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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen und/oder akustischen Anzeige einer Ausrichtung einer Handwerkzeugmaschine gegenüber einem Werkstück mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zur optischen und/oder akustischen Anzeige einer Ausrichtung einer Handwerkzeugmaschine gegenüber einem Werkstück mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs 8.
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Bei der Bearbeitung von Werkstücken mittels Handwerkzeugmaschinen muss die exakte Ausrichtung des bearbeitenden Werkzeuges normalerweise von Hand, d. h. nach Augenmaß, erfolgen. Beim freihändigen Bohren von Löchern mittels einer Bohrmaschine können dadurch die Probleme entstehen, dass weder eine exakte Bohrtiefe noch eine exakt senkrechte Ausführung der Bohrung zuverlässig zu gewährleisten sind. Das Bohren bis zur benötigten Bohrtiefe ist leichter sicherzustellen, da es zu diesem Zweck mechanische Hilfsmittel oder auch die Möglichkeit von farblichen Markierungen am Bohrer gibt, die dem Benutzer die Arbeit erleichtern können. Zur Sicherstellung einer exakt senkrechten Bohrung muss der Benutzer die Bohrmaschine möglichst ruhig in einer zur Werkstückoberfläche senkrechten Lage halten, kann sich aber nicht völlig sicher sein, dass er die Bohrmaschine in der exakt richtigen Lage angesetzt hat. Auch ist die Beibehaltung dieser gewählten Lage anstrengend und deshalb nicht zuverlässig zu gewährleisten.
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Zur Unterstützung des Benutzers bei seinen Bemühungen um eine exakte Platzierung einer Handwerkzeugmaschine bzw. einer Bohrmaschine und zur Bestimmung einer Bohrtiefe sind unterschiedliche Vorrichtungen bekannt geworden. So offenbart bspw. die
DE 10 2004 024 990 A1 eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Eindringtiefe einer Bohrmaschine bzw. deren Werkzeug in ein Werkstück. Die Vorrichtung umfasst eine Messeinheit, die dem berührungslosen Messen eines Abstands zum Werkstück dient. Ein Sollwert für die Eindringtiefe lässt sich manuell einstellen. Die Messeinheit erfasst während des Bohrens den Abstand der Maschine zum Werkstück. Erreicht der Abstand den einstellbaren Wert der Soll-Eindringtiefe, wird ein Signal ausgelöst, das einen Ausschaltmechanismus aktiviert.
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Aus der
DE 103 18 798 A1 ist eine Bohrmaschine mit einem Neigungssensor bekannt, mit dessen Hilfe eine horizontale oder vertikale Ausrichtung erleichtert werden kann.
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Ein vorrangiges Ziel der Erfindung besteht darin, eine Sensorik für eine Handwerkzeugmaschine zur Verfügung zu stellen, die einem Benutzer eine exakte Ausrichtung und Positionierung gegenüber einer Werkstückoberfläche ermöglicht bzw. erleichtert. Vorzugsweise sollte dem Benutzer die Ausrichtung durch geeignete Anzeige- oder Signaleinrichtungen erleichtert werden.
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Das Ziel der Erfindung wird mit den Gegenständen der unabhängigen Ansprüche erreicht. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen abhängigen Ansprüchen. Zur Erreichung des Ziels schlägt die Erfindung eine Vorrichtung zur optischen und/oder akustischen Anzeige einer Ausrichtung einer Handwerkzeugmaschine gegenüber einem Werkstück vor, die eine an der Handwerkzeugmaschine fixierte oder lösbar fixierbare Sensoreinrichtung mit wenigstens drei Sensorelementen umfasst, die jeweils beabstandet voneinander und beabstandet zum Werkstück angeordnet sind. Wahlweise kann die Sensoreinrichtung auch in einer Weise ausgebildet sein, dass sie wenigstens drei Sensorelemente umfasst, die in integrierter Bauweise zusammengefasst sind. So kann die Sensoreinrichtung bspw. ein optisches Sensorareal mit wenigstens drei als Sensorelementen fungierenden, voneinander beabstandeten Bereichen umfassen. Bei einer solchen Ausführungsvariante kann die Sensoreinrichtung bspw. durch einen CCD-Flächensensor o. dgl. gebildet sein.
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Grundsätzlich müssen die Sensoren in der Lage sein, durch Emittieren und Empfangen von elektromagnetischen Wellen wie sichtbarem oder unsichtbarem Licht oder von akustischen bzw. Tonsignalen eine Information aus der Oberfläche des Werkstückes und/oder der Relativposition des Werkzeuges zu dieser Werkstückoberfläche zu gewinnen. Welche Sensoren hierfür im Einzelnen eingesetzt werden, ist für die grundsätzliche Funktion und Wirkungsweise der Erfindung nicht von zentraler Bedeutung.
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Eine mit der Sensoreinrichtung gekoppelte Rechnereinheit liefert in Abhängigkeit von den Sensorwerten optische und/oder akustische Ausgangssignale für einen Benutzer, die ihm Informationen über einen Neigungswinkel der Handwerkzeugmaschine gegenüber der Werkstückoberfläche liefern. Die Handwerkzeugmaschine kann insbesondere eine Bohrmaschine sein, bei der die exakte Ausrichtung des Bohrers zur Werkstückoberfläche besonders kritisch sein kann, bspw. beim exakt senkrechten Setzen von Gewindebohrungen o. dgl. Die von der Rechnereinheit generierten Ausgangssignale können wahlweise optische und/oder akustische Signale sein, bspw. intermittierende und/oder in ihrer Frequenz und/oder in ihrer Taktung variierende Signale. Die optischen Signale können in geeigneter Weise codiert sein, bspw. als Balkenanzeigen, als Richtungspfeile, als alphanumerische Anzeigen o.ä.
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Die Sensoreinrichtung kann bspw. als Ring ausgebildet sein, der in vorteilhafter Weise hinter dem Bohrfutter angeordnet sein kann, so dass er ggf. lösbar mit einem Gehäuseabschnitt der Bohrmaschine verbunden sein kann. Wahlweise kann die Sensoreinrichtung auch im Gehäuse der Bohrmaschine integriert sein. Eine vorteilhafte Variante einer lösbar am Gehäuse der Bohrmaschine fixierbaren Sensoreinrichtung kann bspw. vorsehen, dass der Ring mit der Sensoreinrichtung gleichzeitig als Anschlusselement für einen Zusatzhandgriff fungiert. Ein solcher Ring kann vorzugsweise an einem normalerweise vorhandenen Anschlussflansch unmittelbar hinter dem Bohrfutter der Bohrmaschine angeordnet und dort montiert werden. Ein umfangsseitig am Ring angeordnetes Gewinde kann dann die Montage bzw. das Einschrauben eines Zusatzhandgriffes ermöglichen.
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Die Sensorelemente können wie erwähnt bspw. auch durch Ultraschallsensoren gebildet sein, die beabstandet voneinander im Ring und/oder im Gehäuse der Bohrmaschine bzw. der Handwerkzeugmaschine angeordnet sind. Wahlweise sind auch optische Sensoren, bspw. Infrarotsensoren o. dgl. möglich, die in entsprechender Weise auf die Werkstückoberfläche gerichtet sind und deren Neigung und/oder ihren Abstand erfassen können.
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Die Anzeigeeinrichtung kann bspw. eine optische Anzeige mit mehreren Pfeilen, Grafiken, Leuchtpunkten etc. umfassen. So kann die Anzeigeeinrichtung vorzugsweise wenigstens fünf Grafikelemente oder Leuchtpunkte umfassen, wobei vier Leuchtpunkte oder Grafikelemente jeweils um einen mittig angeordneten Leuchtpunkt bzw. ein mittig angeordnetes Grafikelement gruppiert sein können.
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Die Erfindung umfasst zur Erreichung des o. g. Ziels weiterhin ein Verfahren zur optischen und/oder akustischen Anzeige einer Ausrichtung einer Handwerkzeugmaschine gegenüber einem Werkstück. Bei diesem Verfahren erfassen wenigstens drei Sensorelemente, die jeweils beabstandet voneinander und beabstandet zum Werkstück angeordnet sind, die Abstände zur Werkstückoberfläche, so dass aus den Sensorsignalen der wenigstens drei Sensoren optische und/oder akustische Ausgangssignale für einen Benutzer erzeugt werden können, die ihm eine Information über einen Neigungswinkel und/oder einen Abstand der Handwerkzeugmaschine gegenüber der Werkstückoberfläche liefern. Wie erwähnt, können die Sensorelemente bspw. als Ultraschallsensoren arbeiten, die jeweils einen Abstand von der Werkstückoberfläche erfassen und ein entsprechendes Ausgangssignal liefern. Die Ausrichtung der Handwerkzeugmaschine zur Werkstückoberfläche kann dem Benutzer in vorteilhafter Weise auf optischem Wege mit mehreren Pfeilen, Grafiken, Leuchtpunkten etc. angezeigt werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung lassen sich der nachfolgenden Figurenbeschreibung entnehmen. Die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind.
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1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung.
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2 zeigt zwei Ausführungsvarianten eines Rings mit Sensorelementen.
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3 zeigt zwei schematische Ansichten von optischen Anzeigen.
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4 zeigt zwei weitere schematische Ansichten von optischen Anzeigen.
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5 zeigt eine weitere schematische Ansicht einer optischen Anzeigevariante.
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6 zeigt eine weitere Variante eines Rings sowie eines darin angeordneten Sensorareals.
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Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße Vorrichtung oder das erfindungsgemäße Verfahren ausgestaltet sein können und stellen keine abschließende Begrenzung dar.
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Die schematische Darstellung der 1 verdeutlicht eine typische Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung 10, die an einer Handwerkzeugmaschine wie einer Bohrmaschine 12 angeordnet sein kann, um deren exakte Ausrichtung gegenüber einer Werkstückoberfläche 14, insbesondere die exakt rechtwinkelige Ausrichtung eines Bohrers 16 zur Werkstückoberfläche 14 zu erleichtern. Zu diesem Zweck kann die Sensoreinrichtung 10 mehrere, insbesondere drei Sensorelemente 18 aufweisen, die jeweils beabstandet voneinander an einem Ring 20 angeordnet sein können, der bspw. lösbar an einem Flansch der Bohrmaschine 12 fixiert sein kann. Die Sensoren 18 können bspw. als Ultraschallsensoren ausgebildet sein, die ihre Sensorsignale 22 an eine Recheneinheit 24 liefern, die aus den aufbereiteten Werten der Sensorsignale 22 eine Anzeigeeinrichtung 26 ansteuert, um dem Benutzer auf einfache und unmissverständliche Weise eine präzise Erkennung der Ausrichtung des Bohrers 16 gegenüber der Werkstückoberfläche 14 zu liefern.
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Die von der Rechnereinheit 24 generierten Ausgangssignale 28 können wahlweise optische und/oder akustische Signale sein, bspw. intermittierende und/oder in ihrer Frequenz und/oder in ihrer Taktung variierende Signale. Die optischen Signale können in geeigneter Weise codiert sein, bspw. als Balkenanzeigen, als Richtungspfeile, als alphanumerische Anzeigen o. ä., die auf der Anzeigeeinrichtung 26 visualisiert werden.
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Wie die schematischen Ansichten der 2a und der 2b erkennen lassen, kann die Sensoreinrichtung 10 bspw. als Ring 20 ausgebildet sein, der in vorteilhafter Weise hinter dem Bohrfutter angeordnet sein kann, so dass er ggf. lösbar mit einem Gehäuseabschnitt der Bohrmaschine 12 verbunden sein kann, insbesondere durch eine verschraubbare Klemmverbindung. Wahlweise kann die Sensoreinrichtung 10 auch im Gehäuse der Bohrmaschine 12 integriert sein. Die Sensorelemente 18 können bspw. durch Ultraschallsensoren gebildet sein, die beabstandet voneinander im Ring 20 angeordnet sind. Wahlweise sind auch optische Sensoren, bspw. Infrarotsensoren o. dgl. möglich, die in entsprechender Weise auf die Werkstückoberfläche gerichtet sind und deren Neigung und/oder ihren Abstand erfassen können. Die Sensorelemente 18 können wahlweise gleichmäßig voneinander beabstandet, d. h. in einer 120°-Teilung über den Ring 20 verteilt (2a) oder bspw. in einer Hälfte des Rings 20 angeordnet und in einer kombinierten 90°/180°-Teilung platziert sein (2b), was bspw. Vorteile hinsichtlich einer leichteren Signalverarbeitung und/oder einer randseitigen Werkstückbearbeitung bieten kann.
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Wie die 3 bis 5 erkennen lassen, kann die Anzeigeeinrichtung 26 bspw. eine optische Anzeige mit mehreren Pfeilen, Grafiken, Leuchtpunkten etc. umfassen. So kann die Anzeigeeinrichtung bspw. gemäß 3a fünf Grafikelemente oder Leuchtpunkte 30 umfassen, wobei vier Leuchtpunkte 30 jeweils um einen mittig angeordneten Leuchtpunkt 30 bzw. ein mittig angeordnetes Grafikelement gruppiert sein können. Eine Anzeige mit insgesamt neun Leuchtpunkten 30, die eine Kreuz-Anordnung aufweisen, kann die Auflösung und damit den Ablesekomfort für den Benutzer verbessern. Die Anordnung kann horizontal und vertikal (3) oder auch diagonal sein, wahlweise wiederum mit fünf Leuchtpunkten (4a) oder mit neun Leuchtpunkten (4b), die in diagonal gekreuzten Reihen angeordnet sein können.
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Darüber hinaus sind auch andere grafische Anzeigemodi möglich, bspw. Pfeilanzeigen gemäß 5, bei der ein Pfeilsymbol 32 eine Neigungsrichtung der Bohrmaschine 12 bzw. die für einen Ausgleich notwendige Bewegungsrichtung anzeigen kann.
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Die beiden Darstellungen der 6 verdeutlichen eine weitere Ausführungsvariante, bei der die im Ring 20 angeordnete Sensoreinrichtung 10 (6a) zwar mindestens drei Sensorelemente 18 umfasst, diese jedoch in einem gemeinsamen Sensorareal 34 in integrierter Bauweise zusammengefasst sind. Die schematische Darstellung der 6b zeigt ein solches Sensorareal 34 in beispielhafter Ausgestaltung. Das dort gezeigte optische Sensorareal 34 kann bspw. eine regelmäßige Pixelmatrix mit einer Mehrzahl von Zeilen und Spalten aufweisen, wobei einzelne dieser Sensorflächen jeweils als Sensorelemente 18 verschaltet sind und fungieren, wobei diese als Sensorelemente 18 fungierenden Bereiche 36 ausreichend voneinander beabstandet sein müssen, um verwertbare Triangulationssignale gewinnen zu können. Die Sensoreinrichtung 10 kann bspw. durch einen CCD-Flächensensor gebildet sein.
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Die vom Sensor erfassten Signale können wahlweise durch drei oder mehr Sender erzeugt werden. Sie können jedoch wahlweise auch durch einen aufgefächerten Strahl eines einzigen optischen Senders erzeugt werden, der auf diese Weise mindestens drei Bildpunkte am Objekt bzw. an der Werkstückoberfläche erzeugt, die vom Sensor in der erläuterten Weise erfasst und zur Errechnung der jeweiligen Abstände genutzt werden können.
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Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch für einen Fachmann vorstellbar, dass Abwandlungen oder Änderungen der Erfindung gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Sensoreinrichtung
- 12
- Bohrmaschine
- 14
- Werkstückoberfläche, Werkstück
- 16
- Bohrer
- 18
- Sensorelement
- 20
- Ring
- 22
- Sensorsignal, Sensorwerte
- 24
- Recheneinheit
- 26
- Anzeigeeinrichtung
- 28
- Ausgangssignal
- 30
- Leuchtpunkt
- 32
- Pfeilsymbol
- 34
- Senorareal
- 36
- Sensorbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004024990 A1 [0003]
- DE 10318798 A1 [0004]
