DE19902287A1 - Methods for automatic adjustment of laser scanner sensor whose alignment may be altered using adjustable suspension; keeps suspension until extreme or defined value is obtained for the reflected radiation - Google Patents
Methods for automatic adjustment of laser scanner sensor whose alignment may be altered using adjustable suspension; keeps suspension until extreme or defined value is obtained for the reflected radiationInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Justage eines Laserscanner-Sensors.The invention relates to a method and a device for automatic adjustment of a Laser scanner sensor.
Derartige Laserscanner-Sensoren werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen als Abstandssensorik verwendet. Hierzu überstreicht der Laserscanner kontinuierlich einen Bereich von beispielsweise 270°. Befindet sich innerhalb der Reichweite des Laserscanners ein Objekt wie beispielsweise ein anderes Kraftfahrzeug, so reflektiert dieses Objekt einen Teil der auftretenden Strahlung zurück zum Laserscanner, der dann aus Laufzeit und Richtung auf die Entfernung und Position des Objektes zurückschließen kann. Voraussetzung für die Funktionalität eines solchen Laserscanner-Sensors in einem System ist dessen einwandfreie Justierung, d. h. der Laserscanner muß einen definierten Nick- und Rollwinkel aufweisen, wobei der Nickwinkel angibt, unter welchem Winkel der Laserscanner- Sensor zur Fahrbahn bzw. zum Boden und der Rollwinkel die Scanebene im Verhältnis zum Horizont charakterisiert. Beispielsweise bedeuten 0° für Nick- und Rollwinkel, daß der Laserstrahl parallel zu Boden und Horizont ausgerichtet ist. Wie leicht ersichtlich ist, führen Abweichungen von einem Sollwinkel unmittelbar zu falschen Meßergebnissen, was insbesondere bei Anwendungen in sicherheitsrelevanten Systemen nicht hinnehmbar ist. Bisher werden derartige Laserscanner-Sensoren manuell eingebaut und justiert, was sehr mühselig und zeitaufwendig ist.Such laser scanner sensors are used, for example, in motor vehicles Distance sensors used. To do this, the laser scanner continuously scans one Range of, for example, 270 °. Is within range of the laser scanner an object such as another motor vehicle, this object reflects one Part of the radiation occurring back to the laser scanner, which is then from runtime and Direction can infer the distance and position of the object. A prerequisite for the functionality of such a laser scanner sensor in a system is its flawless adjustment, d. H. the laser scanner must have a defined pitch and Roll angle, the pitch angle indicates the angle at which the laser scanner Sensor to the road or to the ground and the roll angle the scan plane in relation to Characterized horizon. For example, 0 ° for pitch and roll angles mean that the Laser beam is aligned parallel to the ground and horizon. As can be easily seen, lead Deviations from a target angle immediately lead to incorrect measurement results, what is particularly unacceptable for applications in safety-relevant systems. So far, such laser scanner sensors have been installed and adjusted manually, which is very is tedious and time consuming.
Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Justage von Laserscanner-Sensoren zu schaffen, mittels derer einfach auf beliebige Nick- und Rollwinkel justiert werden kann.The invention is therefore based on the technical problem, a method and a To create device for automatic adjustment of laser scanner sensors, by means of which can be easily adjusted to any pitch and roll angle.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 2. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. The solution to the technical problem results from the features of the claims 1 and 2. Further advantageous embodiments of the invention result from the Subclaims.
Dabei wird ausgenutzt, daß sich eine Ebene durch drei Punkte definieren läßt, wobei vorausgesetzt wird, daß die Höhe des Laserscanner-Sensors zum Boden bekannt ist, so daß die Justage mittels zweier geometrisch und/oder optisch wohldefinierter Körper vornehmen läßt, wobei wohldefiniert bedeutet, daß ein definierter Zusammenhang zwischen Höhe zum Boden und Entfernung zum Laserscanner-Sensor existiert. Optisch wohldefiniert drückt aus, daß an Stelle der Entfernung ein Zusammenhang zwischen Höhe und einer optisch vom Laserscanner erfaßbaren optischen Eigenschaft wie beispielsweise das Reflexionsvermögen existiert. Zur Justage werden nun die beiden Körper innerhalb des Scanbereiches angeordnet. Die Entfernung der beiden Körper vom Laserscanner-Sensor ist dabei abhängig vom einzustellenden Nickwinkel und der konkreten Ausbildung der Körper. Soll hingegen ein Nickwinkel von 0° justiert werden und weist der Körper in Höhe des Laserscanner-Sensors eine eindeutige Struktur auf, so ist die Entfernung beliebig innerhalb der Reichweite wählbar. Zur Justage erfolgt zunächst die Einstellung an einem Körper. Hierzu ist der Körper unter den zuvor dargestellten Voraussetzungen derart positioniert, daß unter dem gewünschten Nickwinkel sich ein definierter Wert, vorzugsweise ein Extremwert für die reflektierte Strahlung einstellt. Anschließend wird gesendet, empfangen, ausgewertet und verstellt, bis der Laserscanner-Sensor vordefinierten Wert bzw. den Extremwert und damit den gewünschten Nickwinkel gefunden hat. Anschließend wird das Verfahren am zweiten Körper mit dem gleichen oder einem anderen Nickwinkel wiederholt. Dadurch wird die Scanebene und somit der Rollwinkel eindeutig festgelegt.This takes advantage of the fact that a plane can be defined by three points, whereby it is assumed that the height of the laser scanner sensor to the ground is known, so that the adjustment by means of two geometrically and / or optically well-defined bodies can be carried out, whereby well-defined means that a defined relationship between Height to the floor and distance to the laser scanner sensor exists. Optically well defined expresses that instead of distance there is a connection between height and a optical property such as that optically detectable by the laser scanner Reflectivity exists. For adjustment, the two bodies are now inside the Scanned area arranged. The distance of the two bodies from the laser scanner sensor is depending on the pitch angle to be set and the specific training of the body. If, on the other hand, a pitch angle of 0 ° is to be adjusted and the body points at the level of Laser scanner sensor has a clear structure, so the distance is arbitrary within range selectable. For adjustment, the setting is first made on a body. For this purpose, the body is positioned under the conditions outlined above in such a way that at the desired pitch angle there is a defined value, preferably an extreme value for the reflected radiation. Then it is sent, received and evaluated and adjusted until the laser scanner sensor predefined value or the extreme value and to find the desired pitch angle. Then the procedure on second body repeated with the same or a different pitch angle. This will the scan plane and thus the roll angle are clearly defined.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Körper als Rotationskörper ausgebildet. Dies vereinfacht die Ausrichtung der Körper zum Laserscanner-Sensor. Die Körper sind dabei vorzugsweise als Kegel oder Doppelkegel oder Kugeln ausgebildet. Insbesondere Doppelkegel und Kugeln weisen den Vorteil auf, daß diese einen ausgezeichneten Extremwert innerhalb des Körpers aufweisen, was das Auffinden des Extremwertes beim sukzessiven Messen erleichtert.In a further preferred embodiment, the bodies are rotational bodies educated. This simplifies the alignment of the bodies with the laser scanner sensor. The Bodies are preferably designed as cones or double cones or balls. Double cones and balls in particular have the advantage that they are one have excellent extreme value within the body, which means finding the Extreme values easier with successive measurements.
In einer alternativen Ausführungsform kann der Körper an exponierten Stellen mit charakteristischen optischen Eigenschaften ausgebildet sein. In an alternative embodiment, the body can be in exposed areas characteristic optical properties.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Körper identisch ausgebildet, so daß die Justageschnitte für beide Körper identisch sind, was den Ablauf vereinfacht.In a further preferred embodiment, the two bodies are identical trained so that the adjustment cuts are identical for both bodies, which is the process simplified.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform näher erläutert. Die Figur zeigen:The invention is explained in more detail below on the basis of a preferred embodiment. The figure shows:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Anordnung zur automatischen Justage von Laserscanner-Sensoren und Fig. 1 is a side view of an arrangement for automatic adjustment of laser scanner sensors and
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 1. FIG. 2 shows a top view of the arrangement according to FIG. 1.
Die Anordnung zur automatischen Justage eines Laserscanner-Sensors 1 mit einer elektrisch verstellbaren Aufhängung 2 umfaßt zwei als Doppelkegel ausgebildete Körper 3, 4. Zur besseren Übersicht ist der ansonsten im vorderen Bereich eines Kraftfahrzeuges 5 eingebaute Laserscanner-Sensor 1 mit der elektrisch verstellbaren Aufhängung 2 außerhalb des Kraftfahrzeuges 5 dargestellt. Mittels der elektrisch verstellbaren Aufhängung 2 ist der Nickwinkel 2 des Laserscanner-Sensors 1 verstellbar.The arrangement for the automatic adjustment of a laser scanner sensor 1 with an electrically adjustable suspension 2 comprises two bodies 3 , 4 designed as double cones. For a better overview, the laser scanner sensor 1 , which is otherwise installed in the front area of a motor vehicle 5, is shown with the electrically adjustable suspension 2 outside the motor vehicle 5 . The pitch angle 2 of the laser scanner sensor 1 can be adjusted by means of the electrically adjustable suspension 2 .
Im dargestellten Ausführungsbeispiel soll der Laserscanner-Sensor 1 auf einen Nickwinkel α von 0° und einen Rollwinkel von 0° automatisch justiert werden. Dazu ist der Doppelkegel 3 mit einer Höhe h1 ausgebildet, die doppelt so groß ist wie die Höhe h2 des Laserscanner- Sensors 1 zum Boden 6. Dadurch befindet sich die Taille 7 des Doppelkegels 3, 4 in der gleichen Höhe wie der Laserscanner-Sensor 1. Die beiden Doppelkegel 3, 4 sind innerhalb der Reichweite und des Scanbereiches des Laserscanner-Sensors 1 angeordnet, wobei diese vorzugsweise derart angeordnet sind, daß diese den Scanbereich begrenzen. Dadurch sind die Punkte sehr weit aneinander, und kleinere Tolereanzabweichungen haben geringe Einflüsse auf die Genauigkeit der Justage.In the exemplary embodiment shown, the laser scanner sensor 1 is to be automatically adjusted to a pitch angle α of 0 ° and a roll angle of 0 °. For this purpose, the double cone 3 is formed with a height h 1 , which is twice the height h 2 of the laser scanner sensor 1 to the bottom 6 . As a result, the waist 7 of the double cone 3 , 4 is at the same height as the laser scanner sensor 1 . The two double cones 3 , 4 are arranged within the range and the scanning area of the laser scanner sensor 1 , wherein these are preferably arranged such that they limit the scanning area. As a result, the points are very close to one another, and smaller tolerance deviations have little influence on the accuracy of the adjustment.
Im ersten Verfahrensschritt wird der Laserscanner-Sensor 1 auf den ersten Doppelkegel 3 ausgerichtet. Der Laserscanner-Sensor 1 emittiert einen ersten Strahl 8, der auf den Doppelkegel 3 trifft und reflektiert wird. Aus der Laufzeit kann dann auf den Abstand zurückgeschlossen werden. Wird nun der Nickwinkel α in Pfeilrichtung durch die elektrisch verstellbare Aufhängung verändert und die Messung wiederholt, so vergrößert sich die Laufzeit, bis der Strahl 9 die Taille 7 des Doppelkegels 3 trifft, wo das Maximum für die Laufzeit bzw. den Abstand erreicht ist. Wird der Nickwinkel α weiter verändert, so verringert sich die Laufzeit wieder. Bei der Einstellung mit maximaler Laufzeit ist somit der Nickwinkel α = 0°. Anschließend wird der Laserscanner-Sensor 1 auf den zweiten Doppelkegel 4 ausgerichtet und das Verfahren wiederholt, bis sich wieder der Nickwinkel α = 0° einstellt. Ist jedoch der Nickwinkel α sowohl am Anfang als auch am Ende des Scanbereiches 0°, so ist auch der Rollwinkel 0°, und der Laserscanner-Sensor 1 justiert.In the first process step, the laser scanner sensor 1 is aligned with the first double cone 3 . The laser scanner sensor 1 emits a first beam 8 , which strikes the double cone 3 and is reflected. The distance can then be deduced from the runtime. If the pitch angle α is changed in the direction of the arrow by the electrically adjustable suspension and the measurement is repeated, the running time increases until the beam 9 hits the waist 7 of the double cone 3 , where the maximum for the running time or the distance has been reached. If the pitch angle α is changed further, the running time is reduced again. When setting with the maximum runtime, the pitch angle is α = 0 °. Then the laser scanner sensor 1 is aligned with the second double cone 4 and the process is repeated until the pitch angle α = 0 ° is reached again. However, if the pitch angle α is 0 ° both at the beginning and at the end of the scanning area, then the roll angle is also 0 ° and the laser scanner sensor 1 is adjusted.
Anstelle der Doppelkegel 3, 4 können auch zwei Kugeln verwendet werden. Bei einer Kugel mit einem Radius gleich der Höhe h2 des Laserscanner-Sensors wird dann mittels des Verfahrens die Laufzeit minimiert werden. Alternativ können in der gewünschten Höhe auch Prismen oder andere hochreflektive Teile angeordnet sein, so daß der Laserscanner-Sensor 1 aufgrund der sich ändernden Intensität auf den Nickwinkel α schließen kann. Prinzipiell kann mittels des beschriebenen Verfahrens jeder gewünschte Nickwinkel α oder Rollwinkel automatisch justiert werden.Instead of the double cone 3 , 4 , two balls can also be used. In the case of a sphere with a radius equal to the height h 2 of the laser scanner sensor, the transit time will then be minimized using the method. Alternatively, prisms or other highly reflective parts can also be arranged at the desired height, so that the laser scanner sensor 1 can infer the pitch angle α due to the changing intensity. In principle, any desired pitch angle α or roll angle can be automatically adjusted using the described method.
Claims (6)
- a) Positionieren der beiden Körper (3, 4) innerhalb des Scanbereiches und der Reichweite des Sensors (1),
- b) Ausrichten des Laserscanner-Sensors (1) auf den ersten Körper (3),
- c) Sukzessives Messen, Empfangen der vom Körper reflektierten Strahlung und Nachführen der Aufhängung(2), bis sich ein Extremwert oder ein definierter Wert für die reflektierte Strahlung in Abhängigkeit von der Ausbildung des Körpers zur Einstellung eines gewünschten Nickwinkels α einstellt und
- d) Durchführen der Verfahrensschritte b) und c) am zweiten Körper (4).
- a) positioning the two bodies ( 3 , 4 ) within the scanning area and the range of the sensor ( 1 ),
- b) aligning the laser scanner sensor ( 1 ) with the first body ( 3 ),
- c) successively measuring, receiving the radiation reflected by the body and tracking the suspension ( 2 ) until an extreme value or a defined value for the reflected radiation is set as a function of the formation of the body for setting a desired pitch angle α and
- d) performing method steps b) and c) on the second body ( 4 ).
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