Titel

Werkzeugmaschine, insbesondere Handwerkzeugmaschine

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, insbesondere eine elektrisch betriebene Handwerkzeugmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Stand der Technik

Werkzeugmaschinen, insbesondere elektrisch angetriebene Handwerkzeugmaschinen, sind vor allem in der Ausbildung als Stichsägen mit einem hubbeweglich angetriebenen Sägeblatt als Arbeitswerkzeug in verschiedenen Ausgestaltungen und Ausbaustufen auch hinsichtlich Hilfseinrichtungen bekannt, die dem Benut- zer das Arbeiten mit der Werkzeugmaschine und insbesondere deren Führung längs einer vorgegebenen Arbeitslinie erleichtern sollen.

So sind aus der Praxis handgeführte Werkzeugmaschinen unter anderem in Form von Stichsägen, Kreissägen, Handhobeln oder Oberfräsen mit mechani- sehen Führungseinrichtungen bekannt, bei denen die Führung längs einer Bezugskante mittels eines Führungsschuhs erfolgt, der über einen Ausleger quer zur Arbeitsrichtung mit der Maschine verbunden ist.

Ferner sind Werkzeugmaschinen, insbesondere in Form elektrisch betriebener handgeführter Stichsägen beispielsweise aus der DE 10 2006 052 808 A1 bekannt, bei denen eine jeweils zu verfolgende, werkstückseitige Arbeitslinie über eine Sensorik, insbesondere eine optische Sensorik in Form einer Kamera, zu verfolgen ist und bei denen auf Basis der so erfassten werkstückseitigen Gegebenheiten über eine Auswerteeinheit rechnergestützt der Benutzer der Werk- zeugmaschine in deren Führung längs der Arbeitslinie unterstützt wird. Dies beispielsweise dadurch, dass dem Benutzer die Lage des Arbeitswerkzeugs zur Ar- beitslinie veranschaulicht wird, gegebenenfalls mit ergänzenden Führungshinweisen. Ist die Maschine als Stichsäge mit um seine Hubachse drehbeweglichem Sägeblatt als Arbeitswerkzeug ausgestattet, so wird bei einer solchen bekannten Lösung die sensorisch erfasste Arbeitslinie vom Sägeblatt durch entsprechende Einstellung seiner Drehlage nachgefahren, wozu die sensorisch erfassten Daten rechnergestützt über eine Auswerteeinheit in Stellbefehle für eine das Sägeblatt verdrehende Stelleinrichtung umgesetzt werden. Der Benutzer hat in diesem halbautonomen Betrieb nur noch die Vorschubkräfte für die Stichsäge aufzubringen, und damit die Stichsäge grob auf die jeweilige Arbeitslinie ausgerichtet ab- zustutzen.

Unabhängig davon, ob auf Basis der sensorisch erfassten Daten für den Benutzer nur Führungshinweise generiert werden, oder ob die Stichsäge halbautonom betrieben wird, ist in Anbetracht der bei Stichsägen relativ hohen Vorschubge- schwindigkeiten eine frühzeitige Information des Benutzers erforderlich, damit er

- bei Abweichungen von der gewünschten Arbeitslinie, bei Ausfall solcher Hinweise bzw. der halbautonomen Führung beispielsweise wegen Schwierigkeiten in der Erkennung einer Arbeitslinie oder bei Ausfall einer Arbeitslinie - rechtzeitig eingreifen kann, falls die Maschine nicht automatisch abgeschaltet wird.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Voraussetzungen für frühzeitige und gegebenenfalls auch verbesserte Führungsinformationen zu schaffen.

Gemäß der Erfindung wird dies durch eine Ausgestaltung der Werkzeugmaschine gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 erreicht, denen zufolge über die Beobachtungseinrichtung insbesondere in unterschiedlicher Auflösung mehrere Beobachtungsfelder, insbesondere eine Detektionsfläche und zumindest eine Sondierungsfläche erfasst werden. Zumindest eine Sondierungsfläche ist zur Detektionsfläche in Richtung der Arbeitslinie vorgelagert. Bevorzugt wird die Sondierungsfläche mit im Vergleich zur Detektionsfläche gröberer Auflösung erfasst. Das macht es einerseits möglich, für die Detektionsfläche einen Auflösungsgrad vorzusehen, der eine genaue Erfassung der Arbeitslinie im Zugriffsbereich des Arbeitswerkzeuges, und damit insbesondere des Sägeblattes ermöglicht, was für die Qualität des Sägeschnittes von Vorteil ist. Durch die zusätzliche Erfassung einer zur Detektionsfläche vorgelagerten Sondierungsfläche ergeben sich darüber hinaus, im Vorfeld zur Erfassung der Arbeitslinie in der Detektionsfläche, Hinweise auf den Verlauf der Arbeitslinie sowie auch auf etwaige Unregelmäßigkeiten in der Struktur des Werkstückes und auf Schwierigkeiten in der Lesbarkeit der Arbeitslinie, die für die Führung des Sägeblattes ergänzend zu den in der De- tektionsfäche erfassten Gegebenheiten genutzt werden können, sei es in der Ausrichtung des Werkzeuges, insbesondere des Sägeblattes, sei es in der Anpassung der Antriebsleistung für das Sägeblatt oder in der Anpassung von dessen Arbeitsgeschwindigkeit, also in der Hubzahl. Ferner auch dadurch, dass auf- grund der bereits in der Sondierungsfläche erfolgten Erfassung der Arbeitslinie

Daten vorliegen, die zur Absicherung und/oder Ergänzung der in der Detektionsfläche gewonnen Daten genutzt werden können. Insbesondere ermöglicht schon die gröbere Erfassung der werkstückseitigen Gegebenheiten, so auch der Arbeitslinie die Möglichkeit, Informationen für den Benutzer so frühzeitig zur Ver- fügung zu stellen, dass dieser im Bedarfsfall noch rechtzeitig eingreifen kann, so zum Beispiel von der halbautonomen Arbeitsweise auf eine händische Führung der Stichsäge übergehen kann, diese gegebenenfalls auch abschalten kann, bevor Schäden am Werkstück entstehen.

Eine erfindungsgemäß besonders zweckmäßige Ausgestaltung besteht darin, mit nur einem Sensor, insbesondere einer Kamera, über ein vorgeschaltetes optisches System, insbesondere ein Linsensystem, mehrere Beobachtungsfelder, so auch die Detektionsfläche und die zumindest eine Sondierungsfläche, zu erfassen.

Die Sondierungsfläche ist zweckmäßigerweise insbesondere auch in der Breite im Vergleich zur Detektionsfläche aufgeweitet, womit sich zusätzliche Möglichkeiten für den Unfallschutz, wie beispielsweise der Erkennung lebender Materie, insbesondere von Körperteilen, ergeben.

Grundsätzlich liegt es im Rahmen der Erfindung eine unterschiedliche Auflösung für die Detektionsfläche und die Sonderfläche mithilfe einer jeweils zugeordneten Sensorik zu erreichen, was im Hinblick auf die zur Verfügung stehenden Platzverhältnisse mit Schwierigkeiten verbunden sein kann, insbesondere aber einen erhöhten Aufwand bedeutet. Eine im Rahmen der Erfindung besonders zweckmäßige Lösung besteht deshalb darin, als Beobachtungseinrichtung lediglich eine, insbesondere durch eine Kamera gebildete Sensorik und ein zu dieser vorgeschaltetes Linsensystem vorzusehen, das im Hinblick auf die für die Detektionsfläche und die Sondierungsflä- che gewünschte unterschiedliche Auflösung bevorzugt mit Linsen unterschiedlicher Brennweiten ausgebildet ist.

In der Praxis kommt hierfür insbesondere eine Linsenausbildung in Frage, die, dem Aufbau eines Gleitsichtglases einer Brille entsprechend, für den Nahbereich, das heißt für die Detektionsfläche eine auf diese ausgerichtete Linse kleinerer

Brennweite vorsieht als für die auf die Sondierungsfläche ausgerichtete Linse. In entsprechender Weise können Zeilensensoren zwei oder auch mehr Linienbereiche mit unterschiedlichen Brechungen aufweisen.

Entsprechend den Sichtbereichen bei Gleitsichtbrillen können im Rahmen der Erfindung auch die Detektionsfläche und die Sondierungsfläche räumlich ineinander übergehen. Ein solch gleitender Übergang ist für die Erfindung aber nicht zwingend erforderlich, so dass auch eine beabstandete Lage zwischen Detektionsfläche und Sondierungsfläche insbesondere bei weiter in Richtung der Ar- beitslinie vorgreifender Sondierungsfläche zweckmäßig sein kann, um die Größe der Sondierungsfläche so weit zu beschränken, dass sich noch eine hinreichend gute Auflösung erreichen lässt.

Von besonderem Vorteil ist eine erfindungsgemäße Beobachtungseinrichtung insbesondere bei halbautonom betriebenen Werkzeugmaschinen, insbesondere

Stichsägen, da bei auf den halbautonomen Betrieb ausgerichtetem Verhalten des Benutzers sich dessen Aufmerksamkeitsgrad zumindest auf Dauer entsprechend verringert, so dass eine frühe „Vorwarnung" von Bedeutung ist. Andererseits steht nur eine relativ kleine, dem Bearbeitungsbereich des Werkzeuges entspre- chende Detektionsfläche im Regelfall zur Verfügung. Eine solche kleine Detektionsfläche ist aber von Vorteil, um bei dem arbeitsbedingt einzuhaltenden Mindestabstand, auch wenn dieser klein ist, eine angestrebte hohe Auflösung bei geringerer Qualität der eingesetzten Sensorik zu erreichen.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen: Fig. 1 in perspektivischer Darstellung eine Stichsäge, die halbautonom zu betreiben ist und ein Sägeblatt aufweist, das um seine Hubachse verdrehbar und über eine Stelleinrichtung in seiner Drehlage einstellbar ist - in Abhängigkeit von über eine Sensorik erfassten werkstückseitigen

Gegebenheiten gesteuert -, wobei die Stichsäge auf ein Werkstück aufgesetzt dargestellt ist,

Fig. 2 in Perspektive eine Draufsicht auf den frontseitigen Fußbereich der Stichsäge gemäß Fig. 1 mit einer Detektionsfläche, die durch den vom

Sägeblatt durchsetzten Ausschnitt der Fußplatte teilweise begrenzt ist und zu der eine Sondierungsfläche vorgelagert ist,

Fig. 3 in schematisierter Darstellung eine Seitenansicht des teilweise in Fig. 2 gezeigten Frontbereiches mit zusätzlicher Darstellung der eine Sensorik umfassenden Beobachtungseinrichtung, und

Fig. 4 in schematisierter Draufsicht die nach Art eines Gleichsichtglases einer

Brille gestaltete, ausgangsseitig zur Sensorik vorgesehene Linsenan- Ordnung.

In Fig. 1 ist eine als Stichsäge 2 gestaltete Werkzeugmaschine 1 gezeigt. Deren Gehäuse 3 ist über eine Fußplatte 4 auf einem Werkstück 5 verschieblich abgestützt. Im in Arbeitsrichtung 6 vorderen Bereich der Stichsäge 2 weist diese ein Sägeblatt 8 als Arbeitswerkzeug 7 auf. Das Sägeblatt 8 ist in einer Werkzeugaufnahme 9 gehalten und hubbeweglich in Richtung des Pfeiles 10 angetrieben. Um eine in Richtung der Hubachse sich erstreckende Drehachse 1 1 ist das Sägeblatt 8, wie durch den Pfeil 12 angedeutet, über eine nur symbolisch dargestellte Stellvorrichtung 13 verdrehbar. Weiter liegt rückseitig zum Sägeblatt 8 eine An- triebsvorrichtung 14, über die das Sägeblatt 8 um eine nicht dargestellte, quer zur Drehachse verlaufende Schwenkachse verschwenkbar ist.

Die Stichsäge 2 ist in verschiedenen Betriebsarten zu betreiben. Einmal im Regelarbeitsbetrieb mit in Arbeitsrichtung 6 ausgerichtetem Sägeblatt 8 zur Durch- führung von Sägeschnitten unter Beibehalt der Ausrichtung des Sägeblattes 8 in

Richtung der Längsachse der Stichsäge 2. Eine weitere Betriebsweise ist der so- genannte Pendelhubbetrieb, in dem das Sägeblatt 8 überlagert zur Hubbewegung gemäß Pfeil 10 um die nicht gezeigte, quer zur Drehachse 1 1 verlaufende Schwenkachse mittels der Antriebsvorrichtung 14 pendelnd beweglich ist.

In einer dritten Betriebsweise wird von der Verdrehbarkeit des Sägeblattes 8 um seine Drehachse 11 Gebrauch gemacht und es ist die Stichsäge als sogenannte „Scrolling Jigsaw" zu nutzen. Eine entsprechende Ansteuerung des Sägeblattes 8 über die Stellvorrichtung 13 vorausgesetzt, kann die Stichsäge 2 so, gegebenenfalls überlagert zu der einen oder anderen der beiden anderen Betriebsarten, als halbautonome Stichsäge 2 betrieben werden. Dies bedeutet, dass der die

Stichsäge 2 haltende Benutzer im Wesentlichen nur die auf die Arbeitsrichtung grob ausgerichtete Abstützung und den entsprechenden Vorschub übernimmt, die exakte, auf eine Arbeitslinie 15, wie sie in Fig. 2 angedeutet ist, ausgerichtete und diese entsprechende Positionierung der Stichsäge 2 aber durch die Dreh- Verstellung des Sägeblattes 8 erfolgt, das der Arbeitslinie 15 folgt.

Die einzelnen Betriebsarten sind über eine Schalteinrichtung 16 einzustellen. Ferner ist eine Schaltanordnung 17 zum Ein- und Ausschalten der Stichsäge angedeutet.

Die Stellvorrichtung 13 wird über eine Elektronikeinheit 32 und eine Recheneinheit 33 auf Basis der erfassten Daten angesteuert, wobei zusätzlich eine Darstellung betriebsbezogener Daten, so insbesondere von Führungshinweisen für die Stichsäge 2, in einem Display 34 zweckmäßig ist.

In der Fußplatte 4 ist umschließend zum Sägeblatt 8 eine Ausnehmung 19 vorgesehen, die das Arbeitsfeld des Sägeblattes 8 umgrenzt und die in Arbeitsrichtung 6 nach vorne um eine Aussparung 20 erweitert ist. Teile der Ausnehmung 19 und der Aussparung 20 sind als Detektionsfläche 21 genutzt, auf die die in Fig. 1 angedeutete Beobachtungseinrichtung 22 ausgerichtet ist, welche eine

Sensorik 23, insbesondere in Form einer Kamera umfasst. Gegebenenfalls ist im Bereich der Beobachtungseinrichtung auch eine Beleuchtungsanordnung 24 vorgesehen, die auf den Arbeitsbereich ausgerichtet ist.

Fig. 2 und 3 veranschaulichen schematisiert, dass die Sensorik 23 der Beobachtungseinrichtung 22 auf die Detektionsfläche 21 und zusätzlich auf eine zu dieser vorgelagerte Sondierungsfläche 25 als Beobachtungsfelder ausgerichtet ist. Deren Fläche ist wesentlich größer als die der Detektionsfläche 21 , und sie weist insbesondere auch eine große Breite als die Detektionsfläche 21 auf. Eine Auf- splittung auf mehr als zwei Felder ist im Rahmen der Erfindung möglich.

Fig. 3 zeigt ergänzend zu Fig. 2 den Strahlengang 26 von der Sensorik 23 zur Detektionsfläche 21 und den Strahlengang 27 von der Sensorik 23 zur Sondierungsfläche 25. Die Sondierungsfläche 25 ist von der Detektionsfläche 21 in der Darstellung gemäß Fig. 2 abgetrennt, beide Flächen können aber auch ineinan- der übergehen.

Austrittsseitig zur Sensorik 23 ist ein Linsensystem 28 vorgesehen, das in einer schematisierten und vergrößerten Draufsicht in Fig. 4 im Prinzip veranschaulicht ist. In der gezeigten Form ist das Linsensystem 28 flach gestaltet, überdeckt aus- gangsseitig die Sensorik 23 und ist nach Art des Gleichsichtglases 29 einer

Gleitsichtbrille mit Bereichen unterschiedlicher Brennweite gestaltet. Gebildet werden diese Bereiche jeweils durch eine Linse 30 bzw. 31 , wobei ausgehend von der Linse 30 entsprechend dem Strahlengang 26 die Detektionsfläche 21 beaufschlagt ist und ausgehend von der Linse 31 entsprechend dem Strahlen- gang 27 die Sondierungsfläche 25. Die auf die näher liegende Detektionsfläche

21 ausgerichtete Linse 30 weist eine kleinere Brennweite auf als die auf die Sondierungsfläche 25 gerichtete Linse 31 . In entsprechender weise kann das Linsensystem 28 auch mehr als zwei Linsen aufweisen.

Abweichend von der Darstellung gemäß Fig. 4, die im Wesentlichen nur der Veranschaulichung dient, gehen die durch die Linsen 30 und 31 gebildeten Teilflächen bevorzugt fließend ineinander über. Selbstverständlich liegt es im Rahmen der Erfindung zusätzliche Beobachtungsflächen vorzusehen und/oder auch einzelnen der Beobachtungsflächen jeweils eine separate Sensorik zuzuordnen. Die dargestellte und vorbeschriebene Lösung stellt aber eine bevorzugte Lösung dar, da in gewünschter Weise die Detektionsfläche 21 nur einen kleinen Bereich von etwa 2x2 cm um das Sägeblatt 8 bei einer Stichsäge 2 abdeckt und da zum Erreichen einer hohen Präzision eine möglichst große Anzahl von Messpunkten erforderlich ist, weshalb die aktive Fläche der insbesondere als Zeilensensor arbei- tenden und als Kamera ausgestellten Sensorik auf einen kleinen Bereich, nämlich die im Vergleich zur Sondierungsfläche 25 kleine Detektionsfläche 21 fokus- siert werden muss. Mit zunehmender Fläche nimmt die Detektionsgenauigkeit ab, was im Bereich der Sondierungsfläche 25 aber nicht stört, da hier nicht die Erfassung der schmalen und gegebenenfalls auch nicht scharf abgegrenzte Arbeitslinie 15 im Vordergrund steht, sondern insbesondere Problemfelder wie Ast- löcher oder dergleichen erfasst werden sollen.

Entsprechend der für die Detektionsfläche 21 und die Sondierungsfläche 25 geforderten unterschiedlichen Auflösung, die über das Linsensystem 28 zu erreichen ist, kann bei der erfindungsgemäßen Lösung mit herkömmlichen digitalen und analogen Kameras gearbeitet werden, da deren Zeilen und Pixelzahlen bei der über die Linse 30 erreichten Fokussierung auch für die geforderte hohe Auflösung in der Detektionsfläche 21 ausreichend sind.

Die Erfindung ermöglicht es somit, insgesamt mit nur einer Beobachtungseinrich- tung 22, bestehend aus einer Sensorik 23 und einem nachgeordneten Linsensystem 28, unterschiedliche Bereiche zu detektieren und damit ohne wesentlichen Zusatzaufwand frühzeitig an den Benutzer Rückmeldungen über die Arbeitssituation zu vermitteln.