VORRICHTtTNG, INSBESONDERE SCHUTZSENSORIK FüR EINE WERKZEUGMASCHINE

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bereits eine Vorrichtung mit einer Auswerteeinheit vorgeschlagen worden, welche mittels eines empfangenen Signals einen Materialparameter berechnet.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung, insbesondere einer Werkzeugmaschinenvorrich- tung, mit wenigstens einer Recheneinheit, zumindest einer Sendeeinheit zum Senden wenigstens eines Sendesignals, zumindest einer Empfangseinheit zum Empfang wenigstens eines durch das Sendesignal angeregten Empfangssignals und wenigstens einer Auswerteeinheit, welche dazu vor- gesehen ist, zumindest mittels des Empfangssignals wenigstens einen Parameter zu berechnen.

Es wird vorgeschlagen, dass die Recheneinheit dazu vorgesehen ist, den Parameter mit zumindest einem mittels eines Modells berechneten Vergleichsparameter zu vergleichen. Erfindungsgemäß kann anhand des Parameters eine Information über ein mittels des Sendesignals untersuchtes Ob- jekt besonders präzise hergeleitet werden. Eine „Recheneinheit" weist insbesondere einen Prozessor und einen Speicher auf. Die Sendeeinheit ist im Besonderen dazu vorgesehen, ein elektromagnetisches Signal auszusenden. Die Empfangseinheit ist insbesondere dazu vorgesehen, ein elektromagnetisches Signal zu empfangen. Insbesondere können die Sendeeinheit und die Empfangsein- heit identisch sein. Unter „vorgesehen" soll insbesondere speziell ausgestattet und/oder ausgelegt

und/oder programmiert verstanden werden. Ein „Modell" ist insbesondere ein System, das als Repräsentant eines Originals auf Grund mit diesem gemeinsamer, für eine bestimmte Aufgabe wesentlicher Eigenschaften von einem dritten System benutzt, ausgewählt und/oder geschaffen wird, um letzterem die Erfassung, Beherrschung und/oder Beschreibung des Originals zu ermöglichen oder zu erleichtern beziehungsweise um es zu ersetzen. Dem Modell liegt vorzugsweise eine Gleichung oder ein System von Gleichungen zu Grunde, die aus zumindest einem physikalischen Gesetz hergeleitet sind, das einen bestimmten physikalischen Prozess beschreibt. Das Modell kann insbesondere ein Algorithmus sein, der ein numerisches Vorgehen zur Auswertung von Gleichungen vorgibt.

Ferner wird vorgeschlagen, dass der Parameter eine Reflexionsgröße oder eine Transmissionsgröße ist. Hierdurch kann besonders einfach in einem schnellen Auswertevorgang eine Information über ein untersuchtes Objekt erlangt werden. Eine „Reflexionsgröße" ist insbesondere ein Reflexionsfaktor oder ein Reflektionskoeffizient. Analog ist eine „Transmissionsgröße" im Besonderen ein Transmissionsfaktor oder ein Transmissionskoeffizient. Die Begriffe „Reflexionsfaktor" und

„Transmissionsfaktor" sind insbesondere aus der Hochfrequenztechnik bekannt. Insbesondere enthalten der Reflexionsfaktor bzw. der Transmissionsfaktor und der Reflexionskoeffizient bzw. der Transmissionskoeffizient eine Information über eine Amplitudenabschwächung des Sendesignals bei einer Reflexion bzw. einer Transmission. Der Reflexionskoeffizient bzw. der Transmissionsko- effizient enthält des Weiteren eine Information über eine Phasenänderung, welche das Sendesignal bei einer Reflexion an einer Fläche bzw. einer Transmission erfahren kann. Im Besonderen sind Reflexionsfaktoren bzw. Transmissionsfaktoren komplexe Zahlen.

Vorzugsweise ist der Vergleichsparameter wenigstens einem Kennvektor des Modells zugeordnet. Hierdurch kann mit Hilfe von wenigstens einer Signalauswertung eine Information zu einem

Kennvektor erhalten werden. Insbesondere ist der Vergleichsparameter einem Kennvektor zugeordnet, wenn das Modell mittels des Kennvektors den Vergleichsparameter berechnet. Ein „Kennvektor" ist insbesondere eine Menge von Kenngrößen, welche zumindest eine Kenngröße aufweist. Insbesondere können die Kenngrößen Modellparameter, welche z. B. bei der Modellrechnung vari- iert und/oder von einem Bediener eingegeben wird, oder Ergebnisse einer mit Hilfe des Modells durchgeführten Rechnung sein. Diese Kenngrößen stellen insbesondere physikalische Größen dar, die Eigenschaften eines untersuchten Objekts charakterisieren.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Kennvektor wenigstens eine Dicke einer Schicht auf, deren Wechselwirkung mit dem Sendesignal mit Hilfe des Modells beschrieben wird. Auf diese Weise kann eine Information zur Geometrie der Schicht erhalten werden.

Mit Vorteil umfasst der Kennvektor wenigstens eine Dielektrizitätskonstante einer Schicht, deren

Wechselwirkung mit dem Sendesignal mit Hilfe des Modells beschrieben wird. Hierdurch kann eine Information über das Material der Schicht erhalten werden. Eine „Wechselwirkung" des Sendesignals mit der Schicht ist insbesondere eine zumindest teilweise Reflexion des Sendesignals oder eine zumindest teilweise Transmission des Sendesignals.

Außerdem wird vorgeschlagen, dass der Kennvektor zumindest eine Schichtenanzahl aufweist, welche die Anzahl der Schichten eines mittels des Sendesignals untersuchten Objekts angibt, die in einer Berechnung mit Hilfe des Modells angenommen wird. Damit kann ein großer Anwendungsbereich des Modells erreicht werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Recheneinheit eine Software auf, welche dazu vorgesehen ist, mittels des Modells den Vergleichsparameter zu berechnen. Hiermit kann der Vergleichsparameter auf flexible Weise ermittelt werden. Unter „Software" soll insbesondere zumindest ein Programm verstanden werden. Ein „Programm" ist im Besonderen eine Samm- lung von Befehlen, welche dazu vorgesehen sind, von zumindest einem Prozessor bzw. einer Recheneinheit ausgeführt zu werden, und welche insbesondere zu einer Einheit zusammengefasst sind und dazu vorgesehen sind, wenigstens eine Aufgabe zu erfüllen.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung eine Eingabeeinheit zur Eingabe wenigstens einer Kenngröße, welche die Software als einen Eingangswert zur Berechnung des Vergleichsparameters verwendet, aufweist. Hiermit kann eine hohe Genauigkeit erreicht werden.

Mit Vorteil ist die Software dazu vorgesehen, einen Wert des Vergleichsparameters zu ermitteln, der eine minimale Abweichung des Vergleichsparameters von dem Parameter realisiert. Hierdurch kann ein effektives Ermitteln eines optimalen Vergleichsparameters erreicht werden. Eine „minimale" Abweichung des Vergleichsparameters von dem Parameter ist insbesondere minimal im Vergleich zu weiteren, mittels des Modells berechneten Vergleichsparametern.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Software dazu vorgesehen, wenigstens zwei Kenngrößenbereiche aufgrund einer mittels des Modells berechneten Fehlergröße zu unterscheiden. Hiermit kann eine besonders zuverlässige Information über eine Kenngröße erlangt werden. Eine „Fehlergröße" ist insbesondere eine Abweichung des Vergleichsparameters von dem Parameter. Ein „Kenngrößenbereich" ist insbesondere ein Wertebereich einer Kenngröße eines

Kennvektors, wobei der Wertebereich aus einer einzigen Zahl bestehen kann.

Vorzugsweise ist das Sendesignal ein Hochfrequenzsignal, wodurch die Genauigkeit weiter erhöht werden kann. Ein „Hochfrequenzsignal" ist insbesondere ein Signal mit einer Frequenz von zu- mindest zwei Gigahertz.

Weiterhin wird eine Schutzsensorik vorgeschlagen, welche die Vorrichtung aufweist. Hiermit kann ein besonders zuverlässiges Erkennen von menschlichem Gewebe erreicht werden.

Außerdem wird ein Verfahren, insbesondere mit der Vorrichtung, vorgeschlagen, wobei wenigstens ein Sendesignal gesendet, zumindest ein durch das Sendesignal angeregtes Empfangssignal empfangen, ein Parameter zumindest mittels des Empfangssignals berechnet und der Parameter mit zumindest einem mittels eines Modells berechneten Vergleichsparameter verglichen wird. Erfindungsgemäß kann anhand des Parameters eine Information über ein mittels des Sendesignals unter- suchtes Objekt besonders präzise hergeleitet werden.

Zeichnung

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung mit einem zu untersuchenden Objekt in einer Messposition,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Analyse des Objekts durch die Vorrichtung,

Fig. 3 ein Diagramm mit Messkurven und

Fig. 4 eine Werkzeugmaschine mit einer Kreissäge und einer Schutzsensorik, welche die Vorrichtung aufweist.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer als Werkzeugmaschinenvorrichtung ausgebildeten Vorrichtung 30 mit einem zu untersuchenden Objekt 34 in einer Messposition. Die Vorrichtung 30 weist eine Sendeeinheit 12 und eine Empfangseinheit 14 auf, welche jeweils an einem Grundkörper 32 der Vorrichtung 30 befestigt sind. Der Grundkörper 32 umfasst eine Auswerteeinheit 16 und eine Recheneinheit 10, welche eine Speichereinheit 56 aufweist. In einem ersten Betriebsmo- dus sendet die Sendeeinheit 12 ein hochfrequentes Sendesignal Sl einer bestimmten Frequenz aus, dessen Reflexion an dem Objekt 34 ein Reflexionssignal bildet, welches als Empfangssignal El bezeichnet ist. Das Empfangssignal El wird von der Sendeeinheit 12, welche auch eine Empfangs- einheit 14 bildet, empfangen. Ferner wird ein Anteil des Sendesignals Sl durch das Objekt 34 transmittiert. Dieser Anteil bildet ein Transmissionssignal, welches von der Empfangseinheit 14 empfangen wird und als Empfangssignal E2 bezeichnet ist.

Die Auswerteeinheit 16 berechnet mittels des Sendesignals S 1 und des Empfangssignals E2 einen Parameter Pl, welcher der Transmissionsfaktor des Objekts 34 in der Messposition in eine Ausbreitungsrichtung des Sendesignals Sl ist (siehe auch Figur 2). Die Recheneinheit 10 ist dazu vor- gesehen, den Parameter Pl mit einem Vergleichsparameter Vl zu vergleichen, welcher ein Transmissionsfaktor des Objekts 34 in einem Modell M ist und welcher eine Software der Recheneinheit 10 mittels des Modells M berechnet. Das Modell M modelliert das Objekt 34 als eine Ansammlung von unmittelbar aufeinander folgenden quaderförmigen und homogenen Schichten 22, 24, von denen jede Schicht 22, 24 an höchstens zwei andere Schichten 22, 24 direkt angrenzt. Hierbei He- gen Quaderseiten 36, 38 von aneinander angrenzenden Schichten 22, 24 unmittelbar an einer Fläche nichtverschwindender Größe aneinander an. Zur Berechnung des Vergleichsparameters Vl benötigt das Modell M einen Kennvektor 52, der mehrere Kenngrößen enthält (Figur 2). Eine erste Kenngröße ist beispielsweise die Anzahl der Schichten 22, 24, mittels welcher das Modell M das Objekt 34 modelliert. Weitere Kenngrößen des Modells M sind z. B. die Dicken 18, 20 dieser Schichten 22, 24 und deren Dielektrizitätskonstanten. Diese Kenngrößen sind entweder bekannt und können von einem Bediener eingegeben werden oder sie stellen unbekannte Größen, ggf. zu ermittelnde Größen dar, die z. B. bei der Durchführung einer Berechnung mittels des Modells angenommen werden. Ferner wird angenommen, dass alle Punkte einer Wellenfront des Signals, welche auf eine der Schichten 22, 24 treffen, auf diese gleichzeitig treffen. Mit diesen Annahmen

sind die Maxwell-Gleichungen in der Ansammlung der Schichten 22, 24 und in dem angrenzenden Raumbereich lösbar, so dass die Recheneinheit 10 mit dem Kennvektor 52 den Vergleichsparameter Vl berechnen kann. Auf diese Weise ist dem Vergleichsparameter Vl der Kennvektor 52 zugeordnet.

Weiterhin ist die Software dazu vorgesehen, einen Wert des Vergleichsparameters Vl zu ermitteln, der eine minimale Abweichung AB des Vergleichsparameters Vl von dem Parameter Pl realisiert. Hierzu berechnet die Recheneinheit 10 mittels der Software Werte des Vergleichsparameters Vl für verschiedene Wertekombinationen von Werten der einzelnen Kenngrößen. Optional können einem Anwender A bekannte Kenngrößen von dem Anwender A über eine Eingabeeinheit 26 in dem Modell M festgelegt werden. Die Software berechnet für jede Wertekombination den entsprechenden Vergleichsparameter Vl und findet die optimale Wertekombination, für welche der zugehörige Vergleichsparameter Vl im Vergleich zu den berechneten Vergleichsparametern Vl der anderen Wertekombinationen eine geringste Abweichung AB von dem von der Auswerteeinheit 16 berechneten Parameter Pl besitzt. Die optimale Wertekombination bildet einen optimalen Kennvektor 54. Beispielsweise kann die Ermittlung der minimalen Abweichung durchgeführt werden, indem die Anzahl der Schichten, die vom Modell M angenommen wird, variiert wird. Aus dem Kennvektor 54, welcher der minimalen Abweichung entspricht, kann die tatsächliche Anzahl der Schichten herausgelesen werden. Ist die Schichtenanzahl vom Anwender A bekannt, so kann dieser diese Zahl eingeben. Hierdurch erhöht sich die Präzision bei der Ermittlung von weiteren physikalischen Parametern des Objekts 34, wie z. B. von Schichtdicken.

In einem weiteren Betriebsmodus werden zusätzliche Informationen zur Bestimmung des optimalen Kennvektors 54 verwendet. Hierbei werden für das Sendesignal Sl und ein Sendesignal S2, welches von der Empfangseinheit 14 ausgesendet wird, der Parameter Pl und ein Parameter P2, welcher ebenfalls ein Transmissionsfaktor ist, und mittels der Reflexionssignale, welche die Empfangssignale El, E3 bilden, Parameter P3 und P4, die Reflexionsfaktoren sind, von der Auswerteeinheit 16 berechnet. Bei einem Empfang des Empfangssignals El fungiert die Sendeeinheit 12 als Empfangseinheit. Das Sendesignal S2 geht von der Empfangseinheit 14 aus, wird von dem Objekt 34 modifiziert und wird nachfolgend von der Sendeeinheit 12 als ein Empfangssignal E4 empfangen. In diesem Betriebsmodus werden mittels des Modells M analog zu der bereits beschriebenen Berechnung des Vergleichsparameters Vl weitere Vergleichsparameter V2, V3 und V4 berechnet, wobei der Vergleichsparameter V2 ein Transmissionsfaktor für das Sendesignal S2 ist. Die Vergleichsparameter V3 und V4 sind Reflexionsfaktoren für die Sendesignale Sl und S2. Die von der

Recheneinheit 10 mittels des Modells M berechneten Vergleichsparameter Vl, V2, V3, V4 werden mit den von der Auswerteeinheit 16 berechneten Parametern Pl bis P4 verglichen und der quadratische Fehler wird jeweils zu den einzelnen Faktoren berechnet und zu einem Gesamtfehler summiert. Die Recheneinheit 10 ermittelt den Kennvektor 54, der im Vergleich zu den anderen ver- wendeten Kennvektoren 52 einen minimalen Gesamtfehler und somit die minimale Abweichung

AB aufweist. Prinzipiell sind auch andere Vorgehensweisen bzw. Algorithmen denkbar, um einen Kennvektor 54 mit minimalem Gesamtfehler zu finden.

Die Vorrichtung 30 bietet eine weitere Möglichkeit um festzustellen, ob das Objekt zwei bzw. mehrere Schichten 22, 24 aufweist. Hierzu ist die Software dazu vorgesehen, wenigstens zwei

Kenngrößenbereiche aufgrund einer mittels des Modells M berechneten Fehlergröße zu unterscheide. Es kann anhand des berechneten Fehlers insbesondere zwischen einer ersten Situation, in welcher das Objekt 34 lediglich eine Schicht aufweist, und einer zweiten Situation unterschieden werden, in welcher das Objekt 34 zumindest zwei Schichten aufweist. Im in der Figur 1 gezeigten Bei- spiel, bei welchem das Objekt 34 die zwei Schichten 22, 24 aufweist, wird angenommen, dass der

Anwender A mittels der Eingabeeinheit 26 die Schichtenanzahl „eins" eingibt. Daraufhin wird mittels des Modells M der Gesamtfehler ermittelt. Bei dem Objekt 34, welches zwei Schichten 22,24 aufweist, überschreitet der Gesamtfehler eine Schwelle, so dass die Software folgert, dass das Objekt 34 aus wenigstens zwei Schichten 22, 24 besteht.

Eine weitere Möglichkeit besteht in dem Vergleich von Reflexionsfaktoren. Weicht ein Reflexionsfaktor, für dessen Berechnung das von der Sendeeinheit 12 ausgesendete Sendesignal Sl verwendet wurde, von einem Reflexionsfaktor ab (Figur 3), für dessen Berechnung das von der Empfangsein- heit 14 ausgesendete Sendesignal S2, welches dieselbe Frequenz aufweist wie das von der Sende- einheit 12 ausgesendete Sendesignal Sl, verwendet wurde, so weist das Objekt zumindest zwei

Schichten 22, 24 auf. Figur 3 zeigt hierzu das logarithmische Verhältnis des Betrags zweier Reflexionsfaktoren in Bezug auf eine Referenzkonstante für verschiedene Frequenzen des Sendesignals, wobei in diesem Fall die Schicht 22 aus menschlichem Gewebe und die Schicht 24 aus Holz besteht. Für eine Kurve 48 sendet die Sendeeinheit 12 das Sendesignal Sl aus, für eine Kurve 50 sendet die Empfangseinheit 14 das Sendesignal S2 aus.

Die Vorrichtung 30 besitzt zusätzlich zu den beiden bereits beschriebenen Betriebsmodi vier weitere Betriebsmodi. In einem dritten Betriebsmodus wird nur einer der Parameter P3, P4, welches beide Reflexionskoeffizienten sind, mit dem zugehörigen Vergleichsparameter V3 bzw. V4 vergli-

chen, um den Gesamtfehler zu berechnen. In einem weiteren Betriebsmodus werden zur Berechnung des Gesamtfehlers die Parameter P3 und P4 mit den Vergleichsparametern V3 und V4 verglichen. Einer der Parameter P3, P4 und einer der Parameter Pl, P2 werden in einem fünften Betriebsmodus mit den zugehörigen Vergleichsparametern V3 bzw. V4 und Vl bzw. V2 verglichen, um den optimalen Kennvektor 54 zu bestimmen. In einem weiteren Betriebsmodus werden die

Parameter P3 und P4 und einer der Parameter Pl, P2 mit den entsprechenden Vergleichsparametern V3, V4 und Vl bzw. V2 zur Bestimmung des Gesamtfehlers verglichen.

Figur 4 zeigt eine Werkzeugmaschine mit einem als Kreissäge ausgebildeten Werkzeug 40 und einer Schutzsensorik 28, welche die Vorrichtung 30 aufweist. Zum Durchtrennen einer Holzplatte

42 wird diese manuell zum Werkzeug 40 bewegt. Durch die Vorrichtung 30 wird insbesondere ein Gefahrenbereich 46, der in unmittelbarer Nähe des Werkzeugs 40 angeordnet ist, überwacht. Mittels des oben beschriebenen Mess- und Rechenverfahrens kann durch die Vorrichtung 30 das Vorhandensein von menschlichem Gewebe im Gefahrenbereich 46 erkannt werden. Falls eine Hand 44 in den Gefahrenbereich 46 bewegt wird, wird sie von der Vorrichtung 30 detektiert und es wird daraufhin eine Sicherheitsmaßnahme getroffen. Hierzu steht die Schutzsensorik 28 mit einer Akto- rikeinheit in Wirkverbindung, die zur Durchführung einer Sicherheitsmaßnahme vorgesehen ist. Beispielsweise kann beim Erkennen einer Gefahrensituation von der Aktorikeinheit ein Betrieb des Werkzeugs 40 gestoppt werden. In einer weiteren Ausführung kann das Werkzeug 40 in eine für einen Anwender unzugängliche Position gefahren werden oder er kann das Werkzeug 40 durch eine Schutzvorrichtung bedeckt werden.