机床监测装置的制作方法

专利名称：机床监测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分的机床监测装置。
背景技术：
已知在圆锯中用于监测加工过程的机床监测装置。机床监测装置为 此具有用于产生和获得电磁信号的传感器单元，该传感器单元布置在锯 片的附近。通过监测信号的频语可以检测人体部分靠近锯片。

发明内容
本发明从一种机床监测装置出发，其具有用于识别机床中的使用状
的行为,如例如在加工期;i工、件的八"弹起，，。由于所谓的"后蹬:'此时可 能发生伤害。
建议将识别单元设置用于依据至少一个距离特征参数来识别使用 状况。由此可以实现可靠的基于通常的探测方法和分析评估方法的刀具 监测装置。就此，"距离特征参数"可以理解为尤其是借此可以确定距 离的特征参数。距离特征参数优选借助于探测信号,如例如电磁信号,尤 其是光信号,或超声信号,进行探测。此时距离特征参数可以是运转时间, 相位位置,探测信号的频率或通过三角测量法探测的特征参数等等。它们
换成电压,电流，载荷等等。口此夕卜口为了识别使用状况;以只/距离特征参数 进行分析评估,而不需要定量地确定相应的距离。使用状况的"识别"在 此可以尤其是理解为确定在机床的使用过程中某种状况的存在。机床的 使用过程此时尤其是不局限于机床按照规定的使用情况。机床的违反操 作规程的使用和尤其是在没有待加工的工件情况下的使用在此情况下 也被理解为机床的使用状况。此时确定某种状况的存在可以有利地用于 采取安全措施。
按照本发明的机床监测装置尤其适用于其中借助于手动的操作,如 例如通过在加工工件时手动控制工件来实施使用过程的机床。尤其是可以在存在操作者与加工刀具,如例如切割刀具,接触的危险的这种工件加 工过程中实现高的安全性。为此识别单元有利地具有至少 一个在其中优 选探测距离特征参数的监测区,该监测区布置在机床的用于将工件安装 到刀具上的安装区中。该安装区优选具有用于通过操作者引导工件的导 向机构,如例如用于安置,尤其是用于放上待加工的工件的机床加工面。
为了分析评估探测的距离特征参数,尤其是为了依据距离特征参数 确定使用状况,识别单元优选具有计算单元,其例如构造成微机和微型控 制器。
此外建议,识别单元被设置用于依据一组距离特征参数来识别使用 状况,由此可以实现特别精确的和可靠的识别使用状况。可以简单地通过 比较多个距离特征参数识别大数量的可能的使用状况。特别有利地，一 个距离特征参数可以用于确定 一 个借助于另 一 个距离特征参数确定的 可能状况或者用于使该可能状况无效。用于识别的距离特征参数可以在 给定的时刻与不同的探测区相对应和/或它们可以分布在一个时间间隔 上。识别单元优选具有用于探测一个或多个距离特征参数的传感器机 构。
在本发明的 一组优选的设计中建议,识别单元具有至少两个用于探 测至少 一个距离特征参数传感器机构，由此可以实现对大的空间的监测。 传感器机构优选具有各一个视野或探测区域,其指向用于安放待加工的 工件的才几床加工面。
为了能够实现特别准确和可靠的识别使用状况,尤其建议,识别单元 具有至少三个用于探测距离特征参数的传感器机构。
在本发明的一种有利的扩展方案中建议,识别单元具有至少两个用 于探测至少 一 个距离特征参数的传感器机构,其中由传感器机构确定的 监测区沿着机床的输送方向布置，由此可以在设计上简单地监测在处于 加工中的刀具和机床之间的相对运动。"机床的输送方向"在此处尤其 是理解为通过机床的结构确定的符合规范的运动方向,在该方向上在符 合规范地使用机床的情况下处于加工中的工件由操作者将其相对于静 止的才几床部件进行输送,和/或理解为一种运动方向,在该运动方向上在符 合规范地使用机床的情况下由操作者将该机床相对于静止的处于加工 中的工件进行输送。在第一备选方案中输送方向对应于刀具输送方向, 而在第二备选方案中对应于机床输送方向。"静止的，，单元应该理解为
6尤其是相对于端面固定的单元。该输送方向尤其可以通过刀具的一定的 定向,尤其是切割刃相对于机床外壳的定向来确定。当两个监测区相互相 对地这样地布置,使得连接监测区的中点的直线部分与输送方向形成最
大30° ,有利地最大15。和优选最大5。的角度时，该两个监测区"沿 着"输送方向布置。特别优选地，监测区在输送方向上前后相继地布置, 其中具有至少 一个平行于输送方向定向的与监测区切割的直线。
此外建议,识别单元具有至少两个用于探测至少一个距离特征参数 的传感器机构,它们布置在机床的分割面两侧，由此可以实现具有高准确 度和可靠性的识別。尤其是由此可以将被加工的工件的被分离的部分的 向下脱落与危险状况有利地区别开。"机床的分割面"应该理解为尤其 是一个平面，在该平面中， 一个作用缘边，如例如一皮驱动而进4亍一种运 动的刀具的切割刃，实施 一 种用于分割工件的运动,如例如旋转运动或往 复运动。
如果识别单元被设置用于依据在距离特征参数之间的差来识别使 用状况，则可以实现一种特别简单的分析评估方法。此时在某个时刻的 在距离特征参数之间的差值和/或在不同时刻的在距离特征参数之间的 差值可以用于识别使用状况。
在一种有利的变型方案中建议,识别单元^:设置用于依据距离特征
参数的随时间的变化来识别使用状况。由此可以实现快速识别使用状 况。这可以特别简单地实现，此时识别单元被调整到用于探测和/或记录 具有高的变化速率的变化,如例如在距离特征参数的随时间的变化中的 突变的转变或不连续性。此外识别单元可以用于在距离特征参数随时间 的变化中识别预先给定的图案。
就此方面建议,识别单元被设置用于在至少一个距离特征参数随时 间变化的情况下对距离特征参数的变化值分级，由此可以实现特别快速 地识别使用状况。探测的特征参数的"分级"应该理解为尤其是将特征 参数与预先限定的间隔相配属。距离特征参数的"变化值"应该理解为 尤其是距离特征参数关于时间的 一 阶导数。
此外建议,识别单元被设置用于识别工件的未预料到的运动，由此可 以实现在就此使用中的特别高的安全性。工件的"未预料到的运动"在 此应该理解为尤其是由操作者无意地进行的或未受控制的相对于机床 部件的工件运动。工件相对于机床部件的未预料到的运动可以例如在输
7送工件时通过操作者相对于静止的机床部件发生或可以在输送机床部 件时通过操作者相对于静止的工件发生。
尤其建议,识别单元被设置用于，依据至少 一 个探测的距离特征参数 识别工件逆着工件输送方向的向后运动，由此可以在工件相对于操作者 回弹情况下快速地采取保护措施,该回弹由被驱动的刀具和工件之间出 现的力引起。"逆着工件输送方向的向后运动"应该理解为工件相对于 机床部件的一种运动,该运动具有至少一个逆着工件的符合规范的输送
方向相对于机床取向的分量。由此可以在机床中实现高的保护，尤其是 在其中没有设置或者为了加工简单而被终端用户拆除了机械的保护装 置,如例如劈裂楔(间隙楔)或保护罩的机床中。
此外建议,识别单元被设置用于依据至少一个探测的距离特征参数 来识别机床逆着机床输送方向的向后运动，由此可以在机床在向着操作 者的方向上回弹的情况下快速地采取保护措施。"逆着机床输送方向的 向后运动"应该理解为机床相对于静止的工件的运动,该运动具有至少一 个逆着机床的符合规范的输送方向相对于工件取向的分量。
在本发明的 一 个有利的扩展方案中建议,识别单元被设置用于,依据
至少 一 个探测的距离特征参数识别工件和/或机床部件相对于工件加工
面的抬起运动，由此可以及时采取防止受伤的保护措施。"工件加工面"
应该理解为尤其是一个平面,在符合规范地加工工件情况下工件沿着该
平面运动。在静止的才几床的情况下该工件加工面优选由用于安放工件的
才几床加工面形成。如果待加工的工件为了进^f亍加工^皮相对于地面固定地
夹紧，那么工件加工面尤其是对应于工件的使机床沿着其进行运动的那
个表面。相对于工件加工面的"抬起运动，，应该理解为尤其是一种具有 至少一个垂直于工件加工面定向的分量的运动。
有利地，识别单元具有至少一个用于探测至少一个距离特征参数的 传感器机构,其用于超宽频带运行。为了识别使用状况，如尤其是在监测 的区域中人的组织的存在,除了探测距离特征参数之外还可以附加地探
测或分析评估另外的特征参数，如例如接收信号的频i普特征参数。用于
超宽频带运行的传感器机构应该理解为尤其是可以借此产生，接收和/ 或分析评估超宽频带的信号的机构。"超宽频带的信号，，应该理解为尤
其是具有中心频率和频率带宽为至少500MHz的频谱的信号。中心频率 优选在lGHz至15GHz的频率范围中选才奪。传感器机构可以备选地或附
8加地以激光测距仪,三角测量法传感器,超声传感器或电容传感器等等的 形式构造。传感器机构此外可以布置在机床的用于安置,尤其是用于放上 待加工的工件的加工面的上方或下方。此外可以设置至少两个布置在加 工面两侧的传感器才几构。
当识别单元确定至少两个用于监测机床的使用过程的监测区的情 况下，可以在监测功能的设计上实现高的灵活性。对一个监测区优选分 配一个传感器机构或一组传感器机构。此时 一个监测区可以对应于例如 传感器机构的一个探测区。
此外建议,对监测区分配各一个不同的机床运行模式,由此可以实现 机床使用的高的灵活性。为此识别单元优选与机床的控制单元连接。例
在本发明的一种优选实施例中建议,监测区中是至少一个对应于机 床的 一种报警模式。由此在识别潜在危险的使用状况情况下可以在操作
者处于危急的危险中之前有利地采取预保护措施。例如可以通过报警信 号向操作者报警,告知可能的危险。此时优选对另一个监测区分配一种用
于安全关闭机床的安全模式。
模式^减緩刀具的驱动时,一 则i这个方面可以实现有利的报警效果和高 的安全性。为此识别单元优选具有接口，其用于与控制机床驱动单元的控 制单元耦联。此外识别单元可以具有用于向机床驱动单元发送控制信号 的控制单元。
此外建议,监测区中的至少 一 个配属于从机床的工作区中被驱动的 刀具的去除,由此可以有效地消除潜在的受伤危险。被驱动的刀具的"去 除，，，其优选借助于与识别单元作用连接的执行单元实施,可以尤其是通 过将被驱动的刀具移动到工作区之外的一个安全位置上(如例如通过将 被驱动的刀具下降到机床加工面之下)，通过关闭刀具的驱动装置和/或 通过遮盖住刀具的切割刃来实现。"工作区"优选由在机床的符合规范 的使用条件下操作者能够接近的 一 些点构成。
在本发明的一种优选构造中建议,监测区的至少一个配属于机床的 安全关闭，由此可以实现机床的高的操作安全性。
此外建议,识别单元包括计算单元,其被设置用于通过基于对距离特 征参数的模糊逻辑和/或神经元逻辑的分析评估来识别使用状况。借助于
9模糊逻辑和/或神经元逻辑，可以由计算单元快速分析评估大量的复杂的 信息量。"模糊逻辑"就此方面可以理解为尤其是给某事件的发生分配 介于O(假)和l(真)的区间的概率值(或然值)的一种逻辑。
在另一种变型方案中建议，识别单元具有数据库,其中一组距离特征 参数对应于 一 种使用状况,由此可以实现使用状况的 一 种简单的识另'J过 程。有利地，数据库可以通过最终用户编程。
此外当识别单元被设置用于依据至少 一 个距离特征参数识别监测 区中人的身体部分的存在，则可以实现特别高的安全性。
如果机床监测装置具有用于实施安全措施的执行单元，该执行单元 与识别单元作用连接，则安全性可以进一步提高。该执行单元尤其是被 设置用于依据识别单元的信号去除被驱动而进行一种运动的刀具处于 危险的区域中的情况和/或向操作者发出报警信号。
在此情况下"去除"可以理解为关闭刀具驱动装置或将被驱动的刀 具从危险区域中移出。该"危险区域"优选由具有与被驱动的刀具之间
最多5cm,尤其是最多2cm的最小距离的点构成。
此外建议一种用于在机床的使用过程中识别使用状况的方法，其中 为了识别使用状况，探测至少一个距离特征参数。由此可以以通用的探 测机构简单地实现一种可靠的识别方法。


从以下的

中得到其它优点。在附图中示出了本发明的多个 实施例。附图、说明书和权利要求书包含了大量特征组合。技术人员也 将适当地单独审视这些特征并且归纳成有意义的其它组合。其中
图l是包括从其中伸出一个锯片的锯台和带有三个距离传感器的监 测装置的圓锯，
图2是带有备选构造的监测装置的图1所示的圆锯， 图3是带有备选的监测装置的图1所示的圆锯俯视图，其中监测装 置具有是个监测区，
图4是图3所示实施例的圓锯的一个内部电路，
图5和6是采用图3所示圆锯的加工过程，
图7和8是用于解释监测装置的识别功能的图表，
图9是监测装置的一个数据库,表示机床监测装置的两个不同监测
10区；和
图IO是锯台,工件和放置在工件上的手，
图ll是在图10中的状况下距离特征参数的变化曲线，
图12是带有设置在锯片的两侧的监测装置的备选构造的传感器单
元的圆锯，
图13是在按照规定加工工件的情况下的圆锯， 图14是图12的传感器单元在图13的使用状况下的距离特征参数 的变化曲线，
图15是在工件回弹情况下的圆锯，
图16是在图15的使用状况下距离特征参数的变化曲线，
图17是带有图12的传感器单元的手持圆锯的侧视图，
图18是在取下工件情况下的手持圓锯，
图19是在图18的使用状况下距离特征参数的变化曲线和
图20是带有备选的传感器单元的刺锯(Stichsage)的侧视图。
具体实施例方式
在图1中以透视图示出了圆锯形式构造的机床10。该机床具有锯台 12,锯台具有加工面14,其上可以安放待加工的工件16 (图5),以锯 片形式构造的刀具18,它从锯台12伸出，和以电机形式构成的用于驱 动刀具18的机床驱动单元20(参见图4)。在操作者加工工件16时，工 件16沿着安装方向17被推向刀具18。为此加工面14的在安装方向17 上布置在刀具18之前的那个部分形成安装区19,工件16净皮在该安装区 上引导。安装区19的边界在附图中用虚线示出。
为了监测机床10的加工过程，机床配置了机床监测装置22。机床 监测装置22具有识别单元24,它被设置用于识别在机床10的加工过程 中出现的使用状况。为此识别单元24包括传感器单元26,它以一组为单 个传感器机构28,30,32的形式进行构造。传感器单元26固定在支撑件 34中,该支撑件在锯台12的宽度上在加工面14的上方延伸。在此情况 下，传感器机构28,30,32沿着传感器轴线36布置,该传感器轴线定向在 用于朝着刀具18安装工件16的安装方向17的横向上。机床10此外具 有构造成扬声器形式的信号输出单元40。也可以设想采用光学的信号输 出单元。
ii传感器机构28,30,32分别以距离传感器的形式构造。在该实施例中， 传感器机构28,30,32分别以红外传感器的形式构造,其借助于三角测量 法探测距离特征参数42,44,46(参见例如图4)。这种传感器以及通过三角 测量法探测距离特征参数是公知的，因此在本说明书的范围内不对它们 进行详细说明。传感器机构28,30,32各确定一个监测区48,50,52,其在加 工面14上的投影用虛线示意地示出，在该监测区内可以对距离特征参 数42,44或46进行探测。识别单元24的监测区48,50，52位于加工面14 的安装区19中。距离特征参数42,44,46分别对应于一个至位于相应的 监测区48,50或52中的物体的距离或者在空的监测区情况下对应于至加 工面14的距离。监测区48,50,52通过相应的传感器^/L构28,30,32的作 用距离确定。监测区48,50,52锥形地沿着探测方向54延伸,该探测方向 垂直于锯台12的加工面14定向。
为了依据距离特征参数42,44,46识别使用状况，识别单元24配置 有计算单元56,它以微机的形式构造。该计算单元布置在锯台12的下方 和通过电缆连接件与传感器单元26连接。也可以设想计算单元56的一 种备选的布置，如例如在布置在支撑件34中。
机床监测装置22的一种备选的实施例在图2中示出。此时具有三 个传感器机构58,60,62的传感器单元26安装在一个备选的支撑件64中。 该支撑件支撑在锯台12的后部区域中和具有用于安置传感器机构 58,60,62的部分区域66,它在锯台12的一部分宽度上延伸。通过将传感 器机构58,60,62布置在该部分区域66中，监测区48,52锥形地沿着与加 工面14倾斜地定向的探测方向68，70延伸。在该实施例中，识别单元 24被设置用于超宽频带运行。为此传感器单元26的传感器机构58,60,62 分别以UWB传感器(即Ultra Wide Band超宽频带传感器)构造。它们被 设置用于借助以宽频带的信号构造的电磁信号探测距离特征参数,该信 号具有在lGHz和150GHz之间的中心频率和至少500MHz的频率带宽。
图1的机床监测装置22的另一个实施形式将依据图3进行描述， 其中在从上方看的视图中示出了机床10。此时识别单元24配置有备选 的传感器单元72。为了清楚起见没有示出图1中的支撑件34和传感器 单元72。传感器单元72在图4中示出。示出了监测区48,52和另外两 个监测区74,76在加工面14上的投影。监测区48,52,74,76布置在加工 面14的安装区19中。监测区74,76在安装方向17上布置在刀具18前
12面,其中监测区76在安装方向17上直接地布置在刀具18之前和监测区 74在安装方向17上位于监测区76之前。监测区48,52从侧面布置在监 测区74,76旁边,其中用于"从侧面，，是指垂直于安装方向17的传感器 轴线36。监测区48,76,52由图1的传感器^/L构28,30,32确定，而监测区 74对应于另一个传感器^L构78,它在图4中示出。传感器;f几构78可以以 三角测量法传感器,以UWB传感器,或以另外的对于专业人员来说显示 为有意义的距离传感器的显示进行构造。
在图4中示意地示出机床10的一个内部电路。其中示出了以锯片 形式构造的刀具18,识别单元24,机床驱动单元20,以用于控制机床驱动 单元20的控制单元80和信号输出单元40的形式构造的执行单元81和 该信号输出单元40。识别单元24具有传感器单元72和计算单元56,传 感器单元包括传感器机构28,30,32,78。计算单元56为了接收距离特征 参数42,44,46和由传感器机构78探测的距离特征参数82而与传感器单 元72连接。计算单元56此外与控制单元80连接。距离特征参数 42,44,46,82在示例中设计成电压，它们由传感器单元72的传感器机构 28,30,32,78依据在相应的监测区48,76,52或74中的距离输出。此外计 算单元56与存储单元84连接。
在该示例中，计算单元56借助于电缆连接件与控制单元80连接。 在备选的实施形式中可以设想,计算单元56布置在支撑件34中(参见图 l)和被设置用于通过无线连接与控制单元80形成数据连接,如例如通过 无线电通讯。由此可以以很小的安装费用尤其是没有昂贵的电缆地特别 简单地实现机床监测装置22与机床10相结合的可选择的应用。
使用机床10的加工过程将依据图5和6进行解释。此外为了解释 机床监测装置22的工作方式将参见图7和8。图7和8以曲线图示出了 由传感器机构28,30,32,78输出的电压形式的距离特征参数42,44,46,82 作为时间t的函数。出于清楚起见，相应的距离特征参数42,44,46,82分 别在y轴的一个单独的区域中示出。距离特征参数42,82,46或44分别 与传感器^L构28,78,32或30相对应。
假设操作者借助于机床IO加工木板构造的工件16。在将工件16放 置到加工面14上之前，被探测的距离特征参数对应于相同的距离，并且 是传感器才几构28,78,32,30到加工面14的距离。工件16祐:放置到加工面 14上和由操作者使其在安装方向17上朝着刀具18移动。在时刻to工件16到达监测区74中。如在图7中可以看见的,距离特征参数82具有一 个突变式的转变,该突变式的转变对应于距离减小了在监测区74中的工 件16的厚度。在时刻t,工件16挤入到监测区48和52中，其中距离特征 参数42,46具有一个突变式的转变。出于假设在工件16在安装方向17 上移动期间操作者的手位于工件16的边缘上(实线表示的手符号86)。 在工件16继续移动时操作者的手在时刻t2分别到达监测区48,52的其中 一个中(图6)。这由传感器机构28，32记录(参见图7)。在较后的时刻t3 工件16进入监测区76中。
计算单元56被编程,用于借助于逻辑方法识别使用状况。 一种使用 状况将作为一个逻辑询问链的结果实线。此时计算单元56 —方面监测 在距离特征参数42,82,46之间的差,另一方面计算单元56记录距离特征 参数随时间的变化。尤其是对于每个距离特征参数将记录突变式的转 变。相应的分析评估程序存储在存储单元84中。
在时刻ti和t2之间，在距离特征参数42,82,46之间的所有差值等于 零。计算单元56将这种情况解释为一种可靠的使用状况,对其不需要采 用另外的措施。如果手在时刻t2到达监测区48,52中，则记录下距离特征 参数42,46与距离特征参数82的一个差值。这在逻辑识别法中触发另一 个步骤,在该步骤中考虑距离特征参数的相应的状态以及它们的随时间 的变化。计算单元56尤其是确定出在时刻t2距离特征参数44还出于其 初始状态下。这也作为一种对其不需要采用另外的措施的使用状况被识 别。
在时刻t3记录，距离特征参数44改变了它们的值。依据该信息，计 算单元56检查其它距离特征参数的状态。由于这些距离特征参数的值 以未改变的状态呈现,其对应于手处于监测区48,52中的情况,因此这种 情况由计算单元56识别为非危急的使用状况。
现在假设操作者的一只手已经放到工件16的中间区域中。这将依 据图8的曲线图进行说明。这种状况在图5和6中借助于虚线示出的手 符号88表示出。工件16如前述示例中那样在时刻t。挤入到监测区74 中。在时刻U手到达监测区74中(图5),其表示为距离特征参数82的一 个突变式的转变。此外工件16在时刻ts到达监测区76。在时刻U手到 达监测区74。此时出现距离特征参数82与距离特征参数42,46的一个 差值，其由计算单元56记录下。计算单元56此外确定出存在距离特征参
14数82的一个第二不连续部。在计算单元56的逻辑链中将此情况识别为 一种使用状况,在该使用状况下要接通机床10的一种报警模式。为此计 算单元56向执行单元81发出报警信号卯(图4),该执行单元一方面通过 信号输出单元40引起声学信号的输出和另一方面向机床驱动单元20发 送控制信号92。在这种情况下例如刀具18的转速被调节到一个较小的 值。
如果操作者忽视该报警而其手在时刻16到达监测区76,则通过计算 单元56记录下距离特征参数44的相应的第二突变式的转变,计算单元将 该使用状况识别为紧急的危险状况。此时计算单元56向执行单元81发 出停止信号94,后者使机床驱动单元20安全关闭。在另一种实施例中可 以设想,执行单元81在该使用状况下用于驱动 一种安全机构,该安全才几构 被设置用来调节被驱动的刀具18,使其移动到位于机床10的工作区外 部的安全位置上和/或用来遮盖刀具18的切割刃。
通过识别单元24,它依据在监测区74或76中的距离的减小而触发 报警信号90和停止信号94,可以排除其中低估了使用状况的危险的假的 负的识别。通过另外的监测区48,52,并且是通过在距离特征参数之间的 比较,此外可以有利地防止其中对其中由于高估了使用状况的危险引起 的报警或安全关闭的假的正的识别。为了防止发出这种假的正的信号和 为了提高使用舒适性，上面所述的传感器装置可以借助于距离传感器与 另一个传感器装置,尤其是用于材料识别的传感器装置,有利地组合起 来。例如也可以设想附加地使用一种电容式识别和/或基于用于探测体热 的红外信号,基于用于识别人体组织的光谱法和/或基于例如借助于摄像 机的光学方法的 一 种识别后者。这可以通过使用另外的传感器机构实 现。这可以在设计上简单地如此实现,即至少传感器机构30除了用于距 离探测还附加地用于材料识别。例如传感器才几构30可以作为UWB传感 器进行构造。
图1所示实施例中的机床监测装置22的作用方式可以从前面的说 明中获知，区别在于取消监测区74。该监测区74可以被视为报警区，其 带来的附加优点在于可以在操作者和刀具18之间出现物理接触之前对 危急的使用状况作出反应。
为了解释机床监测装置22的作用方式，考虑了使用状况的一些简 单的示例,通过该机床监测装置可以利用由清晰逻辑编程的计算单元56
15快速和可靠地识别使用状况。通过探测一组距离特征参数，形成距离特 征参数许多种可能的配置。为了有效地识别使用状况，计算单元56此 外被设置用于依据模糊逻辑和神经元逻辑识别使用状况。通过神经元逻
辑此外可以实现机床监测装置22的有利的自学习功能。
计算单元56此外可以借助于存储在存储单元84中的数据库96识 别使用状况。该数据库96在图9中示出。在该数据库96中通过符号aha2, , , ,bh,b2,' , d,C2等等示出的多组距离特征参数98,各分配一个 使用状况A, B, C等等。通过将探测的距离特征参数组与存储的数据组 进行比较可以识别相应的使用状况。该数据库96可以例如借助于计算 机模拟建立起来,其中模拟可能的使用状况,和接着按照顺序存储到存储 单元84中。
在另一种实施例变型方案中可以设想将识别单元24设置用于图案 (模型)识别。为此计算单元56记录距离特征参数的绝对值或依据该 距离特征参数求出的距离。此时计算单元56例如可以被编程,以便识别 典型的手的厚度(例如在2cm和5cm之间的厚度范围)。
计算单元56的另一种识别模式在图10和11中描述。 一只手可以 如此地与工件16区别开,即计算单元56在一个距离特征参数如例如距离 特征参数42的变化中记录了一种连续的变化。这种变化，其在图11中 自手挤入监测区48中的时刻t7起可以觉察到，对应于手工件16上的一 个倾斜的位置和由此形成的探测的距离的减小并且可以作为距离特征 参数42的图案变化由计算单元56识别。
在此处依据圆锯描述的机床监测装置22此外可以适用于其它的机 床中，尤其是其它类型的锯机中，如例如摆锯机和/或斜切锯,在割草机中 等等。
图12在从上方看的视图中示出了机床10。机床IO具有构造为锯片， 尤其是为圆形的锯片的刀具18,它从由锯台形成的用于放置工件的加工 面14中凸出，并且是通过一个在加工面14中开出的缝口 100凸出。刀具 18此外可以以带锯的形式构造。在按照规定的使用条件下加工面14是 水平定向的和刀具18在垂直方向上101从加工面14中凸出(也参见图 13)。刀具18在才几床驱动单元20的一种道具运行中^皮转动地驱动。刀具 18的驱动运动限定一个分割面102,在该分割面中刀具18的切割刃被转 动地驱动以分割工件。在所观察的情况下分割面102对应于一个垂直面,
16该垂直面包含刀具18的重心和垂直于刀具18的^t转轴线定向。在加工工件时，分割面102和工件的希望的切割线被设置成相一致。加工面14对应于工件加工面104,在^要照^见定的加工期间待加工的工件106沿着该工件加工面运动(参见图13)。在该按照规定的加工情况下工件106在形成工件移动方向的工件输送方向108上沿着工件加工面104移动(参见图13)。工件输送方向108通过分割面102的定向确定并且此时是平行于工件加工面104和分割面102。
机床10如前所述配置有带有其识别单元24的机床监测装置22。识别单元24具有一种备选的构造的传感器单元110。传感器单元110包括一组数量为六个的传感器机构112.1至112.6。传感器机构112分别构造成距离传感器,它们用于探测至少一个距离特征参数114(参见图14)。在所观察的情况下传感器机构112分别构造成超宽频带雷达传感器。为了构造传感器机构112可以备选地或附加地考虑各种不同的传感器类型。可以设想使用光学的传感器，其用于借助于红外线和/或激光射线探测距离特征参数。在这方面，传感器机构112可以以三角测量法传感器或以激光测距仪的形式构造。此外可以设想将传感器机构112构造成声学传感器,如例如超声测距仪。也可以使用电容式传感器,其通过电容测量来探测距离特征参数。在一个变型实施例中可以考虑这些传感器类型的组合。
传感器单元110具有两组传感器机构112,并且是具有传感器机构112.1,112.3,112.5的第一组和具有传感器机构112.2,112.4,112.6的第二组,其中这些组布置在分割面102的两侧。在一个组内传感器^/L构112沿着工件输送方向108布置。此时它们在工件输送方向108前后相继地布置和形成一排，其中排列的方向对应于工件输送方向108。在一个组中的传感器机构112,如例如传感器机构112.2,112.4,112.6各确定一个监测区115.2,115.4或115.6,其中监测区115.2,115.4,115.6沿着工件输送方向108成排地布置。传感器机构在图12中所示的布置是示例性的。可以设想一种仅仅在分割面102的一侧上布置传感器机构112的配置。另一种配置可以是将传感器机构112相对于分割面102错开地布置。
识别单元24在具有传感器单元110的实施例中的作用方式依据图13至16进行描述。图4中示出的具有识别单元24的机床10的内部电路得到相应的应用，其中传感器单元72由传感器单元IIO取代。在图13
17中示出机床10的侧视图。如可以由图13中获知的,传感器机构112布置在加工面14下方。在该图中示出了工件106的^J安照身见定的加工，其中工件在工件输送方向108上由操作者沿着工件加工面104相对于才几床10移动，机床相对于地面是静止地构造的。由传感器机构112.2,112.4,112.6^t笨测的距离特征参数114.2,114.4或114.6的变化作为时间t的函数示出在图14中,其中依据突变式的转变可以识别工件106逐渐地进入传感器机构112.2,112.4，112.6的相应的监测区U5.2，115.4或115.6。距离特征参数114在时刻t=0的初始值对应于相应的传感器^L构112.2,112.4或112.6的一个未被覆盖的状态。
在具有传感器单元110的实施例中的识别单元24被设置用于识别工件106的为预先预见的运动,并且在所考虑的示例情况下是用于识别工件106与加工面14突然分开的情况。这在图15中示意地示出。在该使用状况下在时刻^工件106由于歪斜而受到一个力的作用，该力具有一个在垂直方向101向上的分力和一个在工件输送方向108的反向上的分力。由此工件106从工件加工面104上沿垂直方向101向上抬起和进行向后的运动，亦即它逆着工件输送方向108在朝着操作者的方向上运动。距离特征参数114的相应的变化曲线在图16中示出。为了识别该使用状况，对距离特征参数114的相应的随时间的改变以及对探测的距离特征参数114之间的比较进行分析评估。
工件106相对于机床10的未预料到的或未受控制的运动可以由对距离特征参数114.2和114.4的瞬时值的比较中识别出来。尤其是由计算单元56记录距离特征参数114.4在时刻^发生的变化，其表示传感器机构112.4至工件106的距离的变化，其中距离特征参数114.2在时刻t,的值表示传感器机构112.2另一个被覆盖的状态。该识别通过识别单元24触发一个识别信号，由此采取保护措施。
此外通过分析评估距离特征参数114的变化值可以识别工件106的无意的运动。如果其中一个变化值超过预定的阈值，那么计算单元56可以将工件106相对于工件加工面104的突然式的运动与由操作者有意地和相应地进行的运动相区别。此时变化值借助于计算单元56分级,其中一个瞬时变化值对应于一种危险度,如例如"正常变化，，或"突然式的变化"。不同的危险度可以与不同的安全措施相配属。在所考虑的示例中，距离特征参数114.4在时刻^的变化值对应于危险度"突然式的变化"，由此触发识别单元24的一个识别信号，以采取保护措施。
此外可以借助于识别单元24表征在图15中示出的工件106相对于工件加工面104在其方向上的运动。此时由计算单元56记录,两个距离特征参数114:2和114.4在时刻t!进行同时的变化,其表示工件106从工件加工面104上抬起的运动。
此外可以借助于识别单元24识别工件106逆着工件输送方向108的向后运动分量。这依据以下情况就可以识别，即距离特征参数114.2,114.4在时刻t！之后具有不同的值,这表示在图15中示出的工件106相对于工件加工面104的倾斜位置,在该位置上工件106至传感器机构112.4的距离大于至传感器机构112.2的距离。该向后运动此外可以通过计算单元56比较距离特征参数114.2和114.4的变化值实施和分析评估。计算单元56尤其可以记录到,距离特征参数114.4具有比距离特征参数114.2大的变化值。这表示,工件106至工件加工面104的距离增大的速度在传感器机构112.4的监测区115.4中快于在传感器机构112.2的监测区115.2中。由此可以识别出，工件106以一种向后运动在朝着操作者的方向上发生抛移,这借助于弯曲的箭头在图15中示意地示出。这种向后运动此外也可以这样地识别，即在时刻t2〉t!距离特征参数114.4具有其初始值,而距离特征参数114.2对应于传感器机构112.2的另一个^^隻盖的状态。
在对用于识别工件106相对于机床10的无意运动的距离特征参数114的监测中其它的组合是可以想到的。如在更前面所提及的那么，在此处描述的识别可以通过使用数据库96的数据来实施。依据识别单元24的识别信号可以采取不同的保护措施。如上所述,可以借助于执行单元81触发机床驱动单元20的安全关闭。此外可以考虑到,执行单元81对机械的安全机构的驱动进行操控,该安全机构例如驱动刀具18下沉到工件加工面104以下和/或盖住刀具18的切割刃。
在另一个变型实施例中可以设想,机床10具有一个构造成劈裂楔的保护装置,它在工件输送方向108上布置在刀具18之后。该保护装置可以作为支撑单元进行构造，用于支撑至少 一个另外的用于探测距离特征参数的传感器机构,该传感器机构布置在工件加工面104的上方。
在图17中示出作为手持圆锯构造的机床116的侧视图。该机床具有机床部件117,该机床部件以圆形的锯片的形式作为刀具118进行构造。刀具118在运行中由一个没有详细示出的机床驱动单元驱动而旋转。
该旋转运动如上所述限定一个分割面。在图17中工件120借助于没有详细示出的元件被夹紧在一个相对于地面固定的位置上。在工件120的按照规定的加工中，机床116在工件120的一个表面上运动,其中这个与机床116面对的表面限定了工件加工面122。尤其是使机床116按照规定地在机床输送方向124上相对于工件120移动,该机床输送方向平行于分割面和平行于工件加工面122。
机床116配有机床监测装置22。它具有识别单元24,该识别单元包括具有传感器机构112的传感器单元110。如在图12中示出的配置那么，传感器单元IIO被划分成布置在分割面两侧的两组传感器机构112.此外传感器机构112在一个组内部成排地沿着机床输送方向124进行布置。
图18示出了机床116,它实施一个由操作者无意欲的相对于工件加工面122的运动。在此情况下刀具118在工件1203发生歪斜,从而才几床116相对于工件加工面122进行抬起运动。此外机床116相对于工件120的运动具有一个分量，该分量逆着机床输送方向124指向，亦即工件120实施一个逆着机床输送方向124的向后运动。
与在图18中所示的传感器机构112.1,112.3或112.5相配属的距离特征参数114.1,114.3,114.5的变化曲线作为时间t的函数在图19中示出。从时刻t=0至歪斜的时刻t"传感器机构112.1，112.3,112.5,如前面依据图14解释的那样,逐渐地由工件120覆盖。距离特征参数114在时刻t！的同时的变化,其表示机床116从工件加工面122上的抬起运动,被计算单元56记录。计算单元56此外实施距离特征参数114的瞬时变化值的比较。由此可以识别，传感器机构112.5至工件120的距离比传感器机构112.1至工件120的距离增大的较快。这表示,刀具118实施一种朝着操作者的方向的运动，亦即具有至少一个逆着机床输送方向124的分量。这被计算单元56作为危险状况识别，由此采取安全措施,尤其是停止对刀具118的驱动。此外图16的说明得到相应的应用。作为另外的安全措施可以设想的是触发一个机械的保护装置,如例如用于覆盖刀具118的切割刃的保护罩。在一种实施例变型中可以操控一种用于稳定机床U6的稳定机构,如例如平衡重元件，用于平衡突然的抬起运动。
为了提高识别单元24的可靠性，该识别单元可以配有附加的传感器，该传感器相对于传感器单元IIO是冗余的传感装置。识别单元24尤
20其是可以除了传感器单元110以为还附加地配有加速度传感器。
图20示出了机床116的一种备选的实施例。该机床构造成刺锯,具
有长形锯片形式的刀具118。就图16所示的实施例而言，具有相同功能 的部件用相同的附图标记表示。刀具118在一个刀具驱动装置中被驱动 进行垂直于工件加工面122的往复运动。这种运动限定一个分割面,它包 含刀具118的重心,垂直于工件加工面122和平行于锯片的纵侧面地定 向。机床116按照规定地如前所述在机床输送方向124上有操作者移动。 传感器单元110具有一对布置在分割面两侧的传感器机构112.1,112.2。 在刀具118歪斜的情况下或在刀具118撞击到位于工件120下方的障碍 物时，机床116可以进行一种相对于工件加工面122的抬起运动。这可 以借助于识别单元24通过分析评估由传感器机构112探测的距离特征 参数114实现，为了避免重复,对其在此不进行详细描述。作为安全措施 可以如上所述对刀具118的驱动装置实施安全关闭,例如通过切断机床 驱动单元或通过将刀具118与机床驱动单元脱耦。
在其中工件的加工通过由操作者操作机床116实施的机床116的一 种实施例中,将传感器机构112布置在分割面两侧是特别有利的。由此可 以由识别单元24在一种其中工件的一个浮皮切割的部分^皮分开和例如落 到地面上的使用状况与其中机床116与工件加工面12 2分开的使用状况 之间进行区分。
权利要求
1. 机床监测装置，包括用于识别机床(10；116)中的使用状况的识别单元(24)，其特征在于，该识别单元(24)被设置用于依据至少一个距离特征参数(42，44，46，82，98；114)来识别使用状况。
2. 按照权利要求1所述的机床监测装置,其特征在于,该识别单元(24) 被设置用于依据一组距离特征参数(42,44,46,82,98;114.1 - 114.6)来识别 所述使用状况。
3. 按照权利要求1或2所述的机床监测装置,其特征在于,该识别单 元(24)具有至少两个用于探测至少 一个距离特征参数(42,44,46,82; 114.1 —U4.6)的传感器机构(28,30,32,58,60,62，78;112.1 — 112.6)。
4. 按照权利要求3所述的机床监测装置,其特征在于,该识别单元(24) 具有至少两个用于探测至少 一个距离特征参数(l 14.2,114.4,114.6)的传 感器机构(l 12.2,112.4,112.6),其中由传感器机构(l 12.2，112.4,112.6)确定 的监测区(115.2,115.4,115.6)沿着机床(10;116)的一个输送方向(108;124) 布置。
5. 按照权利要求3或4所述的机床监测装置,其特征在于,该识别单 元(24)具有至少两个用于探测至少一个距离特征参数(114.1,114.2)的传 感器机构(112.1,112.2),它们布置在机床(10)的分割面(102)的两侧。
6. 按照前述权利要求中之一所述的机床监测装置，其特征在于,该识 别单元(24)被设置用于依据在距离特征参数(42,44,46,82)之间的差来识别使用状况。
7. 按照前述权利要求中之一所述的机床监测装置,其特征在于,该识 别单元(24)被设置用于依据距离特征参数(42,44,46,82;114.1-114.6)的随 时间的变化来识别使用状况。
8. 按照权利要求7所述的机床监测装置,其特征在于,该识别单元(24) 被设置用于在至少一个距离特征参数(114.2)随时间变化的情况下将该 距离特征参数(l 14.2)的变化值分级。
9. 按照前述权利要求中之一所述的机床监测装置,其特征在于,该识 别单元(24)被设置用于识别工件(106; 120)的非意料的运动。
10. 按照前述权利要求中之一所述的机床监测装置,其特征在于,该 识别单元(24)被设置用于依据至少 一 个探测的距离特征参数 (114.2,114.4,114.6)来识别工件(106)逆着工件输送方向(108)的向后运动。
11. 按照前述权利要求中之一所述的机床监测装置,其特征在于,该识别单元(24)被设置用于依据至少 一 个探测的距离特征参数 (114.1,114.3,114.5)来识别机床(116)逆着机床输送方向(124)的向后运动。
12. 按照前述权利要求中之一所述的机床监测装置,其特征在于,该 识别单元(24)被设置用于依据至少 一 个探测的距离特征参数 (114.2,114.4,114.6;114. l，l 14.3,114.5)来识别工件(106)和/或机床部件(117) 相对于工件加工面(104;122)的抬起运动。
13. 按照前述权利要求中之一所述的机床监测装置,其特征在于,该 识别单元(24)具有至少一个用于探测距离特征参数(114)的传感器机构 (112),该传感器机构用于超宽频带的运行。
14. 按照前述权利要求中之一所述的机床监测装置,其特征在于,该 识别单元(24)确定至少两个用于监测机床(10)的使用过程的监测区 (48,50,52,74,76)。
15. 按照权利要求14所述的机床监测装置,其特征在于,该监测区 (74,76)与机床(10)的各一个不同的运行模式相对应。
16. 按照权利要求14或15所述的机床监测装置,其特征在于,所述监 测区中的至少 一个(74)对应于机床(lO)的一种报警模式。
17. 按照权利要求16所述的机床监测装置，其特征在于,该识别单 元(24)被设置用于与驱动刀具(18)的机床驱动单元(20)共同作用，以便在 报警模式下减緩刀具的驱动。
18. 按照权利要求14至17中之一所述的机床监测装置,其特征在于， 所述监测区中的至少 一 个(76)对应于被驱动的刀具(18)从机床(10)的工 作区中的去除。
19. 按照权利要求14至18中之一所述的机床监测装置,其特征在于， 所述监测区中的至少 一个(76)对应于机床(10)的安全关闭。
20. 按照前述权利要求中之一所述的机床监测装置,其特征在于,该 识别单元(24)包括计算单元(56),它被设置用于通过基于对距离特征参数 (42,44,46,82)的模糊逻辑和/或神经元逻辑的分析评估来识别使用状况。
21. 按照前述权利要求中之一所述的机床监测装置,其特征在于,该 识别单元(24)具有数据库(96),在该数据库中一组距离特征参数(98)对应 于一种使用状况。
22. 按照前述权利要求中之一所述的机床监测装置,其特征在于,该识别单元(24)被设置用于依据至少一个距离特征参数(42,44,46,82,98)来 识别在监测区(48，50,52,74，76)中存在人的身体部分。
23. 按照前述权利要求中之一所述的机床监测装置,其特征在于,设 有用于实施安全措施的执行单元(81),该执行单元与识别单元(24)作用连接。
24. 机床，包括按照前述权利要求中之一所述的机床监测装置(22)。
25. 用于在机床(10;116)的使用过程中识别使用状况的方法,其特征 在于，为了识别使用状况，探测至少 一 个距离特征参数 (42,44,46,82,98;114)。
全文摘要
本发明涉及一种机床监测装置，其包括用于识别机床(10；116)的使用状况的识别单元(24)。按照本发明，该识别单元(24)被设计用于依据至少一个距离特征参数(42，44，46，82，98；114)来识别使用状况。
文档编号F16P3/00GK101511531SQ200780032724
公开日2009年8月19日 申请日期2007年9月4日 优先权日2006年9月4日
发明者A·W·希斯, H·布劳恩, M·马勒, P·波劳夫, R·克拉普夫 申请人:罗伯特·博世有限公司