DE102020208129A1

DE102020208129A1 - Method for adjusting a transmitting unit relative to a receiving unit

Info

Publication number: DE102020208129A1
Application number: DE102020208129.8A
Authority: DE
Inventors: Julian Hauss; Alexander Greiner; Thomas Baluktsian
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-06-30
Filing date: 2020-06-30
Publication date: 2021-12-30
Also published as: WO2022002680A1

Abstract

Offenbart ist ein Verfahren zum Justieren einer Sendeeinheit relativ zu einer Empfangseinheit einer LIDAR-Vorrichtung, wobei die Sendeeinheit räumlich von der Empfangseinheit beabstandet ist, wobei eine LIDAR-Vorrichtung in einer Justageanordnung vor mindestens einer Detektorkamera der Justageanordnung positioniert wird, mindestens eine Bildaufnahme von erzeugten Strahlen der Sendeeinheit und mindestens eine Bildaufnahme von einem Detektor der Empfangseinheit durch mindestens eine relativ zur LIDAR-Vorrichtung in Vertikalrichtung und/oder Horizontalrichtung bewegliche Detektorkamera oder durch mindestens zwei relativ zur LIDAR-Vorrichtung unbewegliche Detektorkameras erstellt werden, die Bildaufnahmen zu einem Justagebild kombiniert werden und mindestens ein Justageparameter anhand des Justagebilds ermittelt wird, eine Senderichtung der Sendeeinheit und/oder eine Empfangsrichtung der Empfangseinheit basierend auf dem ermittelten Justageparameter aufeinander ausgerichtet werden. Des Weiteren ist eine Justageanordnung offenbart.A method for adjusting a transmitter unit relative to a receiver unit of a LIDAR device is disclosed, the transmitter unit being spatially spaced from the receiver unit, a LIDAR device being positioned in an adjustment arrangement in front of at least one detector camera of the adjustment arrangement, at least one image recording of generated beams of the transmitter unit and at least one image recorded by a detector of the receiver unit by at least one detector camera that is movable relative to the LIDAR device in the vertical and/or horizontal direction or by at least two detector cameras that are immovable relative to the LIDAR device, the image recordings are combined to form an adjustment image and at least an adjustment parameter is determined using the adjustment image, a transmission direction of the transmission unit and/or a reception direction of the receiving unit are aligned with one another based on the determined adjustment parameter. Furthermore, an adjustment arrangement is disclosed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Justieren einer Sendeeinheit relativ zu einer Empfangseinheit einer LIDAR-Vorrichtung, bei welcher die Sendeeinheit räumlich von der Empfangseinheit beabstandet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Justageanordnung.The invention relates to a method for adjusting a transmitter unit relative to a receiver unit of a LIDAR device, in which the transmitter unit is spatially spaced from the receiver unit. The invention also relates to an adjustment arrangement.

Stand der TechnikState of the art

LIDAR (Light Detection And Ranging)-Vorrichtungen basieren auf dem Funktionsprinzip der Laufzeitmessungen. Dabei werden Strahlen durch eine Sendeeinheit der LIDAR-Vorrichtung ausgesendet und an Objekten bzw. Oberflächen im Abtastbereich reflektiert. Die aus dem Abtastbereich reflektierten Strahlen werden anschließend durch eine Empfangseinheit der LIDAR-Vorrichtung empfangen und eine Laufzeit ermittelt. Anhand der Laufzeit kann anschließend die Entfernung zwischen der LIDAR-Vorrichtung und dem Objekt im Abtastbereich berechnet werden.LIDAR (Light Detection And Ranging) devices are based on the principle of travel time measurements. In this case, rays are emitted by a transmission unit of the LIDAR device and reflected on objects or surfaces in the scanning area. The beams reflected from the scanning area are then received by a receiving unit of the LIDAR device and a transit time is determined. The distance between the LIDAR device and the object in the scanning area can then be calculated on the basis of the transit time.

Bei LIDAR-Vorrichtungen mit räumlich getrennten Sendeeinheiten und Empfangseinheiten ist eine Justierung hinsichtlich ihrer Ausrichtungen bzw. ihres Blickfeldes notwendig, um eine optimale Leistungsfähigkeit der LIDAR-Vorrichtung zu erzielen. Translatorische Toleranzen der Empfangseinheit zur Sendeeinheit sind hierbei weniger relevant und müssen nicht durch Justage korrigiert werden.In the case of LIDAR devices with spatially separated transmitting units and receiving units, an adjustment with regard to their alignments or their field of view is necessary in order to achieve optimal performance of the LIDAR device. Translational tolerances of the receiving unit to the transmitting unit are less relevant here and do not have to be corrected by adjustment.

Es sind Verfahren zum Justieren der Sendeeinheit gegenüber der Empfangseinheit der LIDAR-Vorrichtung bekannt, bei welchen eine stationäre Detektorkamera eingesetzt wird. Die Detektorkamera zeichnet dabei gleichzeitig erzeugte Strahlen der Sendeeinheit und den Detektor der Empfangseinheit auf. Basierend auf den Positionen der aufgezeichneten Strahlen und des Detektors kann eine Justierung der Sendeeinheit gegenüber der Empfangseinheit der LIDAR-Vorrichtung erfolgen. Eine derartige Detektorkamera muss jedoch eine große Eintrittspupille aufweisen und ist auf LIDAR-Vorrichtungen mit geringen Abtastwinkeln beschränkt.Methods are known for adjusting the transmitting unit with respect to the receiving unit of the LIDAR device, in which a stationary detector camera is used. The detector camera records beams generated by the transmitting unit and the detector of the receiving unit at the same time. Based on the positions of the recorded beams and the detector, the transmitter unit can be adjusted relative to the receiver unit of the LIDAR device. However, such a detector camera must have a large entrance pupil and is limited to LIDAR devices with small scanning angles.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, ein Verfahren zum Justieren von Sendeeinheiten gegenüber Empfangseinheiten von LIDAR-Vorrichtungen mit beliebigen Abtastwinkeln vorzuschlagen.The object on which the invention is based can be seen in proposing a method for adjusting transmitting units with respect to receiving units of LIDAR devices with any desired scanning angles.

Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.This object is achieved by means of the respective subject matter of the independent claims. Advantageous refinements of the invention are the subject matter of the respective dependent subclaims.

Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Justieren einer Sendeeinheit relativ zu einer Empfangseinheit einer LIDAR-Vorrichtung bereitgestellt. Bevorzugterweise ist die Sendeeinheit räumlich von der Empfangseinheit beabstandet angeordnet.According to one aspect of the invention, a method for adjusting a transmitting unit relative to a receiving unit of a LIDAR device is provided. The transmitting unit is preferably arranged at a spatial distance from the receiving unit.

In einem Schritt wird die LIDAR-Vorrichtung in einer Justageanordnung vor mindestens einer Detektorkamera der Justageanordnung positioniert. Anschließend werden mindestens eine Bildaufnahme von erzeugten Strahlen der Sendeeinheit und mindestens eine Bildaufnahme von einem Detektor der Empfangseinheit durch mindestens eine relativ zur LIDAR-Vorrichtung in Vertikalrichtung und/oder Horizontalrichtung bewegliche Detektorkamera oder durch mindestens zwei relativ zur LIDAR-Vorrichtung unbewegliche Detektorkameras erstellt.In one step, the LIDAR device is positioned in an adjustment arrangement in front of at least one detector camera of the adjustment arrangement. Subsequently, at least one image recording of generated beams of the transmitting unit and at least one image recording of a detector of the receiving unit are created by at least one detector camera that is movable relative to the LIDAR device in the vertical direction and / or horizontal direction or by at least two detector cameras that are immovable relative to the LIDAR device.

Die Bildaufnahmen werden zu einem Justagebild kombiniert. Mindestens ein Justageparameter wird anhand des Justagebilds ermittelt. Basierend auf dem erstellten Justagebild können Abweichungen, welche durch fehlerhafte Ausrichtungen der Sendeeinheit und der Empfangseinheit resultieren festgestellt werden. Der mindestens eine Justageparameter kann die durch die fehlerhafte Ausrichtung resultierende Abweichung abbilden und als Korrekturterm bei der Justierung berücksichtigt werden.The image recordings are combined to form an adjustment image. At least one adjustment parameter is determined on the basis of the adjustment image. Based on the created adjustment image, deviations resulting from incorrect alignments of the transmitting unit and the receiving unit can be determined. The at least one adjustment parameter can map the deviation resulting from the incorrect alignment and can be taken into account as a correction term in the adjustment.

Anschließend werden eine Senderichtung der Sendeeinheit und/oder eine Empfangsrichtung der Empfangseinheit basierend auf dem ermittelten Justageparameter aufeinander ausgerichtet. Die Korrektur bzw. Justierung entsprechend dem Justageparameter kann beispielsweise durch ein Schwenken oder Bewegen der Sendeeinheit und/oder der Empfangseinheit erfolgen.A transmission direction of the transmitting unit and / or a receiving direction of the receiving unit are then aligned with one another based on the determined adjustment parameters. The correction or adjustment in accordance with the adjustment parameter can be carried out, for example, by pivoting or moving the transmitting unit and / or the receiving unit.

Durch das Verfahren kann das Bereitstellen einer Detektorkamera mit einer großen Eintrittspupille zum gleichzeitigen Aufzeichnen der Senderichtung und der Empfangsrichtung entfallen. Eine bewegliche Detektorkamera muss dagegen nur den Sendepfad bzw. in seiner zweiten Position den Empfangspfad abdecken können. Die Eintrittspupille kann somit kleiner gewählt werden, wodurch die Detektorkamera und die Justageanordnung kosteneffizienter und technisch weniger aufwändig ausgestaltet sein können.The method eliminates the need to provide a detector camera with a large entrance pupil for simultaneous recording of the transmission direction and the reception direction. A movable detector camera, on the other hand, only needs to be able to cover the transmission path or, in its second position, the reception path. The entrance pupil can thus be selected to be smaller, as a result of which the detector camera and the adjustment arrangement can be designed to be more cost-effective and technically less complex.

Das Messprinzip, auf welchem das Verfahren beruht, ist robust gegenüber translatorischen Fehlern ausgeführt. Wird die Detektorkamera zu weit verschoben, so ändert sich, in definierten Grenzen, lediglich eine Helligkeit der auf dem Detektor der Detektorkamera dargestellten Linie oder des abgebildeten Detektors der Empfangseinheit auf dem Detektor der Detektorkamera. Es handelt sich hierbei um eine Vignettierung, die sich auf die Justage-Genauigkeit der Ausrichtung der Empfangseinheit zur Sendeeinheit nicht auswirkt.The measuring principle on which the method is based is designed to be robust against translational errors. If the detector camera is shifted too far, only the brightness of the line shown on the detector of the detector camera or of the detector of the receiving unit shown on the detector of the detector camera changes within defined limits. This is a vignetting that affects the adjustment accuracy the alignment of the receiver unit to the sender unit does not have any effect.

Es können Verschiebewege der Detektorkamera im Bereich von einigen Millimetern bis zu einigen Zentimetern mittels hochgenauer Verschiebeeinheiten technisch einfach realisiert werden. Dabei wird durch die Verschiebung der mindestens einen Detektorkamera keine signifikante Winkeländerung des Messsystems bzw. der Justageanordnung relativ zur LIDAR-Vorrichtung hervorgerufen.Displacement paths of the detector camera in the range from a few millimeters to a few centimeters can be implemented in a technically simple manner by means of highly precise displacement units. In this case, the displacement of the at least one detector camera does not cause any significant change in the angle of the measuring system or the adjustment arrangement relative to the LIDAR device.

Die Sende- und Empfangseinheiten können übereinander oder nebeneinander angeordnet sein. Durch das Verfahren können beliebige LIDAR-Vorrichtungen mit räumlich getrennten Sendeeinheiten und Empfangseinheiten justiert oder geeicht werden. Dabei kann die Sendeeinheit eine oder mehrere Strahlenquellen, wie beispielsweise Laser oder LEDs, aufweisen. Die Empfangseinheit kann einen oder mehrere Detektoren bzw. Detektorarrays aufweisen. Insbesondere kann das Verfahren auch trotz Empfangsoptiken, Sendeoptiken und Schutzverglasung der LIDAR-Vorrichtung eingesetzt werden.The transmitting and receiving units can be arranged one above the other or next to one another. Using the method, any LIDAR devices with spatially separated transmitting units and receiving units can be adjusted or calibrated. The transmission unit can have one or more radiation sources, such as lasers or LEDs. The receiving unit can have one or more detectors or detector arrays. In particular, the method can also be used despite receiving optics, transmitting optics and protective glazing of the LIDAR device.

Durch die beweglich angeordnete Detektorkamera oder durch mehrere parallel zueinander angeordnete Detektorkameras können beliebige Abtastwinkel der LIDAR-Vorrichtung bei der Justierung berücksichtigt werden.Any scanning angles of the LIDAR device can be taken into account during the adjustment by the movably arranged detector camera or by several detector cameras arranged parallel to one another.

Bei einer Ausführungsform werden die Bildaufnahme der erzeugten Strahlen der Sendeeinheit und die Bildaufnahme des Detektors der Empfangseinheit zeitlich nacheinander durch eine Detektorkamera erstellt, wobei die Detektorkamera und/oder die LIDAR-Vorrichtung durch eine Verschiebeeinheit der Justageanordnung linear in Vertikalrichtung und/oder in Horizontalrichtung zueinander verschoben werden. Hierdurch kann eine technisch besonders einfache und kosteneffizient ausgestaltete Justageanordnung bereitgestellt werden. Die mindestens eine Detektorkamera kann hierbei durch eine oder mehrere Bildaufnahmen einen Querschnitt der erzeugten Strahlen erstellen und den Detektor der Empfangseinheit abbilden, um eine Senderichtung und eine Empfangsrichtung zu bestimmen.In one embodiment, the image recording of the generated beams of the transmitting unit and the image recording of the detector of the receiving unit are created one after the other by a detector camera, the detector camera and / or the LIDAR device being displaced linearly to one another in the vertical direction and / or in the horizontal direction by a displacement unit of the adjustment arrangement will. In this way, a technically particularly simple and cost-efficient adjustment arrangement can be provided. The at least one detector camera can use one or more image recordings to create a cross section of the generated beams and image the detector of the receiving unit in order to determine a transmission direction and a reception direction.

Nach einer weiteren Ausführungsform werden die Bildaufnahme der erzeugten Strahlen der Sendeeinheit und die Bildaufnahme des ausgeleuchteten Detektors der Empfangseinheit durch mindestens zwei in Vertikalrichtung und/oder Horizontalrichtung nebeneinander angeordnete Detektorkameras eines Kamerasystems erstellt. Erfordert die Justage der Empfangseinheit zur Sendeeinheit das Vorhandensein eines Deckglases oder eines Deckglasauschnittes, beispielsweise weil sich im finalen Verbauzustand auch ein Deckglas im optischen Strahlengang der LIDAR-Vorrichtung befindet, so erhöht dies den Mindestabstand der eingesetzten Detektorkamera zur LIDAR-Vorrichtung und somit die Eintrittspupille des Kameraobjektivs. Des Weiteren kann ein externes Beleuchten des Detektors der Empfangseinheit ebenfalls einen vergrößerten Abstand zwischen der LIDAR-Vorrichtung und der Detektorkamera erfordern. Das Verfahren kann in einem derartigen Fall eine bewegliche Detektorkamera verwenden oder ein Kamerasystem aus mehreren nebeneinander angeordneten Detektorkameras.According to a further embodiment, the image recording of the generated beams of the transmitting unit and the image recording of the illuminated detector of the receiving unit are created by at least two detector cameras of a camera system arranged next to one another in the vertical direction and / or horizontal direction. If the adjustment of the receiving unit to the transmitting unit requires the presence of a cover glass or a cover glass cutout, for example because a cover glass is also in the optical beam path of the LIDAR device in the final installation state, this increases the minimum distance between the detector camera used and the LIDAR device and thus the entrance pupil of the Camera lens. Furthermore, external illumination of the detector of the receiving unit can also require an increased distance between the LIDAR device and the detector camera. In such a case, the method can use a movable detector camera or a camera system made up of several detector cameras arranged next to one another.

Bei einer Justierung einer LIDAR-Vorrichtung mit einem großen vertikalen Abtastwinkel, wie beispielsweise größer als 45°, kann der Einsatz eines Kamerasystems vorteilhaft sein, um eine beschleunigte Justierung zu ermöglichen. Das Kamerasystem kann hierbei stationär und/oder beweglich ausgestaltet sein.When adjusting a LIDAR device with a large vertical scanning angle, for example greater than 45 °, the use of a camera system can be advantageous in order to enable an accelerated adjustment. The camera system can be designed to be stationary and / or movable.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die mindestens zwei Detektorkameras des Kamerasystems und/oder die LIDAR-Vorrichtung durch die Verschiebeeinheit der Justageanordnung linear zueinander verschoben. Hierdurch kann das Ermitteln von Empfangsrichtungen und Senderichtungen realisiert werden. Dabei kann das Aufzeichnen und nachträgliche Zusammenfügen mehrerer Bilder pro Detektorkamera entfallen.According to a further exemplary embodiment, the at least two detector cameras of the camera system and / or the LIDAR device are linearly displaced with respect to one another by the displacement unit of the adjustment arrangement. In this way, the determination of reception directions and transmission directions can be realized. The recording and subsequent merging of several images per detector camera can be dispensed with.

Analog zu einer beweglichen Detektorkamera, welche in Horizontalrichtung und/oder in Vertikalrichtung durch mindestens eine Verschiebeeinheit bewegbar ist, kann auch das Kamerasystem mit mehreren Detektorkameras in Horizontalrichtung und/oder in Vertikalrichtung durch mindestens eine Verschiebeeinheit bewegbar sein.Analogous to a movable detector camera, which can be moved in the horizontal direction and / or in the vertical direction by at least one displacement unit, the camera system with several detector cameras can also be movable in the horizontal direction and / or in the vertical direction by at least one displacement unit.

Eine Auswerteeinheit der Justageanordnung kann beispielsweise zum Steuern der Bewegung der mindestens einen Detektorkamera und/oder des Kamerasystems in Horizontalrichtung und/oder in Vertikalrichtung eingerichtet sein.An evaluation unit of the adjustment arrangement can be set up, for example, to control the movement of the at least one detector camera and / or the camera system in the horizontal direction and / or in the vertical direction.

Nach einer weiteren Ausführungsform werden durch die Detektorkameras des Kamerasystems räumlich und/oder zeitlich beabstandete Abschnitte eines Abtastbereichs der LIDAR-Vorrichtung in Form von mehreren Teil-Bildaufnahmen aufgezeichnet und zu mindestens einer Bildaufnahme kombiniert. Jede Detektorkamera des Kamerasystems kann somit einen Abschnitt des Abtastbereichs aufzeichnen. Anschließend können die Messdaten der Detektorkameras zu einer Bildaufnahme kombiniert werden. Dies kann vorzugsweise zum Ermitteln der Empfangsrichtung und zum Ermitteln der Senderichtung erfolgen.According to a further embodiment, the detector cameras of the camera system record spatially and / or temporally spaced sections of a scanning area of the LIDAR device in the form of several partial image recordings and combine them to form at least one image record. Each detector camera of the camera system can thus record a section of the scanning area. The measurement data from the detector cameras can then be combined to form an image. This can preferably be done to determine the direction of reception and to determine the direction of transmission.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die Bildaufnahme der erzeugten Strahlen der Sendeeinheit und die Bildaufnahme des ausgeleuchteten Detektors der Empfangseinheit zeitgleich durch mindestens zwei nebeneinander angeordnete Detektorkameras erstellt.According to a further exemplary embodiment, the image recording of the generated beams of the transmission unit and the image recording of the Illuminated detector of the receiving unit created at the same time by at least two adjacent detector cameras.

Die Detektorkameras können hierbei derart nebeneinander angeordnet sein, dass ihre Detektoren auf einer gemeinsamen Ebene liegen, wodurch mehrere Abschnitte des Abtastbereichs durch Teil-Bildaufnahmen abgebildet werden können.The detector cameras can be arranged next to one another in such a way that their detectors lie on a common plane, as a result of which several sections of the scanning area can be imaged by partial image recordings.

Nach einer weiteren Ausführungsform wird der Detektor der Empfangseinheit zum Erstellen einer Bildaufnahme des Detektors durch eine Belichtungseinheit beleuchtet. Hierdurch kann eine besonders präzise Bildaufnahme des Detektors und eine anschließende Ermittlung der Empfangsrichtung realisiert werden.According to a further embodiment, the detector of the receiving unit is illuminated by an exposure unit in order to create an image recording of the detector. In this way, a particularly precise image recording of the detector and a subsequent determination of the receiving direction can be realized.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird bei einer anhand des Justagebilds festgestellten Abweichung zwischen einer Position des Detektors und einer Position der erzeugten Strahlen die Sendeeinheit relativ zu der Empfangseinheit durch ein derartiges Anpassen der Senderichtung der Sendeeinheit und/oder der Empfangsrichtung der Empfangseinheit justiert, dass in einem resultierenden Justagebild die Position des Detektors deckungsgleich mit der Position der erzeugten Strahlen ist. Hierdurch kann eine präzise Ausrichtung der Senderichtung und der Empfangsrichtung durchgeführt werden. Vorzugsweise kann sich die Position des Detektors deckungsgleich mit der Position der erzeugten Strahlen bei einer Unendlich-Fokussierung der mindestens einen Detektorkamera überlagern, um eine optimale Justierung aufzuweisen.According to a further exemplary embodiment, if there is a discrepancy between a position of the detector and a position of the generated beams determined using the adjustment image, the transmitting unit is adjusted relative to the receiving unit by adapting the transmitting direction of the transmitting unit and / or the receiving direction of the receiving unit in such a way that a resulting Adjustment image the position of the detector is congruent with the position of the generated beams. In this way, a precise alignment of the transmission direction and the reception direction can be carried out. The position of the detector can preferably be superimposed congruently with the position of the generated beams in the case of infinite focusing of the at least one detector camera in order to have an optimal adjustment.

Nach einer weiteren Ausführungsform wird der mindestens eine Justageparameter als eine Winkelabweichung aus der anhand des Justagebilds festgestellten Abweichung zwischen einer Position des Detektors und einer Position der erzeugten Strahlen ermittelt. Hierdurch kann ein Bedarf an einer Korrektur der Ausrichtung der Empfangseinheit gegenüber der Sendeeinheit ermittelt werden. Der Bedarf an einer Korrektur kann vorzugsweise in Form der Winkelabweichung zwischen der Empfangseinheit und der Sendeeinheit ermittelt und bei einer anschließenden Justage als Bewegungs- und/oder Schwenkungsweg der Sendeeinheit und/oder Empfangseinheit verwendet werden, um einen optimalen Betrieb der LIDAR-Vorrichtung zu ermöglichen.According to a further embodiment, the at least one adjustment parameter is determined as an angular deviation from the deviation between a position of the detector and a position of the generated beams, which is determined on the basis of the adjustment image. In this way, a need for a correction of the alignment of the receiving unit with respect to the transmitting unit can be determined. The need for a correction can preferably be determined in the form of the angular deviation between the receiving unit and the transmitting unit and used in a subsequent adjustment as a movement and / or pivoting path of the transmitting unit and / or receiving unit in order to enable optimal operation of the LIDAR device.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Justageanordnung zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellt. Die Justageanordnung weist eine Aufnahme zum Aufnehmen einer LIDAR-Vorrichtung auf. Des Weiteren weist die Justageanordnung mindestens eine Detektorkamera und mindestens eine Verschiebeeinheit zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen der Aufnahme der LIDAR-Vorrichtung und der mindestens einen Detektorkamera auf.According to a further aspect of the invention, an adjustment arrangement for carrying out a method according to the invention is provided. The adjustment arrangement has a receptacle for receiving a LIDAR device. Furthermore, the adjustment arrangement has at least one detector camera and at least one displacement unit for generating a relative movement between the receptacle of the LIDAR device and the at least one detector camera.

Die Justageanordnung kann beispielsweise eine separate Station nach einer Fertigung der LIDAR-Vorrichtung sein oder an eine Montagelinie angeschlossen sein.The adjustment arrangement can, for example, be a separate station after the LIDAR device has been manufactured, or it can be connected to an assembly line.

Dabei können die in die Aufnahme eingesetzte LIDAR-Vorrichtung und/oder die mindestens eine Detektorkamera beweglich ausgestaltet sein. Die Relativbewegung zwischen der Detektorkamera und der LIDAR-Vorrichtung kann hierbei in Horizontalrichtung und/oder in Vertikalrichtung erfolgen.The LIDAR device inserted into the receptacle and / or the at least one detector camera can be designed to be movable. The relative movement between the detector camera and the LIDAR device can take place in the horizontal direction and / or in the vertical direction.

Durch die Justageanordnung kann eine technisch besonders einfache und robuste Justierung von LIDAR-Vorrichtungen realisiert werden. Dabei können die Empfangsrichtungen relativ zu Senderichtungen auch bei LIDAR-Vorrichtungen mit vergrößerten Abtastwinkeln aufeinander ausgerichtet werden.A technically particularly simple and robust adjustment of LIDAR devices can be implemented by means of the adjustment arrangement. In this case, the reception directions can be aligned with one another relative to the transmission directions even in the case of LIDAR devices with enlarged scanning angles.

Nach einer Ausführungsform ist die Detektorkamera mit einer Auswerteeinheit zum Empfangen und Auswerten von Bildaufnahmen datenleitend verbindbar. Hierdurch kann eine zentrale oder dezentrale Steuereinheit zum Empfangen und Auswerten der Bildaufnahmen der mindestens einen Detektorkamera umgesetzt werden. Die Auswerteeinheit kann darüber hinaus für die Ansteuerung der mindestens einen Verschiebeeinheit eingerichtet sein.According to one embodiment, the detector camera can be connected in a data-conducting manner to an evaluation unit for receiving and evaluating image recordings. In this way, a central or decentralized control unit can be implemented for receiving and evaluating the image recordings of the at least one detector camera. The evaluation unit can also be set up to control the at least one displacement unit.

Im Folgenden werden anhand von stark vereinfachten schematischen Darstellungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigen

1-2 schematische Darstellungen einer Justageanordnung mit einer LIDAR-Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform,
3 eine schematische Darstellung einer Justageanordnung mit einer LIDAR-Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform,
4-5 schematische Darstellungen einer Justageanordnung mit einer LIDAR-Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform und
6 ein Ablaufdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Justieren einer Sendeeinheit relativ zu einer Empfangseinheit einer LIDAR-Vorrichtung.

In the following, preferred exemplary embodiments of the invention are explained in more detail on the basis of greatly simplified schematic representations. Show here

1-2 schematic representations of an adjustment arrangement with a LIDAR device according to a first embodiment,
3 a schematic representation of an adjustment arrangement with a LIDAR device according to a second embodiment,
4-5 schematic representations of an adjustment arrangement with a LIDAR device according to a third embodiment and
6th a flowchart to illustrate a method for adjusting a transmitting unit relative to a receiving unit of a LIDAR device.

Die 1 und 2 zeigen schematische Darstellungen einer Justageanordnung 1 mit einer LIDAR-Vorrichtung 2 gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Justageanordnung 1 eine Aufnahme 4 zum Aufnehmen der LIDAR-Vorrichtung 1.the 1 and 2 show schematic representations of an adjustment arrangement 1 with a LIDAR device 2 according to a first embodiment. The adjustment arrangement 1 a recording 4th for holding the LIDAR device 1 .

Die Aufnahme 4 kann beispielsweise als ein stationärer oder beweglicher Tisch ausgestaltet sein. Alternativ kann die Aufnahme 4 als ein Förderband oder ein Förderbandabschnitt einer Montagelinie der LIDAR-Vorrichtung 1 ausgestaltet sein.The recording 4th can for example be designed as a stationary or movable table. Alternatively, the recording 4th as a conveyor belt or a conveyor belt section of an assembly line of the LIDAR device 1 be designed.

Des Weiteren weist die Justageanordnung 1 gemäß der dargestellten Ausführungsform eine Detektorkamera 6 auf. Die Detektorkamera 6 weist einen Kameradetektor 8 und eine Kameraoptik 10 auf. Vorzugsweise kann die Kameraoptik 10 der Detektorkamera 6 auf einen unendlichen Fokus eingestellt sein.Furthermore, the adjustment arrangement 1 according to the embodiment shown, a detector camera 6th on. The detector camera 6th has a camera detector 8th and camera optics 10 on. The camera optics can preferably 10 the detector camera 6th be set on an infinite focus.

Die von der Detektorkamera 6 ermittelten Bildaufnahmen B1, B2 können in elektronischer Form von einer Auswerteeinheit 12 empfangen und ausgewertet werden. Die Detektorkamera 6 kann durch eine Verschiebeeinheit 14 in Horizontalrichtung H und/oder in Vertikalrichtung V verschoben werden. Eine durch die Verschiebeeinheit 14 zurückgelegte Strecke kann ebenfalls durch die Auswerteeinheit 12 ermittelt bzw. ausgelesen werden.The one from the detector camera 6th determined image recordings B1 , B2 can in electronic form from an evaluation unit 12th can be received and evaluated. The detector camera 6th can by a sliding unit 14th be shifted in the horizontal direction H and / or in the vertical direction V. One through the sliding unit 14th The distance covered can also be checked by the evaluation unit 12th can be determined or read out.

Die LIDAR-Vorrichtung 2 weist eine Sendeeinheit 16 und eine Empfangseinheit 18 auf, welche beispielhaft in Vertikalrichtung V übereinander angeordnet sind. Die Sendeeinheit 16 und die Empfangseinheit 18 sind auf einem Rotor 20 angeordnet, wodurch ein Abtastbereich A mit einem horizontalen Abtastwinkel von bis zu 360° ermöglicht wird.The LIDAR device 2 has a transmitter unit 16 and a receiving unit 18th which are arranged one above the other in the vertical direction V, for example. The transmitter unit 16 and the receiving unit 18th are on a rotor 20th arranged, whereby a scanning area A with a horizontal scanning angle of up to 360 ° is made possible.

In der 1 ist die Justageanordnung 1 dargestellt, bei welcher die Detektorkamera 6 zum Messen einer Senderichtung der Sendeeinheit 16 positioniert ist. Die Detektorkamera 6 ist durch die Verschiebeeinheit 14 in einem Strahlengang von erzeugten Strahlen 17 der Sendeeinheit 16 angeordnet. Die vom Kameradetektor 8 aufgezeichnete Bildaufnahme B1 zeigt ebenfalls einen schematischen Querschnitt der erzeugten Strahlen 17.In the 1 is the adjustment arrangement 1 shown in which the detector camera 6th for measuring a transmission direction of the transmission unit 16 is positioned. The detector camera 6th is through the sliding unit 14th in a beam path of generated rays 17th the transmitter unit 16 arranged. The one from the camera detector 8th recorded image recording B1 also shows a schematic cross-section of the generated beams 17th .

Die 2 zeigt die in 1 dargestellte Justageanordnung 1, bei der die Detektorkamera 6 zum Messen einer Empfangsrichtung der Empfangseinheit 18 durch die Verschiebeeinheit 14 in Vertikalrichtung V verschoben wurde.the 2 shows the in 1 Adjustment arrangement shown 1 where the detector camera 6th for measuring a receiving direction of the receiving unit 18th through the shifting unit 14th was shifted in the vertical direction V.

Damit die Detektorkamera 6 eine Bildaufnahme B2 eines Detektors 19 der Empfangseinheit 18 erstellen kann, ist eine optionale externe Beleuchtung 22 bzw. Belichtungseinheit vorgesehen, welche über einen Strahlenteiler 24 den Detektor 19 der Empfangseinheit 18 ausleuchten kann. Die entsprechende Bildaufnahme B2 des Detektors 19 wird ebenfalls durch die Auswerteeinheit 12 empfangen und ausgewertet.So that the detector camera 6th an image capture B2 of a detector 19th the receiving unit 18th can create is an optional external lighting 22nd or exposure unit is provided, which has a beam splitter 24 the detector 19th the receiving unit 18th can illuminate. The corresponding image recording B2 of the detector 19th is also by the evaluation unit 12th received and evaluated.

Die Auswerteeinheit 12 kann basierend auf den aufgezeichneten Bildaufnahmen B1, B2 und der durch die Verschiebeeinheit 14 durchgeführten Verschiebung der Detektorkamera 6 die relative Ausrichtung der Empfangsrichtung und der Senderichtung der Empfangseinheit 18 und der Sendeeinheit 16 der LIDAR-Vorrichtung 2 ermitteln. Basierend auf diesen Informationen kann beispielsweise eine Justage der Empfangseinheit 18 und/oder der Sendeeinheit 16 in Vertikalrichtung V und/oder in Horizontalrichtung H erfolgen. Vorzugsweise kann ein vertikaler und/oder horizontaler Anstellwinkel W zwischen der Empfangseinheit 18 und der Sendeeinheit 16 justiert werden.The evaluation unit 12th can be based on the recorded image recordings B1 , B2 and that by the displacement unit 14th carried out displacement of the detector camera 6th the relative alignment of the receiving direction and the sending direction of the receiving unit 18th and the transmitter unit 16 the LIDAR device 2 detect. Based on this information, for example, an adjustment of the receiving unit 18th and / or the transmitter unit 16 take place in the vertical direction V and / or in the horizontal direction H. Preferably, there can be a vertical and / or horizontal angle of attack W between the receiving unit 18th and the transmitter unit 16 adjusted.

In der 3 ist eine schematische Darstellung einer Justageanordnung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform gezeigt. Dabei ist eine LIDAR-Vorrichtung 2 in der Aufnahme 4 positioniert. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel werden die Bildaufnahmen B1, B2 durch zwei in Vertikalrichtung V nebeneinander angeordnete Detektorkameras 6, 7 erstellt. Eine erste Detektorkamera 6 kann hierbei eine erste Bildaufnahme B1 der erzeugten Strahlen 17 und eine zweite Detektorkamera 7 kann eine zweite Bildaufnahme B2 des belichteten Detektors 19 aufzeichnen. Beide Detektorkameras 6, 7 sind mit der Auswerteeinheit 12 datenleitend verbunden. Hierdurch kann, je nach Ausgestaltung der LIDAR-Vorrichtung 2, eine schnelle Justage durchgeführt werden.In the 3 is a schematic representation of an adjustment arrangement 1 shown according to a second embodiment. There is a LIDAR device 2 in the recording 4th positioned. In contrast to the first exemplary embodiment, the image recordings B1 , B2 by two detector cameras arranged next to one another in the vertical direction V. 6th , 7th created. A first detector camera 6th can take a first image here B1 of the generated rays 17th and a second detector camera 7th can take a second picture B2 of the exposed detector 19th record. Both detector cameras 6th , 7th are with the evaluation unit 12th connected to conduct data. As a result, depending on the design of the LIDAR device 2 , a quick adjustment can be carried out.

In der 4 und 5 sind schematische Darstellungen einer Justageanordnung 1 gemäß einer dritten Ausführungsform gezeigt. In der Justageanordnung 1 ist eine LIDAR-Vorrichtung 1 eingesetzt, welche aufgrund eines vergrößerten Abtastbereichs A und einer Schutzscheibe 26 in einem größeren Abstand D zu der mindestens einen Detektorkamera 6 positioniert ist. Die erzeugten Strahlen 17 weisen mit zunehmendem Abstand D einen stetig wachsenden Querschnitt auf, wodurch der Querschnitt der erzeugten Strahlen 17 nicht mehr durch eine einzelne Detektorkamera 6 aufgezeichnet werden kann. Hierfür können mehrere in Vertikalrichtung V und/oder Horizontalrichtung H nebeneinander angeordnete Detektorkameras 6 eines Kamerasystems 28 eingesetzt werden.In the 4th and 5 are schematic representations of an adjustment arrangement 1 shown according to a third embodiment. In the adjustment arrangement 1 is a LIDAR device 1 used, which due to an enlarged scanning area A and a protective screen 26th at a greater distance D from the at least one detector camera 6th is positioned. The generated rays 17th have a steadily growing cross-section with increasing distance D, whereby the cross-section of the generated rays 17th no longer through a single detector camera 6th can be recorded. For this purpose, several detector cameras arranged next to one another in the vertical direction V and / or horizontal direction H can be used 6th a camera system 28 can be used.

Dabei können durch die mehreren Detektorkameras 6 des Kamerasystems 28 räumlich und/oder zeitlich beabstandet Abschnitte A1, A2, A3 des Abtastbereichs A der LIDAR-Vorrichtung 1, insbesondere des Querschnitts der erzeugten Strahlen 17, in Form von mehreren Teil-Bildaufnahmen aufgezeichnet und zu einer Bildaufnahme B1, B2 kombiniert werden. Die jeweiligen Teil-Bildaufnahmen können durch die Auswerteeinheit zu einer oder mehreren Bildaufnahmen B1, B2 zusammengefasst werden.The multiple detector cameras 6th of the camera system 28 spatially and / or temporally spaced sections A1 , A2 , A3 of the scanning area A of the lidar device 1 , in particular the cross-section of the generated beams 17th , recorded in the form of several partial image recordings and become one image recording B1 , B2 be combined. The evaluation unit can convert the respective partial image recordings into one or more image recordings B1 , B2 be summarized.

In der 4 ist das Erstellen einer ersten Bildaufnahme B1 der erzeugten Strahlen 17 der Sendeeinheit 16 veranschaulicht. In der 5 wird der Detektor 19 der Empfangseinheit 18 durch die Belichtungseinheit 22 belichtet und durch das Kamerasystem 28 aufgezeichnet.In the 4th is the creation of a first image recording B1 of the generated rays 17th the transmitter unit 16 illustrated. In the 5 becomes the detector 19th the receiving unit 18th through the imaging unit 22nd exposed and through the camera system 28 recorded.

Analog zum ersten Ausführungsbeispiel der Justageanordnung 1 wird das Kamerasystem 28 durch die Verschiebeeinheit 14 beispielhaft entlang der Vertikalrichtung V verschoben, um eine optimale Bildaufnahme B2 des Detektors 19 zu erlangen. Der Pfeil 30 veranschaulicht eine mögliche Verschieberichtung des Kamerasystems 28 durch die Verschiebeeinheit 14.Analogous to the first exemplary embodiment of the adjustment arrangement 1 becomes the camera system 28 through the shifting unit 14th shifted by way of example along the vertical direction V in order to achieve optimal image recording B2 of the detector 19th to get. The arrow 30th illustrates a possible shifting direction of the camera system 28 through the shifting unit 14th .

Die 6 zeigt ein Ablaufdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens 32 zum Justieren einer Sendeeinheit 16 relativ zu einer Empfangseinheit 18 einer LIDAR-Vorrichtung 2. Das Verfahren 32 kann beispielsweise durch die Justageanordnung 1 und die Auswerteeinheit 12 durchgeführt werden.the 6th shows a flow chart to illustrate a method 32 for adjusting a transmitter unit 16 relative to a receiving unit 18th a LIDAR device 2 . The procedure 32 can for example through the adjustment arrangement 1 and the evaluation unit 12th be performed.

In einem Schritt 34 wird eine LIDAR-Vorrichtung 2 in einer Justageanordnung 1 in Richtung mindestens einer Detektorkamera 6 der Justageanordnung 1 positioniert.In one step 34 becomes a LIDAR device 2 in an adjustment arrangement 1 towards at least one detector camera 6th the adjustment arrangement 1 positioned.

In einem weiteren Schritt 36 werden mindestens eine Bildaufnahme B1 von erzeugten Strahlen 17 der Sendeeinheit 16 und mindestens eine Bildaufnahme B2 von einem Detektor 19 der Empfangseinheit 18 aufgezeichnet. Die Bildaufnahmen B1, B2 können durch mindestens eine relativ zur LIDAR-Vorrichtung 2 bewegliche Detektorkamera 6 bzw. Kamerasystem 28 oder durch mindestens zwei relativ zur LIDAR-Vorrichtung 2 unbewegliche Detektorkameras 6, 7 erstellt werden.In a further step 36 are at least one image acquisition B1 of generated rays 17th the transmitter unit 16 and at least one image acquisition B2 from a detector 19th the receiving unit 18th recorded. The image recordings B1 , B2 can by at least one relative to the lidar device 2 movable detector camera 6th or camera system 28 or by at least two relative to the lidar device 2 immobile detector cameras 6th , 7th to be created.

Anschließend werden die Bildaufnahmen B1, B2 zu einem Justagebild BX kombiniert 38. In einem weiteren Schritt 40 wird mindestens ein Justageparameter anhand des Justagebilds BX ermittelt. Der Justageparameter kann beispielsweise ein Differenzwinkel dW entlang der Horizontalrichtung H und/oder Vertikalrichtung V sein, welcher eine Abweichung der Empfangsrichtung von der Senderichtung darstellt.Then the image recordings B1 , B2 combined to form an adjustment image BX 38. In a further step 40 at least one adjustment parameter is determined on the basis of the adjustment image BX. The adjustment parameter can be, for example, a difference angle dW along the horizontal direction H and / or vertical direction V, which represents a deviation of the reception direction from the transmission direction.

In einem weiteren Schritt 42 kann die Senderichtung der Sendeeinheit 16 und/oder eine Empfangsrichtung der Empfangseinheit 18 basierend auf dem ermittelten Justageparameter aufeinander angepasst ausgerichtet werden. Der finale Justierungsschritt 42 kann manuell oder automatisiert, beispielsweise durch einen Manipulator, durchgeführt werden.In a further step 42 can determine the direction of transmission of the transmitter unit 16 and / or a receiving direction of the receiving unit 18th based on the determined adjustment parameters are aligned adapted to one another. The final adjustment step 42 can be carried out manually or automatically, for example by a manipulator.

Im finalen Schritt 42 wird eine Bildaufnahme bei einer Unendlich-Fokussierung der Detektorkamera 6 im justierten Zustand der LIDAR-Vorrichtung 2 gezeigt, bei welcher der Querschnitt der erzeugten Strahlen 17 deckungsgleich mit dem Detektor 19 ist.In the final step 42 becomes an image recording with infinite focusing of the detector camera 6th in the adjusted state of the LIDAR device 2 shown at which the cross-section of the generated rays 17th congruent with the detector 19th is.

Claims

Method (32) for adjusting a transmitter unit (16) relative to a receiver unit (18) of a LIDAR device (2), the transmitter unit (16) being spatially spaced from the receiver unit (18), wherein - A LIDAR device (2) is positioned in an adjustment arrangement (1) in front of at least one detector camera (6) of the adjustment arrangement (1), - At least one image recording (B1) of generated beams (17) of the transmitting unit (16) and at least one image recording (B2) of a detector (19) of the receiving unit (18) by at least one relative to the LIDAR device (2) in the vertical direction ( V) and / or horizontal direction (H) movable detector cameras (6) or by at least two detector cameras (6, 7) which are immobile relative to the LIDAR device (2), - the image recordings (B1, B2) are combined to form an adjustment image (BX) and at least one adjustment parameter is determined on the basis of the adjustment image (BX), - a sending direction of the sending unit (16) and / or a receiving direction of the receiving unit (18) are aligned with one another based on the determined adjustment parameters.

Procedure according to Claim 1 , the image recording (B1) of the generated beams (17) of the transmitting unit (16) and the image recording (B2) of the detector (19) of the receiving unit (18) being created one after the other by a detector camera (6), the detector camera (6 ) and / or the LIDAR device (2) can be displaced linearly with respect to one another in the vertical direction (V) and / or in the horizontal direction (H) by a displacement unit (14) of the adjustment arrangement (1).

Procedure according to Claim 1 , wherein the image recording (B1) of the generated beams (17) of the transmitting unit (16) and the image recording (B2) of the detector (19) of the receiving unit (18) by at least two in the vertical direction (V) and / or horizontal direction (H) side by side arranged detector cameras (6) of a camera system (28) are created.

Procedure according to Claim 3 wherein the at least two detector cameras (6) of the camera system (28) and / or the LIDAR device (2) are linearly displaced relative to one another by the displacement unit (14) of the adjustment arrangement (1).

Procedure according to Claim 3 or 4th , wherein spatially and / or temporally spaced sections (A1, A2, A3) of a scanning area (A) of the LIDAR device (2) are recorded in the form of several partial image recordings and at least an image recording (B1, B2) can be combined.

Procedure according to Claim 1 , wherein the image recording (B1) of the generated beams (17) of the transmitting unit (16) and the image recording (B2) of the detector (19) of the receiving unit (18) are created simultaneously by at least two detector cameras (6, 7) arranged next to one another.

Method according to one of the Claims 1 until 6th wherein the detector (19) of the receiving unit (18) is illuminated by an exposure unit (22) in order to create an image recording (B2) of the detector (19).

Method according to one of the Claims 1 until 7th , with a deviation between a position of the detector (19) and a position of the generated beams (17) determined on the basis of the adjustment image (BX) the transmitting unit (16) relative to the receiving unit (18) by adapting the transmitting direction of the transmitting unit ( 16) and / or the receiving direction of the receiving unit (18) is adjusted so that the position of the detector (19) is congruent with the position of the generated beams (17) in a resulting adjustment image (JX).

Method according to one of the Claims 1 until 8th , wherein the at least one adjustment parameter is determined as an angular deviation (dW) from the deviation between a position of the detector (19) and a position of the generated beams (17) determined on the basis of the adjustment image (BX).

Adjustment arrangement (1) for performing a method (32) according to one of the preceding claims, having a receptacle (4) for receiving a LIDAR device (2), at least one detector camera (6) and having at least one displacement unit (14) for generating a Relative movement between the receptacle (4) and the at least one detector camera (6).

Adjustment arrangement according to Claim 10 , wherein the detector camera (6) can be connected in a data-conducting manner to an evaluation unit (12) for receiving and evaluating image recordings (B1, B2).