机床监控装置的制作方法

专利名称：机床监控装置的制作方法
机床监控装置
背景技术：
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的机床监控装置。
已知一种用于监控圆锯的加工过程的机床监控装置。在此，机床 监控装置具有传感器单元，此传感器单元用于产生及检测电磁信号， 且此传感器单元设置在锯条附近。可由对信号频谦的监控而识別到身 体部分对锯条的接近。
发明优点
本发明涉及一种机床监控装置，此机床监控装置具有用于在机床 中识别使用情况的识别单元。
为基于至少 一个距离特征参量来识别使用情况而提供识别单元。 由此可实现可靠的、基于通常的检测方法及估算方法的机床监控装 置。在本文中，"距离特征参量"尤其是指通过其可确定距离的特征参 量。距离特征参量优选地通过诸如电磁信号(尤其是光信号)或超声 波信号的检测信号而检测。其中，距离特征参量可是检测信号的运行 时间、相位、频率或通过三角测量方法;险测的特征参量等。这些特征 参量可例如在接收到检测信号后转换成电性的距离特征参量，诸如转 换成电压、电流、电荷等。此外，为了识别使用情况，在没有定量确 定相应距离的情况下，可估算距离特征参量。在本文中，"识别"使用 情况可尤其包括在机床的使用过程时确认一定情况的存在。其中，机 床的使用过程尤其不限于根据规定的机床使用。在这里，不适当的机 床使用、尤其是没有待加工的工件的使用也作为机床的使用情况。其 中，确认一定情况的存在有利地用于启动安全措施。根据本发明的机床监控装置尤其适用于通过手动操作来实施使 用过程(例如在加工时手动操纵工件)的才几床。在这种工件加工过程 中(其中存在操作员与例如剪切刀具的加工刀具接触的危险)可尤其 实现较高的安全性。此外，识别单元有利地具有至少一个监控区域， 在此监控区域中优选地检测距离特征参量，此距离特征参量在机床的 安装区域中为将工件安装到刀具上而设置。安装区域优选地具有导51 元件，为通过操作员导引工件而设置了此导引元件。
为了估算所检测的距离特征参量，尤其是为了借助于距离特征参 量来确定使用情况，识别单元优选地具有例如构造为^(效处理器及微控 制器的计算单元。
优选地是，识别单元设置成借助距离特征参量组来识别使用情 况，由此可实现尤其精确及可靠的使用情况识别。通过比较多个距离 特征参量而简单地识别多个可能的使用情况。尤其有利地是，距离特 征参量可用于使借助于其它距离特征参量而确定的可能情况的生效 或失效。用于识别的距离特征参量在给定的时间点可相应于不同的检 测区域和/或它们可以分布在一时间间隔上。识别单元优选地具有传感 器元件，该传感器元件设置成检测一个或多个距离特征参量。传感器 元件可构造为激光测距仪、三角测量传感器、超声波传感器、雷达或 者超带宽传感器或者电容性传感器等。
在本发明的优选设计中，为了检测至少一个距离特征参量，识别 单元具有传感器元件组，由此可实现监控更大的空间。
为实现特别精确及可靠的使用情况识别，优选地是，识别单元具 有用于才企测距离特征参量的至少三个传感器元件。
当识别单元设置成借助距离特征参量之间的差异来识别使用情 况时，可实现一种特别简单的估算方法。其中，同一时间点的距离特 征参量之间的差异和/或不同时间点的距离特征参量之间的差异可用 于识别使用情况。
在一个有利地的实施例变型中，识别单元设置成借助于随着时间
5而变化的距离特征参量曲线来识别使用情况。由此，可实现快速识别使用情况。当识别单元调整为检测和/或获取具有较高变化率的变化(诸如跳跃式过渡或距离特征参量的时间曲线中的不连续性)时，这可特别简单地实现。此外，识别单元设置成可识别距离特征参量的时间曲线中的预设样式。
当确定识别单元用于监控机床的使用过程的至少两个监控区域时，可实现监控功能的较高设计灵活性。监控区域优选地与传感器元件或传感器元件组相关联。其中监控区域可例如相应于传感器元件的4企测区i或。
此外优选地是，监控区域分别与机床的不同运行模式相关联，由此可实现机床应用中的较高灵活性。此外识别单元优选地与机床的控制单元连接。例如在机床运行时，运行模式可相应于不同的安全等级。
在本发明的优选设计中，监控区域中的至少 一个与机床的报警模式相关联。由此，在识别潜在的危险使用情况时，可有利地在梯:作员处于实际危险中之前启动预保护措施。例如，操作员可例如通过报警信号而在可能的危险之前获得警告。其中优选地的是，另一监控区域与用于机床的安全断路装置的安全模式。
在本文中，当识别单元设置成在报警模式中与机床驱动单元共同作用来驱动刀具以减緩刀具驱动时，可有利地实现报警作用及较高的安全性。在此，识别单元优选地具有接口，此接口设置成与控制单元联接以控制机床驱动单元。此外，识别单元可具有用于将控制信号发送到机床驱动单元的控制单元。
在本发明的优选设计中，监控区域中的至少 一个与机床的安全断路装置相关联，由此可实现较高的机床操作安全性。
此外，优选地是，识别单元包括计算单元，此计算单元设置成通过基于模糊逻辑和/或神经逻辑而估算的距离特征参量来识别使用情
况。借助于;f莫糊逻辑和/或神经逻辑，计算单元可快速估算大量复杂的
信息。在本文中，"模糊逻辑"可尤其包括这种逻辑，此逻辑将特定
6结果的出现与O(假)及l(真)之间的区间中的或然值相关联。
在其它实施例变型中，识别单元具有彩:据库，在此数据库中距离特征参量组与使用情况相关联，由此可实现简单地识别使用情况过程。有利地是，数据库可通过终端用户程式化。
此外，提供一种用于在机床的使用过程时识别使用情况的方法，其中为识别使用情况而检测至少 一个距离特征参量。由此可利用通常的识别元件而简单地实现可靠的识别方法。
附图
在下述附图描述中给出其它优点。在附图中显示了本发明的实施示例。附图、描述及权利要求包含大量的组合特征。根据不同的目的，本领域技术人员将单独考虑特征并将总结出有意义的其它组合。
其中


图1显示了具有包括三个距离传感器的监控装置及锯台的圆锯，
其中锯条凸出于锯台，
图2显示了具有备选设计的监控装置的图1的圆锯，
图3显示了图1中圆锯的上视图，其中此圆锯包括具有四个监控
区域的备选监控装置，
图4显示了图3中实施例的圆锯的内部开关，
图5及图6显示了利用图3中圓锯的加工过程，
图7及图8显示了用于解释监控装置的识别功能的图表，
图9显示了监控装置的数据库，
图10显示了锯台、工件及放在工件上的手，以及
图ll显示了图IO的情况中距离特征参量的变化曲线。
具体实施示例
图1中显示了构造为圆锯的机床10的透视图。其包括具有加工表面14的锯台12,其中待加工的工件16(图5)放置于锯台12上；
7构造为锯条的刀具18，其凸出于锯台12;以及构造为电机的机床驱 动单元20，其用于驱动刀具18(见图4)。当通过#:作员加工工件16 时，使工件16在安装方向17上朝向刀具18推进。在此，加工表面 14的部分构成安装区域19,其中加工表面14在安装方向17上设置 在刀具18之前，而工件16导引到安装区域19上。在图中通过虚线 显示安装区域19的界限。
为监控机床10的加工过程，其设有机床监控装置22。机床监控 装置22具有识别单元24，识别单元24设置成在机床10的加工过程 时识别所出现的使用情况。在此，识别单元24包括传感器单元26， 其构造为三个传感器元件组28,30,32。传感器单元26固定在载体元件 34中，此载体元件34延伸超过在加工表面14上的锯台12的宽度。 在此，传感器元件28,30,32沿传感器轴线36而设置，其中此传感器 轴线36以垂直于将工件16安装到刀具18的安装方向17的方向来定 向。此外，机床10具有构造为扩音器的信号输出单元40。也可以考 虑光学信号输出单元。
传感器元件28,30,32分别构造为距离传感器。在此实施示例中， 传感器元件28,30,32分别构造为红外线传感器，此红外线传感器通过 三角测量方法检测距离特征参量42，44,46(例如见图4)。已知这种传感 器以及通过三角测量检测距离特征参量的方法，所以此处的描述中不 对其进行详细描述。传感器元件28,30,32分别确定监控区域48,50,52， 这些监控区域48,50,52在加工表面14上的投影通过虚线示意性显示， 在这些监控区域48,50,52内检测距离特征参量42,44及46。识别单元 24的监控区域48,50,52位于加工表面14的安装区域19中。距离特征 参量42,44,46分别相应于到位于相应监控区域48,50及52中的物体的 距离或在闲置的监控区域中到加工表面14的距离。监控区域48,50,52 通过相应传感器元件28,30,32的可达范围而确定。监控区域48,50,52 沿检测方向54圆锥形延伸，其中此^f企测方向54以垂直于锯台12的 力口工表面14的方向来定向。为借助于距离特征参量42，44，46来识别使用情况，识别单元24 设有计算单元56,其中计算单元56构造为微处理器。其设置于锯台 12之下并且通过电缆连接与传感器单元26连接。同样也可以考虑计 算单元56的备选布置，诸如在载体元件34中。
图2中显示了机床监控装置22的备选实施例。在此，具有三个 传感器元件58,60,62的传感器单元26容纳在备选载体元件64中。备 选载体元件64在锯台12的后方区域获得支撑并且具有用于容纳传感 器元件58,60,62的子区域66，此子区域66延伸超过锯台12的宽度的 部分。通过将传感器元件58,60,62布置在此子区域66中，监控区域 48,52沿4全测方向68,70圆锥形延伸，其中此4全测方向68,70倾斜向加 工表面14。在此实施示例中，识别单元24设置成超带宽运行。在此， 传感器单元26的传感器元件58,60,62分别构造为UWB传感器(超带 宽传感器)。这是为通过构造为带宽信号的电磁信号来检测距离特征参 量而设置，此信号具有在lGHz至150GHz之间的中频及至少为500Hz 的频率带宽。
图1的才几床监控装置22的其它实施方式借助于图3显示，在图3 中显示了机床10的俯视图。其中，设有具有备选传感器单元72的识 别单元24。为了清晰起见，省略显示图1中的载体元件34及传感器 单元72。传感器单元72显示在图4中。显示了监控区域48,52及两 个其它监控区域74,76在加工表面14上的投影。监控区域48,52,74,76 设置在加工表面14的安装区域19中。监控区域74，76设置在安装方 向17上、刀具18之前，其中监控区域76设置在安装方向17上、直 接位于刀具18之前，而监控区域74位于安装方向17上、监控区域 76之前。监控区域48,52设置成侧向临近监控区域74,76，其中"侧 向"的概念与垂直于安装方向17的传感器轴线36有关。监控区域 48，76，52由图1中的传感器元件28,30,32确定，而监控区域74相应于 在图4中显示的另一传感器元件78。传感器元件78可构造为三角测 量传感器、UWB传感器或对于专业人士而言有意义的其它距离传感
9器。
图4中示意性显示了机床10的内部开关。其显示了构造为锯条
的刀具18、识别单元24、机床驱动单元20、用于控制机床驱动单元 20的控制单元80以及信号输出单元40。识别单元24具有传感器单 元72及计算单元56,其中传感器单元72包括传感器元件28,30,32,78。 为了接收距离特征参量42,44,46及接收由传感器元件78检测的距离 特征参量82，计算单元56与传感器单元72连接。此外，计算单元 56与控制单元80连接。在此示例中，距离特征参量42,44,46,82构造 为电压，此电压由传感器单元72的传感器元件28,30,32,78依赖于相 应监控区域48，76,52及74中的距离而给出。此外，计算单元56与存 储单元84连接。
在此示例中，计算单元56与控制单元80通过电缆连接件而连接。 在备选实施方式中可以考虑将计算单元56设置在载体元件34中(见图 l)并且为了产生数据连接而与控制单元80通过无线连接，诸如通过无 线电连接。由此，可仅使用较少的安装费用(尤其是没有昂贵的电缆 连接)而特别简单地实现机床监控装置22与机床10组合的可选使用。
借助于图5及图6解释利用机床10的加工过程。此外，对于机 床监控装置22的工作方式的解释请参阅图7及图8。图7及图8显示
数的距离特征参量42,44,46,82的图表。为了清晰起见，相应的距离特 征参量42,44,46,82分别在y轴的单独区域中显示。距离特征参量 42,82,46及44分别与传感器元件28,78,32及30相关联。
假设，操作员通过机床IO对构造为木板的工件16进行加工。在 将工件16放置在加工表面14上之前，所检测的距离特征参量相应于 相等的距离，也即传感器元件28,78,32,30到加工表面14的距离。工 件16放置在加工表面14上并且由操作员在安装方向17上向刀具18 移动。在时间点to工件16到达监控区域74。如图7所见，距离特征 参量82具有跳跃式过渡，这相应于监控区域74中距离减小了工件16的厚度。在时间点t,工件16进入监控区域48及52,其中距离特征参 量42， 46具有跳跃式过渡。此外假设，当工件16在安装方向17上 移动时，操作员的手位于工件16的轮子上(实线的手标志86)。当工件 16进一步移动时，操作员的手在时间点t2分别到达监控区域48，52(图 6)。这通过传感器元件28， 32记录(见图7)。在后续时间点t3时，工 件16到达监控区域76。
计算单元56程式化成，通过逻辑方法识别使用情况。使用情况 作为逻辑调查链的结果而实现。其中，计算单元56 —方面监控距离
特征参量42,82,46之间的差异，另一方面记录所有距离特征参量的时 间曲线。对于各距离特征参量，尤其记录跳跃式过渡的数量。相应的 估算程序存储在存储单元84中。
在时间点t,及t2之间，距离特征参量42,82,46之间的所有差异等 于零。计算单元56将这解释为可靠的使用情况，对于这种可靠的使 用情况不需要其它措施。如果在时间点t2手到达监控区域48,52,则 记录距离特征参量42,46与距离特征参量82之间的差异。这在逻辑识 别方法中引起其它步骤，在此步骤中给出距离特征参量的各状态及其 随时间的变化。计算单元56尤其要确认，在时间点t2距离特征参量 44仍位于其初始距离处。这再次确认为不需要其它措施的使用情况。
在时间点t3记录了，距离特征参量44改变了其值。借助此信息， 计算单元56检查其它距离特征参量的状态。由于存在距离特征参量 值的改变(相应于手仍然存在于监控区域48,52中)，这将由计算单 元56检测为不紧要的使用情况。
现假设，操作员将手放置在工件16的中间区域。这种情况借助 于图8中的图表描述。这种情况在图5及图6通过虚线显示的手标志 88来显示。如在上述示例中，工件16在时间点t0进入监控区域74。 在时间点t4，手到达监控区域74(图5)，这表示为距离特征参量82的 跳跃式过渡。此外，在时间点t5,工件16到达监控区域76中。在时 间点t4,手到达监控区域74中。其中距离特征参量82与距离特征参量42,46存在差异，这由计算单元56记录。此外，计算单元56确认， 存在距离特征参量82的第二次不连续。在逻辑链中，计算单元56将 这检测为要接通机床10的报警模式的使用情况。在此，计算单元56 向控制单元80给出报警信号90(图4)，控制单元80 —方面通过信号 输出单元40作用于声音信号的输出，并且另一方面向机床驱动单元 20发送控制信号92。其中例如将刀具18的转速置为更小的值。
如果操作员忽视此报警并且在时间点t6其手到达监控区域76中， 距离特征参量44的相应第二跳跃式过渡通过计算单元56记录，其将 这种使用情况识别为实际危险情况。
在此，计算单元56向控制单元80给出停止信号94,此控制单元 80作用于机床驱动单元20的安全断路装置。通过借助于在监控区域 74及76中的距离减小而引起报警信号90及停止信号94的识别单元 24，可排除低估使用情况的危险的错误的反面识别。此外，通过其它 的监控区域48,52,也即通过距离特征参量之间的比较，可有利地防 止由于高估使用情况的危险而作用于报警或安全断路装置的错误的 正面识别。为了防止输出这种错误的正面信号并且为了提高适用性， 利用距离传感器的上述传感器可与其它传感器(尤其用于材质识别) 有利地组合。例如也可考虑附加使用电容性识别和/或一种识别，其中 此种识别基于用于检测体温的红外线信号的应用、基于用于识别人体 组织的光谱方法和/或例如通过摄像机的光学方法。这可通过使用其它 传感器元件而实现。这可通过至少附加地设置传感器元件30以检测 用于材质识别的距离而简单实现。例如，传感器元件30可构造为UWB 传感器。
图1中实施例的机床监控装置22的工作方式可由前述描述得知， 不同之处在于省略了监控区域74。可视作报警区域的此监控区域74 具有附加的优点，即在操作员与刀具18之间存在物理接触之前，可 对严峻使用情况做出反应。
为了说明机床监控装置22的工作方式，考虑使用情况的简单示
12例，通过此机床监控装置22可通过利用精确逻辑而程式化的计算单 元56快速安全地检测使用情况。通过^r测距离特征参量组，可存在 距离特征参量的多种可能配置。此外，为了有效识别使用情况，还设 有用于借助于模糊逻辑及神经逻辑来识别使用情况的计算单元56。此 外，通过神经逻辑可有利地实现才几床监控装置22的自学习功能。
此外，计算单元56可通过在存储单元84中存储的数据库96来 识别使用情况。此数据库96显示在图9中。在此数据库96中，距离 特征参量98组(通过标志al,a2，…,bl，b2，…，cl,c2等显示)分别属于 使用情况A,B,C等。通过将所检测的距离特征参量组与所存储的数据 组进行比较，可检测相应的使用情况。此数据库96可例如通过计算 机仿真产生，在此计算机仿真中可仿真可能的使用情况，并且随后依 次存储在存储单元84中。
在另 一 实施例变型中考虑的是，设有用于图形识别的识别单元 24。在此，计算单元56记录距离特征参量的绝对值并记录借助于此 距离特征参量而计算的距离的绝对值。其中，计算单元56可例如程 式化成，其识别典型的手厚度(例如厚度值在2cm和5cm之间)。
计算单元56的其它识别模式显示在图10及图11中。手可由工 件16如下区分，即计算单元56记录距离特征参量曲线中的连续变化 (诸如距离特征参量42)。在图11中自时间点t7开始，手进入监控 区域48而可感知的这种变型相应于将手倾斜的安置在工件16并且相 应于由此存在的所检测的距离的减小，并且可通过计算单元56检测 为距离特征参量42的图形曲线。
此外，在此借助圆锯所描述的机床监控装置22也适于在其它机 床中应用，尤其是在割草机中的其它类型的锯条(诸如切边锯和/或斜 锯)中应用。
权利要求
1. 一种机床监控装置，具有用于在机床(10)中识别使用情况的识别单元(24)，其特征在于，所述识别单元(24)设置成借助于至少一个距离特征参量(42，44，46，82，98)来识别使用情况。
2. 根据权利要求1所述的机床监控装置，其特征在于，所述识 别单元(24)设置成借助于一组距离特征参量(42,44，46,82,98)来识别使用情况。
3. 根据权利要求1或2所述的机床监控装置，其特征在于，所 述识别单元具有用于检测至少 一个距离特征参量(42,44,46,82)的 一组 传感器元件(28,30,32,58，60，62,78)。
4. 根据上述权利要求中的任一项所述的机床监控装置，其特征 在于，所述识别单元(24)设置成借助于所述距离特征参量(42，44，46，82) 之间的差来识别使用情况。
5. 根据上述权利要求中的任一项所述的机床监控装置，其特征 在于，所述识别单元(24)设置成借助于所述距离特征参量(42,44,46,82) 的随着时间的变化来识别使用情况。
6. 根据上述权利要求中的任一项所述的机床监控装置，其特征 在于，所述识别单元(24)确定用于监控所述机床(10)的使用过程的至少 两个监控区域(48,50,52,74,76)。
7. 根据权利要求6所述的机床监控装置，其特征在于，所述监 控区域(74，76)分别与所述机床(10)的不同运行模式相关联。
8. 根据权利要求6或7所述的机床监控装置，其特征在于，至 少 一个所述监控区域(74)与所述机床(10)的报警模式相关联。
9. 根据权利要求8所述的机床监控装置，其特征在于，所述识 别单元(24)设置成在报警模式中与机床驱动单元(20)共同作用以驱动 刀具(l 8)来减慢刀具驱动。
10. 根据权利要求6至9中任一项所述的机床监控装置，其特征在于，所述监控区域(76)中的至少一个与所述机床(10)的安全断路装置 相关联。
11. 根据上述权利要求中的任一项所述的机床监控装置，其特征 在于，所述识别单元(24)包括计算单元(56),所述计算单元(56)设置成 通过基于模糊逻辑和/或神经逻辑的距离特征参量(42,44,46,82)的估算 来识别使用情况。
12. 根据上述权利要求中的任一项所述的机床监控装置，其特征 在于，所述识别单元(24)具有数据库(96)，在所述数据库(96)中， 一组 距离特征参量(98)与使用情况相关联。
13. —种具有根据上述权利要求中任一项所述的机床监控装置(22) 的机床。
14. 一种用于在机床(10)的使用过程中识别使用情况的方法，其 特征在于，为了识别使用情况而检测至少一个距离特征参量 (42,44,46,82,98)。
全文摘要
本发明涉及一种机床监控装置，该装置具有在机床(10)中用于识别使用情况的识别单元(24)。其中设有识别单元(24)以基于至少一个距离特征参量(42，44，46，82，98)来识别使用情况。
文档编号F16P3/14GK101512211SQ200780032847
公开日2009年8月19日 申请日期2007年7月27日 优先权日2006年9月4日
发明者R·克拉普夫 申请人:罗伯特·博世有限公司