TW200906538A - Machine tool monitoring apparatus - Google Patents
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Description
200906538 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明關於申請專利範圍第1項的引文的— 裡工具機 監視裝置。 【先前技術】 檢出單元以作 有一種習知之工具機監視裝置,具有一 材料辨識。 【發明内容】 本發明關於一種工具機監視裝置,具有—檢出單元, 該檢出單元用於利用一輻射線的光譜分析將一工具機工作 範圍中的材料種類的存在檢出,依本發明該檢出單元 個感測器單元,其具有至少一接收範圍用於在—波長範圍 將幸虽射線檢出’ 1¾波長範圍i少部分在红外線光譜中。 、如此可在一種工具機廉價地將使用,It況可靠而迅速地 境中的工具機的範圍。工具的丹《直接的環 別指該範圍的各點距工具二直:」核境的範圍-詞特 具有較小的距離’此距離最大為 一且宜最大5cm,尤宜最大2cm。 大為 :輕射線」(光束)一詞’在這方面特別指一種 :射線。由於感測器單元檢出的的輻射線&「光譜」特別 二:二線特性值的分佈,特别是輻射強度和波長、頻率及/ 關:二外,韓射線的「光譜分析」特別指It " ’、刀析結果藉著純射線的光譜特性檢出而 200906538 得到。為了達成迅速分析,光譜的特性特 範圍内積分的信號強度。 疋才曰在波長 有4C具機時達到高度安全性,該檢出單元宜 一道被感測器單元檢出的輕射線分析, =二手&用於利用該轄射線檢出工具機工 有人的組織存在。 疋占 r 1 :本:明一較佳實施例,該用於檢出存在的檢出單元 二乍檢ΓΓ到一研究物體上的轄射線的反射光譜分析 類的檢出。’達成一種基於對比檢出的有效的材料種 的檢皮t範圍為近中紅外線範圍,則可達成特別可靠 射光供一種接收範圍’它係依標的調頻到反 及分析的範圍。「近中紅外線範圍」-詞在 ^者:是指紅外線光譜的波長區間在波長15微米以 米以;之^如果用於檢出輕射線的接收範圍在波長8微 : 、‘工外光4的波長區域,則在組織與材料之間有很 「近紅外線範圍/了近紅外線範圍時,則很有利。 區門在'古具 在這方面係指紅外線光譜的波長 區域:广5…下’例如特別是在IK-A範圍的波長 範圍中。波長範圍可部分地在電磁波光譜的可見光 如果檢出單元有一發私一 該波長範圍中具有至少—種 於發射的韓射線在 號強度的分析信號。種比例,則可達成-種具有高信 200906538 在本發明另一設計中,該 *範圍及至少另-波長範圍發於連續地在該波 在所要波長II圍中產生—輻 ^如此可依標的 ^ ^ ,5 ^線,、中當利用感測器單元 仏出該射線’可省却—道繁複的 號/噪音比。如果發射單元至少固 °達成咼信 成、,时 v有—個(特別是至少有三個) 感測器手段在各一個;^ @ 产 π /皮長乾圍發射輻射線,則這點可 特別簡單地達成,該感測器丰讲+ * 只』、點了 作。此外,在二個波長範圍中「 干連續刼 逆項」發射一詞係指在筮 一波長範圍的發射和第二波長範圍的發射大致不重疊= 此,在一波長範圍中觀察,在二個波長範圍中同時發射輻 射線的這種重疊的期間要少於 你及長範圍中最小的發鼾 期間的10。/。,且宜少於5%, ^ 式係為發射過程無重疊,其中利用特別有利的^ 里豐具中利用该發射單元發射互 離的脈波。 此外,該工具機監視裝置有一光學單元,它用於確定 檢出單元的一反應範圍。檢出單元的「反應範圍」一詞特 別指一空間區域’它和一個可被檢出單元所作的過程相關 聯,此過程在該空間區域中存在著該種材料的—物體時就 起動。此反應範圍宜對應於該工具機工作範圍的至少 部分範圍。如不採此方式另外(或者除了此方式之外同時= 外)也可設有一反應範圍,它與工作機工作範圍不同。舉例 而言,此反應範圍可用於作工具機監視裝置的警告功能,1 該檢出單元宜與一個動作器(Aktorik)單元呈作用連接,其 中,在反應範圍中存在該種材料的物體時,則造成動作器 7 200906538 單元操作,例如用於工且 和-個接在感測考… 動單元停住。光學單元可 果工作機監視裝置有一 _ ^中的光學系統對應。如 不同上述方式―道輻射線,則如 接在發射單元11式外’㈣)也可另外和一個 單元,可使,安全而舒適=統該光學 反應可限制在—有限的範圍。檢出早兀的 該感測器單元官Is, 一波+範圍由^ v另一接收範圍,它用於將另 、圍中的輕射線檢出,如此 的確實性更蔣古_ 牡桡出材科種類方面 呵。這些波長範圍可以重疊。成 測器單元至少有三個接收範圍,它們丄:;如果感 波長範圍中的各用於把在一不同的 μ料檢出,射達成特料確的檢出。 —種光:粒面’该檢出單元有-分析手段’用於利用至少 —種先束特性值的比例檢出一 ^ 各和-不同波長範圍的轄射線相關子’该-特性值 速檢出。―丨^ =彳_ ^此可有利地迅 、疋可不考慮一道參考光束。「光束特性值 -詞特別是指該特性值係利用入射到感測号單元二^ 檢出者。此特性值可特別為一電的特性值:、束 式,月r較佳實施例中,該波長範圍設計成狹頻帶 '員帶波長範圍」一詞在這方、^ ^ ^ 的頻帶寬度最大1〇〇奈米,且宜最別才曰5亥波長犯圍 奈米’特宜最大1〇夺米,如此 奈水’宜最大20 束的結構繁複的渡波作業。 ㈣瘤却檢出之光 卜如果工具機監視裝置有一標示單元,它用於標 200906538 示反應區域,則有利於操作舒適性。 其他的優點見於以下圖式的說明,圖式中顯示本發明 的實施例。圖式、說明、及申請專利範圍包含許多特徵的 組合。行家也可適當地將這些特徵個別看待並有利地組合 成其他組合方式。 【實施方式】 圖1顯示一設計成枱圓鋸形式的工具機(1〇)的側視圖。 工具機(10)有一設計成盤形鋸片形式的工具(12),它在一鋸 切操作中利用一驅動單元(16)驅動旋轉,驅動單元(16)設在 一驅動器殼體(14)中且設計成馬達形式。有一鋸枱(18)設置 支持在驅動器殼體(14)上,所要加工的工作物(2〇)可放在該 鋸枱(18)上。為了保護使用者,工具機(1〇)有一護罩,它在 工具機(ίο)不操作的狀態時,將工具(12)之從鋸枱(18)突伸 出的部分完全圍位。為了將工作物加工,該工作物以習知 方式沿一工作方向(24)朝工具(12)的方向被使用者移過去, 圖中以示意方式顯示其一隻手(26) ^在此,該護罩(22)[它 支承成可繞一旋轉軸(28)轉動]經工作物(2〇)向上驅轉,如 此工具切割緣精細的設定。 為了提高操作安全性,工具機(1〇)設有一工具機監視 裝置(1〇),工具機監視裝置(30)有一檢出單元(32),它用於 檢出在工具機(10)的一工具機工作區域(34)中是否有人的組 織存在。圖2中的工具機(1〇)上視圖由上可看到此工具機 工作區域(34)。為了 一目了然起見,在圖2中不顯示護罩 (22) ’檢出單元((32)有一反應範圍(36),它和一個與驅動 200906538 單元(16)_合的動作器單元⑽配合,該 單元⑽呈作料接(見圖 $ &早疋與檢出 到在反應範圍(岣中有人的組織存果 到動作器單元(38),它利用士 μ '動作仏號傳輸 刮用此動作信號將驅 住。反應範圍⑽對應於工具機加工 : =’::分_工作方向設在工具二= 例子中,檢出單元⑽設在護罩(22)前區域。在—變更= 例中,可考慮檢出單元(32)設在一縫隙換、 及/或鋸括(18)上方—„上^ U㈣3 5兒a月檢出單元的功能原理圖中顯示鑛括 (18)、工作物(2〇)與檢出單元(32)的示意。為了 —目了秋起 見二圖巾殘h具(聯解(Μ)。在卫作物⑽上在、反 應範圍(36)中設有—研究物體(4()),此研究物體州可特為 為手(26)。檢出單元(32)有—發射單元(42)(圖中作示意圖 I ),它在操作時將一道光束Si發射到反應範圍幻中。此 光束(so反射到研究物體(40),且呈光束Sr的方式被檢出 單元(32)的一感測器單元(44)(圖中作示意圖示)接收。發射 單元(46)和感測器單元(44)上游接一光學單元(46),光學單 疋(46)有一透鏡單元(圖未示),它確定反應範圍(36)的界 限’光束(SJ在此界限中發射。此外,透鏡單元設計成將 發射單元(44)的接收限於在反應範圍(36)中反射的光束 SR°光學單元(46)有一光軸(48)。此外,工具機監視裝置(30) 有一標示單元(49),它在圖3中示意圖示,且在檢出單元(32) 操作’藉著投影到鋸枱(18)標示檢出單元(32)的反應範圍 200906538 (3 6)。舉例而言,標示單元(49)可設計成雷射標示器形式。 如不採此方式(或除了此方式外同時另外)也可由發射單元 (42)払不反應範圍(36),發射單元在可見光頻域中產生一道 光束成分。 圖_4顯示檢出單元(32)的發射單元(42)和感測器單元 (44)的鈾視圖,其中光軸(48)和圖面相反。發射單元(A】)有 一發射手段(5〇),它設計成LED形式。在發射手段(5〇)周 圍汉有感測器單元(44)的四個感測手段(52),它們各設計成 光二極體形式。 感測手段(52)各有一接收範圍(54),它用於接收不同的 ^ 長範圍 m山],WL2 = U3,A4],WL3 = U5U6], 或WL4=[ Λ 7,久8]中的輻射線。這點在圖5中作示意圖示。 圖頌示感測器單元(44)的透過因數和該被感測單元(44)接 收的反射光束Sr的波長又的關係走勢圖。舉例而言,此波 長範圍WLl的中心波長為630奈米、700奈米、98〇奈米、 、,不米及1200奈米,且設計成狹頻帶式,各有約1〇奈 米的頻▼寬度。感測器單元(44)除了感測手段(52)外,可設 二:濾波構件的系統,以將接收的光束SR作狹帶式濾波, 二系、先接在感測手段(52)上游。當感測手段(52)做成選擇性 光二極體時,狹頻帶式濾波作用為系統固有者,如此,其 „構件可有利地避免,如不用此方式(或除了此方式外 同時另夕卜)也可將感測手段(52)設計成CCD或cm〇s場、 InGaAs檢出器、焦電式檢出器等方式。 波長範圍Wh、WL2、WL3、WL4係在紅外線光譜中。 11 200906538 這些波長範圍WLi、WL2、WL3、WL4特別為近紅外線光 譜IR-A的一範圍,界限值為[7〇〇奈米、ι4〇〇奈米]、波長 範圍WL1至少部分地在電磁光譜的可見光範圍。如不採此 方式(或除了此方式外同時)另外也可選用紅外線範圍1尺_及 (1.4〜3彳政米)及ir_c(3〜15微米)的波長範圍。具有發射手 段(50)的發射單元(42)產生一光束,它包含圖5所示的波長 範圍。 在檢出單元(32)的反應範圍(36)中將人纽織的存在檢出 的原理兹利用6、® 7、8說明。圖6顯示反射到研 物體(40)上被感測手段(52)檢出的光束&❶此反射光譜對 應於信號強度依光束Sr波長λ而^的分佈。感測手段⑼ 或接收範圍(54)各包含相關波長範圍叫中的反射光譜的 -部分。感測手段(52)的輸出端夹產生一光束特性值 它呈電壓形式。舉例而言,光束特性值、和該光束s的 信號強度Sl(它係在波長範圍%中積分者且在圖6 :用 陰影表不)成正比。 如圖7所示,光束特性值V】·設定到檢出單元(32)的- 分析手段(58)的輸入端。在另一 乃變更例中,可考慮將光束 特性值v;放大。在另一變更%巾,f + π 尺例干可考慮將光束特性值Vi 放大。在为析時,將這些光走极枯、, 束度值vi與一個資料庫 (Datenbank)(62)[它儲存在檢出 、 饱出早70 (32)的一儲存單元(60) 中J利用邏輯運算比例,此資粗庙+ 1》 ^ 卜 貧科庫在圖8中作示意圖示。在 第一分析策略中,所檢出的光支姓 的先束特性值Vi與儲存的值 A2、A3等比較。有一檢出變 ”各對(Vi、Α;)相關聯,該 12 200906538 檢出變數可假設為值“偽,,(F)或“真,,⑺。當值為“f” 時,在反應範圍(36)中不會存人組織存在。在一第二、變 更或附加的分析策略中利用分析手段(58)出不同之光 性值\之間的比例。這些比例與作AM、、等比較, 如上述,可確認反應範圍(36)中是否有人組織存在。藉著 求出比例可作與強度有關的檢出。此夕卜,在儲存單元⑽) 中可儲存有關感測手段(52)的光譜接收的資訊,這些資訊 可用於分析光束特性值Vi。 此處所述的檢出單元(32)為一類比式檢出單元,其中 反射光束SR的檢出或分析係只用類比方式達成。在此可根 據小的檢出時間或分析時間達成特別有效的檢出。同樣地 也可考慮將類比式及/或數位式信號處理手段組合使用或只 用數位式信號處理手段。 發射手段(50)發射一光束,其光束強度間呈恆定。在 —變更實施例中,檢出單元(32)有一變更的發射單元(64), 發射道具可變強度的光束到反應範圍(36)中》這表示 於圖9及圖10中。圖9顯示感測器單元(64),它產生一光 束Si ’該光束有一列脈波(68)且示於圖1〇中。圖1〇顯示 光束束S!的強度和時間t的關係走勢。一脈波(68)寬度約 100/z S。發射單元(64)用於將波長範圍WLi到WL4的光束 連續發射。在此,在一列四個先後相隨的脈波(68丨)〜(68句 中’脈波各和一不同的波長範圍WL广WL4相關聯。脈波(68) 對應於在不同之波長範圍發射的光束。為此,發射單 有多數發射手段(66.1)〜(66.4) ’它們各用於在不同波 13 200906538 長範圍WLj WL4發射。在此,脈波(681)的一發射手段(66i) 對應於波長範圍WLi等等。舉例而言,發射手段(66)可設 十成 £〇开^式’藉著在不同波長範圍中作連續的發 射,可省却該檢出之反射光束SR的繁複的濾波作業。 【圖式簡單說明】 圖1係具有一檢出單元的一個枱圓鋸的側視圖; 圖2係具有檢出單元的一反應區域的枱圓鋸的由上看 的上視圖; >圖3係檢出單凡的一示意圖,具有一發射單元以在反 心色圍心射光束,並有一感測器單元及一研究物體; 圖4係發射單元的發射手段及感測器單元的感測手段 的前視圖; 圖5係感測器單元的傳輸因數對波長的關係的走勢 圖; 圖6係反射到反射物體上的光束的反射光譜和波長 的關係; 圖7係;^出單元的内部電路; 圖8係儲存在檢出單元中的一資料庫; ^ 係用於產生脈波的檢出單元的另一變更之發射單 元; 圖1〇係一道由圖9的發射單元產生的光束的強度 【主要元件符號說明】 (10) 工具機 工具 14 (12) 200906538 (14) 驅動器殼體 (16) 驅動單元 (18) 鑛枱 (20) 工作物 (22) 護罩 (24) 工作方向 (26) 手 (28) 旋轉軸 (30) 工具機監視裝置 (32) 檢出單元 (34) 工具機工作區域 (36) 反應範圍 (38) 動作器單元 (40) 研究物體 (42) 發射單元 (44) 感測器單元 (46) 光學單元 (49) 標示單元 (50) 發射手段 (52) 感測手段 (54) 接收範圍 (54.1)-(54.4) 接收範圍 (58) 分析手段 (60) 儲存單元 15 200906538 (62) 資料庫 (64) 發射單元 (66.1)(66.4) 發射手段 (68) 脈波 (68·1)〜(68·4)脈波 Vi 光束特性值 Sr 光束 Si 光束 16
Claims (1)
- 200906538 十、申請專利範面: 抑1· 一種工具機監視裝置,具有一檢出單元(32),該檢 出單元用於利用一輻射線(SP)的光譜分析將一工具機工作 範圍(34)中的材料種類的存在檢出,其中:該檢出單元⑽ 有一個感測器單元(44),其具有至少-接收範圍(54.2)用於 在波長範圍(WL2)將幸5射線檢出,該波長範圍至少部分 在紅外線光譜中。 2.如申請專利範圍第1項之工具監視裝置,其中: 該用於檢出存在的單元(32)藉著將一道反射到一研究 物體(40)上的輻射線(Sr)的反射光譜分析而檢出材料種類的 存在。 士申明專利範圍第1或第2項之工具監視裝置,其 中: /、 該波長範圍(WL2)為一近中紅外線範圍。 4·如申凊專利範圍第丨或第2項之工具監視裝置,其 中: 忒檢出單元(32)有一發射單元(42)(64),用於發射一輻 射線,該輕射、線具至少一個在波長範圍(乳2)中的成份。 5·如申請專利範圍第4項之工具監視裝置,其中: |該發射單元用於發射連續在波長範圍(WL2)中及在至 少另—波長範圍(WLl) (WL3) (WL4)中的輻射線。 6·如申請專利範圍第丨或第2項之工具監視裝置,其 中: 有一光學單元(46),用於確定檢出單元(32)的一反應範 17 200906538 圍(36) 〇 7. 如申請專利範圍第1或第2項之工具監視裝置,其 中: 該感測器單元(44)至少有另一接收範圍 (54·1)(54_3)(5 4·4)’該範圍用於將另一波長範圍(WL!) (WL3) (WL4)的輻射線檢出。 8. 如申請專利範圍第1項之工具監視裝置,其中: 【該檢出單元(32)有一分析手段(5 8),用於利用至少二個 光束特性值(Vl) (V2) (V3) (V4)的比例將材料種類的存在檢 出,該特性值各和不同波長範圍(WL^WL^WL^WI^)中 的一輻射成份相關聯。 9. 如申凊專利範圍第1或第2項之工具監視裝置,其 中: ’、 該波長範圍(WL2)設計成狹頻帶式。 _ 10·種工具機,特別是切削工具機,具有申請專利範 《 圍第1項的工具機監視装置。 十一、圖式: 如次頁 18
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