WO2010072588A2

WO2010072588A2 - Führungssystem für werkzeugmaschinen

Info

Publication number: WO2010072588A2
Application number: PCT/EP2009/066939
Authority: WO
Inventors: Thilo Koeder; Joachim Platzer
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2009-12-11
Publication date: 2010-07-01
Also published as: US20120005906A1; CN102256730A; DE102008055061A1; WO2010072588A3; EP2379265A2

Abstract

Für eine Werkzeugmaschine (1), insbesondere in Form einer Stichsäge (2) als handgehaltene Werkzeugmaschine, wird die vom Werkzeug (7) zu verfolgende Arbeitslinie (27) zum Werkstück (5) berührungslos optisch vorgegeben.

Description

Beschreibung

Titel

Führunqssvstem für Werkzeugmaschinen

Die Erfindung betrifft ein Führungssystem für Werkzeugmaschinen, insbesondere handgehaltene Werkzeugmaschinen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Stand der Technik

Führungssysteme für Werkzeugmaschinen sind in vielfältigen Ausgestaltungen bekannt. Gebräuchlich sind insbesondere mechanische Führungssysteme, bei denen die jeweilige Werkzeugmaschine entlang einer werkstückseitig vorgegebenen Führungsbahn, beispielsweise einer Kante des Werkstücks über einen Gleitschuh geführt wird, der über einen Ausleger verstellbar zur Maschine befes- tigt ist.

Ferner sind, so beispielsweise aus der DE 10 2006 052 808 A1 , auch auf optischer Basis arbeitende Führungssysteme bekannt, bei denen eine als Arbeitslinie mit dem Werkzeug nachzufahrende Kontur auf der Oberfläche eines Werk- Stücks angezeichnet ist und über eine maschinenseitig vorgesehene Sensorik, insbesondere in Form einer Kamera, erfasst wird. Ausgehend von den erfassten Daten wird bei dieser bekannten Lösung, die eine Werkzeugmaschine in Form einer Stichsäge mit hubbeweglich angetriebenen Sägeblatt betrifft, das um die Hubachse drehbewegliche Sägeblatt über eine Steuer- und Stelleinrichtung rechnergestützt auf die Arbeitslinie ausgerichtet, wodurch ein halbautonomer Betrieb der Werkzeugmaschine ermöglicht wird. Seitens des Benutzers muss bei einem solchen halbautonomen Arbeitsbetrieb die Arbeitsrichtung nur noch verhältnismäßig grob vorgegeben werden, da über die Verstellung des Werkzeuges dessen exakte Positionierung zur Arbeitslinie vorgenommen wird. Die für den Benutzer insbesondere auch im Hobbybereich hilfreiche halbautonome Arbeitsweise führt zu sehr vorteilhaften Arbeitsergebnissen, bedingt aber eine entsprechende Markierung der Werkstückoberseite mit ausreichendem Kontrast zur Oberflächenbeschaffenheit des Werkstückes. Eine solche kontrastreiche Markierung ist bei empfindlichen Oberflächen teilweise ohne Beschädigung der

Oberfläche nur schwer zu realisieren, aber auch bei unruhig strukturierten oder gesprenkelten Oberflächen. Damit ergeben sich in der Benutzung solcher Werkzeugmaschinen teilweise noch gewisse Einschränkungen.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein weiteres Führungssystem für Werkzeugmaschinen der eingangs genannten Art aufzuzeigen, das sich durch hohe Führungsqualität auszeichnet und in Verbindung mit der Vorgabe der Ar- beitslinie Schäden am Werkstück, insbesondere eine Beschädigung von dessen

Oberfläche ausschließt.

Gemäß der Erfindung wird dies mit den Merkmalen des Anspruches 1 erreicht. Die weiteren Ansprüche betreffen die Ausgestaltung solcher Führungssysteme mit zu deren Realisierung zweckmäßigen Details.

Gemäß der Erfindung wird die am Werkstück mit dem Werkzeug der Werkzeugmaschine zu verfolgende Arbeitslinie zum Werkstück berührungslos optisch vorgegeben. Damit entfallen mit der Vorgabe der Arbeitslinie zum Werkstück Eingrif- fe auf das Werkstück und in Abhängigkeit von der Art der optischen Vorgabe der

Arbeitslinie sind auch Möglichkeiten eröffnet, die deren Erfassung bei der für den Arbeitsbetrieb erforderlichen Verfolgung von Umfeldbedingungen, so auch von der Strukturierung und/oder Farbgebung der jeweiligen Oberfläche, nahezu unabhängig machen. Dies gilt insbesondere bei der Vorgabe der Arbeitslinie mittels eines Lichtstrahls, wobei durch die Art des jeweiligen Lichtes, also der Wellenlänge des ausgestrahlten Lichtes, und gegebenenfalls auch durch deren Modulation weitgehende Möglichkeiten gegeben sind, unabhängig von Umfeldbedingungen die maschinenseitige Erkennbarkeit und Erfassung des Lichtstrahles sicherzustellen. Grundsätzlich besteht dabei die Möglichkeit, diese Festlegungen weit- gehend ohne Rücksicht auf die Erkennbarkeit der Arbeitslinie durch den Benutzer zu treffen, wenn die jeweilige Werkzeugmaschine mit einer optischen Anzei- gevorrichtung, etwa einem Display versehen ist, das dem Benutzer die Ausrichtung der Maschine relativ zur Arbeitslinie veranschaulicht.

Bezüglich der Darstellung der Arbeitslinie bestehen unterschiedliche Möglichkei- ten, so beispielsweise durch deren Projektion auf die Werkstückoberfläche mittels eines längs der Oberfläche in Richtung auf die Erfassungseinheit zulaufenden Lichtstrahles oder durch die Projektion auf die Werkstückoberfläche mittels eines quer zur Werkstückoberfläche auf diese ausgerichteten Lichtstrahles, wodurch sich auch unterschiedliche optische Projektoren einsetzen lassen, einmal beispielsweise aufgesetzt auf die Werkstückoberfläche, oder außerhalb des

Werkstücks in entsprechender Verlängerung zur Werkstückoberfläche oder o- berhalb der Werkstückoberfläche mit Ausrichtung auf die Werkstückoberfläche.

Im Rahmen der Erfindung liegt es aber auch, den Lichtstrahl fokussiert auf die Erfassungseinheit auszurichten, womit eine diesem Lichtstrahl entsprechende

Darstellung der Arbeitslinie auf der Werkstückoberfläche lediglich virtuell gegeben ist und sich bei sichtbarem Licht für den Benutzer trotzdem erkennen lässt.

Als optische Projektoren kommen im Rahmen der Erfindung insbesondere La- serstrahler in Frage, und zwar je nach der Art der geforderten Darstellung der

Arbeitslinie als Linien-Laserstrahler oder als optischer Projektor für freie Konturen. Über Letztere lassen sich bei entsprechender Anordnung oberhalb der Werkstückoberfläche auch Arbeitslinien darstellen, die einen von einer Geraden abweichenden Verlauf, beispielsweise den Verlauf in einer Wellenlinie, haben.

Die Erfassungseinrichtung ist erfindungsgemäß durch ein Sensorsystem, insbesondere ein Kamerasystem gebildet, dessen Signale einer nachgeordneten Rechen- oder Steuereinheit zugeführt werden und über diese in Führungshinweise für den Benutzer und/oder Stellbefehle für die Maschine, bzw. deren Arbeits- Werkzeug umgesetzt werden. Erfolgt lediglich eine Umsetzung in Führungshinweise für den Benutzer, so ist ein solches System für eine handgeführte Werkzeugmaschine ohne maschinelle Unterstützung in der Führungsarbeit ebenfalls geeignet, da es den Benutzer in der Führungsarbeit unterstützt und insbesondere auch unter schwierigeren Sichtverhältnissen eine für viele Zwecke noch ausrei- chende Arbeitsgenauigkeit ermöglicht. Die Umsetzung in Stellbefehle für das Arbeitswerkzeug kommt insbesondere für den halbautonomen Betrieb in Frage, - A -

und dies insbesondere bei der Ausgestaltung der Werkzeugmaschine als Stichsäge, deren Sägeblatt um seine Hubachse drehbar ist und die über die Stellbefehle durch Verdrehung um die Hubachse der jeweiligen Arbeitslinie folgend ausgerichtet wird.

In der praktischen Umsetzung des erfindungsgemäßen Führungssystems erweist es sich als zweckmäßig, die insbesondere elektrisch angetriebene, handgehaltene Werkzeugmaschine mit dem jeweiligen optischen Projektor, also beispielsweise einem Linienlaser, als Zubehör zu einem Maschinenset, gegebenenfalls mit weiterem Zubehör, zusammenzufassen, so dass jeweils eine Arbeitseinheit vorliegt, mit der zumindest im Wesentlichen alle üblichen Einsatzmöglichkeiten abgedeckt werden können.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den Ansprüchen, der Fi- gurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte perspektivische Darstellung einer handgehaltenen Werkzeugmaschine in Form einer Stichsäge, und

Fig. 2 stark schematisiert, die Stichsäge, angesetzt an einem Werkstück und mit ihrem Arbeitswerkzeug ausgerichtet auf eine Arbeitslinie, die über einen Lichtstrahl auf der Werkstückoberfläche vorgegeben ist.

In Fig. 1 ist als Beispiel einer Werkzeugmaschine 1 eine Stichsäge 2 veran- schaulicht. Diese weist ein Gehäuse 3 auf und ist über eine Fußplatte 4 auf einem Werkstück 5 abgestützt. An ihrem in Arbeitsrichtung 6 vorderen Ende ist die Stichsäge 2 mit einem Arbeitswerkzeug 7 in Form eines Sägeblattes 8 versehen, das in Richtung des Pfeiles 9 hubbeweglich anzutreiben ist. Gehalten ist das Sägeblatt 8 der elektrisch angetriebenen Stichsäge 2 in einer Werkzeugaufnahme 10.

Das in seiner Längsrichtung entsprechend dem Pfeil 9 hubbewegliche Sägeblatt 8 ist um eine Drehachse 1 1 verdrehbar, die mit seiner Hubachse zusammenfällt. Ferner ist das Sägeblatt 8 über einen Stellantrieb 12 rückenseitig beaufschlag- bar. Damit ist es insgesamt möglich, die Stichsäge 2 in verschiedenen Betriebsarten zu betreiben, einmal im Regelarbeitsbetrieb mit in Arbeitsrichtung 6 fest- stehend ausgerichtetem Sägeblatt 8, um Sägeschnitte längs einer Geraden durchzuführen. Ferner ist ein sogenannter Pendelhubbetrieb möglich, bei dem das Sägeblatt 8 um eine hier nicht gezeigte, zur Drehachse 1 1 senkrecht liegende Querachse über den Stellantrieb 12 überlagert zum Hubantrieb pendelnd in der jeweiligen Arbeitsrichtung bewegt wird. Eine dritte Betriebsweise ist unter

Nutzung der Verdrehbarkeit des Sägeblattes 8 um seine Drehachse 1 1 in Richtung des Pfeiles 13 zu realisieren. In dieser Betriebsweise, in der die Stichsäge 2 als „Scrolling Jigsaw" arbeitet, kann das Sägeblatt 8 in zu seiner der Grundarbeitsstellung entsprechenden Geradeausarbeitsrichtung gemäß Pfeil 6 winklige Arbeitsrichtungen verstellt werden und damit bei jeweiliger Ausrichtung auf eine vorgegebene, mit dem Sägeblatt 8 zu verfolgende Arbeitslinie als sogenannte halbautonome Stichsäge 2 betrieben werden. Bei dieser Betriebsweise übernimmt der die Stichsäge 2 haltende Benutzer im Wesentlichen nur noch die Grobausrichtung der Stichsäge 2 auf eine jeweilige Arbeitslinie, sowie auch den Vorschub. Die exakte, auf eine Arbeitslinie 27 als Wegvorgabe ausgerichtete Positionierung erfolgt aber durch die Veränderung der Drehstellung des Sägeblattes 8.

Zur Umschaltung zwischen den verschiedenen, vorstehend angesprochenen Be- triebsweisen ist eine Schalteinrichtung 16 vorgesehen, die Ein- und Ausschaltung der Stichsäge 2 erfolgt über eine Schaltanordnung 17, die im gezeigten Ausführungsbeispiel im Bereich des Griffbügels des Gehäuses 3 vorgesehen ist, das frontseitig, das heißt in Arbeitsrichtung 6 vorne, eine Stirnseite 18 mit im unteren Bereich, übergreifend zur Werkzeugaufnahme 10 auskragenden nasenartigen Vorsprung 19 aufweist. In diesem ist, wie schematisiert angedeutet, eine optische Erfassungseinheit 20 vorgesehen, gegebenenfalls auch eine Beleuchtungseinheit 21. Die optische Erfassungseinheit 20 umfasst eine Sensorik, bevorzugt in Form einer Kamera, gegebenenfalls aber auch unterschiedliche Sen- soriken, die in Anpassung an verschiedene Arbeitsgegebenheiten angesprochen werden können. Ist eine Beleuchtungsanordnung 21 vorgesehen, so ist diese bevorzugt auf das Umfeld des Arbeitsbereiches des Sägeblattes 8 ausgerichtet, das, was im Detail nicht dargestellt ist, die auf das Werkstück 5 aufgesetzte Fußplatte 4 im Bereich einer Arbeitsausnehmung durchsetzt.

Neben der optischen Erfassungseinheit 20 und gegebenenfalls der Beleuchtungsanordnung 21 ist, in die Stichsäge 2 integriert und im Frontbereich des Ge- häuses 3 symbolisch strichliert symbolisch dargestellt, eine Recheneinheit 22, eine Steuereinheit 23 und eine Stelleinheit 24 vorgesehen. Die von der optischen Erfassungseinheit 20 erfassten Gegebenheiten werden als entsprechende Signale an die Recheneinheit 22 übergeben, dort verarbeitet, der Steuereinheit 23 zu- geführt und lösen bei Bedarf Stellbefehle an die Steuereinheit 24 aus, über die das Sägeblatt 8 in seiner Drehrichtung auf eine jeweils zu verfolgende Arbeitslinie 27 ausgerichtet wird.

Im Übergangsbereich auf den nasenartigen Vorsprung 19 ist schematisiert die Anordnung eines Displays 25 gezeigt, das beispielsweise dazu dient, den Verlauf einer jeweils zu verfolgenden Arbeitslinie 27 und die Stellung des Sägeblattes 8 zu dieser zu veranschaulichen, und dem Benutzer Hinweise darauf zu geben, in welcher Richtung er die Stichsäge 2 zweckmäßigerweise abstützen sollte, um Stützrichtung und durch die Drehstellung des Sägeblattes 8 vorgegebene Ar- beitsrichtung bestmöglich in Überdeckung zur jeweils zu verfolgenden Arbeitslinie 27 zu bringen.

Fig. 1 zeigt nur die grundsätzliche Zuordnung und Abstützung der Stichsäge 2 aufgesetzt auf die Oberfläche 26 des Werkstückes 5, das in den bislang bekann- ten Nutzungsformen für die Stichsäge 2 oberflächenseitig mit einer Markierung in

Form eines Bleistiftstriches oder dergleichen als Arbeitslinie versehen ist.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird diese „Arbeitslinie" 27, wie in Fig. 2 gezeigt, zum Werkstück 5 berührungslos optisch durch einen Lichtstrahl 28 vorge- geben, der von einem optischen Projektor 29, beispielsweise einem Linienlaser ausgesandt wird. Dieser optische Projektor 29 ist im Ausführungsbeispiel, und dies lediglich zur Veranschauung des erfindungsgemäßen Führungssystems, auf dem Werkstück aufgesetzt, kann aber auch außerhalb des Werkstücks 5 angeordnet und/oder gehalten sein, und zwar in einer Ausrichtung, in der der ausge- sandte Lichtstrahl die vom Sägeblatt 8 nachzufahrende Linie als Arbeitslinie 27 auf die Werkstückoberfläche 26 projiziert. Ausgerichtet auf die Arbeitslinie 27 ist die Stichsäge 2, in Fig. 2 nur in Umrissen dargestellt, auf das Werkstück 5 aufgesetzt und in dieser wechselseitigen Ausrichtung wird die Arbeitslinie 27 in Form des Lichtstrahls von der optischen Erfassungseinheit 20, die beispielsweise als Kamera ausgestaltet ist, erkannt und von den nachgeschalteten elektronischen Einrichtungen in Form der Recheneinheit 22 und der Steuereinheit 23 in Steuerbefehle für die Stelleinheit 24 umgesetzt, über die durch Verdrehung der hier nicht dargestellten Hubstange des Sägeblattes 8 dieses auf die Arbeitslinie 27 ausgerichtet wird.

Die Anordnung des optischen Projektors 29 auf dem Werkstück 5 ist nur beispielhaft. Es kann der optische Projektor auch zum Werkstück 5 nach oben versetzt, beispielsweise über dem Werkstück 5 angeordnet sein, womit sich auch die Möglichkeit bietet, eine von einer Geraden abweichende Arbeitslinie 27 auf die Werkstückoberfläche 26 zu projizieren, die in der geschilderten Weise mit der

Stichsäge 2 in deren halbautonomem Betrieb nachgefahren werden kann, gegebenenfalls aber auch handgeführt. Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, den Lichtstrahl ausgehend von einem optischen Projektor unmittelbar auf die Erfassungseinheit 20 auszurichten und in Abhängigkeit von Abweichungen von einer vorgegebenen Ausrichtung des Lichtstrahls auf die Erfassungseinheit, insbesondere von der zur Erfassungseinheit 20 lotrechten Ausrichtung des Lichtstrahles, die Drehstellung des Sägeblattes 8 zu steuern.

Eine solche Führung der Stichsäge 2 entlang einem Lichtstrahl als Peilstrahl lässt sich auch nutzen, um beispielsweise durch optische Umlenkung des Peilstrahles, etwa durch Spiegelung des Peilstrahles an einer frontseitig zur Stichsäge 2 vorgesehenen Spiegelanordnung, diesen auf die Werkstückoberfläche 26 zu projizieren, so dass er sich dort als Abschnitt einer Arbeitslinie darstellt, die über eine Erfassungseinheit 20, die beispielsweise auch anstelle der Beleuch- tungseinheit 21 angeordnet sein könnte, erfasst und nachfolgend in Stellsignale umgesetzt werden könnte.

Claims

Ansprüche

1 . Führungssystem für Werkzeugmaschinen, insbesondere handgehaltene Werkzeugmaschinen (1 ), mit einem Arbeitswerkzeug (7) und einer maschi- nenseitig vorgesehenen optischen Erfassungseinrichtung (20) für eine werk- stückseitig mit dem Arbeitswerkzeug (7) zu verfolgende Arbeitslinie (27), dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitslinie (27) zum Werkstück (5) berührungslos optisch vorgegeben ist.

2. Führungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ar- beitslinie über einen von einem optischen Projektor (29) ausgesandten

Lichtstrahl (28) vorgegeben ist.

3. Führungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitslinie (27) durch einen längs der Oberfläche (26) des Werkstücks (5) auf die Erfassungseinheit (20) zulaufenden Lichtstrahl (28) auf das Werkstück (5) projiziert wird.

4. Führungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitslinie (27) durch einen zur Oberfläche (26) aufrechten Lichtstrahl (28) auf das Werkstück (5) projiziert wird.

5. Führungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl (28) auf die optische Erfassungseinheit auftreffend ausgerichtet ist, derart, dass die Projektion des Lichtstrahls auf die Oberfläche (26) des Werkstückes (5) einer Arbeitslinie (27) entspricht.

6. Führungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Laserstrahlers als optischer Projektor (29).

7. Führungssystem nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Linienlasers als Laserstrahler.

8. Führungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als Erfassungseinheit (20) ein Sensorsystem, insbesondere eine Kamera, aufweist, dessen Signale einer nachgeordneten Rechen- und Steuereinheit (22, 23) zugeführt und über diese in Führungshinweise für den

Benutzer und/oder Stellbefehle für die Ausrichtung das Sägeblatt (8) auf eine jeweilige Drehstellung umgesetzt wird.

9. Führungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeich- net durch eine als Stichsäge (2) ausgebildete Werkzeugmaschine, deren

Sägeblatt (8) um seine Hubachse als Drehachse (1 1 ) drehbar ist und gesteuert durch Verdrehung um seine Drehachse (1 1 ) auf eine zu verfolgende Arbeitslinie (27) ausgerichtet wird.

10. Maschinenset, insbesondere für mit einem Führungssystem nach einem der

Ansprüche 1 bis 9 arbeitende Werkzeugmaschinen, umfassend eine handgehaltene elektrische Werkzeugmaschine mit Zubehör, bei dem als Werkzeugmaschine (1 ) eine Stichsäge (2) vorgesehen ist, deren hubbeweglich angetriebenes Sägeblatt (8) um eine in Hubrichtung verlaufende Drehachse (1 1 ) drehbar und über eine Stelleinheit (24) auf eine werkstückseitig zu verfolgende Arbeitslinie (27) auszurichten ist, welche über eine maschinenseitig vorgesehene Sensorik erfasst wird, deren Signale über eine nachgeordnete Steuereinheit (23) rechnergestützt in Stellbefehle für eine Stelleinheit (24) umgesetzt werden, wobei als Zubehör ein optischer Projektor (29) zur Er- zeugung eines Lichtstrahls als für das Sägeblatt (8) zu verfolgende Arbeitslinie (27) vorgesehen ist.