DE10314774A1 - Measuring device for non-contact distance measurement, especially laser rangefinder - Google Patents

Measuring device for non-contact distance measurement, especially laser rangefinder Download PDF

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Abstract

Es wird ein Messgerät zur berührungslosen Abstandsmessung, insbesondere ein Laserentfernungsmessgerät, angegeben, das einen Optikträger (11) und einen an dem Optikträger (11) befestigten Kollimator (13) aufweist. Zur Erzielung einer temperaturstabilen Befestigung, die wenig Montagezeit erfordert und zerstörungsfrei demontierbar ist, ist im Optikträger (11) ein die Position des Kollimators (13) vorgebender Aufnahmesitz (15) ausgebildet und der Kollimator (13) kraftschlüssig auf dem Aufnahmesitz (15) verspannt (Fig. 1).The invention relates to a measuring device for non-contact distance measurement, in particular a laser distance measuring device, which has an optics carrier (11) and a collimator (13) attached to the optics carrier (11). In order to achieve a temperature-stable fastening, which requires little assembly time and can be dismantled without being destroyed, a receiving seat (15) specifying the position of the collimator (13) is formed in the optics carrier (11) and the collimator (13) is non-positively clamped on the receiving seat (15) ( Fig. 1).

Description

Stand der TechnikState of technology

Die Erfindung geht aus von einem Messgerät zur berührungslosen Abstandsmessung, insbesondere Laserentfernungsmesser, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention is based on a measuring device for non-contact distance measurement, in particular laser rangefinder, according to the preamble of the claim 1.

Ein solches, als Handgerät konzipiertes Messgerät, ist beispielsweise aus der DE 198 04 051 A1 bekannt. Das Messgerät arbeitet nach dem Prinzip der Laufzeitenmessung und besitzt eine optische Sendeeinrichtung und eine optische Empfangseinrichtung auf. Die Sendeeinrichtung weist einen Kollimator auf, der eine Laserdiode und eine Kollimatorlinse, die in einem rohrförmigen Gehäuse zusammengefasst sind, umfasst. Der Kollimator ist eine im Handel erhältliche, eigenständige Baueinheit, die mit dem Optikträger starr verbunden ist. Die starre Verbindung ist erforderlich, damit das einmal justierte Messgerät nicht nachjustiert werden muss. Als bekannte Techniken zur Befestigung des Kollimators am Optikträger werden Kleben oder Verschrauben eingesetzt.Such a measuring device designed as a hand-held device is, for example, from the DE 198 04 051 A1 known. The measuring device works according to the principle of transit time measurement and has an optical transmitter and an optical receiver. The transmitting device has a collimator, which comprises a laser diode and a collimator lens, which are combined in a tubular housing. The collimator is a commercially available, self-contained unit that is rigidly connected to the optics carrier. The rigid connection is necessary so that once the measuring device has been adjusted, it does not have to be readjusted. Gluing or screwing are used as known techniques for fastening the collimator to the optics carrier.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Das erfindungsgemäße Messgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass mit dem erfindungsgemäße Presssitz des Kollimators auf einem am Optikträger ausgebildeten Aufnahmesitz eine einfache, montagezeitsparende, kostengünstige Befestigung des Kollimators im Optikträger erreicht wird, die den Wiederausbau des Kollimators ohne Zerstörung zulässt, was Reparatur und Recycling vereinfacht. Bei der Montage sind im Gegensatz zu den bisher eingesetzten Befestigungstechniken keine aufwendigen Prozesse für die Integration des Kollimators in den Optikträger erforderlich. Kleben ist durch die erforderliche Liege- und Topfzeiten sehr zeitintensiv. Auf Sauberkeit ist dabei ebenso Wert zu legen, wie die Eigenschaften des jeweiligen Klebers berücksichtigt werden müssen. Ein Verschrauben des Kollimators erfordert eine genügend große Wandstärke des Kollimatorgehäuses zur Einbringung von Gewindelöchern, um die geforderte Festigkeit zu erreichen. Die erfindungsgemäße Kollimator-Befestigung erreicht die gleiche thermische Stabilität wie das Kleben oder Verschrauben und genügt den hohen Festigkeitsanforderungen über einen vorgegeben Temperaturbereich.The Measuring device according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that with the press fit according to the invention the collimator on a receiving seat formed on the optics carrier simple, time-saving, inexpensive fastening of the collimator reached in the optics carrier which allows the collimator to be dismantled without being destroyed Repair and recycling simplified. In contrast to assembly the previously used fastening techniques no complex Processes for the integration of the collimator in the optics carrier is required. Gluing is through the required bed and pot times are very time-consuming. Cleanliness is as important as the properties of each Adhesive considered Need to become. Screwing the collimator requires a sufficiently large wall thickness of the collimator for tapping holes to achieve the required strength. The collimator attachment according to the invention achieves the same thermal stability as gluing or screwing and is enough the high strength requirements over a given temperature range.

Durch die in den weiten Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegeben Messgeräts möglich.By which in the broad claims listed activities are advantageous developments and improvements in the claim 1 specified measuring device possible.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Kollimator durch eine diametral zum Aufnahmesitz am Kollimator angreifende Druckkraft auf den Aufnahmesitz aufgepresst, wobei die Druckkraft von einer vorgespannten Druckfeder aufgebracht wird. Als Druckfeder wird eine Stahlfeder oder vorzugsweise eine Kunststofffeder, z.B. als Eladur, verwendet. Letztere ermöglicht einen kleineren Aufbau als eine Stahlfeder.According to one preferred embodiment of the Invention is the collimator through a diametrical to the seat compressive force acting on the collimator is pressed onto the receiving seat, the compressive force being applied by a prestressed compression spring becomes. A steel spring or preferably one is used as the compression spring Plastic spring, e.g. used as Eladur. The latter enables you smaller structure than a steel spring.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Vorspannung der Druckfeder mittels eines Spannglieds erzeugt, z.B. einer handelsüblichen Gewindeschraube, die in eine Gewindebohrung im Optikträger einschraubbar ist. Dies hat den Vorteil, dass die Vorspannkraft der Feder sich über die Eindrehtiefe des Spannglieds einstellen lässt. Die vorgespannte Druckfeder nimmt dabei Toleranzen über Wegänderungen auf.According to one advantageous embodiment of the Invention is the bias of the compression spring by means of a tendon generated, e.g. a commercial one Threaded screw that can be screwed into a threaded hole in the optics carrier is. This has the advantage that the preload force of the spring extends over the Lets you adjust the insertion depth of the tendon. The preloaded compression spring takes on tolerances route changes on.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Kollimator ein rotationssymmetrisches Kollimatorgehäuse auf, und der Aufnahmesitz umfasst zwei um einen Drehwinkel, z.B. 90° oder 120°, zueinander versetzte Auflagen. Die Druckfeder greift so an dem Kollimator an, dass die Achse der Druckfeder radial ausgerichtet ist und mit der Winkelhalbierenden des Drehwinkels zwischen den Auflagen zusammenfällt. Vorzugsweise weisen die Auflagen jeweils eine kreisbogenförmige Oberflächenkontur auf, deren Bogenradius dem Außendurchmesser des Kollimators entspricht.According to one advantageous embodiment of the According to the invention, the collimator has a rotationally symmetrical collimator housing, and the receiving seat comprises two by an angle of rotation, e.g. 90 ° or 120 ° to each other staggered conditions. The compression spring acts on the collimator that the axis of the compression spring is aligned radially and with the Bisector of the angle of rotation between the supports coincides. Preferably the supports each have an arcuate surface contour whose arc radius is the outside diameter of the collimator.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist jede Auflage mindestens zwei voneinander beabstandete, punktförmig vorspringende Auflagehöcker auf. Durch diese Auflagehöcker werden Rauhigkeiten und Unebenheiten in der Oberfläche der Auflagen überbrückt, und der Kollimator liegt sehr präzise an den Auflagen an.According to one advantageous embodiment of the Invention each pad has at least two spaced apart punctual protruding cusps on. Through these rest humps Roughness and unevenness bridged in the surface of the pads, and the collimator is very precise to the requirements.

Zeichnungdrawing

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:The Invention is based on an embodiment shown in the drawing explained in more detail in the following description. Show it:

1 ausschnittweise einen Querschnitt eines Optikträgers eines Laserentfernungsmessers, schematisiert dargestellt, 1 sections of a cross section of an optics carrier of a laser range finder, shown schematically,

2 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts II in 1. 2 an enlarged view of section II in 1 ,

Beschreibung des Ausführungsbeispielsdescription of the embodiment

Ein Laserentfernungsmesser als Ausführungsbeispiel für ein Messgerät zur berührungslosen Abstandsmessung weist in bekannter Weise ein von einem Gehäuse umschlossenes Gerätemodul auf, das aus einem Optikträger und einer auf dem Optikträger befestigten Leiterplatte besteht. Im Optikträger sind ein Sendepfad zum Aussenden eines optischen Messsignals, z.B. Laserimpulsen, und ein optischer Empfangspfad zum Empfangen des an einem Messobjekt reflektierten Messsignals vorhanden. Sende- und Empfangspfad enthalten entsprechende optische Komponenten, so der Sendepfad einen Kollimator mit einer Laserdiode und eine Kollimatorlinse. Laserdiode und Kollimatorlinse sind in einem rohrförmigen Gehäuse integriert, das nach Einsetzen in den Sendepfad am Optikträger 11 festgelegt wird.A laser rangefinder as an exemplary embodiment of a measuring device for non-contact distance measurement has, in a known manner, a device module enclosed by a housing, which module consists of an optics carrier and a circuit board attached to the optics carrier. In the optics carrier there is a transmission path for emitting an optical measurement signal, for example laser pulses, and an optical reception path for receiving the measurement signal reflected on a measurement object. The transmission and reception path contain corresponding optical components, such as the transmission path a collimator with a laser diode and a collimator lens. The laser diode and collimator lens are integrated in a tubular housing, which is inserted into the transmission path on the optics carrier 11 is set.

In 1 ist ausschnittweise ein Querschnitt des Optikträgers 11 im Bereich einer Aufnahmekammer 12 für den Kollimator 13 dargestellt, von dem in 1 lediglich das zylinderförmige Kollimatorgehäuse 14 dargestellt ist. In der Aufnahmekammer 12 ist ein prismenartiger Aufnahmesitz 15 mit zwei um einen Drehwinkel α zueinander versetzten Auflagen 16 ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel der 1 beträgt der Drehwinkel α = 90°, kann jedoch auch anders festgelegt werden, z.B. mit 120°. Die Auflagen 16 besitzen eine kreisbogenförmige Oberflächenkontur mit einem dem Außendurchmesser des Kollimatorgehäuses 14 entsprechenden Bogenradius.In 1 is a section of a cross section of the optics carrier 11 in the region of a receiving chamber 12 for the collimator 13 shown, of which in 1 only the cylindrical collimator housing 14 is shown. In the reception chamber 12 is a prism-like seat 15 with two supports offset by an angle of rotation α 16 educated. In the embodiment of the 1 is the angle of rotation α = 90 °, but can also be determined differently, for example with 120 °. The terms 16 have an arcuate surface contour with an outer diameter of the collimator housing 14 corresponding arc radius.

In den Optikträger 11 ist eine Stufenbohrung 17 so eingebracht, dass ihre Bohrungsachse mit der Winkelhalbierenden des Drehwinkels α fluchtet. Der von der Aufnahmekammer 12 abgekehrte vordere Bohrungsabschnitt 171 mit dem größeren Bohrungsdurchmesser ist als Gewindebohrung ausgeführt und weist ein Innengewinde 18 auf. In dem in der Aufnahmekammer 12 mündenden hinteren Bohrungsabschnitt 172 mit dem kleineren Bohrungsdurchmesser liegt ein Federelement 19 ein, das sich an dem Kollimatorgehäuse 14 auf dessen von dem Aufnahmesitz 15 abgekehrten Seite abstützt. Das Widerlager für das Federelement 19 wird von einem Spannglied 20 gebildet, das in das Innengewinde 18 des Bohrungsabschnitts 171 einschraubbar ist. Im Ausführungsbeispiel der 1 ist das Spannglied 20 als Kopfschraube 21 ausgeführt. Das sich einerseits an dem Kollimatorgehäuse 14 und andererseits an dem Spannglied 20 abstützende Federelement 19 ist vorgespannt und presst das Kollimatorgehäuse 14 mit einer definierten Druckkraft auf die beiden Auflagen 16 des Aufnahmesitzes 15 auf. Die Vorspannung des Federelements 19 ist mittels des Spannglieds 20 einstellbar, indem das Spannglied 20 mehr oder weniger tief in den Bohrungsabschnitt 171 eingeschraubt wird.In the optics carrier 11 is a stepped bore 17 introduced so that its bore axis is aligned with the bisector of the angle of rotation α. The one from the reception chamber 12 facing away bore section 171 with the larger bore diameter is designed as a threaded bore and has an internal thread 18 on. In the one in the reception chamber 12 opening rear bore section 172 with the smaller bore diameter there is a spring element 19 one that is attached to the collimator housing 14 on the one of the receiving seat 15 supported side. The abutment for the spring element 19 is by a tendon 20 formed that in the internal thread 18 of the bore section 171 can be screwed in. In the embodiment of the 1 is the tendon 20 as a head screw 21 executed. On the one hand, this is due to the collimator housing 14 and on the other hand on the tendon 20 supporting spring element 19 is preloaded and presses the collimator housing 14 with a defined pressure on the two supports 16 of the reception seat 15 on. The preload of the spring element 19 is by means of the tendon 20 adjustable by the tendon 20 more or less deep in the bore section 171 is screwed in.

Im Ausführungsbeispiel der 1 ist das Federelement 19 als Druckfeder 22 ausgebildet, die sich mit ihren Federenden über jeweils einen Federteller 23 bzw. 24 an dem Spannglied 20 und an dem Kollimatorgehäuse 14 abstützt, wobei der letztere Federteller 24 auf seiner von der Druckfeder 22 abgekehrten Seite eine gewölbte Auflagefläche aufweist, deren Wölbungsradius dem Außenradius des Kollimatorgehäuses 14 entspricht. Die Druckfeder 22 kann eine Stahlfeder sein, jedoch wird zur Reduzierung des Einbauvolumens eine Kunststofffeder, z.B. aus Eladur, bevorzugt. Die Vorspannung der Druckfeder 22 und damit die Druckkraft, mit welcher der Kollimator 13 auf dem Aufnahmesitz 15 in der Aufnahmekammer 12 festgespannt ist, wird mittels des Spannglieds 20, also der Kopfschraube 21, festgelegt.In the embodiment of the 1 is the spring element 19 as a compression spring 22 trained, with their spring ends over a spring plate 23 respectively. 24 on the tendon 20 and on the collimator housing 14 supports, the latter spring plate 24 on his from the compression spring 22 opposite side has a curved contact surface, the radius of curvature of the outer radius of the collimator housing 14 equivalent. The compression spring 22 can be a steel spring, but a plastic spring, eg made of Eladur, is preferred to reduce the installation volume. The preload of the compression spring 22 and thus the pressure force with which the collimator 13 in the reception seat 15 in the reception chamber 12 is clamped, is by means of the tendon 20 , the head screw 21 , fixed.

Um die Anforderungen an die Präzision der kreisbogenförmigen Auflageflächen der Auflagen 16 zu reduzieren sind an jeder Auflage 16 mindestens zwei voneinander beabstandete, punktförmige Auflagehöcker 25 ausgebildet, die über die Oberfläche der Auflagen 16 vorstehen (2). Der auf den Aufnahmesitz 15 von dem Spannglied 20 aufgepresste Kollimator 13 liegt somit auf den Auflagehöckern 25 auf, wodurch Rauhigkeiten und Unebenheiten in der Oberfläche der Auflagen 16 überbrückt werden und ein fester Presssitz des Kollimators 13 in der Aufnahmekammer 12 sichergestellt ist.To meet the requirements for the precision of the circular support surfaces of the supports 16 must be reduced at every edition 16 at least two spaced, punctiform support bumps 25 trained over the surface of the pads 16 project ( 2 ). The one on the recording seat 15 from the tendon 20 Pressed on collimator 13 is therefore on the support pillars 25 on, causing roughness and unevenness in the surface of the pads 16 be bridged and a tight interference fit of the collimator 13 in the reception chamber 12 is ensured.

Um die Gefahr eines möglichen elektrischen Übersprechens zwischen den von dem Kollimator 13 gebildeten Sender im Sendepfad und einem im Empfangspfad angeordneten Empfänger zu begegnen, ist zwischen dem Kollimator 13 und dem Opitkträger 11 eine elektrische Isolation vorgesehen. Wie in dem vergrößerten Ausschnitt der 2 zu erkennen ist, ist im Ausführungsbeispiel die Isolation mit einer auf die Innenwand 121 der Aufnahmekammer 12 aufgebrachten Isolierbeschichtung 26 realisiert. Möglich ist aber auch eine Isolierbeschichtung auf der Außenwand des Kollimatorgehäuses 14 oder auf beiden.To avoid the risk of possible electrical crosstalk between those of the collimator 13 To meet formed transmitter in the transmission path and a receiver arranged in the reception path is between the collimator 13 and the owner 11 electrical insulation is provided. As in the enlarged section of the 2 can be seen, in the exemplary embodiment, the insulation is on the inner wall 121 the reception chamber 12 applied insulating coating 26 realized. An insulating coating on the outer wall of the collimator housing is also possible 14 or on both.

Claims (12)

Messgerät zur berührungslosen Abstandsmessung, insbesondere Laserentfernungsmesser, mit einem Optikträger (11) und einem an dem Optikträger (11) befestigten Kollimator (13), dadurch gekennzeichnet, dass im Optikträger (11) ein die Position des Kollimators (13) vorgebender Aufnahmesitz (15) ausgebildet ist und dass der Kollimator (13) kraftschlüssig auf dem Aufnahmesitz (15) verspannt ist.Measuring device for non-contact distance measurement, in particular laser rangefinder, with an optics carrier ( 11 ) and one on the optics carrier ( 11 ) attached collimator ( 13 ), characterized in that in the optics carrier ( 11 ) the position of the collimator ( 13 ) default reception seat ( 15 ) and that the collimator ( 13 ) non-positively on the receiving seat ( 15 ) is tense. Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Kollimator (13) diametral zum Aufnahmesitz (15) eine Druckkraft einwirkt.Measuring device according to claim 1, characterized in that on the collimator ( 13 ) diametrically to the seat ( 15 ) a compressive force acts. Messgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkraft von einem Federelement (19) aufgebracht ist.Measuring device according to claim 2, characterized in that the compressive force of a spring element ( 19 ) is applied. Messgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (19) eine vorspannbare Druckfeder (22) ist.Measuring device according to claim 3, characterized in that the spring element ( 19 ) a prestressable compression spring ( 22 ) is. Messgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (22) sich am Kollimator (13) und an einem Spannglied (20) abstützt, dass in einer Bohrung (172) im Optikträger (11) axial verschiebbar aufgenommen ist.Measuring device according to claim 4, characterized in that the compression spring ( 22 ) on the collimator ( 13 ) and on a tendon ( 20 ) supports that in a hole ( 172 ) in the optics carrier ( 11 ) is axially slidably received. Messgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannglied (20) als Gewindeschraube (21) und die Bohrung (172) als Gewindebohrung ausgebildet ist.Measuring device according to claim 5, characterized in that the tendon ( 20 ) as a threaded screw ( 21 ) and the bore ( 172 ) is designed as a threaded bore. Messgerät nach einem der Ansprüche 4–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (22) eine Kunststofffeder, vorzugsweise aus Eladur, ist.Measuring device according to one of claims 4-6, characterized in that the compression spring ( 22 ) is a plastic spring, preferably made of Eladur. Messgerät nach einem der Ansprüche 3–7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollimator (13) eine rotationssymmetrisches Kollimatorgehäuse (14) und der Aufnahmesitz (15) zwei um einen Drehwinkel (α), vorzugsweise 90° oder 120°, versetzte Auflagen (16) aufweist und dass die Achse des Federelement (19) radial ausgerichtet ist und mit der Winkelhalbierenden des Drehwinkels (α) fluchtet.Measuring device according to one of claims 3-7, characterized in that the collimator ( 13 ) a rotationally symmetrical collimator housing ( 14 ) and the receiving seat ( 15 ) two supports offset by an angle of rotation (α), preferably 90 ° or 120 ° ( 16 ) and that the axis of the spring element ( 19 ) is aligned radially and is aligned with the bisector of the angle of rotation (α). Messgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagen (16) eine kreisbogenförmige Oberflächenkontur mit einem den Außenradius des Kollimators (13) entsprechenden Bogenradius aufweisen.Measuring device according to claim 8, characterized in that the supports ( 16 ) an arcuate surface contour with an outer radius of the collimator ( 13 ) have a corresponding arc radius. Messgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jede Auflage (16) mindestens zwei voneinander beabstandete, punktförmig vorstehende Auflagehöcker (25) aufweist.Measuring device according to claim 9, characterized in that each support ( 16 ) at least two spaced, protruding support bumps ( 25 ) having. Messgerät nach einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Optikträger (11) und Kollimator (13) eine elektrische Isolation vorgesehen ist.Measuring device according to one of claims 1-10, characterized in that between the optics carrier ( 11 ) and collimator ( 13 ) electrical insulation is provided. Messgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmesitz (15) in einer im Optikträger (11) vorgehaltenen Aufnahmekammer (12) für den Kollimator (13) ausgebildet ist und dass die elektrische Isolation durch eine Isolierbeschichtung (26) der Innenwand (121) der Aufnahmekammer (12) und/oder durch eine Isolierbeschichtung der Außenhaut des Kollimators (13) vorgenommen ist.Measuring device according to claim 11, characterized in that the receiving seat ( 15 ) in one in the optics carrier ( 11 ) held admission chamber ( 12 ) for the collimator ( 13 ) and that the electrical insulation is provided by an insulating coating ( 26 ) the inner wall ( 121 ) the admission chamber ( 12 ) and / or by an insulating coating on the outer skin of the collimator ( 13 ) is made.
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