(57)【要約】  本発明は、工作機械監視装置に関する。本発明においては、工作機械監視装置が超広帯域動作のために設けられている信号ユニット（２４）を有することが提案される。
2009516281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械監視装置において、
超広帯域動作のために設けられている信号ユニット（２４）を有することを特徴とする、工作機械監視装置。
【請求項２】
前記信号ユニット（２４）はパルス（４８）の列（４６）を有する信号（３２，３４）を処理するために設けられている、請求項１記載の工作機械監視装置。
【請求項３】
前記信号ユニット（２４）は計算ユニット（４０）を包含し、該計算ユニット（４０）はファジーロジックおよび／またはニューラルロジックを基礎とする信号処理によって、使用状況（５２，５８）を検出された信号（３４）に対応付けるために設けられている、請求項１または２記載の工作機械監視装置。
【請求項４】
前記信号ユニット（２４）はデータバンク（４４）を有し、該データバンク（４４）においては使用状況（５２，５８）に少なくとも１つの信号パターン（５４，５９）が対応付けられている、請求項１から３までのいずれか１項記載の工作機械監視装置。
【請求項５】
前記信号ユニット（２４）はプログラム可能なデータバンク（４４）を有し、該データバンク（４４）においては処理プロセスの際の使用状況（５２，５８）に、前記処理プロセスを変更するための措置（５６，６０）が対応付けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載の工作機械監視装置。
【請求項６】
前記信号ユニット（２４）は、ワークピース処理における作業経過を検出するために設けられている、請求項１から５までのいずれか１項記載の工作機械監視装置。
【請求項７】
前記信号ユニット（２４）は、距離（６２，６４）を検出するために設けられている、請求項１から６までのいずれか１項記載の工作機械監視装置。
【請求項８】
前記信号ユニット（２４）は、処理すべきワークピース（５０）の速度（ｖ）を検出するために設けられている、請求項１から７までのいずれか１項記載の工作機械監視装置。
【請求項９】
監視情報をユーザに出力するために設けられている電子的な出力ユニット（１８）を有する、請求項１から８までのいずれか１項記載の工作機械監視装置。
【請求項１０】
少なくとも１つの監視情報を入力するために設けられている電子的な入力ユニット（２０）を有する、請求項１から９までのいずれか１項記載の工作機械監視装置。
【請求項１１】
ワークピース処理プロセスの少なくとも１つのパラメータ（６８）を調整するために設けられている調整ユニット（２６）を有する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の工作機械監視装置。
【請求項１２】
請求項１から１１までのいずれか１項記載の工作機械監視装置を備えた工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
従来技術
本発明は、請求項１の上位概念に記載されている工作機械監視装置に関する。
【０００２】
DE 102 61 791 A1から丸鋸のための工作機械監視装置が公知である。この工作機械監視装置は電磁的な信号を形成および検出するセンサユニットを有し、このセンサユニットは鋸刃の近傍に配置されている。人間の身体の鋸刃への接近は信号スペクトルを監視することによって検出することができる。信号のための周波数帯域として資格許可を必要としない帯域が選択される。
【０００３】
発明の利点
本発明は、工作機械監視装置に関する。
【０００４】
工作機械監視装置が超広帯域動作のために設けられている信号ユニットを有することが提案される。超広帯域信号の使用により高い情報密度が達成され、またそれにより効果的な監視も達成される。殊に、複数の処理パラメータを工作機械の使用時に同時に監視することができ、これによって安全で快適な作業条件を達成することができる。殊に、超広帯域動作のために設けられている信号ユニットとは、超広帯域信号を形成、受信および／または評価することができるユニットと解される。「超広帯域信号」とは殊に、中間周波数と少なくとも５００ＭＨｚの周波数帯域を持つ周波数スペクトルを有する信号と解される。中間周波数は有利には１ＧＨｚ〜１５ＧＨｚの周波数領域において選定されている。
【０００５】
さらには、信号ユニットがパルス列を有する信号を処理するために設けられていることも提案される。これによって広い周波数帯域幅を達成することができる。信号処理の際に信号を殊に形成、受信および／または評価することができる。パルス「列」とは殊に時間的に相前後する一連のパルスと解される。信号振幅対時間グラフではパルスを所定のパターン、例えば矩形、ガウスプロフィールなどによって表すことができる。パルス持続時間ないしパターンの伝送時間を特徴付けるパラメータは有利には０．１ｎｓ〜２ｎｓ（ナノ秒）の範囲において選定されている。列内では、直接的に連続するそれぞれ２つのパルス間の時間間隔が一定であることによって、パルスは時間的に規則的に連続して生じる。択一的にはパルスが時間的に不規則に生じても良い。直接的に連続する２つのパルス間の時間間隔をランダム変数として構成することができる。例えば列をＰＮ列（擬似雑音；Pseudo-Noise）として実施することができる。択一的または付加的に、信号ユニットを周波数変調されている信号、例えば殊にＦＭＣＷ信号（Frequency Modulated Continuous Waveまたは周波数変調連続波）を処理するために設けることができる。
【０００６】
有利には信号ユニットが、ファジーロジックおよび／またはニューラルロジックを基礎とする信号処理によって使用状況を検出された信号に対応付けるために設けられている計算ユニットを有する。ファジーロジックを用いることにより、計算ユニットは検出された信号に基づき、大量の情報および複雑な情報を高速に評価することができる。これによって工作機械監視装置はユーザの安全にとって危機的と思われる状況に即座に反応することができる。容量性センサとは異なり、ユーザと工作機械との間の物理的な接触が発生する前に危機的な使用状況に反応することができる。ニューラルロジックによって、工作機械監視装置の有利な自己学習機能を達成することができる。
【０００７】
本発明の有利な実施形態において、信号ユニットは１つの使用状況に少なくとも１つの信号パターンが対応付けられているデータバンクを有することが提案される。使用状況の殊に迅速な識別プロセスを有利には、検出された信号と信号パターンとの間の相関が検査されることによって達成することができる。ファジーロジックを基礎とする相関方法を有利には使用することができる。
【０００８】
本発明の有利な実施形態において、信号ユニットは処理プロセスにおける使用状況にこの処理プロセスを変更するための措置が対応付けられているプログラム可能なデータバンクを有することが提案される。所定の使用状況が識別された場合には、これによってこの使用状況に即座に反応することができる。データバンクを有利には工作機械が組み立てられた状態において、また殊に工作機械のユーザによってプログラミングすることができる。これによって、例えばユーザによって工作機械に別の工作機械または別の付属品が事後的に取り付けられる場合には、データバンクの作業セッティングを有利には拡張することができる。
【０００９】
有利には、信号ユニットがワークピース処理における作業経過を検出するために設けられている。これによって、工作機械の使用時の高い操作快適性を達成することができる。有利には、ワークピース処理の際の種々の作業段階を規定することができ、ワークピース処理の監視の際の安全性レベルがこれらの作業段階に適合される。
【００１０】
信号ユニットが距離を検出するために設けられている場合には、ワークピース処理の際に工作機械またはワークピースの位置を有利には監視することができる。例えば異常な位置、例えば工作機械のアンバランスな状態またはワークピースが逆さまに載置されていることを迅速に識別することができる。付加的に、ワークピースの寸法を検出することができる。有利には作業経過を監視することができる。
【００１１】
有利には、信号ユニットが、処理すべきワークピースの速度を検出するために設けられている。これによって有利には作業経過を監視することができる。有利には信号ユニットが、工作機械の固定的なユニット、例えばケーシングに相対的なワークピースの移動速度および／または回転速度を検出するために設けられている。
【００１２】
本発明の別の実施形態においては、工作機械監視装置が監視情報をユーザに出力するために設けられている電子的な出力ユニットを有し、これによって使用時の安全性および操作の快適性をさらに高めることができる。出力ユニットを有利には表示器、例えばＬＥＤディスプレイまたはＬＣＤディスプレイとして構成することができる。択一的または付加的に、例えば音響的な信号を出力するために出力ユニットを設けることができる。
【００１３】
工作機械監視装置が少なくとも１つの監視情報を入力するために設けられている電子的な入力ユニットを有する場合には、監視機能のコンフィギュレーションをユーザによって快適に実施することができる。
【００１４】
工作機械監視装置がワークピース処理プロセスの少なくとも１つのパラメータを調整するための調整ユニットを有する場合には、作業品質を有利には高めることができる。
【００１５】
図面
さらなる利点は以下の図面の説明から明らかになる。図面には本発明の実施例が示されている。図面、明細書および請求項は多数の特徴および組み合わせを含む。当業者であればこれらの特徴を有利には単独でも考慮し、またそれらの特徴を有意にさらに組み合わせるであろう。
【００１６】
ここで、
図１は、鋸刃および入力／出力ユニットを備えた丸鋸の側面図である。
図２は、信号ユニットを備えた丸鋸の正面図である。
図３は、信号ユニットの概略図である。
図４は、信号ユニットによって形成された広帯域信号の振幅対時間グラフである。
図５は、信号の振幅対周波数グラフである。
図６は、信号ユニットのデータバンクである。
【００１７】
実施例の説明
図１は、丸鋸１０として構成されている工作機械を示す。この工作機械はケーシング１２、鋸引きすべきワークピースを載置するための作業面１４、鋸刃１６、ＬＣＤディスプレイを備えた出力ユニット１８および入力ユニット２０を有する。
【００１８】
図２には、丸鋸１０の正面図が示されている。ケーシング１２、作業面１４、出力ユニット１８および鋸刃１６が見て取れる。出力ユニット１８にはスピーカ２２が設けられている。入力ユニット２０および出力ユニット１８は工作機械監視装置の一部であり、この工作機械監視装置はさらに超広帯域信号ユニット２４を有する。
【００１９】
信号ユニット２４を用いてワークピースを処理する際に種々の監視機能を実現することができる。信号ユニット２４の構造および機能は図３に示されている。
【００２０】
図３は、信号ユニット２４、入力ユニット２０、出力ユニット１８および調整ユニット２６を備えた工作機械監視装置を示す。さらに丸鋸１０の制御ユニット２８は破線で示されている。信号ユニット２４は送信ユニット３０を有し、この送信ユニット３０は超広帯域送信信号３２を形成するために設けられている。送信信号３２を送信するため、また受信信号３４を受信するために、信号ユニット２４には超広帯域アンテナ素子３６が設けられている。アンテナ素子３６の代わりに信号ユニット２４がコンデンサユニットを有していてもよい。このためにコンデンサ装置を、例えば金属性の面と鋸刃１６との間に簡単に形成することができる。受信信号３４が受信されると、この受信信号は信号処理ユニット３８においてフィルタリングされ、増幅され、ディジタル形態に変換され、続いて処理のために計算ユニット４０に供給される。信号ユニット２４はさらにメモリユニット４２を有し、このメモリユニット４２においては監視情報を有するデータバンク４４が記憶される。入力ユニット２０を用いることにより丸鋸１０のユーザはデータバンク４４をプログラムすることができる。データバンク４４の機能を以下において説明する。
【００２１】
超広帯域信号の形成を図４および図５に基づき説明する。図４において、Ｙ軸には送信信号３２の振幅Ａがプロットされており、Ｘ軸には時間がプロットされている。送信信号３２はパルス４８の列４６を有し、これらのパルス４８はそれぞれ０．５ｎｓのパルス持続時間Δｔで伝送され、また規則的に連続的に生じる。パルス持続時間Δｔと送信信号３２の信号帯域幅Δｖは関連しており、これは図５から見て取れる。この図５には送信信号３２のスペクトルが示されており、Ｙ軸には振幅Ａがプロットされており、Ｘ軸には周波数ｖがプロットされている。送信信号３２は５ＧＨｚの中間周波数ｖMおよびこの中間周波数を中心とした２ＧＨｚの信号帯域幅Ａvで伝送される。ここで下側の周波数ｖ1は４ＧＨｚであり、上側の周波数ｖ2は６ＧＨｚである。パルス４８を形成する代わりに、当業者には有意であると分かる超広帯域信号の形成方法も考えられる。さらに送信信号３２は−４５ｄＢｍを下回る送信出力で伝送され、別の無線ユニットとの不所望な干渉が回避される。
【００２２】
ユーザは図２において破線で示されているワークピース５０の鋸引きを行おうとしていることを前提とする。このためにワークピース５０は作業面１４に載置される。この使用状況を使用状況５２と表す。ワークピース５０の載置により、信号ユニット２４を包囲する誘電体の変化が誘導され、これは受信信号３４の変化に現れる。例えば、載置後には受信信号３４の共振周波数の周波数スペクトルがシフトしている。計算ユニット４０はこの検出された受信信号３４を使用状況５２に対応付けることができる。このことは図６に示されているデータバンク４４を用いて行われる。このデータバンク４４では、対応付けテーブル５３において信号パターン、例えばＡ3，Ｂ2などがそれぞれ１つの使用状況ＡないしＢなどに対応付けられている。ここで検討する例においては、計算ユニットによって識別される使用状況５２はデータバンクにおけるエントリＢに対応する。検出された受信信号３４に基づき、計算ユニット４０は検出された受信信号３４と最も大きい相関を有する信号パターン５４が検出されるまで、受信信号３４と信号パターンとの間の相関を検査する。検討する例においては、この信号パターン５４はデータバンク４４におけるエントリＢ2に対応するものとする。信号パターン５４の検出はファジーロジックの方式により実施される。データバンクには、別の対応付けテーブル５５において使用状況Ａ，Ｂ，Ｃなどにはワークピース処理に関する措置Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩなどが対応付けられている。使用状況が計算ユニット４０によって識別されると、この計算ユニット４０と接続されている制御ユニット２８が措置に応じてワークピース処理の経過を必要に応じて変更することによってこの使用状況に反応することができる。検討する例においては、使用状況５２はデータバンクにおけるエントリＩに対応する措置５６に対応付けられている。この措置５６においては丸鋸１０の運転が変わらず継続される。
【００２３】
続いて、ユーザの指が鋸刃１６に接近する場合を想定する。このことは、人間の組織を特徴付ける複数の共振周波数によって受信信号３４のスペクトルに反映される。この使用状況を使用状況５８と表し、この使用状況５８は計算ユニット４０によって検出された受信信号３４に基づき相関する信号パターン５９の検出によって識別される。データバンク４４においては使用状況５８が丸鋸１０の運転が中断される措置６０に対応付けられている。さらには、使用状況を識別するために別の信号パターンを考慮することができる。信号パターンとして、例えば受信信号３４のスペクトルにおける共振周波数の所定のシフト速度を考慮することができ、「緩慢」なシフトおよび「迅速」なシフトをそれぞれ１つの使用状況に対応付けることができる。
【００２４】
入力ユニット２０によりユーザはデータバンク４４のコンフィギュレーションを実施することができる。ユーザは殊にデータバンク４４を丸鋸１０の新たな使用状況、例えば別の鋸手段または新たな付属品を使用する場合に適合させることができる、および／または、ユーザが所定の使用状況に対応付けられている新たな措置を設定することができる。対応付けテーブル５３および５５におけるエントリを修正することができる、および／または、新たな対応付けテーブル５３’および５５’を作成することができる。新たな使用状況およびそれらの使用状況に対する新たな措置でもってデータバンク４４を拡張するために丸鋸１０の学習モードが設けられている。このモードにおいては複数の使用状況をユーザによって意図的に発生させることができ、計算ユニット４０はその種の使用状況を識別し、どの措置がそれらの使用状況に適合されているかを求めるために自立的に学習することができる。計算ユニット４０はこれらの使用状況がそれぞれ１つまたは複数の信号パターンと相関することを学習する。このために、計算ユニット４０はこのモードにおいて、その種の自己学習機能を可能にするニューラルロジックに基づき動作する。所定の使用状況に対する所望の措置が達成されるまで、ユーザは安全レベルを何時でも設定することができる。このことを自動的にデータバンク４４に記憶することができる。
【００２５】
さらに計算ユニット４０により距離を検出することができる。このために計算ユニット４０は送信信号３２の形成から受信信号３４の受信までの所要時間を、例えば送信信号３２と受信信号３４の位相比較を実施することにより検出することができる。ワークピース処理においてはワークピース５０までの距離６２ならびに鋸刃１６までの距離６４が検出される。距離６２を検出することによって、ワークピース５０の処理の際の作業経過を監視することができる。鋸刃１６の正常でない振動が識別され、制御ユニット２８によって鋸刃１６の回転数が低減されることによって、鋸刃１６の不安定な状態に起因する人体の損傷を距離６４の監視によって回避することができる。送信信号３２と受信信号３４の周波数差および／または位相差を評価することによって、ワークピース５０が作業方向６６へと動かされる速度ｖを監視することができる。この情報を同様にワークピース作業経過を監視するために使用することができる。付加的に、ワークピース処理の種々の作業経過を規定することができ、所定の監視機能がそれらの処理段階に適合される。ワークピース５０の載置後の開始段階において、殊に鋸刃１６に相対的なワークピース５０の位置を監視することができる。ワークピース処理の終盤には殊に鋸刃１６に相対的な指の位置に関する監視判定基準をより厳しくすることができる。
【００２６】
さらに、入力ユニット２０によってワークピース処理のための処理パラメータ、例えば鋸刃の回転数、鋸引き深さ６８（図１を参照されたい）、鋸刃のタイプなどを調整することができる。工作機械監視装置によって監視される処理パラメータ、例えば鋸引き深さ６８を調整ユニット２６によって、ユーザによって設定された値に維持することができる。出力ユニット１８によってユーザには監視する処理パラメータに関する情報が通知される。これらの情報をＬＥＤディスプレイに表示することができる。処理パラメータが事前に設定された閾値に達すると、および／または、所定の使用状況において、例えば工作機械が逆さまに取り付けられている場合、ユーザにはスピーカ２２を介して伝送される音響信号により情報が通知される。超広帯域の受信信号３４を評価することによって、工作機械の寸法、湿度のような別の作業パラメータを測定および／または監視することも考えられる。
【００２７】
工作機械監視装置を有利には別の固定的な工作機械、例えば帯鋸、マイター、スライシングマシンなどに使用することができる。さらには手持ち式の工作機械、例えば丸鋸、糸鋸、チェーンソーなどにおける工作機械監視装置にも同様に使用することができる。工作機械監視装置は信号ユニットによって、危機的な使用状況、例えば手持ち式の丸鋸のキックバックの際の有利な保護を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】鋸刃および入力／出力ユニットを備えた丸鋸の側面図。
【図２】信号ユニットを備えた丸鋸の正面図。
【図３】信号ユニットの概略図。
【図４】信号ユニットによって形成された広帯域信号の振幅対時間グラフ。
【図５】信号の振幅対周波数グラフ。
【図６】信号ユニットのデータバンク。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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