Berührungslose Laserdistanzmessung

Berührungslose Laserdistanzmessung
Stand der Technik und Anwendungen
4. Innovations-Forum Photonik 12.5.2009
Kaiser-Friedrich-Forschungspreis
Dr. André Große
JENOPTIK
Spezialist für photonische und mechatronische Technologien
Optische Systeme
Laser &
Materialbearbeitung
Industrielle
Messtechnik
Verkehrssicherheit
Verteidigung &
Zivile Systeme
Sensorsysteme
• Optoelektronische Bildaufnahmesysteme
• Thermografie
• Optoelektronische Lasersensoren
- Laserimpulslaufzeitmessung
- Phasenvergleichsmessung
- LIDAR-Wolkenhöhenmessung
- Datenübertragung
- Doppler-Interferometrie
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Entfernungsmesstechnik mit Laser
Entwicklung des Einsatzes von aktiven optoelektronischen Distanzsensoren
70-er Jahre
für geodätische Entfernungsmesstechnik (modulierte cw-Halbleiterdioden),
in Entfernungsmessern für militärische Anwendungen (Festkörperlaser)
80-er Jahre
Reflektorlose Entfernungsmesser mit Impulslaserdioden für Ingenieurvermessung, LIDAR-für atmosphärische Erkundung mit FKL- und Gaslasern.
90-er Jahre
Breite Anwendung von Laserdioden-Entfernungsmessgeräten für
industrielle Distanzmessung, Geschwindigkeitsmessung und Bauhandwerk.
nach 2000
Massenanwendung in low-cost-Geräten. Distanzmesser für Bauhandwerk,
Kraftfahrzeug, Sport- und Freizeitoptik.
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Verfahren der reflektorlosen Laserdistanzmessung,
die in Jenoptik-Produkten zur Anwendung kommen.
Verfahren
• Einzelpulsmessung
• Phasenvergleich
• Puls-Akkumulation
d in 1,3 s
istanz Erde – Mon
Licht durchläuft D
Für 1m benötigt Licht 3,3 ns
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Einzelpulsmessung
Prinzip
Laserpulstreiber
Laserquelle
Verstärker
+Trigger
Prozessor,
Zeitmessung
Start-Refer.diode
Stop-Fotodiode
Interface
345,60 m
d =½ . c . t
Display
P
Einzelpuls-Laufzeitmessung Vorteile:
große Reichweite, mit FKL auch bis 40km.
cm-genaue Distanzmessung, kurze Messzeit,
hohe Messfolge bis >100kHz, deshalb gut
für scannende Systeme geeignet.
tstart
Laufzeit t
Sendeimpuls
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tstop
t
Empfangsimpuls
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Einzelpulsmessung
Typische Applikationsbeispiele
• Industrielle Abstandsmessung in schneller Folge
eindimensional oder Laserscanner;
z.B. Kranabstandsmessung, Ingenieur-Vermessungsgeräte, Sicherheitssensorik an fahrerlosen Transportsystemen, Be- und Entladepositionierung.
• Lasersensoren für die Verkehrstechnik
Laser-Geschwindigkeitsmessgeräte, Stausensoren,
Abstandssensor für Kameraauslösung an Maut-Brücken,
Fahrzeugprofil-Messung für Toll-Collection.
• Militärische Rangefinder für große Entfernungen
• Sporttrainingsgerät Weg-Geschwindigkeitsverläufe
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Phasenvergeich-Laufzeitmessung
Prinzip
VCO
Mischer
Verstärker
Laserdiode
Refer.diode
Prozessor
Interface
Fotodiode
Display
58,943 m
Display
ϕ1
ϕ2
. . . . . .ϕn
Phasenvergleich-Laufzeitmessung Vorteile:
Mittlere Reichweite, reflektorlos bis >100m,
mm-genaue Distanzmessung,
für low-cost-Fertigung geeignet.
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Ausgang
Eingang
ϕ
t
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Phasenvergeich-Laufzeitmessung
Applikationsbeispiele
• handhaltbare Distanzmesser für das Bauhandwerk
• Industrielle Abstandsmessung hoher Messgenauigkeit
• Geodätische Gelände- und Objektvermessung mit
und ohne Reflektor- Targets
• Laserscanneranwendungen
Jenoptik entwickelt und produziert für den
Kooperationspartner HILTI-AG Liechtenstein
Laser-Vermessungsgeräte in Großserie.
Tunnelmesswagen
von Fraunhofer mit
Phasenvergleich
Nachnutzung des Messkerns in industriellen
Messmodulen LDM 41 bis 43 sowie in Sensoren
für andere Sensorhersteller.
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Signalauswerteverfahren für Licht-Laufzeitmessung
Puls-Akkumulation-Laufzeitmessung
Prinzip
Pulstreiber
FD-Verstärker
Laserdiode
AD-Wandler +
Ereignisspeicher
Prozessor
Fotodiode
Interface
1345,6 m
Display
P
Puls-Akkumulation Vorteile:
Hohe Reichweiten bis 5km.
Sichtweitemessung möglich
Lidarsysteme mit
Multitargetdetektion
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Softtarget
t
Distanz Hardtarget
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Signalauswerteverfahren für Licht-Laufzeitmessung
Puls-Akkumulation-Laufzeitmessung
Applikationsbeispiele
• Geschwindigkeitsmessung mit großer Reichweite
• Sichtweite- und Abstandssensor für Automotiv
• Entfernungsmesser mittlerer Reichweite mit
Laserdioden in Ferngläsern und Zielfernrohren
für Sport, Jagd, Polizei.
• Industrielle Abstandsmessung geringerer
Messgenauigkeit durch trübe Medien,
Füllstandsmessung bei starker Staubentwicklung
• Lidargeräte für Sichtweite und
Wolkenhöhenmessung
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Sichtweite- und Abstandssensors für den Automobileinsatz
Puls-Akkumulation-Laufzeitmessung
Applikationsbeispiele
P
Gischt
Distanz Auto
t=D
Regen
Diffus re
flektiert
es
Laserlic
ht
Lasermessstra
hl
Gischt
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Sichtweite- und Abstandssensors für den Automobileinsatz
Puls-Akkumulation-Laufzeitmessung
Wirkung des Sichtweitesensors im Nebeltest
Links sensorgesteuerte Heckleuchte
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rechts ohne Sensor
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.
JENOPTIK
Laser, Optik, Systeme GmbH
Göschwitzer Straße 25
D-07745 Jena
Dr. André Große
03641 / 653079
[email protected]
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