DE2508836C2

DE2508836C2 - Entfernungsmeßgerät

Info

Publication number: DE2508836C2
Application number: DE19752508836
Authority: DE
Inventors: Viktor Dr.-Ing. 8000 München Bodlaj
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: BODLAJ, VIKTOR, DR., 8000 MUENCHEN, DE
Priority date: 1972-06-19
Filing date: 1975-02-28
Publication date: 1984-03-29
Also published as: DE2508836A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Entfernungsmeßgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem Entfernungsmeßgerät der eingangs genannten Art, also nach dem Hauptpatent 22 29 887, kommt es insbesondere bei großen Auslenkungen des . Laserstrahls darauf an, daß die S'chwingfrequenz des Strahlablenker^ möglichst stabil ist

Aufgabe der vorliegenden Erfindung- ist es, ein Entfernungsmeßgerät der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die Stabilität der Schwingfrequenz gewährleistet ist

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, daß mechanische, thermische oder elektrische Veränderungen oder Einwirkungen keinen Einfluß mehr auf die Stabilität der Schwingfrequenz haben können.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Verwendung eines . Strahlteilers zum Aufspalten des Laserstrahls und eines in einem Laserstrahlanteil angeordneten Bezugsdetektors bereits vorgeschlagen worden ist (siehe DE-OS 23 25 086). Dort dient der Bezugsdetektor aber nur dazu, den Meßbeginn zu stabilisieren. Ansonsten wird der Strahlenablenker von einem Generator mit einer in der Frequenz an die Eigenresonanz des mechanischen Aufbaus angepaßten Sinusspannung angesteuert, wobei nur der angenähert lineare Teil der Sinusspannung zur Messung herangezogen wird.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Einzelheiten und weitere Vorteile der Erfindung werden in der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert

Die Figur zeigt eine Schaltung zur Stabilisierung der Ablenkgeschwindigkeit des Schwingspiegels 10, der an dem Strahlablenker 9 angeordnet ist Der Strahlablenker 9 wird mit einer solchen Steuerspannung angesteuert, daß der Ablenkwinkelbereich y_m ausreicht, um eine Vermessung des Objekts 13 ausführen zu können. Räumlich neben dem Strahlablenker 9 werden zwei Bezugsdetektoren 25 und 25' fest installiert, welche nur Licht aus je einer vorgegebenen Richtung empfangen können. Diese Richtungen stimmen mit den Richtungen überein, in welche der Laserstrahl an einer teildurchlässigen Platte 24 reflektiert wird. Die Platte 24 ist in einer Bezugsebene 40 angeordnet, welche von dem Schwingspiegel 10 einen festen Abstand 41 aufweist. Die beiden Richtungen 42 und 43 des Laserstrahlanteils, welche beim Durchlaufen der Platte zu Reflexionen an der Platte 24 und zur Registrierung in den Bezugsdetektoren 25 und 25' führen, liegen innerhalb des oben genannten Ablenkwinkelbereiches y„*

Der Meßdetektor 17 ist so angeordnet, daß er Licht registriert, welches an einer parallel zur Bezugsebene 40 verlaufenden Nullebene 44 im Abstand 45 vom Schwingspiegel 10 im Punkte 46 reflektiert wird.

Die Spannung U₅ für die Ansteuerung des Strahlablenkers 9 wird über einen Trennverstärker 48 und einen Verstärker 49 mit einstellbarer Verstärkung dem Oszillator 47 entnommen. Die Höhe der Steuerspannung richtet sich nach dem benötigten Ablenkwinkelbereich y_m. Als Frequenz des Oszillators 47 wird die Resonanzfrequenz des Schwingspiegels 10 dadurch erreicht, daß bei der gegebenen Steuerspannung die Frequenz für eine maximale Ablenkung eingestellt wird.

Die Resonanzfrequenz des Schwingspiegels 10 und damit die Ablenkgeschwindigkeit des am Schwingspie-

gel 10 abgelenkten Laserstrahls ändert sich jedoch im Laufe der Zeit durch mechanische, thermische oder elektrische Einflüsse.

Um dies zu korrigieren, sind die beiden Bezugsdetektoren 25 und 25' so installiert, daß sie zeitlich nacheinander das an der Piatte 24 reflektierte Licht registrieren. Die hier ausgelösten Impulse werden einem elektronischen Festwertregler 50 bis 59 und 50' bis 55' zugeführt. In amplitudenstabilisierenden Verstärkern 50 bzw. 50' werden sie auf einen bestimmten Wert verstärkt und in den Differentiatoren 51 bzw. 51' differenziert. Nur die positiven Anteile der differenzierten Signale werden in den Verstärkern 52 bzw. 52' stark verstärkt und amplitudenbegrenzt, um möglichst rechteckige Impulse 53 bzw. 53' zu erhalten. Diese Impulse werden in Impulsformern 54 bzw. 54' in Impulse mit sehr kurzen Anstiegs- und Abfallzeiten umgewandeil· so daß man nach Differenzierung der Impulse in den Differentiatoren 55 bzw. 55' sehr kurze Nadelimpulse erhält Diese werden einem Impulsdiskriminator 56 zugeführt, an dessen Ausgang ein Impuls 57 mit einer Länge entsteht, welche der Differenz der Refeistrierzeiten der Laserstrahlen in den Bezugsdetektoren. 25 und 25' proportional ist Dieser Impuls 57 wird einer Schaltung 58 zugeführt, welche die Impulslänge des Impulses 57 in eine dieser proportionale Spannung umwandelt und über einen Operationsverstärker 59 auf Null kompensiert.

Der Ausgang des Operationsverstärkers 59 wird mit dem regelbaren Verstärker 49 verbunden. Wenn sich die Ablenkgeschwindigkeit des Schwingspiegels 10 aus irgend einem Grund im Laufe der Zeit ändert, verändert sich auch die Länge des Impulses 57 und somit die Ausgangsspannung im Operationsverstärker 59. Diese Spannung, die je nach der Änderung der Ablenkgeschwindigkeit positiv oder negativ ist, bewirkt im regelbaren Verstärker 49 eine entsprechende Änderung der Verstärkung bzw. korrigiert über die Spannung U₅ die Ablenkgeschwindigkeit des Schwingspiegels 10.

Durch die Schaltung 58 und den Operationsverstärker 59 kann der Impulse 57 digital oder analog ausgewertet werden.

An den Meßdetektor 17 schließt sich die nicht gezeichnete aus dem Hauptpatent b ;kannte Schaltung zur Messung von Abständen, Gcschwlndigkcitskornpenenten des Objektes 13 senkrecht zu der Bezugsebene 40 oder der Dicke des Objektes 13 an.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Entfernungsmeßgerät mit einem als Sender arbeitenden Laser (12), mit einem piezoelektrischen Strahlablenker (9) zum periodischen Ablenken des Laserstrahls in einer Ebene, mit einem vom Sender räumlich getrennten optischen Detektor (17), der eine scharf gebündelte Empfangscharakteristik entlang einer in der Ebene liegenden Visierlinie aufweist, die vom Laserstrahl getroffen wird, mit einem Taktgenerator (47), welcher kontinuierlich Taktimpulse mit zumindest teilweise einer geradlinig verlaufenden Anstiegsflanke angenäherten Flanke und mit waagerechter Scheiteltangente erzeugt und damit einen Impulsgenerator (49) synchronisiert, der Impulse mit wenigstens teilweise einer Sägezahnspannung angenäherten Flanke erzeugt, mit einem Schwingspiegel (10), den der piezoelektrische Strahlablenker (9) aufweist und dessen Ablenkung von der Sägezahnspannung gesteuert wird, und mit einer Vorrichtung, welche die Zeitdifferenz zwischen der Anstiegsflanke eines Taktimpulses und derjenigen eines weiteren Impulses mißt, der vom Detektor (17) aufgrund von Licht, das einem diffus reflektierenden Objekt (13) zu ihm gelangt, ausgelöst wird, nach Hauptpatent 22 29 887, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stabilisierung der Ablenkgeschwindigkeit des Strahlablenkers (9) der abgelenkte Laserstrahl mittels eines Strahlteilers (24) in Laserstrahlanteile aufgespalten ist, daß im Bereich eine? der Laserstrahlanteile zwei Bezugsdetektoren (25, 25') angeordnet sind, von denen jeder den Zeitpunkt, bei dem er von dem einen Laserstrahlanteil getro.'fe-j wird, durch ein Signal anzeigt, und daß ein elektron» .her Festwertregler (50 bis 59, 50' bis 55') vorgesehen ist, dem die Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Signalen als Regelgröße zugeführt ist und der in Abhängigkeit von einer Abweichung der Zeitdauer von einer Solldauer ein Stellsignal abgibt, das auf die Spannung der vom Impulsgenerator (49) abgegebenen Impulse einwirkt.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollzeit kleiner als ein Viertel der Periode der Spiegelschwingungen gewählt ist.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Zeitpunkten, bei denen der eine Laserstrahlanteil auf jeweils einen der beiden Bezugsdetektoren (25, 25') auftrifft, Impulse auslösbar sind, die, umgewandelt in Nadelimpulse, einem Impulsdiskriminator (56) zuführbar sind, daß an einem Ausgang des Impulsdiskriminators ein Impuls (57) mit einer Länge erzeugt wird, welche der Differenz der besagten Zeitpunkte proportional ist, daß dieser Impuls (57) einer Schaltung (58) zuführbar ist, weiche die Länge des Impulses (57) in eine dieser Länge proportionale Spannung umwandelt und über einen Operationsverstärker (59) auf Null kompensiert und daß der Operationsverstärker (59) mit einem regelbaren Verstärker (49) verbunden ist, der beim Vorliegen einer Über- oder Unterkompensation eine Änderung der Ansteuerspannung U, bewirkt.