DE3427623A1

DE3427623A1 - Device for contactless measurement of distances

Info

Publication number: DE3427623A1
Application number: DE19843427623
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 7500 Karlsruhe Grandegger
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1984-07-26
Filing date: 1984-07-26
Publication date: 1986-01-30

Abstract

The device for contactless measurement of distances (d) using a laser as radiation source (1) has a partially reflecting mirror (3) arranged between the latter and the measurement surface (M), a position-sensitive detector (4), e.g. a diode row, for receiving the beam component reflected from the mirror, a detector (6) for receiving the beam component reflected from the measurement object in the measurement plane (M), and an evaluation circuit (8) which upon a signal emitted by the detector (6) holds the position that has just been reached by the beam reflected at the partially reflecting mirror (3), on the precision-sensitive detector (4). The distance (y) between the zero point and the position reached is proportional to the distance (d) between the measuring and reference planes. The device is used to measure the distance or, in a double arrangement, the thickness of objects. <IMAGE>

Description

Einrichtung zur berührungslosen Messung von AbständenDevice for non-contact measurement of distances

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur berührungslosen Messung von Abständen, mit einer periodisch um einen Winkel schwenkbaren IR-Strahlungsquelle enger Bündelung, vorzugsweise einen Laser mit Strahlablenker, mit photoelektrischen Detektoren zum Empfang der von Meß-und Bezugsfläche reflektierten Strahlen, und mit einer Auswerteschaltung zur Gewinnung eines den Abstand zwischen Bezugsfläche und Meßfläche abbildenden Signals als Funktion der Zeitdifferenz zwischen dem Empfang von Meßstrahl und Bezugsstrahl.The invention relates to a device for contactless Measurement of distances with an IR radiation source that can be swiveled periodically through an angle close focus, preferably a laser with beam deflector, with photoelectric Detectors for receiving the beams reflected from the measuring and reference surfaces, and with an evaluation circuit for obtaining the distance between the reference surface and the signal mapping the measurement area as a function of the time difference between the reception of measuring beam and reference beam.

Derartige, auf der trigonometrischen Auswertung der Position eines Laserstrahls basierende Geräte sind bekannt, z. B. aus DBP 22 29 887. Für das Meßverfahren wesentlich ist, daß die Auslenkung des Sendestrahls mit gleichbleibender Winkelgeschwindigkeit erfolgt. Das bedingt einen erheblichen Aufwand an elektronischen Regelkreisen zur Steuerung des Strahlablenkers.Such, on the trigonometric evaluation of the position of a Laser beam based devices are known, e.g. B. from DBP 22 29 887. For the measuring method It is essential that the deflection of the transmission beam with a constant angular velocity he follows. This requires a considerable amount of electronic control loops for Control of the beam deflector.

Es ist die Aufgabe gestellt, die bekannte Meßeinrichtung ohne Einbuße an Meßqualität zu vereinfachen.It is the task of the known measuring device without loss to simplify measurement quality.

Eine Lösung der Aufgabe ist mit einer Meßeinrichtung gemäß Anspruch 1 möglich.One solution to the problem is with a measuring device according to claim 1 possible.

Der ortsempfindliche Detektor wird über den teildurchlässigen Spiegel direkt vom Sendestrahl mit gleichbleibender Lichtstärke beleuchtet. Dadurch wird es möglich, einen ortsempfindlichen Detektor geringerer Empfindlichkeit einzusetzen, der ein gut verarbeitbares Ausgangssignal abgibt. Mit Hilfe eines aus dem Detektor für den von der Meßfläche reflektierten Strahlanteil kommenden Trigger-Signals wird die Position des vom teildurchlässigen Spiegel reflektierten Strahlanteils auf dem ortsempfindlichen, wegauflösenden Detektor für diesen Zeitpunkt ermittelt.The position-sensitive detector is via the partially transparent mirror Illuminated directly by the transmission beam with constant light intensity. This will it is possible to use a location-sensitive detector with a lower sensitivity, which emits an output signal that is easy to process. With the help of one from the detector for that of the Measuring surface reflected beam portion coming trigger signal becomes the position of the part of the beam reflected by the partially transparent mirror determined on the position-sensitive, path-resolving detector for this point in time.

Diese Position, bezogen auf die Nullage des Strahls, ist dem Abstand zwischen der Bezugsfläche und der Meßebene direkt proportional.This position, based on the zero position of the beam, is the distance directly proportional between the reference surface and the measuring plane.

Eine Konstanthaltung der Winkelgeschwindigkeit des periodisch abgelenkten Strahls ist bei dieser Anordnung nicht mehr notwendig.Keeping the angular velocity of the periodically deflected constant Beam is no longer necessary with this arrangement.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur ein Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt und im folgenden beschrieben.An exemplary embodiment is shown in the figure to explain the invention shown schematically and described below.

Als Strahlungsquelle 1 dient ein HE-NE-Laser geringer Leistung oder eine Laser-Diode. Die abgegebene, scharf gebündelte Strahlung wird in einem Strahlablenker 2, beispielsweise einem piezoelektrischen Laserstrahlablenker, periodisch um einen Winkel 6 geschwenkt.A low-power HE-NE laser or serves as the radiation source 1 a laser diode. The emitted, sharply bundled radiation is in a beam deflector 2, for example a piezoelectric laser beam deflector, periodically by one Angle 6 pivoted.

Im Strahlengang des ausgehenden Strahls ist ein teildurchlässiger Spiegel 3 angeordnet; der von ihm reflektierte Strahlanteil trifft auf einen ortsempfindlichen Detektor 4, vorzugsweise ein Diodenarray oder eine Diodenzeile mit mehreren tausend Einzelelementen, um eine gute Wegauflösung zu erreichen.In the beam path of the outgoing beam there is a partially transparent one Mirror 3 arranged; the part of the beam reflected by it hits a position-sensitive one Detector 4, preferably a diode array or a diode line with several thousand Individual elements in order to achieve a good path resolution.

Der durch den teildurchlässigen Spiegel 3 durchtretende Strahlanteil trifft auf das in der Meßebene M befindliche Meßobjekt und wird von dessen Oberfläche reflektiert.The portion of the beam passing through the partially transparent mirror 3 meets the measurement object located in the measurement plane M and is removed from its surface reflected.

Der reflektierte Strahl trifft durch eine scharf bündelnde Optik 5 auf einen pbotoelektrischen Detektor 6. Strahlungsquelle 1 und Detektor 6 sind räumlich so angeordnet, daß ein bei der Strahlablenkung Null auf eine virtuelle Bezugsebene B auftreffender, gestrichelt gezeichneter Strahl in den Detektor 6 reflektiert würde. Der an dem teildurchlässigen Spiegel 3 reflektierte Strahl bestimmt den Nullpunkt im ortsempfindlichen Detektor 4.The reflected beam hits through a sharply bundling optic 5 to a photoelectric detector 6. Radiation source 1 and detector 6 are three-dimensional arranged so that a zero on the beam deflection on a virtual reference plane B would be reflected in the detector 6 impinging, dashed-line beam. The beam reflected on the partially transparent mirror 3 determines the zero point in the location-sensitive detector 4.

Der Abstand d zwischen der Meßebene M und der virtuellen Bezugsebene B, der je nach Art und Form des Meßobjekts ständig wechseln kann, wird dadurch bestimmt, daß ein abgelenkter, von der Oberfläche des Meßobjekts reflektierter Strahlanteil in dem Detektor 6 ein elektrisches Signal erzeugt, welches in der Verarbeitungsschaltung 7 einen Steuerimpuls erzeugt, der einer Auswerteschaltung 8 für den ortsempfindlichen Detektor 4 zugeführt wird und die gerade erreichte Position des am teildurchlässigen Spiegel 3 reflektierten Strahls auf dem orts empfindlichen Detektor 4 festhält. Der Weg oder die Strecke y, den der Meßstrahlanteil auf dem ortsempfindlichen Detektor 4 vom Nullpunkt ausgehend zurückgelegt hat, ist dann proportional dem Abstand d zwischen Meß- und Bezugsebene. The distance d between the measuring plane M and the virtual reference plane B, which can change continuously depending on the type and shape of the test object, is determined by that a deflected beam portion reflected from the surface of the measurement object in the detector 6 generates an electrical signal, which in the processing circuit 7 generates a control pulse that is sent to an evaluation circuit 8 for the position-sensitive Detector 4 is fed and the position just reached of the partially transparent Mirror 3 reflected beam on the location-sensitive detector 4 holds. The path or the distance y that the measuring beam component on the position-sensitive detector 4 has traveled starting from the zero point, is then proportional to the distance d between measuring and reference plane.

Mit einer Abtastrate, die in der Größenordnung von 45sec ist, kann ohne besonderen Schaltungsaufwand eine hohe Auflösung erreicht werden.With a sampling rate that is on the order of 45sec A high resolution can be achieved without special circuitry.

1 Patentanspruch 1 Figur1 claim 1 figure

Claims

Claim device for non-contact measurement of distances with an infrared radiation source that can be swiveled periodically through an angle Focusing, preferably a laser with a beam deflector, with photoelectric detectors to receive the reflected from the measuring and reference surface rays and with a Evaluation circuit for obtaining the distance between the reference plane and the measuring plane imaging signal as a function of the time difference between the reception of the measuring beam and reference beam, g e -characterized by a) one between the radiation source (1, 2) and measuring plane (M) arranged partially transparent mirror (3), b) a position-sensitive, path-resolving mirror Detector (4) for receiving the portion of the beam reflected by the partially transparent mirror (3), c) a detector (6) with sharply bundling imaging optics for receiving the from the measuring surface in the measuring plane (M) reflected beam portion.