Mes sgerät
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Messgerät, insbesondere einem als Handgerät ausgebildeten Entfernungsmessgerät, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 198 04 050 Al ist ein Entfernungsmessgerät bekannt mit einer Laserdiode und einer Fotodiode zum Erzeugen bzw.
Empfangen eines optischen Sende- bzw. Empfangsmesssignals. Zur Durchführung einer Kalibration des Entfernungsmessgeräts ist dieses mit einer verstellbaren reflektierenden Klappe versehen, die bei der Kalibration von einem Stellantrieb in einen optischen Pfad des Sendemesssignals verstellt wird, wodurch das Sendemesssignal umgelenkt und über eine Referenzstrecke auf die Fotodiode direkt gerichtet wird.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einem Messgerät, insbesondere einem als Handgerät ausgebildeten Entfernungsmessgerät, mit einem Pfad für ein Messsignal, einem verstellbaren Signalmittel zum Verändern des Messsignals und einer Antriebseinheit zum Verstellen des Signalmittels, die eine statische Einheit und ein Antriebselement aufweist, das zu einer Bewegung relativ zur statischen Einheit direkt von der statischen Einheit antreibbar ist.
Es wird vorgeschlagen, dass das Antriebselement zu einer Rotation relativ zur statischen Einheit antreibbar ist.
Dadurch können ein einfacher und kompakter Aufbau der statischen Einheit und des Antriebsmittels vorteilhaft erreicht werden. Wenn das Signalmittel ebenfalls rotatorisch verstellbar ist, können zusätzlich Übersetzungselemente vermieden werden. Bei dem Verstellen des Signalmittels kann das Signalmittel vorteilhafterweise in den Pfad des Messsignals eingebracht werden, wodurch das Messsignal verändert wird. Beispielsweise kann das Messsignal von dem Signalmittel umgelenkt, reflektiert, in zwei weitere Messsignale geteilt, polarisiert und/oder absorbiert werden. Hierbei kann das Messsignal als elektromagnetische Strahlung, wie z.B. optische Strahlung, Infrarot-, Radarstrahlung usw., oder als Ultraschallwelle ausgeführt sein. Das Signalmittel kann z.B. als Strahlenteiler oder als Spiegel ausgeführt sein, Die statische Einheit ist vorzugsweise dazu vorgesehen, ein magnetisches oder elektrisches Erregerfeld zum Antreiben des Antriebselements zu erzeugen.
Es wird außerdem vorgeschlagen, dass das Signalmittel um eine Rotationsachse schwenkbar ist und das Antriebselement um die Rotationsachse drehbar gelagert ist. Dadurch kann eine einfache Verbindung zwischen dem Antriebselement und dem Signalmittel vorteilhaft erreicht werden.
In diesem Zusammenhang wird ferner vorgeschlagen, dass das Signalmittel mit dem Antriebselement starr verbunden ist. Dadurch kann eine geringe Anzahl von beweglichen Teilen für ein Verstellen des Signalmittels vorteilhaft erzielt werden, wobei eine Verstellzeit und ein Energieverbrauch bei dem Verstellen des Signalmittels außerdem vermindert werden können. Zusätzlich kann das Signalmittel vorteilhafterweise
direkt mit dem Antriebselement verbunden sein, insbesondere kann das Signalmittel direkt an dem Antriebselement befestigt sein.
Ist das Antriebselement an das Signalmittel einstückig angeformt, kann eine besonders starre Verbindung des Antriebselements mit dem Signalmittel erreicht werden und es kann eine Montage des Antriebselements an das Signalmittel vorteilhaft vermieden werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Signalmittel eine Achse auf, die von der statischen Einheit umgriffen ist. Dadurch kann eine kompakte Anordnung des Signalmittels und der statischen Einheit erzielt werden. Weist das Signalmittel ein klappenförmiges Element auf, kann die Achse vorteilhafterweise an das klappenförmige Element einstückig angeformt ausgeführt sein.
In diesem Zusammenhang wird außerdem vorgeschlagen, dass das Antriebselement von einem ringförmigen Element gebildet ist, das auf der Achse aufgepresst angeordnet ist. Dadurch kann eine besonders starre Verbindung zwischen dem Antriebselement und dem Signalmittel erreicht werden. Zusätzlich kann eine einfache Montage des Antriebselements in die statische Einheit erzielt werden, indem die Achse, an der das Antriebselement vormontiert angeordnet ist, in die statische Einheit angeordnet wird.
In einer Ausführungsvariante wird vorgeschlagen, dass das Antriebselement von einem Dauermagnet gebildet ist. Es kann hierdurch ein geringes Gewicht des Antriebselements erreicht
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werden, wobei eine geringe Antriebsenergie bei dem Verstellen des Signalmittels erreicht werden kann. Der Dauermagnet ist vorzugsweise in einem Ferromagnet der statischen Einheit drehbar gelagert. Hierbei ist der Dauermagnet vorteilhafterweise durch eine magnetische Antriebskraft von der statischen Einheit zu einer Rotation kontaktfrei antreibbar, wodurch Reibungsverluste bei dem Antreiben vermieden werden können.
Ein Gewicht des Antriebselements und eine Antriebsenergie können bei dem Verstellen des Signalmittels dadurch weiter vermindert werden, dass das Antriebselement aus einem kunststoffgebundenen magnetischen Material hergestellt ist. Hierbei kann das Antriebselement vorzugsweise aus einer Mischung aus Kunststoff und einem ferromagnetischen Material, wie z.B. aus einer Mischung aus Kunststoff und einem Ferritmaterial, hergestellt sein. Das Antriebselement kann vorteilhafterweise an das Signalmittel, z.B. an eine Achse des Signalmittels, angespritzt sein. Wenn das Antriebselement einstückig an das Signalmittel angeformt ist, kann das Signalmittel selbst aus einem kunststoffgebundenen magnetischen Material hergestellt sein. Das Antriebselement ist vorzugsweise in einem Ferromagnet der statischen Einheit drehbar gelagert, wodurch ein kontaktfreier Antrieb des Antriebselements durch die statische Einheit erreicht werden kann.
Es können ferner Reibungsverluste bei einem Verstellen des Signalmittels dadurch vorteilhaft vermieden werden, dass das Signalmittel spitzengelagert ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Antriebselement im Zusammenwirken mit der statischen Einheit zumindest zwei energetische Minima aufweist und ein Bewegungsweg des Signalmittels an einer Halteposition durch ein Begrenzungsmittel begrenzt ist, wobei das Antriebselement in der Halteposition vor einem energetischen Minimum angeordnet ist. Dadurch können vorteilhaft zumindest zwei stabile Positionen des Signalmittels erreicht werden, die jeweils einem energetischen Minimum des Antriebselements zugeordnet werden können. Durch das Begrenzungsmittel kann zusätzlich eine für eine Anwendung vorteilhafte Position des Signalmittels bei einem Verstellen des Signalmittels präzise erreicht werden. Ferner kann einem unerwünschten Bewegen des Signalmittels aus der Halteposition heraus, z.B. bei einer Bewegung des Messgeräts, durch beispielsweise ein Andrücken des Signalmittels an das Begrenzungsmittel besonders effektiv entgegengewirkt werden.
In diesem Zusammenhang kann ein einfacher Aufbau des Begrenzungsmittels dadurch erreicht werden, dass das
Begrenzungsmittel als Anschlagelement ausgeführt ist. Wenn der Pfad für das Messsignal in einem Signalkanal angeordnet ist, kann das Anschlagelement vorteilhaft von einer Wand oder einer Ausformung des Signalkanals gebildet sein. Eine Sicherheit gegen ein unerwünschtes Bewegen des
Signalmittels aus der Halteposition kann dadurch weiter verbessert werden, dass das in der Halteposition angeordnete Signalmittel von einer Haltekraft in der Halteposition gehalten ist.
Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind
Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Entfernungsmessgerät mit einer Sendeeinheit, einer Empfangseinheit und einer Umlenkeinheit, Fig. 2a die Umlenkeinheit in einer Schnittansicht mit einem Signalmittel in einer ersten Halteposition und einer Antriebseinheit, Fig. 2b die Umlenkeinheit mit dem Signalmittel in einer zweiten Halteposition,
Fig. 3 das Signalmittel in einer weiteren Schnittansicht,
Fig. 4a die Antriebseinheit mit einer statischen Einheit und einem Antriebselement in der zweiten
Halteposition,
Fig. 4b die Antriebseinheit mit dem Antriebselement in der ersten Halteposition und
Fig. 5 die Umlenkeinheit mit einem an ein Signalmittel einstückig angeformten Antriebselement.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt ein als Entfernungsmessgerät 10 ausgeführtes Messgerät. Dieses weist ein Gehäuse 12, Betätigungselemente 14 zum Ein- und Ausschalten des Entfernungsmessgeräts 10 und zum Starten bzw. Konfigurieren eines Messvorgangs sowie ein Display 16 auf. Auf einem Trägerelement 18 innerhalb des
Gehäuses 12 sind eine als Laserdiode ausgeführte Sendeeinheit 20 zur Erzeugung eines optischen Sendemesssignals, ein Lichtkanal 22, eine Umlenkeinheit 24 zum Umlenken des Sendemesssignals und eine als Fotodiode ausgeführte Empfangseinheit 26 zum Empfangen eines Empfangsmesssignals angeordnet. Zur Messung eines Abstands des
Entfernungsmessgeräts 10 zu einem entfernten Gegenstand wird im Betrieb des Entfernungsmessgeräts 10 ein Sendemesssignal von der Sendeeinheit 20 entlang eines Pfads 28 über eine Sendeoptik 30 gesendet. Das von einer Oberfläche des entfernten Gegenstands reflektierte Sendemesssignal wird über eine Empfangsoptik 32 als Empfangsmesssignal von der Empfangseinheit 26 empfangen. Aus einem zwischen dem Sendemesssignal und dem Empfangsmesssignal durchgeführten Phasenvergleich kann eine Lichtlaufzeit ermittelt und über die Lichtgeschwindigkeit der gesuchte Abstand bestimmt werden. Um Laufzeiten, die vom Abstand unabhängig sind und z.B. bei der Erzeugung des Sendemesssignals und/oder bei einer Verarbeitung des Empfangsmesssignals entstehen, auszugleichen, wird vor einer Entfernungsmessung eine Referenzmessung durchgeführt. Hierbei wird das Sendemesssignal von der Umlenkeinheit 24 umgelenkt und über eine bekannte Referenzstrecke entlang eines Pfads 34 direkt auf die Empfangseinheit 26 gerichtet.
Die Figuren 2a und 2b zeigen die Umlenkeinheit 24 in einer Schnittansicht senkrecht zum Pfad 28 (Figur 1) . Zu erkennen
sind der Lichtkanal 22, ein Signalmittel 36, das um eine Rotationsachse 38 drehbar spitzengelagert ist, und eine Antriebseinheit 40 zum Antreiben einer Rotation des Signalmittels 36 um die Rotationsachse 38. Das Signalmittel 36 weist ein klappenförmiges Element 42 auf, an welches eine Achse 44 einstückig angeformt ist. Die Antriebseinheit 40 weist ein Antriebselement 46 auf, das als ein ringförmiges Element ausgebildet ist, welches auf der Achse 44 aufgepresst angeordnet ist. Hiermit ist das Antriebselement 46 mit dem Signalmittel 36 starr verbunden und um die Rotationsachse 38 drehbar gelagert. Ein Bewegungsweg des Signalmittels 36 um die Rotationsachse 38 ist von einem als Anschlagelement ausgebildeten Begrenzungsmittel 47 an einer ersten Halteposition einerseits und von einem als Anschlagelement ausgebildeten Begrenzungsmittel 48 an einer zweiten
Haltepositionen andererseits begrenzt. In Figur 2a ist das Signalmittel 36 in der ersten Halteposition angeordnet, in der es an dem Begrenzungsmittel 47 anliegt. In dieser ersten Halteposition wird ein erzeugtes Sendemesssignal über die Sendeoptik 30 (Figur 1) nach außen gesendet, wobei eine
Entfernungsmessung durchgeführt werden kann. Zur Durchführung einer Referenzmessung wird das Signalmittel 36 von der ersten Halteposition in die zweite Halteposition von der Antriebseinheit 40 verstellt. In dieser zweiten Halteposition liegt das Signalmittel 36, wie in Figur 2b gezeigt, an dem
Begrenzungsmittel 48 an. Das klappenförmige Element 42 weist eine Fläche 50 auf, auf der das Sendemesssignal reflektiert wird. Die Fläche 50 kann eine Oberflächenstruktur aufweisen, wie z.B. eine Pyramidenstruktur. Dadurch kann eine Intensität des auf die Empfangseinheit 26 gerichteten Sendemesssignals bei einer Referenzmessung reduziert werden, wobei eine
Übersteuerung der Empfangseinheit 26 vermieden werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann das Sendemesssignal von der Fläche 50 durch Absorption gedämpft werden, wodurch eine Intensität des von der Empfangseinheit 26 empfangenen Sendemesssignals bei einer Referenzmessung ebenfalls vermindert werden kann.
Die Anordnung des Signalmittels 36 im Lichtkanal 22 in den beiden Haltepositionen ist in Figur 3 in einer weiteren Schnittansicht dargestellt. Bei einer Referenzmessung wird ein Sendemesssignal von der Fläche 50 des in der zweiten Halteposition angeordneten Signalmittels 36 umgelenkt, wobei das Sendemesssignal über die Referenzstrecke entlang des Pfads 34 auf die Empfangseinheit 26 (Figur 1) gerichtet wird.
Die Figuren 4a und 4b zeigen die Antriebseinheit 40 in einer Schnittansicht. Diese Antriebseinheit 40 umfasst eine statische Einheit 52, die einen Eisenkern 54 mit zwei Schenkeln 56, 58 aufweist, eine Wicklung 60 sowie das als ringförmiges Element ausgebildete Antriebselement 46, das auf der Achse 44 des Signalmittels 36 aufgepresst angeordnet ist. Die Achse 44 und das Antriebselement 46 sind von der statischen Einheit 52 umgriffen. Das als Antriebselement 46 ausgebildete ringförmige Element ist von einem Dauermagnet gebildet. Hierbei umfasst die Umfangsflache des ringförmigen Elements zwei Abschnitte 62, 64, welche jeweils eine unterschiedliche magnetische Polung Nord bzw. Süd aufweisen. Der Anschaulichkeit halber ist dieser Polarität entsprechend das ringförmige Element in der Figur in zwei imaginäre Teile geteilt, die mit unterschiedlichen Schraffuren versehen sind und durch eine imaginäre Grenzfläche 66 getrennt sind. Die
Schenkel 56 und 58 des Eisenkerns 54 weisen ebenfalls jeweils eine unterschiedliche magnetische Polung Nord bzw. Süd auf. Das Antriebselement 46 ist somit in einem magnetischen Feld der statischen Einheit 52 angeordnet. In Figur 4a ist das klappenförmige Element 42 des Signalmittels 36 in der zweiten Halteposition an dem Begrenzungsmittel 48 anliegend gestrichelt dargestellt. In dieser zweiten Halteposition bildet die imaginäre Grenzfläche 66 des Antriebselements 46 einen Winkel OC mit einer Achse 68. In der oben beschriebenen Konfiguration der magnetischen Polaritäten der statischen
Einheit 52 und des Antriebselements 46 ist das Antriebselement 46 in der zweiten Halteposition im magnetischen Feld der statischen Einheit 52 vor einem energetischen Minimum angeordnet, das bei einem Winkel OC=O0 realisiert wäre, und hat daher eine potentielle Energie. Aus dieser potentiellen Energie folgt eine von der statischen Einheit 52 auf das Antriebselement 46 ausgeübte Kraft, die über die starre Verbindung des Antriebeselements 46 mit dem Signalmittel 36 auf das Signalmittel 36 übertragen wird. Daher ist das Signalmittel 36 in der zweiten Halteposition auf das
Begrenzungsmittel 48 angedrückt und ist von der Kraft in dieser zweiten Halteposition gehalten.
Zur Verstellung des Signalmittels 36 in die erste Halteposition werden die Polungen der Schenkel 56, 58 durch einen Stromimpuls der Wicklung 60 umgekehrt, wodurch das Antriebselement 46 von der statischen Einheit 52 zu einer Rotation um die Rotationsachse 38 angetrieben wird, bis das Signalmittel 36 an das Begrenzungsmittel 47 anschlägt. Das Signalmittel 36 ist in der ersten Halteposition in Figur 4b gestrichelt dargestellt. In dieser ersten Halteposition bildet
die Grenzfläche 66 einen Winkel OC mit der Achse 68. Das Antriebselement 46 ist im magnetischen Feld der statischen Einheit 52 vor einem energetischen Minimum angeordnet, das wiederum bei dem Winkel OC=O0 realisiert wäre. Wie anhand der Figur 4a für die zweite Halteposition oben beschrieben, wird das Signalmittel 36 von einer Kraft in der ersten Halteposition gehalten.
In einer Ausführungsvariante ist denkbar, dass das als ringförmiges Element ausgebildete Antriebselement 46 in Umfangsrichtung mehr als zwei hintereinander angeordnete Abschnitte umfasst, wobei ein Abschnitt eine von einer magnetischen Polarität eines benachbarten Abschnitts unterschiedliche magnetische Polarität aufweist. Hiermit können mehr als zwei energetische Minima für das
Antriebselement 46 in einem von der statischen Einheit 52 erzeugten magnetischen Feld erreicht werden, welchen jeweils eine Raststellung des Signalmittels 36 zugeordnet werden kann.
Des Weiteren ist auch denkbar, dass das Antriebselement 46 aus einem kunststoffgebundenen magnetischen Material, z.B. einem kunststoffgebundenen Ferritmaterial, hergestellt ist und an die Achse 44 angespritzt ist.
Figur 5 zeigt die Umlenkeinheit 24, die mit einem alternativen Signalmittel 70 versehen ist. Dieses weist ein klappenförmiges Element 72 auf, an dem eine Achse 74 einstückig angeformt ist. An die Achse 74 ist ein Antriebselement 76 einstückig angeformt. Das Signalmittel 70 ist aus einem kunststoffgebundenen Ferritmaterial hergestellt. Bei der
Herstellung wird der Kunststoff mit einem das Ferritmaterial
beinhaltenden Pulver gemischt und das Signalmittel wird durch ein bekanntes Spritzgussverfahren erzeugt.