JP6560528B2 - 成形装置及び成型装置を作動させる方法 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、機械ベッドと、工具を保持するための工具ホルダであって、機械ベッドに対して可動に搭載された工具ホルダと、工具ホルダに接続されたドライブユニットと、ドライブユニットを作動させるための機械制御部と、工具ホルダの移動を監視し、予め設定可能な監視事象が起こった場合に、ドライブユニットの上流の断路器ユニットにシャットダウン信号を提供するように設計されたモニタリングデバイスとを有する成形装置であって、モニタリングデバイスは、少なくとも１つの放射源と、放射源に対向して搭載された幾つかの放射検出器とを含み、放射源から放出されるビームの少なくとも一部分は、工具の加工用エッジに沿って整列され、モニタリングデバイスは、それぞれが機械ベッドに対する工具ホルダの位置を判定するために位置信号を送出するように設計される第１の距離測定システム及び第２の距離測定システムをさらに備え、機械制御部はドライブユニットを作動させるために第１の距離測定システムに接続される、成形装置に関する。本発明はまた、成形装置を作動させるための方法に関する。

独国特許出願公開第１０２００４０５８４７２号明細書は、安全デバイス、及び、第１の機械部品が第２の機械部品に対して作業移動を実行する機械においてオーバートラベル距離を判定するための方法を開示する。この場合、機械は、少なくとも第１及び第２の光バリアを含む。２つの光バリアは、作業移動において第１の機械部品を伴う。ここで、第１の光バリアは、第１の機械部品に先行して第１の距離に延び、第２の光バリアは、第１の光バリアから第２の距離に配列される。また、第１の光バリアが遮断されると第１の機械部品の作業移動を停止するように設計されるコントロールユニットが設けられる。また、試験ユニット及び阻止ユニットが設けられ、それにより、試験ユニットを用いて、第１の機械部品が停止した後に、第２の光バリアが遮断されるかどうかをチェックすることが可能である。阻止ユニットは、試験ユニットからの試験結果に応じて作業移動を阻止するように機能する。

独国特許出願公開第１０２００４０５８４７２号明細書では、独国実用新案第２０２ １７ ４２６号明細書に対して言及がなされ、該独国実用新案第２０２ １７ ４２６ 号明細書は、ドライブユニットがシャットダウンされるときの、工具のオーバートラベル距離の判定に関し、この目的のために、ＣＮＣ制御及び関連する距離測定システムの使用を開示している。独国特許出願公開第１０２００４０５８４７２号明細書は、この手順の欠点として、関連する安全規定、具体的には欧州規格ＥＮ９５４−１に適合するオーバートラベル距離についての確実な判定及び監視を保証するためにかなりのコストがかかると考えている。

国際公開第０１／９２７７７号は、第１の機械部品が第２の機械部品に対して作業移動を実行する曲げプレス等の機械用の保護デバイスを開示し、保護デバイスは、機械部品間に位置決めされ、可動機械部品に取り付けられる光電バリア構成を有し、光ビームが遮断される場合に可動機械部品の作業移動を停止するための停止デバイスを有し、他方の機械部品によって光ビームが遮断される少なくとも直前に停止デバイスを非アクティブ化する非アクティブ化デバイスを有し、速度測定デバイスは、可動機械部品のために設けられ、非アクティブ化デバイスは、予め設定可能な限界速度未満で停止デバイスを少なくとも部分的に非アクティブ化するための手段を有し、可動機械部品の作業移動用の制御ユニットは、他方の機械部品によって光ビームが遮断される直前に速度を限界速度未満に減少させる。

欧州特許出願公開第２６４４９６２号明細書は、より低い安全レベルに位置する距離測定システムからの情報が、適切に配列された光電バリアについての的を絞った評価によって提供されるローカル情報を用いて確認される成形装置を開示し、光電バリア及び関連する評価ユニットは、機械制御部が速い工具移動から遅い工具移動に切り替えるかどうか、また、安全指向光電バリアの抑制が可能であるかどうかを決定することを可能にするために、より高い安全レベルに位置付けられている。

本発明の課題は、成形装置及び成形装置を作動させる方法を提供することにあり、監視されている事象が起きた場合に、ドライブユニットの安全指向シャットダウンを、最小の技術的経費によって、また工作物の取扱性を損なうことなく達成することができる。

この課題は、請求項１の特徴によって、上述されるタイプの成形装置に関する本発明の第１の態様により解決される。ここで、第１の距離測定システムが、第１の速い作業サイクルで第１の位置信号を周期的に提供するように設計されること、及び、第２の距離測定システムが、第２の遅い作業サイクルで第２の位置信号を周期的に提供するように設計されることが実現され、モニタリングデバイスは、第１及び第２の位置信号を比較するように設計され、それにより、機械ベッドに対して工具ホルダが予め設定可能な位置に到達したことを示す第１の距離測定システムの位置信号の存在下で、第２の位置信号との比較が行われ、比較時に、第１の位置信号と第２の位置信号との差が予め設定可能な許容範囲内である場合、少なくとも１つの放射検出器の非アクティブ化が起こるため、機械ベッドに対する工具ホルダの閉鎖移動が継続され得る。

第１の距離測定システムは、リアルタイムで又は少なくともほぼリアルタイムで位置信号を提供するように設計される。この第１の位置信号を使用することによって、機械制御部は、工具ホルダの実際の現在位置に基づいて、又は時間的にごくわずかに遅延する工具ホルダの位置に関する情報に基づいて、ドライブユニットを制御することができる。例えば、工具ホルダの最大移動速度が２００ｍｍ／ｓであること、及び、第１の位置信号が、第１の距離測定システムにおいて１０００Ｈｚの作業サイクルで測定され、したがって、１ｍｓの遅延で機械制御部に提供されることが推定される。機械制御部における第１の位置信号の処理は、例えば１ｍｓで行われる。その結果、２００ｍｍ／ｓの工具ホルダの最大速度における２ｍｓの位置信号の使用についての総合時間遅れに基づく、第１の距離測定システム及び機械制御部内の遅延に起因する雌型の制御についての位置誤差は、０．４ｍｍである。しかしながら、この第１の位置信号はまた、技術的設計要因又は第１の距離測定システムの取り付けによる更なる誤差を有する場合があり、それにより、機械制御部は、ドライブユニットの制御において、不正確な位置データを使用している場合がある。第１の位置信号の精度を検証するために、本発明によれば、第２の距離測定システムの第２の位置信号を使用する。第２の距離測定システムは、より高い精度及び信頼性を有する第２の位置信号を提供するように設計される。第２の距離測定システムの作業サイクルは、例えば、１００Ｈｚであると推定され得るが、第２の距離測定システムの作業サイクルが遅いことに起因して、２００ｍｍ／ｓの工具ホルダの最大速度において２ｍｍの位置誤差をもたらし得る。第２の距離測定システムの第２の位置信号のみを使用することは、成形装置上での使用時に、機械制御部によるドライブユニットの制御について、制限された適合性のみを有することになる。その理由は、遅延した信号が提供されるため、機械ベッドに対する工具ホルダについての許容できない位置誤差が生じることになるからである。本発明によれば、第２の位置信号が、第１の位置信号を確認するために使用されるため、例えば、少なくとも１つの放射検出器が非アクティブ化され得るかどうかに関しての判定が、モニタリングデバイスによって行われなければならない予め設定可能な位置において、２つの位置信号の比較により、機械制御部が使用する第１の位置信号が予め設定可能な許容範囲内で正しいかどうかを判定することができる。許容範囲は、例えば、２つの位置信号間の距離の差を含み得る。したがって、モニタリングデバイスは、位置信号の比較が第１の位置信号と第２の位置信号との差が予め設定可能な許容範囲内であることを示す場合、機械ベッドに対する工具ホルダの閉鎖移動を許容し続け得る。そうでなければ、モニタリングデバイスは、シャットダウン信号を断路器ユニットに提供して、更なる移動、特に、機械ベッドに対する工具ホルダの閉鎖移動を停止するように設計される。これは、第１の位置信号と第２の位置信号との比較に基づいて、予め設定される許容範囲に対応する差が上回った場合に生じ、ドライブユニットを制御するために機械制御部によって使用される第１の位置信号が不正確であることが推測されなければならない。

本発明の有利な発展形態は、従属請求項の主題である。
本発明の変形例では、第１の距離測定システムが、又は第１の距離測定システム及び機械制御部が、安全規格の第１の安全カテゴリに従って設計されること、及び、モニタリングデバイス及び断路器ユニットが第２の距離測定システムと共に、安全規格の第２の安全カテゴリに従って設計される安全動作システムを形成し、第２の安全カテゴリが、安全規格内で第１の安全カテゴリより高いレベルに位置することが実現される。

利用可能な安全規格は、例えば、ＥＮ ＩＳＯ １３８４９−１及びＥＮ／ＩＥＣ ６２０６１等の国内規格又は国際規格であり、該規格では、例えば、監視事例における機械及び関連する機械構成要素の信頼性及び／又は規定された挙動についての要件が指定され、構成要素の動作信頼性又は耐故障性が、互いに明確に境界決定することが通常可能である安全クラス又は安全カテゴリに分類される。通常、安全規格の特定の安全カテゴリに割当てられる構成要素は、その目的のために、製造業者及び／又は独立の試験センターによって試験されるべきであり、必要な場合には、その構成要素が関連する安全カテゴリの全ての要件を満たすかどうかについて証明されるべきである。実際には、これは、例えば、より高い安全カテゴリに割当てられる構成要素が、より低い安全カテゴリに割当てられる構成要素に比べて高い信頼性、したがって、低い故障発生度を有することを意味し得る。

それぞれ所望される安全カテゴリの要件に対する機械構成要素の設計は、構成要素の設計及び製造においてかなりの費用を伴い得るが、該当する場合、これらの構成要素を関連する機械に統合するときにも、機械生産コストに悪い影響を及ぼし得る。したがって、安全規格の高い安全カテゴリに適合するように設計される考えられる最小数の機械構成要素を有することが好都合であり、残りの機械構成要素はより低い安全カテゴリに適合するように設計され、したがって、費用がより安価である。

モニタリングデバイス、断路器ユニット、及び第２の距離測定システムが第２のより高い安全カテゴリに分類されるため、信号、特に、第２の位置信号の提供及び処理が、第１のより低い安全カテゴリに属する第１の距離測定システム及び機械制御部の場合よりも低い速度で行われることも許容されなければならないことも考慮される。したがって、第２の距離測定システムは、第２の位置信号をリアルタイムで又はリアルタイムと比較して最小の遅延で提供できない。その代わりに、必要な安全アーキテクチャのために、より遅い信号処理が第２の距離測定システムについて許容されなければならず、このことが、第２の距離測定システムの作業サイクル用のより低い周波数を正当化する。

本発明によれば、安全動作システムについてのシステム限界は、安全動作システム内の構成要素の数及び安全動作システムのコストを最小限に維持するために、共通の高い安全カテゴリに適合するように設計される成形装置の構成要素の群の周りに厳密に描かれる。

ここで、機械ベッドに対する工具ホルダの移動を監視するモニタリングデバイスのみが、監視事例においてドライブユニットに対する電力供給を遮断するように設計される断路器ユニット及び第２の距離測定システムと共に、安全動作システムの部品として設けられる。好ましくは、モニタリングデバイスは、機械制御部における大規模な介入を必要とすることなく、組み込んで既存の成形装置を改造することも可能な独立の構成要素として設計される。特に、モニタリングデバイスが、工具を保持するために設けられる工具ホルダに対して、手動又は電動調整用の機構によって取り付けられることが好ましい。モニタリングデバイスはまた、機械制御部と通信するように設計される。このことは、例えば、工具固有のパラメータ、例えば、工具の範囲、及び、嵌合工具に向かう工具の閉鎖方向に沿って機械ベッドに固定されるべき嵌合工具の範囲、同様に該当する場合、機械加工される工作物の材料厚をモニタリングデバイスに提供することを可能にするため、モニタリングデバイスは、閉鎖方向に沿って工具ホルダ上で適切に位置決めされ得る。

機械制御部及び第１の距離測定システムを用いて、機械ベッドに対する工具ホルダの位置が判定され、機械ベッドに向かう工具ホルダの接近中に予め設定可能な相対位置に到達すると、試験信号が提供される。第１の距離測定システムを用いて、機械ベッド又は機械ベッドに取り付け可能な嵌合工具に対する、閉鎖方向に沿った工具ホルダの位置が制御又は調節され得る。ここで、以下でコメントするように又は単純化するため、機械ベッドという用語に対する限定が行われる。機械ベッドは、設けられる任意の嵌合工具を含むことも意図される。ここで、第１の距離測定システム及び機械制御部は、成形装置の概念が基礎とする安全規格の観点から、安全規格によって要求される信頼性によって、オペレータに対する傷害が排除される成形装置の動作を保証するのにそれ自体が適切に安全であるとは考えられない。したがって、機械制御部は、その技術的な安全監視のためではなく、成形プロセスの制御又は調節のために主に設けられる。

機械制御部は、安全規格によって要求される信頼性によってオペレータに対する傷害が排除され得る安全機能に関して、機械ベッドに向かう工具ホルダの接近中に予め設定可能な相対位置に到達すると、試験信号がモニタリングデバイスに提供されるという効果に寄与する。この試験信号は、機械制御部が安全規格内で採用する安全カテゴリに割当てられるべきものである。機械制御部の安全カテゴリが、本発明によればモニタリングデバイスの安全カテゴリよりも低いため、試験信号もまた、「安全でない（ｕｎｓａｆｅ）」として口語的に呼ばれる。試験信号は、モニタリングデバイスにおいて、モニタリングデバイスの安全カテゴリによって実施されるべき予め設定された試験ステップを引き起こすように機能し、その予め設定された試験ステップを用いて、機械ベッドに対する工具ホルダの実際の位置に関するステートメントが行われ得る。このステートメントは、モニタリングデバイスの安全カテゴリのレベルで行われ、したがって、「安全な（ｓａｆｅ）」ステートメントとして口語的に呼ばれる。この「安全な」ステートメントの場合、モニタリングデバイスは、第２の距離測定システムの第２の位置信号を使用する。しかしながら、この第２の位置信号は、遅延がある状態でだけ提供されるため、モニタリングデバイスは、時間遅延した第２の位置信号を、リアルタイム又は少なくともほぼリアルタイムで提供された第１の位置信号と比較し、第１の位置信号と第２の位置信号との差が予め設定された許容範囲を超えない場合、ポジティブな比較結果に達するように構成される。この場合、工具ホルダの移動が継続され得るように、モニタリングデバイスが断路器ユニットのアクティブ化を不要にすることが可能である。モニタリングデバイスはまた、この場合、工具ホルダによって保持される工具と機械ベッド又は機械ベッドに割当てられる嵌合工具との間の、残りの作業間隔を保護するために設けられる１つ又は複数の放射検出器を非アクティブ化し得る。これに関連して、作業間隔が閉鎖するにつれて、放射源及び放射検出器を用いて監視されなければならない危険ゾーンも減少するため、個々の放射検出器の連続的な非アクティブ化又は消失が起こり得ることが推測される。

通常、危険ゾーンは、工具の加工用エッジから閉鎖方向に機械ベッドまで延在する空間の実質的に立方状の部分を含み、該部分は、機械ベッドに対する工具の作業移動中に減少し、身体部分の圧壊のリスクをもたらす。好ましくは、モニタリングデバイスは、危険ゾーンを監視するためのみならず、危険ゾーンを境界付けし、閉鎖移動方向を横断する方向に延在する安全ゾーンを監視するためにも設計される。この安全ゾーンは、好ましくは、閉鎖移動方向を横断する方向の範囲において可変である。好ましくは、この方向における安全ゾーンの範囲は、工具と機械ベッドとの間の距離に応じて、かつ／又は、機械ベッドに対する工具の移動速度に応じて変動する。安全ゾーンの範囲は、放射検出器の配置によって、また、モニタリングデバイスによる個々の放射検出器からの信号の積分によって決定される。

本発明の更なる変形例では、第２の距離測定システムが、互いに独立した少なくとも２つの内部距離信号に基づいて、又は、１つの内部距離信号及び１つの外部距離信号、特に第１の位置信号に基づいて、第２の位置信号を生成するために設計されることが実現される。第２の位置信号の確実な提供を可能にするために、第２の距離測定システムは、ガラス製定規等の実量器又は実量器をスキャンするためのスキャニングセンサが正しく配置され、正しく働いているかどうかを検証できるように、少なくとも一つの制御データを必要とする。この目的のために、第２の距離測定システムが互いに独立に測定された２つの内部距離信号を処理すること、又は、第２の距離測定システムが内部で測定された距離信号を第１の距離測定システムの位置信号と比較すること、のいずれかが実現され得る。例として、１つ又は複数の内部距離信号の提供がリアルタイムで行われ、一方、該当する場合、１つ又は複数の内部距離信号及び第１の位置信号の処理が、第２の距離測定システムの安全指向設計に起因してある遅延後にのみ起こり、その遅延が、その後、予め設定可能な許容範囲の枠内で、モニタリングデバイスにおける第１の位置信号と第２の位置信号との比較において考慮されることが推測される。

第１の放射検出器が、第１の移動速度、特に迅速横断からドライブユニットをシャットダウンさせる間に、少なくとも工具ホルダのオーバートラベル距離に対応する工具の加工用エッジからの距離に、工具ホルダの閉鎖移動の方向に沿って配置されるときが有利である。第１の放射検出器についての問題は、ドライブユニットがオーバートラベル距離内で、すなわちドライブユニットが工具ホルダを第１の移動速度から停止状態まで制動するのに必要とされる制動経路内で、ドライブユニットの安全なシャットダウンを保証することにある。例えば、第１の放射検出器に作用するビームが、例えば危険ゾーン内に到達したオペレータの手によって遮断される場合、工具ホルダは、ユーザの手が工具と機械ベッドとの間で圧壊されることを防止するために十分に迅速に停止状態とされることが保証されなければならない。

第２の態様によれば、本発明の課題は、請求項１〜６のいずれか一項に従って設計される、成形装置を作動させるための方法によって解決される。ここで、以下のステップ、すなわち、第１の移動速度での機械ベッドに対する工具ホルダの接近移動を実行するステップと、モニタリングデバイスによって幾つかの放射検出器の放射適用を監視するステップと、第１の距離測定システムからの位置信号を用いて機械制御部によって閉鎖移動の方向に沿った工具ホルダの位置を判定するステップと、機械制御部により予め設定可能な相対位置に到達したと判定されると、機械制御部からモニタリングデバイスに試験信号を提供するステップと、モニタリングデバイスにおいて第１の位置信号を第２の位置信号と比較するステップと、比較が第１の位置信号と第２の位置信号との差が予め設定可能な許容範囲内であることを示すときに少なくとも１つの放射検出器を非アクティブ化するステップであって、それにより、機械ベッドに対する工具ホルダの閉鎖移動が継続されることができる、非アクティブ化するステップとが提供される。

本発明の更なる変形例では、機械制御部によってモニタリングデバイスに試験信号が提供された後に、第１の位置信号と第２の位置信号との差が予め設定可能な許容範囲内であることを位置信号の比較が示す場合、第２の低い移動速度へのドライブユニットの制動が行われ、第２の移動速度への制動の開始によって、閉鎖移動の方向を横断する方向に整列される第１の放射検出器と共通の第１の平面内に配置される放射検出器についての非アクティブ化が行われることが実現される。本発明によれば、機械制御部及び関連する距離測定システムの安全カテゴリにしたがって、機械制御部が利用可能な「安全でない」情報を用いて、工具が、変形される工作物からの少なくともオーバートラベル距離によって依然として位置決めされていると機械制御部が推定しなければならないときに、機械制御部からの試験信号が提供される。機械制御部のこの推定が、第１及び第２の距離測定システムの位置信号の比較を介してモニタリングデバイスによって確認できる場合には、第１の移動速度から第２の移動速度への工具ホルダの制動が生じ、これにより、工具は、工作物に接触すると、工作物の変形にとって有利である第２の移動速度に確実に達している。

本方法の更なる変形例では、第２の移動速度への制動の開始時に、第１の平面に平行な第２の平面内において第１の平面よりも工具の加工用エッジから近い距離に配置される少なくとも１つの放射検出器が、予め設定可能な時間が経過した後に非アクティブ化されることが実現される。第２のレベルで配置される１つ又は複数の放射検出器は、機械制御部による試験信号の提供時の後に、安全ゾーン又は危険ゾーンを監視するように機能する。試験信号が提供された直後に、全ての場合に、工具ホルダの制動が起こって、工作物の機械加工を実施するか、又は、成形装置を安全状態にもたらすことから、安全ゾーン及び危険ゾーンを監視するための要求は、この時点以降低いため、第２のレベルで配置される１つ又は複数の放射検出器であって、安全ゾーン内に、したがって危険ゾーンに先行して配置される放射検出器を特に含み得る、１つ又は複数の放射検出器による時間制御式の監視は、必要なレベルの安全性を保証するのに十分であると見なされる。

本方法の更なる変形例では、試験信号が提供された後、それぞれ非アクティブ化された放射検出器の監視は全く行われず、アクティブな放射検出器上での光線の非存在だけが、ドライブユニットの上流の断路器ユニットに対するシャットダウン信号の提供をもたらすことが実現される。

本方法の更なる変形例では、第２の移動速度に達すると、全ての放射検出器の非アクティブ化が起こることが実現される。第２の移動速度は、現在有効な安全規制に従って、危険ゾーン及び／又は安全ゾーンの更なる監視が全く必要でないように選択される。例として、「クリープフィード（ｃｒｅｅｐ ｆｅｅｄ）」とも呼ばれる第２の移動速度は、約１０ｍｍ／秒と２０ｍｍ／秒との間である。

本方法の更なる変形例では、第１の距離測定システム及び機械制御部の予め設定可能な相対位置における試験信号の提供が、第１の距離測定システムよりも高い安全カテゴリに属する第２の距離測定システムの位置信号を用いて判定された相対位置のチェックに比べて、予め設定可能な安全規格によるより低い安全カテゴリで行われることが実現される。これは、より安全でない第１の距離測定システム及びより安全でない機械制御部に起因する情報を用いた試験信号の出力は、工具ホルダ及び工具ホルダに取り付けられた工作物の実際の位置を第２の距離測定システムによってチェックする結果よりも誤差を受け易いことを意味し、第２の距離測定システムは、第１の距離測定システム及び機械制御部と比較して、予め設定可能な安全規格のより高い安全カテゴリに関連づけられ、したがって、第１の距離測定システムの位置信号の場合に比べて正確である蓋然性が高い位置信号を供給する。第２の距離測定システムの位置信号を用いて第１の距離測定システムの位置信号をチェックすることによって、少なくともほぼリアルタイムで提供される機械制御部のより安全でない位置信号が、成形装置における完全な移動シーケンスのために使用され得る。工具ホルダについての臨界の位置において、第１の距離測定システムの位置信号の正確さが、第２の距離測定システムの位置信号を用いてチェックされるため、成形装置の安全でない状態は、以下に述べるように、高いレベルの確率で排除され得る。

第１の距離測定システム及び機械制御部の「安全でない」位置信号が、ポジティブに誤る可能性がある場合、すなわち、機械制御部が、実際に存在する距離よりも工具ホルダと機械ベッドとの間の距離が短いと推定する場合、機械制御部からの試験信号が、余りに早く出力されるため、後に判定される第２の距離測定システムの位置信号の許容範囲に入らない。この場合、エラーが存在すると推定されるため、断路器ユニットをアクティブ化することによって、ドライブユニットのシャットダウンが行われる。「安全でない」位置信号が、ネガティブに誤る可能性がある場合、すなわち、機械制御部が、実際に存在する距離よりも工具ホルダと機械ベッドとの間の距離が長いと推定する場合、第１の放射検出器の遮蔽が、試験信号の提供前であっても起こる。これは、モニタリングデバイスからドライブユニットの上流に位置する断路器ユニットへのシャットダウン信号によって、ドライブユニットのシャットダウンを直接もたらす。

第１の距離測定システム及び機械制御部が、機械ベッドに対する工具ホルダの位置を正しく判定している場合、したがって、第１の放射検出器が機械ベッドによってまだ遮蔽されていない時点で試験信号を同様に提供し、第１の距離測定システムの位置信号が、第２の距離測定システムの位置信号の周囲の予め設定可能な許容範囲内に存在する場合にのみ、第１の距離測定システムの位置信号が、モニタリングデバイスによって正しいと評価され、成形装置の更なる作動が許容されることになる。

本発明の有利な実施形態は、次の通りに図面に示される。

モニタリングデバイスと、雌型の端部に取り付けられた安全デバイスとを有する型曲げ機の斜視図である。 機械ベッドに向かって工具ホルダを移動させるための概略的な距離―時間図である。 モニタリングデバイスの受信ユニットの第１の実施形態の側面図である。 モニタリングデバイスの受信ユニットの第２の実施形態の側面図である。

例として型曲げ機１の形態をとる成形装置は、２つのガイドロッド３が取り付けられる機械ベッド２を含み、工具ホルダ４の直線移動機構を搭載するように設計される。工具ホルダ４は、工具として機能するパンチ５を雌型６に向けて移動させるために、ガイドロッド３に沿って直線的に移動され得る。閉鎖移動方向へのパンチ５の移動中に、パンチ５と雌型６との間の間隔が減少し、パンチ５と雌型６との間に挿入され得る図示しない工作物の変形を可能にする。

型曲げ機１は、例として幾つかの構成要素で構成された、モニタリングデバイス７を装備し、モニタリングデバイス７は、型曲げ機１による傷害の可能性を最小限にし、工作物が機械加工されるための迅速かつ故障の無い機械加工シーケンスを保証するために設けられる。例として、モニタリングデバイス７は光グリッドを含み、光グリッドは、工具ホルダ４上に搭載され、かつ、雌型６の最長エッジに平行に整列されるとともに送信ユニット８と受信ユニット９との間に延びる検出ビーム１４を有する。光グリッドの受信ユニット９は、いずれの場合にも、光グリッドの検出ビーム１４が遮断されると、電気的切替信号を評価ユニット１０に提供し、一方、評価ユニット１０は、モニタリングデバイス７の更なる構成要素を形成する。

型曲げ機１は、第１の距離測定システム１２及び足操作式スイッチ１５に電気接続された機械制御部１１を含む。機械制御部１１は、例えばＣＮＣ（コンピュータ数値制御）の形態であってもよい。機械制御部１１は、パンチ５、雌型６、及び図示しない工作物の幾何形状に関する情報に加えて、オペレータによる工作物の所望される変形に関する情報の入力を容易にし、該情報から、雌型６に向かうパンチ５についての移動シーケンスを決定する。足操作式スイッチ１５は、オペレータによる移動シーケンスの開始を容易にする。例として、第１の距離測定システム１２及び機械制御部１１が安全規格の第１の安全カテゴリに従って設計されることが実現される。例えば、第１の距離測定システム１２は、機械制御部１１における１ｍｓのクロックレートに対応する１０００Ｈｚの、作業サイクルとも呼ばれるクロック周波数によって、第１の位置信号をリアルタイムで提供するように設計される。例えば、機械制御部が、１０００Ｈｚのクロック周波数によって第１の位置信号を同様に処理するため、特にモニタリングデバイス７に対して、機械制御部１１によって出力される第１の位置信号が、検出後、２ｍｓの最大時間遅れで提供される（本明細書では、これは、依然としてリアルタイムと考えられ得る）ことも実現される。

型曲げ機１はまた、モニタリングデバイス７の更なる構成要素として設計され、例えば評価ユニット１０に接続される、第２の距離測定システム１３を含む。モニタリングデバイス７及び断路器ユニット１７は、ここでは、第２の距離測定システム１３と共に、安全規格の第２の安全カテゴリに従って設計される安全動作システムを形成し、第２の安全カテゴリは、安全規格内の第１の安全カテゴリより高いレベルに位置する。第２の距離測定システム１３が、より高い安全カテゴリに分類されるため、一方では、第２の距離測定システム１３が、考えられ得る測定誤差が極力なくなるように、互いに独立した少なくとも２つの距離信号を処理することが必要である。例として、第２の距離測定システム１３は、この目的のために、第１の位置信号を外部距離信号として受信することが実現される。第２の距離測定システム１３に適用されるより高い安全カテゴリの要件はまた、より包括的な計算及び第２の位置信号のチェックを要求するため、第２の距離測定システム１３から評価ユニット１０への第２の位置信号の出力は、例えば低いクロック周波数で、例えば１０ｍｓのクロックレートに対応する１００Ｈｚのクロック周波数で行われる。図２は、概略的な距離−時間図すなわちｓ／ｔ図を有し、所定時間にわたる工具ホルダ４の直線移動が示される。第１の距離測定システム１２及び機械制御部１１を用いて、工具ホルダ４の移動は、例えば２ｍｓの最大時間遅延にてリアルタイムで制御又は調節され得る。Ｘ軸（時間軸）に適用されるスケーリングは、例えば、工具ホルダ４についての位置の値を１０ｍｓごとに測定できる第２の距離測定システム１３の作業サイクルに対応する。例として、第２の距離測定システムはまた、測定された距離信号から第２の位置信号を生成するために少なくとも約１０ｍｓを必要とする。例えば、時点ｔ６直後に、所望の標的位置に到達したという結論に機械制御部１１が達したため、機械制御部１１によって試験信号が出力される場合、型曲げ機１の更なる動作のためには、測定された位置をチェックすることが必要であり、これは、時点ｔ６にて既に測定されているが、以下で詳細に述べるように、時点ｔ７にて処理ユニット１０に到達するにすぎない第２の距離測定システム１３の位置信号を用いて行われる。

図１に示す工具ホルダ４及び工具ホルダ４上に搭載されたパンチ５に関する移動を開始するために、型曲げ機１は、例えば、ガイドロッド３に割当てられた図示しない油圧シリンダにオイル流を供給できる電動式油圧ポンプ１６を含む。この目的のために必要とされる電力を提供するために、油圧ポンプ１６は、機械制御部１１に電気的に接続される。油圧ポンプ１６の安全動作のため、断路器ユニット１７が、ループを構成するように、機械制御部１１及びモニタリングデバイス７に対する電気接続部に接続される。

異なるパンチ５に対する、光グリッド、すなわち送信ユニット８及び受信ユニット９の位置の適合を容易にするために、送信ユニット８及び受信ユニット９はそれぞれ、ガイド手段１８を搭載することによって設けられる直線移動機構によって工具ホルダ４上に搭載される。好ましくは、送信ユニット８及び受信ユニット９用のガイド手段１８は、２つのガイド手段１８の同期調整が保証されるように、互いに移動が連動される。

工具ホルダ４及び工具ホルダ４に取り付けられたパンチ５についての移動シーケンスを実施するために、モニタリングデバイス７による監視下で、パンチ５が、機械ベッド２に取り付けられた雌型６及び雌型６上に載置された図示しない工作物に対して、予め設定可能な位置に到達すると、遮断されない上側の検出ビーム１４と共に、遮断される最も低い検出ビーム１４の測定が行われる。検出ビーム１４が上述したように受信ユニット９上に衝当する場合、パンチ５が雌型６に対して正しく位置決めされていると推定されることができ、このことは、モニタリングデバイス７を用いて確認され得る。

雌型６は、図３に概略的に詳細に示すスロット様の、例えばＶ字状の、凹部１９を有し、凹部１９は、スロット基部に入る最も低い検出ビーム１４についての自由ビーム経路を保証する。

モニタリングデバイスの受信ユニットの第１の実施形態の図３に示す側面図の助けを借りると、例えば、離散的に設計されたフォトダイオードを含み得る個々の放射検出器２８〜３２がどのように配置されるか、また、これらの放射検出器が、例えば、対応する検出ビーム１４によってどのように照射され得るかを見ることができる。例として、放射検出器２９及び３０、同様に３１及び３２はそれぞれ、共通の検出ビーム１４によって照射される。

送信ユニット８及び受信ユニット９の位置は、閉鎖移動方向３３への加工用エッジ３６からの第１の放射検出器２８の距離が、少なくとも工具ホルダ４のオーバートラベル距離に対応するように、閉鎖移動方向３３に沿って、ガイド手段１８による適切な変位によって設定される。

図３には、放射検出器２８〜３２によって監視される、安全及び危険ゾーン４０、４１に入る、オペレータによる考えられる侵入方向３９が示される。この場合、危険ゾーン４１は、閉鎖移動中にパンチ５と雌型６との間でパンチ５によって横断される領域を示し、その領域では、圧壊のリスクが存在する。安全ゾーン４０は、オペレータが自分の身体の一部を危険な方法で危険ゾーン４１に配置する前にパンチ５の確実な停止を保証するために、オペレータによる侵入が検出されるべき、危険ゾーン４１に先行する空間部分である。

図４に示す受信ユニット１０９の実施形態では、図３の実施形態のような離散的なフォトダイオードの形態の放射検出器に代えて、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）センサを含む、矩形ラスタ形態で配列される検出器セルの検出器マトリクスが使用される。ここで例えば、それぞれが互いに境界付けする２つの検出器セルを有する放射検出器１２８〜１３２が形成されることが実現される。こうした検出器マトリクスも、工作物機械加工のそれぞれの境界条件に対する、モニタリングのために使用される検出器セルの位置の調整を容易にする。例えば現在進行中の工作物機械加工において、検出器セルが、図３に示す実施形態による放射検出器２８〜３２と同様の方法で、又は、おそらく機械加工プロセスに対する改善された調整を容易にし得る異なる方法で、非アクティブ化されることを実現することも可能である。

型曲げ機１は、例えば、次の通りに作動し得る。最初に、機械ベッド２及びその取り付けられた雌型６から最大距離にある工具ホルダ４の静止位置にて光グリッドの自己試験が行われる。ここで、検出器ビーム１４が放射検出器２８〜３２に衝当したときに、検出器ビーム１４が適切な信号を引き起こすかどうかに関してチェックが行われる。工具ホルダ４上に搭載されるパンチ５において、ガイド手段１８による光ガイドの送信及び受信ユニット８、９の位置決めも存在する。これは、パンチ５の幾何形状及び工具ホルダ４のオーバートラベル距離についての許容度を含むため、第１の放射検出器２８は、第１の放射検出器２８と加工用エッジ３６との間の距離が少なくともオーバートラベル距離に対応するように、パンチ５の加工用エッジ３６に対して配置される。その後、オペレータは、雌型６上に工作物を配置した後に、足操作式スイッチ１５を作動させることによって機械加工を開始することができる。この目的のために、例えば以下のステップを含み得る予め設定可能な移動シーケンスが、パンチ５について提供される。第１のステップでは、足操作式スイッチ１５を作動させた後、工具ホルダ４は、「迅速横断（ｒａｐｉｄ ｔｒｅｖｅｒｓｅ）」又は「高速横断（ｆａｓｔ ｔｒａｖｅｒｓｅ）」とも呼ばれる第１の移動速度まで加速される。この迅速移動中に、例えば放射検出器２８〜３２の監視が行われる。工具ホルダ４が雌型６に接近し、検出ビーム１４の少なくとも１つの遮断が検出されない場合、機械制御部１１は、第１の距離測定システム１２の第１の位置信号を用い、また工具ホルダ４に対する光グリッドの位置が分かっているため、図３に概略的に示す工作物表面３８による、第１の放射検出器２８上に衝当する検出ビーム１４のその後の予想される遮断を防止するために、例えば、第１の放射検出器２８の非アクティブ化が行われなければならない地点を判定する。機械制御部１１によって判定されるこの地点において、試験信号が、機械制御部１１によりモニタリングデバイス７に送信される。第１の距離測定システム１２及び機械制御部１１が、第２の距離測定システム１３及びモニタリングデバイス７より低い安全カテゴリに構成されるため、明白に、第１の位置信号及び試験信号は共に、モニタリングデバイス７にリアルタイムで伝達される。しかしながら、判定された地点について測定誤差及び／又は計算ミスが存在するため、判定された地点のチェックが行われなければならないことが、このことから推定されなければならない。このチェックは、評価ユニット１０において、例えばリアルタイムで、すなわち、例えば１０００Ｈｚのクロック周波数で行われる。しかしながら、チェックは、より遅いクロック周波数で、例えば１００Ｈｚのクロック周波数で動作する第２の距離測定システム１３の第２の位置信号を用いて行われる。したがって、機械制御部１１が試験信号を送出した地点をチェックするために最も不都合な場合においては、既に古い第２の位置信号が提供される。

例として、最も不都合な場合においては、位置の値が２ｍｓ前もって測定される第１の位置信号を、１０ｍｓ前もって測定される位置の値を有するがために、もはやリアルタイム値とみなされない可能性がある第２の位置信号と比較することが必要であろう。２つの位置信号間のこの時間の不一致を見込むために、予め設定可能な許容範囲を有して働く計算アルゴリズムが評価ユニット１０に格納される。

例えば、試験信号を出力するために機械制御部１１によって判定される地点が、試験信号が処理ユニット１０に到達した後、第２の距離測定システム１３によって処理ユニット１０に出力される地点から最大２ｍｍだけ異なるときに、正しく判定されているとモニタリングデバイス７によって見なされることが実現され得る。２ｍｍの例示的な許容範囲は、以下の推定、すなわち、工具ホルダ４の最高速度が２００ｍ／ｓであること、処理デバイス１０に試験信号が到達した後、第２の位置信号を提供するための最大時間遅れが１０ｍｓであり、その結果、２ｍｍの最大の地点不一致をもたらすということに基づく。工具ホルダ４についての異なる最高速度又は第１及び／もしくは第２の距離測定システム１２、１３についての異なるクロック周波数が存在する場合、異なる許容範囲が予め設定され得る。

モニタリングデバイス７が、上記地点の判定を用いて、型曲げ機１の機械制御部１１の正しい機能を確立した場合、共通の第１の平面３４内に配置される放射検出器２８及び３２は、放射検出器３１と共に、マスクアウトされ得る。第２の平面３５内に配置される放射検出器２９をマスクアウトするためのタイマーの始動を実現することも可能であり、マスクアウトするまでの時間は、この放射検出器３１に関する検出ビーム１４の工作物による遮断が予想されないように設定される。「クリープフィード」とも呼ばれる予め設定可能な移動速度に達しない場合、最後の放射検出器３０もまたマスクアウトされ得る。この時点以降、パンチ５と工作物との間の間隔が完全に閉鎖されること、及び、もはや直近の圧壊のリスクが全く存在しないことが推定される。第２の遅い移動速度中、型曲げ機１が今や、限定されたリスクの可能性だけを有することも推定される。

Claims (12)

1. 機械ベッドと、工具を保持し、かつ、前記機械ベッドに対して可動に搭載された工具ホルダと、前記工具ホルダに接続されたドライブユニットと、前記ドライブユニットを作動させるための機械制御部と、前記工具ホルダの移動を監視し、予め設定可能な監視事象が起こった場合に、前記ドライブユニットの上流の断路器ユニットにシャットダウン信号を提供するように設計されたモニタリングデバイスとを有する成形装置であって、前記モニタリングデバイスは、少なくとも１つの放射源と、前記放射源に対向して搭載された幾つかの放射検出器とを含み、前記放射源から放出されるビームの少なくとも一部分は、前記工具の加工用エッジに沿って整列され、前記モニタリングデバイスは、それぞれが前記機械ベッドに対する前記工具ホルダの位置を判定するために位置信号を出力するように設計される第１の距離測定システム及び第２の距離測定システムをさらに備え、前記機械制御部は、前記ドライブユニットを作動させるために前記第１の距離測定システムに接続され、前記第１の距離測定システムは、第１の速い作業サイクルで第１の位置信号を周期的に提供するように設計され、前記第２の距離測定システムは、第２の遅い作業サイクルで第２の位置信号を周期的に提供するように設計され、前記モニタリングデバイスは、前記第１及び第２の位置信号を比較するように設計され、それにより、前記機械ベッドに対して前記工具ホルダが予め設定可能な位置に到達したことを示す前記第１の距離測定システムの位置信号の存在下で、前記第２の位置信号との比較が行われ、該比較時に、前記第１の位置信号と前記第２の位置信号との差が予め設定可能な許容範囲内である場合、少なくとも１つの放射検出器の非アクティブ化が起こり、前記機械ベッドに対する前記工具ホルダの閉鎖移動が継続されることができる、成形装置。
2. 前記第１の距離測定システム、又は前記第１の距離測定システム及び前記機械制御部は、安全規格の第１の安全カテゴリに従って設計され、前記モニタリングデバイス及び前記断路器ユニットは前記第２の距離測定システムと共に、前記安全規格の第２の安全カテゴリに従って設計される安全動作システムを形成し、前記第２の安全カテゴリは、前記安全規格内で前記第１の安全カテゴリより高いレベルに位置する、請求項１に記載の成形装置。
3. 前記モニタリングデバイスは、前記第１及び第２の位置信号を比較するように設計され、それにより、該比較が、前記第１の位置信号と前記第２の位置信号との差が前記予め設定可能な許容範囲を上回ったことを示す場合に、前記断路器ユニットに対する前記シャットダウン信号の提供が起こる、請求項１に記載の成形装置。
4. 前記第２の距離測定システムは、互いに独立した少なくとも２つの内部距離信号に基づいて、又は１つの内部距離信号及び１つの外部距離信号に基づいて、前記第２の位置信号を生成するように設計される、請求項１に記載の成形装置。
5. 前記第２の距離測定システムは、前記内部距離信号及び前記第１の位置信号に基づいて前記第２の位置信号を生成するように設計される、請求項４に記載の成形装置。
6. 第１の放射検出器は、第１の移動速度から前記ドライブユニットをシャットダウンさせる間に前記工具ホルダの少なくともオーバートラベル距離に対応する前記工具の前記加工用エッジからの距離に、前記工具ホルダの閉鎖移動の方向に沿って配置される、請求項１に記載の成形装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に従って設計される成形装置を作動させる方法であって、第１の移動速度での前記機械ベッドに対する前記工具ホルダの接近移動を実行するステップと、前記モニタリングデバイスにより幾つかの放射検出器の放射適用を監視するステップと、前記第１の距離測定システムからの位置信号を用いて前記機械制御部によって閉鎖移動の方向に沿って前記工具ホルダの位置を判定するステップと、予め設定可能な相対位置に到達したと前記機械制御部によって判定されると、前記機械制御部から前記モニタリングデバイスに試験信号を提供するステップと、前記モニタリングデバイスにおいて前記第１の位置信号を前記第２の位置信号と比較するステップと、前記比較が前記第１の位置信号と前記第２の位置信号との差が予め設定可能な許容範囲内であることを示すときに少なくとも１つの放射検出器を非アクティブ化するステップであって、それにより、前記機械ベッドに対する前記工具ホルダの閉鎖移動が継続されることができる、非アクティブ化するステップとを特徴とする、方法。
8. 前記機械制御部が前記モニタリングデバイスに前記試験信号を提供した後、前記位置信号の比較が、前記第１の位置信号と前記第２の位置信号との差が予め設定可能な許容範囲内であることを示す場合、前記ドライブユニットの第２の低い移動速度への制動が行われ、前記第２の移動速度への制動の開始によって、前記閉鎖移動の方向に対して横断的に整列された前記第１の放射検出器と共通の第１の平面内に配置される放射検出器の非アクティブ化が行われる、請求項７に記載の方法。
9. 前記第２の移動速度への制動の開始時に、前記第１の平面に平行な第２の平面内において前記第１の平面よりも前記工具の加工用エッジから近い距離に配置される少なくとも１つの放射検出器は、予め設定可能な期間が経過した後に非アクティブ化される、請求項８に記載の方法。
10. 前記試験信号を提供した後、それぞれ非アクティブ化された放射検出器の監視は行われず、アクティブな放射検出器上での光線の非存在のみが、前記ドライブユニットの上流の前記断路器ユニットへの前記シャットダウン信号の提供をもたらす、請求項９に記載の方法。
11. 前記第２の移動速度に達すると、全ての放射検出器の非アクティブ化が起こる、請求項８に記載の方法。
12. 前記第１の距離測定システム及び前記機械制御部の前記予め設定可能な相対位置における前記試験信号の提供は、前記第１の距離測定システムより高い安全カテゴリに属する前記第２の距離測定システムの位置信号を用いた、前記判定された相対位置のチェックに比較して、予め設定可能な安全規格によるより低い安全カテゴリで行われる、請求項８に記載の方法。

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