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Die
Erfindung betrifft ein Führungssystem für Werkzeugmaschinen,
insbesondere handgehaltene Werkzeugmaschinen, gemäß dem
Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Führungssysteme
für Werkzeugmaschinen sind in vielfältigen Ausgestaltungen
bekannt. Gebräuchlich sind insbesondere mechanische Führungssysteme,
bei denen die jeweilige Werkzeugmaschine entlang einer werkstückseitig
vorgegebenen Führungsbahn, beispielsweise einer Kante des Werkstücks über
einen Gleitschuh geführt wird, der über einen
Ausleger verstellbar zur Maschine befestigt ist.
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Ferner
sind, so beispielsweise aus der
DE 10 2006 052 808 A1 , auch auf optischer
Basis arbeitende Führungssysteme bekannt, bei denen eine
als Arbeitslinie mit dem Werkzeug nachzufahrende Kontur auf der
Oberfläche eines Werkstücks angezeichnet ist und über
eine maschinenseitig vorgesehene Sensorik, insbesondere in Form
einer Kamera, erfasst wird. Ausgehend von den erfassten Daten wird
bei dieser bekannten Lösung, die eine Werkzeugmaschine
in Form einer Stichsäge mit hubbeweglich angetriebenen
Sägeblatt betrifft, das um die Hubachse drehbewegliche
Sägeblatt über eine Steuer- und Stelleinrichtung
rechnergestützt auf die Arbeitslinie ausgerichtet, wodurch
ein halbautonomer Betrieb der Werkzeugmaschine ermöglicht
wird. Seitens des Benutzers muss bei einem solchen halbautonomen
Arbeitsbetrieb die Arbeitsrichtung nur noch verhältnismäßig
grob vorgegeben werden, da über die Verstellung des Werkzeuges
dessen exakte Positionierung zur Arbeitslinie vorgenommen wird.
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Die
für den Benutzer insbesondere auch im Hobbybereich hilfreiche
halbautonome Arbeitsweise führt zu sehr vorteilhaften Arbeitsergebnissen,
bedingt aber eine entsprechende Markierung der Werkstückoberseite
mit ausreichendem Kontrast zur Oberflächenbeschaffenheit
des Werkstückes. Eine solche kontrastreiche Markierung
ist bei empfindlichen Oberflächen teilweise ohne Beschädigung
der Oberfläche nur schwer zu realisieren, aber auch bei unruhig
strukturierten oder gesprenkelten Oberflächen. Damit ergeben
sich in der Benutzung solcher Werkzeugmaschinen teilweise noch gewisse
Einschränkungen.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein weiteres Führungssystem
für Werkzeugmaschinen der eingangs genannten Art aufzuzeigen,
das sich durch hohe Führungsqualität auszeichnet
und in Verbindung mit der Vorgabe der Arbeitslinie Schäden am
Werkstück, insbesondere eine Beschädigung von dessen
Oberfläche ausschließt.
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Gemäß der
Erfindung wird dies mit den Merkmalen des Anspruches 1 erreicht.
Die weiteren Ansprüche betreffen die Ausgestaltung solcher
Führungssysteme mit zu deren Realisierung zweckmäßigen
Details.
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Gemäß der
Erfindung wird die am Werkstück mit dem Werkzeug der Werkzeugmaschine
zu verfolgende Arbeitslinie zum Werkstück berührungslos
optisch vorgegeben. Damit entfallen mit der Vorgabe der Arbeitslinie
zum Werkstück Eingriffe auf das Werkstück und
in Abhängigkeit von der Art der optischen Vorgabe der Arbeitslinie
sind auch Möglichkeiten eröffnet, die deren Erfassung
bei der für den Arbeitsbetrieb erforderlichen Verfolgung
von Umfeldbedingungen, so auch von der Strukturierung und/oder Farbgebung
der jeweiligen Oberfläche, nahezu unabhängig machen.
Dies gilt insbesondere bei der Vorgabe der Arbeitslinie mittels
eines Lichtstrahls, wobei durch die Art des jeweiligen Lichtes,
also der Wellenlänge des ausgestrahlten Lichtes, und gegebenenfalls
auch durch deren Modulation weitgehende Möglichkeiten gegeben
sind, unabhängig von Umfeldbedingungen die maschinenseitige
Erkennbarkeit und Erfassung des Lichtstrahles sicherzustellen. Grundsätzlich
besteht dabei die Möglichkeit, diese Festlegungen weitgehend
ohne Rücksicht auf die Erkennbarkeit der Arbeitslinie durch
den Benutzer zu treffen, wenn die jeweilige Werkzeugmaschine mit
einer optischen Anzei gevorrichtung, etwa einem Display versehen
ist, das dem Benutzer die Ausrichtung der Maschine relativ zur Arbeitslinie
veranschaulicht.
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Bezüglich
der Darstellung der Arbeitslinie bestehen unterschiedliche Möglichkeiten,
so beispielsweise durch deren Projektion auf die Werkstückoberfläche
mittels eines längs der Oberfläche in Richtung
auf die Erfassungseinheit zulaufenden Lichtstrahles oder durch die
Projektion auf die Werkstückoberfläche mittels
eines quer zur Werkstückoberfläche auf diese ausgerichteten
Lichtstrahles, wodurch sich auch unterschiedliche optische Projektoren
einsetzen lassen, einmal beispielsweise aufgesetzt auf die Werkstückoberfläche,
oder außerhalb des Werkstücks in entsprechender
Verlängerung zur Werkstückoberfläche
oder oberhalb der Werkstückoberfläche mit Ausrichtung
auf die Werkstückoberfläche.
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Im
Rahmen der Erfindung liegt es aber auch, den Lichtstrahl fokussiert
auf die Erfassungseinheit auszurichten, womit eine diesem Lichtstrahl
entsprechende Darstellung der Arbeitslinie auf der Werkstückoberfläche
lediglich virtuell gegeben ist und sich bei sichtbarem Licht für
den Benutzer trotzdem erkennen lässt.
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Als
optische Projektoren kommen im Rahmen der Erfindung insbesondere
Laserstrahler in Frage, und zwar je nach der Art der geforderten
Darstellung der Arbeitslinie als Linien-Laserstrahler oder als optischer
Projektor für freie Konturen. Über Letztere lassen
sich bei entsprechender Anordnung oberhalb der Werkstückoberfläche
auch Arbeitslinien darstellen, die einen von einer Geraden abweichenden Verlauf,
beispielsweise den Verlauf in einer Wellenlinie, haben.
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Die
Erfassungseinrichtung ist erfindungsgemäß durch
ein Sensorsystem, insbesondere ein Kamerasystem gebildet, dessen
Signale einer nachgeordneten Rechen- oder Steuereinheit zugeführt
werden und über diese in Führungshinweise für
den Benutzer und/oder Stellbefehle für die Maschine, bzw. deren
Arbeitswerkzeug umgesetzt werden. Erfolgt lediglich eine Umsetzung
in Führungshinweise für den Benutzer, so ist ein
solches System für eine handgeführte Werkzeugmaschine
ohne maschinelle Unterstützung in der Führungsarbeit
ebenfalls geeignet, da es den Benutzer in der Führungsarbeit
unterstützt und insbesondere auch unter schwierigeren Sichtverhältnissen
eine für viele Zwecke noch ausreichende Arbeitsgenauigkeit
ermöglicht. Die Umsetzung in Stellbefehle für
das Arbeitswerkzeug kommt insbesondere für den halbautonomen
Betrieb in Frage, und dies insbesondere bei der Ausgestaltung der Werkzeugmaschine
als Stichsäge, deren Sägeblatt um seine Hubachse
drehbar ist und die über die Stellbefehle durch Verdrehung
um die Hubachse der jeweiligen Arbeitslinie folgend ausgerichtet
wird.
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In
der praktischen Umsetzung des erfindungsgemäßen
Führungssystems erweist es sich als zweckmäßig,
die insbesondere elektrisch angetriebene, handgehaltene Werkzeugmaschine
mit dem jeweiligen optischen Projektor, also beispielsweise einem
Linienlaser, als Zubehör zu einem Maschinenset, gegebenenfalls
mit weiterem Zubehör, zusammenzufassen, so dass jeweils
eine Arbeitseinheit vorliegt, mit der zumindest im Wesentlichen
alle üblichen Einsatzmöglichkeiten abgedeckt werden
können.
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Weitere
Vorteile und zweckmäßige Ausführungen
sind den Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen
zu entnehmen. Es zeigen:
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1 eine
vereinfachte perspektivische Darstellung einer handgehaltenen Werkzeugmaschine
in Form einer Stichsäge, und
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2 stark
schematisiert, die Stichsäge, angesetzt an einem Werkstück
und mit ihrem Arbeitswerkzeug ausgerichtet auf eine Arbeitslinie,
die über einen Lichtstrahl auf der Werkstückoberfläche
vorgegeben ist.
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In 1 ist
als Beispiel einer Werkzeugmaschine 1 eine Stichsäge 2 veranschaulicht.
Diese weist ein Gehäuse 3 auf und ist über
eine Fußplatte 4 auf einem Werkstück 5 abgestützt.
An ihrem in Arbeitsrichtung 6 vorderen Ende ist die Stichsäge 2 mit einem
Arbeitswerkzeug 7 in Form eines Sägeblattes 8 versehen,
das in Richtung des Pfeiles 9 hubbeweglich anzutreiben
ist. Gehalten ist das Sägeblatt 8 der elektrisch
angetriebenen Stichsäge 2 in einer Werkzeugaufnahme 10.
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Das
in seiner Längsrichtung entsprechend dem Pfeil 9 hubbewegliche
Sägeblatt 8 ist um eine Drehachse 11 verdrehbar,
die mit seiner Hubachse zusammenfällt. Ferner ist das Sägeblatt 8 über
einen Stellantrieb 12 rückenseitig beaufschlagbar.
Damit ist es insgesamt möglich, die Stichsäge 2 in
verschiedenen Betriebsarten zu betreiben, einmal im Regelarbeitsbetrieb
mit in Arbeitsrichtung 6 fest stehend ausgerichtetem Sägeblatt 8,
um Sägeschnitte längs einer Geraden durchzuführen.
Ferner ist ein sogenannter Pendelhubbetrieb möglich, bei
dem das Sägeblatt 8 um eine hier nicht gezeigte,
zur Drehachse 11 senkrecht liegende Querachse über
den Stellantrieb 12 überlagert zum Hubantrieb
pendelnd in der jeweiligen Arbeitsrichtung bewegt wird. Eine dritte Betriebsweise
ist unter Nutzung der Verdrehbarkeit des Sägeblattes 8 um
seine Drehachse 11 in Richtung des Pfeiles 13 zu
realisieren. In dieser Betriebsweise, in der die Stichsäge 2 als „Scrolling
Jigsaw” arbeitet, kann das Sägeblatt 8 in
zu seiner der Grundarbeitsstellung entsprechenden Geradeausarbeitsrichtung
gemäß Pfeil 6 winklige Arbeitsrichtungen verstellt
werden und damit bei jeweiliger Ausrichtung auf eine vorgegebene,
mit dem Sägeblatt 8 zu verfolgende Arbeitslinie
als sogenannte halbautonome Stichsäge 2 betrieben
werden. Bei dieser Betriebsweise übernimmt der die Stichsäge 2 haltende
Benutzer im Wesentlichen nur noch die Grobausrichtung der Stichsäge 2 auf
eine jeweilige Arbeitslinie, sowie auch den Vorschub. Die exakte,
auf eine Arbeitslinie 27 als Wegvorgabe ausgerichtete Positionierung
erfolgt aber durch die Veränderung der Drehstellung des
Sägeblattes 8.
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Zur
Umschaltung zwischen den verschiedenen, vorstehend angesprochenen
Betriebsweisen ist eine Schalteinrichtung 16 vorgesehen,
die Ein- und Ausschaltung der Stichsäge 2 erfolgt über
eine Schaltanordnung 17, die im gezeigten Ausführungsbeispiel
im Bereich des Griffbügels des Gehäuses 3 vorgesehen
ist, das frontseitig, das heißt in Arbeitsrichtung 6 vorne,
eine Stirnseite 18 mit im unteren Bereich, übergreifend
zur Werkzeugaufnahme 10 auskragenden nasenartigen Vorsprung 19 aufweist. In
diesem ist, wie schematisiert angedeutet, eine optische Erfassungseinheit 20 vorgesehen,
gegebenenfalls auch eine Beleuchtungseinheit 21. Die optische
Erfassungseinheit 20 umfasst eine Sensorik, bevorzugt in
Form einer Kamera, gegebenenfalls aber auch unterschiedliche Sensoriken,
die in Anpassung an verschiedene Arbeitsgegebenheiten angesprochen
werden können. Ist eine Beleuchtungsanordnung 21 vorgesehen,
so ist diese bevorzugt auf das Umfeld des Arbeitsbereiches des Sägeblattes 8 ausgerichtet,
das, was im Detail nicht dargestellt ist, die auf das Werkstück 5 aufgesetzte
Fußplatte 4 im Bereich einer Arbeitsausnehmung
durchsetzt.
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Neben
der optischen Erfassungseinheit 20 und gegebenenfalls der
Beleuchtungsanordnung 21 ist, in die Stichsäge 2 integriert
und im Frontbereich des Ge häuses 3 symbolisch
strichliert symbolisch dargestellt, eine Recheneinheit 22,
eine Steuereinheit 23 und eine Stelleinheit 24 vorgesehen.
Die von der optischen Erfassungseinheit 20 erfassten Gegebenheiten
werden als entsprechende Signale an die Recheneinheit 22 übergeben,
dort verarbeitet, der Steuereinheit 23 zugeführt
und lösen bei Bedarf Stellbefehle an die Steuereinheit 24 aus, über
die das Sägeblatt 8 in seiner Drehrichtung auf
eine jeweils zu verfolgende Arbeitslinie 27 ausgerichtet
wird.
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Im Übergangsbereich
auf den nasenartigen Vorsprung 19 ist schematisiert die
Anordnung eines Displays 25 gezeigt, das beispielsweise
dazu dient, den Verlauf einer jeweils zu verfolgenden Arbeitslinie 27 und
die Stellung des Sägeblattes 8 zu dieser zu veranschaulichen,
und dem Benutzer Hinweise darauf zu geben, in welcher Richtung er
die Stichsäge 2 zweckmäßigerweise
abstützen sollte, um Stützrichtung und durch die
Drehstellung des Sägeblattes 8 vorgegebene Arbeitsrichtung
bestmöglich in Überdeckung zur jeweils zu verfolgenden
Arbeitslinie 27 zu bringen.
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1 zeigt
nur die grundsätzliche Zuordnung und Abstützung
der Stichsäge 2 aufgesetzt auf die Oberfläche 26 des
Werkstückes 5, das in den bislang bekannten Nutzungsformen
für die Stichsäge 2 oberflächenseitig
mit einer Markierung in Form eines Bleistiftstriches oder dergleichen
als Arbeitslinie versehen ist.
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Bei
der erfindungsgemäßen Lösung wird diese „Arbeitslinie” 27,
wie in 2 gezeigt, zum Werkstück 5 berührungslos
optisch durch einen Lichtstrahl 28 vorgegeben, der von
einem optischen Projektor 29, beispielsweise einem Linienlaser
ausgesandt wird. Dieser optische Projektor 29 ist im Ausführungsbeispiel,
und dies lediglich zur Veranschauung des erfindungsgemäßen
Führungssystems, auf dem Werkstück aufgesetzt,
kann aber auch außerhalb des Werkstücks 5 angeordnet
und/oder gehalten sein, und zwar in einer Ausrichtung, in der der
ausgesandte Lichtstrahl die vom Sägeblatt 8 nachzufahrende
Linie als Arbeitslinie 27 auf die Werkstückoberfläche 26 projiziert.
Ausgerichtet auf die Arbeitslinie 27 ist die Stichsäge 2,
in 2 nur in Umrissen dargestellt, auf das Werkstück 5 aufgesetzt
und in dieser wechselseitigen Ausrichtung wird die Arbeitslinie 27 in
Form des Lichtstrahls von der optischen Erfassungseinheit 20,
die beispielsweise als Kamera ausgestaltet ist, erkannt und von
den nachgeschalteten elektronischen Einrichtungen in Form der Recheneinheit 22 und
der Steuereinheit 23 in Steuerbefehle für die Stelleinheit 24 umgesetzt, über
die durch Verdrehung der hier nicht dargestellten Hubstange des
Sägeblattes 8 dieses auf die Arbeitslinie 27 ausgerichtet
wird.
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Die
Anordnung des optischen Projektors 29 auf dem Werkstück 5 ist
nur beispielhaft. Es kann der optische Projektor auch zum Werkstück 5 nach
oben versetzt, beispielsweise über dem Werkstück 5 angeordnet
sein, womit sich auch die Möglichkeit bietet, eine von
einer Geraden abweichende Arbeitslinie 27 auf die Werkstückoberfläche 26 zu
projizieren, die in der geschilderten Weise mit der Stichsäge 2 in
deren halbautonomem Betrieb nachgefahren werden kann, gegebenenfalls
aber auch handgeführt. Im Rahmen der Erfindung liegt es
auch, den Lichtstrahl ausgehend von einem optischen Projektor unmittelbar
auf die Erfassungseinheit 20 auszurichten und in Abhängigkeit
von Abweichungen von einer vorgegebenen Ausrichtung des Lichtstrahls
auf die Erfassungseinheit, insbesondere von der zur Erfassungseinheit 20 lotrechten
Ausrichtung des Lichtstrahles, die Drehstellung des Sägeblattes 8 zu
steuern.
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Eine
solche Führung der Stichsäge 2 entlang einem
Lichtstrahl als Peilstrahl lässt sich auch nutzen, um beispielsweise
durch optische Umlenkung des Peilstrahles, etwa durch Spiegelung
des Peilstrahles an einer frontseitig zur Stichsäge 2 vorgesehenen
Spiegelanordnung, diesen auf die Werkstückoberfläche 26 zu
projizieren, so dass er sich dort als Abschnitt einer Arbeitslinie
darstellt, die über eine Erfassungseinheit 20,
die beispielsweise auch anstelle der Beleuchtungseinheit 21 angeordnet
sein könnte, erfasst und nachfolgend in Stellsignale umgesetzt werden
könnte.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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A1 [0003]