DE19902287B4 - Method and arrangement for the automatic adjustment of a laser scanner sensor - Google Patents

Method and arrangement for the automatic adjustment of a laser scanner sensor Download PDF

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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...Method for the automatic adjustment of a laser scanner sensor (1), which is located at a known height to the ground and whose orientation by means of an adjustable suspension (2) is variable, by means of two geometrically well-defined body (3, 4), which are shaped and positioned in that during its scanning with the laser scanner sensor (1) an extreme value for the propagation time of the reflected radiation can be expected under each pitch angle setting of the sensor (1), in which
- The two bodies (3, 4) within the scan range and the range of the sensor (1) are positioned so that an extreme value for the duration of the reflected radiation is expected just at a desired pitch angle adjustment of the sensor (1)
Successively measuring the duration of the reflected radiation from the first body (3) and changing the suspension settings until the expected extreme value actually occurs,
- successively measured the duration of the reflected radiation from the second body (4) and the suspension settings are changed until ...

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Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur automatischen Justage eines Laserscanner-Sensors.The The invention relates to a method and an arrangement 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. For this, the laser scanner passes over continuously a range of for example 270 °. is within the range of the laser scanner an object such as another motor vehicle, this object reflects a part the occurring radiation back to the laser scanner, which then out of running time and direction to the distance and position of the object can close. requirement for the functionality 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, wherein the pitch angle indicates at what angle the laser scanner sensor to the roadway or to the ground and the roll angle the scan plane in proportion characterized to the horizon. For example, 0 ° for pitch and roll angle that the laser beam parallel to the ground and horizon is aligned. As you can see, deviations from one result Target angle directly to false readings, which in particular unacceptable in applications in safety-related systems. So far, such laser scanner sensors are manually installed and adjusted, which is very tedious and time consuming.

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.From the DE 197 07 590 A1 is a method for adjusting the alignment of a beam characteristic of a distance sensor, in particular a distance radar, which is mounted in or on a motor vehicle, known, including the following steps: positioning the motor vehicle and / or a target object, which is suitable as a reference target for the distance sensor, with Help a positioning device, so that a normal direction of the target object is at a known angle to a selected reference axis or reference line of the motor vehicle; Use or commissioning of a service unit with which measurement or data values of the distance sensor can be read out and adjustment or adjustment directions can be displayed; Commissioning of the distance sensor; Adjustment of the orientation of the beam characteristic of the distance sensor in each case that direction which is displayed by the service unit, this direction being determined on the basis of the measurement or data values of the distance sensor and on the basis of at least one predetermined evaluation criterion. Preferably, the evaluation criterion is that a reception level at the distance sensor assumes a maximum value.

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.Of the Invention is the technical problem underlying a method and an arrangement for the automatic adjustment of laser scanner sensors to create, by means of which simply on any pitch and roll angle can be adjusted.

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 The technical problem results from the features of claims 1 and 2. Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.

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.there is exploited that define a plane by three points, assuming that that the Height of Laser scanner sensor is known to the ground, so that the adjustment by means of two geometrically and / or optically well-defined body make leaves, where well-defined means that a defined relationship between height to the ground and distance to the laser scanner sensor exists. Optically well-defined expresses that on Set the distance a relationship between height and one optically detectable by the laser scanner optical property such as the reflectivity exists. For adjustment, the two bodies are now within the scan area arranged. The removal of the two bodies from the laser scanner sensor depends on it of the pitch to be set and the concrete training of the Body. On the other hand, if a pitch angle of 0 ° is adjusted and has the body in height of the laser scanner sensor on a unique structure, so is the Distance arbitrary within the range selectable. To adjust takes place first the Attitude on a body. This is the body positioned in such a way under the conditions described above, that under the desired one Nick angle is a defined value, preferably an extreme value for the sets reflected radiation. Then it sends, receives, evaluated and adjusted until the laser scanner sensor predefined Value or the extreme value and thus the desired pitch angle found Has. Subsequently, will the procedure on the second body repeated with the same or a different pitch angle. Thereby the scan plane and thus the roll angle is 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 are the bodies as a rotation body educated. This simplifies the alignment of the body to Laser scanner sensor. The body are preferably designed as cones or double cone or balls. In particular, double cones and balls have the advantage that these have an excellent extreme within the body, what the finding the extreme value during successive measurements easier.

In einer alternativen Ausführungsform kann der Körper an exponierten Stellen mit charakteristischen optischen Eigenschaften ausgebildet sein.In an alternative embodiment, the body may be characterized at exposed sites be formed 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 are the two bodies identical, so that the Adjustment cuts for both bodies are identical, which simplifies the process.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform näher erläutert. Die Fig. zeigen:The Invention will be described below with reference to a preferred embodiment explained in more detail. The Fig. Show:

1 eine Seitenansicht einer Anordnung zur automatischen Justage von Laserscanner-Sensoren und 1 a side view of an arrangement for the automatic adjustment of laser scanner sensors and

2 eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß 1. 2 a plan view of the arrangement according to 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 trained as a double cone body 3 . 4 , For a better overview of otherwise in the front of a motor vehicle 5 built-in laser scanner sensor 1 with the electrically adjustable suspension 2 outside the motor vehicle 5 shown. By means of the electrically adjustable suspension 2 is the pitch angle 2 of the laser scanner sensor 1 adjustable.

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 illustrated embodiment, the laser scanner sensor 1 be automatically adjusted to a pitch angle α of 0 ° and a roll angle of 0 °. This is the double cone 3 formed with a height h 1 , which is twice as large as the height h 2 of the laser scanner sensor 1 to the ground 6 , This is the waist 7 of the double cone 3 . 4 at the same height as the laser scanner sensor 1 , The two double cones 3 . 4 are within the range and scanning range of the laser scanner sensor 1 arranged, which are preferably arranged such that they limit the scan area. As a result, the points are very close to each other, and smaller Tolereanzabweichungen 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 on the first bicone 3 aligned. The laser scanner sensor 1 emits a first beam 8th on the bicone 3 meets and reflects. From the runtime can then be deduced on the distance. If now the pitch angle α is changed in the direction of the arrow by the electrically adjustable suspension and the measurement is repeated, the transit time increases until the beam 9 the waist 7 of the double cone 3 meets where the maximum for the runtime or the distance is reached. If the pitch angle α is changed further, the running time decreases again. With the setting with maximum running time, the pitch angle α = 0 °. Subsequently, the laser scanner sensor 1 on the second bicone 4 aligned and the process is repeated until the pitch angle α = 0 ° 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 0 °, and the laser scanner sensor 1 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.Instead of the double cone 3 . 4 You can also use two balls. With a ball having a radius equal to the height h 2 of the laser scanner sensor, the runtime is then minimized by means of the method. Alternatively, at the desired height and prisms or other highly reflective parts may be arranged so that the laser scanner sensor 1 due to the changing intensity can close to the pitch angle α.

Prinzipiell kann mittels des beschriebenen Verfahrens jeder gewünschte Nickwinkel α oder Rollwinkel automatisch justiert werden.in principle can by means of the method described any desired pitch angle α or roll angle automatically adjusted.

Claims (5)

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.Method for the automatic adjustment of a laser scanner sensor ( 1 ), which is at a known height to the ground and its orientation by means of an adjustable suspension ( 2 ) is variable by means of two geometrically well-defined bodies ( 3 . 4 ) that are shaped and positionable so that when they are scanned with the laser scanner sensor ( 1 ) under a pitch angle setting of the sensor ( 1 ) an extreme value for the duration of the reflected radiation can be expected, in which - the two bodies ( 3 . 4 ) within the scan area and the range of the sensor ( 1 ) are positioned in such a way that an extreme value for the propagation time of the reflected radiation is precisely at a desired pitch angle adjustment of the sensor ( 1 ) is expected, - successively the duration of the reflected radiation from the first body ( 3 ) and the suspension settings are changed until the expected extreme value actually sets, - successively the duration of the reflected radiation from the second body ( 4 ) and the suspension settings are changed until the expected extreme value actually sets. 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.Arrangement for the automatic adjustment of a laser scanner sensor ( 1 ), which is at a known height to the ground, comprising - two geometrically well-defined bodies ( 3 . 4 ), which are shaped and positioned so that when they are scanned with the laser scanner sensor ( 1 ) under a pitch angle setting of the sensor ( 1 ) an extreme value for the duration of the reflected radiation can be expected, and - an adjustable suspension ( 2 ) for changing the orientation of the laser scanner sensor ( 1 ) such as Means for changing suspension settings resulting from successive transit time measurements of the reflected radiation from the first and second bodies ( 3 . 4 ) change the suspension settings until the expected extreme values actually occur, at which the geometrically well-defined bodies ( 3 . 4 ) within the scan area and the range of the sensor ( 1 ) are positioned such that an extreme value for the propagation time of the reflected radiation is in each case in the case of a desired pitch angle adjustment of the sensor ( 1 ) is to be expected. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Körper (3, 4) als Rotationskörper ausgebildet sind.Arrangement according to claim 2, characterized in that the bodies ( 3 . 4 ) are formed as a rotational body. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Körper (3, 4) als Kegel, Doppelkegel und/oder Kugel ausgebildet sind.Arrangement according to claim 3, characterized in that the bodies ( 3 . 4 ) are designed as a cone, double cone and / or ball. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Körper (3, 4) identisch ausgebildet sind.Arrangement according to one of Claims 2 to 4, characterized in that the bodies ( 3 . 4 ) are formed identically.
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