DE10244638A1

DE10244638A1 - Optoelektronische Erfassungseinrichtung

Info

Publication number: DE10244638A1
Application number: DE2002144638
Authority: DE
Inventors: Johann Hipp
Original assignee: Ibeo Automobile Sensor GmbH
Current assignee: Ibeo Automobile Sensor GmbH
Priority date: 2002-09-25
Filing date: 2002-09-25
Publication date: 2004-04-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Erfassungseinrichtung, insbesondere einen Laserscanner, mit wenigstens einem Sender zur Aussendung bevorzugt gepulster elektromagnetischer Strahlung, zumindest einem dem Sender zugeordneten Empfänger und wenigstens einer Ablenkeinrichtung, mit der von dem Sender ausgesandte Strahlung in einen Überwachungsbereich und aus dem Überwachungsbereich reflektierte Strahlung auf den Emfpänger lenkbar ist, wobei eine zentrale Tragstruktur vorgesehen ist, mit der eine dem Sender und dem Empfänger zugeordnete Sende- und Empfangsoptik fest verbunden ist, wobei an der Tragstruktur Halterungen für den Sender und den Empfänger angebracht sind, über die der Sender und der Empfänger an der Tragstruktur jeweils in einer Sollausrichtung bezüglich der Sende- und Empfangsoptik fixierbar sind, und wobei zum Einstellen der Sollausrichtungen die Halterungen zur Durchführung von Justierbewegungen des Senders und des Empfängers relativ zur Sende- und Empfangsoptik ausgebildet sind. Die Erfindung betrifft außerdem ein Justageverfahren.

Description

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Erfassungseinrichtung, insbesondere einen Laserscanner, mit wenigstens einem Sender zur Aussendung bevorzugt gepulster elektromagnetischer Strahlung, zumindest einem dem Sender zugeordneten Empfänger und wenigstens einer Ablenkeinrichtung, mit der von dem Sender ausgesandte Strahlung in einen Überwachungsbereich und aus dem Überwachungsbereich reflektierte Strahlung auf den Empfänger lenkbar ist.

Derartige Erfassungseinrichtungen sind grundsätzlich bekannt und werden beispielsweise an Fahrzeugen angebracht, um während der Fahrt die Umgebung des Fahrzeugs zu erfassen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine optoelektronische Erfassungseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Justage der optischen Komponenten auf möglichst einfache und zuverlässige Weise mit einer hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 und insbesondere dadurch, dass eine zentrale Tragstruktur vorgesehen ist, mit der eine dem Sender und dem Empfänger zugeordnete Sende- und Empfangsoptik fest verbunden ist, dass an der Tragstruktur Halterungen für den Sender und den Empfänger angebracht sind, über die der Sender und der Empfänger an der Tragstruktur jeweils in einer Sollausrichtung bezüglich der Sende- und Empfangsoptik fixierbar sind, und dass zum Einstellen der Sollausrichtungen die Halterungen zur Durchführung von Justierbewegungen des Senders und des Empfängers relativ zur Sende- und Empfangsoptik ausgebildet sind.

Erfindungsgemäß erfolgt die Justage des Senders und des Empfängers bezüglich einer zentralen Tragstruktur der im Folgenden auch einfach als Scanner bezeichneten Erfassungseinrichtung, wobei die Sende- und Empfangsoptik fest mit der Tragstruktur verbunden ist. Ebenfalls an der zentralen Tragstruktur angebracht sind Halterungen für den Sender und den Empfänger, die Justierbewegungen des Senders und des Empfängers ermöglichen. Durch Bewegen des Senders und des Empfängers relativ zu der zentralen Tragstruktur werden der Sender und der Empfänger automatisch bezüglich der fest mit der Tragstruktur verbundenen Sende- und Empfangsoptik verstellt.

Die Verwendung einer zentralen Tragstruktur des Scanners, mit der zum einen die Sende- und Empfangsoptik fest verbunden ist und an der gleichzeitig zur Durchführung von Justierbewegungen ausgebildete Halterungen für den Sender. und den Empfänger angebracht sind, ermöglicht eine besonders einfach und zuverlässig durchführbare Justage des Senders und des Empfängers in Bezug auf die Sende- und Empfangsoptik, wodurch Sender und Empfänger schnell und einfach in die richtige Relativlage zueinander gebracht werden können.

Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe erfolgt außerdem durch die Merkmale des unabhängigen Verfahrensanspruchs und insbesondere dadurch, dass bei dem Verfahren der Sender und der Emp fänger zum Einstellen einer Sollausrichtung bezüglich einer Sende- und Empfangsoptik jeweils relativ zu einer zentralen Tragstruktur, mit der die Sende- und Empfangsoptik fest verbunden ist, bewegt und in der eingestellten Sollausrichtung an der Tragstruktur fixiert werden.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie der Zeichnung angegeben.

So ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Sender und der Empfänger in zueinander orthogonalen Justierrichtungen relativ zur Tragstruktur bewegbar sind, wobei in einer ersten Justierrichtung der Sender und der Empfänger jeweils durch Bewegen der Halterung relativ zur Tragstruktur und in einer zweiten, zur ersten Justierrichtung orthogonalen Justierrichtung der Sender und der Empfänger jeweils durch Bewegen relativ zur Halterung verstellbar sind. Es wird hier also in der ersten Richtung die Halterung relativ zur Tragstruktur und in der zweiten Richtung der Sender bzw. der Empfänger relativ zu seiner Halterung bewegt.

Dabei ist es bevorzugt, wenn jede in einer der Justierrichtungen erfolgende Justierbewegung entweder nur durch Bewegen der Halterung oder nur durch Bewegen des Senders bzw. Empfängers durchführbar ist. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass beispielsweise in einer Richtung, in welcher der Sender bzw. Empfänger relativ zur Halterung bewegbar ist, die Halterung bezüglich dieser Richtung fest mit der Tragstruktur verbunden und in dieser Richtung folglich nicht relativ zur Tragstruktur bewegbar ist. Entsprechend bedeutet dies, dass in einer Richtung, in welcher die Halterung relativ zur Tragstruktur bewegt werden kann, der Sender bzw. Emp fänger bezüglich dieser Richtung fest mit der Halterung verbunden ist, d.h. in dieser Richtung nicht relativ zur Halterung bewegt werden kann.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Tragstruktur einen plattenförmigen, mit der Sende- und Empfangsoptik fest verbundenen Optikabschnitt umfasst und die Halterungen für den Sender und den Empfänger auf der gleichen Seite des plattenförmigen Optikabschnitts angebracht sind.

Die Justierbewegungen des Senders und/oder des Empfängers umfassen vorzugsweise sowohl translatorische Bewegungen als auch Drehbewegungen, wobei die translatorischen Bewegungen längs einer zu einer Drehachse der Ablenkeinrichtung parallelen Justierachse sowie senkrecht zur Justierachse erfolgen, während die Drehbewegungen um die Justierachse vorgenommen werden. Dabei ist es bevorzugt, wenn die Justierachse senkrecht zu einer die Sende- und Empfangsoptik enthaltenden Optikebene verläuft.

Des Weiteren ist es bevorzugt, wenn die Tragstruktur einen sich parallel zu einer Drehachse der Ablenkeinrichtung erstreckenden, von einem plattenförmigen Optikabschnitt der Tragstruktur abstehenden Tragabschnitt umfasst, wobei der Empfänger und dessen Halterung stirnseitig im Bereich des freien Endes des Tragabschnitts und der Sender und dessen Halterung seitlich des Tragabschnitts angeordnet sind. Dabei ist es bevorzugt, wenn die Halterung für den Empfänger am Tragabschnitt angebracht ist, während die Halterung für den Sender seitlich des Tragabschnitts an dem plattenförmigen Optikabschnitt der Tragstruktur angebracht ist.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem Tragabschnitt um einen Strahlungsausbreitungsschacht für von der Ablenkeinrichtung auf den Empfänger gelenkte Strahlung.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind mehrere, insbesondere genau zwei, Sender sowie ein gemeinsamer Empfänger für die Sender vorgesehen, wobei jedem Sender eine Sendeoptik und dem Empfänger eine Empfangsoptik zugeordnet ist, und wobei die jeweils von einem Sender und einer Sendeoptik gebildeten Sendekanäle symmetrisch auf gegenüberliegenden Seiten des von dem Empfänger und der Empfangsoptik gebildeten Empfangskanals sowie gleich weit von einer mittig durch den Empfangskanal hindurch verlaufenden Drehachse der Ablenkeinrichtung entfernt angeordnet sind.

Zum Fixieren der eingestellten Sollausrichtung des Senders und/oder des Empfängers ist vorzugsweise eine Klemmverbindung vorgesehen, die insbesondere wenigstens eine Klemmschraube umfasst.

In einer weiteren bevorzugten praktischen Ausgestaltung der Erfindung ist der Sender zur Aussendung einer lang gestreckten Strahlungsfront ausgebildet, wobei vorzugsweise die Strahlungsfront ein durchgehender Strahlungsstrich ist oder von diskreten, entlang einer Linie angeordneten Strahlungsflecken gebildet ist und der Empfänger an die lang gestreckte Form der von dem Sender ausgesandten Strahlungsfront angepasst ist und insbesondere eine etwa streifenförmige Grundform aufweist, wobei der Sender und der Empfänger durch die Verstellbewegungen derart ausrichtbar sind, dass die die aus dem Überwachungsbereich reflektierte lang ge streckte Strahlungsfront mit einem entsprechend lang gestreckt ausgebildeten aktiven Empfangsabschnitt des Empfänger zur Deckung gebracht ist.

Vorzugsweise umfasst der Sender als Strahlungsquelle wenigstens eine Laserdiode, die zur Aussendung einer strich- oder linienförmigen Strahlungsfront ausgebildet ist.

Der Empfänger ist vorzugsweise in eine Mehrzahl von unabhängig voneinander auswertbaren Empfangsbereichen unterteilt, die bevorzugt jeweils eine oder mehrere Fotodioden umfassen, wobei die Empfangsbereiche ein- oder mehrzeilig angeordnet sind.

Des Weiteren wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Sender in Form eines Kreiszylinders vorgesehen und in einer entsprechend geformten Justieraufnahme einer mit der Tragstruktur verbundenen Halterung längs einer Justierachse verschiebbar und um die Justierachse verdrehbar angeordnet ist, wobei die Halterung zusammen mit dem Sender in einer Ebene senkrecht zur Justierachse relativ zur Tragstruktur verstellbar ist, und wobei vorzugsweise die Justierachse parallel zu einer Drehachse der Ablenkeinrichtung verläuft.

Die Ausgestaltung des Senders als Kreiszylinder ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Strahlung als Lichtstrich, d.h. mit einer strich- oder linienförmigen Strahlungsfront, ausgesandt wird, da die Orientierung des Lichtstriches relativ zu einem entsprechend lang gestreckten aktiven Empfangsbereich des Empfängers einfach durch Verdrehen des Senders in der Halterung eingestellt werden kann.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Halterung des Empfängers wenigstens ein bevorzugt stiftförmiges Halteelement auf, das in einer Justieraufnahme der Tragstruktur verschiebbar angeordnet ist, vorzugsweise parallel zu einer Drehachse der Ablenkeinrichtung.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist gemäß einer bevorzugten Ausführung vorgesehen, dass der Sender und der Empfänger jeweils relativ zu einer an der Tragstruktur angebrachten Halterung bewegt werden, die ihrerseits relativ zur Tragstruktur bewegt wird.

Ferner wird vorgeschlagen, dass eine Justierbewegung des Senders und des Empfängers relativ zur jeweiligen Halterung einerseits und eine Justierbewegung der Halterung relativ zur Tragstruktur andererseits in zueinander orthogonalen Justierrichtungen durchgeführt werden.

Was die Justageabfolge anbetrifft, so ist gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel vorzugsweise vorgesehen, dass zunächst der Empfänger bezüglich der Sende- und Empfangsoptik und anschließend der Sender bezüglich des Empfängers ausgerichtet wird.

Vorzugsweise wird der Empfänger ausschließlich mittels translatorischer Justierbewegungen ausgerichtet, die parallel und senkrecht zu einer Drehachse der Ablenkeinrichtung verlaufen. Ferner ist es bevorzugt, wenn der Sender sowohl mittels translatorischer Justierbewegungen parallel und senkrecht zu einer Drehachse der Ablenkeinrichtung als auch mittels einer Drehbewegung um eine zur Drehachse der Ablenkeinrichtung parallele Justierachse ausgerichtet wird.

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
1 in einer Seitenansicht schematisch den Aufbau eines Laserscanners gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
2 schematisch in einer perspektivischen Ansicht eine zentrale Tragstruktur eines erfindungsgemäßen Laserscanners,
3 eine erfindungsgemäße Möglichkeit zur Anbringung von Halterungen für zwei Sender und einen Empfänger an einer zentralen Tragstruktur eines erfindungsgemäßen Laserscanners,
4 eine erfindungsgemäße Möglichkeit zur Durchführung von Justierbewegungen eines Senders relativ zu einer zentralen Tragstruktur eines erfindungsgemäßen Laserscanners, und
5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung von Justierbewegungen der Sender und des Empfängers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Die als Laserscanner ausgebildete erfindungsgemäße optoelektronische Erfassungseinrichtung ist gemäß 1 in Modulbauweise ausgeführt. Der Scanner umfasst ein oberes Ablenkmodul 23 mit einer einen geneigt ange ordneten Spiegel 47 umfassenden Ablenkeinrichtung 17, mit einer als flacher Elektromotor ausgebildeten Antriebseinheit 21 zum Drehen des Spiegels 47 um eine Drehachse 49 sowie mit einer Winkelmesseinrichtung zur Bestimmung der Winkelstellung des Spiegels 47, die einen feststehenden Reader 53 und eine Encoderscheibe 51 umfasst, die an einer sich während des Scanbetriebs drehenden Antriebswelle 71 der Ablenkeinrichtung 17 befestigt ist.
Die Komponenten des Ablenkmoduls 23 sind durch ein Gehäuse 37 vor äußeren Einflüssen geschützt. Das Gehäuse 37 umfasst eine Abdeckkappe 41 sowie einen selbsttragenden, auch als Dom bezeichneten weiteren Gehäuseabschnitt 45, an welchem die Abdeckkappe 41 abnehmbar angebracht ist und über den das Ablenkmodul 23 an eine zentrale Tragstruktur 31 eines Sensormoduls 29 des erfindungsgemäßen Laserscanners gekoppelt ist, wobei in diesem Ausführungsbeispiel die Kopplung durch Verschrauben des Gehäuseabschnitts 45 mit der Tragstruktur 31 erfolgt.
Die den Ablenkspiegel 47 und die Winkelmesseinrichtung 51, 53 tragende Antriebseinheit 21 ist an dem Gehäuseabschnitt 45 abgestützt und somit über den Gehäuseabschnitt 45 von der zentralen Tragstruktur 31 des Scanners getragen.
Der Sensormodul 29 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel zwei jeweils mit einer Laserdiode 69 als Strahlungsquelle versehene Lasermodule 11 sowie einen Empfänger 15 mit einem Empfangsarray 59 aus mehreren Fotodioden, das auf einem Empfängerboard 61 angebracht und dem ein Filter 57 vorgelagert ist. Über das Empfängerboard 61 mit dem Empfänger 15 verbunden sind eine Auswerteeinheit 25 und eine Versorgungseinheit 27. Durch mit einem Anschlussbereich 63 des Sensormoduls 29 verbindbare Kommunikations- und Versorgungsleitungen 65 wird der erfindungsgemäße Scanner an einen insbesondere in Form eines Industrie-PCs vorgesehenen Auswerterechner 67 sowie an eine nicht dargestellte Stromquelle angeschlossen. Die Versorgung des Ablenkmoduls 23 mit elektrischer Energie erfolgt somit über das Sensormodul 29, und zwar über nicht dargestellte Stromzuführungen, mit denen zwischen dem Ablenkmodul 23 und dem Sensormodul 29 bei deren Koppelung eine elektrische Verbindung hergestellt wird.
Ein Gehäuse 39 des Sensormoduls 29 wird von einer Abdeckkappe 43 gebildet, die abnehmbar mit der bereits erwähnten Tragstruktur 31 verbunden ist, beispielsweise durch Verschrauben.
Die bevorzugt als einstöckiges Aluminium-Druckgussteil hergestellte Tragstruktur 31 umfasst einen plattenförmigen Deckelabschnitt 32 sowie einen senkrecht zum Deckelabschnitt 32 verlaufenden Lichtschacht 55 als weiteren Funktionsabschnitt der Tragstruktur 31. Alternativ kann es sich bei dem Deckelabschnitt 32 und dem Lichtschacht 55 um separate Komponenten handeln. In diesem Fall würde der Deckelabschnitt 32, an welchem der Lichtschacht 55 dann durch geeignete Verbindungsmittel befestigt wäre, alleine das zentrale tragende Strukturelement des erfindungsgemäßen Scanners bilden.
In den auch als Optikabschnitt oder als Halteplatte bezeichneten plattenförmigen Deckelabschnitt 32 der zentralen Tragstruktur 31 sind zwei Sendelinsen 33, die jeweils einem der Lasermodule 11 zugeordnet sind, sowie eine dem Empfänger 15 zugeordnete Empfangslinse 35 integriert. Die Linsen 33, 35 sind fest mit der Tragstruktur 31 verbunden.
Die Lasermodule 11 sind am Lichtschacht 55 befestigt und somit über diesen von der Halteplatte 32 der Tragstruktur 31 gehalten. Ebenfalls mittels des Lichtschachts 55 von der Halteplatte 32 gehalten ist das das Empfangsarray 59 mit dem Filter 57 tragende Empfängerboard 61. Die Auswerteeinheit 25 und die Versorgungseinheit 27 sind ebenfalls an der Halteplatte 32 angebracht.
Damit sind praktisch alle Komponenten des Sensormoduls 29 und des Ablenkmoduls 23 und damit alle Scanner-Komponenten entweder direkt oder indirekt mit der Tragstruktur 31 verbunden, so dass die Tragstruktur 31 die zentrale tragende Komponente des Scanners darstellt.
Die Anbringung der beiden Lasermodule 11 sowie des Empfängers 15 an der zentralen Tragstruktur 31 erfolgt durch in 1 nicht dargestellte Halterungen, auf die nachstehend näher eingegangen wird. Die Halterungen dienen zur Durchführung von Justierbewegungen der Lasermodule 11 und des Empfängers 15 relativ zur Tragstruktur 31 und damit relativ zu den fest mit der Halteplatte 32 der Tragstruktur 31 verbundenen Linsen 33, 35.
Der vorstehend erläuterte Aufbau des Scanners und die Integration der Sende- und Empfangsoptik 33, 35 in die zentrale Tragstruktur 31 sind jeweils Gegenstand einer weiteren, am gleichen Tag wie die vorliegende Patentanmeldung hinterlegten deutschen Patentanmeldung, so dass auf Details hierzu nicht näher eingegangen wird.
Während des Betriebs des erfindungsgemäßen Scanners wird die von den Laserdioden 69 emittierte Strahlung von dem rotierenden Spiegel 47 durch den zumindest bereichsweise für die verwendete, vorzugsweise im IR-Bereich liegende Strahlung durchlässigen Gehäuseabschnitt 45 hindurch in den Überwachungsbereich umgelenkt, während aus dem Überwachungsbereich reflektierte Strahlung 19 über den Spiegel 47 und die Empfangslinse 35 auf das Empfangsarray 59 gelenkt und mittels der Auswerteeinheit 25 sowie des Rechners 6? ausgewertet wird.
In der die Tragstruktur 31 zeigenden 2 ist zur Vereinfachung der Darstellung die Tragstruktur 31 lediglich als mit einer kreisförmigen Halteplatte 32 versehen dargestellt. Wie auch aus 1 hervorgeht, kann die Form der Halteplatte 32 grundsätzlich beliebig gewählt und an die Form der jeweils zu verschließenden Seite des Sensormodul- und/oder Ablenkmodulgehäuses 39, 37 angepasst werden.
Die vergleichsweise großflächige Empfangslinse 35 weist eine um zwei diametral einander gegenüberliegende Kreisabschnitte reduzierte Kreisform auf. Die Bereiche 73 der weggelassenen Kreisabschnitte werden von der Halteplatte 32 der Tragstruktur 31 eingenommen. In diesen Bereichen 37 ist jeweils eine der beiden kreisförmigen Sendelinsen 33 angeordnet, deren Ausdehnung klein ist gegenüber der Ausdehnung der Empfangslinse 35. Die beiden Sendelinsen 33 sind dabei derart symmetrisch angeordnet, dass die Mittelpunkte der kreisförmigen Sendelinsen 33 und der Mittelpunkt der Empfangslinse 35 auf einer Linie liegen und die beiden Sendelinsen 33 gleich weit vom Mittelpunkt der Empfangslinse 35 entfernt gelegen sind, durch den die in 2 nicht dargestellte Drehachse 49 des Drehspiegels 47 verläuft (vgl. 1). Dabei liegen die Sendelinsen 33 innerhalb des durch die Empfangslinse 35 festgelegten Kreises.
Die Sendelinsen 33 sind vorzugsweise derart in die Halteplatte 32 der Tragstruktur 31 eingelassen, dass sie gegenüber der Oberseite und der Unterseite der Halteplatte 32 versenkt angeordnet sind. Die Empfangslinse 35 steht über die Oberseite und die Unterseite hinaus vor. Die Fixierung der Linsen 33, 35 an der Tragstruktur 31 erfolgt vorzugsweise durch Verkleben. Die Linsen 33, 35 können beispielsweise aus Glas oder aus Kunststoff hergestellt sein.
Der bereits vorstehend erwähnte, innen hohle Lichtschacht 55 ist einstöckig mit der Halteplatte 32 verbunden und stellt somit ebenfalls einen integrierten Bestandteil der zentralen Tragstruktur 31 des Scanners dar. Die Tragstruktur 31 ist vorzugsweise ein Aluminium-Druckgussteil. Alternativ kann die Tragstruktur 31 auch in Form eines im Spritzgussverfahren hergestellten Kunststoffteils vorgesehen sein.
Wie insbesondere aus 3 hervorgeht, sind die Seitenwände des Schachtes 55 mit der Unterseite der Halteplatte 32 in dem Bereich zwischen der jeweiligen Sendelinse 33 und der Empfangslinse 35 verbunden. Wie 2 zeigt, sind seitlich dieses Anbindungsbereiches des Schachtes 55 auf einander gegenüberliegenden Seiten jeder Sendelinse 33 zwei Durchführungen 99 in der Halteplatte 32 ausgebildet. Diese Durchführungen 99 dienen zur Aufnahme von Befestigungsschrauben 87 für Halterungen 81 der Lasermodule 11, auf die an anderer Stelle näher eingegangen wird (vgl. 4).
An diagonal einander gegenüberliegenden Eckbereichen des Schachtes 55 sind ausgehend von der der Halteplatte 32 gegenüberliegenden Stirnseite des Schachtes 55 kreiszylindrische Justieraufnahmen 93 in Form von Sacklöchern ausgebildet. Die Sacklöcher 93 dienen jeweils zur Aufnahme eines zylindrischen Halteelementes 91 (vgl. 3), das Bestandteil einer Justierhalterung 83 für den Empfänger 15 des Scanners ist. Die Haltestifte 91 sind auf der Oberseite des Empfängerboards 61 befestigt, so dass der Empfänger 15 als Ganzes mittels der Haltestifte 91 in die Sacklöcher 93 des Schachtes 55 eingesteckt und in einer im Folgenden auch als z-Achse bezeichneten, parallel zur Drehachse 49 der Ablenkeinrichtung 17 (vgl. 1) verlaufenden Richtung relativ zur Tragstruktur 31 und insbesondere relativ zu der fest mit der Halteplatte 32 verbundenen Empfangslinse 35 verschoben werden kann.
Am Schacht 55 fixiert werden können die Haltestifte 91 mittels von außen gegen die in den Sacklöchern 93 befindlichen Haltestifte 91 einschraubbarer Fixierschrauben 97, die in 2 lediglich schematisch angedeutet sind.
Während bezüglich der z-Achse die Haltestifte 91 unbeweglich mit der Platine 61 verbunden sind, kann die Platine 61 zur Durchführung von Justierbewegungen in einer senkrecht zur Drehachse 49 der Ablenkeinrichtung 17 verlaufenden Justierebene 86, die im Folgenden auch als x/y-Ebene bezeichnet wird, relativ zu den bezüglich der x/y-Ebene unbeweglich im Schacht 55 steckenden Haltestiften 91 und damit wiederum relativ zu der Tragstruktur 31 und insbesondere relativ zu der Empfangslinse 35 bewegt werden. Die Fixierung der Platine 61 an den Haltestiften 91 bezüglich der x/y-Ebene erfolgt mittels Fixierschrauben 94.
Wie 4 zeigt, sind die Halterungen für die Lasermodule 11 jeweils in Form eines Justierklotzes 81 vorgesehen, der zur Befestigung an der Tragstruktur 31 gegen die Unterseite der Halteplatte 32 geschraubt wird. Dies erfolgt mittels Schrauben 87, die von oben durch die bereits erwähnten Durchführungen 99 der Halteplatte 32 hindurch und in Aufnahmen 89 des Justierklotzes 81 hinein geführt werden, wo sie mit entsprechenden Gegenstücken des Justierklotzes 81 zusammenwirken, um den Justierklotz 81 gegen die Unterseite der Halteplatte 32 zu ziehen.
Diese Befestigung für den Justierklotz 81 ist derart ausgebildet, dass der Justierklotz 81 in der x/y-Ebene relativ zu der Tragstruktur 31 und damit relativ zu der fest in deren Halteplatte 32 integrierten Sendelinse 33 verstellt werden kann, solange die Schrauben 87 noch nicht fest angezogen sind, wie es in 4 am Beispiel der linken Schraubenbefestigung durch die in der x/y-Ebene verlaufenden Pfeile angedeutet ist.
Wie 4 außerdem zeigt, weisen die Lasermodule 11 jeweils einen kreiszylindrischen Körper auf, an dem die in 4 lediglich schematisch angedeutete Halbleiterlaserdiode 69 angebracht ist. Zur Halterung des Lasermoduls 11 ist der Justierklotz 81 mit einer entsprechend geformten Justieraufnahme 82 versehen, in die das kreiszylindrische Lasermodul 11 passgenau eingeschoben werden kann. Die möglichen Justierbewegungen des Lasermoduls 11 relativ zur Halterung 81 umfassen folglich translatorische Justierbewegungen in Richtung der mit der Längsachse des Lasermoduls 11 zusammenfallenden, parallel zur Drehachse 47 der Ablenkeinrichtung 17 (vgl. 1) verlaufenden Justierachse 85 (z-Achse) sowie Drehbewegungen des Lasermoduls 11 um die Justierachse 85, wie es in 4 durch die Pfeile angedeutet ist.
In 5 sind alle durchführbaren Justierbewegungen der Lasermodule 11 sowie des Empfängers 15 relativ zur Tragstruktur 31 dargestellt, wobei zur Vereinfachung der Darstellung die Halterungen 81, 83 für die Lasermodule 11 und den Empfänger 15 (vgl. 2 und 3) weggelassen sind und von der zentralen Tragstruktur 31 lediglich die Halteplatte 32 als eine kreisförmige Scheibe dargestellt ist.
Gemäß einer bevorzugten Vorgehensweise wird bei der Scannerjustage zunächst der Empfänger 15 bezüglich der Tragstruktur 31 und dabei insbesondere bezüglich der Empfangslinse 35 ausgerichtet, woraufhin die Lasermodule 11 bezüglich des Empfängers 15 ausgerichtet werden. Zunächst dient folglich die Tragstruktur 31 als Bezugskomponente für den Empfänger 15, während anschließend der Empfänger 15 als Bezugskomponente für die Ausrichtung der Lasermodule 11 dient.
Dabei wird zunächst der Empfänger 15 bezüglich der z-Richtung ausgerichtet und mittels der Fixierschrauben 97 (vgl. 3) am Schacht 55 der Tragstruktur 31 fixiert, sobald die Sollstellung erreicht ist. Anschließend erfolgt die Ausrichtung des Empfängers 15 in der zur z-Richtung orthogonalen x/y-Ebene, wobei die endgültige Fixierung des Empfängers 15 relativ zur Tragstruktur 31 durch die Fixierschrauben 94 (vgl. 3) erfolgt.
Die Ausrichtung des Empfängers 15 erfolgt damit ausschließlich durch translatorische Justierbewegungen, d.h. Justierzwecken dienende Drehbewegungen des Empfängers 15 sind nicht vorgesehen. Anschließend wer den die Lasermodule 11 jeweils durch Verdrehen um die in z-Richtung verlaufende Justierachse 85 sowie durch Verschieben längs der Justierachse 85 bezüglich ihrer Sendelinsen 33 ausgerichtet. Sobald der mittels der Laserdiode 69 ausgesandte Lichtstrich in der Ebene des Empfangsarrays 59 scharf abgebildet wird und parallel zum ebenfalls lang gestreckten Empfangsarray 59 verläuft, wird das Lasermodul 11 mittels der Fixierschraube 90 (vgl. 4) am Justierklotz 81 fixiert. Um den Lichtstrich mit dem Empfangsarray 59 zur Deckung zu bringen, wird anschließend der Justierklotz 81 in der x/y-Ebene relativ zur Halteplatte 32 verschoben und mittels der Fixierschrauben 87 (vgl. 4) an der Tragstruktur 31 fixiert. Damit ist die Justage der Lasermodule 11 und des Empfängers 15 abgeschlossen.
Die vorstehend beschriebene Justage des Sensormoduls 29 (vgl. 1) wird ohne das die Ablenkeinrichtung 17 umfassende Ablenkmodul 23 durchgeführt. Hierzu wird das zu justierende Sensormodul 29 in einem speziellen Justieraufbau (nicht dargestellt) angeordnet, der für eine das Ablenkmodul 23 simulierende Reflexion der von den Lasermodulen 11 ausgesandten Lichtstriche auf den Empfänger 15 sorgt, so dass nach erfolgter Justage des Sensormoduls 29 das Ablenkmodul 23 mit dem Sensormodul 29 gekoppelt werden kann, womit der Scanner bereits betriebsfertig justiert vorliegt.
Eine Besonderheit des erfindungsgemäßen Scanners ist die erwähnte Aussendung von lang gestreckten Strahlungsfronten, d.h. das Arbeiten mit Lichtstrichen, die aufgrund des sich während des Scanbetriebs relativ zum Sensormodul 29 drehenden Ablenkspiegels 47 von dessen momentaner Drehstellung abhängige Orientierungen im Überwachungsbereich einnehmen. Dieses Konzept eines sich im Raum drehenden Abtaststriches stellt besonders hohe Anforderungen an die Justage der optischen Komponenten. Diese Anforderungen werden durch die in der vorliegenden Anmeldung beschriebene Erfindung voll erfüllt.
Eine weitere Besonderheit des erfindungsgemäßen Scanners ist das Arbeiten mit zwei separaten Lasermodulen 11, die außerdem in einem vergleichsweise großen Abstand voneinander und damit – bezogen auf die mittig durch den von der Empfangslinse 35 und den Empfänger 15 gebildeten Empfangskanal verlaufende Drehachse 49 der Ablenkeinrichtung 17 – stark exzentrisch angeordnet sind.
Bezüglich des Konzepts einer strich- oder linienförmigen Strahlungsquelle in Verbindung mit einer relativ zu dieser Strahlungsquelle rotierenden Ablenkeinrichtung an einem Laserscanner an sich wird auch auf die noch nicht veröffentlichte, am 03. September 2001 hinterlegte deutsche Patentanmeldung 101 43 060.4 verwiesen. Hinsichtlich Details betreffend die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Laserscanners wird auch auf den Inhalt einer weiteren, am gleichen Tag wie die vorliegende Patentanmeldung hinterlegten deutschen Patentanmeldung verwiesen, die auf die Verwendung einer Mehrzahl von Lasermodulen an sich gerichtet ist.
Der Inhalt aller vorstehend erwähnten weiteren Patentanmeldungen wird hiermit durch Bezugnahme mit in die vorliegende Patentanmeldung aufgenommen.

11: Sender, Lasermodul
13: ausgesandte Strahlung
15: Empfänger
17: Ablenkeinrichtung
19: reflektierte, empfangene Strahlung
21: Antriebseinheit
23: Ablenkmodul
25: Auswerteeinheit
27: Versorgungseinheit
29: Sensormodul
31: Tragstruktur
32: Optikabschnitt, Halteplatte der Tragstruktur
33: Sendelinse
35: Empfangslinse
37: Gehäuse des Ablenkmoduls
39: Gehäuse des Sensormoduls
41: Abdeckkappe des Ablenkmoduls
43: Abdeckkappe des Sensormoduls
45: Gehäuseabschnitt des Ablenkmoduls
47: Spiegel
49: Drehachse
51: Encoderscheibe
53: Reader
55: Tragabschnitt, Schacht
57: Filter
59: Empfangsarray
61: Empfängerboard, Platine
63: Anschlussbereich
65: Leitungen
67: Rechner
69: Laserdiode
71: Antriebswelle
73: Bereich eines weggelassenen Kreisabschnitts
81: Halterung für Sender
82: Justieraufnahme der Senderhalterung
83: Halterung für Empfänger
85: Justierachse des Senders
86: Justierebene
87: Schraube
89: Aufnahme der Senderhalterung
90: Schraube
91: Halteelement der Empfängerhalterung
93: Justieraufnahme der Tragstruktur, Sackloch
94: Schraube
95: Durchführung
97: Schraube
99: Durchführung

Claims

Optoelektronische Erfassungseinrichtung, insbesondere Laserscanner, mit wenigstens einem Sender (11) zur Aussendung bevorzugt gepulster elektromagnetischer Strahlung (13), zumindest einem dem Sender (11) zugeordneten Empfänger (15) und wenigstens einer Ablenkeinrichtung (17), mit der von dem Sender (11) ausgesandte Strahlung (13) in einen Überwachungsbereich und aus dem Überwachungsbereich reflektierte Strahlung (19) auf den Empfänger (15) lenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine zentrale Tragstruktur (31) vorgesehen ist, mit der eine dem Sender (11) und dem Empfänger (15) zugeordnete Sende- und Empfangsoptik (33, 35) fest verbunden ist, dass an der Tragstruktur (31) Halterungen (81, 83) für den Sender (11) und den Empfänger (15) angebracht sind, über die der Sender (11) und der Empfänger (15) an der Tragstruktur (31) jeweils in einer Sollausrichtung bezüglich der Sende- und Empfangsoptik (33, 35) fixierbar sind, und dass zum Einstellen der Sollausrichtungen die Halterungen (81, 83) zur Durchführung von Justierbewegungen des Senders (11) und des Empfängers (15) relativ zur Sende- und Empfangsoptik (33, 35) ausgebildet sind.
Erfassungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (11) und/ oder der Empfänger (15) in zueinander orthogonalen Justierrichtungen (x/y, z) relativ zur Tragstruktur (31) bewegbar sind/ist, wobei in einer ersten Justierrichtung der Sender (11) bzw. Empfänger (15) durch Bewegen der Halterung (81, 83) relativ zur Tragstruktur (31) und in einer zweiten, zur ersten Justierrichtung orthogonalen Justierrichtung der Sender (11) bzw. Empfänger (15) durch Bewegen relativ zur Halterung (81, 83) verstellbar ist.
Erfassungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede in einer der Justierrichtungen (x/y, z) erfolgende Justierbewegung entweder nur durch Bewegen der Halterung (81, 83) oder nur durch Bewegen des Senders (11) bzw. Empfängers (15) durchführbar ist.
Erfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (31) einen plattenförmigen, mit der Sende- und Empfangsoptik (33, 35) fest verbundenen Optikabschnitt (32) umfasst und die Halterungen (81, 83) für den Sender (11) und den Empfänger (15) auf der gleichen Seite des Optikabschnitts (32) angebracht sind.
Erfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Justierbewegungen des Senders (11) und/oder des Empfängers (15) sowohl translatorische Bewegungen längs einer zu einer Drehachse (49) der Ablenkeinrichtung (17) parallelen Justierachse (85) sowie senkrecht zur Justierachse (85) als auch Drehbewegungen um die Justierachse (85) umfassen, wobei vorzugsweise die Justierachse (85) senkrecht zu einer die Sende- und Empfangsoptik (33, 35) enthaltenden Optikebene verläuft.
Erfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (31) einen sich parallel zu einer Drehachse (49) der Ablenkeinrichtung (17) erstreckenden, von einem plattenförmigen Optikabschnitt (32) der Tragstruktur (31) abstehenden Tragabschnitt (55) umfasst, wobei der Empfänger (15) und dessen Halterung (83) stirnseitig im Bereich des freien Endes des Tragabschnitts (55) und der Sender (11) und dessen Halterung (81) seitlich des Tragabschnitts (55) angeordnet sind.
Erfassungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (83) für den Empfänger (15) am Tragabschnitt (55) angebracht ist, während die Halterung (81) für den Sender (11) seitlich des Tragabschnitts (55) an dem plattenförmigen Optikabschnitt (32) der Tragstruktur (31) angebracht ist.
Erfassungseinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragabschnitt (55) als Strahlungsausbreitungsschacht für von der Ablenkeinrichtung (17) auf den Empfänger (15) gelenkte Strahlung (19) ausgebildet ist.
Erfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, insbesondere genau zwei, Sender (11) sowie ein gemeinsamer Empfänger (15) für die Sender (11) vorgesehen sind, wobei jedem Sender (11) eine Sendeoptik (33) und dem Empfänger (15) eine Empfangsoptik (35) zugeordnet ist, und wobei die jeweils von einem Sender (11) und einer Sendeoptik (33) gebildeten Sendekanäle symmetrisch auf gegenüberliegenden Seiten des von dem Empfänger (15) und der Empfangsoptik (35) gebildeten Empfangskanals sowie gleich weit von einer mittig durch den Empfangskanal hindurch verlaufenden Drehachse (49) der Ablenkeinrichtung (17) entfernt angeordnet sind.
Erfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Fixieren der eingestellten Sollausrichtung des Senders (11) und/oder des Empfängers (15) eine insbesondere wenigstens eine Klemmschraube umfassende Klemmverbindung vorgesehen ist.
Erfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (11) zur Aussendung einer lang gestreckten Strahlungsfront ausgebildet ist, wobei vorzugsweise die Strahlungsfront ein durchgehender Strahlungsstrich ist oder von diskreten, entlang einer Linie angeordneten Strahlungsflecken gebildet ist, dass der Empfänger (15) an die lang gestreckte Form der von dem Sender (11) ausgesandten Strahlungsfront angepasst ist und insbesondere eine etwa streifenförmige Grundform aufweist, und dass der Sender (11) und der Empfänger (15) durch die Verstellbewegungen derart ausrichtbar sind, dass die aus dem Überwachungsbereich reflektierte lang gestreckte Strahlungsfront mit einem entsprechend lang gestreckt ausgebildeten aktiven Empfangsabschnitt (59) des Empfänger (15) zur Deckung gebracht ist.
Erfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (11) als Strahlungsquelle wenigstens eine Laserdiode (69) umfasst, die zur Aussendung einer strich- oder linienförmigen Strahlungsfront ausgebildet ist.
Erfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (15) in eine Mehrzahl von unabhängig voneinander auswertbaren Empfangsbereichen unterteilt ist, die vorzugsweise jeweils eine oder mehrere Fotodioden umfassen, wobei die Empfangsbereiche ein- oder mehrzeilig angeordnet sind.
Erfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (11) in Form eines Kreiszylinders vorgesehen und in einer entsprechend geformten Justieraufnahme (82) einer mit der Tragstruktur (31) verbundenen Halterung (81) längs einer Justierachse (85) verschiebbar und um die Justierachse (85) verdrehbar angeordnet ist, wobei die Halterung (81) zusammen mit dem Sender (11) in einer Ebene (x/y) senkrecht zur Justierachse (85) relativ zur Tragstruktur (81) verstellbar ist, und wobei vorzugsweise die Justierachse (85) parallel zu einer Drehachse (49) der Ablenkeinrichtung (17) verläuft.
Erfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (83) des Empfängers (15) wenigstens ein bevorzugt stiftförmiges Halteelement (91) aufweist, das in einer Justieraufnahme (93) der Tragstruktur (31) verschiebbar angeordnet ist, vorzugsweise parallel zu einer Drehachse (49) der Ablenkeinrichtung (17).
Verfahren zur Justage einer optoelektronischen Erfassungseinrichtung, insbesondere eines Laserscanners, die wenigstens einen Sender (11) zur Aussendung bevorzugt gepulster elektromagnetischer Strahlung (13), zumindest einen den Sender (11) zugeordneten Empfänger (15) und wenigstens eine Ablenkeinrichtung (47) aufweist, mit der von dem Sender (11) ausgesandte Strahlung (13) in einen Überwachungsbereich und aus dem Überwachungsbereich reflektierte Strahlung (19) auf den Empfänger (15) lenkbar ist, wobei der Sender (11) und der Empfänger (15) zum Einstellen einer Sollausrichtung bezüglich einer Sende- und Empfangsoptik (33, 35) jeweils relativ zu einer zentralen Tragstruktur (31), mit der die Sende- und Empfangsoptik (33, 35) fest verbunden ist, bewegt und in der eingestellten Sollausrichtung an der Tragstruktur (31) fixiert werden.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (11) und der Empfänger (15) jeweils relativ zu einer an der Tragstruktur (31) angebrachten Halterung (81, 83) bewegt werden, die ihrerseits relativ zur Tragstruktur (31) bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Justierbewegung des Senders (11) und/oder des Empfängers (15) relativ zur Halterung (81, 83) und eine Justierbewegung der Halterung (81, 83) relativ zur Tragstruktur (31) in zueinander orthogonalen Justierrichtungen (x/y, z) durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst der Empfänger (15) bezüglich der Sende- und Empfangsoptik (33, 35) und anschließend der Sender (11) bezüglich des Empfängers (15) ausgerichtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (15) ausschließlich mittels translatorischer Justierbewegungen ausgerichtet wird, die parallel und senkrecht zu einer Drehachse (49) der Ablenkeinrichtung (17) verlaufen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (11) sowohl mittels translatorischer Justierbewegungen parallel und senkrecht zu einer Drehachse (49) der Ablenkeinrichtung (17) als auch mittels Drehbewegungen um eine zur Drehachse (49) der Ablenkeinrichtung (17) parallele Justierachse (85) ausgerichtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die optoelektronische Erfassungseinrichtung die Merkmale eines der Ansprüche 1 bis 15 aufweist.