DE102020109735A1

DE102020109735A1 - Handgerät

Info

Publication number: DE102020109735A1
Application number: DE102020109735.2A
Authority: DE
Inventors: Harald Schmid; Tobias Pfeifer; Matthias Krauss
Original assignee: Mafell AG
Current assignee: Mafell AG
Priority date: 2020-04-07
Filing date: 2020-04-07
Publication date: 2021-10-07
Also published as: WO2021204798A1; EP4126467A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Handgerät, insbesondere Handwerkzeugmaschine oder Handmarkiereinheit, mit zumindest einem in das Handgerät integrierten Inertialsensor, insbesondere einem Beschleunigungssensor oder Drehratensensor, der dazu ausgebildet ist, Bewegungen des Handgerätes zu erfassen und diese Bewegungen betreffende Bewegungsdaten bereitzustellen, und mit einer in das Handgerät integrierten, mit dem Inertialsensor verbundenen Steuereinrichtung, die dazu ausgebildet ist, eine Referenzlage des Handgerätes zu erfassen, während einer von der Referenzlage ausgehenden Bewegung des Handgerätes diese Bewegung betreffende Bewegungsdaten des Inertialsensors zu empfangen, und aus diesen Bewegungsdaten die Position und/oder Orientierung des Handgerätes bezogen auf die Referenzlage zu berechnen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Handgerät, insbesondere eine Handwerkzeugmaschine oder eine Handmarkiereinheit, mit zumindest einem in das Handgerät integrierten Inertialsensor, insbesondere einem Beschleunigungssensor oder Drehratensensor, der dazu ausgebildet ist, Bewegungen des Handgerätes zu erfassen und diese Bewegungen betreffende Bewegungsdaten bereitzustellen, und mit einer in das Handgerät integrierten, mit dem Inertialsensor verbundenen Steuereinrichtung.
Derartige Handgeräte sind grundsätzlich bekannt. DE 10 2009 007 977 B4 zum Beispiel beschreibt eine Handwerkzeugmaschine mit Drehratensensor. In Verbindung mit einer integrierten Anzeige für den Benutzer ermöglicht es der Drehratensensor, das Werkzeug der Maschine, z.B. einen Bohrer, bezüglich der jeweiligen Arbeitsfläche, z.B. einer Wand, auszurichten.
Das korrekte Ausrichten eines Werkzeugs, insbesondere also ein winkelgenaues Arbeiten mit einer Handwerkzeugmaschine, ist allerdings nur ein Problem, das sich dem Benutzer in der Praxis stellt.
Ein anderes Problem besteht darin, sicherzustellen, dass ein Werkstück oder eine Arbeitsfläche exakt an der Stelle bearbeitet wird, wo es für die jeweilige Anwendung erforderlich ist. Wenn beispielsweise ein Werkstück oder eine Wand mit einer oder mehreren Bohrungen an vorgegebenen Stellen zu versehen ist, müssen diese Bohrstellen zuvor markiert werden, bevor mit dem Bohren begonnen wird. Auch beim Zuschneiden von Platten beispielsweise mit einer Stichsäge ist ein vorhergehendes Anreißen erforderlich, damit sich der Benutzer beim Führen der Maschine oder beim Anlegen einer Führungsschiene an dem Anriss orientieren kann.
Für das Anreißen benötigt der Benutzer zusätzliche Messwerkzeuge wie beispielsweise ein Maßband, einen Meterstab oder einen Laserentfernungsmesser. Der Umgang mit diesen Werkzeugen ist nicht nur zeitraubend und umständlich, da dies zusätzlichen Arbeitsaufwand bedeutet, sondern birgt auch die Gefahr von Ungenauigkeiten, wenn beispielsweise ein Messinstrument, das als Anschlag für die Bearbeitungsmaschine dienen soll, während der Bearbeitung ungewollt verschoben wird. Die Genauigkeit von Lasermesssystemen hängt zudem von den Reflexionseigenschaften der jeweiligen Oberfläche ab. Außerdem können Verschmutzungen derartige optische Messsysteme beeinträchtigen. Die etablierte Messtechnik mittels eines Meterstabs ermöglicht lediglich Messungen in einer Dimension. Zum Beispiel das Anreißen zweier Bohrpunkte an einer Wand, die einen bestimmten Abstand voneinander besitzen, in der gleichen Höhe liegen und auf der Wand mittig positioniert werden müssen, ist mit einem Meterstab vergleichsweise umständlich und mit einigem Zeitaufwand verbunden. Darüber hinaus erfordern die bekannten Messkonzepte stets Sichtkontakt zwischen Anfang und Ende der Messstrecke. Die Dicke einer Wand beispielsweise, die z.B. für die Auswahl der passenden Bohrerlänge relevant sein kann, kann mit den herkömmlichen Messwerkzeugen nicht bestimmt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, dem Benutzer das Arbeiten mit einem Handgerät zu vereinfachen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Handgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Verfahren zum Positionieren und/oder Orientieren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 sowie durch ein Verfahren zum Bearbeiten eines Objekts mit den Merkmalen des Anspruchs 13.
Das erfindungsgemäße Handgerät zeichnet sich dadurch aus, dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, eine Referenzlage des Handgerätes zu erfassen, während einer von der Referenzlage ausgehenden Bewegung des Handgerätes diese Bewegung betreffende Bewegungsdaten des Inertialsensors zu empfangen, und aus diesen Bewegungsdaten die Position und/oder Orientierung des Handgerätes bezogen auf die Referenzlage zu berechnen.
Unter der „Lage“ eines Gegenstandes ist im Rahmen dieser Offenbarung dessen Position und Orientierung in einem jeweiligen Koordinatensystem zu verstehen. Grundsätzlich sind Anwendungen denkbar, in denen eine Bewegung des Handgerätes entweder ausschließlich Translationen (bezüglich einer, zwei oder drei Translationsachsen) oder ausschließlich Rotationen (bezüglich einer, zwei oder drei Rotationsachsen) umfasst. Sind nur Translationen vorgesehen, berechnet die Steuereinrichtung lediglich die Position des Handgerätes bezüglich der Referenzlage, die in diesem Fall lediglich eine Referenzposition ist. Sind nur Rotationen vorgesehen, berechnet die Steuereinrichtung lediglich die Orientierung des Handgerätes bezüglich der Referenzlage, die in diesem Fall lediglich eine Referenzorientierung ist. Dies erklärt den im Rahmen dieser Offenbarung verwendeten Ausdruck „und/oder“ zwischen „Position und/oder Orientierung“. Wenn von einer „Lage“ des Handgerätes oder eines Teils davon oder eines anderen Gegenstandes die Rede ist, dann ist in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung darunter die Position, die Orientierung oder sowohl die Position als auch die Orientierung des Handgerätes bzw. Teils bzw. Gegenstandes zu verstehen.
Das erfindungsgemäße Handgerät kann folglich selbst zu jedem Zeitpunkt seine aktuelle Lage, also seine aktuelle Position und/oder Orientierung, bezogen auf eine zuvor erfasste Referenzlage berechnen. Diese Berechnung erfolgt auf der Basis der vom Inertialsensor gelieferten Bewegungsdaten. Das Handgerät selbst „kennt“ folglich seine Position und/oder Orientierung in Bezug auf die Referenzlage.
Dies kann dem Benutzer ein herkömmliches Anreißen ersparen, denn der Benutzer braucht einfach beispielsweise eine erfindungsgemäße Stichsäge mit dem Sägeblatt an die Längskante einer Holzplatte anzulegen, von der ein Streifen vorgegebener Breite abzuschneiden ist, anschließend das Handgerät diese Lage als Referenzlage erfassen zu lassen, und dann das Handgerät entlang der Querkante der Holzplatte zu bewegen, bis das Sägeblatt bezogen auf eine senkrecht zur Längskante verlaufende Translationsachse einen der vorgegebenen Breite entsprechenden Weg zurückgelegt hat. Die aktuelle Position der Stichsäge bezüglich dieser Translationsachse kann z.B. permanent auf einer in die Stichsäge integrierten Anzeigeeinrichtung angezeigt werden. Alternativ ist es beispielsweise möglich, die vorgegebene Breite zuvor in die Stichsäge einzugeben, die bei Erreichen der korrekten Position, also der Bearbeitungslage, dem Benutzer dies beispielsweise durch ein optisches oder akustisches Signal mitteilt.
Bei dem vorstehend erläuterten Anwendungsbeispiel ist eine Erfassung der Bewegung des Handgerätes durch den Inertialsensor nur in einer Dimension erforderlich, nämlich bezüglich einer Translationsachse senkrecht zur Längskante der Holzplatte, an welche die Stichsäge zuvor zur Erfassung der Relativlage mit der betreffenden Flachseite des Sägeblatts angelegt wurde. In diesem Beispiel kommt es folglich lediglich auf einen einzigen Freiheitsgrad der Stichsäge an und würde folglich ein einziger Beschleunigungssensor genügen, dessen Bewegungsdaten durch zweimaliges mathematisches Integrieren die gewünschten Weginformationen, also den ausgehend von der Relativlage zurückgelegten Weg bezüglich dieser Translationsachse, liefern.
Grundsätzlich kann die Erfindung aber mit einer beliebigen Anzahl von Freiheitsgraden realisiert werden. Hierauf wird nachstehend näher eingegangen.
Der Einsatz von Inertialsensoren ist heutzutage weit verbreitet. Inertialsensoren unterschiedlichster Ausgestaltung sind auf dem Markt erhältlich. Das Funktionsprinzip von Inertialsensoren und die Art und Weise von deren Verwendung sind dem Fachmann bekannt. Hierauf braucht daher nicht näher eingegangen zu werden. Drohnen und andere Flugkörper beispielsweise benutzen auch als IMU (Inertial Measurement Unit) bezeichnete, jeweils mit einer Mehrzahl von Inertialsensoren bestückte Inertialmesseinheiten, um navigieren zu können, benötigen aber externe Hilfsmittel wie elektronische Karten, GPS, etc., um sich orientieren, d.h. ihr eigenes Koordinatensystem mit ihrer Umgebung in Beziehung setzen zu können.
Das erfindungsgemäße Handgerät kommt dagegen ohne zusätzliche, externe Hilfsmittel aus, da es in der Lage ist, eine Referenzlage zu erfassen und in einer, zwei oder drei Dimensionen den zurückgelegten Weg und/oder in einer, zwei oder drei Dimensionen eine Verdrehung bezüglich der Relativlage durch mathematische Auswertung der von dem oder den Inertialsensoren gelieferten Signalen zu bestimmen, d.h. letztendlich zu messen. Das erfindungsgemäße Handgerät, beispielsweise eine Stichsäge oder eine Bohrmaschine, ist folglich selbst ein Messgerät und ermöglicht es so seinem Benutzer, ein Werkstück an jeder gewünschten Stelle zu bearbeiten, ohne dass diese Bearbeitungsstelle zuvor am Werkstück angerissen werden müsste.
Die Erfindung ist nicht auf Handwerkzeugmaschinen beschränkt. Ein erfindungsgemäßes Handgerät kann auch eine Handmarkiereinheit sein, die nicht zum eigentlichen Bearbeiten wie beispielsweise Bohren oder Sägen eines Werkstücks, sondern zum Anreißen dient, also zum Anbringen von insbesondere punktförmigen oder linienförmigen Markierungen auf einem Werkstück oder auf einem beliebigen anderen Gegenstand. Bei dieser erfindungsgemäßen Handmarkiereinheit kann es sich beispielsweise um einen Stift oder um eine Reißnadel handeln, die einen oder mehrere integrierte Inertialsensoren und eine mit diesen verbundene Steuereinrichtung aufweist, wie beim zuvor erläuterten Beispiel einer erfindungsgemäßen Stichsäge.
Einem mit einer herkömmlichen Handwerkzeugmaschine arbeitenden Benutzer wird das Anreißen zwar nicht erspart, mit der erfindungsgemäßen Handmarkiereinheit aber erheblich erleichtert, da - wie bereits zuvor in Verbindung mit der Handwerkzeugmaschine erwähnt - die Handmarkiereinheit letztlich selbst ein Messgerät ist, das den Einsatz herkömmlicher Messgeräte wie Maßbänder, Meterstäbe oder Laserentfernungsmesser obsolet macht.
Um beispielsweise vorgegebene Bohrstellen auf einer Holzplatte zu markieren, kann die Handmarkiereinheit z.B. in einer der Ecken der Holzplatte auf deren Oberfläche aufgesetzt werden, beispielsweise mit einer Markierspitze, die an der Handmarkiereinheit ausgebildet ist, um auf diese Weise eine Referenzlage zu erfassen. Wenn man sich die Oberfläche der Holzplatte als ein kartesisches Koordinatensystem mit der einen Kante als x-Achse, der anderen Kante als y-Achse und der erwähnten Ecke als Ursprung denkt, und wenn beispielsweise eine Lochreihe gebohrt werden soll, deren Löcher von einer der Kanten der Holzplatte einen bestimmten Abstand sowie bestimmte Abstände untereinander aufweisen sollen, dann können mit der Markiereinheit die entsprechenden Punkte, also die Bohrstellen, auf der Holzplattenoberfläche nacheinander „angefahren“ werden, indem der Benutzer die Markiereinheit über die Platte bewegt und - beispielsweise auf einer in die Handmarkiereinheit integrierten Anzeigeeinrichtung - dabei die aktuelle Position der Markierspitze auf der Oberfläche - also die jeweils aktuelle x-Koordinate und die jeweils aktuelle y-Koordinate - abliest.
Unabhängig davon, ob es sich bei dem erfindungsgemäßen Handgerät um eine Handwerkzeugmaschine oder um eine Handmarkiereinheit handelt, kann man also sagen, dass das erfindungsgemäße Handgerät ein Messgerät ist, mit dem gleichzeitig eine Bearbeitung von Gegenständen möglich ist, oder anders ausgedrückt, dass das erfindungsgemäße Handgerät ein Gerät zum Bearbeiten von Gegenständen ist, das keine zusätzlichen Hilfsmittel und insbesondere keine Messwerkzeuge benötigt, um an die jeweils vorgegebenen Stellen auf oder an dem Gegenstand, an denen die Bearbeitung jeweils erfolgen soll, gebracht werden zu können.
Ein grundsätzliches Problem beim Navigieren mit Inertialmesseinheiten besteht in der Praxis darin, dass die Lage des bewegten, mit einer Inertialmesseinheit ausgestatteten Gegenstandes nur mit einer großen Ungenauigkeit bestimmt werden kann. Dies liegt aber nicht etwa daran, dass die Messgenauigkeit der Inertialsensoren prinzipiell ungenügend wäre. Die Messgenauigkeit von im Markt erhältlichen Inertialsensoren ist tatsächlich nicht das Problem. Ursächlich für die in der Praxis auftretenden Probleme sind vielmehr die vergleichsweise langen Messzeiten, die beim mathematischen Integrieren der von den Inertialsensoren gelieferten Bewegungsdaten zwangsläufig zu Ungenauigkeiten führen.
In vielen Anwendungen sind die auftretenden Ungenauigkeiten entweder akzeptierbar oder werden durch externe Hilfsmittel wie beispielsweise GPS etc. verringert. Auf dem hier in Rede stehenden Gebiet der Handgeräte, insbesondere der Handwerkzeugmaschinen oder Handmarkiereinheiten, wären zu große Ungenauigkeiten oder zusätzliche externe Hilfsmittel aber inakzeptabel. Es hat sich aber überraschend gezeigt, dass ohne externe Hilfsmittel, d.h. alleine durch mathematische Auswertung der von einem oder mehreren Inertialsensoren gelieferten Bewegungsdaten, eine ausreichend hohe Messgenauigkeit erreicht werden kann. Die Erfindung nutzt dabei den Umstand aus, dass auf dem hier in Rede stehenden Gebiet die tatsächlichen Messzeiten vergleichsweise kurz sind. Vom Erfassen der Referenzlage bis zum Erreichen der jeweils gewünschten Bearbeitungslage vergeht eine relativ kurze Zeitspanne, die - wie man sich leicht vorstellen kann - im Bereich von einigen Sekunden bis wenigen Minuten liegt, wenn beispielsweise - wie vorstehend erläutert - eine Stichsäge aus einer Referenzlage (Anlage des Sägeblatts an einer Längskante einer Holzplatte) in die Bearbeitungslage (Anlage des Sägeblatts an der Querkante der Holzplatte, an welcher der Sägeschnitt beginnen soll) gebracht und dann der Sägeschnitt ausgeführt wird, um beispielsweise einen Streifen einer vorgegebenen Breite von der Holzplatte abzutrennen.
Es wurde gefunden, dass die Messgenauigkeit erfindungsgemäß ausreichend hoch ist, um nicht nur das Handgerät - in diesem Beispiel die Stichsäge - exakt an der vorgegebenen Stelle am Werkstück ansetzen, sondern außerdem die Bearbeitung selbst kontrollieren zu können. Für einen mit einer erfindungsgemäßen Stichsäge auszuführenden Sägeschnitt beispielsweise benötigt ein Benutzer keine zuvor angerissene Linie auf dem Werkstück, sondern kann auch während des Sägens die Stichsäge als Messeinheit einsetzen und permanent - z.B. über eine in die Stichsäge integrierte Anzeigeeinrichtung - die korrekte Position des Sägeblatts, also z.B. die Einhaltung von dessen der gewünschten Breite eines abzutrennenden Streifens entsprechenden Abstands von der Werkstückkante, überwachen.
Mögliche Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Handgerätes werden nachstehend erwähnt und sind auch in der Beschreibung und in den Figuren angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Positionieren und/oder Orientieren eines Handgerätes, insbesondere eines Handgerätes wie hierin offenbart, relativ zu einem Objekt zeichnet sich dadurch aus, dass das Handgerät zumindest einen in das Handgerät integrierten Inertialsensor und eine in das Handgerät integrierte, mit dem Inertialsensor verbundene Steuereinrichtung umfasst, und weiter durch die Schritte, dass das Handgerät in eine Referenzlage relativ zu dem Objekt gebracht wird, dass die Referenzlage von der Steuereinrichtung erfasst wird, dass das Handgerät ausgehend von der Referenzlage relativ zu dem Objekt bewegt wird, dass diese Bewegung mittels des Inertialsensors, insbesondere laufend, erfasst wird, dass von dem Inertialsensor, insbesondere laufend, diese Bewegung betreffende Bewegungsdaten erzeugt werden, und dass von der Steuereinrichtung die Bewegungsdaten des Inertialsensors, insbesondere laufend, empfangen und aus diesen Bewegungsdaten, insbesondere laufend, die aktuelle Position und/oder Orientierung des Handgerätes bezogen auf die Referenzlage berechnet wird.
Bei einigen Ausführungsformen dieses Verfahrens kann insbesondere vorgesehen sein, dass die aktuelle Position und/oder Orientierung des Handgerätes bezogen auf die Referenzlage berechnet wird, indem die Bewegungsdaten des Inertialsensors von der Steuereinrichtung mathematisch integriert werden.
Des Weiteren kann bei dem Verfahrens vorgesehen sein, dass das Handgerät zumindest ein mechanisches Referenzmerkmal, das von einem fest oder lösbar mit dem Handgerät verbundenen Teil gebildet oder an diesem Teil ausgebildet ist, und eine in das Handgerät integrierte, von einem Benutzer beaufschlagbare Eingabeeinrichtung aufweist, die mit der Steuereinrichtung verbunden ist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass das Handgerät in die Referenzlage relativ zu dem Objekt gebracht wird, indem das Handgerät mit seinem Referenzmerkmal in mechanische Anlage an das Objekt oder an einen Gegenstand gebracht wird, dessen Position und/oder Orientierung bezogen auf das Objekt fest ist, und dass die Referenzlage von der Steuereinrichtung erfasst wird, indem die Eingabeeinrichtung beaufschlagt wird, während das Handgerät mit seinem Referenzmerkmal an dem Objekt oder an dem Gegenstand mechanisch anliegt, und die Steuereinrichtung die aktuelle Position und/oder Orientierung des Handgerätes im Moment des Beaufschlagens der Eingabeeinrichtung als Referenzlage des Handgerätes erfasst.
Zum Erfassen der Referenzlage muss das Handgerät folglich nicht zwingend an dasjenige Objekt angelegt werden, relativ zu welchem das Handgerät positioniert und/oder orientiert werden soll. Insbesondere ist es nicht zwingend, dass das Handgerät zum Erfassen der Referenzlage an dasjenige Objekt angelegt wird, das mit dem insbesondere als Handwerkzeugmaschine oder Handmarkiereinheit ausgebildeten Handgerät bearbeitet werden soll.
Sofern die räumliche Beziehung zwischen einem zu bearbeitenden Objekt, beispielsweise einer Holzplatte, und einem anderen Gegenstand, beispielsweise einer Wand, fest ist, kann zum Erfassen der Referenzlage das Handgerät auch an die Wand angelegt werden. In der Praxis wird eine solche Vorgehensweise zumindest in einigen Fällen weniger sinnvoll sein, wenn es für den Benutzer einfacher ist, zum Anlegen des Handwerkzeugs und somit zum Erfassen der Referenzlage einen geeigneten Bereich des Objektes selbst zu verwenden, beispielsweise eine Seitenkante oder eine Ecke auf der Oberfläche einer zu bearbeitenden Holzplatte, wie vorstehend erläutert. Denn zwischen einem solchen Bereich des Objektes und den jeweils vorgegebenen Bearbeitungsstellen an dem Objekt besteht ein einfacherer räumlicher, im Sinne von geometrischer, Zusammenhang, als beispielsweise zwischen einer Wand und den Bearbeitungsstellen auf einem zu bearbeitenden, von der Wand verschiedenen Objekt.
Gleichwohl ist das erfindungsgemäße Konzept prinzipiell nicht auf das betreffende Objekt selbst angewiesen, um eine Referenzlage erfassen zu können.
Bei dem fest oder lösbar mit dem Handgerät verbundenen Teil, welches das Referenzmerkmal des Handgerätes bildet oder an welchem das Referenzmerkmal ausgebildet ist, kann es sich z.B. um das Gehäuse des Handgerätes oder um ein Bearbeitungswerkzeug des Handgerätes handeln, beispielsweise einen Bohrer, ein Sägeblatt oder einer Markierspitze.
Das erfindungsgemäße Bearbeitungsverfahren umfasst das hierin offenbarte Verfahren zum Positionieren und/oder Orientieren eines Handgerätes und ferner die Schritte, dass das Handgerät mechanisch an das Objekt oder an einen Gegenstand, dessen Position und/oder Orientierung bezogen auf das Objekt fest ist, angelegt wird, dass bei angelegtem Handgerät dessen Position und/oder Orientierung als Referenzlage erfasst wird, dass das Handgerät aus dieser Referenzlage heraus in eine Bearbeitungslage bewegt wird, in der eine Funktionseinheit des Handgerätes sich in einer für die Bearbeitung des Objektes bestimmten Position und/oder Orientierung relativ zu dem Objekt befindet, wobei während des Bewegens des Handgerätes von der Referenzlage in die Bearbeitungslage laufend die aktuelle Position und/oder Orientierung des Handgerätes bezogen auf die Referenzlage berechnet wird, und wobei diese aktuelle Position und/oder Orientierung für einen Benutzer bereitgestellt wird und/oder wobei überprüft wird, ob diese aktuelle Position und/oder Orientierung der Bearbeitungslage entspricht.
Wie bereits erwähnt, ist generell unter der „Lage“ des Handgerätes dessen Position und/oder Orientierung in einem bezüglich der Umgebung, in welcher das Handgerät bewegt wird, festen Koordinatensystem („Raum-Koordinatensystem“) zu verstehen. Das Handgerät besitzt ein eigenes Koordinatensystem, welches durch den oder die Inertialsensoren definiert ist oder mit welchem ein von dem oder den Inertialsensoren definiertes Koordinatensystem in einer festen räumlichen Beziehung steht. Das erfindungsgemäße Erfassen der Referenzlage, das im Folgenden auch als „Nullen“ bezeichnet wird (analog zu der Tara-Funktion einer Waage), dient folglich dazu, das Koordinatensystem des Handgerätes mit dem Koordinatensystem der Umgebung in Beziehung zu setzen, damit die Steuereinrichtung durch Auswerten der Bewegungsdaten des oder der Inertialsensoren zu jedem Zeitpunkt „weiß“, wo und in welcher Orientierung im Raum sich das Handgerät jeweils gerade befindet - dies aber stets bezogen auf die Referenzlage („den Nullpunkt“).
Dabei geht es aber nicht etwa darum, die Position und/oder Orientierung des Handgerätes „auf der Erde“ etwa im Sinne von geographischer Höhe und geographischer Breite zu ermitteln, sondern es geht bei der erfindungsgemäßen Verwendung des erfindungsgemäßen Handgerätes darum, dieses relativ zu einem Objekt zu positionieren und/oder zu orientieren und hierbei das Koordinatensystem des Handgerätes mit diesem Objekt in Beziehung zu setzen. Insofern ist das Koordinatensystem der Umgebung dasjenige des Objektes. Beim „Nullen“, also beim Erfassen der Referenzlage (was insbesondere durch Anlegen des Handgerätes an das Objekt geschieht), kann folglich der Steuereinrichtung sozusagen mitgeteilt werden, wo und in welcher Orientierung sich das Handgerät relativ zum Objekt befindet.
Ausgehend von dieser Relativlage können ein zurückgelegter Weg und/oder eine Verdrehung des Handgerätes in einer, zwei oder drei Dimensionen gemessen werden, indem die Bewegungsdaten des oder der Inertialsensoren durch mathematische Berechnungen ausgewertet werden.
Mögliche Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Handgerätes sind nachstehend angegeben.
Die Steuereinrichtung kann insbesondere dazu ausgebildet sein, die Position und/oder Orientierung des Handgerätes bezogen auf die Referenzlage für einen Benutzer bereitzustellen, insbesondere auf einer in das Handgerät integrierten Anzeigeeinrichtung für einen Benutzer sichtbar optisch darzustellen.
In einigen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass eine in das Handgerät integrierte, von einem Benutzer beaufschlagbare Eingabeeinrichtung vorgesehen ist, die mit der Steuereinrichtung verbunden ist, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, als Referenzlage des Handgerätes die aktuelle Position und/oder Orientierung des Handgerätes im Moment der Beaufschlagung der Eingabeeinrichtung durch den Benutzer zu erfassen.
Bei der Eingabeeinrichtung kann es sich beispielsweise um einen Knopf oder um eine Taste an der Außenseite des Handgerätes handeln. Das Handgerät kann also von einem Benutzer einfach dadurch „genullt“ werden, dass der Knopf betätigt oder die Taste gedrückt wird, sobald sich das Handgerät in der Relativlage befindet.
Andere Eingabemöglichkeiten sind ebenfalls möglich. So kann die Eingabeeinrichtung beispielsweise für eine Spracheingabe ausgebildet sein.
In einigen Ausführungsbeispielen kann vorgesehen sein, dass das Handgerät zumindest ein mechanisches, insbesondere punkt- oder linienförmiges oder flächiges, bevorzugt ebenes, Referenzmerkmal aufweist, das von einem fest oder lösbar mit dem Handgerät verbundenen Teil gebildet oder an diesem Teil ausgebildet ist, wobei das Handgerät zur Erfassung seiner Referenzlage mit seinem Referenzmerkmal in Anlage an ein Objekt bringbar ist.
Bei dem Referenzmerkmal kann es sich beispielsweise um eine Fläche an der Außenseite eines Gehäuses des Handgerätes handeln. Die Fläche kann eben sein, wobei dies aber nicht zwingend ist. Grundsätzlich kann das Referenzmerkmal eine beliebige Anlegegeometrie aufweisen. Das Referenzmerkmal muss zudem keine Fläche sein. Das Referenzmerkmal kann beispielsweise eine oder mehrere Kanten und/oder eine oder mehrere Ecken aufweisen.
Das Handgerät kann mehrere Referenzmerkmale aufweisen. In diesem Fall kann das Handgerät derart ausgebildet sein, dass es automatisch erkennt, welches Referenzmerkmal in Anlage an eine Objekt gebracht ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Handgerät mit einer Eingabevorrichtung versehen sein, die es dem Benutzer ermöglicht, das jeweils von ihm zum Anlegen an ein Objekt zu verwendende Referenzmerkmal auszuwählen und auf diese Weise der Steuereinrichtung mitzuteilen.
Das Handgerät kann zumindest eine Funktionseinheit aufweisen, wobei das Referenzmerkmal entweder von der Funktionseinheit oder von einem von der Funktionseinheit verschiedenen Teil des Handgerätes gebildet ist. In letzterem Fall ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, als Position und/oder Orientierung des Handgerätes bezogen auf die Referenzlage die Position und/oder Orientierung der Funktionseinheit zu berechnen und dabei die Lage der Funktionseinheit relativ zu dem Referenzmerkmal zu berücksichtigen.
Bei der Funktionseinheit kann es sich z.B. um ein Bearbeitungswerkzeug handeln, beispielsweise einen Bohrer, ein Sägeblatt oder eine Markierspitze. Bei der Funktionseinheit kann es sich auch um einen Anlageabschnitt des Handgerätes handeln, beispielsweise um die Auflageseite einer Grundplatte.
Beispielsweise beim Positionieren einer Bohrmaschine kommt es darauf an, die jeweils vorgegebene Position für die Spitze des Bohrers auf dem Werkstück zu finden, damit an dieser Stelle eine Bohrung ausgeführt werden kann. In diesem Fall kann das Referenzmerkmal von der Spitze des Bohrers, also von der Funktionseinheit, gebildet werden. Dies ist aber nicht zwingend. Beispielsweise kann als Referenzmerkmal der Bohrmaschine eine Fläche, Kante oder Ecke einer Außenseite eines Gehäuses eines Akkupacks der Maschine dienen. Ein solches räumliches Auseinanderfallen von Funktionseinheit und Referenzmerkmal kann die Steuereinrichtung berücksichtigen und sozusagen als „Offset“ behandeln, da die räumliche Beziehung zwischen Funktionseinheit und Referenzmerkmal eine feste, zeitlich konstante Größe des jeweiligen Handgerätes ist. Dies gilt auch für die Position und/oder Orientierung jedes in das Handgerät integrierten Inertialsensors in Bezug auf das Referenzmerkmal.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, die Bewegungsdaten des Inertialsensors mathematisch zu integrieren, um durch zweimalige Integration aus Beschleunigungsdaten Wegdaten zu berechnen und/oder um durch einmalige Integration aus Geschwindigkeitsdaten Wegdaten zu berechnen.
Unter einem „Weg“ ist in Abhängigkeit von dem Typ des jeweiligen Inertialsensors entweder eine geradlinige Strecke oder ein Drehwinkel zu verstehen.
Ein Beschleunigungssensor liefert typischerweise lineare Beschleunigungswerte für eine translatorische Bewegung bezüglich einer Translationsachse. Diese Beschleunigungswerte können folglich zweimal integriert werden, um Weginformationen zu erhalten, also Informationen über den zurückgelegten Weg bezogen auf die Referenzlage. Ein Drehratensensor (häufig auch als Gyroskopsensor oder gyroskopischer Sensor) bezeichnet, liefert typischerweise Winkelgeschwindigkeiten bezogen auf eine Rotationsachse. Diese Winkelgeschwindigkeiten können somit einmal integriert werden, um Drehwinkelinformationen zu liefern, also Informationen über einen jeweils zurückgelegten Drehwinkel bezogen auf die Referenzlage.
Wie vorstehend bereits erwähnt, wird der Einfachheit halber im Folgenden der Begriff „Weg“ sowohl für eine Translation als auch eine Rotation verwendet, d.h. bei einem zurückgelegten Weg kann es sich folglich sowohl um eine Strecke bezogen auf eine Translationsachse als auch um einen Drehwinkel bezogen auf eine Rotationsachse handeln.
In einigen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass dem Inertialsensor eine Bewegungsachse, insbesondere eine Translations- oder Rotationsachse, des Handgerätes zugeordnet und die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, bezogen auf diese Bewegungsachse durch mathematisches Integrieren der Bewegungsdaten des Inertialsensors den zurückgelegten Weg des Handgerätes bezogen auf die Referenzlage zu berechnen.
In einigen Ausführungsformen sind von der Referenzlage ausgehende Bewegungen des Handgerätes in einer, zwei oder drei Dimensionen vorgesehen, wobei für jede Dimension ein Beschleunigungssensor und ein Drehratensensor als in das Handgerät integrierte Inertialsensoren vorgesehen sind, und wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, aus den Bewegungsdaten aller dieser Inertialsensoren die Position und/oder Orientierung des Handgerätes bezogen auf die Referenzlage zu berechnen.
Bei einigen Ausführungsformen ist in das Handgerät eine räumliche Anordnung mehrerer Inertialsensoren integriert, die eine Inertialmesseinheit bilden, wobei insbesondere die Inertialmesseinheit drei Beschleunigungssensoren, denen jeweils eine von drei paarweise senkrecht zu einander verlaufenden Translationsachsen des Handgerätes zugeordnet ist, und drei Drehratensensoren umfasst, denen jeweils eine von drei paarweise senkrecht zueinander verlaufenden Rotationsachsen des Handgerätes zugeordnet ist.
Wie an anderer Stelle bereits erwähnt, werden derartige Inertialmesseinheiten auch als inertiale Messeinheiten oder IMUs bezeichnet (IMU = Inertial Measurement Unit). Eine Inertialmesseinheit stellt folglich eine räumliche Kombination mehrerer Inertialsensoren dar und kann somit die sensorische Messeinheit eines Trägheitsmesssystems bilden. Eine solche Inertialmesseinheit kann daher alle sechs möglichen kinematischen Freiheitsgrade des Handgerätes erfassen, wenn drei jeweils paarweise aufeinander orthogonal stehende Beschleunigungssensoren (auch als Translationssensoren bezeichnet) für die Erfassung der translatorischen Bewegungen des Handgerätes und drei jeweils paarweise orthogonal zueinander angebrachte Drehratensensoren für die Erfassung der Rotationen des Handgerätes vorgesehen sind.
Die Beschleunigungssensoren liefern dann jeweils eine lineare Beschleunigung, woraus durch zweimalige Integration die Position des Handgerätes bezogen auf die Referenzlage ermittelt werden kann. Die Integration der Winkelgeschwindigkeiten der Drehratensensoren liefert dann die Orientierung des Handgerätes bezogen auf die Referenzlage.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

1 schematisch drei mögliche Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Handgerätes,
2 eine mögliche schematische Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Handgerätes in einer Referenzlage und in einer Bearbeitungslage,
3 beispielhaft und schematisch zwei mögliche Verwendungen von erfindungsgemäßen Handgeräten, und
4 beispielhaft und schematisch eine weitere mögliche Verwendung eines erfindungsgemäßen Handgerätes.

1 zeigt schematisch und rein beispielhaft drei mögliche Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Handgerätes. Alle drei Handgeräte 11 stehen jeweils mittels eines Referenzmerkmals 21 in berührendem Kontakt mit einem zu bearbeitenden Objekt 27, das hier schematisch als eine Platte dargestellt ist, d.h. die Handgeräte 11 befinden sich jeweils in mechanischer Anlage an der Platte 27.
Bei dem Referenzmerkmal 21 handelt es sich um ein fest oder lösbar mit dem jeweiligen Handgerät 11 verbundenes Teil.
Das Handgerät links in 1 ist eine Handmarkiereinheit 11 mit einem als Bearbeitungswerkzeug dienenden Markierstift 23a, dessen freies Ende als Markierspitze ausgebildet ist und als Referenzmerkmal 21 der Handmarkiereinheit 11 dient.
Bei dem Handgerät in der Mitte der 1 handelt es sich um eine Stichsäge 11, die mehrere Referenzmerkmale 21 aufweist. Ein Referenzmerkmal 21 ist eine ebene Fläche an einem hinteren Bereich des Gehäuses 31 der Stichsäge 11. Ein weiteres Referenzmerkmal 21 wird von der Auflageseite, also der Unterseite, einer als Auflageabschnitt dienenden Grundplatte 23b der Stichsäge 11 gebildet. Auch das als Bearbeitungswerkzeug dienende Sägeblatt 23a der Stichsäge 11 stellt mit seinen beiden Flachseiten jeweils ein Referenzmerkmal 21 der Stichsäge 11 bereit.
Rechts in 1 ist als Handgerät 11 eine Bohrmaschine dargestellt, die drei Referenzmerkmale 21 aufweist. Das Gehäuse 31 der Bohrmaschine 11 weist zum einen an einer Unterseite und zum anderen an einem hinteren Bereich jeweils eine als Referenzmerkmal 21 dienende ebene Fläche auf. Zudem dient die Spitze des das Bearbeitungswerkzeug der Bohrmaschine 11 bildenden Bohrers 23a als Referenzmerkmal 21 der Bohrmaschine 11.
Eine eindeutige Festlegung eines Referenzmerkmals 21 ist hier von Bedeutung, da eine feste räumliche Beziehung zwischen dem Referenzmerkmal 21 und einer nachstehend näher erläuterten Inertialmesseinheit 25 des jeweiligen Handgerätes 11 gegeben sein muss, d.h. wo und in welcher Orientierung sich ein jeweiliges Referenzmerkmal 21 bezogen auf die Inertialmesseinheit 25 befindet, muss bekannt sein, damit das Handgerät 11 mit Hilfe der Inertialmesseinheit 25 in einer jeweils gewünschten oder vorgegebenen Weise positioniert und/oder orientiert werden kann.
Ebenso muss jeweils die räumliche Beziehung zwischen der Inertialmesseinheit 25 und einem für die jeweilige Bearbeitung relevanten Bereich des Bearbeitungswerkzeugs 23a bekannt sein. Bei dem Markierstift 23a der Markiereinheit 11 links in 1 ist dieser Bereich die Spitze am freien Ende des Markierstiftes 23a. Bei dem Sägeblatt 23a der Stichsäge 11 in der Mitte der 1 ist dieser Bereich die mit der Verzahnung versehene vordere Kante des Sägeblatts 23a. Bei dem Bohrer 23a der Bohrmaschine 11 rechts in 1 ist dieser Bereich die Bohrerspitze.
Wie an anderer Stelle bereits erwähnt, kann das Handgerät 11 automatisch selbst oder kann der Benutzer z.B. durch eine entsprechende Eingabe sicherstellen, dass ein mehrere Referenzmerkmale 21 aufweisendes Handgerät 11 dasjenige Referenzmerkmal 21 berücksichtigt, mit dem der Benutzer das Handgerät 11 an ein zu bearbeitendes Objekt oder einen anderen geeigneten Gegenstand anliegt, um die Referenzlage zu erfassen.
In Abhängigkeit von der jeweiligen Ausgestaltung eines Handgerätes 11 genügt es nicht, wenn die Position und/oder Orientierung eines relevanten Bereiches des Bearbeitungswerkzeugs 23a bekannt ist, sondern es kann erforderlich sein, zusätzlich die Position und/oder Orientierung zumindest eines weiteren, nicht als Referenzmerkmal dienenden Teils oder Bereiches des Handgerätes 11 in Bezug auf die Inertialmesseinheit 25 zu kennen. Bei der Stichsäge 11 in der Mitte der 1 beispielsweise kann es sich bei einem solchen Bereich um die Unterseite der Grundplatte 23b auch dann handeln, wenn diese nicht als Referenzmerkmal zum Erfassen der Referenzlage dient, denn es kann in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung wünschenswert sein, die Stichsäge 11 in einer von mehreren möglichen Höhenpositionen - also Positionen bezüglich einer parallel zur Längserstreckung des Sägeblatts 23a verlaufenden Richtung - relativ zu einem Objekt zu positionieren oder ein jeweiliges Werkstück mit einer bestimmten vorgegebenen Orientierung der Grundplatte 23b zu bearbeiten.
Beim typischen Arbeiten mit einer Stichsäge und folglich in vielen praktischen Fällen braucht die Lage der Grundplatte 23b relativ zur Inertialmesseinheit 25 allerdings nicht berücksichtigt zu werden, wenn der Benutzer die Stichsäge mit der Unterseite der Grundplatte 23b flächig auf die Oberseite des jeweils zu bearbeitenden Werkstücks auflegt.
In die in 1 dargestellten Handgeräte 11 ist jeweils zusätzlich zur bereits erwähnten Inertialmesseinheit 25 eine Steuereinrichtung 15 integriert, die dazu ausgebildet und eingerichtet ist, die beim Bewegen des Handgerätes 11 von der Inertialmesseinheit 25 gelieferten Bewegungsdaten auszuwerten, um laufend die aktuelle Position und/oder Orientierung des Handgerätes 11 bezogen auf eine zuvor erfasste Referenzlage zu berechnen, und zwar durch mathematisches Integrieren der Bewegungsdaten, wie im Einleitungsteil ausführlich erläutert. Hierzu ist die Steuereinrichtung 15 insbesondere mit einem Mikrocontroller versehen.
Außerdem sind mit der Steuereinrichtung 15 eine Anzeigeeinrichtung 17, beispielsweise in Form eines außen am Gehäuse 31 angebrachten Displays, sowie eine Eingabeeinrichtung 19 verbunden, mittels welcher ein Benutzer das Erfassen der Referenzlage veranlassen kann. Wie im Einleitungsteil bereits erwähnt, kann es sich bei der Eingabeeinrichtung 19 beispielsweise um eine Taste handeln, die vom Benutzer gedrückt werden muss, um die Erfassung der Referenzlage auszulösen. Alternativ kann die Eingabeeinrichtung 19 für eine Spracheingabe eingerichtet sein.
2 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Handgerät 11 in Form einer Bohrmaschine, und zwar rechts beim Erfassen einer Referenzlage R und links in einer Bearbeitungslage B mit senkrecht auf der Oberfläche eines zu bearbeitenden Werkstücks 27 stehendem Bohrer 23a.
In 2 ist unter anderem der eingangs erläuterte Umstand veranschaulicht, dass zum Erfassen der Referenzlage R nicht zwingend das zu bearbeitende Werkstück 27 selbst dienen muss. Vielmehr ist es möglich, zum Erfassen der Referenzlage R das Handgerät 11 mit einem Referenzmerkmal 21 - hier wiederum einer ebenen Fläche an der Außenseite des Gehäuses 31 - an einen anderen Gegenstand 29 als das zu bearbeitende Werkstück 27 selbst anzulegen, hier an eine Wand.
Die räumliche Beziehung zwischen Inertialmesseinheit 25 und Spitze des Bohrers 23a ist bekannt, d.h. die Steuereinrichtung 15 „kennt“ die Position und/oder Orientierung von Bohrerspitze und Inertialmesseinheit 25 im eigenen Koordinatensystem des Handgerätes 11, das in 2 an der rechts dargestellten Handmaschine 11 als kartesisches Koordinatensystem mit den drei paarweise aufeinander senkrecht stehenden Achsen x, y und z und mit der Bohrerspitze als Ursprung dargestellt ist.
Wenn das Handgerät 11 ausgehend von der Relativlage R in beliebiger Weise bewegt wird, also sowohl Translationen als auch Rotationen in allen sechs möglichen Freiheitsgrade ausführt, kann die Steuerrichtung 15 die Bewegung jedes ihr bekannten Punktes und dabei insbesondere der Bohrerspitze verfolgen (durch Integrieren der von der Inertialmesseinheit 25 gelieferten Bewegungsdaten, wie vorstehend erläutert) und die jeweils vom Benutzer benötigten Positions- und/oder Orientierungsinformationen auf der Anzeigeeinrichtung 17 darstellen, so dass der Benutzer die Bohrmaschine 11 derart führen kann, dass die Spitze des Bohrers 23a auf der Oberseite des Werkstücks 27 an jeweiligen vorgegebenen Bohrstellen positioniert werden kann.
In Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung kann dies voraussetzen, dass der Benutzer weiß, wo diese Bohrstellen jeweils in Bezug auf die zum Erfassen der Referenzlage R der Bohrmaschine 11 dienenden Wand 29 liegen.
Die Wand 29 kann mit einer oder mehreren Markierungen 33 versehen sein, bezüglich welcher der Benutzer die mit ihrem Referenzmerkmal 21 an der Wand 29 anliegende Bohrmaschine 11 in vorgegebener Weise auszurichten hat, bevor er zum Erfassen der Referenzlage die Eingabeeinrichtung 19 beaufschlagt.
Durch das in 2 veranschaulichte Beispiel wird klar, dass die räumliche Beziehung zwischen Referenzlage R und Bearbeitungslage B grundsätzlich beliebig sein kann, wenn alle für die jeweilige Anwendung erforderlichen Positions- und/oder Orientierungsinformationen aus dieser räumlichen Beziehung eindeutig abgeleitet werden können.
Wenn man beispielsweise voraussetzen kann, dass die Wand 29 exakt vertikal verläuft und das Werkstück 27 derart angeordnet ist, dass seine Oberseite exakt horizontal und somit senkrecht zur Wand 29 verläuft, kann durch Anlegen des Referenzmerkmals 21 der Bohrmaschine 11 an die Wand 29 eine exakte Orientierung des Bohrers 23a relativ zur Oberfläche des Werkstücks 27 hinsichtlich dieses Freiheitsgrades mittels der Inertialmesseinheit 25 erreicht werden.
In 2 ist außerdem schematisch die räumliche Anordnung dreier Beschleunigungssensoren 13a, 13b und 13c sowie dreier Drehratensensoren 13e, 13f und 13d gezeigt, die gemeinsam die Inertialmesseinheit 25 bilden. Dabei ist jedem Beschleunigungssensor eine Translationsachse und jedem Drehratensensor eine Rotationsachse zugeordnet, so dass Bewegungen der Bohrmaschine 11 hinsichtlich aller sechs Freiheitsgrade erfasst werden können.
Einige Anwendungen der Erfindung sind rein beispielhaft in den 3 und 4 dargestellt.
Bei der unten in 3 veranschaulichten Anwendung sollen mittels einer Stichsäge 11 von einem beispielsweise als Holzplatte ausgebildeten Werkstück 27 nacheinander Streifen der Breite a abgetrennt werden.
Hierzu wird die Stichsäge 11 zunächst mit ihrer Grundplatte 23b auf das Werkstück 27 aufgesetzt und mit einer Flachseite des Sägeblatts 23a an die Längskante des Werkstücks 27 angelegt. Durch Betätigen der Eingabeeinrichtung (hier nicht dargestellt) wird diese Referenzlage R erfasst. Anschließend bewegt der Benutzer die Stichsäge 11 von der Längskante weg hin zur Querkante und an dieser entlang, bis auf dem hier nicht dargestellten Display der Stichsäge 11 der gewünschte Wert a angezeigt wird. Die vorgegebenen Bearbeitungslage B ist jetzt erreicht. Zusätzlich kann beispielsweise eine Gierwinkelinformation angezeigt werden. Dabei kann z.B. eine grüne LED aufleuchten, wenn die Stichsäge 11 derart korrekt ausgerichtet ist, dass die Sägeblattebene parallel zur Längskante des Werkstücks 27 verläuft, an welcher die eine Sägeblattflachseite zuvor zum Erfassen der Referenzlage R angelegt wurde, um auf diese Weise sicherzustellen, dass der Sägevorgang mit korrekt ausgerichtetem Sägeblatt 23a begonnen wird. Ein von 0° abweichender Gierwinkel kann beispielsweise durch eine oder mehrere rote LEDs links und rechts von der grünen LED angezeigt werden. Eine derartige optische Unterstützung, die dem Benutzer folglich als Navigierhilfe dient, kann als von dem Display separate LED-Anordnung vorgesehen oder mit in das Display integriert sein. Der korrekte Gierwinkel und der korrekte Abstand a können permanent auch während des anschließenden Sägevorgangs angezeigt werden, so dass der Benutzer einen exakten Schnitt bis in die rechts dargestellte End-Bearbeitungslage B ausführen kann, ohne sich hierzu in herkömmlicher Weise an einem Anriss orientieren zu müssen.
Die Verwendung der Erfindung in Verbindung mit einer Markiereinheit 11, beispielsweise wie links in 1 dargestellt, ist oben in 3 veranschaulicht. Auf der Oberfläche des Werkstücks 27 soll in einem bestimmten Abstand c von der Längskante des Werkstücks 27 eine Reihe von Bohrstellen 35 markiert werden, die vorgegebene Abstände untereinander und somit jeweils eine vorbestimmten Abstand von der in 3 linken Querkante des Werkstücks 27 besitzen.
Anders als beim zuvor erläuterten Sägen mit der Stichsäge 11 kommt es bei diesem Anreißen der Bohrstellen 35 nicht nur auf den korrekten Abstand c von der Längskante des Werkstücks 27, sondern auch auf den jeweiligen korrekten Abstand von der Querkante des Werkstücks 27 an. Folglich setzt der Benutzer zum Erfassen der Referenzlage R die Markiereinheit 11 mit der Spitze des Markierstiftes 23a in der Ecke auf die Werkstückoberfläche, so dass ihm laufend die Position der Markierspitze auf der Werkstückoberfläche bezogen auf den von der Ecke gebildeten Nullpunkt (Referenzlage) angezeigt wird. Diese Anzeige kann entsprechend den Anforderungen dieser Anwendung getrennt nach den beiden senkrecht aufeinander stehenden Achsen erfolgen, nämlich einerseits Abstand von der Längskante (zum Einhalten des vorgegebenen Abstands c) und andererseits Abstand von der Querkante (um zur jeweiligen vorgegebenen Bohrstelle auf der im Abstand c parallel zur Längskante verlaufenden, hier gestrichelt dargestellten Linie zu gelangen).
Um die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung weiter zu veranschaulichen, zeigt 4 ein anderes Anwendungsbeispiel. Dargestellt ist ein Horizontalschnitt durch einen Raum mit einer Wand 37, die von zwei weiteren Wänden 39, 41 begrenzt wird.
In die Wand 37 der Breite b soll in einer vorgegebenen Höhe(hier nicht eingezeichnet) ein Loch gebohrt werden, welches sich genau in der Mitte, also bei b/2, zwischen den beiden angrenzenden Wänden 39, 41 befindet.
Zum Erfassen einer Referenzlage R bringt der Benutzer die Bohrmaschine 11 mit der Spitze des Bohrers 23a in Anlage am Boden in der Ecke zwischen den beiden Wänden 37, 39. Die Bohrmaschine 11 wird dann durch Beaufschlagen der Eingabeeinrichtung 19 „genullt“. Wenn - wie in der Praxis meist der Fall - die Breite b der Wand 37 nicht bekannt ist, bringt der Benutzer anschließend die Bohrmaschine 11 mit der Bohrerspitze in Anlage in der Ecke zwischen den beiden Wänden 37, 41, dabei aber in einer beliebigen Höhe, da bezüglich der Höhe die Referenzlage zuvor bereits erfasst wurde. Der Benutzer kann dann die Breite der Wand am Display ablesen oder beispielsweise durch erneutes Beaufschlagen der Eingabeeinrichtung der Steuereinrichtung der Bohrmaschine 11 mitteilen, dass sich bezüglich der Breite die Bohrspitze nunmehr im Abstand b von der Referenzlage befindet.
Beim anschließenden Bewegen der Bohrmaschine 11 zur Wandmitte kann der Benutzer am Display laufend ablesen, in welcher Höhe über dem Boden und in welcher Position hinsichtlich der Breite sich die Bohrerspitze momentan befindet. Auf diese Weise kann der Benutzer ohne irgendwelche zusätzlichen Hilfsmittel die vorgegebene Bohrstelle an der Wand 37 finden, den Bohrer 23a dort ansetzen und den Bohrvorgang durchführen.
Zusätzlich kann eine exakte senkrechte Ausrichtung des Bohrers 23a relativ zur Wand 37 gewährleistet werden, wenn beim anfänglichen Erfassen der Relativlage R auch die Orientierung der Bohrmaschine 11 relativ zur Wand 37 erfasst wird, was problemlos möglich ist, wenn beim Erfassen der Referenzlage R der Boden mit einbezogen wird (durch Anlegen einer als Referenzmerkmal dienenden Unterseite der Bohrmaschine 11 an den Boden) und vorausgesetzt werden kann, dass der Boden senkrecht zur Wand 37 verläuft.
In 4 ist die Bohrmaschine 11 oben und unten in unterschiedlichen Winkelstellungen relativ zur Wand 37 dargestellt, um zu veranschaulichen, dass es zum Bestimmen der vorgegebenen Bohrstelle auf der Wand 37 nicht darauf ankommt, wie die Bohrmaschine 11 im Raum orientiert ist, solange sichergestellt ist, dass die Spitze des Bohrers 23a in der jeweiligen Raumecke anliegt.
Eine weitere mögliche Anwendung (nicht dargestellt) besteht darin, die Dicke einer Wand zu messen, indem z.B. mit einer erfindungsgemäßen Bohrmaschine die als Referenzmerkmal dienende Bohrerspitze (oder irgendein anderes Referenzmerkmal der Bohrmaschine) an die eine Seite der Wand angelegt, dies als Referenzlage erfasst und dann die Bohrerspitze (bzw. das andere Referenzmerkmal) in Anlage an die andere Wand gebracht wird (Bearbeitungslage). Die Dicke der Wand kann dann als zurückgelegter Weg der Bohrerspitze bezüglich einer senkrecht zur Wand verlaufenden Translationsachse am Display der Bohrmaschine abgelesen werden. Dabei kommt es nicht darauf an, an welchen Stellen der Wandseiten das Referenzmerkmal der Bohrmaschine jeweils angelegt wurde und wie die Bohrmaschine dabei jeweils im Raum orientiert war, und es kommt auch nicht darauf an, welchen Weg der Benutzer mit der Bohrmaschine von der einen Wandseite zur anderen Wandseite gegangen ist.
Bezugszeichenliste

11: Handgerät
13: Inertialsensor
13a, 13b, 13c: Beschleunigungssensor
13d, 13e, 13f: Drehratensensor
15: Steuereinrichtung
17: Anzeigeeinrichtung
19: Eingabeeinrichtung
21: Referenzmerkmal
23: Funktionseinheit
23a: Bearbeitungswerkzeug
23b: Anlageabschnitt
25: Inertialmesseinheit
27: Objekt, Werkstück
29: Gegenstand, Wand
31: Gehäuse
33: Markierung
35: Bohrstelle
37: Wand
39: Wand
41: Wand
R: Referenzlage
B: Bearbeitungslage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009007977 B4 [0002]

Claims

Handgerät (11), insbesondere Handwerkzeugmaschine oder Handmarkiereinheit, mit zumindest einem in das Handgerät (11) integrierten Inertialsensor (13), insbesondere einem Beschleunigungssensor oder Drehratensensor, der dazu ausgebildet ist, Bewegungen des Handgerätes (11) zu erfassen und diese Bewegungen betreffende Bewegungsdaten bereitzustellen, und mit einer in das Handgerät (11) integrierten, mit dem Inertialsensor (13) verbundenen Steuereinrichtung (15), die dazu ausgebildet ist, - eine Referenzlage (R) des Handgerätes (11) zu erfassen, - während einer von der Referenzlage (R) ausgehenden Bewegung des Handgerätes (11) diese Bewegung betreffende Bewegungsdaten des Inertialsensors (13) zu empfangen, und - aus diesen Bewegungsdaten die Position und/oder Orientierung des Handgerätes (11) bezogen auf die Referenzlage (R) zu berechnen.
Handgerät (11) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (15) dazu ausgebildet ist, die Position und/oder Orientierung des Handgerätes (11) bezogen auf die Referenzlage (R) für einen Benutzer bereitzustellen, insbesondere auf einer in das Handgerät (11) integrierten Anzeigeeinrichtung (17) für einen Benutzer sichtbar optisch darzustellen.
Handgerät (11) nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine in das Handgerät (11) integrierte, von einem Benutzer beaufschlagbare Eingabeeinrichtung (19) vorgesehen ist, die mit der Steuereinrichtung (15) verbunden ist, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, als Referenzlage (R) des Handgerätes (11) die aktuelle Position und/oder Orientierung des Handgerätes (11) im Moment der Beaufschlagung der Eingabeeinrichtung (19) durch den Benutzer zu erfassen.
Handgerät (11) nach einem vorhergehenden Ansprüche, wobei das Handgerät (11) zumindest ein mechanisches, insbesondere punkt- oder linienförmiges oder flächiges, bevorzugt ebenes, Referenzmerkmal (21) aufweist, das von einem fest oder lösbar mit dem Handgerät (11) verbundenen Teil gebildet oder an diesem Teil ausgebildet ist, wobei das Handgerät (11) zur Erfassung seiner Referenzlage (R) mit seinem Referenzmerkmal (21) in Anlage an ein Objekt (27, 29) bringbar ist.
Handgerät (11) nach Anspruch 4, wobei das Handgerät (11) zumindest eine Funktionseinheit (23) aufweist, insbesondere ein Bearbeitungswerkzeug (23a), zum Beispiel einen Bohrer, ein Sägeblatt oder eine Markierspitze, oder einen Anlageabschnitt (23b), zum Beispiel eine Auflageseite einer Grundplatte, wobei das Referenzmerkmal (21) von der Funktionseinheit (23) gebildet ist, oder wobei das Referenzmerkmal von einem von der Funktionseinheit verschiedenen Teil des Handgerätes (11) gebildet und die Steuereinrichtung (15) dazu ausgebildet ist, als Position und/oder Orientierung des Handgerätes (11) bezogen auf die Referenzlage (R) die Position und/oder Orientierung der Funktionseinheit (23) zu berechnen und dabei die Lage der Funktionseinheit (23) relativ zu dem Referenzmerkmal (21) zu berücksichtigen.
Handgerät (11) nach einem vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (15) dazu ausgebildet ist, die Bewegungsdaten des Inertialsensors (13) mathematisch zu integrieren, um durch zweimalige Integration aus Beschleunigungsdaten Wegdaten zu berechnen und/oder um durch einmalige Integration aus Geschwindigkeitsdaten Wegdaten zu berechnen.
Handgerät (11) nach Anspruch 6, wobei dem Inertialsensor (13) eine Bewegungsachse (x, y, z), insbesondere eine Translations- oder Rotationsachse, des Handgerätes (11) zugeordnet und die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, bezogen auf diese Bewegungsachse (x, y, z) durch die Integration der Bewegungsdaten des Inertialsensors (13) den zurückgelegten Weg des Handgerätes (11), insbesondere eine Translation oder Rotation, bezogen auf die Referenzlage (R) zu berechnen.
Handgerät (11) nach einem vorhergehenden Ansprüche, wobei von der Referenzlage (R) ausgehende Bewegungen des Handgerätes (11) in einer, zwei oder drei Dimensionen vorgesehen sind, und wobei für jede Dimension ein Beschleunigungssensor (13) und ein Drehratensensor (13) als in das Handgerät (11) integrierte Inertialsensoren (13) vorgesehen sind, und wobei die Steuereinrichtung (15) dazu ausgebildet ist, aus den Bewegungsdaten aller dieser Inertialsensoren (13) die Position und/oder Orientierung des Handgerätes (11) bezogen auf die Referenzlage (R) zu berechnen.
Handgerät (11) nach einem vorhergehenden Ansprüche, wobei in das Handgerät (11) eine räumliche Anordnung mehrerer Inertialsensoren (13) integriert ist, die eine Inertialmesseinheit (25) bilden, wobei insbesondere die Inertialmesseinheit (25) drei Beschleunigungssensoren (13), denen jeweils eine von drei paarweise senkrecht zueinander verlaufenden Translationsachsen (X, Y, Z) des Handgerätes (11) zugeordnet sind, und drei Drehratensensoren (13) umfasst, denen jeweils eine von drei paarweise senkrecht zueinander verlaufenden Rotationsachsen (X, Y, Z) des Handgerätes (11) zugeordnet sind.
Verfahren zum Positionieren und/oder Orientieren eines Handgerät (11), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, relativ zu einem Objekt (27), wobei das Handgerät (11) zumindest einen in das Handgerät (11) integrierten Inertialsensor (13) und eine in das Handgerät (11) integrierte, mit dem Inertialsensor (13) verbundene Steuereinrichtung (15) umfasst, und wobei das Verfahren die Schritte umfasst, - dass das Handgerät (11) in eine Referenzlage (R) relativ zu dem Objekt (27) gebracht wird, - dass die Referenzlage (R) von der Steuereinrichtung (15) erfasst wird, - dass das Handgerät (11) ausgehend von der Referenzlage (R) relativ zu dem Objekt (27) bewegt wird, - dass diese Bewegung mittels des Inertialsensors (13) erfasst wird und von dem Inertialsensor (13) diese Bewegung betreffende Bewegungsdaten erzeugt werden, und - dass von der Steuereinrichtung (15) die Bewegungsdaten des Inertialsensors (13) empfangen und aus diesen Bewegungsdaten die aktuelle Position und/oder Orientierung des Handgerätes (11) bezogen auf die Referenzlage (R) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die aktuelle Position und/oder Orientierung des Handgerätes (11) bezogen auf die Referenzlage (R) berechnet wird, indem die Bewegungsdaten des Inertialsensors (13) von der Steuereinrichtung (15) mathematisch integriert werden.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Handgerät (11) zumindest ein mechanisches Referenzmerkmal (21), das von einem fest oder lösbar mit dem Handgerät (11) verbundenen Teil gebildet oder an diesem Teil ausgebildet ist, und eine in das Handgerät (11) integrierte, von einem Benutzer beaufschlagbare Eingabeeinrichtung (19) aufweist, die mit der Steuereinrichtung (15) verbunden ist, wobei das Handgerät (11) in die Referenzlage (R) relativ zu dem Objekt (27) gebracht wird, indem das Handgerät (11) mit seinem Referenzmerkmal (21) in mechanische Anlage an das Objekt (27) oder an einen Gegenstand (29) gebracht wird, dessen Position und/oder Orientierung bezogen auf das Objekt (27) fest ist, und wobei die Referenzlage (R) von der Steuereinrichtung (15) erfasst wird, indem die Eingabeeinrichtung (19) beaufschlagt wird, während das Handgerät (11) mit seinem Referenzmerkmal (21) an dem Objekt (27) oder an dem Gegenstand (29) mechanisch anliegt, und die Steuereinrichtung (15) die aktuelle Position und/oder Orientierung des Handgerätes (11) im Moment des Beaufschlagens der Eingabeeinrichtung (19) als Referenzlage (R) des Handgerätes (11) erfasst.
Verfahren zum Bearbeiten eines Objektes (27) mit einem Handgerät (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Bearbeitungsverfahren die Schritte umfasst: - dass das Handgerät (11) mechanisch an das Objekt (27) oder an einen Gegenstand (29), dessen Position und/oder Orientierung bezogen auf das Objekt (27) fest ist, angelegt wird, - dass bei angelegtem Handgerät (11) dessen Position und/oder Orientierung als Referenzlage (R) erfasst wird, - dass das Handgerät (11) aus dieser Referenzlage (R) heraus in eine Bearbeitungslage (B) bewegt wird, in der eine Funktionseinheit (23) des Handgerätes (11) sich in einer für die Bearbeitung des Objektes (27) bestimmten Position und/oder Orientierung relativ zu dem Objekt (27) befindet, wobei während des Bewegens des Handgerätes (11) von der Referenzlage (R) in die Bearbeitungslage (B) laufend die aktuelle Position und/oder Orientierung des Handgerätes (11) bezogen auf die Referenzlage (R) berechnet wird, und wobei diese aktuelle Position und/oder Orientierung für einen Benutzer bereitgestellt wird und/oder wobei überprüft wird, ob diese aktuelle Position und/oder Orientierung der Bearbeitungslage (B) entspricht.