CZ2019414A3 - Triangulation sensor for distance measurement - Google Patents
Triangulation sensor for distance measurement Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2019414A3 CZ2019414A3 CZ2019-414A CZ2019414A CZ2019414A3 CZ 2019414 A3 CZ2019414 A3 CZ 2019414A3 CZ 2019414 A CZ2019414 A CZ 2019414A CZ 2019414 A3 CZ2019414 A3 CZ 2019414A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- laser beam
- illumination
- sensor
- optical element
- imaging
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C3/00—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
- G01C3/02—Details
- G01C3/06—Use of electric means to obtain final indication
- G01C3/08—Use of electric radiation detectors
- G01C3/085—Use of electric radiation detectors with electronic parallax measurement
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
Abstract
Triangulační snímač měření vzdálenosti obsahuje laserový zdroj s fokusační optikou (1) pro vytvoření osvětlovacího laserového svazku (4) směřujícího k měřenému povrchu (5) a snímač (3) polohy obrazu laserového spotu zobrazovaného optickou soustavou (2) s předmětovou rovinou (4´) zobrazovací optiky skloněnou vůči zvolené optické ose zobrazení o úhel (ϕ), kde úhel mezi laserovým svazkem (4) a zobrazovacím svazkem (6) je 0 až 5, přičemž v blízkosti průsečíku takto orientovaného osvětlovacího laserového svazku (4), odpovídající původnímu směru osvětlovacího laserového svazku, a předmětovou rovinou (4´) zobrazovací optiky je umístěn optický prvek (7), který je spojen s tělem snímače pomocí dílu (8) pro změnu směru šíření osvětlovacího laserového svazku (4) do osy původního osvětlovacího svazku totožného s předmětovou rovinou (4´) zobrazovací optiky.The triangulation distance sensor comprises a laser source with focusing optics (1) for creating an illumination laser beam (4) facing the measured surface (5) and a position sensor (3) of the laser spot image displayed by the optical system (2) with the object plane (4´) imaging optics inclined to the selected optical axis of the image by an angle (ϕ), where the angle between the laser beam (4) and the imaging beam (6) is 0 to 5, near the intersection of the thus oriented illumination laser beam (4) corresponding to the original direction of illumination and an object plane (4´) of the imaging optics, an optical element (7) is placed, which is connected to the sensor body by a part (8) for changing the propagation direction of the illumination laser beam (4) to the axis of the original illumination beam identical to the object plane. (4´) imaging optics.
Description
Triangulační snímač měření vzdálenostiTriangulation sensor for distance measurement
Oblast technikyField of technology
Vynález se týká modifikace koncepce triangulačního snímače měření vzdálenosti tak, že umožňuje zmenšit vnější rozměry snímače při zachování jeho funkce a rozlišení.The invention relates to a modification of the concept of a triangulation distance measuring sensor so as to make it possible to reduce the external dimensions of the sensor while maintaining its function and resolution.
Dosavadní stav technikyPrior art
Triangulační metoda pro měření vzdálenosti je známým principem založeném na jednoduché koncepci měření posunutí obrazu laserového spotu - bodové nebo lineární stopy na měřeném povrchu prostřednictvím optické soustavy, jejíž osa zobrazení svírá s osou osvětlovacího svazku úhel cp. Na hodnotě úhlu cp mezi osvětlovacím a zobrazovacím svazkem závisí rozlišovací schopnost snímače, a proto je tento úhel poměrně značný, typicky desítky stupňů. Výsledkem jsou poměrně velké rozměry snímače, kdy zdroj laserového svazku a zobrazovací optická soustava musí být od sebe poměrně daleko právě vlivem velikosti úhlu cp. Typické uspořádání snímače schopného měřit rozsah vzdáleností v intervalu d, počínaje vzdáleností L, je znárodněno na obr. 1.The triangulation method for distance measurement is a well-known principle based on a simple concept of measuring the displacement of the laser spot image - a point or linear trace on the measured surface by means of an optical system whose axis of display forms an angle cp with the axis of the illumination beam. The resolution of the sensor depends on the value of the angle cp between the illumination and the imaging beam, and therefore this angle is relatively large, typically tens of degrees. The result is relatively large dimensions of the sensor, where the source of the laser beam and the imaging optical system must be relatively far apart due to the size of the angle cp. A typical arrangement of a sensor capable of measuring a range of distances in the interval d, starting with the distance L, is nationalized in Fig. 1.
Laserový zdroj s fokusační optikou vytváří osvětlovací laserový svazek směřující k měřenému povrchu. Vzdálenost povrchu d od vzdálenosti L je měřena pomocí snímače polohy laserového spotu, kdy obraz laserového spotu na měřeném povrchu je na senzor polohy zobrazen optickou soustavou korigovanou pro zobrazení z předmětové roviny nakloněné vůči ose zobrazovacího svazku o úhel <p, do které se justuje osa laserového svazku.The laser source with focusing optics creates an illumination laser beam directed towards the measured surface. The distance of the surface d from the distance L is measured by a laser spot position sensor, where the image of the laser spot on the measured surface is displayed on the position sensor by an optical system corrected for display from an object plane inclined to the axis of the imaging beam by an angle <p to which the laser axis is adjusted. volume.
Podstata vynálezuThe essence of the invention
Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny triangulačním snímačem měření vzdálenosti obsahujícím laserový zdroj s fokusační optikou pro vytvoření osvětlovacího laserového svazku směřujícího k měřenému povrchu a snímač polohy obrazu laserového spotu zobrazovaného optickou soustavou s předmětovou rovinou zobrazovací optiky skloněnou vůči zvolené optické ose zobrazení o úhel, podle tohoto vynálezu. Jeho podstatou je to, že úhel mezi laserovým svazkem a zobrazovacím svazkem je 0 až 5°, přičemž v blízkosti průsečíku takto orientovaného osvětlovacího laserového svazku, odpovídající původnímu směru osvětlovacího laserového svazku, a předmětovou rovinou zobrazovací optiky je umístěn optický prvek, který je spojen s tělem snímače pomocí dílu pro změnu směru šíření osvětlovacího laserového svazku do osy původního osvětlovacího svazku totožného s předmětovou rovinou zobrazovací optiky.The above drawbacks are largely eliminated by a triangulation distance sensor comprising a laser source with focusing optics to form an illumination laser beam facing the measured surface and an image sensor position of the laser spot displayed by the optical system with the object optics subject inclined to the selected optical axis. according to the invention. Its essence is that the angle between the laser beam and the imaging beam is 0 to 5 °, and near the intersection of the thus oriented illuminating laser beam, corresponding to the original direction of the illuminating laser beam, and the object plane of the imaging optics, an optical element is located the sensor body by means of a part for changing the direction of propagation of the illumination laser beam to the axis of the original illumination beam identical to the object plane of the imaging optics.
Uvedené nedostatky související s velikostí rozměru snímače, v důsledku velké hodnoty úhlu cp, jsou do značné míry odstraněny modifikací triangulačního snímače měření vzdálenosti. Podstata vynálezu spočívá ve změně směru laserového svazku tak, aby úhel mezi laserovým svazkem a zobrazovacím svazkem byl menší než úhel cp, ideálně nulový. Tím, že osvětlovací a zobrazovací svazek, jsou téměř rovnoběžné, je možné dosáhnout minimální vzdálenosti mezi osvětlovacím laserovým svazkem a zobrazovacími svazky a minimalizovat příčné rozměry snímače oproti klasickému řešení. Aby snímač mohl fúngovat a přitom vykazovat stejnou rozlišovací schopnost, jako by osvětlovací laserový svazek byl skloněn pod úhlem cp, je v blízkosti průsečíku takto orientovaného osvětlovacího laserového svazku a předmětové roviny zobrazovací optiky, odpovídající původnímu směru osvětlovacího laserového svazku, umístěn optický prvek, který mění směr šíření osvětlovacího laserového svazku do předmětové roviny zobrazovací optiky, skloněné pod úhlem cp. Laserový spot na měřeném povrchu tak vykazuje stejné charakteristiky jako v klasické konstrukci snímače, ale toto řešení nabízí při stejném rozlišení výrazně menší rozměry snímače a možnost provádět měření i v úzkých a jinak neměřitelných štěrbinách.These shortcomings related to the size of the sensor size, due to the large value of the angle cp, are largely eliminated by modifying the triangulation sensor of distance measurement. The essence of the invention lies in changing the direction of the laser beam so that the angle between the laser beam and the imaging beam is less than the angle cp, ideally zero. Because the illumination and imaging beams are almost parallel, it is possible to achieve a minimum distance between the illumination laser beam and the imaging beams and to minimize the transverse dimensions of the sensor compared to the conventional solution. In order for the sensor to be able to function and at the same time have the same resolution as if the illumination laser beam were inclined at an angle cp, an optical element is placed near the intersection of the thus oriented illumination laser beam and the object plane of the imaging optics corresponding to the original direction of the illumination laser beam. the direction of propagation of the illumination laser beam into the object plane of the imaging optics, inclined at an angle cp. The laser spot on the measured surface thus has the same characteristics as in the classic sensor design, but this solution offers significantly smaller sensor dimensions and the possibility to perform measurements in narrow and otherwise unmeasurable slits at the same resolution.
-1 CZ 2019 - 414 A3-1 CZ 2019 - 414 A3
Optický prvek může být realizován jako samostatné zrcadlo, jako optický hranol s vnitřním odrazem a/nebo lomem paprsků nebo jako difraktivní struktura, které jsou spojeny s tělem snímače pomocí dílu. Uvedená změna směru chodu osvětlovacího svazku na průsečíku může být realizována také na konci světlovodu, který vychází z těla snímače, jako difraktivní struktura nebo s využitím Snellova zákona lomu.The optical element can be realized as a separate mirror, as an optical prism with internal reflection and / or refraction of rays or as a diffractive structure which are connected to the sensor body by means of a part. Said change of the direction of travel of the illumination beam at the intersection can also be realized at the end of the light guide, which emerges from the sensor body, as a diffractive structure or using Snell's law of refraction.
Objasnění výkresůExplanation of drawings
Vynález bude podrobněji popsán na příkladech konkrétního provedení s pomocí přiložených výkresů, kde na obr. 1 je schematicky znázorněno stávající obvyklé uspořádání triangulačního snímače. Na obr. 2 je znázorněno řešení, kdy je optický prvek realizován jako samostatné zrcadlo. Na obr. 3 je znázorněno užití optického hranolu s vnitřním odrazem a/nebo lomem paprsků a na obr. 4 je znázorněn světlovod využívající ke změně směru osvětlovacího svazku a jeho fokusaci Snellova zákona lomu a/nebo difraktivní strukturu na konci světlovodu, který je spojen s tělem snímače.The invention will be described in more detail by way of examples of a specific embodiment with the aid of the accompanying drawings, in which FIG. 1 schematically shows an existing conventional arrangement of a triangulation sensor. Fig. 2 shows a solution in which the optical element is realized as a separate mirror. Fig. 3 shows the use of an optical prism with internal reflection and / or refraction of beams and Fig. 4 shows a light guide using Snell's refractive law to change the direction of the illumination beam and focus it and / or a diffractive structure at the end of the light guide connected to sensor body.
Příklady uskutečnění vynálezuExamples of embodiments of the invention
Podstata vynálezu spočívá ve změně směru laserového svazku 4 tak, aby úhel mezi laserovým svazkem 4 a zobrazovacím svazkem 6 byl menší než úhel ideálně nulový. Tím, že osvětlovací laserový svazek 4 a zobrazovací svazek 6, jsou téměř rovnoběžné, je možné dosáhnout minimální vzdálenosti mezi osvětlovacím laserovým svazkem 4 a zobrazovacími svazky 6 a minimalizovat příčné rozměry snímače oproti klasickému řešení. Aby snímač mohl fungovat a přitom vykazovat stejnou rozlišovací schopnost, jako by osvětlovací laserový svazek 4 byl skloněn pod úhlem <2, je v blízkosti průsečíku takto orientovaného osvětlovacího laserového svazku 4 a předmětové roviny 4' zobrazovací optiky, odpovídající původnímu směru osvětlovacího laserového svazku 4, umístěn optický prvek 7, který mění směr šíření osvětlovacího laserového svazku 4 do osy původního osvětlovacího svazku totožného s předmětovou rovinou 4' zobrazovací optiky, jak je uvedeno na obr. 4. Laserový spot na měřeném povrchu 5 tak vykazuje stejné charakteristiky jako v klasické konstrukci snímače a toto řešení nabízí při stejném rozlišení výrazně menší rozměry snímače a možnost provádět měření i v úzkých a jinak neměřitelných štěrbinách.The essence of the invention lies in changing the direction of the laser beam 4 so that the angle between the laser beam 4 and the imaging beam 6 is less than an ideally zero angle. Because the illumination laser beam 4 and the imaging beam 6 are almost parallel, it is possible to achieve a minimum distance between the illumination laser beam 4 and the imaging beams 6 and to minimize the transverse dimensions of the sensor compared to the conventional solution. In order for the sensor to function and at the same time have the same resolution as if the illumination laser beam 4 were inclined at an angle <2, it is close to the intersection of the thus oriented illumination laser beam 4 and the object plane 4 'of the imaging optics corresponding to the original direction of the illumination laser beam 4. an optical element 7 is placed, which changes the propagation direction of the illumination laser beam 4 into the axis of the original illumination beam identical to the object plane 4 'of the imaging optics, as shown in Fig. 4. The laser spot on the measured surface 5 thus has the same characteristics and this solution offers, at the same resolution, significantly smaller sensor dimensions and the possibility to perform measurements even in narrow and otherwise non-measurable slots.
Optický prvek 7 může být realizován jako samostatné zrcadlo, obr. 2, jako optický hranol s vnitřním odrazem a/nebo lomem paprsků, obr. 3, nebo jako difraktivní struktura, které jsou spojeny s tělem snímače pomocí dílu 8. Uvedená změna směru chodu osvětlovacího laserového svazku 4 na průsečíku od osvětlovacího laserového svazku 4 a předmětové roviny 4' může být realizována také na konci světlovodu 9, který vychází z těla snímače, a mění směr chodu osvětlovacího laserového svazku 4 prostřednictvím difraktivní struktury nebo s využitím Snellova zákona lomu, jak je naznačeno na obr. 4.The optical element 7 can be realized as a separate mirror, Fig. 2, as an optical prism with internal reflection and / or refraction of the rays, Fig. 3, or as a diffractive structure which are connected to the sensor body by means of part 8. The laser beam 4 at the intersection of the illumination laser beam 4 and the object plane 4 'can also be realized at the end of the light guide 9 which emanates from the sensor body and changes the direction of travel of the illumination laser beam 4 by diffractive structure or using Snell's refractive law as indicated in Fig. 4.
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
Kompaktní řešení triangulačního snímače měření vzdálenosti podle tohoto vynálezu nalezne použití zejména v oblasti strojírenství pro měření vzdáleností.The compact solution of the triangulation distance measuring sensor according to the invention finds application especially in the field of engineering for distance measurement.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2019-414A CZ308438B6 (en) | 2019-06-25 | 2019-06-25 | Triangulation sensor for distance measurement |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2019-414A CZ308438B6 (en) | 2019-06-25 | 2019-06-25 | Triangulation sensor for distance measurement |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CZ2019414A3 true CZ2019414A3 (en) | 2020-08-19 |
CZ308438B6 CZ308438B6 (en) | 2020-08-19 |
Family
ID=72048601
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CZ2019-414A CZ308438B6 (en) | 2019-06-25 | 2019-06-25 | Triangulation sensor for distance measurement |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CZ (1) | CZ308438B6 (en) |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4453083A (en) * | 1981-10-26 | 1984-06-05 | Betriebsforschungsinstitut Vdeh Institut Fur Angewandte Forschung Gmbh | Apparatus for the determination of the position of a surface |
DE4206499C2 (en) * | 1992-03-02 | 1994-03-10 | Haeusler Gerd | Distance measuring method and device |
EP0913707B1 (en) * | 1997-10-31 | 2003-06-11 | LAP GmbH Laser Applikationen | Method for contactless measurement of the distance to an object using the principle of laser triangulation |
CN108362210A (en) * | 2018-05-07 | 2018-08-03 | 长春理工大学光电信息学院 | Simple lens laser displacement gauge head with linear structure |
-
2019
- 2019-06-25 CZ CZ2019-414A patent/CZ308438B6/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CZ308438B6 (en) | 2020-08-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11007039B1 (en) | Intraoral scanner that compensates for optical inaccuracies | |
US6992779B2 (en) | Interferometer apparatus for both low and high coherence measurement and method thereof | |
JP6887751B2 (en) | Optical property measuring device | |
JP7489403B2 (en) | Deflectometry Measurement System | |
EP2447663A1 (en) | Interference objective lens unit with temperature variation compensation and light-interference measuring apparatus using thereof | |
JP2009162539A (en) | Light wave interferometer apparatus | |
CN107894208A (en) | Spectral Confocal range sensor | |
CN109387161A (en) | Auto-collimation system | |
CN103092001B (en) | The regulating device of light-beam position and angle | |
KR100465784B1 (en) | Point Diffraction Interferometer and Measurement Method Using Inclined Optical Fiber Source | |
CZ2019414A3 (en) | Triangulation sensor for distance measurement | |
JP2009180554A (en) | Interferometer, measuring method, and manufacturing method of optical element | |
US20050036152A1 (en) | Vibration-resistant interferometer apparatus | |
JP2009244227A (en) | Light wave interference measuring method | |
JP4810693B2 (en) | Lightwave interference measurement device | |
JPH06288735A (en) | Phase conjugate interferometer for parabolic mirror shape inspection measurement | |
RU2461797C1 (en) | Device to measure bend of artillery barrel | |
JP7111598B2 (en) | Optical Probes, Optical Displacement Gauges, and Surface Profilometers | |
RU78947U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING LINEAR MOVEMENTS OF OBJECTS WITH A FLAT MIRROR-REFLECTING SURFACE | |
RU2224980C2 (en) | Method for measurement of bending of artillery barrel | |
RU161643U1 (en) | AUTOCOLLIMATION CENTER TUBE | |
RU2083952C1 (en) | Gear measuring angular deviations of object | |
CN212620587U (en) | Long-distance angle focusing device suitable for optical and similar measurement systems | |
SU1776989A1 (en) | Angle-of-twist sensor | |
CN107402439B (en) | Thin plate imaging device |