(57)【要約】  本発明は、測定信号の材料透過式位置検出方法に関し、とりわけ、側壁、蓋および底において材料透過式位置決定方法に関する。本発明では、高周波送信器（２０，１２０）が測定信号（２２，１２２）をギガヘルツ周波数領域で送信し、該測定信号（２２，１２２）は材料（１０）を少なくとも１回は透過し、該測定信号（２２，１２２）を高周波受信器（２４，１２４）によって検出することにより、透過位置（１８）を検出する。さらに本発明は、本発明による方法を実施するための装置にも関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定信号の材料透過式の位置検出方法であって、
たとえば、側壁、蓋および底で実施する材料透過式の位置決定方法である形式の方法において、
高周波送信器（２０，１２０）は測定信号（２２，１２２）をギガヘルツ周波数領域で送信し、
該測定信号（２２，１２２）は材料（１０）を少なくとも１回は透過し、
該測定信号（２２，１２２）を高周波受信器（２４，１２４）によって検出することにより、透過位置（１８）を検出することを特徴とする位置検出方法。
【請求項２】
前記測定信号（２２，１２２）は、１つより多くの測定周波数を有する、請求項１記載の位置検出方法。
【請求項３】
前記測定信号（２２，１２２）は方向性である、請求項１記載の方法。
【請求項４】
１つまたは複数の測定信号を、１０００ＭＨｚ〜５０００ＭＨｚのインターバルで使用し、有利には１５００ＭＨｚ〜３５００ＭＨｚのインターバルで使用する、請求項１から３までのいずれか１項記載の位置検出方法。
【請求項５】
前記測定信号（２２，１２２）をＦＭＣＷ方式で、ギガヘルツ周波数領域で生成する、請求項１から４までのいずれか１項記載の位置検出方法。
【請求項６】
前記測定信号をギガヘルツ周波数領域でパルスレーダ方式で生成し、材料に入力する、請求項１から４までのいずれか１項記載の位置検出方法。
【請求項７】
前記高周波送信器（２０）および高周波受信器（２４）を、材料（１０）の相互に向かい合う２つの異なった表面（１４，１６）で作動する、請求項１記載の位置検出方法。
【請求項８】
前記高周波送信器（１２０）と高周波受信器（１２４）とを、材料（１０）の共通の第１の表面（１４）で作動し、
該高周波送信器（１２０）の測定信号（１２２，１２３）を、材料（１０）の第２の表面（１６）において可動に設けられた反射手段（１２６）によって、該高周波受信器（１２４）へ供給する、請求項１記載の位置検出方法。
【請求項９】
前記反射手段（１２６）はＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）素子を有する、請求項８記載の位置検出方法。
【請求項１０】
前記反射手段（１２６）はトランスポンダ（１２８）を有する、請求項８記載の位置検出方法。
【請求項１１】
前記高周波送信器（１２０）と高周波受信器（１２４）とを共通の機器（１００）で作動し、たとえば１つのハンドヘルド式の機器で作動する、請求項８記載の位置検出方法。
【請求項１２】
材料（１０）を透過した測定信号（２２，１２２，１２３）の位置検出を、前記高周波受信器（２４，１２４）の信号強度表示部および／または反射手段（１２６）によって行う、請求項１，７または８記載の位置検出方法。
【請求項１３】
請求項１から１２までのいずれか１項記載の位置検出方法を実施するための装置において、
材料（１０）の表面（１４）に取り付け可能な少なくとも１つの高周波送信器（２０，１２０）と、高周波受信器（２４，１２４）を有することを特徴とする装置。
【請求項１４】
前記高周波送信器（１２０）と高周波受信器（１２４）とが共通の機器（１００）内に配置されている、請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
少なくとも前記高周波受信器（１２４）は、表面（１４，１６）にマーキングを生成するためのマーキング装置を有する、請求項１４記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定信号の材料透過式位置検出を行うための装置および方法に関し、とりわけ、側壁、蓋および床において材料透過式位置決定プロセスを行うための装置および方法に関する。
【０００２】
従来技術
材料透過式位置決定プロセスは典型的には、側壁、底または蓋等の両側から位置決定を行わねばならない場合に使用される。このことはたとえば、穿孔貫通またはコア穿孔を行う際に必要である。別の適用事例に、たとえば側壁、底または蓋の材料の一方の面から穿孔できないため、該材料の反対側の面から該材料を所定の位置まで貫通して穿孔しなければならない場合に適用される適用事例がある。
【０００３】
従来技術では、このような穿孔を確実に実行できるように構成された補助手段が公知である。ここでは典型的には、穿孔すべき材料の一方の面に小さい送信機を固定し、被加工品の他方の反対の表面に可動の受信機を設け、該受信機は、該送信機から送信された測定信号の透過位置を検出するように構成されている。該受信機はたとえば、側壁、底または蓋の裏面に設けられる。
【０００４】
ここでは、誘導性で動作する次のような機器が公知である。すなわち、送信機は磁界を生成し、所属の受信機はコイルシステムによって該磁界の中間点を検出する機器が公知である。
【０００５】
たとえばＵＳ５４３４５００から、磁界発生器と位置指示器を備えた検出器とが公知になっている。ここでは、磁界発生器は送信ユニットとして使用され、壁の第１の側の位置検出すべき場所に取り付けられ、この場所で磁界を生成する。所属の検出器は受信ユニットとして使用され、該壁の送信ユニットと反対側の表面上に案内される。ここでは受信ユニットは、それぞれ２つの検出器から成る２つの対を有し、これらの検出器は、磁界の相対的強度を測定する。これらの個々の各検出器ごとに磁界の相対的強度を測定することにより、磁界発生器の位置ないしは壁の該磁界発生器と反対側におけるこの位置の投影像を位置検出することができる。ＵＳ５４３４５００の装置では、検出された磁界の強度は光学的表示部によって可視化される。検出された磁界の強度が４つすべての検出エレメントにおいて等しい大きさであるならば、受信ユニットは送信ユニットに対して直接配置されている。
【０００６】
ＤＥ３４４６３９２Ａ１から、壁の一方の側に存在する検査位置を該壁の別の側で識別する方法が公知である。とりわけ容器の金属性の壁で使用されるこの方法では、検査位置の識別を加速化しかつ識別の位置の確実性を向上するため、壁の検査位置に磁極が取り付けられ、該壁の磁極と反対側の他方の側で、該磁極の壁を透過した磁界が検出される。ＤＥ３４４６３９２Ａ１の方法では、磁界を検出するために有利には、ホール効果素子が使用される。
【０００７】
従来技術の公知の機器の欠点はとりわけ、たとえば側壁、蓋または底の材料中に含まれる金属部分、たとえば鋼担体または補強鉄が検出を大きく妨害し、検出を不可能にしてしまう可能性さえあることだ。さらに、このような機器の位置検出精度は比較的良好でない。
【０００８】
したがって本発明の課題は、材料を透過して定義位置を迅速に、確実かつ精確に検出できる方法ないしは装置を提供することである。
【０００９】
前記課題は本発明では、請求項１の特徴を有する方法によって解決される。さらに前記課題は、請求項１１の特徴を有する装置によっても解決される。
【００１０】
本発明の特徴
本発明による測定信号の材料透過式の位置検出方法、とりわけ、側壁、蓋および底で実施される本発明の材料透過式の位置決定方法は、測定信号をギガヘルツ周波数領域で送出する高周波送信器を使用し、該測定信号は、たとえば側壁、蓋または底等の材料を少なくとも１回は透過し、高周波受信器によって検出および位置検出される。
【００１１】
高周波方式を使用するので、測定信号の透過位置をより精確に検出することができる。というのも、特許請求の範囲に記載された方法は、材料中に含まれるオブジェクトに対する応答感度が比較的低いからである。
【００１２】
とりわけ、特許請求の範囲に記載された方法により、コンクリートの貫通穿孔も可能になる。というのも、コンクリート壁を透過して相応の投影像を設けることが可能であるからだ。コンクリート壁に典型的には含まれる補強鉄が妨害となる可能性は、高周波技術が使用されるのに起因してごく僅かになる。さらに、使用されるこのような周波数領域によって、位置決定精度が上昇される。したがって利用者は、コンクリートの穿孔と、とりわけ補強されたコンクリートの穿孔を行い、穿孔機が壁の反対側で、どこで該壁から出てくるかを確実に把握できるようになる。
【００１３】
従属請求項に記載された構成から、本発明による装置ないしは本発明による方法の有利な実施形態を想到することができる。
【００１４】
測定精度を向上するのに有利なのは、ギガヘルツ高周波領域にあり測定周波数を上回る測定信号を使用することである。高周波送信器はここでは、ギガヘルツ領域にあるマイクロ波を、たとえばＦＭＣＷ方式（周波数変調連続波）またはパルスレーダ方式によって壁に入力する。それによればこの送信器は、１つまたは複数の個々の周波数（ＦＭＣＷ）を発生するか、または広帯域で（パルスレーダ）で放射することもできる。
【００１５】
材料を透過するために有利なのは、１つまたは複数の測定周波数を１ＧＨｚ〜５ＧＨｚのインターバルで使用することである。有利には、周波数を１．５ＧＨｚ〜３．５ＧＨｚのインターバルで使用する。
【００１６】
材料の高周波送信器と反対側で、適切な可動の受信器が、該高周波送信器によって発生された信号を位置検出する。
【００１７】
本発明による方法の択一的な実施形態では、高周波送信器および高周波受信器は、材料の共通の第１の表面で作動するように構成される。このような方法では、高周波送信器の測定信号は材料を透過した後、材料の該高周波送信器と反対側の第２の表面で可動に設けられた反射手段によって、高周波受信器へ戻される。
【００１８】
この択一的な方法の特に有利な実施形態では、高周波受信器と高周波送信器とを共通の機器で作動する。
【００１９】
材料を透過する測定信号を表示するため、本発明による方法では有利には、高周波受信器および／または反射手段において信号強度表示部を使用して位置検出を実施する。このようにして、高周波受信器または反射手段は定義されたように、最大信号強度の場所で位置決定される。次に、相応のマーキング装置によって測定信号の位置検出された透過場所にマーキングを行うことができる。
【００２０】
特許請求の範囲に記載された方法を実施するための本発明による装置は、材料の表面に取り付け可能な少なくとも１つの高周波送信器と、高周波受信器とを有し、該高周波送信器は、材料を透過する測定信号をギガヘルツ周波数領域で生成する。本発明による方法の特別な実施形態では、高周波送信器と高周波受信器とは共通の機器内に配置される。
【００２１】
添付図面と関連の実施例の説明に、本発明による方法ないしは本発明による装置の別の特徴が記載されている。
【００２２】
図面
図面に、本発明による測定信号の材料透過式の位置検出方法の実施例が示されている。これらの実施例を、以下の説明において詳細に説明する。図面の各図、明細書および請求項には、多数の特徴および組み合わせが包含される。当業者であれば、これらの特徴を個別に考慮したり、有利な別の組み合わせにまとめたりすることができる。したがってこのような特徴および組み合わせも、本明細書の開示内容であると見なすべきである。
【００２３】
図面
図１  本発明による方法の基礎となる測定シチュエーションを概略的に示す図である。
【００２４】
図２  本発明による方法の基本的なステップを示す概略的な図である。
【００２５】
図３  本発明による方法の択一的な実施例を、基本的なステップを概略的に示す図に基づいて図解する。
【００２６】
図４  本発明による方法のためのトランスポンダの基本的な電子的構成要素の第１の実施例を示す図である。
【００２７】
図５  本発明による方法のためのトランスポンダの択一的な実施形態を示す図である。
【００２８】
図６  本発明による方法のトランスポンダの別の実施形態を概略的に示す図である。
【００２９】
図１は、本発明による方法の基礎となる典型的な測定シチュエーションを概略的に示す図である。材料透過式の位置決定方法は、側壁ないしは底ないしは蓋の両側から位置決定を行わねばならない場合に使用される。以下では、このような側壁、底または蓋等を壁と称するか、ないしは一般的に材料１０と称する。
【００３０】
壁１０の第１の面１４上の第１の定義された位置１２から、該壁の該第１の面と逆の第２の面１６で、該定義された位置１２の垂直方向の投影像に相応する位置１８を検出しなければならない。このようにして利用者は、たとえば壁１０に貫通孔を設ける。ここでは利用者は、穿孔機が該壁１０の反対側の面１６のどこに出るかを予め把握している。
【００３１】
本発明による方法では、一方の側１４において高周波送信装置を壁１０に保持するか、ないしは該壁１０に固定する。こうするためにはたとえば、壁ホルダ、接着装置または高周波送信器用のスタンドを設ける。さらに、相応の調整手段を使用して高周波センサを、事前穿孔の孔に固定することもできる。
【００３２】
高周波送信装置は、送信アンテナを有する高周波送信器２０を備えている。この送信アンテナは有利には壁の方向を示しており、高周波の測定信号２２を壁１０内へ放射する。この測定信号２２はギガヘルツ周波数領域内にあり、典型的には１ＧＨｚ〜５ＧＨｚのインターバルで設けられた測定周波数を使用する。本発明による方法では有利には、１．５ＧＨｚ〜３．５ＧＨｚの周波数インターバルによる１つまたは複数の測定信号を使用する。次に、高周波送信器２０の方向性の高周波信号２２を、壁１０の第１の面１４と反対側の第２の面１６で、高周波受信器２４によって検出する。こうするために高周波受信器２４は、１つまたは複数の受信アンテナを有する受信ユニットを備えており、この受信アンテナは測定信号２２を受信し、測定機器２４の評価電子回路へ伝送する。ここで、高周波受信器２４は典型的には、水平方向にも垂直方向にも、壁１０の第２の面１６上を移動される。
【００３３】
たとえば信号強度表示部２８等の光学的出力手段または音響的出力手段２６を、測定信号２２の最大値を位置検出するのに使用することができる。本発明による方法の選択された周波数領域により、高周波受信器の位置決定精度が格段に向上し、ひいては、壁の第２の表面１６における定義位置１２の投影像３０の位置検出の精度が格段に向上する。
【００３４】
高周波受信器２４として適しているのは、送信された周波数信号を広帯域または狭帯域で送信器周波数に整合されて受信する種々の種類の受信器、とりわけレーダ受信器ないしはマイクロ波受信器である。さらに、次のような容量性の受信器を使用することもできる。すなわち、容量的に発生された高周波フィールドが送信器信号２２によって妨害され、この妨害の強度を測定することによって投影ポイント１８の位置検出を行うための容量性の受信器を使用することもできる。受信器２４はたとえば、適切なソフトウェアないしはハードウェア回路によって純粋な受信モードに切り換えられる高周波位置検出装置とすることもできる。
【００３５】
図２に、高周波をベースとする本発明による材料透過式位置決定方法の基本的なステップのうち幾つかが示されている。高周波送信器２０の高周波ユニット３２は、ギガヘルツ領域でマイクロ波を、たとえばＦＭＣＷまたはパルスレーダ方式によって生成する。それによればこの送信器は、１つまたは複数の個々の周波数（ＦＭＣＷ方式）を発生するか、または広帯域のパルススペクトル（パルスレーダ）を発生する。このようにして生成されたマイクロ波信号が、本発明による方法の測定信号２２とされ、少なくとも１つのアンテナを有するアンテナ回路３４を介して放射される。高周波送信器２０が材料の一方の側１４において、たとえば壁１０の一方の側において定義位置に取り付けられる場合、マイクロ波は方向性の高周波信号２２として該壁を透過し、該壁の他方の側１６において高周波受信器２４によって検出される。こうするために高周波受信器２４は、受信アンテナ回路３６と高周波受信部３８とを有する。この高周波受信部３８は、受信された高周波信号を処理し、たとえば表示装置によって、直観的に分かりやすいように示す。このような高周波受信器２４により、壁１０の高周波送信器２０と反対側の第２の側１６における測定信号の透過場所ないしは投影位置１８が検出され、適切な手段によって壁表面上にマーキングされる。このようにしてたとえば、本発明による方法を使用して、補強コンクリートに穿孔することができ、その際には利用者は、穿孔機が穿孔すべき壁の反対側でどこに出てくるかを予め把握することができる。このような周波数領域を使用することにより、本発明による方法は、投影位置を高精度で検出することができる。
【００３６】
図３は、本発明による方法の択一的な実施形態を示している。図３に示された方法では、高周波送信器１２０でも高周波受信器１２４でもある測定機器１００が使用される。ここでは、この測定機器１００が高周波信号１２２を発生し、上記のように壁１０を透過する。送受信アンテナとして、相応の回路構成でアンテナ素子１３４を１つ使用するだけでよい。しかし本発明による方法の別の実施形態では、この１つの測定機器１００において送信アンテナと受信アンテナとを別個に配置することもできる。図３に示された本発明による方法では、壁１０の送信器および受信器と反対側１６に反射手段１２６が設けられる。この反射手段１２６は、パッシブな反射器であるかまたはアクティブな反射器であり、送信器の受信された信号を戻して、高周波受信器へ伝送する。このような反射手段を、ＳＡＷ素子（Surface acoustic wave）として構成することができる。反射手段１２６から戻された測定信号１２２は、ここでは同じ周波数領域内とされ、またはシフトされた周波数領域内とすることもできる。
【００３７】
さらに反射手段１２６として、次のようないわゆるトランスポンダを使用することもできる。すなわち、壁を透過した測定信号１２２を検出、処理し、内部遅延時間の経過後に、検出された本来の測定信号１２２と相関関係を有する応答信号１２３を壁１０に透過して送信し戻すトランスポンダを使用することもできる。ここでは、パッシブなトランスポンダも、アクティブなトランスポンダも使用することができる。すなわち、固有のエネルギー供給部を有さないトランスポンダも、固有のエネルギー供給部を有するトランスポンダも使用することができる。
【００３８】
図４は、本発明による方法のための前記のようなトランスポンダの可能な実施形態を示す。測定機器１００によって生成された高周波の交番フィールドが材料を透過する。この材料はたとえば、検査すべき側壁である。この側壁の測定機器１００と反対側に、トランスポンダ１２８が設けられている。このトランスポンダ１２８は、測定機器によって生成された信号を位置検出、検出し、以下で説明されるように該測定機器へ送信し戻す。
【００３９】
このようなトランスポンダは、既知であるある程度の内部伝搬時間の経過後、新たな信号を生成し、固有のアンテナを介して、たとえば２．４５ＧＨｚの周波数にあるＩＳＭ帯域でこの信号を放射する。この新たに発生された信号は側壁を透過し、測定機器１００の高周波受信器１２４によって検出される。
【００４０】
このようにして、パルス反射測定器を成す測定機器１００によって、トランスポンダの新たな送信信号の最小伝搬時間が見つけられ、側壁の相応の場所がマーキングされる。マーキングユニットは、測定機器１００にもトランスポンダ１２８にも設けることができる。反射測定器すなわち測定機器１００とトランスポンダ１２８との間の伝搬時間を評価して、さらに有利には、壁厚さの検出も行うことができる。
【００４１】
以下で、このようなトランスポンダの基本的な構成を説明する。トランスポンダ内の受信器として適しているのは、種々の種類の高周波受信器であり、たとえば、測定機器１００の特徴的な測定信号の電力レベルを評価する電力検出器であるか、または、測定機器１００の典型的なフィールド変化を検出するパルス検出器である。
【００４２】
図４は、前記のようなトランスポンダ１２８の可能な構成をブロック回路図で示している。アンテナ回路１４０を介してトランスポンダ１２８によって受信された信号は、カプラ１４２またはサーキュレータを介して受信アンプ１４４へ伝送される。受信アンプ１４４の増幅後、静止状態で導通接続されているＨＦスイッチ１４６を介してパルス検出器１４８に到達する。パルス検出器１４８は、入力電力に比例する出力電圧を供給する。パルス検出器１４８の電圧は、ＮＦアンプ１５０で増幅される。後続のコンパレータで、このアナログの電圧信号から再びデジタル信号が生成される。単安定マルチバイブレータ１５４において、比較的短いコンパレータ信号が、定義された長さにされる。この信号は遅延素子１５６および１５８によって、受信段のブランキングと送信パルス生成とに使用される。送信パルス生成器１６０によって生成された信号は、カプラ１４２ないしはサーキュレータを介して再びアンテナ装置１４０へ戻され、検査対象の壁を透過して測定機器１００へ送信し戻される。
【００４３】
図５は、トランスポンダ１２８の択一的な実施形態を示している。ここではサンプリング回路が使用される。マイクロコントローラ１６４を介して、サンプリング回路を駆動制御するのに使用されるクロックが制御されることにより、該サンプリング回路の出力端に最大電圧が生じる。出力信号のこの最大値に到達すると、マイクロコントローラのクロックと測定機器１００のクロックとが相互に同期するが、測定信号の伝搬時間だけシフトされる。このようにして、測定信号の透過場所を位置検出し、さらに、壁厚さの測定を行いたい場合にはこれを行うこともできる。サンプリング回路を制御するこの信号は直接送信もされるので、トランスポンダの応答は最小の遅延で行われる。
【００４４】
本発明による方法のためのトランスポンダの基本的な構成の別の択一的構成が、図６に簡単に示されている。図６に示されたコンセプトでは、受信された測定信号はトランスポンダ１２８で、アンプ１７０によって増幅され、伝搬時間素子１４２によって実現されるある一定の時間遅延後、カプラ１４２と一種のリングアンプであるアンテナ装置１４０とを介して、再び送信される。
【００４５】
本発明による方法のためのトランスポンダの上記の構成および機能の他にさらに、トランスポンダをたとえばＡＣセンサ（５０Ｈｚセンサ）および／または誘導式センサによって拡張することもできる。トランスポンダのこのような付加的な機能により、利用者は、たとえば壁の測定機器１００と反対側でも、たとえば給電線の妨害を排除することができる。
【００４６】
情報の評価は有利には、次のような高周波位置検出機器１００によって行われる。すなわち、適切なソフトウェアまたはハードウェア回路によって受信モードに切り換えられ、たとえば穿孔の位置と壁厚さを表示する高周波位置検出機器１００によって行われる。
【００４７】
本発明による方法のための受信機として有利には、たとえば同出願人によるＤＥ１０２０７４２４Ａ１に記載されたような、高周波をベースとする位置検出機器を使用することができる。本発明による方法および本発明による方法を実施するための本発明による装置は、実施例で示された実施形態に限定されない。
【００４８】
とりわけ本発明による方法は、壁の穿孔通路の予測に限定されない。
【００４９】
有利には本発明による方法は、たとえば穿孔工具等の相応の機器にすでに組み込むこともできる。
【００５０】
さらに、前記の本発明による方法は、相応の付加的なソフトウェアないしはハードウェアによって、既存の高周波受信器および／または高周波送信器によって実施することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明による方法の基礎となる測定シチュエーションを概略的に示す図である。
【図２】本発明による方法の基本的なステップを示す概略的な図である。
【図３】本発明による方法の択一的な実施例を、基本的なステップを概略的に示す図に基づいて図解する。
【図４】本発明による方法のためのトランスポンダの基本的な電子的構成要素の第１の実施例を示す図である。
【図５】本発明による方法のためのトランスポンダの択一的な実施形態を示す図である。
【図６】本発明による方法のトランスポンダの別の実施形態を概略的に示す図である。
【図１】
2008505332.tif 000003
【図２】
2008505332.tif 000004
【図３】
2008505332.tif 000005
【図４】
2008505332.tif 000006
【図５】
2008505332.tif 000007
【図６】
2008505332.tif 000008
【国際調査報告】
2008505332.tif 000009
2008505332.tif 000010
2008505332.tif 000011
2008505332.tif 000012
2008505332.tif 000013
2008505332.tif 000014