接的に連続する２つのパルス間の時間間隔をランダム変数として構成することができる。例えばパルス列をPN列(擬似ノイズ;Pseudo-Noise）として実施することができる。

択一的または付加的に、信号ユニットを周波数変調されている信号、例えばFMCW信号(Frequency Modulated Continuous Waveまたは周波数変調連続波）を処理するために設けることができる。信号ユニットを、段階的に周波数変調された信号を形成するために設けることが提案される。「段階的」周波数変調とは、第１の周波数値から出発して第２の周波数値まで周波数が連続的変化されるのではなく、信号の周波数がステップ状に変化されることであると理解すべきである。このために少なくとも１つの発振器が設けられており、この発振器の出力周波数は調整可能である。第１の周波数値と第２の周波数値は有利には超広帯域の周波数領域を規定する。

有利には信号ユニットは、検出された信号に使用状況を、ファジーロジックおよび／またはニューラルロジックに基づく信号処理によって対応付ける計算ユニットを有する。ファジーロジックを用いることにより、計算ユニットは検出された信号に基づき、大量の情報および複雑な情報を高速に評価することができる。これによって工作機械監視装置はオペレータの安全にとって危機的と思われる状況に即座に反応することができる。ファジーロジックとは、所定のイベントの発生に０（偽）から１（真）の間の間隔で確率値を割り当てる論理回路である。容量性センサとは異なり、オペレータと工作機械との間の物理的な接触が発生する前に危機な使用状況に反応することができる。ニューラルロジックによって、工作機械監視装置の有利な自己学習機能を達成することができる。

本発明の有利な実施形態において、信号ユニットは１つの使用状況に少なくとも１つの信号パターンが対応付けられているデータバンクを有することが提案される。使用状況の迅速な識別プロセスは有利には、検出された信号と信号パターンとの間の相関を検査することによって達成される。このとき、ファジーロジックを基礎とする相関方法を有利に使用することができる。

本発明の有利な実施形態では、信号ユニットがプログラム可能なデータバンクを有することが提案される。このデータバンクでは、処理プロセスにおける使用状況に、この処理プロセスを変更するための措置が対応付けられている。所定の使用状況が識別された場合には、これによってこの使用状況に即座に反応することができる。データバンクは有利には、工作機械が組み立てられた状態で工作機械のオペレータによってプログラミングすることができる。これによって、例えばオペレータによって工作機械に別の工具または別の付属品が後から取り付けられる場合に、データバンクの作業セッティングを有利に拡張することができる。

有利には、信号ユニットは未加工品処理における作業進行を検出するために設けられている。これによって、工作機械の使用時に高い操作快適性を達成することができる。有利には、未加工品処理の際に種々の作業段階を規定することができ、未加工品処理を監視する際に安全レベルがこれらの作業段階に適合される。

信号ユニットが距離を検出するために設けられている場合、未加工品処理の際に工具または未加工品の位置を有利に監視することができる。例えば異常な位置、例えば工作機械のアンバランスな状態または未加工品が逆さまに載置されていることを迅速に識別することができる。付加的に未加工品の寸法を検出することができる。有利には作業進行を監視することができる。

有利には信号ユニットが、処理すべき未加工品の速度を検出するために設けられている。これによって有利には作業進行を監視することができる。有利には信号ユニットが、工作機械の固定的なユニット、例えばケーシングに対する未加工品の並進速度および／または回転速度を検出するために設けられている。

この関連から信号ユニットが、未加工品および／または工具の速度を、信号ユニットにより形成された信号のドップラ偏移の評価によって検出する手段を有することが提案される。これにより、未加工品の回転速度および／または未加工品における処理過程の進行速度をとりわけ精確に求めることができる。

本発明の別の実施形態では、工作機械監視装置が監視情報をオペレータに出力する電子的出力ユニットを有し、これによって使用時の安全性および操作快適性をさらに高めることができる。出力ユニットは有利には表示器、例えばLEDディスプレイまたはLCDディスプレイとして構成することができる。択一的または付加的に、例えば音響信号を出力するために出力ユニットを設けることができる。

工作機械監視装置が少なくとも１つの監視情報を入力するための電子的入力ユニットを有していれば、監視機能のコンフィギュレーションをオペレータによって快適に実施することができる。

工作機械監視装置が未加工品処理プロセスの少なくとも１つのパラメータを調整するために調整ユニットを有していれば、作業品質を有利に高めることができる。

別の変形実施例では、信号ユニットが少なくとも１つの動作モードで、少なくとも２つのビーム成分の群から少なくとも１つのビームを評価するために用いられることが提案される。これらのビーム成分は、媒体の少なくとも２つの境界面での信号の反射により相互に空間的に分離されている。ここで信号ユニットは、媒体の誘電率および／または厚さをこの評価によって求めることができる。

さらなる利点は以下の図面の説明から明らかになる。図面には本発明の実施例が示されている。図面、明細書および請求項は多数の特徴および組み合わせを含む。当業者であればこれらの特徴を有利には単独でも考慮し、またそれらの特徴を有意にさらに組み合わせるであろう。

図１は、鋸刃および入力／出力ユニットを備えた丸鋸の側面図である。 図２は、信号ユニットを備えた丸鋸の正面図である。 図３は、信号ユニットの概略図である。 図４は、信号ユニットによって形成された広帯域信号の振幅対時間グラフである。 図５は、信号の振幅対周波数グラフである。 図６は、信号ユニットのデータバンクである。 図７は、択一的に信号ユニットを備える丸鋸の側面図である。 図８は、図７の信号ユニットの概略図である。 図９は、図７の信号ユニットの送信信号に対するデューティ比の設定を示す線図である。 図１０は、図７の信号ユニットの送信信号に対する段階的周波数変調を示す線図である。 図１１は、未加工品の誘電率の検出を示す図である。

実施例の説明
図１は、丸鋸１０として構成されている工作機械を示す。この工作機械はケーシング１２、鋸引きすべき未加工品を載置するための作業面１４、鋸刃１６、LCDディスプレイを備えた出力ユニット１８および入力ユニット２０を有する。

図２には、丸鋸１０の正面図が示されている。ケーシング１２、作業面１４、出力ユニット１８および鋸刃１６が見て取れる。出力ユニット１８にはスピーカ２２が設けられている。入力ユニット２０および出力ユニット１８は工作機械監視装置２３の一部であり、この工作機械監視装置はさらに超広帯域信号ユニット２４を有する。

信号ユニット２４によって、未加工品を加工処理する際に種々の監視機能を実現することができる。信号ユニット２４の構造および機能は図３に示されている。

図３は、信号ユニット２４、入力ユニット２０、出力ユニット１８および調整ユニット２６を備えた工作機械監視装置２３を示す。さらに丸鋸１０の制御ユニット２８は破線で示されている。信号ユニット２４は、送信ユニット３０を備える超広帯域レーダセンサ２９を有し、この送信ユニット３０は超広帯域送信信号３２を形成するために設けられている。送信信号３２を送信するため、また受信信号３４を受信するために、超広帯域レーダセンサ２９には超広帯域アンテナ素子３６が設けられている。アンテナ素子３６は、作業面１４に対して固定して配置されている。アンテナ素子３６の代わりに信号ユニット２４がコンデンサユニットを有していてもよい。このためにコンデンサ構成を、例えば金属性の面と鋸刃１６との間に簡単に形成することができる。受信信号３４が受信されると、この受信信号は信号処理ユニット３８でフィルタリングされ、増幅され、ディジタルに変換され、続いて処理のために計算ユニット４０に供給される。信号ユニット２４はさらにメモリユニット４２を有し、このメモリユニット４２には監視情報を有するデータバンク４４が記憶される。入力ユニット２０を用いることにより、丸鋸１０のオペレータはデータバンク４４をプログラムすることができる。データバンク４４の機能は以下において説明する。

超広帯域信号の形成を図４と５に基づき説明する。図４において、送信信号３２の振幅ＡがＹ軸にプロットされており、Ｘ軸には時間ｔがプロットされている。送信信号３２はパルス４８の列４６を有し、これらのパルス４８はそれぞれ０．５ｎｓのパルス持続時間Δｔで伝送され、また規則的に連続して発生する。パルス持続時間Δｔと送信信号３２の信号帯域幅Δｖは関連しており、これは図５から見て取れる。この図には送信信号３２のスペクトルが示されており、Ｙ軸には振幅Ａがプロットされており、Ｘ軸には周波数ｖがプロットされている。送信信号３２は５ＧＨｚの中間周波数ｖＭおよびこの中間周波数を中心とした２ＧＨｚの信号帯域幅Δｖで伝送される。ここで下側周波数ｖ１は４ＧＨｚであり、上側周波数ｖ２は６ＧＨｚである。パルス４８を形成する代わりに、当業者に有利であると分かる超広帯域信号の形成方法も考えられる。さらに送信信号３２は−４５ｄＢｍ以下の送信出力で伝送され、別の無線ユニットとの不所望な干渉が回避される。
オペレータは、図２に破線で示されている未加工品５０の鋸引きを行おうとしていることを前提とする。このために未加工品５０は作業面１４に載置される。この使用状況を使用状況５２と表す。未加工品５０の載置により、信号ユニット２４を取り囲む誘電体に変化が引き起こされ、これは受信信号３４の変化に反映される。例えば、載置後には受信信号３４の共振周波数の周波数スペクトルがシフトしている。計算ユニット４０はこの検出された受信信号３４に使用状況５２を対応付けることができる。このことは図６に示されているデータバンク４４を用いて行われる。このデータバンク４４では、対応付けテーブル５３に信号パターン、例えばＡ３，Ｂ２などがそれぞれ１つの使用状況ＡないしＢなどに対応付けられている。この検討例では、計算ユニットによって識別される使用状況５２はデータバンクにおけるエントリＢに対応する。検出された受信信号３４に基づき、計算ユニット４０は検出された受信信号３４と最も大きい相関を有する信号パターン５４が検出されるまで、受信信号３４と信号パターンとの間の相関を検査する。この検討例においては、この信号パターン５４はデータバンク４４にあるエントリＢ２に対応するものとする。信号パターン５４の検出はファジーロジックにより実施される。データバンクでは別の対応付けテーブル５５に、使用状況Ａ、Ｂ、Ｃ等に未加工品処理に対する措置Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩなどが対応付けられている。使用状況が計算ユニット４０によって識別されると、この使用状況に対応することができる。この対応は、計算ユニット４０と接続されている制御ユニット２８が措置に応じて未加工品処理の経過を必要に応じて変更することによって行われる。この検討例では、使用状況５２はデータバンクのエントリＩに対応する措置５６に対応付けられている。この措置５６においては丸鋸１０の運転は変わらず継続される。

信号ユニット２４はさらに材料識別のために用いられる。受信信号３４の周波数スペクトルを評価することによって、種々異なる材料、例えば木材、金属またはプラスチックを区別することができる。所定の材料の未加工品を載置すると、使用状況としてデータバンク４４にエントリされる。

信号ユニット２４はさらに、受信信号３４のこのスペクトル評価によって身体組織または動物組織を識別するように構成されている。これにより加工処理すべき材料と身体組織または動物組織とを区別することができる。ここでは、オペレータの指が鋸刃１６に接近すると仮定する。このことは受信信号３４のスペクトルに、身体組織を特徴付ける複数の共振周波数によって反映される。この使用状況を使用状況５８と表す。この使用状況５８は計算ユニット４０によって、検出された受信信号３４に基づき相関する信号パターン５９を決定することによって識別される。データバンク４４では使用状況５８に、安全手段を開始する措置６０が対応付けられている。このために工作機械監視装置２３は、信号ユニット２４と接続されたアクチュエータユニット６１を有する。このアクチュエータユニット６１はこの検討例では、制御ユニット２８により形成される。使用状況５８を識別することにより、信号ユニット２４から信号がアクチュエータユニット６１に伝送され、アクチュエータユニット６１はこの信号に基づいて丸鋸１０の運転を安全遮断する。アクチュエータユニット６１の別の構成も考えられる。例えばアクチュエータユニット６１を、安全手段を駆動するために設けることができる。この安全手段は、鋸刃１６を制動し、覆い、および／または危険ゾーンから除去するために用いられ、鋸刃は例えばケーシング１２に沈下される。

さらに使用状況を識別するために別の信号パターンを考慮することができる。信号パターンとして、例えば受信信号３４のスペクトルにおける共振周波数の所定のシフト速度を考慮することができ、「緩慢」なシフトおよび「急速」なシフトをそれぞれ１つの使用状況に対応付けることができる。

入力ユニット２０によりオペレータはデータバンク４４のコンフィギュレーションを実施することができる。オペレータはデータバンク４４を丸鋸１０の新たな使用状況に適合することができる。これは例えば別の鋸手段または新たな付属品を使用する場合である。および／またはオペレータは所定の使用状況に対応付けられている新たな措置を設定することができる。対応付けテーブル５３および５５へのエントリを変更することができ、および／または、新たな対応付けテーブル５３′および５５′を作成することができる。新たな使用状況およびそれらの使用状況に対する新たな措置によってデータバンク４４を拡張するために、丸鋸１０の学習モードが設けられている。このモードでは複数の使用状況をオペレータによって意図的に発生させることができる。計算ユニット４０は、その種の使用状況を識別し、どの措置がそれらの使用状況に適合するかを自立的に学習することができる。計算ユニット４０は、これらの使用状況をそれぞれ１つまたは複数の信号パターンと相関させることを学習する。このために、計算ユニット４０はこのモードで、その種の自己学習機能を可能にするニューラルロジックに基づき動作する。所望の措置が所定の使用状況に対して達成されるまで、オペレータは安全レベルをいつでも調節することができる。このことは自動的にデータバンク４４に記憶することができる。

さらに計算ユニット４０により距離を検出することができる。このために計算ユニット４０は送信信号３２の形成から受信信号３４の受信までの伝搬時間を、例えば送信信号３２と受信信号３４の位相比較を実施することにより検出することができる。未加工品処理の場合、未加工品５０までの距離６２ならびに鋸刃１６までの距離６４が検出される。距離６２を検出することによって、未加工品５０を処理加工の際の作業進行を監視することができる。鋸刃１６が不平衡であることによる身体損傷は、距離６４の監視によって回避することができる。このことは、鋸刃１６の異常な振動を識別し、制御ユニット２８によって鋸刃１６の回転数を低減することによって行われる。送信信号３２と受信信号３４の周波数差および／または位相ずれを評価することによって、未加工品５０が作業方向６６に移動される速度ｖを監視することができる。この情報は未加工品の作業進行を監視するために同様に用いることができる。付加的に、未加工品処理の種々の作業段階を規定することができ、所定の監視機能がそれらの作業段階に適合される。未加工品５０の載置後の開始段階では、鋸刃１６に対する未加工品５０の位置を監視することができる。未加工品処理の終了時には、鋸刃１６に対する指位置の監視基準をより厳しくすることができる。

さらに入力ユニット２０によって、未加工品処理のための処理パラメータ、例えば鋸刃の回転数、鋸引き深さ６８（図１参照）、鋸刃のタイプなどを調整することができる。工作機械監視装置によって監視される処理パラメータ、例えば鋸引き深さ６８を調整ユニット２６によって、オペレータにより設定された値に維持することができる。出力ユニット１８によってオペレータには、監視する処理パラメータに関する情報が通知される。これらの情報をＬＥＤディスプレイに表示することができる。処理パラメータが事前に設定された閾値に達すると、および／または所定の使用状況において例えば未加工品が逆さまに設置された場合、ユーザにはスピーカ２２を介して伝達される音響信号により情報が通知される。超広帯域の受信信号３４を評価することによって、未加工品の寸法、湿度のような別の処理パラメータを測定および／または監視することも考えられる。

図７は、丸鋸１０として構成された工作機械と、工作機械監視装置７０の別の実施例を示す。上記の実施例と同じように、工作機械監視装置７０は、超広帯域モードのための信号ユニット７２を有する。信号ユニット７２は第１の超広帯域レーダセンサ７４を有する。この第１の超広帯域レーダセンサ７４は図７に示された丸鋸１０の基本設置箇所内で、未加工品５０を載置するための水平方向に配向された作業面１４の下方に配置されている。ここで超広帯域レーダセンサ７４は、有利にはプラスチックケーシングとして構成されたケーシング１２内にあり、エンドオペレータには見えないように配置されている。この実施例では、作業面１４により垂直方向上方には隠されている。このように隠して配置することにより、エンドオペレータが不所望に誤操作することが有利に回避される。信号ユニット７２はさらに少なくとも１つのセンサ７８を有し、このセンサも同様に超広帯域レーダセンサとして構成されている。このセンサ７８は丸鋸１０の基本設置箇所内で、作業面１４の上方に配置されている。ここでセンサ７８の投影は、垂直方向７６に作業面１４上にある。要約すると、超広帯域レーダセンサ７４と別のセンサ７８は、丸鋸１０として構成された工作機械の基本設置箇所で作業面１４の両側に配置されている。ここでセンサ７８と超広帯域レーダセンサ７４は作業面１４によって相互に分離されている。センサ７８は保持装置８０によって、作業面１４から直立した位置に保持されている。

本明細書全体を通じて、概念「上、下、上方、下方」等は、図１と図７に示した丸鋸１０の基本設置箇所を基準にする。

図７の実施例で、センサ７８から送信信号８１が下方に作業面１４の方向に照射される。空気と未加工品５０の媒体との間の境界面では、未加工品５０の材料に依存して信号成分８２が反射され、および／または信号成分８４が未加工品５０の媒体を透過する。信号成分８２は、上方に向けられた垂直成分を備えるビーム方向８６を有する。信号成分８２はセンサ７８によって検出される。信号成分８４は、下方に向けられた垂直成分を備えるビーム方向８８を有する。ここで信号成分８４は、未加工品５０の媒体を透過した後、作業面１４の下方に配置された超広帯域レーダセンサ７４によって検出される。要約すると、超広帯域レーダセンサ７４と別のセンサ７８は、少なくとも信号成分８２，８４を検出するように構成されたセンサシステムを形成する。これらの信号成分は、未加工品５０での反射ないしは未加工品５０の透過に基づいて２つの異なるビーム方向８６，８８を有する。

図示の実施例で、超広帯域レーダセンサ７４と別のセンサ７８はそれぞれ信号の送信と受信のために設けられている。ここでは、送信信号８１が択一的にまたは付加的に超広帯域レーダセンサ７４から送信され、未加工品５０で反射された信号成分が超広帯域レーダセンサ７４により再び検出され、未加工品５０を透過した信号成分がセンサ７８により受信されることが考えられる。択一的構成では、センサ７８が単に送信のためにだけ構成されており、信号ユニット７２が付加的に別のセンサを作業面１４の上方に有し、このセンサは未加工品５０で反射された送信信号８１の成分を受信するように構成されている。この場合、超広帯域レーダセンサ７４は単に、未加工品５０を透過した送信信号８１の成分だけを受信するように構成することができる。基本的に上記および後続の説明は、超広帯域レーダセンサ７４とセンサ７８が相互に交換された場合でも相応に適用することができる。

工作機械監視装置７０は、超広帯域レーダセンサ７４と別のセンサ７８により形成されるセンサシステムに加えて、さらに別のセンサ９０を有する。このセンサ９０はとりわけ容量性センサとして構成されている。択一的にセンサ９０は誘導性センサまたは機械センサとして構成することができる。このセンサは、未加工品５０が作業面１４の上に存在すること、および／またはオペレータの身体部分が鋸刃１６の危険ゾーンに存在することを感知し、上記のセンサシステムの監視機能をサポートする。センサ９０は例えば、信号ユニット７２と接続したアクチュエータユニット６１（図８参照）の誤トリガを回避するために使用することができる。このアクチュエータユニット６１は、例えば調整ユニット２８の安全措置を実行する。アクチュエータユニット６１のトリガは、センサシステムとセンサ９０の識別信号が存在する場合に初めて行う。

図示の実施例で、工作機械監視装置７０は別のセンサ９２を有し、このセンサは赤外線ビームを検出するために設けられている。センサ９２により、身体組織が丸鋸１０の危険ゾーン存在することを、温度パラメータの検出に基づいて識別することができる。さらにセンサ９２によって鋸部分の温度を検出することができる。別の実施例では、センサ９２を画像検出ユニット、例えばビデオカメラとして構成することも考えられる。画像検出ユニットは信号ユニット７２の超広帯域センサシステムを材料識別の際に、とりわけ身体組織が監視領域に存在することの識別の際にサポートする。赤外線センサと画像検出ユニットを組み合わせて使用することも考えられる。センサ９２は同様に、アクチュエータユニット６１の誤トリガを回避するための冗長的識別センサとして使用することができる。

図示の実施例は超広帯域センサシステムに対して２つの付加的センサ９０と９２を備える。センサシステムを備える工作機械監視装置７０に、１つの付加的センサ９０または９２だけを設けることも考えられる。さらに信号ユニット７２はユニット９４を有する。このユニット９４も同様にオプションとして使用することができ、信号ユニット７２から放射された送信信号８１を集束するのに用いられる。これにより丸鋸１０の領域を監視することができる。この領域は潜在的危険ゾーンを所期のように画定する。

ユニット９４はこのために少なくとも１つのレンズエレメントを有する。このレンズエレメントは、レーダ領域の電磁波を偏向するように構成されている。レンズエレメントはレンズ、とりわけプラスチック製の湾曲構成部材として構成することができる。この構成部材は、空気の誘電率とプラスチックの誘電率との間の移行値を有し、所望の波長領域のビームを偏向する。レンズエレメントは、センサ７８のケーシングと一体的に構成することができる。さらに送信信号８１は潜在的危険ゾーンに、センサ７８のアンテナの特別の配向によって所期のように向けられる。

超広帯域レーダセンサ７４またはセンサ７８がアンテナアレイとして構成されている場合、位相シフト手段が設けられており、この位相シフト手段が個々のアンテナ素子３６間の相対位相を調整すれば、放射された信号を集束することができる。さらに危険ゾーンで身体部分、例えば指を識別した後、ユニット９４によってこの身体部分へのフォーカシングおよびこの身体部分の追跡を行うことができる。

超広帯域レーダセンサ２を備える信号ユニット２４の機能に関する図３の上記説明は、センサ７８を備える信号ユニット７２に対しても同様に適用される。このことは図８に示されている。ここで同じ機能を備える構成部材には同じ参照符合が付してある。以下の説明は、図３の実施例との相違点だけについて述べられる。信号ユニット７２は手段９６を有し、この手段はエネルギ節約モードで送信信号８１に対するデューティ比を設定する。

このことを図９に基づき説明する。時点ｔ＝０から始まって、持続時間τの間、パルス期間の短いパルスのシーケンスによって送信信号８１が上に説明したように形成される。時間τの後、時点ｔ＝Ｔまで、すなわち持続時間Ｔ−τの間、送信信号８１の送信は阻止される。時点ｔ＝Ｔからはそれぞれ期間Ｔの周期が反復される。ここで送信信号８１は持続時間τの間、再びオンにされる。手段９６によって、デューティ比τ／Ｔ、ないしは（Ｔ−τ）／Ｔを調整することができる。とりわけデューティ比は、電磁適合性（ＥＭＣ）の法規制値が遵守され、それでもなお十分な安全性が達成されるように調整される。エネルギ消費を低く抑えるために、信号ユニット７２は丸鋸１０がスイッチオンされて初めて、および／または丸鋸１６の駆動が手動でスタートされて初めて、および／または未加工品５０の存在がセンサ９０によって識別されて初めてオンすることができる。

さらに信号ユニット７２には別のユニット９８が設けられており、このユニットはListen-Before-Talk機能を実行する。鋸刃１６の駆動と信号ユニット７２の監視モードのスタート前に、ユニット９８によってセンサ７８の使用周波数領域が、別の業務、例えばGSM業務またはUMTS業務との関連で探し求められる。この種の外部業務が識別されると、この外部業務ないしは信号ユニット７２を保護するための措置を執ることができる。

工作機械監視装置２３，７０は利点と共に別の定置型工作機械、例えば帯鋸、マイター鋸、グライディングマシンなどに使用することができる。さらには手持ち式の工作機械、例えば丸鋸、糸鋸、チェーンソーなどにおける工作機械監視装置に使用することも考えられる。工作機械監視装置は信号ユニットによって、危機的な使用状況、例えば手持ち式丸鋸のキックバックの際の有利な保護を提供することができる。

図１０は、センサ７８から送信される送信信号８１の生成を示す。信号ユニット７２は送信ユニット１００を有し、この送信ユニットは段階的周波数変調により送信信号８１を形成する。図１０に示された線図は、送信信号８１の周波ｖを、持続時間Ｄの時間シーケンスの時間ｔの関数として示す。図示のシーケンスでは、下側周波数ｖ１と上側周波数ｖ２との間の超広帯域周波数領域にわたる周波数ｖがステップ状に変化され、とりわけ周波数ｖはステップ状に離散的時点ｔｉで増大される。このことは詳細に説明しない調整可能な発振器によって行われ、この発振器の出発周波数は上昇される。

別の変形実施例では、超広帯域レーダセンサ７４ないしはセンサ７８が複数のアンテナ素子３６を有することが考えられ、これらのアンテナ素子３６はアレイ構成に配置されている。例えばアンテナ素子３６が運動面の両側に、すなわち鋸刃１６として構成された工具の回転面の両側に配置されたアレイ構成を設けることができる。これにより工具の両側に監視領域を設定することができる。

超広帯域レーダセンサ７４が複数のアンテナ素子３６．１、３６．２を有し、これらのアンテナ素子が作業面１４の下方に配置されたセンサユニット７２の実施例が、図１１に示されている。この実施例では、第１アンテナ素子３６．１から送信信号８１が方向性を以て送信される。この方向は水平の作業面１４に対して斜めに配向されている。これにより、作業面１４に載置された媒体、とりわけ未加工品５０の誘電率を検出することができる。送信信号８１を送信するアンテナ素子３６．１の送信方向は、図平面に相応する垂直面内に、未加工品表面に対する垂線と角度α１を形成する送信信号８１の一部は、空気と未加工品５０との間の境界面で反射され、一部は未加工品５０を透過する。ここで透過ビームは、未加工品表面に対する同じ垂線と角度α２を形成する。この透過ビーム成分１０２は、未加工品５０と空気との第２の境界面で反射される。

アンテナ素子３６．２とアンテナ素子３６．１との位置選択により、すなわちアンテナ素子３６．２とアンテナ素子３６．１との水平距離Ｘの選択により、第１の境界面で反射されるビーム成分１０４だけが検出される。これにより未加工品５０の媒体の反射率を検出することができる。偏波が種々異なる送信信号８１の下で反射率を検出することにより、未加工品５０の媒体の誘電率を検出することができる。この誘電率は、信号ユニット７２の計算ユニット４０によって求められる。

さらにアンテナ素子３６．２を水平方向にスライドし、アンテナ素子３６．２が第２の境界面で反射されたビーム成分１０２を検出するように距離Ｘを選択することができる。このスライド距離を求めることにより、角度α２および未加工品５０の厚さｄを求めることができる。この厚さｄも、信号ユニット７２の計算ユニット４０によって求められる。

択一的にまたは付加的に、２つのビーム成分１０２，１０４を検出することのできる受信角を備えるようにアンテナ素子３６．２を構成することも考えられる。ここでは送信信号８１をパルス状送信信号として構成することができ、送信信号８１の伝搬時間検出によって、２つの信号成分を区別することができる。

さらに付加的アンテナ素子３６の使用も考えられる。この付加的アンテナ素子は、第２の境界面で反射された信号成分１０２を所期のように検出するよう構成されており、これによりさらに２つの信号成分１０２，１０４を区別することができる。

Claims (24)

1. 超広帯域動作のために設けられている信号ユニット（２４；７２）を少なくとも１つ有することを特徴とする工作機械監視装置であって、
   前記信号ユニット（２４；７２）は、少なくとも１つの超広帯域レーダセンサ（２９；７４）を有し、
   少なくとも１つの別のセンサ（７８，９０，９２）が設けられており、
   前記少なくとも１つの別のセンサ（７８，９０，９２）は、容量性センサまたは誘導性センサまたは機械センサまたは光学センサであり、
   前記信号ユニット（７２）は、Listen-Before-Talk機能を有する
   ことを特徴とする工作機械監視装置。
2. 請求項１記載の工作機械監視装置において、
   前記信号ユニット（２４；７２）は、身体組織または動物組織を識別するために設けられている工作機械監視装置。
3. 請求項１または２記載の工作機械監視装置において、
   前記少なくとも１つの超広帯域レーダセンサ（７４）は、工作機械基本設置箇所内で、未加工品（５０）を位置決めするための工作機械作業面（１４）の下方に配置されている工作機械監視装置。
4. 請求項１から３までのいずれか１項記載の工作機械監視装置において、
   前記少なくとも１つの別のセンサ（７８）は、超広帯域レーダセンサとして構成されている工作機械監視装置。
5. 請求項１から４までのいずれか一項記載の工作機械監視装置において、
   前記少なくとも１つの別のセンサ（７８）は、工作機械基本設置箇所内で、未加工品（５０）を位置決めするための工作機械作業面（１４）の上方に配置されている工作機械監視装置。
6. 請求項１から５までのいずれか一項記載の工作機械監視装置において、
   前記少なくとも１つの超広帯域レーダセンサ（７４）と前記少なくとも１つの別のセンサ（７８）は、工作機械基本設置箇所内で、未加工品（５０）を位置決めするための工作機械作業面（１４）の両側に配置されている工作機械監視装置。
7. 請求項１から６までのいずれか一項記載の工作機械監視装置において、
   前記少なくとも１つの超広帯域レーダセンサ（７４）と前記少なくとも１つの別のセンサ（７８）はセンサシステムを形成し、
   該センサシステムは、加工すべき未加工品（５０）を透過する信号成分（８４）と、加工すべき未加工品（５０）で反射される信号成分（８２）を検出するように構成されている工作機械監視装置。
8. 請求項７記載の工作機械監視装置において、
   前記センサシステムには、少なくとも１つの付加的なセンサ（９０，９２）が設けられている工作機械監視装置。
9. 請求項１から８までのいずれか一項記載の工作機械監視装置において、
   前記信号ユニット（７２）のビームを集束するためのユニット（９４）が設けられている工作機械監視装置。
10. 請求項１から９までのいずれか一項記載の工作機械監視装置において、
    前記信号ユニット（７２）は、少なくともエネルギ節約モードで前記送信信号（３２）に対するデューティ比（τ／Ｔ）を設定する手段を有する工作機械監視装置。
11. 請求項１から１０までのいずれか一項記載の工作機械監視装置において、
    前記信号ユニット（２４；７２）は、パルス（４８）の列（４６）を有する信号（３２，３４）を処理するために設けられている工作機械監視装置。
12. 請求項１から１１までのいずれか一項記載の工作機械監視装置において、
    前記信号ユニット（７２）は、段階的に周波数変調された信号（８１）を形成するために設けられている工作機械監視装置。
13. 請求項１から１２までのいずれか一項記載の工作機械監視装置において、
    前記信号ユニット（２４；７２）は、検出された信号（３４）に使用状況（５２，５８）を、ファジーロジックおよび／またはニューラルロジックに基づく信号処理によって対応付ける計算ユニットを有する工作機械監視装置。
14. 請求項１から１３までのいずれか一項記載の工作機械監視装置において、
    前記信号ユニット（２４；７２）はデータバンク（４４）を有し、
    該データバンク（４４）では使用状況（５２，５８）に少なくとも１つの信号パターン（５４，５９）が対応付けられている工作機械監視装置。
15. 請求項１から１４までのいずれか一項記載の工作機械監視装置において、
    前記信号ユニット（２４；７２）はプログラム可能なデータバンク（４４）を有し、
    該データバンク（４４）では、加工処理プロセスの際の使用状況（５２，５８）に、前記加工処理プロセスを変更するための措置（５６，６０）が対応付けられている工作機械監視装置。
16. 請求項１から１５までのいずれか一項記載の工作機械監視装置において、
    前記信号ユニット（２４；７２）は、未加工品処理における作業進行を検出するために設けられている工作機械監視装置。
17. 請求項１から１６までのいずれか一項記載の工作機械監視装置において、
    前記信号ユニット（２４；７２）は、距離（６２，６４）を検出するために設けられている工作機械監視装置。
18. 請求項１から１７までのいずれか一項記載の工作機械監視装置において、
    前記信号ユニット（２４；７２）は、加工処理すべき未加工品処理（５０）の速度（ｖ）を検出するために設けられている工作機械監視装置。
19. 請求項１から１８までのいずれか一項記載の工作機械監視装置において、
    監視情報をオペレータに出力する電子的出力ユニット（１８）が設けられている工作機械監視装置。
20. 請求項１から１９までのいずれか一項記載の工作機械監視装置において、
    少なくとも１つの監視情報を入力するための電子的入力ユニット（２０）が設けられている工作機械監視装置。
21. 請求項１から２０までのいずれか一項記載の工作機械監視装置において、
    未加工品処理プロセスの少なくとも１つのパラメータ（６８）を調整する調整ユニット（２６）を有する工作機械監視装置。
22. 請求項１から２１までのいずれか一項記載の工作機械監視装置において、
    前記信号ユニット（２４；７２）と接続されており、安全措置を実行するアクチュエータユニット（６１）が設けられている工作機械監視装置。
23. 請求項１から２２までのいずれか一項記載の工作機械監視装置において、
    前記信号ユニット（７２）は少なくとも１つの動作モードで、少なくとも２つのビーム成分（１０２，１０４）の群から少なくとも１つのビームを評価するために用いられ、
    前記少なくとも２つのビーム成分は、媒体の少なくとも２つの境界面での信号の反射により相互に空間的に分離されている工作機械監視装置。
24. 請求項１から２３までのいずれか一項記載の工作機械監視装置を備える工作機械。

Images