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.
The invention is based on a device according to the preamble of claim 1. A device for optical distance measurement is already known (DE-A-4 316 348) which, as individual components, starts a transmission device for transmitting a bundled measurement signal, and receiving optics for capturing one a distant object reflected measurement signal portion, an opto-electronic converter downstream of the receiving optics and a deflection device for generating a reference signal. The individual components are assembled individually when the distance measuring device is manufactured. As a result of unavoidable manufacturing tolerances, the modules must then be coordinated with one another and individually aligned with one another in order to ensure that the distance measuring device functions optimally. Advantages of the invention
The device according to the invention for optical distance measurement has the advantage that the components can be permanently fixed and adjusted in a simple manner, which enables inexpensive and efficient assembly. The number of axes to be adjusted is reduced.
The measures listed in the dependent claims allow advantageous developments and improvements of the device for distance measurement according to the invention. drawing
An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. 1 shows a longitudinal section through a device for distance measurement, FIG. 2 shows a section through a transmitting and receiving part of the device, and FIG. 3 shows a plan view of the transmitting and receiving part according to FIG. 2. Description of the exemplary embodiment
In Fig. 1, 10 denotes a device for distance measurement, called a distance measuring device for short. The distance measuring device 10 comprises a transmission device 11 for transmitting a measurement signal in the form of a bundled optical light signal. The transmission device 11 consists of a laser diode 13 and a collimation lens 14, with the aid of which the measurement signal is bundled and directed through an outlet channel 15 in the direction of an arrow 12 along a longitudinal axis 24. The measurement signal 12 leaves the outlet channel 15 through an outlet opening 16 and subsequently strikes an object 17 whose distance from the distance measuring device 10 is to be determined.
The distance measuring device 10 has an optical receiving system 18, consisting of a lens 19 which captures measurement signal components reflected on the object 17 and directs them to an opto-electronic converter 20 arranged behind the optical receiving system 18. The converter 20, which is preferably designed as an avalanche photodiode 21, receives the measurement signal components and feeds them in electrical form to an evaluation device 22.
In the evaluation device 22, the distance to the object 17 is determined on the basis of propagation time differences between the transmitted measurement signal 12 and the reflected measurement signal components. The determined distance is output in a display device 25. Commands can be entered by the operator via a keyboard 26.
As can be seen from FIG. 2, transmitting device 11, receiving optics 18 and transducer 20 form a common structural unit 30, which is integrated as a preassembled module in a housing 31 (FIG. 1) of distance measuring device 10. The assembly 30 comprises a support body 32, which is preferably made of die-cast zinc. The carrier body 32 is predominantly plate-shaped. A frame 34 is formed on a side 33 of the carrier body 32 facing the object and is supported on the carrier body 32 via two lateral ribs 35.
The outlet channel 15 is fixedly mounted on the carrier body 32. For this purpose, tabs 36, 37 are formed on the outlet channel 15, via which the outlet channel 15 is screwed to the carrier body 32 by means of screws 38, 39. The screws 38, 39 reach through elongated holes 42, 43, which are arranged parallel to the longitudinal axis 24 of the measurement signal in the tabs 36, 37.
The outlet channel 15, which is preferably made of plastic, e.g. is produced by spraying, forms a receptacle 40 for the transducer 20 on its outer wall 15a. The photodiode 21 is inserted into the receptacle 40 and secured by means of a cover 41, which can preferably be snapped onto the receptacle 40 with latching means.
Between the transducer receptacle 40 and the outlet opening 16, the channel carries a deflection device 44 for the measurement signal for carrying out a reference measurement, as is known, for example, from DE-A-4 316 348. The deflection device 44 has a flap 45 which is arranged pivotably in the outlet channel 15. 2, the flap 45 is shown in an upper position in which it closes an opening 46. The opening 46 is part of an opening 47 in the outer wall 15a of the outlet channel 15, which is covered by a likewise clipped-on cap 48. The flap 45 can be pivoted by means of an actuator 49 via an adjustment mechanism 50 with an eccentric arm 53 into a second position at a stop 51, in which the measurement signal is reflected via the opening 46 to the transducer 20.
In this position, no measurement signals then come out of the outlet opening 16.
The actuator 49 is fixed on a holding plate 52, which is molded laterally onto the outlet channel 15. The outlet duct 15 thus forms, together with the deflection device 44 and the converter 20, a preassembled assembly group 55.
The laser diode 13 is received in a sleeve 58, which has a rotationally symmetrical outer circumference. The sleeve 58 is received in a bore 59 in a carrier piece 27 so as to be longitudinally displaceable. The end face of the carrier piece 27 is flanged to a sleeve-shaped holder 29, which receives the collimation lens 14 and one end 28 of the exit channel 15. The holder 29 is part of the carrier body 32. The flange connection between the carrier piece 27 and the holder 29 is arranged in a plane perpendicular to the longitudinal axis 24. Breakthrough bores 60 in the carrier part 27 have adjustment play with respect to the shafts of flange screws 61, so that alignment of the laser diode 13 in the flange plane in alignment with the longitudinal axis is ensured.
By means of axial displacement and subsequent axial securing, the laser diode 13 is aligned with the collimation lens 14 in such a way that it reaches its focal plane. The lens 19 of the receiving optics 18 is fixed to the frame 34 via spring clips 64.
The preassembled assembly group 55 is then placed on the preassembled carrier body 32. Since all components are already fixed, this assembly step is very easy. By means of the axial alignment of the assembly group 55 with respect to the carrier body 32, the distance from the lens 19 to the photodiode 21 is then only adjusted such that the photodiode 21 comes approximately into the focal point of the lens 19.