DE102006000364A1

DE102006000364A1 - Handgeführtes Positionsmessgerät für eine Fläche

Info

Publication number: DE102006000364A1
Application number: DE200610000364
Authority: DE
Inventors: Peer Schmidt
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2006-07-21
Filing date: 2006-07-21
Publication date: 2008-01-31

Abstract

Ein handgeführtes Positionsmessgerät (1) mit einem handhabbaren Gehäuse (3), das mittels an einer Fläche anlegbarer Gleitdüse (8) über der Fläche längs einer Kurve stetig versetzbar ist, und mit einem mit einem Rechenmittel (10) verbundenen Positionssensor (11), der als ein berührungsloser optischer Bildsensor mit einer Lichtquelle (12) und einer Vielzahl zweidimensional versetzter Photodetektoren (13) ausgebildet ist, wobei zumindest ein mit dem Rechenmittel (10) verbundener Absolutorientierungssensor vorhanden ist sowie am Gehäuse (3) eine Positionsmarke (4) ausgebildet ist.

Description

Aufgabe der Erfindung
Die Erfindung bezeichnet ein handgeführtes Positionsmessgerät für eine Fläche, insbesondere zur Markierung von Punkten sowie weiterbildend zur Detektion unter einer Fläche eingebetteter Objekte, insbesondere Armierungseisen in Beton.
Im Bauhaupt- und Nebengewerbe besteht ein Bedarf zur Markierung und Vermessung von Punkten an Flächen, insbesondere von Seitenwänden, Böden und Decken aus armierten Beton, als Flächenkoordinaten bezüglich eines lokalen, natürlich orientierten Initialsystems. Der Begriff Fläche umfasst in diesem Zusammenhang alle flächigen Körper mit einer zumindest stückweise ebenen oder gering gekrümmten Oberfläche, über diese ein handgeführtes Positionsmessgerät stetig versetzt führbar ist.
Übliche Handscanner bestehen aus einem zur Detektion eines eingebetteten Armierungseisens geeigneten Detektionssensor, bspw. Induktionsspulen oder Ultrawideband(UWB)-Radar, angeordnet in einem handhabbaren Gehäuse, das mittels starrachsiger Führungsrollen längs einer eindimensionalen Scannrichtung über einen zu untersuchenden Bereiches geführt versetzbar ist, wobei mit zumindest einer Führungsrolle ein Wegmessensor (eindimensionaler Positionssensor) verbunden ist, und der Detektionssensor sowie der Wegmessensor mit einem Rechenmittel verbunden sind.
Nach der EP506605 wird ein Handscanner über ein zuvor markiertes Raster des zu untersuchenden Bereiches geführt versetzt. Ein in einem separaten Auswertemodul angeordneter Rechner ermittelt aus diesen Daten die Orientierung der Armierungseisen und zeigt diese zusammen mit dem Bild des Rasters auf einem graphischen Display an. Nach der DE10205002 wird bei einem Handscanner nach einer Hin- und Herbewegung längs der eindimensionalen Scannrichtung auf einem integrierten graphischen Display die Position der Armierungseisen bezüglich einer Positionsmarke direkt angezeigt.
Bedingt durch die im Allgemeinen sehr rauhe, unebene und verwitterte Struktur von Betonwänden ist ein zuverlässiges Abrollen der Führungsrollen längs einer Scannrichtung über der Oberfläche nicht immer gegeben, was dann zu Ungenauigkeiten in der Wegmessung und dadurch bei der Anzeige der Position detektierter Objekte führen kann. Ebenso führt ein Rutschen der Führungsrollen zu einem Abweichen von der eindimensionalen Scannrichtung, wodurch sich Ungenauigkeiten bei der Berechnung der Koordinaten ergeben, die durch die Nichterfassung bzw. Nichtberücksichtigung dieser Winkelabweichung bedingt sind.
Nach der US5994710 ist ein handgeführtes Computer-Eingabemittel (optische Maus) bekannt, das mittels an einer Fläche anlegbarer Gleitflüsse längs einer beliebig orientierten Kurve über der Fläche stetig versetzbar ist und einen Positionssensor aufweist, der als ein berührungsloser optischer Bildsensor mit einer Lichtquelle und zwei zueinander senkrecht orientierten, eindimensionalen Photodetektorarrays ausgebildet ist, wodurch sowohl die Translation als auch die Rotation des handgeführten Eingabemittels bezüglich eines (bezüglich Ursprung und Orientierung) unbestimmten lokalen Koordinatensystems zuverlässig erfassbar ist. Moderne derartige optische Positionssensoren haben eine Ortsauflösung über 1000 CPI (Counts per inch). Somit besteht die Aufgabe der Erfindung in der Realisierung eines handgeführtes Positionsmessgerätes für Flächen, welches längs beliebig orientierter Kurven über der Fläche stetig versetzbar ist und natürlich orientierte Flächenkoordinaten liefert. Ein weiterer Aspekt besteht in der verbesserten Positionsbestimmung bei der Detektion unter der Fläche eingebetteter Objekte.
Die Aufgabe wird im Wesentlichen durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
So weist ein handgeführtes Positionsmessgerät ein handhabbares Gehäuse, das mittels an einer Fläche anlegbarer Gleitfüsse über der Fläche längs einer Kurve stetig versetzbar ist, einen mit einem Rechenmittel verbundenen Positionssensor auf, der als ein berührungsloser optischer Bildsensor mit einer Lichtquelle und einer Vielzahl zweidimensional versetzter Photodetektoren ausgebildet ist, wobei zumindest ein mit dem Rechenmittel verbundener Absolutorientierungssensor vorhanden ist sowie am Gehäuse eine Positionsmarke ausgebildet ist.
Durch den berührungslosen optischen Bildsensor kann über entsprechende (auf der zweidimensionalen Entfaltung basierende) Rechenalgorithmen vom Rechenmittel die stetig (d.h. ohne ein Abheben) längs einer beliebig orientierten Kurve über einer rauhen Fläche versetzte Relativbewegung des Positionsmessgerätes berechnet werden, wobei diese Berechnung insbesondere die relative Translation als auch die relative Rotation umfasst, wodurch unter zusätzlicher Berücksichtigung einer vom Absolutorientierungssensors ermittelten natürlichen Orientierung stets exakte relative (ausschliesslich bezüglich des Ursprungs) sowie natürlich orientierte Flächenkoordinaten berechnet werden, wodurch die Positionsbestimmung verbessert wird.
Vorteilhaft ist der Positionssensor zumindest teilweise in Form eines zur berührungslosen optischen Positionsbestimmung üblicherweise verwendeten Integrierten Schaltkreises (IS) ausgebildet, bspw. aus der ADNS-2610 Reihe, wodurch die Realisierung ökonomisch günstig ausführbar ist.
Vorteilhaft ist ein erster Absolutorientierungssensor ein Neigungssensor, welcher sensibel gegenüber dem Schwerkraftfeld ist, wodurch an senkrechten oder zumindest schrägen Seitenwänden der Absolutwert des Neigungswinkels gegenüber dem Horizont detektierbar ist, was einer natürlichen Orientierung entspricht.
Vorteilhaft ist ein zweiter Absolutorientierungssensor ein Erdmagnetfeldsensor, weiter vorteilhaft ein Saturationskern-Magnetometer, welcher sensibel gegenüber dem Erdmagnetfeld ist, wodurch an waagerechten Decken oder Böden oder zumindest schrägen Seitenwänden der Absolutwert des Neigungswinkels gegenüber dem Horizont detektierbar ist, was einer natürlichen Orientierung entspricht.
Zweckmässigerweise wird das geeignet programmierte Rechenmittel anhand der Messwerte beider Absolutorientierungssensoren selbstständig entscheiden, ob die nach oben orientierte Vertikale oder die Nordrichtung die geeignete natürliche Orientierung darstellt, und diese für die positive X-Koordinatenrichtung auswählen.
Vorteilhaft ist die Positionsmarke als eine Durchgangsbohrung durch das Gehäuse ausgebildet, wodurch ein längliches Markiermittel wie ein Stift geführt hindurchsteckbar ist.
Vorteilhaft ist ein zur Detektion unter einer Fläche eingebetteter Objekte geeigneter Detektionssensor vorhanden und mit dem Rechenmittel verbunden, weiter vorteilhaft eine Induktionsspule oder ein Ultrawideband(UWB)-Radar, wodurch die Flächenkoordinaten und die Tiefe von detektierten Objekten bestimmbar ist.
Vorteilhaft liegt die Messachse des Detektionssensors auf der Symmetrieachse der Positionsmarke, wodurch die lotrechte Position eines detektierten eingebetteten Objekts auf der Fläche direkt markierbar ist.
Vorteilhaft ist ein von aussen betätigbarer Initialisierungsschalter vorhanden und mit dem Rechenmittel verbunden, wodurch der Ursprung der Flächenkoordinaten intuitiv initialisierbar ist.
Vorteilhaft ist eine von aussen sichtbare Anzeige vorhanden und mit dem Rechenmittel verbunden, welche die natürlich orientierten, relativen Flächenkoordinaten als X-Koordinatenwert und Y-Koordinatenwert ausgibt, wodurch diese Flächenkoordinaten direkt zur Dokumentation verwendbar sind.
Vorteilhaft umfasst die Anzeige zusätzlich die Flächenkoordinaten eines detektierten Objekts sowie dessen Tiefe, und/oder die Fächendistanzen zu diesem und/oder einen grapfischen Richtungsvektor zu diesem, wodurch die Positionsbestimmung eingebetteter Objekte intuitiv einfach ist.
Vorteilhaft sind an der zur Anlage an der Fläche bestimmten Unterseite des Gehäuses genau drei Gleitfüsse ausgebildet, wodurch auch an leicht gewölbten Flächen die Anlage stets kippfrei ist.
Die Erfindung wird bezüglich eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels näher erläutert mit:
1 Nutzungsprinzip des Positionsmessgerätes zur Positionierung und Vermessung
2 Nutzungsprinzip des Positionsmessgerätes zur Detektion eingebetteter Objekte
3 als Positionsmessgerät
4 als Variante einer Einzelheit
Nach 1 ist ein handgeführtes Positionsmessgerät 1 über eine Fläche 2 einer senkrechten Seitenwand längs einer Kurve K stetig versetzt, wobei in einem handhabbaren Gehäuse 3 eine Positionsmarke 4 ausgebildet ist, mittels welcher Markierungspunkte 5 an der Fläche 2 in einem am Ursprung O lokal initialisierten und natürlich nach der Schwerkraft G orientierten, kartesischen Flächenkoordinatensystem 6 mit den Koordinaten X und Y positioniert bzw. vermissen werden.
Nach 2 ist das im am Ursprung O lokal initialisierten und natürlich nach der Nordrichtung N orientierten, kartesischen Flächenkoordinatensystem 6 mit den Koordinaten X und Y längs der Kurve K über der Fläche 2 einer horizontalen Decke stetig versetzbar handgeführte Positionsmessgerät 1 mit der Positionsmarke 4 nahe über einem in der Decke eingebetten Armierungseisen 7 positioniert, welches detektiert und bezüglich der vektoriellen Fächendistanz D und einer Tiefe T vermessen wird.
Nach 3 weist das handgeführte Positionsmessgerät 1 am handhabbaren Gehäuse 3 drei Gleitfüsse 8 sowie die Positionsmarke 4 auf, die als eine Durchgangsbohrung 9 mit der Symmetrieachse A durch das Gehäuse 3 ausgebildet ist. Mit einem Rechenmittel 10 mit einem Mikrocontroller [mü]C verbundenen ist ein Positionssensor 11, der als ein in einem Integrierten Schaltkreis IS integrierter, berührungsloser optischer Bildsensor mit einer Lichtquelle 12 und einer Vielzahl in einem Array zweidimensional versetzter Photodetektoren 13 ausgebildet ist. Zudem sind mit dem Rechenmittel 10 jeweils verbunden:

– ein gegenüber dem Schwerkraftfeld G sensibeler Neigungssensor 14,
– ein gegenüber dem Erdmagnetfeld N sensibeler Erdmagnetfeldsensor 15 in Form eines Saturationskern-Magnetometers,
– ein von aussen betätigbarer Initialisierungsschalter 16, eine von aussen sichtbare Anzeige 17, welche die relativen Flächenkoordinaten als X-Koordinatenwert (x-Position) und Y-Koordinatenwert (y-Position) ausgibt,
– und ein Detektionssensor 18 in Form einer Induktionsspule, deren Messachse M koaxial zur Symmetrieachse A liegt.

Nach 4 umfasst die Anzeige 17 im Ereignis eines detektierten Objekts (2) dessen Flächenkoordinaten x, y (Target Position) und Tiefe T, die Flächendistanzen [Delta]x, [Delta]y, zu diesem (Distance to Target) sowie einen grapfischen Richtungsvektor 19 zu diesem (Target direction).

Claims

Handgeführtes Positionsmessgerät mit einem handhabbaren Gehäuse (3), das mittels an einer Fläche (2) anlegbarer Gleitfüsse (8) über der Fläche (2) längs einer Kurve (K) stetig versetzbar ist, und mit einem mit einem Rechenmittel (10) verbundenen Positionssensor (11), der als ein berührungsloser optischer Bildsensor mit einer Lichtquelle (12) und einer Vielzahl zweidimensional versetzter Photodetektoren (13) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein mit dem Rechenmittel (10) verbundener Absolutorientierungssensor vorhanden ist sowie am Gehäuse (3) eine Positionsmarke (9) ausgebildet ist.
Positionsmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionssensor (11) zumindest teilweise in Form eines zur berührungslosen optischen Positionsbestimmung üblicherweise verwendeten Integrierten Schaltkreises (IS) ausgebildet ist.
Positionsmessgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Absolutorientierungssensor ein Neigungssensor (14) ist, welcher sensibel gegenüber dem Schwerkraftfeld (G) ist.
Positionsmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Absolutorientierungssensor ein Erdmagnetfeldsensor (15) ist, welcher sensibel gegenüber dem Erdmagnetfeld (N) ist.
Positionsmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsmarke (4) als eine Durchgangsbohrung (9) durch das Gehäuse (3) ausgebildet ist.
Positionsmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein zur Detektion eines unter der Fläche (2) eingebetteten Objektes (7) geeigneter Detektionssensor (18) vorhanden und mit dem Rechenmittel (10) verbunden ist.
Positionsmessgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messachse (M) des Detektionssensors (18) auf einer Symmetrieachse (A) der Positionsmarke (4) liegt.
Positionsmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein von aussen betätigbarer Initialisierungsschalter (16) vorhanden und mit dem Rechenmittel (10) verbunden ist.
Positionsmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine von aussen sichtbare Anzeige (17) vorhanden und mit dem Rechenmittel (10) verbunden ist, welche die natürlich orientierten, relativen Flächenkoordinaten (6) als X-Koordinatenwert und Y-Koordinatenwert ausgibt.
Positionsmessgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige (17) zusätzlich die Flächenkoordinaten (6) eines detektierten Objekts (7) sowie dessen Tiefe (T), und/oder die Fächendistanzen (D) zu diesem und/oder einen grapfischen Richtungsvektor (19) zu diesem umfasst.
Positionsmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass genau drei Gleitfüsse (8) an einer zur Anlage an der Fläche (2) bestimmten Unterseite des Gehäuses (3) ausgebildet sind.