(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
丸鋸盤の回転する鋸刃（１）との接触から身体部位を保護するための装置であって、
電磁界を生成して検出するためのセンサ（５）が設けられており、該センサ（５）は鋸刃（１）の近傍に配設されており、
前記センサ（５）に接続され当該センサ（５）から生成されたセンサ信号を評価する評価ユニット（８）が設けられており、該評価ユニット（８）を用いて評価信号が生成可能であり、
前記評価ユニット（８）に接続される制御ユニット（９）が設けられており、該制御ユニット（９）は、前記鋸刃（１）の動きが評価信号に依存して制御できるように構成されて使用されている形式の装置において、
前記センサ（５）が、鋸刃（１）のための挟込み防止部材（４）の下方側（４.１）に配設されており、この場合前記センサ（５）のアンテナは、フラットなパッチアンテナとして構成され、該アンテナの下方に配設される質量体（６）に対して高周波な電磁波信号を生成し、当該電磁波信号を用いて身体部位の近接を検知するように構成されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
さらなるセンサ（５.２）が設けられており、２つのセンサ（５.１，５.２）が鋸刃（１）の両側に設けられている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
３つのさらなるセンサ（５.２，５.３，５.４）が設けられており、この場合それぞれ２つのセンサ（５.１，５.３；５.２，５.４）が鋸刃（１）の各々の側に設けられている、請求項１または２記載の補法。
【請求項４】
前記センサ（５）は、電磁波を生成するフラットアンテナ（１２）を有している、請求項１から３いずれか１項記載の装置。
【請求項５】
前記アンテナ（１２）に接続される共振回路が設けられており、前記評価ユニット（８）は、当該共振回路の離調を評価できるように構成されている、請求項１から４いずれか１項記載の装置。
【請求項６】
アンテナ（１２）から放射される電磁波は、ＩＳＭバンドの領域にある、請求項４または５記載の装置。
【請求項７】
丸鋸盤の回転する鋸刃（１）との接触から身体部位を保護するための方法において、
共振回路と、鋸刃（１）のための挟込み防止部材（４）の下方側に配設されているセンサ（５）のフラットなパッチアンテナとして構成されたアンテナ（１２）を用いて、当該アンテナ（１２）の下方に配設される質量体（６）に対して高周波な電磁波信号を生成するステップと、
評価ユニット（８）を用いて電磁波信号の特徴を検知し、該特徴に基づいて身体部位の近接を監視するステップと、
前記監視結果に基づいて、回転する鋸刃（１）の動きに対し介入制御を取るべきか否かを決定するステップとが含まれていることを特徴とする方法。
【請求項８】
前記特徴として共振回路の離調が用いられる、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記特徴として共振回路の共振周波数（ｆｒ）及び/又は共振周波数の変化速度及び/又は共振の拡がりが用いられる、請求項７または８記載の方法。
【請求項１０】
可動部材（１）の回転トルクの変化が検出され、この変化が付加的に、可動部材（１）の動きに対する介入制御実施の決定に利用される、請求項７から９いずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接触保護のための装置及び可動部材の接触前に保護するための方法に関する。この方法も装置も、昇降丸鋸盤ないし卓上型丸鋸盤の鋸刃から身体部位を保護するために用いられるものである。
【背景技術】
【０００２】
丸鋸盤での負傷は、最も頻度の高い労働災害に含まれている。これらの負傷は例えば木材を押し入れた際若しくは引き入れた際の手指の切傷や、作業中の木片の突発的な跳ね返りや旋回による手、指、腕の打撲等に区別される。
【０００３】
米国特許出願 US 2002/0017184 A1 明細書からは、安全システムを備えた昇降丸鋸盤が公知である。この昇降丸鋸盤は、調整可能な鋸刃と、身体部位と鋸刃との間の接触を検知するための検出システムと、該検出システムによって身体部位と鋸刃との間の接触が検知された場合に直ちに鋸刃を停止させる制動機構とを有している。身体部位と鋸刃の間の接触を検知するシステムはセンサを有しており、このセンサは容量性のセンサとして構成されている。しかしながらこのシステムの欠点は、ここで提案されている安全システムが、身体部位と鋸刃との間の接触が実際に起きてからでないと反応できないことである。つまり予防安全はここでは実施されない。それ故に負傷する確率は、前述したように非常に高い。
【０００４】
鋸刃の上側の領域部分を覆うカバーの形態の保護装置も公知ではあるが、しかしながらこの種の装置は作業をしやすくするためにたびたび外されることが多い。従ってこの種の保護装置は、取扱いにおいて実際的でないか若しくは不十分な保護しか与えることができない。
【０００５】
発明の開示
本発明の利点は、本発明による接触保護のための装置及び可動部材の接触前に保護するための方法によって、十分な予防安全が図られると同時に機械で作業している使用者の作業にも邪魔にならないことである。
【０００６】
また本発明のさらなる利点は、当該の接触保護のための装置と可動部材の接触前に保護するための方法が簡単に実施できることである。
【０００７】
その上さらに有利には、人体にとって危険な部材、例えば鋸刃と人体との間の接触が適時に識別されるので、人体に危険な部材がまだ接触する前に相応の安全手段を講じることができる。
【０００８】
本発明による接触保護装置は、電磁界を生成して検出するセンサを有しており、該センサは、接触すべきでない可動部材の近傍に配設される。さらに本発明による装置は、このセンサと接続される評価ユニットを有しており、該評価ユニットは当該センサから生成されたセンサ信号を評価している。この場合評価ユニットによって評価信号も生成可能である。最後に該評価ユニットに接続される制御ユニットが設けられており、この制御ユニットは、可動部材の動きが評価信号に依存して制御できるように構成され使用されている。
【０００９】
本発明による、可動部材の接触前に保護するための方法は、以下のステップを有している。すなわち、
共振回路を用いて高周波な電磁波信号を生成するステップと、
評価ユニットを用いて電磁波信号の特徴を検知し監視するステップと、
前記特徴に基づいて可動部材の動きに対して介入制御を取るべきか否かを決定するステップとを有している。
【００１０】
本発明の別の有利な改善例は、従属請求項に記載されている。
【００１１】
本発明の有利な実施形態によれば、可動部材が定置形丸鋸盤の鋸刃である。本発明によれば人体の負傷、例えば回転する鋸刃による指の切傷や木片の突発的な跳ね返りや旋回による打撲／内出血などから保護することができる。
【００１２】
本発明による接触保護装置の別の有利な改善例によれば、さらなるセンサが設けられる。その場合２つのセンサが鋸刃の両側にそれぞれ配設される。このようにすれば、丸鋸盤の稼働中の安全性がさらに高められる。
【００１３】
それに対して代替的に本発明による装置では、３つのさらなるセンサが設けられてもよい。この場合それらのうちの２つのセンサは鋸刃の各側に配設される。このようにすれば前方側の鋸刃における識別制度がさらに高められる。
【００１４】
課題解決のためのさらなる提案によれば、本発明による装置のセンサが電磁波生成のためのフラットアンテナを有している。それにより実施が容易となる。
【００１５】
本発明のさらなる実施形態によれば、センサが鋸刃用の挟込み防止部材の下方側に設けられる。これは次のような利点につながる。すなわちセンサが機械的な損傷から保護されると同時に丸鋸盤の作業平面の上側が開放された自由空間の構成となる。
【００１６】
本発明による接触保護装置によれば有利には、アンテナに接続される共振回路が設けられ、この共振回路の離調を評価できるように評価ユニットが構成されている。
【００１７】
特に有利には、本発明による装置のアンテナから放射された電磁波が、ＩＳＭバンドの領域にある。この帯域内にある周波数の使用は、世界中で認められており、所轄官庁での許認可検査も著しく簡単となる。
【００１８】
本発明による可動部材の接触前に保護するための方法の改善例によれば、共振回路の離調が識別の際の特徴として用いられる。このようにすれば、作業部材、若しくはこの部材を誘導する作業者の身体部位（手指）と鋸刃との接触の危険性が未然に判断できる。
【００１９】
本発明によるさらに別の構成例によれば、前記特徴として共振回路の共振周波数及び/又は共振周波数の変化速度及び/又は複数の共振周波数が用いられる。これらの特徴は、簡単に求めることができ、現在の状況に関する十分な教示となる。
【００２０】
最後に本発明による方法のもとでは付加的に可動部材の回転トルクの変化が検出され、このトルク変化がさらに可動部材の動きに対する介入制御を取る際の判断の材料に用いられる。それにより検出精度がさらに高められる。
【００２１】
図面の簡単な説明
以下の明細書では、本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。この場合、
図１は、本発明による装置を備えた丸鋸盤の基本原理を示した断面図であり、
図２は、本発明による装置の電気系の実施可能な形態をブロック回路図で表わした図であり、
図３は、加工材なしの丸鋸盤を鋸刃と共に表わした図であり、
図４は、加工材なしで稼働中の丸鋸盤のもとで測定される信号の周波数経過を示した図であり、
図５は、加工材を切断している丸鋸盤を表わした図であり、
図６は、加工材を切断している丸鋸盤のもとで測定される信号の周波数経過を表わした図であり、
図７は、丸鋸盤において加工材と指とが同時に切断される状況を想定した図であり、
図８は、丸鋸盤において加工材と指とが切断される状況下で想定される測定信号の周波数経過を表わした図であり、
図９は、丸鋸に対するセンサの可能な配置を示した平面図であり、
図１０は、本発明による接触保護のための方法の可能な実施形態を表わしたフローチャートであり、
図１１は、接触検出のための２つのセンサを備えたテーブル形丸鋸盤を示した図であり、
図１２は、接触検出のための４つのセンサを備えたテーブル形丸鋸盤を示した図であり、
図１３は、木材と指の切断される状況下で想定される測定周波数経過を表わした図である。
【実施例】
【００２２】
図１には、本発明による接触保護装置の定常的な丸鋸盤の断面が示されている。加工材２、例えば一枚の木片は、移動方向７に沿ってテーブル上を鋸刃１に対して平行にシフトされる。その場合加工材２は、カッティングエッジ３１において鋸刃１により相互に切断される。加工材の誘導と押さえのために、通常は作業者が自身の手指で加工材を鋸刃１近くに押さえ続けることが行われる。それに対して図１には指の断面が符号３で示されている。ここにおいて作業者の指が鋸刃１と接触することを避けるために、本発明による接触保護装置のセンサ５が設けられており、このセンサ５は鋸刃１の直ぐ近くに配設されている。図１に示されている実施例では、センサ５が、鋸刃１を取囲む挟込み防止部材４の下側４.１に設けられている。この挟込み防止部材４は、例えばプラスチックで構成されており、これは例えば鋸刃が作業台に対して傾いてセットされたり、鋸刃が鋸引き方向を横切る方向で加工材によって負荷を受けた場合などに生じる鋸刃１の挟込みを防止している。さらにこの挟込み防止部材４を用いることによって、種々異なる厚さの鋸刃が挟込みを起こすことなく使用できるようになる。挟込み防止部材４は、以下では単にラドム（radar dome）とも称す。この挟込み防止部材４は、センサ５の損傷に対する保護部材としても用いられ、これがプラスチックで構成されている場合には同時にセンサ５の電気的な絶縁材にもなる。
【００２３】
センサ５のアンテナは、パッチアンテナとして構成され、平面的構造形態を有している。このアンテナは、これの下方に配設された質量体６（これは基準電位とも称される）に対して例えば２.４５ＭＨｚの周波数で励起される。
【００２４】
鋸刃１が図３に示されているようにアイドリングで回転している場合、すなわち鋸刃１の近傍に、加工材２も作業者の手指３も存在しない場合には、図４に示されているような周波数スペクトル３２が生じる。この図からも明らかに識別できるように、この周波数スペクトル３２は、約２.４８ＧＨｚのもとに存在している共振周波数ｆｒしか有していない。図４の下方の領域には、アイドリングでの作動モードに相応するスミス図表が示されている。
【００２５】
ここにおいて加工材２が図５に示されているように鋸刃１の近傍にもたらされると、図６の上側に示されているような周波数図表３３が生じる。この場合は、共振周波数ｆｒがややシフトされて約２.４４ＧＨｚのもとに存在していることが識別できる。さらに図６からは整合特性もやや変化していることが識別できる。しかしながら依然として定常的な特性曲線しか生じていない。この変化は毎秒２〜１０ｃｍの範囲で起きており、測定変位として補正的に追従可能である。
【００２６】
ここにおいて、図７に示されているように指３が鋸刃１に近接したと想定すると、この場合には共振回路の強い離調が引き起こされる。これは基準周波数ｆｒのずれと複数の副次的共鳴となって現れる。これに相応する周波数図表とそれに属する周波数経過３４は図８に示されている。そこからは一連の共振周波数ｆｒ１，ｆｒ２，ｆｒ３，ｆｒ４が読みとれる。図８の下方領域には相応のスミス図表が示されている。
【００２７】
図では、指３が鋸刃１に近接している場合には常に共振周波数が下方にシフトしていることが示されている。その上さらに誘電損失によって共振特性曲線が拡がる。これに相応することは図１３から読み取れる。この場合図１３に示されている図表では上方に向けて減衰レベルがｄＢ単位でプロットされ、右方向へは増加的に周波数がプロットされている。手前側の周波数経過ＦＶ１は、木材の前方縁部を表わし、さらに奥側にある周波数経過ＦＶ２は鋸刃１における指３を表わしている。
【００２８】
この離調は、加工材が鋸刃１に沿ってシフトする際の送り速度を伴って生じる。これは結果として指３の押し切り若しくは引き切りに結び付けられる。さらに整合的な周波数制御のための適応化アルゴリズムを用いれば、付加的な副次的極大値若しくはさらなる共振周波数ｆｒ１−ｆｒ４が識別可能である。このようなことから手指の存在を推論することが可能である。
【００２９】
しかしながらこのような離調は、加工材２の跳ね返りや挟込みに起因する指３の突発的な動きによっても生じ得る。周波数スペクトルの急激な変化は直接の評価ができ、加工材が跳ね返りを起こしているのか、または鋸刃１が挟込まれているのか、あるいはそこまでの危険は生じていないのかなどの逆推論が可能である。
【００３０】
鋸刃１がその定格回転数に達したことによって当該鋸刃１により生起されるドップラー効果は、一定した値となり、それ故に消去が可能である。そのためドップラー効果によるエラーの誘起は起こされない。
【００３１】
例えば鋸刃１の滑り及び/又は鋸刃１の回転トルクの変化など、さらなる情報がまだ得られるのであれば、それらは評価部において相互に関連付けられる。
【００３２】
アンテナのパラメータ及び挟込み防止部材４を形成している材料は、この場合次のように選択される。すなわち標準的な木材が最適な測定効果を示すように、つまり中心周波数のもとで良好な整合が存在するように選択される。
【００３３】
図９には、アンテナ１２と、それに接続されたコンデンサ１４と、インダクタンス１５及びアースに接続されたバラクターダイオード１３と共にセンサの配置構成が平面図で示されている。この図からは、アンテナ１２が鋸刃１の近傍にそして作業テーブル１１の作業面に対して平行に配設されていることが認められる。図９内に示されている実施例では、アンテナ１２が当該平面図でみて鋸刃１の中央に位置している。
【００３４】
さらなるセンサが設けられる場合には、それらは図１１及び１２に示されているように配置されてもよい。
【００３５】
図１１では、鋸刃１の右側に第１のセンサ５.１が配設され、鋸刃１の左側には第２のセンサ５.２が配設されている。これらの２つのセンサは、平面図でみてそれぞれ鋸刃１の中央に存在している。
【００３６】
図１２に示されている実施形態では、鋸刃１の前方領域に２つのさらなるセンサ５.３及び５.４が配設されており、この場合センサ５.３は、センサ５.１と共に鋸刃１の一方の側に配置され、センサ５.４は、センサ５.２と共に鋸刃１のもう一方の側に配置されている。これらの２つのセンサ５.３及び５.４は、作業テーブル１１に次のように配設されている。すなわちそのテーブルと共に身体部位、例えば手指の鋸刃近傍への移動が検知できるように配設されている。また別の２つのセンサ５.１及び５.２を用いて加工材２に起きる跳ね返りが検知される。
【００３７】
より良好な位置確定のために好ましくは２つ若しくはそれ以上のセンサが作動される。従ってカッティングエッジ３１における識別精度を高めるために、図１２に示されているように２つのさらなるセンサが設けられていてもよい。その場合個々のアンテナ１２は、所期の角度だけ、例えば３０°だけ平面から引き起されるように回転されてもよい。それにより、丸鋸の前方領域、すなわち鋸縁部３１が良好にカバーされ検知が可能となる。この場合挟込み防止部材４は、上側にさらなる平面が形成されてもよい。なぜなら複数のセンサが挟込み防止部材４の下方側４.１にあるからである。
【００３８】
複数のセンサ５.１，５.２，５.３が用いられるのであれば、本発明による接触保護装置の電気的構成要素の接続に対しては図２に示されているブロック回路が用いられる。センサ５.１，５.２，５.３は、評価ユニット８に接続されている。評価ユニット８は、これらのセンサ５.１，５.２，５.３から供給された測定信号を評価し、制御ユニット９へ相応する選択信号を転送する。制御ユニット９は、ここにおいて当該選択信号に基づいて、鋸刃１の駆動に用いているモータ１０に対して、例えば制動による介入制御を取るべきか否かを決定する。この制御ユニット９には、さらなる構成要素、例えばアクティブ制動装置や鋸刃１の自動降下装置などが接続されていてもよい。またセンサ５.１，５.２，５.３の他にも別のさらなるセンサが評価ユニット８に接続されていてもよい。
【００３９】
反射減衰は、定在波ブリッジ又は方向性結合器を用いて評価可能である。位相変化は、位相検出器を用いて識別可能である。それに対して作動周波数は、許容領域内でスイープされる。また“Vektor Network Anlalyser”のようなネットワーク分析器を用いた測定手法が用いられてもよい。
【００４０】
丸鋸盤ないしはその鋸刃１の緊急停止に対しては、鋸刃の接触直前か接触するまでの瞬間に、身体部位、例えば手指の影響によるマイクロ波領域内の共振シフトに基づく手法が用いられる。この周波数帯域としては２４００ＭＨｚ〜２４８３.５ＭＨｚのＩＳＭバンドが選択される。なぜならこの周波数バンドに対しては手頃なアンテナが使用可能であり、主に処理される加工材、具体的には木片やプラスチックでは表皮効果のために約１０ｃｍの厚さまでは透過できるからである。代替周波数領域は、４３３ＭＨｚ，８６６ＭＨｚ若しくは５.８ＭＨｚである。このＩＳＭバンドの使用により世界中で認可される可能性が保証される。
【００４１】
基本的には本発明による考察は、レーダー距離測定に基づくのではなく、マイクロセカンド領域において、アンテナを取囲む誘電体の変化を評価することである。また電気的な変化の評価も可能である。
【００４２】
その誘電率εｒが４０〜８０の間にある指が、鋸刃に接近すればするほどアンテナの離調は強くなって現れる。
【００４３】
所要の周波数帯域の限定に対しては、材料変化、例えば種々異なる材料厚さ、加工材の前方縁、後方縁、枝/節などをマスキングし作動周波数を常に最適な位置にシフトさせる、適応化（緩慢な）制御が用いられてもよい。
【００４４】
それにより、他のＩＳＭ機器、例えばブルトゥースインターフェースを備えたマイクロ波帯用機器やデータ伝送のための小型無線網からの外的障害が識別され、適切な手段によって効果的に抑圧され得る。
【００４５】
このような緩慢な適応化制御を用いれば、材料変化がマスキングされ作動周波数が常に最適な位置にシフトされるようになる。それに対してアンテナ１２の中心周波数が、コンデンサ１４とバラクタダイオード１３とインダクタンス１５からなる共振回路を介して離調される。その場合の配置構成は、一度は若しくは真ん中で対称的に共振の長さに合わせられてもよい。所定の周波数に対する外的な障害が識別された場合には、それに伴って評価周波数もシフト可能である。
【００４６】
図１０には、センサ信号の評価のためのフローチャートが示されている。この接触保護のための方法は、２つのセンサを備えた接触保護装置に基づいて説明する。第１のセンサ５.１が共振シフトを通知すると（これはステップ２１とそこから分岐した符号ｊ（イエス）の付された矢印で示されている）、ステップ２２、２３において第２のセンサ５.２を用いて、２つのセンサから供給された測定信号が類似の作用を有しているか否かが決定される。これがあてはまらない場合、つまり２つの測定信号が相互に著しく異なっている場合には、それは一本またはそれ以上の指が鋸刃に接触することなくそれを通り過ぎて誘導されたことに由来する。その場合には、分岐２４を介してステップ２５にジャンプする。しかしながら２つのセンサ５.１及び５.２が急激に変化する類似した測定結果を供給するならば、それは加工材が跳ね返りを引き起していることに由来する。そのため鋸刃１の緊急停止２８が必要である。この識別は、迅速なアルゴリズム２７を用いて行われる。ステップ２９によって表わされる緩慢な変化のもとでは、緩慢なアルゴリズム３０を介して当該変化が加工材によって引き起されているのかそれとも身体部位の一部が鋸刃１のすぐ近くに達していることによるものなのかが決定される。緩慢なアルゴリズム３０はこれらのことを識別し、危険な場合にはステップ２８に進んで鋸刃の緊急停止を引き起こす。それ以外の場合にはステップ２５に進む。
【００４７】
通常の場合は定常的な動きであるので、本発明ではＳＡＲ（合成開口レーダー）方式の適用も可能である。
【００４８】
本発明による装置は、丸鋸盤への適用に限定されるものではない。本発明の装置を用いれば、帯鋸盤、プレス盤、ボール盤やその他の特殊な工作機械の近傍において人体の身体部位を保護装置によって安全に保護することができる。センサの設置に対しては、約５０×５０ｍｍの平面が誘電性のラドム（radar dome）で覆われるだけで十分である。センサは電気的な端子を介して給電され、データインターフェースを介して測定データないしは評価データが転送される。
【００４９】
本発明による解決手段は、光学方式の監視に比べて次のような利点を有する。すなわち、手指とセンサの間で光学的な接続形成を構築する必要が何もないことである。そのためセンサと手指の間に作業対象、例えば加工材が存在していてもよい。
【００５０】
前述してきた本発明による詳細な実施例は、説明のためにだけ用いたものであって、本発明の限定を目的としたものではない。従って本発明の枠内では、発明の範囲とその等価性を逸脱しない限り種々の変更や応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明による装置を備えた丸鋸盤の断面を基本原理図の形態で示した図
【図２】本発明による装置の電気系の実施可能な形態をブロック回路図で表わした図
【図３】加工材なしの丸鋸盤を鋸刃と共に表わした図
【図４】加工材なしで稼働中の丸鋸盤のもとで測定される信号の周波数経過を示した図
【図５】加工材を加工している丸鋸盤を表わした図
【図６】加工材を切断している丸鋸盤のもとで測定される信号の周波数経過を表わした図
【図７】丸鋸盤において加工材と指とが同時に切断される状況を想定して表わした図
【図８】丸鋸盤において加工材と指とが切断される状況下で想定される測定信号の周波数経過を表わした図
【図９】丸鋸に対するセンサの可能な配置を示した平面図
【図１０】本発明による接触保護のための方法の可能な実施形態を表わしたフローチャート
【図１１】接触検出のための２つのセンサを備えたテーブル形丸鋸盤を示した図
【図１２】接触検出のための４つのセンサを備えたテーブル形丸鋸盤を示した図
【図１３】木材と指の切断される状況下で想定される測定周波数経過を表わした図
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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