DE4420032A1

DE4420032A1 - Distance measuring method using laser beam

Info

Publication number: DE4420032A1
Application number: DE4420032A
Authority: DE
Inventors: Chaochi Huang
Original assignee: Quarton Inc
Current assignee: Quarton Inc
Priority date: 1994-06-03
Filing date: 1994-06-08
Publication date: 1995-12-14
Also published as: GB2290146A; GB9411116D0

Abstract

A distance measuring method includes the use of a laser beam emitting device (1) to emit a laser beam, the installation of a first reflector (2) to partially reflect the laser beam at right angles onto the object (4) to be measured, the installation of a scale (32) along the laser beam emitting direction, and the installation of a second reflector (3) to reflect the laser beam passing through the first reflector permitting it to intersect the laser beam reflected by the first reflector at a point of intersection (5). The distance of the object is measured by moving the second reflector along the scale permitting the point of intersection to be located at the object. The distance between the first and second reflectors is measured by the scale. The distance between the point of intersection and the first reflector is proportional to the distance between the point of intersection and the second reflector. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ent fernungsmessung mittels einer Laserstrahlemissionsein richtung, mit dem sowohl kleine Entfernungen als auch große Entfernungen genau gemessen werden können.The present invention relates to a method for Ent distance measurement using a laser beam emission direction with which both small distances as well large distances can be measured precisely.

Laseremissionseinrichtungen sind u. a. zur Entfernungsmes sung entwickelt worden. Wie in Fig. 2A gezeigt, wird hierbei eine Laserstrahlemissionseinrichtung 1 so betrie ben, daß sie einen Laserstrahl auf den zu messenden Ge genstand projiziert und die Entfernung zwischen der La serstrahlemissionseinrichtung 1 und dem Gegenstand 4 ge messen wird, indem die Zeitdauer gemessen wird, bis der Laserstrahl von dem Gegenstand 4 zur Laserstrahlemission seinrichtung 1 reflektiert wird. Die Entfernung D wird daher gemäß der folgenden Formel berechnet:Laser emission devices have been developed for distance measurement, among other things. As shown in Fig. 2A, a laser beam emitting means is in this case 1 so Betrie ben that they subject of a laser beam on to be measured Ge projected and the distance between the La serstrahlemissionseinrichtung 1 and the object 4 is ge measure, by the length of time is measured until the laser beam is reflected from the object 4 to the laser beam emission device 1 . The distance D is therefore calculated according to the following formula:

wobei D die Entfernung ist, T die Reflexionsdauer ist und C die Lichtgeschwindigkeit ist. Wenn dieses Verfahren für die Messung einer großen Entfernung verwendet wird, muß die Leistung der Laserstrahlemissionseinrichtung erhöht werden, weil andernfalls die Genauigkeit der Messung nachteilig beeinflußt wird. Ein weiterer Nachteil dieses herkömmlichen Verfahrens besteht darin, daß es nicht für die Messung einer kleinen Entfernung geeignet ist, weil die Reflexionsdauer zu kurz ist, um meßbar zu sein. Wenn der zu messende Gegenstand den Laserstrahl nicht wirksam reflektieren kann, wird die Meßgenauigkeit ebenfalls nachteilig beeinflußt. Wenn der zu messende Gegenstand keine ebene Oberfläche besitzt, wird der Laserstrahl aus seiner Bahn abgelenkt (siehe Fig. 2C), wodurch ein feh lerhaftes Meßergebnis geschaffen wird. Wenn der zu mes sende Gegenstand den Laserstrahl nicht wirksam reflektie ren kann, kann am Gegenstand 4 ein Reflektor 41 befestigt werden (siehe Fig. 2B), um den Laserstrahl wirksam zu reflektieren. Die Anbringung des Reflektors 41 macht jedoch das Meßverfahren kompliziert. Wenn der Gegenstand 4 keine ebene Oberfläche besitzt, kann auch durch die Befestigung des Reflektors 41 am Gegenstand 4 der Laser strahl nicht genau zur Laserstrahlemissionseinrichtung 1 reflektiert werden (siehe Fig. 2D), so daß ein Meßfehler auftritt.where D is the distance, T is the reflection time and C is the speed of light. If this method is used to measure a long distance, the power of the laser beam emitter must be increased, otherwise the accuracy of the measurement will be adversely affected. Another disadvantage of this conventional method is that it is not suitable for measuring a small distance because the duration of reflection is too short to be measurable. If the object to be measured cannot effectively reflect the laser beam, the measuring accuracy is also adversely affected. If the object to be measured does not have a flat surface, the laser beam is deflected from its path (see FIG. 2C), which creates an erroneous measurement result. If the object to be measured cannot effectively reflect the laser beam, a reflector 41 can be attached to the object 4 (see FIG. 2B) in order to effectively reflect the laser beam. The attachment of the reflector 41 , however, complicates the measurement process. If the object 4 does not have a flat surface, the laser beam cannot be exactly reflected by the attachment of the reflector 41 to the object 4 to the laser beam emission device 1 (see FIG. 2D), so that a measurement error occurs.

Die vorliegende Erfindung ist unter den obenerwähnten Umständen gemacht worden.The present invention is among those mentioned above Circumstances.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Entfernungsmessung mittels Laserstrahls zu schaffen, das sowohl für die Messung kleiner Entfernungen als auch für die Messung großer Entfernungen anwendbar ist, das genaue Meßergebnisse liefert, das nur einen La serstrahl mit niedriger Leistung verwendet und das indu striell anwendbar ist.It is therefore the object of the present invention Methods for distance measurement using a laser beam create that for both measuring small distances as well as for measuring large distances is that provides accurate measurement results that only a La low power and the indu is legally applicable.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Ver fahren, das die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale be sitzt.This object is achieved by a Ver drive that be the features specified in claim 1 sits.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind im Unteranspruch angegeben, der sich auf eine bevor zugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht.Other objects, features and advantages of the invention are specified in the subclaim, which relates to a before preferred embodiment of the present invention.

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Aus führungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläu tert; es zeigen: The invention is based on preferred Aus leadership forms with reference to the drawings tert; show it:

Fig. 1 eine Ansicht der Anordnung, mit der das er findungsgemäße Verfahren zur Entfernungsmes sung ausgeführt werden kann; Figure 1 is a view of the arrangement with which he inventive method for distance measurement can be performed.

Fig. 1A-1D die bereits erwähnten Darstellungen zur Er läuterung herkömmlicher Verfahren, die zur Messung der Entfernung eines Gegenstandes ei nen Laserstrahl verwenden; FIG. 1A-1D the aforementioned diagrams for refining He conventional methods used for measuring the distance of an object ei NEN laser beam;

Fig. 3 die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfah rens auf die Messung der Entfernung eines Ge genstandes; Fig. 3 is Ren gens tandes the application of the procedural invention to the measurement of the distance of a Ge;

Fig. 4A eine Darstellung zur Erläuterung des Zustan des, in dem der zweite Reflektor mit einem Neigungswinkel von mehr als 45° angebracht ist; und Fig. 4A is an illustration for explaining the state of in which the second reflector is attached with an inclination angle of more than 45 °; and

Fig. 4B eine Darstellung zur Erläuterung des Zustan des, in dem der zweite Reflektor mit einem Neigungswinkel von weniger als 22,5° ange bracht ist. Fig. 4B is an illustration for explaining the state of in which the second reflector with an inclination angle of less than 22.5 ° is introduced.

Wie in Fig. 1 gezeigt, enthält die Anordnung für die Aus führung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Entfernungs messung eine Laserstrahlemissionseinrichtung 1, einen ersten Reflektor 2 und einen zweiten Reflektor 3. Die Laserstrahlemissionseinrichtung 1 erzeugt einen Laser strahl im sichtbaren Bereich. Der erste Reflektor 2 be sitzt eine vordere Fläche, die mit einer Schicht eines reflektierenden Überzugs 21 mit einem Reflexionsvermögen von 50% überzogen ist und in einem Höhenwinkel von 45° so angeordnet ist, daß sie der Laserstrahlemissionseinrich tung 1 zugewandt ist. Wenn die Laserstrahlemissionsein richtung 1 auf den ersten Reflektor 2 einen Laserstrahl projiziert, werden 50% des Laserstrahls durch den reflek tierenden Überzug 21 im rechten Winkel reflektiert, wäh rend die verbleibenden 50% des Laserstrahls durch den ersten Reflektor 2 durchgelassen werden und dann auf den zweiten Reflektor 3 projiziert werden. Der zweite Reflek tor 3 ist auf einer Skala 32 angebracht, die parallel zur Laserstrahlemissionseinrichtung angeordnet ist. Der zwei te Reflektor 3 besitzt eine Vorderfläche, die mit einer Schicht eines reflektierenden Überzugs 31 mit einem Re flexionsvermögen von 100% überzogen ist und in einem Hö henwinkel von mehr als 45° in der Weise angeordnet ist, daß sie der Laserstrahlemissionseinrichtung 1 zugewandt ist.As shown in Fig. 1, the arrangement for carrying out the inventive method for distance measurement includes a laser beam emission device 1 , a first reflector 2 and a second reflector 3rd The laser beam emission device 1 generates a laser beam in the visible range. The first reflector 2 be a front surface, which is coated with a layer of a reflective coating 21 with a reflectivity of 50% and is arranged at an elevation angle of 45 ° so that the device 1 facing the Laserstrahlemissionseinrich. When the Laserstrahlemissionsein device 1 projects a laser beam onto the first reflector 2 , 50% of the laser beam is reflected by the reflective coating 21 at right angles, while the remaining 50% of the laser beam is transmitted through the first reflector 2 and then onto the second Reflector 3 are projected. The second reflector 3 is mounted on a scale 32 which is arranged parallel to the laser beam emission device. The two-th reflector 3 has a front surface which is coated with a layer of a reflective coating 31 with a reflectivity of 100% and is arranged at a height of more than 45 ° in such a way that it faces the laser beam emission device 1 .

Daher schneiden sich der vom ersten Reflektor 2 reflek tierte Laserstrahl und der vom zweiten Reflektor 3 re flektierte Laserstrahl in einem Schnittpunkt 5. Somit bilden die reflektierten Laserstrahlen und die Skala 32 zusammen ein rechtwinkliges Dreieck.Therefore, the laser beam reflected by the first reflector 2 and the laser beam reflected by the second reflector 3 intersect at an intersection 5 . Thus, the reflected laser beams and the scale 32 together form a right triangle.

Wie in Fig. 3 gezeigt, werden die vertikale Seite 51 und die horizontale Seite 52 proportional geändert, wenn der zweite Reflektor 3 längs der Skala 32 bewegt wird. Daher kann die Länge der vertikalen Seite 51 aus der Länge der horizontalen Seite 52 abgeleitet werden. Durch dieses Verfahren wird die Entfernung des Gegenstandes 4 gemes sen. Der Neigungswinkel des zweiten Reflektors liegt vor zugsweise im Bereich von 22,5° bis 45°, so daß die verti kale Seite 51 länger als die horizontale Seite 52 ist. Diese Anordnung ist für die Messung großer Entfernungen geeignet. Wenn der Neigungswinkel des zweiten Reflektors 45° überschreitet, wie in Fig. 4A gezeigt ist, kann der vom zweiten Reflektor 3 reflektierte Laserstrahl den vom ersten Reflektor 2 reflektierten Laserstrahl nicht schneiden. Wenn der Neigungswinkel des zweiten Reflektors 3 kleiner als 22,5° ist, wie in Fig. 4B gezeigt ist, ist die vertikale Seite kürzer als die horizontale Seite, so daß diese Anordnung für die Messung großer Entfernungen nicht geeignet ist.As shown in FIG. 3, the vertical side 51 and the horizontal side 52 are changed proportionally when the second reflector 3 is moved along the scale 32 . Therefore, the length of the vertical side 51 can be derived from the length of the horizontal side 52. By this method, the removal of the object 4 is measured. The angle of inclination of the second reflector is preferably in the range of 22.5 ° to 45 °, so that the vertical side 51 is longer than the horizontal side 52. This arrangement is suitable for measuring long distances. If the angle of inclination of the second reflector exceeds 45 °, as shown in FIG. 4A, the laser beam reflected by the second reflector 3 cannot intersect the laser beam reflected by the first reflector 2 . If the angle of inclination of the second reflector 3 is less than 22.5 °, as shown in Fig. 4B, the vertical side is shorter than the horizontal side, so that this arrangement is not suitable for measuring large distances.

An den beschriebenen Ausführungsformen können verschie dene Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden, ohne vom Geist und vom Umfang der vorliegenden Erfindung ab zu weichen, wie sie in den folgenden Ansprüchen definiert sind.In the described embodiments, various changes and modifications are made without from the spirit and scope of the present invention give way as defined in the following claims are.

Claims

1. A method for distance measurement using a laser beam emission device ( 1 ) which emits a laser beam, characterized in that
a first reflector ( 2 ) with a reflecting coating ( 21 ) with a reflectivity of 50% for reflecting 50% of the laser beam at an angle of 90 ° onto the object to be measured and for transmitting 50% of the laser beam,
a scale ( 32 ), which extends from the laser beam mission device ( 1 ) in the direction of the laser beam, and
a second reflector ( 3 ) can be installed, which has a reflective coating ( 31 ) with a reflectivity of 100% in order to reflect the laser beam which is transmitted through the first reflector ( 2 ) in such a way that that of the second Reflector ( 3 ) re reflected laser beam can cut the laser beam reflected from the first reflector ( 2 ) onto the object ( 4 ) at an intersection ( 5 ); and that
the laser beam between the first reflector ( 2 ) and the object ( 4 ) and the laser beam between the first reflector ( 2 ) and the second reflector ( 3 ) and the laser beam between the second reflector ( 3 ) and the intersection ( 5 ) are rectangular Form triangle;
the length of the laser beam between the first reflector ( 2 ) and the second reflector ( 3 ) is measured by the scale ( 32 );
the length of the laser beam between the first reflector ( 2 ) and the intersection ( 5 ) is proportional to the length of the laser beam between the first reflector ( 2 ) and the second reflector ( 3 ); and
the distance of the object ( 4 ) is measured by moving the second reflector ( 3 ) along the scale ( 32 ) by bringing the intersection ( 5 ) with the object ( 4 ) to coincide.

2. The method according to claim 1, characterized in that the second reflector ( 3 ) on the scale ( 32 ) is attached with an inclination angle of more than 22.5 °.