EP2106320A2 - Hochfrequenzsensor sowie werkzeugmaschine mit einem hochfrequenzsensor - Google Patents

Hochfrequenzsensor sowie werkzeugmaschine mit einem hochfrequenzsensor

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EP2106320A2
EP2106320A2 EP07857785A EP07857785A EP2106320A2 EP 2106320 A2 EP2106320 A2 EP 2106320A2 EP 07857785 A EP07857785 A EP 07857785A EP 07857785 A EP07857785 A EP 07857785A EP 2106320 A2 EP2106320 A2 EP 2106320A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
antenna
frequency sensor
frequency
sensor according
machine tool
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07857785A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heiko Braun
Michael Mahler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2106320A2 publication Critical patent/EP2106320A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/12—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with electromagnetic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/0209—Systems with very large relative bandwidth, i.e. larger than 10 %, e.g. baseband, pulse, carrier-free, ultrawideband
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/03—Details of HF subsystems specially adapted therefor, e.g. common to transmitter and receiver
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/364—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith using a particular conducting material, e.g. superconductor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/44—Details of, or arrangements associated with, antennas using equipment having another main function to serve additionally as an antenna, e.g. means for giving an antenna an aesthetic aspect
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/065—Patch antenna array
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna

Definitions

  • the present invention is based on a high-frequency sensor, in particular a high-frequency position sensor according to the preamble of claim 1.
  • High-frequency sensors in particular high-frequency sensors for the detection of hidden objects have been known for some time.
  • sensors or antenna elements such sensors are understood to work in a frequency range of much equal to 1 GHz.
  • a radar device with a high-frequency sensor is known, for example, from WO 96/19737. With this radar, objects trapped in a wall or in the ground can be detected with high accuracy. So z. B. in holes in a wall, the objects enclosed therein - z. As steel reinforcements, power lines, water pipes and the like - are safe from destruction, should the craftsman precise information about a place, d. H. the path position on the wall surface and the depth in the wall, of the enclosed object are conveyed.
  • a radar device, as also described in WO 96/19737, usually consists of a "front end" - this is a transmitting and receiving unit - and a display device.
  • the front end disclosed in WO 96/19737 has a shielded space for electrical circuits and two spaces adjoining this space, which are designed as transmitting antenna and receiving antenna.
  • the cavities for the transmitting and receiving antennas are in the form of horns in which radiating elements (eg in the form of wires) are installed.
  • the shielding of the circuit receiving space takes place on the one hand by a mounted on the circuit board for the circuits housing and on the other hand by the Walls of the antenna horns, which are fixed on the opposite side of the circuits of the circuit board.
  • the document WO 96/19737 to be taken execution of the front end of a radar is manufacturing technology relatively expensive because it consists of a variety of items.
  • a device for transmitting and / or receiving radar beams is known in which on one side of a circuit board at least one antenna and on the other side of the circuit board electrical circuits are arranged and means for electromagnetic shielding of the electrical circuits the at least one antenna are present.
  • the antenna-side surface of the printed circuit board of the device of DE 10 104 864 Al is executed in Koplanar- line technology feed network, with which the at least one antenna is contacted, applied, wherein the lying on ground outer conductor of the coplanar line, the antenna-side surface
  • DE 10 204 568 A1 discloses a radar device for detecting objects enclosed in a wall, which device has a transmitting and receiving device.
  • Antenna arrangement consisting of at least one cavity with a radiator element arranged therein and a shielded space for electrical
  • the housing is formed so that it forms both the shielded space for the circuits and the at least one cavity for the at least one antenna radiating element, wherein the circuit board as a shielding partition between the two spaces in the housing is inserted.
  • the invention relates to a high-frequency sensor, in particular a high-frequency sensor for detecting objects hidden in a medium, with at least one antenna for transmitting and / or receiving high-frequency signals, in particular signals in a frequency range from 2 to 8 GHz.
  • the at least one antenna is formed on a LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics) ceramic substrate, wherein LTCCs are ceramic multilayer circuits.
  • LTCC Low Temperature Cofired Ceramics
  • UWB ultra-wide band
  • the LTCC substrate the antenna size can be significantly reduced, so that, for example, antenna elements in the frequency range of 2 to 8 GHz with edge lengths less than or equal 1 cm made can be.
  • LTCC components can be built up in layer layers, comparable to multilayer boards, and can also be produced like circuit boards.
  • the LTCC components can also contain integrated passive components, such as resistors, capacitors and coils, this opens up further possibilities for integration and space reduction.
  • the high-frequency components of the transmitting and receiving unit are integrated on or in a semiconductor element (IC) "chip" for short.
  • IC semiconductor element
  • FIG. 1 shows an embodiment of a high-frequency sensor according to the invention with an antenna element on an LTCC substrate in a schematic representation
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of a high-frequency sensor according to the invention with a plurality of antenna elements on a common LTCC substrate in a schematic representation
  • FIG. 3 shows a typical application situation for a machine tool in a schematic representation
  • FIG. 4 shows an alternative application situation for a machine tool in a schematic representation
  • FIG. 5 shows an additional component according to the invention for a machine tool with a corresponding high-frequency sensor according to FIG. 5
  • FIG. 4 in a plan view.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a high-frequency sensor according to the invention.
  • the high-frequency sensor according to the exemplary embodiment of FIG. 1 comprises inter alia an antenna element 10 which is mounted on an LTCC
  • LTCCs are multilayer ceramic circuits which, in addition to the integration of, for example, one or more antenna elements, also enable the direct integration of further electronic or electrical components of the high-frequency sensor.
  • the working frequency range of the antenna or the antennas is typically between 1 and 8 GHz, preferably between 2 and 4 GHz.
  • the typical length a of an edge of the antenna element 10, which may be formed, for example, as a patch antenna, is in the range of 1 cm and below.
  • Such a high-frequency sensor can be part of a locating device 16, as is indicated symbolically in FIG.
  • a locating device is disclosed, for example, in DE 10 20 5000 A1 and is hereby incorporated in this description, in particular with regard to its structure.
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of a high-frequency sensor according to the invention.
  • a plurality of antenna elements 10, which may correspond to the antenna element of FIG. 1, are formed on a common LTCC substrate 12.
  • the typical extension b of an antenna element is 1 cm or significantly lower.
  • the distance c of the antenna elements 10 to each other is of the order of the size of the antenna elements.
  • antenna groups in locating devices of the type described in DE 10 204 568 A1, for example, makes it possible to dispense with the hitherto necessary travel path of the devices.
  • the combination of classical travel and electronic panning characteristics of the antenna array could improve the visibility of trapped objects, especially in corners.
  • antenna groups there are various approaches. For the sake of simplicity, a linear array as shown in FIG. 2 will be described here. However, the use of an antenna matrix or an antenna star is also possible. Also, a partial occupancy of the matrix, i. an arrangement with different spatial orientation of the individual antennas is possible.
  • the individual antennas are, for example, in a row, as shown in Figure 2, and are also used as individual antennas. Here is then always measured at the place where the respective antenna of the arrangement is located. This corresponds to a device displacement with a fixed measuring distance c according to FIG. 2. Such an application results in a rather coarse grid, which is determined by the antenna distance c.
  • the respective antenna group has always related the same measuring range, for example to the position of the device, for example a locating device, in which a high-frequency sensor is accommodated with a corresponding antenna arrangement.
  • the antennas are varied in their relative phase difference, a change in the measuring range is associated with it. This means that the device must not be moved over the desired measuring range.
  • the measuring device is aligned with an object to be measured, for example a housing wall, and the variable antenna control means that a specific measuring range below the device can now be examined.
  • the device as previously customary and described in DE 10 20 5000 Al - fixed with fixed measuring direction of the antenna array - be moved over, for example, a wall. If the meter comes to a place where it can not be moved on, such as a room corner or the like. Can now be used by changing the antenna control a pivoting characteristic of the antenna array to measure the inaccessible or difficult to reach area.
  • an operating mode is possible in which the locating device is moved over the wall and takes measurements in a relatively coarse spatial grid.
  • the measuring range can be changed by changing the phase angle of the
  • FIG. 2 shows a machine tool 18 in the form of a drilling machine with a corresponding individual antenna element 50 which is mounted on an LTCC substrate
  • the antenna element 48 is arranged.
  • the antenna element is operated by a corresponding control electronics 52.
  • an antenna array according to FIG. 2 or an antenna matrix in the machine 168 may also be used.
  • the electromagnetic high-frequency signal 20, which is radiated by the antenna, can be coupled out, for example, via a so-called polyrod and / or directed via a dielectric lens 22: for decoupling the energy from the antenna 50, which can be designed in particular as a patch antenna, can - depending on the operating frequency of the high-frequency sensor, a dielectric in the form of a plastic part, which is referred to as polyrod, find use.
  • the polyrod is placed over the antenna element.
  • An additional shaping of the directional geometry of the radiator element can be achieved via the housing geometry, or a dielectric lens.
  • a hole is to be drilled in a wall 28 by means of a drill.
  • a pipe 34 for example made of a plastic, which should not be drilled as possible.
  • the plastic tube which is hidden in the wall 28 can be detected and, for example, a corresponding warning signal or the direct display of the hidden object in an output unit 54 of the machine tool 18 are reproduced.
  • the wall front side 30 as well as the wall rear side 36 can be detected via reflections of the high-frequency signal 20, a so-called machine tool can also be used with a machine tool according to the invention
  • the high-frequency sensor can, for example, determine the wall thickness D and turn off the machine 18, if a wall breakthrough is imminent.
  • a wall breakthrough is characterized in that the drilling depth is equal to or greater than the respective wall thickness.
  • the high-frequency sensor is not integrated in the machine tool itself, but in an additional component 60, which in the embodiment of Figures 4 and 5 is a suction device for the Bohrstaub.
  • a suction device for the Bohrstaub.
  • Such a suction device can be placed directly on the wall 28 at the drilling point or be connected to the machine tool 18, as symbolized by the connecting element 62 in FIG.
  • antenna elements 10 are disposed on a common LTCC substrate.
  • each antenna element may be formed on its own on an LTCC substrate.
  • an embodiment with only one antenna element is possible, so that the high-frequency sensor can only decide whether an object is present or not.
  • the antennas 10 of the antenna group can optionally be operated individually or interconnected as an antenna group.
  • the individual antennas can thus be used as a single element depending on the requirement, for example for determining "enclosed object present, yes or no" or by using in an antenna group, for example in a star or cross arrangement also identify the direction of the enclosed objects.
  • the invention is not limited to the embodiments shown in the figures. In particular, the invention is not limited to the type and shape of the machine tool or, the additional component for the machine tool.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenzsensor, insbesondere einen Hochfrequenzsensor zur Detektion von in einem Medium verborgenen Objekten (34), mit zumindest einer Antenne (10, 50) zum Senden und/oder Empfangen hochfrequenter Signale(20), insbesondere Signalen in einem Frequenzbereich von 1bis 8 GHz. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine Antenne(10, 50) auf einem LTCC-Substrat (12, 48) ausgebildet ist. Des Weiterenbetrifft die Erfindung eine Werkzeugmaschine, insbesondere ein Elektrowerkzeug(18), welches zu einem bohrenden und/oder schlagenden Antreiben eines Werkzeugs vorgesehen ist, mit zumindest einem derartigen Hochfrequenzsensor.

Description

Hochfrequenzsensor sowie Werkzeugmaschine mit einem Hochfrequenzsensor
Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Hochfrequenzsensor, insbesondere von einem Hochfrequenzortungssensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Hochfrequenzsensoren, insbesondere Hochfrequenzsensoren zur Detektion von verborgenen Objekten sind seit geraumer Zeit bekannt. Als Hochfrequenzsensoren seien hier Sensoren bzw. Antennenelemente derartige Sensoren verstanden, die in Einem Frequenzbereich von großer gleich 1 GHz arbeiten.
Ein Radargerät mit einem Hochfrequenzsensor ist beispielsweise aus der WO 96/19737 bekannt. Mit diesem Radargerät können in einer Wand oder im Erdreich eingeschlossene Objekte mit hoher Genauigkeit detektiert werden. Damit z. B. bei Bohrungen in einer Wand die darin eingeschlossenen Objekte - z. B. Stahlarmierungen, Stromleitungen, Wasserleitungen und dergleichen - vor Zerstörung sicher sind, sollte dem Handwerker eine präzise Information über einen Ort, d. h. die Wegposition auf der Wandoberfläche und die Tiefe in der Wand, des eingeschlossenen Objektes vermittelt werden. Ein Radargerät besteht, wie auch in der WO 96/19737 beschrieben, üblicherweise aus einem „Frontend" - das ist eine Sende- und Empfangseinheit - und einer Anzeigevorrichtung.
Das in der WO 96/19737 offenbarte Frontend weist einen abgeschirmten Raum für elektrische Schaltkreise und zwei sich an diesen Raum anschließende Räume auf, die als Sendeantenne und Empfangsantenne ausgebildet sind. Die Hohlräume für die Sende- und die Empfangsantenne haben die Form von Hörnern, in denen Strahlerelemente (z. B. in Form von Drähten) installiert sind. Die Abschirmung des die Schaltkreise aufnehmenden Raumes geschieht einerseits durch ein auf die Leiterplatte für die Schaltkreise aufgesetztes Gehäuse und andererseits durch die Wandungen der Antennenhörner, die auf der den Schaltkreisen gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte fixiert sind. Die der Druckschrift WO 96/19737 zu entnehmende Ausführung des Frontends eines Radargeräts ist fertigungstechnisch relativ aufwendig, weil es aus einer Vielzahl von Einzelteilen besteht.
Aus der DE 10 104 864 Al ist eine Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen von Radarstrahlen bekannt, bei der auf einer Seite einer Leiterplatte mindestens eine Antenne und auf der anderen Seite der Leiterplatte elektrische Schaltkreise angeordnet sind und Mittel zur elektromagnetischen Abschirmung der elektrischen Schaltkreise gegenüber der mindestens einen Antenne vorhanden sind.
Auf der antennenseitigen Oberfläche der Leiterplatte der Vorrichtung der DE 10 104 864 Al ist ein in Koplanar- Leitungstechnik ausgeführtes Speisenetzwerk, mit dem die mindestens eine Antenne kontaktiert ist, aufgebracht, wobei der auf Masse liegende Außenleiter der Koplanar-Leitung die antennenseitige Oberfläche der
Leiterplatte soweit überdeckt, dass dadurch die geforderte Abschirmung zwischen der Antenne und den elektrischen Schaltkreisen entsteht.
Aus der DE 10 204 568 Al ist ein Radargerät zum Detektieren von in einer Wand eingeschlossenen Objekten, bekannt welches eine Sende- und Empfangs-
Antennenanordnung, bestehend aus mindestens einem Hohlraum mit einem darin angeordneten Strahlerelement und einem abgeschirmten Raum für elektrische
Schaltkreise aufweist, wobei der abgeschirmte Raum der Vorrichtung der DE 10 204
568 Al durch eine von einem Gehäuse überdeckte Leiterplatte gebildet ist, auf deren in das Gehäuseinnere weisenden Seite die Schaltkreise aufgebracht sind und auf deren anderen Seite die Antennenanordnung installiert ist. Bei der Vorrichtung der DE 10 204 568 Al ist das Gehäuse so geformt, dass es sowohl den abgeschirmten Raum für die Schaltkreise als auch den mindestens einen Hohlraum für das mindestens eine Antennen-Strahlerelement bildet, wobei die Leiterplatte als abschirmende Trennwand zwischen den beiden Räumen in das Gehäuse eingesetzt ist.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenzsensor, insbesondere einen Hochfrequenzsensor zur Detektion von in einem Medium verborgenen Objekten, mit zumindest einer Antenne zum Senden und/oder Empfangen hochfrequenter Signale, insbesondere Signale in einem Frequenzbereich von 2 bis 8 GHz. Dabei ist die zumindest eine Antenne auf einem LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics) Keramik-Substrat ausgebildet ist, wobei LTCCs keramische Mehrlagenschaltungen sind. Durch den Einsatz von Antennen auf LTCC kann die Baugröße der Antenne deutlich verringert werden. LTCC Materialien besitzen eine sehr hohe Dielektrizitätskonstante εr. Durch dieses große εr und den geringen Schichtdicken zwischen Metalllagen, die realisierbar sind, ist eine Reduzierung der Größe der Antennenelemente im Hochfrequenzbereich möglich. Während momentan die Antennentechnik für Hochfrequenz-Ortungsgeräte im
UWB (Ultra-Wide-Band) Bereich auf relativ große Antennenausdehnungen im Bereich von einigen Zentimetern beschränkt sind, kann durch das LTCC Substrat die Antennengröße deutlich verringert werden, so dass beispielsweise Antennenelemente im Frequenzbereich von 2 bis 8 GHz mit Kantenlängen kleiner gleich 1 cm gefertigt werden können.
Durch solche kleinen Antennengrößen ergeben sich für die UWB- Hochfrequenzortung (Ultra Wide ^and) eine Reihe von Vorteilen und neuen Ansätzen
Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass sich solche LTCC Komponenten in Schichtlagen, vergleichbar Multilayer-Platinen aufbauen lassen und auch wie Platinen hergestellt werden können.
Da die LTCC- Komponenten auch integrierte passive Bauelemente, wie beispielsweise Widerstände, Kondensatoren und Spulen, beinhalten können, ergeben sich hier weitere Möglichkeiten zur Integration und Bauraumreduzierung.
Durch kleinere Antennen kann zum einen die Baugröße eines entsprechenden Detektionsgerätes reduziert werden, zum anderen ist nunmehr aber auch der
Einsatz einer ganzen Antennengruppe in einem einzelnen Gerät möglich.
Darüber hinaus ist auch die Integration derartiger Hochfrequenzsensoren direkt in Werkzeugmaschinen oder Adapterelementen für Werkzeugmaschinen, wie beispielsweise eine Staubabsaugevorrichtung, möglich. Auch in Absaughilfen von Staubsaugern können derartige Antennen und Ortungssensoren integriert werden.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich.
In vorteilhafter Weise sind die Hochfrequenzkomponenten der Sende- und Empfangseinheit auf bzw. in einem Halbleiterelement (IC) kurz „Chip" integriert sind.
Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.
Zeichnung
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäße Hochfrequenzsensoren dargestellt, welche in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert werden sollen. Die Figuren der Zeichnung, deren Beschreibung sowie die
Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombinationen. Ein Fachmann wird diese Merkmale auch einzeln betrachten und zu weiteren sinnvollen Kombinationen zusammenfassen. Insbesondere wird ein Fachmann auch Merkmale unterschiedlicher Ausführungsformen miteinander kombinieren und so zu weiteren Ausführungsformen gelangen.
Es zeigen:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hochfrequenzsensors mit einem Antennenelement auf einem LTCC-Substrat in einer schematisierten Darstellung,
Figur 2 ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hochfrequenzsensors mit einer Mehrzahl von Antennenelementen auf einem gemeinsamen LTCC-Substrat in einer schematisierten Darstellung, Figur 3 eine typische Anwendungssituation für eine Werkzeugmaschine in einer Schematischen Darstellung,
Figur 4 eine alternative Anwendungssituation für eine Werkzeugmaschine in einer Schematischen Darstellung,
Figur 5 ein erfindungsgemäßes Zusatzbauelement für eine Werkzeug- maschine mit einem entsprechenden Hochfrequenzsensor gemäß
Figur 4 in einer Aufsicht.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hochfrequenzsensors. Der Hochfrequenzsensor gemäß Ausführungsbeispiel der Figur 1 umfasst unter anderem ein Antennenelement 10, welches auf einem LTCC
Substrat 12 ausgebildet ist. (Low Temperature C_ofired C_eramics) LTCCs sind keramische Mehrlagenschaltungen, die neben der Integration beispielsweise einer oder mehrerer Antennenelementen auch die direkt Integration von weiteren elektronische oder elektrische Bauelementen des Hochfrequenzsensors ermöglicht.
Diese weiteren elektronischen Komponenten, die beispielsweise der Ansteuerung der Antennenelemente dienen können, seien im Ausführungsbeispiel der Figur 1 schematisch in dem Bauteil 14 zusammengefasst.
Der Arbeitsfrequenzbereich der Antenne bzw. der Antennen liegt dabei typischerweise zwischen 1 und 8 GHz, vorzugsweise zwischen 2 und 4 GHz.
Die typischen Länge a einer Kante des Antennenelementes 10, welches beispielsweise als Patschantenne ausgebildet sein kann, liegt dabei im Bereich von 1 cm und darunter.
Ein derartiger Hochfrequenzsensor kann Bestandteil eines Ortungsgerätes 16 sein, wie dies symbolisch in Figur 1 angedeutet ist. Ein derartiges Ortungsgerät ist beispielsweise in der DE 10 20 5000 Al offenbart und sei hiermit, insbesondere bzgl. seines Aufbaus in diese Beschreibung mit einbezogen. Figur 2 zeigt eine alternative Ausbildung eines erfindungsgemäßen Hochfrequenzsensors.
Bei der Vorrichtung nach Figur 2 sind eine Mehrzahl von Antennenelementen 10, die dem Antennenelement aus Figur 1 entsprechen können auf einem gemeinsamen LTCC-Substrat 12 ausgebildet.
Die typische Ausdehnung b eines Antennenelementes liegt dabei bei 1 cm oder deutlich darunter.
Der Abstand c der Antennenelemente 10 zueinander liegt in der Größenordnung der Größe der Antennenelemente.
Durch den Einsatz von Antennengruppen in Ortungsgeräten der Art, wie sie beispielsweise in der DE 10 204 568 Al beschrieben sind, kann auf den bisher notwendigen Verfahrweg der Geräte verzichtet werden. Insbesondere könnte durch eine Kombination von klassischem Verfahrweg und elektronische Schwenkcharakteristik des Antennenarray die Erkennbarkeit von eingeschlossenen Objekten, speziell in Ecken verbessert werden.
Bei dem Einsatz von Antennengruppen gibt es diverse Ansätze. Der Einfachheit halber wird hier ein lineares Array, wie in Figur 2 dargestellt beschrieben. Der Einsatz einer Antennenmatrix oder eines Antennensterns ist aber ebenso möglich. Auch eine Teilbelegung der Matrix, d.h. eine Anordnung mit unterschiedlicher räumlicher Ausrichtung der Einzelantennen ist möglich.
Die Speisemöglichkeiten für die bestreffenden Antennengruppen sind jedoch immer sehr ähnlich.
Die Einzelantennen liegen beispielsweise in einer Reihe, wie in Figur 2 dargestellt, und werden auch als Einzelantennen eingesetzt. Hier wird dann immer an dem Ort gemessen an dem sich die jeweilige Antenne der Anordnung befindet. Dies entspricht einer Geräteverschiebung mit festem Messabstand c gemäß Figur 2. Eine solche Anwendung ergibt ein eher grobes Raster, welches durch den Antennenabstand c bestimmt ist. Durch die gleichzeitige Speisung der Einzelantennen 10 mit einem relativen Phasenunterschied der Speisesignale zueinander, kann eine bestimmte Richtwirkung des Messsignals erreicht werden und somit der Messbereich variiert werden. Bei einer festen Einstellung der Phasenunterschiede zwischen den Antennen hat die jeweilige Antennengruppe immer denselben Messbereich bezogen, beispielsweise auf die Position des Gerätes, beispielsweise eines Ortungsgerätes, in dem ein Hochfrequenzsensor mit einer entsprechenden Antennenanordnung untergebracht ist. Werden die Antennen aber in ihrem relativen Phasenunterschied variiert, ist damit eine Veränderung des Messbereichs verbunden. Damit muss dass Gerät nicht über den gewünschten Messbereich verfahren werden.
Dies ergibt dann u.a. nachfolgenden Betriebsmöglichkeiten für ein entsprechendes Ortungsgerät.
Das Messgerät wir auf ein zu vermessendes Objekt, beispielsweise eine Gehäusewand ausgerichtet und durch die veränderbare Antennenansteuerung kann nunmehr ein bestimmter Messbereich unterhalb des Gerätes untersucht werden.
Alternativ kann das Gerät, wie bisher üblich und in der DE 10 20 5000 Al beschrieben - mit fest eingestellter Messrichtung der Antennengruppe - über beispielsweise eine Wand bewegt werden. Wenn das Messgerät an einen Ort kommt, an dem es nicht weiterberegt werden kann, wie beispielsweise eine Raumecke oder dgl. Kann nunmehr durch Veränderung der Antennenansteuerung eine Schwenkcharakteristik der Antennengruppe genutzt werden, um auch den unzugänglichen oder nur schwer zugänglichen Bereich zu vermessen.
Des Weiteren ist ein Betriebsmode möglich, bei dem das Ortungsgerät über die Wand bewegt wird und in einem relativ groben Ortsraster Messwerte aufnimmt. Dazu zusätzlich kann der Messbereich durch Veränderung der Phasenlage des
Ansteuersignals der einzelnen Antennen an jedem Rasterpunkt fein variiert werden. Durch diese Methode kann die Ortsauflösung des Messgerätes verbessert werden.
Des weiteren können zusätzliche Informationen über eingeschlossenen Objekte in dem zu untersuchenden Material dadurch erhalten werden, dass der Auftreffwinkel der von den Antennen ausgesandten der elektromagnetischen Welle auf die Wand durch die Variation der relativen Phasenlage der Antennenelemente einstellbar ist. Dadurch sind Objekte nicht nur direkt von vorn, sondern auch schräg von der Seite her „sichtbar".
Figur 2 zeigt eine Werkzeugmaschine 18 in Form einer Bohrmaschine mit einem entsprechenden einzelnen Antennenelement 50, welches auf einem LTCC Substrat
48 angeordnet ist. Das Antennenelement wird durch eine entsprechende Ansteuerelektronik 52 betrieben. In alternativen Ausführungsformen kann auch eine Antennenarray gemäß Figur 2 oder eine Antennenmatrix in der Maschine 168 Verwendung finden.
Das elektromagnetische Hochfrequenzsignal 20, welches von der Antenne abgestrahlt wird, kann beispielsweise über ein sogenanntes Polyrod ausgekoppelt werden und /oder über eine dielektrische Linse 22 gerichtet werden: Zur Auskopplung der Energie aus der Antenne 50, die insbesondere als Patch-Antenne ausgebildet sein kann, kann - je nach Arbeitsfrequenz des Hochfrequenzsensors ein Dielektrikum in Form eines Kunststoffteils, welches als Polyrod bezeichnet wird, Verwendung finden. Das Polyrod wird dabei über dem Antennenelement angeordnet. Eine zusätzliche Formung der Richtgeometrie des Strahlerelementes lässt sich über die Gehäusegeometrie, oder eine dielektrische Linse erzielen.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 3 soll mittels eines Bohrers ein Loch in eine Wand 28 gebohrt werden. In der Wand der Dicke D befindet sich eine Rohrleitung 34, beispielsweise aus einem Kunststoff, die möglichst nicht angebohrt werden sollte.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Hochfrequenzsensors, der in der Werkzeugmaschine integriert ist, kann dass Kunststoff röhr, welche in der Wand 28 verborgen ist detektiert werden und beispielsweise ein entsprechendes Warnsignal oder auch die direkte Anzeige des verborgenen Gegenstandes in einer Ausgabeeinheit 54 der Werkzeugmaschine 18 wiedergegeben werden. Alternativerweise ist es möglich, die Maschine zu drosseln oder auszuschalten, falls ein - insbesondere vorgebbarer
- Mindestabstand zu dem eingeschlossenen Objekt unterschritten wird.
Da neben dem eingeschlossenen Objekt 34 auch die Wandvorderseite 30 sowie die Wandrückseite 36 über Reflexionen des Hochfrequenzsignals 20 detektierbar sind, kann mit einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine auch ein sogenannter
Wanddurchbruch verhindert werden. Der Hochfrequenzsensor kann dazu beispielsweise die Wanddicke D bestimmen und die Maschine 18 abstellen, falls ein Wanddurchbruch bevorsteht. Ein Wanddurchbruch ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrtiefe gleich oder größer als die jeweilige Wanddicke ist.
Im Ausführungsbeispiel der Figuren 4 und 5 ist der Hochfrequenzsensor nicht in dem Werkzeugmaschine selbst integriert, sondern in einem Zusatzbauteil 60, welches in dem Ausführungsbeispiel der Figuren 4 und 5 eine Absaugvorrichtung für den Bohrstaub ist. Eine solche Absaugvorrichtung kann direkt auf die Wand 28 an der Bohrstelle aufgesetzt sein oder aber mit der Werkzeugmaschine 18 verbunden sein, wie dies das Verbindungselement 62 in Figur 4 symbolisieren soll.
Durch eine Öffnung 64 in der Absaugvorrichtung 60 kann der Bohrer 66 geführt werden, wie dies in der Aufsicht auf eine Absaugvorrichtung 60 gemäß Figur 5 dargestellt ist. Um die Öffnung 64 herum sind Antennenelemente 10 auf einem gemeinsamen LTCC-Substrat angeordnet. Alternativer Weise kann auch jedes Antennenelement für sich auf einem LTCC-Substrat ausgebildet sein. Auch ist eine Ausführungsform mit lediglich einem Antennenelement möglich, so dass der Hochfrequenzsensor lediglich zu entscheiden vermag, ob ein Objekt vorhanden ist oder nicht.
Die Antennen 10 der Antennengruppe können wahlweise einzeln betrieben oder als Antennengruppe verschaltet sein. Die Einzelantennen können somit je nach Anforderung als Einzelelement eingesetzt werden, beispielsweise zur Bestimmung „eingeschlossenes Objekt vorhanden, ja oder nein" oder aber durch den Einsatz in einer Antennengruppe, beispielsweise in einer Stern- oder Kreuzanordnung auch die Richtung der eingeschlossenen Objekte identifizieren.
Weitere notwendige Elektronik könnte entweder in der Absaugvorrichtung selbst, gegebenenfalls mit entsprechenden Anzeigeelementen oder aber auch in der
Bohrmaschine untergebracht sein. Auch ist die Integration von Elektronikkomponenten direkt auf oder in dem LTCC-Substrat in vorteilhafter Weise möglich.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschrankt. Insbesondere ist die Erfindung nicht beschränkt auf die art und Form der Werkzeugmaschine bzw., des Zusatzbauteils für die Werkzeugmaschine.

Claims

Ansprüche
1. Hochfrequenzsensor, insbesondere ein Hochfrequenzsensor zur Detektion von in einem Medium verborgenen Objekten (34), mit zumindest einer Antenne (10,50) zum Senden und/oder Empfangen hochfrequenter Signale (20), insbesondere Signale in einem Frequenzbereich von 1 bis 8 GHz, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Antenne (10,50) auf einem LTCC- Substrat (12,48) ausgebildet ist.
2. Hochfrequenzsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Antenne (10,50) eine Patch-Antenne ist.
3. Hochfrequenzsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Patch-Antenne eine Kantenlänge a von kleiner gleich 1 cm aufweist.
4. Hochfrequenzsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor eine Mehrzahl von Antenne (10,50) aufweist.
5. Hochfrequenzsensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Antenne (10,50) auf einem gemeinsamen LTCC-Substrat (12,48) angeordnet ist.
6. Hochfrequenzsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in das oder auf dem LTCC-Substrat (12,48) elektronische Bauelemente (14), insbesondere Widerstände, Kondensatoren oder Spulen, integriert sind.
7. Werkzeugmaschine, insbesondere ein Elektrowerkzeug (18), welches zu einem bohrenden und/oder schlagenden Antreiben eines Werkzeugs vorgesehen ist, mit zumindest einem Hochfrequenzsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
8. Zusatzbauelement zur Verwendung in Verbindung mit einer Werkzeugmaschine, insbesondere in Verbindung mit einem Elektrowerkzeug (18), welches zu einem bohrenden und/oder schlagenden Antreiben eines Werkzeugs (66) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzelement (60) zumindest einen Hochfrequenzsensor nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist.
9. Zusatzbauelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzbauelement Teil einer Absaugvorrichtung (60) ist.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008000198A1 (de) * 2008-01-31 2009-08-06 Robert Bosch Gmbh Gerätesystem
DE102009033236A1 (de) * 2009-07-14 2011-01-20 Conductix-Wampfler Ag Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie
DE102011088435A1 (de) * 2011-12-13 2013-06-13 Robert Bosch Gmbh Handwerkzeugvorrichtung mit zumindest einer Ortungsantenne
DE102011088438A1 (de) 2011-12-13 2013-06-13 Robert Bosch Gmbh Handwerkzeugvorrichtung
DE102012101008A1 (de) * 2012-02-08 2013-08-08 Röhm Gmbh Leitungserkennung mit einer Bohrvorrichtung
EP3816652A4 (de) * 2018-06-26 2022-03-16 Positec Power Tools (Suzhou) Co., Ltd Elektrische vorrichtung, die radar anwendet
DE102019101699A1 (de) * 2019-01-24 2020-07-30 Adolf Würth GmbH & Co. KG Handwerkzeug mit einer Antennenanordnung
CN113567828B (zh) * 2021-06-15 2024-06-21 中国电子科技集团公司第十三研究所 多层低温共烧陶瓷基板的无损失效检测方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5774091A (en) 1993-04-12 1998-06-30 The Regents Of The University Of California Short range micro-power impulse radar with high resolution swept range gate with damped transmit and receive cavities
US6926473B2 (en) * 2000-06-20 2005-08-09 Actuant Corporation Hand drill attachment
DE10204569A1 (de) 2001-02-03 2002-10-10 Bosch Gmbh Robert Ortungsgerät
DE10104864A1 (de) 2001-02-03 2002-08-08 Bosch Gmbh Robert Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen von Radarstrahlen
CA2438384A1 (en) * 2001-02-14 2002-08-22 Comsat Corporation Wide-band modular mems phased array
DE10205000A1 (de) 2002-02-07 2003-08-28 Bosch Gmbh Robert Ortungsgerät
US7357526B2 (en) * 2003-08-22 2008-04-15 Milwaukee Electric Tool Corporation Power tool and accessory
DE102004024990A1 (de) * 2004-05-21 2005-12-08 Robert Bosch Gmbh Eindringtiefenbestimmungsvorrichtung
DE202004018003U1 (de) * 2004-11-19 2005-02-24 Gmeiner, Josef Joachim Positioniergerät
DE102004059332A1 (de) * 2004-12-09 2006-06-14 Robert Bosch Gmbh Radar-Transceiver
DE202004019199U1 (de) * 2004-12-11 2005-03-10 Imst Gmbh Vollintegrierter miniaturisierter Radar-Sensor in LTCC-Mehrlagentechnologie

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2008080839A3 *

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Publication number Publication date
WO2008080839A3 (de) 2009-01-22
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DE102006062492A1 (de) 2008-07-03

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