DE4222659A1 - Optical scanner for range finder for obstruction warning esp. for driverless transport system - has fixed and coaxial emitters and receiver, and rotating optical system located in mirrored box and consisting of lenses and inclined mirrors which focus received beam on axis where receiver is located - Google Patents

Optical scanner for range finder for obstruction warning esp. for driverless transport system - has fixed and coaxial emitters and receiver, and rotating optical system located in mirrored box and consisting of lenses and inclined mirrors which focus received beam on axis where receiver is located

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Abstract

The range finder (10) and an associated optical system (12a-12e) located in a mirrored box (11), as well as the auxiliary mirrors (14) of the transmitter rotate about an axis (15) perpendicular to the scanning plane. The receiver (16) and transmitter (13) with associated collimators (13a,13b) are fixed along the rotary axis. The axial separation of the receiver lenses (12a,12b) and the inclination angle of the mirrors (12c,12d) in the mirror box are set wrt. each other so that the focal points of the lenses lie on the rotary axis (15). ADVANTAGE - Functions precisely, can be made entirely of conventional components and is optimally designed for operation and maintenance.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen abtastenden Scanner für Entfer­ nungsmesser als Hinderniswarngerät vorzugsweise für fahrerlose Trans­ portsysteme gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2.The invention relates to a scanning scanner for distance voltage meter as an obstacle warning device preferably for driverless trans port systems according to the preamble of claims 1 and 2.

Die meisten fahrerlosen Transportsysteme des Standes der Technik, sofern es sich nicht um hochtechnologisierte Androide handelt, sind bis heute - wenn überhaupt - nur mit sehr rudimentären Hinderniswarngeräten ausge­ rüstet. Da solche Transportsysteme in ihrer Streckenführung vorwiegend exakt festgelegt sind und somit die Fahrbahnen generell freigehalten werden, sind Hinderniswarngeräte bisher als relativ zweitrangig angese­ hen worden. Zwischenzeitlich ist jedoch der Bedarf an solchen Warngerä­ ten gestiegen.Most prior art driverless transport systems, provided are not high-tech androids until today - if at all - only with very rudimentary obstacle warning devices equips. Because such transport systems are predominantly routed are precisely defined and thus the lanes are generally kept clear obstacle warning devices have so far been regarded as relatively secondary hen. In the meantime, however, there is a need for such warning devices ten increased.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hindernis­ warngerät der eingangs genannten Art zu schaffen, das nicht nur präzise funktioniert, sondern komplett aus handelsüblichen Elementen gefertigt werden kann, und insbesondere in der Bedienung, der Wartung und seiner Anordnung optimal konzipiert ist.The present invention has for its object an obstacle to create warning devices of the type mentioned at the beginning, which is not only precise works, but completely made of commercially available elements can be, and in particular in the operation, maintenance and its Arrangement is optimally designed.

Diese Aufgabe wird durch im Anspruch 1 und dem Nebenanspruch 2 aufge­ zeigten Maßnahmen gelöst. In den Unteransprüchen sind Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben und in der nachfolgenden Beschreibung sind Ausführungsbeispiele erläutert und in den Figuren der Zeichnung darge­ stellt. Es zeigen:This object is achieved by in claim 1 and dependent claim 2 showed measures solved. Refinements are in the subclaims and further developments are given and are in the description below Embodiments explained and Darge in the figures of the drawing poses. Show it:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel mit zwei Laser­ dioden und rotierender Empfangsoptik, Fig. 1 shows a longitudinal section through an embodiment with two laser diodes and rotating receiving optics,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel mit zwei Laserdioden und rotierender Empfangsoptik, Fig. 2 is a longitudinal section through a second embodiment with two laser diodes and rotating receiving optics,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 jedoch mit feststehender Empfangsoptik, Fig. 3 shows a longitudinal section through an embodiment according to Fig. 1, however, with fixed receiving optics

Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2, jedoch mit feststehender Empfangsoptik, Fig. 4 shows a longitudinal section through an embodiment according to Fig. 2, but with stationary receiving optics,

Fig. 5 ein Schemabild eines dritten Ausführungsbeispiels mit einer Laserdiode und einem Modulationsprisma. Fig. 5 is a schematic image of a third embodiment with a laser diode and a modulation prism.

Wie die Fig. 1 veranschaulicht, setzt sich der abtastende Scanner für einen Entfernungsmesser 10 aus einem Stand-Gehäuse 20 und einem in die­ sem um die zentrale Achse 15 rotierend gelagerten Spiegelgehäuse 11 mit zugeordneter Grundplatte 21 zusammen. In der Grundplatte 21 sind die Um­ lenkspiegel 14 oder ein entsprechendes Prisma eingelassen. Der Empfänger 16 mit seiner Photodiode und der entsprechenden Elektronik (nicht ge­ zeichnet) ist feststehend (nicht rotierend) bei dem Spiegelkasten 11 positioniert und ebenfalls ist der Sender 13 mit seinen Sendedioden 13c und 13d sowie der Sendeoptik, die von den Kollimatoren 13a und 13b ge­ bildet wird, nicht rotierend zwischen dem Spiegelgehäuse 11 und der Grundplatte 21 in der zur Abtastebene senkrechten Achse 15 angeordnet.As illustrated in FIG. 1, the scanning scanner for a range finder 10 is composed of a standing housing 20 and a mirror housing 11 , which rotates around the central axis 15 and has an associated base plate 21 . In the base plate 21 to the steering mirror 14 or a corresponding prism are embedded. The receiver 16 with its photodiode and the corresponding electronics (not ge) is fixed (not rotating) positioned at the mirror box 11 and also the transmitter 13 with its transmitter diodes 13 c and 13 d and the transmitter optics, which by the collimators 13 a and 13 b ge is arranged, not rotating between the mirror housing 11 and the base plate 21 in the axis 15 perpendicular to the scanning plane.

In dem rotierenden Spiegelkasten 11 ist die gesamte Empfangsoptik ange­ ordnet, die sich aus den Empfangslinsen 12a, 12b und diesen zugeordnete Spiegel 12c, 12d zusammensetzt. Das Umlenkelement 12e gehört zur Sende­ optik. Hierbei ist der Achsabstand der Linsen 12a, 12b und der Neigungs­ winkel der Spiegel 12c, 12d aufeinander so abgestimmt, daß ihre Brenn­ punkte auf der Drehachse 15 liegen. Hierzu sind die Spiegelflächen zur Drehachse 15 geneigt und gegeneinander um 18° versetzt.In the rotating mirror box 11 , the entire receiving optics is arranged, which is composed of the receiving lenses 12 a, 12 b and these associated mirrors 12 c, 12 d. The deflecting element 12 e belongs to the transmission optics. Here, the center distance of the lenses 12 a, 12 b and the angle of inclination of the mirror 12 c, 12 d are coordinated so that their focal points lie on the axis of rotation 15 . For this purpose, the mirror surfaces are inclined to the axis of rotation 15 and offset from one another by 18 °.

Wie bereits erwähnt, rotieren der Empfänger 16 mit seiner Photodiode 16a und der Sender 13 mit seinen beiden Laserdioden 13c und 13d, denen je ein Kollimator 13a oder 13b zugeordnet ist, nicht um die Rotationsachse 15. Diese Laserdioden 13c, 13d strahlen abwechselnd jeweils über einen Drehwinkel von 180° oder weniger, beispielsweise wenn Pausen eingelegt werden, die dann u. a. zur Nullpunktskontrolle und -korrektur benutzt werden können.As already mentioned, the receiver 16 with its photodiode 16 a and the transmitter 13 with its two laser diodes 13 c and 13 d, each of which a collimator 13 a or 13 b is assigned, do not rotate about the axis of rotation 15 . These laser diodes 13 c, 13 d alternately radiate over an angle of rotation of 180 ° or less, for example when pauses are taken, which can then be used, inter alia, for zero point control and correction.

Die Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des vorbeschriebenen Scanners für einen Entfernungsmesser 10, wobei die Funktion und deren Ablauf im wesentlichen der vorbeschriebenen Ausführungsform entsprechen. Hier werden lediglich die Strahlengänge von Sender 13 und Empfänger 16 mittels im Strahlengang eingebrachter zentraler Bohrungen 112x in den Spiegeln 112c und 112d und gegebenenfalls in den Empfangslinsen 112a, 112b mehr oder weniger koaxial gemacht und der Sender 13 mit dem ihm zu­ geordneten Umlenkprisma 112e in den Raum hinter den geneigten Spiegeln 112c und 112d positioniert. Diese Ausführungsform reduziert die Paralla­ xe zwischen Sende- und Empfangsstrahlengang. Die kleinste noch erfaßbare Entfernung wird dadurch wesentlich reduziert (vom Bereich Meter in den Bereich Dezimeter). FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of the scanner described above for a range finder 10 , the function and its sequence essentially corresponding to the previously described embodiment. Here, only the beam paths of transmitter 13 and receiver 16 are made more or less coaxial by means of central bores 112 x in the mirrors 112 c and 112 d and possibly in the receiving lenses 112 a, 112 b, and the transmitter 13 with it orderly deflecting prism 112 e positioned in the space behind the inclined mirrors 112 c and 112 d. This embodiment reduces the parallax between the transmission and reception beam path. This significantly reduces the smallest distance that can still be detected (from the meter to the decimeter range).

Die vorbeschriebenen beiden Ausführungsformen lassen sich, wie die Figu­ ren 3 und 4 veranschaulichen, nun dahingehend konzipieren, daß der Ent­ fernungsmesser 10 einen rotierenden Spiegelkasten 11 aufweist, in dem wieder wie in vorbeschriebener Anordnung die Spiegel 12c, 112c, 12d, 112d angeordnet sind, der Kasten 11 jedoch nur mehr Strahleinfall- bzw. -ausfallfenster 17 trägt, und die Empfangsoptik 12, 112 nunmehr fest­ stehend - also nicht rotierend - mit dem Empfänger 16 verbunden ist. Die Zeichnungen sind so ausgeführt, daß weitere Erläuterungen hierzu nicht mehr erforderlich erscheinen.The two embodiments described above, as illustrated in FIGS. 3 and 4 , can now be conceived in such a way that the distance meter 10 has a rotating mirror box 11 , in which the mirrors 12 c, 112 c, 12 d, 112 again, as in the arrangement described above d are arranged, the box 11, however, only carries beam incident or incident windows 17 , and the receiving optics 12 , 112 are now fixed - that is not rotating - connected to the receiver 16 . The drawings are designed so that further explanations no longer appear to be necessary.

Eine spezielle Ausführungsform veranschaulicht die Fig. 5 der Zeichnung. Auch hier sind Aufbau und Funktion des Entfernungsmessers 10 im wesent­ lichen wie vorbeschrieben. Die Achsabstände der Empfangslinsen 12a, 12b sind wie erwähnt und auch die prismenförmigen Umlenkelemente 12e, 14 sind entsprechend dem beschriebenen Funktionsablauf angeordnet, nur wird diesen Elementen nun ein Modulationsprisma 18 zugeordnet, und zwar so, daß sein Abstand zur gegenüberliegenden Fläche des Prismas 14 zwischen λ/6 und einigen λ variierbar ist, wobei λ die Wellenlänge der Laserstrahlung ist. Der "Hub" des Modulationsprismas 18 ist also sehr klein, das Umschalten vom einen zum anderen Sendestrahlengang kann also sehr rasch (Bereich msec) erfolgen. Hierbei kann dieses Modulationspris­ ma 18 mit dem Umlenkprisma 12e, 112e zu einer Baueinheit zusammengefaßt sein. Die Laserdiode 13c des Senders 13 strahlt kontinuierlich oder mit Pausen um die "18O°-Punkte". Als Kollimator 13a für einen größeren Sen­ destrahldurchmesser empfehlen sich Parabolspiegel.A special embodiment is illustrated in FIG. 5 of the drawing. Here too, the structure and function of the rangefinder 10 are essentially as described above. The center distances of the receiving lenses 12 a, 12 b are, as mentioned, and the prism-shaped deflection elements 12 e, 14 are arranged according to the functional sequence described, only a modulation prism 18 is now assigned to these elements, in such a way that its distance from the opposite surface of the prism 14 is variable between λ / 6 and a few λ, where λ is the wavelength of the laser radiation. The "stroke" of the modulation prism 18 is therefore very small, so switching from one to the other transmission beam path can take place very quickly (range msec). This modulation prism 18 can be combined with the deflecting prism 12 e, 112 e to form a structural unit. The laser diode 13 c of the transmitter 13 emits continuously or with pauses around the "180 ° points". Parabolic mirrors are recommended as collimators 13 a for a larger diameter beam.

Claims (6)

1. Abtastender Scanner für einen Entfernungsmesser mit Laserdioden als Hinderniswarngerät vorzugsweise für fahrerlose Transportsysteme, dadurch gekennzeichnet, daß der Entfernungsmesser (10) und die ihm in einem Spie­ gelkasten (11) zugeordnete Optik (12a-12e, 112a-112e) zusammen mit Hilfs­ spiegeln (14) des Senders (13) um eine zur Abtastebene senkrechte Achse (15) rotierend ausgebildet sind, während der Empfänger (16) und der Sender (13) mit seinen Kollimatoren (13a, 13b) in dieser Achse (15) feststehend angeordnet sind und der Achsabstand der Empfangslinsen (12a, 12b) und die Neigungswinkel der Spiegel (12c und 12d) im Spiegelkasten (11) aufeinander so abgestimmt sind, daß die Brennpunkte der Empfangslinsen (12a, 12b) auf der Drehachse (15) liegen.1. Scanning scanner for a range finder with laser diodes as an obstacle warning device, preferably for driverless transport systems, characterized in that the range finder ( 10 ) and the optics associated with it in a mirror box ( 11 ) ( 12 a- 12 e, 112 a- 112 e) together with auxiliary mirrors ( 14 ) of the transmitter ( 13 ) are designed to rotate about an axis ( 15 ) perpendicular to the scanning plane, while the receiver ( 16 ) and the transmitter ( 13 ) with their collimators ( 13 a, 13 b) in this axis ( 15 ) are arranged fixed and the center distance of the receiving lenses ( 12 a, 12 b) and the angle of inclination of the mirrors ( 12 c and 12 d) in the mirror box ( 11 ) are coordinated so that the focal points of the receiving lenses ( 12 a, 12 b) lie on the axis of rotation ( 15 ). 2. Abtastender Scanner für einen Entfernungsmesser mit Laserdioden als Hinderniswarngerät für fahrerlose Transportsysteme, dadurch gekennzeich­ net, daß der Entfernungsmesser (10) und die ihm in einem Spiegelkasten (11) zugeordneten Fenster (17) und Spiegel (12c, 12d) sowie die Hilfsspie­ gel (14) des Senders um eine zur Abtastebene senkrechte Achse (15) rotie­ rend ausgebildet sind, während der Empfänger (16) mit der Empfangsoptik (12) und der Sender (13) mit seinen Kollimatoren (13a, 13b) des Entfer­ nungsmessers (10) in dieser Achse (15) feststehend angeordnet sind und die Neigungswinkel der Spiegel (12c, 12d) im Spiegelkasten (11) aufeinander so abgestimmt sind, daß das Bild des "Lichtflecks" der Laserstrahlung auf dem jeweils angestrahlten Objekt auf der Drehachse (15) liegt.2. Scanning scanner for a range finder with laser diodes as an obstacle warning device for driverless transport systems, characterized in that the range finder ( 10 ) and the window ( 17 ) and mirror ( 12 c, 12 d) associated with it in a mirror box ( 11 ) and the Auxiliary mirror ( 14 ) of the transmitter around an axis perpendicular to the scanning plane ( 15 ) are designed to rotate, while the receiver ( 16 ) with the receiving optics ( 12 ) and the transmitter ( 13 ) with its collimators ( 13 a, 13 b) Distance meter ( 10 ) in this axis ( 15 ) are arranged fixed and the angle of inclination of the mirrors ( 12 c, 12 d) in the mirror box ( 11 ) are matched to one another so that the image of the "light spot" of the laser radiation on the respectively illuminated object lies on the axis of rotation ( 15 ). 3. Scanner für Entfernungsmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Spiegel (12c, 12d, 112c, 112d) zur Drehachse (15) um ca. 45° geneigt und gegeneinander um 180° versetzt angeordnet sind. 3. Scanner for range finder according to claim 1 or 2, characterized in that the mirrors ( 12 c, 12 d, 112 c, 112 d) to the axis of rotation ( 15 ) inclined by approximately 45 ° and offset from one another by 180 ° . 4. Scanner für Entfernungsmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Strahlengänge von Sender (13) und Empfänger (16) mittels im Strahlengang eingebrachter zentraler Bohrungen (112x) in den Spiegeln (112c, 112d) und gegebenenfalls in den Empfangslinsen (112a, 112b) mehr oder weniger koaxial gemacht werden und der Sender (13) hinter den geneigten Spiegeln (112c, 112d) positioniert ist und durch die Boh­ rungen (112x) strahlt.4. Scanner for range finder according to claim 1 or 2, characterized in that the beam paths of the transmitter ( 13 ) and receiver ( 16 ) by means of central bores ( 112 x) introduced in the beam path in the mirrors ( 112 c, 112 d) and optionally in the receiving lenses ( 112 a, 112 b) are made more or less coaxial and the transmitter ( 13 ) is positioned behind the inclined mirrors ( 112 c, 112 d) and shines through the holes ( 112 x). 5. Scanner für Entfernungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß den optischen Umlenkelementen Prisma (12e, 112e) und Spiegel oder Prisma (14) ein Modulationsprisma (18) so zugeord­ net ist, daß sein Abstand zur gegenüberliegenden Fläche des Prismas (14) zwischen λ/6 und einigen λ variierbar ist.5. Scanner for rangefinder according to one of claims 1 to 4, characterized in that the optical deflection prism ( 12 e, 112 e) and mirror or prism ( 14 ) a modulation prism ( 18 ) is assigned so that its distance from the opposite Area of the prism ( 14 ) is variable between λ / 6 and a few λ. 6. Scanner für Entfernungsmesser nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Modulationsprisma (18) mit dem Umlenkprisma (12e, 112e) zu einer Einheit zusammengefaßt ist.6. Scanner for rangefinder according to claim 5, characterized in that the modulation prism ( 18 ) with the deflecting prism ( 12 e, 112 e) is combined into one unit.
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