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Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.
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Die
DE 10 2009 055 988 B3 offenbart eine 3D-Messvorrichtung für ein bekanntes Verfahren, welche als Laserscanner ausgebildet ist. Ein relativ zu einem Fuß um eine erste Achse drehbarer Messkopf sendet mittels eines Lichtsenders und eines relativ zum Messkopf um eine zweite Achse drehbaren Spiegels einen Sendelichtstrahl aus und empfängt mittels des Spiegels und eines Lichtempfängers einen von einem Objekt in der Umgebung des Laserscanners reflektierten oder sonst irgendwie gestreuten Empfangslichtstrahl. Eine Steuer- und Auswertevorrichtung ermittelt für eine Vielzahl von Messpunkten jeweils wenigstens die Distanz zum Objekt. Die den beiden Achsen zugeordneten Drehwinkelgeber liefern die zugehörigen Winkel. Aufgrund einer anfänglichen Initialisierung sind mit diesem Verfahren die 3D-Koordinaten der Messpunkte eindeutig bestimmbar. Der den Spiegel tragende Rotor ist mittels verschiedener Ausnehmungen ausgewuchtet. Eine in den Messkopf integrierte Farbkamera liefert farbige 2D-Bilder. In der
EP 2 005 112 B1 ist oben auf dem Messkopf eine Zeilenkamera montiert.
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In der
DE 10 2009 015 922 A1 ist ein bekanntes Verfahren beschrieben, bei welchem eine Szene mit mehreren Scans erfasst wird. Hierzu wird der Laserscanner nach einem Scan an einen neuen Standort gebracht, um einen weiteren Scan zu erzeugen. Die erzeugten Scans werden mit ihren Messpunkten in einem gemeinsamen Koordinatensystem registriert, wobei die Gesamtheit der Messpunkte eine dreidimensionale Punktwolke bildet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Dem Betrieb der 3D-Messvorrichtung geht eine Startprozedur voraus, welche in verschiedenen Startschritten eine Initialisierung der 3D-Messvorrichtung durchführt oder wenigstens auslöst. Für individuelle Initialisierungen ist die Möglichkeit einer Ansteuerung durch den Benutzer sinnvoll. Im Spannungsfeld zwischen Benutzerfreundlichkeit und Zugriffskontrolle ist eine Nahfeldkommunikation (near field communication, NFC) von Vorteil. Zwischen einem ersten NFC-Gerät, welches insbesondere der 3D-Messvorrichtung zugeordnet ist, und einem zweiten NFC-Gerät, welches insbesondere einer Fernsteuerung oder einem Schlüssel zugeordnet ist, wird eine NFC-Verbindung aufgebaut.
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Mittels dieser NFC-Verbindung kann sowohl eine Autorisierung des Benutzers als auch eine – gegebenenfalls für den Benutzer individuelle – Initialisierung der 3D-Messvorrichtung erfolgen oder wenigstens ausgelöst werden. Auch ein Messprozess könnte gestartet werden, ausgelöst durch eine Person oder ein bewegliches Gefährt oder einen Roboter. Ferner kann eine Freischaltung anderer Kommunikationswege erfolgen, die an die Stelle der NFC-Verbindung treten, so dass diese anschließend abgebaut werden kann.
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Aufgrund der Freischaltung kann auch eine Verbindung zu einem Netzwerk von Rechnern aufgebaut werden, welche – als externer Teil einer Steuer- und Auswertevorrichtung der 3D-Messvorrichtung – einen Teil der Auswertungen und weiteren Aufgaben der 3D-Messvorrichtung übernehmen können. Soweit dann der Energiebedarf in der 3D-Messvorrichtung sinkt und Auswertungs-Hardware oder Batteriekapazität entfallen kann, können die Größe und Masse der 3D-Messvorrichtung verringert oder die Betriebszeit verlängert werden.
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Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels mit Abwandlungen näher erläutert. Es zeigen
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1 eine Seitenansicht einer beispielhaften 3D-Messvorrichtung,
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2 eine schematisierte Darstellung des Strahlengangs samt einiger optischer und elektronischer Bauteile,
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3 eine perspektivische Ansicht der 3D-Messvorrichtung,
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4 eine Untersicht der 3D-Messvorrichtung,
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5 eine perspektivische Ansicht der 3D-Messvorrichtung mit angesetztem NFC-Gerät,
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6 eine schematische Darstellung der NFC-Verbindung zwischen den beiden NFC-Geräten,
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7 ein Flussdiagramm der Startprozedur,
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8 eine perspektivische Ansicht der 3D-Messvorrichtung mit Fernsteuerung und Verbindung zu einem Netzwerk, und
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9 eine perspektivische Ansicht einer alternativen 3D-Messvorrichtung.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine 3D-(Koordinaten-)Messvorrichtung, die einen Lichtstrahl auf ein Objekt O lenkt, welches entweder ein (kooperatives) Target, beispielsweise ein Rückstrahler, oder ein nicht-kooperatives Target, beispielsweise eine diffus streuende Oberfläche des Objekts O, sein kann. Ein Entfernungsmesser in der 3D-Messvorrichtung misst eine Entfernung zum Objekt O (d. h. einen Abstand d zwischen der 3D-Messvorrichtung und dem Objekt O), und Drehwinkelgeber messen die Drehwinkel zweier Achsen im Gerät. Die gemessene Entfernung und die zwei Winkel ermöglichen einem Prozessor im Gerät, die 3D-Koordinaten des Objekts O zu bestimmen. Vorliegend wird als derartige 3D-Messvorrichtung der Fall eines Laserscanners 10 behandelt, aber die Erweiterung zu einem Lasertracker oder zu einer Gesamtstation liegt für den Fachmann auf der Hand. Auch ist eine Anwendung für Fälle möglich, in denen die 3D-Messvorrichtung die Entfernung mittels Projektor-Kamera-Anordnungen, Triangulation, Epipolargeometrie oder Streifengeometrien misst.
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Laserscanner werden typischerweise dazu verwendet, geschlossene oder offene Räume, wie zum Beispiel Gebäudeinnenflächen, Industrieanlagen und Tunnels zu erfassen. Laserscanner werden für viele Zwecke, einschließlich Building Information Modeling (BIM), Industrieanalysen, Unfallrekonstruktionsanwendungen, archäologische Studien und forensische Untersuchungen eingesetzt. Ein Laserscanner kann eingesetzt werden, um Objekte in der Umgebung des Laserscanners durch die Erfassung von Datenpunkten, die Objekte innerhalb der Umgebung darstellen, optisch zu erfassen und zu vermessen. Solche Datenpunkte erhält man, indem ein Lichtstrahl auf die Objekte gelenkt und das reflektierte oder gestreute Licht gesammelt wird, um die Entfernung, zwei Winkel (d. h. einen Azimutwinkel und einen Zenitwinkel), und optional einen Graustufenwert zu ermitteln. Diese Roh-Scandaten werden gesammelt, gespeichert und an einen oder mehrere Rechner gesendet, um ein dreidimensionales Bild zu erzeugen, das den erfassten Bereich oder das erfasste Objekt darstellt. Zur Erzeugung des Bildes werden mindestens drei Werte für jeden Datenpunkt gesammelt. Diese drei Werte können die Entfernung und zwei Winkel umfassen, oder können umgewandelte Werte wie zum Beispiel x, y, z-Koordinaten sein.
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Die Zeichnung zeigt einen Laserscanner 10 zum optischen Abtasten und Vermessen der Umgebung des Laserscanners 10. Der Laserscanner 10 weist einen Messkopf 12 und einen Fuß 14 auf. Der Messkopf 12 ist so auf dem Fuß 14 montiert, dass der Messkopf 12 um eine erste Achse 12a relativ zum Fuß 14 drehbar ist, angetrieben von einem ersten Drehantrieb. Die Drehung um die erste Achse 12a kann um die Mitte des Fußes 14 erfolgen. Der Messkopf 12 weist einen Spiegel 16 auf, welcher sich um eine zweite Achse 16a drehen kann, angetrieben von einem zweiten Drehantrieb. Bezogen auf eine normale, (bezüglich der Gravitationsrichtung) aufrechte Position des Laserscanners 10, kann die erste Achse 12a als Vertikalachse oder Azimutachse bezeichnet werden, und die zweite Achse 16a kann als Horizontalachse oder Zenitachse bezeichnet werden. Der Laserscanner 10 kann einen Kardan-Punkt oder Zentrum C10 aufweist, welcher der Schnittpunkt der ersten Achse 12a und der zweiten Achse 16a ist. Die erste Achse 12a definiert die Begriffe ”oben” und ”unten”, auch wenn sie gegenüber der Gravitationsrichtung geneigt sein sollte.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Messkopf 12 als starre, tragende Struktur, an welcher alle anderen Bauteile des Messkopfes 12 wenigstens mittelbar befestigt sind, eine Tragestruktur 12c auf, vorzugsweise einstückig aus Metall ausgebildet, beispielsweise Aluminium-Druckguss. Zur Tragestruktur 12c gehören zwei Wände 12d, die parallel zueinander und zur ersten Achse 12a sind, und eine Quertraverse 12e, welche die beiden Wände 12d in einem unteren Bereich verbindet. Die Quertraverse 12e ist drehbar auf dem Fuß 14 gelagert, und sie nimmt den ersten Drehantrieb für die Drehung des Messkopfes 12 um die erste Achse 12a und den zugeordneten Drehwinkelgeber auf. Im oberen Bereich der Wände 12d, d. h. oberhalb der Quertraverse 12e, besteht ein Freiraum, innerhalb dessen der von einer der beiden Wände 12d gelagerte Spiegel 16 angeordnet ist.
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Der Messkopf 12 weist ferner auf zwei Seiten der Tragestruktur 12c je eine Schale 12s auf, die vorzugsweise aus einem harten Kunststoff gefertigt sind. Jede der beiden Schalen 12s ist einer der beiden Wände 12d zugeordnet und an dieser (und damit an der Tragestruktur 12c) befestigt, beispielsweise mit Schrauben. Die Tragestruktur 12c und die beiden Schalen 12s bilden ein Gehäuse des Messkopfes 12. Die Außenkanten 12y der Schalen 12s sind diejenigen Kanten der Schalen 12s, welche nicht an der Tragestruktur 12c anliegen. Die Außenkanten 12y definieren ein Volumen, innerhalb dessen der Messkopf 12 vollständig angeordnet ist. Um den Messkopf 12 vor Beschädigungen zu schützen, sind die Außenkanten 12y vorzugsweise verstärkt ausgebildet, im vorliegenden Ausführungsbeispiel als vorspringende Materialverdickungen (Wulste) einstückig mit der zugeordneten Schale 12s. Alternativ können die Außenkanten 12y mit einem separaten Bügel verstärkt sein.
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Die Schale 12s auf der Seite des Spiegels 16 (”spiegelseitige” Schale 12s) nimmt in einem oberen Bereich den zweiten Drehantrieb für den Spiegel 16 um die zweite Achse 16a und den zugeordneten Drehwinkelgeber und in einem unteren Bereich die Kühlung 12z für die beiden Drehantriebe auf. Die andere Schale 12s, auf der dem Spiegel 16 gegenüberliegenden Seite (”empfängerseitige” Schale 12s), nimmt einige der nachfolgend beschriebenen optischen und elektronischen Bauteile samt der Energieversorgung auf, insbesondere die empfindlichen Bauteile, welche von den Drehantrieben mit ihren elektromagnetischen Störfeldern ferngehalten werden sollen.
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Der Messkopf 12 weist einen Sender für elektromagnetische Strahlung, beispielsweise einen Lichtsender 17 auf, der einen Sendelichtstrahl 18 aussendet. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Sendelichtstrahl 18 ein kohärentes Licht wie zum Beispiel ein Laserstrahl. Der Laserstrahl kann eine Wellenlänge im Bereich von ca. 300 bis 1600 nm, beispielsweise 790 nm, 905 nm, 1570 nm, oder weniger als 400 nm aufweisen. Prinzipiell sind aber auch andere elektromagnetische Wellen mit größerer oder kleinerer Wellenlänge verwendbar. Der Sendelichtstrahl 18 kann amplitudenmoduliert oder intensitätsmoduliert sein, beispielweise mit einer sinusförmigen oder rechteckförmigen Wellenform. Alternativ hierzu kann der Sendelichtstrahl 18 auch anderweitig moduliert sein, beispielsweise durch ein Chirpsignal, oder es können kohärente Empfangsmethoden verwendet werden. Der Sendelichtstrahl 18 wird vom Lichtsender 17 auf den Spiegel 16 gegeben, dort umgelenkt und in die Umgebung des Laserscanners 10 ausgesandt.
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Ein reflektierter Lichtstrahl, nachfolgend als Empfangslichtstrahl 20 bezeichnet, wird von einem Objekt O in der Umgebung reflektiert. Das reflektierte oder gestreute Licht wird vom Spiegel 16 eingefangen und auf einen Lichtempfänger 21 mit einer Empfangsoptik umgelenkt. Die Richtungen des Sendelichtstrahls 18 und des Empfangslichtstrahls 20 ergeben sich aus den Winkelstellungen des Messkopfes 12 und des Spiegels 16 um die Achse 12a bzw. 16a. Diese Winkelstellungen hängen wiederum von ihren jeweiligen Drehantrieben ab. Der Drehwinkel um die erste Achse 12a wird durch einen ersten Drehwinkelgeber erfasst. Der Drehwinkel um die zweite Achse 16a wird durch einen zweiten Drehwinkelgeber erfasst. Der Spiegel 16 ist um 45° gegenüber der zweiten Achse 16a geneigt. Damit lenkt er alle einfallenden Strahlen um 90° um, d. h. sowohl den Sendelichtstrahl 18, welcher entlang der zweiten Achse 16a einfällt, als auch den Empfangslichtstrahl 20, welcher parallel zur zweiten Achse 16a in Richtung auf die Empfangsoptik umgelenkt wird.
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Eine Steuer- und Auswertevorrichtung 22 steht mit dem Lichtsender 17 und dem Lichtempfänger 21 im Messkopf 12 in Datenverbindung. Da die Steuer- und Auswertevorrichtung 22 im Vergleich zum Lichtempfänger 21 ein weniger empfindliches Bauteil ist, kann sie an unterschiedlichen Stellen im Messkopf 12 angeordnet sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist sie größtenteils innerhalb der spiegelseitigen Schale 12s angeordnet. Teile der Steuer- und Auswertevorrichtung 22 können auch außerhalb des Messkopfes 12 angeordnet sein, beispielsweise als ein am Fuß 14 angeschlossener Computer. Die Steuer- und Auswertevorrichtung 22 ist dazu ausgebildet, für eine Vielzahl von Messpunkten X eine entsprechende Anzahl von Abständen d zwischen dem Laserscanner 10 und den Messpunkten X auf dem Objekt O zu bestimmen. Der Abstand zu einem bestimmten Messpunkt X wird zumindest teilweise bestimmt durch die Laufgeschwindigkeit des Lichts in der Luft, durch die sich die elektromagnetische Strahlung vom Gerät zum Messpunkt X verbreitet. In der bevorzugten Ausführungsform wird die Phasenverschiebung im modulierten Lichtstrahl 18, 20, der an den Messpunkt X gesendet und von dort empfangen wird, bestimmt und ausgewertet, um einen gemessene Abstand d zu erhalten.
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Die Lichtgeschwindigkeit in Luft hängt von den Lufteigenschaften wie zum Beispiel Lufttemperatur, Luftdruck, relative Luftfeuchtigkeit und der Kohlendioxidkonzentration ab. Diese Lufteigenschaften beeinflussen den Brechungsindex der Luft. Die Lichtgeschwindigkeit in Luft entspricht der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum geteilt durch den Brechungsindex. Ein Laserscanner der vorliegend beschriebenen Art beruht auf der Lichtlaufzeit in der Luft (der Laufzeit, die das Licht benötigt, um von der Vorrichtung bis zum Objekt und wieder zurück zur Vorrichtung zu gelangen). Eine Methode der Entfernungsmessung auf Grundlage der Lichtlaufzeit (oder der Laufzeit einer anderen elektromagnetischen Strahlungsart) hängt von der Lichtgeschwindigkeit in Luft ab und ist daher leicht von Methoden der Entfernungsmessung mittels Triangulation zu unterscheiden. Bei Methoden auf Grundlage von Triangulation wird Licht von seiner Lichtquelle in eine bestimmte Richtung ausgestrahlt und dann auf einem Kamerapixel in einer bestimmten Richtung aufgefangen. Dadurch, dass die Entfernung zwischen der Kamera und dem Projektor bekannt ist, und dass ein projizierter Winkel mit einem Empfangswinkel abgeglichen wird, ermöglicht die Triangulationsmethode die Bestimmung der Entfernung zum Objekt auf der Grundlage einer bekannten Länge und zweier bekannter Winkel eines Dreiecks. Die Triangulationsmethode hängt daher nicht direkt von der Lichtgeschwindigkeit in Luft ab.
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Der Messkopf 12 weist vorzugsweise eine Anweise- und Anzeigevorrichtung 24 auf, die in den Laserscanner 10 integriert ist. Beispielsweise kann die Anweise- und Anzeigevorrichtung 24 über eine Benutzerschnittstelle verfügen, die es dem Bediener ermöglicht, dem Laserscanner 10 Messinstruktionen zu erteilen, insbesondere die Parameter festzulegen oder den Betrieb des Laserscanners 10 zu starten, und die Anweise- und Anzeigevorrichtung 24 kann – neben den Parametern – auch Messergebnisse anzeigen. Im Ausführungsbeispiel ist die Anweise- und Anzeigevorrichtung 24 an der Stirnseite der spiegelseitigen Schale 12s angeordnet, wobei ihre Benutzerschnittstelle als grafischer Touchscreen ausgebildet ist.
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Zusätzlich zur Distanz d vom Zentrum C10 zu einem Messpunkte X kann der Laserscanner 10 noch einen Graustufenwert in Bezug auf die empfangene optische Leistung erfassen. Der Graustufenwert kann beispielsweise durch Integration des bandpass-gefilterten und verstärkten Signals im Lichtempfänger 21 über eine dem Messpunkte X zugeordnete Messperiode bestimmt werden. Optional können mittels einer Farbkamera 25 Farbbilder erzeugt werden. Mittels dieser Farbbilder können den Messpunkten X noch Farben (R, G, B) als zusätzliche Werte zugeordnet werden.
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In einem bevorzugten Betriebsmodus des Laserscanners 10, dem ”Sphärenmodus”, findet das Erfassen der Umgebung um den Laserscanner 10 mittels einer schnellen Drehung des Spiegels 16 um die zweite Achse 16a statt, während sich der Messkopf 12 langsam um die erste Achse 12a dreht. In einer beispielhaften Ausführung dreht sich der Spiegel 16 mit einer Höchstgeschwindigkeit von 5820 Umdrehungen pro Minute. Ein Scan ist definiert als die Gesamtheit der Messpunkte X einer solchen Messung. Für einen derartigen Scan definiert das Zentrum C10 den Ursprung des lokalen stationären Bezugssystems. In diesem lokalen stationären Bezugssystem ruht der Fuß 14. Im Sphärenmodus entspricht der Scan einer kugelförmigen Punktwolke, abgesehen von dem durch die Quertraverse 12e abgeschatteten Bereich.
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In einem anderen bevorzugten Betriebsmodus des Laserscanners 10, dem ”Helixmodus”, findet eine Drehung des Spiegels 16 um die zweite Achse 16a statt, während der Messkopf 12 relativ zum Fuß 14 unbewegt bleibt. Der Laserscanner 10 ist beispielsweise auf einem Wagen montiert, welcher sich während des Betriebs des Laserscanners 10 bewegt. Im Helixmodus hat der Scan eine Schraubenform. Der Messkopf 12 weist vorzugsweise Fixierungsmittel 26 auf, um den Messkopf 12 am Wagen zu fixieren, gegebenenfalls am Fuß 14 oder einem sonstigen Träger, welcher den Fuß 14 und den Messkopf 12 gemeinsam trägt. Mittels der Fixierungsmittel 26 wird das Lager zwischen Messkopf 12 und Fuß 14 überbrückt und damit vor Beschädigungen geschützt. Mittels der Fixierungsmittel kann auch eine Fixierung des Fußes 14 am Wagen entbehrlich sein (was hinsichtlich von Überbestimmungen auch vorteilhaft wäre), d. h. der gesamte Laserscanner 10 ist nur mittels der Fixierungsmittel 26 am Wagen fixiert. In vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Fixierungsmittel 26 als Gewindebohrungen ausgebildet, mittels derer der Messkopf 12 an dem Wagen oder sonstigen Träger angeschraubt werden kann.
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Der Lichtsender 17, der Lichtempfänger 21 und die zugeordnete Optik sind in einem oberen Bereich derjenigen empfängerseitigen Schale 12s des Messkopfes 12 angeordnet. Im unteren Bereich dieser empfängerseitigen Schale 12s ist ein als Energieversorgung dienender Batteriepack 28 des Laserscanners 10 angeordnet, vorzugsweise hinter einer Schutzabdeckung, die wenigstens teilweise von der Schale 12s trennbar ist. Als Schutzabdeckung bevorzugt ist eine schwenkbare Schutzklappe. Der Batteriepack 28 ist vorzugsweise austauschbar und wiederaufladbar ausgebildet.
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Zu Beginn des Betriebs des Laserscanners 10 kann der Benutzer den Laserscanner 10 direkt ansteuern mittels manueller Eingabe an der Anweise- und Anzeigevorrichtung 24. Es ist aber auch sinnvoll, insbesondere auch während des Betriebs, den Laserscanner 10, oder allgemein eine 3D-Messvorrichtung, mittels einer Fernsteuerung 60 ansteuern zu können, welche beispielsweise als Smartphone oder Tablet oder PC ausgebildet ist. In beiden Fällen stellt sich die Frage, wie die Startprozedur zu Beginn des Betriebs durchgeführt soll, damit eine solche Ansteuerung möglich ist.
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In einer beispielhaften Ausbildung des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist hierfür eine Nahfeldkommunikation (near field communication, NFC) vorgesehen, bestehen aus einem – vorzugsweise stationären – ersten NFC-Gerät 61, einem – vorzugsweise mobilen – zweiten NFC-Gerät 62 und einer wenigstens zeitweilig bestehenden NFC-Verbindung 63 zwischen den beiden NFC-Geräten 61, 62. Die NFC-Verbindung 63 basiert vorliegend auf RFID, d. h. zwei Antennen koppeln durch elektromagnetische Induktion im Radiowellenbereich. In bekannter Weise existiert ein Protokoll, wonach die Übertragung von Daten mittels der NFC-Verbindung 63 von wechselseitigen Bestätigungen (Handshakes) begleitet wird.
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Das erste NFC-Gerät 61 ist in oder an dem Laserscanner 10, oder allgemein der 3D-Messvorrichtung, angeordnet. So wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel, ist das erste NFC-Gerät 61 vorzugsweise in den Messkopf 12 integriert, beispielsweise als Teil der Anweise- und Anzeigevorrichtung 24 oder mit dieser verbunden. Ein wichtiger Bestandteil des ersten NFC-Geräts 61 ist die Antenne, welche dicht unter der Oberfläche des Gehäuses des Messkopfes 12 angeordnet ist, vorliegend auf der Innenseite einer der beiden Schalen 12s. Die Position der Antenne (oder die ideale Position zur Kommunikation mit ihr und damit mit dem ersten NFC-Gerät 61), beispielsweise seitlich des Touchscreens der Ansteuer- und Anzeigevorrichtung 24, kann auf der Außenseite des Gehäuses des Messkopfes 12 mit Markierungen 61a gekennzeichnet sein.
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Das zweite NFC-Gerät 62 ist vorzugsweise in die (vorzugsweise tragbare und mobile) Fernsteuerung 60 integriert, also beispielsweise in ein Smartphone oder Tablet oder PC. Das zweite NFC-Gerät 62 kann aber auch als separates Gerät (oder Fernsteuerungs-Funktionen) ausgebildet sein. Es ist auch denkbar, dass das zweite NFC-Gerät 62 eine passive Smartcard oder RFID-Tag ist. Die Anordnung der Antenne des zweiten NFC-Geräts 62 ist an sich bekannt, beispielsweise wie bei Smartphone oder RFID-Tag.
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Die besagte Startprozedur beginnt mit einem ersten Startschritt 71, indem das zweite NFC-Gerät 62 dicht am ersten NFC-Gerät 61 positioniert wird, d. h. die beiden Antennen so gering wie möglich beabstandet sind (mm-Bereich). Eine der beiden Antennen sendet, die andere empfängt, und durch eine (wechselseitige) Übertragung von Daten (im Falle eines passiven zweiten NFC-Geräts 62 auch eine Übertragung von Energie) wird in einem zweiten Startschritt 72 die NFC-Verbindung 63 aufgebaut. Wenn die NFC-Verbindung 63 aufgebaut ist, wird eine Gruppe von Funktionen der erfindungsgemäßen Nahfeldkommunikation ausgeführt.
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Die erste Funktion ist die Funktion der Autorisierung, also eines Schlüssels. Es gibt eine eindeutige (digitale) Kennung des zweiten NFS-Geräts 62, die fest im zweiten NFC-Gerät 62 gespeichert oder von diesem bedarfsweise generiert wird. Diese Kennung wird in einem dritten Startschritt 73 an das erste NFC-Gerät 61 übertragen. In einem vierten Startschritt 74 wird anhand der Kennung geprüft, ob das zweite NFC-Gerät 62 berechtigt ist, mit dem ersten NFC-Gerät 61 zu kommunizieren. Dies erfolgt mittels Vergleich mit einer gespeicherten Liste erlaubter Kennungen, beispielsweise in der Steuer- und Auswertevorrichtung 22. Wenn die Prüfung erfolgreich ist (Y), also der Benutzer und das zweite NFC-Gerät 62 autorisiert sind, darf das zweite NFC-Gerät 62 in einem fünften Startschritt 75 die gewünschten Befehle für den Laserscanner 10 an das erste NFC-Gerät 61 übertragen, insbesondere für die nachfolgend genannten Funktionen, die dann in einem sechsten Startschritt 76 im Laserscanner 10 ausgeführt werden. Wenn die Prüfung fehlschlägt (N), wird die NFC-Verbindung 63 beendet (und die Startprozedur abgebrochen), und das zweite NFC-Gerät 62 kann im siebten Startschritt 77 vom Messkopf 12 entfernt werden.
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Die zweite Funktion ist die Funktion der Initialisierung des Laserscanners 10 (oder allgemein der 3D-Messvorrichtung). Im einfachsten Fall hat der Laserscanner 10 eine einzige Startprozedur mit nur einem Satz definierter Parameter. Vorzugsweise sind aber mehrere Sätze von Parametern im Laserscanner 10 gespeichert, die unterschiedliche Profile für unterschiedliche Benutzer bilden. Die Auswahl des Satzes von Parameters kann anhand der Kennung des zweiten NFC-Gerätes 62 oder mit einer explizierten Nachfrage bei Benutzer erfolgen. Damit beginnt die Startprozedur des Laserscanners 10, die nicht nur die Parameter in den Arbeitsspeicher der Steuer- und Auswertevorrichtung 22 schreibt, sondern auch die aktuellen Winkelstellungen des Messkopfes 12 und des Spiegels 16 abfragt und diese gegebenenfalls in eine definierte Position bringt.
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Die dritte Funktion ist die Funktion der Freischaltung weiterer Kommunikationswege, insbesondere um die Fernsteuerung 60 verwenden zu können. Dabei kann eine (oder mehrere) kurzreichweitige Verbindung 80 freigeschaltet werden, wie WLAN oder Bluetooth. Auch die hierfür notwendigen Zugangsdaten können vom zweiten NFC-Gerät 62 bereitgestellt oder freigegeben werden. Erst mittels einer solchen kurzreichweitigen Verbindung 70 wird das Gerät, in welches das zweite NFC-Gerät 62 integriert ist, also beispielsweise das Smartphone oder Tablet, oder ein separates Gerät, zu besagter Fernsteuerung 60. Zusätzlich (oder alternativ) kann auch eine (oder mehrere) langreichweitige Verbindung 81 freigeschaltet werden, die beispielsweise nach LTE oder ähnlichen oder höheren Kommunikationsstandards arbeitet. Außer für die Fernsteuerung 60 können diese weiteren Kommunikationswege 80, 81 auch dazu benutzt werden, den Laserscanner 10 mit einem Netzwerk W von Rechnern und gegebenenfalls anderen Laserscannern 10 zu verbinden. Die Freischaltung der weiteren Kommunikationswege 80, 81 kann im erfindungsgemäßen Sinne auch die Übergabe definierter Adressen oder sonstiger Parameter für die Kommunikationswege 80, 81 beinhalten. Nach der Freischaltung kann das zweite NFC-Gerät 62 im siebten Startschritt räumlich vom Messkopf 12 entfernt werden, und die Fernsteuerung 60 übernimmt die Ansteuerung des Laserscanners 10 aus einer gewissen Entfernung, beispielsweise aus mehreren Metern.
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Vorzugsweise sind alle drei Funktionen aus dieser Gruppe von Funktionen erfüllt, d. h. das zweite NFC-Gerät 62 dient als Schlüssel und zur Initialisierung des Laserscanners 10 und schaltet die Fernsteuerung 60 und etwaige weitere Kommunikationswege 80, 81 frei. Bedarfsweise brauchen auch eine oder zwei Funktionen aus besagter Gruppe nicht verwirklicht sein, beispielsweise wenn die Abfrage des Schlüssels oder die Initialisierung des Laserscanners von der Fernsteuerung 60 übernommen werden soll, oder gar kein Schlüssel oder gar keine Fernsteuerung 60 vorgesehen ist, beispielsweise wenn anstelle der drahtlosen (d. h. funkbasierten), kurzreichweitigen Verbindung 80 eine drahtgebundene Verbindung zwischen dem Laserscanner 10 und dem ansteuernden Gerät vorgesehen ist. Entsprechend ist die Startprozedur in ihren Schritten angepasst.
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Die langreichweitige Verbindung 81 mit dem Netzwerk W ist eine schnelle, breitbandige, drahtlose Verbindung mit einer Funkzelle eines Mobilfunknetzwerkes. Das Netzwerk W verknüpft die enthaltenen Rechner und gegebenenfalls Laserscanner 10 mit drahtgebundenen und drahtlosen Verbindungen. Das Netzwerk W ist (in der Regel) öffentlich zugänglich, aber die langreichweitige Verbindung 81 ist (in der Regel) einem Sicherheitsprotokoll unterworfen, so dass der Zugang hierzu spezielle Zugangsdaten beim Laserscanner 10 erfordert.
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Die schnelle Datenübertragung mittels der langreichweitigen Verbindung 81 erlaubt es, während eines Scanprojekts die Daten der Messpunkte X oder andere Messdaten in das Netzwerk W zu übertragen, wo sie gezielt (auf bestimmten Rechnern) oder in der Cloud gespeichert und auch verarbeitet werden können, also als externer (d. h. außerhalb des Messkopfes 12 angeordneter) Teil der Steuer- und Auswertevorrichtung 22. Typische Verarbeitungsschritte, die im Netzwerk W erfolgen können, sind die Anwendungen spezieller Datenfilter, denen die Messdaten unterworfen werden und die beispielsweise Ausreißer oder Messfehler eliminieren oder korrigieren. Insbesondere kann im Netzwerk W die Registrierung von Scans erfolgen, d. h. wenn der Laserscanner 10 von verschiedenen Positionen aus mehrere Scans der gleichen Szene erzeugt, werden diese Scans mittels der langreichweitigen Verbindung 81 ins Netzwerk übertragen, wo deren Lage in einem gemeinsamen Koordinatensystem gesucht wird. Wenn die Farbkamera 25 farbige 2D-Bilder erzeugt, welche an das Netzwerk W übertragen werden, kann das Einfärben der zugehörigen Scans mit den Farben (R, G, B) dieser 2D-Bilder im Netzwerk W erfolgen. Auch kann die Gesamtheit der Daten für nachfolgende Analysen und Visualisierungen aufbereitet werden.
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Die Datenübertragung kann in beiden Richtungen (bidirektional) erfolgen. Insbesondere ist ein Feedback des Netzwerkes W auf den Laserscanner 10 möglich, indem der Laserscanner 10 (aus den Messdaten erzeugte) Auswertedaten oder andere Daten aus dem Netzwerk W empfängt. Zu den Auswertedaten sollen beispielsweise auch die Daten der Analysen und Visualisierungen gehören, zu den anderen Daten beispielsweise auch Befehle. Die Geschwindigkeit der Datenübertragung und das Volumen der Datenübertragung können sich für upload (vom Laserscanner 10 ins Netzwerk W) und download (vom Netzwerk W auf den Laserscanner 10) deutlich, d. h. um ein Mehrfaches, voneinander unterscheiden. In Abhängigkeit von der jeweils vorliegenden Datenübertragung, und der Datenverarbeitung im Netzwerk W sind verschiedene Möglichkeiten denkbar, was als Feedback des Netzwerkes W auf den Laserscanner 10 übertragen wird.
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Eine Möglichkeit ist die Übertragung der momentanen Gesamtpunktwolke, die aus allen Messpunkten X der im gemeinsamen Koordinatensystem registrierten Scans besteht, gegebenenfalls erweitert um Daten anderer Laserscanner oder 3D-Messvorrichtungen oder sonstiger 3D-Datenerfassungssysteme, vom Netzwerk W auf den Laserscanner 10. In einer Abwandlung hierzu genügt es, wenn für jeden ins Netzwerk W gelieferten Scan des Laserscanners 10 als Registrierungsinformation drei Koordinaten für eine Verschiebung und drei Winkel für Drehungen um drei Achsen an den Laserscanner 10 zurück übertragen werden. Diese vom Laserscanner 10 empfangenen sechs Werte, welche als sechsdimensionaler Vektor behandelt werden können, geben an, wie das Zentrum C10 des Scans relativ zum Zentrum des gemeinsamen Koordinatensystems zu verschieben und der Scan relativ zu den Achsen des gemeinsamen Koordinatensystems zu verdrehen ist. Die Steuer- und Auswertevorrichtung 22 im Laserscanner 10 ermittelt dann selber die Gesamtpunktwolke aus den ihr vorliegenden Scans.
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In beiden Fällen kann die Steuer- und Auswertevorrichtung 22 dann aus dieser Gesamtpunktwolke 2D-Bilder ermitteln, welche mittels der Anweise- und Anzeigevorrichtung 24 dargestellt werden. Der Benutzer hat damit einen Überblick über den momentanen Stand des Scanprojekts. Hierzu alternativ könnten einige ausgewählte 2D-Projektions-Bilder der Gesamtpunktwolke im Netzwerk W ermittelt werden, welche dann an den Laserscanner 10 zurück übertragen werden, um auf der Anweise- und Anzeigevorrichtung 24 dargestellt zu werden.
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Weitere Möglichkeiten ergeben sich aus den 2D-Bildern der Farbkamera 25. Zu jedem Messpunkt X gehören drei Raumkoordinaten und die Intensitätswerte, ursprünglich als Graustufen, und bei einem eingefärbten Scan als Farben. Für einen niedrigen Dynamikumfang werden dreimal 8 Bit verwendet, für einen hohen Dynamikumfang dreimal 24 Bit. Nachdem die Intensität (intensity), auch als Helligkeit (brightness) bezeichnet, in Graustufen bereits gemessen wird und in der Steuer- und Auswertevorrichtung 22 im Laserscanner 10 vorliegt, genügt es, nach dem Einfärben des Scans im Netzwerk W die weiteren Informationen, also Farbton (hue) und Sättigung (saturation), an den Laserscanner 10 zurück zu übertragen. Der Laserscanner 10 kann dann für jeden ins Netzwerk W gelieferten Scan die aus dem Netzwerk W empfangene Daten und die selber gemessenen Daten zum eingefärbten Scan zusammenfügen.
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In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist eine 3D-Messvorrichtung 100 vorgesehen, welche als Lichtsender 17 ein Projektor aufweist. Der Projektor projiziert ein Muster in die Umgebung der 3D-Messvorrichtung, welches dort auf vorhandene Objekte O trifft und an deren Oberfläche gestreut wird. Das auf die Oberfläche der Objekte O projizierte Muster nimmt die 3D-Messvorrichtung 100 mittels zweier Kameras als Lichtempfänger 21 auf. Der Projektor und die beiden Kameras bilden eine Dreiecksanordnung. Unter Ausnutzung geometrischer Bedingungen, beispielsweise einer Epipolargeometrie, bestimmt eine Steuer- und Auswertevorrichtung 22 der 3D-Messvorrichtung 100 die Messpunkte X und deren Abstände d zur 3D-Messvorrichtung 100.
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Auch diese 3D-Messvorrichtung 100 kann ein erstes NFC-Gerät 61 enthalten, mit welchem ein zweites NFC-Gerät 62 wenigstens zeitweilig mittels einer NFC-Verbindung 63 kommuniziert, um eine Startprozedur einzuleiten. Wieder sind die drei Funktionen des Schlüssels, der Initialisierung und der Freischaltung von Kommunikationswegen 80, 81 möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Laserscanner
- 12
- Messkopf
- 12a
- erste Achse
- 12c
- Tragestruktur
- 12d
- Wand
- 12e
- Quertraverse
- 12s
- Schale
- 12y
- Außenkante
- 12z
- Kühlung
- 14
- Fuß
- 16
- Spiegel
- 16a
- zweite Achse
- 17
- Lichtsender
- 18
- Sendelichtstrahl
- 20
- Empfangslichtstrahl
- 21
- Lichtempfänger
- 22
- Steuer- und Auswertevorrichtung
- 24
- Anweise- und Anzeigevorrichtung
- 25
- Farbkamera
- 26
- Fixierungsmittel
- 28
- Batteriepack
- 60
- Fernsteuerung
- 61
- erstes NFC-Gerät
- 62
- zweites NFC-Gerät
- 63
- NFC-Verbindung
- 71
- erster Startschritt
- 72
- zweiter Startschritt
- 73
- dritter Startschritt
- 74
- vierter Startschritt
- 75
- fünfter Startschritt
- 76
- sechster Startschritt
- 77
- siebter Startschritt
- 80
- kurzreichweitige Verbindung
- 81
- langreichweitige Verbindung
- C10
- Zentrum
- d
- Abstand
- O
- Objekt
- W
- Netzwerk
- X
- Messpunkt
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009055988 B3 [0002]
- EP 2005112 B1 [0002]
- DE 102009015922 A1 [0003]
