DE19902287B4

DE19902287B4 - Verfahren und Anordnung zur automatischen Justage eines Laserscanner-Sensors

Info

Publication number: DE19902287B4
Application number: DE19902287A
Authority: DE
Inventors: Harald Dr. Göllinger; Peter Dr. Schulenberg
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1999-01-21
Filing date: 1999-01-21
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2019-01-22
Also published as: DE19902287A1

Abstract

Verfahren zur automatischen Justage eines Laserscanner-Sensors (1), der sich in bekannter Höhe zum Boden befindet und dessen Ausrichtung mittels einer verstellbaren Aufhängung (2) veränderbar ist, mittels zweier geometrisch wohldefinierter Körper (3, 4), die so geformt und positionierbar sind, dass bei ihrem Abscannen mit dem Laserscanner-Sensor (1) unter jeweils einer Nickwinkeleinstellung des Sensors (1) ein Extremwert für die Laufzeit der reflektierten Strahlung erwartet werden kann, bei dem
– die beiden Körper (3, 4) innerhalb des Scanbereiches und der Reichweite des Sensors (1) derart positioniert werden, dass ein Extremwert für die Laufzeit der reflektierten Strahlung gerade bei einer gewünschten Nickwinkeleinstellung des Sensors (1) zu erwarten ist,
– sukzessive die Laufzeit der reflektierten Strahlung vom ersten Körper (3) gemessen und die Aufhängungseinstellungen verändert werden, bis sich der erwartete Extremwert tatsächlich einstellt,
– sukzessive die Laufzeit der reflektierten Strahlung vom zweiten Körper (4) gemessen und die Aufhängungseinstellungen verändert werden, bis sich...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur automatischen Justage eines Laserscanner-Sensors.
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.
Aus der DE 197 07 590 A1 ist ein Verfahren zur Justierung der Ausrichtung einer Strahlcharakteristik eines Entfernungssensors, insbesondere eines Abstandsradars, welcher in oder an einem Kraftfahrzeug montiert ist, bekannt, beinhaltend folgende Schritte: Positionieren des Kraftfahrzeugs und/oder eines Zielobjektes, welches als Referenzziel für den Entfernungssensor geeignet ist, mit Hilfe einer Positioniervorrichtung, so dass eine Normalenrichtung des Zielobjektes in einem bekannten Winkel zu einer gewählten Referenzachse oder Referenzlinie des Kraftfahrzeugs steht; Verwendung oder Inbetriebnahme einer Serviceeinheit, mit welcher Mess- oder Datenwerte des Entfernungssensors auslesbar und Verstell- bzw. Justierrichtungen anzeigbar sind; Inbetriebnahme des Entfernungssensors; Verstellung der Ausrichtung der Strahlcharakteristik des Entfernungssensors in jeweils diejenige Richtung, die von der Serviceeinheit angezeigt wird, wobei diese Richtung anhand der Mess- oder Datenwerte des Entfernungssensors sowie anhand mindestens eines vorgegebenen Auswertekriteriums bestimmt wird. Vorzugsweise ist das Auswertekriterium, dass ein Empfangspegel am Entfernungssensor einen Maximalwert annimmt.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zur automatischen Justage von Laserscanner-Sensoren zu schaffen, mittels derer einfach auf beliebige Nick- und Rollwinkel justiert werden kann.
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.
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.
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 einer alternativen Ausführungsform kann der Körper an exponierten Stellen mit charakteristischen optischen Eigenschaften ausgebildet sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Körper identisch ausgebildet, so daß die Justageschnitte für beide Körper identisch sind, was den Ablauf vereinfacht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform näher erläutert. Die Fig. zeigen:
1 eine Seitenansicht einer Anordnung zur automatischen Justage von Laserscanner-Sensoren und
2 eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß 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.
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.
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.
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.

Claims

Verfahren zur automatischen Justage eines Laserscanner-Sensors (1), der sich in bekannter Höhe zum Boden befindet und dessen Ausrichtung mittels einer verstellbaren Aufhängung (2) veränderbar ist, mittels zweier geometrisch wohldefinierter Körper (3, 4), die so geformt und positionierbar sind, dass bei ihrem Abscannen mit dem Laserscanner-Sensor (1) unter jeweils einer Nickwinkeleinstellung des Sensors (1) ein Extremwert für die Laufzeit der reflektierten Strahlung erwartet werden kann, bei dem – die beiden Körper (3, 4) innerhalb des Scanbereiches und der Reichweite des Sensors (1) derart positioniert werden, dass ein Extremwert für die Laufzeit der reflektierten Strahlung gerade bei einer gewünschten Nickwinkeleinstellung des Sensors (1) zu erwarten ist, – sukzessive die Laufzeit der reflektierten Strahlung vom ersten Körper (3) gemessen und die Aufhängungseinstellungen verändert werden, bis sich der erwartete Extremwert tatsächlich einstellt, – sukzessive die Laufzeit der reflektierten Strahlung vom zweiten Körper (4) gemessen und die Aufhängungseinstellungen verändert werden, bis sich der erwartete Extremwert auch tatsächlich einstellt.
Anordnung zur automatischen Justage eines Laserscanner-Sensors (1), der sich in bekannter Höhe zum Boden befindet, umfassend – zwei geometrisch wohldefinierte Körper (3, 4), die so geformt und positioniert sind, dass bei ihrem Abscannen mit dem Laserscanner-Sensor (1) unter jeweils einer Nickwinkeleinstellung des Sensors (1) ein Extremwert für die Laufzeit der reflektierten Strahlung erwartet werden kann, und – eine verstellbare Aufhängung (2) zur Veränderung der Ausrichtung des Laserscanner-Sensors (1) sowie Mittel zur Veränderung der Aufhängungseinstellungen, die aufgrund sukzessiver Laufzeitmessungen der reflektierten Strahlung vom ersten und vom zweiten Körper (3, 4) die Aufhängungseinstellungen verändern, bis sich die erwarteten Extremwerte tatsächlich einstellen, bei der die geometrisch wohldefinierten Körper (3, 4) so innerhalb des Scanbereiches und der Reichweite des Sensors (1) positioniert sind, dass ein Extremwert für die Laufzeit der reflektierten Strahlung jeweils gerade bei einer gewünschten Nickwinkeleinstellung des Sensors (1) zu erwarten ist.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Körper (3, 4) als Rotationskörper ausgebildet sind.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Körper (3, 4) als Kegel, Doppelkegel und/oder Kugel ausgebildet sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Körper (3, 4) identisch ausgebildet sind.