AT510045A4

AT510045A4 - Drehspiegel für einen laserscanner

Info

Publication number: AT510045A4
Application number: AT16182010A
Authority: AT
Inventors: Johannes Dr Riegl; Rainer Ing Reichert
Original assignee: Riegl Laser Measurement Sys
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2010-09-28
Publication date: 2012-01-15
Also published as: AT510045B1

Description

PATENTANWALT QlPi„-BNG. DfcTfcCHN .lANDREAS WKISER EUROPEAN PATENT AND TRADEMARK ATl'ORNHY Λ“1130WIEN KOPFGASSE? 03919 RIEGL Laser Measurement Systems GmbH A-3580 Horn <AT)

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehspiegel für einen Laserscanner, mit einem etwa pyramidenförmigen Körper, dessen Pyramidenachse die Drehachse und dessen dazu geneigte Pyramidenseiten die Spiegelflächen des Drehspiegels bilden.

Derartige Drehspiegel werden in Laserscannern verwendet, um einen etwa axialparallel auf eine Spiegelfläche gerichteten Laserabtaststrahl durch Drehen des Drehspiegels periodisch über einen Abtastwinkelbereich zu verschwenken, wodurch sich ein ebener oder gekrümmter Abtastfächer ergibt. Wird der Drehspiegel mit unterschiedlich stark geneigten Pyramidenseiten bzw. Spiegelflächen versehen, können sogar mehrere voneinander divergierende Abtastfächer ausgesandt werden.

Die Fertigung von Drehspiegeln mit unterschiedlich geneigten Spiegelflächen wirft Probleme auf, wenn mehr als drei Seiten mit mehr als zwei verschiedenen Neigungen ausgebildet werden sollen und dabei die Abtastfächer und damit die Spiegelflächen gleiche Winkelsektoren abdecken sollen: Die unterschiedlichen Neigungen der Pyramidenseiten führen hier zu rückspringenden Kanten bzw. Stufen an den Verbindungsstellen der Pyramidenseiten, was eine spanende Oberflächenbearbeitung der Pyramidenseiten zur Herstellung der Neigungen und Spiegel- ΤΚΚ: (+13 1) 8?9 17 06 · FAX: (+43 1) 879 17 07 - EMAIL: ΜΛΙΙΛό)ΡΛΤΚΝΤΙIN 1ΊΤ -WEB: \ΧΛΧΛΧ\1>ΛΤΙ·ΝΤΙ·.ΝΚΓ KRSXK BANK: 038-56704 - BlKr 20111 · ΙΒΛΝ: ΛΤ102011100003856704 BIG GIBAATWW VA I: ΛΤ U 53832900 flächen erschwert und das Polieren der Spiegelflächen unmöglich macht.

Die Erfindung setzt sich zum Ziel, einen Drehspiegel für einen Laserscanner zu schaffen, der unterschiedlich geneigte Spiegelflächen besitzt, um damit unterschiedlich geneigte Abtastfächer abstrahlen zu können, und der dabei auf einfache Weise gefertigt werden kann.

Dieses Ziel wird mit einem Drehspiegel der einleitend genannten Art erreicht, der sich in einer ersten Ausführungsform der Erfindung dadurch auszeichnet, dass der Körper aus zumindest drei Teilkörpern zusammengesetzt ist, die jeweils zumindest eine der Pyramidenseiten bilden, wobei die Neigung zumindest einer Pyramidenseite eines Teilkörpers sich von der Neigung zumindest einer Pyramidenseite eines anderen Teilkörpers unterscheidet. In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist der Körper aus zumindest zwei Teilkörpern zusammengesetzt, die jeweils zumindest zwei einander gegenüberliegende oder aneinander angrenzende der Pyramidenseiten bilden, wobei die Neigung zumindest einer Pyramidenseite eines Teilkörpers sich von der Neigung zumindest einer Pyramidenseite eines anderen Teilkörpers unterscheidet.

Mit Hilfe der Erfindung wird die Spiegelpyramide in einzelne Teilkörper modularisiert, welche jeweils eine geringere Anzahl von unterschiedlichen Spiegelflächeneigungen haben als die gesamte Spiegelpyramide und damit für sich betrachtet weiterhin mit herkömmlichen Oberflächenbearbeitungsverfahren wie

Span-,

Fräs-,

Schleif-,

Polier-,

Hon- oder Läppschritten od.dgl. gefertigt werden können, ohne dass rückspringende Kanten oder Stufen hierbei hinderlich wären. Auf diese Weise lässt sich ein pyramidenförmiger Drehspiegel mit einer Vielzahl unterschiedlicher Spiegelneigungen hersteilen.

In einer besonders vorteilhaften Variante der zweiten Ausführungsform der Erfindung mit zumindest zwei Teilkörpern, die jeweils zumindest zwei Pyramidenseiten umfassen, bildet jeder Teilkörper zumindest zwei einander diametral gegenüberliegende Pyramidenseiten. Dadurch können die Teilkörper symmetrisch ausgebildet und der Drehspiegel auf einfache Weise gewuchtet werden.

Besonders günstig ist es, wenn die Pyramidenseiten eines Teilkörpers gleiche Neigung haben, was sowohl die Fertigung als auch das Wuchten erleichtert.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung besitzt. jeder Teilkörper eine Nabe und davon radial abstehende Flügelteile, welche die Pyramidenseiten bilden, wobei bevorzugt die Teilkörper in Pyramidenachsenrichtung mit übereinanderliegenden Naben zusammengesetzt sind. Dadurch können die einzelnen Teilkörper formschlüssig ineinandergreifend zu einem pyramidenförmigen Drehspiegel zusammengesetzt werden, was eine stabile und einfache auswuchtbare Konstruktion ergibt, die auch über lange Zeit ausgewuchtet bleibt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigeschlossenen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine erste Ausführungsform des Drehspiegels der Erfindung in der Verwendungsstellung in einem ausschnittsweise und schematisch dargestellten Laserscanner in einer Perspektivansicht ; die Fig. 2 und 3 eine zweite Ausführungsform des Drehspiegels der Erfindung im zusammengebauten Zustand bzw. in gesprengter Darstellung jeweils in einer Perspektivansicht; und die Fig. 4 und 5 eine dritte Ausführungsform des Drehspiegels der Erfindung im zusammengebauten Zustand bzw. in gesprengter Darstellung jeweils in einer Perspektivansicht.

In Fig. 1 ist schematisch ein Laserscanner 1 gezeigt, der einen Drehspiegei 2 umfasst, welcher auf einer Welle 3 montiert ist und von einem Motor 4 gedreht wird. An den Motor 4 ist ein Drehwinkelkodierer bzw. -sensor 5 angeflanscht, welcher die aktuelle Stellung des Drehspiegels 2 misst bzw. kodiert und an eine Elektronikeinheit 6 signalisiert.

Der Drehspiegel 2 hat in dem Beispiel von Fig. 1 die Form einer vierseitigen Pyramide, deren Pyramidenachse 2' seine Drehachse ist. Die zur Drehachse 2' geneigten Pyramidenseiten 7-10 bilden die Spiegelflächen des Drehspiegels 2.

Die Spiegelflächen 7 - 10 werden beispielsweise durch Spanen, Fräsen, Schleifen, Polieren, Honen und/oder Läppen der Seiten eines pyramidenförmigen Voll- oder Hohlkörpers, welcher den Drehspiegel 2 aufbaut, gefertigt. Alternativ könnten die Spiegelflächen auch durch Beschichten, Bedampfen, Bekleben usw. der Pyramidenseiten mit hochreflektierendem Material aufgebaut werden.

Es versteht sich, dass in der vorliegenden Beschreibung unter dem Begriff „Pyramidenform" jede beliebige Art von Pyramide mit beliebiger polygonzugförmiger Grundfläche (Basis) verstanden wird, u.zw. sowohl gerade als auch „schiefe" Pyramiden (Pyramidenachse nicht senkrecht zur Grundachse), regelmäßige als auch unregelmäßige Pyramiden, spitze oder „stumpfe" Pyramiden („Pyramidenstumpfe"), sowie auch solche Pyramiden, die an ihrer Spitze und/oder Basis beschnitten sind, wie die in den Fig. 1-5 gezeigten Pyramiden, deren Basis kreisförmig beschnitten ist, um den Luftwiderstand bei der Drehung zu verringern .

Auf den Drehspiegel 2 ist ein Lasersender 11 gerichtet, der einen Laserstrahl 12 auf die Spiegelflächen 7-10 aussendet, u.zw. auf jeweils eine während deren Drehung, so dass der Laserstrahl 12 durch die Drehbewegung des Drehspiegels 2 periodisch über einen Abtastwinkel α verschwenkt wird, um einen Abtastfächer 13 zu bilden. Mit dem Abtastfächer 13 kann beispielsweise eine Oberfläche 14 „zeilenweise" abgetastet werden, wenn der Abtastfächer 13, d.h. der gesamte Laserscanner 1, in einer abtastebenenfremden Richtung 15, z.B. normal zum Abtastfächer 13, über die Oberfläche 14 bewegt wird.

Die Reflexionen des Laserstrahls 12 bzw. Abtastfächers 13 von der Oberfläche 14 werden mit einem Laserempfänger 16 de-tektiert, der die reflektierten Strahlen - wieder über den Weg des Drehspiegels 2 - zurückempfängt, in elektrische Signale umwandelt und der Elektronikeinheit 6 zur Auswertung zuführt. Letztere steuert dazu den Lasersender 11 entsprechend an, z.B. getriggert, gepulst, moduliert usw., wie in der Technik bekannt .

Der hier betrachtete Drehspiegel 2 ist von einer speziellen Art, u.zw. hat zumindest eine der Pyramidenseiten 7-10 eine andere Neigung gegenüber der Drehachse 2' als die übrigen Pyramidenseiten 7 - 10. Dadurch ergeben sich bei der Drehung des Drehspiegels 2 nicht nur ein einziger Abtastfächer 13, sondern je nach Anzahl der Neigungen zwei, drei oder mehr Abtastfächer 13, 17 usw., die voneinander divergieren. Laserscanner dieser Art werden für unterschiedliche Anwendungszwecke benötigt, beispielsweise zur Erfassung von Hinterschneidungen der Oberfläche 14 für Kompensations- oder Differenzmessungen durch zweimaliges Abtasten derselben Oberfläche 14 od.dgl.

Um die Fertigung eines Drehspiegels 2 mit unterschiedlich geneigten Pyramidenseiten bzw. Spiegelflächen 7 - 10 zu erleichtern bzw. ermöglichen, wird der Grundkörper des Drehspiegels 2 in Teilkörper modularisiert, wie nun im Detail anhand der Fig. 2 bis 5 erläutert wird.

Die Fig. 2 und 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Drehspiegels 2 in Form einer sechsseitigen geraden Pyramide mit einer kreisförmig (bzw. zylindrisch) beschnittenen Basis 18, an der sich ein kurzer zylindermantelförmiger Rand 19 einstellt. Die Spitze der Pyramide ist durch eine basisparallele Deckfläche 20 beschnitten, in welcher eine Axialbohrung 21 für den Durchtritt der Welle 3 ausmündet.

Von den sechs die Spiegelflächen des Drehspiegels 2 bildenden Pyramidenseiten 22 - 27 haben jeweils zwei diametral gegenüberliegende dieselbe Neigung zur Drehachse 2', wobei jedes Seitenpaar 22/25, 23/26 und 24/27 eine andere Neigung haben kann als die beiden anderen Paare. Dadurch können drei Abtastfächer 13, 17 usw. erzeugt werden.

Wenn danach getrachtet wird, die Winkelsektoren der Spiegelflächen 20 - 27 möglichst gleich zu halten, um möglichst gleiche Abtastwinkel a für die Abtastfächer 13, 17 usw. zu erreichen, ergeben sich an zumindest einer Verbindungskante zwischen den Pyramidenseiten bzw. Spiegelflächen 22 - 27 Stufen 28, welche die Fertigung des Drehspiegels 2 erschweren.

Um dieses Fertigungsproblem zu lösen bzw. abzumildern, wird der pyramidenförmige Körper des Drehspiegels 2 in zumindest zwei Teilkörper 29, 30 modularisiert, wie in Fig. 3 in gesprengter Darstellung gezeigt: Jeder Teilkörper 29 bildet zumindest eine der Pyramidenseiten bzw. Spiegelflächen 22 - 27 des Drehspiegels 2. Im gezeigten Beispiel bildet der Teilkör- per 29 die Pyramidenseiten 22, 25 und der Teilkörper 30 die Pyramidenseiten 23, 24, 26, 27.

Jeder Teilkörper 29, 30 besitzt bevorzugt eine zentrale Nabe 31, 32, von der kreissektorförmige Flügelteile radial abstehen, die an ihren Oberseiten die Pyramidenseiten bzw. Spiegelflächen 22 - 27 darbieten. Wenn die Naben 31, 32 eine entsprechende axiale Höhe und einen entsprechenden axialen Versatz haben, können die beiden Teilkörper 29, 30 mit übereinanderliegenden Naben 31, 32 komplementär ineinandergreifend zu-sammengesteckt werden, wie aus Fig. 3 ersichtlich.

Durch die Aufteilung des Drehspiegels 2 in Teilkörper 29, 30 können diese jeweils gesondert mittels herkömmlicher Span-, Fräs-, Schleif-, Polier-, Hon-, Läpp- od.dgl. Verfahren bearbeitet werden, um jeweils die entsprechenden Neigungen für ihre Pyramidenseiten 22 - 27 auszubilden, ohne dabei durch Stufen 28 beeinträchtigt oder behindert zu sein. Die Spiegelflächen können sich dabei durch den Bearbeitungsvorgang der Oberflächen der Teilkörper 29, 30 direkt ergeben, oder anschließend durch Beschichten, Bedampfen usw. derselben ausgebildet werden.

Bei den .in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsformen sind die Teilkörper 29, 30 jeweils symmetrisch bezüglich der Drehachse 2', so dass sie für sich gewuchtet werden können, was die Wuchtuna des Drehspiegels 2 im zusammengebauten Zustand vereinfacht, wenn nicht sogar erübrigt. Es versteht sich jedoch, dass die Modularisierung des Drehspiegels 2 in Teil- körper 29, 30 auch auf andere Weise gewählt werden kann, z.B. mit nicht einander diametral gegenüberliegenden Pyramidenseiten, so dass sich Teilkörper ergeben, die bezüglich ihrer Nabe 31, 32 bzw. der Drehachse 2' des Drehspiegels 2 asymmetrisch sind.

Die Fig. 4 und 5 zeigen ein derartiges Beispiel mit einer dreiseitigen Pyramidengrundform für den Drehspiegel 2. Hier sind drei Teilkörper 33, 34, 35 vorgesehen, die jeweils einen propellerartigen Flügelteil besitzen, welcher an seiner Oberfläche eine der Pyramidenseiten 36 - 38 des Drehspiegels 2 darbietet, u.zw. über einen Sektor von 120°, und an seinem zentralen Ende mit einer Nabe 39 - 41 ausgestattet ist. Die Naben 39 bis 41 liegen im zusammengebauten Zustand des Drehspiegels 2 in der Drehachse 2' übereinander und besitzen fluchtende Bohrungen 21, über welche sie auf die Welle 3 aufgefädelt werden können. Jede der Pyramidenseiten bzw. Spiegelflächen 36 - 38 der Teilkörper 33 - 35 kann eine andere Neigung zur Drehachse 2' haben, um drei verschiedene Abtastfächer usw. 13, 17 zu erzeugen.

Es versteht sich, dass das in den Fig. 2 bis 5 dargestellte Modularisierungsprinzip beliebig vervielfacht werden kann, wobei einzelne oder mehrere der Teilkörper 29, 30, 33 - 35 auch jeweils mehr als eine Pyramidenseite 22 - 27, 36 - 38, sei es jeweils mit gleichen oder unterschiedlichen Neigungen wie anhand des Teilkörpers 30 der Fig. 2 und 3 veranschaulicht, bilden kann. So können z.B. auch mehr als zwei symmet- rische oder asymmetrische Teilkörper propellerartig mit übereinanderliegenden Naben zusammengesteckt werden.

Als Material für die Fertigung der Teilkörper 29, 30, 33 -35 eignet sich jedes stabile, bearbeitbare Material, beispielsweise Stahl oder Aluminium. Zur Gewichtsreduktion können die Teilköper auch in ihrem Inneren hohl oder von ihrer Unterseite (Basis) her ausgespart sein.

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

Claims

Patentansprüche : 1. Drehspiegel für einen Laserscanner, mit einem etwa pyramidenförmigen Körper, dessen Pyramidenachse die Drehachse und dessen dazu geneigte Pyramidenseiten die Spiegelflächen des Drehspiegels bilden, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper aus zumindest drei Teilkörpern (33 - 35) zusammengesetzt ist, die jeweils zumindest eine der Pyramidenseiten {36 - 38) bilden, wobei die Neigung zumindest einer Pyramidenseite (36 -38) eines Teilkörpers (33 - 35) sich von der Neigung zumindest einer Pyramidenseite (36 - 38) eines anderen Teilkörpers (33 -35) unterscheidet.
2. Drehspiegel für einen Laserscanner, mit einem etwa pyramidenförmigen Körper, dessen Pyramidenachse die Drehachse und dessen dazu geneigte Pyramidenseiten die Spiegelflächen des Drehspiegels bilden, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper aus zumindest zwei Teilkörpern (29, 30) zusammengesetzt ist, die jeweils zumindest zwei einander gegenüberliegende oder aneinander angrenzende der Pyramidenseiten (22 - 27) bilden, wobei die Neigung zumindest einer Pyramidenseite (22 -27) eines Teilkörpers (29, 30) sich von der Neigung zumindest einer Pyramidenseite (22 - 27) eines anderen Teilkörpers (29, 30} unterscheidet.
3. Drehspiegel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Teilkörpern (29, 30) zumindest zwei einander diametral gegenüberliegende Pyramidenseiten (22 - 27) bildet.
4. Drehspiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pyramidenseiten (7 - 10, 27 - 27, 36 - 38) eines Teilkörpers (29, 30, 33 - 35) gleiche Neigung haben .
5. Drehspiegel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Teilkörper (29, 30, 33 - 35) eine Nabe (31, 32, 39 - 41) und davon radial abstehende Flügelteile besitzt, welche die Pyramidenseiten (7 - 10, 27 - 27, 36 - 38) bilden.
6. Drehspiegel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilkörper (29, 30, 33 - 35) in Pyramidenachsenrichtung mit übereinanderliegenden Naben (31, 32, 39 - 41) zusammengesetzt sind.