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Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Erfassungseinrichtung,
insbesondere einen Laserscanner, mit wenigstens einem Sender zur
Aussendung bevorzugt gepulster elektromagnetischer Strahlung, zumindest
einem dem Sender zugeordneten Empfänger und wenigstens einer Ablenkeinrichtung,
mit der von dem Sender ausgesandte Strahlung in einen Überwachungsbereich
und aus dem Überwachungsbereich
reflektierte Strahlung auf den Empfänger lenkbar ist.
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Derartige Erfassungseinrichtungen
sind grundsätzlich
bekannt und werden beispielsweise an Fahrzeugen angebracht, um während der
Fahrt die Umgebung des Fahrzeugs zu erfassen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine
optoelektronische Erfassungseinrichtung der eingangs genannten Art
zu schaffen, bei der die Justage der optischen Komponenten auf möglichst
einfache und zuverlässige
Weise mit einer hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt
erfindungsgemäß durch
die Merkmale des Anspruchs 1 und insbesondere dadurch, dass eine
zentrale Tragstruktur vorgesehen ist, mit der eine dem Sender und
dem Empfänger
zugeordnete Sende- und Empfangsoptik fest verbunden ist, dass an
der Tragstruktur Halterungen für
den Sender und den Empfänger angebracht
sind, über
die der Sender und der Empfänger
an der Tragstruktur jeweils in einer Sollausrichtung bezüglich der
Sende- und Empfangsoptik fixierbar sind, und dass zum Einstellen
der Sollausrichtungen die Halterungen zur Durchführung von Justierbewegungen
des Senders und des Empfängers
relativ zur Sende- und Empfangsoptik ausgebildet sind.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Justage des Senders
und des Empfängers
bezüglich
einer zentralen Tragstruktur der im Folgenden auch einfach als Scanner
bezeichneten Erfassungseinrichtung, wobei die Sende- und Empfangsoptik
fest mit der Tragstruktur verbunden ist. Ebenfalls an der zentralen Tragstruktur
angebracht sind Halterungen für
den Sender und den Empfänger,
die Justierbewegungen des Senders und des Empfängers ermöglichen. Durch Bewegen des
Senders und des Empfängers relativ
zu der zentralen Tragstruktur werden der Sender und der Empfänger automatisch
bezüglich
der fest mit der Tragstruktur verbundenen Sende- und Empfangsoptik
verstellt.
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Die Verwendung einer zentralen Tragstruktur des
Scanners, mit der zum einen die Sende- und Empfangsoptik fest verbunden
ist und an der gleichzeitig zur Durchführung von Justierbewegungen
ausgebildete Halterungen für
den Sender. und den Empfänger
angebracht sind, ermöglicht
eine besonders einfach und zuverlässig durchführbare Justage des Senders
und des Empfängers
in Bezug auf die Sende- und Empfangsoptik, wodurch Sender und Empfänger schnell
und einfach in die richtige Relativlage zueinander gebracht werden
können.
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Die Lösung der der Erfindung zugrunde
liegenden Aufgabe erfolgt außerdem
durch die Merkmale des unabhängigen
Verfahrensanspruchs und insbesondere dadurch, dass bei dem Verfahren
der Sender und der Emp fänger
zum Einstellen einer Sollausrichtung bezüglich einer Sende- und Empfangsoptik
jeweils relativ zu einer zentralen Tragstruktur, mit der die Sende-
und Empfangsoptik fest verbunden ist, bewegt und in der eingestellten
Sollausrichtung an der Tragstruktur fixiert werden.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen,
der Beschreibung sowie der Zeichnung angegeben.
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So ist vorzugsweise vorgesehen, dass
der Sender und der Empfänger
in zueinander orthogonalen Justierrichtungen relativ zur Tragstruktur
bewegbar sind, wobei in einer ersten Justierrichtung der Sender
und der Empfänger
jeweils durch Bewegen der Halterung relativ zur Tragstruktur und
in einer zweiten, zur ersten Justierrichtung orthogonalen Justierrichtung
der Sender und der Empfänger
jeweils durch Bewegen relativ zur Halterung verstellbar sind. Es
wird hier also in der ersten Richtung die Halterung relativ zur
Tragstruktur und in der zweiten Richtung der Sender bzw. der Empfänger relativ
zu seiner Halterung bewegt.
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Dabei ist es bevorzugt, wenn jede
in einer der Justierrichtungen erfolgende Justierbewegung entweder
nur durch Bewegen der Halterung oder nur durch Bewegen des Senders
bzw. Empfängers durchführbar ist.
Mit anderen Worten bedeutet dies, dass beispielsweise in einer Richtung,
in welcher der Sender bzw. Empfänger
relativ zur Halterung bewegbar ist, die Halterung bezüglich dieser
Richtung fest mit der Tragstruktur verbunden und in dieser Richtung
folglich nicht relativ zur Tragstruktur bewegbar ist. Entsprechend
bedeutet dies, dass in einer Richtung, in welcher die Halterung
relativ zur Tragstruktur bewegt werden kann, der Sender bzw. Emp fänger bezüglich dieser
Richtung fest mit der Halterung verbunden ist, d.h. in dieser Richtung
nicht relativ zur Halterung bewegt werden kann.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten
Ausführungsbeispiel
ist vorgesehen, dass die Tragstruktur einen plattenförmigen,
mit der Sende- und Empfangsoptik fest verbundenen Optikabschnitt
umfasst und die Halterungen für
den Sender und den Empfänger
auf der gleichen Seite des plattenförmigen Optikabschnitts angebracht
sind.
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Die Justierbewegungen des Senders und/oder
des Empfängers
umfassen vorzugsweise sowohl translatorische Bewegungen als auch
Drehbewegungen, wobei die translatorischen Bewegungen längs einer
zu einer Drehachse der Ablenkeinrichtung parallelen Justierachse
sowie senkrecht zur Justierachse erfolgen, während die Drehbewegungen um
die Justierachse vorgenommen werden. Dabei ist es bevorzugt, wenn
die Justierachse senkrecht zu einer die Sende- und Empfangsoptik
enthaltenden Optikebene verläuft.
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Des Weiteren ist es bevorzugt, wenn
die Tragstruktur einen sich parallel zu einer Drehachse der Ablenkeinrichtung
erstreckenden, von einem plattenförmigen Optikabschnitt der Tragstruktur
abstehenden Tragabschnitt umfasst, wobei der Empfänger und
dessen Halterung stirnseitig im Bereich des freien Endes des Tragabschnitts
und der Sender und dessen Halterung seitlich des Tragabschnitts
angeordnet sind. Dabei ist es bevorzugt, wenn die Halterung für den Empfänger am
Tragabschnitt angebracht ist, während
die Halterung für
den Sender seitlich des Tragabschnitts an dem plattenförmigen Optikabschnitt
der Tragstruktur angebracht ist.
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Vorzugsweise handelt es sich bei
dem Tragabschnitt um einen Strahlungsausbreitungsschacht für von der
Ablenkeinrichtung auf den Empfänger
gelenkte Strahlung.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind mehrere, insbesondere genau zwei, Sender sowie
ein gemeinsamer Empfänger
für die
Sender vorgesehen, wobei jedem Sender eine Sendeoptik und dem Empfänger eine
Empfangsoptik zugeordnet ist, und wobei die jeweils von einem Sender
und einer Sendeoptik gebildeten Sendekanäle symmetrisch auf gegenüberliegenden
Seiten des von dem Empfänger
und der Empfangsoptik gebildeten Empfangskanals sowie gleich weit
von einer mittig durch den Empfangskanal hindurch verlaufenden Drehachse
der Ablenkeinrichtung entfernt angeordnet sind.
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Zum Fixieren der eingestellten Sollausrichtung
des Senders und/oder des Empfängers
ist vorzugsweise eine Klemmverbindung vorgesehen, die insbesondere
wenigstens eine Klemmschraube umfasst.
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In einer weiteren bevorzugten praktischen Ausgestaltung
der Erfindung ist der Sender zur Aussendung einer lang gestreckten
Strahlungsfront ausgebildet, wobei vorzugsweise die Strahlungsfront
ein durchgehender Strahlungsstrich ist oder von diskreten, entlang
einer Linie angeordneten Strahlungsflecken gebildet ist und der
Empfänger
an die lang gestreckte Form der von dem Sender ausgesandten Strahlungsfront
angepasst ist und insbesondere eine etwa streifenförmige Grundform
aufweist, wobei der Sender und der Empfänger durch die Verstellbewegungen
derart ausrichtbar sind, dass die die aus dem Überwachungsbereich reflektierte
lang ge streckte Strahlungsfront mit einem entsprechend lang gestreckt
ausgebildeten aktiven Empfangsabschnitt des Empfänger zur Deckung gebracht ist.
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Vorzugsweise umfasst der Sender als
Strahlungsquelle wenigstens eine Laserdiode, die zur Aussendung
einer strich- oder linienförmigen
Strahlungsfront ausgebildet ist.
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Der Empfänger ist vorzugsweise in eine Mehrzahl
von unabhängig
voneinander auswertbaren Empfangsbereichen unterteilt, die bevorzugt
jeweils eine oder mehrere Fotodioden umfassen, wobei die Empfangsbereiche
ein- oder mehrzeilig
angeordnet sind.
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Des Weiteren wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
dass der Sender in Form eines Kreiszylinders vorgesehen und in einer
entsprechend geformten Justieraufnahme einer mit der Tragstruktur
verbundenen Halterung längs
einer Justierachse verschiebbar und um die Justierachse verdrehbar
angeordnet ist, wobei die Halterung zusammen mit dem Sender in einer
Ebene senkrecht zur Justierachse relativ zur Tragstruktur verstellbar
ist, und wobei vorzugsweise die Justierachse parallel zu einer Drehachse
der Ablenkeinrichtung verläuft.
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Die Ausgestaltung des Senders als
Kreiszylinder ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Strahlung
als Lichtstrich, d.h. mit einer strich- oder linienförmigen Strahlungsfront,
ausgesandt wird, da die Orientierung des Lichtstriches relativ zu
einem entsprechend lang gestreckten aktiven Empfangsbereich des
Empfängers
einfach durch Verdrehen des Senders in der Halterung eingestellt
werden kann.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung weist die Halterung des Empfängers wenigstens ein bevorzugt
stiftförmiges Halteelement
auf, das in einer Justieraufnahme der Tragstruktur verschiebbar
angeordnet ist, vorzugsweise parallel zu einer Drehachse der Ablenkeinrichtung.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist gemäß einer
bevorzugten Ausführung
vorgesehen, dass der Sender und der Empfänger jeweils relativ zu einer
an der Tragstruktur angebrachten Halterung bewegt werden, die ihrerseits
relativ zur Tragstruktur bewegt wird.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass eine
Justierbewegung des Senders und des Empfängers relativ zur jeweiligen
Halterung einerseits und eine Justierbewegung der Halterung relativ
zur Tragstruktur andererseits in zueinander orthogonalen Justierrichtungen
durchgeführt
werden.
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Was die Justageabfolge anbetrifft,
so ist gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
vorzugsweise vorgesehen, dass zunächst der Empfänger bezüglich der
Sende- und Empfangsoptik und anschließend der Sender bezüglich des
Empfängers
ausgerichtet wird.
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Vorzugsweise wird der Empfänger ausschließlich mittels
translatorischer Justierbewegungen ausgerichtet, die parallel und
senkrecht zu einer Drehachse der Ablenkeinrichtung verlaufen. Ferner ist
es bevorzugt, wenn der Sender sowohl mittels translatorischer Justierbewegungen
parallel und senkrecht zu einer Drehachse der Ablenkeinrichtung als
auch mittels einer Drehbewegung um eine zur Drehachse der Ablenkeinrichtung
parallele Justierachse ausgerichtet wird.
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter
Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
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1 in
einer Seitenansicht schematisch den Aufbau eines Laserscanners gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung,
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2 schematisch
in einer perspektivischen Ansicht eine zentrale Tragstruktur eines
erfindungsgemäßen Laserscanners,
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3 eine
erfindungsgemäße Möglichkeit zur
Anbringung von Halterungen für
zwei Sender und einen Empfänger
an einer zentralen Tragstruktur eines erfindungsgemäßen Laserscanners,
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4 eine
erfindungsgemäße Möglichkeit zur
Durchführung
von Justierbewegungen eines Senders relativ zu einer zentralen Tragstruktur
eines erfindungsgemäßen Laserscanners,
und
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5 eine
schematische Darstellung zur Erläuterung
von Justierbewegungen der Sender und des Empfängers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung.
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Die als Laserscanner ausgebildete
erfindungsgemäße optoelektronische
Erfassungseinrichtung ist gemäß 1 in Modulbauweise ausgeführt. Der
Scanner umfasst ein oberes Ablenkmodul 23 mit einer einen
geneigt ange ordneten Spiegel 47 umfassenden Ablenkeinrichtung 17,
mit einer als flacher Elektromotor ausgebildeten Antriebseinheit 21 zum Drehen
des Spiegels 47 um eine Drehachse 49 sowie mit
einer Winkelmesseinrichtung zur Bestimmung der Winkelstellung des
Spiegels 47, die einen feststehenden Reader 53 und
eine Encoderscheibe 51 umfasst, die an einer sich während des
Scanbetriebs drehenden Antriebswelle 71 der Ablenkeinrichtung 17 befestigt
ist.
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Die Komponenten des Ablenkmoduls 23 sind durch
ein Gehäuse 37 vor äußeren Einflüssen geschützt. Das
Gehäuse 37 umfasst
eine Abdeckkappe 41 sowie einen selbsttragenden, auch als
Dom bezeichneten weiteren Gehäuseabschnitt 45,
an welchem die Abdeckkappe 41 abnehmbar angebracht ist
und über
den das Ablenkmodul 23 an eine zentrale Tragstruktur 31 eines
Sensormoduls 29 des erfindungsgemäßen Laserscanners gekoppelt
ist, wobei in diesem Ausführungsbeispiel
die Kopplung durch Verschrauben des Gehäuseabschnitts 45 mit
der Tragstruktur 31 erfolgt.
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Die den Ablenkspiegel 47 und
die Winkelmesseinrichtung 51, 53 tragende Antriebseinheit 21 ist
an dem Gehäuseabschnitt 45 abgestützt und
somit über
den Gehäuseabschnitt 45 von
der zentralen Tragstruktur 31 des Scanners getragen.
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Der Sensormodul 29 umfasst
in diesem Ausführungsbeispiel
zwei jeweils mit einer Laserdiode 69 als Strahlungsquelle
versehene Lasermodule 11 sowie einen Empfänger 15 mit
einem Empfangsarray 59 aus mehreren Fotodioden, das auf
einem Empfängerboard 61 angebracht
und dem ein Filter 57 vorgelagert ist. Über das Empfängerboard 61 mit
dem Empfänger 15 verbunden
sind eine Auswerteeinheit 25 und eine Versorgungseinheit
27.
Durch mit einem Anschlussbereich 63 des Sensormoduls 29 verbindbare
Kommunikations- und Versorgungsleitungen 65 wird der erfindungsgemäße Scanner
an einen insbesondere in Form eines Industrie-PCs vorgesehenen Auswerterechner 67 sowie
an eine nicht dargestellte Stromquelle angeschlossen. Die Versorgung
des Ablenkmoduls 23 mit elektrischer Energie erfolgt somit über das
Sensormodul 29, und zwar über nicht dargestellte Stromzuführungen,
mit denen zwischen dem Ablenkmodul 23 und dem Sensormodul 29 bei deren
Koppelung eine elektrische Verbindung hergestellt wird.
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Ein Gehäuse 39 des Sensormoduls 29 wird von
einer Abdeckkappe 43 gebildet, die abnehmbar mit der bereits
erwähnten
Tragstruktur 31 verbunden ist, beispielsweise durch Verschrauben.
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Die bevorzugt als einstöckiges Aluminium-Druckgussteil
hergestellte Tragstruktur 31 umfasst einen plattenförmigen Deckelabschnitt 32 sowie einen
senkrecht zum Deckelabschnitt 32 verlaufenden Lichtschacht 55 als
weiteren Funktionsabschnitt der Tragstruktur 31. Alternativ
kann es sich bei dem Deckelabschnitt 32 und dem Lichtschacht 55 um
separate Komponenten handeln. In diesem Fall würde der Deckelabschnitt 32,
an welchem der Lichtschacht 55 dann durch geeignete Verbindungsmittel
befestigt wäre,
alleine das zentrale tragende Strukturelement des erfindungsgemäßen Scanners
bilden.
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In den auch als Optikabschnitt oder
als Halteplatte bezeichneten plattenförmigen Deckelabschnitt 32 der
zentralen Tragstruktur 31 sind zwei Sendelinsen 33,
die jeweils einem der Lasermodule 11 zugeordnet sind, sowie eine
dem Empfänger 15 zugeordnete
Empfangslinse 35 integriert. Die Linsen 33, 35 sind
fest mit der Tragstruktur 31 verbunden.
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Die Lasermodule 11 sind
am Lichtschacht 55 befestigt und somit über diesen von der Halteplatte 32 der
Tragstruktur 31 gehalten. Ebenfalls mittels des Lichtschachts 55 von
der Halteplatte 32 gehalten ist das das Empfangsarray 59 mit
dem Filter 57 tragende Empfängerboard 61. Die
Auswerteeinheit 25 und die Versorgungseinheit 27 sind
ebenfalls an der Halteplatte 32 angebracht.
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Damit sind praktisch alle Komponenten
des Sensormoduls 29 und des Ablenkmoduls 23 und
damit alle Scanner-Komponenten entweder direkt oder indirekt mit
der Tragstruktur 31 verbunden, so dass die Tragstruktur 31 die
zentrale tragende Komponente des Scanners darstellt.
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Die Anbringung der beiden Lasermodule 11 sowie
des Empfängers 15 an
der zentralen Tragstruktur 31 erfolgt durch in 1 nicht dargestellte Halterungen,
auf die nachstehend näher
eingegangen wird. Die Halterungen dienen zur Durchführung von
Justierbewegungen der Lasermodule 11 und des Empfängers 15 relativ
zur Tragstruktur 31 und damit relativ zu den fest mit der
Halteplatte 32 der Tragstruktur 31 verbundenen
Linsen 33, 35.
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Der vorstehend erläuterte Aufbau
des Scanners und die Integration der Sende- und Empfangsoptik 33, 35 in
die zentrale Tragstruktur 31 sind jeweils Gegenstand einer
weiteren, am gleichen Tag wie die vorliegende Patentanmeldung hinterlegten deutschen
Patentanmeldung, so dass auf Details hierzu nicht näher eingegangen
wird.
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Während
des Betriebs des erfindungsgemäßen Scanners
wird die von den Laserdioden 69 emittierte Strahlung von
dem rotierenden Spiegel 47 durch den zumindest bereichsweise
für die
verwendete, vorzugsweise im IR-Bereich liegende Strahlung durchlässigen Gehäuseabschnitt 45 hindurch
in den Überwachungsbereich
umgelenkt, während
aus dem Überwachungsbereich
reflektierte Strahlung 19 über den Spiegel 47 und
die Empfangslinse 35 auf das Empfangsarray 59 gelenkt
und mittels der Auswerteeinheit 25 sowie des Rechners 6?
ausgewertet wird.
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In der die Tragstruktur 31 zeigenden 2 ist zur Vereinfachung
der Darstellung die Tragstruktur 31 lediglich als mit einer
kreisförmigen
Halteplatte 32 versehen dargestellt. Wie auch aus 1 hervorgeht, kann die Form
der Halteplatte 32 grundsätzlich beliebig gewählt und
an die Form der jeweils zu verschließenden Seite des Sensormodul-
und/oder Ablenkmodulgehäuses 39, 37 angepasst
werden.
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Die vergleichsweise großflächige Empfangslinse 35 weist
eine um zwei diametral einander gegenüberliegende Kreisabschnitte
reduzierte Kreisform auf. Die Bereiche 73 der weggelassenen
Kreisabschnitte werden von der Halteplatte 32 der Tragstruktur 31 eingenommen.
In diesen Bereichen 37 ist jeweils eine der beiden kreisförmigen Sendelinsen 33 angeordnet,
deren Ausdehnung klein ist gegenüber
der Ausdehnung der Empfangslinse 35. Die beiden Sendelinsen 33 sind
dabei derart symmetrisch angeordnet, dass die Mittelpunkte der kreisförmigen Sendelinsen 33 und
der Mittelpunkt der Empfangslinse 35 auf einer Linie liegen
und die beiden Sendelinsen 33 gleich weit vom Mittelpunkt
der Empfangslinse 35 entfernt gelegen sind, durch den die
in 2 nicht dargestellte
Drehachse 49 des Drehspiegels 47 verläuft (vgl. 1). Dabei liegen die Sendelinsen 33 innerhalb
des durch die Empfangslinse 35 festgelegten Kreises.
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Die Sendelinsen 33 sind
vorzugsweise derart in die Halteplatte 32 der Tragstruktur 31 eingelassen,
dass sie gegenüber
der Oberseite und der Unterseite der Halteplatte 32 versenkt
angeordnet sind. Die Empfangslinse 35 steht über die
Oberseite und die Unterseite hinaus vor. Die Fixierung der Linsen 33, 35 an
der Tragstruktur 31 erfolgt vorzugsweise durch Verkleben.
Die Linsen 33, 35 können beispielsweise aus Glas
oder aus Kunststoff hergestellt sein.
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Der bereits vorstehend erwähnte, innen
hohle Lichtschacht 55 ist einstöckig mit der Halteplatte 32 verbunden
und stellt somit ebenfalls einen integrierten Bestandteil der zentralen
Tragstruktur 31 des Scanners dar. Die Tragstruktur 31 ist
vorzugsweise ein Aluminium-Druckgussteil. Alternativ kann die Tragstruktur 31 auch
in Form eines im Spritzgussverfahren hergestellten Kunststoffteils
vorgesehen sein.
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Wie insbesondere aus 3 hervorgeht, sind die Seitenwände des
Schachtes 55 mit der Unterseite der Halteplatte 32 in
dem Bereich zwischen der jeweiligen Sendelinse 33 und der
Empfangslinse 35 verbunden. Wie 2 zeigt, sind seitlich dieses Anbindungsbereiches
des Schachtes 55 auf einander gegenüberliegenden Seiten jeder Sendelinse 33 zwei
Durchführungen 99 in
der Halteplatte 32 ausgebildet. Diese Durchführungen 99 dienen
zur Aufnahme von Befestigungsschrauben 87 für Halterungen 81 der
Lasermodule 11, auf die an anderer Stelle näher eingegangen
wird (vgl. 4).
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An diagonal einander gegenüberliegenden Eckbereichen
des Schachtes 55 sind ausgehend von der der Halteplatte 32 gegenüberliegenden
Stirnseite des Schachtes 55 kreiszylindrische Justieraufnahmen 93 in
Form von Sacklöchern
ausgebildet. Die Sacklöcher 93 dienen
jeweils zur Aufnahme eines zylindrischen Halteelementes 91 (vgl. 3), das Bestandteil einer
Justierhalterung 83 für
den Empfänger 15 des
Scanners ist. Die Haltestifte 91 sind auf der Oberseite
des Empfängerboards 61 befestigt,
so dass der Empfänger 15 als
Ganzes mittels der Haltestifte 91 in die Sacklöcher 93 des
Schachtes 55 eingesteckt und in einer im Folgenden auch
als z-Achse bezeichneten, parallel zur Drehachse 49 der
Ablenkeinrichtung 17 (vgl. 1)
verlaufenden Richtung relativ zur Tragstruktur 31 und insbesondere
relativ zu der fest mit der Halteplatte 32 verbundenen
Empfangslinse 35 verschoben werden kann.
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Am Schacht 55 fixiert werden
können
die Haltestifte 91 mittels von außen gegen die in den Sacklöchern 93 befindlichen
Haltestifte 91 einschraubbarer Fixierschrauben 97,
die in 2 lediglich schematisch
angedeutet sind.
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Während
bezüglich
der z-Achse die Haltestifte 91 unbeweglich mit der Platine 61 verbunden sind,
kann die Platine 61 zur Durchführung von Justierbewegungen
in einer senkrecht zur Drehachse 49 der Ablenkeinrichtung 17 verlaufenden
Justierebene 86, die im Folgenden auch als x/y-Ebene bezeichnet wird,
relativ zu den bezüglich
der x/y-Ebene unbeweglich im Schacht 55 steckenden Haltestiften 91 und
damit wiederum relativ zu der Tragstruktur 31 und insbesondere
relativ zu der Empfangslinse 35 bewegt werden. Die Fixierung
der Platine 61 an den Haltestiften 91 bezüglich der
x/y-Ebene erfolgt mittels Fixierschrauben 94.
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Wie 4 zeigt,
sind die Halterungen für
die Lasermodule 11 jeweils in Form eines Justierklotzes 81 vorgesehen,
der zur Befestigung an der Tragstruktur 31 gegen die Unterseite
der Halteplatte 32 geschraubt wird. Dies erfolgt mittels
Schrauben 87, die von oben durch die bereits erwähnten Durchführungen 99 der
Halteplatte 32 hindurch und in Aufnahmen 89 des
Justierklotzes 81 hinein geführt werden, wo sie mit entsprechenden
Gegenstücken
des Justierklotzes 81 zusammenwirken, um den Justierklotz 81 gegen
die Unterseite der Halteplatte 32 zu ziehen.
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Diese Befestigung für den Justierklotz 81 ist derart
ausgebildet, dass der Justierklotz 81 in der x/y-Ebene
relativ zu der Tragstruktur 31 und damit relativ zu der
fest in deren Halteplatte 32 integrierten Sendelinse 33 verstellt
werden kann, solange die Schrauben 87 noch nicht fest angezogen
sind, wie es in 4 am
Beispiel der linken Schraubenbefestigung durch die in der x/y-Ebene
verlaufenden Pfeile angedeutet ist.
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Wie 4 außerdem zeigt,
weisen die Lasermodule 11 jeweils einen kreiszylindrischen
Körper auf,
an dem die in 4 lediglich
schematisch angedeutete Halbleiterlaserdiode 69 angebracht
ist. Zur Halterung des Lasermoduls 11 ist der Justierklotz 81 mit
einer entsprechend geformten Justieraufnahme 82 versehen,
in die das kreiszylindrische Lasermodul 11 passgenau eingeschoben
werden kann. Die möglichen
Justierbewegungen des Lasermoduls 11 relativ zur Halterung 81 umfassen
folglich translatorische Justierbewegungen in Richtung der mit der
Längsachse
des Lasermoduls 11 zusammenfallenden, parallel zur Drehachse 47 der
Ablenkeinrichtung 17 (vgl. 1)
verlaufenden Justierachse 85 (z-Achse) sowie Drehbewegungen
des Lasermoduls 11 um die Justierachse 85, wie
es in 4 durch die Pfeile
angedeutet ist.
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In 5 sind
alle durchführbaren
Justierbewegungen der Lasermodule 11 sowie des Empfängers 15 relativ
zur Tragstruktur 31 dargestellt, wobei zur Vereinfachung
der Darstellung die Halterungen 81, 83 für die Lasermodule 11 und
den Empfänger 15 (vgl. 2 und 3) weggelassen sind und von der zentralen
Tragstruktur 31 lediglich die Halteplatte 32 als
eine kreisförmige
Scheibe dargestellt ist.
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Gemäß einer bevorzugten Vorgehensweise wird
bei der Scannerjustage zunächst
der Empfänger 15 bezüglich der
Tragstruktur 31 und dabei insbesondere bezüglich der
Empfangslinse 35 ausgerichtet, woraufhin die Lasermodule 11 bezüglich des
Empfängers 15 ausgerichtet
werden. Zunächst
dient folglich die Tragstruktur 31 als Bezugskomponente
für den
Empfänger 15,
während
anschließend
der Empfänger 15 als
Bezugskomponente für
die Ausrichtung der Lasermodule 11 dient.
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Dabei wird zunächst der Empfänger 15 bezüglich der
z-Richtung ausgerichtet und mittels der Fixierschrauben 97 (vgl. 3) am Schacht 55 der Tragstruktur 31 fixiert,
sobald die Sollstellung erreicht ist. Anschließend erfolgt die Ausrichtung
des Empfängers 15 in
der zur z-Richtung orthogonalen x/y-Ebene, wobei die endgültige Fixierung
des Empfängers 15 relativ
zur Tragstruktur 31 durch die Fixierschrauben 94 (vgl. 3) erfolgt.
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Die Ausrichtung des Empfängers 15 erfolgt damit
ausschließlich
durch translatorische Justierbewegungen, d.h. Justierzwecken dienende
Drehbewegungen des Empfängers 15 sind
nicht vorgesehen. Anschließend
wer den die Lasermodule 11 jeweils durch Verdrehen um die
in z-Richtung verlaufende Justierachse 85 sowie durch Verschieben
längs der Justierachse 85 bezüglich ihrer
Sendelinsen 33 ausgerichtet. Sobald der mittels der Laserdiode 69 ausgesandte
Lichtstrich in der Ebene des Empfangsarrays 59 scharf abgebildet
wird und parallel zum ebenfalls lang gestreckten Empfangsarray 59 verläuft, wird
das Lasermodul 11 mittels der Fixierschraube 90 (vgl. 4) am Justierklotz 81 fixiert.
Um den Lichtstrich mit dem Empfangsarray 59 zur Deckung zu
bringen, wird anschließend
der Justierklotz 81 in der x/y-Ebene relativ zur Halteplatte 32 verschoben und
mittels der Fixierschrauben 87 (vgl. 4) an der Tragstruktur 31 fixiert.
Damit ist die Justage der Lasermodule 11 und des Empfängers 15 abgeschlossen.
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Die vorstehend beschriebene Justage
des Sensormoduls 29 (vgl. 1)
wird ohne das die Ablenkeinrichtung 17 umfassende Ablenkmodul 23 durchgeführt. Hierzu
wird das zu justierende Sensormodul 29 in einem speziellen
Justieraufbau (nicht dargestellt) angeordnet, der für eine das
Ablenkmodul 23 simulierende Reflexion der von den Lasermodulen 11 ausgesandten
Lichtstriche auf den Empfänger 15 sorgt,
so dass nach erfolgter Justage des Sensormoduls 29 das
Ablenkmodul 23 mit dem Sensormodul 29 gekoppelt
werden kann, womit der Scanner bereits betriebsfertig justiert vorliegt.
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Eine Besonderheit des erfindungsgemäßen Scanners
ist die erwähnte
Aussendung von lang gestreckten Strahlungsfronten, d.h. das Arbeiten
mit Lichtstrichen, die aufgrund des sich während des Scanbetriebs relativ
zum Sensormodul 29 drehenden Ablenkspiegels 47 von
dessen momentaner Drehstellung abhängige Orientierungen im Überwachungsbereich einnehmen.
Dieses Konzept eines sich im Raum drehenden Abtaststriches stellt
besonders hohe Anforderungen an die Justage der optischen Komponenten.
Diese Anforderungen werden durch die in der vorliegenden Anmeldung
beschriebene Erfindung voll erfüllt.
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Eine weitere Besonderheit des erfindungsgemäßen Scanners
ist das Arbeiten mit zwei separaten Lasermodulen 11, die
außerdem
in einem vergleichsweise großen
Abstand voneinander und damit – bezogen
auf die mittig durch den von der Empfangslinse 35 und den
Empfänger 15 gebildeten Empfangskanal
verlaufende Drehachse 49 der Ablenkeinrichtung 17 – stark
exzentrisch angeordnet sind.
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Bezüglich des Konzepts einer strich-
oder linienförmigen
Strahlungsquelle in Verbindung mit einer relativ zu dieser Strahlungsquelle
rotierenden Ablenkeinrichtung an einem Laserscanner an sich wird auch
auf die noch nicht veröffentlichte,
am 03. September 2001 hinterlegte deutsche Patentanmeldung 101 43
060.4 verwiesen. Hinsichtlich Details betreffend die Funktionsweise
des erfindungsgemäßen Laserscanners
wird auch auf den Inhalt einer weiteren, am gleichen Tag wie die
vorliegende Patentanmeldung hinterlegten deutschen Patentanmeldung
verwiesen, die auf die Verwendung einer Mehrzahl von Lasermodulen
an sich gerichtet ist.
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Der Inhalt aller vorstehend erwähnten weiteren
Patentanmeldungen wird hiermit durch Bezugnahme mit in die vorliegende
Patentanmeldung aufgenommen.
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- 11
- Sender,
Lasermodul
- 13
- ausgesandte
Strahlung
- 15
- Empfänger
- 17
- Ablenkeinrichtung
- 19
- reflektierte,
empfangene Strahlung
- 21
- Antriebseinheit
- 23
- Ablenkmodul
- 25
- Auswerteeinheit
- 27
- Versorgungseinheit
- 29
- Sensormodul
- 31
- Tragstruktur
- 32
- Optikabschnitt,
Halteplatte der Tragstruktur
- 33
- Sendelinse
- 35
- Empfangslinse
- 37
- Gehäuse des
Ablenkmoduls
- 39
- Gehäuse des
Sensormoduls
- 41
- Abdeckkappe
des Ablenkmoduls
- 43
- Abdeckkappe
des Sensormoduls
- 45
- Gehäuseabschnitt
des Ablenkmoduls
- 47
- Spiegel
- 49
- Drehachse
- 51
- Encoderscheibe
- 53
- Reader
- 55
- Tragabschnitt,
Schacht
- 57
- Filter
- 59
- Empfangsarray
- 61
- Empfängerboard,
Platine
- 63
- Anschlussbereich
- 65
- Leitungen
- 67
- Rechner
- 69
- Laserdiode
- 71
- Antriebswelle
- 73
- Bereich
eines weggelassenen Kreisabschnitts
- 81
- Halterung
für Sender
- 82
- Justieraufnahme
der Senderhalterung
- 83
- Halterung
für Empfänger
- 85
- Justierachse
des Senders
- 86
- Justierebene
- 87
- Schraube
- 89
- Aufnahme
der Senderhalterung
- 90
- Schraube
- 91
- Halteelement
der Empfängerhalterung
- 93
- Justieraufnahme
der Tragstruktur, Sackloch
- 94
- Schraube
- 95
- Durchführung
- 97
- Schraube
- 99
- Durchführung