CH694348A5

CH694348A5 - Vorrichtung zur optischen Distanzmessung.

Info

Publication number: CH694348A5
Application number: CH2899A
Authority: CH
Inventors: Dierk Schmidt; Juergen Luginsland; Joerg Stierle
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 1998-02-03
Filing date: 1999-01-08
Publication date: 2004-11-30
Also published as: JP4184524B2; DE19804050B4; DE19804050A1; GB9901598D0; GB2334172A; GB2334172B; JPH11271449A

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es ist schon eine Vorrichtung zur optischen Distanzmessung bekannt (DE-A-4 316 348), die als Einzelkomponenten eine Sendeeinrichtung zur Aussendung eines gebündelten Messsignals, eine Empfangsoptik zum Einfangen eines an einem entfernten Objekt reflektierten Messsignal-Anteils, einen der Empfangsoptik nachgeschalteten opto-elektronischen Wandler und eine Umlenkeinrichtung zur Erzeugung eines Referenzsignales aufweist. Bei der Herstellung des Distanzmessgerätes werden die Einzelbausteine einzeln montiert. Infolge unvermeidbarer Fertigungstoleranzen müssen die Bausteine anschliessend im Sinne einer optimalen Funktion der Distanzmessvorrichtung aufeinander abgestimmt und einzeln zueinander ausgerichtet werden. Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur optischen Distanzmessung hat den Vorteil, dass die Bauteile auf einfache Art und Weise dauerhaft fixiert und justiert werden können, was eine kostengünstige und rationelle Montage ermöglicht. Die Anzahl zu justierender Achsen wird reduziert.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Massnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der erfindungsgemässen Vorrichtung zur Distanzmessung möglich. Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Distanzmessung, Fig. 2 einen Schnitt durch einen Sende- und Empfangsteil der Vorrichtung und Fig. 3 eine Draufsicht auf den Sende- und Empfangsteil nach Fig. 2. Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist mit 10 eine Vorrichtung zur Distanzmessung, kurz Distanzmessgerät genannt, bezeichnet. Das Distanzmessgerät 10 umfasst eine Sendeeinrichtung 11 zur Aussendung eines Messsignals in Form eines gebündelten optischen Lichtsignals. Die Sendeeinrichtung 11 besteht aus einer Laserdiode 13 und einer Kollimationslinse 14, mit deren Hilfe das Messsignal gebündelt durch einen Austrittskanal 15 in Richtung eines Pfeils 12 entlang einer Längsachse 24 gelenkt wird. Das Messsignal 12 verlässt den Austrittskanal 15 durch eine Austrittsöffnung 16 und trifft anschliessend auf ein Objekt 17, dessen Entfernung zum Distanzmessgerät 10 zu ermitteln ist.

Das Distanzmessgerät 10 hat eine Empfangsoptik 18, bestehend aus einer Linse 19, die an dem Objekt 17 reflektierte Messsignal-Anteile einfängt und an einen hinter der Empfangsoptik 18 angeordneten opto-elektronischen Wandler 20 lenkt. Der Wandler 20, der vorzugsweise als Avalanche-Fotodiode 21 ausgebildet ist, empfängt die Messsignal-Anteile und führt sie in elektrischer Form einer Auswerteeinrichtung 22 zu.

In der Auswerteeinrichtung 22 erfolgt die Ermittlung der Entfernung zum Objekt 17 anhand von Laufzeitunterschieden zwischen ausgesendetem Messsignal 12 und reflektierten Messsignal-Anteilen. Die ermittelte Entfernung wird in einer Anzeigevorrichtung 25 ausgegeben. Über eine Tastatur 26 können vom Bediener Befehle eingegeben werden.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, bilden Sendeeinrichtung 11, Empfangsoptik 18 und Wandler 20 eine gemeinsame Baueinheit 30, die als vormontierte Baugruppe in ein Gehäuse 31 (Fig. 1) des Distanzmessgeräts 10 integriert sind. Die Baueinheit 30 umfasst einen Trägerkörper 32, der vorzugsweise aus Zink-Druckguss hergestellt ist. Der Trägerkörper 32 ist überwiegend plattenförmig ausgebildet. Auf einer dem Objekt zugewandten Seite 33 des Trägerkörpers 32 ist ein Rahmen 34 gebildet und über zwei seitliche Rippen 35 am Trägerkörper 32 abgestützt.

Der Austrittskanal 15 ist fest auf dem Trägerkörper 32 montiert. Hierzu sind an dem Austrittskanal 15 Laschen 36, 37 angeformt, über die der Austrittskanal 15 mittels Schrauben 38, 39 mit dem Trägerkörper 32 verschraubt ist. Die Schrauben 38, 39 greifen durch Langlöcher 42, 43, die parallel zu der Längsachse 24 des Messsignals in den Laschen 36, 37 angeordnet sind.

Der Austrittskanal 15, der vorzugsweise aus Kunststoff z.B. durch Spritzen hergestellt ist, bildet an seiner Aussenwandung 15a eine Aufnahme 40 für den Wandler 20. Die Fotodiode 21 ist in die Aufnahme 40 eingesetzt und mittels eines Deckels 41 gesichert, der vorzugsweise mit Rastmitteln an der Aufnahme 40 einschnappbar ist.

Zwischen Wandler-Aufnahme 40 und Austritts-öffnung 16 trägt der Kanal eine Umlenkeinrichtung 44 für das Messsignal zur Durchführung einer Referenzmessung, wie sie beispielsweise aus der DE-A-4 316 348 bekannt ist. Die Umlenkeinrichtung 44 weist eine Klappe 45 auf, die im Austrittskanal 15 schwenkbar angeordnet ist. In Fig. 2 ist die Klappe 45 in einer oberen Stellposition gezeigt, in der sie eine Öffnung 46 verschliesst. Die Öffnung 46 ist Teil eines Durchbruchs 47 in der Aussenwand 15a des Austrittskanals 15, der von einer ebenfalls aufgeklipsten Kappe 48 abgedeckt ist. Die Klappe 45 ist mittels eines Stellantriebs 49 über eine Verstellmimik 50 mit Exzenterarm 53 in eine zweite Stellposition an einem Anschlag 51 verschwenkbar, in der das Messsignal über die Öffnung 46 zum Wandler 20 reflektiert wird.

Aus der Austrittsöffnung 16 gelangen in dieser Stellung dann keine Messsignale.

Der Stellantrieb 49 ist auf einer Halteplatte 52 festgelegt, die seitlich an den Austrittskanal 15 angeformt ist. Der Austrittskanal 15 bildet somit zusammen mit der Umlenkeinrichtung 44 und dem Wandler 20 eine vormontierte Montagegruppe 55.

Die Laserdiode 13 ist in einer Hülse 58 aufgenommen, die einen rotationssymmetrischen Aussenumfang hat. Die Hülse 58 ist in eine Bohrung 59 in einem Trägerstück 27 längsverschieblich aufgenommen. Das Trägerstück 27 ist stirnseitig an einen muffenförmigen Halter 29 angeflanscht, der die Kollimationslinse 14 und ein Ende 28 des Austrittskanals 15 aufnimmt. Der Halter 29 ist Teil des Trägerkörpers 32. Die Flanschverbindung zwischen Trägerstück 27 und Halter 29 ist in einer senkrecht zur Längsachse 24 liegenden Ebene angeordnet. Durchbruchsbohrungen 60 im Trägerteil 27 weisen Justagespiel gegenüber den Schäften von Flanschschrauben 61 auf, sodass eine Ausrichtung der Laserdiode 13 in der Flanschebene fluchtend zur Längsachse gewährleistet ist.

Durch axiale Verschiebung und anschliessende axiale Sicherung wird die Laserdiode 13 derart zur Kollimationslinse 14 ausgerichtet, dass sie in deren Brennebene gelangt. Die Linse 19 der Empfangsoptik 18 wird am Rahmen 34 über Federbügel 64 fixiert.

Die vormontierte Montagegruppe 55 wird dann auf den vormontierten Trägerkörper 32 aufgesetzt. Da alle Bauteile bereits fixiert sind, ist dieser Montageschritt sehr einfach. Mittels axialer Ausrichtung der Montagegruppe 55 gegenüber dem Trägerkörper 32 erfolgt dann lediglich noch eine Angleichung des Abstandes von Linse 19 zu Fotodiode 21 dahingehend, dass die Fotodiode 21 ungefähr in den Brennpunkt der Linse 19 kommt.

Claims

1. Vorrichtung zur optischen Distanzmessung durch Laufzeitmessung, mit einer Sendeeinrichtung (11) zur Aussendung eines gebündelten optischen Messsignals, mit einer Empfangsoptik (18) zum Einfangen von an einem entfernten Objekt (17) reflektierten Messsignal-Anteilen, mit einem der Empfangsoptik (18) nachgeordneten opto-elektronischen Wandler (20), dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung (11) einen rohrförmigen Austrittskanal (15) umfasst, der an seiner Aussenwandung (15a) eine Aufnahme (40) für den Wandler (20) bildet und der zwischen Aufnahme (40) und einer objektseitigen Austrittsöffnung (16) eine Umlenkeinrichtung (44) für das Messsignal trägt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinrichtung (44) in fest stehendem Abstand zur Wandleraufnahme (40) angeordnet ist.

3.

Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittskanal (15) zusammen mit der Umlenkeinrichtung (44) und dem Wandler (20) eine vormontierbare Montagegruppe (55) bilden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittskanal (55) einstückig aus Kunststoff, vorzugsweise Spritzguss, hergestellt ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Austrittskanal (15) Laschen (36, 37) zur Befestigung auf einem Trägerkörper (32) angeformt sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Laschen (36, 37) axiale, d.h. parallel zu einer Längsachse (24) des Austrittskanals (15) liegende Langlöcher (42, 43) zur Fixierung und Justage der Montagegruppe (55) am Trägerkörper (32) bilden.

7.

Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein eintrittsseitiges Ende (28) des Austrittskanals (15) in einen muffenförmigen Halter (29) ragt, der vom Trägerkörper (32) gebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (29) eine Kollimationslinse (14) aufnimmt, die axial vor dem Austrittskanal (15) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass stirnseitig an den Halter (29) ein Trägerstück (27) angesetzt ist, das eine Laserdiode (13) aufnimmt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerstück (27) am Halter (29) mittels einer Flanschverbindung verbunden ist, die eine Justage der Laserdiode (13) in einer zur Längsachse (24) etwa senkrechten Ebene ermöglicht.

11.

Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinrichtung (44) eine gegenüber dem Austrittskanal (15) schwenkbar gelagerte Klappe (45) aufweist, die mittels eines Stellantriebs (49) verstellbar ist, und dass an den Austrittskanal (15) eine Halteplatte (52) zur Festlegung des Stellantriebs (49) einstückig angeformt ist.