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Die
Erfindung betrifft eine Eingabevorrichtung zur Bedienung einer Werkzeug-
oder Produktionsmaschine.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter dem Begriff Werkzeugmaschinen
z. B. ein- oder mehrachsige Dreh-, Fräs-, Bohr- oder Schleifmaschinen
verstanden. Zu den Werkzeugmaschinen werden im Rahmen der vorliegenden
Erfindung auch noch Bearbeitungszentren, lineare und rotatorische Transfermaschinen,
Lasermaschinen oder Wälz-
und Verzahnmaschinen gezählt.
Allen gemeinsam ist, dass ein Material bearbeitet wird, wobei diese
Bearbeitung mehrachsig ausgeführt
werden kann. Zu den Produktionsmaschinen werden im Rahmen der vorliegenden
Erfindung z. B. Textil-, Papier-, Kunststoff-, Holz-, Glas-, Keramik-
und Steinbearbeitungsmaschinen sowie Roboter gezählt. Maschinen der Umformtechnik,
Verpackungstechnik, Drucktechnik, Fördertechnik, Transporttechnik
sowie Hebewerkzeuge, Kräne
und Produktions- und Fertigungsstraßen gehören ebenfalls im Rahmen der
vorliegenden Erfindung zu den Produktionsmaschinen.
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Zur
Bedienung von Werkzeug- oder Produktionsmaschinen, insbesondere
zum manuell gesteuerten Verfahren von Maschinenachsen wurden bisher
handelsüblich
jeweils separat vorhandene Bedieneinheiten z. B. in Form von Handrädern, Cursorsteuerungen
oder auch Joysticks eingesetzt. Wenn heutzutage z. B. eine spezifische
Maschinenachse manuell verfahren werden soll, wird mit Hilfe einer cursorbasierten
Bedienung mit Richtungs- und
Bestätigungstasten,
die zu verfahrende Maschinenachse zunächst in einem Menüfeld z.
B. auf einem Bildschirm ausgewählt
und anschließend
z. B. mit einem Handrad oder einem Joystick die Maschinenachse manuell
durch einen Bediener verfahren. Wie anhand dieses Bedienbeispiels
ersichtlich ist, sind somit heutzutage immer zwei separate Bedieneinheiten zur
Bedienung der Maschine notwendig.
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Aus
dem deutschen Gebrauchsmuster
DE 92 14 452 U1 ist eine Tastatur für ein industrielles
Bediengerät,
insbesondere für
ein Handbediengerät
eines Roboters bekannt, wobei eine matrixartige Anordnung von elektrischen
Kontakten vorgesehen ist, die über
gegen eine Rückstellkraft
niederdrückbare Tasten
betätigbar
sind.
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Aus
der
DE 197 32 287
A1 ist eine Multifunktions-Bedieneinrichtung mit einem
bidirektional drehbaren und axial bewegbaren Schaltglied zur Auswahl eines
Menüs aus
mehreren Menüs
und/oder einer von mehreren Funktionen eines Menüs und/oder eines Soll-Funktionswerts
für eine
Funktion, wobei das Schaltglied schwenkbar gelagert ist, bekannt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kombination von verschiedenen
Bedieneinheiten innerhalb einer einzigen Eingabevorrichtung zu ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird gelöst,
durch eine Eingabevorrichtung zur Bedienung einer Werkzeug- oder Produktionsmaschine,
wobei ein um ein Zentrum drehbares Betätigungselement vorgesehen ist,
wobei außerhalb
des Zentrums eine polygonale Anordnung von Betätigungsfeldern vorgesehen ist,
wobei durch manuelles Auslenken des Betätigungsfeldes auf einen jeweils
die Auslenkung detektierenden zugehörigen Sensor und durch manuelles
Drehen des Betätigungselementes
jeweils zugehörige
Bediensignale erzeugbar sind, wobei das Betätigungselement an seinem Zentrum
mit einem unbeweglich befestigten rotatorischen Geber verbunden
ist, wobei das Betätigungselement
biegsam ist.
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Eine
erste vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass im Zentrum des Betätigungselements
ein zusätzliches
Betätigungsfeld
vorgesehen ist, wobei durch manuelles Auslenken des zusätzlichen
Betätigungsfeldes
auf ein jeweils die Auslenkung detektierenden zugehörigen zusätzli chen
Sensor, ein zusätzliches
Bediensignal erzeugbar ist. Hierdurch wird innerhalb der erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung
eine zusätzliche Bedienmöglichkeit
geschaffen.
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Weiterhin
erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Betätigungselement als kreisförmige Scheibe
ausgebildet ist, da eine solche Scheibe besonders einfach herzustellen
ist.
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Weiterhin
erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Sensoren unterhalb des
Betätigungselementes
angeordnet sind. Hierdurch wird eine besonders einfache Anordnung
der Sensoren ermöglicht.
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Weiterhin
erweist es sich als vorteilhaft, dass als Sensoren mechanische Schaltelemente,
optische Sensoren oder kapazitive Sensoren vorgesehen sind. Solche
Sensoren sind in der Technik üblicherweise
verwendete Sensoren zum Erfassen einer Auslenkung, eines Abstandes
oder einer Kraft.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass vier Sensoren zur Detektion von Auslenkungen der polygonale
Anordnung von Betätigungsfeldern
vorgesehen sind, wobei die Sensoren vorzugsweise im Bezug auf das
Zentrum um einen radialen Winkel von jeweils vorzugsweise 90° gegeneinander
radial versetzt angeordnet sind. Eine solche Anordnung der Sensoren ermöglicht eine
vollständige
Erfassung des räumlichen
Lagezustandes des Betätigungselementes.
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Ferner
erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Eingabevorrichtung mindestens
ein Vibrationselementaufweist. Hierdurch wird es ermöglicht,
dass das Betätigungselement
z. B. bei ei ner fehlerhaften oder unzulässigen Eingabe in Vibration
zu versetzen und somit den Bediener auf die fehlerhafte oder unzulässige Bedienhandlung
aufmerksam zu machen.
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Ferner
erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Eingabevorrichtung eine
Rastvorrichtung zur Rasterung der Drehbewegung des Betätigungselements
aufweist. Hierdurch wird dem Bediener während des Drehens des Betätigungselementes
eine mechanische Rückmeldung
gegeben, was einen besonders exakten Bedienvorgang ermöglicht.
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Ein
Ausführungsbeispiel
ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 eine
nicht beanspruchte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung,
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2 ein
Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung
und
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3 eine
Werkzeug- oder Produktionsmaschine in Form eines Blockschaltbildes.
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In 1 ist
zur Erläuterung
Form einer perspektivischen Darstellung eine Ausführungsform
einer Eingabevorrichtung dargestellt. Ein Betätigungselement 9,
das in dem Ausführungsbeispiel
in Form einer starren, flachen, kreisförmigen Scheibe gegeben ist,
ist an ihrem Zentrum 6 über
eine Welle 16 eine mit einem rotatorischen Geber 1 verbunden.
Der rotatorische Geber 1 ist mittels einer nicht beanspruchten kardanisch
freien Aufhängung 7 mit
einer der Übersichtlichkeit
halber nicht mehr dargestellten Umgebung verbunden. Das Betätigungselement 9 ist
drehbar gelagert, wobei der rotatorische Geber 1 die rotatorische
Lage des Betätigungselementes 9 misst
und in Form eines Bediensignals 14 ausgibt. Die kardanische
Aufhängung 7 ermöglicht dem
Betätigungselement 9 Kippbewegungen
auszuführen.
Selbstverständlich
muss das Betätigungselement 9 nicht
wie im Ausführungsbeispiel
unbedingt in Form einer Scheibe insbesondere einer kreisförmigen Scheibe vorliegen,
sondern es sind auch andere Ausführungsformen
denkbar (z. B. quadratische Scheibe). Unterhalb des Betätigungselementes 9 sind
im Ausführungsbeispiel
Sensoren 3a, 3b, 3c und 3d angeordnet,
die eine Auslenkung der Scheibe durch Überwachung des Abstandes von
oberhalb der Sensoren befindlichen Bereichen der Scheibe, nachfolgend
Betätigungsfelder
genannt, zu den Sensoren überwachen.
In dem Ausführungsbeispiel
sind vier Sensoren 3a, 3b, 3c und 3d sowie
entsprechend jeweils zugehörige
Betätigungsfelder 5a, 5b, 5c und 5d vorhanden.
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Die
vier Sensoren 3a, 3b, 3c und 3d sind
außerhalb
des Zentrums angeordnet und vorzugsweise im Bezug auf das Zentrum
um einen radialen Winkel von jeweils vorzugsweise 90° gegeneinander
radial angeordnet. Auf diese Weise können alle Richtungen in die
das Betätigungselement
kippen kann, von den Sensoren erfasst werden, wobei jeder Sensor
ein jeweils zugehöriges
Bediensignal 13a, 13b, 13c und 13d erzeugt.
Durch Drücken
des Betätigungselementes,
vorzugsweise in dem Bereich der Betätigungsfelder wird eine entsprechende
Auslenkung des Betätigungselementes
ausgelöst,
wodurch eine Annäherung
oder ein Kontakt der Betätigungsfelder mit
den Sensoren erfolgt und solchermaßen die Bediensignale 13a, 13b, 13c und 13d erzeugt
werden. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass unter dem Begriff „Auslenkung" auch infinitesimal
kleine Auslenkungen zu verstehen sind.
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In
dem Ausführungsbeispiel
werden als Sensoren mechanische Schaltelemente eingesetzt, die bei
Kontakt des Betätigungselementes 9 mit
den Schaltelementen Bediensignale erzeugen. Selbstverständlich ist
auch hier der Einsatz einer berüh rungslosen
Sensorik z. B. in Form von optischen oder kapazitiven Sensoren,
die z. B. bereits eine Auslenkung in Form einer Annäherung des
Betätigungselementes 9,
insbesondere der Betätigungsfelder,
an die Sensoren erfassen, wobei die Annäherung auch infinitesimal klein
sein kann. Die Sensoren können dabei
so empfindlich sein, dass bereits eine leichte Berührung z.
B. der Hand eines Bedieners mit dem Betätigungselement 9 für eine Detektion
ausreichend ist.
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In
dem Ausführungsbeispiel
ist die erfindungsgemäße Eingabevorrichtung
mit einem zusätzlichen
Sensor 4 unterhalb des Zentrums 6 ausgebildet.
Dem Sensor 4 ist ein zusätzliches Betätigungsfeld 15 zugeordnet.
Eine in 1 nach unten gerichtete Auslenkung
des Betätigungselementes 9,
im Bereich des Betätigungsfeldes 15 wird über einen
davon ausgelösten
Bewegungsvorgang, eines der Übersichtlichkeit
halber nicht dargestellten innerhalb der kardanischen Aufhängung befindlichen
beweglichen Elementes (z. B. biegsame in Achsrichtung in einem gewissen
Bereich verschiebbare Welle), von dem Sensor 4 detektiert
und ein Bediensignal 14 erzeugt. Hierdurch wird innerhalb
der erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung
eine zusätzliche
Bedienmöglichkeit
geschaffen.
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Eine
Bedienhandlung z. B. dass in der Beschreibungseinleitung beschriebene
manuelle Verfahren einer Maschinenachse, kann dann mit Hilfe der
erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung
z. B. derart erfolgen, dass durch Drücken des Betätigungselementes 9 im
Bereich der Betätigungsfelder 5a oder 5c,
im Rahmen einer auf einem Bildschirm dargestellten Menüführung, die
zu verfahrende Maschinenachse angewählt wird und dann anschließend durch
Drücken
des Betätigungsfeldes 15,
die Anwahl der Achse bestätigt
wird und anschließend durch
Drehen des Betätigungselementes 9 der
Verfahrweg (durch Drehwinkel vorgegeben) und die Verfahrrichtung
(durch Drehrichtung vorgegeben) vom Bediener vorgegeben werden.
Durch Drehen des Betätigungselementes 9 in
die gewünschte
Richtung kann solchermaßen
z. B. ein Lagesollwert der Maschinenachse, für den Bediener sehr feinfühlig und präzise, in
einer Steuerung oder Regelung der Werkzeug- oder Produktionsmaschine
verändert
werden.
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Weiterhin
weist die Eingabevorrichtung eine Rastvorrichtung 18 zur
Rasterung der Drehbewegung des Betätigungselement aufweist. Hierdurch wird
dem Bediener während
des Drehens des Betätigungselementes
eine mechanische Rückmeldung gegeben,
was einen besonders exakten Bedienvorgang ermöglicht. Eine solche Rastvorrichtung 18, was
der Übersichtlichkeit
halber in 1 nicht dargestellt ist, kann
z. B. in Form einer Kugel vorliegen, die mittels eines Federelementes
gegen korrespondierende Vertiefungen in der Welle 16 gedrückt wird
und solchermaßen
eine Rasterung der Drehbewegung während des Drehvorgangs erzeugt.
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Innerhalb
der in der vorliegenden Anmeldung nicht beanspruchten kardanischen
Aufhängung 7 sind
Rückstellelemente
vorgesehen, die Übersichtlichkeit
halber in 1 nicht dargestellt sind, welche nach
einer Auslenkung des Betätigungselementes 9 dieses
wieder in die Ausgangslage zurückstellen.
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In 2 ist
eine Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung
dargestellt. Die in 2 dargestellte Ausführungsform
entspricht im Wesentlichen der vorstehend in 1 beschriebenen
Ausführungsform.
Gleiche Elemente sind daher in 2 mit den
gleichen Bezugszeichen versehen wie in 1. Der einzige
Unterschied zwischen den beiden Ausführungsformen besteht darin,
dass bei der Ausführungsform
gemäß 2,
das Betätigungselement 9 an
seinem Zentrum 6 über
eine Welle 16 mit einem unbeweglich befestigten rotatorischen
Geber 1 verbunden ist, wobei das Betätigungselement 9 biegsam
ist. Dadurch dass das Betätigungselement 9,
das in dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ebenfalls
in Form einer Scheibe ausgeführt
ist, biegsam ist, kann auf die kardanische Aufhängung 7 gemäß 1 verzichtet
werden, was eine erhebliche mechanische Vereinfachung ermöglicht. Wird
auf das Betätigungselement 9 gemäß 2 z. B.
durch eine entsprechende Fingerbe wegung Druck ausgeübt, so biegt
sich das Betätigungselement 9 nach
unten, was von dem zugehörigen
Sensor detektiert wird. Eine in 2 nach unten
gerichtete Auslenkung des Betätigungselementes 9,
im Bereich des Betätigungsfeldes 15 wird über einen
davon ausgelösten
Bewegungsvorgang, eines der Übersichtlichkeit
halber nicht dargestellten innerhalb des rotatorischen Gebers 1 befindlichen
beweglichen Elementes, von dem Sensor 4 detektiert und
ein Bediensignal 14 erzeugt. Als bewegliches Element hierbei
kann z. B. die Welle 16 selbst dienen, die in Wellenrichtung innerhalb
eines gewissen Bereichs bewegbar gelagert werden kann.
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In 3 ist
in Form eines schematisierten Blockschaltbildes eine Werkzeug- oder
Produktionsmaschine 10 gezeigt. Die Werkzeug- oder Produktionsmaschine 10 enthält neben
anderen Komponenten, die der Übersichtlichkeit
halber nicht gezeichnet sind, die erfindungsgemäße Eingabevorrichtung 11 und
eine Steuerung und/oder Regelung 12. Die Bediensignale 13a, 13b, 13c, 13d und 14 der
erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung 11 werden
zu der Steuerung und/oder Regelung 12 gesendet, was in 3 durch
einen Pfeil 17 angedeutet ist. In der Steuerung und/oder
Regelung 12 werden dann z. B. Parameter oder Variablen
entsprechend den Bedienhandlungen der Eingabevorrichtung 11 verändert.
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Abhängig von
der Menuführung
der Bedienung können
mit der erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung
unterschiedlichste Bedienhandlungen durchgeführt werden.
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Es
sei an dieser Stelle angemerkt, dass eine Eingabevorrichtung auch
in Form eines berührungsempfindlichen
Feldes ohne Mechanik aufgebaut werden kann. Das berührungsempfindliche
Feld kann z. B. in Form eines berührungsempfindlichen Bildschirms
vorliegen. Durch Anwahl von virtuellen Tasten auf den berührungsempfindlichen
Bildschirm lässt
sich z. B. eine Menüführung realisieren,
während
sich eine Drehung des Betäti gungselementes 9 durch
eine kreisende Bewegung z. B. eines Fingers auf den Bildschirm nachbilden
lässt.