(57)【要約】【課題】  非常に異なる機能をモニターする新規な方式を提供する電動工具を提供する。【解決手段】  データ処理ユニットと、少なくとも１つの加速センサ及び／又は回転速度センサを含む位置及び配置検知システムを有する電動工具が、少なくとも回転速度を記録するため、回転速度をモニターするため、震動投与を決定するため、位置記録のため、盗難防止としての位置モニターのため、回転角度の記録のため、回転角度をモニターするため、傾斜を測定するため、工具をスイッチオン及び／又はオフするため、又は時間依存使用のための工具を開放するために構成されている。【選択図】  図１Ｂ
2006082220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
データ処理ユニット（１４）と、少なくとも１つの加速センサ（１３；２３；３３；４３）及び／又は少なくとも１つの回転速度センサ（１２、５１）を含む位置及び配置検知システムを有する電動工具であって、センサが電動工具（１０）の慣性系の軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に沿って配置されていて、空間における電動工具（１０）の慣性系の配向を決定するとともに空間における電動工具（１０）の慣性系の配置及び／又は軌道を決定する電動工具において、位置及び配向検知システムが、電動工具（１０）の震動を少なくともモニターするために構成され、又は電動工具（１０）の許可されていない動作を追跡するための盗難防止システムとして、又は電動工具（１０）をスイッチオン又はオフするため、又は時間依存使用のために電動工具（１０）を開放するために構成されていることを特徴とする電動工具。
【請求項２】
位置及び配向検知システムが、電動工具（１０）の震動を少なくともモニターするために構成され、及び記録された震動が積算されて蓄積されることを特徴とする請求項１に記載された電動工具。
【請求項３】
フィルターが設けられていてこれが震動の選択的な、とくに周波数による選択的な、記録を可能にすることを特徴とする請求項２に記載された電動工具。
【請求項４】
位置及び配向検知システムが、回転速度を記録及び／又はモニターするように構成されていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載された電動工具。
【請求項５】
位置及び配向検知システムが、回転角度を記録及び／又はモニターするために構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載された電動工具。
【請求項６】
位置及び配向検知システムが、傾斜測定デバイスとして、とくにスピリットレベルとして、構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載された電動工具。
【請求項７】
位置及び配向検知システムが、電動工具（１０）をスイッチオン及び／又はオフするために使用されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載された電動工具。
【請求項８】
慣性系が、３軸及びデカルトタイプであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載された電動工具。
【請求項９】
１つの回転速度センサと１つの加速センサが、慣性系の各軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と関連付けられていることを特徴とする請求項８に記載された電動工具。
【請求項１０】
位置及び配向検知システムが、複数の機能のために構成されていて、これらが好ましくは、電動工具（１０）の震動をモニターする機能と、電動工具（１０）の許可されていない動作を追跡するための盗難防止として役立つ機能と、電動工具（１０）をスイッチオン及び／又はオフする機能と、時間依存使用の電動工具（１０）を開放する機能と、とくにスピリットレベルのような傾斜を測定する機能と、電動工具（１０）の位置及び回転角度を検知する機能から、適当なソフトウェアを介して選択され得ることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載された電動工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置及び配置検知システムを有する電動工具、たとえば従来の電動工具によっては前に提供されなかった異なる機能のために使用され得る位置及び配置検知システムを有する電動工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
使用されるとき振動及び震動動作を行う多くの工具は、ユーザーに健康の問題を引き起こすことがある。例えばハンマードリルで永く作業することは、ユーザーに極めて重大な痛みを引き起こす。なぜなら腕及び手、及び全身さえも、永続する衝撃にさらされ得るからである。短期間の衝撃は、人体により容易に埋め合わせされ得るが、長く続く連続的な圧力は、恐らく不可能である。
【０００３】
とくにハンドドリル、ハンマードリル、ナットランナ、アングルグラインダ、糸のこ、研磨機、バフ盤、三角グラインダ、震動工具、ミリングカッタ、金属せん断機、打ち抜き切断工具等のような電動工具に関して、電動工具のユーザーが震動にさらされ、作業が非常に長期間にわたるとき、これが彼らの健康に負の影響を与えることが問題となる。
【０００４】
更に、電動工具は建設場所又は他の場所で使用され、そこでは盗難が問題となる。
【０００５】
加えて、多くの先に述べられた電動工具は、回転工具ユニットを含み、これらの場合において回転速度をモニターすることが望ましい。知られるべきもう１つの変数は、もし可能なら、電動工具を扱うときの工具の主要な軸心と水平又は垂直線の間の傾斜角度である。
【０００６】
更に、電動工具を単純に移動させることによりそれがスイッチオン及びオフされる可能性を提供するのが利点となる。もし許容できる作業時間、すなわち工具が操作され得る一定の時間がモニターされて予め定められた時間限度が達せられたときに電動工具が自動的にスイッチオフされるなら有利である。
【特許文献１】ＤＥ  １０３  １２  １５４  Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
それゆえ、本発明の目的は、多くの異なる機能をモニターする新規な方式を提供する電動工具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、少なくとも電動工具の震動をモニターするのに適した、又は電動工具の許可されない動作を追跡するための盗難防止システムとして、又は電動工具をスイッチオン及びオフするため、又は一定の使用時間で工具を開放するために構成された、位置及び配向検知システムを備えた電動工具を提供することにより達成される。
【０００９】
本発明の目的は、こうして好ましくは達成され、この様にしてこれは異なる付属の機能を選択的にモニターすることが可能である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明による電動工具での使用に適した位置及び配向検知システムは、原理上はＤＥ  １０３  １２  １５４  Ａ１から公知である。このシステムは３つの回転速度センサと３つの加速センサを含み、これらを用いて工具の慣性系の空間における配向及び位置が決定され及び／又は追跡され得る。本発明は、とくに物体追跡のための方法及び装置を開示する。３つの回転速度センサを含むシステムは、データを測定することを決定するのに役立ち、これから３つの回転角度が積算により計算されて空間における物体の配向を決定する。データ測定の決定及び３つの回転角度の計算の工程は、サンプリングレートに基づいて擬似連続的に行われ、少なくとも一定時間の間高い信頼性を確実にする。物体追跡工程を開始する前に、物体が所与の時間静止するように一度決定されると、回転速度センサからの出力信号のオフセット値を決定する。次の決定工程までに、このオフセット値がそれぞれの回転速度センサの値から推定されて、それがどのような積算にも含められないようになっていて、及び互いに及びデバイスに関する軸の仮定された配向からのシステムの３つの回転速度センサの軸の配向の及び回転速度センサの信号から回転角度を計算するときに現れる結果のどのような逸脱も、補償マトリックスにより補償され、これはこのような逸脱を可能にし、及びこれは物体追跡工程の開始の前に決定されている。
【００１１】
ＤＥ  １０３  １２  １５４  Ａ１は更に、手持ち機器を操縦し又はいずれの場合も組み立て又は製造工程の経過を追跡するときに存在する、手持ち機器での生産技術に現れる問題を述べている。この文献はそれゆえナットランナの位置を検知するための位置及び配向検知システムとしての使用を提案している。このようにして、所与の回転数が所与の地点で行われたかどうかを決定／又は追跡することが可能である。
【００１２】
ＤＥ  １０３  １２  １５４  Ａ１は更に、回転速度センサに加えて加速センサが物体の並進動作を決定するために設けられて良いことを指摘している。物体の空間における並進動作は、加速センサから得られた情報の二重積分により決定される。
【００１３】
ＤＥ  １０３  １２  １５４  Ａ１から公知の位置及び配向検知システムの使用は、これまで公知でなかった可能性を開いている。このシステムがいわゆる震動投与を決定する目的で電動工具の震動をモニターすることにも使用され得ることは、驚きである。
【００１４】
この種のシステムは更に、電動工具の許可されていない動作を追跡するための盗難防止システムと、工具を傾斜させることにより電動工具をスイッチオン又はオフし、又は時間依存使用で電動工具を開放する選択を実現することを可能にする。有利には、このような複数の機能は、結み合わせられ得る。そして位置及び配向検知システムの単独低コストの装備を使用する可能性もあり、これは多少の機能を選択的に行うための適当なソフトウェアにより対応して駆動される。
【００１５】
加えて、又は先に述べられた機能の代替として、電動工具の位置を決定及び／又は追跡する可能性もある。この文脈における特定の場合は、スピリットレベルを実現する目的のため、電動工具の傾斜をモニターするという選択であり、これを用いて、例えば穴の垂直又は水平の配向を保証するために、正確な垂直又は水平の配列が確実にされ得る。
【００１６】
上記された及び以下に説明される発明の構成は、それぞれの示された組み合わせだけでなく、他の組み合わせ又はそれ単独でも、本発明の範囲から離れることなく使用され得る。
【００１７】
本発明の更なる構成及び利点は、以下に図面に関して説明される本発明の一定の好ましい態様から明らかとなる。
【００１８】
以後、同一の参照符号が同様な要素を示すために使用される。
【実施例】
【００１９】
図１Ａは、以後ＩＭＦシステムとして簡潔に説明される多機能慣性システム１１を備えた手持ちドリル１０の概略表現を示す。手持ちドリル１０は、電動工具の一例として用いられ、これは好ましくは手に持たれる。
【００２０】
ＩＭＦシステム１１は、複数の回転速度センサ１２と複数の加速センサ１３を含む。これらのセンサ１２及び１３は、工具に関連した慣性系に沿って配置され、これは好ましくは単位ベクトルｘ、ｙ及びｚのデカルト座標系を含む。ｙ軸は、この場合ドリル軸（図示せず）と平行に延在して良い。
【００２１】
図１Ｂは、ＩＭＦシステム１１のブロック線図を示す。図１Ａ及び１Ｂは、３つの回転数センサ１２と３つの加速センサ１３が設けられる例を示す。これらのセンサ１２及び１３は、データ処理ユニット（ＤＶＥ）１４に接続されている。データ処理ユニット１４は、タイマー１５を含んでも良い。もし時間ｔ＝０でのＩＭＦシステム１１の位置が原点又は参照点として規定されるなら、このタイマー１５の助けにより、時間の単純な積分により、加速センサ１３の信号からＩＭＦシステム１１の位置を導き出すことが可能である。時間に対して第２の積分を行うことにより、ＩＭＦシステム１１の軌道を決定することさえも可能である。軌道の用語は、空間において、すなわちその環境に関してＩＭＦシステム１１によって移動される通路を表すことを意味する。タイマー１５は、積分のため及び時間記録目的のため必要とされる。
【００２２】
図１Ｂにおいて破線（Ｉ／Ｏ）で示される適当なインターフェースを使用して、ＤＶＥ１４は、ＰＣのようなデータ処理システムに接続され得る。
【００２３】
更に、ＤＶＥ１４は、情報信号を提供するための回転速度センサ１２に接続されている。回転速度センサからの情報信号は、角速度に対応する。角速度の符号は、回転の向きの表示を与える。ＩＭＦシステム１１の配向は、回転速度センサ１２を使用して決定され得る。
【００２４】
ＤＥ  １０３  １２  １５４  Ａ１は、配向を決定するための回転速度センサを３つだけ使用する方法を開示している。この方法によれば、物体の空間における配向を決定するために更なるセンサは要求されない。このような方法は、ドリル１０の配向を決定するために使用されて良い。
【００２５】
図２Ａは、ＩＭＦシステム２１を含むドリル１０の線図表現を示す。ＩＭＦシステム２１は、ＸＹＺデカルト座標系の軸に沿って配置された３つの加速センサ２３を含む。
【００２６】
３つの加速センサ２３を使用して、振動投与として公知のものを決定することができる。「振動投与」の用語は、ここでは振動の量を説明するのに使用され、これにドリル１０のユーザーが所与の時間の間さらされることになる。一般に知られるように、ドリルとくにハンマードリルは、しばしば操作において顕著な振動を発生する。振動は、ユーザーの身体に伝えられる。もしドリルが例えば主要な建設場所で永続的な使用状態にあると仮定し、及び更にそれが同一人物によって操作されると仮定するなら、このような振動は、所定の限度が超過されたとき、ある状況下ではユーザーの健康を害するかも知れない。
【００２７】
ドリル１０が振動するにつれて、それは空間においてあちこちへ移動する。これらの移動は、加速センサ２３により記録される。
【００２８】
図２ＡによるＩＭＦシステム２１のブロック線図を示す図２Ｂで理解できるように、加速センサ２３の信号はＤＶＥ１４に提供され、これはマイクロコントローラとして実行されて良い。前に述べられたように、信号は処理されてドリル１０の空間における移動のための手段を提供する。空間における移動が全て振動を構成するわけではないことを考えれば、ドリルは例えばある場所から異なる場所へ運ばれて良く、そこでマイクロコントローラ１４に接続されるリセット２４が提供される。リセット２４は、ドリル操作の終わりにタイマー１５をリセットしてドリル操作の最初に時間測定機能を開始させるよう作動する。リセット２４は、この目的のため、（図示されない）コントロールスイッチを介してドリル１０と接続されて良い。同様に、特定の種類の振動（例えば予め定められた周波数）だけが記録され又は振動が重みの付いた方式で記録されることを確実にする目的で、（図示されない）アナログ又はデジタルフィルタが設けられてもよい。
【００２９】
マイクロコントローラ１４は、更に、既に蓄積された振動投与の量を示すための複数のＬＥＤ２６に接続されて良い。好ましくは、緑、黄色及び赤のＬＥＤエレメント２６が設けられる。異なる色付けがされた複数のＬＥＤは、作業の開始以来ずっと蓄積された投与に応じて作動されることが可能である。最初に緑のＬＥＤが作動されるとき、投与が上昇するにつれて黄色のＬＥＤが次にスイッチされることが可能であり、ドリル１０のユーザーは、（彼の作業の最初から）その時間までさらされた投与範囲がどの程度であるかを視覚的に測定できるようになっている。一度予め定められた投与しきい値が超過されると、赤のＬＥＤエレメントが始動されて、許容され得る全投与が達成されたことをドリル１０のユーザーが直接見ることができるようにしてもよい。このようにしてドリル１０で極めて長時間作業することによりドリル１０のユーザーが彼自身に害を与えることを防止できる。
【００３０】
ＬＥＤエレメント２６の代替として、振動投与を示すためのＬＣＤディスプレイ（図示せず）の使用が同様に可能である。
【００３１】
図３Ａは、盗難保護又は対盗難システムとしての使用のための、ＩＭＦシステム３１を備えたドリル１０を示す。
【００３２】
ＩＭＦシステム３１は、少なくとも１つの加速センサ３３又は少なくとも１つの回転速度センサ３２を含む。
【００３３】
図３Ａに対応するブロック線図が図３Ｂに示されている。
【００３４】
図３ＢのＩＭＦシステム３１は、マイクロコントローラ１４と、図３Ａに表された１つの加速センサ３３（又は回転速度センサ３２）を含む。マイクロコントローラ１４は、更にスイッチ３４に接続されていて、これを用いて対盗難システムがスイッチオン及びオフされ得る。マイクロコントローラ１４は、ドリル１０の許可されない動作に対する光学及び／又は音響の警告を提供するように意図されたアラームシステム３６に追加的に接続されている。
【００３５】
対盗難システムの作動状態において、ドリル１０のいかなる動作も加速センサ３３で生成されるべき信号を生じさせる。加速センサ３３は、こうして生成された信号をマイクロコントローラ１４に提供し、これは、加速センサ３３から信号を受信したときに、対応するアラーム信号をアラーム手段３６に提供する。好ましくは、１より多い複数のセンサが１つの軸に沿って使用され、これは各センサが各軸に設けられてどの場合のどの動作もアラームを始動させる目的で記録されることを確実にすることを意味している。
【００３６】
傾斜センサとしてのＩＭＦシステム４１の使用が、図４Ａ及び４Ｂに線図で描かれている。
【００３７】
図４Ａは、ＩＭＦシステム４１を備えたドリル１０の線図表現である。ＩＭＦシステム４１は、好ましくはドリル１０の慣性系のｘ及びｙ軸に沿って配置された、２つの加速センサ４３を含む。
【００３８】
図４Ｂは、ＩＭＦシステム４１のブロック線図を示す。
【００３９】
ＩＭＦシステム４１は、タイマー１５とともにマイクロコントローラ１４を含む。マイクロコントローラ１４は、ｘ軸に沿って及びｙ軸に沿って配置された加速センサ４３に接続される。更に、マイクロコントローラ１４は、ディスプレイモードを変更するためのスイッチ４２に接続されている。キャリブレーショントランスデューサ４４がキャリブレーション変換のために設けられている。マイクロコントローラ１４は、加速センサ４３により測定されたドリル１０の傾斜が示されることを可能にするＬＣＤディスプレイ４５に接続されている。
【００４０】
ドリル加工の方向に応じて、ドリル１０はキャリブレーションピックアップ４４を作動させることによりキャリブレートされ得る。スイッチ４２を使用してディスプレイモードを変更するため、測定された値を程度で表示することにより又は視覚的に線図を表示することにより、ＬＣＤディスプレイ４５が角度を示すようにスイッチされ得る。ドリル加工操作の配向は要求により選択され得るが、実行されるべきドリル加工操作がある時垂直に及び次のときに水平に配向されるとき、キャリブレーションの選択はとくに有利である。
【００４１】
図５Ａ及び５Ｂに示されるシステムは、回転速度を記録するためのＩＭＦシステム５１を利用する。ＩＭＦシステム５１は、好ましくはドリル１０のドリル加工軸ｙに沿って配置される、回転速度センサ５２を含む。
【００４２】
ＩＭＦシステム５１のブロック線図が図５Ｂに描かれている。
【００４３】
再び、ＩＭＦシステム５１は、上で説明された図面にも示されているマイクロコントローラ１４及びタイマー１５を含む。マイクロコントローラ１４は、ドリル加工操作が開始又は停止されるときにドリル１０のスイッチ（図示せず）の作動により生じる開始ビット５６及び停止ビット５７を使用する回転速度センサ５２に接続されている。開始ビット５６及び停止ビット５７をそれぞれ使用することにより、タイマー１５により同時に決定された一定時間に基づいて、操作時間の間ドリルにより行われる回転の数を計算することができる。
【００４４】
この可能性は、ネジ込み操作をモニター及び監視する手段として使用され得る。そしてネジ込み操作の終わりにおいて、逆トルクが検出されることが可能であり、これがナットランナの逆回転につながっても良い。
【００４５】
図面に示されたＩＭＦシステムの異なる使用は、電動工具において各々別個に又は望ましい組み合わせで実行されてよい。もし全ての機能性が単独の工具で実行されることになるなら、工具は、工具の慣性系の複数の軸の１つに沿って配置された３つの加速センサ及び３つの回転速度センサを含む必要があるだろう。ＩＭＦシステムの助けにより実行され得る追加的な応用の例は、工具をスイッチオン及び／又はオフし、及び工具を時間依存した使用のために開放する機能である。例えば、予め定められたパスに沿って予め定められた方式で工具を揺らしたり移動させたりすることによりそれがスイッチオン及びオフされ得ることを提供することも考えられる。更に、センサにより提供された情報に応じて一度予め定められたしきい値が達成されたときに機械の作動がもはや可能でなくなることにより、機械の使用が時間で制限され得る。
【００４６】
更に、例えばモータのブラシが予め定められた時間の後交換されるべきことを警告するための供給間隔を示すため、使用時間が利用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１Ａ】多機能慣性系を含む手持ちドリルの線図表現を示す。
【図１Ｂ】図１Ａによる多機能慣性系のブロック線図を示す。
【図２Ａ】多機能慣性系を使用する手持ちドリルの線図表現を示す。
【図２Ｂ】図２Ａによる多機能慣性系のブロック線図を示す。
【図３Ａ】多機能慣性系を使用する手持ちドリルの線図表現を示す。
【図３Ｂ】図３Ａによる多機能慣性系のブロック線図を示す。
【図４Ａ】多機能慣性系を使用する手持ちドリルの線図表現を示す。
【図４Ｂ】図４Ａによる多機能慣性系のブロック線図を示す。
【図５Ａ】多機能慣性系を使用する手持ちドリルの線図表現を示す。
【図５Ｂ】図５Ａによる多機能慣性系のブロック線図を示す。
【符号の説明】
【００４８】
１０  手持ちドリル
１１、２１、３１、４１、５１  ＩＭＦシステム
１２、３２  回転速度センサ
１３、２３、３３、４３  加速センサ
１４  データ処理ユニット（ＤＶＥ）、マイクロコントローラ
１５  タイマー
２４  リセット
２６  ＬＥＤエレメント
３４、４２  スイッチ
３６  アラームシステム
４４  キャリブレーショントランスデューサ
４５  ＬＣＤディスプレイ
５６  開始ビット
５７  停止ビット
【図１Ａ】
2006082220.tif 000003
【図１Ｂ】
2006082220.tif 000004
【図２Ａ】
2006082220.tif 000005
【図２Ｂ】
2006082220.tif 000006
【図３Ａ】
2006082220.tif 000007
【図３Ｂ】
2006082220.tif 000008
【図４Ａ】
2006082220.tif 000009
【図４Ｂ】
2006082220.tif 000010
【図５Ａ】
2006082220.tif 000011
【図５Ｂ】
2006082220.tif 000012