WO2007051780A1 - Anzeigevorrichtung zur positionierung eines werkzeugs an einem werkstück - Google Patents

Anzeigevorrichtung zur positionierung eines werkzeugs an einem werkstück Download PDF

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WO2007051780A1
WO2007051780A1 PCT/EP2006/067936 EP2006067936W WO2007051780A1 WO 2007051780 A1 WO2007051780 A1 WO 2007051780A1 EP 2006067936 W EP2006067936 W EP 2006067936W WO 2007051780 A1 WO2007051780 A1 WO 2007051780A1
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signal
workpiece
display device
sensor elements
transmitter
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PCT/EP2006/067936
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Mahler
Reiner Krapf
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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Priority to JP2008538352A priority patent/JP2009516824A/ja
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25H—WORKSHOP EQUIPMENT, e.g. FOR MARKING-OUT WORK; STORAGE MEANS FOR WORKSHOPS
    • B25H7/00—Marking-out or setting-out work

Definitions

  • the invention relates to a display device for positioning a tool on a workpiece according to the preamble of claim 1.
  • a position specification for, for example, a hole in the ceiling is made from a side of the ceiling, but from which drilling can not be made.
  • the hole is then made from the other side of the ceiling, with the desired position also marked on that side of the ceiling.
  • display devices are known with a transmitter, which is fixed in the predetermined position on the side of the wall or ceiling from which can not be drilled.
  • the transmitter sends a transmission signal through, for example, the wall.
  • the corresponding desired position is searched on the processing side of the wall, the position there marked and, for example, the hole drilled at this position.
  • the invention is based on a display device for positioning a tool on a workpiece with a transmitter for emitting a workpiece penetrating signal and a receiver for receiving the signal.
  • the receiver comprises an array of sensor elements. It can be dispensed with a lead around a single receiver on the transmitter opposite side of the workpiece, and a desired
  • Position or a location to be determined can be easily determined and displayed, for example, on a digital display or directly by one or more lamps.
  • the arrangement can be fastened to the side of the workpiece which is opposite the transmitter, for example the wall, and the machining location can be read off directly at the desired position.
  • a grid arrangement is advantageous as an arrangement, for example a rectangular grid arrangement.
  • the arrangement expediently comprises means for attachment to the workpiece, for example adhesives.
  • the display device serves for the indirect or immediate display of a desired position.
  • the workpiece is advantageously arranged between the transmitter and the receiver.
  • the transmitter can transmit in the kilo, megahertz or gigahertz range for transmission Coupling electromagnetic waves in the form of modulated signals or magnetic fields or electric fields in the workpiece.
  • Frequency ranges are all license-free radio bands (ISM band) in question.
  • UWB transmitter Ultra Wide Band
  • a CW radar or a PN radar can be used as an alternative to a transmitter provided for pulsed operation.
  • a CW radar or a PN radar can be used.
  • a frequency ramp is emitted and a reflected frequency is compared with a frequency being radiated.
  • PN Pulseudo Noise
  • a permanent magnet As a transmitter, a permanent magnet, an electromagnet, a coil, a capacitor arrangement or an arrangement for generating electrical field peaks for signal generation can be used.
  • electromagnetic waves As a transmission signal and antennas in the sensor elements, the evaluation of the transmission signal on the received field strength can be done.
  • capacitive surfaces the evaluation of the strength or change of the electrical
  • the sensor elements are so-called RFID elements (Radio Frequency Identification), since such ele- ments from mass production can be made particularly favorable.
  • RFID elements are generally known and can react to the transmission signal with an identification signal whose strength and signal content is evaluated by a computer.
  • the sensor elements may contain coils and the evaluation can be done on the received field strength.
  • a static magnetic field magnetic sensors such as Hall sensors, can be used, combined with the evaluation of the field strength.
  • electric field sensors for example capacitor arrangements, can be used in conjunction with the evaluation of the electric field strength or the electrical charge.
  • a fastening of the arrangement with sensor elements on the workpiece can be carried out particularly simply if the sensor elements are fastened in a carrier arrangement, in particular in predetermined positions relative to one another.
  • the sensor elements can be fastened in or on the carrier arrangement.
  • Particularly advantageous is the use of a support mat as a carrier arrangement, which in particular can be rolled up and in this way is particularly easy to transport.
  • a high spatial resolution in the search or display of the transmitter, for example, opposite desired position can be achieved if at least one sensor element during a receiving operation is movable relative to the carrier assembly.
  • all the sensor elements fastened to the carrier arrangement are movable relative to the carrier arrangement during a receiving operation, expediently on an inner carrier arrangement which is movable relative to the carrier arrangement as a whole.
  • a particularly simple display of a location to be determined can be achieved if the sensor elements have an optical signal means.
  • the luminosity of the signal means is expediently substantially continuously variable, as a result of which, for example, a field strength can be visually displayed directly.
  • the display device has an optical signal means which can be controlled by an evaluation unit and which is arranged at a predetermined distance from the sensor elements. As a result, a location to be determined can be displayed substantially independently of the positions of the sensor elements.
  • the signal means comprises a matrix of signal elements, the location to be determined can be displayed particularly simply and accurately.
  • the display device expediently includes an evaluation unit which is prepared for outputting a location-indicating signal independently of a momentary transmission process of the transmitter.
  • the display device can be made particularly inexpensive and robust when the sensor elements are provided for emitting a signal through the workpiece.
  • An evaluation unit can be connected to the transmitter, so that the sensor arrangement requires no direct connection to the evaluation unit and can therefore be designed very simply.
  • the display device comprises an evaluation unit for receiving signals of the sensor elements and at least one coding means for providing a signal from a sensor element with a code associated with the sensor element.
  • the evaluation unit can distinguish the sensor elements based on their code and, for example, make a workpiece thickness determination by determining a relative position of the sensor elements to the transmitter or an additional receiver.
  • the display device comprises an evaluation unit which is provided to determine a workpiece thickness from a signal from or to at least one sensor element, for example from a determination of the signal propagation time.
  • a particularly accurate determination of the workpiece thickness can be made by an evaluation unit, which is provided to determine a workpiece thickness from a comparison of sensor signals.
  • the sensor signals can be transmitted by the sensor elements on command of the evaluation unit or by, for example, excitation of a transmission signal from the transmitter by the sensor elements.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a display device on a wall
  • FIG. 3 shows a detail of an alternative display device with a signal element grid
  • Fig. 5 shows a carrier assembly with a movable inner support assembly
  • FIG. 6 shows a schematic transmission, reception and evaluation scheme.
  • Figure 1 shows a display device with a transmitter 2 which is positioned and fixed on one side of a workpiece 4 designed as a wall. Opposite the transmitter 2, a carrier assembly 6 with a number of sensor elements 8 is attached to the wall. A signal 10 emitted by the transmitter 2 is detected by a series of sensor elements 8.
  • FIG. 2 shows the carrier arrangement 6 made of solid tissue as a mat, on which 6 ⁇ 12 sensor elements 8 are fastened in such a way that they are movable in the direction of arrows 14 until just below the adjacent sensor element 8 relative to the carrier arrangement 6.
  • the support assembly 6 itself has four retaining means 16 for attachment to the workpiece 4, which are designed as easily replaceable adhesive.
  • the transmitter 2 opposite position 18, the transmitter 2 is fixed in a send position on the workpiece 4, in which, for example, a pushed forward from the other side of the workpiece 4 wall breakthrough should exit from the wall.
  • the support assembly 6 is attached to the sensor elements 8 on the other side of the workpiece 4, at a position where one suspects the desired position 18, which is opposite to the transmission position of the transmitter 2.
  • the transmitter 2 is turned on by means of a knob 20 and radiates its conical signal 10 in the workpiece 4, which is detected by the sensor elements 8.
  • the sensor elements 8 detecting the signal 10 then send a signal 10 to the respective signal element 12 associated therewith, when the signal 10 exceeds a preset signal strength.
  • the four signal elements 12 arranged around the desired position 18 are illuminated.
  • the number of luminous signal elements 12 in this case depends essentially on the distance of the carrier arrangement 6 from the transmitter 2. The further the carrier arrangement 6 is remote from the transmitter 2, the more signal elements 12 lie within the conical signal 10 and illuminate accordingly. With a very thin wall, it may happen that the conical signal 10 radiates between the sensor elements 8 and does not hit any of them. By a slight displacement of the sensor elements 8 in the direction of the arrows 14, the signal 10 can still be found and the desired position 18 are located very accurately.
  • by a movement of the signal elements 12 also the circular boundary of the signal 10 can be detected very accurately by an operator and the desired position 18 can be detected very accurately as the center of this circle.
  • the display device is equipped with a transmitting device, by means of which the sensor elements 8 emit a signal 32 (FIG. 5) when a button 22 is actuated.
  • the transmitter 2 which is prepared for receiving and with the aid of an evaluation unit 24 for evaluating these signals 32, evaluates the signals 32 of the sensor elements 8 and determines therefrom the thickness of the workpiece 4, which is displayed on a not shown display means of the transmitter 2.
  • the thickness can be determined by each sensor element 8 emits a corresponding coded signal 32, through which the Evaluation unit 24 can clearly identify the origin of the signal 32.
  • the evaluation unit 24 in conjunction with the positions of the sensor elements 8 on the carrier arrangement 6 known from the coding, can calculate the distance of the next sensor elements 8.
  • the only prerequisite for this is that the carrier assembly 6 rests as flat as possible on the workpiece 4.
  • a synchronization between the sensor elements 8 and the transmitter 2 is not necessary in a planar alignment of the carrier assembly 6.
  • FIG. 3 shows a further carrier arrangement 6 of a display device with a number of sensor elements 8 and signal elements 12 embodied as RFID elements.
  • Substantially identical components are basically numbered with the same reference numerals.
  • the sensor elements 8 are immovably fixed to the support assembly 6 and each carry a signal element 12.
  • further signal elements 12 are attached to the support assembly 6 itself. Due to the close arrangement of all signal elements 12, a desired position 18 can be determined very accurately. From the
  • the transmitter 2 transmits its signal 10 in the form of one or more ultrashort, energetically very weak pulses, by which the signal 10 receives an ultra-wide frequency range and is largely insensitive to interference.
  • the desired position 18, which is stored by the evaluation unit 28 and independent of the existence of the signal 10 by the Signal elements 12 is displayed.
  • the evaluation unit 28 can now for example illuminate all the signal elements 12 arranged within the signal 10, as shown in FIG. From the geometry of the entirety of the illuminated signal elements 12, an operator can estimate the position of the desired position 18 as well as a wall thickness. Alternatively, the evaluation unit 24 controls only that signal element 12 which is arranged in the immediate vicinity of the desired position 18.
  • FIG. 4 schematically shows the influence of the workpiece thickness on the number and distribution of the responsive sensor elements 8.
  • the signal 10 is tapered in, for example, a wall. If the wall has a thickness A, then the spatial propagation of the signal 10 is relatively small, so that an arrangement of .alpha.
  • the wall has a thickness A, then the spatial propagation of the signal 10 is relatively small, so that an arrangement of .alpha.
  • Sensor elements 8 only in this small spatial extent with, for example, seven sensor elements 8, as shown in Figure 4, responds.
  • the spatial extent of the signal 10 emerging from the wall is substantially greater and detects more sensor elements 8, for example eight sensor elements 8 and 32 signal elements 12.
  • an operator insofar as he is familiar with the expansion cone of the signal 10, can estimate the thickness of the wall. If the determination of the wall thickness is carried out electronically, then the evaluation unit 24 can calculate the thickness from the number and position of the reacting sensor elements 8 and output it accordingly on an output unit 26 (FIG. 3).
  • FIG. 5 schematically shows the display method for displaying the desired position 18 and the determination method for determining the thickness of the workpiece 4.
  • the transmitter 2 couples the signal 10 into the workpiece 4, the signal 10 passes through the workpiece 4 and is registered by sensor elements 8. riert.
  • the sensor elements 8 are connected to the evaluation unit 28, which determines the desired position 8 and optionally the thickness of the workpiece 4 from the signals 30 of the sensor elements 8.
  • the evaluation unit 28 can cause the sensor elements 8 to emit further signals 32, which pass through the workpiece 4 and are received by a transmitting antenna of the transmitter 2, which can simultaneously be the receiving antenna of the transmitter 2. From this signal 32, the evaluation unit 24 can determine the workpiece thickness.
  • the carrier assembly 6 has an inner support assembly 34 to which the sensor elements 8 are fixed immovably.
  • the inner support arrangement 34 itself, however, is movable in the direction of arrows 36 relative to the support arrangement 6 and within this.
  • To determine the desired position 18 can the carrier arrangement 6 is positioned on the workpiece 4 and the transmitter 2, which is positioned as it is, is switched on.
  • a signal cone is registered by a number of sensor elements 8, the signal of which is in turn supplied to the evaluation unit 28. From the number and position of the reacting sensor elements 8 and their different reaction times, which results from the different transit time of the signal 10 from the transmitter 2 to the transmitter 2 differently distant sensor elements 8, the evaluation unit 28 calculates the thickness of the workpiece 4 and outputs them on the output unit 26.
  • the evaluation unit 28 outputs the desired position 18 in the form of coordinates, for example F 17 in FIG. 6.
  • the evaluation unit 28 is aware of the relative position of the inner carrier arrangement 34 relative to the carrier arrangement 6. The accuracy with which the desired position 18 can be specified is dependent on the distance of the sensor elements 8 from each other.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Conveying And Assembling Of Building Elements In Situ (AREA)
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Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Anzeigevorrichtung zur Positionierung eines Werkzeugs an einem Werkstück (4) mit einem Sender (2) zum Aussenden eines das Werkstück (4) durchdringenden Signals (10) und einem Empfänger zum Empfangen des Signals (10) . Es wird vorgeschlagen, dass der Empfänger eine Anordnung aus Sensorelementen (8) umfasst.

Description

Anzeigevorrichtung zur Positionierung eines Werkzeugs an ei- nem Werkstück
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Anzeigevorrichtung zur Positionierung eines Werkzeugs an einem Werkstück nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einer Bearbeitung eines Werkstücks, wie einer Wand oder Geschossdecke, kann es vorkommen, dass eine Positionsvorgabe für beispielsweise ein Loch in der Decke von einer Seite der Decke gemacht wird, von der jedoch nicht gebohrt werden kann. Die Bohrung wird dann von der anderen Seite der Decke vorge- nommen, wobei die gewünschte Position auch an dieser Seite der Decke zu kennzeichnen ist. Hierfür sind Anzeigevorrichtungen mit einem Sendegerät bekannt, das auf der vorgegebenen Position an der Seite der Wand oder Decke befestigt wird, von der aus nicht gebohrt werden kann. Das Sendegerät sendet ein Sendesignal durch beispielsweise die Wand. Mit Hilfe eines mobilen Empfängers wird die entsprechende gewünschte Position auf der Bearbeitungsseite der Wand gesucht, die Position dort markiert und beispielsweise das Loch an dieser Position gebohrt .
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einer Anzeigevorrichtung zur Positionierung eines Werkzeugs an einem Werkstück mit einem Sender zum Aussenden eines das Werkstück durchdringenden Signals und einem Empfänger zum Empfangen des Signals.
Es wird vorgeschlagen, dass der Empfänger eine Anordnung aus Sensorelementen umfasst. Es kann auf ein Herumführen eines einzelnen Empfängers auf der dem Sender gegenüberliegenden Seite des Werkstücks verzichtet werden, und eine gewünschte
Position beziehungsweise ein zu ermittelnder Ort kann einfach ermittelt und beispielsweise auf einer Digitalanzeige oder unmittelbar durch eine oder mehrere Lampen angezeigt werden. Die Anordnung kann hierfür an der dem Sender gegenüberliegen- den Seite des Werkstücks - beispielsweise der Wand - befestigt werden und die Bearbeitungsstelle an der gewünschten Position unmittelbar abgelesen werden.
Als Anordnung ist eine Gitteranordnung vorteilhaft, bei- spielsweise eine rechtwinklige Gitteranordnung. Die Anordnung umfasst zweckmäßigerweise Mittel zur Befestigung am Werkstück, beispielsweise Klebemittel. Die Anzeigevorrichtung dient zur mittelbaren oder unmittelbaren Anzeige einer gewünschten Position. Das Werkstück ist hierbei vorteilhafter- weise zwischen dem Sender und dem Empfänger angeordnet. Zum Senden kann der Sender im Kilo-, Mega- oder Gigahertzbereich elektromagnetische Wellen in Form modulierter Signale oder magnetische Felder oder elektrische Felder in das Werkstuck einkoppeln. Als Frequenzbereiche kommen alle zulassungsfreien Funkbander (ISM-Bander) in Frage. Besonders vorteilhaft ist ein so genannter UWB-Sender (Ultra Wide Band) , der ein sehr breitbandiges Signal, beispielsweise in Form eines oder mehrerer Pulse, in einem Frequenzbereich zwischen 500 MHz und 20 GHZ sendet. Bei einem solchen Betrieb ist nur eine sehr geringe Sendeleistung notwendig, da eine Störung einzelner Fre- quenzen unschädlich ist. Außerdem können große Datenmengen, beispielsweise zur Auswertung einer Werkstuckdicke oder eines Werkstuckmaterials, schnell gesendet und empfangen werden. Zusatzlich können mehrere Sensoren durch entsprechende Signalteile individuell schnell angesprochen werden. Als Alter- native zu einem für einen Pulsbetrieb vorgesehenen Sender können vorteilhafterweise ein CW-Radar oder ein PN-Radar zum Einsatz kommen. Bei einem CW-Radar (Continuous Wave) wird eine Frequenzrampe ausgesandt und eine reflektierte Frequenz mit einer gerade ausgesandten Frequenz verglichen. Bei einem PN-Radar (Pseudo Noise) wird ein kontinuierliches Rauschen erzeugt und ein gewünschtes Signal über das Rauschen gelegt.
Als Sender kann ein Permanentmagnet, ein Elektromagnet, eine Spule, eine Kondensatoranordnung oder eine Anordnung zur Er- zeugung elektrischer Feldspitzen zur Signalerzeugung verwendet werden. Bei der Verwendung elektromagnetischer Wellen als Sendesignal und Antennen in den Sensorelementen kann die Auswertung des Sendesignals über die empfangene Feldstarke erfolgen. Bei der Verwendung von kapazitiven Flachen kann die Auswertung über die Starke oder Änderung des elektrischen
Felds erfolgen. Ebenfalls möglich ist die Verwendung von Sur- face Acustic Waves, bei denen die Auswertung durch die Anregung resonanter Strukturen, beispielsweise in einem Halbleitermaterial, und die Umwandlung in ein elektrisches Signal erfolgt .
In bevorzugter Ausführung sind die Sensorelemente so genannte RFID-Elemente (Radio Frequency Identification) , da solche E- lemente aus Massenproduktionen besonders günstig hergestellt werden können. Solche RFID-Elemente sind allgemein bekannt und können auf das Sendesignal hin mit einem Identifizierungssignal reagieren, dessen Stärke und Signalinhalt von einer Recheneinheit ausgewertet wird. Bei Verwendung von magnetischen Wellen als Sendesignal können die Sensorelemente Spulen enthalten und die Auswertung kann über die empfangene Feldstärke erfolgen. Bei Verwendung eines statischen Magnetfelds können magnetische Sensoren, wie beispielsweise Hallsensoren, zur Anwendung kommen, verbunden mit der Auswertung der Feldstärke. Bei der Verwendung eines elektrischen Felds können elektrische Feldsensoren, beispielsweise Kondensator- Anordnungen, zur Anwendung kommen, in Verbindung mit der Auswertung der elektrischen Feldstärke bzw. der elektrischen Ladung.
Eine Befestigung der Anordnung mit Sensorelementen an dem Werkstück kann besonders einfach erfolgen, wenn die Sensorelemente in einer Trägeranordnung befestigt sind, insbesondere in vorbestimmten Positionen zueinander. Die Sensorelemente können in oder an der Trägeranordnung befestigt sein. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung einer Trägermatte als Trägeranordnung, die insbesondere aufrollbar und auf diese Weise besonders einfach transportierbar ist. Eine hohe Ortsauflösung bei der Suche oder Anzeige der dem Sender beispielsweise gegenüberliegenden gewünschten Position kann erreicht werden, wenn zumindest ein Sensorelement während eines Empfangsvorgangs relativ zur Trägeranordnung be- weglich ist. Insbesondere sind alle an der Trägeranordnung befestigten Sensorelemente während eines Empfangsvorgangs relativ zur Trägeranordnung beweglich, zweckmäßigerweise an einer Innenträgeranordnung, die insgesamt relativ zur Trägeranordnung bewegbar ist.
Eine besonders einfache Anzeige eines zu ermittelnden Orts kann erreicht werden, wenn die Sensorelemente ein optisches Signalmittel aufweisen. Hierbei ist die Leuchtstärke der Signalmittel zweckmäßigerweise im Wesentlichen kontinuierlich variierbar, wodurch beispielsweise eine Feldstärke direkt optisch angezeigt werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Anzeigevorrichtung ein von einer Auswerteeinheit ansteuerbares optisches Signalmittel auf, das in einem vorbestimmten Abstand zu den Sensorelementen angeordnet ist. Hierdurch kann ein zu ermittelnder Ort im Wesentlichen unabhängig von den Positionen der Sensorelemente angezeigt werden.
Umfasst das Signalmittel eine Matrix aus Signalelementen, so kann der zu ermittelnde Ort besonders einfach und genau angezeigt werden.
Insbesondere bei Verwendung von kurzen Sendepulsen ist es vorteilhaft, wenn der zu ermittelnde Ort von einer Auswerteeinheit ermittelt, gespeichert und angezeigt wird. Hierzu um- fasst die Anzeigevorrichtung zweckmäßigerweise eine Auswerteeinheit, die zur Ausgabe eines ortsanzeigenden Signals unabhängig von einem momentanen Sendevorgang des Senders vorbereitet ist.
Die Anzeigevorrichtung kann besonders preiswert und robust ausgeführt werden, wenn die Sensorelemente zur Aussendung eines Signals durch das Werkstück vorgesehen sind. Eine Auswerteeinheit kann mit dem Sender verbunden werden, so dass die Sensoranordnung keine direkte Verbindung zu der Auswerteein- heit benötigt und hierdurch sehr einfach ausgeführt sein kann .
Vorteilhafterweise umfasst die Anzeigevorrichtung eine Auswerteeinheit zum Empfangen von Signalen der Sensorelemente und zumindest ein Kodiermittel zum Versehen eines Signals von einem Sensorelement mit einem dem Sensorelement zugeordneten Code. Hierdurch kann die Auswerteeinheit die Sensorelemente anhand ihres Codes unterscheiden und beispielsweise eine Werkstückdickenbestimmung vornehmen, indem eine relative Po- sition der Sensorelemente zum Sender oder einem zusätzlichen Empfänger ermittelt wird.
Zweckmäßigerweise umfasst die Anzeigevorrichtung eine Auswerteeinheit, die dazu vorgesehen ist, aus einem Signal von oder zu zumindest einem Sensorelement eine Werkstückdicke zu bestimmen, beispielsweise aus einer Ermittlung der Signallaufzeit .
Eine besonders genaue Ermittlung der Werkstückdicke kann durch eine Auswerteeinheit erfolgen, die dazu vorgesehen ist, aus einem Vergleich von Sensorsignalen eine Werkstückdicke zu bestimmen. Die Sensorsignale können auf Kommando der Auswerteeinheit von den Sensorelementen oder durch beispielsweise Anregung eines Sendesignals vom Sender von den Sensorelementen ausgesandt werden. 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 eine schematische Darstellung einer Anzeigevorrichtung an einer Wand,
Fig. 2 eine Trägeranordnung der Anzeigevorrichtung mit Sensorelementen,
Fig. 3 einen Ausschnitt einer alternativen Anzeigevorrichtung mit einem Signalelementgitter,
Fig. 4 ein Anzeige- bzw. Auswerteschema zur Bestimmung einer Werkstückdicke,
Fig. 5 eine Trägeranordnung mit einer daran beweglichen Trägerinnenanordnung und
Fig. 6 ein schematisches Sende-, Empfangs- und Auswerteschema .
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Figur 1 zeigt eine Anzeigevorrichtung mit einem Sender 2, der auf einer Seite eines als Wand ausgeführten Werkstücks 4 positioniert und befestigt ist. Gegenüber dem Sender 2 ist eine Trägeranordnung 6 mit einer Anzahl von Sensorelementen 8 an der Wand befestigt. Ein vom Sender 2 ausgesandtes Signal 10 wird von einer Reihe von Sensorelementen 8 detektiert.
Figur 2 zeigt die aus festem Gewebe als Matte ausgeführte Trägeranordnung 6, auf der 6 x 12 Sensorelemente 8 in der Weise befestigt sind, dass sie in Richtung von Pfeilen 14 jeweils bis knapp zum benachbarten Sensorelement 8 relativ zur Trägeranordnung 6 beweglich sind. Auf den Sensorelementen 8 sind jeweils optische Signalelemente 12 in Form von LEDs befestigt. Die Trägeranordnung 6 selbst weist vier Haltemittel 16 zur Befestigung an dem Werkstück 4 auf, die als leicht auswechselbare Klebemittel ausgeführt sind.
Zur Ermittlung einer gewünschten bzw. zu ermittelnden, dem Sender 2 gegenüberliegenden Position 18 wird der Sender 2 in einer Sendeposition am Werkstück 4 befestigt, in der beispielsweise ein von der anderen Seite des Werkstücks 4 vorangetriebener Mauerdurchbruch aus der Mauer austreten soll. Anschließend wird die Trägeranordnung 6 mit den Sensorelementen 8 auf der anderen Seite des Werkstücks 4 befestigt, und zwar an einer Stelle, an der man die gewünschte Position 18, die der Sendeposition des Senders 2 gegenüberliegt, vermutet. Nun wird der Sender 2 mit Hilfe eines Knopfs 20 eingeschaltet und strahlt sein kegelförmiges Signal 10 in das Werkstück 4 ein, das durch die Sensorelemente 8 detektiert wird. Die das Sig- nal 10 detektierenden Sensorelemente 8 senden daraufhin ein Signal 10 an das ihnen jeweils zugeordnete Signalelement 12, wenn das Signal 10 eine voreingestellte Signalstärke übersteigt. Bei dem in Figur 2 gezeigten Beispiel leuchten beispielsweise die vier Signalelemente 12, die um die gewünschte Position 18 herum angeordnet sind. Die Anzahl der leuchtenden Signalelemente 12 ist hierbei im Wesentlichen abhängig von der Entfernung der Trägeranordnung 6 vom Sender 2. Je weiter die Trägeranordnung 6 vom Sender 2 entfernt ist, desto mehr Signalelemente 12 liegen innerhalb des kegelförmigen Signals 10 und leuchten dementsprechend. Bei einer sehr dünnen Wand kann es vorkommen, dass das kegelförmige Signal 10 zwischen den Sensorelementen 8 hindurchstrahlt und keines von ihnen trifft. Durch ein leichtes Verschieben der Sensorelemente 8 in Richtung der Pfeile 14 kann das Signal 10 dennoch gefunden und die gewünschte Position 18 sehr genau lokalisiert werden. Bei dem in Figur 2 gezeigten Beispiel kann durch eine Bewegung der Signalelemente 12 außerdem die kreisförmige Grenze des Signals 10 durch einen Bediener sehr genau erfasst und die gewünschte Position 18 als Mittelpunkt dieses Kreises sehr genau erkannt werden.
Um zusätzlich eine Dicke des Werkstücks 4 bestimmen zu können, ist die Anzeigevorrichtung mit einer Sendevorrichtung ausgestattet, durch die die Sensorelemente 8 bei Betätigen eines Knopfs 22 jeweils ein Signal 32 (Figur 5) aussenden. Der Sender 2, der zum Empfangen und mit Hilfe einer Auswerteeinheit 24 zum Auswerten dieser Signale 32 vorbereitet ist, wertet die Signale 32 der Sensorelemente 8 aus und bestimmt hieraus die Dicke des Werkstücks 4, die auf einem nicht dargestellten Anzeigemittel des Senders 2 angezeigt wird. Die Dicke kann ermittelt werden, indem jedes Sensorelement 8 ein entsprechend kodiertes Signal 32 aussendet, durch das die Auswerteeinheit 24 die Herkunft des Signals 32 eindeutig erkennen kann. Aus dem Unterschied der Laufzeiten der Signale 32 von den Sensorelementen 8 zum Sender 2 kann die Auswerteeinheit 24 in Verbindung mit den durch die Kodierung bekann- ten Positionen der Sensorelemente 8 auf der Trägeranordnung 6 die Entfernung der nächsten Sensorelemente 8 errechnen. Voraussetzung hierfür ist lediglich, dass die Trägeranordnung 6 möglichst plan am Werkstück 4 anliegt. Eine Synchronisierung zwischen den Sensorelementen 8 und dem Sender 2 ist bei einer planen Ausrichtung der Trägeranordnung 6 nicht notwendig.
Figur 3 zeigt eine weitere Trägeranordnung 6 einer Anzeigevorrichtung mit einer Anzahl von als RFID-Elemente ausgeführten Sensorelementen 8 und Signalelemente 12. Im Wesentlichen gleich bleibende Bauteile sind grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen beziffert. Bezüglich gleich bleibender Merkmale und Funktionen kann auf die Beschreibung zum Ausführungsbeispiel der Figur 2 verwiesen werden, wobei sich die nachfolgende Beschreibung im Wesentlichen auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel der Figur 2 beschränkt. Die Sensorelemente 8 sind unbeweglich an der Trägeranordnung 6 befestigt und tragen jeweils ein Signalelement 12. Zusätzlich sind weitere Signalelemente 12 an der Trägeranordnung 6 selbst befestigt. Durch die enge Anordnung aller Signalelemente 12 kann eine gewünschte Position 18 sehr genau ermittelt werden. Aus der
Anzahl leuchtender Signalelemente 12 kann ein Bediener außerdem den Abstand des Senders 2 von den Signalelementen 12 abschätzen .
Der Sender 2 sendet sein Signal 10 in Form von einem oder mehreren ultrakurzen, energetisch sehr schwachen Pulsen, durch die das Signal 10 einen ultraweiten Frequenzbereich erhält und weitgehend unempfindlich gegen Störungen ist. Aus der Anzahl der das Signal 10 empfangenden Sensorelemente 8, deren Position auf der Trägeranordnung 6 und der von diesen gemessenen Signalstärken kann von einer Auswerteeinheit 28 die gewünschte Position 18 berechnet werden, die von der Auswerteeinheit 28 gespeichert und unabhängig vom Bestehen des Signals 10 durch die Signalelemente 12 angezeigt wird. Zur Ausgabe der gewünschten Position 18 für den Bediener kann die Auswerteeinheit 28 nun beispielsweise alle innerhalb des Signals 10 angeordneten Signalelemente 12 aufleuchten lassen, wie in Figur 3 gezeigt ist. Aus der Geometrie der Gesamtheit der aufleuchtenden Signalelemente 12 kann ein Bediener die Lage der gewünschten Position 18 sowie eine Wanddicke ab- schätzen. Alternativ steuert die Auswerteeinheit 24 nur dasjenige Signalelement 12 an, das in unmittelbarer Nachbarschaft zur gewünschten Position 18 angeordnet ist.
In Figur 4 ist schematisch dargestellt, welchen Einfluss die Werkstückdicke auf die Anzahl und Verteilung der ansprechenden Sensorelemente 8 hat. Vom Sender 2 wird das Signal 10 kegelförmig in beispielsweise eine Wand eingestrahlt. Weist die Wand eine Dicke A auf, so ist die räumliche Ausbreitung des Signals 10 relativ gering, so dass eine auf der dem Sender 2 gegenüberliegenden Seite der Wand angebrachte Anordnung von
Sensorelementen 8 nur in dieser kleinen räumlichen Ausdehnung mit beispielsweise sieben Sensorelementen 8, wie in Figur 4 gezeigt, anspricht. Bei einer dickeren Wand mit einer Dicke B ist die räumliche Ausdehnung des aus der Wand austretenden Signals 10 wesentlich größer und erfasst mehr Sensorelemente 8, beispielsweise acht Sensorelemente 8 und 32 Signalelemente 12. Aus der Anzahl der von der Auswerteeinheit 28 angesteuerten Signalelemente 12 kann ein Bediener - sofern er mit dem Ausdehnungskegel des Signals 10 vertraut ist - die Dicke der Wand abschätzen. Erfolgt die Ermittlung der Wanddicke elek- tronisch, so kann die Auswerteeinheit 24 aus der Anzahl und Lage der reagierenden Sensorelemente 8 die Dicke berechnen und entsprechend auf einer Ausgabeeinheit 26 (Figur 3) ausgeben .
Figur 5 zeigt schematisch das Anzeigeverfahren zum Anzeigen der gewünschten Position 18 und das Ermittlungsverfahren zur Ermittlung der Dicke des Werkstücks 4. Der Sender 2 koppelt das Signal 10 in das Werkstück 4 ein, das Signal 10 durchtritt das Werkstück 4 und wird von Sensorelementen 8 regist- riert. Die Sensorelemente 8 sind mit der Auswerteeinheit 28 verbunden, die aus den Signalen 30 der Sensorelemente 8 die gewünschte Position 8 und gegebenenfalls die Dicke des Werkstücks 4 ermittelt. Je nach Ausführungsbeispiel kann die Auswerteeinheit 28 die Sensorelemente 8 zur Abgabe weiterer Sig- nale 32 veranlassen, die das Werkstück 4 durchtreten und von einer Sendeantenne des Senders 2, die gleichzeitig die Empfangsantenne des Senders 2 sein kann, empfangen werden. Aus diesem Signal 32 kann die Auswerteeinheit 24 die Werkstückdicke bestimmen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Figur 6 gezeigt. Die Trägeranordnung 6 weist eine Innenträgeranordnung 34 auf, an der die Sensorelemente 8 unbeweglich befestigt sind. Die Innenträgeranordnung 34 selbst ist jedoch in Richtung von Pfei- len 36 relativ zur Trägeranordnung 6 und innerhalb dieser beweglich. Zur Feststellung der gewünschten Position 18 kann die Trageranordnung 6 am Werkstuck 4 positioniert und der e- benfalls positionierte Sender 2 eingeschaltet werden. Ein Signalkegel wird von einer Anzahl von Sensorelementen 8 registriert, deren Signal wiederum der Auswerteeinheit 28 zuge- fuhrt wird. Aus der Anzahl und Position der reagierenden Sensorelemente 8 und deren unterschiedlichen Reaktionszeiten, die sich aus der verschiedenen Laufzeit des Signals 10 vom Sender 2 zu den vom Sender 2 verschieden weit entfernten Sensorelementen 8 ergibt, berechnet die Auswerteeinheit 28 die Dicke des Werkstucks 4 und gibt diese auf der Ausgabeeinheit 26 aus. Außerdem gibt die Auswerteeinheit 28 die gewünschte Position 18 in Form von Koordinaten aus, in Figur 6 beispielsweise F 17. Hierzu ist der Auswerteeinheit 28 die relative Position der Innertrageranordnung 34 relativ zur Tra- geranordnung 6 bekannt. Die Genauigkeit, mit der die gewünschte Position 18 angegeben werden kann, ist hierbei abhangig von dem Abstand der Sensorelemente 8 untereinander.
Um diese Genauigkeit zu erhohen, kann nun ein Bediener die Innentrageranordnung 34 relativ zur Trageranordnung 6 zweidimensional hin und her bewegen, wobei die Sensorelemente 8 in mehreren Intervallen oder kontinuierlich das Signal 10 des Senders 2 empfangen und entsprechende Signale 30 an die Auswerteeinheit 28 übermitteln. Aus diesen Signalen 30 und deren Veränderung bei der Bewegung der Innentrageranordnung 34 - bzw. der Änderung der ansprechenden Sensorelemente 8 - kann die Auswerteeinheit 28 mit sehr hoher Genauigkeit die gewünschte Position 18 ermitteln und entsprechend auf der Ausgabeeinheit 26 ausgeben. 17 . 10 . 05
ROBERT BOSCH GMBH; 70442 Stuttgart
Bezugszeichen
2 Sender 24 Auswerteeinheit
4 Werkstück 26 Ausgabeeinheit
6 Trägeranordnung 28 Auswerteeinheit
8 Sensorelement 30 Signal
10 Signal 32 Signal
12 Signalelement 34 Innenträgeranordnung
14 Pfeil 36 Pfeil
16 Haltemittel A Dicke
18 Position B Dicke
20 Knopf
22 Knopf

Claims

Ansprüche
1. Anzeigevorrichtung zur Positionierung eines Werkzeugs an einem Werkstück (4) mit einem Sender (2) zum Aussenden eines das Werkstück (4) durchdringenden Signals (10) und einem Empfänger zum Empfangen des Signals (10), dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger eine Anordnung aus Sensorelementen (8) umfasst.
2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente (8) in einer Trägeranordnung (6) befestigt sind.
3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sensorelement (8) während eines Empfangsvorgangs relativ zur Trägeranordnung (6) bewegbar ist.
4. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente (8) ein optisches Signalmittel aufweisen.
5. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein von einer Auswerteeinheit (28) ansteuerbares, optisches Signalmittel, das in einem vorbestimmten Abstand zu den Sensorelementen (8) angeord- net ist.
6. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Signalmittel eine Matrix aus Signalelementen (12) umfasst.
7. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Auswerteeinheit (28), die zur Ausgabe eines ortsanzeigenden Signals unabhängig von einem momentanen Sendevorgang des Senders (2) vorbereitet ist .
8. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente (8) zur Aussendung eines Signals (32) durch das Werkstück (4) vorgesehen sind.
9. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Auswerteeinheit (24, 28), die dazu vorgesehen ist, aus einem Signal (10, 32) von zumindest einem Sensorelement (8) eine Werkstückdicke zu bestimmen.
10. Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Auswerteeinheit (24, 28), die dazu vorgesehen ist, aus einem Vergleich von Sensor- Signalen eine Werkstückdicke zu bestimmen.
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