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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.
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Die
DE 10 2009 055 988 B3 offenbart eine bekannte 3D-Messvorrichtung, 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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Die
EP 2 860 546 A1 offenbart eine 3D-Messvorrichtung der eingangs genannten Art. Der im wesentlichen hohle Rotor trägt auf einem Schrägabschnitt den Spiegel. In axialer Richtung hinter dem Rotor ist der Elektromotor angeordnet, auf dessen Welle der Rotor sitzt. Dabei sind um die Welle herum im Rotor feste Auswuchtelemente sowie Senklöcher vorgesehen, um den Rotor auszuwuchten.
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Der den Spiegel tragende Rotor der
DE 10 2012 105 027 A1 ist mit einem Wellenstummel versehen, auf welchem ein Encoder und ein mittels Schleifringen mit Strom versorgter Rotor eines Elektromotors sitzen. Letztgenannter Rotor wird wiederum vom Stator des Elektromotors umgriffen.
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In der
US 5,171,984 A wird eine 3D-Messvorrichtung beschrieben, welche einen pyramidenstumpfförmigen Spiegel verwendet. An dessen Grundfläche ist ein Rotorkörper mit Permanentmagneten angebracht, welcher von Statorspulen umschlossen wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Als Abschnitte des Rotors entlang der zweiten Achse sind ein Schrägabschnitt und ein Topfabschnitt vorgesehen. Der Schrägabschnitt hat die Funktion, den Spiegel zu tragen, und der Topfabschnitt hat die Funktion, den Elektromotor aufzunehmen. Der Drehantrieb für den Rotor weist einen feststehenden Stator auf, relativ zu dem sich der Rotor dreht, wobei der Rotor drehfest auf einer Welle sitzen kann. Zwischen Stator und Rotor oder zwischen Stator und Welle ist der Elektromotor des Drehantriebs wirksam, vorzugsweise mit rotorfesten Permanentmagneten und statorfesten Spulen.
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In einer geschachtelten Bauweise übergreift der Rotor mit seinem Topfabschnitt wenigstens teilweise den Stator, welcher wiederum den Elektromotor aufnimmt, so dass der Topfabschnitt des Rotors den Elektromotor nicht unmittelbar, sondern mittelbar aufnimmt. In dieser geschachtelten Bauweise greift der Rotor mit seinem Topfabschnitt vorzugsweise auch in eine ringförmige Aufnahme zwischen dem Stator und einem Antriebsgehäuse des Drehantriebs.
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Unter einer geschachtelte Bauweise von Stator, Elektromotor, Rotor und der gegebenenfalls vorgesehen Welle soll eine radial zur zweiten Achse abwechselnde Anordnung von feststehenden und drehbaren Bauteilen verstanden werden. Eine solche geschachtelte Bauweise spart Bauraum entlang der zweiten Achse, so dass die Baugruppe von Drehantrieb und Spiegel kürzer wird.
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Die Aufgabe des Spiegels, Sende- und Empfangsstrahl umzulenken, erfordert eine schräge Anordnung zum Strahlengang. Entsprechend ist der den Spiegel tragende Schrägabschnitt des Rotors unsymmetrisch (nicht rotationssymmetrisch) ausgebildet, was wiederum ein Auswuchten des Rotors erfordert. Dem permanenten Auswuchten des Rotors dient auch der Topfabschnitt des Rotors, der einstückig mit dem Schrägabschnitt ausgebildet ist und vorzugsweise auch eine unsymmetrische Form aufweist. Mittel zum permanenten Auswuchten des Rotors sind beispielsweise diverse Ausnehmungen aus dem Material des Rotors. Allerdings können diese Mittel nur Unwuchten eines perfekt gelagerten Rotors ausgleichen. Bevorzugt weist der Rotor daher Mittel zu seinem einstellbaren Auswuchten auf.
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Diese Mittel sind vorzugsweise Bohrungen im Rotor, in welche Stifte aus einem dichten Material, beispielsweise Stahl oder Wolfram, eingeführt werden können. Sinnvollerweise sind mehrere Bohrungen im Rotor vorgesehen, die in mehreren Ebenen angeordnet sind. Die Anzahl der Stifte sowie ihre Länge ermöglichen eine Grobeinstellung, die jeweilige Einführtiefe der verwendeten Stifte eine stufenlose Feineinstellung. Vorzugsweise sind die Bohrungen und Stifte mit Gewinden ausgebildet, was die Einstellung der Einführtiefe in beide möglichen Richtungen erleichtert.
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Eine Anordnung der Bohrungen parallel zur zweiten Achse als Drehachse des Rotors erlaubt eine einfache Zugänglichkeit aller Bohrungen durch eine einzige Öffnung im Antriebsgehäuse, beispielsweise zum Prüfen und Anpassen des ausgewuchteten Rotors im zusammengebauten Zustand des Drehantriebs. Entsprechend sind die Bohrungen im Topfabschnitt des Rotors ausgebildet, was dem Topfabschnitt eine weitere Funktion gibt.
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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 einen Schnitt durch den Drehantrieb für den Spiegel,
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6 eine perspektivische Ansicht eines den Spiegel tragenden Rotors, und
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7 eine Stirnansicht des Drehantriebs für den Spiegel.
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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 band-pass-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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Der für den Spiegel 16 vorgesehene zweite Drehantrieb weist ein Antriebsgehäuse 16c auf, welches fest mit der Tragestruktur 12c verbunden ist. Das Antriebsgehäuse 16c hat näherungsweise die Form eines liegenden Hohlzylinders, von dem beispielsweise Kühlrippen und Befestigungsbereiche abstehen. Innerhalb des Antriebsgehäuses 16c ist ein – vorliegend zweiteiliger – Stator 16d angeordnet. Der Stator 16d ist vorzugsweise rotationssymmetrisch zur zweiten Achse 16a ausgebildet und um diese herum angeordnet, an einem Ende am Antriebsgehäuse 16c befestigt und ansonsten von der Innenwand des Antriebsgehäuses 16c beabstandet, so dass sich eine ringförmige Aufnahme des Antriebsgehäuses 16c ergibt.
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Wenigstens zwei Lager 16e im Stator 16d lagern eine Welle 16f, welche um die zweite Achse 16a drehbar ist (und diese definiert). Als Lager 16e sind vorliegend zwei gegeneinander, achsfix verspannte Lager 16e und ein federvorgespanntes Lager 16e vorgesehen, wodurch die Steifigkeit der Lageranordnung nicht lageabhängig ist. Auf der Welle 16f, genauer gesagt an dem einen, aus dem Antriebsgehäuse 16c herausragenden Ende, sitzt ein Rotor 16g. Der Rotor 16g ist wenigstens drehfest mit der Welle 16f verbunden, vorzugsweise an dieser befestigt.
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Der Rotor 16g hat einen einstückig ausgebildeten, metallischen Körper, vorzugsweise aus Aluminium. Entlang der zweiten Achse 16a weist der Rotor 16g zwei zueinander benachbarte Abschnitte auf, einen Topfabschnitt und einen Schrägabschnitt. Der Schrägabschnitt des Rotors 16g lässt sich in einen unter 45° (zur zweiten Achse 16a) abgeschnittenen Zylinder einbeschreiben. Der Schrägabschnitt des Rotors 16g dient dazu, den Spiegel 16 zu tragen, d. h. am Rotor 16g ist – an dessen Schrägabschnitt – der Spiegel 16 befestigt, beispielsweise aufgeklebt. Außer dem Spiegel 16 können weitere Aufbauten am Rotor 16g vorgesehen sein, beispielsweise separat ausgebildete Mittel zum Befestigen des Spiegels 16 oder Blenden zum Verkleiden von Hohlräume. Vorliegend ist eine derartige Blende 16h am Rotor 16g befestigt, welche den Rand des Spiegels 16 übergreift und zugleich eine große Ausnehmung abdeckt. Somit ist für den Schrägabschnitt des Rotors 16g samt seinen Aufbauten (Spiegel 16 und Blende 16h) auch äußerlich sichtbar die Form des schräg abgeschnittenen Zylinders.
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Der Topfabschnitt des Rotors 16g hat eine unsymmetrische, aus zwei halben Töpfen zusammengesetzte Form. Der Rotor 16g greift einerseits – mit seinem Topfabschnitt – in die ringförmige Aufnahme des Antriebsgehäuses 16c (zwischen der Innenwand des Antriebsgehäuses 16c und dem Stator 16d) und ragt andererseits mit seinem Schrägabschnitt (samt dem Spiegel 16 und vorliegend der Blende 16h) aus dem Antriebsgehäuse 16c heraus. Der Rotor 16g lässt sich nicht nur entlang der zweiten Achse 16a in zwei Abschnitte (Topfabschnitt, Schrägabschnitt) unterscheiden, sondern auch mit einer die zweite Achse 16a enthaltenden Ebene in zwei Teilbereiche unterteilen, da die Hälfte des Spiegels 16 weiter als das Zentrum C10 (aus dem Antriebsgehäuse 16c) herausragt. Der entsprechend zugeordnete Teilbereich des Rotors 16g sei als längerer Rotorteilbereich, der verbleibende als kürzerer Rotorteilbereich bezeichnet. Zu den beiden Rotorteilbereichen gehört jeweils einer der beiden halben Töpfe.
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An seiner vom Spiegel 16 abgewandten Stirnseite ist Antriebsgehäuses 16c mittels eines Deckels 16j geschlossen. Zwischen dem Deckel 16j und dem Stator 16d ist ein (zylindrischer) Bauraum vorgesehen, in welchen das Ende der Welle 16f ragt und welcher den Drehwinkelgeber aufnimmt. Zwischen den voneinander beabstandeten Lagern 16e für die Welle 16f ist zwischen der Welle 16f und dem Stator 16d ein (ringförmiger) Bauraum ausgebildet, welcher einen Elektromotor 16k aufnimmt. Der zwischen Stator 16d und Welle 16f (und damit zwischen Stator 16d und Rotor 16g) wirksame Elektromotor 16k ist in an sich bekannter Weise ausgebildet, beispielsweise als Innenläufer mit Spulen am Stator 16d und Permanentmagneten an der Welle 16f. In baulicher Hinsicht nimmt der Stator 16d den Elektromotor 16k auf, während der Rotor 16g wiederum den den Elektromotor 16k aufnehmenden Teil des Stators 16d übergreift. Letztendlich nimmt der Rotor 16g mittels dieser geschachtelten Bauweise den Elektromotor 16k auf, d. h. der zum Schrägabschnitt benachbarte Topfabschnitt des Rotors 16g dient als Aufnahme für den Elektromotor 16k. Die geschachtelte Bauweise verkürzt die Länge des zweiten Drehantriebs entlang der zweiten Achse 16a. In einer alternativen Anordnung ist der Elektromotor 16k außerhalb des Stators 16d angeordnet und direkt zwischen Stator 16d und Rotor 16g wirksam.
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Trotz seiner unsymmetrischen Form mit verschiedenen langen Rotorteilbereichen ist der Rotor 16g samt seinen Aufbauten, also insbesondere dem Spiegel 16 (und vorliegend auch der – massemäßig eher vernachlässigbaren – Blende 16h), wenigstens näherungsweise bereits (permanent) ausgewuchtet. Hierzu weisen die beiden Rotorteilbereiche verschiedene Materialaussparungen auf. Der kürzere Rotorteilbereich weist am statorseitigen Ende (also im Topfabschnitt) einen ringförmigen Absatz 16l auf. Der längere Rotorteilbereich weist am spiegelseitigen Ende eine große Ausnehmung, die zusammen mit der Blende 16h einen großen Hohlraum bildet, und ungefähr auf halber Länge eine ringförmige Nut 16n auf, die vorliegend ebenfalls im Topfabschnitt angeordnet ist.
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Von der statorseitigen Stirnseite des Rotors 16g her (also im Topfabschnitt) sind mehrere Bohrungen 16o parallel zur zweiten Achse 16a in den längeren Rotorteilbereich eingebracht, vorliegend zwölf Bohrungen 16o, jeweils mit einem Innengewinde ausgebildet. Von derjenigen Fläche des Absatzes 16l aus, welche zur statorseitigen Stirnfläche des Rotors 16g parallel ist (also ebenfalls im Topfabschnitt), sind ebenfalls mehrere Bohrungen 16o parallel zur zweiten Achse 16a in den kürzeren Rotorteilbereich eingebracht, vorliegend ebenfalls zwölf Bohrungen 16o mit Innengewinde. Alle Bohrungen 16o beider Rotorteilbereiche haben den gleichen Abstand zur Welle 16f.
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Zusätzlich zu diesen beschriebenen Mitteln zum permanenten Auswuchten des Roros 16g sind Mittel zu seinem einstellbaren Auswuchten vorgesehen. Hierzu können in die Bohrungen 16o jeweils Stifte 16p eingeführt werden, die vorliegend als Gewindestifte ausgebildet sind und in die Bohrungen 16o eingeschraubt werden können. Zum Einführen der Stifte 16p ist an einer Stelle des Deckels 16j eine markierte Öffnung 16q ausgebildet. Durch Drehen des Rotors 16g kann jede seiner Bohrungen 16o so angeordnet werden, dass sie mit der Öffnung 16q fluchtet. Etwaige durch Fertigungstoleranzen der Bauteile (Rotor 16g, Spiegel 16, Blende 16h) oder durch die Lagerung entstandene Unwuchten können nun mittels Einführen eines oder mehrerer Stifte 16p – durch die Öffnung 16q hindurch in die Bohrung 16o hinein – einstellbar ausgeglichen werden. Die Mittel zum einstellbaren Auswuchten erlauben stufenlose Einstellmöglichkeiten, indem nicht nur die Anzahl der verwendete Stifte 16p und deren Länge, sondern auch die Einführtiefen der verwendete Stifte 16p unterschiedlich wählbar sind.
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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
- 16c
- Antriebsgehäuse
- 16d
- Stator
- 16e
- Lager
- 16f
- Welle
- 16g
- Rotor
- 16h
- Blende
- 16j
- Deckel
- 16k
- Elektromotor
- 16l
- Absatz
- 16n
- Nut
- 16o
- Bohrung
- 16p
- Stift
- 16q
- Öffnung
- 17
- Lichtsender
- 18
- Sendelichtstrahl
- 20
- Empfangslichtstrahl
- 21
- Lichtempfänger
- 22
- Steuer- und Auswertevorrichtung
- 24
- Anweise- und Anzeigevorrichtung
- 25
- Farbkamera
- 26
- Fixierungsmittel
- 28
- Batteriepack
- C10
- Zentrum
- d
- Abstand
- O
- Objekt
- X
- Messpunkt
