EP4252029A1 - Laserscanner - Google Patents

Laserscanner

Info

Publication number
EP4252029A1
EP4252029A1 EP21820211.7A EP21820211A EP4252029A1 EP 4252029 A1 EP4252029 A1 EP 4252029A1 EP 21820211 A EP21820211 A EP 21820211A EP 4252029 A1 EP4252029 A1 EP 4252029A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
laser scanner
beam guide
scanner according
pocket
mirror
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21820211.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Fröhlich
Markus Mettenleiter
Johann WOHLFAHRT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zoller and Froehlich GmbH
Original Assignee
Zoller and Froehlich GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zoller and Froehlich GmbH filed Critical Zoller and Froehlich GmbH
Publication of EP4252029A1 publication Critical patent/EP4252029A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4811—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements common to transmitter and receiver
    • G01S7/4813—Housing arrangements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4814—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4817—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning

Definitions

  • the invention relates to a laser scanner according to the preamble of patent claim 1.
  • Scanners for 3D and 2D measurement of objects are known from the prior art.
  • the 3D measurement is carried out, for example, by means of a scanner, as is described in the applicant's patent DE 101 50436 B4.
  • a further improved 3D laser scanner is disclosed in DE 102016 119 155 A1, which also goes back to the applicant.
  • the laser measuring beam emitted by an optical transmitter is deflected by a deflection unit in such a way that a comprehensive, three-dimensional spatial measurement of the surroundings is made possible.
  • the digitized measurement data is stored on a computer system and is available there for further processing and visualization of the measured object.
  • the 3D measurement is carried out by guiding the modeled laser light over the environment to be measured, whereby both the distance and the reflectivity value can be measured at points for different spatial directions.
  • Distance and reflectivity images then result from the arrangement of all measured spatial directions.
  • the distance images reflect the geometry of the environment and the reflectivity images their visual images, analogous to the gray values of a video camera. Both images correspond pixel by pixel and are largely independent of environmental influences due to the independent, active illumination with laser light.
  • scanners such as those offered by the applicant under the name “Profiler” ® 9012 are used for the 2D measurement.
  • a 360° profile measurement is carried out by rotating a Deflection mirror of the deflection unit, the speed of the deflection mirror determining the number of profiles to be measured per second, each of these 360° profiles consisting of individual measuring points corresponding to the scanning rate of the scanner.
  • Area-wide recording for example when measuring contact wires, buildings near the tracks, tunnel tubes or mobile mapping, is carried out by measuring the profile while driving through the environment, with the profile being recorded perpendicular to the direction of travel.
  • the locally consecutive profiles are arranged to form an image, whereby the lateral distance between two profiles can be varied depending on the speed of the carrier vehicle.
  • the carrier vehicles move at relatively high speeds of up to 100 km/h.
  • the “profiler” mentioned above has a stepped housing in which the components of the scanner, for example a laser head, a detector/receiver, and a control and evaluation unit, are accommodated.
  • the deflection unit and the associated drive are arranged essentially in the area of a step outside the housing, with the deflection unit protruding from the housing to such an extent that the 360° measurement mentioned is possible.
  • the scanner with its comparatively tall housing is mounted on the carrier vehicle and is therefore exposed to the wind and other environmental influences.
  • a problem with this type of profiler is that when used on rails or roads, it is exposed to exhaust fumes, dirt, humidity and dust, which are also deposited on a protective glass (aperture glass) covering the exit window. Due to the long periods of use and the sometimes poor accessibility on the vehicle, cleaning the protective glass is only possible at longer intervals, so that it becomes increasingly dirty. However, this is very problematic for the phase-based distance meter, since the outgoing laser light is scattered by the dirty protective glass and thus reaches the receiver/laser head directly.
  • a further cause of the scattered light is that the protective glass/aperture glass is usually designed with a roughness in the nanometer range, so that this roughness also results in scattered light.
  • This scattered light is received in addition to the light backscattered by the scanned object and falsifies the measurement results considerably, since the distance and intensity of the light backscattered from the dirty / rough protective glass and reflected from the object are "mixed", with the parts not being separated in the distance meter can become.
  • the measuring beam (beam emitted by the laser head) and the received light scattered back from the object (received beam) are guaranteed by a specific design of a beam guidance of the deflection unit - however, the influence of the scattered light cannot be sufficiently reduced.
  • the mirror is mounted on the bottom of a rotor housing, which surrounds the aforementioned beam guide to the outside.
  • the rotor housing In order to clean the exit window, the rotor housing must then be removed, so that the relative positioning of the mirror in relation to the beam guidance changes accordingly, so that a new scanner calibration is required.
  • a further disadvantage of the conventional solution is that the attachment of the rotor housing to the hollow spindle requires a fairly massive construction, with the exact positioning of the mirror depending on the transitions between the hollow shaft, the rotor housing and the mirror. As stated, this relative positioning changes when the rotor housing is dismantled. On top of that the connection between the mirror and the hollow spindle can dynamically deform under extreme centrifugal forces or temperature fluctuations.
  • the invention is based on the object of creating a laser scanner in which the influence of scattered light is minimized.
  • the laser scanner according to the invention is designed with a laser head for emitting a measuring beam, a rotating deflection unit driven by a drive for deflecting the measuring beam in the direction of a measuring object, a detector module for detecting the receiving/measuring beam reflected by the measuring object and a control and evaluation unit for signal processing .
  • the deflection unit has a hollow spindle that carries a beam guide, which is assigned a deflection mirror for deflecting the received/measuring beam in the direction of or from a protective glass (aperture glass) covering the exit window.
  • At least one pocket is formed on the beam guide, which is aligned in such a way that the measuring beam components (scattered light) reflected by the protective glass are deflected via the mirror in the direction of the pocket.
  • This at least one pocket is designed in such a way that it can “capture” the scattered light, so that it “runs dead” within the pocket, so to speak, and cannot falsify the measurement result.
  • the geometry of the pockets is optimized accordingly.
  • the term "pocket” can be understood to mean a geometric configuration of the beam guidance in such a way that it is not required for guiding the actual measuring beam, but forms recesses arranged laterally from the outgoing measuring beam path, which lie in the scattered light beam path.
  • pockets/recesses can, for example, be radial extensions of the beam guide, in which case the pockets can extend, for example, in the direction of the deflection mirror and/or in the direction of the hollow spindle.
  • This reduction of stray light can be further improved if these bags are provided with a reflection-reducing coating.
  • This coating can contain, for example, a black anti-reflective paint.
  • the mirror is positioned between a counterweight and the beam guide. In such an embodiment, it is preferred if these pockets open into an oblique end face of the beam guide.
  • the manufacturing effort for producing the beam guide is minimal if these pockets/recesses open into a screw hole into which the screws/fastening means required to fasten the beam guide to the hollow spindle or to fasten an end face of the hollow spindle can be used.
  • dowel pins or the like can also be inserted into the "screw holes" instead of such screws.
  • Cleaning the laser scanner is particularly easy if the deflection mirror - as explained above - is positioned between the beam guide and the counterweight, so that, for example, a rotor housing with the exit window can be removed without changing the position of the deflection mirror.
  • the rotor housing can encompass the deflection mirror, the beam guide and the counterweight at least in sections and be fastened to an end flange of the hollow spindle.
  • the rotating masses of the deflection unit are particularly low if the counterweight and the beam guidance are designed in the form of plates/bars.
  • the structure is further simplified if the above-mentioned end flange carries drive means, for example a ring gear of a belt drive.
  • drive means for example a ring gear of a belt drive.
  • a seal is arranged in the area between the exit window and the beam guide, along which the exit window rests. This seal also helps reduce stray light.
  • the deflection mirror is made of a material that has a lower specific weight than aluminum.
  • the deflection mirror is preferably made of silicon carbide.
  • FIG. 1 shows a three-dimensional representation of a 2D laser scanner according to the invention
  • FIG. 2 shows a side view of the laser scanner according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a view of the laser scanner with the housing open, the individual components being shown only schematically;
  • FIG. 4 shows an external view of a hollow spindle of the laser scanner according to FIGS. 1 to 3;
  • FIG. 5 shows a section through the hollow spindle according to FIG. 4;
  • Figure 6 is a partial front view of the deflection unit
  • FIG. 7 shows a partial representation of the deflection unit according to FIG.
  • FIGS. 1 and 2 show exterior views of a 2D laser scanner 1 according to the invention, which enables the measurement of 360° profiles.
  • the laser scanner 1 has an approximately cuboid housing 2 with a lower housing part 4 and a housing cover 6 which is placed on the lower housing part 4 .
  • a deflection unit 8 embodied as a rotor protrudes from the end face of the housing 2, on the flattened area 10 of which, which is at the bottom in FIG. 1, an exit window for a measuring beam is formed.
  • the deflection unit 8 rotates about a horizontal axis, so that a 360° profile can be scanned via the measuring beam.
  • Supporting feet 12 are formed on the lower housing part 4, along which the laser scanner 1 is fastened on a carrier, for example a carrier vehicle.
  • the housing 2 is designed with a smooth surface in the broadest sense, with rounded edges and corner areas, so that the air resistance is minimal.
  • the housing is designed to be significantly flatter than the solutions known from the prior art, with the end faces exposed to the airflow when the carrier vehicle is driving (in most cases, the laser scanner 1 with the deflection unit 8 is oriented against the direction of travel, so that the opposite end face 16 is flown against).
  • the two end faces 14, 16 are formed with a smaller area than the side faces 18, 20 arranged approximately at right angles thereto and the base faces 22, 24.
  • FIG. 2 shows a side view of the laser scanner 1, in which the side face 18 is arranged towards the viewer, while the end faces 14, 16 run perpendicular to the plane of the drawing.
  • This representation shows connections 26 which are formed on the rear end face 16 and via which the power supply and signal lines etc. are connected.
  • the end face sections formed on the housing cover 6 are slightly bevelled.
  • the base 22 is also designed to slope towards the connections 26 . Accordingly, the housing is optimized in terms of flow due to the smooth-surface design and rounding of the corner areas 34 and the beveling of the end face areas, so that impairment of the measuring accuracy by the driving wind and other environmental influences is minimized.
  • the housing 2 is very flat.
  • the overall height H of the housing is approximately twice the diameter D of the deflection unit 8. This means that the overhang of the housing 2 in the vertical direction over the rotating deflection unit 8 is minimal.
  • FIG. 3 shows a plan view of the housing 2 with the housing cover 6 removed, so that the interior of the lower housing part 4 can be seen.
  • the components visible in FIG. 3 are only indicated. These are more or less next to each other in a horizontal plane or at most slightly overlapping in the vertical direction arranged.
  • 3 shows a spindle 28 which carries the rotating deflection unit 8 and which is mounted in the housing 2 so that it can rotate about the axis of rotation 30 .
  • the drive takes place via a motor 32 which is operatively connected to the spindle 28 via a toothed belt or the like, for example.
  • the spindle 28 is designed as a hollow spindle, in the interior of which the beam path is formed in sections.
  • a laser head 34 is arranged in the housing 2 aligned with the axis of rotation 30 or with the beam path, to which a laser fiber is connected, via which the measuring beam is coupled into the laser head 34 by means of a collimator.
  • the measuring beam emitted by this transmitter/laser head 34 is emitted through a parabolic mirror in the direction of the deflection unit 30, in which a deflection mirror 46 arranged at 45° to the axis of rotation 30 is held, via which the measuring beam is deflected towards the exit window, which is shown in the Embodiment is covered by a protective glass / aperture glass.
  • Reference number 36 designates a receiver/detector module, via which the measurement beam (received beam) reflected by the measurement object is detected.
  • FIG. 3 arranged transversely to the axis of rotation 30, there is a reference module 38 in the housing 2, which can be moved into the beam path for the reference measurement.
  • a PC board and a motor board 40 or the measuring system 42 for controlling the laser head 34 and the detector module 36 and for evaluating the received measuring signals are designated by the reference symbols 40 and 42 . Furthermore, a connector board 44 for the connections 26 is accommodated in the lower housing part 4 . As mentioned above, these subassemblies are arranged next to one another, separated essentially in the horizontal direction, so that only little installation space is required in the height direction (vertical to the base).
  • FIG. 4 shows an individual representation of the deflection unit 8 with the hollow spindle 28 and its bearing 51a, 51b, which can be designed as a ball bearing.
  • the laser head 34 described above is then connected to the end section of the hollow spindle 28 on the right in the figure.
  • Reference number 52 designates a sprocket which is operatively connected to a toothed belt of the drive.
  • the recesses made adjacent to the ring gear 52 are balancing bores 54 which are used to balance the hollow spindle 28 .
  • this beam guide 56 and thus the hollow spindle 28 carries the mirror (deflection mirror) 46, which is positioned at 45° to the horizontal in the exemplary embodiment shown.
  • a counterweight 58 is arranged, which is designed with regard to the optimal balancing of the arrangement. This counterweight 58 is fixed to the beam guide 56 through the deflection mirror 46, for example.
  • This measurement beam 62 is then deflected by the deflection mirror 46 in the direction of the exit window 48, which is covered by the protective glass (aperture glass) 50 in the exemplary embodiment shown.
  • This is arranged on a rotor housing 74 and, in the exemplary embodiment shown, covers the counterweight 58, the deflection mirror 46 and the beam guide 56.
  • this is prevented in that at least one pocket 68 is formed in the area of the beam guide 56 exposed to the scattered light, which pocket is aligned in relation to this scattered light 66 in such a way that it is reflected into the pocket 68 .
  • the scattered light 66 is reflected back and forth between the protective glass 50 and the pocket(s) 68, so that the scattered light 66 (the back reflection) gets lost.
  • the scattered light 66 is further reduced since in the exemplary embodiment according to the invention the protective glass 50 is supported on a support 70 of the beam guide 56 via a black O-ring seal 69 or the like.
  • the at least one pocket 68 is provided with a reflection-reducing coating, preferably with a black anti-reflection paint.
  • a reflection-reducing coating preferably with a black anti-reflection paint.
  • black anti-reflection paint Such paints are known on the market, so that further explanations are unnecessary.
  • the beam guide 56 is screwed to an end flange 72 of the hollow spindle 28 , the mirror 46 being held between the beam guide 56 and the counterweight 58 , as mentioned above.
  • FIG. 6 shows a front view of an oblique face of the beam guide.
  • the beam guide 56 is plate-shaped, with the beam path exiting and entering via the inclined end face 76 facing the deflection mirror 46 .
  • the measuring beam 62 emitted by the laser head 34 is guided via the tube 60 through the hollow spindle 28 and is then guided via an axial bore 68 in the beam guide 56 in the direction of the deflection mirror 46 . The latter is not visible in the view according to FIG.
  • the measurement beams reflected by the measurement object enter the deflection unit 8 through the exit window 48 and the protective glass 50 and are then deflected via the deflection mirror 46 in the direction of the detector module 36, these reflected measuring beams then travel along the the tube (see FIG. 7) 60 enclosing the interior space 80 of the hollow spindle 28 .
  • the measuring beam 62 is guided via a measuring beam hole 88 in the beam guide 56 in the direction of the protective glass 50, the axis of which is arranged at right angles to the axis of the tube 60 and the axial hole 78 arranged coaxially thereto.
  • the pockets mentioned are preferably arranged in the transition area between the axial bore 78 and the measurement beam bore 88 of the beam guide 56 .
  • these pockets 68 are radial expansions of the measuring beam bore 88 and the axial bore 78, with these radial expansions being designed in terms of geometry such that the scattered light is “captured” in the manner described above.
  • radial expansions are provided, preferably arranged asymmetrically with respect to the beam guidance axis of the beam guide 56, which are denoted by the reference symbols 68a, 68b, 68c, 68d, 68e in the representation according to FIG. In the illustration according to FIG.
  • a multiplicity of cutting edges set at an angle to one another can be seen, of which only one cutting edge 90 is provided with a reference number.
  • the pockets 68 are partially cylindrical and partially tapered or designed as radial expansions, with the “dead running” of the scattered light component being caused essentially by the inclined peripheral walls of these pocket areas.
  • these pockets 68a, 68b open into screw holes 92a, 92b into which the screws 82 for fastening the Beam guide 56 are used on the front flange 72.
  • these pockets 68 then form extensions of the screw holes 92 that are required in any case, so that the outlay in terms of manufacturing technology for producing the pockets 68 is minimal.
  • the peripheral walls of the pockets 68 (68a, 68b, 68c, 68c, 68e) are provided with an anti-reflection paint or some other coating that reduces reflection, so that the diffuse scattered light is reliably “swallowed”.
  • the counterweight 58 is also approximately plate-shaped and extends, so to speak, as an extension of the beam guide 56.
  • the counterweight 58 is also connected to the beam guide 56 via a large number of screws 94.
  • the axis of these screws 94 is perpendicular to the inclined face 76.
  • the heads of the screws 94 can be seen in the representation according to FIG.
  • the rotor housing 74 with the exit window 48 and the protective glass 50 is screwed to the end flange 84 , with the end flange 84 penetrating in sections into a receptacle 98 of the rotor housing 74 for position positioning.
  • mirror 46 is constructed of a lighter weight material such as silicon carbide rather than aluminum in the conventional manner. Furthermore, the mirror 46 is designed with a significantly smaller wall thickness than the conventional aluminum mirror.
  • a 2D laser scanner in which pockets are formed on a beam guide to minimize scattered light that is reflected by an aperture glass.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

Offenbart ist ein 2D-Laserscanner, bei dem an einer Strahlführung (56) Taschen (68) zur Minimierung von Streulicht, das von einem Apertur-Glas (50) reflektiert wird, ausgebildet sind. Der Laserscanner ist mit einer rotierenden, mittels eines Antriebs angetriebenen Ablenkeinheit zum Ablenken des Messstrahls (62) in Richtung eines Messobjekts ausgeführt. Die Ablenkeinheit hat eine Hohlspindel (28), die die Strahlführung (56) trägt, der ein Umlenkspiegel (46) zur Umlenkung des Empfangs-/Messstrahls in Richtung zu bzw. von einem das Austrittsfenster überdeckenden Schutzglas (50) zugeordnet ist. Erfindungsgemäß ist an der Strahlführung (56) zumindest eine Tasche (68) ausgebildet sind, die derart ausgerichtet ist, dass von dem Schutzglas (50) reflektierte Messstrahlanteile (Streulicht) über den Spiegel (46) in Richtung zu den Taschen (68) umgelenkt sind. Unter dem Begriff „Tasche" kann eine geometrische Ausgestaltung der Strahlführung (56) dahingehend verstanden werden, dass diese für die Führung des eigentlichen Messstrahls (62) nicht erforderlich ist, sondern seitlich von dem ausgehenden Messstrahlengang angeordnete Ausnehmungen ausbildet, die im Streulichtstrahlengang liegen. Das Schutzglas (50) ist an einem Rotorgehäuse (74) angeordnet. Das Rotorgehäuse (74) überdeckt den Umlenkspiegel (46), die Strahlführung (56) und ein Gegengewicht (58). Für eine Reinigung des Schutzglases (50) kann das Rotorgehäuse (74) abgenommen werden, ohne dass sich die Relativposition des Umlenkspiegels (46) mit Bezug zur Strahlführung (56) ändert. Eine Profilmessung erfolgt während einer Fahrt eines Trägerfahrzeugs, auf dem der Scanner montiert ist, durch eine Umgebung, wobei örtlich aufeinanderfolgende Profile (Helix) zu einem Bild angeordnet werden.

Description

Laserscanner
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Laserscanner gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik sind Scanner zur 3D- und 2D-Vermessung von Objekten bekannt. Die 3D-Vermessung erfolgt beispielsweise mittels eines Scanners, wie er in dem Patent DE 101 50436 B4 der Anmelderin beschrieben ist. Ein weiter verbesserter 3D-Laserscanner ist in der ebenfalls auf die Anmelderin zurückgehenden DE 102016 119 155 A1 offenbart. Bei einem derartigen Scanner wird der von einem optischen Sender abgegebene Laser-Messstrahl durch eine Ablenkeinheit derart abgelenkt, dass eine flächendeckende, dreidimensionale räumliche Umgebungsvermessung ermöglicht ist. Die digitalisierten Messdaten werden auf einem Rechnersystem abgelegt und stehen dort zur weiteren Bearbeitung und Visualisierung des vermessenen Objekts zur Verfügung.
Die 3D-Vermessung erfolgt durch Führen des modellierten Laserlichtes über die zu vermessende Umgebung, wobei für unterschiedliche Raumrichtungen sowohl der Entfernungs- als auch der Reflektivitätswert punktuell vermessen werden kann. Aus der Anordnung aller vermessenen Raumrichtungen resultieren dann Entfernungs- und Reflektivitätsbilder. Die Entfernungsbilder geben die Geometrie der Umgebung wieder und die Reflektivitätsbilder deren visuelle Abbildungen, analog zu den Grauwerten einer Videokamera. Beide Bilder korrespondieren pixelweise und sind aufgrund der eigenständigen, aktiven Beleuchtung mit Laserlicht weitgehend unabhängig von Umwelteinflüssen.
Zur 2D-Vermessung werden beispielsweise Scanner verwendet, wie sie unter der Bezeichnung „Profiler“® 9012 von der Anmelderin angeboten werden. Mit einem derartigen Scanner erfolgt eine 360°-Profilmessung durch Rotation eines Umlenkspiegels der Ablenkeinheit, wobei die Drehzahl des Umlenkspiegels die Anzahl der zu vermessenden Profile pro Sekunde bestimmt, wobei jedes dieser 360°-Profile aus einzelnen Messpunkten entsprechend der Abtastrate des Scanners besteht.
Eine flächendeckende Erfassung, beispielsweise bei der Vermessung von Fahrdrähten, gleisnahen Gebäuden, Tunnelröhren oder beim Mobile Mapping erfolgt durch eine Profilmessung während der Fahrt durch die Umgebung, wobei das Profil senkrecht zur Fahrtrichtung erfasst wird. Die dabei örtlich aufeinanderfolgenden Profile (Helix) werden zu einem Bild angeordnet, wobei sich je nach Geschwindigkeit des Trägerfahrzeugs der laterale Abstand zwischen zwei Profilen variieren lässt. Dabei bewegen sich die Trägerfahrzeuge mit relativ hohen Geschwindigkeiten bis in den Bereich von 100 km/h.
Der vorgenannte „Profiler“ hat ein gestuftes Gehäuse, in dem die Komponenten des Scanners, beispielsweise ein Laserkopf, ein Detektor/Empfänger, eine Steuer- und Auswerteeinheit aufgenommen sind. Die Ablenkeinheit und der zugehörige Antrieb sind im Wesentlichen im Bereich einer Stufe außerhalb des Gehäuses angeordnet, wobei die Ablenkeinheit so weit aus dem Gehäuse auskragt, dass die genannte 360°- Vermessung ermöglicht ist. Dabei wird der Scanner mit seinem vergleichsweise hoch bauenden Gehäuse auf dem Trägerfahrzeug montiert und ist somit dem Fahrtwind und sonstigen Umwelteinflüssen ausgesetzt.
In der nachveröffentlichten DE 102020 127350.9 ist eine Weiterbildung des oben genannten Profilers beschrieben, bei dem das Gehäuse wesentlich kompakter ausgeführt ist und zudem das Referenzmodul in dieses Gehäuse integriert ist.
Ein Problem bei dieser Art Profiler ist, dass dieser durch den Einsatz auf Schienen oder Straßen Abgasen, Schmutz, Luftfeuchtigkeit und Staub ausgesetzt sind, die sich auch auf einem das Austrittsfenster überdeckenden Schutzglas (Apertur-Glas) absetzen. Durch die langen Einsatzzeiten und die teilweise schlechte Zugänglichkeit am Fahrzeug ist eine Reinigung des Schutzglases nur in größeren Zeitabständen möglich, sodass dieses zunehmend verschmutzt. Dies ist jedoch für den Phasen-basierten Distanzmesser sehr problematisch, da das ausgehende Laserlicht vom verschmutzten Schutzglas gestreut wird und somit direkt in den Empfänger/Laserkopf gelangt.
Eine weitere Ursache des Streulichts besteht darin, dass das Schutzglas/Apertur- Glas üblicherweise mit einer Rauhigkeit im Nanometer-Bereich ausgeführt ist, so dass aufgrund dieser Rauhigkeit ebenfalls Streulicht entsteht.
Dieses Streulicht wird zusätzlich zu dem vom gescannten Objekt rückgestreuten Licht empfangen und verfälscht die Messergebnisse erheblich, da Distanz und Intensität des von dem verschmutzten / mit einer Rauhigkeit ausgeführten Schutzglas rückgestreuten und vom Objekt reflektierten Lichts „gemischt werden“, wobei die Anteile im Distanzmesser nicht getrennt werden können.
Bei dem eingangs genannten Profiler 9012 ist zwar der Messstrahl (vom Laserkopf abgegebener Strahl) und das vom Objekt rückgestreute Empfangslicht (Empfangsstrahl) durch eine bestimmte Ausgestaltung einer Strahlführung der Ablenkeinheit gewährleistet - der Einfluss des Streulichtes lässt sich jedoch nicht genügend verringern.
Des Weiteren besteht das oben genannte Problem, dass der Spiegel am Boden eines Rotorgehäuses gelagert ist, das die vorgenannte Strahlführung nach außen hin umgibt. Zu einer Reinigung des Austrittsfensters muss dann das Rotorgehäuse abgenommen werden, sodass sich entsprechend die Relativpositionierung des Spiegels mit Bezug zur Strahlführung ändert, sodass eine neue Scannerkalibrierung erforderlich ist.
Ein weiterer Nachteil der herkömmlichen Lösung ist, dass die Befestigung des Rotorgehäuses an der Hohlspindel eine recht massive Konstruktion voraussetzt, wobei die exakte Positionierung des Spiegels von den Übergängen zwischen der Hohlwelle, dem Rotorgehäuse und dem Spiegel abhängt. Wie ausgeführt, verändert sich diese Relativpositionierung beim Demontieren des Rotorgehäuses. Hinzu kommt, dass sich die Verbindung von Spiegel zu Hohlspindel bei den extremen Fliehkräften oder Temperaturschwankungen dynamisch verformen kann.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Laserscanner zu schaffen, bei dem der Einfluss von Streulicht minimiert ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Laserscanner mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der erfindungsgemäße Laserscanner ist mit einem Laserkopf zur Abgabe eines Messstrahls, einer rotierenden, mittels eines Antriebs angetriebenen Ablenkeinheit zum Ablenken des Messstrahls in Richtung eines Messobjekts, einem Detektormodul zum Erfassen des vom Messobjekt reflektierten Empfangs-/Messstahls und einer Steuer- und Auswerteeinheit zur Signalverarbeitung ausgeführt. Die Ablenkeinheit hat eine Hohlspindel, die eine Strahlführung trägt, der ein Umlenkspiegel zur Umlenkung des Empfangs-/Messstrahls in Richtung zu bzw. von einem das Austrittsfenster überdeckenden Schutzglas (Apertur-Glas) zugeordnet ist. Erfindungsgemäß ist an der Strahlführung zumindest eine Tasche ausgebildet sind, die derart ausgerichtet ist, dass von dem Schutzglas reflektierte Messstrahlanteile (Streulicht) über den Spiegel in Richtung zu der Tasche umgelenkt sind. Diese zumindest eine Tasche ist dabei so ausgeführt, dass sie das Streulicht „einfangen“ kann, so dass sich dieses sozusagen innerhalb der Tasche „totläuft“ und nicht das Messergebnis verfälschen kann. Die Geometrie der Taschen ist dementsprechend optimiert. Im Prinzip kann unter dem Begriff „Tasche“ eine geometrische Ausgestaltung der Strahlführung dahingehend verstanden werden, dass diese für die Führung des eigentlichen Messstrahls nicht erforderlich ist, sondern seitlich von dem ausgehenden Messstrahlengang angeordnete Ausnehmungen ausbildet, die im Streulichtstrahlengang liegen. Diese Taschen/Ausnehmungen können beispielsweise Radialerweiterungen der Strahlführung sein, wobei sich die Taschen beispielsweise in Richtung hin zum Umlenkspiegel und/oder hin zur Hohlspindel erstrecken können. Die Verringerung des Streulichts lässt sich weiter verbessern, wenn diese Taschen mit einer die Reflektion mindernden Beschichtung versehen sind. Diese Beschichtung kann beispielsweise einen schwarzen Anti-Reflektionslack enthalten.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Spiegel zwischen einem Gegengewicht und der Strahlführung positioniert. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel wird es bevorzugt, wenn diese Taschen in einer Schrägstirnfläche der Strahlführung münden.
Der fertigungstechnische Aufwand zur Herstellung der Strahlführung ist minimal, wenn diese Taschen/Ausnehmungen in einer Schraubbohrung münden, in die zur Befestigung der Strahlführung an der Hohlspindel oder zur Befestigung eines eine Stirnfläche der Hohlspindel abschließenden Stirnflansches erforderliche Schrauben/Befestigungsmittel eingesetzt werden können. Selbstverständlich können anstelle derartiger Schrauben auch Passstifte oder dergleichen in die „Schraubbohrungen“ eingesetzt sein.
Die Reinigung des Laserscanners ist besonders einfach, wenn der Umlenkspiegel - wie vorstehend erläutert - zwischen der Strahlführung und dem Gegengewicht positioniert ist, so dass beispielsweise ein Rotorgehäuse mit dem Austrittsfenster abgenommen werden kann, ohne die Position des Umlenkspiegels zu verändern.
Dabei kann beispielsweise das Rotorgehäuse den Umlenkspiegel, die Strahlführung und das Gegengewicht zumindest abschnittsweise umgreifen und an einem Stirnflansch der Hohlspindel befestigt sein.
Die rotierenden Massen der Ablenkeinheit sind besonders gering, wenn das Gegengewicht und die Strahlführung platten-/stegförmig ausgeführt sind. Der Aufbau wird weiter vereinfacht, wenn der oben genannte Stirnflansch Antriebsmittel, beispielsweise einen Zahnkranz eines Riementriebs trägt. Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist im Bereich zwischen dem Austrittsfenster und der Strahlführung eine Dichtung angeordnet, entlang der das Austrittsfenster aufliegt. Diese Dichtung trägt auch zur Minderung des Streulichts bei.
Zur Minimierung des Massenträgheitsmomentes der rotierenden Ablenkeinheit wird der Umlenkspiegel aus einem Material gefertigt, das ein geringeres spezifisches Gewicht als Aluminium hat. Vorzugsweise wird der Umlenkspiegel aus Silizium-Carbid hergestellt.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine dreidimensionale Darstellung eines erfindungsgemäßen 2D- Laserscanners;
Figur 2 eine Seitenansicht des Laserscanners gemäß Figur 1 ;
Figur 3 eine Ansicht des Laserscanners bei geöffneten Gehäuse, wobei die einzelnen Komponenten lediglich schematisch dargestellt sind;
Figur 4 eine Außenansicht einer Hohlspindel des Laserscanners gemäß den Figuren 1 bis 3;
Figur 5 einen Schnitt durch die Hohlspindel gemäß Figur 4;
Figur 6 eine Teil-Frontalansicht der Ablenkeinheit und
Figur 7 eine Teildarstellung der Ablenkeinheit gemäß Figur 5.
Die Figuren 1 und 2 zeigen Außenansichten eines erfindungsgemäßen 2D- Laserscanners 1 , der die Vermessung von 360°-Profilen ermöglicht. Der Laserscanner 1 hat ein etwa quaderförmiges Gehäuse 2 mit einem Gehäuseunterteil 4 und einem Gehäusedeckel 6, der auf das Gehäuseunterteil 4 aufgesetzt ist. Stirnseitig ragt aus dem Gehäuse 2 eine als Rotor ausgeführte Ablenkeinheit 8 heraus, an deren in Fig. 1 untenliegenden Abflachung 10 ein Austrittsfenster für einen Messstrahl ausgebildet ist. Die Ablenkeinheit 8 rotiert um eine Horizontalachse, so dass über den Messstrahl ein 360°-Profil abtastbar ist. Am Gehäuseunterteil 4 sind Stützfüße 12 (nur eines mit einem Bezugszeichen bezeichnet) ausgebildet, entlang denen der Laserscanner 1 auf einem Träger, beispielsweise eines Trägerfahrzeugs, befestigt ist. Wie sich insbesondere aus Fig. 1 ergibt, ist das Gehäuse 2 im weitesten Sinn glattflächig mit verrundeten Kanten und Eckbereichen ausgebildet, so dass der Luftwiderstand minimal ist. Das Gehäuse ist gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen deutlich flacher ausgeführt, wobei die beim Fahren des Trägerfahrzeugs dem Fahrtwind ausgesetzten Stirnflächen (in den meisten Fällen ist der Laserscanner 1 mit der Ablenkeinheit 8 entgegen der Fahrtrichtung orientiert, so dass die gegenüberliegende Stirnfläche 16 angeströmt wird). Die beiden Stirnflächen 14, 16 sind mit einer geringeren Fläche als die etwa rechtwinklig dazu angeordneten Seitenflächen 18, 20 und die Grundflächen 22, 24 ausgebildet.
Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht des Laserscanners 1 , in der die Seitenfläche 18 zum Betrachter hin angeordnet ist, während die Stirnflächen 14, 16 senkrecht zur Zeichenebene verlaufen. In dieser Darstellung sieht man Anschlüsse 26, die an der rückseitigen Stirnfläche 16 ausgebildet sind, und über die die Stromversorgung sowie Signalleitungen etc. angeschlossen sind.
Zur weiteren Minimierung des Strömungswiderstands sind die Stirnflächenabschnitte, die am Gehäusedeckel 6 ausgebildet sind, leicht angeschrägt. Auch ist die Grundfläche 22 zu den Anschlüssen 26 hin abfallend ausgeführt. Dementsprechend ist das Gehäuse durch die glattflächige Ausgestaltung und Verrundung der Eckbereiche 34 sowie der Anschrägung der Stirnflächenbereiche strömungstechnisch optimiert, so dass eine Beeinträchtigung der Messgenauigkeit durch den Fahrwind und sonstige Umwelteinflüsse minimiert ist.
Wie vorstehend ausgeführt, ist das Gehäuse 2 sehr flach ausgeführt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Gesamthöhe H des Gehäuses etwa das Zweifache des Durchmessers D der Ablenkeinheit 8. Das heißt, der Überstand des Gehäuses 2 in Vertikalrichtung über die rotierende Ablenkeinheit 8 ist minimal.
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht des Gehäuses 2 bei abgenommenem Gehäusedeckel 6, so dass man in das Innere des Gehäuseunterteils 4 blickt. Die in Fig. 3 sichtbaren Komponenten sind lediglich angedeutet. Diese sind mehr oder weniger in einer Horizontalebene nebeneinander oder allenfalls leicht in Vertikalrichtung überlappend angeordnet. Fig. 3 zeigt eine Spindel 28, die die rotierende Ablenkeinheit 8 trägt und die um die Drehachse 30 drehbar im Gehäuse 2 gelagert ist. Der Antrieb erfolgt über einen Motor 32, der beispielsweise über einen Zahnriemen oder dergleichen mit der Spindel 28 in Wirkverbindung steht.
Die Spindel 28 ist als Hohlspindel ausgeführt, in deren Inneren abschnittsweise der Strahlengang ausgebildet ist. Ausgerichtet zur Drehachse 30 bzw. zum Strahlengang ist im Gehäuse 2 ein Laserkopf 34 angeordnet, an den eine Laserfaser angeschlossen ist, über die der Messstrahl mittels eines Kollimators in den Laserkopf 34 eingekoppelt wird. Der von diesem Sender/Laserkopf 34 abgegebene Messstrahl wird durch einen Parabolspiegel hindurch in Richtung zur Ablenkeinheit 30 abgegeben, wobei in dieser ein mit 45° zur Drehachse 30 angeordneter Umlenkspiegel 46 gehalten ist, über den der Messstrahl hin zum Austrittsfenster umgelenkt wird, das beim dargestellten Ausführungsbeispiel durch ein Schutzglas / Aperturglas überdeckt ist. Der Aufbau einer derartigen Ablenkeinheit ist in dem eingangs genannten Stand der Technik, insbesondere in dem Patent DE 101 50436 B4 der Anmelderin beschrieben. Der Aufbau des Hohlspiegels des Laserkopfs 34 ist beispielsweise in der ebenfalls auf die Anmelderin zurückgehenden DE 102006040812 A1 offenbart.
Mit dem Bezugszeichen 36 ist ein Empfänger-/Detektormodul bezeichnet, über das der vom Messobjekt reflektierte Messstrahl (Empfangsstrahl) erfasst wird.
In der Fig. 3 quer zur Drehachse 30 angeordnet ist im Gehäuse 2 ein Referenzmodul 38, das sich zur Referenzmessung in den Strahlengang verschieben lässt.
Mit den Bezugszeichen 40 und 42 sind ein PC-Board und ein Motor-Board 40 bzw. das Messsystem 42 zur Ansteuerung des Laserkopfs 34 und des Detektormoduls 36 und zur Auswertung der empfangenen Messsignale bezeichnet. Im Gehäuseunterteil 4 ist des Weiteren noch ein Connector-Board 44 für die Anschlüsse 26 aufgenommen. Wie vorstehend erwähnt, sind diese Baugruppen im Wesentlichen in Horizontalrichtung aufgelöst nebeneinanderliegend angeordnet, so dass nur wenig Bauraum in Höhenrichtung (vertikal zur Standfläche) benötigt wird.
Figur 4 zeigt eine Einzeldarstellung der Ablenkeinheit 8 mit der Hohlspindel 28 und deren Lagerung 51a, 51b, die als Kugellager ausgeführt sein kann. An den in der Figur rechten Endabschnitt der Hohlspindel 28 schließt sich dann der vorbeschriebene Laserkopf 34 an. Mit dem Bezugszeichen 52 ist ein Zahnkranz bezeichnet, der in Wirkverbindung mit einem Zahnriemen des Antriebs steht. Die benachbart zum Zahnkranz 52 ausgeführten Ausnehmungen sind Wuchtbohrungen 54, die zum Auswuchten der Hohlspindel 28 genutzt werden. Der in Figur 4 linke Endabschnitt der Ablenkeinheit 8 / Hohlspindel 28 zeigt die an sich bekannte Strahlführung 56, die an die Hohlspindel 28 angesetzt ist. Erfindungsgemäß trägt diese Strahlführung 56 und damit die Hohlspindel 28 den Spiegel (Umlenkspiegel) 46, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel mit 45° zur Horizontalen angestellt ist. An der von der Strahlführung 56 abgewandten Seite des Umlenkspiegels 46 ist ein Gegengewicht 58 angeordnet, das im Hinblick auf die optimale Auswuchtung der Anordnung ausgelegt ist. Dieses Gegengewicht 58 ist beispielsweise durch den Umlenkspiegel 46 hindurch an der Strahlführung 56 festgelegt.
Dies ergibt sich beispielsweise aus der Schnittdarstellung in Figur 5. Man sieht in dieser Darstellung die Hohlwelle 28, durch deren Innenraum sich ein Röhrchen 60 erstreckt, entlang dem der Messstrahl 62 vom Laserkopf hin zum Umlenkspiegel 46 durch die Hohlspindel 28 geführt ist. Dieser Messstrahl 62 wird dann von dem Umlenkspiegel 46 in Richtung zum Austrittsfenster 48 umgelenkt, das beim dargestellten Ausführungsbeispiel von dem Schutzglas (Apertur-Glas) 50 überdeckt ist. Dieses ist an einem Rotorgehäuse 74 angeordnet und überdeckt beim dargestellten Ausführungsbeispiel das Gegengewicht 58, den Umlenkspiegel 46 und die Strahlführung 56.
Aufgrund der Rauhigkeit des Schutzglases 50 und falls dieses verschmutzt ist, wird Streulicht 66 zurück in Richtung zum Umlenkspiegel 46 reflektiert und dort in Richtung zur Strahlführung 56 umgelenkt. Dieser Streulichtanteil verfälscht, wie eingangs ausgeführt, bei herkömmlichen Scannern das Messergebnis.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch verhindert, dass in dem vom Streulicht beaufschlagten Bereich der Strahlführung 56 zumindest eine Tasche 68 ausgebildet ist, die derart mit Bezug zu diesem Streulicht 66 ausgerichtet ist, dass dieses in die Tasche 68 hinein reflektiert wird. Dabei wird das Streulicht 66 zwischen dem Schutzglas 50 und der oder den Tasche(n) 68 hin- und hergespiegelt, so dass sich das Streulicht 66 (der Rückreflex) totläuft.
Das Streulicht 66 wird weiter verringert, da bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel das Schutzglas 50 über eine schwarze O-Ring-Dichtung 69 oder dergleichen an einer Auflage 70 der Strahlführung 56 abgestützt ist.
Zur wirksamen Verringerung des Streulichts ist die zumindest eine Tasche 68 mit einer die Reflektion mindernden Beschichtung, vorzugsweise mit einem schwarzen Anti-Reflektions-Lack versehen. Derartige Lacke sind auf dem Markt bekannt, sodass weitere Ausführungen entbehrlich sind.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Strahlführung 56 an einen Stirnflansch 72 der Hohlspindel 28 angeschraubt, wobei - wie vorstehend erwähnt - der Spiegel 46 zwischen der Strahlführung 56 und dem Gegengewicht 58 gehalten ist.
Figur 6 zeigt eine Frontalansicht einer Schrägstirnfläche der Strahlführung. In dieser Ansicht erkennt man recht gut, dass die Strahlführung 56 plattenförmig ausgebildet ist, wobei der Strahlengang über die dem Umlenkspiegel 46 zugewandte Schrägstirnfläche 76 aus- bzw. eintritt. Wie anhand von Figur 5 erläutert, wird der vom Laserkopf 34 abgegebene Messstrahl 62 über das Röhrchen 60 durch die Hohlspindel 28 geführt und wird dann über eine Axialbohrung 68 der Strahlführung 56 in Richtung zum Umlenkspiegel 46 geführt. Letzterer ist in der Ansicht nach Figur 6 nicht sichtbar. Aufgrund der plattenförmigen / stegförmigen Struktur der Strahlführung 56 und des Stirnflansches 72 eines Diagonalstegs 84 treten die vom Messobjekt reflektierten Messstrahlen durch das Austrittsfenster 48 und das Schutzglas 50 hindurch in die Umlenkeinheit 8 ein und werden dann über den Umlenkspiegel 46 in Richtung zum Detektormodul 36 umgelenkt, wobei diese reflektierten Messstrahlen dann entlang des das Röhrchen (siehe Figur 7) 60 umgreifenden Innenraums 80 der Hohlspindel 28 geführt werden.
In der Darstellung gemäß Figur 6 ober- und unterhalb der Axialbohrung 78 sind zwei Schrauben 82 (nur eine mit Bezugszeichen versehen) sichtbar, über die die Strahlführung 56 an den Stirnflansch 84 verschraubt ist. Dies ist recht anschaulich in der Schnittdarstellung gemäß Figur 7 dargestellt. Zur exakten Lagepositionierung sind des Weiteren noch Passstifte 86 vorgesehen. Die vorgenannten Taschen 68 zur Minimierung des Streulichtanteils sind in dem Bereich der Strahlführung 56 angeordnet, entlang dem der Messstrahl hin zum Umlenkspiegel 46 bzw. zum Austrittsfenster 48 geführt ist. Wie in der Darstellung gemäß Figur 7 erkennbar, wird der Messstrahl 62 über eine Messstrahlbohrung 88 der Strahlführung 56 in Richtung zum Schutzglas 50 geführt, deren Achse rechtwinklig zur Achse des Röhrchens 60 und der koaxial dazu angeordneten Axialbohrung 78 angeordnet ist.
Die genannten Taschen sind vorzugsweise im Übergangsbereich zwischen der Axialbohrung 78 und der Messstrahlbohrung 88 der Strahlführung 56 angeordnet. Diese Taschen 68 sind dabei im Prinzip radiale Erweiterungen der Messstrahlbohrung 88 und der Axialbohrung 78, wobei diese radialen Erweiterungen im Hinblick auf die Geometrie so ausgelegt sind, dass das Streulicht in der vorbeschriebenen Weise „eingefangen“ wird. Konkret sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel vorzugsweise im Hinblick auf die Strahlführungsachse der Strahlführung 56 asymmetrisch angeordnete Radialerweiterungen vorgesehen, die in der Darstellung gemäß Figur 7 mit dem Bezugszeichen 68a, 68b, 68c, 68d, 68e bezeichnet sind. Dabei sind in der Darstellung gemäß Figur 7 eine Vielzahl von zueinander schräg angestellten Schnittkanten sichtbar, von denen lediglich eine Schnittkante 90 mit einem Bezugszeichen versehen ist. Das heißt, die Taschen 68 sind teilweise zylindrisch und teilweise konifiziert oder als Radialerweiterungen ausgebildet, wobei das „Totlaufen“ des Streulichtanteils im Wesentlichen durch die schräg angestellten Umfangswandungen dieser Taschenbereiche bewirkt wird.
Wie weiterhin aus der Figur 7 hervorgeht, münden einige dieser Taschen 68a, 68b in Schraubbohrungen 92a, 92b, in die die Schrauben 82 zur Befestigung der Strahlführung 56 am Stirnflansch 72 eingesetzt werden. Im Prinzip bilden diese Taschen 68 dann Erweiterungen der ohnehin erforderlichen Schraubbohrungen 92, sodass der fertigungstechnische Aufwand zur Erzeugung der Taschen 68 minimal ist.
Die Umfangswandungen der Taschen 68 (68a, 68b, 68c, 68c, 68e) sind, wie eingangs erläutert, mit einem Anti-Reflektions-Lack oder einer sonstigen, die Reflektion mindernden Beschichtung versehen, sodass das diffuse Streulicht zuverlässig „geschluckt“ wird.
Wie aus der Darstellung gemäß den Figuren 5 und 7 weiterhin hervorgeht, ist auch das Gegengewicht 58 etwa plattenförmig ausgeführt und erstreckt sich sozusagen in Verlängerung der Strahlführung 56. Dabei ist das Gegengewicht 58 ebenfalls über eine Vielzahl von Schrauben 94 mit der Strahlführung 56 verbunden. Die Achse dieser Schrauben 94 steht senkrecht zur Schrägstirnfläche 76. In der Darstellung gemäß Figur 6 sind die Köpfe der Schrauben 94 sichtbar.
Man erkennt dabei, dass im Umlenkspiegel 46 im Bereich der Schrauben 94, die auf einem gemeinsamen Teilkreisdurchmesser angeordnet sind, jeweils eine Durchgangsbohrung 96 vorgesehen ist, die von der jeweiligen Schraube 94 durchsetzt ist, sodass diese nicht in Gewindeeingriff mit den Schrauben 94 gelangen. Dementsprechend ist der Umlenkspiegel 46 durch die Verschraubung des Gegengewichts 58 mit der Strahlführung 56 zwischen diesen beiden Bauelementen verklemmt.
Das Rotorgehäuse 74 mit dem Austrittsfenster 48 und dem Schutzglas 50 ist, wie eingangs erläutert, mit dem Stirnflansch 84 verschraubt, wobei zur Lagepositionierung der Stirnflansch 84 abschnittsweise in eine Aufnahme 98 des Rotorgehäuses 74 eintaucht. Für eine Reinigung des Schutzglases 50 kann dadurch das Rotorgehäuse 74 sehr einfach abgenommen werden, ohne dass sich die Relativposition des Umlenkspiegels 46 mit Bezug zur Strahlführung 56 ändert - wie eingangs erläutert, ist dies ein erheblicher Vorteil gegenüber den herkömmlichen Lösungen, bei denen der Um lenkspiegel am Rotorgehäuse 74 befestigt ist. Zur Minimierung des Trägheitsmoments und des Gesamtgewichts ist der Spiegel 46 nicht in herkömmlicher Weise aus Aluminium, sondern aus einem leichteren Material, wie beispielsweise Silizium-Carbid, ausgeführt. Der Spiegel 46 ist des Weiteren noch mit wesentlich geringerer Wandstärke als der herkömmliche Aluminiumspiegel ausgeführt.
Offenbart ist ein 2D-Laserscanner, bei dem an einer Strahlführung Taschen zur Minimierung von Streulicht, das von einem Apertur-Glas reflektiert wird, ausgebildet sind.
Bezuqszeichen:
1 Laserscanner
2 Gehäuse
4 Gehäuseunterteil
6 Gehäusedeckel
8 Ablenkeinheit
10 Abflachung
12 Tragrippe
14 Stirnfläche
16 Stirnfläche
18 Seitenfläche
20 Seitenfläche
22 Grundfläche
24 Grundfläche
26 Anschlüsse
28 Spindel / Hohlspindel
30 Drehachse
32 Motor
34 Laserkopf
36 Detektormodul
38 Referenzmodul
40 PC-/Motorboard
42 Messsystem
44 Connectorboard
46 Umlenkspiegel
48 Austrittsfenster
50 Schutzglas
51a, 51b Lager
52 Zahnkranz
54 Wuchtbohrungen
56 Strahlführung
58 Gegengewicht 60 Röhrchen
62 Messstrahl
66 Streulicht
68 Tasche
69 Dichtung
70 Auflage
72 Stirnflansch
74 Rotorgehäuse
76 Schrägstirnfläche
78 Axialbohrung
80 Innenraum
82 Schraube
84 Diagonalsteg
86 Passstift
88 Messstrahlbohrung
90 Schnittkante
92 Schraubbohrung
94 Schraube
96 Durchgangsbohrung
98 Aufnahme

Claims

Ansprüche
1. Laserscanner mit einem Laserkopf zur Abgabe eines Messstrahls (62) einer rotierenden, mittels eines Antriebs angetriebenen Ablenkeinheit (8) zum Ablenken des Messstrahls (62) in Richtung eines Messobjekts, einem Detektormodul (36) zum Erfassen des vom Messobjekt reflektierten Empfangs-/Messstrahls und einer Steuer- und Auswerteeinheit zur Signalverarbeitung, wobei die Ablenkeinheit (8) eine Hohlspindel (28) hat, die eine Strahlführung (56) trägt, der einen Umlenkspiegel (46) zur Umlenkung des Empfangs-/Messstrahls in Richtung zu bzw. von einem an einem Rotorgehäuse (74) gehaltenen Austrittsfenster (48) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an der Strahlführung (56) zumindest eine Tasche (68) ausgebildet ist, die derart ausgerichtet ist, dass von dem Schutzglas (50) reflektiertes Streulicht über den Spiegel (46) in Richtung der Tasche (68) umgelenkt ist.
2. Laserscanner nach Patentanspruch 1 , wobei die Tasche (68) mit einer die Reflektion mindernden Beschichtung versehen ist.
3. Laserscanner nach Patentanspruch 2, wobei die Beschichtung zumindest einen schwarzen Anti-Reflektions-Lack aufweist.
4. Laserscanner nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die zumindest eine Tasche (68) in einer Schrägstirnfläche (76) der Strahlführung (56) mündet.
5. Laserscanner nach einem der vorhergehenden Patensprüche, wobei zumindest eine Tasche (68a, 68b) in einer Schraubbohrung (92) mündet.
6. Laserscanner nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Umlenkspiegel (46) an der Strahlführung (56) befestigt ist.
7. Laserscanner nach Patentanspruch 6, wobei im Bereich zwischen dem Schutzglas (50) des Austrittsfensters (48) und der Strahlführung (56) eine Dichtung (69) ausgeführt ist, entlang der das Schutzglas (50) aufliegt.
8. Laserscanner nach einem der vorhergehenden Patenansprüchen, wobei der Um lenkspiegel (46) zwischen der Strahlführung (56) und einem Gegengewicht (58) positioniert ist, das mit der Strahlführung (56) verbunden ist.
9. Laserscanner nach Patentanspruch 7 oder 8, wobei der Spiegel (46) auf einer Schrägstirnfläche (76) der Strahlführung (56) positioniert ist.
10. Laserscanner nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Rotorgehäuse (74) den Umlenkspiegel (46), die Strahlführung (56) und das Gegengewicht (58) zumindest abschnittsweise umgreift und an einem Stirnflansch (72) der Hohlspindel (28) befestigt ist.
11 . Laserscanner nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 8 bis 10, wobei das Gegengewicht (58) und/oder die Strahlführung (56) platten-/stegförmig ausgebildet sind.
12. Laserscanner nach Patentanspruch 10 oder 11 , wobei der Stirnflansch (72) Antriebsmittel, vorzugsweise einen Zahnkranz (52), trägt.
13. Laserscanner nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Umlenkspiegel (46) aus einem Material mit einem geringeren spezifischen Gewicht als Aluminium, vorzugsweise aus Silizium-Carbid, besteht.
EP21820211.7A 2020-11-26 2021-11-25 Laserscanner Pending EP4252029A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020131412 2020-11-26
PCT/EP2021/083007 WO2022112418A1 (de) 2020-11-26 2021-11-25 Laserscanner

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4252029A1 true EP4252029A1 (de) 2023-10-04

Family

ID=78822239

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP21820212.5A Pending EP4252037A1 (de) 2020-11-26 2021-11-25 Laserscanner
EP21820211.7A Pending EP4252029A1 (de) 2020-11-26 2021-11-25 Laserscanner

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP21820212.5A Pending EP4252037A1 (de) 2020-11-26 2021-11-25 Laserscanner

Country Status (4)

Country Link
US (2) US20230366987A1 (de)
EP (2) EP4252037A1 (de)
CN (1) CN116547561A (de)
WO (2) WO2022112420A1 (de)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10150436B4 (de) * 2001-08-30 2008-05-08 Zoller & Fröhlich GmbH Laser-Meßsystem
DE102006040812A1 (de) 2005-08-31 2007-05-24 Zoller & Fröhlich GmbH Empfangsvorrichtung für Laserscanner
DE102012102395B3 (de) * 2012-03-21 2013-01-03 Sick Ag Optoelektronischer Sensor und Verfahren zum Testen der Lichtdurchlässigkeit einer Frontscheibe
DE102016119155A1 (de) 2016-09-15 2018-03-15 Zoller + Fröhlich GmbH Laserscanner
US10852534B2 (en) * 2018-04-26 2020-12-01 Faro Technologies, Inc. Mirror assemblies for imaging devices

Also Published As

Publication number Publication date
CN116547561A (zh) 2023-08-04
US20240004038A1 (en) 2024-01-04
EP4252037A1 (de) 2023-10-04
US20230366987A1 (en) 2023-11-16
WO2022112418A1 (de) 2022-06-02
WO2022112420A1 (de) 2022-06-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2718669B1 (de) Laserscanner und verfahren zum ansteuern eines laserscanners
DE102006024534A1 (de) Laserscanner
DE102010032725B4 (de) Vorrichtung zum optischen Abtasten und Vermessen einer Umgebung
DE102010032723B3 (de) Vorrichtung zum optischen Abtasten und Vermessen einer Umgebung
DE102010032726B3 (de) Vorrichtung zum optischen Abtasten und Vermessen einer Umgebung
DE20208077U1 (de) Laser-Meßsystem
DE69719122T2 (de) Rotierendes Laserbeleuchtungssystem
DE202006017076U1 (de) Vorrichtung zur Inspektion einer Rohrleitung
EP3513216A1 (de) Laserscanner mit leuchte
DE10150436B4 (de) Laser-Meßsystem
DE69705099T2 (de) Ausrüstung zur Dimensionsmessung von Werkzeuge von Maschinen für mechanische Bearbeitung
EP4252029A1 (de) Laserscanner
EP2300788A1 (de) Zerstörungsfreie messung des füllvolumens eines mit einer flüssigkeit gefüllten behälters
DE10231552B4 (de) Laservisiervorrichtung
AT507684B1 (de) Einrichtung zur abtastung eines objektraumes
EP0179213A1 (de) Optisches Laserstrahl-Ablenksystem
DE10308085A1 (de) Optoelektronische Vorrichtung
DE102009009893B4 (de) Scanner
EP4211491B1 (de) Laserscanner
DE19942323B4 (de) Drehwinkelsensor
DE102006001382B3 (de) Triangulationsscanner
WO1997030337A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur automatischen bestimmung einer blutsenkung
DE19820784C2 (de) Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung
DE1943539A1 (de) Vorrichtung zum spiralfoermigen Abtasten von Bildern
DE102004053905A1 (de) Verfahren zur berührungslosen Erfassung von geometrischen Eigenschaften einer Objektoberfläche

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20230622

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

Inventor name: METTENLEITER, MARKUS

Inventor name: FROEHLICH, CHRISTOPH

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)