(57)【要約】  本発明は、ワーク（４）に工具を位置決めするための表示装置であって、ワーク（４）を貫通する信号（１０）を送信するための送信器（２）と、該信号（１０）を受信するための受信器とが設けられている形式のものに関する。本発明によれば、受信器が、複数のセンサエレメント（８）から成るアッセンブリを有していることが提案される。
2009516824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワーク（４）に工具を位置決めするための表示装置であって、ワーク（４）を貫通する信号（１０）を送信するための送信器（２）と、該信号（１０）を受信するための受信器とが設けられている形式のものにおいて、受信器が、複数のセンサエレメント（８）から成るアッセンブリを有していることを特徴とする、ワークに工具を位置するための表示装置。
【請求項２】
センサエレメント（８）が支持装置（６）に取り付けられている、請求項１記載の表示装置。
【請求項３】
少なくとも１つのセンサエレメント（８）が、受信過程の間、支持装置（６）に対して相対的に運動可能である、請求項２記載の表示装置。
【請求項４】
センサエレメント（８）が光学的な信号手段を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の表示装置。
【請求項５】
評価ユニット（２８）によって制御可能な光学的な信号手段が設けられており、該信号手段が、センサエレメント（８）に対して予め規定された間隔を置いて配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の表示装置。
【請求項６】
信号手段が、複数の信号エレメント（１２）から成るマトリックスを有している、請求項５記載の表示装置。
【請求項７】
送信器（２）の目下の送信過程とは無関係に位置表示信号を出力するために準備されている評価ユニット（２８）が設けられている、請求項１から６までのいずれか１項記載の表示装置。
【請求項８】
センサエレメント（８）が、ワーク（４）を貫いて信号（３２）を送出するために設けられている、請求項１から７までのいずれか１項記載の表示装置。
【請求項９】
少なくとも１つのセンサエレメント（８）の信号（１０，３２）からワーク厚さを測定するための評価ユニット（２４，２８）が設けられている、請求項１から８までのいずれか１項記載の表示装置。
【請求項１０】
センサ信号の比較からワーク厚さを測定するための評価ユニット（２４，２８）が設けられている、請求項１から９までのいずれか１項記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の、ワークに工具を位置決めするための表示装置、すなわちワークを貫通する信号を送信するための送信器と、該信号を受信するための受信器とが設けられている形式の、ワークに工具を位置決めするための装置に関する。
【０００２】
壁またはフロア床のようなワークを加工する場合、たとえば床に設けられる孔のための位置規定が、床の片側から行われるが、しかしこの側から穿孔を行うことはできないことが起こり得る。穿孔はその場合、床の他方の側から行われ、この場合、床のこの側においても所望の位置が特徴付けられなければならない。このためには、送信器具を備えた表示装置が知られている。この送信器具は壁または床の、穿孔を行うことができない方の側における規定された位置に取り付けられる。送信器具は、たとえば壁を通じて送信信号を送信する。モバイル式の受信器を用いて、壁の加工側における相応する所望の位置が探知され、この位置はこの場所でマーキングされ、たとえば孔がこの位置に穿孔される。
【０００３】
発明の利点
本発明は、ワークに工具を位置決めするための表示装置であって、ワークを貫通する信号を送信するための送信器と、該信号を受信するための受信器とが設けられている形式のものに関する。
【０００４】
本発明によれば、受信器が、複数のセンサエレメントから成る装置もしくはアッセンブリを有していることが提案される。ワークの、送信器とは反対の側で単独の受信器をあちこちに巡らさずに済むようになる。所望の位置もしくは求めたい位置を簡単に求めて、たとえばデジタルディスプレイに、または直接に１つまたは複数のランプによって表示することができる。このためには、前記アッセンブリをワーク、たとえば壁の、送信器とは反対の側に固定して、所望の位置における加工個所を直接に読み取ることができる。
【０００５】
アッセンブリとしては、グリッドアッセンブリ、たとえば方形のグリッドアッセンブリが有利である。このアッセンブリはワークに固定するための手段、たとえば接着手段を有していると有利である。当該表示装置は所望の位置を間接的または直接的に表示するために働く。ワークはこの場合、送信器と受信器との間に配置されていると有利である。送信のために、送信器は、キロヘルツ領域、メガヘルツ領域またはギガヘルツ領域でモジュール化された信号の形の電磁波または磁界または電界をワークに入力結合させることができる。周波数領域としては、免許不要のあらゆる無線バンド（ＩＳＭバンド）が挙げられる。特に有利には、いわゆるＵＷＢ送信器（Ultra Wide Band；超広帯域無線）である。このＵＷＢ送信器は、たとえば１つまたは複数のパルスの形の極めて広帯域の信号を５００ＭＨｚ〜２０ＧＨｚの周波数領域で送信する。このような作動時では、極めて小さな送信出力しか必要とならない。なぜならば、個々の周波数へのノイズが無害であるからである。さらに、たとえばワーク厚さまたはワーク材料を評価するための大きなデータ量を迅速に送受信することができる。付加的に、複数のセンサを、相応する信号部分によって個別に迅速に応答させることができる。パルス作動のために設けられた送信器に対して択一的な手段としては、有利にはＣＷレーダまたはＰＮレーダを使用することができる。ＣＷレーダ（Continuous Wave；連続波）の場合、周波数ランプが送出され、反射された周波数が、目下送出された周波数と比較される。ＰＮレーダ（Pseudo Noise）の場合には、連続的なノイズが発生させられて、所望の信号がノイズに乗せられる。
【０００６】
送信器としては、永久磁石、電磁石、コイル、コンデンサ装置または信号発生のための電界ピークを発生させるための装置を使用することができる。送信信号として電磁波が使用され、センサエレメントにアンテナが使用される場合、送信信号の評価を、受信された界強度により行うことができる。容量型の面が使用される場合には、電界の強度または変化により評価を行うことができる。同じく、表面音響波（Surface Acustic Waves）の使用も可能である。表面音響波の場合、評価は、たとえば半導体材料における共鳴構造の励振および電気的な信号への変化によって行われる。
【０００７】
有利な構成では、センサエレメントが、ＲＦＩＤ素子（Radio Frequency Identification）である。なぜならば、このような素子は大量生産から特に好都合に製造され得るからである。このようなＲＦＩＤ素子は一般に知られていて、送信信号に対して識別信号によって応答することができる。この識別信号の強度および信号内容が演算ユニットによって評価される。送信信号として電磁波が使用される場合、センサエレメントはコイルを有していてよく、評価は受信された磁界強度により行われ得る。静的な磁界が使用される場合には、磁気センサ、たとえばホールセンサを使用することができる。この場合、磁界強度の評価が行われる。電界が使用される場合には、電気的な電界センサ、たとえばコンデンサ装置を使用することができる。この場合、電界強度もしくは電荷の評価が行われる。
【０００８】
ワークにおけるセンサエレメントを備えたアッセンブリの固定は、センサエレメントが支持装置に、特に予め規定された相対位置で取り付けられていると、特に簡単に行われ得る。センサエレメントは支持装置内に取り付けられているか、または支持装置外面に取り付けられていてよい。支持装置として支持マットが使用されると特に有利である。支持マットは特に巻上げ可能であり、こうして特に簡単に運搬可能となる。
【０００９】
少なくとも１つのセンサエレメントが受信過程の間、支持装置に対して相対的に可動であると、送信器にたとえば向かい合って位置する所望の位置の探知または表示の際の高い位置分解能を達成することができる。特に、支持装置に取り付けられた全てのセンサエレメントが受信過程の間、支持装置に対して相対的に可動となり、この場合、センサエレメントは内側支持装置に取り付けられていて、この内側支持装置全体が支持装置に対して相対的に運動可能であると有利である。
【００１０】
センサエレメントが光学的な信号手段を有していると、求めたい位置の特に簡単な表示を達成することができる。この場合、信号手段の発光強さは有利にはほぼ連続的に可変であり、これにより、たとえば界強度を直接に光学的に表示することができる。
【００１１】
本発明のさらに別の実施態様では、表示装置が、評価ユニットによって制御可能な光学的な信号手段を有している。この信号手段はセンサエレメントに対して予め規定された間隔を置いて配置されている。これにより、求めたい位置を、センサエレメントの位置とはほぼ無関係に表示することができる。
【００１２】
信号手段が、複数の信号エレメントから成るマトリックスを有していると、求めたい位置を特に簡単かつ正確に表示することができる。
【００１３】
特に短い送信パルスが使用される場合には、求めたい位置が評価ユニットによって求められ、記憶されかつ表示されると有利である。このためには、表示装置が、送信器の目下の送信過程とは無関係に位置表示信号を出力するために準備されている評価装置を有していると有利である。
【００１４】
センサエレメントが、ワークを通じて信号を送出するために設定されていると、表示装置を特に廉価にかつ頑丈に形成することができる。評価ユニットを送信器に接続することができる。これにより、センサ装置は評価ユニットに対する直接的な接続を必要としなくなり、これにより極めて単純に形成され得るようになる。
【００１５】
表示装置は、センサエレメントの信号を受信するための評価ユニットと、各センサエレメントの信号に、当該センサエレメントに対応するコードを付与するための少なくとも１つのコード化手段とを有していると有利である。これにより、評価ユニットはセンサエレメントをそのコードにつき識別することができ、そしてたとえば、送信器または付加的な受信器に対するセンサエレメントの相対的な位置を求めることによりワーク厚さ測定を行うことができる。
【００１６】
表示装置は、少なくとも１つのセンサエレメントからの信号または該センサエレメントへの信号から、たとえば信号伝播時間を求めることから、ワーク厚さを測定するために設定されている評価ユニットを有していると有利である。
【００１７】
ワーク厚さの特に正確な検出は、センサ信号の比較からワーク厚さを測定するために設定されている評価ユニットによって行なわれ得る。センサ信号は評価ユニットのコマンドを受けてセンサエレメントによって送出されるか、またはたとえば送信器の送信信号の励起によってセンサエレメントによって送出され得る。
【００１８】
さらに別の利点は以下に図面につき行う実施例の説明から明らかとなる。図面には、本発明の実施例が図示されている。図面、発明の詳細な説明および特許請求の範囲には、多数の特徴が組み合わされた形で記載されているが、当業者であれば、これらの特徴を有利に個別に考察して、好都合な別の組合せにまとめ上げることができる。
【００１９】
図１は、壁に取り付けられた表示装置を概略的に示す図であり、
図２は、センサエレメントを備えた表示装置の支持装置を示す図であり、
図３は、信号エレメントグリッドを備えた択一的な別の表示装置の一部を示す図であり、
図４は、ワーク厚さを測定するための表示・評価原理を示す概略図であり、
図５は、支持装置と、該支持装置において可動な内側支持装置とを示す概略図であり、
図６は、送信・受信・評価原理を示す概略図である。
【００２０】
実施例の説明
図１には、送信器２を備えた表示装置が示されている。この送信器２は、壁として形成されたワーク４の一方の側に位置決めされて固定されている。送信器２に向かい合って、多数のセンサエレメント８を備えた支持装置６が壁に固定されている。送信器２から送信された信号１０は一連のセンサエレメント８によって検出される。
【００２１】
図２には、堅固な織布からマットとして形成された支持装置６が示されている。この支持装置６には、６×１２個のセンサエレメント８が取り付けられており、この場合、これらのセンサエレメント８は矢印１４の方向でそれぞれほぼ隣接したセンサエレメント８にまで支持装置６に対して相対的に運動可能となる。センサエレメント８には、それぞれ光学的な信号エレメント１２がＬＥＤの形で取り付けられている。支持装置６自体は、ワーク４に固定するための４つの保持手段１６を有しており、これらの保持手段１６は、簡単に交換可能な接着手段として形成されている。
【００２２】
送信器２に向かい合って位置する所望の位置１８もしくは求めたい位置１８を求めるためには、送信器２が、ワーク４における送信位置、つまりたとえばワーク４の他方の側から掘り進められてきた築壁貫通孔が築壁から進出するべき位置に固定される。引き続き、センサエレメント８を備えた支持装置６がワーク４の他方の側に固定され、しかもこの場合、送信器２の送信位置に向かい合って位置する所望の位置１８であると推定される位置に固定される。次いで、送信器２はノブ２０を用いてスイッチオンされて、その円錐状の信号１０をワーク４内に入射させる。この信号１０はセンサエレメント８によって検出される。信号１０を検出したセンサエレメント８はその後に、この信号１０が、予め調節された信号強度を上回ると、当該センサエレメント８にそれぞれ対応する信号エレメント１２に信号１０を送信する。図２に示した例では、所望の位置１８を取り囲むように配置されている、たとえば４つの信号エレメント１２が点灯する。点灯する信号エレメント１２の数は、実質的に送信器２からの支持装置６の距離に関連している。支持装置６が送信器２から遠ざけられれば遠ざけられるほど、円錐状の信号１０の内側にはますます多くの信号エレメント１２が位置するようになり、相応してますます多くの信号エレメント１２が点灯するようになる。極めて薄い壁の場合には、円錐状の信号１０のビームがセンサエレメント８の間を通り抜けてしまい、センサエレメント８のいずれにも衝突しない場合が生じ得る。それにもかかわらず、センサエレメント８を矢印１４の方向に軽度に移動させることにより、信号１０を捕捉して、所望の位置１８を極めて正確に突き止めることができる。さらに図２に示した例では、信号エレメント１２の運動によって、信号１０の円形の輪郭がオペレータによって極めて正確に捕捉され、所望の位置１８がこの円形の輪郭の中心点として極めて正確に検知され得る。
【００２３】
付加的にワーク４の厚さを測定し得るようにするために、この表示装置は送信装置を装備している。ノブ２２が操作されると、この送信装置によってセンサエレメント８はその都度信号３２（図５）を送出する。この信号３２を受信し、かつ評価ユニット２４を用いてこの信号３２を評価するために準備されている送信器２は、センサエレメント８の前記信号３２を評価し、このことからワーク４の厚さを測定する。この厚さは送信器２に設けられた表示手段（図示しない）に表示される。各センサエレメント８が、相応してコード化された信号３２を送出し、この信号３２により評価ユニット２４が信号３２の出所を一義的に検知し得ることにより、ワーク４の厚さを求めることができる。センサエレメント８から送信器２までの信号３２の伝播時間の差から、評価ユニット２４は、支持装置６におけるセンサエレメント８の、コード化によって既知となっている位置と関連して、最も近いセンサエレメント８の距離を算出することができる。このための前提条件は、支持装置６ができるだけ平坦にワーク４に接触していることだけである。支持装置６が平坦に位置調整されていると、センサエレメント８と送信器２との間の同期化が必要とならない。
【００２４】
図３には、ＲＦＩＤ素子として形成された多数のセンサエレメント８と信号エレメント１２とを備えた表示装置の別の支持装置６が示されている。前で説明した実施例の場合と実質的に同一の構成部分は原則的に同じ符号で示されている。図２の実施例の場合と同じままの特徴および機能に関しては、図２の実施例に対する説明を参照することができる。以下においては、主として図２の実施例に対する相違点についてのみ説明する。センサエレメント８は支持装置６に不動に固定されていて、それぞれ１つの信号エレメント１２を有している。付加的に、別の信号エレメント１２が支持装置６自体に取り付けられている。全ての信号エレメント１２の密な配置により、所望の位置１８を極めて正確に求めることができる。点灯した信号エレメント１２の数から、オペレータはさらに、信号エレメント１２からの送信器２の間隔を推定することができる。
【００２５】
送信器２はその信号１０を、エネルギ的に極めて弱い超短波の１種または数種のパルスの形で送信する。このパルスにより、信号１０は超広帯域の周波数範囲を得るので、外乱に対して十分に安定的となる。信号１０を受信したセンサエレメント８の数、該センサエレメント８の、支持装置６における位置および該センサエレメント８により測定された信号強度から、評価装置２８によって所望の位置１８を算出することができる。この所望の位置１８は評価ユニット２８により記憶されて、信号１０の存在とは無関係に信号エレメント１２によって表示される。オペレータのために所望の位置１８を送出するために、評価ユニット２８は、たとえば図３に図示されているように、信号１０の内側に配置された全ての信号エレメント１２を点灯させることができる。点灯した信号エレメント１２全体のジオメトリ（幾何学的形状）から、オペレータは所望の位置１８の位置ならびに壁厚さを推定することができる。択一的には、評価ユニット２４が、所望の位置１８のすぐ近くに配置されている信号エレメント１２だけを制御する。
【００２６】
図４には、応答したセンサエレメント８の数および分布に対してワーク厚さがどのような影響を与えるのかが概略的に図示されている。送信器２からは、信号１０が円錐状に、たとえば壁に入射される。この壁が厚さＡを有している場合、信号１０の空間的な広がりは比較的小さくなるので、壁の、送信器２とは反対の側に設けられた複数のセンサエレメント８の配置は、図４に示したようにたとえば７個のセンサエレメント８を有するこの小さな空間的な延在面においてしか応答しない。厚さＢを有する、より厚い壁の場合には、壁から進出した信号１０の空間的な広がりが著しく大きくなり、より多くのセンサエレメント８、たとえば８個のセンサエレメント８および３２個の信号エレメント１２を捕捉する。評価ユニット２８により制御された信号エレメント１２の数から、オペレータは（オペレータが信号１０の広がり円錐を熟知している場合には）、壁の厚さを推定することができる。壁厚さの検出が電子式に行われると、評価ユニット２４は応答したセンサエレメント８の数および位置から厚さを算出して、相応して出力ユニット２６（図３）において出力することができる。
【００２７】
図５には、所望の位置１８を表示するための表示方法およびワーク４の厚さを求めるための検出方法が概略的に示されている。送信器２は信号１０をワーク４へ入力結合させ、信号１０はワーク４を貫通して、センサエレメント８によって記録される。センサエレメント８は評価ユニット２８に接続されており、この評価ユニット２８はセンサエレメント８の信号３０から所望の位置１８および場合によってはワーク４の厚さを求める。実施例に応じて、評価ユニット２８はセンサエレメント８に別の信号３２を送出させることができる。この信号３２はワーク４を貫通して、送信器２の送信アンテナによって受信される。この場合、この送信アンテナは同時に送信器２の受信アンテナにもなり得る。この信号３２から、評価ユニット２４はワーク厚さを測定することができる。
【００２８】
図６にはさらに別の実施例が示されている。支持装置６は内側支持装置３４を有しており、この内側支持装置３４には、センサエレメント８が不動に固定されている。しかし、内側支持装置３４自体は矢印３６の方向で支持装置６に対して相対的に該支持装置６の内部で可動となる。所望の位置１８を検出するためには、支持装置６をワ―ク４に位置決めし、そして同じく位置決めされた送信器２をスイッチオンすることができる。信号円錐体は所定数のセンサエレメント８によって記録され、これらのセンサエレメント８の信号は評価ユニット２８に供給される。応答したセンサエレメント８の数および位置ならびに送信器２から種々の距離で遠ざけられたセンサエレメント８までにかかる送信器２の信号１０の種々の伝播時間から生ぜしめられるセンサエレメント８の種々異なる応答時間から、評価ユニット２８はワーク４の厚さを算出して、該厚さを出力ユニット２６において出力する。さらに、評価ユニット２８は所望の位置１８を座標の形で出力する（図６では、たとえばＦ１７）。このためには、評価ユニット２８に、支持装置６に対する内側支持装置３４の相対的な位置が知られている。所望の位置１８を記載することのできる精度は、センサエレメント８の相互間隔に関連している。
【００２９】
この精度を高めるために、オペレータは支持装置６に対して相対的に内側支持装置３４を二次元に往復運動させることができる。この場合、センサエレメント８は複数のインターバルを置いて、または連続的に送信器２の信号１０を受信して、相応する信号３０を評価ユニット２８へ伝送する。これらの信号３０および内側支持装置３４の運動時における当該信号３０の変化もしくは応答するセンサエレメント８の変化から、評価ユニット２８は極めて高い精度で所望の位置１８を求めて、相応して出力ユニット２６において出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】壁に取り付けられた表示装置を概略的に示す図である。
【図２】センサエレメントを備えた表示装置の支持装置を示す図である。
【図３】信号エレメントグリッドを備えた択一的な別の表示装置の一部を示す図である。
【図４】ワーク厚さを測定するための表示・評価原理を示す概略図である。
【図５】支持装置と、該支持装置において可動な内側支持装置とを示す概略図である。
【図６】送信・受信・評価原理を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３１】
２  送信器
４  ワーク
６  支持装置
８  センサエレメント
１０  信号
１２  信号エレメント
１４  矢印
１６  保持手段
１８  位置
２０  ノブ
２２  ノブ
２４  評価ユニット
２６  出力ユニット
２８  評価ユニット
３０  信号
３２  信号
３４  内側支持装置
３６  矢印
Ａ  厚さ
Ｂ  厚さ
【図１】
2009516824.tif 000003
【図２】
2009516824.tif 000004
【図３】
2009516824.tif 000005
【図４】
2009516824.tif 000006
【図５】
2009516824.tif 000007
【図６】
2009516824.tif 000008
【国際調査報告】
2009516824.tif 000009
2009516824.tif 000010
2009516824.tif 000011
2009516824.tif 000012