DE102016210942A1

DE102016210942A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Orientierung einer Bohrmaschine relativ zu einer Ebene

Info

Publication number: DE102016210942A1
Application number: DE102016210942.1A
Authority: DE
Inventors: Timon Brueckner; Dominik Neeser; Hans-Joerg Faisst; Christian Ohl; Philipp Troebner; Balazs Jatekos; Benno Roesener; Robert Kakonyi; Juergen Class
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-06-20
Filing date: 2016-06-20
Publication date: 2017-12-21
Also published as: US20170361452A1; US10537985B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung der Orientierung einer Bohrmaschine relativ zu einer Ebene, wobei die Vorrichtung mit der Bohrmaschine verbindbar ist, wobei die Vorrichtung eine Laserabstandsmesseinheit aufweist, mittels der aus einer vorgegebenen Lage gegenüber der Ebene ein erster Abstand zu einem ersten Punkt der Ebene und ein zweiter Abstand zu einem zweiten Punkt der Ebene messbar ist, und eine Auswerteeinheit aufweist, welche derart konfiguriert ist, dass anhand des ersten Abstands und des zweiten Abstands die Orientierung der Vorrichtung relativ zu der Ebene ermittelbar ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Ermittlung der Orientierung einer Bohrmaschine relativ zu einer Ebene gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12.
Beim Bohren von Löchern in Wänden oder Werkstücken mit einer ebenen Oberfläche ist es üblicherweise erwünscht, dass die gebohrten Löcher senkrecht zu der Ebene der Oberfläche ausgerichtet sind. Im Stand der Technik sind Verfahren bekannt, um den Nutzer der Bohrmaschine bei der Ausrichtung der Bohrmaschine bzw. des Bohrers zu unterstützen. Diese Verfahren erfordern es, die Ausrichtung der Bohrmaschine relativ zu der Ebene der Wand- bzw. der Werkstückoberfläche zu ermitteln.
Zur Ermittlung der Ausrichtung einer Bohrmaschine wird in der DE 20 2008 016 901 U1 vorgeschlagen, in einem Handgriff der Bohrmaschine einen Winkelneigungssensor vorzusehen, welcher eine Miniaturlibelle aufweist, die mittels Photodioden optisch überwacht wird. Über diesen Winkelneigungssensor kann die Neigung der Bohrmaschine gegenüber einer parallel zur Gravitationskraft verlaufenden Ebene, also einer senkrechten Ebene, ermittelt werden. Als nachteilig hat es sich jedoch herausgestellt, dass die Ausrichtung der Bohrmaschine gegenüber solchen Wänden und Werkstücken nicht ermittelt werden kann, deren Oberfläche eine Neigung gegenüber der Senkrechten aufweist.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Ausrichten einer Bohrmaschine relativ zu einer Wand- oder Werkstückebene zu vereinfachen, die eine Neigung gegenüber der Senkrechten aufweist.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung, eine Bohrmaschine und ein Verfahren gemäß den nebengeordneten Ansprüchen. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Orientierung der Vorrichtung bzw. der Bohrmaschine gegenüber der Ebene anhand des jeweiligen Abstands der Vorrichtung zu drei verschiedenen Punkten der Ebene definiert werden kann, welche nicht auf einer gemeinsamen Geraden liegen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, zumindest zwei dieser drei Abstände über eine Laserabstandsmesseinheit zu bestimmen. Anhand des gemessenen ersten Abstands und des gemessenen zweiten Abstands sowie bevorzugt weiterer Eingangswerte – wie beispielsweise einem dritten Abstand zu einem dritten Punkt der Ebene, welche nicht auf einer gemeinsamen Linie mit dem ersten und dem zweiten Punkt liegt – kann die Orientierung der Vorrichtung relativ zu der Ebene ermittelt werden. Gegenüber dem Stand der Technik weisen die Vorrichtung, die Bohrmaschine und das Verfahren gemäß der nebengeordneten Ansprüche den Vorteil auf, dass es nicht erforderlich ist, physikalische Größen zu messen, die abhängig von der Orientierung der Gravitationskraft sind. Somit kann auch eine Orientierung der Bohrmaschine relativ zu einer Ebene ermittelt werden, die eine Neigung gegenüber der Senkrechten aufweist. Anhand der Information zur Orientierung der Bohrmaschine kann der Nutzer beim Ausrichten der Bohrmaschine angeleitet werden, so dass das Ausrichten der Bohrmaschine relativ zur Ebene vereinfacht wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist mit der Bohrmaschine verbindbar. Bevorzugt ist die Vorrichtung derart ausgebildet, dass diese innerhalb eines Gehäuses einer Bohrmaschine anordbar ist. Alternativ kann die Vorrichtung einen Verbindungsbereich aufweisen, welcher derart ausgestaltet ist, dass die Vorrichtung mit einer Außenkontur einer Bohrmaschine verbindbar ist. Insofern kann die Vorrichtung nach Art eines Anbauteils ausgebildet sein, welches als Nachrüstlösung an einer Bohrmaschine angeordnet werden kann.
Die Laserabstandsmesseinheit kann einen oder mehrere Laserabstandsmesser aufweisen, die derart ausgestaltet sind, dass ein Abstand von einem Punkt der Ebene durch Selbstmischung des von dem Laserabstandsmesser emittierten Laserlichts mit dem Laserlicht, welches an der Ebene reflektiert wurde, messbar ist. Der oder die Laserabstandsmesser sind bevorzugt als Halbleiterlaser, insbesondere als vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL), ausgebildet. Der Halbleiterlaser weist bevorzugt eine integrierte Photodiode auf, über welche eine optische oder elektrische Größe gemessen werden kann. Ferner kann die Laserabstandsmesseinheit einen Mikrospiegel umfassen, welcher bevorzugt als MEMS (microelectromechanical system) ausgebildeten ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Laserabstandsmesseinheit einen ersten Laserabstandsmesser zur Messung des ersten Abstands und einen zweiten Laserabstandsmesser zur Messung des zweiten Abstands auf. Mittels der beiden Laserabstandsmesser kann der erste und der zweite Abstand gleichzeitig ermittelt werden. Die beiden Laserabstandsmesser sind bevorzugt quer zueinander ausgerichtet, so dass die Messung in zwei quer zueinander angeordneten Raumrichtungen erfolgen kann. Zur Ermittlung der Orientierung der Bohrmaschine relativ zur der Ebene wird bevorzugt ein dritter Abstand zu einem dritten Punkt der Ebene herangezogen. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist der dritte Abstand ein vorgegebener Abstand, welcher dem Abstand der Vorrichtung bzw. der Laserabstandsmesseinheit von der Ebene in einer Lage der Bohrmaschine entspricht, in welcher ein Bohrer der Bohrmaschine die Ebene berührt. Hierdurch ist es möglich, die Orientierung der Bohrmaschine beim Ansetzen des Bohrers an der Ebene zu bestimmen.
Gemäß einer alternativen, bevorzugten Ausgestaltung weist die Laserabstandsmesseinheit einen ersten Laserabstandsmesser und einen um eine erste Schwenkachse schwenkbaren, ersten Mikrospiegel zur Ablenkung eines Laserstrahls des ersten Laserabstandsmessers auf. Über den ersten Mikrospiegel kann der Laserstrahl des ersten Laserabstandsmessers entlang einer Geraden abgelenkt werden, so dass der erste Abstand und der zweite Abstand nacheinander gemessen werden können. Zur Ermittlung der Orientierung der Bohrmaschine relativ zur der Ebene wird bevorzugt ein dritter Abstand zu einem dritten Punkt der Ebene herangezogen. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist der dritte Abstand ein vorgegebener Abstand, welcher dem Abstand der Vorrichtung bzw. der Laserabstandsmesseinheit von der Ebene in einer Lage der Bohrmaschine entspricht, in welcher ein Bohrer der Bohrmaschine die Ebene berührt. Hierdurch ist es möglich, die Orientierung der Bohrmaschine beim Ansetzen des Bohrers an der Ebene zu bestimmen.
Bevorzugt ist es, wenn mittels der Laserabstandsmesseinheit aus der vorgegebenen Lage gegenüber der Ebene ein dritter Abstand zu einem dritten Punkt der Ebene messbar ist, wobei der dritte Punkt nicht auf einer gemeinsamen Gerade mit dem ersten Punkt und dem zweiten Punkt angeordnet ist und die Auswerteeinheit derart konfiguriert ist, dass die Orientierung der Vorrichtung relativ zu der Ebene zusätzlich anhand des dritten Abstands ermittelbar ist. Bei einer derartigen Ausgestaltung können die Abstände zu drei Punkten der Ebene allein mittels der Laserabstandsmesseinheit gemessen werden. Es ist daher möglich, auch dann die Orientierung der Bohrmaschine relativ zu der Ebene der Wand bzw. des Werkstücks zu bestimmen, wenn sich ein Bohrer der Bohrmaschine bereits teilweise in dem Bohrloch in der Wand bzw. in dem Werkstück befindet.
Nachfolgend sollen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung erörtert werden, bei welchen mittels des Laserabstandsmessers ein dritter Abstand zu einem dritten Punkt der Ebene gemessen werden kann.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Laserabstandsmesseinheit einen dritten Laserabstandsmesser zur Messung eines dritten Abstands zwischen der Vorrichtung und einem dritten Punkt der Ebene aufweist. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird aus der vorgegebenen Lage gegenüber der Ebene der dritte Abstand zu dem dritten Punkt gemessen. Der dritte Laserabstandsmesser ist bevorzugt quer zu dem ersten Laserabstandsmesser und quer zu dem zweiten Laserabstandsmesser ausgerichtet, wodurch es möglich wird, Abstände zu drei Punkten der Ebene zu messen, welche nicht auf einer gemeinsamen Geraden liegen.
Bei einer Ausgestaltung, bei welcher die Laserabstandsmesseinheit einen ersten Laserabstandsmesser und einen um eine erste Schwenkachse schwenkbaren, ersten Mikrospiegel zur Ablenkung eines Laserstrahls des ersten Laserabstandsmessers aufweist, ist es vorteilhaft, wenn der Laserstrahl mittels des ersten Laserabstandsmessers in einer Abstrahlrichtung abstrahlbar ist und die erste Schwenkachse des ersten Mikrospiegels einen spitzen Winkel mit der Abstrahlrichtung einschließt. Bei einer derartigen Ausgestaltung kann der von dem Mikrospiegel abgelenkte Laserstrahl einen gekrümmten Pfad auf der Ebene überstreichen, so dass es möglich ist, nacheinander die Abstände zu drei oder mehr verschiedenen Punkten der Ebene zu messen, welche nicht auf einer gemeinsamen Geraden angeordnet sind. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird der in einer Abstrahlrichtung abgestrahlte Laserstahl des ersten Laserabstandsmessers mittels eines ersten Mikrospiegels abgelenkt, wobei die Schwenkachse des ersten Mikrospiegels einen spitzen Winkel mit der Abstrahlrichtung einschließt.
In diesem Zusammenhang ist es alternativ oder zusätzlich bevorzugt, wenn die Laserabstandsmesseinheit einen zweiten Laserabstandsmesser und einen zweiten um eine zweite Schwenkachse schwenkbaren Mikrospiegel zur Ablenkung eines Laserstrahls des zweiten Laserabstandsmessers aufweist. Die zweite Schwenkachse ist bevorzugt quer zur der ersten Schwenkachse ausgerichtet, so dass der Laserstrahl des ersten Laserabstandsmessers entlang eines ersten, insbesondere geraden oder gekrümmten, Pfads abgelenkt werden kann und der Laserstrahl des zweiten Laserabstandsmessers entlang eines zweiten, insbesondere geraden oder gekrümmten, Pfads abgelenkt werden kann, wobei der erste Pfad und der zweite Pfad quer zueinander angeordnet sind. Alternativ kann der erste Mikrospiegel um eine weitere Schwenkachse schwenkbar sein, die quer, insbesondere senkrecht, zu der Schwenkachse des ersten Mikrospiegels angeordnet ist. Insofern kann ein Laserabstandsmesser mit einem in zwei Dimensionen ablenkbaren Laserstahl gebildet werden
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Laserabstandsmesseinheit eine im Strahlengang nach dem ersten Mikrospiegel angeordnete Umlenkoptik zum Umlenken des von dem ersten Mikrospiegel abgelenkten Laserstrahls. Mittels der Umlenkoptik kann der Laserstrahl derart umgelenkt werden, dass der von der Umlenkeinheit umgelenkte Laserstrahl einen nicht-linearen Pfad auf der Ebene überstreicht. Der nicht-lineare Pfad kann beispielsweise ein abgewinkelter oder gekrümmter Pfad sein.
In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, wenn die Umlenkoptik ein Prisma aufweist. Über das Prima kann der Laserstrahl mittels Brechung und/oder Totalreflexion umgelenkt werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Umlenkelement einen oder mehrere feststehende Umlenkspiegel aufweisen, über welche der Laserstrahl reflektiert werden kann. Weiter alternativ oder zusätzlich kann die Umlenkoptik einen zweiten Mikrospiegel aufweisen, welcher um eine weitere Schwenkachse schwenkbar ist, die quer, insbesondere senkrecht, zu der Schwenkachse des ersten Mikrospiegels angeordnet ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Vorrichtung zusätzlich einen Orientierungssensor auf, über welchen die Orientierung der Vorrichtung im Raum ermittelbar ist. Bevorzugt ist die Auswerteeinheit derart konfiguriert, dass die Orientierung der Vorrichtung relativ zu der Ebene zusätzlich anhand der Orientierung der Vorrichtung im Raum ermittelbar ist. Der Orientierungssensor kann einen Beschleunigungssensor und/oder einen Drehratensensor und/oder ein Magnetometer aufweisen. Besonders bevorzugt ist der Orientierungssensor als MEMS ausgestaltet. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird die Orientierung der Bohrmaschine relativ zu der Ebene anhand des ersten Abstands und des zweiten Abstands sowie anhand der mittels des Orientierungssensors gemessenen Orientierung der Vorrichtung im Raum ermittelt.
Gelöst wird die Aufgabe ferner durch eine Vorrichtung zur Ermittlung der Orientierung einer Bohrmaschine relativ zu einer Ebene, wobei die Vorrichtung mit der Bohrmaschine verbindbar ist, wobei die Vorrichtung einen Orientierungssensor aufweist, über welchen die Orientierung der Vorrichtung im Raum ermittelbar ist. Die Vorrichtung kann eine Auswerteeinheit aufweisen, welche derart konfiguriert ist, dass die Orientierung der Vorrichtung relativ zu der Ebene anhand der Orientierung der Vorrichtung im Raum ermittelbar ist. Zusätzlich kann die Vorrichtung einen Neigungsmesser zur Messung der Neigung der Ebene gegenüber der Senkrechten aufweisen. Der Neigungssensor kann an der Ebene anordbar sein. Bevorzugt ist der Orientierungssensor mit einer Auswerteeinheit der Vorrichtung verbindbar, beispielsweise über eine drahtlose Kommunikationsverbindung.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Bohrmaschine mit einer Vorrichtung zur Ermittlung der Orientierung der Bohrmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Bohrmaschine mit einer Vorrichtung zur Ermittlung der Orientierung der Bohrmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Bohrmaschine mit einer Vorrichtung zur Ermittlung der Orientierung der Bohrmaschine gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Bohrmaschine mit einer Vorrichtung zur Ermittlung der Orientierung der Bohrmaschine gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
5 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Bohrmaschine mit einer Vorrichtung zur Ermittlung der Orientierung der Bohrmaschine gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung.
6a zeigt in einer schematischen Darstellung eine Laserabstandsmesseinheit der Vorrichtung nach 5.
6b zeigt ein Abbild des Laserstrahls der Laserabstandsmesseinheit der Vorrichtung nach 5 auf der Ebene.
7 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Bohrmaschine mit einer Vorrichtung zur Ermittlung der Orientierung der Bohrmaschine gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
8 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Laserabstandsmesseinheit der Vorrichtung nach 7.
9 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Bohrmaschine mit einer Vorrichtung zur Ermittlung der Orientierung der Bohrmaschine gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
10 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Bohrmaschine mit einer Vorrichtung zur Ermittlung der Orientierung der Bohrmaschine gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
11 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Bohrmaschine mit einer Vorrichtung zur Ermittlung der Orientierung der Bohrmaschine gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
In der 1 ist eine Bohrmaschine 1 mit einer Vorrichtung 2 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Vorrichtung 2 ist geeignet, die Orientierung der Bohrmaschine 1 relativ zu einer Wand- oder Werkstückebene 5 zu ermitteln, wobei es diese Ebene 5 senkrecht, also parallel zur Gravitationskraft, oder unter einer Neigung gegenüber der Senkrechten ausgerichtet sein kann. Die Vorrichtung 2 weist einen Verbindungsbereich auf, welcher derart ausgestaltet ist, dass die Vorrichtung 2 an der Außenkontur der Bohrmaschine 1, insbesondere an der Oberseite der Bohrmaschine 1, angebunden werden kann. Die Vorrichtung 2 weist eine Laserabstandsmesseinheit 3 und eine Auswerteeinheit 4 auf, welche über eine Signalverbindung miteinander verbunden sind, so dass die von der Laserabstandsmesseinheit 3 gemessenen Abstandsdaten an die Auswerteeinheit 4 übermittelt werden können. Die Laserabstandsmesseinheit 3 ist derart ausgestaltet, dass einer vorgegebenen Lage gegenüber der Ebene 5 ein erster Abstand zu einem ersten Punkt der Ebene 5 und ein zweiter Abstand zu einem zweiten Punkt der Ebene 5 messbar ist. Die Auswerteeinheit 4 ist derart konfiguriert, dass anhand des ersten Abstands und des zweiten Abstands die Orientierung der Vorrichtung 2 und damit auch der Bohrmaschine 1 relativ zu der Ebene 5 ermittelbar ist. Anhand der ermittelten Orientierung der Bohrmaschine 1 relativ zur Ebene 5 kann der Nutzer der Bohrmaschine 1 beim Ausrichten der Bohrmaschine bzw. des Bohrers unterstützt werden.
Die Laserabstandsmesseinheit 3 kann einen oder mehrere Laserabstandsmesser aufweisen, die derart ausgestaltet sind, dass ein Abstand von einem Punkt der Ebene durch Selbstmischung des von dem Laserabstandsmesser emittierten Laserlichts mit dem Laserlicht, welches an der Ebene 5 reflektiert wurde, messbar ist. Der oder die Laserabstandsmesser sind bevorzugt als Halbleiterlaser, insbesondere als vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL), ausgebildet. Der Halbleiterlaser weist bevorzugt eine integrierte Photodiode auf, über welche eine optische oder elektrische Größe gemessen werden kann. Ferner kann die Laserabstandsmesseinheit einen Mikrospiegel umfassen, welcher bevorzugt als MEMS (microelectromechanical system) ausgebildeten ist.
Nachfolgend sollen weitere Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung 2 zur Ermittlung der Orientierung einer Bohrmaschine 1 relativ zu einer Ebene 5 beschrieben werden, welche den zuvor beschriebenen Aufbau aufweisen. Die Beschreibung des erstens Ausführungsbeispiels trifft somit gleichfalls auf die nachfolgenden Ausführungsbeispiele zu.
Die 2 zeigt eine Bohrmaschine 1 mit einer Vorrichtung 2 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Laserabstandmesseinheit 3 dieser Vorrichtung 2 weist einen ersten Laserabstandsmesser zur Messung eines ersten Abstands zu einem ersten Punkt 6 und einen zweiten Laserabstandsmesser zur Messung eines zweiten Abstands zu einem Punkt 7 auf. Die beiden Laserabstandsmesser sind quer zueinander ausgerichtet, so dass der erste Laserabstandsmesser einen ersten Laserstrahl 8 emittiert und der zweite Laserabstandsmesser einen zweiten Laserstrahl 9 emittiert, welcher quer zu dem ersten Laserstrahl 8 ausgerichtet ist. Mittels der Laserabstandsmesser 3 wird nun aus einer vorgegebenen Lage gegenüber der Ebene 5 der erste Abstand zu dem ersten Punkt 6 der Ebene 5 und der zweite Abstand zu dem zweiten Punkt 7 der Ebene 5 gemessen. Zur Ermittlung der Orientierung der Bohrmaschine 1 relativ zur der Ebene 5 wird ein dritter Abstand zu einem dritten Punkt 11 der Ebene 5 herangezogen. Dieser dritte Abstand entspricht dem Abstand der Vorrichtung 2 bzw. der Laserabstandsmesseinheit 3 von der Ebene 5 in einer Lage der Bohrmaschine 1, in welcher ein Bohrer 10 der Bohrmaschine 1 die Ebene berührt. Die Länge des Bohrers 10 ist bekannt. Anhand der Länge des Bohrers 10 wird der dritte Abstand zum dritten Punkt 11 ermittelt. Anhand des ersten Abstands, des zweiten Abstands und des dritten Abstands wird mittels der Auswerteeinheit 4 die Orientierung der Bohrmaschine 1 beim Ansetzen des Bohrers 10 an der Ebene 5 bestimmt.
Die 3 zeigt eine Bohrmaschine 1 mit einer Vorrichtung 2 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Unterschied zu dem zweiten Ausführungsbeispiel weist die Laserabstandsmesseinheit 3 dieser Vorrichtung 2 einen dritten Laserabstandsmesser zur Messung eines dritten Abstands zwischen der Vorrichtung 2 und einem dritten Punkt 11 der Ebene 5 auf. Der dritte Laserabstandsmesser ist quer zu dem ersten Laserabstandsmesser und quer zu dem zweiten Laserabstandsmesser ausgerichtet, so dass der von dem dritten Laserabstandsmesser emittierte dritte Laserstrahl 12 auf einen Punkt 11 der ebene 5 trifft, welcher nicht auf einer gemeinsamen Geraden mit dem ersten Punkt 6 und dem zweiten Punkt 7 liegt. Zur Ermittlung der Orientierung der Bohrmaschine 1 relativ zur Ebene 5 wird ein Verfahren eingesetzt, bei welchem der erster Abstand zu der ersten Punkt 6, ein zweiter Abstand zu dem zweiten Punkt 7 und ein dritter Abstand zu dem dritten Punkt 11 gemessen wird. Anhand der drei gemessenen Abstände wird dann mittels der Auswerteeinheit 4 die Orientierung der Bohrmaschine 1 relativ zur Ebene 5 bestimmt. Diese Bestimmung kann sowohl vor, während als auch nach dem eigentlichen Bohrvorgang erfolgen.
Die 4 zeigt eine Bohrmaschine 1 mit einer Vorrichtung 2 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Laserabstandsmesseinheit 3 dieser Vorrichtung 2 weist einen ersten Laserabstandsmesser und einen um eine Schwenkachse schwenkbaren, ersten Mikrospiegel zur Ablenkung eines Laserstrahls 8 des ersten Laserabstandsmessers auf. Beim Verschwenken des ersten Mikrospiegels wird der Laserstrahl des ersten Laserabstandsmessers entlang einer Geraden 13 abgelenkt, so dass ein erster Abstand zu einem ersten Punkt 6 und ein zweiter Abstand zu einem zweiten Punkt 7 nacheinander gemessen werden. Zur Ermittlung der Orientierung der Bohrmaschine 1 relativ zur der Ebene 5 wird ein dritter Abstand zu einem dritten Punkt 11 der Ebene 5 herangezogen. Dieser dritte Abstand entspricht dem Abstand der Vorrichtung 2 bzw. der Laserabstandsmesseinheit 3 von der Ebene 5 in einer Lage der Bohrmaschine 1, in welcher ein Bohrer 10 der Bohrmaschine 1 die Ebene berührt. Die Länge des Bohrers 10 ist bekannt. Anhand der Länge des Bohrers 10 wird der dritte Abstand zum dritten Punkt 11 ermittelt. Anhand des ersten Abstands, des zweiten Abstands und des dritten Abstands wird mittels der Auswerteeinheit 4 die Orientierung der Bohrmaschine 1 beim Ansetzen des Bohrers 10 an der Ebene 5 bestimmt.
Die 5 zeigt eine Bohrmaschine 1 mit einer Vorrichtung 2 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie den Darstellungen in 6a und 6b zu entnehmen ist, weist die Laserabstandsmesseinheit 3 dieser Vorrichtung 2 einen Laserabstandsmesser 15 und einen um eine Schwenkachse 17 schwenkbaren Mikrospiegel 16 zur Ablenkung eines Laserstrahls des Laserabstandsmessers 15 auf. Der Laserabstandsmesser 15 emittiert einen Laserstrahl in einer Abstrahlrichtung 19. Die Schwenkachse 17 des Mikrospiegels 16 schließt einen spitzen Winkel 18 mit der Abstrahlrichtung 19 ein. Das bedeutet, dass der Winkel 18 größer als 0° und kleiner als 90° ist. Aufgrund des spitzen Winkels 18 überstreicht der von dem Mikrospiegel 16 abgelenkte Laserstrahl 8 einen gekrümmten Pfad 14 auf der Ebene 5, so dass nacheinander die Abstände zu drei oder mehr verschiedenen Punkten 6, 7, 11 der Ebene 5 gemessen werden, welche nicht auf einer gemeinsamen Geraden angeordnet sind. Insofern wird der der in der Abstrahlrichtung 19 abgestrahlte Laserstahl des Laserabstandsmessers 15 mittels des Mikrospiegels 16 abgelenkt, wobei die Schwenkachse 17 des Mikrospiegels 16 einen spitzen Winkel 18 mit der Abstrahlrichtung 19 einschließt, so dass das Abbild des Laserstrahls 8 auf der Ebene 5 verzerrt wird und eine Kurve 14 auf der Ebene 5 abgetastet wird. Die Kurve 14 umfasst mindestens drei Punkte 6, 7, 11, welche nicht auf einer gemeinsamen Geraden angeordnet sind. Zur Ermittlung der Orientierung der Bohrmaschine 1 relativ zur Ebene 5 wird ein Verfahren eingesetzt, bei welchem die Abstände zu dem Punkt 6, dem zweiten Punkt 7 und dem dritten Punkt 11 gemessen werden. Anhand der drei gemessenen Abstände wird dann mittels der Auswerteeinheit 4 die Orientierung der Bohrmaschine 1 relativ zur Ebene 5 bestimmt. Diese Bestimmung kann sowohl vor, während als auch nach dem eigentlichen Bohrvorgang erfolgen.
Die 7 zeigt eine Bohrmaschine 1 mit einer Vorrichtung 2 gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie der Darstellung in 8 zu entnehmen ist, weist die Laserabstandsmesseinheit 3 dieser Vorrichtung 2 einen Laserabstandsmesser 15 und einen um eine Schwenkachse schwenkbaren Mikrospiegel 16 zur Ablenkung eines Laserstrahls des Laserabstandsmessers 15 auf. Ferner umfasst die Laserabstandsmesseinheit 3 eine im Strahlengang nach dem Mikrospiegel 16 angeordnete Umlenkoptik 20 zum Umlenken des von dem ersten Mikrospiegel abgelenkten Laserstrahls. Mittels der Umlenkoptik kann der Laserstrahl derart umgelenkt werden, dass der von der Umlenkeinheit umgelenkte Laserstrahl einen nicht-linearen Pfad 21 auf der Ebene 5 überstreicht. Der nicht-lineare Pfad kann beispielsweise ein abgewinkelter oder gekrümmter Pfad sein. Gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel weist die Umlenkoptik 20 ein Prisma auf, über welches der Laserstrahl mittels Brechung und/oder Totalreflexion umgelenkt wird. Der Pfad 21 umfasst mindestens drei Punkte 6, 7, 11, welche nicht auf einer gemeinsamen Geraden angeordnet sind. Zur Ermittlung der Orientierung der Bohrmaschine 1 relativ zur Ebene 5 wird ein Verfahren eingesetzt, bei welchem die Abstände zu dem Punkt 6, dem zweiten Punkt 7 und dem dritten Punkt 11 gemessen werden. Anhand der drei gemessenen Abstände wird dann mittels der Auswerteeinheit 4 die Orientierung der Bohrmaschine 1 relativ zur Ebene 5 bestimmt. Diese Bestimmung kann sowohl vor, während als auch nach dem eigentlichen Bohrvorgang erfolgen.
Gemäß einer Abwandlung des sechsten Ausführungsbeispiels weist die Laserabstandsmesseinheit einen ersten Laserabstandsmesser, einen um eine Schwenkachse schwenkbaren, ersten Mikrospiegel, einen zweiten Laserabstandsmesser und einen zweiten, um eine Schwenkachse schwenkbaren Mikrospiegel zur Ablenkung eines Laserstrahls des zweiten Laserabstandsmessers auf. Die zweite Schwenkachse ist quer zur der ersten Schwenkachse ausgerichtet, so dass der Laserstrahl des ersten Laserabstandsmessers entlang eines ersten Pfads abgelenkt wird und der Laserstrahl des zweiten Laserabstandsmessers entlang eines zweiten Pfads abgelenkt wird, wobei der erste Pfad und der zweite Pfad quer zueinander angeordnet sind. Mit einer Laserabstandsmesseinheit gemäß dieser Abwandlung kann ein Pfad abgetastet werden, welcher dem in 7 gezeigten Pfad 21 entspricht.
Die 9 zeigt eine Laserabstandsmesseinheit einer Vorrichtung 2 gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welche einen Laserabstandsmesser 15 und einen um eine Schwenkachse schwenkbaren Mikrospiegel 16 zur Ablenkung eines Laserstrahls des Laserabstandsmessers 15 auf. Ferner umfasst die Laserabstandsmesseinheit 3 eine im Strahlengang nach dem Mikrospiegel 16 angeordnete Umlenkoptik 20 zum Umlenken des von dem Mikrospiegel 16 abgelenkten Laserstrahls. Gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel weist die Umlenkoptik 20 einen oder mehrere feststehende Umlenkspiegel auf, über welche der Laserstrahl reflektiert werden wird. Der von der Umlenkeinheit umgelenkte Laserstrahl 8 überstreicht einen nicht-linearen Pfad 21 auf der Ebene 5, welche mindestens drei Punkte 6, 7, 11 umfasst, welche nicht auf einer gemeinsamen Geraden angeordnet sind. Zur Ermittlung der Orientierung der Bohrmaschine 1 relativ zur Ebene 5 wird ein Verfahren eingesetzt, bei welchem die Abstände zu dem Punkt 6, dem zweiten Punkt 7 und dem dritten Punkt 11 gemessen werden. Anhand der drei gemessenen Abstände wird dann mittels der Auswerteeinheit 4 die Orientierung der Bohrmaschine 1 relativ zur Ebene 5 bestimmt. Diese Bestimmung kann sowohl vor, während als auch nach dem eigentlichen Bohrvorgang erfolgen.
Die 10 zeigt eine Bohrmaschine 1 mit einer Vorrichtung 2 gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Vorrichtung 2 weist eine Laserabstandsmesseinheit 3 mit einem Laserabstandsmesser 15 und einem Mikrospiegel 16 zur Ablenkung des Laserstrahls des Laserabstandsmessers 15 auf. Der Mikrospiegel ist um eine erste Schwenkachse schwenkbar sowie um eine zweite Schwenkachse, die quer, insbesondere senkrecht, zu der ersten Schwenkachse angeordnet ist. Der Laserstrahl 8 kann daher mittels des Mikrospiegels in zwei Raumrichtungen abgelenkt werden. Es ist möglich einen flächigen Bereich 23 der Ebene 5 abzutasten. Bevorzugt überstreicht der von dem Mikrospiegel abgelenkte Laserstrahl 8 überstreicht einen nicht-linearen Pfad 22 auf der Ebene 5, welche mindestens drei Punkte 6, 7, 11 umfasst, welche nicht auf einer gemeinsamen Geraden angeordnet sind. Zur Ermittlung der Orientierung der Bohrmaschine 1 relativ zur Ebene 5 wird ein Verfahren eingesetzt, bei welchem die Abstände zu dem Punkt 6, dem zweiten Punkt 7 und dem dritten Punkt 11 gemessen werden. Anhand der drei gemessenen Abstände wird dann mittels der Auswerteeinheit 4 die Orientierung der Bohrmaschine 1 relativ zur Ebene 5 bestimmt. Diese Bestimmung kann sowohl vor, während als auch nach dem eigentlichen Bohrvorgang erfolgen.
Die 11 zeigt eine Bohrmaschine 1 mit einer Vorrichtung 2 gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Vorrichtung 2 weist zusätzlich zu der Laserentfernungsmesseinheit einen Orientierungssensor auf, über welchen die Orientierung der Vorrichtung 2 im Raum ermittelbar ist. Der Orientierungssensor weist einen dreidimensionalen Beschleunigungssensor, einen dreidimensionalen Drehratensensor und ein dreidimensionales Magnetometer auf. Besonders bevorzugt ist der Orientierungssensor als MEMS ausgestaltet. Die Auswerteeinheit 4 der Vorrichtung 2 gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel ist derart konfiguriert, dass die Orientierung der Vorrichtung 2 relativ zu der Ebene 5 anhand der Abstände zu dem ersten Punkt 6 und dem zweiten Punkt 7 der Ebene 5 und zusätzlich anhand der mittels des Orientierungssensors ermittelten Orientierung der Vorrichtung 2 im Raum ermittelbar ist. Der Auswerteeinheit wird zusätzlich die Neigung der Ebene 5 gegenüber der Senkrechten 24 übermittelt. Die Neigung kann beispielsweise mittels eines Neigungssensors 25 gemessen werden, welcher bevorzugt mit der Ebene 5 verbunden ist. Die Übermittlung der von dem Neigungssensor 25 gemessenen Neigung an die Auswerteeinheit 4 der Vorrichtung 2 kann über eine drahtlose Kommunikationsverbindung erfolgen.
Gemäß einer Abwandlung des neunten Ausführungsbeispiels kann die Vorrichtung 2 einen Orientierungssensor, über welchen die Orientierung der Vorrichtung im Raum ermittelbar ist, und eine Auswerteeinheit aufweisen. Die Auswerteeinheit ist über eine drahtlose Kommunikationsverbindung mit einem Neigungssensor verbunden, der die Neigung der Ebene 5 bestimmt. Gemäß der Abwandlung des neunten Ausführungsbeispiels ist die Auswerteeinheit 4 derart konfiguriert, dass die Orientierung der Vorrichtung 2 relativ zu der Ebene 5 anhand der mittels des Orientierungssensors ermittelten Orientierung der Vorrichtung 2 im Raum und der gemessenen Neigung der Ebene 5 ermittelt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202008016901 U1 [0003]

Claims

Vorrichtung zur Ermittlung der Orientierung einer Bohrmaschine (1) relativ zu einer Ebene (5), wobei die Vorrichtung (2) mit der Bohrmaschine (1) verbindbar ist, gekennzeichnet durch eine Laserabstandsmesseinheit (3), mittels der aus einer vorgegebenen Lage gegenüber der Ebene (5) ein erster Abstand zu einem ersten Punkt (6) der Ebene (5) und ein zweiter Abstand zu einem zweiten Punkt (7) der Ebene (5) messbar ist, und eine Auswerteeinheit (4), welche derart konfiguriert ist, dass anhand des ersten Abstands und des zweiten Abstands die Orientierung der Vorrichtung (2) relativ zu der Ebene (5) ermittelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserabstandsmesseinheit (3) einen ersten Laserabstandsmesser zur Messung des ersten Abstands und einen zweiten Laserabstandsmesser zur Messung des zweiten Abstands aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserabstandsmesseinheit einen ersten Laserabstandsmesser (15) und einen um eine erste Schwenkachse (17) schwenkbaren, ersten Mikrospiegel (16) zur Ablenkung eines Laserstrahls des ersten Laserabstandsmessers (15) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Laserabstandsmesseinheit (3) aus der vorgegebenen Lage gegenüber der Ebene (5) ein dritter Abstand zu einem dritten Punkt (11) der Ebene messbar ist, wobei der dritte Punkt (11) nicht auf einer gemeinsamen Gerade mit dem ersten Punkt (6) und dem zweiten Punkt (7) angeordnet ist und die Auswerteeinheit (4) derart konfiguriert ist, dass die Orientierung der Vorrichtung (2) relativ zu der Ebene (5) zusätzlich anhand des dritten Abstands (11) ermittelbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserabstandsmesseinheit (3) einen dritten Laserabstandsmesser zur Messung eines dritten Abstands zwischen der Vorrichtung und einem dritten Punkt (11) der Ebene aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl mittels des ersten Laserabstandsmessers (15) in einer Abstrahlrichtung (19) abstrahlbar ist und die erste Schwenkachse (17) des ersten Mikrospiegels (16) einen spitzen Winkel mit der Abstrahlrichtung (19) einschließt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserabstandsmesseinheit (3) einen zweiten Laserabstandsmesser und einen zweiten um eine zweite Schwenkachse schwenkbaren Mikrospiegel zur Ablenkung eines Laserstrahls des zweiten Laserabstandsmessers aufweist; oder dass der erste Mikrospiegel um eine zweite Schwenkachse schwenkbar ist, die quer, insbesondere senkrecht, zu der ersten Schwenkachse des angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserabstandsmesseinheit (3) eine Umlenkoptik (20) aufweist, welche derart angeordnet ist, dass ein von dem ersten Mikrospiegel (16) abgelenkter Laserstrahl umlenkbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkoptik (20) ein – Prisma und/oder – einen oder mehrere feststehende Umlenkspiegel und/oder – einen zweiten Mikrospiegel aufweist, welcher um eine weitere Schwenkachse schwenkbar ist, die quer, insbesondere senkrecht, zu der Schwenkachse des ersten Mikrospiegels angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche oder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, gekennzeichnet durch einen Orientierungssensor, über welchen die Orientierung der Vorrichtung im Raum ermittelbar ist.
Bohrmaschine mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zur Ermittlung der Orientierung einer Bohrmaschine (1) relativ zu einer Ebene (5), dadurch gekennzeichnet, dass – aus einer vorgegebenen Lage gegenüber der Ebene (5) mittels einer Laserabstandsmesseinheit (3) ein erster Abstand zu einem ersten Punkt (6) der Ebene und ein zweiter Abstand zu einem zweiten Punkt (7) der Ebene gemessen wird und – anhand des ersten Abstands und des zweiten Abstands die Orientierung der Bohrmaschine relativ zu der Ebene (5) ermittelt wird.