DE3942850A1 - Verfahren zum pruefen eines abstandssensors sowie anordnung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen eines Abstandssensors, insbesondere für schnelle Abstandsän­ derungen, der einen Energiestrahl aussendet und aus der von einem Prüfobjekt remittierten empfangenen Strahlung den Abstand vom Sensor bestimmt, sowie eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Abstandssensoren werden zur Messung von Abständen und gegebenenfalls auch der Geschwindigkeit der Abstandsände­ rung eingesetzt. Bei bestimmten Anwendungen treten dabei auch sehr große Änderungsgeschwindigkeiten auf, z. B. bei der Automobiltechnik, wo Abstandssensoren für Kollisions­ warnung bzw. Auffahrwarnung verwendet werden, oder bei der Zündertechnik in Geschossen oder anderen Flugkörpern, wo Abstandszünder oder Annäherungszünder verwendet werden. Die zu messenden Abstände liegen im allgemeinen im Bereich von etwa 50 m bis unter einem Meter und die Änderungsge­ schwindigkeiten im Bereich von einigen Metern pro Sekunde bis zu einigen Vielfachen der Schallgeschwindigkeit.

Die Funktionsprüfung und Erprobung derartiger Sensoren er­ fordert wegen der hohen Geschwindigkeiten einen beträcht­ lichen Aufwand sowie für den oberen Geschwindigkeitsbe­ reich außerdem erhebliche Sicherheitsvorkehrungen. Häufig muß der reale Einsatz im Feldversuch nachgebildet und eine mechanisch entsprechend hochbelastbare Ausführung des Abstandssensors verwendet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mittels dem Abstandssensoren auch bei hohen Geschwindigkeiten der Abstandsänderung und bei geringen Abständen möglichst wirklichkeitsgetreu gemessen und untersucht werden könmen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Relativbewegung des Abstandssensors gegenüber dem Prüfobjekt durch eine Rotation zumindest eines Teilweges des Energiestrahls um eine Rotationsachse gegenüber einer Oberfläche des Prüfobjekts erzeugt wird, wobei diese Oberfläche bei verschiedenen Winkelstellungen der Rotation einen unterschiedlichen Abstand von der Rotationsachse hat.

Durch das Ersetzen der translatorischen Bewegung durch eine Rotationsbewegung entfällt eine hohe Beschleunigung bzw. Verzögerung des Sensors besonders bei schneller Annäherung an ein Prüfobjekt bis auf einen geringen Abstand, die bei einer rein translatorischen Bewegung erforderlich wäre.

Eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einer Vorrichtung zum Ändern des Abstands eines zu prüfen­ den Abstandssensors von einem Prüfobjekt ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Antriebsanordnung zur Erzeugung einer um eine Rotationsachse rotierende Relativbewegung zwischen mindestens einem Teil des Strahlengangs des Energiestrahls des Abstandssensors und der Oberfläche des Prüfobjekts vorgesehen ist und daß das Prüfobjekt eine gewölbte Oberfläche mit bei verschiedenen Rotationswinkeln unterschiedlichem Abstand von der Rotationsachse auf­ weist. Eine solche Antriebsanordnung besteht im wesent­ lichen aus einem Motor, der zweckmäßig geschwindigkeitsge­ steuert ist, mit einer entsprechenden Lagerung und Halterung.

Die Oberfläche des Prüfobjekts kann auf verschiedene Weise geformt sein, wobei eine möglichst stetige Änderung des Abstandes bzw. der Länge des Energiestrahls angestrebt werden sollte. Eine günstige Ausgestaltung der erfindungs­ gemäßen Anordnung besteht darin, daß die Oberfläche des Prüfobjekts bezüglich der Rotationsachse gemäß einer archimedischen Spirale geformt ist. Eine derartige Ausge­ staltung resultiert in einer konstanten Annäherungsge­ schwindigkeit des Abstandssensors an das Prüfobjekt, wenn die Rotationsgeschwindigkeit konstant ist.

Auch für die Anordnung des Abstandssensors bezüglich des Prüfobjekts bestehen grundsätzlich zwei Möglichkeiten. So ist es nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zweckmäßig, daß die Oberfläche des Prüfobjekts zur Rotationsachse gerichtet ist und der Strahlengang zwischen der Oberfläche des Prüfobjekts und der Rotationsachse verläuft. Dies ergibt einen zweckmäßigen Aufbau insbeson­ dere bei größeren Abständen zwischen Abstandssensor und Prüfobjekt. Es ist jedoch nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung auch möglich, daß die Oberfläche des Prüf­ objekts von der Rotationsachse weg gerichtet ist und der Strahlengang außerhalb des Prüfobjekts verläuft.

Eine günstige Weiterbildung der Ausgestaltung der erfin­ dungsgemäßen Anordnung, bei der der Strahlengang zwischen Oberfläche und Rotationsachse verläuft, ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandssensor den Energiestrahl im wesentlichen in axialer Richtung bezüglich der Rotationsachse aussendet und auf einen Spiegel richtet, der den Energiestrahl in radiale Richtung ablenkt. Dabei kann der Abstandssensor also etwas außerhalb des Bereichs des Prüfobjekts angeordnet werden, was für die Untersu­ chung und elektrische Messung günstiger ist. Insbesondere kann diese Anordnung aber noch weiter dahingehend ausge­ staltet werden, daß das Prüfobjekt feststeht und die Antriebsvorrichtung den Spiegel um eine im wesentlichen durch die Rotationsachse verlaufende Achse dreht. In diesem Falle stehen dann sowohl Abstandssensor als auch Prüfobjekt fest, und lediglich der Spiegel rotiert, wodurch besonders hohe Geschwindigkeiten bzw. schnelle Abstandsänderungen erreichbar sind. Es ist jedoch auch möglich, daß die Antriebsvorrichtung das Prüfobjekt um die Rotationsachse dreht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a und 1b eine Anordnung mit einem Prüfobjekt mit kreisförmiger Oberfläche,

Fig. 2a und 2b eine Anordnung mit einem Prüfobjekt, dessen Oberfläche gemäß einer archimedischen Spirale geformt ist.

Die Fig. 1a zeigt die Draufsicht auf eine Anordnung gemäß der Erfindung und ein Querschnitt entlang der Achse A ist in Fig. 1b dargestellt. Ein Abstandssensor 1 befindet sich innerhalb eines kreisringförmigen Prüfobjektes 3, und der vom Abstandssensor 1 ausgesandte Energiestrahl 2, bei­ spielsweise ein Infrarotlichtstrahl oder eine elektro­ magnetische Welle im Radarbereich oder auch eine Ultra­ schallwelle, trifft auf die innere Oberfläche 4 des Prüfobjektes 3, wobei eine diffuse Streuung und teilweise Reflektion auftritt, und die reflektierten Anteile des Energiestrahls 2 werden vom Abstandssensor 1 wieder auf­ genommen. Das Prüfobjekt 3 ist kreisringförmig bezüglich der Achse 7, und der Abstandssensor 1 ist von dieser Achse 7 entfernt angeordnet. Wenn nun das Prüfobjekt 3, das eine Bodenfläche 6 aufweist bzw. darauf montiert ist, mittels eines Motors 8 um eine Rotationsachse 9 gedreht wird, ändert sich der Abstand des Abstandssensors 1 von dem Auftreffpunkt des Energiestrahls auf die innere Ober­ fläche 4, und zwar periodisch, so daß die Auswirkung der Abstandsänderung im Abstandssensor 1 gut untersucht und gemessen werden kann. Je weiter der Abstand zwischen der Achse 7 des Kreisrings und der Rotationsachse 9 ist, desto geringer ist der minimalste Abstand zwischen dem Abstands­ sensor 1 und der Oberfläche 4, wenn angenommen wird, daß die Rotationsachse 9 durch den Abstandssensor 1 verläuft. Letzteres ist jedoch nicht unbedingt notwendig, wie leicht einzusehen ist.

Wenn der Prüfkörper 3 mit dem Bodenteil 6 um die Rota­ tionsachse 9 gedreht wird, ergibt sich bei dem dargestell­ ten Aufbau eine gewisse Unwucht, die beispielsweise durch eine Verlängerung 6′ des Bodenteils 6 ausgeglichen werden kann. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß das Prüf­ objekt 3 feststeht und der Motor 8 den Abstandssensor 1 dreht. In diesem Falle sind allerdings Messungen bzw. Untersuchungen des Abstandssensors 1 erschwert.

Der Abstandssensor kann jedoch auch außerhalb des Prüfob­ jekts 3 angebracht sein, wie in Fig. 1a gestrichelt darge­ stellt ist. Dort sendet der Abstandssensor 1, einen Energiestrahl 2′ auf die äußere Oberfläche 5 des Prüfob­ jekts 3. In diesem Falle ist jedoch nur eine Drehung des Prüfobjekts 3 um die Rotationsachse 9 sinnvoll.

Bei der Anordnung nach Fig. 2a und 2b ist das Prüfob­ jekt 13 gemäß einer archimedischen Spirale ausgebildet. Das bedeutet, daß der Abstand der inneren Oberfläche 14 des Prüfobjekts 13 von der Rotationsachse 9 sich linear mit dem Winkel ändert. Dies bildet also eine Annäherung eines Abstandssensors von einem festen Objekt mit konstanter Geschwindigkeit nach, wenn die Rotation gleichmäßig ist.

Auch hier kann entweder das Prüfobjekt 13 oder der Ab­ standssensor 1, der in der Rotationsachse 9 angeordnet ist, gedreht werden, wobei das Prüfobjekt 13 wieder mit einer Bodenfläche 16 versehen ist.

Eine noch günstigere Ausbildung der Anordnung geht aus Fig. 2b hervor. Darin sind sowohl das Prüfobjekt 13 als auch der Abstandssensor 1 ortsfest angeordnet. Der Ab­ standssensor 1 sendet seinen Energiestrahl im wesentlichen in axialer Richtung auf einen Spiegel 15, der den Energie­ strahl 2 in eine radiale Richtung ablenkt und auf die innere Oberfläche 14 des Prüfobjekts 13 lenkt. Die davon reflektierten Anteile des Energiestrahls werden über den Spiegel 15 wieder zurück auf den Abstandssensor 1 gerich­ tet. Der Spiegel 15 wird durch einen Motor 8 gedreht, so daß der Weg vom Abstandssensor 1 zur Oberfläche 14 des Prüfobjekts 13 bei verschiedenen Winkelstellungen des Spiegels 15 unterschiedlich ist und beispielsweise bei Drehung des Spiegels entgegen dem Uhrzeigersinn linear abnimmt.

Da der Spiegel 15 nur eine geringe Masse aufweist, kann er mit hoher Geschwindigkeit rotieren, so daß beispielsweise sehr schnelle Annäherungen des Abstandssensor 1 an das Prüfobjekt 13 nachgebildet werden können. Der Spiegel 15 muß selbstverständlich für die Art des verwendeten Ener­ giestrahls 2 möglichst gut reflektierend sein.

Um den rotierenden Spiegel ist ein Filter 11 angeordnet, um verschiedene Reflektionsverhältnisse zu simulieren.

Bei dieser Ausführung ist also eine besonders einfache Untersuchung und Messung des Abstandssensors 1 möglich.

Claims (8)

1. Verfahren zum Prüfen eines Abstandssensors insbesondere für schnelle Abstandsänderungen, der einen Energiestrahl aussendet und aus der von einem Prüfobjekt remittierten empfangenen Strahlung den Abstand vom Sensor bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbewegung des Abstandssensors gegenüber dem Prüfobjekt durch eine Rotation zumindest eines Teilweges des Energiestrahls um eine Rotationsachse gegenüber einer Oberfläche des Prüfob­ jekts erzeugt wird, wobei diese Oberfläche bei verschie­ denen Winkelstellungen der Rotation einen unterschiedli­ chen Abstand von der Rotationsachse hat.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Vorrichtung zum Ändern des Abstands eines zu prüfenden Abstandssensors von einem Prüfobjekt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Antriebsanordnung (8) zur Erzeugung einer um eine Rotationsachse (9) rotierende Relativbewegung zwischen mindestens einem Teil des Strahlengangs (2) des Energiestrahls des Abstandssensors (1) und der Oberfläche (4, 5, 14) des Prüfobjekts (3, 13) vorgesehen ist und daß das Prüfobjekt (3, 13) eine gewölbte Oberfläche (4, 5, 14) mit bei verschiedenen Rota­ tionswinkeln unterschiedlichem Abstand von der Rotations­ achse (9) aufweist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (14) des Prüfobjekts (13) bezüglich der Rotationsachse (9) gemäß einer archimedischen Spirale geformt ist.

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (4, 14) des Prüfobjekts (3, 13) zur Rotationsachse (9) gerichtet ist und der Strahlengang (2) zwischen der Oberfläche (4, 14) des Prüfobjekts (3, 13) und der Rotationsachse (9) verläuft.

5. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (5) des Prüfobjekts (3) von der Rotationsachse (9) weg gerichtet ist und der Strahlengang (2′) außerhalb des Prüfobjekts (3) verläuft.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandssensor (1) den Energiestrahl (2) im wesentlichen in axialer Richtung bezüglich der Rotationsachse (9) aussendet und auf einen Spiegel (15) richtet, der den Energiestrahl (2) in radiale Richtung ablenkt.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfobjekt (13) feststeht und die Antriebsvorrichtung (8) den Spiegel (15) um eine im wesentlichen durch die Rotationsachse (9) verlaufende Achse dreht.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung (8) das Prüfobjekt (3, 13) um die Rotationsachse (9) dreht.