DE2210357C3 - Detektoranordnung zum Erkennen der Lage einer Ebene im Raum - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Detektoranordnung zum Erkennen der Lage einer Ebene im Raum, die durch zwei von einer Strahlungsquelle ausgesandte und um jeweils einen gleichen kleinen Winkel nach der einen bzw. nach der anderen Seite von der zu erfassenden Ebene abweichende, voneinander unterscheidbare Markierstrahlen definiert ist, mit einem Signalkomparator, dem zwei aus den beiden Markierstrahlen mit Hilfe mindestens eines auf die Markierstrahlung ansprechenden und sie in elektrische Signale umwandelnden Strahlungsdetektors abgeleitete elektrische Signale zugeführt werden und der ein der Differenz dieser beiden Signale entsprechendes Ausgangssignal abgibt.

In der GB-PS 1104 101 ist eine in dieser Art ausgebildete Detektoranordnung zum Steuern der Bewegung eines Fahrzeugs; auf einer vorgeschriebenen Bahn beschrieben, bei der die beiden miteinander in Beziehung zu setzenden und die zu verfolgende Bahn definierenden Markierstrahlen aus dem Licht einer gemeinsamen Lichtquelle dadurch gewonnen werden, daß das von dieser Lichtquelle abgestrahlte Lichttünael in zwei getrennten Teilbereichen seines Querschnitts durch zwei mit unterschiedlicher Frequenz betriebene mechanische Zerhacker moduliert wird. Dem Signalkomparator sind dann zwei frequenzselektive Verstärker vorgeschaltet, von denen der eine auf die Frequenz des einen Zerhackers und der andere auf die Frequenz des anderen Zerhackers abgestimmt ist, so daß sich trotz Empfangs beider Lichtbündelanteile in einem gemeinsamen Lichtdetektor zwei verschiedene Eingangssignale für den Signalkomparator erhalten lassen, die miteinander in Beziehung gesetzt werden können und dann ein Maß für die Abweichung des mit der Detekioranordnung ausgestatteten Fahrzeuges von der durch die Markierstrahlen vorgegebenen Bahn liefern.

In ihrer gesamten Auslegung ist die bekannte Detektoranordnung, insbesondere auch mit Rücksicht auf die Modulation der Markierstrahlen mit Hilfe mechanischer Mittel, auf die Betriebsverhältnisse bei einem einer bestimmten Bahn folgenden Fahrzeug abgestellt, wohei sowohl die mit Hilfe der mechanischen Zerhacker erreichbare, nur relativ geringe Genauigkeit für die Einhaltung der Modulationsfrequenzen als auch der mit der Verwendung solcher Modulatoren unvermeidbar verbundene, relativ hohe Verlust an Licht- bzw. Strahlungsintensität hingenommen werden können.

Aus der CH-PS 4 56 968 ist weiter eine Einrichtung zum Ermitteln des Abstandes eines oder mehrerer Punkte im Raum von einer durch einen drehbaren Laserstrahl bestimmten Bezugsebene bekannt, bei der zur Feststellung der Markierstrahlen Strahlungsdetektoren vorgesehen sind, die eine Umwandlung der einfallenden Lichtimpulse in elektrische Impulse bewirken und diese einem nachgeschalteten Anzeigeinstrument zuführen. Dabei wird mit zwei räumlich voneinander getrennten Strahlungsdetektoren gearbeitet, von denen der eine auf der einen Seite und der andere auf der anderen Seite der Bezugsebene liegen muß, um eine Messung zu ermöglichen. Liegt nun der Aufstellungsort der bekannten Einrichtung gerade in der Bezugsebene, so sollten die beiden Strahlungsdetektoren gleich große Ausgangssignale liefern, da sich dann der eine davon beispielsweise ebenso weit oberhalb der Bezugsebene befindet wie der andere unterhalb davon. Eine strenge Erfüllung dieser Forderung ist aber nur bei einer genau mittensymmetrischen Intensitätsverteilung über den Querschnitt des Markierungsstrahles möglich, da bei einer Lage der Einrichtung in der Bezugsebene nur dann die beiden Strahlungsdetektoren von der gleichen Strahlungsintensität getroffen werden. Weiter ist es für eine einigermaßen genaue Lagebestimmung anhand einer solchen Signalgleichheit erforderlich, daß die beiden Strahlungsdetektoren in zur Bezugsebene senkrechter Richtung einen nicht zu kleinen Mindestabstand voneinander aufweisen, da die Kurve für die Verteilung der Strahlungsintensität über den Querschnitt des Markierstrahles im Bereich des Maximums in der Strahlmitte relativ flach verläuft und größere Intensitätsunterschiede bei geringen Lageabweichungen erst im Bereich der weiter außen liegenden Kurvenflanken der etwa glockenförmigen Intensitätsverteilungskurve auftreten. Außerdem variiert die Breite des Maximums der Intensitätsverteilungskurve auch mit der Größe des Abstandes zwischen der

Strahlungsquelle einerseits und den Strahlungsdetektoren anderseits, so daß zur Gewährleistung optimaler Meßbedingungen bei verschiedenen Abständen von der Strahlungsquelle auch der gegenseitige Abstand der beiden Strahlungsdetektoren variabel sein muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Detektoranordnung der eingangs genannten Art s,o auszubilden, daß sich mit Hilfe zweier in festem und nur sehr geringem Abstand voneinander angeordneter Strahlungsdetektoren sowohl Größe als auch Richtung einer etwaigen Abweichung der Lage eines Meßpunktes von einer beliebigen Ebene mit hoher Genauigkeit bestimmen lassen.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für in der zu erfassenden Ebene umlaufende und in ihrer Polarisationsrichtung voneinander verschiedene Markierstrahlen zwei Strahlungsdetektoren, vor denen jeweils, ein für Markierstrahlung der einen bzw. der anderen Polarisationsrichtung durchlässiges Polarisationsfilter angeordnet isi, als Signalkomparator ein gemeinsamer !Impulskomparator nachgeschaltet ist, der ein Anzeigehstrument mit einem der Differenz zwischen den ihm von den beiden Strahlungsdetektoren zugeführten elektrischen Impulsen entsprechenden Ausgangssignal speist.

Für die erfindungsgemäß ausgebildete Detektoranordnung werden die auf die beiden umlaufenden Markierstrahlen zurückgehenden elektrischen Impulse am Ausgang der Strahlungsdetektoren im oben angenommenen Fill eines Aufstellungsortes der Detektoranordnung in der markierten Ebene im Raum einander stets gleich, weil in diesem Falle der eine Markierstrahl von der Lage der markierten Ebene im Raum um den gleichen Winkel beispielsweise nach oben abweicht wie der andere Markierstrahl nach unten und damit die Intensitätswerte für beide Markierstrahlen an der Schnittstelle ihrer Querschnitte mit der markierten Ebene aneinander gleich sind. Dabei handelt es sich dank der Winkellage der beiden Markierstrahlen relativ zur markierten Ebene stets um eine Schnittstelle zwischen zwei relativ steilen Kurvenflanken der entsprechenden Intensitätsverteilungskurven, deren flache Maxima recht» bzw. links dieser Schnittstelle liegen, und jede auch nur geringe Lageabweichung der erfindungsgemäß ausgebildeten Detektoranordnung von der markierten Ebene im Raum äußert sich in einem ausgeprägten Intensitätsunterschied für die auf die beiden verschiedenen Markierstrahlen zurückgehenden Strahlungsimpulse und damit in entsprechenden Unterschieden zwischen den dem Anzeigeinstrument zügeführten elektrischen Impulsen. Die erfindungsgemäß ausgebildeten Detektoranordnung ermöglicht somit eine genaue Lagebestimmung im Raum, wobei sowohl die Größe als auch die Richtung einer Lageabweichung von einer markierten Ebene festgestellt werden können.

Die erfindungsgemäße Lösung der oben gestellten Aufgabe beruht auf der Ausnutzung der aus der DT-OS 20 OO 316 an sich bekannten Möglichkeit, eine Ebene im Raum mit Hilfe zweier Markierstrahlen zu definieren, die um jeweils einen gleichen kleinen Winkel nach der einen bzw. nach der anderen Seite von der zu markierenden Ebene abweichen. Die in der DT-OS 20 00 316 beschriebene Markiervorrichtung enthält als Strahlungsquelle für die Erzeugung der Markicrstrahlen einen Laser, der ein nahezu paralleles Lichtbündel aussendet, das dann mit Hilfe eines um eine zur Lichtbündelachse koaxiale Drehachse rotierenden Ablenkorganes in die beiden Markierstrahlen aufgespalten wird, wobei eine zur Drehachse symmetrische Ausbil dung des Ablenkorganes den einen dieser beiden Markierslrahlen von einer bestimmten Horizontalebene um den gleichen Winkel beispielsweise nach oben abweichen läßt wie den anderen der beiden Markierstrahlen nach unten. Die beiden Markierstrahlen laufen dabei dank einer entsprechenden Bemessung der Drehzahl für das rotierende Ablenkorgan so rasch um, daß ein außerhalb der markierten Ebene befindliches Beobachterauge, das nur den einen der beiden Markierstrahlen wahrnimmt, den Eindruck von intermittierendem Licht gewinnt, während ein in der markierten Ebene selbst liegendes Beobachterauge, das von beiden Markierstrahlen beeinflußt wird, dank seiner Trägheit den Eindruck von Dauerlicht bekommt. Voraussetzung für eine solche Meßmethodik mit Unterscheidung zwischen Lichtblitzen und Dauerlicht ist, daß die beiden Markierstrahlen am Beobachtungsort zeitlich deutlich voneinander getrennt eintreffen, was in der Praxis mit der für genaue Messungen erforderlichen Schärfe nur durch eine Winkelversetzung um 180° zwischen den beiden Markierstrahlen zu erreichen ist, wozu das Ablenkorgan der bekannten Markiervorrichtung als um eine zu seiner brechenden Kante senkrechte Diehachse rotierendes Prisma ausgebildet ist. Mit Hilfe der erfindungsgemäß ausgebildeten Detektoranordnung kann dagegen auch zwischen zwei mit nur sehr geringem zeitlichem Abstand oder sogar gleichzeitig am Beobachtungsort einfallenden Markierstrahlen unterschieden werden, die sich nur durch ihre Polarisationsrichtung voneinander unterscheiden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind im einzelnen in Unteransprüchen gekennzeichnet.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigt

Fig. 1 eine schematich geratene Darstellung eines sichtbaren Licht aussendenden Signalgerätes für die Markierung einer Ebene im Raum durch zwei Markierstrahlen und

Fig. 2 ein Blockschaltbild für den Aufbau einer mit dem Signalgerät von Fig. 1 zusammenwirkenden Detektoranordnung.

Gemäß Fig. 1 sendet ein Signalgerät J zwei Lichtstrahlen 2 und 3 aus, von denen der eine Strahl 2 im wesentlichen oberhalb und der andere Strahl 3 im wesentlichen unterhalb einer zu markierenden Ebene 4 im Raum liegt, in der sich beide Strahlen 2 und 3 geringfügig überlappen. Die Lichtquelle des Signalgerätes 1 kann beispielsweise ein Laser sein, und die Strahlen 2 und 3 rotieren bei ihrer Aussendung in F i g. 1 um eine in der Zeichenebene liegende und durch das Signalgerät 1 hindurchgehende vertikale Achse. Dabei unterscheiden sich die beiden Strahlen 2 und 3 voneinander durch ihre jeweilige Polarisationsrichtung, ein Unterschied in der zeitlichen Lage ihrer Ausbreitungsrichtung ist dagegen nicht erforderlich, aber auch grundsätzlich zulässig.

Die in F i g. 2 ir einer Draufsicht dargestellte Detektoranordnung enthält zwei in ein und derselben Ebene angeordnete Photodetektoren 35a und 35b, denen je eine Linse 31a bzw. 31 b vorgesetzt ist, die in einer Fassung 32a bzw. 32Z> sitzt, deren in Einfallsrichtung der Strahlen 2 bzw. 3 gesehen hinteres Ende eine Blende 33a bzw. 33f> bildet. Die von den Photodetektoren 35a und 35Λ abgegebenen und den von ihnen empfangenen Lichtsignalen entsprechenden elektrischen Signale werden in je einem nachgeschalteten

Verstärker 36a bzw. 36b verstärkt und anschließend auf einen gemeinsamen Impulskomparator 37 gegeben, dessen Ausgangssignale einem Anzeigeinstrument 38 zugeführt werden. Zwischen die Blenden 33a und 336 einerseits und die nachfolgenden Photodetektoren 35a und 356 andererseits ist jeweils eines von zwei Polarisationsfiltern 34a bzw. 346 so eingefügt, daß der eine Photodetektor 35a Licht nur von dem einen der beiden Strahlen 2 und 3 und der andere Photodetektor 35b Licht nur von dem anderen dieser beiden Strahlen 2 und 3 erhält. Auf diese Weise kann die Detektoranordnung von F i g. 2 zwischen den beiden Strahlen 2 und 3 unterscheiden und kann über den Impulskomparator 37 am Anzeigeinstrument 38 einen Ausschlag nach der einen oder nach der anderen Richtung veranlassen je nachdem, ob sich die Detektoranordnung oberhalb oder unterhalb der durch die Strahlen 2 und 3 markierten Ebene 4 befindet. Liegt die Detektoranordnung von F i g. 2 gerade in der Ebene 4, so steht der Zeiger des Anzeigeinstrumentes 38 in der Mitte von dessen Skala wie dies in F i g. 2 angedeutet ist.

Die beiden Strahlen 2 und 3 können sich in ihrei Polarisationsrichtung beispielsweise um 90° voneinan· der unterscheiden, und die beiden Polarisationsfilter 34* und 34£> sind dann so zu wählen bzw. einzustellen, daß das eine nur Licht der einen Polarisationsrichtung und das andere nur Licht der anderen Polarisationseinrichtung durchläßt.

ίο Die am Anzeigeinstrument 38 zur Anzeige gebrachten Ausgangssignale des Impulskomparator 37, die ihrerseits jeweils auf einen Vergleich zwischen den von den Photodetektoren 35a und 356 in den Impulskomparator 37 eingespeisten und durch die Strahlen 2 bzw. 3 ausgelösten elektrischen Impulsen zurückgehen, liefern in ihrer Größe ein Maß für die Größe und in ihrer Richtung ein Maß für die Richtung der Abweichung der Lage der Detektoranordnung gemäß Fig.2 von der Ebene 4.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Detektoranordnung zum Erkennen der Lage einer Ebene im Raum, die durch zwei von einer Strahlungsquelle ausgesandte und um jeweils einen gleichen kleinen Winkel nach der einen bzw. nach der anderen Seite von der zu erfassenden Ebene abweichende, voneinander unterscheidbare Markier&trahien definiert ist, mit einem Signalkoi.iparator, dem zwei aus den beiden Markierstrahlen mit Hilfe mindestens eines auf die Markierstrahlung ansprechenden und sie in elektrische Signale umwandelnden Strahlungsdetektors abgeleitete elektrische Signale zugeführt werden und der ein der Differenz dieser beiden Signale entsprechendes Ausgangssignal abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß für in der zu erfassenden Ebene (4) umlaufende und in ihrer Polarisationsrichtung voneinander verschiedene Markierstrahlen (2 und 3) zwei Strahlungsdetektoren (35a und 356/ vor denen jeweils ein für Markierstrahlung der einen bzw. der anderen Polarisationsrichtung durchlässiges Polarisationsfilter (34a bzw. 34Z)^ angeordnet ist, als Signalkomparator ein gemeinsamer Impulskomparator (37) nachgeschallet ist, der ein Anzeigeinstrument (38) mit einem der Differenz zwischen den ihm von den beiden Strahlungsdetektoren zugeführten elektrischen Impulsen entsprechenden Ausgangssignal speist.

2. Detektoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulskomparator (37) die auf die beiden Markierstrahlen (2 und 3) zurückgehenden elektrischen Impulse in ihrer Amplitude miteinander vergleicht.

3. Detektoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulskomparator (37) das Anzeigeinstrument (38) auf die auf den einen Markierstrahl (2) zurückgehenden elektrischen Impulse mit einer Anzeige nach der einen Seite und auf die auf den anderen Markierstrahl (3) zurückgehenden elektrischen Impulse mit einer Anzeige nach der anderen Seite reagieren läßt.

4. Detektoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulskomparator (37) bei Gleichheit der auf den einen und auf den anderen Markierstrahl (2 bzw. 3) zurückgehenden elektrischen Impulse am Anzeigeinstrument (38) die Anzeige Null veranlaßt.