DE102010047984A1 - Umlenkspiegelanordnung für eine optische Messvorrichtung und korrespondierende optische Messvorrichtung - Google Patents

Umlenkspiegelanordnung für eine optische Messvorrichtung und korrespondierende optische Messvorrichtung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Umlenkspiegelanordnung (30) für eine optische Messvorrichtung mit mindestens einer Spiegeleinheit (31, 32), welche auf einer drehbaren Achse (34) angeordnet ist und mindestens einen Umlenkspiegel (31.1, 31.2, 32.1, 32.2) umfasst, und einer Antriebseinheit (33), welche die drehbare Achse (34) antreibt, sowie eine optische Messvorrichtung mit einer solchen Umlenkspiegelanordnung (30). Um eine Reduzierung des erforderlichen Bauraums zu ermöglichen, umfasst die mindestens eine Spiegeleinheit (31, 32) mindestens zwei Umlenkspiegel (31.1, 31.2, 32.1, 32.2), welche in einer gemeinsamen horizontalen Ebene radial beabstandet zur drehbaren Achse (34) angeordnet sind, wobei die Antriebseinheit (33) zumindest teilweise im Raum zwischen den beiden Umlenkspiegeln (31.1, 31.2) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Umlenkspiegelanordnung für eine optische Messvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art, und eine korrespondierende optische Messvorrichtung mit einer solchen Umlenkspiegelanordnung.
  • Aus dem Stand der Technik sind abtastende optische Messvorrichtungen, so genannte Laserscanner, für Fahrzeuge zur Erkennung von Objekten bzw. Hindernissen in einem Überwachungsbereich bekannt, welche die Entfernung zu im Überwachungsbereich erkannten Objekten bzw. Hindernissen nach dem Lichtimpulslaufzeitverfahren bestimmen.
  • In der Patentschrift DE 10 2005 055 572 B4 wird beispielsweise ein abtastender optischer Entfernungssensor beschrieben. Der beschriebene Entfernungssensor umfasst mindestens einen Laser als optischen Sender, mindestens einen Detektor als optischen Empfänger und eine Umlenkeinheit, welche mit einem ersten Spiegel eine erzeugte Laserstrahlung auf die zu vermessende Szene umlenkt, und mit einem zweiten Spiegel die von Objekten zurückgestreuten Laserimpulse auf den mindestens einen Detektor umlenkt. Hierbei sind der erste und zweite Spiegel auf einer gemeinsamen drehbaren Achse angeordnet, welche von einer Antriebseinheit angetrieben wird. Der erste Spiegel ist auf einer ersten Halterung angeordnet und der zweite Spiegel ist axial beabstandet zum ersten Spiegel an einer zweiten Halterung angeordnet, wobei die Antriebseinheit zwischen den beiden Halterungen angeordnet ist. Der mindestens eine Laser und der mindestens eine Detektor mit der zugehörigen Elektronik sind stehend angeordnet.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Umlenkspiegelanordnung für eine optische Messvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art, dahingehend weiterzuentwickeln, dass eine Reduzierung des erforderlichen Bauraums ermöglicht wird, sowie ein korrespondierende optische Messvorrichtung anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Umlenkspiegelanordnung für einen Laserscanner mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine optische Messvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Weitere die Ausführungsformen der Erfindung in vorteilhafter Weise ausgestaltende Merkmale enthalten die Unteransprüche.
  • Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht darin, dass durch die Anordnung der Antriebseinheit im Raum zwischen den beiden Umlenkspiegeln der erforderliche Bauraum für die Umlenkspiegelanordnung reduziert werden kann. So kann insbesondere die Bauhöhe der Umlenkspiegelanordnung reduziert werden.
  • Der Grundgedanke der Erfindung basiert auf der Ausführung einer Spiegeleinheit mit zwei in einer horizontalen Ebene beabstandet zueinander angeordneten Spiegeln, zwischen welchen dann die Antriebseinheit angeordnet wird. Des Weiteren kann die beidseitige Lagerung der Spiegeleinheit durch die Anordnung der Spiegel auf einer Trägerplatte bzw. einem Trägerkörper einfacher realisiert werden.
  • Eine erfindungsgemäße Umlenkspiegelanordnung für eine optische Messvorrichtung umfasst mindestens eine Spiegeleinheit, welche auf einer drehbaren Achse angeordnet ist und mindestens einen Umlenkspiegel umfasst, und eine Antriebseinheit, welche die drehbare Achse antreibt. Erfindungsgemäß umfasst die mindestens eine Spiegeleinheit mindestens zwei Umlenkspiegel, welche radial beabstandet zur drehbaren Achse angeordnet sind, wobei die Antriebseinheit zumindest teilweise im Raum zwischen den beiden Umlenkspiegeln angeordnet ist.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung sind die mindestens zwei Umlenkspiegel auf einer Trägerplatte angeordnet, wobei die Antriebseinheit in einem Durchbruch der Trägerplatte angeordnet ist. Dadurch kann die beidseitige Lagerung der Spiegeleinheit einfacher umgesetzt und die Abweichungen bei der Drehbewegung reduziert werden. Zur Vereinfachung der Anordnung der Antriebseinheit im Durchbruch der Trägerplatte, kann am Rand des Durchbruchs ein umlaufender Kragen ausgebildet werden.
  • Die mindestens eine Spiegeleinheit kann beispielsweise als Sendespiegeleinheit mit mindestens zwei Sendeumlenkspiegeln und/oder als Empfangsspiegeleinheit mit mindestens zwei Empfangsumlenkspiegeln ausgeführt werden.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung sind eine Sendespiegeleinheit mit zwei Sendeumlenkspiegeln, welche radial beabstandet auf der Trägerplatte mit Durchbruch angeordnet sind, und eine Empfangsspiegeleinheit mit zwei Empfangsumlenkspiegeln axial beabstandet zueinander auf der gemeinsamen drehbaren Achse angeordnet, wobei die Antriebseinheit im Raum zwischen den beiden Sendeumlenkspiegeln angeordnet ist. Die beiden Empfangsumlenkspiegel können radial beabstandet jeweils an einer Seite eines Trägerkörpers befestigt werden. Dadurch können die beidseitige Lagerung der Empfangsspiegeleinheit einfacher umgesetzt und die Abweichungen bei der Drehbewegung der Empfangsspiegeleinheit reduziert werden. Zur Erfassung eines aktuellen Drehwinkels kann zwischen der Sendespiegeleinheit und der Empfangsspiegeleinheit unterhalb der Trägerplatte eine Kodierscheibe angeordnet werden, welche zur Bestimmung des Drehwinkels der drehbaren Achse auswertet werden kann.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung ist die Antriebseinheit als Schrittmotor ausgeführt. Zudem kann die die drehbare Achse beidseitig gelagert werden, um Wankbewegungen und Abweichungen zu vermeiden.
  • Die erfindungsgemäße Umlenkspiegelanordnung kann vorzugsweise in einer optischen Messvorrichtung mit mindestens einem optischen Sender und mindestens einem optischen Empfänger eingesetzt werden.
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer zeichnerischen Darstellung näher erläutert.
  • In der Darstellung zeigt:
  • 1 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen optischen Messvorrichtung.
  • 2 eine perspektivische Detaildarstellung der optischen Messvorrichtung aus 1, ohne Gehäuse.
  • 3 eine perspektivische Detaildarstellung der optischen Messvorrichtung aus 1, ohne Antriebshalterung.
  • 4 eine perspektivische Detaildarstellung der optischen Messvorrichtung aus 1, ohne Sendereinheit und ohne Antriebseinheit.
  • 5 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Umlenkspiegelanordnung für die optische Messvorrichtung aus 1.
  • 6 eine weitere perspektivische Darstellung des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Umlenkspiegelanordnung gemäß 5 aus einem anderen Blickwinkel.
  • Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst eine optische Messvorrichtung 1 ein Gehäuse 2 mit einer Bodenplatte 5. Im Gehäuse sind ein Sendefenster 7, durch das beispielsweise gepulstes Laserlicht abgestrahlt wird, und ein Empfangsfenster 9 eingebracht, durch das von Objekten in einem Überwachungsbereich reflektiertes Laserlicht empfangen wird.
  • Wie aus 2 bis 4 ersichtlich ist, sind innerhalb des Gehäuses 3 eine Sendereinheit 10, eine Empfängereinheit 20 sowie eine Umlenkspiegelanordnung 30 angeordnet. Die Sendereinheit 10 umfasst eine Senderplatine 12, auf welcher beispielsweise ein als gepulster Laser ausgeführter optischer Sender 14 mit einer Sendeoptik 16 angeordnet ist. Die Senderplatine 12 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel und auf einem Schaltungsträger 18 montiert. Die Empfängereinheit 20 umfasst eine Empfängerplatine 22, auf welcher beispielsweise ein als Detektor ausgeführter optischer Empfänger 24 angeordnet ist, und eine Empfangsoptik 26, welche beispielsweise als Parabolspiegel ausgeführt ist.
  • Wie aus 2 bis 6 ersichtlich ist, umfasst die Umlenkspiegelanordnung 30 im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Sendespiegeleinheit 31 mit zwei Sendeumlenkspiegeln 31.1, 31.2, welche in einer gemeinsamen horizontalen Ebene radial beabstandet auf einer Trägerplatte 35 angeordnet sind, und eine Empfangsspiegeleinheit 32 mit zwei Empfangsumlenkspiegeln 32.1, 32.2, welche radial beabstandet jeweils an einer Seite eines Trägerkörpers 38 befestigt sind. Wie aus 2 bis 6 weiter ersichtlich ist, sind die Sendespiegeleinheit 31 und die Empfangsspiegeleinheit 32 axial beabstandet zueinander auf einer gemeinsamen drehbaren Achse 34 angeordnet.
  • Erfindungsgemäß ist eine Antriebseinheit 33, welche die drehbare Achse 34 antreibt, im Wesentlichen im Raum zwischen den beiden Sendeumlenkspiegeln 31.1, 31.2 angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Antriebseinheit 33, in einem Durchbruch 35.1 der Trägerplatte 35 angeordnet. Am Rand des Durchbruchs 35.1 der Trägerplatte 35 ist ein Kragen ausgebildet, um die Aufnahme der Antriebseinheit 33 zu erleichtern. Die Antriebseinheit 33 wird von einer als Deckel ausgeführten Halterung 36 gehalten. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Antriebseinheit 33 als Schrittmotor ausgeführt. Alternativ können auch noch andere dem Fachmann bekannte geeignete Motoren und Antriebe für den Antrieb der drehbaren Achse 34 eingesetzt werden.
  • Zwischen der Sendespiegeleinheit 31 und der Empfangsspiegeleinheit 32 ist unterhalb der Trägerplatte 35 eine Kodierscheibe 37 angeordnet, welche zur Bestimmung des Drehwinkels der drehbaren Achse 34 ausgewertet wird. Zur Auswertung der Kodierscheibe 37 können entsprechende Aufnehmer bzw. Sensoren auf dem Schaltungsträger 18 angeordnet werden. Des Weiteren ist die drehbare Achse 34 beidseitig gelagert. Am oberen Ende ist die drehbare Achse 34 in der Antriebseinheit 33 und am unteren Ende in einem in die Bodenplatte 5 einbringbaren Lager 39 gelagert.
  • Somit ergibt sich für die optische Messvorrichtung nachfolgend beschriebene Funktionsweise. Der feststehende optische Sender 14 erzeugt gepulste Laserstrahlen, welche über die drehbewegliche Sendespiegeleinheit 31 umgelenkt und durch das Sendefenster 7 in den zu überwachenden Bereich abgestrahlt werden. Über das Empfangsfenster 9 werden gepulste Laserstrahlen empfangen, die in Reaktion auf die ausgesendeten gepulsten Laserstrahlen von Objekte bzw. Hindernissen reflektiert werden, welche im Überwachungsbereich angeordnet sind. Die empfangenen Laserstrahlen werden über die Empfangsspiegeleinheit 32 umgelenkt und von der feststehenden Empfangsoptik 26 zum feststehenden optischen Empfänger 24 geleitet. Das Ausgangssignal des optischen Empfängers 14 wird zur Ermittlung der Laufzeit der Laserstrahlen ausgewertet, um die Entfernung zu einem erkannten Objekt im Überwachungsbereich zu ermitteln.
  • Der Grundgedanke der Erfindung kann auch bei einer nicht dargestellten Umlenkspiegelanordnung angewendet werden, welche eine Sendespiegeleinheit und eine Empfangsspiegeleinheit aufweist, welche nicht auf einer gemeinsamen Drehachse angeordnet sind, sondern jeweils eine eigene Antriebseinheit aufweisen. Bei einer solchen Ausführungsform wird die Antriebseinheit für die Sendespiegeleinheit, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel, im Wesentlichen im Raum zwischen den zwei Sendeumlenkspiegeln angeordnet, welche in einer gemeinsamen horizontalen Ebene radial beabstandet zur drehbaren Achse angeordnet sind. Des Weiteren wird die Antriebseinheit für die Empfangsspiegeleinheit im Wesentlichen im Raum zwischen den zwei Empfangsumlenkspiegeln angeordnet, welche in einer gemeinsamen horizontalen Ebene radial beabstandet zur drehbaren Achse angeordnet sind.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102005055572 B4 [0003]

Claims (10)

  1. Umlenkspiegelanordnung für eine optische Messvorrichtung mit mindestens einer Spiegeleinheit (31, 32), welche auf einer drehbaren Achse (34), angeordnet ist und mindestens einen Umlenkspiegel (31.1, 31.2, 32.1, 32.2) umfasst, und einer Antriebseinheit (33), welche die drehbare Achse (34) antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Spiegeleinheit (31, 32) mindestens zwei Umlenkspiegel (31.1, 31.2, 32.1, 32.2) umfasst, welche in einer gemeinsamen horizontalen Ebene radial beabstandet zur drehbaren Achse (34) angeordnet sind, wobei die Antriebseinheit (33) zumindest teilweise im Raum zwischen den beiden Umlenkspiegeln (31.1, 31.2, 32.1, 32.2) angeordnet ist.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Umlenkspiegel (31.1, 31.2, 32.1, 32.2) auf einer Trägerplatte (35) angeordnet sind, wobei die Antriebseinheit (33) in einem Durchbruch (35.1) der Trägerplatte (35) angeordnet ist.
  3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Rand des Durchbruchs (35.1) der Trägerplatte (35) ein Kragen ausgebildet ist.
  4. Anordnung nach einem. der vorherigen Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Spiegeleinheit als Sendespiegeleinheit (31) mit mindestens zwei Sendeumlenkspiegeln (31.1, 31.2) und/oder als Empfangsspiegeleinheit (32) mit mindestens zwei Empfangsumlenkspiegeln (32.1, 32.2) ausgeführt ist.
  5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sendespiegeleinheit (31) mit zwei Sendeumlenkspiegeln (31.1, 31.2), welche radial beabstandet auf der Trägerplatte (35) mit Durchbruch (35.1) angeordnet sind, und eine Empfangsspiegeleinheit (32) mit zwei Empfangsumlenkspiegeln (32.1, 32.2) axial beabstandet zueinander auf der gemeinsamen drehbaren Achse (34) angeordnet sind, wobei die Antriebseinheit (33) im Raum zwischen den beiden Sendeumlenkspiegeln (31.1, 31.2) angeordnet ist.
  6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsumlenkspiegel (32.1, 32.2) radial beabstandet jeweils an einer Seite eines Trägerkörpers (38) befestigt sind.
  7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Sendespiegeleinheit (31) und der Empfangsspiegeleinheit (32) unterhalb der Trägerplatte (35) eine Kodierscheibe (37) angeordnet ist, welche zur Bestimmung des Drehwinkels der drehbaren Achse (34) auswertbar ist.
  8. Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (33) als Schrittmotor ausgeführt ist.
  9. Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass die drehbare Achse (34) beidseitig gelagert ist.
  10. Optische Messvorrichtung mit mindestens einem optischen Sender (14), mindestens einem optischen Empfänger (24) und einer Umlenkspiegelanordnung (30) mit mindestens einer Spiegeleinheit (31, 32), welche auf einer drehbaren Achse (34) angeordnet ist und mindestens einen Umlenkspiegel (31.1, 31.2, 32.1, 32.2) umfasst, und einer Antriebseinheit (33), welche die drehbare Achse (34) antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkspiegelanordnung (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgeführt ist.
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