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    公开号:WO1987007008A1
    申请号:PCT/DE1987/000168
    申请日:1987-04-11
    公开日:1987-11-19
    发明作者:Frieder Heizmann；Christian Lietar；Raymond Pidoux
    申请人:Robert Bosch Gmbh；
    IPC主号:B25F5-00
    专利说明:
    [0001] Handwerkzeugmaschine, vorzugsweise Bohrmaschine
    [0002] Stand der Technik
    [0003] Die Erfindung geht aus von einer Handwerkzeugmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der DE-OS 31 26 245 ist eine Bohrmaschine bekannt, bei welcher parallel zur Werkzeugachse ein aus Kunststoff oder Metall bestehender Profilstab zur Bohrlochtiefenmes sung vorgesehen ist. Der Profilstab ist in einer an der Bohrmaschine befestigten Halterung in der Werkzeugachse verschiebbar angeordnet. Durch Festziehen, einer Flügelschraubε kann der Profilstab arretiert werden. Er wird dabei soweit nach vorne überstehend festgespannt, daß die vordere Spitze des Stabes bei Erreichen der eingestellten Bohrlochtiefe am Werkstück anschlägt. Ein Nachteil dieser Meßvorrichtung ist es, daß der Überstand des Stabes und somit die vorgebbare Bohrlochtiefe mit Augenmaß nur grob eingestellt werden kann. Es kann vorkommen, daß eine unbeabsichtigte Längsverschiebung des Stabes während des Festdrehvorganges der Flügelschraube auftritt. Ein weiterer Nachteil ist es, daß die Bezugsstelle der Messung relativ weit von dem Bohrloch entfernt ist. Der Bohrlochtiefenmeßbereich ist begrenzt durch die Länge des Profilstabes, die aus Stabilitätsgründen ein gewisses Maß nicht überschreiten kann.
    [0004] Vorteile der Erfindung
    [0005] Die erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschine hat demgegenüber den Vorteil, daß zur Messung der Entfernung der Handwerkzeugmaschine von einem zu bearbeitenden Werkstück mit dem eine hohe Meßgenauigkeit aufweisenden, an sich bekannten Verfahren der Triangulation erfolgt. Vorgesehen ist eine Strahlungsquelle, die ein optisches Muster auf die Oberfläche des Werkstücks projiziert und ein Strahlungsempfänger, auf den die von der Oberfläche reflektierte Strahlung trifft. Bewegliche Teile sind in der Meßvorrichtung nicht vorhanden.
    [0006] Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Handwerkzeugmaschine möglich.
    [0007] Als Strahlungsquelle ist zweckmäßigerweise eine Halbleiterstrahlungsquelle vorgesehen. Insbesondere eignet sich hier eine Leuchtdiode, welche eine Strahlung im sichtbaren Spektralbereich emittiert, so daß der Bezugspunkt der Messung auf dem zu bearbeitenden Gegenstand sichtbar ist. Gepulster Betrieb der Leuchtdiode ermöglicht eine hohe Impulsstrahlungsleistung. Der geringere Energieverbrauch im gepulsten Betrieb macht sich besonders vorteilhaft bei batteriebetriebenen Geräten bemerkbar. Ein hohes Signal zu Rauschverhältnis wird erreicht, wenn die Leuchtdiode im Brennpunkt einer ersten Sammellinse und der Strahlungsempfänger in der Bildebene einer zwischen dem Strahlungsempfänger und dem zu bearbeitenden Werkstück befindlichen zweiten Sammellinse angeordnet ist.
    [0008] Für die Ausführung des Strahlungsempfängers gibt es mehrere Möglichkeiten, welche jeweils spezifische Vorteile aufweisen
    [0009] In einem ersten Ausführungsbeispiel besteht der Strahlungsempfänger aus einem ersten und zweiten Sensor, einem optischen Strahlteiler und einem weiteren, vor dem ersten Strahlungsempfänger angeordneten, optischen Bauelement. Das optische Bauelement kann ein flächiges Durchlaßfilter mit ortsabhängigem Transmissionsgrad oder eine Blende mit ortsabhängiger Öffnung sein. Der zweite Strahlungssensor stellt ein Bezugssignal für das Ausgangssignal des ersten Sensors zur Verfügung, welcher für die Positionsdetektion zuständig ist. Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß einfachste Strahlungssensoren, beispielsweise Fotodioden, verwendet werden können, und das Meßergebnis unabhängig vom Reflexionsgrad der zu bearbeitenden Oberfläche ist.
    [0010] In einem zweiten Ausführungsbeispiel wird ein einziger flächiger Strahlungsempfänger verwendet, vor welchem ein optisches Bauelement vorgesehen ist, welches strahlungsdurchlässige und strahlungsundurchlässige Bereiche aufweist. Vorzugsweise wird hier ein optisches Gitter verwendet. Die Anzahl der Zählimpulse, die durch Unterbrechen bzw. Durchlassen der Strahlung entstehen, sind ein Maß für die Abstandsänderung. Diese Ausführung kann vorteilhaft modifiziert werden durch Verwendung eines zweiten Strahlungssensors und eines zweiten Gitters, wobei die strahlungsdurchlässigen bzw. undurchlässigen Bereiche der beiden optischen Gitter gegeneinander versetzt sind, so daß die Richtung der Abstandsänderung feststellbar ist.
    [0011] In einem dritten Ausführungsbeispiel wird als Strahlungsempfänger eine Anordnung, bestehend aus vielen Einzelsensoren, eingesetzt. Verwendbar sind Fotodiodenzeilen sowie Charged-Coupled-Device-(CCD-)Zeilen.
    [0012] Das Strahlungssignal wird in einer signalverarbeitenden Anordnung aufbereitet, welche über optische und akustische Ausgabevorrichtungen sowie über eine Daten-Eingabevorrichtung verfügt. Ist die Entfernungsmeßvorrichtung für eine Bohrmaschine vorgesehen, dann wird in dieser Anordnung aus der Entfernungsänderung die erreichte Bohrlochtiefe berechnet. Über die Eingabevorrichtung kann eine gewünschte Solltiefe vorgegeben werden. Die optische Ausgabevorrichtung zeigt kontinuierlich die berechnete Bohrlochtiefe oder die zur Solltiefe bestehende Differenz an. Mit der akustischen Ausgabevorrichtung ist ein Warnsignal kurz vor Erreichen der Solltiefe abgebbar, damit eine Bedienperson die auf die Handwerkzeugmaschine ausgeübte Vorschubkraft rechtzeitig reduzieren kann.
    [0013] Die gesamte Entfernungsmessungseinrichtung ist in einem abnehmbaren Griff an der Handwerkzeugmaschine befestigt oder unmittelbar in das Gehäuse der Handwerkzeugmaschine integriert.
    [0014] Weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Handwerkzeugmaschine ergeben sich aus weiteren Unteransprüchen in Verbindung mit der folgenden Beschreibung. Ze i chnung
    [0015] Figur 1 zeigt die optische Anordnung der Entfernungsmessungsvorrichtung, die Figuren 2 bis 5 zeigen unterschiedli che Ausführungsformen der Strahlungsempfängeranordnung und Figur 6 zeigt ein Blockschaltbild einer optoelektronischen Anordnung.
    [0016] Beschreibung der Ausführungsbeispiele
    [0017] Figur 1 zeigt eine im Brennpunkt einer ersten Linse 10 angeordnete Strahlungsquelle 11. Vor der ersten Linse 10 befindet sich eine Blende 12. Die erste Linse 10, die Strahlungsquelle 11, sowie die 31ende 12 sind innerhalb einer Handwerkzeugmaschine 13 angeordnet. In einem ersten Abstand 17 von der Werkzeugmaschine 13 befindet sich eine Oberfläche 15 eines zu bearbeitenden Werkstücks 16. Während des Bearbeitungsvorganges ändert sich der erste Abstand 17 zu einem zweiten Abstand 14. Mit 20 sind Randstrahlen der von der Strahlungsquelle 11 emittierten Strahlung 21 bezeichnet. Die Randstrahlen 20 begrenzen einen bestrahlten Teil 22 der Oberfläche 15 des zu bearbeitenden Werkstückes 16. Der bestrahlte Oberflächenteil 22 wird mit einer zweiten Linse 24 in eine Bildfläche 25 abgebildet. Der im zweiten Abstand 1 4 von der Handwerkzeugmaschine 13 befindlichen Oberfläche 22 ist ein erstes Bild 27 und der im ersten Abstand 17 befindlichen Oberfläche 22 ist ein zweites Bild 23 zugeordnet.
    [0018] Figur 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Strahlungsempfängeranordnung. Die von der bestrahlten Oberfläche 22 reflektierte Strahlung 26 trifft nach Passieren der zweiten Linse 24 auf einen Strahlteiler 30, Der Strahlteiler 30 lenkt die einfallende Strahlung sowohl auf einen ersten Strahlungsempfänger 31 als auch auf einem zweiten Strahlungsempfänger 32. Der erste Sensor 31 ist in der Bildfläche 25 angeordnet, in welcher der erste und zweite Bildpunkt 27, 28 liegen. Davor befindet sich ein optisches Bauelement 33. Die Ausgangssignale des ersten und zweiten Sensors 31, 32 gelangen in eine signalverarbeitende Anordnung 34.
    [0019] Figur 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Strahlungsempfängeranordnung. Die von der bestrahlten Oberfläche 22 reflektierte Strahlung 26 bildet die zweite Linse 24 auf ein optisches Bauelement 40 ab. Das optische Bauelement 40 ist in der Bildfläche 25 angeordnet, in welcher die beiden Bildpunkte 27, 28 liegen. Dicht benachbart zum optischen Bauelement Uo ist ein Strahlungsempfänger 41 vorgesehen, der ein Ausgangssignal in die signalverarbeitende Anordnung 34 abgibt.
    [0020] Figur h zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer Strahlungsempfängeranordnung. Das optische Bauelement 40 und der Strahlungsempfänger 41 gemäß Figur 3 sind doppelt vorhanden 40', 40", 41', 41". Strahlungsdurchlässige Bereiche des dem einen Strahlungsempfänger 41 ' zugeordneten optischen Bauelementes 40' sind in der Bildfläche 25 gegenüber den strahlungsdurchlässigen 44 bzw. strahlungsundurchlässigen 45 Bereichen des dem anderen Strahlungssensor 41" zugeordneten optischen Bauteils 40" gegeneinander um einen Versatz 46 angeordnet. Mit 47 ist ein auf die Strahlungsempfängeranordnung 40', 40", 41', 41 " auftreffendes Strahlungsmuster bezeichnet. Die beiden Sensoren 41', 41" geben ein Signal an die signalverarbeitende Anordnung 34 ab.
    [0021] Figur 5 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel einer Strahlungsempfängeranordnung. Die von der bestrahlten Oberfläche 22 reflektierte Strahlung 26 wird von der zweiten Linse 24 auf einen Strahlungsempfänger 50 abgebildet, dessen sensitive Fläche in der Bildfläche 25 liegt. Der Strahlungsempfänger 50 besteht in diesem Aus führungsbeispiel aus mehreren Einzelsensoren oder aus einer positionsempfindlichen Fotodiode.
    [0022] Figur 6 zeigt ein Blockschaltbild einer optoelektronischen Anordnung. Die Strahlungsquelle 11 ist angesteuert von einem Impulsgenerator 60. Die optische Strahlung 21, 26 gelangt auf wenigstens einen Strahlungsempfänger 31, 32, 41, 41', 41", 50, dessen Ausgangssignal in die signalverarbeitende Anordnung 34 gelangt. Die signalverarbeitende Anordnung 34 verfügt über eine optische und akustische Ausgabeeinrichtung 62, 63 sowie über eine Eingabevorrichtung 64 .
    [0023] Die Entfernungsmeßvorrichtung gemäß Figur 1 arbeitet folgendermaßen:
    [0024] Die von der Strahlungsquelle 11 ausgehende Strahlung wird mit der ersten Linse 10 auf das Werkstück 16 gerichtet. Befindet sich die Strahlungsquelle 11 im Brennpunkt der als Sammellinse ausgebildeten ersten Linse 10, so ergibt sich ein von Randstrahlen 20 begrenztes paralleles Strahlenbündel der emittierten Strahlung 21. Mit der unmittelbar neben der ersten Linse 10 angeordneten Blende 12 können bestimmte Strahlungsanteile ausgeblendet werden, um ein bestimmtes optisches Muster auf der Oberfläche 15 des Werkstücks 16 zu erzeugen. Die emittierte Strahlung 21 trifft auf eine Teilfläche 22 der zu bearbeitenden Oberfläche 15 und wird dort diffus gestreut. Die zweite Linse 24, die ebenfalls als Sammellinse ausgebildet ist, empfängt einen Teil der reflektierten Strahlung 26 und bildet den bestrahlten Teil 22 der Oberfläche 15 in die Bildfläche 25 ab. Ein mit der Blende 12 erzeugtes flächiges Muster des Strahlungssignals tritt als Bild in der Bildfläche 25 der zweiten Linse 24 auf. Die optische Anordnung ist befestigt in oder an der Handwerkzeugmaschine 13, deren Abstand 14, 17 von der Oberfläche 15 des Werkstücks 18 bestimmt werden soll. Die Lage des Bildes 27, 28 der bestrahlten Oberfläche 22 in der Bildfläche 25 ist eine eindeutige Funktion dieses Abstandes. Beispielsweise erfolgt die Abbildung bei gegebenem zweiten Abstand 14 in das erste Bild 27 und bei vorliegendem ersten Abstand 17 in das zweite Bild 28. Diese beschriebene Methode zur Messung eines bestimmten Abstandes ist als Triangulationsverfahren in der Meßtechnik an sich bekannt (VDI-Zeitung 125 (1983) Nr. 21, S. 876). Eine kontinuierliche Ermittlung der Abstandsänderung während eines Bearbeitungsvorgangs mit Hilfe des Triangulationsverfahrens ist jedoch bislang nicht bekanntgeworden.
    [0025] Zur Erfassung der unterschiedlichen Positionen der Bilder 27, 28 ist eine Strahlungsempfängeranordnung vorgesehen. Figur 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel. Nach Durchgang der reflektierten Strahlung 26 durch die zweite Linse 24 trifft die Strahlung auf den Strahlteiler 30. Der Strahlteiler 30 ist ein halbdurchlässiger Spiegel, dessen Reflexions- und Transmissionsgrad beispielsweise jeweils 50 % betragen kann. Die vom Strahlteilεr 30 durchgelassene Strahlung trifft nach Passieren des optischen Bauelementes 33 auf den ersten Strahlungsempfänger 31. Der erste Strahlungsempfänger 31 ist als flächiger Sensor ausgebildet, der ein Ausgangssignal ausgibt unabhängig von der Auftreffstelle der Strahlung, jedoch abhängig von der Bestrahlungsstärke. Die Fläche des Sensors muß so bemessen sein, daß sowohl das Bild 27 der im zweiten Abstand 1 4 vor der Handwerkzeugmaschine 13 bestrahlten Fläche 22 als auch das Bild 28 der im ersten Abstand 17 befindlichen Fläche 22 auf die Sensorfläche fallen kann. Die Sensorfläche sollte zur Erzielung einer optimal scharfen Abbildung mit der Bildfläche 25 übereinstimmen und ist deshalb im Idealfall leicht gekrümmt. Die unterschiedlichen Positionen der beiden Bilder 27, 28 muß sich nun aus dem Ausgangssignal des ersten Sensors 31 ableiten lassen. Dies ist möglich durch das optische Bauelement 33, welches einen ortsabhängigen Transmissionsgrad aufweist, auf einer Fläche, die wenigstens ebenso groß ist wie die des ersten Sensors 31. Der erste und zweite Bildpunkt 27, 28 treffen daher mit unterschiedlicher Bestrahlungsstärke auf den ersten Sensor 31 und führen zu einem unterschiedlich hohen Ausgangs signal. Der Absolutwert des Ausgangssignal des ersten Sensors 31 liefert jedoch noch keine eindeutige Aussage über den Auftreffort des Bildes der bestrahlten Oberfläche 22, da je nach Beschaffenheit des Werkstücks 16 mit einem erheblich schwankenden Reflexionsgrad der bestrahlten Oberfläche 22 gerechnet werden muß, und unterschiedliche geometrische Verhältnisse die Strahlstärke der reflektierten Strahlung 26 beeinflussen. Die erforderliche Normalisierung des Ausgangssignal des ersten Sensors 31 erfolgt in der signalverarbeitenden Anordnung 34, der zu diesem Zwecke das Ausgangssignal des zweiten Strahlungsempfängers 32 zugeführt wird. Der zweite Strahlungsempfänger 32 ist identisch aufgebaut wie der erste Sensor 31. Die vom Strahlteiler 30 reflektierte Strahlung trifft auf den zweiten Sensor 32. Auch er ist so nahe wie möglich an der Bildfläche 25' angeordnet, so daß die 3ilder 27', 28' der bestrahlten Oberfläche 22 auf die Oberfläche des zweiten Strahlungssensors 32 möglichst scharf abgebildet werden. Dadurch ist auch eine kleine Sensorfläche ausreichend. Im Strahlengang zwischen dem Strahlteiler 30 und dem zweiten Sensor 32 ist kein weiteres optisches Bauelement vorgesehen. Eine Division in der signalverarbeitenden Anordnung 34 mit dem Ausgangssignal des zweiten Sensors 32 als Divisor und dem Ausgangssignal des ersten Sensors 31 als Divident ermöglicht eine eindeutige Zuordnung der Positionen der Bilder 27, 28 am ersten Sensor 31 unabhängig von der Beschaffenheit der Oberfläche 22. Alternativ zu der Ausführungsform des optischen Bauelementes 33 als Filter mit ortsabhängigem Transmissionsgrad kann dieses Bauelement auch als Blende mit ortsabhängiger Öffnung ausgeführt sein.
    [0026] Im zweiten Ausführungsbeispiel der Strahlungsempfängeranordnung nach Figur 3 fällt die von der bestrahlten Oberfläche 22 reflektierte Strahlung 26 nach Durchgang durch die zweite Linse 24 und Passieren des optischen Bauelementes
    [0027] 40 auf den Strahlungsempfänger 41. Der Strahlungsempfänger
    [0028] 41 ist ein flächiger Sensor, dessen Ausgangssignal von der Bestrahlungsstärke abhängt, jedoch nicht vom Auftreffort auf die aktive Fläche. Das optische Bauelement 40 weist strahlungsdurchlässige und strahlungsundurchlässige Bereiche auf. Vorteilhafterweise wird hier ein optisches Gitter verwendet. Das Gitter 40 ist in der Bildflache 25 angeordnet. Vorzugsweise ist das Gitter 40 entsprechend der Bildfläche 25 leicht gekrümmt, damit die in unterschiedlichen Bildebenen scharf abgebildeten Bilder 27, 28 der Oberfläche 22 auf dem Gitter 40 scharf abgebildet werden. Optische Verzerrungseffekte und geometrische Einflüsse können auch durch unterschiedliche Abstände zwischen den strahlungsdurch- und undurchlässigen Bereichen des Gitters Uo kompensiert werden. Die genaue Lage des Sensors 41 hinter dem Gitter 40 ist unkritisch, solange die durch das Gitter 40 durchtretende Strahlung die aktive Oberfläche des Strahlungssensors Ui erreicht. Dies ist deshalb möglich, weil die Bestrahlungsstärke in diesem zweiten Ausführungsbeispiel keine Rolle spielt, da die Änderung des Abstandes 14, 17 durch Impulszählung ermittelt wird. Ändert sich der Abstand der bestrahlten Oberfläche 22 von der Hanάwerkzeugmaschine 13, so wandert das Bild der bestrahlten Oberfläche 22 vom ersten Bild 27 zum zweiten Bild 28. Auf diesem Weg trifft es abwechselnd auf strahlungsdurchlässige und strahlungsundurchlässige Bereiche des Gitters 40. Daraufhin wird in der signalverarbeitenden Anordnung 34 ein Zählvorgang ausgelöst, dessen Ergebnis ein Maß für die Änderung des Abstandes 14, 17 darstellt.
    [0029] Figur 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Strahlungsempfängeranordnung. Es stellt eine vorteilhafte Modifizierung des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß Figur 3 dar. Diese Anordnung ermöglicht es, neben der Änderung des Abstandes 14, 17 auch die Richtung der Abstandsänderung zu erkennen. Das erste optische Bauelement 40' und das zweite optische Bauelement 40" sind nebeneinander angeordnet. Beide Elemente 40', 40" weisen strahlungsdurchlässige Bereiche 42 , 44 und strahlungsundurchlässige Bereiche 43, 45 auf. Diese Bereiche sind mit einem bestimmten Versatz 46 zueinander angeordnet. Hinter den optischen Bauelementen 40', 40", die vorzugsweise als Gitter ausgebildet sind, ist jeweils ein erster 41' und zweiter 41" Strahlungsempfänger vorgesehen. Die beiden Strahlungsempfänger 41', 41" geben ein Ausgangs signal an die signalverarbeitende Anordnung 34 ab, wenn eine Strahlung durch strahlungsdurchlässigen Bereiche 42, 44 der beiden Gitter 40', 40" hindurchtritt. Die Größe des Bildes der bestrahlten Oberfläche 22 muß so bemessen sein, daß stets beide Strahlungsempfänger 41', 41" ein Strahlungssignal erhalten können. Vorteilhafterweise wird die vor der ersten Linse 10 angeordnete Blende 12 als Schlitzblende ausgeführt, so daß auf die bestrahlte Oberfläche 22 ein strichförmiges Muster projiziert wird, dessen Bild in der Bildfläche 25 hint er der zweit en Lin s e 24 ebenfalls ein strichförmiges Strahlungsmuster 47 ergibt. Eine Änderung des Abstandes 14, 17 führt in Verbindung mit dem Versatz 46 der beiden Gitter 40', 40" zu zeitlich versetzten Signalen der Strahlungsempfänger 41', 41". In der signalverarbeitenden Anordnung 34 wird aus Signalen die Richtung der Abstandsänderung ermittelt. Ein viertes Ausführungsbeispiel der Strahlungsempfängeranordnung zeigt Figur 5. Die von der bestrahlten Oberfläche 22 reflektierte Strahlung 26 trifft nach Durchgang durch die zweite Linse 24 auf den Strahlungsempfänger 50. Die aktive Fläche des Sensors 50 befindet sich in der Bildfläche 25, in welcher Bilder 27, 28 der Oberfläche 22 liegen. Der Strahlungsempfänger 50 besteht aus zahlreichen, nebeneinander angeordneten, Einzelsensoren. Verwendet werden können Fotodiodenzeilen oder CCD-Zeilen. Die Sensorzeile 50 liefert ein Ausgangssignal in die signalverarbeitende Anordnung 34, wobei die Position der Bilder 27, 28 durch. die Multiempfängeranordnung unmittelbar feststellbar ist.
    [0030] Als Strahlungsempfänger 50 kann auch eine positionsempfindliche Fotodiode verwendet werden, die neuerdings erhältlich ist. Diese flächig ausgeführte positionsempfindliche Fotodiode arbeitet wie ein optisches Potentiometer. Ein durch sie fließender Strom ist eine eindeutige Funktion de.s Auftreffpunkts der Strahlung auf der aktiven Oberfläche. Das Stromsignal wird in der signalverarbeitenden Anordnung 34 ausgewertet und die Position der Bilder 27, 28 bestimmt.
    [0031] Figur 6 zeigt das Blockschaltbild der optoelektronischen Schaltungsanordnung. Die Strahlungsquelle 11 wird von einem Impulsgenerator 60 angesteuert. Der getaktete Betrieb der Strahlungsquelle 11 ermöglicht eine Erhöhung des erreichbaren Signals zu Rauschverhältnisses durch Erhöhung der Strahlungsleistung der Strahlungsquelle 11 bei gleichzeitiger Energieeinsparung. Bei Verwendung einer Halbleiterstrahlungsquelle, beispielsweise einer Leuchtdiode, ist es möglich, unter Beibehaltung der maximal zulässigen Dauerleistung, die Impulsspitzenleistung im getakteten Betrieb durch Variation des Tastverhältnisses erheblich zu erhöhen. Eine hohe Impulsstrahlungsleistung reduziert die erforderliche Empfindlichkeit des Strahlungsempfängers. Ein Einfluß von Fremdstrahlungsanteilen auf das Meßergebnis, welches beispielsweise durch künstliche Beleuchtung des zu bearbeitenden Gegenstandes 16 oder durch Umgebungslicht auftreten kann, wird durch eine elektronische Filteranordnung in der signalverarbeitenden Anordnung 34 ausgeschaltet durch Ausblendung von Signalanteilen, welche eine andere als die durch den getakteten Betrieb vorgegebene Frequenz aufweisen.
    [0032] Die signalverarbeitende Anordnung 34 ermittelt aus der Position der Bilder 27, 28 den Abstand 14, 17 bzw. die Abstandsänderung der bestrahlten Oberfläche 22 von der Handwerkzeugmaschine 13. Handelt es sich bei der Handwerkzeugmaschine 13 um eine Bohrmaschine, so ist die Änderung des Abstandes 14, 17 unmittelbar ein Maß für die erreichte Bohrlochtiefe. Die optoelektronische Anordnung nach Figur 6 muß zur Durchführung dieser Aufgabe an der Handwerkzeugmaschine 13 befestigt sein. Die Anordnung kann beispielsweise in das Gehäuse der Handwerkzeugmaschine 13 eingebaut sein, es ist jedoch auch möglich, die gesamte Anordnung in einen anmontierbaren Haltegriff oder einem anflanschbaren Gehäuse einzubauen. Eine Anordnung im Haltegriff der Werkzeugmaschine 13 bringt den Vorteil mit sich, daß die Entfernungsmeßvorrichtung als Zubehörteil angeboten werden kann. Zweckmäßigerweise wird die Schaltungsanordnung bei einer Anordnung im Haltegriff von einer Batterie mit Energie versorgt. Der getaktete Betrieb der Strahlungsquelle 11 wird dann ausgenutzt zur Reduzierung des Energiebedarfs der Strahlungsquelle 11, womit die Zeitabstände zwischen Batteriewechsel verlängert werden.
    [0033] Die signalverarbeitende Anordnung verfügt wenigstens über eine optische Ausgabevorrichtung 62 zur Anzeige des Abstandes 14, 17 bzw. der erreichten Bohrlochtiefe. Weiterhin ist eine akustische Ausgabevorrichtung 63 sowie eine Eingabevorrichtung 64 vorgesehen. Mit der Eingabevorrichtung 64 ist es möglich, in die signalverarbeitende Anordnung 34 einen Sollwert der Bohrlochtiefe einzugeben, nach dessen Erreichen die Bohrmaschine 13 selbsttätig abgeschaltet wird. Über die akustische Ausgabevorrichtung 63 ist ein akustisches Signal kurz vor Erreichen der programmierten Solltiefe der 3ohrung abgebbar. Das akustische Signal veranlaßt den 3enutzer der Bohrmaschine 13 zur Reduzierung der Vorschubkraft. Mit dieser Methode ist eine Überschreitung der Solltiefe des Bohrloches, wie sie insbesondere in weichen Materialien auftreten kann, leicht vermeidbar. Eine weitere Information erhält der Benutzer durch die kontinuierliche Anzeige der erreichten Bohrlochtiefe auf der Anzeigevorrichtung 62. In einer anderen Betriebsart ist es auch möglich, die verbleibende Differenz bis zum Erreichen der Solltiefe anzuzeigen. Der Schwellwert vor dem Erreichen der Solltiefe, bei welchem das akustische Signal ausgelöst wird, kann ebenfalls über die Eingabevorrichtung 64 der signalverarbeitenden Anordnung 34 mitgeteilt werden. Die Annäherung an den Sollwert der Bohrlochtiefe kann auch durch die optische Anzeigevorrichtung 62 angezeigt werden, beispielsweise durch Blinken oder durch eine Farbänderung der Anzeige. Die kontinuierliche Messung der erreichten Bohrlochtiefe setzt voraus, daß zu Beginn des Bohrvorgangs die signalverarbeitende Anordnung 34 auf einen Ausgangszustand zurückgesetzt wurde. Diese Nullsetzung kann beispielsweise durch den Einschaltvorgang der Bohrmaschine 13 ausgelöst werden, vorteilhafter ist es jedoch, wenn die Nullstellung über die Eingabevorrichtung 64 erfolgt. Ein gelegentliches Abschalten der Bohrmaschine 13 während des Bohrvorganges ist somit ohne Einfluß auf das Ergebnis. Der Bohrlochtiefenbereich ist gegenüber bekannten Meßvorrichtungen erheblich erweitert. Problemlos werden Abstände bis zu 0,5 m verarbeitet - ausreichend für alle sinnvollen Bohrerlängen. Die Meßgenauigkeit ist hoch durch einen eindeutigen Bezugspunkt der Messung (bestrahlte Fläche 22) unmittelbar neben dem Bohrloch. Der Bezugspunkt ist sichtbar, wenn die Leuchtdiode 11 eine Strahlung im sichtbaren Spektralbereich emittiert.
    权利要求:
    ClaimsAnsprüche
    1. Handwerkzeugmaschine, vorzugsweise Bohrmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß eine Entfernungsmessung der Handwerkzeugmaschine von einem zu bearbeitenden Werkstück mit dem an sich bekannten Verfahren der Triangulation erfolgt, bei welchem eine Strahlungsquelle (11) ein optisches Muster, vorzugsweise einen Punkt oder eine Linie, auf eine Oberfläche (15, 22) des Werkstücks (16) projiziert und die von der Oberfläche (15, 22) reflektierte Strahlung auf wenigstens einen Strahlungsempfänger (31, 32, 41, 41', 41", 50) trifft.
    2. Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (11) im Brennpunkt einer ersten Linse (10) und der Strahlungsempfänger (31, 32, 41, 41', 41", 50) in der Bildfläche (25) einer zwischen dem Strahlungsempfänger (31, 32, 41, 41', 41", 50) und dem Werkstück (16) befindlichen zweiten Linse (24) angeordnet ist.
    3. Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten Linse (10) und der bestrahlten Oberfläche (15, 22) eine Blende (12), vorzugsweise eine Schlitzblende, angeordnet ist.
    4. Handwerkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (11) eine Halbleiterstrahlungsqüelle, insbesondere eine Leuchtdiode ist.
    5. Handwerkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsempfänger besteht aus einem ersten (31) und zweiten (32) Strahlungssensor, einem Strahlteiler (30), vorzugsweise einen teildurchlässigen Spiegel, welcher zwischen der zweiten Linse (24) und den beiden Sensoren (31, 32) angeordnet ist, aus einem vor dem ersten Sensor (31) angeordneten flächigen Durchlaßfilter (33) mit ortsabhängigem Transmissionsgrad und einer signalverarbeitenden Anordnung (34), in welcher die Ausgangssignale der beiden Sensoren (31, 32) verarbeitet werden (Figur 2).
    6. Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des flächigen Durchlaßfilters (33) eine Blende mit ortsabhängiger Öffnung vorgesehen ist.
    7 . Handwerkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Strahlungsempfänger (41, 41', 41") und der zweiten Linse (2U) ein optisches Bauelement (40, 40', 40") mit strahlungsdurchlässigen und strahlungsundurchlässigen Bereichen, vorzugsweise ein optisches Gitter, angeordnet ist (Figuren 3 und 4).
    8. Handwerkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsempfänger besteht aus einem ersten (41') und einem zweiten (41") Strahlungssensor mit jeweils zwischen den Sensoren (41', 41") und der zweiten Linse (24) angeordneten optischen Bauelementen (40', 40"), welche strahlungsdurchlässige und strahlungs undurchlässige Bereiche aufweisen, vorzugsweise optische Gitter, wobei die strahlungsdurchlässigen bzw. -undurchässigen Bereiche des einen Gitters (40') gegenüber denen des anderen Gitters (40") um einen Versatz (46) zueinander angeordnet sind (Figur 4).
    9. Handwerkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der strahlungsdurchlässigen bzw. strahlungsundurchlässigen Bereiche der optischen Bauelemente (40', 40") zumindest in Teilbereichen unterschiedlich sind.
    10. Handwerkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsempfänger (50) aus mehreren Sinzelsensoren besteht, die vorzugsweise in. Zeilenform angeordnet sind (Figur 5).
    11. Handwerkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsempfänger (50) eine positionsempfindliche Halbleiter-Fotodiode ist {Figur 5).
    12. Handwerkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entfernungsberechnung vorgesehen sind eine signalverarbeitende Anordnung (34) mit einer optischen (62) und/oder einer akustischen (63) Ausgabevorrichtung sowie einer Singabevorrichtung (64).
    13. Handwerkzeugmaschinen nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Entfernungsmessung in dem Gehäuse der Handwerkzeugmaschine (13) angeordnet ist.
    14. Handwerkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Entfernungsmessung in einem abnehmbaren Haltegriff der Handwerkzeugmaschine (13) angeordnet ist.
    15. Handwerkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Entfernungsmessung in einem an die Handwerkzeugmaschine (13) anflanschbaren Gehäuse angeordnet ist.
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DEP3615875.5||1986-05-10||
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