CN101300099B - 用于在工件上定位工具的显示设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于在工件(4)上定位工具的显示设备，它具有用于发射穿透工件(4)信号(10)的发射器(2)和用于接收信号(10)的接收器。本发明建议接收器包括由传感器元件(8)构成的装置。

Description

用于在工件上定位工具的显示设备

技术领域

本发明涉及一种用于在工件上定位工具的显示设备。

背景技术

在加工工件，例如墙体或者楼层顶棚时会出现这样一些情况，即例如在顶棚的一侧例如为顶栅中的孔确定了位置，但是在这一侧又不能打孔。然后在该顶棚的另一例进行打孔，其中必须在顶棚的这一侧给所希望的位置打上标记。为此公开了一些具有发射器的显示设备。这个发射器固定在墙壁或者顶棚的不能打孔的那一侧的规定的位置上。该发射器发射例如穿过墙体的发射信号。借助移动的接收器在墙壁的加工侧寻找相应的所希望的那个位置，并在那里给该位置打上标记，并且例如在这个位置上打孔。

发明内容

本发明涉及用于在工件上定位工具的显示设备，该显示设备具有用于发射穿过墙体的信号的发射器和用于接收该信号的接收器。

按照本发明的用于在工件上定位工具的显示设备具有用于发射穿透工件的信号的发射器和用于接收信号的接收器，接收器包括由多个传感器元件构成的装置，其特征在于，所述显示设备具有可由一个分析单元控制的光学信号机构，该信号机构以距传感器元件预定的距离进行布置。

本发明建议，接收器包括由传感器元件构成的装置。通过这一措施可放弃单个的接收器在工件的和发射器对置的一侧四处移动，并且可以简单地得出所希望的位置或者应确定的地点，并且将其例如显示在数字显示器上，或者直接通过一个或者多个灯显示出来。为此将该装置固定在工件例如墙体的与发射器对置的一侧，并且可直接在所希望的位置上直接读出加工部位。

上述装置有利地是一种栅格结构，例如是一种矩形的栅格结构。该装置合适地包括用于固定在工件上的机构，例如胶粘剂。显示设备用于间接地或者直接地显示所希望的位置。在这种情况中有利地工件位于发射器和接收器之间。在发射时发射器可在千赫兹、兆赫兹或者千兆赫兹范围内将电磁波，以调制信号、磁场或者电场形式输入到工件中。所有无需许可的无线电频带(ISM-频带)都适合为频率范围。特别有利的是一种所谓的UWB发射器(Ultra Wide Band-超宽带)。该发射器发射一种例如一个或者多个脉冲形式的且在500MHz和20GHz之间的频率范围内的一种很宽的宽带信号。在这样一种运行状态中仅需要一种很小的发射功率，因为单个频率的干扰是没有危害的。此外，可以快速发射和接收大量的例如用于分析工件厚度或者工件材料的数据。附加地通过相应的信号部件可单个快速地响应多个传感器。作为对规定用于脉冲运行的发射器的替代方案可有利地采用CW雷达或者PN雷达。在CW雷达(Continuous Wave(连续波))中发射出一种频率斜坡，并且将反射的频率和刚发射的频率进行比较。在一种PN雷达(Pseudo Noise(伪噪音))中产生一种连续的噪音，并且所希望的信号盖过噪音。

为了产生信号可将永久磁体、电磁体、线圈、电容器装置或者用于产生电场峰值(Feldspitze)的装置用作发射器。在使用电磁波作为发射信号，并且作为传感器元件中的天线时可通过接收到的场强来分析发射信号。在采用电容表面时可通过电场的强度或者变化进行分析。也可以采用表面声波。其中通过激发例如在半导体材料中的共振结构，并且将其转换为一种电信号进行分析。

在优选的方案中传感器元件是所谓的RFID元件(Radio FrequencyIdentification-无线射频识别)，因为这样一些元件可特别有利地大批量生产。这样一些RFID元件已广泛公开，并且可用识别信号对发射信号作出响应。所述识别信号的强度和信号内容由计算单元进行分析。在使用磁波作为发射信号时传感器元件可以包含一些线圈，并且可通过接收的场强进行分析。在使用静态磁场时可以使用磁性传感器，例如霍耳传感器，并结合场强分析。在使用电场时可使用电场传感器，例如电容器装置，并结合对电场强或者电荷的分析。

如果将传感器元件固定在支承装置中，特别是在预定的位置上时可特别容易地将具有传感器元件的装置固定在工件上。可将传感器元件固定在支承装置之中或者之上。特别有利的是使用一种特别是可以卷起的支承垫用作支承装置。这样就可特别简单地搬运。

如果至少一个传感器元件在接收的过程中相对于支承装置是可移动的，则在寻找或者显示位于发射器的例如对面的所希望的位置时，可达到高的位置分辨率。特别是在接收过程中所有固定在支承装置上的传感器元件都可相对于支承装置移动，合适地在内部支承装置上，该内部支承装置总体上可相对于支承装置移动。

如果传感器元件具有光学的信号机构则可特别简单地显示所测得的地点。在这种情况中信号机构的照明强度基本上可连续变化，这样就可直接光学地显示出例如场强。

在本发明的另一实施方式中显示设备具有可由分析单元控制的光学信号机构。该信号机构距传感器元件预定距离设置。通过这一措施可基本与传感器元件的位置无关地显示待测定的地点。

如果信号机构包括由信号元件组成的矩阵则可特别简单和准确地显示待检测的地点。

如果由分析单元检测、存储和显示待检测的地点则特别是使用短的发射脉冲是有利的。为此显示设备合适地包括分析单元。该分析单元与发射器的瞬时发射过程无关地准备输出显示地点的信号。

如果设置用于发射穿过工件的信号的传感器元件则显示设备可设计得价格特别低廉且结实。分析单元可和发射器连接，这样传感器装置无需和分析单元直接连接，因此它可很简单地设计。

有利地显示设备包括用于接收传感器元件的信号的分析单元和至少一个编码装置，用于给传感器元件的信号配以属于该传感器元件的代码。通过这一措施分析单元可根据传感器元件的代码区分这些传感器元件，并且例如确定工件的厚度，其措施是检测这些传感器元件相对于发射器或者附加的接收器的相对位置。

合适地显示设备包括分析单元，它被设置用于从至少一个传感器元件的信号确定工件厚度，例如从检测信号运行时间来确定工件的厚度。

通过分析单元可特别准确地检测工件的厚度。这个分析单元的设置是用于从传感器信号的比较中确定工件厚度。可根据分析单元的指令由传感器元件，或者通过例如发射器的发射信号的激发由传感器元件发射出传感器信号。

从下述附图说明中可以得到其它的优点。在附图中示出了本发明的几个实施例。附图、说明书包括许多特征组合。技术人员也可合适地单独地使用这些特征，并且将它们综合成其它有意义的组合。

附图说明

图1：墙壁上的显示设备简图；

图2：显示设备的具有传感器元件的支承装置；

图3：备选的显示设备的部分图，具有信号元件栅格；

图4：用于确定工件厚度的显示或者分析简图；

图5：具有在其上可移动的内部支承装置的支承装置；

图6：发射、接收和分析简图。

具体实施方式

图1示出具有发射器2的显示设备。该发射器2定位和固定在设计为墙壁的工件4的一侧。在发射器2的对面，具有多个传感器元件8的支承装置6固定在该墙壁上。由一系列传感器元件8探测由发射器2发射的信号10。

图2示出由固定织物构成为垫的支承装置6。在该垫上以下述方式固定有6×12个传感器元件8，即它们沿箭头14方向相对于支承装置6可分别一直移动到快到相邻的传感器元件8。在传感器元件8上分别固定有发光二极管形式的光学信号元件12。支承装置6本身具有四个用于固定在工件4上的固定机构16。这些固定机构设计成易于更换的胶粘剂。

为了测得所希望的或者应测得的位于发射器2对面的位置18，将该发射器固定在工件4上的发射位置上。例如从工件4的另一侧推进的墙体穿孔应该在该位置上从墙体中出来。紧接着具有传感器元件8的支承装置6固定在工件4的另一侧，确切地说是固定在这样的部位中，即估计位于发射器2的发射位置对面的、那个所希望的位置18应在这个部位中。现在借助按钮20接通该发射器2，并且将它的锥形的信号10射到工件4中。这个信号被传感器元件8检测到。当信号10超过预先设定的信号强度时，检测着信号10的传感器元件8紧接着给分别配属于它们的信号元件12发射信号10。在图2所示的例子中例如四个信号元件12发光。这四个信号元件设置在所希望的位置18的周围。在这种情况中发光的信号元件12的数量主要与支承装置6和发射器2的距离有关。支承装置6离发射器2越远，则位于锥形的信号10内的信号元件12越多，并且相应地发光。当墙壁很薄时可能出现这样的情况，即锥形信号10在传感器元件8之间穿过，并且没有碰到它们中的任何一个。通过沿箭头14方向轻微地移动传感器元件8还是可以找到信号10，并且很准确地确定所希望的位置18。此外，在图2所示的实例中由操作人员通过移动信号元件12可准确地检测到信号10的圆形的边界，并且将所希望的位置18准确地识别为这个圆的中心点。

为了附加地能确定工件4的厚度，显示设备配设有发射装置。通过该发射装置当操作按钮22时传感器元件8分别发出一个信号32(图5)。发射器2用于接收并且借助分析单元24分析这些信号24，该发射器2对传感器元件8的这些信号32进行分析，并且从中确定工件4的厚度。这个厚度在发射器2的未示出的显示机构中显示出来。检测厚度的措施是，每个传感器元件8发射一个相应编码的信号32。通过这个编码信号分析单元24可明确唯一识别出信号32的来源。分析单元24可以从信号32传感器元件8到发射器2的运行时间差，并结合通过编码已知的传感器元件8在支承装置6中的位置来计算出最接近的传感器元件8的距离。在这方面的唯一前提是支承装置6尽可能平整地紧贴在工件4上。当支承装置6平整地对齐时并不需要传感器元件8和发射器2之间的同步。

图3示出显示设备的另一支承装置6，具有带有多个构造为RFID元件的传感器元件8和信号元件12。原则上基本相同的结构部件用相同的附图标记表示。关于相同的特征和功能请参阅图2的实施例说明，其中，下述说明基本限制在和图2的实施例的不同之处。传感器元件8不可移动地固定在支承装置6上，并且分别支承着一个信号元件12。附加地其它一些信号元件12本身固定在支承装置6本身上。通过所有信号元件12的紧密布置可很准确地检测到所希望的位置18。此外，操作人员可从发光的信号元件12的数量估计出发射器2到信号元件12的距离。

发射器2以一个或者多个超短波的、且能量上很微弱的脉冲形式发射它的信号10。通过这种脉冲信号10得到一种超宽的频率范围，并且在很大程度上对干扰不敏感。分析单元28可从接收信号10的传感器元件8的数量、这些传感器元件在支承装置6上的位置和由它们测得的信号强度计算出所希望的位置18。该位置由分析单元28存储，并且不依赖信号10是否存在而由信号元件12显示出来。为了给操作人员输出所希望的位置18，分析单元28例如可让所有布置在信号10内的信号元件12发光，如图3所示。操作人员可从发光的信号元件12的总体的几何形状估计出所希望的位置18的地点以及墙壁的厚度。备选的是，分析单元24仅控制那个紧邻着所希望的位置18的那个信号元件12。

图4简图示出工件的厚度对响应的传感器元件8的数量和分布的影响。从发射器2将信号10锥形地发射到例如墙壁上。如果墙壁的厚度为A，则信号10的空间扩展比较小，这样，在墙壁上布置在与发射器2对置侧上的传感器元件8仅在如图4所示的例如具有七个传感器元件8的这个小的空间延伸中响应。在具有厚度B的更厚的墙壁中从墙壁中出来的信号10的空间扩展要大得多，并且检测到更多的传感器元件8，例如八个传感器元件8和32个信号元件12。只要操作人员熟悉信号10的扩展锥，就可从由分析单元28所控制的信号元件12的数量中估算出墙壁的厚度。只要是以电子方式检测墙壁的厚度，分析单元24就可从响应的传感器元件8的数量和位置中计算出厚度，并且相应地在输出单元26(图3)上输出。

图5简图示出用于显示所希望的位置18的显示方法和用于检测工件4的厚度的检测方法。发射器2将信号10输入到工件4中。信号10穿过工件4，并且被传感器元件8记录下来。传感器元件8和分析单元28连接。该分析单元从传感器元件8的信号30得出所希望的位置8、并且在必要时得出工件4的厚度。根据实施例，分析单元28可促使传感器元件8输出其它的信号32。这些信号32穿过工件4，并且被发射器2的发射天线接收，该发射天线也可同时是发射器2的接收天线。从这个信号32，分析单元24可以确定工件的厚度。

图6示出另一实施例。支承装置6具有内部支承装置34。在这个内部支承装置上不可移动在固定着传感器元件8。然而，内部支承装置34本身沿箭头36方向相对于支承装置6并在这个支承装置6内是可移动的。为了确定所希望的位置18可将支承装置6定位在工件4上，并且可将也已定位的发射器2接通。信号锥体被一些传感器元件8记录下来，它的信号又被输送到分析单元28。从有反应的传感器元件8的数量和位置和它们的不同的反应时间分析单元28计算出工件4的厚度并在输出单元26上输出这个厚度，其中上述不同的反应时间是信号10从发射器2到离该发射器2不同距离的传感器元件8的不同运行时间产生的。此外，分析单元28以坐标的形式输出所希望的位置，例如图6中的F17。为此，对于分析单元28来说内部支承装置34相对于支承装置6的相对位置是已知的。其中，所希望的位置18的表示精确度与传感器元件8彼此间的距离有关。

为了提高这个精确度现在操作人员可将内部支承装置34相对于支承装置6作二维的往返移动，其中，传感器元件8按照多个间隔或者连续地接收发射器2的信号10，并且将相应的信号30传输到分析单元28。从这些信号30和在内部支承装置34移动时它们的变化-或者响应的传感器元件8的变化-分析单元28可以很高的精确度求出所希望的位置18，并且相应地在输出单元26上输出。

附图标记表

2    发射器

4     工件

6     支承装置

8     传感器元件

10    信号

12    信号元件

14    箭头

16    固定机构

18    位置

20    按钮

22    按钮

24    分析单元

26    输出单元

28    分析单元

30    信号

32    信号

34    内部支承装置

36    箭头

A     厚度

B     厚度

Claims (9)

1.用于在工件(4)上定位工具的显示设备，具有用于发射穿透工件(4)的信号(10)的发射器(2)和用于接收信号(10)的接收器，接收器包括由多个传感器元件(8)构成的装置，其特征在于，所述显示设备具有可由一个分析单元(28)控制的光学信号机构，该信号机构以距传感器元件(8)预定的距离进行布置。

2.按照权利要求1所述的显示设备，其特征在于，传感器元件(8)设置在支承装置(6)中。

3.按照权利要求2所述的显示设备，其特征在于，在接收过程中至少一个传感器元件(8)可相对于支承装置(6)移动。

4.按照权利要求1所述的显示设备，其特征在于，传感器元件(8)具有光学的信号机构。

5.按照权利要求1所述的显示设备，其特征在于，信号机构包括由信号元件(12)组成的矩阵。

6.按照权利要求1所述的显示设备，其特征在于，所述分析单元(28)以与发射器(2)的瞬时发射过程无关的方式准备输出显示地点的信号。

7.按照前述权利要求1至6中任一项所述的显示设备，其特征在于，所述传感器元件(8)被设置用于发射穿过工件(4)的信号(32)。

8.按照权利要求1所述的显示设备，其特征在于，所述分析单元(24、28)被设置用于由至少一个传感器元件(8)的信号(10、32)确定工件厚度。

9.按照权利要求1所述的显示设备，其特征在于，所述分析单元(24、28)被设置用于从传感器元件(8)的传感器信号的比较中确定工件厚度。

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