專利名稱：用于具有至少一個自動運動的設(shè)備部件的自動運行設(shè)備的安全裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動運行設(shè)備，尤其是加工設(shè)備和/或傳送設(shè)備，所述設(shè)備具有至少一個自動運動的設(shè)備部件，并且具有設(shè)計成用于控制所述設(shè)備部件的運動的控制單元，還具有設(shè)計成用于與安全相關(guān)地(出于安全考慮地)確定所述設(shè)備部件的至少一個運動參數(shù)的安全裝置。
本發(fā)明還涉及用于這種設(shè)備的安全裝置以及用于使這種設(shè)備的運動設(shè)備部件與安全相關(guān)地停機的方法。
背景技術(shù)：
例如從DE 100 27 156 A1已知一種具有這種安全裝置的設(shè)備。
該已知設(shè)備是折板機或類似機器，其中第一機器部件相對于第二機器部件執(zhí)行沖頭式的工作運動。這種工作運動能使工件在壓力下無切屑地變形，或者用于切割或沖壓。
容易理解，這種沖頭式工作運動對于例如必需將工件放入并對準的操作人員而言是非常危險的。事實上總是不斷發(fā)生事故，其中操作人員由于不小心和/或誤操作而受到擠壓傷害或者甚至使身體部分截去。為了避免這類事故，從DE 100 27 156 A1中已知的設(shè)備具有一隨動的、無接觸作用的保護裝置(隨動的“BWS”)。在此具體涉及一光柵結(jié)構(gòu)，其光射線平行于運動模具的前棱邊延伸，其中光柵結(jié)構(gòu)與模具的工作運動一起導引。如果光柵結(jié)構(gòu)的光射線被中斷，則在所有情況下都使工作運動立刻停止。但是必須在沖壓快結(jié)束前使光柵結(jié)構(gòu)無效(所謂的抑制)，因為否則要變形的工件使光射線中斷會阻止沖壓結(jié)束。
為了使舊的壓力機能簡單地更新配備這種光柵結(jié)構(gòu)，DE 100 27 156A1建議，當沖頭式模具的運動速度低于一給定的臨界速度時，使光柵結(jié)構(gòu)無效(抑制)。因為通常對于壓力機而言，沖頭式模具從其靜止位置(所謂的上死點)最初以高速驅(qū)向工件(快速行程)。但是，以低速實現(xiàn)工件變形(低速行程)。根據(jù)DE 100 27 156 A1，光柵結(jié)構(gòu)的無效僅僅取決于模具的運動速度是有利的，即使較舊的壓力機也可以簡單地更新配備所述光柵結(jié)構(gòu)。另一方面，所建議工作方式的前提是，模具的相應速度可以與安全相關(guān)地確定，即必須這樣確定模具的運動速度，使得即使在安全裝置發(fā)生故障或功能失效時操作人員也不會處于危險狀態(tài)。
因此，對于從DE 100 27 156 A1中已知的壓力機，通過兩個測量模塊確定模具速度，其中一個測量模塊由角度步進傳感器構(gòu)成，其中固定在工件上的繩索通過工作運動卷繞和退繞。通過角度步進傳感器或旋轉(zhuǎn)傳感器檢測由卷繞和退繞產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)運動。第二測量模塊具有一感應傳感器，通過它使一磁尺運動，該磁尺同樣跟隨模具運動。作為可選方案，還可列舉其它測量裝置，它們包括齒桿、線性電位計、具有光柵的透光的標尺或具有穿孔帶板片的感應傳感器。
所有這些傳感器的共同點在于，它們的物理尺寸取決于設(shè)備的尺寸或者說運動的設(shè)備部件的運動距離。如果例如要監(jiān)控1,000mm的運動距離，則需要相應長的繩索、卷尺或標尺。因此，所提出的測量裝置都結(jié)構(gòu)較大并且需要繁瑣的裝配和相應高的成本。對于與安全相關(guān)地確定一運動的設(shè)備部件的運動參數(shù)而言更是如此，因為出于安全原因在所有情況下都必須使用冗余的測量裝置。
從WO 97/25568中已知一中類似的設(shè)備，其同樣涉及壓力機。在這種情況下使用一光學編碼盤，用于監(jiān)控模具的工作運動。該編碼盤仍然通過鏈條、繩索等旋轉(zhuǎn)，它通過一個端部固定在運動的模具上(參見其中的圖9b)。該設(shè)備在材料成本、尺寸和裝配費用方面與從DE 100 27 156 A1中已知的設(shè)備存在相同的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明優(yōu)選涉及在壓力機或具有沖頭式運動模具的某種類似的靜止設(shè)備上與安全相關(guān)地確定運動參數(shù)。但是本發(fā)明不限于此，而是可以同樣應用于其它的、優(yōu)選靜止的設(shè)備，其中必須與安全相關(guān)地確定一運動的設(shè)備部件的運動速度和/或運動距離。特別地，本發(fā)明因此可應用于其它的加工設(shè)備，例如用于車削、鉆削、和/或銑削的機床、機械手、焊接設(shè)備等，或者也可應用于靜止的輸送或傳送設(shè)備，例如傳送帶或電梯。
本發(fā)明的目的是，提供一種成本效率高且盡可能結(jié)構(gòu)小的選擇方案，用于與安全相關(guān)地確定一本身靜止的設(shè)備的運動設(shè)備部件的運動速度和/或運動距離。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，該目的如此實現(xiàn)，即，使上述的安全裝置包括至少一個加速度傳感器和一分析處理單元，其中該加速度傳感器與運動的設(shè)備部件耦聯(lián)，用于檢測運動設(shè)備部件的加速度，并且所述分析處理單元被設(shè)計成基于所述加速度來確定設(shè)備部件的至少一個運動速度和/或運動距離。
本發(fā)明的目的還通過一種上述形式的方法來實現(xiàn)，其中為了確定運動參數(shù)，首先借助于一加速度傳感器檢測運動的設(shè)備部件的加速度，然后基于檢測出的加速度來確定設(shè)備部件的至少一個運動速度和/或運動距離作為運動參數(shù)。
因此本發(fā)明的實現(xiàn)背離了至少對于在靜止設(shè)備上與安全相關(guān)地確定行程和/或速度而言迄今為止一直使用的原理，該原理所使用的測量裝置的測量范圍和物理尺寸取決于設(shè)備的尺寸和要檢測的測量參數(shù)。這是因為加速度傳感器在測量技術(shù)上能夠與加速運行的設(shè)備部件的尺寸無關(guān)地并且與在加速期間行進的距離無關(guān)地檢測加速度。因此加速度傳感器的物理尺寸可獨立于設(shè)備尺寸并獨立于運動的設(shè)備部件走過的距離。
此外，加速度傳感器例如電容式或壓阻式工作的加速度傳感器可作為集成的部件從市場上獲得，其尺寸只有幾毫米或幾厘米。適當?shù)募铀俣葌鞲衅骼缡褂迷谄囍校员慊谒鶛z測出的加速度——該加速度例如在發(fā)生事故時產(chǎn)生——釋放氣囊。在這種情況下，所檢測出的加速度本身被用作測量參數(shù)，而與此不同的是，本發(fā)明基于所檢測出的加速度來確定運動速度和/或運動距離。
早就已知加速度、速度與走過的距離之間的物理關(guān)系。因此，通過使經(jīng)由測量而檢測出的加速度值在時間上積分，能夠從檢測出的加速度計算出運動的設(shè)備部件的速度。同樣可以通過在速度上積分來確定走過的距離。然而為了獲得速度或距離的實際值，必須已知運動的設(shè)備部件在積分時間開始時的速度和位置。但是這對于自動運行的靜止設(shè)備而言是沒有問題的，因為在一般情況下至少在設(shè)備接通以后才出現(xiàn)一個確定的靜止狀態(tài)或占據(jù)一個初始化過程。對于壓力機而言，總是在一個工作循環(huán)開始時出現(xiàn)確定的靜止點(速度為零的確定位置)，因為每個工作循環(huán)從所謂的沖壓模具上死點開始。
如果現(xiàn)在從工作運動開始起連續(xù)地或至少以有規(guī)律的時間間隔檢測模具(或與之相連的設(shè)備部件)的加速度，則可以從數(shù)學上確定實際的速度和實際的位置。
但是對于根據(jù)本發(fā)明的解決方案而言，速度和走過的距離的值不僅取決于已知的起始點，而且取決于加速度傳感器檢測運動設(shè)備部件的加速度的精度，還取決于分析處理單元的積分精度。但是，精確的測量值對于與安全相關(guān)地確定速度、距離或位置而言不是必需的。而是此處一極限值分析(Grenzwertbetrachtung)就足夠了，該極限值分析可給出一個在安全技術(shù)角度上可靠的關(guān)于速度、距離或位置是否不超過或不越過一極限值的論斷，該極限值基于安全技術(shù)觀點而確定。通過設(shè)定一適當?shù)陌踩Ａ?，可輕易地補償該新系統(tǒng)的可能的測量誤差。
根據(jù)本發(fā)明的解決方案使得能夠采用小而經(jīng)濟的加速度傳感器來確定設(shè)備部件的速度、行程和/或位置，即使這樣達到的“測量公差”對于其它的控制技術(shù)上的應用而言是不夠的。
新的安全裝置除了低的部件成本和小的尺寸以外還具有其它優(yōu)點，即裝配費用與目前的裝置相比明顯減少。加速度傳感器與所有目前的測量裝置相比無需在設(shè)備的固定部件上設(shè)置基準點。因此該傳感器可盡可能任意地定位在運動的設(shè)備部件上。對于上述形式的壓力機，尤其有利的是，將至少一個加速度傳感器集成在用于光柵結(jié)構(gòu)的接收器之內(nèi)或之上，由此顯著減少配線費用。
此外新的安全裝置的優(yōu)點是，其在很大程度上可獨立于各種設(shè)備的類型而使用，并因此可用于多種不同的設(shè)備。
最后，還有一個優(yōu)點是，新的安全裝置能夠無接觸地并由此無磨損地確定運動速度、距離和/或位置。
總之，本發(fā)明提供了一種成本效率高且結(jié)構(gòu)非常小的選擇方案，用于與安全相關(guān)地確定一靜止設(shè)備的運動設(shè)備部件的運動速度和/或運動距離(以及與此相關(guān)的位置)。因此可完全實現(xiàn)上述目的。
在本發(fā)明的一設(shè)計方案中，安全裝置具有至少兩個加速度傳感器并且分析處理單元被設(shè)計成借助于所述至少兩個加速度傳感器冗余地確定設(shè)備部件的運動速度和/或運動距離。
該設(shè)計方案是一種特別簡單的方法，其通過一合理性校驗(Plausibilittsvergleich)而實現(xiàn)增強的故障安全性/故障保護性。由于從市場上獲得的加速度傳感器的結(jié)構(gòu)尺寸小，因而該有利的設(shè)計方案可不受限制地受益于上述優(yōu)點。
在另一設(shè)計方案中，這樣設(shè)計至少兩個加速度傳感器，使得它們各自在至少兩條不同的傳感器軸線之一上檢測運動的設(shè)備部件的加速度。
通過該設(shè)計方案可降低所謂的一般原因故障(Common-Cause-Fehler)的發(fā)生概率。因此新的安全裝置的安全性進一步提高。另一方面，將測量值沿至少兩條不同的傳感器軸線進行矢量分解允許進行有利的合理性校驗。
在又一設(shè)計方案中，至少兩個加速度傳感器集成在共同的傳感器殼體內(nèi)。
該設(shè)計方案能夠進一步減少所需的結(jié)構(gòu)空間，并進一步降低部件成本和/或裝配成本。此外特別有利的是，所述至少兩個集成的加速度傳感器可檢測不同的傳感器軸線。這是因為在市場上可獲得各種形式的適當?shù)募铀俣葌鞲衅?，這些商業(yè)加速度傳感器的根本的使用目的是在一個平面內(nèi)或在三維空間中多維地檢測加速度。但是在本設(shè)計方案的范圍內(nèi)，至少兩條傳感器軸線用于冗余地檢測運動的設(shè)備部件在一運動方向上的加速度。這一點可在特別優(yōu)選的設(shè)計方案中以非常經(jīng)濟的方式實現(xiàn)。
在另一設(shè)計方案中，至少兩個加速度傳感器以至少兩個不同的安裝姿態(tài)與運動的設(shè)備部件耦聯(lián)，使得在所述至少兩個加速度傳感器上產(chǎn)生不同的重力偏壓(gravitative Vorspannungen)。
在此特別優(yōu)選，至少兩個加速度傳感器在其安裝姿態(tài)方面相互錯開180°地設(shè)置，因為由此它們產(chǎn)生相反的輸出信號，能夠?qū)崿F(xiàn)有利的分析處理。
由于加速度傳感器通常包括一運動質(zhì)量，在測量技術(shù)上可檢測出該運動質(zhì)量由于慣性力的偏移，也可以在測量技術(shù)上識別出其不同的安裝姿態(tài)。其原因在于，運動質(zhì)量由于地球引力而偏移。這在加速度傳感器的輸出信號中以一靜態(tài)偏壓值即重力偏壓表現(xiàn)出來。不同的重力偏壓可較好地用于合理性校驗，由此可進一步提高新安全裝置的功能可靠性。通過特別優(yōu)選的求差處理還能簡單地去除噪聲電壓分量。因此還能更精確和更可靠地與安全相關(guān)地確定速度和/或行程或位置。
在另一設(shè)計方案中，所述分析處理單元設(shè)計成在時間上相互錯開地讀取至少兩個加速度傳感器。
通過該設(shè)計方案能夠以非常經(jīng)濟的方式獲得更高的測量分辨率并由此實現(xiàn)新安全裝置的更快的反應。
在又一設(shè)計方案中，至少一個加速度傳感器具有用于輸入測試信號的測試輸入端。優(yōu)選使測試信號與分析處理單元相連，該分析處理單元能夠向加速度傳感器輸入測試信號。
借助于邏輯耦聯(lián)到測試信號上的期望保持(Erwartungshaltung)可在安全裝置連續(xù)運行期間非常方便地監(jiān)控加速度傳感器的無故障功能。例如，可借助于測試信號使運動質(zhì)量在加速度傳感器中發(fā)生確定的偏移，這必須在加速度傳感器的輸出信號中相應地反映出來。因此該結(jié)構(gòu)能更可靠地運行，即使只使用單個加速度傳感器來確定速度和/或距離。這也能夠降低部件成本。
在另一設(shè)計方案中，所述分析處理單元還設(shè)計成根據(jù)加速度與安全相關(guān)地確定運動的設(shè)備部件的運動方向。
可以從靜止狀態(tài)非常方便地借助于在測量技術(shù)上檢測出的加速度值的“符號”推導出運動的設(shè)備部件的運動方向。此外也可以在運動過程中從獲得的速度值或位置值確定運動方向。因此該設(shè)計方案未顯著附加成本地提供了這樣的信息，該信息可有利地引入到運行狀況的安全性臨界評價中。例如，可以經(jīng)常在設(shè)備中根據(jù)相應的運動方向允許不同的運動速度，由此能夠不損害安全性地提高設(shè)備生產(chǎn)率。
在另一設(shè)計方案中，設(shè)有一檢測器，它設(shè)計成用于檢測運動的設(shè)備部件到達一確定的靜止位置，其中該檢測器與分析處理單元相連。在此優(yōu)選依照相關(guān)規(guī)定(例如在歐洲標準EN 954-1的分類4或類似的安全性準則的意義上)故障安全式地設(shè)計所述檢測器。
借助于這種檢測器可非?？煽康卮_定運動的設(shè)備部件的運動起點。由此能夠提高所確定的速度、距離和/或位置的值的精度和可靠性。由此可規(guī)定更小的安全裕量，這會提高被監(jiān)控設(shè)備的生產(chǎn)率。特別優(yōu)選地，所述檢測器是一物理地裝配在設(shè)備上的檢測器，因為在這種情況下它可提供一“真正”的測量值。但是，也可以選擇通過將起點例如從控制系統(tǒng)推導出來，使得檢測器是“虛擬”的。
在另一設(shè)計方案中，設(shè)有與分析處理單元相連的存儲器，它設(shè)計成用于存儲運動的設(shè)備部件的至少一個運動參數(shù)在時間上的基準曲線。
此外，優(yōu)選將所述分析處理單元設(shè)計成用于使運動的設(shè)備部件的即時運動曲線與基準曲線進行比較，并據(jù)此使運動的設(shè)備部件停止。
對于基準曲線——例如運動的設(shè)備部件在工作循環(huán)期間的加速度或速度的時間曲線——的測繪和監(jiān)控使得能夠非?？煽康貙υO(shè)備進行監(jiān)控。尤其是由此能夠非常簡單地快速而可靠地識別出由于老化、磨損或外部影響而引起的設(shè)備運動過程中的變化，例如延長的減速行程，并對此做出反應。此外也可以由運動曲線的測繪推斷設(shè)備的狀態(tài)，由此例如能夠使安全裕量與特定的設(shè)備相匹配。這能夠使安全裝置這樣適配于被監(jiān)控的設(shè)備，使得對于生產(chǎn)率的損害最小化。
在又一設(shè)計方案中，所述運動的設(shè)備部件是一作沖頭式運動的模具。此外，優(yōu)選確定下列參數(shù)中的至少一個作為運動參數(shù)模具的運動速度、模具的減速行程(在一定程度上是指在起動緊急停止后的包括反應時間的制動行程)、無接觸作用的保護裝置的抑制點、在模具的快速行程與低速行程之間的轉(zhuǎn)換點以及模具的運動方向。
如上所述，本發(fā)明不限于壓力機和具有兩個彼此相向運動的設(shè)備部件的類似機器。另一方面，這些示例是特別優(yōu)選的應用場合，因為能借助于新的安全裝置特別簡單而有利地監(jiān)控在這類設(shè)備中產(chǎn)生的運動。尤其是運動行程也就是壓力機和類似模具的運動速度和運動路徑適合于根據(jù)加速度來確定速度、距離和/或位置。此外，這類設(shè)備存在特別高的危險，并因此對于這種類型的安全裝置存在特別高的要求。
在另一設(shè)計方案中，所述安全裝置包括一與模具一起運動的、無接觸作用的保護裝置，該保護裝置具有發(fā)射器和接收器，其中至少一個加速度傳感器設(shè)置在發(fā)射器和/或接收器的范圍內(nèi)。
如上所述，這種保護裝置是公知的。它不限于具有光發(fā)射器和光接收器的光柵結(jié)構(gòu)，而是在本發(fā)明的意義上也可替換地或附加地使該裝置包括一照相機作為接收器。通過將至少一個加速度傳感器布置在接收器范圍內(nèi)，可以非常方便地、甚至在連續(xù)的監(jiān)控運行期間根據(jù)重力偏壓和加速度來檢驗發(fā)射器/接收器的鉛垂調(diào)整。此外還進一步減少了新安全裝置的裝配費用，因為發(fā)射器和接收器本來就必須裝配在設(shè)備上。
當然，上述的和下文中還要說明的特征不僅能以相應給出的組合方式加以使用，還能以其它組合方式進行使用或者單獨使用而不會脫離本發(fā)明的范圍。


附圖中示出本發(fā)明的實施例并在下面的說明中作詳細解釋，在附圖中圖1示出本發(fā)明的優(yōu)選實施例的簡化視圖，圖2示出一電容式加速度傳感器的簡化視圖，表示如何可將它有利地應用于本發(fā)明的實施例，圖3以示意圖示出圖1中設(shè)備的運動的設(shè)備部件的速度曲線，圖4以簡要流程圖的形式說明根據(jù)本發(fā)明的方法的一實施例。
具體實施例方式
在圖1中總體上以附圖標記10表示一壓力機作為新設(shè)備的優(yōu)選實施例。
該壓力機10具有上模具12(運動的設(shè)備部件)和下模具14。附圖標記16簡化地表示兩個驅(qū)動裝置，通過它們可以使上模具12沿箭頭18的方向朝下模具14移動。在上模具12上設(shè)有一彎曲模具20。附圖標記22簡化地表示一腳踏式按鈕，為了起動和執(zhí)行壓力機10的工作循環(huán)必須操縱該按鈕。也可以選擇通過其它控制元件操縱壓力機10。
在下模具14上設(shè)有凹模24和位于其上的工件26，例如薄板件。彎曲模具20的下端部構(gòu)造成與凹模24互補并且能夠在驅(qū)入到凹模24內(nèi)時實現(xiàn)工件26的無切屑變形。
附圖標記27和28表示兩個保持架，它們在彎曲模具20的左側(cè)和右側(cè)設(shè)置在上模具12上。一發(fā)射器29位于保持架27的端部，一接收器30位于保持架28的端部。發(fā)射器29和接收器30構(gòu)成一光柵結(jié)構(gòu)，該光柵結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一條或多條光射線32，所述光射線平行于彎曲模具20的下棱邊并離開它一微小間距地延伸。所述光射線32與彎曲模具20一起沿箭頭18的方向向下運動，即，發(fā)射器29和接收器30構(gòu)成一共同移動的、無接觸的保護裝置，如同由上述文獻中的基本原理所已知的那樣。對此也可以選擇通過一照相機單元或通過其它光學裝置實現(xiàn)無接觸作用的保護裝置。
附圖標記34和36示意性地示出兩個限位開關(guān)，它們只有在上模具12位于其上死點時才接通。由此限位開關(guān)34、36的接通位置發(fā)出信號，表明壓力機10處在其用于執(zhí)行一工作循環(huán)的初始狀態(tài)。
附圖標記40簡化表示一控制單元，它控制壓力機10的至少幾個功能。在一優(yōu)選實施例中該控制單元是一故障安全SPS，如同由本發(fā)明者以商標PSS所提供的那樣?？刂茊卧?0包括(簡化表示地)一接口部件42和兩個或多個冗余的信號處理通道。此處這些信號處理通道只用相應的處理器44a、44b，第一存儲器46a、46b和第二存儲器48a、48b表示。所述處理器44a，44b可通過適當?shù)慕涌?例如總線連接或雙端口RAM)相互通信并因此執(zhí)行相應處理結(jié)果的合理性校驗。所述接口部件42具有多個輸入和輸出，在這些輸入和輸出上連接有壓力機的傳感器和致動器。尤其是連接腳踏式按鈕22，限位開關(guān)34、36和至少光柵結(jié)構(gòu)的接收器30。此外可以斷開(例如通過適當?shù)闹聞悠?，如保護繼電器，在這里未示出)壓力機的驅(qū)動裝置16。
附圖標記50示意性地表示加速度傳感器，其在這里示例性地設(shè)置在壓力機10的上模具12上。在該實施例中，加速度傳感器50具有兩條傳感器軸線52、54，即，它沿兩條相互垂直延伸的軸線52、54提供加速度測量值。在所示實施例中這樣設(shè)置加速度傳感器50，使得每條傳感器軸線52、54與上模具12的運動方向18成45°角地延伸。通過對沿兩條傳感器軸線52、54的加速度測量值進行矢量計算可以推導出關(guān)于上模具12沿運動方向18的加速度的冗余信息。
在另一實施例中，作為加速度傳感器50的替換或附加，可使壓力機10具有兩個獨立的、設(shè)置在接收器30(或發(fā)射器29)上或者至少在它們的范圍內(nèi)的加速度傳感器50a、50b。在一個實施例中，優(yōu)選使加速度傳感器50a、50b集成在接收器30中。在優(yōu)選的實施例中，所述加速度傳感器50a、50b設(shè)置成兩個不同的安裝姿態(tài)，即彼此相對地旋轉(zhuǎn)180°。由此，加速度傳感器50a、50b提供不同的重力偏壓并且在傳感器的輸出上的電壓信號是反向的，這能夠?qū)崿F(xiàn)有利的差值計算。
當然，對于簡單的結(jié)構(gòu)也可以選擇使加速度傳感器50同樣集成在發(fā)射器29或接收器30內(nèi)。此外兩個獨立的加速度傳感器50a、50b也可以與所示布置不同地設(shè)置在上模具12的其它位置處的接收器之內(nèi)或之上，或者設(shè)置在另一位置上，在該位置可測量上模具或彎曲模具20的加速度。必要時也可以使用其它的加速度傳感器，用于提高冗余度和/或確定其它運動參數(shù)。
所述加速度傳感器50、50a、50b的輸出信號同樣輸送到控制單元40，如同借助于附圖標記52、54在控制單元40中表示的那樣。
在本實施例中，在控制單元40中實現(xiàn)上模具12運動速度的確定以及減速行程(“制動行程”)、在快速行程與低速行程之間的轉(zhuǎn)換點以及對于光柵結(jié)構(gòu)的抑制點的確定。為此在存儲器46a、46b中存儲一相應的程序模塊。換言之，該程序模塊在存儲器46a、46b中分別形成本發(fā)明意義上的分析處理單元。但是對此也可以選擇將分析處理單元與控制單元40分開。在一優(yōu)選實施例中，分析處理單元在本發(fā)明的意義上完全集成在光柵結(jié)構(gòu)的接收器30中。優(yōu)選也將所有其它與安全相關(guān)的任務設(shè)置在那里，由此控制單元40是一個傳統(tǒng)的、非安全的控制單元。
為了起動壓力機10的工作循環(huán)，必須使上模具12位于其上死點(如圖1所示)。這個初始位置能夠借助于限位開關(guān)34、36故障安全式地進行檢測。
在操縱腳踏式按鈕22時，上模具12與彎曲模具一起向下運動，而且一般首先具有高的運動速度(快速行程)。高運動速度一直保持到彎曲模具20到達一確定的轉(zhuǎn)換點56。在快速行程中所走過的距離在圖1中以d1表示。從轉(zhuǎn)換點開始，上模具12與彎曲模具只以低速行程運動，用于完全結(jié)束變形過程。其所走過的距離在圖1中以d2表示。
然后上模具12再返回到其初始位置(上死點)。這在所有情況下都以高速實現(xiàn)，但是是沿相反的運動方向。在圖3中簡化示出相應的速度曲線，其中示出隨時間變化的速度曲線。在第一狀態(tài)62期間，上模具12采用其最快速度(快速行程)，然后在到達轉(zhuǎn)換點56時再制動(側(cè)邊64)。接著以較低的速度繼續(xù)運動(低速行程，狀態(tài)66)。在某些壓力機中，在狀態(tài)66的低速行程中的運動必須通過重新操縱一控制開關(guān)有針對性地起動。在工件變形后，以高速實現(xiàn)上模具的返回，但是是沿相反的運動方向(狀態(tài)68)。
圖2示意性地示出電容式加速度傳感器50a的結(jié)構(gòu)，表示它如何可用于根據(jù)圖1的實施例。該加速度傳感器50a具有一測量元件，該測量元件可簡化地視為具有三個相互平行的極板70、72、74的“雙極板電容”。中間極板72活動地支承。在靜止狀態(tài)下，極板70和72之間的距離基本與極板72和74的距離相等。如果加速度傳感器50a加速，則距離d3和d4由于中間極板72的慣性而變化。變化的距離導致兩個電容的電容值C1和C2發(fā)生變化，該變化可通過測量檢測出來。
此外，該加速度傳感器50a在這里具有一測試輸入端76，在其上可施加一測試信號。借助于該測試信號可使中間極板72有針對性地偏轉(zhuǎn)，這在加速度傳感器的輸出上必須示出為相應的“加速度信號”。因此能夠檢驗該加速度傳感器的無故障功能。
但是應當指出，本發(fā)明不限于電容式加速度傳感器。例如取而代之也可以使用壓阻式加速度傳感器，其中借助于壓電元件確定質(zhì)量元件的偏移。此外在原理上也可使用其它的通過(優(yōu)選為直接的)測量技術(shù)檢測加速度的測量原理。
由檢測出的加速度通過在時間上對加速度值進行積分可確定上模具的速度。數(shù)學上的關(guān)系式是vA/B(t)=v0+∫t1t2aA/Bdt]]>其中，vA/B(t)在時間上的速度曲線，它分別在兩個分析處理通道A或B中確定，v0開始積分時的速度，aA/B在通道A或B中通過測量技術(shù)檢測出的加速度值，t1，t2時間區(qū)間的起始時刻和結(jié)束時刻，在該時間區(qū)間內(nèi)對加速度值aA/B進行積分。
以相同的方式可從獲得的速度按照下面的關(guān)系式確定走過的距離sA/B(t)=s0+∫t1t2vA/Bdt]]>其中，sA/B(t)到時刻t時所走過的距離，s0開始積分時的位置vA/B速度，以該速度走過距離s，確切地說是分別按照通道A和B進行計算的，以及
t1，t2所觀測的時間區(qū)間的起始時刻或結(jié)束時刻。
由于上模具12在每個工作循環(huán)開始時以靜止狀態(tài)處于其上死點，所以在每個工作循環(huán)開始時的速度為零。同樣在每個工作循環(huán)開始時相對于上死點所走過的距離也為零。因此連續(xù)地或近似連續(xù)地檢測加速度值能夠連續(xù)地確定速度和走過的距離。借助于走過的距離也可確定上模具12的相應的即時位置。通過這種方式還能夠確定上模具是否已經(jīng)到達在快速行程與低速行程之間轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換點。此外，如果將起動緊急停止的時刻作為起始時刻t1并且將上模具12完全停止的時刻作為結(jié)束時刻t2，則還能夠?qū)崿F(xiàn)減速過程的測量。
在圖4中簡要示出根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選實施例。首先，在步驟80中檢驗上模具12是否位于其上死點(在這里以s0表示)。只有當滿足這個條件時，本方法才前進到步驟82，在步驟82中冗余地讀入加速度值aA和aB。按照步驟84和86，通過積分確定運動速度和走過的距離。此外，在步驟88中確定運動方向，其中該步驟是任選的并且在必要時可以省去。然后按照步驟90輸入所獲得的信息，用于按照步驟92進行分析處理。
以公知的方式進行對所獲得的速度值和/或位置值和方向值的分析處理。尤其是檢驗上模具的相應速度是否處在基于可靠運行所確定的最大速度以下。此外還檢驗上模具是否位于這樣一個位置(已經(jīng)走過一段距離)，該位置對應于一符合規(guī)定的工作循環(huán)。如果不是這種情況，則按照步驟94執(zhí)行緊急停止，因為壓力機10處于一不安全狀態(tài)。在此能夠不直接根據(jù)所獲得的速度值和/或位置值立即起動緊急停止，而是例如僅僅禁止光柵結(jié)構(gòu)的無效(抑制)，由此當光射線32被工件26中斷時起動緊急停止。
在優(yōu)選實施例中，借助于確定的速度值和/或位置值可建立一運動曲線，如同在圖3中簡化示出的那樣。在步驟98中將所測繪出的運動曲線與基準曲線進行比較。例如由此能夠確定模具比規(guī)定的時間更長地以其高速運動，這在圖3中以附圖標記102簡化示出。在這種情況下，也按照步驟100實現(xiàn)壓力機的斷開，以便避免產(chǎn)生對操作者危險的狀況。
權(quán)利要求
1.一種自動運行的設(shè)備，尤其是加工設(shè)備和/或傳送設(shè)備，具有至少一個自動運動的設(shè)備部件(12，20)，并具有設(shè)計成用于控制設(shè)備部件(12)的運動的控制單元(40)，還具有設(shè)計成用于與安全相關(guān)地確定所述設(shè)備部件(12，20)的至少一個運動參數(shù)(86，88)的安全裝置，其特征在于，所述安全裝置包括至少一個加速度傳感器(50；50a，50b)和一分析處理單元(46a，46b)，其中所述加速度傳感器(50；50a，50b)與所述運動的設(shè)備部件(12，20)耦聯(lián)以便檢測所述運動的設(shè)備部件(12，20)的加速度，并且所述分析處理單元(46a，46b)設(shè)計成根據(jù)所述加速度確定所述設(shè)備部件(12，20)的至少一個運動速度(86)和/或運動距離(88)。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述安全裝置具有至少兩個加速度傳感器(50；50a，50b)，并且所述分析處理單元(46a，46b)設(shè)計成借助于至少兩個加速度傳感器(50a，50b)冗余地確定所述設(shè)備部件(12，20)的運動速度和/或運動距離。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，這樣設(shè)計所述至少兩個加速度傳感器(50；50a，50b)，使得它們各自在至少兩條不同的傳感器軸線(52，54)之一上檢測所述運動的設(shè)備部件的加速度。
4.如權(quán)利要求2或3所述的設(shè)備，其特征在于，至少兩個加速度傳感器(50)集成在一公共的傳感器殼體內(nèi)。
5.如權(quán)利要求2至4中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，至少兩個加速度傳感器(50a，50b)以至少兩個不同的安裝姿態(tài)與所述運動的設(shè)備部件(12，20)耦聯(lián)，由此在所述至少兩個加速度傳感器(50a，50b)上產(chǎn)生不同的重力偏壓。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，所述至少兩個加速度傳感器(50a，50b)在其安裝姿態(tài)方面相互錯開180°地設(shè)置。
7.如權(quán)利要求2至6中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述分析處理單元(46a，46b)設(shè)計成在時間上相互錯開地讀取至少兩個加速度傳感器(50a，50b)。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，至少一個加速度傳感器具有用于輸入測試信號的測試輸入端。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述分析處理單元(46a，46b)還設(shè)計成根據(jù)加速度與安全相關(guān)地確定所述運動的設(shè)備部件(12，20)的運動方向(18)。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，具有一檢測器(34，36)，該檢測器設(shè)計成用于檢測所述運動的設(shè)備部件(12，20)到達一確定的靜止位置，其中該檢測器與所述分析處理單元(46a，46b)相連。
11.如權(quán)利要求1至10中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，具有一與所述分析處理單元(46a，46b)相連的存儲器(48a，48b)，該存儲器設(shè)計成用于存儲所述運動的設(shè)備部件(12，20)的至少一個運動參數(shù)在時間上的基準曲線(60)。
12.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，所述分析處理單元(46a，46b)設(shè)計成用于將所述運動的設(shè)備部件(12，20)的即時運動曲線(102)與所述基準曲線(60)進行比較，并據(jù)此使運動的設(shè)備部件(12)停止。
13.如權(quán)利要求1至12中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述運動的設(shè)備部件(12，20)是一作沖頭式運動的模具(20)。
14.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，具有與所述模具(20)一起運動的、無接觸作用的保護裝置，該保護裝置具有發(fā)射器和接收器(30)，其中至少一個加速度傳感器(50a，50b)設(shè)置在所述發(fā)射器和/或接收器(30)的范圍內(nèi)。
15.一種用于自動運行的設(shè)備(10)尤其是用于加工設(shè)備和/或傳送設(shè)備的安全裝置，所述自動運行的設(shè)備(10)具有至少一個自動運動的設(shè)備部件(12，20)，其中所述安全裝置設(shè)計成與安全相關(guān)地確定所述設(shè)備部件(12，20)的至少一個運動參數(shù)，其特征在于，所述安全裝置具有至少一個加速度傳感器(50；50a，50b)和一分析處理單元(46a，46b)，其中所述加速度傳感器(50；50a，50b)與所述運動的設(shè)備部件(12，20)耦聯(lián)以便檢測所述運動的設(shè)備部件(12，20)的加速度，并且所述分析處理單元設(shè)計成根據(jù)所述加速度確定所述設(shè)備部件(12，20)的至少一個運動速度和/或運動距離。
16.用于使自動運行的設(shè)備(10)尤其是加工設(shè)備和/或傳送設(shè)備的運動的設(shè)備部件(12，20)與安全相關(guān)地停止的方法，具有下列步驟-與安全相關(guān)地確定(86，88)所述運動的設(shè)備部件(12，20)的運動參數(shù)，-與安全相關(guān)地將所確定的運動參數(shù)與一確定的基準值進行比較，-當所確定的運動參數(shù)超過所述確定的基準值時，使所述設(shè)備部件停止(94，100)，其特征在于，為了確定所述運動參數(shù)，首先借助于加速度傳感器(50；50a，50b)檢測(82)所述運動的設(shè)備部件(12，20)的加速度，然后根據(jù)檢測出的加速度確定所述設(shè)備部件的至少一個運動速度和/或運動距離作為所述運動參數(shù)(86，88)。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述運動的設(shè)備部件(12，20)是一作沖頭式運動的模具(20)，并且確定下列參數(shù)中的至少一個作為所述運動參數(shù)模具的運動速度、模具的減速行程、無接觸作用的保護裝置的抑制點、在模具的快速行程與低速行程之間的轉(zhuǎn)換點、模具的運動方向。
全文摘要
一種用于自動運行的設(shè)備(10)的安全裝置，該安全裝置設(shè)計成用于與安全相關(guān)地確定運動的設(shè)備部件(12，20)的至少一個運動參數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述安全裝置包括一加速度傳感器(50；50a，50b)和一分析處理單元(46a，46b)。所述加速度傳感器(50；50a，50b)與所述運動的設(shè)備部件(12，20)耦聯(lián)以便檢測該運動的設(shè)備部件(12，20)的加速度。所述分析處理單元(46a，46b)設(shè)計成根據(jù)所述加速度確定所述設(shè)備部件(12，20)的至少一個運動速度和/或運動距離。
文檔編號B30B15/28GK101065608SQ200580040098
公開日2007年10月31日 申請日期2005年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月24日
發(fā)明者C·魏沙爾, G·貝茲 申請人:皮爾茨公司