DE102010032725B4

DE102010032725B4 - Vorrichtung zum optischen Abtasten und Vermessen einer Umgebung

Info

Publication number: DE102010032725B4
Application number: DE102010032725A
Authority: DE
Inventors: Dr. Becker Reinhard; Norbert Homann
Original assignee: Faro Technologies Inc
Current assignee: Faro Technologies Inc
Priority date: 2010-07-26
Filing date: 2010-07-26
Publication date: 2012-04-26
Anticipated expiration: 2030-07-27
Also published as: US20120019806A1; DE102010032725A1; US8699007B2

Abstract

Vorrichtung zum optischen Abtasten und Vermessen einer Umgebung, die als Laserscanner (10) ausgebildet ist, mit a) einem Lichtsender (17), der einen Sendelichtstrahl (18) aussendet, b) einem Lichtempfänger (21), der einen von einem Objekt (O) in der Umgebung des Laserscanners (10) reflektierten oder sonst irgendwie gestreuten Empfangslichtstrahl (20) empfängt, c) einer Steuer- und Auswertevorrichtung (22), die für eine Vielzahl von Messpunkten (X) jeweils wenigstens die Distanz zum Objekt (O) ermittelt, d) einer Tragstruktur (30) eines Messkopfes (12), welcher relativ zu einem im stationären Bezugssystems des Laserscanners (10) ruhenden Fuß (14) drehbar ist, und e) einem Schwenkachsenmodul (40), welches als vormontierte Baugruppe einerseits den Fuß (14) und andererseits Teile aufweist, die an der Tragstruktur (30) zu befestigen sind, und welches in einen Aufnahmeschacht einer Traverse (30a) der Tragstruktur (30) eingeführt ist, wobei die mechanischen und elektrischen Schnittstellen zwischen dem Schwenkachsenmodul (40) und den an der Tragstruktur...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum optischen Abtasten und Vermessen einer Umgebung, die als Laserscanner ausgebildet ist, wie sie aus der DE 20 2006 005 643 U1 bekannt ist. In der DE 203 20 216 U1 wird für den Laserscanner ein modularer Aufbau vorgeschlagen, wonach eine Tragstruktur mit der Traverse und einem Getriebe für die vertikale Schwenkachse ein erstes Modul, ein Motor zum Antrieb des Getriebes ein zweites Modul, ein um die horizontale Achse rotierende Spiegel mit seinem Antrieb ein drittes Modul, Lichtsender und Lichtempfanger ein viertes Modul und ein Rechner mit Bedienfeld ein fünftes Modul bilden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung bietet den Vorteil, dass das Schwenkachsenmodul gesondert hergestellt und geprüft werden kann.
Die Komponenten des Laserscanners sind in zwei Teilen des Messkopfes und einer diese verbindenden Traverse der Tragstruktur angeordnet. Um das Gewicht des Laserscanners zu verringern, ist als Teil des Gehäuses eine Schale vorgesehen, vorzugsweise für jede der beiden Teile des Messkopfes je eine Schale, welche aus einem leichten Material, beispielsweise Kunststoff, bestehen kann und welche die betreffenden Komponenten des Laserscanners zum Schutz abdeckt. Um wiederum die Schale zu schützen, ist ein Bügel vorgesehen, vorzugsweise für jede Schale je ein Bügel, welcher die Außenseite der Schale teilweise abdeckt und welcher ebenfalls aus einem leichten Material, beispielsweise Aluminium, bestehen kann.
Die Tragstruktur, welche vorzugsweise aus Gewichtsgründen ebenfalls aus Aluminium besteht, weist vorzugsweise Wände auf, welche der Befestigung der Komponenten mit der Optik und dem rotierenden Spiegel dienen. Die Wände können auch die halboffenen Schalen schließen. Der Bügel läuft vorzugsweise entlang der Außenkanten und/oder schräg über die Außenflächen der Schale und ist an der Tragstruktur befestigt, vorzugsweise an seinen Enden, gegebenenfalls auch in seiner Mitte an einer der beiden Wände. In den Bügel können zusätzlich zur Schutzfunktion weitere Funktionen integriert sein.
Die Parameter des Laserscanners, insbesondere die Temperatur, können sich während des laufenden Betriebs ändern. Für eine Korrektur ist eine Vergleichsmessung notwendig. Es bietet sich daher an, den Fleck des Sendelichtstrahls zeitweise entlang eines Prismas zu bewegen, welches eine bekannte Geometrie und einen bekannte Distanz zum Zentrum des Laserscanners aufweist. Ferner weist das Prisma wenigstens zwei unterschiedliche Helligkeiten und/oder Farben auf, um unterschiedliche Signalpegel des Empfangslichtstrahls zu erzeugen. Die unterschiedlichen Helligkeiten und/oder Farben wechseln vorzugsweise entlang der Bewegungsrichtung des Flecks des Sendelichtstrahls ab.
Während der Rotation des Spiegels wird der Sendelichtstrahl bei jeder Umdrehung einmal auf die Traverse der Tragstruktur geworfen, ohne dass die Umgebung unterhalb davon gemessen werden kann. Vorzugsweise ist das Prisma daher an der Traverse ausgebildet. Eine bestimmte geometrische Form senkrecht zur Bewegungsrichtung des Flecks des Sendelichtstrahls (oder in Bewegungsrichtung) kann den Abbildungseigenschaften der empfangenden Optik Rechnung tragen und damit die resultierende Signalqualität kontrollieren. Die Steuer- und Auswertevorrichtung nimmt mittels der unterschiedlichen Helligkeiten und/oder Farben und der bekannten Distanz des Prismas eine (Korrektur der) Distanzkorrektur vor.
Für den Zusammenbau des Laserscanners weisen die Komponenten mechanische und elektrische Schnittstellen auf. Besonders zwischen den relativ zu einander drehbaren Teilen ist dann eine hohe Präzision erforderlich. Der Laserscanner weist daher ein Schwenkachsenmodul auf, welches als vormontierte Baugruppe einerseits den im stationären Bezugssystems des Laserscanners ruhenden Fuß und andererseits Teile aufweist, die an der Tragstruktur des relativ zum Fuß drehbaren Messkopfes zu befestigen sind. Die relativ zueinander drehbaren Schnittstellen sind dann ins Innere des Schnittstellenmoduls verlagert. Die Schnittstellen zwischen dem Schwenkachsenmodul und den weiteren Teilen des Messkopfes können einfach(er) ausgebildet werden, so dass sie beim Einführen des Schwenkachsenmoduls, beispielsweise in einen Aufnahmeschacht der Tragstruktur, in Einführrichtung geschlossen werden.
Im Laserscanner produzieren die Motoren zur Rotation des Messkopfes und des Spiegels sowie die Steuer- und Auswertevorrichtung und die weitere Elektronik Wärme, die abgeführt werden muss. Der Laserscanner weist hierfür eine integrierte Kühlvorrichtung auf, basierend auf einer Lüftung. Die Luft wird hierzu von einem Lufteinlass in einen Zwischenraum zwischen der Tragstruktur und einer als Gehäuse dienenden Schale geleitet und gelangt von dort in einem gegenüber dem Inneren der Tragstruktur abgedichteten Ansaugkanal in das Innere der Kühlvorrichtung. Von dort bläst ein Lüfter die erwärmte Luft über einen weiteren, gegen das Innere der Tragstruktur abgedichteten Ausblaskanal und einen Luftauslass nach außen. Damit kann vorzugsweise die Wärme abgeführt werden ohne die Dichtigkeit zentraler Komponenten zu beeinträchtigen. Je ein Filter am Lufteinlass und Luftauslass verhindern das Eindringen von Staub und gröberen Schmutz in die Zwischenräume und Kanäle der Kühlvorrichtung. Der Lufteinlass und der Luftauslass sind, beispielsweise mittels Lamellen, so gerichtet, dass die Luftströme voneinander wegweisen, d. h. kreuzungsfrei sind in möglichst auseinander gespreizten Richtungen. Der Ansaugkanal und der Ausblaskanal, beispielsweise mit rechteckigem Profil, sind abgedichtet an das Gehäuse des Lüfters angeschlossen. Zudem können die Kanäle durch geeignete Stopfen bei Bedarf völlig abgedichtet werden. Die vorzugsweise zwei Schalen sind jeweils halboffen ausgebildet und jeweils durch eine Wand der Tragstruktur geschlossen, wobei vorzugsweise an genau eine der beiden Schalen der Lufteinlass und der Luftauslass münden, abgedichtet gegeneinander und gegenüber dem Zwischenraum. Eine Dichtung der außen angeordneten Schalen gegen die Tragstruktur gewährleistet damit eine vollständige Abdichtung des Laserscanners. Zusätzlich zu dieser Lüftung weist die Kühlvorrichtung vorzugsweise noch passive Kühlelemente auf, beispielsweise Kühlrippen und/oder Wärmeleitungen, um die Wärme (aus Teilbereichen des Inneren der Tragstruktur) zu den aktiven Kühlelementen zu transportieren. Dies kann die Wärme der Elektronik oder, wenn die Tragstruktur in zwei zueinander abgedichtete Hälften unterteilt ist, die Wärme aus der anderen Hälfte (ohne aktive Kühlelemente) sein.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
1 eine perspektivische Ansicht des Laserscanners,
2 eine leicht perspektivische Seitenansicht des Laserscanners,
3 die Untersicht des Laserscanners,
4 einen Schnitt durch den Laserscanners im Bereich des Schwenkachsenmoduls,
5 eine perspektivische Teilansicht des Laserscanners ohne Schale,
6 eine Teilansicht der Kühlvorrichtung mit der Perspektive von 5, und
7 eine schematische Darstellung des Laserscanners im Betrieb.
Ein Laserscanner 10 ist als Vorrichtung zum optischen Abtasten und Vermessen einer Umgebung des Laserscanners 10 vorgesehen. Der Laserscanner 10 weist einen Messkopf 12 und einen Fuß 14 auf. Der Messkopf 12 ist als eine um eine vertikale Achse drehbare Einheit auf dem Fuß 14 montiert. Der Messkopf 12 weist einen um eine horizontale Achse drehbaren Spiegel 16 auf. Der Schnittpunkt der beiden Drehachsen sei als Zentrum C₁₀ des Laserscanners 10 bezeichnet.
Der Messkopf 12 weist ferner einen Lichtsender 17 zum Aussenden eines Sendelichtstrahls 18 auf. Der Sendelichtstrahl 18 ist vorzugsweise ein Laserstrahl im Bereich von ca. 300 bis 1600 nm Wellenlänge, beispielsweise 790 nm, 905 nm oder weniger als 400 nm, jedoch sind prinzipiell auch andere elektromagnetische Wellen mit beispielsweise größerer Wellenlänge verwendbar. Der Sendelichtstrahl 18 ist mit einem – beispielsweise sinusförmigen oder rechteckförmigen – Modulationssignal amplitudenmoduliert. Der Sendelichtstrahl 18 wird vom Lichtsender 17 auf den Rotorspiegel 16 gegeben, dort umgelenkt und in die Umgebung ausgesandt. Ein von einem Objekt O in der Umgebung reflektierter oder sonst irgendwie gestreuter Empfangslichtstrahl 20 wird vom Rotorspiegel 16 wieder eingefangen, umgelenkt und auf einen Lichtempfänger 21 gegeben. Die Richtung des Sendelichtstrahls 18 und des Empfangslichtstrahls 20 ergibt sich aus den Winkelstellungen des Rotorspiegels 16 und des Messkopfes 12, welche von den Stellungen ihrer jeweiligen Drehantriebe abhängen, die wiederum von jeweils einem Encoder erfasst werden.
Eine Steuer- und Auswertevorrichtung 22 steht mit dem Lichtsender 17 und dem Lichtempfänger 21 im Messkopf 12 in Datenverbindung, wobei Teile derselben auch außerhalb des Messkopfes 12 angeordnet sein können, beispielsweise als ein am Fuß 14 angeschlossener Computer. Die Steuer- und Auswertevorrichtung 22 ist dazu ausgebildet, für eine Vielzahl von Messpunkten X die Distanz d des Laserscanners 10 zu dem (beleuchteten Punkt am) Objekt O aus der Laufzeit des Sendelichtstrahls 18 und des Empfangslichtstrahls 20 zu ermitteln. Hierzu kann beispielsweise die Phasenverschiebung zwischen den beiden Lichtstrahlen 18, 20 bestimmt und ausgewertet werden.
Mittels der (schnellen) Drehung des Rotorspiegels 16 wird entlang einer Kreislinie abgetastet. Mittels der (langsamen) Drehung des Messkopfes 12 relativ zum Fuß 14 wird mit den Kreislinien nach und nach der gesamte Raum abgetastet. Die Gesamtheit der Messpunkte X einer solchen Messung sei als Scan bezeichnet. Das Zentrum C₁₀ des Laserscanners 10 definiert für einen solchen Scan den Ursprung des lokalen stationären Bezugssystems. In diesem lokalen stationären Bezugssystem ruht der Fuß 14.
Jeder Messpunkt X umfasst außer der Distanz d zum Zentrums C₁₀ des Laserscanners 10 als Wert noch eine Helligkeit, welche ebenfalls von der Steuer- und Auswertevorrichtung 22 ermittelt wird. Die Helligkeit ist ein Graustufenwert, welcher beispielsweise durch Integration des bandpass-gefilterten und verstärkten Signals des Lichtempfängers 21 über eine dem Messpunkt X zugeordnete Messperiode ermittelt wird. Optional können mittels einer Farbkamera noch Bilder erzeugt werden, mittels derer den Messpunkten noch Farben (R, G, B) als Wert zugeordnet werden können.
An die Steuer- und Auswertevorrichtung 22 ist eine Anzeigevorrichtung 24 angeschlossen. Die Anzeigevorrichtung 24 ist in den Laserscanner 10 integriert, vorliegend in den Messkopf 12. Die Anzeigevorrichtung 24 zeigt eine Vorschau des Scans an.
Der Laserscanner 10 weist eine Tragstruktur 30 auf, welche als ”Skelett” des Messkopfes 12 dient und an welcher verschiedene Komponenten des Laserscanners 10 befestigt sind. Die metallische Tragstruktur 30 ist vorliegend aus Aluminium einstückig ausgebildet. Von außen sichtbar weist die Tragstruktur 30 oberhalb des Fußes 14 eine Traverse 30a auf, die an beiden Enden zwei Wände 30b trägt, welche parallel zueinander von der Traverse 30a nach oben abstehen. Zwei Schalen 32 sind jeweils als ein zu einer Seite hin offenes Gehäuse ausgebildet, vorzugsweise aus Kunststoff. Jede der beiden Schalen 32 deckt einen Teil der an der Tragstruktur 30 befestigten Komponenten des Laserscanners 10 ab und ist einer der beiden Wände 30b zugeordnet, an welcher sie (mit einer Dichtung abgedichtet) befestigt ist. Somit dienen die Wände 30b und die Schalen 32 als Gehäuse des Laserscanners 10.
Auf der Außenseite jeder der beiden Schalen 32 ist ein – vorzugsweise metallischer – Bügel 34 angeordnet, der die zugeordnete Schale 32 teilweise abdeckt und dadurch schützt. Jeder Bügel 34 ist an der Tragstruktur 30 befestigt, genauer gesagt auf der Unterseite der Traverse 30a. Vorliegend ist jeder Bügel aus Aluminium ausgebildet und seitlich des Fußes 14 an der Traverse 30a angeschraubt. Jeder Bügel 34 läuft von seiner Befestigung an der Unterseite der Traverse 30a aus schräg zur nächstgelegenen Außenecke der zugeordneten Schale 32, von dort aus entlang der Außenkante der Schale 32 zur oberhalb davon gelegenen Außenecke der Schale 32, auf der Oberseite der Schale 32 schräg bis zur Wand 32b, ein kurzes Stück an dieser entlang, und dann spiegelsymmetrisch zum beschriebenen Verlauf auf der Oberseite der Schale 32 schräg zur anderen Außenecke, entlang der Außenkante der Schale 32 zur unterhalb davon gelegenen Außenecke der Schale 32 und schräg zur anderen Befestigung an der Unterseite der Traverse 30a.
Die beiden Bügel 34 zusammen umschreiben einen (konvexen) Raum, innerhalb dessen die beiden Schalen 32 vollständig angeordnet sind, d. h. die beiden Bügel 34 zusammen stehen über alle Außenkanten und Außenflächen der Schalen 32 über. Auf der Oberseite und auf der Unterseite stehen jeweils die schräg verlaufenden Abschnitte der Bügel 34 über die Oberseite bzw. Unterseite der Schalen 32 über, auf den vier anderen Seiten jeweils zwei entlang einer Außenkante der Schalen 32 verlaufenden Abschnitte. Somit werden die Schalen 32 großflächig geschützt. Jeder der Bügel 34 hat zwar primär die Schutzfunktion, insbesondere vor Stößen, welche die Schalen 32 und die darunter angeordneten Komponenten des Laserscanners 10 beschädigen können. Jedoch können weitere Funktionen in einen oder beide Bügel 34 integriert werden, beispielsweise eine Greifmöglichkeit zum Tragen des Laserscanners 10 und/oder eine Beleuchtung.
Auf der Oberseite der Traverse 30a ist ein Prisma 36 vorgesehen, welches parallel zu den Wänden 30b verläuft. Vorliegend ist das Prisma 36 ein angeformter (d. h. einstückig ausgebildeter) Bestandteil der Trägerstruktur 30, jedoch ist auch eine separate Ausbildung und Befestigung an der Traverse 30a denkbar. Wenn der Spiegel 16 rotiert, wirft er den Sendelichtstrahl 18 bei jeder Umdrehung einmal auf die Traverse 30a, genauer gesagt auf das Prisma 36, und bewegt den vom Sendelichtstrahl 18 erzeugten Fleck entlang des Prismas 36. Senkrecht zur Bewegungsrichtung des Flecks des Sendelichtstrahls 18 ist das Profil des Prismas 36 so ausgebildet, dass von der Oberseite der Traverse 30a her zwei nach unten weisende Trapeze herausgearbeitet sind, welche zwischen sich ein nach oben weisendes gleichschenkliches Dreieck herausragen lassen. In der Regel ist der Fleck des Sendelichtstrahls 18 so klein, dass er zwar die Spitze des Dreiecks trifft, aber die Schenkel nur teilweise beleuchtet. Die Oberfläche des Prismas 36 ist so beschaffen, dass entlang der Bewegungsrichtung des Flecks des Sendelichtstrahls 18 wenigstens zwei unterschiedliche Helligkeiten und/oder Farben vorgesehen sind. Beispielsweise kann die zuerst beleuchtete Hälfte eine große Helligkeit (”hellgrau”, ”weiß”) und die nach beleuchtete Hälfte eine kleine Helligkeit (”dunkelgrau”, ”schwarz”) aufweisen. Eine umgekehrte Reihenfolge oder ein Streifenmuster mit mehreren Wechseln der Helligkeiten ist auch möglich.
Aufgrund von Nichtlinearitäten in den elektronischen Bausteinen, beispielsweise im Lichtempfänger 21, hängen die gemessenen Distanzen d von der Signalstärke, d. h. der Helligkeit, der Temperatur und weiteren Parameter ab. Daher ist eine Distanzkorrektur notwendig, welche als Funktion der Helligkeit gespeichert ist und nichtlinear verläuft. Da das Prisma 36 eine bekannte Distanz d und bekannte Helligkeiten hat, kann mit Hilfe des Prismas 36 eine Korrektur der Distanzkorrektur erfolgen, und zwar online, d. h. im laufenden Betrieb können die Einflüsse der Temperatur und der anderen Parameter kompensiert werden, indem an den Helligkeiten des Prismas 36 entsprechenden Werten die Kurve der Distanzkorrektur an den Unterschied zwischen der bekannten Distanz und der gemessenen Distanz angepasst wird. Diese Korrektur der Distanzkorrektur wird vorzugsweise in der Steuer- und Auswertevorrichtung 22 vorgenommen.
Die Traverse 30a weist einen nach unten offenen Aufnahmeschacht auf, in welchen ein Schwenkachsenmodul 40 eingeführt ist. Das Schwenkachsenmodul 40 ist eine vormontierte Baugruppe, welche einerseits an der Tragstruktur 30 zu befestigende Teile und andererseits – relativ dazu drehbar – den Fuß 14 und an ihm befestigte Teile umfasst. Der Fuß 14 weist einen nach oben abstehenden Dom auf, an welchem eine vertikal nach oben abstehende Schwenkachse 42 befestigt, vorliegend angeschraubt, ist. An der Schwenkachse 42 ist ein horizontal angeordnetes Schneckenrad 44 befestigt. Die Schwenkachse 42 trägt einen Innenkopf 46, auf welchem mittels eines Kreuzrollenlagers 47 ein Außenkopf 48 gelagert ist. Am oberen Ende des Innenkopfes 46 ist eine horizontal angeordnete Encoderscheibe 50 befestigt, oberhalb derer der Außenkopf 48 Encoderleseköpfe 52 aufweist. Ferner sind zwischen dem Innenkopf 46 und dem Außenkopf 48 Schleifringe 54 für die interne (d. h. im Schwenkachsenmodul 40 erfolgende) Übertragung der Daten und der Energie der Stromversorgung vorgesehen. Am oberen Ende des Außenkopfes 48 und am unteren Ende des Fußes 14 sind elektrische Steckkontakte 55 für die Übertragung der Daten und Energie vom und zum Messkopf 12 vorgesehen.
Zum Zusammenwirken mit dem Schneckenrad 44 ist ein Motor 56 mit einem Planetengetriebe 57 vorgesehen, welcher in der Tragstruktur 30 gelagert ist und eine Schnecke 58 antreibt, welche mit dem Schneckenrad 44 kämmt. Das beschriebene Schwenkachsenmodul 40 wird in die Traverse 30a eingeführt, so dass die Steckkontakte 55 am Außenkopf 48 mit passenden Gegenkontakte zusammengesteckt werden, die Schnecke 58 mit dem Schneckenrad 44 kämmt, der Außenkopf 48 an der Tragstruktur 30 befestigt werden kann und zwischen dem Fuß 14 und der Trägerstruktur 30 eine Dichtung 59 zu liegen kommt. Im Schwenkachsenmodul 40 sind dann die Schwenkachse 42, das Schneckenrad 44, der Innenkopf 46 und die Encoderscheibe 50 am Fuß 14 befestigt, während relativ dazu drehbar an der Tragstruktur 30 der Außenkopf 48 und die Encoderleseköpfe 52 befestigt und der Motor 56 mit Planetengetriebe 57 und Schnecke 58 gelagert sind. Dadurch ist der Messkopf 12 relativ zum Fuß 14 um eine vertikale Achse drehbar.
Der Laserscanner 10 weist eine integrierte Kühlvorrichtung 70 auf, die mittels Luft kühlt, welche durch abgedichtete Kanäle strömt. Die Kühlvorrichtung 70 umfasst einen Ansaugkanal 72, der vorzugsweise mit rechteckigem Profil ausgebildet ist, einen Lüfter 74 und einen Ausblaskanal 76, der vorzugsweise ebenfalls mit rechteckigem Profil ausgebildet ist.. Der Lüfter 74 ist mit seinem Gehäuse abgedichtet an den Ansaugkanal 72 und an den Ausblaskanal 76 angeschlossen. Der Ansaugkanal 72 ist zwischen dem Motor 56 für die Schwenkbewegung des Messkopfes 12 und einem oberhalb davon angeordneten Motor für die Rotation des Spiegels 16 angeordnet. Der Ausblaskanal 76 ist zwischen dem Motor 56 und eine Elektronik angeordnet.
Der Ansaugkanal 72 öffnet sich zu einem (weitgehend) abgedichteten Zwischenraum Z zwischen der Tragstruktur 30 und der Schale 32. Die Abdichtung des Zwischenraums Z (gegenüber dem Inneren der Tragstruktur 30) verhindert das Eindringen von Schmutz und Staub in das Innere der Tragstruktur. Die Tragstruktur 30 weist unmittelbar neben dem Motor 56 Kühlrippen 78 auf, welche die Wärme aus dem Inneren der Tragstruktur 30 in den Zwischenraum Z leiten. Die Luft gelangt von außen über einen Lufteinlass 80, vorzugsweise ein Lüftungsgitter mit Lamellen, in den Zwischenraum Z. Ein Filter (beispielsweise eine Filtermatte) am Lufteinlass 80 verhindert das Eindringen von grobem Schmutz und Staub in den Zwischenraum Z.
Der Ausblaskanal 76 mündet – gegenüber dem Zwischenraum Z abgedichtet – an einem Luftauslass 82, vorzugsweise einem Lüftungsgitter mit lamellen. Der Lufteinlass 80 und der Luftauslass 82 sind voneinander beabstandet und vorliegend durch den Bügel 34 getrennt in der Schale 32 auf deren Unterseite ausgebildet ist. Vorzugsweise sind die Lamellen der Lüftungsgitter so gerichtet, dass die Luftströme zum Lufteinlass 80 und aus dem Luftauslass 82 heraus voneinander wegweisen, d. h. keine erwärmte Luft angesaugt wird. Zusätzlich verläuft zwischen dem Bereich des Messkopfes 12 mit der Steuer- und Auswertevorrichtung 22 und dem Ansaugkanal 72 eine Wärmeleitung, welche ebenfalls Wärme an die Kühlvorrichtung 70 liefert. Der Lüfter 74 saugt Luft über den Lufteinlass 80, den Zwischenraum Z und den Ansaugkanal 72 an und bläst die Luft über den Ausblaskanal 76 und den Luftauslass 82 wieder aus dem Laserscanner 10 aus. Dadurch erfolgt eine Kühlung.
Vorzugsweise weist der Laserscanner 10 verschiedene Sensoren auf, beispielsweise Thermometer, Neigungsmesser, Höhenmesser, Kompass, Kreiselkompass, GPS etc., die vorzugsweise an die Steuer- und Auswertevorrichtung 22 angeschlossen sind. Mittels der besagten Sensoren werden die Betriebsbedingungen des Laserscanners 10 überwacht, welche durch bestimmte Parameter, beispielsweise geometrische Ausrichtung oder Temperatur, definiert werden. Weisen ein oder mehrerer Parameter einen Drift auf, wird dieser mit den zugeordneten Sensoren erkannt und kann von der Steuer- und Auswertevorrichtung 22 kompensiert werden. Mittels der besagten Sensoren kann auch eine plötzliche Änderung der Betriebsbedingungen erkannt werden, beispielsweise ein die Ausrichtung ändernder Schlag auf den Laserscanner 10 oder eine Verschiebung des Laserscanners 10. Wenn der Umfang der besagten Änderung nicht genau genug erfasst werden kann, ist der Scanvorgang zu unterbrechen oder abzubrechen. Wenn der Umfang der besagten Änderung der Betriebsbedingungen grob abgeschätzt werden kann, kann der Messkopf 12 ein paar Winkelgrade zurückgedreht werden (bis eine Überlappung mit dem Bereich besteht, welcher vor der plötzlichen Änderung gescannt wurde), und der Scanvorgang wird fortgesetzt. Die zwei verschiedenen Teile des Scans können durch Auswertung des überlappenden Bereichs zusammengefügt werden.
Bezugszeichenliste

10: Laserscanner
12: Messkopf
14: Fuß
16: Spiegel
17: Lichtsender
18: Sendelichtstrahl
20: Empfangslichtstrahl
21: Lichtempfänger
22: Steuer- und Auswertevorrichtung
24: Anzeigevorrichtung
30: Tragstruktur
30a: Traverse
30b: Wand
32: Schale
34: Bügel
36: Prisma
40: Schwenkachsenmodul
42: Schwenkachse
44: Schneckenrad
46: Innenkopf
47: Kreuzrollenlager
48: Außenkopf
50: Encoderscheibe
52: Encoderlesekopf
54: Schleifring
55: Steckkontakte
56: Motor
57: Planetengetriebe
58: Schnecke
70: Kühlvorrichtung
72: Ansaugkanal
74: Lüfter
76: Ausblaskanal
78: Kühlrippe
80: Lufteinlass
82: Luftauslass
C₁₀: Zentrum des Laserscanners
d: Distanz
O: Objekt
X: Messpunkt
Z: Zwischenraum

Claims

Vorrichtung zum optischen Abtasten und Vermessen einer Umgebung, die als Laserscanner (10) ausgebildet ist, mit a) einem Lichtsender (17), der einen Sendelichtstrahl (18) aussendet, b) einem Lichtempfänger (21), der einen von einem Objekt (O) in der Umgebung des Laserscanners (10) reflektierten oder sonst irgendwie gestreuten Empfangslichtstrahl (20) empfängt, c) einer Steuer- und Auswertevorrichtung (22), die für eine Vielzahl von Messpunkten (X) jeweils wenigstens die Distanz zum Objekt (O) ermittelt, d) einer Tragstruktur (30) eines Messkopfes (12), welcher relativ zu einem im stationären Bezugssystems des Laserscanners (10) ruhenden Fuß (14) drehbar ist, und e) einem Schwenkachsenmodul (40), welches als vormontierte Baugruppe einerseits den Fuß (14) und andererseits Teile aufweist, die an der Tragstruktur (30) zu befestigen sind, und welches in einen Aufnahmeschacht einer Traverse (30a) der Tragstruktur (30) eingeführt ist, wobei die mechanischen und elektrischen Schnittstellen zwischen dem Schwenkachsenmodul (40) und den an der Tragstruktur (30) befestigten Teilen des Laserscanners (10) aufgrund des Einführens des Schwenkachsenmoduls (40) in den Aufnahmeschacht geschlossen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwenkachsenmodul (40) eine am Fuß (14) befestigte Schwenkachse (42) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwenkachsenmodul (40) ein Schneckenrad (44) aufweist, welches insbesondere an der Schwenkachse (42) befestigt ist, und welches mit einer Schnecke (58) kämmt, welche ein insbesondere im Messkopf (12) gelagerter Motor (56) antreibt.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwenkachsenmodul (40) einen Innenkopf (46), welcher insbesondere am Fuß (14) befestigt ist, und einen Außenkopf (48) aufweist, welcher relativ zum Innenkopf (46) drehbar gelagert ist, insbesondere mittels eines Kreuzrollenlagers (47).
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwenkachsenmodul (40) eine Encoderscheibe (50), die insbesondere am Innenkopf (46) befestigt ist, und wenigstens einen relativ zur Encoderscheibe (50) drehbaren Encoderlesekopf (52), der insbesondere am Außenkopf (48) befestigt ist, aufweist, und/oder dass das Schwenkachsenmodul (40) Schleifringe (54) zwischen den relativ zu einander drehbaren Teilen für die interne Übertragung der Daten und der Energie und/oder Steckkontakte (55) für die Übertragung der Daten und Energie vorn und zum Messkopf (12).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Teil eines Gehäuse des Laserscanners (10) wenigstens eine Schale (32) vorgesehen ist, welche auf ihrer Außenseite teilweise von wenigstens einem als Schutz dienenden Bügel (34) abgedeckt wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fleck des Sendelichtstrahls (18) sich zeitweise entlang eines Prismas (36) des Laserscanners (10) bewegt, welches wenigstens zwei unterschiedliche Helligkeiten und/oder Farben aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserscanner (10) eine Kühlvorrichtung (70) mit einem Zwischenraum (Z) zwischen einer Tragstruktur (30) und einer als Gehäuse dienenden Schale (32) aufweist, welcher sich mittels eines Lufteinlasses (80) nach außen öffnet und ansonsten gegenüber dem Inneren der Tragstruktur (30) und gegenüber der Schale (32) abgedichtet ist.