KR0148447B1

KR0148447B1 - Measuring equipment and method of distance using laser beam scanner

Info

Publication number: KR0148447B1
Application number: KR1019950005160A
Authority: KR
Inventors: 김병훈
Original assignee: 김주용; 현대전자산업주식회사
Priority date: 1995-03-13
Filing date: 1995-03-13
Publication date: 1998-12-01
Also published as: KR960034986A

Abstract

본 발명은 레이저를 이용한 광학식 거리 측정 장치에 있어서, 특히 레이저빔을 평행광으로 만들어 스캐닝 방식으로 주사하여 차간거리를 측정함으로써, 신호의 분실율과 측정오차의 정밀도를 향상시키도록 함을 특징으로 하는 레이저 빔 스캐닝을 이용한 거리 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 종래의 광학식 거리 측정 장치는 레이저를 발광할 때 일정한 각도로 레이저를 주사하여 일정한 거리내에서 광량의 세기에 따라 거리의 오차가 발생하게 되며, 또한, 발광주기가 늦어지는 것으로 인한 데이터의 분실율이 높아지는 단점이 있어, 본 발명은 레이저 빔의 주사각을 좁게 형성하여 평행광으로 만들고, 일정한 각도를 수십 KHz로 스캐닝하는 방식으로 주사하여 같은 거리에서 물체에 반사되어 측정되는 거리오차의 정밀도를 높이고, 레이저의 발광주기를 빠르게 하여 데이터의 분실율도 줄일 수 있도록 한 것이다.In the optical distance measuring apparatus using a laser, in particular, by measuring the distance between the laser beam to make a parallel beam and scanning by scanning method, it is characterized in that to improve the loss rate of the signal and the accuracy of the measurement error The present invention relates to a distance measuring device and method using laser beam scanning, and a conventional optical distance measuring device scans a laser at a predetermined angle when emitting a laser, thereby causing an error in distance according to the intensity of light within a predetermined distance. In addition, there is a disadvantage in that the data loss rate is increased due to the delayed light emission period, the present invention is formed by narrowing the scanning angle of the laser beam to make a parallel light, the same distance by scanning a certain angle by scanning in several tens of KHz Increasing the accuracy of the distance error measured by the reflection on the object in the It will allow you to quickly reduce the loss modulus of the data.

Description

Distance measuring device and method using laser beam scanning

제1도는 일정한 각도로 주사한 레이저 빔 발광도.1 is a laser beam emission degree scanned at a constant angle.

제2도 (a)는 이상적 레이저빔 단면도, (b)는 실제 레이저빔 단면도.Figure 2 (a) is an ideal laser beam cross section, (b) is an actual laser beam cross section.

제3도는 본 발명의 전체 구성도.3 is an overall configuration diagram of the present invention.

제4도는 평행광을 일정한 각도로 주사한 레이저 빔 발광도.4 is a laser beam emission degree in which parallel light is scanned at a constant angle.

제5도는 본 발명의 레이저 빔 스캐닝을 이용한 거리 측정 방법을 나타낸 순서도이다.5 is a flowchart illustrating a distance measuring method using laser beam scanning according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

10 : 제어부 20 : 펄스 발생부10: control unit 20: pulse generator

30 : 레이저 발광부 40 : 레이저광 스캐닝부30: laser light emitting unit 40: laser light scanning unit

50 : 레이저 다이오드 에러감지부 60 : 레이저 수신부50: laser diode error detection unit 60: laser receiver

70 : 수신신호 처리부 80 : 표시부70: received signal processing unit 80: display unit

본 발명은 레이저를 이용한 광학식 거리 측정 장치에 관한 것으로, 특히, 레이저 빔을 평행광으로 만들어 스캐닝 방식으로 주사하여 차간거리를 측정함으로써, 신호를 분실율과 측정오차의 정밀도를 향상시키도록 함을 특징으로 하는 레이저 빔 스캐닝을 이용한 거리 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an optical distance measuring apparatus using a laser. In particular, by measuring the distance between the laser beam by making a parallel beam and scanning by scanning method, it is possible to improve the signal loss rate and the accuracy of the measurement error The present invention relates to a distance measuring apparatus and method using laser beam scanning.

일반적으로 종래의 거리 측정 기기들은 대부분 해당하는 길이의 표준 측정 장비를 가지고 물체와의 거리를 상대적으로 측정하는 방식을 사용하였다.In general, most conventional distance measuring devices have a method of measuring a distance from an object with a standard measuring equipment of a corresponding length.

한편, 광학식 거리 측정 장치에 있어서 거리를 측정하는 방법은 광이 이동한 시간을 측정하여 측정된 이동 시간과 광속을 이용하여 거리를 측정한다.On the other hand, in the optical distance measuring device, the distance measuring method measures the distance using the measured travel time and the light beam by measuring the time the light traveled.

그러나 종래의 광을 이용한 거리 측정 장치는 레이저를 발광할 때 일정한 각도로 주사하게 되어 있어, 광량의 세기에 따라 오차가 발생하게 되며 또한, 발광주기의 속도가 늦어지는 것으로 인한 데이터 분실율도 높아지는 문제점이 있었다.However, the conventional distance measuring device using the light is scanned at a predetermined angle when the laser emits light, an error occurs according to the intensity of the light, and also a problem that the data loss rate is increased due to the slow speed of the light emission cycle. there was.

즉, 제1도와 같이 레이저를 일정한 각도로 주사했을 때 출력된 레이저의 단면을 살펴보면 제2도(a)와 같이 이상적인 사각형 구조의 분포를 갖는게 아니라 실제로는 제2도(b)와 같이 가우시안(GAUSSIAN)분포를 가지게 된다. 왜냐하면 이상적인 사각형 구조의 분포를 유지하기 위해 좁은 각도로 레이저를 발광하게 되면 데이터 수신율이 떨어지기 때문에, 적절한 수신율을 유지하기 위해 레이저 빔의 분포를 넓힌 일정각도로 주사해야 하므로 레이저 빔의 출력이 강한 중앙 부분과 약한 부분이 나타나게 되며, 따라서 같은 거리를 측정할 때 거리의 오차가 발생한다.That is, the cross-section of the laser output when the laser is scanned at a predetermined angle as shown in FIG. 1 does not have an ideal rectangular structure distribution as shown in FIG. 2 (a) but is actually a Gaussian (B) as shown in FIG. GAUSSIAN) distribution. Because the data reception rate decreases when the laser emits light at a narrow angle in order to maintain the ideal rectangular structure distribution, the laser beam output has a strong center because the laser beam must be scanned at a certain angle to widen the distribution of the laser beam in order to maintain the proper reception rate. The part and the weak part appear, so the distance error occurs when measuring the same distance.

본 발명은 종래의 이러한 문제를 해결하고자 하는 것으로, 특히, 평행광 레이저 빔을 일정한 각도의 수십 KHz로 스캐닝하여 신호의 분실율과 측정오차의 정밀도를 향상시키도록 함을 특징으로 한다.The present invention is to solve this problem of the prior art, in particular, characterized in that to improve the accuracy of the signal loss rate and measurement error by scanning the parallel light laser beam at a certain angle of several tens of KHz.

즉, 레이저 빔의 주사각을 좁게 형성하여 평행광으로 만들고, 일정한 각도를 수십 KHz로 스캔하는 방식으로 주사하여 같은 거리에서 물체에 반사되어 측정하는 거리 오차의 정밀도를 높이고, 레이저의 발광주기를 빠르게 하여 데이터의 분실율을 줄일 수 있도록 한 것이다.In other words, by narrowing the scanning angle of the laser beam to make parallel light, scanning by scanning a certain angle at several tens of KHz to improve the accuracy of the distance error measured by reflecting to the object at the same distance and to speed up the emission period of the laser This will reduce the loss of data.

이하, 도면을 참조로 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, described in detail with reference to the drawings.

제3도는 본 발명의 전체 구성도로써, 전체 시스템을 컨트롤하는 제어부(10)와; 직류레벨 변환기와 변압기를 이용하여 고압을 만들어 수십ns의 펄스를 레이저에 인가하는 펄스발생부(20)와; 상기 펄스발생부(20)에 의한 동작신호에 따라 레이저를 대상물체(1)에 발사하는 레이저 발광부(30)와; 주사되는 레이저 빔을 진동자를 사용하여 좌우로 일정한 각도로 스캐닝하는 레이저광 스캐닝부(40)와; 레이저의 발광여부 및 이상출력을 감시하고 이상이 발생하면 상기 제어부(10)에 전송하여 경보와 함께 레이저 발광을 중지시켜 주는 레이저 다이오드 에러감지부(50)와; 반사된 광을 수신하는 레이저 수신부(60)와; 수신된 신호를 처리하여 상기 제어부(10)에 인가시켜 주는 수신신호 처리부(70)와; 측정된 거리데이터를 운전자에 통보하기 위한 표시부(80)로 구성한다.3 is an overall configuration diagram of the present invention, the control unit 10 for controlling the entire system; A pulse generator 20 for generating a high voltage by using a DC level converter and a transformer and applying a pulse of several tens of ns to the laser; A laser light emitting unit 30 which emits a laser to the target object 1 according to an operation signal of the pulse generator 20; A laser beam scanning unit 40 scanning the laser beam to be scanned at a predetermined angle from side to side using an oscillator; A laser diode error detection unit (50) which monitors whether the laser emits light and an abnormal output and transmits the signal to the control unit (10) to stop the laser light emission with an alarm; A laser receiver 60 for receiving the reflected light; A received signal processor 70 for processing the received signal and applying the received signal to the controller 10; The display unit 80 is configured to notify the driver of the measured distance data.

상기와 같이 구성된 본 발명은 제어부(10)의 펄스발생 신호에 의해 레이저를 대상물체에 발광시 렌즈를 사용하여 제2도(a)와 같은 광 출력을 갖도록 하고, 레이저광 스캐닝부에서 프리즘과 같은 빛을 반사할 수 있는 반사체를 이용하여 빛을 일정 각도 즉 좌우로 퍼지게 하는 진동자를 사용하여 주사하게 된다. 따라서 본 발명의 레이저 측정장치에서는 제4도와 같이 좁은 분포의 레이저빔 주사각도를 유지하면서 진동자를 이용하여 좌우로 스캐닝한다. 또한 이때는 제1도와 같은 방법으로 사용하는 레이저보다 발광속도를 빠르게 해야한다. 예를 들어 제1도와 같은 방법으로 레이저 발사시 발광속도가 10ms이면 제4도와 같은 방법에서는 10배(1ms)이상을 사용한다. 즉, 제4도와 같은 방식은 레이저 빔을 수 KHz에서 수십 KHz로 발광하게 되면 더 좋은 측정거리를 얻을 수 있다.The present invention configured as described above has a light output as shown in FIG. 2 (a) by using a lens when the laser emits light to the object by the pulse generation signal of the controller 10, and the prism in the laser light scanning unit Using a reflector that can reflect light, the light is scanned using an oscillator that spreads the light at an angle, that is, left and right. Therefore, the laser measuring apparatus of the present invention scans from side to side using an oscillator while maintaining the laser beam scanning angle of a narrow distribution as shown in FIG. In this case, the emission speed should be faster than that of the laser used in the same manner as in FIG. For example, if the emission rate is 10ms when the laser is fired by the method shown in FIG. 1, the method of FIG. 4 uses more than 10 times (1ms). That is, in the method as shown in FIG. 4, when the laser beam emits light from several KHz to several tens of KHz, a better measurement distance can be obtained.

한편 상기와 같이 좁은 각도로 발광하는 레이저를 스캐닝하여 대상물체에 발사한 레이저광은 레이저 수신부(60)에 입력되고, 수신신호 처리부(70)에 의해 거리 데이터로 전환되어 제어부(10)에 출력되며 표시부(80)에 이를 표시한다.On the other hand, the laser light emitted to the target object by scanning the laser light emitted at a narrow angle as described above is input to the laser receiver 60, is converted into the distance data by the reception signal processing unit 70 is output to the controller 10 This is displayed on the display unit 80.

본 발명의 동작을 살펴보면, 제어부에서 레이저 발광신호를 출력하고, 레이저 빔 발광의 에러를 감시하는 장치를 이용하여 발광이 되지 않으면 그에 대한 에러를 제어부에 전송하고, 이상이 없으면 이 신호를 레이저 발광 시작신호로 이용한다. 그리고 수광부의 입력신호가 있으면 거리를 계산하게 되며, 거리측정 데이터가 100개 축적되면 표준편차와 평균을 이용하여 1개의 거리 데이터로 만들어 제어부로 전송하여 거리를 표시한다.Referring to the operation of the present invention, the control unit outputs a laser emission signal, and if there is no emission by using a device for monitoring the error of the laser beam emission, and transmits an error for it to the control unit, and if there is no error start the laser emission Use as a signal. And if there is an input signal of the light receiver, the distance is calculated. When 100 distance measurement data is accumulated, the distance is calculated by using the standard deviation and the average to make one distance data and transmitting it to the controller.

제5도는 본 발명의 동작순서도로써, 트리거 신호를 출력하였는지 확인하여(S1), 상기 트리거 신호 온단계(S1)에서 트리거 신호를 출력하였으면, 레이저가 발광을 했는지 판단하고(S2), 상기 레이저 발광 판단단계(S2)에서 레이저가 발광되지 않았으면, 레이저 다이오드에 오류가 발생한 것을 제어부에 출력시켜 준다(S3).5 is an operation flowchart of the present invention, by checking whether the trigger signal is output (S1), and when the trigger signal is output in the trigger signal on step (S1), it is determined whether the laser emits light (S2), and the laser light emission. If the laser is not emitted in the determination step (S2), it is output to the controller that an error occurs in the laser diode (S3).

또한, 상기 레이저 발광 판단단계(S2)에서 레이저가 발광했으면, 수신 신호가 입력되었는지 판단하여(S4), 상기 수신신호 입력 판단단계(S4)에서 수신 신호가 입력되지 않았으면, 상기 트리거 신호 온단계(S1)로 되돌아가고, 수신 신호가 입력되었으면 거리를 측정한다(S5).In addition, when the laser light is emitted in the laser emission determination step (S2), it is determined whether a received signal is input (S4), and when the received signal is not input in the received signal input determination step (S4), the trigger signal on step Returning to step S1, if a received signal is input, the distance is measured (step S5).

그리고, 상기 거리 측정단계(S5)에서 거리를 측정했으면, 거리 측정 데이터가 설정값만큼 축적되었는지 판단하여(S6), 상기 거리측정 데이터 판단단계(S6)에서 거리 측정 데이터가 설정값만큼 축적되지 않았으면 상기 트리거 신호 온단계(S1)로 되돌아가고, 축적되었으면 축적된 거리 데이터를 단일 거리 데이터로 변환하여 거리 표시부에 출력시켜 준다(S7).If the distance is measured in the distance measuring step S5, it is determined whether the distance measurement data is accumulated by the set value (S6), and the distance measurement data is not accumulated by the set value in the distance measurement data determination step S6. If so, the process returns to the trigger signal on step S1, and if accumulated, the accumulated distance data is converted into single distance data and output to the distance display unit (S7).

상기에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 레이저빔을 평행광과 일정한 각도를 스캐닝하는 방식으로 신호의 분실율과 측정오차의 정밀도를 향상시킨다.As described in detail above, the present invention improves the loss ratio of the signal and the accuracy of the measurement error by scanning the laser beam at a constant angle with parallel light.

Claims

A control unit 10 for controlling the entire system; A pulse generator 20 for generating a high voltage by using a DC level converter and a transformer and applying a pulse having a predetermined size to the laser; A laser light emitting unit 30 which emits a laser to an object in accordance with an operation signal of the pulse generator; A laser beam scanning unit 40 scanning the laser beam to be scanned at a predetermined angle from side to side using an oscillator; A laser light error detecting unit (50) for monitoring whether the laser emits light and an abnormal output, and transmitting an abnormality to the control unit to stop the laser light emission with an alarm; A laser receiver 60 for receiving the reflected light; A received signal processor 70 for processing the received signal and applying the received signal to the controller; Distance measuring device using laser beam scanning, characterized in that it comprises a display unit for displaying the measured distance data to the driver (80).

A trigger signal on step S1 for checking whether a trigger signal is output; A laser emission determining step (S2) of determining whether or not the laser emits light when the trigger signal is output in the trigger signal on step (S1); An error generation output step (S3) of outputting, to the controller, an error in the laser diode if the laser is not emitted in the laser emission determination step (S2); A reception signal input determination step (S4) of determining whether a reception signal is input when the laser light is emitted in the laser emission determination step (S2); A distance measuring step (S5) of returning to the trigger signal on step (S1) if the received signal is not input in the received signal input determining step (S4) and measuring a distance if the received signal is input; A distance measurement data determination step (S6) of determining whether distance measurement data is accumulated by a set value when the distance is measured in the distance measurement step (S5); If the distance measurement data is not accumulated by the set value in the distance measurement data determination step S6, the trigger signal and the step S1 are returned. If the distance measurement data is accumulated, the accumulated distance data is converted into a single distance data to be displayed on the distance display unit. Distance measuring method using laser beam scanning, characterized in that it comprises a distance data transmission step (S7) for outputting.