CN102483327B - 用于行驶机构测量的激光发射器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于行驶机构测量的激光发射器（2），它具有激光源（4），所述激光源设计成发射激光射束（8）；具有光学元件（6），将所述光学元件设计成当它被激光射束（8）照射时它产生结构化的激光图案（9）；具有探测器（10），所述探测器是如此设置的，即在运行时它被结构化的激光图案（9）一个部分区域照射，并且产生与照射相关的输出信号；具有分析装置，所述分析装置将由探测器（10）产生的输出信号和至少一个规定的额定数值进行比较，并且当它确定输出信号和额定数值有明显偏差时关闭激光源（4）。

Description

用于行驶机构测量的激光发射器

现有技术

本发明涉及一种用于行驶机构测量的激光发射器。

现有技术已公开将激光辐射用于行驶机构测量。因为激光辐射和生物组织的相互作用会损害组织，所以飘浮要取保护措施，以使由激光源产生的危险最小化。

保护措施应防止和危险的辐射接触，并且即使有故障时也保证相应的保护。

已公开的激光保护装置具有保护壳体，所述保护壳体不让激光辐射进入到环境中，并且在打开保护壳体时中断激光机的运行。

然而，这样一种保护壳体并不适用于行驶机构的测量，因为在那里用于测量—和投射目的的激光辐射也必须在保护壳体的外部提供使用。在这方面的例子例如有光学的行驶机构测量***、激光投射装置和激光测距仪。

因此本发明的任务是提出一种提供用行机构测量的激光辐射的改进装置，并且即使在有功能故障时该装置也不会对使用人产生危险。

发明内容

这个任务通过按照独立权利要求中的任一项所述的激光发射器和用于激光发射器的运行方法得以完成。从属权利要求描述了独立权利要求的一些主题的有利的方案。

根据本发明的用于行驶机构测量的激光发射器具有用于发射激光束的激光源和光学部件，所述光学部件是如此设计的，即当光学部件被激光射束照射时它产生结构化的激光图案。激光发射器也具有探测器，所述探测器是如此设置的，即在激光源运行时它被结构化的激光图案的部分区域照射，并且其中产生与照射相关的输出信号。激光发射器也有分析装置，所述分析单元将由探测器产生的输出信号和至少一个规定的额定值进行比较，并且当确定与规定的额定值有明显偏差时关闭激光源。

本发明也包括具有用于发射激光射束而设计的激光源和光学元件的激光发射器，当所述光学元件被激光射束照射时它产生结构化的激光图案，其中，探测器是如此设置的，即在激光源运行时它被具有很高照射强度的结构化的激光图案的部分区域照射，并且吸收这个部分区域。通过这一措施这个具有很高照射强度的部分区域就从激光图案中屏蔽。

本发明也包括具有激光源、光学元件和反射器或者反光镜的激光发射器，所述反射镜是如此设置的，即在运行期间它被由光学元件产生的激光图案的至少一部分照射，并且将这一部分转向。

在根据本发明的激光发射器中识别故障功能，也就是由探测器探测到的结构化的激光图案的部分区域的强度和规定的额定值的偏差，并且当识别出这样的故障功能时就关闭激光源。通过这一措施，即当识别到故障功能时就关闭激光源，提高了在激光发射器运行时的安全性。

通过探测器被具有很高的照射强度的激光图案的部分区域的照射，并且这个部分区域从激光图案中屏蔽进一步提高了安全性，因为具有高的照射强度的区域会产生特别的危险，并且通过照射特别强的部分区域的屏蔽可减小这种危险。

通过借助反射器偏转激光图案可减小激光发射器的结构长度。具有减小的结构长度的激光发射器可特别良好地和规定的空间情况相适配，并且特别也可在窄小的工场区域中使用。

在一个实施形式中激光发射器具有壳体，其中，壳体的至少一个区域为透明设计。通过壳体使得激光发射器的结构部件得到保护，使其免受外部影响，例如脏物或者潮气，并且其环境也受到保护，使其免受光学元件附近的激光射束的特别强烈的辐射的影响。通过壳体的至少一个区域为透明设计由光学元件产生的激光图案可从壳体中出来，并且用于测量和投射的目的。

在一个实施形式中将探测器设置在壳体的内部。通过这一措施由壳体保护探测器使其免受有害的环境影响。此外，被探测器反射的，并且从激光图案中屏蔽的射线保留在壳体内部，这样，使得环境得到保护，使其免受被探测器消除的，并且在必要时被其反射的特别强的辐射的影响。

在一个实施形式中探测器设置在壳体的壁上。这使得能将探测器特别简单和可靠地固定在壳体的内部。

在一个实施形式中激光发射器具有至少一个反射器，所述反射器是如此设置的，即它将结构化的激光图案的至少一个部分区域偏转到探测器上。

通过使用偏转激光图案的部分区域的反射器可灵活地选择探测器的安装部位。特别是可将探测器设置在被结构化的激光图案照射的区域的外部。

在一个实施形式中将反射器设置在壳体的壁上。可特别简单和成本有利地将反射器固定在壳体的壁上。

在具有反射器的激光发射器的一个实施形式中在反射器中如此地形成空隙或者孔，即激光图案的至少一个区域不是通过反射器偏转，而是通过这个空隙或者孔穿过这个反射器。通过这一措施就可特别简单地从被偏转的激光图案中消除一个区域。特别是可从激光图案中消除那个辐射特别强烈的区域，从减小源自特别强烈的激光辐射的危险。

在一个实施形式中将探测器如此地设置在反射器的背离激光源的一侧，即在激光源运行时它被激光图案的穿过反射器的空隙的部分区域照射，并且产生和辐射相关的输出信号。通过这一措施可对激光发射器的运行进行特别简单和有效的监控。

在一个实施形式中探测器与分析装置连接，所述分析装置将由探测器产生的输出信号和至少一个规定的额定数值进行比较，并且当分析装置确定由探测器产生的输出信号和规定的额定数值有明显的偏差时它关闭激光源。通过这一措施，即在功能故障时，在所述功能故障中由探测吕产生的输出信号和规定的额定数值有偏差时，关闭激光源，可提高激光发射器的安全性。

在一个实施形式中将空隙设置在反射器的一个区域中，其在激光源运行时被具有高的辐射强度的激光图案的一个部分区域照射。通过这一措施具有很高辐射强度的区域从激光图案中屏蔽。因为从激光发射器出来的激光图案不再包含那个具有很高辐射强度的区域，所以进一步提高了激光发射器运行时的安全性。

本发明也包括激光发射器，特别是根据本发明的激光发射器的运行方法，在所述方法中在第一步骤中用前脉冲如此地触发激光源，即它发射具有第一光功率或者强度的激光。通过前脉冲产生的激光的至少一部分被探测器检测到，并且由分析单元分析由探测器产生的，且与检测到的激光相关的输出信号。当在分析时分析单元确定没有故障时在第二步骤中用主脉冲如此地触发激光源，即它发射具有第二光功率或者强度的激光，其中，第二光功率大于第一光功率，和/或通过主脉冲所发射的激光信号比通过前脉冲的更长。

根据本发明的这样一种方法能使激光发射器特别安全地运行，因为在释放主脉冲之前—通过所述主脉冲产生激光图案，所述激光图案由于它的强度更大和持续时间更长，在有功能故障的情况下是很危险的—通过前脉冲—在所述前脉冲中激光射束的强度和持续时间减小了，从中不会产生危险—首先确定是否有故障。

在根据本发明的方法的一个实施形式中，当在分析时通过该分析单元确定有故障时关闭激光源。通过在确定有故障后关闭激光源这一措施进一步地提高了根据本发明的激光发射器的运行安全。

下面借助附图对本发明进行更加详细的说明。其中这些附图是：

图1：根据本发明的激光发射器的第一实施例，

图2：根据本发明的激光发射器的第二实施例，

图3：根据本发明的激光发射器的第三实施例，

图4：根据本发明的激光发射器的第四实施例，

图5：根据本发明的激光发射器的第五实施例，

图6：在根据本发明的用于激光发射器运行的方法中发射的光功率的时间过程的曲线图。

图1示出根据本发明的且具有激光源4的激光发射器的第一实施例，所述激光源在运行时发射激光射束8。

在由激光源4发射激光射束8的区域中设置有光学元件6，所述光学部件例如设计为折光栅。当光学元件6被激光射束8照射时它产生结构化的激光图案9。环绕着激光源4和光学元件6形成一个保护壳体12。保护壳体12在光学元件6的背离激光源4的一侧具有一个带有至少部分地透明设计的区域的壁18，通过这个透明的区域由光学元件6产生的激光图案9由保护壳体12中出来，以用于测量—和/或投射任务。

探测器10设置在一个透明设计的区域的部位上，所述部位被激光图案9的辐射特别强烈的区域照射（O级的衍射）。探测器10是激光不可穿透的，这样，激光图案9的打到探测器10上的辐射特别强烈的区域就屏蔽了，不能穿过壁18的透明区域地从保护壳体12中出来。

此外，激光图案9的这个辐射特别强烈的区域还被探测器10检测到，并且作为对检测到的激光的反应由探测器10产生的输出信号在未示出的分析装置中和规定的额定数值进行比较。当由探测器10检测的数值和规定的额定数值的偏差不允许时分析装置确定有功能故障，并且关闭激光源4，以保证激光发射器2的运行安全。

通过将探测器10直接放置在保护壳体12的与光学元件6对置的壁18上就不需要附加的支承装置或者固定结构了。探测器10可特别简单和成本有利地安装。

图2示出根据本发明的激光发射器2的第二实施例，其中，这个激光发射器的结构和在图1中示出的根据本发明的激光发射器2的第一实施例相类似。因此，激光发射器2的那些与在图1中所示出的实施例相一致的部件就不重新描述了。

与在图1中示出的实施例不同的是，在图2所示的实施例中，这个探测器10不是直接设置在保护壳体12的与光学元件6对置的，至少部分地透明设计的壁18上。而在光学元件6和保护壳体12的壁18之间设置一个固定结构14。探测器10如此地设置在这个固定结构14上，即它被由光学元件6产生的激光图案9的一个辐射特别强烈的区域照射。

与第一实施例相比较通过使用固定装置14可将探测器10更加靠近光学元件6地安装。也可避免保护壳体12的与光学元件6对置的壁18的至少部分为透明设计的区域的机械负荷。因此可可靠地固定探测器10，并且不存在损害至少部分为透明设计的壁18的危险。

固定装置14可以具有调节装置，所述设置装置能调节探测器10的位置。通过这一措施可如此特别简单和有效地定位探测器，即它被激光图案9的所希望的区域，特别是被激光图案9的辐射强度特别强的区域照射。

在图2中所示的激光发射器2的功能方式和在图1中示出的第一实施例的功能方式对应。

图3示出根据本发明的激光发射器2的第三实施例。在这个实施例中附加地设置一个反射器16。这个反射器16是如此设置的，即它将由光学元件6产生的激光图案9的一个区域偏转到设置在激光图案9以外的区域中的探测器10上。通过使用反射器16可将探测器10设置在激光图案9之外的任何区域中。通过这一措施探测器10的尺寸和它的电连接线的敷设就不成问题。特别是不必将探测器10的电连接线在运行时被激光图案9照射的区域中敷设。探测器10可简单固定，因为它不固定在壁18的透明的区域中。

在图3示出的实施例中反射器16直接设置在壳体12的与光学元件6对置的壁18上。在一个替代的未示出的实施例中反射器16也固定在一个固定装置上，所述固定装置类似如在图二的第二实施例中的固定装置14设计，并且设置在壳体12的壁18和光学元件6之间。通过这一措施可通过这种反射避免部分透明设计的壁18的机械负载。

附加地固定装置14可以具有调节装置。这种调节装置可调节反射器16的位置。通过这一措施可如此地特别简单和有效地定位反射器16，即它被激光图案9的希望的区域照射，并且将这个区域偏转到探测器10上。

图4示出根据本发明的激光发射器2的第四实施例。在这个实施例中设置了反射器20，为的是将整个由光学元件6产生的激光图案9进行偏转。在所示的实施例中通过反射器20以相对于由激光源4产生的激光射束8的90°的角度偏转激光图案9。然而，在图4中示出的角度90°仅仅是示范性的。通过反射器20绕着一个垂直于图平面延伸的轴线旋转可在一个宽大的区域中调节所希望的发射角。可在生产反射器20已调节好反射器20，并且将这个反射器20固定在这个位置中。在这种情况中可特别精确地调节反射器20的位置。代替地激光发射器2可以与可转动的反射器20一起供应，这样可在现场通过转动反射器20调节激光图案9的发射角，并且可和相应的要求相适配。

通过使用反射器20可减小从L到L_新的激光图案9的发射方向中的激光发射器2的必需的最小结构长度。通过这一措施可将按照第四实施例所述的根据本发明的激光发射器2也可良好地应用在狭小的位置场合中，例如应用在狭小的车间，和/或测量场地中。

图5示出具有反射器20的激光发射器2的第五个实施例。图5中示出的激光发射器2的结构基本上和图4中示出的激光发射器2相应。

不同于图4示出的第四实施例在第五实施例的反射器20中设置了空隙22。通过所述空隙由光学元件产生的激光图案9的一个区域可穿过反射器20地进入到反射器20的背离光学元件6一侧上的腔室中。

通常是如此定位空隙22的，即激光图案9的具有特别高的辐射强度（O级的衍射）的区域穿过这个空隙22，并且因此从激光图案9中屏蔽。通过具有特别高的辐射强度的区域的屏蔽提高了激光发射器2运行时的安全性。

从激光图案9中屏蔽的这个区域打到探测器20上，所述探测器设置在反射器20的背离激光源4的一侧。探测器10产生与激光图案9的打到探测器10上的区域的辐射强度有关的输出信号。由探测器10产生的输出信号由未示出的分析装置和至少一个规定的额定数值进行比较，并且当比较得出的偏差超过规定的极限数值时关闭激光源4。

通过由探测器10产生的输出信号和规定的额定数值的比较就可确定激光发射器2的功能故障。通过当确定有功能故障就关闭激光源4可提高激光发射器2运行时的安全性。

图6示出了一个曲线图，在所述图中示出了由激光源4按照根据本发明的方法发射的光功率P（y轴线）和时间t（x轴线）的关系。

在根据本发明的方法中首先用长度t1的前脉冲对激光源4进行触发，从而它产生具有功率P1和长度t1的激光射束8。由前脉冲产生的激光图案9的一部分区域被探测器10检测到，并且输送到分析装置，其情况如前面在讨论图1到图5时的一样。

当在分析装置中分析时确定没有功能故障，也就是说由探测器10检测到的数值在环绕规定的额定数值的规定范围内，则用具有更大长度t2的主脉冲如此地触发激光源4，即它产生具有提高的功率P2和更大长度t2的激光射束8。用通过主脉冲产生的激光图案9进行真正的测量或者投射。

通过这一措施，即在起动具有大的功率P2和较长接通时间t2的真正的主脉冲之前首先起动具有减小功率P1和较短接通时间t1的前脉冲，并且在探测和分析通过前脉冲产生的激光图案9时确定有功能故障时可靠地防止发射主脉冲，可提高激光发射器2运行时的安全性。

Claims (11)

1.用于行驶机构测量的激光发射器（2），具有：

-激光源（4），它设计用于发射激光射束（8）；

-光学元件（6），设计光学元件，从而当它被激光射束（8）照射时它产生结构化的激光图案（9）；

-探测器（10），当激光源（4）运行时所述探测器被结构化的激光图案（9）的至少一个部分区域照射，

其中，设置探测器（10），从而在运行时它被结构化的激光图案（9）的至少一个部分区域照射，其通过0级的衍射具有很高的辐射强度；并且结构化的激光图案（9）的这个部分区域从激光图案（9）中屏蔽，其中所述探测器产生与照射相关的输出信号并且激光发射器具有分析装置，所述分析装置将由探测器（10）产生的输出信号和至少一规定的额定值进行比较，当它确定有明显偏差时关闭激光源（4）。

2.按照权利要求1所述的激光发射器（2），具有壳体（12），其中，壳体（12）的至少一个区域为透明设计，并且其中，探测器（10）设置在壳体（12）的内部。

3.按照权利要求2所述的激光发射器（2），其中，探测器（10）设置在壳体的壁上。

4.按照权利要求2所述的激光发射器（2），具有反射器（16），设置所述反射器，从而它将结构化的激光图案（9）部分区域偏转到探测器（10）上。

5.按照权利要求4所述的激光发射器，其特征在于，反射器（16）设置在壳体（12）的壁上。

6.用于行驶机构测量的激光发射器（2），具有：

-激光源（4），将它设计用于发射激光射束（8）；

-光学元件（6），设计它，从而当它被激光射束（8）照射时它产生结构化的激光图案（9）；

-反射器（20），设置它，从而它偏转由光学元件（6）产生的激光图案（9）的至少一个区域，

其中，反射器（20）在被激光图案（9）照射的区域中具有空隙（22），从而激光图案（9）的一个区域没被偏转，

其中，将探测器（10）设置在反射器（20）的背离激光源（4）的一侧上，从而在运行时它通过所述空隙（22）被结构化的激光图案（9）的部分区域照射，并且产生与照射相关的输出信号，

其中激光图案（9）的具有0级衍射的区域从孔隙穿过并因此从激光图案（9）中屏蔽。

7.按照权利要求6所述的激光发射器，其中，探测器（10）与分析装置连接，所述分析装置将由探测器（10）产生的输出信号与至少一个规定的额定数值进行比较，并且当它确定有明显的偏差时关闭激光源（4）。

8.按照权利要求6或7所述的激光发射器，其中，将空隙（22）设置在反射器（20）的区域中，所述区域在运行时被具有很高的辐射强度的激光图案（9）的部分区域照射。

9.按照权利要求6所述的激光发射器（2），具有至少一个壳体（12），其中，壳体（12）的至少一个区域为透明设计，并且其中，反射器（20）设置在壳体（12）的内部。

10.用于按照前述权利要求中的任一项所述的激光发射器（2）的运行方法，其特征在于，

-用前脉冲触发激光源（4），从而它发射具有第一强度的激光，

-由探测器（10）检测通过前脉冲产生的激光的至少一部分，并且由分析装置分析由探测器（10）产生的输出信号，并且其中，

-当由探测器检测到的数值在围绕规定的额定值的规定的区域内时，则用主脉冲触发激光源（4），从而它发射具有第二强度的激光，其中，第二强度比第一强度大，和/或主脉冲比前脉冲长。

11.按照权利要求10所述的方法，其中，当分析装置确定与规定的额定数值有明显的偏差时关闭激光源（4）。