WO2022112418A1

WO2022112418A1 - Laserscanner

Info

Publication number: WO2022112418A1
Application number: PCT/EP2021/083007
Authority: WO
Inventors: Christoph Fröhlich; Markus Mettenleiter; Johann WOHLFAHRT
Original assignee: Zoller & Fröhlich GmbH
Priority date: 2020-11-26
Filing date: 2021-11-25
Publication date: 2022-06-02
Also published as: CN116547561A; EP4252037A1; US20240004038A1; US20230366987A1; WO2022112420A1; EP4252029A1

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.