SE461116B - Anordning vid maetanordningar utnyttjande laserstraalar - Google Patents

Description

461 116 arrayen i dess tvärriktning räknat. Att öka bredden på arrayen skulle innebära stora extrakostnader och kan ej användas i prak- tiken.

Slutsatsen av det föregående blir, att vid avståndsmätning, exempelvis enligt triangelmetoden, uppträder minst komplikationer om de föremål vars läge skall bestämmas, alltid befinner sig i ett bestämt plan och efter en bestämd linje. Man kan då utnyttja den enklaste laserutrustningen med en koncentrerad stràle, som ger en punktformig belysningsyta, och man kan även utnyttja den allmänt förekommande typen av mätkamera, vilken har en lång- sträckt, men mycket smal array av ljuskänsliga element.

Om däremot föremålen kan befinna sig utanför detta plan och ej säkert skulle kunna träffas av' en koncentrerad stråle kan detta övervinnas med hjälp av en utrustning, som sprider strålen till bandform och ger en linjeartad belysningsyta. Däremot kan den nämnda typen av kamera ej användas emedan den har nwcket liten förmåga att på den ljuskänsliga arrayen uppfånga strålning från ytor, som befinner sig utanför mätplanet, således det plan, som sträcker sig genom arrayen i dess längsriktning och genom centralaxeln för kamerans optiska system. Uppfinningens uppgift är att åstadkoma ett kameraarrangemang, som tillåter att även strålning från sådana föremål, som ej befinner sig i detta plan kan uppfångas på kamerans array.

Förliggande uppfinning har till ändamål att ange en anord- ning för utbredning i en riktning till linjeform av belysningen från en laserstråle, som upptages av en kamera av det nämnda slaget, varvid utbredningen kan ges en sådan riktning att, om kameran är utrustad med ett smalt ljuskänsligt organ, utbred- ningen sker i dettas tvärriktning, så att ljus även från punkter utanför det plan, som sträcker sig genom kamerans objektiv och det ljuskänsliga elementet kan uppfångas av det senare.

Ett särskilt ändamål vid uppfinningen är därvid att åstad- komma en mätkamera, som förmår uppfånga ljuset i samband med triangelmätning även från föremål, som befinner sig utanför nämnda plan.

Uppfinningens ändamål uppnås genom att utföra anordningen med de i patentkrav 1 angivna kännetecknen. 3 461 116 På bifogade ritningar visas en utföringsform av uppfinningen.

Fig. 1 visar därvid en ovanvy av ett triangelmätningsinstrument för registrering av avståndet till föremål, som successivt föres genom en laserstråle; fig. 2 visar samma instrument i en sidovy; och fig. 3 visar schematiskt i. en perspektivbild anordningens aktiva delar och stràlgångarna vid mätning.

Enligt fig. 1 och 2 innefattar ett triangelmätningsinstru- ment 1 på ett stativ 2 en laser 3 och en kamera 4. Lasern 3 ut- sänder ett strålknippe 5, som i sidled, se fig. 1, är linjeform- igt koncentrerat, men som i höjdled, se fig. 2, är utbrett band- formigt. Ljuskníppet 5 är avsett att träffa ändytorna till före- mål, som gemensamt betecknas med 7, när ändytan till ett sådant föremål kommer i läge att belysas av laserns bandformiga strål- knippe 5. Föremàlet kan därvid vara placerat på olika avstånd från lasern. För att beteckna dessa olika avstånd visas föremå- let 7 i tre alternativa lägen och ändytorna är härvid beteck- nade 8, 9 och 10 räknat från det till lasern närmaste föremålet till det mest avlägsna. När någon av ytorna 8-10 passerar laser- strålen kommer denna att alstra en ljuslinje på ytan. En bild av denna ljuslinje kommer att träffa kamerans 4 objektiv 12 och därvid i olika vinkel i horisontalplanet, se ovanvyn i fig. 1, beroende på var föremålet är placerat i förhållande till mätan- ordningen. För markering av dessa vinklar har tre linjer 13, 14 och 15 inritats. Tillsammans med linjen 5 visar linjen 13 således stràlgången från lasern 3 och till kamerans 4 objektiv 12, när föremålet är placerat i det läge, som ytan 8 visar. Linjen 14 avser på samma sätt ytan 9 och linjen 15 ytan 10.

Som framgår av fig. 2 kan föremålen 7 vara placerade på olika höjd i förhållande till det horisontella huvudplanet genom anordningen. Detta huvudplan löper genom centralaxeln för la- sern 3 och för objektivet 12 till kameran 4. Enligt vad som visas i fig. 2 befinner sig ytan 8 i nederkanten av det bandformiga strålknippet 5, ytan 9 i dess överkant och ytan 10 ungefär i mittlinjen. Detta betyder att linjerna 13-15 i vertikalplanet, se sidovyn i fig. 2, får olika infallsvinklar till objektivet 12. Även detta visas i fig. 2.

Kameran 4 har bakonl objektivet 12 ett bildplan, i vilket bilden av ljusknippet 5 när det träffar någon yta i sin väg, exempelvis ytan 8, 9 eller 10, avtecknas. Eftersom fig. 1 förut- sättes vara en ovanvy och fig. 2 en sidovy kan bildplanet sägas 461 116 4 ha en horisontalutsträckning i riktningen av pilen 18 i fig. 1 och en vertikalutsträckning i riktningen av pilen 19 i fig. 2.

Vid olika läge hos mätytorna och därmed olika vinkel hos ljusin- fallet, jämför linjerna 13-15 kommer ljusbilden att förflytta sig i bildplanet i horisontalutsträckningen enligt pilen 18. Place- ringen av ljusbilden representerar således vinkeln och denna i sin tur avståndet fràn ett referensplan, vilket betecknas med 20 i fig. 1 och 2, till den aktuella mätytan.

Om därjämte de efter hand uppmätta ytorna är placerade i olika höjdlägen enligt fig. 2 kommer ljusbilden att träffa i olika höjdlägen, spridda i riktningen av pilen 19 på bildplanet.

Om mätytorna, som visas i fig. 2, endast har en liten utsträck- ning i höjdled kommer även ljusbilden att vid avteckning genom ett konventionellt objektiv att få liten utsträckning i höjdled.

Trots att således laserstrálens ljusknippe 5 är utbrett i höjdled får, vid liten höjd hos föremålen, de efter hand producerade ljusbilderna en spridning förutom i horisontell riktning även i vertikal riktning och på sådant sätt, att de trots en viss ut- sträckning i höjdled ej kommer att överlappa varandras höjdlägen.

Som nämnts blir läget i horisontalled (pilens 18 riktning) för ljusbilden på kamerans bildplan beroende av instrålningsvin- keln och denna är i sin tur beroende av föremålens avstånd från referensplanet 20. Ljusbildens placering i horisontalplanet kan med andra ord användas för detektering nämnda avstånd från re- ferensplanet, vilket avstånd är den sökta storheten. Spridningen i vertikalriktningen (i pilens 19 riktning), som således represen- teras av de olika linjernas 13-15 vinkel i fig. 2, är däremot oönskad och en komplikation, som skall kompenseras genom anord- ningen enligt uppfinningen, som berör kameran och som på grundval av den föregående allmänna beskrivningen nu skall beskrivas i detalj.

I anslutning till figurerna 1 och 2 skall dock ytterligare nämnas, att mätanordningen i dessa figurer är antydd såsom använd vid mätning av längden hos brädor i och för dessas vidare behand- ling i. ett sågverk. Det förutsättes därvid att brädorna, som representeras av föremålen 7, sträcker sig ungefärligen paral- lellt med laserstrålen 5 i horisontalplanet och föres förbi denna medelst en transportör. De till ändytorna 8-10 motstående änd- ytorna är därvid styrda i en och samma linje, varför skillnader i 5 461 116 längd kommer att göra sig gällande vid den i fig. 1, 2 visade mätänden. Vartefter som brädorna passerar stràlen kommer således deras ändytors lägen att bestämmas och härav kan även den en- skilda brädornas längd bestämmas och detta värde användes för styrning av vidare bearbetning. I fig. 1 visas brädornas bredd.

De ligger alltså med bredsidan mot transportören. I fig. 2 visas således brädornas tjocklek och i detta plan kan de ha slagit Sig, så att de är böjda varigenom deras ytterändar med mätytorna kom- mer pà olika höjd sàsom visas i fig. 2.

I fig. 3 visas perspektiviskt och i större skala den förut beskrivna stràlgàngen mellan lasern 3 och kameran 4. Därvid anger ytterligare 22, den koncentrerade stråle, som avges fràn lasern och vilken resulterar i den bandformiga stràlgången 5, som be- skrivits förut, efter det att strålen 22 passerat ett cylinder- linssystem bestående av en konkav lins 23 och en konvex lins 24.

I stràlgången 5 har placerats två av föremålen 7 och för tydlig- hetens skull har det mittersta föremålet enligt fig. 1 och 2 uteslutits. Därmed visas således mätytorna 8 och 10. Den ljus- stràlning från stràlknippet 5, som återkastas från mätytan 8 eller 10, resulterar i de båda förutnämnda instrálningsriktningar- na 13 och 15 till kamerans 4 obejktiv 12, som här visas endast som en sfärisk lins.

Innanför linsen och i det ljustätade men i fig. 3 ej visade kamerahuset, befinner sig kamerans bildplan, vilket här represen- teras av den mot objektivet vända sidan av en skiva 25. Horison- tellt över denna skiva sträcker sig en array 26 av ett stort antal, mycket smala ljuskänsliga element. Elementens bredd be- stämmer upplösningen vid mätning. Tillsammans bildar elementen i dessas breddriktning hela arrayens bredd i horisontell rikt- ning (pilen 18). I vertikalled (pilen 19) har elementen nwcket liten utsträckning, i först hand av tillverknings- och kostnads- skäl.

Arrayens element 26 är kopplade till en processor, som genom registrering av vilket element, som belyses, bestämmer avståndet mellan den belysta ytan och referensplanet 20 samt omräknar detta värde till ett längdmàtt för det föremål, som passerar (om det är detta värde, som är av intresse).

I kameran och innanför objektivet 12 befinner sig en cylin- derlins 27 vars cylinderaxel befinner sig i horisontalplanet och 461 116 6 som således strävar att bryta strålningen i vertikalplanet vin- kelrätt mot arrayens 26 längutsträckning (i pilens 19 riktning), men att ej påverka strålningen i horisontalplanet. Objektivet 12 är inrättat att sammabryta strålningen och dess fokalplan befin- ner sig i bildplanet på skivan 25. Cylinderlinsen 27 är så pla- cerad, att dess fokalplan, där strålningen sammanbrytes maximalt, befinner sig på avstånd framför bildplanet och genom cylinder- linsens visade snedställning pá längre avstånd från bildplanet vid arrayens i fig. 3 visade högra ände än vid den vänstra änden.

Såsom inses vid betraktande av figuren, kommer arrayens ände närmast betraktaren av fig. 3, att motta strålning från sådana föremål, som är placerade närmast kameran och vice versa.

Syftet med arrangenmanget enligt uppfinningen är att ljus- bilden i bildplanet skall vara koncentrerad i horisontell rikt- ning, så att den goda upplösning, som arrayens indelning möjlig- gör, ej skall förgrovas. Samtidigt skall dock ljusbilden bredas ut i vertikalriktningen, så att den komer att överlappa den smala arrayen även om ljusinstrålningen flyttar sig från det horisontella centralplanet genom objektivet. Med andra ord skall arrangemanget ge en smal men hög linje.

Detta uppnås därigenom att objektivet 12, som är av vanlig sfärisk typ sammanbryter strålen punktformigt. Denna sammanbryt- ning påverkas ej av cylinderlinsen i horisontalriktningen. I vertikalriktningen däremot sprides strålningen av cylinderlinsen efter det att den först passerat sammanbrytningspunkten för att' därefter divergera. Vid den visade utföringsformen använder man således strâlens divergering efter brytpunkten från cylinderlin- sen för spridning. Alternativt är det möjligt att placera bild- planet framför sammanbrytningspunkten och man utnyttjar således strålens ofullständiga sammanbrytning med en förlängning av ljus- bilden i vertikal riktning som följd. Det väsentliga med uppfin- ningen är således att man utnyttjar det sfåriska linssystemet för sammanbrytning i en punkt, som ligger i bildplanet, medan cylin- derlinsen användes för spridning enbart i vertikalriktningen genom att placera bildplanet utanför cylinderlinsens fokalplan.

Om man bortser från spridningen av ljusbildningen i verti- kalled medelst cylinderlinsen 27 så kan man konstatera, att ljus- bilden ändå skulle ha linjeform med en viss utsträckning i verti- kalled, som är beroende av föremålens 7 tjocklek. Denna linjes ii* 461 116 längd blir í avbildningen större ju närmare föremålet befinner sig kameran. A andra sidan blir vinkelavvikelsen för höjdföränd~ ringar inom det förutsedda området större ju närmare mätytan befinner sig kameran.

Om dessa höjdförändringar kan ligga i ett område, som är väsentligt större än tjockleken hos föremålet, erfordras vid arrangemanget enligt uppfinningen med cylinderlinsen en större spridning av ljuset till en större längd hos den avbildade linjen för närliggande föremål än längre bort liggande föremål om man skall kunna få någon del av linjen även för närliggande föremål med en maximal höjdavvikelse, att falla på arrayen. Det kan där- för vara önskvärt att förlänga avbildníngslinjen för närliggande föremål i förhållande till avbildningslinjen för längre bort liggande föremål.

Detta kan såsom visas i fig. 3 åstadkommas genom att cylin- derlinsen placeras snett. Sålunda ligger bildplanet pá längre avstånd fràn linsens brytpunkt vid den ände av bildplanet, där närliggande föremål framträder medan brytpunkten ligger närmare bíldplanet, vid den ände av detsamma där längre bort liggande föremål avbildas.

Claims (4)

461 116 PATENTKRAV

1. Anordning vid mätanordningar utnyttjande laserstràlar och innefattande en laser (3) anordnad för utsändande av laserljus i en bana (5), i vilken bana mätobjekt (7) är avsedd att placeras med en yta (8-10) mot vilken mätning skall ske, samt en kame- ra (4) pá avstånd från laserljusets bana (S) och inriktad, att uppta ljus frán mätytorna (8-10) placerade längs banan inom ett längdomràde av densamma, i kameran bakom ett objektiv (12) en array (26) av ljuskänsliga element, vilken är långsträckt med en längdriktning (18) och en tvärriktning (19), k ä n n e t e c k - n a d a v en optiskt anordning (27) placerad nællan objekti- vet (12) och arrayen (26) bestående av en i ett plan krökt lins, företrädesvis en cylinderlins, vars krökningsaxel sträcker sig i arrayens längdriktning (18), vilken lins uppvisar ett fokalplan, varvid objektivet (12) är så placerat att dess fokalplan befinner sig i huvudsak i arrayens yta och den i ett plan krökta linsens fokalplan befinner sig pà avstånd från arrayens yta, företrädes- vis framför densamma, så att det ljus från mätytans av laser- ljuset belysta del, som passerar objektivet sprides av linsen (27) i arrayens tvärriktning (19), till linjeform medan det mot arrayens (26) yta fokuserade ljuset ej sprides i arrayens längd- riktning (19), längs vilken linses krökningsaxel sträcker sig, varigenom upptagningsomràdet för ljus från mätytor (8-10) i olika placering vid sidan av ett plan genom arrayens längdaxel (18) ökas genom det pà arrayens reproducerade ljusets linjeform.

2. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att linsens (27) krökningsaxel, som sträcker sig i ett plan genom arrayens (26) längdaxel och genom objektivet (12), är snett riktad genom att linsen löper snett i förhållande till arrayens yta i sådan riktning, att ljusets spridning till linje- form blir större vid arrayens ena ände än vid den andra.

3. Anordning enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att linsens (27) snedställning är sådan, att sprid- ningen är större vid den ände av arrayen (26) vid vilken laser- ljuset fràn mera närliggande mätobjekts mätytor (8) uppfångas än vid den ände, där ljuset från längre bort belägna mätobjekts mätytor (10) uppfàngas. I h! 9 461 116

4. Ancrdning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e - t e c k n a d d ä r a v, att lasern (3) är anordnad att utsända en stràle, vilken ger en belysning i form av en långsträckt lin- je, vars längdriktning i huvudsak sträcker sig i samma riktning, som arrayens (26) tvärriktning (19) sträcker sig.