DE8234635U1

DE8234635U1 - Fernmessgeraet zur messung des abstandes von einem gegenstand mittels direkter ueberschneidung von kohaerenten lichtstrahlungsbuendeln

Info

Publication number: DE8234635U1
Application number: DE19828234635
Authority: DE
Original assignee: Baldacchini, Marcello, Brescia
Priority date: 1981-12-11
Filing date: 1982-12-09
Publication date: 1983-12-01
Also published as: GB2114770B; IT8123745V0; JPS58138012U; FR2518254B3; GB2114770A; FR2518254A3; ES518080A0; ES8401794A1

Description

Fernmeßgerät zur Messung des Abstandes von einem Gegenstand mittels direkter Überschneidung von kohärenten Lichtstrahlungsbündeln.

Die Erfindung bezieht sich auf Fernmeßgeräte und hat ein Fernmeßgerät zum Gegenstand, das sich unterscheidet durch ein Stationsgehäuse, welches mit einem geradlinigen Arm versehen 13t, eine erste Einrichtung zur Aussendung von kohärenten Lichtstrahlen, die an dem einen Ende des erwähnten Armes angeordnet ist, zur Sendung zu einem Gegenstand, dessen Abstand von dem Stationsgehäuse gemessen werden soll, eines ersten Strahlungsbündels orthogonal zu dem erwähnten Arm, eine zweite Einrichtung zur Aussendung von kohärenten Lichtstrahlen, die am anderen Ende des Armes angeordnet ist und mit bezug auf den Arm selbst winkelig orientierbar ist, um auf den erwähnten Gegenstand ein zweites Strahlungsbündel zu richten, und eine Einrichtung zur Messung der Winkelstellung der zweiten Einrichtung mit bezug auf den Arm derart, daß sich das erste Bündel und das zweite Bündel an dem Gegenstand überschneiden.

Diese erfindungsgemäßen Merkmale ermöglichen die Schaffung eines robusten, zweckmäßigen und wirtschaftlichen Fernmeßgerätes, dessen Verwendung besonders leicht und wirksam in Anwendungsfällen ist, wie z.B. die Messung von Entfernungen zur Stelle eines Verkehrsunfalls od.dgl..

Bei solchen Anwendungsfällen geschieht die Messung der Entfernungen normalerweise durch Bandmaße, deren Benutzung nicht nur besonders teuer hinsichtlich des Zeitaufwandes ist, wenn eine große Anzahl von Messungen vorgenommen werden muß, sondern auch schwierig und gefährlich, wie

im Falle, bei welchem die Messung auf einer Straße mit starkem Verkehr vorgenommen werden muß. Das erfindungsgemäße Gerät ermöglicht nicht nur die rasche Durchführung einer großen Anzahl von Messungen, sondern auch die Aus- ·' führung von Messungen unter einfachen und sicheren Bedingungen, ohne daß der Zugang zu den Gegenständen er- ^:

forderlich ist, deren Position ermittelt werden soll. :

Die Verwendung des erfindungsgemäßen Gerätes ist besonders vorteilhaft auch für optische Fernmeßgeräte, Radar- und

Laserstrahlenmeßgeräte, wie sie für militärische Zwecke :

verwendet werden. Solche Geräte, die normalerweise sehr teuer sind und beträchtliche Dimensionen haben können, haben häufig die Eigenschaft geringer Trennschärfe über kurze Entfernungen und sind, im Falle von Radargeräten oft nur in der Lage, die Position metallischer Gegenstände zu ermitteln.

Im Folgenden wird die Erfindung beispielsweise in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert und zwar zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Gerätes dargestellt bei seiner Verwendung _; zur Messung des Abstandes eines Gegenstandes;

Fig. 2 eine Draufsicht, teilweise weggeschnitten, des Gerätes nach Fig. 1 und

Fig. 3 als Blockschema den Aufbau eines der in Fig. 2 s|

dargestellten Elemente.

In Fig. 1 ist ein in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichnetes prismatisches Gehäuse dargestellt, das an einer seiner Kanten einen geradlinigen rohrförmigen Arm 2 aufweist.

Der Arm 2 ist zwischen einer zurückgezogenen Stellung

r -5-

(nicht dargestellt), in welcher der Arrü 2 fast vollständig im Inneren des Gehäuses 1 aufgenommen ist, wodurch dem Gerät die Merkmale besonders gedrängter Bauart und leichter Transportfähigkeit verliehen wird, und einer Arbeitsstellung (in Fig. 1 dargestellt) teleskopisch verlängerbar,, in welcher Arbeitsstellung der Arm 2 aus dem Gehäuse heraus ragt, gezeigt.

Im Inneren des Gehäuses 1 ist eine Laserquelle 3 angeordnet, die vorzugsweise durch einen Helium-Neonlaser gebildet wird, der eine kohärente Strahlung im Sichtbereich (ca. 632,8 nm) aussendet.

Die Laserquelle 3, die von einer Speiseeinrichtung beliefert wird, welche in ihrer Gesamtheit mit 4 bezeichnet ist, ist an ihrem Ausgang mit einem Bündelteiler (engl.: beam splitter) versehen, der sich an einem der Enden des rohrförmigen Arms 2 befindet.

Der Teiler 5 teilt die von der Laserquelle 3 erzeugte

Strahlung in ein erstes Bündel 6, das aus dem Gehäuse 1 :' durch eine öffnung 7 in einer zum rohrförmigen Arm 2

senkrechten Richtung austritt, und in ein Hilfsbündel ti, das sich im Inneren des rohrförmigen Arms 2 in Richtung zu einem metallischen Spiegel 9 fortpflanzt, der am anderen Ende des rohrförmigen Arms 2 angeordnet ist.

Der Spiegel 9 ist um eine Achse drehbar, die orthogonal .] zu der Ebene gerichtet ist, die durch das erste Bündel 6

30 und durch den Arm 2 bestimmt wird.

ü I
$ Der Spiegel 9, dessen Abstand von dem Teiler 5 in Fig. 1

(Ι mit b bezeichnet ist, erzeugt durch Reflektion des Hilfs-

bündeis 8 ein zweites Bündel 10 kohärenter Lichtstrahlen,

i| 35 welches aus dem Arm 2 durch eine öffnung 11 austritt, die

Ϊ mit bezug auf die Achse des Arms einen Winkel bildet, der

in Fig. 1 mit B bezeichnet ist.

-6-Der Winkel B ist durch Drehen des Spiegels 9 veränderlich.

Diese Drehung kann, wie in Fig. 3 dargestellt, dadurch erhalten werden, daß ein Gleichstrommotor 12 eingeschaltet wird, der mit dem Spiegel 9 durch ein Getriebe verbunden ist, das durch ein Untersetzungsrädergehäuse 13 und eine Schnecke 13a gebildet wird, die mit der Umfangsverzahnung einer Scheibe in Eingriff ste' t, welche mit dem Spiegel 9 fest verbunden ist.

Oer Motor 12, der über nicht dargestellte Leitungen mit einer Batterie 14 verbunden ist, wird in zwei Drehrichtungen angetrieben, wenn ein Druckknopf 15 bzw. 16 betätigt wird, welche Druckknöpfe auf der Oberseite des Gehäuses 1 vorgesehen sind.

Die Batterie 14 dient ferner zur Speisung der Laserquelle 3 und der anderen elektrischen Einrichtungen des Fernmeßgerätes.

Wenn das Gerät entsprechend dem in Fig. 1 dargestellten Schema angeordnet wird, in welchem das Gehäuse 1 so orientiert ist, daß das erste Strahlungsbündel 6 einen Gegenstand T (beispielsweise die Seitenwand eines Fahrzeugs) beaufschlagt, der in einem Abstand d vom Gehäuse 1 angeordnet ist, ist es, wenn der Druckknopf 15 bzw. 16 betätigt wird, und die durch die Bündel 6 und IO auf dem Gegenstand T erzeugten Strahlungsspuren beobachtet werden, möglich, den Spiegel in die Stellung zu orientieren, in welcher sich das zweite Strahlungsbündel 10 mit dem ersten Strahlungsbündel 6 am Gegenstand T überschneidet.

Unter diesen Bedingungen ist der Abstand d nach einfachen trigonometrischen Beziehungen in der Form: d = b . tg B ausdrückbar.

Unter Berücksichtigung des Umstandes, daß der Abstand b

zwischen dem Teiler 5 und dem Spiegel 9 bekannt und geeicht ist, kann ein Signal, welches den Abstand d anzeigt, durch einen potentiometrischen Detektor 17 erhalten werden, der auf die Welle aufgekeilt ist, der die Schnecke 13a trägt und deshalb auf die Winkelstellung des Spiegels 9 anspricht.

Der potentiometrische Detektor 17 kann beispielsweise eine Widerstandskennlinie aufweisen, die proportional zum Tangens des Winkels B ist, der durch das zweite Strahlungs bündel 10 mit bezug auf den Arm 2 gebildet wird. Diese Widerstandskennlinie kann durch einen potentiometrischen Detektor erhalten werden, der als Drahtpotentiometer ausgebildet ist oder als Schichtpotentiometer, bei dem die Widerstandsschicht durch Aufdampfen nach einer Technologie erfolgt, wie sie bei logarithmischen oder antilogarith mischen Potentiometern üblich ist.

Das Ausgangssignal 17 wird auf einem Anzeigeinstrument 18 dargestellt, das sich auf der Oberseite des Gehäuses befindet und beispielsweise mit Meßskalen zur direkten Bestimmung des Wertes des Abstandes d in Abhängigkeit von dem Niveau des Signals versehen ist.

wie in Fig. 3 dargestellt, ist der potentiometrische Detektor 17 von einfacher Art. Das Ausgangssign^l des Detektors 17 wird dann einer Verarbeitungsschaltung 19 zugeführt, die einen Verstärker 20 und einen Analog-Digital-Umsetzer aufweist, der mit einem Oszillator 22 verbunden ist, welcher die Basis der Umsetzungszeiten erzeugt.

Das so umgesetzte Signal wird einer Rechenschaltung 23 (trigonometrischer Chip) von der Art zugeführt, wie sie gewöhnlich in elektronischen Mini-Rechenmaschinen verwendet werden, bei welchen aus dem Zahlenwertsignal eine Meßzahl erhalten wird, die dem Produkt des Abstandes b

Ii ι ·

ι a · · ■

ι · · · ·

-δι und dem Wert des Tangens des Winkels B nach der vorerwähnten trigonometrischen Beziehung entspricht.

Diese Meßzahl, welche dem Wert des Abstandes d entspricht, $ wird der Anzeigeeinrichtung 18 von der Bauart mit Leucht- |, Segmenten zugeführt.

In besonders vorteilhafter Weise kann die Funktion der Verarbeitungsschaltung 19, zumindest zum Teil, durch einen Mikroprozessor ausgeführt werden, der es außerdem ermöglicht, wenn es wünschenswert ist, weitere Verarbeitungsvorgänge von Daten bezüglich der gemessenen Abstände d zu entwickeln.

Zweckmäßig kann das erfindungsgemäße Gerät mit einer optischen Zusatzeinrichtung (nicht dargestellt) versehen werden, die es ermöglicht, die Koinzidenz der Lichtspuren zu beobachten, welche durch die beiden kohärenten Strahlungsbündel 6, 10 auf einem Gegenstand T erzeugt werden, der in einem großen Abstand von dem Fernmeßgerät vorhanden ist, um mit Präzision den Uberschneidungspunkt der beiden Bündel zu ermitteln.

Bei der Verwendung für große Entfernungen ermöglicht die Verwendung von Kollimatoren die Herabsetzung der möglichen Expansion der Bündel 6 und 10.

Natürlich können die Wirkungen der Erfindung auch tür Modelle angewendet werden, bei denen die gleiche erfindungsgemäße Nutzbarkeit besteht, beispielsweise auf Geräte, bei denen die Drehung des Spiegels 9 von Hand geschieht oder bei denen der Spiegel 9 durch eine weitere Laserquelle gebildet wird, oder auch bei Geräten, bei denen der Arm 2 abtrennbare Elemente aufweist/ die es möglich machen, die Entfernung h^welche die Basis durch die Messung bildet, weiter auszudehnen.

Der\Patintanwalt

Claims

20 25 30 Ansprüche ;

1.!Fernmeßgerät, gekennzeichnet durch ein Stationsgehäuse ~" (1), das mit einem geradlinigen Arm (2) versehen ist, eine erste Einrichtung (3), die an dem einen Ende des erwähnten Arms (2) angeordnet ist, zur Aussendung von kohärenten Lichtstrahlen zu einem Gegenstand (T), dessen Abstand von dem Stationsgehäuse (1) gemessen werden soll, ein erstes Strahlungsbündel (6), das orthogonal zu dem Arm (2) gerichtet ist, eine zweite Einrichtung (8) zur Aussendung von kohärenten Lichtstrahlen, die am anderen Ende des Armes (2) angeordnet und mit bezug auf den Arm (2) winkelig orientierbar ist, zur Aussendung zu dem erwähnten Gegenstand (T) eines zweiten Strahlungsbündels, und Organe (17, 18, 19) zur Messung der Winkelstrahlung (B) der zweiten Aussendeeinrichtung (8) mit bezug auf den Arm (2) derart, daß sich das erste Bündel (6) und das zweite Bündel (10) an dem Gegenstand (T) überschneiden.

2. Gerät nach Ansprueh 1, dadurch gekennzeichnet, erwähnte Arm (2) teleskopisch verlängerbar ist,

iafl der

3. Gerät nach Ansprueh 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Aussendeeinrichtung eine Laserquelle (3) auf-

-2-

weist, an deren Ausgang ein Bündelteiler (5) vorgesehen ist, der aus der Strahlung der Laserquelle (3) das erste Bündel (6) und ein Hilfsbündel (8) erzeugt, und daß die zweite Aussendeeinrichtung einen orientierbaren Spiegel (9) besitzt, der das Hilfsbündel (8) reflektiert.

4. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Arm (2) rohrförmig ausgebildet ist und daß das Hilfsbündel (8) sich im Inneren des Arms (2) fortpflanzt.

5. Gerät nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Meßorgane umfassen einen potentiometrischen Detektor (17) mit einer Widerstandskennlinie, die proportional zum Tangens des Winkels (B) ist, der durch das zweite Strahlungsbündel (10) mit bezug auf denArm (2) des Stationsgehäuses (1) gebildet wird.

6. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4., dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Meßorgane umfassen einen potentiometrischen Detektor (17) und eine Verarbeitungsschaltung (19), die mit dem Detektor (17) verbunden ist, um ein Signal zu gewinnen, welches den Tangens des Winkels (B) anzeigt, der durch das zweite Strahlungsbündel (10) mit bezug auf den Arm (2) des Stationsgehäuses (1) gebildet v/ird.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsschaltung (19) einen Mikroprozessor aufweist.