DE102016102607A1

DE102016102607A1 - Scananordnung und Verfahren zum Scannen eines Objektes

Info

Publication number: DE102016102607A1
Application number: DE102016102607.7A
Authority: DE
Inventors: Christoph Fröhlich; Markus Mettenleiter; Franz Härtl
Original assignee: Zoller and Froehlich GmbH
Current assignee: Zoller and Froehlich GmbH
Priority date: 2015-02-13
Filing date: 2016-02-15
Publication date: 2016-08-18
Also published as: EP3056923A1; EP3872525A1; DE202016008719U1; DE202016008907U1; DK3056923T3; EP3056923B1; ES2878455T3

Abstract

Offenbart sind eine Scananordnung und ein Verfahren zum Scannen eines Objekts, wobei einem Laserscanner ein sich im Feld befindlicher Satellitenrechner zugeordnet ist, über den die Registrierung und/oder Auswertung der Scans im Feld erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Scananordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Scannen eines Objektes.
Die 3D-Vermessung von Objekten mit Hilfe von Laserscannern gewinnt in der Praxis zunehmend an Bedeutung. Bei komplexen oder schwierig zugänglichen Objekten werden stets mehrere Laserscans nacheinander von unterschiedlichen Standpunkten aufgenommen und in einem gemeinsamen Projektordner abgespeichert, die dann in ein gemeinsames übergeordnetes Koordinatensystem überführt werden müssen. Dieser Prozess wird als „Registrierung“ bezeichnet. Zur Berechnung der Transformationen der einzelnen Standpunkte in das übergeordnete Koordinatensystem ist es erforderlich, einzelne, im übergeordneten System bekannte Punkte in den jeweiligen Scans zu finden und über deren Lage eine Transformation zu errechnen, die dann auf die gesamte Punktwolke angewendet wird.
Aus der DE 20 2010 013 825 U1 ist eine Scananordnung zur 3D-Vermessung von Objekten bekannt, bei der ein Laserstrahl mittels eines Strahlablenkungssystems auf ein Objekt gerichtet wird und die von diesem reflektierten Messstrahlen über eine Recheneinheit ausgewertet werden. Die bekannte Scananordnung hat des Weiteren eine Navigationseinheit, die eine grobe Erfassung des Standorts ermöglicht.
Die Bedienung der Scananordnung kann bei dem bekannten Stand der Technik mittels eines mobilen Endgerätes, beispielsweise eines Smartphones erfolgen. Die eigentliche Auswertung der Scans erfolgt über den internen Rechner, so dass das mobile Endgerät lediglich eine Art Fernbedienung darstellt.
Die Lage der gesuchten Punkte im Scan muss des Weiteren sehr genau bekannt sein, da sich sonst die Transformation nicht korrekt berechnen lässt und die Lage der verschiedenen Laserscans, sowohl zueinander als auch zum übergeordneten Koordinatensystem, nur mit geringer Genauigkeit gegeben sind. Aus diesem Grund werden bisher – wie in der DE 10 2008 034 198 B4 der Anmelderin beschrieben – in der zu vermessenden Umgebung eine Vielzahl von Targets aufgebracht, auf denen oft eine Kennzeichnung, beispielsweise eine laufende Nummer zu Identifikation aufgedruckt ist, die bei der Auswertung manuell erfasst wird. Zur Qualitätssicherung sollten alle Targets mit einer sogenannten „Totalstation“ / „Tachymeter“ eingemessen (einhäusen) und notiert werden – dieser Vorgang ist mit zusätzlichem Messaufwand verbunden und bedarf zusätzlichen messtechnischen Fachwissens. Dabei muss die Positionierung so erfolgen, dass zumindest 3 Targets in jedem Scan zu sehen sind.
Zur Verringerung dieses Aufwandes kann auch eine targetlose Registrierung der dreidimensionalen Punktwolken erfolgen. Dabei erfolgt die Registrierung weitestgehend automatisch anhand der Informationen aus den Objektmesspunkten. Dabei ist es jedoch erforderlich, dass das Objekt gewisse Besonderheiten aufweist, die eine eindeutige automatische Zuordnung der einzelnen Scans ermöglichen und dass die Scans gewisse Überlappungsbereiche aufweisen. Allerdings weisen reale Umgebungen oft Mehrdeutigkeiten (z.B. Säulen in immer gleichen Abständen in einer Produktions-Halle oder immer gleiche Türen in Bürofluren) auf, die zu fehlerhaften Zuordnungen führen können. Auch kann bei oftmals mehreren Hundert aufgenommenen Laserscans aufgrund der damit verbundenen exponentiellen Rechenzeitzunahme nicht jeder mit jedem verglichen werden zum Zwecke der automatischen Registrierung. Nur auf den vorhergehenden Scan zu registrieren ist nicht immer praktikabel, etwa wenn dieser hinter einer Abschattung liegt. Aus diesen Gründen ist eine gewisse vor-Orientierung (Position und Ausrichtung) der zu registrierenden Scans meist unabdingbar, was bislang in der Regel durch ein grobes manuelles „Hinschieben“ / “Ausrichten“ der Scannerposition/-orientierung (Standort) im „Feldbuch“ (Darstellung der Laserscanner Position, sowie des gerade aufgenommenen Scans in einer elektronischen Karte in Draufsicht) erfolgt. Dabei hat man jedoch im Feld (vor Ort) keine ausreichende Kontrolle, ob mittels dieses Verfahrens aufgenommene und grob positionierte Scans sich tatsächlich später (am Rechner im Büro) registrieren lassen. Für den Anwender ist es bisher nicht möglich, die Registrierung der Scan-Daten sofort vor Ort zu kontrollieren oder sogar die Daten weiter zu verarbeiten – es verbleibt ihm lediglich, die Scans von den vorbestimmten Standorten aus durchzuführen und dann zu hoffen, dass die Scan-Positionen bei der folgenden Auswertung im „Büro“ registriert werden können.
Dabei ist der bislang übliche Workflow folgender: Zur Auswertung werden üblicherweise die Scandaten vom Laserscanner auf einen PC herunter geladen. Daraufhin erfolgt ein Öffnen jedes einzelnen Scans mittels der Registrier- und Auswerte-Software (beispielsweise Lasercontrol^®) und eine Identifizierung der einzelnen Targets im Scan.
Falls die Aufnahmen ohne Targets erstellt wurden, erfolgt ein manuelles Verknüpfen benachbarter Scans zur targetlosen Registrierung, unter Verwendung natürlicher Objekte oder Strukturen.
Wie vorstehend ausgeführt, ist als Startwert für die targetlose Registrierung die Kenntnis über die Scannerposition und Scannerorientierung erforderlich, weshalb die groben Werte aus dem Feldbuch manuell genau auf benachbarte Scans abgestimmt werden müssen.
Stellt es sich nun während dieser Auswertung heraus, dass die Scans aufgrund mangelnder Überlappungsbereiche oder sonstiger Gründe nicht registriert werden können, besteht keine sofortige Möglichkeit der Nachbesserung, da, wie gesagt, diese Auswertung nicht im Feld erfolgt.
Die Durchführung von einfachen Vermessungen des Objektes ist üblicherweise erst am PC nach der Registrierung des Scans durchführbar. Dies ist allerdings bei einigen Anwendungen nachteilig, etwa wenn die bei der Vermessung entstandenen Datensätze geheim sind und die Anlage nicht verlassen dürfen. Das heißt, sämtliche Entscheidungen, Auswertungen und Datenerfassungen müssen vor Ort erfolgen, so dass die nachträgliche Vermessung des Objektes bei der oben geschilderten Nachbearbeitung unzulässig ist.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Scananordnung sowie ein Verfahren zum Scannen eines Objektes zu schaffen, mit denen ein neuer Workflow eingeführt wird, der eine vereinfachte Datenauswertung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Scananordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. durch ein Verfahren zum Scannen eines Objektes mit den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs 9 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Scananordnung hat zumindest einen Laserscanner zur 2D- oder 3D-Vermessung von Objekten und einen Speicher zum Ablegen von projektbezogenen Daten (Projektfile, beispielsweise den Scandaten und der Scannerposition und der Scannerorientierung). Die Scananordnung hat des Weiteren eine Navigationseinheit zum Erfassen dieser Scannerposition und der Scannerorientierung, bzw. einer Scannerrelativposition mit Bezug zu einer Startposition. Weiterhin vorhanden ist eine Datenverbindung (vorzugsweise eine Funkverbindung) zu einem sich im Feld (vor Ort) befindlichen Satellitenrechner, der bei einem Ausführungsbeispiel als Handheld ausgeführt ist. Die Scananordnung ist mit einer geeigneten Einrichtung zum Übertragen der aufgenommenen Scans an den Satellitenrechner ausgeführt, wobei dieser ausgelegt ist, in Abhängigkeit von der jeweiligen Scannerposition/-orientierung eine Registrierung des betreffenden Scans in einem übergeordneten (projektspezifischen) Koordinatensystem durch zu führen. Der Satellitenrechner kann des Weiteren eine Einrichtung zum Generieren einer Fehlermeldung, wenn die Registrierung eines Scans fehlgeschlagen ist, aufweisen.
Diese Scananordnung ermöglicht eine sehr komfortable Scandatenverarbeitung und Registrierung im Feld, wobei fehlerhafte oder unzureichende Messungen automatisch im Feld erkannt werden, sowie Versäumnisse des Anwenders an Ort und Stelle aufgedeckt werden, welche sonst später zu Problemen führen könnten.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, dass die relativ zeitaufwendige Registrierung durch die Auslagerung auf den Satellitenrechner parallel zu einem sich anschließenden Scanvorgang mittels des Laserscanners erfolgen kann, so dass zum Einen die Wartezeit während des Messvorgangs an einem Standort zur Auswertung der Messung am zuvor vermessenen Standorts ausgenutzt werden kann. Das Scannen und Auswerten des Scans erfolgt somit wesentlich schneller als bei herkömmlichen Lösungen.
Der Aufbau der Scananordnung ist besonders einfach, wenn die Datenübertragung per Bluetooth-Verbindung, Mobilfunk oder nach WiFi-Standard erfolgt, kann aber auch kabelgebunden sein.
Der Satellitenrechner kann derart ausgelegt sein, dass eine Registrierung der Scans mit und ohne Targets möglich ist und auch der Laserscanner ansteuerbar ist. Das heißt, über den Satellitenrechner kann im Feld eine Auswertung der Scans im Sinne einer voll- oder teilautomatischen Registrierung erfolgen und gegebenenfalls der Laserscanner zur Wiederholung, zur Nacherfassung eines Teilbereichs, oder Durchführung eines Scans von einer anderen Position angesteuert werden.
Der Zeitbedarf zum Erfassen eines Objektes kann weiter minimiert werden, wenn einem gemeinsamen Satellitenrechner mehrere Laserscanner zugeordnet sind, so dass die Auswertung der verschiedenen Scans zentral vor Ort erfolgt.
Die Koordination der einzelnen Laserscanner kann entweder direkt über den Satellitenrechner oder über einen gemeinsamen Server oder einen Projektleitungsrechner erfolgen, der in Datenverbindung mit dem oder den Satellitenrechnern steht und über den eine gemeinsame Auswertung und Koordination der Scanvorgänge erfolgt.
Bei einer besonders komfortablen Lösung kann die Scananordnung mit einer Schnittstelle zum Ansteuern eines automatischen Positioniersystems zum Verfahren des Laserscanners an einen zum Scannen geeigneten Standort ausgeführt sein. Dies kann beispielsweise ein Roboter sein, der den Laserscanner zur softwareseitig vorgegebenen optimalen Position verfährt.
Wie bereits oben angeführt, ist der Satellitenrechner vorzugsweise als Handheld oder Tablet ausgeführt.
Zur Erfassung von Farbinformationen kann die Scananordnung zusätzlich mit einer Farbkamera oder weiteren Sensoren, etwa zur Aufnahme von Thermografie Daten, ausgeführt sein. Diese können auch in den Scanner integriert sein.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Scannen eines Objektes, vorzugsweise mit einer Scananordnung der vorbeschriebenen Art, ergeben sich folgende Schritte:
Aufnehmen eines Scans mittels zumindest eines Laserscanners und Bestimmung des Standorts und der Orientierung des Laserscanners. Die aus dem Scanvorgang resultierende 3D-Punktwolke des Scans und Navigationsdaten des Scanners werden dann an den lokalen Satellitenrechner übertragen. Diese Übertragung erfolgt vorzugsweise per Funk, etwa Bluetooth, WiFi oder Mobilfunk. Alternativ kann auch eine kabelgebundene Kommunikation durchgeführt werden. Mittels der dort vorhandenen Software (z.B. Lasercontrol „Scout^®“) erfolgt das automatische Registrieren des Scans in Abhängigkeit vom Scannerstandort und der Scannerorientierung entweder in ein übergeordnetes Koordinatensystem oder relativ zu einem vorhergehenden Scan. Die automatische Registrierung ist typischer Weise in zwei Schritte aufgeteilt:

1) der Vor-Registrierung, die automatisch die grobe Position und Orientierung des aufgenommenen Scans berechnet. Diese kann alternativ auch vom Anwender durch manuelles „Verschieben/Verdrehen“ des Laserscans im elektronischen Feldbuch durchgeführt werden.
2) der Fein-Registrierung, die automatisch aus den groben Informationen der Vor-Registrierung eine exakte Registrierung berechnet, entweder basierend auf der Minimierung von 3D Pixel-Abständen (ICP) oder der Zuordnung vorhandener Objekte (z.B. Flächen, Zylinder) oder Strukturen (z.B. Ecken, Kanten) in den zu registrierenden 3D-Punktwolken.

Die Software, beziehungsweise der Satellitenrechner ist vorzugsweise so ausgelegt, dass in dem Fall, in dem der Scan nicht oder nur fehlerbehaftet registrierbar ist, eine Fehlermeldung abgegeben wird, so dass gegebenenfalls der Scanvorgang wiederholt wird oder diese Wiederholung von einem anderen Standort aus erfolgt. Auch kann der Anwender durch manuelle Eingriffe versuchen, das Registrierergebnis zu verbessern.
Derartige manuelle Eingriffe können beispielsweise darin bestehen, dass zunächst andere Registrier-Parameter gesetzt werden oder eine manuelle Vor-Registrierung erfolgt und dann die eigentliche Registrierung nochmals durchgeführt wird.
Alternativ kann – wie oben ausgeführt – nach einer Änderung von Scan-Parametern oder einer Änderung des Scanners-Standpunkts ein neuer Scan aufgenommen werden.
Für den Fall, dass keine Fehlermeldung abgegeben wird, werden die auf dem Laserscanner abgelegten Daten aktualisiert, in dem die auf dem Tablet berechneten Resultate übertragen werden (Upload), so dass eine Datenkonsistenz zwischen Laserscanner und Tablet gewährleistet ist.
Diese Abfolge wird wiederholt, bis eine vollständige Vermessung des Objektes vorliegt und alle Scandaten in der erforderlichen Weise registriert sind. Der Fortschritt dieser Registrierung wird dabei stets im Feld (vor Ort) kontrolliert, so dass sofort eingegriffen werden kann, falls eine unvollständige Vermessung des Objektes vorliegt.
Wie erläutert, können mehrere Laserscanner einem Satellitenrechner zugeordnet werden. Prinzipiell ist es auch möglich, mehrere derartige Gruppen (Laserscanner und Satellitenrechner) miteinander zu vernetzen.
Bei komplexen Messaufgaben kann es vorteilhaft sein, wenn der Satellitenrechner mit einem zentralen Server oder einem Projektleitungsrechner verbunden ist, über den die Vermessung des Objektes koordiniert ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Satellitenrechner, beziehungsweise dessen Software so ausgelegt ist, dass mittels des Satellitenrechners einfachere Messungen nach Registrierung der Scans durchgeführt werden können. Derartige einfachere Messungen können beispielsweise die Erfassung von Abmessungen, Flächen, Volumina, Abständen und dergleichen sein.
Bei einer Variante der Erfindung hat der Laserscanner einen integrierten Rechner, auf dem beispielsweise bei Ausfall einer Funkverbindung eine Registrierung oder Auswertung durchgeführt werden kann.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 den Grundaufbau einer derartigen Scananordnung;
2 eine Variante der Scananordnung gemäß 1 mit mehreren Laserscannern oder ähnlichen Aufnahmegeräten und
3 ein Fließdiagramm zur Verdeutlichung eines erfindungsgemäßen Scanvorgangs.
1 zeigt den Grundaufbau einer Scananordnung 1. Demgemäß hat diese zumindest einen Laserscanner 2, wie er beispielsweise von der Patentanmelderin unter dem Namen „Imager^®“ vertrieben wird. Dieser Laserscanner 2 hat einen rotierenden Messkopf 4, der um eine Horizontalachse (Ansicht nach 1) rotiert und über den ein Laserstrahl auf ein zu vermessendes Objekt gerichtet wird. Eine Sende- und Empfangseinheit des Laserscanners 1 ist in einem Gehäuse 6 angeordnet, das um eine vertikale Schwenkachse 8 um zumindest 180° verschwenkbar ist, so dass ein zu vermessendes Objekt nahezu vollständig durch Verschwenken des Gehäuses 4 um die Schwenkachse 8 und dabei rotierenden Messkopf 2 abgetastet werden kann, wobei unterhalb des Messkopfs befindliche Bereiche des Objektes durch das Gehäuse 6 abgedeckt sind und somit nicht erfassbar sind. Hinsichtlich weiterer Einzelheiten des Aufbaus eines derartigen Scanners sei beispielsweise auf die DE 101 50 439 B4 oder die DE 10 2006 024 534 A1 verwiesen.
Im Gehäuse 2 kann des Weiteren noch ein Speicher für die Scandaten sowie eine Auswerteeinheit zu einer ersten groben Auswertung der Scandaten, beispielsweise eine Vor-Registrierung in einem elektronischen Feldbuch angeordnet sein.
Wie in 1 angedeutet, steht der Laserscanner 2 in Funkverbindung mit einem sich im Feld befindlichen Satellitenrechner, der im vorliegenden Fall als Tablet 10 ausgeführt ist. Die Funkverbindung kann beispielsweise eine Bluetooth-Verbindung oder eine nach dem WiFi-Standard geregelte Verbindung sein. Über diese Funkverbindung können Daten, beispielsweise der Standort und die Orientierung des Laserscanners 2 beim Scannen und die 3D-Punktwolke des Scans auf den Speicher des Tablets 10 übertragen werden. Zur Ermittlung des Scannerstandorts und der Scannerorientierung kann der Laserscanner 2 mit einem integrierten Navigationssystem ausgeführt sein, das eine GNSS(z.B. GPS)-unabhängige Bestimmung der absoluten Position des Laserscanners oder zumindest einer Relativposition zu einem bekannten Ort im Feld ermöglicht. Der Aufbau eines derartigen Navigationssystems ist in der parallelen Patentanmeldung der Anmelderin offenbart, so dass im Hinblick auf weitere Details auf die Ausführungen in dieser Parallelanmeldung verwiesen wird, deren Offenbarung zu derjenigen der vorliegenden zu zählen ist.
Wie erläutert, werden die grob vorregistrierten Daten eines beispielsweise gerade aufgenommenen Scans auf das Tablet 10 übertragen (Download). Dabei wird davon ausgegangen, dass ein Mitglied der Messcrew das Tablet 10 im Feld bedient.
Über die im Tablet 10 gespeicherte Software (z.B Lasercontrol „Scout^®") wird dann die grobe Registrierung des Scans im übergeordneten Koordinatensystem überprüft und gegebenenfalls bearbeitet, wobei diese Registrierung dadurch erleichtert wird, dass die Position des Laserscanners und seine Orientierung entweder relativ zu einem vorhergehenden bekannten Standort oder sogar als absolute Position bekannt ist.
Dieser relative oder absolute Standort ist damit ausreichend exakt bestimmt, um als Startwert für eine targetlose Registrierung zu dienen. Es kann jedoch auch über die tabletseitige Software entschieden werden, dass anstelle der targetlosen Registrierung eine Targetregistrierung erfolgt.
Im Feld wird dann mittels der Tabletsoftware eine Registrierung (vorzugsweise targetlos) gestartet oder aber es werden, manuell oder automatisch, alle Targets im Scan bestimmt. Einzelne oder die Gesamtheit aller Scans kann mit diesen bestimmten Targets zu einer Tachymeterdatei (welche die mit einem Tachymeter oder einer Totalstation eingemessenen Weltkoordinaten aller Target-Mittelpunkte enthält) registriert werden.
Schlägt diese Registrierung am Tablet fehl, bekommt der Anwender unmittelbar eine Fehlermeldung und kann den Laserscan entweder am gleichen Standort oder an einem weiteren, besser geeigneten Standort wiederholen. Die Ansteuerung des Laserscanners kann dabei über das Tablet erfolgen.
Optional ist es vorgesehen, dass die Tabletsoftware so ausgelegt ist, dass ein optimaler Standort softwareseitig vorgeschlagen wird, der automatisch aus den aufgenommenen Punktwolken und Positionen / Orientierungen errechnet wird
Nach vollständiger Registrierung des Scans erfolgt dann das Verbringen des Laserscanners 2 an den nächsten Aufnahme-Standort – der Vorgang wiederholt sich, bis eine vollständige Vermessung des Objekts vorliegt, wobei alle Scans entweder relativ zueinander oder im übergeordneten Koordinatensystem registriert sind. Das heißt, die komplette Registrierung erfolgt bereits im Feld und nicht – wie bei herkömmlichen Lösungen – nach dem Auslesen aller Laserscans und der Auswertung auf einem Bürocomputer.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass vor Ort softwareseitig einfache Messungen durchgeführt werden können und aus diesen Messungen auch Rückschlüsse auf die weiteren Scanvorgänge gezogen werden können.
Für den Fall, dass der Laserscanner 2 mit einer Farbkamera ausgeführt ist, kann bei genügender Reserve an Rechenkapazität auf dem Handheld sogar ein (HDR-)Farbmapping im Hintergrund durchgeführt werden, was wiederum Auswertezeit im Büro spart.
Nach der vollständigen Vermessung ist im Tablet 10 ein Feldbuch mit den jeweiligen optimalen Scannerpositionen und Scannerorientierungen 14 abgelegt. Dieses Feldbuch so wie die damit verbundenen Scandaten können dann wieder per WLAN-Verbindung oder dergleichen an einen zentralen Server 16 oder den Rechner eines Projektleiters übertragen werden, so dass eine zentrale Kontrolle seitens der Projektleitung erfolgen kann und gegebenenfalls an die sich noch im Messfeld befindliche Crew Anweisung zur Wiederholung oder zusätzlichen Durchführung von Scans gegeben werden kann. Diese Anweisungen werden dann ebenfalls per WLAN, Mobilfunk oder dergleichen an das Tablet 10 übertragen.
2 zeigt eine Variante, bei der das Tablet 10 über eine Funkverbindung mit mehreren, sich gleichzeitig im Feld befindlichen, Laserscannern 2a, 2b verbunden ist. Wie in 2 rechts angedeutet, kann das Tablet 10 auch mit einem Referenzmessgerät 18 verbunden sein, über das Referenzdaten an das Tablet 10 übertragen werden, die dann bei der Registrierung und Auswertung der Scans mit eingehen.
Bei sehr großen Objekten kann es auch möglich sein, mehrere der in 2 dargestellten Einheiten mit jeweils einem Tablet 10 und mehreren zugeordneten Laserscannern 2a, 2b im Feld zu haben, wobei dann die Tablets 10 der einzelnen Gruppen so miteinander vernetzt sind, dass der Datenbestand jeweils aktualisiert ist. Gerade bei derart komplexen Systemen ist der Datenaustausch mit dem zentralen Server 16 oder einem Projektleitungsrechner zur Koordinierung der Aktivitäten der Messcrews wichtig.
In 3 sind grundlegende Schritte der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Scananordung und des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Scannen eines Objektes schematisch dargestellt. Wie erläutert, erfolgt zunächst eine Standortbestimmung des oder der Laserscanner 2 im Feld. Diese Standortbestimmung kann relativ mit Bezug zu einem bekannten vorhergehenden Standort oder auch absolut erfolgen. An diesem Standort erfolgt auch die Aufnahme eines Scans, die Abspeicherung der gescannten Daten im Speicher des Laserscanners 2 und eventuell eine Vor-Registrierung bereits auf einem im Laserscanner 2 integrierten Rechner.
Der gespeicherte Standort sowie die 3D-Punktwolke des Scans wird dann per Funk im Feld an das Tablet 10 (Handheld) übertragen („Download“), dort erfolgt zunächst eine Vor-Registrierung (falls diese nicht auf dem Laserscanner bereits erfolgt ist), sowie anschließend eine Fein-Registrierung.
Für den Fall, dass eine Registrierung aufgrund fehlerhafter Messdaten oder dergleichen nicht möglich ist, wird softwareseitig eine Fehlermeldung ausgegeben. Der Anwender kann dann versuchen, durch manuellen Eingriff (wie etwa eine manuelle Vor-Registrierung oder eine Veränderung der Registrierungs-Einstellungen) eine bessere Registrierung zu erzielen.
Alternativ nimmt der Anwender erneut einen Laserscan auf, etwa mit besseren Scan-Einstellungen oder von einem geeigneteren Standpunkt aus.
Da der alte Standort bekannt war, kann über das Navigationssystem die Relativposition des neuen Standorts zum bekannten Standort oder auch die absolute Position bestimmt werden.
Falls der Scan ohne Fehlermeldung registriert wird, wird der Laserscanner zum nächsten Standpunkt versetzt und der Scanvorgang erfolgt in der vorbestimmten Weise von neuem.
Wie in 3 dargestellt, werden die Ergebnisse der auf dem Tablet 10 erfolgten Registrierung, wie etwa die (durch die Registrierung bestimmte) exakte Position und Orientierung des aktuellen Standpunktes, eventuell gefundene Target-Mittelpunkte oder andere Informationen, zum Laserscanner zurück übertragen („Upload“), so dass immer alle Daten auf Laserscanner und Tablet konsistent bleiben.
Dies wird wiederholt, bis das gesamte Objekt vermessen ist – der Fortschritt dieser Vermessung und die Registrierung der einzelnen Scans im Feldbuch wird am Tablet 10 stets kontrolliert, so dass rechtzeitig eingegriffen werden kann, wenn die Vermessung unzureichend ist.
Zusätzlich können über die Projektleitung Anweisungen an die Crew im Messfeld gegeben werden, falls mehrere Crews mit unterschiedlichen Scannern und Tablets 10 im Feld arbeiten.
Wie in der parallelen Anmeldung erläutert, besteht das Navigationssystem im Wesentlichen aus einer Kombination von Magnetometer, Barometer, Gyroskop, Accelerometer sowie einem GNSS-Empfänger. Bei fehlendem GNSS-Empfang kann mit einem derartigen System eine Positionsänderung des Laserscanners 2 von einem Standort zum nächsten Standort relativ mitgekoppelt werden, so dass hinreichend genaue Positions-/Orientierungs-Schätzungen des neuen Standortes vorliegen. Es sind jedoch auch andere Methoden der Navigation, beispielsweise über die Standorte bekannter WLAN Punkte (RSS- oder Laufzeit-Auswertung) oder GSM Daten (Peilung zu Basis-Stationen von Mobil-Telefonen) denkbar. Diese Navigationsdaten sind, wie erläutert, im internen Speicher des Lasercanners 2 abgelegt.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Datenverbindung zwischen dem Laserscanner 2 und dem Tablet 10 sehr schnell ist. Als besonders geeignet hat sich eine sehr schnelle WiFi-Verbindung vom Laserscanner 2 zum Tablet 10 durch zwei Antennen und Ausnützung verfügbarer g-/a- und n-Funkstandards für den schnellen Download des Scans vom Laserscanner 2 zum Tablet 10 des Anwenders herausgestellt.
Die tabletseitige Software bietet vorzugsweise eine vollständige „Touch“-Bedienung und enthält alle erforderlichen Messtools, um die vorstehend erwähnten, einfacheren Messungen durchführen zu können. Des Weiteren sind softwareseitig die automatischen Abläufe der Registrierung mit und ohne Targets abgelegt, so dass dem Anwender automatisch Ergebnisse bzw. Fehler angezeigt werden können und dieser ggf. den Scan wiederholen oder zum nächsten Scan übergehen kann.
Bei der zuvor beschriebenen Verbindung mit der Projektleitung bzw. einem zentralen Server kann eine übergeordnete Instanz, beispielsweise der Projektleiter im Vermessungsbüro, den aktuellen Stand aller Laserscanner im Feld erfassen. Je nach Anforderung kann er dann Planungsdaten in die elektronischen „Feldbücher“ der eingesetzten Laserscanner schicken, auf denen zum Beispiel die von der Feldcrew zu scannenden Bereiche markiert sind. Die gewonnenen Daten können, wie erläutert, online an die Zentrale oder aber auch in eine „Cloud“ übertragen werden. Die Feldcrew kann mit dem Satellitenrechner auch zusätzlich Bilder aufnehmen und Dokumente erstellen, die den Projektdaten zugeordnet und mit der Projektleitung ausgetauscht werden können.
Offenbart sind eine Scananordnung und ein Verfahren zum Scannen eines Objekts, wobei einem Laserscanner ein sich im Feld befindlicher Satellitenrechner zugeordnet ist, über den die Registrierung und/oder Auswertung der Scans im Feld erfolgt.
Bezugszeichenliste

1: Scananordnung
2: Laserscanner
4: Messkopf
6: Gehäuse
8: Schwenkachse
10: Tablet mit Registrier-/Auswerte-Software
12: Scannerposition
14: Scannerorientierung
16: Server
18: Referenzmessgerät

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.
Zitierte Patentliteratur

DE 202010013825 U1 [0003]
DE 102008034198 B4 [0005]
DE 10150439 B4 [0039]
DE 102006024534 A1 [0039]

Claims

Scananordnung mit zumindest einem Laserscanner (2) zur 2D- oder 3D-Vermessung von Objekten, mit einem Speicher zum Ablegen von projektbezogenen Daten, gekennzeichnet durch eine Navigationseinheit zum Erfassen einer Scannerposition und/oder einer Scannerrelativposition zu einer Startposition, eine Datenfernverbindung, vorzugsweise einer Funkverbindung zu einem Satellitenrechner, vorzugsweise einem Handheld und mit einer Einrichtung zum Übertragen von aufgenommenen Scans an den Satellitenrechner, wobei dieser derart ausgelegt ist, dass in Abhängigkeit von der jeweiligen Scannerposition eine Registrierung des betreffenden Scans in einem projektspezifischen Koordinatensystem durchführbar ist, wobei der Satellitenrechner vorzugsweise eine Einrichtung zum Generieren einer Fehlermeldung in dem Fall hat, wenn die Registrierung eines Scans fehlschlägt.
Scananordnung nach Patentanspruch 1, wobei die Datenübertragung per Bluetooth-Verbindung oder nach WiFi-Standard oder Mobilfunk erfolgt.
Scananordnung nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei eine Software des Satellitenrechners derart ausgelegt ist, dass eine voll- oder teil-automatische Registrierung des Scans mit und ohne Targets ermöglicht ist und auch der Laserscanner (2) ansteuerbar ist.
Scananordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei einem Satellitenrechner mehrere Laserscanner (2) zugeordnet sind.
Scananordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einem gemeinsamen Server (16) oder einem Projektleitungsrechner, der mit dem Satellitenrechner verbunden ist und über den eine gemeinsame Auswertung und Koordination der Scanvorgänge erfolgt.
Scananordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einer Schnittstelle zum Ansteuern eines automatischen Positioniersystems zum Verfahren des Laserscanners (2) an einem zum Scannen geeigneten Standort.
Scananordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Satellitenrechner ein Handheld, vorzugsweise ein Tablet (10) ist.
Scananordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einer Farbkamera zum Erfassen von Farbinformationen.
Verfahren zum Scannen eines Objekts, vorzugsweise mittels einer Scananordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit den Schritten (3): a) Aufnehmen eines Scans mit zumindest einem Laserscanner (2); b) Bestimmen des Standorts und der Orientierung des Laserscanners (2); c) Übertragen der Scan- und Navigations-Daten an einen lokalen Satellitenrechner (Download); d) Registrieren des Scans in Abhängigkeit vom Scannerstandort und der Scannerorientierung in einem übergeordneten Koordinatensystem oder relativ zu einem zuvor aufgenommenen Scan oder Registrieren des Scans in Abhängigkeit von manuell oder automatisch im Scan identifizierten Targets in einem übergeordneten Koordinatensystem oder relativ zu einem zuvor aufgenommenen Scan; e) vorzugsweise Ausgabe einer Fehlermeldung, falls der Scan nicht oder nur fehlerhaft registrierbar ist; f) vorzugsweise manueller Eingriff des Anwenders durch – Setzen anderer Registrier-Parameter oder manuelle Vor-Registrierung oder – erneuter Scan mit anderen Scan-Parametern oder von anderem Standpunkt g) Versetzen des Laserscanners (2) an einen neuen Standort und Wiederholen der Schritte a) bis f) h) anhand des Satellitenrechners erfassbar ist, dass eine vollständige Vermessung des Objekts vorliegt.
Verfahren nach Patentanspruch 9, wobei eine Aktualisierung der Daten auf dem Laserscanner (2) durch Rück-Übertragung (Upload) der bei der Registrierung / Auswertung auf dem Tablet (10) gewonnenen Ergebnisse erfolgt.
Verfahren nach Patentanspruch 9 oder 10, wobei die Daten mehrerer Laserscanner mittels des Satellitenrechners verarbeitbar sind.
Verfahren nach Patentanspruch 9, 10 oder 11, wobei der oder die Satellitenrechner mit einem zentralen Server (16) oder einem Projektleitungsrechner verbunden sind.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 9 bis 12, wobei die Registrierung und/oder Auswertung der aufgenommenen Daten auch auf einem im Laserscanner integrierten Rechner erfolgt.