JP2648896B2 - 距離を光学的に測定する方法および装置 - Google Patents
距離を光学的に測定する方法および装置Info
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
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- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光学的な三角測量法を
用いて物体相互間の距離を測定する方法および装置に関
する。
用いて物体相互間の距離を測定する方法および装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】この種の装置の場合、距離測定の目的
で、対象物体は光送信器の光学的ビームにより照射さ
れ、次にこの物体から乱反射されたビームの角度関係
が、位置感応形のフオト受光装置を有するセンサにより
評価される。
で、対象物体は光送信器の光学的ビームにより照射さ
れ、次にこの物体から乱反射されたビームの角度関係
が、位置感応形のフオト受光装置を有するセンサにより
評価される。
【０００３】多数の適用事例の場合、物体の距離測定の
場合に例えば２つの物体間の相対位置に比較すると、絶
対距離はそれほど重要でない。
場合に例えば２つの物体間の相対位置に比較すると、絶
対距離はそれほど重要でない。
【０００４】このことは鉄鋼業、包装機、製紙−および
印刷業、における位置定め−および追従制御機能動作の
場合に当てはまる。例えば印刷機において機械の運転中
に新たな用紙積層体が補助積層体と合流される時は、両
方の積層体の相対位置を測定して新たな用紙積層体を位
置定めする必要がある。
印刷業、における位置定め−および追従制御機能動作の
場合に当てはまる。例えば印刷機において機械の運転中
に新たな用紙積層体が補助積層体と合流される時は、両
方の積層体の相対位置を測定して新たな用紙積層体を位
置定めする必要がある。
【０００５】この種の機能動作のために、公知の光学的
三角測量センサおよび操作手段が用られる。この場合、
２つの物体の相対位置は、２つのこの種のセンサの出力
信号の差から求められる。この動作の重大な欠点は、両
方のセンサにおいて独立に生ずる測定エラーがこの測定
エラーの著しい拡大化を引きおこし、さらに場合により
この測定法を使用できなくすることにある。
三角測量センサおよび操作手段が用られる。この場合、
２つの物体の相対位置は、２つのこの種のセンサの出力
信号の差から求められる。この動作の重大な欠点は、両
方のセンサにおいて独立に生ずる測定エラーがこの測定
エラーの著しい拡大化を引きおこし、さらに場合により
この測定法を使用できなくすることにある。
【０００６】例えばこの種の機器により、著しく良好な
特性曲線同期と著しくわずかしかないドリフト−および
老化現象が要求される。このことがこの機器を著しく高
価にしさらに多くの場合に物理的な限界に突き当てる。
特性曲線同期と著しくわずかしかないドリフト−および
老化現象が要求される。このことがこの機器を著しく高
価にしさらに多くの場合に物理的な限界に突き当てる。
【０００７】
【発明の解決すべき問題点】本発明の課題は、光学路上
の２つの物体の相対距離が、測定装置からの両方の物体
の絶対距離に実質的に無関係に検出可能で、さらに両方
の物体の簡単かつ正確な合流が達せられるようにした、
測定方法および測定装置を提案することである。
の２つの物体の相対距離が、測定装置からの両方の物体
の絶対距離に実質的に無関係に検出可能で、さらに両方
の物体の簡単かつ正確な合流が達せられるようにした、
測定方法および測定装置を提案することである。
【０００８】さらにこの課題は、２つの公知の距離セン
サを用いる場合よりも、著しくわずかな費用で、さらに
距離差の改善された精度で達せられるべきである。
サを用いる場合よりも、著しくわずかな費用で、さらに
距離差の改善された精度で達せられるべきである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この課題は本発明によ
り、両方の測定物体の距離測定を２つの送信器ビーム束
で行なうが、位置測定はただ１つの位置感応装置で実施
する目的で、１つの機器の中に２つの三角測量センサを
まとめたことにより、達せられる。この目的のために受
光側のビーム路を鏡を介して、両方のビームが同一の位
置感応形受光装置へ達するように、構成される。この受
光装置は、二重ダイオード装置、ＰＳＤ（位置感応形検
出器）としてまたはＣＣＤ列としても実施できる。両方
の被検出物体の測定値の相互間の対応づけはビーム送信
器の交番的な投入接続により、さらに測定値の、差形成
器への同期転送（同期復調）により、行なわれる。これ
により物体の距離測定信号のほかに、著しく精確な差距
離信号の送出が可能となる。そのため、この種の測定装
置の中に支配的に存在する測定エラー、例えば誤差を生
ぜしめる異なる特性曲線の非直線性、熱によりおよび老
化により定まるドリフト発生は、実質的に除去される、
何故ならば唯一つの電子測定路しか用いられないからで
ある。光学的構造体の機械的不安定性によるエラーは、
適切な構成および材料選択により十分に小さく維持され
る。 物体のレミッション度変化、光学的ビーム路の異
なる伝達（光学的表面の汚染、くもり、送信器の出力損
失）は、唯１つの測定路を介しての評価により同様に除
去される（商形成）。
り、両方の測定物体の距離測定を２つの送信器ビーム束
で行なうが、位置測定はただ１つの位置感応装置で実施
する目的で、１つの機器の中に２つの三角測量センサを
まとめたことにより、達せられる。この目的のために受
光側のビーム路を鏡を介して、両方のビームが同一の位
置感応形受光装置へ達するように、構成される。この受
光装置は、二重ダイオード装置、ＰＳＤ（位置感応形検
出器）としてまたはＣＣＤ列としても実施できる。両方
の被検出物体の測定値の相互間の対応づけはビーム送信
器の交番的な投入接続により、さらに測定値の、差形成
器への同期転送（同期復調）により、行なわれる。これ
により物体の距離測定信号のほかに、著しく精確な差距
離信号の送出が可能となる。そのため、この種の測定装
置の中に支配的に存在する測定エラー、例えば誤差を生
ぜしめる異なる特性曲線の非直線性、熱によりおよび老
化により定まるドリフト発生は、実質的に除去される、
何故ならば唯一つの電子測定路しか用いられないからで
ある。光学的構造体の機械的不安定性によるエラーは、
適切な構成および材料選択により十分に小さく維持され
る。 物体のレミッション度変化、光学的ビーム路の異
なる伝達（光学的表面の汚染、くもり、送信器の出力損
失）は、唯１つの測定路を介しての評価により同様に除
去される（商形成）。
【００１０】前述の技術的な利点のほかに本発明による
解決手段は、２つの別個の光学的距離センサの使用と比
較して、経済的な利点も提供する。電子的な費用は、著
しく改善された精度の下に、ほとんど半減される。他
方、光学的な構成部材には、コスト的に有利な４つの表
面ミラーしか付加されない。
解決手段は、２つの別個の光学的距離センサの使用と比
較して、経済的な利点も提供する。電子的な費用は、著
しく改善された精度の下に、ほとんど半減される。他
方、光学的な構成部材には、コスト的に有利な４つの表
面ミラーしか付加されない。
【００１１】この方法を実施するための、本発明の装置
により、唯１つの操作信号しか発生しないセンサユニッ
トの簡単な構成が得られる。この信号は合流される物体
の位置定めの目的で、直接用いることができる。処理機
において例えば用紙から成る２つの積層体を合流する場
合、両方の積層体の相互間の正確な位置定めが達成され
る。この位置定めにより、処理動作において不正確さが
生ずることなく、障害のない機械動作を保証される。
により、唯１つの操作信号しか発生しないセンサユニッ
トの簡単な構成が得られる。この信号は合流される物体
の位置定めの目的で、直接用いることができる。処理機
において例えば用紙から成る２つの積層体を合流する場
合、両方の積層体の相互間の正確な位置定めが達成され
る。この位置定めにより、処理動作において不正確さが
生ずることなく、障害のない機械動作を保証される。
【００１２】
【実施例】次に本発明の実施例を図１〜図５を用いて説
明する。
明する。
【００１３】図１に示されている様に、両方の物体１，
２にビーム送信器３，４が配属されている。ビーム送信
器は２つのビーム１５，１６を送信し、これらのビーム
は再び信号１７，１８として受光器８により受光され
る。ドライバ回路５，６を介して両方のビーム送信器
３，４は時間的に交番的に制御される。この目的でクロ
ックパルス発信器７が時間クロックパルスを供給する。
２にビーム送信器３，４が配属されている。ビーム送信
器は２つのビーム１５，１６を送信し、これらのビーム
は再び信号１７，１８として受光器８により受光され
る。ドライバ回路５，６を介して両方のビーム送信器
３，４は時間的に交番的に制御される。この目的でクロ
ックパルス発信器７が時間クロックパルスを供給する。
【００１４】受光器８に増幅器および同期復調器９なら
びに商形成器１０が、外乱光、送信器老化、レミッショ
ン度変化および汚染の抑圧の目的で、ならびに特性曲線
の等化の目的で後置接続されている。これらのコンポー
ネントは両方の信号１７，１８へ同様に作用する。その
ためコンポーネントのドリフト特性が補償される。後置
接続された同期復調器１１は送信器切り換えクロックパ
ルスにより制御され、その出力電圧は、個々の距離信号
電圧Ｅ１とＥ２との差に相応する。低域通過濾波器１２
は、差信号電圧Ｄにおける送信器切り換えクロックパル
スの抑圧の目的で用いられる。
びに商形成器１０が、外乱光、送信器老化、レミッショ
ン度変化および汚染の抑圧の目的で、ならびに特性曲線
の等化の目的で後置接続されている。これらのコンポー
ネントは両方の信号１７，１８へ同様に作用する。その
ためコンポーネントのドリフト特性が補償される。後置
接続された同期復調器１１は送信器切り換えクロックパ
ルスにより制御され、その出力電圧は、個々の距離信号
電圧Ｅ１とＥ２との差に相応する。低域通過濾波器１２
は、差信号電圧Ｄにおける送信器切り換えクロックパル
スの抑圧の目的で用いられる。
【００１５】ミラー装置２２，２３の目的で、レンズ１
３，１４，１９，２０を介して収束され、さらにミラー
２１，２４を介して偏向された受光光束１７，１８が、
図２の光投射の場合は受光器８の平面において交差し、
他方、これらの光束は物体の間隔の変化の場合、図３の
図平面において受光器の長手軸上を運動する。そのため
結像の重心は、物体１，２の距離に依存して、受光器８
の長手軸の異なる点上に存在する（図３）。これらの異
なる点がこれらの位置の差に応じて受光器出力側におけ
る異なる信号を作動させる。これらは、出力側に、検出
物体の距離差だけに比例する１つの信号（アナログまた
はデイジタル形式で）が得られるようにする目的で、信
号処理される。
３，１４，１９，２０を介して収束され、さらにミラー
２１，２４を介して偏向された受光光束１７，１８が、
図２の光投射の場合は受光器８の平面において交差し、
他方、これらの光束は物体の間隔の変化の場合、図３の
図平面において受光器の長手軸上を運動する。そのため
結像の重心は、物体１，２の距離に依存して、受光器８
の長手軸の異なる点上に存在する（図３）。これらの異
なる点がこれらの位置の差に応じて受光器出力側におけ
る異なる信号を作動させる。これらは、出力側に、検出
物体の距離差だけに比例する１つの信号（アナログまた
はデイジタル形式で）が得られるようにする目的で、信
号処理される。
【００１６】評価装置の別の実施例においては処理用電
子装置の一部（コンポーネント７，９，１０，１１，１
２）をマイクロプロセッサ制御装置により置き換えるこ
とができる。このマイクロプロセッサは信号値をデイジ
タル的に処理して、さらに最初の作動開始後の学習時相
（特別な装置パラメータがＲＯＭに記憶される）により
安定な残留エラーがさらに一層低減される。次に測定値
Ｄがデイジタルの等価値として直接供給される。
子装置の一部（コンポーネント７，９，１０，１１，１
２）をマイクロプロセッサ制御装置により置き換えるこ
とができる。このマイクロプロセッサは信号値をデイジ
タル的に処理して、さらに最初の作動開始後の学習時相
（特別な装置パラメータがＲＯＭに記憶される）により
安定な残留エラーがさらに一層低減される。次に測定値
Ｄがデイジタルの等価値として直接供給される。
【００１７】図４は印刷機における適用例である。この
場合、補助積層体２５が補助積層体装置２６の上に支承
されており、その都度にいちばん上の用紙が補助積層体
から取り出されて印刷機へ導びかれる。補助積層体２５
の下方に新たな用紙積層体２７が示されており、これは
積層体リフト装置２８の上に置かれている。センサ−お
よび制御ユニット２９の中に、図１〜図３に示されたコ
ンポーネントが含まれている。この場合、測定値Ｄは制
御信号となるように処理され、これは線路３０，３１を
介してサーボモータ３２，３３へ導びかれる。この場
合、サーボモータ３２は補助積層体装置２６に配属さ
れ、サーボモータ３３は積層体リフト装置２８に配属さ
れている。図４に誇張して示されていることは、補助積
層体２５および新たな用紙積層体２７が異なる方向へ斜
めに置かれている。測定信号の処理後に図５に示されて
いる様に、両方の積層体２５，２７は側面で次のように
整列されている、即ち補助積層体２５の下面と新たな用
紙積層体２７の上面とが一致するように、整列される。
新たな用紙積層体２７の上へ補助積層体２５を置く際
に、および上の位置の用紙の続行処理の際に、両方の積
層体の間の載置面の領域に、印刷機の制御−および調整
に負担をかけることになる突発的な側面ずれが全く生じ
なくなる。
場合、補助積層体２５が補助積層体装置２６の上に支承
されており、その都度にいちばん上の用紙が補助積層体
から取り出されて印刷機へ導びかれる。補助積層体２５
の下方に新たな用紙積層体２７が示されており、これは
積層体リフト装置２８の上に置かれている。センサ−お
よび制御ユニット２９の中に、図１〜図３に示されたコ
ンポーネントが含まれている。この場合、測定値Ｄは制
御信号となるように処理され、これは線路３０，３１を
介してサーボモータ３２，３３へ導びかれる。この場
合、サーボモータ３２は補助積層体装置２６に配属さ
れ、サーボモータ３３は積層体リフト装置２８に配属さ
れている。図４に誇張して示されていることは、補助積
層体２５および新たな用紙積層体２７が異なる方向へ斜
めに置かれている。測定信号の処理後に図５に示されて
いる様に、両方の積層体２５，２７は側面で次のように
整列されている、即ち補助積層体２５の下面と新たな用
紙積層体２７の上面とが一致するように、整列される。
新たな用紙積層体２７の上へ補助積層体２５を置く際
に、および上の位置の用紙の続行処理の際に、両方の積
層体の間の載置面の領域に、印刷機の制御−および調整
に負担をかけることになる突発的な側面ずれが全く生じ
なくなる。
【図１】信号処理の形式そ示す基本図である。クロック
パルス発信器回路７からドライバ回路５，６を介してビ
ーム送信器３，４を例えば半導体ビーム送信器を例えば
ＬＥＤ，ＩＲＥＤまたはレーザダイオードを、時間的に
交番的に制御する。
パルス発信器回路７からドライバ回路５，６を介してビ
ーム送信器３，４を例えば半導体ビーム送信器を例えば
ＬＥＤ，ＩＲＥＤまたはレーザダイオードを、時間的に
交番的に制御する。
【図２】信号処理を示す図である。
【図３】信号処理を示す図である。この図は図１を９０
°だけ旋回したものである。三角測量平面は図３の図面
平面に存在する。
°だけ旋回したものである。三角測量平面は図３の図面
平面に存在する。
【図４】この方法を実施するための装置を示す。
【図５】この方法を実施するための装置を示す。
１，２ 物体 ３，４ ビーム送信器 ５，６ ドライバ回路 ７ クロック発信器 ８ 受光器 ９，１１ 同期復調器 １０ 商形成器 １３，１４，１９，２０ レンズ ２１，２４ ミラー ２２，２３ ミラー装置 ２５ 補助積層体 ２６ 補助積層体装置 ２７ 用紙積層体 ２８ 積層体リフト装置 ２９ 制御ユニット ３０，３１ 線路 ３２，３３ サーボモータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヘルムート ブック ドイツ連邦共和国 シュリースハイム マックス−プランク−シュトラーセ 12 (72)発明者 ルートヴィヒ ベルガン ドイツ連邦共和国 ベルリン 31 ボル シュテッター シュトラーセ ２ (56)参考文献 特開 昭62−135702（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−195504（ＪＰ，Ａ)
Claims (5)
- 【請求項１】 ２つの別個のビーム送信器による光学的
三角測量方式を用いて、２つの物体間の相互距離を光学
的に測定する方法であって、 前記２つのビーム送信器は、時間的に交番して制御さ
れ、かつ被測定物体へビームを相互に平行に照射し、 送信ビーム束は受信器へのそれぞれの軸線により三角測
量平面を成す形式の光学的測定方法において、 第２の光学的手段が設けられており、 該第２の光学的手段は、物体からの反射ビームを同一の
位置受光装置へ、同じ時間的な交番間隔で結像するもの
であり、 受光装置上の結像の重心位置が、当該装置からのそれぞ
れの物体の距離に対する尺度であるようにし、または、 両方の結像の位置の差が物体の相対距離に対する尺度で
あるようにし、 該相対距離は、ただ１つの電気的アナログ同期復調器だ
けを時間的に交番して使用することによって測定される
ことを特徴とする距離の光学的測定方法。 - 【請求項２】 １つの物体の正確な絶対距離測定を、未
知の物体と距離が正確に既知であり、基準として用いら
れる第２の物体との間の差距離測定によって行う請求項
１記載の方法。 - 【請求項３】 ２つの物体間の相互距離を、２つの別個
のビーム送信器による光学的三角測量方式を用いて光学
的に測定する装置であって、 前記２つのビーム送信器は、時間的に交番して制御さ
れ、かつ被測定物体へビームを相互に平行に照射し、 送信ビーム束は受信器へのそれぞれの軸線により三角測
量平面を成し、 さらに第２の光学的手段が設けられており、 該第２の光学的手段は、物体からの反射ビームを同一の
位置受光装置へ、同じ時間的な交番間隔で結像するもの
であり、 受光装置上の結像の重心位置が、当該装置からのそれぞ
れの物体の距離に対する尺度であるようにし、または、 両方の結像の位置の差が物体の相対距離に対する尺度で
あるようにし、 該相対距離は、ただ１つの電気的アナログ同期復調器だ
けを時間的に交番して使用することによって測定される
形式の光学的測定装置において、 送信器として、ＬＥＤ、ＩＲＥＤまたは半導体レーザー
が用いられており、受 光装置として二重フォトダイオード、位置感応形受光
器（ＰＣＤ）またはＣＣＤラインが用いられており、 該受光装置は差距離信号を形成し、 該差距離信号は操作手段に導かれ、 該操作手段は合流すべき物体の位置を、両方の接触面が
一致するように相互に調整することを特徴とする距離の
光学的測定装置。 - 【請求項４】 評価の目的で、学習により装置の個々の
残留エラーを補償するマイクロプロセッサ制御装置が用
いられる請求項３記載の装置。 - 【請求項５】 合流すべき物体が印刷機の補助積層体お
よび新たな用紙積層体であり、これらの積層体にサーボ
モータが配属されており、該サーボモータを介して前記
の積層体の側面の位置が互いに変位可能であり、差距離信号によって、２つの積層体が合流するまで制御
ユニットを介して２つのサーボモータが制御され、 当該制御は、補助積層体の下面が新たな用紙積層体の上
面と一致するように行われる 請求項３記載の装置。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4110187 | 1991-03-25 | ||
| DE4110187.1 | 1991-09-06 | ||
| DE4129702.4 | 1991-09-06 | ||
| DE4129702A DE4129702C2 (de) | 1991-03-25 | 1991-09-06 | Verfahren und Vorrichtung zur optischen Messung der Differenzentfernung zwischen zwei Objekten |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06213622A JPH06213622A (ja) | 1994-08-05 |
| JP2648896B2 true JP2648896B2 (ja) | 1997-09-03 |
Family
ID=25902338
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4065695A Expired - Lifetime JP2648896B2 (ja) | 1991-03-25 | 1992-03-24 | 距離を光学的に測定する方法および装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5256884A (ja) |
| EP (1) | EP0505717B1 (ja) |
| JP (1) | JP2648896B2 (ja) |
| CN (1) | CN1032089C (ja) |
| AT (1) | ATE169123T1 (ja) |
| CA (1) | CA2061868C (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08271251A (ja) * | 1995-03-29 | 1996-10-18 | Komatsu Ltd | トンネル掘進機の位置姿勢計測方法及び装置 |
| DE60331151D1 (de) * | 2003-10-27 | 2010-03-18 | Bea Sa | Entfernungsmessgerät |
| GB2465372B (en) * | 2008-11-14 | 2013-10-30 | Nicholas James Adkins | Optical displacement transducer |
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