DE10012522A1 - Distanzsensor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Distanzsensor (1) mit erste Sendelichtstrahlen (2) emittierenden ersten Sender (3), mit in einem in Abstand zu diesem angeordneten als ortsauflösender Detektor ausgebildeten Empfänger (11), auf welchem die von einem Objekt (8) reflektierten, in einem Triangulationswinkel zu den Sendelichtstrahlen (2, 4) verlaufenden Empfangslichtstrahlen (10) geführt sind, und mit einer Auswerteeinheit (14), in welcher aus der Lage des Lichtflecks der Empfangsrichtstrahlen (10) auf dem ortsauflösenden Detektor die Distanz des Objektes (8) ermittelt wird. Zudem ist ein zweiter Sender (5) vorgesehen, wobei die von diesem emittierten zweiten Sendelichtstrahlen (4) koaxial zu den ersten Sendelichtstrahlen (2) verlaufen. Die ersten und zweiten Sendelichtstrahlen (2, 4) weisen unterschiedliche Strahldurchmesser auf.

Description

Die Erfindung betrifft einen Distanzsensor gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.

Derartige Distanzsensoren arbeiten nach dem Triangulationsprinzip. Der Dis­ tanzsensor weist einen Sendelichtstrahlen emittierenden Sender sowie einen Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger auf, der in Abstand neben dem Sender angeordnet ist. Der Empfänger ist von vorzugsweise einer CCD Zeile gebildet, welche mehrere nebeneinander liegende photoempfindliche Elemente, vorzugsweise Photodioden aufweist. Dem Sender ist eine Sendeop­ tik zur Strahlformung der Sendelichtstrahlen nachgeordnet. Dem Empfänger ist eine Empfangsoptik vorgeordnet, welche die Empfangslichtstrahlen auf den Empfänger fokussiert. Entsprechend der Distanz des Objekts zum Distanzsen­ sor verläuft die optische Achse der vom Objekt zurückreflektierten Empfangs­ lichtstrahlen in einem bestimmten Triangulationswinkel zur optischen Achse der Sendelichtstrahlen. Dementsprechend variiert der Auftreffpunkt der Emp­ fangslichtstrahlen auf dem Empfänger in Abhängigkeit der Objektdistanz, so dass der Auftreffpunkt der Empfangslichtstrahlen auf der CCD Zeile ein Maß für die Objektdistanz liefert.

Üblicherweise erfolgt die Auswertung der an den Ausgängen der photoemp­ findlichen Elemente des Empfängers anstehenden Empfangssignale derart, dass als Auftreffpunkt das photoempfindliche Element gewählt wird, welches das größte Ausgangssignal liefert. Aus diesem Auftreffpunkt wird dann die Distanz des Objekts in einer Auswerteeinheit berechnet. Alternativ kann zur Ermittlung der Distanz der Flächenschwerpunkt des Lichtflecks der Empfangslichtstrahlen auf der CCD Zeile ermittelt werden.

Nachteilig bei derartigen Distanzsensoren ist, dass die Distanzmessung von der Oberflächenbeschaffenheit der Objekte abhängt, wodurch insbesondere auch erhebliche Fehler bei der Distanzmessung auftreten können.

Treffen beispielsweise die Sendelichtstrahlen auf einen Hell-Dunkel-Übergang auf der Objektoberfläche, so wird von dem auf den hellen Bereich der Objekt­ oberfläche auftreffenden Teil der Sendelichtstrahlen ein großer Teil zum Emp­ fänger zurückreflektiert. Dagegen wird von den auf den dunklen Bereich der Objektoberfläche auftreffenden Teil der Sendelichtstrahlen nur ein geringer Teil zum Empfänger zurückreflektiert.

Damit ergibt sich im Vergleich zur Vermessung eines Objekts mit homogener heller oder dunkler Objektoberfläche eine Verschiebung der Verteilung der Empfangslichtstrahlen auf dem Empfänger, wodurch der daraus ermittelte Distanzwert verfälscht wird.

Ein weiteres Problem entsteht dann, wenn mit dem Distanzsensor Objekte vermessen werden, welche keine ebene sondern eine strukturierte Objektober­ fläche aufweisen. Derartige Objekte können beispielsweise von Wellpappen gebildet sein, die eine periodische wellige Struktur aufweisen und in Mehrfach­ schichten übereinander liegen.

Treffen die Sendelichtstrahlen seitlich auf eine derartige Schichtstruktur, so werden diese nur dann zum Empfänger zurückreflektiert, wenn diese auf die Wellpappen treffen. Treffen die Sendelichtstrahlen jedoch auf die Zwischen­ räume zwischen den Wellpappen, so werden diese nicht mehr zum Empfänger zurückreflektiert, so dass dann eine Distanzbestimmung nicht mehr möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Distanzsensor der eingangs genannten Art so auszubilden, dass eine korrekte Bestimmung der Distanzen von Objekten unabhängig von der Oberflächenbeschaffenheit möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfin­ dungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Der erfindungsgemäße Distanzsensor weist zwei Sender auf, wobei die von den Sendern emittierten Sendelichtstrahlen koaxial verlaufen. Dabei weisen die von den Sendern emittierten Sendelichtstrahlen unterschiedliche Strahldurchmesser auf.

Die von dem ersten Sender emittierten Sendelichtstrahlen weisen den größeren Strahldurchmesser auf. Dabei ist der Strahldurchmesser vorzugsweise so ge­ wählt, dass dieser größer als die Strukturbreiten der zu vermessenden Objekte ist. Ist das Objekt beispielsweise von Wellpappen gebildet, die in Mehrfach­ schichten übereinander liegen, wobei der Distanzsensor auf eine Seitenfläche dieser Schichtstruktur ausgerichtet ist, so ist der Strahldurchmesser der Sende­ lichtstrahlen so groß gewählt, dass sich der Lichtfleck der Sendelichtstrahlen über wenigstens eine Wellenpappenschicht erstreckt. Auf diese Weise ist ge­ währleistet, dass die Sendelichtstrahlen nicht vollständig auf einen Hohlraum in dieser Schichtstruktur treffen, sondern zumindest teilweise auf die Wellpap­ pe treffen, so dass die Sendelichtstrahlen zu einem erheblichen Teil auf den Empfänger zurückreflektiert werden, wodurch eine genaue Distanzmessung gewährleistet ist.

Demgegenüber weisen die vom zweiten Sender emittierten Sendelichtstrahlen einen erheblich kleineren Strahldurchmesser auf, wobei dieser vorzugsweise in der Größenordnung der Strukturbreiten der Objekte liegt.

Treffen die zweiten Sendelichtstrahlen auf einen Hell-Dunkel-Übergang auf der Oberfläche des Objekts, so wird dadurch zwar gegenüber der Vermessung einer homogenen hellen oder dunklen Objektoberfläche eine Verschiebung des Lichtflecks auf dem Empfänger erhalten.

Da der Strahldurchmesser der zweiten Sendelichtstrahlen jedoch sehr klein ist, ist auch der Lichtfleck auf dem Empfänger sehr klein, so dass durch die Ver­ schiebung des Lichtflecks aufgrund des Hell-Dunkel-Übergangs nur ein kleiner Distanzmessfehler erhalten wird.

In einer ersten Ausführungsform der Erfindung werden die von den beiden Sendern emittierten Sendelichtstrahlen als Dauerlicht emittiert. Dadurch wird bei der Distanzmessung über die mit dem ersten und zweiten Sender erhaltenen Empfangssignale am Empfänger gemittelt.

Durch diese Mittelung werden die für die einzelnen Sendelichtstrahlen erhalte­ nen Distanzmessfehler gegenüber einem nur mit einem dieser Sender ableiten­ den Distanzsensor halbiert, so dass dadurch eine erhebliche Verbesserung der Genauigkeit der Distanzmessung erzielt wird.

In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden von den beiden Sendern Sendelichtstrahlen in Form von Sendelichtimpulsen emittiert. Dabei emittieren die beiden Sender alternierend Sendelichtimpulse.

In Abhängigkeit der auf dem Empfänger auftreffenden Empfangslichtmenge während des Sendebetriebs des ersten und/oder zweiten Senders werden zur Distanzmessung die während des Sendebetriebs des ersten und/oder zweiten Senders registrierten Empfangssignale am Ausgang des Empfängers herange­ zogen.

Durch diese Art der Auswertung wird eine genaue Beurteilung der Struktur der Objektoberfläche ermöglicht, wobei in Abhängigkeit der jeweiligen Oberflächenstruktur nur die Empfangssignale zur Distanzmesswertbestimmung heran­ gezogen werden, die bei aktiven ersten und/oder zweiten Sender erhalten wer­ den. Auf diese Weise kann die Genauigkeit der Distanzmessung erheblich ge­ steigert werden.

Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: Schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfin­ dungsgemäßen Distanzsensors mit einem ersten und zweiten Sender.

Fig. 2: Schematische Darstellung der Oberfläche eines von einer Well­ pappe gebildeten Objekts,

• 1. a: im Verhältnis zum Strahldurchmesser der vom ersten Sen­ der emittierten ersten Sendelichtstrahlen,
• 2. b: im Verhältnis zum Strahldurchmesser der vom zweiten Sender emittierten zweiten Sendelichtstrahlen.

Fig. 3: Schematische Darstellung des bei einer Vermessung eines Ob­ jektes mit einem Hell-Dunkel-Übergang entstehenden Messfeh­ lers,

• 1. a: für den mit dem ersten Sender erhaltenen Distanzwert,
• 2. b: für den mit dem zweiten Sender erhaltenen Distanzwert.

Fig. 4a-d: Verschiedene Formen des Sendebetriebs der Sender des Dis­ tanzsensors.

Fig. 1 zeigt den Aufbau eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Distanzsensors 1. Die Distanzmessung erfolgt dabei nach dem Triangulati­ onsprinzip. Der Distanzsensor 1 weist hierzu einen erste Sendelichtstrahlen 2 emittierenden ersten Sender 3 und einen zweite Sendelichtstrahlen 4 emittie­ renden zweiten Sender 5 auf.

Die Sender 3, 5 sind mit senkrecht zueinander angeordneten optischen Achsen hinter einem Strahlteilerspiegel 6 angeordnet. Über den Strahlteilerspiegel 6 werden die ersten und zweiten Sendelichtstrahlen 2, 4 koaxial verlaufend über eine Sendeoptik 7 in einen Überwachungsbereich zur Detektion von Objekten 8 geführt. Die Sendeoptik 7 ist von einer Linse gebildet, die in der Frontwand eines Gehäuses 9 befestigt ist, in welchem der Distanzsensor 1 integriert ist.

Erfindungsgemäß ist der Strahldurchmesser der ersten Sendelichtstrahlen 2 größer als der Strahldurchmesser der zweiten Sendelichtstrahlen 4. Hierzu ist vorzugsweise der erste Sender 3 von einer Leuchtdiode und der zweite Sender 5 von einer Laserdiode gebildet. Alternativ können auch beide Sender 3, 5 von Leuchtdioden gebildet sein, wobei dann vorzugsweise unterschiedliche opti­ sche Mittel zur Strahlformung der ersten und zweiten Sendelichtstrahlen 2, 4 vorgesehen sind.

Die von an einem Objekt 8 reflektierten Empfangslichtstrahlen 10 verlaufen in einem bestimmten von der Objektdistanz abhängigen Triangulationswinkel zur optischen Achse der Sendelichtstrahlen 2, 4 auf einen als ortsauflösenden De­ tektor ausgebildeten Empfänger 11 zu.

Der Empfänger 11 ist in Abstand neben den Sendern 3, 5 im Gehäuse 9 des Distanzsensors 1 angeordnet. Die Empfangslichtstrahlen 10 werden über eine Empfangsoptik 12 und ein optisches Filter 13 zum Empfänger 11 geführt. Die Empfangsoptik 12 ist an der Gehäusewand neben der Sendeoptik 7 angeordnet.

Die Durchlasscharakteristik des optischen Filters 13 ist an die Wellenlängen der von den Sendern 3, 5 emittierten Sendelichtstrahlen 2, 4 angepasst. Vor­ zugsweise emittieren die Sender 3, 5 Sendelichtstrahlen 2, 4 gleicher Wellen­ länge, vorzugsweise im sichtbaren roten Wellenlängenbereich.

Entsprechend der Distanz des Objekts 8 verlaufen die Empfangslichtstrahlen 10 in einem bestimmten Triangulationswinkel zur optischen Achse der Sende­ lichtstrahlen 2, 4. Dementsprechend variiert auch der Auftreffpunkt der Emp­ fangslichtstrahlen 10 auf dem ortsauflösenden Detektor.

In einer Auswerteeinheit 14, an welche die Sender 3, 5 und der ortsauflösende Detektor angeschlossen sind, wird aus der Lage des Lichtflecks der Empfangs­ lichtstrahlen 10 auf dem ortsauflösenden Detektor die Distanz des Objekts 8 zum Distanzsensor 1 bestimmt. Die Auswerteeinheit 14 ist von einem Micro­ controller oder dergleichen gebildet.

Der ortsauflösende Detektor ist vorzugsweise von einer CCD Zeile gebildet, welche eine Linearanordnung von mehreren photoempfindlichen CCD Ele­ menten aufweist. Alternativ kann der ortsauflösende Detektor von einer CMOS-Zeile oder dergleichen gebildet sein.

Zur Distanzbestimmung wird in der Auswerteeinheit 14 vorzugsweise der Flä­ chenschwerpunkt des Lichtflecks der Empfangslichtstrahlen 10 auf der CCD Zeile als Maß für den Auftreffpunkt der Empfangslichtstrahlen 10 herangezo­ gen. Prinzipiell kann auch die Lage des Intensitätsmaximums auf der CCD Zeile ausgewertet werden.

Erfindungsgemäß sind die Strahldurchmesser der ersten und zweiten Sende­ lichtstrahlen 2, 4 derart an die Strukturen der Oberflächen der zu vermessenden Objekte 8 so angepasst, dass die Distanzmessung nicht oder geringfügig durch die Oberflächenstrukturen der Objekte 8 beeinflusst wird, so dass der diesbe­ zügliche Distanzmessfehler entsprechend gering ist.

Dabei ist der Strahldurchmesser der ersten Sendelichtstrahlen 2 größer als die Strukturbreiten der Strukturen an den Oberflächen der zu vermessenden Ob­ jekte 8. Demgegenüber ist der Strahldurchmesser der zweiten Sendelichtstrah­ len 4 in der Größenordnung der Strukturbreiten der zu vermessenden Objekte 8.

Die Fig. 2a und 2b zeigen die Größenordnungen der Strahldurchmesser im Vergleich zu einem Objekt 8, welches aus einer Mehrfachschichtung von Wellpappen gebildet ist.

In den Fig. 2a und 2b ist dabei die Draufsicht auf eine Seitenfläche einer derartigen Mehrfachschichtung von Wellpappen dargestellt. Die Wellpappe in einer Schicht weist eine periodische, wellige Struktur auf. Die einzelnen Well­ pappen sind durch Schichten von ebenen Pappen getrennt, wobei die Wellpap­ pe mit ihren Wellenkämmen und Wellentälern jeweils an der Unter- und Ober­ seite der ebenen Pappe aufliegt. Bei dieser Schichtstruktur sind zwischen den ebenen Pappen und der Wellpappe Zwischenräume vorhanden, die an der in den Fig. 2a und 2b dargestellten Seitenfläche ausmünden und senkrecht zu der Zeichenebene verlaufen.

In Fig. 2a ist der Strahldurchmesser 2" des Lichtflecks der ersten Sendelicht­ strahlen 2 auf der Seitenfläche der Mehrfachschichtung dargestellt. In Fig. 2b ist der Strahldurchmesser 4" des Lichtflecks der zweiten Sendelichtstrahlen 4 auf der Seitenfläche der Mehrfachschichtung dargestellt.

Der Strahldurchmesser 4" der zweiten Sendelichtstrahlen 4 ist kleiner als die Zwischenräume zwischen einer Wellpappe und einer angrenzenden ebenen Pappe. Daher werden die zweiten Sendelichtstrahlen 4 nur dann von der Mehrfachschichtung zum Empfänger 11 zurückreflektiert, wenn diese auf den Rand der Wellpappe oder einer ebenen Pappe auftreffen. Treffen die zweiten Sende­ lichtstrahlen 4 dagegen auf einen der Zwischenräume, so gelangen diese nicht mehr zurück zum Empfänger 11, so dass eine Distanzmessung nicht mehr möglich ist.

Demgegenüber ist der Strahldurchmesser 2" der ersten Sendelichtstrahlen 2 größer als die Zwischenräume und insbesondere auch größer als die Höhe einer Schicht der Mehrfachschichtung. Damit ist gewährleistet, dass in jedem Fall ein Teil der ersten Sendelichtstrahlen 2 auf den Rand der Wellpappe oder den Rand der angrenzenden ebenen Pappe trifft und zurück zum Empfänger 11 re­ flektiert wird. Damit ist mit den ersten Sendelichtstrahlen 2 unabhängig von deren Auftreffpunkt auf der Mehrfachschichtung eine hinreichend genaue Dis­ tanzmessung gewährleistet.

Demzufolge eignen sich zur Distanzbestimmung von derartigen Objekten 8 die ersten Sendelichtstrahlen 2 besser als die zweiten Sendelichtstrahlen 4.

Dagegen werden mit den zweiten Sendelichtstrahlen 4 besonders auch dann exakte Distanzmesswert erhalten, wenn auf der Oberfläche eines Objekts 8 Hell-Dunkel-Übergänge vorhanden sind.

Dies ist in den Fig. 3a und 3b veranschaulicht. Dort ist schematisch die Oberfläche eines Objektes 8 dargestellt, welches beispielsweise von einem be­ druckten Papierbogen gebildet ist. Aufgrund dieser Bedruckung weist dieses Objekt 8 einen Hell-Dunkel-Übergang zwischen einer dunklen und einer hellen Fläche auf.

Aufgrund der Größe des Strahldurchmessers der ersten Sendelichtstrahlen 2 sind diese wie aus Fig. 3a ersichtlich nicht auf den Bereich des Hell-Dunkel- Übergangs konzentriert. Vielmehr erstreckt sich die Verteilung 2' der ersten Sendelichtstrahlen 2 auch auf weite Bereiche der hellen und dunklen Flächen des Objekts 8.

In Fig. 3a ist neben der Verteilung 2' der Strahlungsintensität der auf die Objektoberfläche auftreffenden ersten Sendelichtstrahlen 2 auch die Verteilung 10' der Strahlungsintensität der von der Objektoberfläche zurückreflektierten, auf den Empfänger 11 auftreffenden Empfangslichtstrahlen 10 dargestellt.

Dabei trifft das Zentrum der Sendelichtstrahlen 2 exakt auf den Hell-Dunkel- Übergang zwischen der hellen und dunklen Fläche. Entsprechend der Sende­ charakteristik des ersten Senders 3 und der Ausbildung der Sendeoptik 7 weist die Verteilung 2' der ersten Sendelichtstrahlen 2 einem symmetrisch zum Hell- Dunkel-Übergang gaußförmigen Verlauf auf.

Der auf die helle Fläche auftreffende Teil der Sendelichtstrahlen 2, 4 wird er­ heblich stärker zum Empfänger 11 zurückreflektiert als der auf die dunkle Flä­ che auftreffende Teil der Sendelichtstrahlen 2, 4. Dementsprechend wird für die Verteilung 10' der zurückreflektierten Empfangslichtstrahlen 10 nicht mehr ein symmetrischer gaußförmiger Verlauf erhalten sondern die in Fig. 3a dar­ gestellte asymmetrische Verteilung 10'.

Demzufolge verschiebt sich der Flächenschwerpunkt der Verteilung 10' der Empfangslichtstrahlen 10 auf dem Empfänger 11 um einen Wert Δ X₁ gegen­ über einer Verteilung 10' die bei der Vermessung eines homogenen hellen oder dunklen Objektes 8 erhalten worden wäre.

Die aufgrund dieses vorgenannten Fehlers erhaltene Verschiebung Δ X₁ des Flächenschwerpunkts auf dem Empfänger 11 führt zu einem entsprechenden Distanzmessfehler.

Fig. 3b zeigt die Verhältnisse bei der Vermessung desselben Hell-Dunkel- Übergangs mit den zweiten Sendelichtstrahlen 4 des zweiten Senders 5. Auch in diesem Fall ist die Verteilung 4' der auftreffenden Sendelichtstrahlen 4 im wesentlichen gaußförmig und symmetrisch zum Hell-Dunkel-Übergang. Die Verteilung 10' der Empfangslichtstrahlen 10 ist durch den Kontrast der hellen und dunklen Fläche in gleicher Weise wie bei dem in Fig. 3a dargestellten Fall asymmetrisch ausgebildet, so dass sich eine Verschiebung des Flächen­ schwerpunkts der Empfangslichtverteilung um den Betrag Δ X₂ ergibt. Da je­ doch der Strahldurchmesser der zweiten Sendelichtstrahlen 4 erheblich kleiner als jener der ersten Sendelichtstrahlen 2 ist, ist die Verteilung 4' der zweiten Sendelichtstrahlen 4 im Bereich des Hell-Dunkel-Übergangs konzentriert. So­ mit ergibt sich ein im Vergleich zu Δ X₁ erheblich kleinerer Messfehler Δ X₂.

In den Fig. 4a-4d sind verschiedene Formen des Sendebetriebs der bei­ den Sender 3, 5 dargestellt. Die Sender 3, 5 werden von der Auswerteeinheit 14 angesteuert, welche den Sendebetrieb in geeigneter Weise vorgibt. Die Pegel der ersten Sendelichtstrahlen 2 sind in den Zeitdiagrammen gemäß den Fig. 4a-4d mit a gekennzeichnet, während die Pegel der zweiten Sendelicht­ strahlen 4 mit b gekennzeichnet sind.

Bei dem in Fig. 4a dargestellten Ausführungsbeispiel senden beide Sender 3, 5 Sendelichtstrahlen 2, 4 in Form von Dauerlicht aus. Die Amplituden der ers­ ten und zweiten Sendelichtstrahlen 4 sind dabei etwa gleich groß.

Bei dieser Art des Sendebetriebs treffen die von den ersten und zweiten Sen­ dern 3, 5 emittierten Sendelichtstrahlen 2, 4 gleichzeitig auf den Empfänger 11. Somit ergibt sich bei der Distanzmessung eine Mittelung der für die ersten und zweiten Sendelichtstrahlen 2, 4 erhaltenen Distanzwerte und damit verbunde­ nen Distanzmessfehler. Vorteilhaft hierbei ist, dass die Distanzmessfehler, die hierbei erhalten werden im Vergleich zu einem Distanzsensor 1, der nur erste oder zweite Sendelichtstrahlen 2, 4 emittiert, etwa halbiert werden. Dies gilt insbesondere für das in den Fig. 3a und 3b dargestellte Anwendungsbei­ spiel.

Für das in den Fig. 2a und 2b dargestellte Ausführungsbeispiel werden in jedem Fall hinreichend genaue Messwerte erhalten, da mit den ersten Sende­ lichtstrahlen 2 eine genaue Distanzbestimmung möglich ist.

Bei dem in Fig. 4b dargestellten Ausführungsfall wird der erste Sender 3 im Dauerlichtbetrieb betrieben, während der zweite Sender S periodisch Folgen von Sendelichtimpulsen emittiert.

Umgekehrt wird bei dem in Fig. 4c dargestellten Ausführungsbeispiel der zweite Sender 5 im Dauerlichtbetrieb betrieben, während der erste Sender 3 periodisch Folgen von Sendelichtimpulsen emittiert.

Zweckmäßigerweise können mit den im Pulsbetrieb betriebenen Sendern 3, 5 Kontrollmessungen durchgeführt werden, mit welchen Informationen über die Oberflächenbeschaffenheit von Objekten 8 oder deren Veränderungen erhalten werden. In Abhängigkeit davon können Warnmeldungen ausgegeben werden, wenn eine hinreichend genaue Distanzmessung in dieser Betriebsart nicht mehr möglich ist. Alternativ kann in Abhängigkeit der Kontrollmessungen der im Dauerbetrieb betriebene Sender 3, 5 für eine vorgegebene Zeit abgeschaltet werden, um die Messgenauigkeit zu erhöhen.

Weiterhin können in der Auswerteinheit in Abhängigkeit der auf den Empfän­ ger 11 während des Sendebetriebs und/oder der Sendepausen des im Pulsbe­ trieb betriebenen Senders 3, 5 auftreffenden Empfangslichtmenge zur Distanz­ messung die Empfangssignale herangezogen werden, die während der Sende­ pausen und/oder während des Sendebetriebs des im Pulsbetrieb betriebenen Senders 3, 5 erhalten werden.

Bei der in Fig. 4d dargestellten Betriebsart emittieren die beiden Sender 3, 5 eine alternierende periodische Folge von Sendelichtimpulsen. Damit werden die unterschiedlich strukturierten Objektoberflächen abwechselnd mit beiden Sendern 3, 5 vermessen, wodurch detaillierte Aussagen über die Oberflächen­ beschaffenheiten möglich sind. Weichen beispielsweise die Lagen der Flächen­ schwerpunkte der Empfangslichtstrahlen 10 für die Messungen mit den unter­ schiedlichen Sendern 3, 5 stark voneinander ab, so liegt mit großer Wahr­ scheinlichkeit die Ursache hierfür darin, dass die ersten und zweiten Sende­ lichtstrahlen 2, 4 auf einen Hell-Dunkel-Übergang der Objektoberfläche tref­ fen. Zweckmäßigerweise werden in derartigen Fällen nur die bei aktiviertem zweitem Sender 5 erhaltenen Messwerte zur Distanzbestimmung herangezo­ gen.

Wird andererseits nur bei aktivem ersten Sender 3 nicht jedoch bei aktivem zweiten Sender 5 eine hinreichend große Empfangslichtmenge zur Durchfüh­ rung der Distanzmessung erhalten, wie dies bei dem Anwendungsbeispiel ge­ mäß Fig. 2 der Fall sein kann, so werden zweckmäßigerweise nur die bei ak­ tiviertem ersten Sender 3 erhaltenen Messwerte zur Distanzbestimmung heran­ gezogen.

Allgemein werden in Abhängigkeit der auf den Empfänger 11 während des Sendebetriebs des ersten und/oder zweiten Senders 3, 5 auf den Empfänger 11 auftreffenden Empfangslichtmenge zur Distanzmessung die während des Sen­ debetriebs des ersten und/oder zweiten Senders 3, 5 registrierten Empfangssig­ nale am Ausgang des Empfängers 11 herangezogen.

Dabei wird zweckmäßigerweise die auf den Empfänger 11 auftreffende Emp­ fangslichtmenge, in Abhängigkeit derer die bei Aktivierung eines Senders 3, 5 oder beider Sender 3, 5 erhaltenen Empfangssignale zur Distanzbestimmung herangezogen werden, über einen vorgegebene Zeitraum erfasst und gegebe­ nenfalls gemittelt.

Bezugszeichenliste

1

Distanzsensor

2

erste Sendelichtstrahlen

2

' Verteilung

2

" Strahldurchmesser

3

erste Sender

4

zweite Sendelichtstrahlen

4

' Verteilung

4

" Strahldurchmesser

5

zweite Sender

6

Strahlteilerspiegel

7

Sendeoptik

8

Objekt

9

Gehäuse

10

Empfangslichtstrahlen

10

' Verteilung

11

Empfänger

12

Empfangsoptik

13

Filter

14

Auswerteeinheit

Claims (19)

1. Distanzsensor mit einem erste Sendelichtstrahlen emittierenden ersten Sender, mit in einem in Abstand zu diesem angeordneten als ortsauflö­ sender Detektor ausgebildeten Empfänger, auf welchem die von einem Objekt reflektierten, in einem Triangulationswinkel zu den Sendelicht­ strahlen verlaufenden Empfangslichtstrahlen geführt sind, und mit einer Auswerteeinheit, in welcher aus der Lage des Lichtflecks der Emp­ fangslichtstrahlen auf dem ortsauflösenden Detektor die Distanz des Objektes ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Sen­ der (5) vorgesehen ist, wobei die von diesem emittierten zweiten Sen­ delichtstrahlen (4) koaxial zu den ersten Sendelichtstrahlen (2) verlau­ fen, und dass die ersten und zweiten Sendelichtstrahlen (2, 4) unter­ schiedliche Strahldurchmesser aufweisen.

2. Distanzsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ortsauflösende Detektor von einer CCD Zeile gebildet ist.

3. Distanzsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Er­ mittlung der Distanz eines Objekts (8) der Flächenschwerpunkt des Lichtflecks der Empfangslichtstrahlen (10) auf der CCD Zeile ermittelt wird.

4. Distanzsensor nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeich­ net, dass die von den Sendern (3, 5) emittierten Sendelichtstrahlen (2, 4) über einen Strahlteilerspiegel (6) auf eine gemeinsame Sendeoptik (7) geführt sind.

5. Distanzsensor nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeich­ net, dass der erste Sender (3) von einer Leuchtdiode gebildet ist.

6. Distanzsensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Sender (5) von einer Laserdiode gebildet ist.

7. Distanzsensor nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Strahldurchmesser der ersten Sendelichtstrahlen (2) größer als die Strukturbreiten von Strukturen auf der Oberfläche des Objektes (8) ist.

8. Distanzsensor nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeich­ net, dass der Strahldurchmesser der zweiten Sendelichtstrahlen (4) in der Größenordnung der Strukturbreiten von Strukturen auf der Oberflä­ che des Objektes (8) liegt.

9. Distanzsensor nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeich­ net, dass die Sender (3, 5) Sendelichtstrahlen (2, 4) gleicher Wellenlän­ ge emittieren.

10. Distanzsensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sen­ der (3, 5) Sendelichtstrahlen (2, 4) im sichtbaren, vorzugsweise roten Wellenlängenbereich emittieren.

11. Distanzsensor nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeich­ net, dass dem Empfänger (11) ein optisches Filter (13) und eine Emp­ fangsoptik (12) vorgeordnet sind.

12. Distanzsensor nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeich­ net, dass die vom ersten und zweiten Sender (3, S) emittierten ersten und zweiten Sendelichtstrahlen (2, 4) als Dauerlicht emittiert werden.

13. Distanzsensor nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeich­ net, dass der erste oder zweite Sender (3, 5) erste oder zweite Sende­ lichtstrahlen (2, 4) als Dauerlicht emittiert, und dass der jeweils andere Sender (3, 5) Sendelichtstrahlen (2, 4) in Form von Sendelichtimpulsen emittiert.

14. Distanzsensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendelichtimpulse periodisch mit einer vorgegebenen Pulsfolgefre­ quenz emittiert werden.

15. Distanzsensor nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekenn­ zeichnet, dass in Abhängigkeit der auf den Empfänger (11) auftreffen­ den Empfangslichtmenge zur Distanzbestimmung die während der Sen­ depausen und/oder während des Sendebetriebs des Sendelichtimpulse emittierenden Senders (3, 5) registrierten Empfangssignale am Ausgang des Empfängers (11) herangezogen werden.

16. Distanzsensor nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekenn­ zeichnet, dass mit dem Sendelichtimpulse emittierenden ersten oder zweiten Sender (3, 5) eine Kontrollmessung durchgeführt wird, mit welcher eine Änderung der Objektoberfläche feststellbar ist.

17. Distanzsensor nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeich­ net, dass der erste und zweite Sender (3, 5) alternierend periodische Folgen von ersten und zweiten Sendelichtimpulsen aussenden.

18. Distanzsensor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass in Ab­ hängigkeit der auf den Empfänger (11) während des Sendebetriebs des ersten und/oder zweiten Senders (3, 5) auf den Empfänger (11) auftref­ fenden Empfangslichtmenge zur Distanzbestimmung die während des Sendebetriebs des ersten und/oder zweiten Senders (3, 5) registrierten Empfangssignale am Ausgang des Empfängers (11) herangezogen wer­ den.

19. Distanzsensor nach Anspruch 15-18, dadurch gekennzeichnet, dass die auf den Empfänger (11) auftreffende Empfangslichtmenge, in Abhän­ gigkeit derer die bei Aktivierung eines Senders (3, 5) oder beider Sen­ der (3, 5) erhaltenen Empfangssignale zur Distanzbestimmung herange­ zogen werden, über einen vorgegebenen Zeitraum erfasst wird.