(57)【要約】  本発明は識別ユニット（３２）がビーム（ＳR）のスペクトル評価を用いて工作機械作業領域（３４）内の材料別の存在を識別するために設けられている、識別ユニットを備えた工作機械監視装置に関している。本発明では、前記識別ユニット（３２）が、少なくとも部分的に赤外線スペクトル領域に位置する波長領域（ＷＬ2）のビーム検出のための少なくとも１つの感度領域（５４.２）を備えたセンサユニット（４４）を有していることを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
識別ユニット（３２）を備えた工作機械監視装置であって、
前記識別ユニット（３２）は、ビーム（ＳR）のスペクトル評価を用いて工作機械作業領域（３４）内の材料別の存在を識別するために設けられている形式の工作機械監視装置において、
前記識別ユニット（３２）が、少なくとも部分的に赤外線スペクトル領域に位置する波長領域（ＷＬ2）のビーム検出のための少なくとも１つの感度領域（５４.２）を備えたセンサユニット（４４）を有していることを特徴とする工作機械監視装置。
【請求項２】
前記識別ユニット（３２）は、被検対象（４０）表面で反射されたビーム（ＳR）の反射スペクトルの評価を用いた存在識別の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】
前記波長領域（ＷＬ2）は近赤外線領域である、請求項１または２記載の工作機械監視装置。
【請求項４】
前記識別ユニット（３２）は、送信ユニット（４２，６４）を有し、該送信ユニットは波長領域（ＷＬ2）の少なくとも１つのビーム成分を有するビームを送信するために設けられている、請求項１から３いずれか１項記載の工作機械監視装置。
【請求項５】
前記送信ユニット（６４）は、ビームを前記波長領域（ＷＬ2）と少なくとも１つのさらなる波長領域（ＷＬ1，ＷＬ3，ＷＬ4）で漸次的に送信するために設けられている、請求項４記載の工作機械監視装置。
【請求項６】
前記識別ユニット（３２）の応働領域（３６）を定めるための光学的ユニット（４６）が設けられている、請求項１から５いずれか１項記載の工作機械監視装置。
【請求項７】
送信ユニット（４４）は、さらなる波長領域（ＷＬ1，ＷＬ3，ＷＬ4）のビーム検出のために設けられる少なくとも１つのさらなる感度領域（５４.１，５４.３，５４.４）を有している、請求項１から６いずれか１項記載の工作機械監視装置。
【請求項８】
前記識別ユニット（３２）は評価手段（５８）を有しており、該評価手段（５８）は、少なくとも２つのビーム特性量（Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3，Ｖ4）の比に基づいて材料別の存在を識別するために設けられており、前記複数のビーム特性量は異なる波長領域（ＷＬ1，ＷＬ2，ＷＬ3，ＷＬ4）のそれぞれ１つのビーム成分に対応している、請求項７記載の工作機械監視装置。
【請求項９】
前記波長領域（ＷＬ2）は狭帯域に形成されている、請求項１から８いずれか１項記載の工作機械監視装置。
【請求項１０】
請求項１から９いずれか１項記載の工作機械監視装置を備えていることを特徴とする工作機械、特に鋸盤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
材料識別のための識別ユニットを備えた工作機械監視装置は公知である。
【０００３】
発明の利点
本発明は、ビームのスペクトル評価を用いて工作機械作業領域における材料種別の存在を識別するために設けられた識別ユニットを備えている工作機械監視装置から出発している。
【０００４】
ここでは、前記識別ユニットがビーム検出のための少なくとも１つの波長領域の感度領域を有するセンサユニットを有し、前記波長領域は少なくとも部分的に赤外線スペクトル領域に配置されることが提案されている。
それによって工作機械における適用状況での信頼性の高い迅速な識別が達成できるようになる。
【０００５】
前記"工作機械作業領域"とは特に当該工作機械の工具の直接周辺における領域と理解されたい。工具の"直接"周辺の領域とは特に次のような領域と理解されたい。すなわち当該領域の各地点と工具までの最小間隔が最大でも１０ｃｍ、有利には５ｃｍ、特に有利には２ｃｍとなるような領域である。
【０００６】
この関連から"ビーム"とは、特に電磁ビームであると理解されたい。またセンサユニットによって検出されたビームの"スペクトル"とは、ビーム特性量、特にビーム強度の波長、周波数及び／又は時間に依存した分布であると理解されたい。さらにビームの"スペクトル評価"とは特に評価結果がビームスペクトルの特徴検出によって得られる信号評価と理解されたい。迅速な評価を達成するために、スペクトルの特徴は特に波長領域に亘って統合される信号強度に相応する。
【０００７】
工作機械の使用の際の高い安全性を達成するために、前記識別ユニットは有利にはセンサユニットによって検出されたビームを評価する評価手段を有し、この評価手段はビームに基づいて人体組織が当該工作機械の領域内に存在することを識別するために設けられている。
【０００８】
本発明の有利な実施形態によれば、被検対象上で反射されたビームの反射スペクトルの評価を用いた存在識別のための識別ユニットが設けられており、これによって有効なコントラスト検出に基づく材料種別識別が達成される。
【０００９】
特に信頼性の高い識別は、波長領域が"近ないし中赤外線領域"である場合に達成される。それにより、反射スペクトルの検出と評価にねらいを定めた感度領域を得ることができる。前述した"近ないし中赤外線領域"とは、このような関係において赤外線スペクトルの波長間隔が特に１５μｍ以下のものを指すと理解されたい。さらに赤外線スペクトルの波長間隔でのビーム検出に対して８μｍ以下の波長の感度領域が設けられるならば、人体組織と原材料との間の高いコントラストが達成され得る。特に波長領域が近赤外線領域であるならば非常に有利となる。"近赤外線領域"とは、このような関係においてはＩＲ・Ａ領域における波長間隔のように波長が１.５μｍ以下にある赤外線スペクトルの波長間隔を指すものと理解されたい。この波長領域はさらにその一部が電磁波スペクトルの可視領域に係わっていてもよい。
【００１０】
識別ユニットが波長領域の少なくとも１つのビーム成分を送信するために設けられた送信ユニットを有する場合には、高い信号強度の評価信号が達成され得る。
【００１１】
本発明の別の実施例では、送信ユニットは、１つの波長領域と少なくとも１つの別の波長領域のビームが漸次送信されるように設けられる。それによりビームは所望の波長領域で生成できる。従ってセンサユニットによるビーム検出の際の高価なフィルタリングが省略できる。さらに高い信号雑音比が達成され得る。このことは、送信ユニットが、それぞれ異なる波長領域のビームを送信するための少なくとも２つのセンサ手段、特に有利には少なくとも３つのセンサ手段を有し、それらが送信ユニットの作動中に漸次作動されるものならば、特に容易に達成できる。さらに２つの波長領域の"漸次"送信とは、第１の波長領域の送信と第２の波長領域の送信が重ならないように十分に離れていることを意味している。この場合ビームが同時に２つの波長領域で送信される重畳期間は、１つの波長領域における最短送信期間の１０％未満、有利には５％未満、特に有利には１％未満の値である。特に有利には複数の送信期間は重畳期間を含まない。その場合は送信ユニットによって相互に分離したパルスが発信される。
【００１２】
その他に本願によれば、有利には、工作機械監視装置は光学的ユニットを有し、該光学的ユニットは識別ユニットの応働領域を確定するために用いられる。識別ユニットの"応働領域"とは特に次のような空間領域と理解されたい。すなわち識別ユニットによって把握可能なプロセスに対応付けられた空間領域である。このプロセスは当該空間領域における材料種別として人体の存在のもとでトリガされるものである。この応働領域は有利には工作機械作業領域の少なくとも１つの部分領域に対応している。代替的に若しくは付加的に、工作機械作業領域とは異なる応働領域が設けられていてもよい。さらにこの応働領域は例えば当該工作機械監視装置の警報機能のために設けられていてもよい。有利には識別ユニットはアクチュエータユニットと作用結合されている。この場合応働領域内における材料種別としての人体の存在は、例えば工作機械駆動部停止のためのアクチュエータユニットの作動をトリガする。光学的ユニットは、センサユニットのビームパス内に接続されている光学系に相応する。工作機械監視装置がビーム送信のための送信ユニットを有しているならば、光学的ユニットは代替的に若しくは付加的に、送信ユニットのビームパス内に接続された光学系に相応する。これらの光学的ユニットによれば、識別ユニットの応働範囲を限られた領域に絞ることが可能になるので、工作機械の安全でかつ快適な使用が達成される。
【００１３】
有利には送信ユニットはさらに別の波長領域のビーム検出のために設けられた少なくとも１つのさらなる感度領域を有している。これにより材料種別の識別における安全性のさらなる向上が達成できる。複数の波長領域は重なることも可能ではあるが、しかしながらそれらは互いに分離している方が有利である。特に正確な識別は次のことによって達成される。すなわちセンサユニットが少なくとも３つの感度領域を有し、それぞれがビーム検出のために異なる波長領域で設けられることによって達成される。
【００１４】
これらとの関係において提案されることは、識別ユニットが材料別の存在を少なくとも２つのビーム特性量の比に基づいて識別するための評価手段を有することである。それにより有利には迅速な識別が達成され得る。特に有利にはこの場合基準ビームないし参照ビームの考慮を省くことが可能になる。前述した"ビーム特性量"とは特に次のような特性量と理解されたい。すなわちセンサユニット面に入射したビームに基づいて検出される特性量である。この特性量は特に電気的な特性量であってもよい。
【００１５】
本発明の有利な実施形態によれば、波長領域が狭帯域に形成されている。ここでの"狭帯域な波長領域"とは、帯域幅が最大で１００ｎｍ、有利には最大で５０ｎｍ、さらに有利には最大で２０ｎｍで、特に有利には最大で１０ｎｍであるものと理解されたい。これにより、検出されたビームのための複雑な構造のフィルタリングを省くことができる。
【００１６】
操作の快適性は次のことによってさらに高めることができる。すなわち当該の工作機械監視装置が、応働領域のマーキングのために設けられたマーキングユニットを有することによってである。
【００１７】
さらなる利点は以下の図面に基づく詳細な説明によって明らかとなる。これらの図面中には本発明の実施例が描写されている。これらの図面、明細書、及び特許請求の範囲には組合わせも含めて多くの特徴部分が包含されている。そして当該分野の当業者であるならば、それらを個別に観察するだけでなく場合によっては合目的に組合わせることも容易に理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】識別ユニットを備えたテーブル型丸鋸盤の側面図
【図２】識別ユニットの応働領域も含めてテーブル型丸鋸盤全体の上方からの平面図
【図３】識別ユニットを応働領域内へビームを送信するための送信ユニットとセンサユニットと被検対象物と共に概略的に表した図
【図４】送信ユニットの送信手段とセンサユニットのセンサ手段を表した正面図
【図５】センサユニットの透過係数の経過を波長領域に依存して表した図
【図６】反射性対象から反射されたビームの反射スペクトルを波長に依存して表した図
【図７】識別ユニットの内部回路を表した図
【図８】識別ユニット内に記憶されているデータバンク
【図９】パルス波形を生成するための識別ユニットの代替的送信ユニットを表した図
【図１０】図９による送信ユニットから生成されたビームの強度を表した図
【実施例】
【００１９】
図１にはテーブル型丸鋸盤として構成された工作機械１０が側面図で示されている。この工作機械１０は円盤状の鋸刃として構成された工具１２を有しており、この工具１２は作動中に駆動部ケーシング１４内に配設され電気モータとして構成された駆動ユニット１６を用いて回転駆動される。駆動部ケーシング１４の上には鋸台１８が支持されて配設されており、この鋸台１８の上に、処理すべき被加工物２０が載置される。操作者の保護のために、この工作機械１０は、保護カバー２２を含んでおり、この保護カバー２２は工作機械１０の非作動状態において鋸台１８から飛び出ている工具１２の部分を完全に取り囲んでいる。被加工物２０の処理の実施に対しては当該被加工物２０は公知のやり方で作業方向２４において操作者により工具１２のある方向へ動かされる。図面中では手首から先の手の部分２６が概略的に描写されている。この場合保護カバー２２は、回転軸２８を中心に回転可能に支承されており、被加工物２０によって上方に向けて旋回し、それによって工具刃先が開放される。
【００２０】
操作の安全性を高めるために、工作機械１０は工作機械監視装置３０を備えている。この工作機械監視装置３０は識別ユニット３２を有しており、この識別ユニット３２は当該工作機械１０の工作機械作業領域３４内の人体組織の存在識別のために設けられている。この工作機械作業領域３４は、図２において工作機械１０の上方からの平面図にて示されている。図を見やすくするために図２では保護カバー２２の描写は省いている。識別ユニット３２は応働領域３６を有しており、この応働領域３６は駆動ユニット１６に結合されたアクチュエータユニット３８の操作に対応付けられており、前記アクチュエータユニット３８は識別ユニット３２と作用結合されている（図７参照）。識別ユニット３２によって応働領域内で人体組織の存在が識別されると、操作信号がアクチュエータユニット３８に伝送され、該アクチュエータユニット３８はこの操作信号に基づいて駆動ユニット１６の停止を操作する。応働領域３６は工作機械作業領域３４の部分領域に相応しており、これは作業方向２４で見て工具１２の手前に配置されている。図示の例では識別ユニット３２が保護カバー２２の内部にあって、詳細には作業方向２４で見て工具１２手前に配置された保護カバー２２の前方領域に配設されている。代替的な実施例として考えられるのは、識別ユニット３２が鋸台１８上方の切欠や並列ストッパ及び／又はジブなどに配設されることである。
【００２１】
識別ユニット３２の機能原理は図３に基づいて説明する。ここでは鋸台１８、被加工物２０、識別ユニット３２が概略的に示されている。なお図を見やすくするためにここでは工具１２と保護カバー２２の描写は省いている。応働領域３６内の被加工物２０の上には被検対象４０が配置されている。この被検対象４０は例えば手２６であってもよい。識別ユニット３２は図中に概略的に描写されている送信ユニット４２を有しており、この送信ユニット４２が作動中にビームＳIを応働領域３６内に照射する。このビームＳIは被検対象４０において反射され、ビームＳRとして図中に概略的に示されている識別ユニット３２のセンサユニット４４によって受信される。この送信ユニット４２とセンサユニット４４の手前には光学的ユニット４６が接続されている。この光学的ユニット４６はレンズユニットを有しており（図には示されていない）、これがビームＳIの送信される応働領域３６の境界を定めている。前記レンズユニットはさらにセンサユニット４４の、応働領域３６内で反射されたビームＳRに対する感度を制限している。前記光学的ユニット４６は光軸４８を有している。工作機械監視装置３０はさらにマーキングユニット４９を有しており、該マーキングユニット４９は図３において概略的に描写されており、識別ユニット３２の作動中に識別ユニット３２の応働領域３６を鋸台１８に対する照射によってマーキングしている。例えばこのマーキングユニット４９は、レーザーマーカーとして構成されていてもよい。代替的に若しくは付加的に応働領域３６のマーキングは、可視領域のビーム成分を生成している送信ユニット４２によって実施されてもよい。
【００２２】
図４には識別ユニット３２の送信ユニット４２とセンサユニット４４が正面図で示されており、そこでは光軸４８が図平面を横断している。送信ユニット４２は送信手段５０を有しており、この送信手段５０はＬＥＤで構成されている。送信手段５０の直接の周辺には、センサユニット４４の４つのセンサ手段５２が配設されており、それらはそれぞれフォトダイオードとして構成されている。
【００２３】
センサ手段５２はそれぞれ１つの感度領域５４を有しており、この感度領域５４はそれぞれ異なる波長領域、ＷＬ1＝[λ1,λ2],ＷＬ2＝[λ3,λ4],ＷＬ3＝[λ5,λ6]ないしＷＬ4＝[λ7,λ8]のビーム検出のために設けられている。これらのことは図５において概略的に示されている。図５にはセンサユニット４４の透過係数の経過が、センサユニット４４によって受信される反射ビームＳRの波長λに依存して示されている。それらの波長領域ＷＬiは例示的に６３０ｎｍ、７００ｎｍ、９８０ｎｍ、１０５０ｎｍ及び１２００ｎｍの中心波長を有しており、それぞれが約１０ｎｍの帯域幅でもって狭帯域に形成されている。センサユニット４４は検出されたビームＳRの狭帯域なフィルタリングのために、センサ手段５２に加えてさらに付加的なフィルタブロックシステムを備えていてもよい。このシステムはセンサ手段５２の手前に接続されている。センサ手段５２が選択的フォトダイオードで実施されている場合には、狭帯域なフィルタリングがシステムに内在する。これによりさらなるフィルタブロックが有利には避けられる。フォトダイオードに対して代替的にまたは付加的にセンサ手段５２がＣＣＤまたはＣＭＯＳフィールド、ＩｎＧａＡｓ検出器、焦電気的検出器などで構成されていてもよい。
【００２４】
波長領域ＷＬ2,ＷＬ3,ＷＬ4は、赤外線スペクトル内に位置している。特にこれらの波長領域ＷＬ2,ＷＬ3,ＷＬ4は、それぞれ境界値[７００ｎｍ，１４００ｎｍ]を有する近赤外線スペクトルＩＲ−Ａの領域である。波長領域ＷＬ1は少なくとも部分的に電磁波スペクトルの可視領域に位置している。代替的にまたは付加的に赤外線領域ＩＲ−Ｂ（１.４−３μｍ）及びＩＲ−Ｃ（３−１５μｍ）の波長領域が選択されていてもよい。送信手段５０を備えた送信ユニット４２は、図５中に示されている波長領域ＷＬiを含んだビームを生成する。
【００２５】
識別ユニット３２の応働領域３６における人体組織の存在を識別するための原理は、図６，図７，図８に基づいて説明する。図６には、被検対象４０表面で反射されセンサ手段５２によって検出されたビームＳRの反射スペクトルが示されている。この反射スペクトルは当該ビームＳRの波長λに依存した信号強度分布に相応している。センサ手段５２ないし感度領域５４は、相応する波長領域ＷＬi内の反射スペクトルのそれぞれ一部を検出する。センサ手段５２はそれらの出力側端子においてそれぞれ電圧として形成されるビーム特性量Ｖiを生成する。例えばビーム特性量Ｖ1は波長領域ＷＬ1に亘って集積され図６に斜線の付されたビームＳRの信号強度Ｓ1に比例している。
【００２６】
図７から明らかなように、前記ビーム特性量Ｖiは識別ユニット３２の評価手段５８の入力側に供給される。さらなる別の変化例としてこれらのビーム特性量Ｖiが増幅されることも考えられる。評価の際には前記ビーム特性量Ｖiが、識別ユニット３２のメモリユニット６０内に記憶されているデータバンク６２の値と論理演算を用いて比較される。このデータバンクは図８に概略的に示されている。第１の評価ストラテジにおいては検出されたビーム特性量Ｖiが、記憶されている複数の値Ａ1,Ａ2,Ａ3等と比較される。各値対（Ｖi，Ａi）には識別変数が割り当てられており、それらは真の値"Ｔｒｕｅ（Ｔ）"または偽の値"Ｆａｌｓｅ（Ｆ）"をとり得る。従って値"Ｆ"の場合には、応働領域３６内での人体組織の存在が除外される。第２の代替的または付加的評価ストラテジにおいては、評価手段５８によって、異なるビーム特性量Ｖi間の比、例えばＶ1／Ｖ2；Ｖ1／Ｖ3などが求められる。これらの比は記憶されている複数の値Ａ1,Ａ2,Ａ3等と比較され、これによって既述したように応働領域３６内の人体組織の存在が推論される。このような比の形成によれば、強度に依存しない識別が実施できるようになる。前記記憶ユニット６０内にはその他にセンサ手段５２のスペクトル感度に関する情報が記憶されていてもよい。それらｈビーム特性量Ｖiの評価のために用いることが可能である。
【００２７】
ここに説明してきた識別ユニット３２はアナログ方式の識別ユニットであり、この種の識別ユニットでは反射されたビームＳRの検出ないし評価がアナログ方式で行われる。この場合は特に短い検出時間ないし評価時間に基づいて効果的な識別が達成できる。なおここではアナログ信号処理手段とデジタル信号処理手段の組み合わせ使用や、専らデジタル信号処理手段だけの使用も考えられる。
【００２８】
送信手段５０は、時間に関して一定のビーム強度を有するビームを送信する。代替的な変化実施例においては識別ユニット３２は代替的な送信ユニット６４を有し、この送信ユニット６４は可変の強度のビームを応働領域３６に送信する。このことは図９及び図１０に示されている。図９はセンサユニット６４を示したものであり、このセンサユニット６４は、図１０に示されているような一連のパルス６８を有するビームＳiを生成している。図１０には、ビームＳiの強度経過が時間ｔに依存して示されている。１つのパルス６８は約１００μｓの幅Ｂを有している。この送信ユニット６４は、波長領域ＷＬ1〜ＷＬ4のビームを漸次送信すべく設けられている。ここでは４つの順次連続するパルス６８.１〜６８.４のシーケンスの中でこれらのパルスが異なる波長領域ＷＬ1〜ＷＬ4に割り当てられている。パルス６８は、それぞれ異なる波長領域ＷＬiで送信されるビームに相応している。これに対して送信ユニット６４は複数の送信手段６６.１〜６６.４を有しており、それらはそれぞれ異なる波長領域ＷＬ1〜ＷＬ4での送信のために設けられている。ここではパルス６８.１のための送信手段６６.１が波長領域ＷＬ1に相応しており、パルス６８.１のための送信手段６６.１が波長領域ＷＬ1に相応しており、パルス６８.２のための送信手段６６.２が波長領域ＷＬ2に相応しており、パルス６８.３のための送信手段６６.３が波長領域ＷＬ3に相応しており、パルス６８.４のための送信手段６６.４が波長領域ＷＬ4に相応している。前記送信手段６６はそれぞれ例えばＬＥＤで構成されていてもよい。前述したような異なる波長領域ＷＬiの漸次的ビームによって検出されたビームＳRの高コストの複雑なフィルタリングを省くことができるようになる。
【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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【国際調査報告】
2010529909.tif 000013
2010529909.tif 000014
2010529909.tif 000015
2010529909.tif 000016
2010529909.tif 000017
2010529909.tif 000018