DE102006040810B4 - Sende-/Empfangsvorrichtung eines Scanners - Google Patents

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Abstract

Sende-/Empfangsvorrichtung für einen Laserscanner zum dreidimensionalen Scannen eines Messobjekts, mit einer ersten Lichtquelle (12) zur Abgabe eines Messstrahls (14), wobei die Sende-/Empfangsvorrichtung weiterhin aufweist: eine zweite Lichtquelle (16) zur Abgabe eines Pilotstrahls (18) im sichtbaren Bereich; und ein optisches Element, das dazu ausgelegt ist, dass Messstrahl (14) und Pilotstrahl (18) kollinear aus der Sendevorrichtung austreten, dadurch gekennzeichnet, dass eine gemeinsame Optik (32) zur Führung des Messstrahls (14) und des Pilotstrahls (18) vorgesehen ist, wobei die Optik (32) einen Kanal aus Glas umfasst, wobei der Kanal (32) eine Einkoppelfläche (34) hat, durch die der Messstrahl (14) und der Pilotstrahl (18) eintreten, sowie einen schräg angestellten Umlenkspiegel (36) zum Umlenken des Messstrahls (14) und des Pilotstrahls (18) in Richtung des Scanspiegels und über diesen in Richtung des abzutastenden Messobjekts.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Sende-/Empfangsvorrichtung eines Scanners gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Bei 3D-Scannern wird der von einem optischen Sender abgegebene Lasermessstrahl durch ein mechanisches Strahlablenksystem derart abgelenkt, dass eine raumfüllende, dreidimensionale Umgebungsvermessung ermöglicht ist. Die digitalisierten Messdaten werden auf einem Rechnersystem abgelegt und stehen dort zur weiteren Bearbeitung und zur Visualisierung des vermessenen Objekts und/oder der Umgebung zur Verfügung.
  • Eine 3D-Vermessung erfolgt bspw. durch Führen des Laserlichtes über die zu vermessende Umgebung, wobei für unterschiedliche Raumrichtungen sowohl der Entfernungs- als auch der Reflexionswert punktuell vermessen werden kann. Aus der Anordnung aller vermessenen Raumpunkte resultieren Entfernungs- und Reflexionsbilder. Die Entfernungsbilder geben die Geometrie der Umgebung wieder und die Reflexionsbilder deren visuelle Abbildung, analog zu den Grauwertbildern einer Schwarzweiß-Fotografie. Beide Bilder korrespondieren pixelweise und sind aufgrund der eigenständigen, aktiven Beleuchtung mit Laserlicht weitgehend unabhängig von Umwelteinflüssen.
  • Aus den Normen für Lasersicherheit (EN/IEC 60825-1 und ähnliche) ergeben sich für bestimmte Lasersicherheitsklassen bestimmte Grenzwerte für die maximal zulässige, auf ein Objekt einfallende Lichtenergie in einem bestimmten Zeitintervall. Diese Grenzwerte sind vorgeschrieben, um eine Gefährdung des Menschen zu minimieren.
  • Laut der Norm EN/IEC 60825-1 kann eine Lasereinrichtung einer bestimmten Sicherheitsklasse zugeordnet werden. Die Klassifizierung lässt sich an Hand der Leistung und Wellenlänge des Laserlichts, der Strahlgeometrie, und des zeitlichen Verlaufs der Emission durchführen und hat weit reichende Folgen für die Benutzung der Lasereinrichtung. Für jede Klasse ergeben sich unterschiedliche Anforderungen an den Hersteller und den Benutzer der Lasereinrichtung, die jeweils für eine sichere Anwendung der Einrichtung sorgen. Laserspezifische Gefahren sind vor allem, aber nicht ausschließlich, für das Auge von Menschen vorhanden.
  • Für nicht ortsfeste Laserstrahlen, wie sie vor allem bei abtastenden („scannenden”) Systemen vorkommen, muss die Strahlablenkung mit in die Klassifizierung einfließen. Um die Grenzwerte einer bestimmten Klasse zu unterschreiten, muss sichergestellt werden, dass sich kein Beobachter innerhalb eines Bereiches aufhalten kann, in dem die Grenzwerte der Klasse verletzt werden.
  • Die Norm schreibt dabei als ”Testobjekt” zur Bestimmung der Lasersicherheitsklasse eine kreisrunde Messblende mit 7 mm Durchmesser vor, was einer dunkeladaptierten menschlichen Pupille entspricht. Auf Grund der bei vielen Laserscannern kreisförmigen, von einem Punkt ausgehenden Abtastung der Umgebung hängt die maximal zulässige Laserleistung vom Abstand des Messobjekts ab. Die beschriebene 7 mm – Messblende überdeckt vom Zentrum der Ablenkung gesehen im Nahbereich einen wesentlich größeren Winkelbereich und wird folglich bei einer gegebenen Ablenkgeschwindigkeit des Laserstrahls länger getroffen als in größerer Entfernung. Die Divergenz der Laserstrahlung hat darauf lediglich einen zu vernachlässigenden Einfluss, da für das Scannen stets Laserstrahlen geringer Divergenz genutzt werden. Somit lässt sich für eine gewisse Laserleistung und Ablenkgeschwindigkeit eine maximal zulässige Überstreichdauer der Messblende und daraus eine minimale Blendenentfernung berechnen. Diese minimale Blendenentfernung ist die Distanz, die als Minimalabstand bezeichnet wird. Das heißt, gemäß dieser Norm dürfen die eingangs beschriebenen Laserscanner nur mit einer Laserleistung und/oder in einem bestimmten Mindestabstand betrieben werden, bei der das menschliche Auge nicht gefährdet ist.
  • Insbesondere bei Vermessungszwecken in der Öffentlichkeit besteht die Notwendigkeit, die emittierte Laserleistung auf ein für das menschliche Auge unschädliches Maß zu begrenzen, dennoch muss für eine optimale Qualität der Messergebnisse eine möglichst hohe Laserleistung emittiert werden.
  • Im Allgemeinen sind auf Grund von hoher Detektorempfindlichkeit und Verfügbarkeit Laserstrahlen im Infraroten für Laserscanner gut geeignet. Der infrarote Messstrahl ist jedoch für das menschliche Auge nicht sichtbar, so dass der natürliche Schutzmechanismus des Auges, der Lidschlussreflex, unterbleibt. Ein Infrarot-Laserscanner ist folglich in einem größeren Minimalabstand zum Benutzer und/oder mit geringerer Leistung zu betreiben als ein Laserscanner, der im sichtbaren Wellenlängenbereich arbeitet, wobei sich insbesondere die reduzierte Leistung nachteilig auf die Qualität der Messergebnisse auswirkt.
  • Bei einer in der Druckschrift EP 0 277 542 A1 offenbarten optischen Sende-/Empfangsvorrichtung wird ein Pilotstrahl zur Erleichterung des Einrichtvorgangs für das Bedienpersonal eingesetzt.
  • Zur Gewährleistung der Augensicherheit wird bei einem Laserscanner gemäß der Druckschrift DE 197 31 754 A1 die ausgesandete Laserstrahlung mit dem Licht einer Lampe überlagert, um einen Lidschlussreflex der Augen zu erreichen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sende/Empfangsvorrichtung zu schaffen, der mit einem infraroten Messstrahl arbeitet und bei gleich bleibender Leistung mit kleinem Mindestabstand betrieben werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Sende-/Empfangsvorrichtung für einen Scanner gemäß Anspruch 1.
  • Eine erfindungsgemäße Sende-/Empfangsvorrichtung eines Scanners zum dreidimensionalen Abtasten einer Umgebung bzw. eines Messobjekts hat eine erste Lichtquelle zur Abgabe eines nicht sichtbaren Messstrahls, insbesondere eines Infrarot-Lichtstrahls, zur Vermessung einer Umgebung, und eine zweite Lichtquelle, die einen sichtbaren Pilotstrahl emittiert. Der sichtbare Pilotstrahl bewirkt einen Lidschlussreflex, so dass die Grenzwerte der Klassifizierung einer sichtbaren Lichtquelle auf die Infrarot-Lichtquelle übertragbar sind. Dadurch kann die Infrarot-Lichtquelle in einem geringeren Minimalabstand zum Benutzer betrieben werden als herkömmliche Infrarot-Laserscanner, da eine Gefährdung des Auges durch den Lidschlussreflex reduziert ist.
  • Des Weiteren kann die Infrarot-Lichtquelle bei gleichem oder zumindest geringerem Minimalabstand und gleicher Sicherheitsklasse einen Messstrahl mit einer höheren Lichtleistung aussenden als herkömmliche Infrarot-Lichtquellen, wodurch genauere Messergebnisse erzielt werden können.
  • Um die reduzierten Anforderungen zur Klassifizierung anlegen zu können, muss sichergestellt sein, dass die Ausdehnung des sichtbaren Pilotstrahls die des Messstrahls innerhalb des Gefährdungsbereiches (NOHA: Nominal Ocular Hazardous Area) übertrifft. Dadurch erreicht der sichtbare Pilotstrahl zeitlich vor dem Messstrahl das Auge und kann den Lidschlussreflex auslösen, bevor infrarotes Messlicht in das Auge gelangen kann
  • Erfindungsgemäß sind beide Strahlen kollinear angeordnet, indem sie zum Beispiel über einen dichroitischen Spiegel übereinander gelegt werden. Der dichroitische Spiegel reflektiert gewisse optische Frequenzbereiche und transmittiert andere Frequenzbereiche, so dass auch bei einer winkligen Anordnung der beiden Lichtquellen ein Strahl abgelenkt und der andere so transmittiert wird, dass sie aus Quellenrichtung hinter dem dichroitischen Spiegel kollinear verlaufen.
  • Die Kollinearität von Messstrahl und Pilotstrahl stellt sicher, dass nicht aufgrund einer geringen räumlichen Abweichung der beiden Strahlen voneinander, der sichtbare Pilotstrahl das Auge verfehlt und keinen Lidschlussreflex auslöst, während der unsichtbare Messstrahl das Auge trifft.
  • Eine andere Möglichkeit, kollineare Strahlen zu erhalten, ist die Nutzung von polarisierenden Strahlteilern anstatt des dichroitischen Spiegels.
  • Zusätzlich können, um die Kollinearität sicherzustellen, in einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel Justiervorrichtungen vorhanden sein, die die Emissionsrichtung der Quellen oder die Spiegel in mindestens zwei Achsen justieren.
  • Erfindungsgemäß ist eine Optik mit einem Kanal vorgesehen, durch den der Messstrahl und der Pilotstrahl führbar sind. Dabei besteht der Kanal aus Glas. Dabei treten der Messstrahl und der Pilotstrahl durch eine Einkoppelfläche in den Kanal ein, die zur Reduzierung bzw. zur Vermeidung von unerwünschten Rückreflexionen zur Lichtquelle schräg angestellt ist. Der Anstellwinkel des Kanals ist so berechnet, dass beide Strahlen in Richtung der Achse des Kanals gebrochen werden und somit parallel zu dessen Seitenflächen verlaufen. Zur weiteren Unterdrückung von Reflexionen können Ein- und Auskoppelfläche wie auch sonstige von den Strahlen durchtretene Flächen optisch entspiegelt sein.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform hat die Umlenkeinrichtung einen Umlenkspiegel, der in einem Gehäuse angeordnet ist und über den der in eine Eintrittsöffnung des Gehäuses eintretende reflektierte Messstrahl zu einem Detektor führbar ist. Vorzugsweise ist der Umlenkspiegel als ein Parabolspiegel ausgebildet, der in Richtung des reflektierten Messstrahls betrachtet hinter der Sendeoptik angeordnet ist.
  • Die Eintrittsöffnung des Gehäuses kann von einer Filterscheibe verschlossen sein, die nur den infraroten Wellenlängenanteil des reflektierten Messstrahls in das Gehäuse durchlässt und zum Austritt des Messstrahls und des Pilotstrahls aus dem Kanal eine Austrittsöffnung ohne Filterwirkung aufweist. Vorzugsweise ist der Kanal mit einer seiner Längsflächen in Anlage mit der Filterscheibe.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Durchführen eines Scans einer Umgebung, insbesondere einer 3D-Laservermessung, werden sowohl ein nicht sichtbarer Messstrahl als auch ein sichtbarer Pilotstrahl ausgesendet.
  • Sonstige bevorzugte Ausführungsformen und Vorteile sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
  • Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand schematischer Darstellungen näher erläutert.
  • Es zeigt:
  • 1: eine schematische Darstellung der Strahlengänge einer Anordnung mit zwei Lichtquellen und einem dichroidischen Spiegel;
  • 2: einen Längsschnitt durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sende-/Empfangsvorrichtung eines Scanners; und
  • 3: eine Vorderansicht von einer in 2 dargestellten Anordnung einer Filterscheibe und einer Optik.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung der Strahlengänge einer Anordnung mit zwei Lichtquellen und einem dichroidischen Spiegel, die in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sendeteils eines Scanners eingesetzt werden kann.
  • Die in 1 gezeigte Anordnung hat eine Strahlquelle Q1, die kollimiertes Licht der Wellenlänge λ1 aussendet und eine um 90° verdreht angeordnete Strahlquelle Q2, die kollimiertes Licht der Wellenlänge λ2 aussendet.
  • Im Treffpunkt der Strahlen ist ein selektives Strahlumlenkungselement beispielsweise ein dichroitischer Spiegel S angeordnet, der zum Beispiel um 45° gegen den Strahle von Quelle Q2 geneigt ist. Er kann so spezifiziert sein, dass er das Licht von Quelle Q1 transmittiert (Transmissionsgrad τ für Licht der Wellenlänge λ1 nahe 1) und das Licht von Quelle Q2 reflektiert (Reflexionsgrad ρ für Licht der Wellenlänge λ2 nahe 1).
  • Der Lichtstrahl L1 von Quelle Q1 durchtritt deshalb den dichroidischen Spiegel S, ohne seine Richtung zu ändern, wohingegen der Lichtstrahl L2 von Quelle Q2 am Spiegel S um 90° abgelenkt wird. Das führt dazu, dass beide Strahlen hinter dem Spiegel kollinear ausgestrahlt werden.
  • Mit einer solchen Anordnung kann sichergestellt werden, dass der erste und der zweite Strahl nicht räumlich versetzt auf ein Objekt auftreffen, so dass der eine Strahl dazu verwendet werden kann, einen Lidschlussreflex bei einer Person auszulösen, was wiederum dazu führt, dass die reduzierten Sicherheitsanforderungen angelegt werden können.
  • Um trotz Toleranzen im Aufbau sicherstellen zu können, dass beide Strahlen austrittsseitig kollinear verlaufen, können Quelle Q1, Quelle Q2 und/oder Spiegel S in mindestens zwei Achsen über hier nicht dargestellte Justagevorrichtungen justierbar sein.
  • 2 zeigt einen Längsschnitt durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen optischen Sende-/Empfangsvorrichtung (Kopf) eines Scanners zur Entfernungsbestimmung eines Objektpunktes beim Scannen einer Umgebung bzw. eines Messobjekts.
  • Die Sende-/Empfangsvorrichtung 2 hat ein Gehäuse 4, das einen Innenraum 6 begrenzt, in dem ein Umlenkspiegel 52 aufgenommen ist.
  • Das Gehäuse 4 hat einen Schacht 8 mit einem Hohlraum 24, an dessen einen Außenfläche 10 eine erste Lichtquelle 12 zum Aussenden eines Messstrahls 14 und eine zweite Lichtquelle 16 zum Aussenden eines Pilotstrahls 18 angeordnet sind. Die Lichtquellen 12, 16 umfassen handelsübliche kollimierte Laserdioden, wobei die erste Lichtquelle 12 Licht im nicht sichtbaren, zum Beispiel im infraroten Wellenlängenbereich und die zweite Lichtquelle 16 Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich aussendet. D. h., das Licht des Messstrahls 14 ist für einen Beobachter unsichtbar und das Licht des Pilotstrahls 18 ist für den Beobachter sichtbar.
  • Die Anordunung der beiden Quellen kann auch, je nach Einbaulage des dichroitischen Strahlteilers, vertauscht sein.
  • Der Messstrahl 14 und der Pilotstrahl 18 werden jeweils durch eine Öffnung 20, 22 der Außenfläche 10 in den Hohlraum 24 geführt. Im Bereich der Öffnungen 20, 22 sind in dem Hohlraum 24 ein schräg angestellter Spiegel 28 und ein dichroitischer Spiegel 26 angeordnet.
  • Über den Spiegel 28 wird der Pilotstrahl 18 in Richtung einer als Kanal 32 ausgebildeten Optik umgeleitet. Der dichroitische Spiegel transmittiert den Pilotstrahl 18 und reflektiert den Messstrahl 14, so dass beide ab dem dichroitischen Spiegel 26 kollinear verlaufen.
  • Der Kanal 32 hat eine längliche Gestalt mit einem rechteckigen, vorzugsweise quadratischen Querschnitt. Er ist transparent und besteht vorzugsweise aus Glas. Er ist in einen Durchbruch 30 des Gehäuses 4 zwischen dem Hohlraum 24 und dem Innenraum 6 eingesetzt und ragt aufgrund seiner länglichen Gestalt in den Innenraum 6 hinein. Er hat eine den Hohlraum 24 verschließende stirnseitige Einkoppelfläche 34 für den Messstrahl 14 und den Pilotstrahl 18 und eine von der Einkoppelfläche 34 entfernte verspiegelte Umlenkfläche 36 zur Umlenkung des Messstrahls 14 und des Pilotstrahls 18 in Richtung des hier nicht dargestellten scannenden Spiegels und über diesen in Richtung des Messobjekts. Das Licht tritt durch eine Auskoppelfläche aus der Optik aus. Vorzugsweise ist die Umlenkfläche in einem Winkel δ = 45° zur optischen Achse der Sende-/Empfangsvorrichtung 2 angestellt. Zwischen der Einkoppelfläche 34 und dem Umlenkspiegel 36 erstrecken sich vier Längsflächen 40, 58, 60, 62.
  • Zur Reduzierung von Reflexionen und Erhöhung der Effizienz sind die Einkoppelfläche 34, die Auskoppelfläche und die Längsfläche 58 optisch entspiegelt. Befindet sich die Längsfläche 40 in optischem Kontakt mit der Filterscheibe 42, so darf sie nicht entspiegelt sein.
  • Das Gehäuse 4 hat eine Eintrittsöffnung 44 zum Eintritt eines von dem Messobjekt reflektierten Messstrahls 46, die von einer Filterscheibe 42 verschlossen ist. Die Filterscheibe 42 ist in das Gehäuse 4 eingesetzt und lässt nur die infraroten Wellenlängenanteile des Spektrums, insbesondere des reflektierten Messstrahls 46 in den Innenraum 6 durch und filtert andere Wellenlängenanteile heraus, so dass von einem Detektor 54 nur die Wellenlängenanteile des reflektierenden Messstrahls 46 erfasst werden. Die Filterscheibe 42 besteht vorzugsweise aus einem für die zu transmittierenden Frequenzbereiche transparenten Material wobei die Filterwirkung zumindest über eine optische Beschichtung an einer Stirnfläche 64 oder 48 erzielt wird.
  • In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Kanal 32 über seine Längsfläche 40 in Anlage mit einer dem Innenraum 6 zugewandten Innenstirnfläche 48 der Filterscheibe 42, wobei dieser fest mit der Filterscheibe 42 verbunden ist, beispielsweise mittels eines optischen Kitts. Zum Austritt des Messstrahls 14 und des Pilotstrahls 18 in Richtung des Messobjekts hat die Filterscheibe 42 eine Austrittsöffnung 50, die von der Auskoppelfläche abgedeckt ist. Die Austrittsöffnung enthält keinerlei optische Filterwirkung.
  • Somit liegt die Einkoppelfläche 34 des Strahlkanals 32 ausserhalb des Sichtfeldes des Detektors 54, woduch unvermeidliches Streulicht von der Einkopplung nicht direkt auf den Detektor fallen kann. Dieses Einkoppelstreulicht würde an sonsten die Messgenauigkeit reduzieren.
  • Der Umlenkspiegel 52 in dem Innenraum 6 wirkt als Umlenk- und Bündeleinrichtung und ist ein drehfest gelagerter Spiegel in paraboloider Form, über den der am Umgebungsobjekt reflektierte Messstrahl 46 in Richtung des Detektors 54 umlenkbar ist, der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel außerhalb des Gehäuses 4 angeordnet ist. Zum Austritt des vom Umlenkspiegel 52 umgelenkten. reflektierten Messstrahls 46 weist das Gehäuse 4 einen entsprechenden Durchbruch 56 auf, der vorzugsweise von einem den Detektor 54 aufnehmenden nicht dargestellten Gehäuseabschnitt dichtend umgriffen ist.
  • Gemäß 3 ist die Einkoppelfläche 34 des Kanals 32 angestellt. In dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Schrägstellung anhand des Innenwinkels γ verdeutlicht, der zwischen der Längsfläche 62 und der Einkoppelfläche 34 eingezeichnet ist. Bei nicht angestellter Einkoppelfläche 34 beträgt dieser Innenwinkel γ = 90°. Die Anstellung bewirkt, dass Anteile des Messstrahls 14 und des Pilotstrahls 18, die insbesondere an der Einkoppelfläche 34 trotz möglicher Entspiegelung zurück in Richtung der Lichtquellen 12, 16 reflektiert werden, nicht in diese einfallen, was die Stabilität der Emission der Laserdioden stören würde. Der Innenwinkel γ ist in Abhängigkeit des Materials des Kanals 32, der Lichtwellenlänge und ders Strahlenganges zu bestimmen.
  • Bei einer beispielhaften Glasart N-BK7 mit einer Brechzahl n = 1,511 bei einer Wellenlänge von 785 mm hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Innenwinkel γ = 84,17° beträgt, so dass sich ein gebrochener Winkel β von 5,83° und ein Inzidenzwinkel α von 8,83° ergibt.
  • Damit der Messstrahl 14 und der Pilotstrahl 18 bei einer Anstellung der Einkoppelfläche 34 parallel zu den Längsflächen 40, 58, 60, 62 des Kanals 32 in Richtung der Auskoppelfläche 36 verlaufen, ist dieser bei dem beispielhaft gewählten Material und Wellenlängenbereich mit seiner Längsachse L um den Ablenkwinkel ε = 3° zur Hochachse H der Filterscheibe 42 angestellt und somit in einer leicht verdrehten Einbaulage montiert.
  • Genauer gesagt, lässt sich über den Inzidenzwinkel α die Richtung des unerwünschten, reflektierten Strahles wählen. Der gebrochene Winkel β lässt sich über das optische Brechungsgesetz errechnen:
    Figure DE102006040810B4_0002
  • Der Innenwinkel γ des Kanals ist somit: γ = 90° – β
  • Die Differenz der beiden Winkel α und β ist der Ablenkwinkel ε, um den der Kanal verdreht eingebaut werden muss, damit die Strahlen innerhalb des Kanals parallel zu den Seiten 40, 58, 60 und 62 verlaufen. ε = α – β
  • Bei Ansteuerung des Scanners zur dreidimensionalen Abtastung eines Messobjekts bzw. einer Umgebung werden der nicht sichtbare Messstrahl 14 und der sichtbare Pilotstrahl 18 von den Lichtquellen 12, 16 emittiert und über die Spiegel 26, 28 in Richtung des Kanals 32 abgelenkt. Der Messstrahl 14 und der Pilotstrahl 18 treten durch die Einkoppelfläche 34 in den Kanal 32 ein, wobei sie aufgrund der Schrägstellung der Einkoppelfläche 34 und der verdrehten Einbaulage des Kanals 32 so gebrochen werden, dass sie von der Einkoppelfläche 34 parallel zu den Längsflächen 40, 58, 60, 62 in Richtung des Umlenkspiegels 36 verlaufen, an der sie in Richtung des scannenden Spiegels und über diesen in Richtung des Messobjekts umgelenkt werden. Der Messstrahl 14 und der Pilotstrahl 18 treten durch die Austrittsfläche aus dem Kanal 32 aus und verlassen den Aufbau durch die Austrittsöffnung 50 der Filterscheibe 42.
  • Beim Auftreffen der beiden Strahlen 14, 18 auf dem Messobjekt werden diese von dem Messobjekt reflektiert bzw. gestreut und fallen teilweise in Richtung der Sende-/Empfangsvorrichtung 2 zurück. Der reflektierte Messstrahl 46 wird durch die Filterscheibe transmittiert, der reflektierte Pilotstrahl und sonstiges Restlicht wird ausgefiltert. Somit dringt lediglich der Infrarot-Messstrahl 46 in den Innenraum 6 ein, wo er vom Umlenkspiegel 52 in Richtung des Detektors 54 zur Erfassung und Auswertung umgelenkt wird.
  • Offenbart ist eine Sende-/Empfangsvorrichtung für einen Scanner zum dreidimensionalen Scannen einer Umgebung mit einer ersten Lichtquelle zur
  • Abgabe eines nicht sichtbaren Messstrahls und mit einer zweiten Lichtquelle zur Abgabe eines sichtbaren Pilotstrahls, sowie ein Verfahren zur Durchführung eines dreidimensionalen Laserscans, bei dem gleichzeitig ein sichtbarer Pilotstrahl und ein nicht sichtbarer Messstrahl ausgesendet werden, wodurch bei gleicher Lasersicherheitsklasse und gleichem Sicherheitsabstand höhere Leistungen emittiert werden können als bei herkömmlichen Scannern mit nicht sichtbaren Lichtquellen.
  • Bezugszeichenliste
  • 2
    Sende-/Empfangsvorrichtung eines Scanners
    4
    Gehäuse
    6
    Innenraum
    8
    Schacht des Sendeteils
    10
    Außenfläche
    12
    erste Lichtquelle
    14
    Messstrahl
    16
    zweite Lichtquelle
    18
    Pilotstrahl
    20
    Öffnung
    22
    Öffnung
    24
    Hohlraum
    26
    dichroitischer Spiegel
    28
    Spiegel
    30
    Durchbruch
    32
    Kanal
    34
    Einkoppelfläche
    36
    Umlenkspiegel
    40
    Längsfläche
    42
    Filterscheibe
    44
    Eintrittsöffnung
    46
    reflektierter Messstrahl
    48
    Innenstirnfläche
    50
    Austrittsöffnung
    52
    Umlenkspiegel des Empfangsteils
    54
    Detektor
    56
    Durchbruch
    58
    Längsfläche
    60
    Längsfläche
    62
    Längsfläche
    64
    Außenstirnfläche

Claims (12)

  1. Sende-/Empfangsvorrichtung für einen Laserscanner zum dreidimensionalen Scannen eines Messobjekts, mit einer ersten Lichtquelle (12) zur Abgabe eines Messstrahls (14), wobei die Sende-/Empfangsvorrichtung weiterhin aufweist: eine zweite Lichtquelle (16) zur Abgabe eines Pilotstrahls (18) im sichtbaren Bereich; und ein optisches Element, das dazu ausgelegt ist, dass Messstrahl (14) und Pilotstrahl (18) kollinear aus der Sendevorrichtung austreten, dadurch gekennzeichnet, dass eine gemeinsame Optik (32) zur Führung des Messstrahls (14) und des Pilotstrahls (18) vorgesehen ist, wobei die Optik (32) einen Kanal aus Glas umfasst, wobei der Kanal (32) eine Einkoppelfläche (34) hat, durch die der Messstrahl (14) und der Pilotstrahl (18) eintreten, sowie einen schräg angestellten Umlenkspiegel (36) zum Umlenken des Messstrahls (14) und des Pilotstrahls (18) in Richtung des Scanspiegels und über diesen in Richtung des abzutastenden Messobjekts.
  2. Sende-/Empfangsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das optische Element als verkippt eingebauter dichroitischer Spiegel (26) ausgeführt ist.
  3. Sende-/Empfangsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Messstrahl (14) Licht im infraroten Wellenlängenbereich abgibt, und der Pilotstrahl (18) Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich abgibt.
  4. Sende-/Empfangsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei weiterhin eine Einrichtung zur Umlenkung bzw. Bündelung (52) des von dem Messobjekt reflektierten Messstrahls vorgesehen ist.
  5. Sende-/Empfangsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Optik (32) in Empfangsrichtung vor der Umlenk- bzw. Bündelungs-Einrichtung (52) angeordnet ist.
  6. Sende-/Empfangsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einkoppelfläche (34) zur Vermeidung von Rückreflexionen schräg angestellt ist.
  7. Sende-/Empfangsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einkoppelfläche (34) und/oder die Längsfläche des Kanals (32) entspiegelt sind.
  8. Sende-/Empfangsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einkoppelfläche (34) zur Vermeidung von Streulicht in der Empfangsoptik außerhalb des Sichtfeldes des Detektors liegt.
  9. Sende-/Empfangsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 8, wobei die Umlenk- bzw. Bündelungs- Einrichtung (52) aus einem in einem Gehäuse (4) angeordneten außeraxialen Parabolspiegel (52) besteht.
  10. Sende-/Empfangsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Eintrittsöffnung (44) des Gehäuses (4) von einer Filterscheibe (42) verschlossen ist, durch die Wellenlängenanteile, die nicht zur Messung beitragen, ausgefiltert werden.
  11. Sende-/Empfangsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Filterscheibe (42) eine Austrittsöffnung (50) ohne Filterwirkung zum Austritt des Messstrahls (14) und des Pilotstrahls (18) hat.
  12. Sende-/Empfangsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 und 9 und/oder 10, wobei der Kanal (32) an der Filterscheibe (42) angebracht ist.
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