工作機械のための装置、殊に保護センサ装置

专利摘要:
本発明は、少なくとも１つの計算ユニット（１０）と少なくとも１つの送信ユニット（１２）と少なくとも１つの受信ユニット（１４）と少なくとも１つの評価ユニット（１６）とを備えた装置殊に工作機械装置に関する。ここで、送信ユニット（１２）は少なくとも１つの送信信号（Ｓ１，Ｓ２）を送信し、受信ユニット（１４）は送信信号（Ｓ１，Ｓ２）によって励起される少なくとも１つの受信信号（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４）を受信し、評価ユニット（１６）は少なくとも受信信号（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４）を用いて少なくとも１つのパラメータ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）を算出するように構成されている。さらに本発明によれば、計算ユニット（１０）はパラメータ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）を、モデル（Ｍ）を用いて算出される少なくとも１つの比較パラメータ（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４）と比較するように構成されている。
公开号:JP2011509188A
申请号:JP2010541725
申请日:2008-11-11
公开日:2011-03-24
发明作者:ヴェルナー；ヘース アレクサンダー；ブラウン ハイコ；マーラー ミヒャエル；クラプフ ライナー
申请人:ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツングＲｏｂｅｒｔ Ｂｏｓｃｈ Ｇｍｂｈ；
IPC主号:B23Q17-00

专利说明:

[0001] 本発明は、請求項１の上位概念に記載の装置に関する。]
背景技術

[0002] 受信信号を用いて材料パラメータを算出する評価ユニットを備えた装置が既に提案されている。]
[0003] 発明の利点
本発明は、少なくとも１つの計算ユニットと少なくとも１つの送信ユニットと少なくとも１つの受信ユニットと少なくとも１つの評価ユニットとを備えた装置殊に工作機械装置に関する。ここで、送信ユニットは少なくとも１つの送信信号を送信し、受信ユニットは送信信号によって励起される少なくとも１つの受信信号を受信し、評価ユニットは少なくとも受信信号を用いて少なくとも１つのパラメータを算出するように構成されている。]
[0004] さらに本発明によれば、計算ユニットは上述のパラメータを、モデルを用いて算出される少なくとも１つの比較パラメータと比較するように構成されている。本発明によれば、パラメータに基づき、送信信号を用いて検査される対象物に関する情報をきわめて精確に導き出すことができる。ここで「計算ユニット」は、例えばプロセッサおよびメモリを備えている。送信ユニットは例えば、電磁信号を送信するように構成されている。受信ユニットは例えば、電磁信号を受信する。例えば、送信ユニットおよび受信ユニットを同様のものとすることができる。本願発明によれば「構成する」という概念は、特別に装備および／または設計および／またはプログラミングすることと理解されたい。さらにここで、「モデル」とは例えば１つのシステムであり、このシステムは所定のタスクに必要とされオリジナルと同じ特性をベースとする代替として、さらに別のシステムによって利用、選択および／または作成される。このことによって、上述の別のシステムはオリジナルを識別、制御および／または記述できるようになり、あるいはそれらが簡単になり、ないしはオリジナルを置き替えることができる。有利には、モデルが基礎としている方程式または方程式のシステムは、所定の物理的なプロセスを記述する少なくとも１つの物理的な法則から導き出される。このモデルを、例えば方程式を評価するための数値的処理を設定するアルゴリズムとすることができる。]
[0005] さらに、パラメータを反射値または透過値とすることが提案される。これによって、殊に簡単に高速の評価プロセスにおいて、検査される対象物に関する情報を入手可能である。「反射値」は、例えば反射係数または反射率である。同様に、「透過値」は、例えば透過係数または透過率である。概念「反射係数」および「透過係数」は、例えば高周波技術から公知である。例えば、反射係数ないし透過係数および反射率ないし透過率には、反射ないし透過するときの送信信号の振幅減衰に関する情報が含まれている。さらに、反射率ないし透過率には、送信信号が表面との反射ないし透過の際に受ける可能性がある位相の変化に関する情報が含まれている。殊に、反射係数ないし透過係数は複素数である。]
[0006] 有利には、比較パラメータはモデルの少なくとも１つの特性ベクトルに対応付けられている。これによって、少なくとも１度信号の評価を行うことによって、特性ベクトルに対する情報を得ることができる。例えば、モデルが特性ベクトルを用いて比較パラメータを算出する場合には、比較パラメータは特性ベクトルに対応付けられている。「特性ベクトル」は例えば、少なくとも１つの特性値を有する特性値の集合である。例えば、特性値は、例えばモデルの算出時に変化する、および／または操作者によって入力されるモデルパラメータまたはモデルを用いて行われる計算の結果とすることができる。このような特性値は、例えば検査される対象物の特性を成す物理的な値を表している。]
[0007] 本発明の有利な実施形態によれば、特性ベクトルは層の厚さを少なくとも有しており、この厚さと送信信号との相互作用がモデルを用いて記述される。このようにして、層のジオメトリに対する情報を得ることができる。]
[0008] 有利には、特性ベクトルは層の誘電率を少なくとも有しており、この誘電率と送信信号との相互作用がモデルを用いて記述される。これによって、層の材料に関する情報を得ることができる。層と送信信号の「相互作用」は、例えば送信信号の少なくとも部分的な反射であり、または送信信号の少なくとも部分的な透過である。]
[0009] さらに本発明によれば、特性ベクトルは層の個数を少なくとも有しており、この層の個数は送信信号を用いて検査される対象物の層の個数を表し、モデルを用いた算出において仮定されている。従って、広いモデルの適用範囲を実現することができる。]
[0010] 本発明の有利な実施形態によれば、計算ユニットは、モデルを用いて比較パラメータを算出するように構成されているソフトウェアを有している。これによって、比較パラメータを柔軟に算出することができる。「ソフトウェア」とは、例えば少なくとも１つのプログラムであると理解されたい。「プログラム」は、殊に、少なくとも１つのプロセッサないし少なくとも１つの計算ユニットによって実行されるように構成され、例えば１つのユニットにまとめられ少なくとも１つのタスクを実行するように構成されている指示の集合である。]
[0011] さらに本発明によれば、装置は少なくとも１つの特性値を入力する入力ユニットを有しており、ソフトウェアが比較パラメータを算出するために特性値を入力値として使用している。これによって、高い精度を実現することができる。]
[0012] 有利には、ソフトウェアは、パラメータからの比較パラメータの最小偏差値を達成する比較パラメータの値を求めるように構成されている。これによって、最適な比較パラメータを効果的に求めることができる。パラメータからの比較パラメータの「最小」の偏差とは、例えばモデルを用いて算出される別の比較パラメータと比較して最小であるということである。]
[0013] 本発明の有利な実施形態によれば、ソフトウェアは、モデルを用いて算出される誤差値に基づき少なくとも２つの特性値範囲を区別するように構成されている。これによって、殊に信頼できる特性値に関する情報を入手することができる。「誤差値」とは、例えばパラメータからの比較パラメータの偏差値である。「特性値範囲」とは、例えば特性ベクトルの特性値の値範囲であり、ここで値範囲をただ１つの数値から成すことができる。]
[0014] 有利には、送信信号は高周波信号である。それによって、精度をさらに向上させることができる。「高周波信号」とは、例えば少なくとも２ＧＨｚの周波数を有する信号である。]
[0015] さらに、本発明による装置を備えた保護センサ装置が提案される。これによって、人間の組織を確実に識別することができる。]
[0016] さらに、以下のような方法、例えば装置を用いた方法が提案される。すなわち、この方法では、少なくとも１つの送信信号が送信され、送信信号によって励起される少なくとも１つの受信信号が受信され、パラメータが少なくとも受信信号を用いて算出され、上述のパラメータがモデルを用いて算出される少なくとも１つの比較パラメータと比較されるのである。本発明によれば、パラメータに基づき、送信信号を用いて検査される対象物に関する情報をきわめて精確に導き出すことができる。]
[0017] 図面
さらに別の利点は、以下の図面の説明から得られる。図面には本発明の実施例が示されている。図面、明細書および請求項には多数の特徴が組合せで含まれている。当業者であれば、これらの特徴を有利には個別でも考察し、別の有利な組合わせにまとめるであろう。]
図面の簡単な説明

[0018] 測定位置における被検査対象物と共に装置を示す平面図
装置により対象物を分析する様子を示した概略図
測定曲線を用いて示すダイアグラム
本発明による装置を備えた保護センサ装置と丸鋸とを有する工作機械を示す図]
[0019] 図１には、測定位置における被検査対象物３４と共に、工作機械装置として構成されている装置３０が示されている。装置３０は送信ユニット１２および受信ユニット１４を備えており、これらのユニットは装置３０の基体３２に取り付けられている。基体３２には、評価ユニット１６と、メモリユニット５６を備えた計算ユニット１０とが設けられている。第１の動作モードでは、送信ユニット１２は所定の周波数の高周波送信信号Ｓ１を送信し、対象物３４での信号Ｓ１の反射は受信信号Ｅ１と呼ばれる反射信号を成している。受信信号Ｅ１は、受信ユニット１４でもある送信ユニット１２によって受信される。さらに、送信信号Ｓ１の一部は、対象物３４を透過する。この一部とは、受信ユニット１４によって受信され受信信号Ｅ２と呼ばれている透過信号である。] 図１
[0020] 評価ユニット１６は、送信信号Ｓ１および受信信号Ｅ２を用いてパラメータＰ１を算出し、このパラメータＰ１は、送信信号Ｓ１の伝搬方向への測定位置における対象物３４の透過係数である（図２も参照のこと）。計算ユニット１０は、パラメータＰ１を比較パラメータＶ１と比較するように構成されており、この比較パラメータＶ１は、モデルＭにおける対象物３４の透過係数であり、このモデルＭを用いて計算ユニット１０のソフトウェアが比較パラメータを算出している。モデルＭは、直に連続する方形状の均質の層２２，２４の集合体として対象物３４のモデルを作っており、これらの層２２，２４のいずれも最大で２つの別の層２２，２４と直接接している。この場合、相互に接している層２２，２４の方形面３６，３８は、かなりの大きさの表面で相互に直接接している。比較パラメータＶ１を算出するために、モデルＭは、複数の特性値を含んでいる特性ベクトル５２を必要としている（図２参照）。第１の特性値は例えば層２２，２４の個数であり、この個数を用いてモデルＭは対象物３４のモデルを作っている。モデルＭの別の特性値は、例えばこれらの層２２，２４の厚さ１８，２０およびそれらの誘電率である。これらの特性値は、既知であり操作者によって入力されるか、または、未知の値であり場合によっては求めるべき値であり、これは例えばモデルを用いて算出を実行する場合に設定される。さらに前提とされるのは、信号の波面において層２２，２４の内１つに当たる全ての点がこの層に同時に当たるということである。このように前提とすることによって、層２２，２４の集合体および接している空間領域においてマクスウェルの方程式を解くことができ、これによって、計算ユニット１０は特性ベクトル５２を用いて比較パラメータＶ１を算出することができる。このようにして、比較パラメータＶ１に特性ベクトル５２が対応付けられている。] 図２
[0021] さらに、ソフトウェアは、パラメータＰ１からの比較パラメータＶ１の最小偏差値ＡＢを達成する比較パラメータＶ１の値を算出するように構成されている。このために、計算ユニット１０は、個々の特性値の値から成る種々の値の組合わせのために比較パラメータＶ１の値をソフトウェアを用いて算出する。選択的に、操作者Ａに既知である特性値を、入力ユニット２６を介して操作者ＡによってモデルＭにおいて規定することができる。ソフトウェアは、どの値の組合わせのためにも適切な比較パラメータＶ１を算出し、最適な値の組合わせを見出す。この最適な値の組合せのために対応する比較パラメータＶ１は、算出される他の値の組合わせの比較パラメータＶ１と比較して、評価ユニット１６によって算出されるパラメータＰ１から最もわずかな偏差値ＡＢを有している。最適な値の組合わせは、最適な特性ベクトル５４を成す。例えば、モデルＭによって仮定される層の個数が変更されることによって最小の偏差値を求めることができる。最小の偏差値に対応する特性ベクトル５４から、実際の層の個数を読み取ることができる。層の個数が操作者Ａによって既知である場合には、操作者Ａは層の個数を入力することができる。これによって、例えば層厚のような対象物３４の別の物理的なパラメータを求める際の精度が向上する。]
[0022] 第２の動作モードにおいては、付加的な情報が最適な特性ベクトル５４を求めるために使用される。この場合、送信信号Ｓ１と受信ユニット１４から送信される送信信号Ｓ２とのために、パラメータＰ１および同様に透過係数であるパラメータＰ２並びに、受信信号Ｅ１，Ｅ３を成す反射信号を用いて反射係数であるパラメータＰ３，Ｐ４が、評価ユニット１６によって算出される。受信信号Ｅ１を受信する場合には、送信ユニット１２が受信ユニットとしての役割を果たす。送信信号Ｓ２は受信ユニット１４から送出され、対象物３４によって変更され、続いて送信ユニット１２によって受信信号Ｅ４として受信される。この動作モードでは、モデルＭを用いて既述の比較パラメータＶ１の算出に類似したやり方で別の比較パラメータＶ２，Ｖ３，Ｖ４が算出され、ここで、比較パラメータＶ２は送信信号Ｓ２に対する透過係数であり、比較パラメータＶ３，Ｖ４は送信信号Ｓ１，Ｓ２に対する反射係数である。計算ユニット１０によってモデルＭを用いて算出される比較パラメータＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４は、評価ユニット１６によって算出されるパラメータＰ１〜Ｐ４と比較され、２乗の誤差が、個々の係数のためにそれぞれ算出され、合計されて全誤差となる。計算ユニット１０は、他の使用される特性ベクトル５２と比較して、最小の全誤差ひいては最小の偏差値ＡＢを備えている特性ベクトル５４を算出する。原理的には、全誤差が最小である特性ベクトル５４を見出すために他の方法ないしアルゴリズムも考慮することができる。]
[0023] 装置３０によれば、対象物が２つないしそれ以上の層２２，２４を有しているか否か確定させるために、別の可能性が得られる。このためにソフトウェアは、モデルＭを用いて算出される誤差値に基づき少なくとも２つの特性値範囲を区別するように構成されている。これによって、算出される誤差に基づき例えば、対象物３４がただ一つの層を有する第１の状況と対象物３４が２つ以上の層を有する第２の状況とを区別することができる。対象物３４が２つの層２２，２４を有する図１に示された例では、操作者Ａが入力ユニット２６を用いて層の個数「１」を入力してしまうことが考えられる。それ故に、モデルＭを用いて全誤差が求められる。２つの層２２，２４を有する対象物３４の場合、全誤差が閾値を超過することにより、ソフトウェアは対象物３４が少なくとも２つの層２２，２４から成るという結論を導き出すことができる。] 図１
[0024] 別の可能性は、反射係数を比較することである。反射係数（その反射係数の算出のために送信ユニット１２から送信される送信信号Ｓ１が使用される）が反射係数（その反射係数の算出のために受信ユニット１４から送信され、送信ユニット１２から送信される送信信号Ｓ１と同じ周波数を有する送信信号Ｓ２が使用される）から偏差を示す場合には（図３）、対象物は少なくとも２つの層２２，２４を有している。このために、図３には、送信信号の種々の周波数に関して基準定数に対する２つの反射係数の絶対値の対数比が示されており、この場合、層２２は人間の組織から成り、層２４は木材から成る。曲線４８の場合、送信ユニット１２が送信信号Ｓ１を送信しており、曲線５０の場合、受信ユニット１４が送信信号Ｓ２を送信している。] 図３
[0025] 装置３０は、既述の両方の動作モードに加えて４つの別の動作モードを有している。第３の動作モードでは、全誤差を算出するために、両方とも反射率であるパラメータＰ３，Ｐ４のうちただ１つが、対応する比較パラメータＶ３ないしＶ４と比較される。別ないし第４の動作モードでは、全誤差を算出するために、パラメータＰ３およびＰ４が比較パラメータＶ３およびＶ４と比較される。第５の動作モードでは、最適な特性ベクトル５４を求めるために、パラメータＰ３およびＰ４のうち１つとパラメータＰ１およびＰ２のうち１つとが、対応する比較パラメータＶ３ないしＶ４並びに比較パラメータＶ１ないしＶ２と比較される。別ないし第６の動作モードでは、パラメータＰ３およびＰ４とパラメータＰ１およびＰ２のうち１つとが、対応する比較パラメータＶ３およびＶ４並びに比較パラメータＶ１ないしＶ２と比較される。]
[0026] 図４には、丸鋸として構成される工具４０と装置３０を備えた保護センサ装置２８とを有する工作機械が示されている。木製のプレート４２を切断するために、この木製のプレート４２は手で工具４０へ向かって動かされる。装置３０によって、工具４０のすぐ近くに配置されている例えば危険エリア４６が監視される。上述の測定方法および計算方法を用いると、装置３０によって危険エリア４６における人間の組織の存在を識別することができる。手４４が危険エリア４６に動かされると、手４４は装置３０によって検出され、これに基づき安全措置が実行される。このために、保護センサ装置２８は、安全措置を実行するために設けられているアクチュエータユニットと作用するよう接続されている。例えば、危険な状況を識別すると、アクチュエータユニットによって工具４０の動作を停止させることができる。別の実施例では、操作者の届かない位置に工具４０を動かし、または、工具４０を保護装置によってカバーすることができる。] 図４

权利要求:

請求項1
少なくとも１つの計算ユニット（１０）と、少なくとも１つの送信信号（Ｓ１，Ｓ２）を送信する少なくとも１つの送信ユニット（１２）と、前記送信信号（Ｓ１，Ｓ２）によって励起される少なくとも１つの受信信号（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４）を受信する少なくとも１つの受信ユニット（１４）と、少なくとも前記受信信号（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４）を用いて少なくとも１つのパラメータ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）を算出する少なくとも１つの評価ユニット（１６）とを備えている装置、例えば工作機械装置において、前記計算ユニット（１０）は、前記パラメータ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）を、モデル（Ｍ）を用いて算出される少なくとも１つの比較パラメータ（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４）と比較することを特徴とする装置。
請求項2
前記パラメータ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）は、反射値または透過値である、請求項１記載の装置。
請求項3
前記比較パラメータ（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４）は、前記モデルの少なくとも１つの特性ベクトル（５２，５４）に対応付けられている、請求項１または２記載の装置。
請求項4
前記特性ベクトル（５２，５４）は層（２２，２４）の厚さ（１８，２０）を少なくとも有しており、該厚さと前記送信信号（Ｓ１，Ｓ２）との相互作用が前記モデル（Ｍ）を用いて記述される、請求項３記載の装置。
請求項5
前記特性ベクトル（５２，５４）は前記層（２２，２４）の誘電率を少なくとも有しており、該誘電率と前記送信信号（Ｓ１，Ｓ２）との相互作用が前記モデル（Ｍ）を用いて記述される、請求項３または４記載の装置。
請求項6
前記特性ベクトル（５２，５４）は層の個数を少なくとも有しており、該層の個数は前記送信信号（Ｓ１，Ｓ２）を用いて検査される対象物（３４）の前記層（２２，２４）の個数を表し、前記モデル（Ｍ）を用いた算出において仮定される、請求項３から５のいずれか１項記載の装置。
請求項7
前記計算ユニット（１０）は、前記モデル（Ｍ）を用いて前記比較パラメータ（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４）を算出するソフトウェアを有している、請求項１から６のいずれか１項記載の装置。
請求項8
少なくとも１つの特性値を入力する入力ユニット（２６）が設けられており、前記ソフトウェアが前記比較パラメータ（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４）を算出するために前記特性値を入力値として使用する、請求項７記載の装置。
請求項9
前記ソフトウェアは、前記パラメータ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）からの前記比較パラメータ（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４）の最小偏差値（ＡＢ）を達成する前記比較パラメータ（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４）の値を求める、請求項７または８記載の装置。
請求項10
前記ソフトウェアは、前記モデル（Ｍ）を用いて算出される誤差値に基づき少なくとも２つの特性値範囲を区別する、請求項７から９のいずれか１項記載の装置。
請求項11
前記送信信号（Ｓ１，Ｓ２）は高周波信号である、請求項１から１０のいずれか１項記載の装置。
請求項12
請求項１から１１のいずれか１項記載の装置（３０）を備えていることを特徴とする、保護センサ装置（２８）。
請求項13
少なくとも１つの送信信号（Ｓ１，Ｓ２）が送信され、前記送信信号（Ｓ１，Ｓ２）によって励起される少なくとも１つの受信信号（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４）が受信され、少なくとも前記受信信号（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４）を用いてパラメータ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）が算出され、前記パラメータ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）は、モデル（Ｍ）を用いて算出される少なくとも１つの比較パラメータ（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４）と比較されることを特徴とする方法、例えば請求項１から１１のいずれか１項記載の装置（３０）を用いた方法。