Berührungslose Laserdistanzmessung Stand der Technik und Anwendungen

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1 Berührungslose Laserdistanzmessung Stand der Technik und Anwendungen 4. Innovations-Forum Photonik Kaiser-Friedrich-Forschungspreis Dr. André Große

2 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 Berührungslose Laserdistanzmessung Jenoptik Laser, Optik, Systeme GmbH 2

3 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. Berührungslose Laserdistanzmessung Jenoptik Laser, Optik, Systeme GmbH 3

4 Verfahren der reflektorlosen Laserdistanzmessung, die in Jenoptik-Produkten zur Anwendung kommen. Verfahren Einzelpulsmessung Phasenvergleich Puls-Akkumulation Licht durchläuft Distanz Erde Mond in 1,3 s Für 1m benötigt Licht 3,3 ns Berührungslose Laserdistanzmessung Jenoptik Laser, Optik, Systeme GmbH 4

5 Einzelpulsmessung Prinzip Laserpulstreiber Verstärker +Trigger Prozessor, Zeitmessung Interface 345,60 m Laserquelle Start-Refer.diode Stop-Fotodiode Display d =½. c. t 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. t start Sendeimpuls Laufzeit t t stop Empfangsimpuls t Berührungslose Laserdistanzmessung Jenoptik Laser, Optik, Systeme GmbH 5

6 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 Berührungslose Laserdistanzmessung Jenoptik Laser, Optik, Systeme GmbH 6

7 Phasenvergeich-Laufzeitmessung Prinzip VCO Mischer Verstärker Prozessor Interface Display 58,943 m Laserdiode Refer.diode Fotodiode Display ϕ 1 ϕ ϕ n Phasenvergleich-Laufzeitmessung Vorteile: Mittlere Reichweite, reflektorlos bis >100m, mm-genaue Distanzmessung, für low-cost-fertigung geeignet. Ausgang Eingang Berührungslose Laserdistanzmessung Jenoptik Laser, Optik, Systeme GmbH 7 ϕ t

8 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. Nachnutzung des Messkerns in industriellen Messmodulen LDM 41 bis 43 sowie in Sensoren für andere Sensorhersteller. Tunnelmesswagen von Fraunhofer mit Phasenvergleich Berührungslose Laserdistanzmessung Jenoptik Laser, Optik, Systeme GmbH 8

9 Signalauswerteverfahren für Licht-Laufzeitmessung Puls-Akkumulation-Laufzeitmessung Prinzip Pulstreiber FD-Verstärker AD-Wandler + Ereignisspeicher Prozessor Interface 1345,6 m Laserdiode Fotodiode Display Puls-Akkumulation Vorteile: Hohe Reichweiten bis 5km. Sichtweitemessung möglich Lidarsysteme mit Multitargetdetektion P Softtarget Distanz Hardtarget t Berührungslose Laserdistanzmessung Jenoptik Laser, Optik, Systeme GmbH 9

10 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 Berührungslose Laserdistanzmessung Jenoptik Laser, Optik, Systeme GmbH 10

11 Sichtweite- und Abstandssensors für den Automobileinsatz Puls-Akkumulation-Laufzeitmessung Applikationsbeispiele P Gischt Distanz Auto t = D Regen Diffus reflektiertes Laserlicht Gischt Lasermessstrahl Berührungslose Laserdistanzmessung Jenoptik Laser, Optik, Systeme GmbH 11

12 Sichtweite- und Abstandssensors für den Automobileinsatz Puls-Akkumulation-Laufzeitmessung Wirkung des Sichtweitesensors im Nebeltest Links sensorgesteuerte Heckleuchte rechts ohne Sensor Berührungslose Laserdistanzmessung Jenoptik Laser, Optik, Systeme GmbH 12

13 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. JENOPTIK Laser, Optik, Systeme GmbH Göschwitzer Straße 25 D Jena Dr. André Große / Berührungslose Laserdistanzmessung Jenoptik Laser, Optik, Systeme GmbH 13

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