DE4427724C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen einer winkelabhängigen Größe - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Messen einer winkelabhängigen GrößeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrich
tung zum Messen einer winkelabhängigen Größe. Insbesondere,
aber nicht ausschließlich, befaßt sich die Erfindung mit der
Messung von Winkeln zur optischen trigonometrischen Vermessung
und/oder Entfernungsbestimmung sowie zur Längen- und Distanzmessung.
Hieraus abgeleitet können Geschwindigkeiten und Beschleunigun
gen längs vorgegebenen Achsen bestimmt werden.
Optische Vermessungsinstrumente mit optischen Visiereinrich
tungen zur Feststellung des Azimutwinkels oder des Höhenwinkels
sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt geworden. Da die
mechanische Winkelablesung nur eine begrenzte Genauigkeit lie
fert, sind auch bereits elektronische, drehempfindliche Vor
richtungen bekanntgeworden, die auf dem Kreiseleffekt beruhen.
Diese Anordnungen sind jedoch sehr aufwendig und teuer. Sie
sind beispielsweise für Navigationszwecke geeignet.
Andere Verfahren der Triangulationsmessung beruhen auf der
Detektion von auf der Objektoberfläche spiegelnd reflektiertem
Licht mit Hilfe einer positionsempfindlichen Diode (PSD). Der
Arbeitsabstand dieser Systeme liegt, bedingt durch die stören
de Aufweitung eines Lichtstrahls, bei maximal einigen cm. In
vielen technischen Anwendungen kann zudem eine spiegelnde Re
flexion nicht gewährleistet werden, im allgemeinen besitzen
technische Oberflächen eine im Vergleich zur eingestrahlten
Wellenlänge rauhe Oberfläche, woraus eine diffuse Streuung re
sultiert.
Die DE 41 15 785 C2 beschreibt ein Verfahren zur optischen
Distanzvermessung eines Objektes nach dem Triangulationsprinzip,
wobei als Detektionssignal die Position dem Detektorstrahles
auf einem PSD ausgegeben wird.
Darüber hinaus existieren Entfernungsmeßverfahren, welche die
Laufzeit eines kurzen Laserpulses als Meßsignal ausnutzen.
Wegen der zu kurzen Zeiten hin begrenzten Pulsdauer des Lasers
sind diese Verfahren jedoch für größere Entfernungen, ab
typisch einige 10 m bis einige km einsetzbar.
Die DE 42 34 849 C1 beschreibt ein optisches Wegmeßsystem,
bei welchem als Detektor eine CCD-Zeilenkamera Verwendung
findet.
Die JP 1-259214 A (Patents Abstracts of Japan P-987 January 10,
1990 Vol. 14/No. 8) beschreibt ein Verfahren und eine Vorrich
tung zur Distanzmessung durch einen rotierenden Laserstrahl.
Der rotierende Laserstrahl trifft nacheinander auf zwei quer
zur Meßdistanz im vorbestimmten Abstand angeordnete Detektoren,
und aus dem zeitlichen Abstand der von den Detektoren geliefer
ten Signale erfolgt auf trigonometrischem Weg eine Entfernungs
messung. Hierbei ist es erforderlich, am Ort des Meßobjektes
(Ende der zu messenden Entfernung) Detektoren anzuordnen, die
miteinander und mit einer Auswerteinheit am Meßort verbunden
werden müssen.
Eine ähnliche Vorrichtung ist in der JP 4-47209 A (Patents
Abstracts of Japan P-1359 May 25, 1992 Vol. 16/No. 222) be
schrieben. Hierbei sind die Detektoren am Ort des Meßobjektes
durch Reflexionsmarken ersetzt. Der Detektor sitzt am Meßort
im Sensorkopf, so daß dieser jeweils beim Auftreffen des Laser
strahls auf eine Reflexionsmarke ein Signal erhält. Auch
hier handelt es sich um ein klassisches trigonometrisches Meß
verfahren mit einer bekannten Meßbasis am Ort des Meßobjektes.
Die US-PS 52 25 882 betrifft eine Vorrichtung zur Distanzmessung
und/oder zur Messung des Azimut-Winkels eines sich bewegenden
Körpers, wobei ein Laserstrahl in Verbindung mit einem Abtast
mechanismus benutzt wird. Über ein Pulslaser-Meßsystem wird
ein Hindernis zweidimensional abgescannt und zum Abscannen
wird ein rotierender Spiegel benutzt. Die Laserdiode wird ge
pulst und als Detektor dient eine Avalanche-Photodiode. Als
Meßsignal wird die Lichtlaufzeit ausgewertet, nicht aber eine
winkelabhängige Größe.
Die DE-OS 25 46 714 betrifft ein Verfahren zum Messen des Ab
standes von und der Geschwindigkeitskomponente eines Objektes
senkrecht zu einer Bezugslinie. Mit Hilfe des Triangulationsprinzips
und eines schwenkbaren Spiegels wird eine Abstands
messung nach einem Meßobjekt vorgenommen, und durch wiederhol
te zeitlich aufeinanderfolgende Abstandsmessung wird die Ge
schwindigkeit abgeleitet, mit der sich das Meßobjekt auf den
Meßort hin oder von diesem weg bewegt. Eine Messung in Trans
versalrichtung ist hierbei nicht möglich.
Die DE 37 22 429 A1 zeigt eine Vorrichtung und ein Verfahren
zur Messung eines Winkels für die Gewinnung der Koordinaten
eines Meßpunktes, wobei zwei Laserstrahlen von einem zentralen
Meßpunkt aus gesendet werden, die mit der gleichen Winkel
geschwindigkeit gegeneinander rotieren. Aus den im Meßpunkt
empfangenen Reflexionssignalen werden Zeitintervalle er
mittelt und zur Koordinatengewinnung ausgenutzt. Es wird
hierbei jedoch nur eine Koordinate bezüglich einer Referenz
richtung (Polarkoordinate) bestimmt und dabei nur ein Winkel
erfaßt, so daß eine Geschwindigkeitsmessung oder Längenmessung
mit dieser Vorrichtung nicht möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein universell ver
wendbares Verfahren anzugeben, mit dem über die optische
Messung einer winkelabhängigen Größe mit hoher Genauigkeit
die Transversalgeschwindigkeit eines Meßobjektes bzw. die
Entfernung zu einem Meßobjekt vom Meßort aus ermittelt werden
kann, wobei auch Meßobjekte erfaßt werden können, die mit
einer im Vergleich zur eingestrahlten Wellenlänge rauhen Ober
fläche versehen sind.
Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die Gesamtheit der
im Patentanspruch 1 bzw. im Patentanspruch 7 angegebenen Merk
male.
Weitere Ausgestaltungen dieser Verfahren ergeben sich aus den
Unteransprüchen 2 bis 6 bzw. 8.
Vorrichtungen zur Durchführung dieser Verfahren ergeben sich
aus den Ansprüchen 9 bzw. 16.
Weitere Ausgestaltungen der Vorrichtung gemäß Anspruch 9 er
geben sich aus den Ansprüchen 10 bis 15.
Die Erfindung beruht demgemäß auf einer auf eine Zeitmessung
zurückgeführten Winkelmessung. Die Ablenkgeschwindigkeit,
d. h. die Winkelgeschwindigkeit, mit der der Laserstrahl rotiert,
kann dabei konstant sein, aber es kann
auch eine beschleunigte oder eine verzögerte Bewegung sein,
Voraussetzung ist lediglich, daß man die Beziehung zwischen
der Ablenkgeschwindigkeit und der Zeit kennt. Die Ablenkung
kann mittels rotierender Reflektoren erfolgen, sie kann jedoch
auch aus einer begrenzten Winkelschwenkbewegung bestehen.
Auf diese Weise lassen sich nicht nur Winkel mit einfachen
Mitteln präzise messen, sondern auch alle abgeleiteten Größen,
wie z. B. Winkelgeschwindigkeit und Winkelbeschleunigung. Insbe
sondere können jedoch Entfernungen längs einer vorbestimmten
Achse bestimmt werden, woraus eine Geschwindigkeitsbestimmung
durch mehrere Messungen innerhalb eines definierten Zeitfensters
durchgeführt werden kann, ebenso kann eine Beschleunigungs
messung durch aufeinanderfolgende Geschwindigkeitsmessungen vorgenommen werden.
Ferner kann die Erfindung zur Fahrzeugscannung mittels mehre
rer Meßpunkte benutzt werden, um ein Fahrzeug bei der Verkehrs
überwachung und zur Fahrzeugklassifikation wiederzuerkennen.
Ferner können verschiedene Objekte innerhalb einer Produktions
verfolgung abgetastet werden, und es ist es auch möglich, die
Erfindung in Form eines Theodoliten mit Neigungssensor zu ver
wirklichen. Als Licht
schranke kann die Erfindung ohne den sonst üblichen gegen
überliegenden Detektor verwendet werden. Schließlich ist eine
Vermessung von Gußteilen in einer Eisengießerei während der
Produktion ins Auge gefaßt.
Ferner können die zu erfassenden Parameter der Objekte sich
beziehen auf Veränderungen des
Relativabstandes und Veränderungen der Geschwindigkeit und/oder
der Beschleunigung.
Vorstehend wurden nur einige von zahlreiche-n Anwendungen be
schrieben, für die die Erfindung benutzt werden kann.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand
der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 zeigt eine optische Triangulationseinrichtung
mit einem Laser und zwei Detektoren zur Entfernungsmessung,
wie sie bei der Anordnung nach Fig. 5 Anwendung findet,
Fig. 2 zeigt das Meßprinzip der Entfernungsmeßvorrich
tung nach Fig. 1,
Fig. 3 zeigt das Meßsystem gemäß Fig. 1 und 2 mit
räumlich verteilten und entkoppelten Modulen,
Fig. 4
und 5 zeigen Vorrichtungen zur Messung der Transversal-
Geschwindigkeit mit mehreren gegenläufig rotierenden Dreh
spiegeln,
Fig. 6 zeigt eine Entfernungsmeßanordnung, die einen
Pulslaser benutzt.
Fig. 1 zeigt
eine Vorrichtung zur Laserentfernungsmessung im mittleren
Entfernungsbereich von 0,5 bis 50 m.
Das in der Erfindung eingesetzte Triangulationsverfahren wird
in vielfältiger Weise im Zusammenhang mit positionssensitiven
Detektoren und CCD-Zeilen eingesetzt. Durch die relativ klei
nen räumlichen Abmaße solcher Lateraldioden wird ein lang
reichweitiges Triangulationsmeßgerät geschaffen, welches durch
den Einsatz eines Mikrocontrollers portabel und kostengünstig
ist und mit einer Auflösung im Bereich weniger Millimeter mißt.
Das in der Erfindung beschriebene Meßgerät realisiert das die
Entfernung ergebende Dreieck aus dem einfallenden und dem re
flektierenden Laserstrahl eines rotierenden Spiegels 3 und der
Achse vom diffus reflektierten Laserstrahl und dem diesen
Leuchtfleck detektierenden Entfernungssensor 1 (Fig. 1). Bei
einer bekannten, vom Sensor meßbaren Winkelgeschwindigkeit ω
und mit Benutzung eines Referenzdetektors 2 zur Erzeugung eines
Startsignals läßt sich aus der Zeitdifferenz zwischen dem Licht
signal des Entfernungsdetektors 1 und dem Lichtsignal des
Referenzdetektors 2 die Entfernung x1 (Fig. 1) nach folgen
der Gleichung bestimmen:
Die in der Gleichung vorkommenden Größen x2 und x3 ergeben
sich aus der Geometrie des Aufbaus und können je nach gewünsch
ten Abmaßen des Sensors und seiner Auflösung gewählt werden.
Der Faktor 2, mit dem die gemessene Zeit tmess belastet wird,
ergibt sich aus dem Verhältnis der geometrischen (α1 und
α2) und der Spiegelwinkel (αs1 und αs2). Um die
geometrischen Winkel mit den Spiegelwinkeln vergleichen zu
können, wird der Winkel αs2' aus dem Winkel αs2 abge
leitet und mit αs1 in Relation gebracht.
Der Einsatz eines verspiegelten Polygons führt zu einer wesent
lichen Erhöhung der Meßfrequenz bei konstantem Meßfehler. Die
Zeitmessung erfolgt nach einer Signalpegelanpassung direkt mit
den Timer-Eingängen eines Mikrocontrollers. Die in
diesem Mikrocontroller ab laufende Software berechnet den Ent
fernungswert und gibt diesen auf dem LC-Display aus.
Über die Position des Referenzdetektors und dem daraus resul
tierenden Winkel α2 läßt sich die zu messende Zeitdifferenz
je Entfernungsbereich in einen für den Mikrocontroller opti
malen Zeitmeßbereich bringen.
Eine Änderung des Einstrahlwinkels des Lasers gegenüber der
Achse x3 ermöglicht bei entsprechender Flächenwahl des Poly
gonspiegels die Beschränkung des Meßbereichs in beide Rich
tungen und realisiert in dieser Weise sowohl eine Vordergrund-
als auch eine Hintergrundausblendung. Wird hingegen ein größe
rer Meßbereich gewünscht, muß dieser Forderung mit einer ge
ringeren Flächenzahl des Polygonspiegels Rechnung getragen
werden.
Die sich mit dem neuen Einstrahlwinkel γ ergebende Gleichung zur
Bestimmung der Entfernung des Meßobjektes lautet:
Der Entfernungsdetektor zur Detektion des diffus reflektier
ten Laserstrahls besteht aus zwei integrierten Photoempfängern
mit analoger Tageslichtsubtraktion und einem Normalobjektiv
zur optimalen Abbildung des Laserflecks auf den Photoempfänger.
Mittels einer Gewindestange können die Photodetektoren und das
Objektiv in den optimalen Abstand zueinander gebracht werden,
um eine bestmögliche Leistungsausbeute des mit 1/r2 abnehmen
den Lichtsignals zu gewährleisten. Ferner ist die Möglichkeit
gegeben, zusätzliche Filter zu montieren, um in verschiedenen
Wellenlängenbereichen arbeiten zu können (z. B. im nahen Infra
rotbereich) . Durch das innere der Gewindestange werden die Ver
sorgungsspannung und das vorverarbeitete Signal herausgeführt.
Die Gesetzmäßigkeiten eines Lambert'schen Strahlers, den die
diffuse Reflexion darstellt, erfordern eine adaptive Messung des
Lichtsignals, um den optimalen Zeitpunkt zu bestimmen. Zu diesem
Zweck wird mittels eines Peakholders über den A/D-Wandler des
Mikrocontrollers der maximale Pegel des diffus reflektierten
Lichtsignals bestimmt und in Abhängigkeit von diesem Wert ein
programmierbarer Verstärker zur Signalanpassung angesteuert. Um
Messungen mit den geforderten Meßabweichungen im Bereich weniger
Millimeter durchführen zu können, ist unbedingt eine Drehzahl
regelung der Umdrehungsgeschwindigkeit ω erforderlich. Da die
Erfindung auch zur Messung von Geschwindigkeiten und zum Abscan
nen von bewegten Objekten (z. B. Autos) geeignet ist, und um es
dem Benutzer zu ermöglichen, das Meßgerät optimal auf die
Bedürfnisse anzupassen, ist eine Sollwertvorgabe durch den
Mikrokontroller vorgesehen. Der Sollwert und andere Systemgroßen
können mittels einer Tastatur eingegeben werden.
Zur Vergrößerung der Auflösung des Entfernungsmessers kann das
Meßgerät in zwei Komponenten aufgeteilt werden; einen Sender 6,
bestehend aus dem Laser und dem Drehspiegel und dem Referenz
signalgeber, und einen Empfänger 7, bestehend aus dem Entfernungs
detektor. Die Kommunikation zwischen den beiden Komponenten
erfolgt über Funk oder über eine optische Übertragungsstrecke. Die
durch diese getrennte Anordnung mögliche Auflösung der zu mes
senden Entfernung wird dann im wesentlichen nur noch durch die
Gleichlaufschwankungen des Spiegels, die zeitliche Auflösung
und das Rayleighkriterium bestimmt. Sichtkontakt ist hierbei
nur vom Sendermodul zum Meßobjekt und vom Meßobjekt zum Empfän
ger notwendig (Fig. 3). Bei weiten Wegen zwischen den beiden
Moduln ist es notwendig, zum Ausgleich der Signallaufzeiten
in beiden Moduln eine gemeinsame Zeitbasis einzusetzen (z. B.
DCF oder GPS), mittels derer Start- und Endzeitpunkt als
Absolutzeitwerte bestimmt werden, deren Differenz-Zeitpunkt
unkritisch ausgewertet werden kann.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ergibt sich aus Fig. 4. Hier
sind zwei gegenläufige Drehspiegel 3 in der Drehachse überein
ander zusammen mit einem Strahlteiler 10 angeordnet. Der Strahl
teiler 10 dient zum Auskoppeln der Reflexion. Hiermit kann
gleichzeitig die Länge und Geschwindigkeit eines abgescannten
Meßobjektes gemessen werden, das sich quer zum Beobachter
erstreckt. Befindet sich das Meßobjekt in Ruhe (Vo = 0) läßt
sich aus dem zeitlichen Verlauf des Reflexionssignales bei
bekannten Abstand d zum Meßobjekt dessen Länge lo berechnen.
ϑs = vspiegel ≈ ω.d
lo = ω.d.Δt
lo = ω.d.Δt
Mit zunehmender Geschwindigkeit verschieben sich die Endpunkte
der beiden Reflexionssignale immer weiter auseinander. Aus dem
Verhältnis der aus den verschiedenen Drehrichtungen hervorge
gangenen Signale berechnet sich die gesuchte Geschwindigkeit ϑ0
des Meßobjektes wie folgt:
Grundlage dieser Berechnung ist die Entfernung d, die mit
dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel trigonometrisch
gemessen wurde.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Messung
aller gewünschten Größen (d, l0, v0) möglich ist. Der
Einsatz eines Mikrocontrollers macht diese Ausführung zu einem
universellen Meßgerät, das beispielsweise in der Verkehrstech
nik aber auch in der Prozeßverfolgung angewandt werden kann.
Ein weiteres wichtiges Ausführungsbeispiel betrifft die hoch
präzise Überwachung von Drehzahlschwankungen. Hierzu werden
bei einer fest eingestellten Entfernung die Schwankungen der
Zeitdifferenzen erfaßt und mittels dieser Abweichungen die
Schwankungen der Drehzahl im gewählten Winkelbereich nach der
folgenden Formel errechnet.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 wird zur Entfernungs
messung ein Pulslaser 4 benutzt, dessen Triggerzeitpunkte von
einem Pulsgenerator vorgegeben werden. Jeweils zwei Pulse
definierten Abstandes Δt werden in einem festen Zeitrahmen
ausgesandt. Dieser Zeitrahmen wird, wie auch die Drehgeschwin
digkeit des Rotationsspiegels 8, von einem Referenzgenerator
vorgegeben. Durch die um Δt verschobenen Signale des Spiegels
wird ein Puls direkt zum Meßobjekt und ein Puls über einen Um
lenkspiegel zum Meßobjekt abgestrahlt.
Mittels der Variation der Zeitverschiebung Δt der beiden
Pulse in Bezug zur Spiegelstellung lassen sich beide Strahlen auf dem Meßobjekt zur Deckung
bringen, was wiederum von einem Detektor erfaßt werden kann.
Aus dieser eingestellten Zeitverschiebung Δt und der Winkelge
schwindigkeit ω des Rotationsspiegels wird die sich aus dem
Strahlendreieck ergebende Entfernung zum Meßobjekt berechnet.
Claims (16)
1. Verfahren zum Messen einer winkelabhängigen Größe
eines bewegten Meßobjekts mit den folgenden Schritten:
- - zwei gegensinnig rotierende Meßstrahlen tasten das Meß objekt über einen Winkelbereich ab;
- - die vom Meßobjekt reflektierten Meßstrahlen werden einer Meßdetektoranordnung zugeführt;
- - zur Auswertung werden die beiden von der Meßdetektoran ordnung gelieferten Signale hinsichtlich ihrer Impulsdauer verglichen;
- - und aus den beiden unterschiedlichen Impulsdauern der Meßsignale wird die Transversalgeschwindigkeit des Meßobjekts berechnet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem aus den beiden
unterschiedlichen Impulsdauern der Meßsignale die Länge des
Meßobjekts berechnet wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, bei welchem
die Meßstrahlen um die gleiche Achse rotieren, und die Meß
detektoranordnung einen einzigen Meßdetektor aufweist.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, bei welchem
die Meßstrahlen um zwei im Abstand zueinander liegende Achsen
rotieren und die Meßdetektoranordnung zwei Meßdetektoren auf
weist.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, bei welchem
die Meßstrahlen von einem Laser erzeugt werden, der gegensinnig
rotierende Spiegel beleuchtet.
6. Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem eine trigo
nometrische Entfernungsmessung mittels eines dritten Meßdetek
tors in Verbindung mit wenigstens einem Referenzdetektor und
einer Meßbasis durchgeführt wird.
7. Verfahren zur Messung einer winkelabhängigen Größe
bei dem ein gepulster Laserstrahl einen rotierenden Spiegel
beaufschlagt, der einen ersten Meßstrahlimpuls direkt und
einen um einen Zeitabstand Δt verschobenen zweiten
Meßstrahlimpuls über eine Meßbasis und einen Umlenkspiegel
auf ein Meßobjekt richtet, wobei mittels einer Variation
des Zeitabstands Δt in Richtung zur Spiegelstellung
der beiden Meßstrahlimpulse ein Zeitabstand eingestellt
wird, bei dem beide Meßstrahlimpulse auf dem Meßobjekt zur
Deckung gelangen, was von einem Meßdetektor erfaßt wird, und
wobei aus diesem eingestellten Zeitabstand Δt und der
Winkelgeschwindigkeit ω des rotierenden Spiegels die sich
aus dem Strahlendreieck ergebende Entfernung zum Meßobjekt
berechnet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem ein Puls
generator zur Erzeugung des gepulsten Laserstrahls und der
rotierende Spiegel über einen Referenzgenerator synchron an
gesteuert werden.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Dauerstrichlaser (4) vorge
sehen ist, dessen gebündelter Lichtstrahl auf eine Dreh
spiegelanordnung (3) gerichtet ist, die zwei gegenläufig
rotierende Strahlen erzeugt, die mit der gleichen Winkel
geschwindigkeit ω rotieren und ein Meßobjekt abtasten,
daß im Schwenkbereich des von der Drehspiegelanordnung (3)
reflektierten Laserstrahls ein Referenzdetektor (2) und ein
über einen Strahlteiler (10) beleuchteter Entfernungsdetek
tor (1) angeordnet sind, daß ein Komparator vorgesehen ist,
der die vom Referenzdetektor (2) und vom Entfernungsdetek
tor (1) gelieferten Signale vergleicht und aus der Zeit
differenz den Drehwinkel ableitet, und daß eine Einrichtung
vorgesehen ist, die aus den Impulsdauern der vom Entfernungs
detektor (1) gelieferten Signale die Transversalgeschwindig
keit des Meßobjekts bestimmt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß zur trigonometrischen Messung
der Entfernungsdetektor (1) auf das Meßobjekt gerichtet ist,
das den von der Drehspiegelanordnung (3) reflektierten Laser
strahl längs der Detektorachse reflektiert.
11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 und 10,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Meßgenauigkeit
räumlich verteilte Detektorsysteme in fester Winkelbeziehung
angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß eine gemeinsame Zeitbasis (GPS,
DFC) zur Bestimmung korrelierter Absolutwertmessungen vor
gesehen ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung der gemeinsamen
Zeitbasis durch eine Datenverbindung beispielsweise mit
Hilfe elektromagnetischer Wellen realisiert ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Drehspiegelanordnung zwei
gegenläufige Spiegel (3) aufweist, die um die gleiche Achse
rotieren (Fig. 4).
15. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Drehspiegelanordnung zwei
gegenläufig rotierende Spiegel aufweist, die in einem vor
bestimmten Abstand zueinander angeordnet sind, wobei diese
Spiegel über einen in der Mitte dazwischen angeordneten
Strahlteiler (10) beaufschlagt werden, der seinerseits von
dem Laser (4) bestrahlt wird (Fig. 5).
16. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Pulslaser (4) vorgesehen
ist, dessen Triggerzeitpunkte von einem Pulsgenerator vor
gegeben werden, daß der gepulste Laserstrahl einen rotie
renden Spiegel (8) beaufschlagt, der einen ersten Meßstrahl
impuls direkt und einen um einen Zeitabstand Δt verscho
benen zweiten Meßstrahlimpuls über eine Meßbasis und einen
Umlenkspiegel auf ein Meßobjekt richtet, und daß eine Einrich
tung vorgesehen ist, die mittels einer Variation des Zeitab
stands Δt in Richtung zur Spiegelstellung der beiden Meß
strahlimpulse einen Zeitabstand einstellt, bei dem beide Meßstrahlimpulse
auf dem Meßobjekt zur Deckung gelangen, was von
einem Meßdetektor (1) erfaßt wird, und die aus diesem einge
stellten Zeitabstand Δt und der Winkelgeschwindigkeit ω des
rotierenden Spiegels (8) die sich aus dem Strahlendreieck er
gebende Entfernung zum Meßobjekt berechnet.
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Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2546714A1 (de) * | 1975-10-17 | 1977-04-21 | Siemens Ag | Verfahren zum messen des abstandes von und der geschwindigkeitskomponente eines objektes senkrecht zu einer bezugslinie |
US4632543A (en) * | 1983-05-06 | 1986-12-30 | Nissan Motor Company, Limited | Optical radar system for vehicles |
DE3722429A1 (de) * | 1986-08-27 | 1988-03-03 | Kajima Corp | Winkelmessverfahren und -vorrichtung unter verwendung eines lasers |
DE4137068A1 (de) * | 1991-11-12 | 1993-06-17 | Mel Mikroelektronik Gmbh | Integrierter optischer vielfach abstandssensor |
US5225882A (en) * | 1991-04-23 | 1993-07-06 | Nec Corporation | Moving body measuring apparatus |
DE4234849C1 (de) * | 1992-10-15 | 1994-04-21 | Steyr Daimler Puch Ag | Optisches Wegmeßsystem |
DE4115785C2 (de) * | 1991-05-15 | 1994-04-28 | Pepperl & Fuchs | Verfahren zur optischen Distanzvermessung eines Objektes nach dem Triangulationsprinzip sowie nach diesem Verfahren arbeitende Vorrichtung |
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1994
- 1994-08-05 DE DE19944427724 patent/DE4427724C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2546714A1 (de) * | 1975-10-17 | 1977-04-21 | Siemens Ag | Verfahren zum messen des abstandes von und der geschwindigkeitskomponente eines objektes senkrecht zu einer bezugslinie |
US4632543A (en) * | 1983-05-06 | 1986-12-30 | Nissan Motor Company, Limited | Optical radar system for vehicles |
DE3722429A1 (de) * | 1986-08-27 | 1988-03-03 | Kajima Corp | Winkelmessverfahren und -vorrichtung unter verwendung eines lasers |
US5225882A (en) * | 1991-04-23 | 1993-07-06 | Nec Corporation | Moving body measuring apparatus |
DE4115785C2 (de) * | 1991-05-15 | 1994-04-28 | Pepperl & Fuchs | Verfahren zur optischen Distanzvermessung eines Objektes nach dem Triangulationsprinzip sowie nach diesem Verfahren arbeitende Vorrichtung |
DE4137068A1 (de) * | 1991-11-12 | 1993-06-17 | Mel Mikroelektronik Gmbh | Integrierter optischer vielfach abstandssensor |
DE4234849C1 (de) * | 1992-10-15 | 1994-04-21 | Steyr Daimler Puch Ag | Optisches Wegmeßsystem |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
JP 1-259214 A. In: Patents Abstracts of Japan, P-987, January 10, 1990, Vol. 14/No. 8 * |
JP 4-47209 A. In: Patents Abstracts of Japan, P-1359, May 25, 1992, Vol. 16/No. 222 * |
Also Published As
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DE4427724A1 (de) | 1996-02-15 |
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