AT508635A1 - Laserscanvorrichtung zur montage an einem fahrzeug mit anhängerkupplung - Google Patents

Description

PATENTANWALT DiPli.-jNii: Di^TEgtiN.lANDREAS WEISER EUROPEAN PATENT AND TRADEMARK ATTORNEY A-l 130 WIEN · HIETZINGER HAUPTSTRASSE 4 02660 RIEGL Laser Measurement Systems GmbH A-3580 Horn (AT)

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserscanvorrichtung zur Montage an einem Fahrzeug mit Anhängekupplung, mit einem auf der Anhängekupplung abstützbaren Montagemast.

Laserscanvorrichtungen an Fahrzeugen dienen zur terrestrischen Landvermessung in Form des sogenannten Mobile Scanning bzw. Mobile Mapping. Dabei wird die Topographie der Landschaft von einem fahrenden Land- oder Wasserfahrzeug aus erfaßt, welches den Laserscanner trägt. Mobile Scanning-Systeme sind wesentlich kostengünstiger als luft- oder satellitengestützte Vermessungssysteme und können überdies aus Luftsicht unzugängliche Gebiete erfassen, beispielsweise Straßenzüge, Wasserstraßen, Tunnels, Bergwerksbauten usw.

Die Montage einer Laserscanvorrichtung an einem Mobile-Scanning-Fahrzeug unterliegt mehreren Anforderungen. Zum einen sollte die Montage so hoch wie möglich sein, weil die Laserabtastung sonst durch am Straßenrand parkende Fahrzeuge behindert werden könnte. Zum anderen sollte sie aber auch nur so hoch sein, daß die Durchfahrt unter Leitungen, Brücken und durch Tunnels nicht beeinträchtigt wird. Der Luftwiderstand des Fahrzeuges sollte nicht über Gebühr erhöht werden, und bei Nichtgebrauch sollte die Laserscanvorrichtung zum Schutz demontiert werden können. Schließlich ist zu berücksichtigen, daß Mobile Scanning-Systeme bei Bestückung mit mehreren Laser- TEL.: (+43 1) 879 17 06 · FAX: (+43 1) 879 17 07 'EMAIL: MAIL@PATENTE.NET - WEB: WWW.PATENTE.NET ERSTE BANK: 038-56704 BLZ: 20111 IBAN: ATI02011100003856704 · BIC: GIBAATWW · VAT: AT U 53832900

Scannern ein beträchtliches Gewicht von bis zu 100 kg erreichen können, was entsprechende Anforderungen an die Stabilität und Handhabbarkeit stellt.

Derzeit gibt es keine Laserscanvorrichtungen, welche diese Anforderungen zufriedenstellend erfüllen. Zwar wurden bereits Laserscanvorrichtungen vorgeschlagen, die einen auf der Anhängekupplung abgestützten und an der Dachreling des Fahrzeugs abgestrebten Montagemast besitzen, doch sind die bekannten Vorrichtungen nur als eine Einheit am Fahrzeug montier- und demontierbar und aufgrund ihrer Größe und ihres Gewichts äußerst schwer handhabbar.

Die Erfindung setzt sich zum Ziel, die Nachteile des bekannten Standes der Technik zu überwinden und eine Laserscanvorrichtung der einleitend genannten Art zu schaffen, welche alle genannten Anforderungen gleichermaßen erfüllt. Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der Montagemast an seinem oberen Ende eine Schnellkupplung zur lösbaren Verankerung zumindest eines Laserscannermoduls trägt.

Auf diese Weise kann das Laserscannermodul mitsamt den schweren Laserscannern einfach und rasch für Transport- und Schutzzwecke abgenommen und für den Betrieb wieder aufgesetzt werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Montagemast bei abgenommenem Laserscannermodul das Fahrzeug im wesentlichen nicht überragt, was sowohl der Luftwiderstand verringert als • ·« · · ·♦ · · ·

auch die Handhabung des schweren Laserscannermoduls erleichtert .

Bevorzugt ist die Schnellkupplung durch eine Schwalbenschwanzführung zum etwa horizontalen Einschieben eines entsprechend komplementär gestalteten Laserscannermoduls gebildet. Dies erleichtert das Verbinden des Laserscannermoduls mit dem Montagemast beträchtlich: Das Laserscannermodul kann so z.B. von rückwärts auf den am Fahrzeugheck montierten Montagemast aufgeschoben werden.

Um die Stabilität der Montage zu erhöhen, kann der Montagemast in an sich bekannter Weise mittels Streben, bevorzugt Gelenkstreben, am Fahrzeug abgestrebt werden, besonders bevorzugt an einer Dachreling desselben. Diese Ausführungsform eröffnet auch die Möglichkeit, den Montagemast mit einem Stoßdämpfer für die Schnellkupplung auszustatten, um das Laserscannermodul stoßgedämpft zu lagern.

Falls erforderlich, kann der Montagemast in an sich bekannter Weise teleskopierend ausfahrbar sein, wodurch höhere Standpunkte für die Laserabtastung erreicht werden können, z.B. bei stillstehendem Fahrzeug.

Eine weitere besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, die zur Montage an einer Anhängekupplung mit einem Lagerball bestimmt ist, zeichnet sich dadurch aus, daß der Montagemast mit seinem unteren Ende auf dem Lagerball aufruht und daran mit einer Klemme festsetzbar ist. Dadurch können herkömmliche PKW-Anhängekupplungen als kostengünstige und be- reits typisierte Verankerungspunkte zur Montage herangezogen werden, so daß Umbauten oder Zusatztypisierungen am Fahrzeug nicht erforderlich sind.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung umfaßt das Laserscannermodul zumindest einen Laserscanner und eine Trägheitsmeßeinrichtung, die in einer gemeinsamen Achse etwa Übereinanderliegen. Dies verringert zum einen die seitliche Auskragung und erhöht die Stabilität, zum anderen wird die Auswertung bzw. Korrelation der Daten des Laserscanners und der Trägheitsmeßeinrichtung vereinfacht, wenn diese eine gemeinsame Achse haben.

Besonders günstig ist es, wenn das Laserscannermodul zumindest einen unteren 2D-Laserscanner und bevorzugt zumindest einen oberen 3D-Laserscanner aufweist.

Unter einem „2D-Laserscanner" wird in der vorliegenden Beschreibung ein Laserscanner verstanden, dessen Laserabtaststrahl sich nur innerhalb einer einzigen Abtastebene bewegt, d.h. einen einzigen Strahlfächer auf die Umgebung aussendet, um aus der Reflexion ein 2D-Profil der Umgebung zu erstellen, welches der Schnittlinie der Abtastebene mit dem Umgebungsrelief entspricht. Durch Fortbewegen des Fahrzeugs in einer ab-tastebenen-fremden Fahrtrichtung kann dann aus mehreren aufeinanderfolgenden 2D-Profilen ein 3D-Abbild der Umgebung erstellt werden.

Unter einem „3D-Laserscanner" wird in der vorliegenden Beschreibung ein Laserscanner verstanden, dessen Laserabtast- strahl in beliebige Richtung gerichtet werden kann, z.B. durch Verdrehen eines Strahlfächers um eine zusätzliche Achse, wodurch auch bei stillstehendem Fahrzeug ein 3D-Abbild der Umgebung erzeugt werden kann.

Durch die erfindungsgemäße Übereinanderanordnung eines 3D-und eines 2D-Laserscanners wird einerseits die seitliche Auskragung verringert und damit die Stabilität der Montage erhöht und anderseits kann die gegenseitige Beeinträchtigung der Blickfelder der Laserscanner minimiert werden.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der 2D-Laserscanner ein 360°-2D-Laserscanner ist, mit seiner oberen Abtastebenenhälfte zur Fahrtrichtung gekippt und gegenüber dem 3D-Laserscanner nach hinten versetzt ist, so daß seine Abtastebene den 3D-Laserscanner ungehindert passiert.

Unter einem „360°-2D-Laserscanner" wird in der vorliegenden Beschreibung ein 2D-Laserscanner verstanden, dessen Laserabtaststrahl in der Abtastebene um volle 360° rotiert.

Durch die erfindungsgemäße versetzte Anordnung können ein 360°-2D-Laserscanner und ein 3D-Laserscanner in vorteilhafter Weise an einem einzigen Montagemast gelagert werden, ohne sich gegenseitig zu behindern.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Laserscanner, bevorzugt der 2D-Laserscanner, in verschiedenen wählbaren Winkelstellungen am Laserscannermodul festsetzbar sind, um die

Vorrichtung an unterschiedliche Montagesituationen und Einsatzzwecke anpassen zu können.

Bevorzugt umfaßt das Laserscannermodul zu diesem Zweck einen Gehäuserahmen, der an seiner Unterseite die Schnellkupplung aufweist, an seiner Oberseite den 3D-Laserscanner trägt und in seinem Inneren den 360°-2D-Laserscanner nach hinten aus.kragend lagert, was eine überaus kompakte und geschützte Anordnung ergibt, die auch beliebige Schrägstellungen des 360°-2D-Laserscanners ermöglicht.

Der genannte Gehäuserahmen kann in vorteilhafter Weise dazu herangezogen werden, in seinem Inneren die Trägheitsmeßeinrichtung sowie eine Satellitennavigationseinrichtung zu beherbergen und an seiner Oberseite, bzw. an der Oberseite des 3D-Laserscanners, falls ein solcher vorhanden, eine Antenne für die Satellitennavigationseinrichtung zu tragen.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung kann das Laserscannermodul zusätzlich zumindest eine Kamera zur fotographischen Aufnahme der Fahrzeugumgebung tragen.

Schließlich ist es auch besonders günstig, wenn das Laserscannermodul einen gemeinsamen Anschluß für alle seine elektrischen Komponenten besitzt, so daß diese z.B. durch Schließen einer einzigen elektrischen Kupplung mit dem Fahrzeugbordnetz und/oder externen Geräten verbunden werden können, was die praktische Handhabung weiter erleichtert.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den beigeschlossenen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 die Laserscanvorrichtung der Erfindung in der Montagestellung an einem Fahrzeug in der Seitenansicht;

Fig. 2 die Laserscanvorrichtung von Fig. 1 in einer teilweise aufgebrochenen Seiteansicht vor dem Schließen der Sehnellkupplung; und die Fig. 3 und 4 die Laserscanvorrichtung von Fig. 1 in der Rückansicht bzw. der Draufsicht.

In den Fig. 1 bis 4 ist eine Laserscanvorrichtung 1 zur Montage an einer Anhängerkupplung 2 eines Fahrzeugs 3 dargestellt. Die Laserscanvorrichtung 1 umfaßt einen etwa vertikale n Montagemast 4, der an seinem unteren Ende auf einem Kugelkopf bzw. Lagerball 5 der Anhängekupplung 2 aufruht. Zusätzlich kann der Montagemast 4 den Lagerball 5 mit einer Klemme 6 von den Seiten her fest umgreifen.

Die Anhängekupplung 2 mit dem Lagerball 5 ist bevorzugt von der Art einer herkömmlichen PKW-Anhängekupplung, wie sie für leichte Anhänger, Wohnwagen usw. allgemein gebräuchlich ist.

An seinem oberen Ende ist der Montagemast 4 mit einer Schnellkupplung 7 zur lösbaren Verankerung eines Laserscannermoduls 8 versehen, das später noch ausführlicher beschrieben wird. Unterhalb der Schnellkupplung 7 greifen zwei Streben 9 an, mit welchen der Montagemast 4 am Fahrzeug 3 abgestrebt ist, und zwar bevorzugt an Dachrelingschienen 10 des Fahrzeugs 3.

Der Montagemast 4 kann einen integrierten Stoßdämpfer enthalten, wie bei 11 schematisch angedeutet, beispielsweise in Form einer Gasdruckfeder oder einer Metallfeder mit Hydraulikdämpfung. Zur Aufnahme der Federbewegung des Montagemasts 4 können die Streben 9 Gelenkstreben sein, entweder indem sie ein integriertes Gelenk aufweisen oder an ihren Angriffspunkten 12, 13 an den Dachrelingsschienen 10 einerseits und dem Montagemast 4 anderseits jeweils schwenkbar angelenkt sind. Wenn die Streben 9 starr sind, könnte der Stoßdämpfer 11 auch zwischen dem Angriffspunkt 13 der Streben 9 und der Schnellkupplung 7 liegen oder in letztere integriert sein.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, hat der Montagemast 4 bevorzugt eine solche Länge, daß er bei abgenommenem Laserscannermodul 8 - einschließlich des an ihm verbleibenden Kupplungsteiles 14 der Schnellkupplung 7 - das Fahrzeug 3 in der Höhe im wesentlichen nicht überragt, um den Luftwiderstand des Fahrzeugs 3 bei abgenommenem Laserscannermodul 8 zu minimieren und das Montieren des Laserscannermoduls 8 zu erleichtern. Dessen ungeachtet kann der Montagemast 4 teleskopierend sein, um die Schnellkupplung 7 mit dem Laserscannermodul 8 auf eine größere Höhe ausfahren zu können, falls gewünscht.

Die Schnellkupplung 7 kann von jeder in der Technik bekannten Art sein, die ein rasches Öffnen und Schließen und eine stabile Verankerung im geschlossenen Zustand ermöglicht, beispielsweise ein Bajonettverschluß, ein Schnappverschluß usw. Bevorzugt umfaßt die Schnellkupplung 7 eine Schwalbenschwanzführung 14, in welche das Laserscannermodul 8 mit einer entsprechend komplementär gestalteten Schwalbenschwanzschiene 15 etwa horizontal einschiebbar ist und darin mittels entsprechender Rastklinken, Schrauben oder Stifte 16 fixierbar ist.

Wie aus den Fig. 2 bis 4 im Detail ersichtlich, umfaßt das Laserscannermodul 8 einen Gehäuserahmen 17, der an seiner Unterseite den anderen Teil der Schnellkupplung 7 trägt, d.h. im gezeigten Beispiel die Schwalbenschwanzschiene 15, und in der Lage ist, verschiedene Laserscanner und zugehörige Elektronikkomponenten modulartig zusammenstellbar zu lagern.

So erhält der Gehäuserahmen 17 z.B. ein Elektronikabteil 18 zur Aufnahme einer Trägheitsmeßeinrichtung („inertial mea-surement unit", IMU) und einer Satellitennavigationseinrichtung („global navigation satellite System", GNSS), mit deren Hilfe die Bewegungsbahn und -Orientierung („Trajektorie") des Laserscannermoduls 8 ermittelt und als Referenz für die Laserscannerdaten bereitgestellt werden kann, wie dem Fachmann bekannt .

Ferner lagert der Gehäuserahmen 17 einen oder mehrere Laserscanner, u.zw. im gezeigten Beispiel einen 360°-2D-Laserscanner 19, dessen Scannerkopf 20 einen in der Abtastebene 21 um volle 360° umlaufenden Laserabtaststrahl erzeugt. Ein Beispiel eines derartigen 360°-2D-Laserscanners ist das Produkt mit der Markenbezeichnung VQ® 250 der Firma RIEGL Laser ·« ♦·· it>: -:

Measurement Systems GmbH in Horn, Österreich. Der Scannerkopf 20 ist derart schräggestellt, daß die obere Hälfte der Abtastebene 21 zur Fahrtrichtung gekippt ist.

An seiner Oberseite trägt der Gehäuserahmen 17 einen 3D-Laserscanner 22, dessen Scannerkopf 23 über ein schlitzförmiges Austrittsfenster 24 einen ganzen Fächer 25 von Laserabtaststrahlen aussendet und zusätzlich um seine Hochachse rotieren kann. Ein Beispiel eines derartigen 3D-Laserscanners ist das Produkt mit der Markenbezeichnung VZ® 400 der Firma RIEGL Laser Measurement Systems GmbH in Horn, Österreich. Die Hochachse des 3D-Laserscanners 22 verläuft bevorzugt genau durch den Beschleunigungsmeßpunkt der Trägheitsmeßeinrichtung im Elektronikabteil 18, was die Scannerdatenverarbeitung vereinfacht .

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist der Scannerkopf 20 des 360°-2D-Laserscanners 19 gegenüber dem 3D-Laserscanner 22 nach hinten versetzt, sodaß die Abtastebene 21 des 360°-2D-Laserscanners 19 den 3D-Laserscanner 22 ungehindert passieren kann.

Die Laserscanner 19, 22, insbesondere der 2D-Laserscanner 19, sind dabei bevorzugt in verschiedenen wählbaren Winkelstellungen am Laserscannermodul 8 festsetzbar, beispielsweise mit Hilfe unterschiedlich geneigter und modular austauschbarer Lagerkeile im Gehäuserahmen 17 oder mit einer arretierbaren Schwenklagerung.

Auf der Oberseite des 3D-Laserscanners 22 kann eine Antenne 26 für die Satellitennavigationseinrichtung des Elektronikabteils 18 montiert werden. Wenn der 3D-Laserscanner 22 entfällt, kann die Antenne 26 auch direkt auf der Oberseite des Gehäuserahmens 17 montiert werden.

Der Gehäuserahmen 18 kann ferner auf seinen beiden Seiten jeweils eine Kamera 27, 28 zur optischen Erfassung der Fahrzeugumgebung tragen.

Das Laserscannermodul 8, insbesondere der Gehäuserahmen 17, ist bevorzugt mit einem einzigen gemeinsamen elektrischen Anschluß, z.B. einem Multipin-Steckverbinder, zur Kontaktierung aller seiner elektronischen Komponenten ausgestattet.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern umfaßt alle Varianten und Modifikationen, die in den Rahmen der angeschlossenen Ansprüche fallen.

Claims (15)

1. Patentansprüche: 1. Laserscanvorrichtung zur Montage an einem Fahrzeug mit Anhängekupplung, mit einem auf der Anhängekupplung ab-stützbaren Montagemast, dadurch gekennzeichnet, daß der Montagemast (4) an seinem oberen Ende eine Schnellkupplung (7) zur lösbaren Verankerung zumindest eines Laserscannermoduls (8) trägt.
2. 2. Laserscanvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Montagemast (4) bei abgenommenem Laserscannermodul (8) das Fahrzeug (3) im wesentlichen nicht überragt.
3. 3. Laserscanvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnellkupplung (7) durch eine Schwalbenschwanzführung (14) zum etwa horizontalen Einschieben eines entsprechend komplementär (15) gestalteten Laserscannermoduls (8) gebildet ist.
4. 4. Laserscanvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Montagemast (4) in an sich bekannter Weise mittels Streben (9), bevorzugt Gelenkstreben, am Fahrzeug (3) abstrebbar ist, bevorzugt an einer Dachreling (10) desselben.
5. 5. Laserscanvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Montagemast (4) einen Stoßdämpfer (11) für die Schnellkupplung (7) enthält. • · • · · ·_* 1«Q· _· • · · · · J-·-1· ·
6. 6. Laserscanvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Montagemast (4) in an sich bekannter Weise teleskopierend ausfahrbar ist.
7. 7. Laserscanvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Montage an einer Anhängekupplung (2) mit einem Lagerball (5), dadurch gekennzeichnet, daß der Montagemast (4) mit seinem unteren Ende auf dem Lagerball (5) auf ruht und daran mit einer Klemme (6) festsetzbar ist.
8. 8. Laserscanvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Laserscannermodul (8) zumindest einen Laserscanner (19, 22) und eine Trägheitsmeßein richtung (18) umfaßt, die in einer gemeinsamen Achse etwa Übereinanderliegen.
9. 9. Laserscanvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Laserscannermodul (8) zu mindest einen unteren 2D-Laserscanner (19) und bevorzugt zumindest einen oberen 3D-Laserscanner (22) aufweist.
10. 10. Laserscanvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß der 2D-Laserscanner (19) ein 360°-2D-Laserscanner ist, mit seiner oberen Abtastebenenhälfte zur Fahrtrichtung gekippt und gegenüber dem 3D-Laserscanner (22) nach hinten versetzt ist, so daß seine Abtastebene (21) den 3D-Laserscanner (22) ungehindert passiert.
11. 11. Laserscanvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserscanner (19, 22), bevorzugt der 2D-Laserscanner (19), in verschiedenen wählbaren Winkelstellungen am Laserscannermodul (8) festsetzbar sind.
12. 12. Laserscanvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Laserscannermodul (8) einen Gehäuserahmen (17) umfaßt, der an seiner Unterseite die Schnellkupplung (7) aufweist, an seiner Oberseite den 3D-Laserscanner (22) trägt und in seinem Inneren den 360°-2D-Laserscanner (19) nach hinten auskragend lagert.
13. 13. Laserscanvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuserahmen (17) in seinem Inneren die Trägheitsmeßeinrichtung (18) sowie eine Satellitennavigationseinrichtung (18) beherbergt und an seiner Oberseite, bzw. an der Oberseite des 3D-Laserscanners (22), falls ein solcher vorhanden, eine Antenne (26) für die Satellitennavigationseinrichtung trägt.
14. 14. Laserscanvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Laserscannermodul (8) zumindest eine Kamera (27, 28) zur fotographischen Aufnahme der Fahrzeugumgebung trägt.
15. 15. Laserscanvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Laserscannermodul (8) einen gemeinsamen Anschluß für alle seine elektrischen Komponenten besitzt.