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DE102012100609A1 - Vorrichtung zum optischen Abtasten und Vermessen einer Umgebung - Google Patents

Vorrichtung zum optischen Abtasten und Vermessen einer Umgebung Download PDF

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DE102012100609A1
DE102012100609A1 DE102012100609A DE102012100609A DE102012100609A1 DE 102012100609 A1 DE102012100609 A1 DE 102012100609A1 DE 102012100609 A DE102012100609 A DE 102012100609A DE 102012100609 A DE102012100609 A DE 102012100609A DE 102012100609 A1 DE102012100609 A1 DE 102012100609A1
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DE
Germany
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measuring head
foot
laser scanner
mounting device
locking means
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102012100609A
Other languages
English (en)
Inventor
Christoph Neundorf
Reinhard Becker
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.)
Faro Technologies Inc
Original Assignee
Faro Technologies Inc
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 Faro Technologies Inc filed Critical Faro Technologies Inc
Priority to DE102012100609A priority Critical patent/DE102012100609A1/de
Priority to JP2014553647A priority patent/JP6027141B2/ja
Priority to CN201280048465.3A priority patent/CN103857984B/zh
Priority to PCT/EP2012/075178 priority patent/WO2013110402A1/en
Priority to GB1410276.8A priority patent/GB2512515B/en
Priority to US14/374,054 priority patent/US9417056B2/en
Publication of DE102012100609A1 publication Critical patent/DE102012100609A1/de
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C15/00Surveying instruments or accessories not provided for in groups G01C1/00 - G01C13/00
    • G01C15/002Active optical surveying means
    • GPHYSICS
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Abstract

Bei einer Vorrichtung zum optischen Abtasten und Vermessen einer Umgebung, die als Laserscanner (10) ausgebildet ist, mit einem Fuß (14), einem relativ zum Fuß (14) drehbaren Messkopf (12), einem relativ zum Messkopf (12) drehbaren Spiegel (16), wobei in wenigstens einem Betriebsmodus der Laserscanner (10) mittels einer Montagevorrichtung (40) auf einem Wagen (W) montiert ist, der Wagen (W) den fest mit der Montagevorrichtung (40) verbundenen Fuß (14) bewegt, der Messkopf (12) relativ zum Fuß (14) ruht und der Spiegel (16) sich dreht, ist in dem besagten Betriebsmodus der Messkopf (12) mit der Montagevorrichtung (40) mittels Verriegelungsmitteln (34k, 40k) verriegelt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.
  • Mit einer aus der DE 20 2006 005 643 U1 bekannten Vorrichtung, die als Laserscanner ausgebildet ist, kann die Umgebung des Laserscanners optisch abgetastet und vermessen werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Für den Laserscanner können verschiedene Betriebsmodi vorgesehen sein. In wenigstens einem Betriebsmodus (Helix-Modus) wird der Laserscanner als Ganzes mittels eines Wagens bewegt, auf welchem der Fuß mittels einer Montagevorrichtung montiert ist. Der Messkopf ruht relativ zum Fuß, während der Spiegel sich um seine horizontale Achse relativ zum Messkopf dreht. Unter dem Begriff "Wagen" soll jedes Fahrzeug verstanden werden, dass zum Transport des in Betrieb befindlichen Laserscanners geeignet ist.
  • Erfindungsgemäß wird – zusätzlich zur festen Verbindung des Fußes mit der Montagevorrichtung – der Messkopf mit der Befestigungsvorrichtung verriegelt, wofür entsprechende Verriegelungsmittel vorgesehen sind. Damit wird das Drehlager zwischen Messkopf und Fuß überbrückt und damit entlastet. Insbesondere werden statische Verspannungen durch ein ungleichmäßiges Einklemmen des Messkopfes bei der Montage des Fußes auf der Montagevorrichtung und dynamische Belastungen durch Trägheitsmomente des Messkopfes vermieden.
  • Vorzugsweise erfolgt die mechanische Verbindung des Fußes mit der Montagevorrichtung und/oder die Verriegelung des Messkopfes mit der Montagevorrichtung spielfrei, beispielsweise indem konisch oder keilförmig zulaufende Elemente vorgesehen sind. Die elektrische Verbindung zwischen Fuß und Montagevorrichtung ist optional und kann beispielsweise durch eine direkte (Kabel-)Verbindung zwischen dem Laserscanner, insbesondere dem Fuß, und dem Wagen ersetzt werden.
  • In einem anderen Betriebsmodus (Sphären-Modus) ist der Fuß stationär, und Spiegel und Messkopf drehen sich um ihre Achsen.
  • Die "horizontale" Anordnung der Drehachse des Spiegels und die "vertikale" Anordnung der Drehachse des Messkopf beziehen sich auf eine ideale Ausrichtung des Laserscanners. Bei einer hierzu geneigten Ausrichtung des Laserscanners sind die Begriffe "horizontal" und "vertikal" in einem weiteren Sinn zu verstehen.
  • Die Komponenten des Laserscanners sind in zwei Teilen des Messkopfes und einer diese verbindenden Traverse der Tragstruktur angeordnet. Die Tragstruktur bildet vorzugsweise einen Teil des Gehäuses des Laserscanners, beispielsweise ein Unterteil und/oder ein Mittelteil zwischen den zwei Teilen des Messkopfes. Um das Gewicht des Laserscanners zu verringern, ist als Teil des Gehäuses vorzugsweise eine Schale vorgesehen, vorzugsweise für jede der beiden Teile des Messkopfes je eine Schale, welche aus einem leichten Material, beispielsweise Kunststoff, bestehen kann und welche die betreffenden Komponenten des Laserscanners zum Schutz abdeckt. Um wiederum die Schale zu schützen, ist vorzugsweise ein Bügel vorgesehen, vorzugsweise für jede Schale je ein Bügel, welcher die Außenseite der Schale teilweise abdeckt und welcher ebenfalls aus einem leichten Material, beispielsweise Aluminium, bestehen kann. Die Bügel können in alternativer Ausgestaltung entfallen, beispielsweise wenn die Schalen stabiler ausgebildet und mit der Tragstruktur fest verbunden sind.
  • Die Tragstruktur, welche vorzugsweise aus Gewichtsgründen ebenfalls aus Aluminium besteht, weist vorzugsweise Wände auf, welche der Befestigung der Komponenten mit der Optik und dem rotierenden Spiegel dienen. Die Wände können auch die halboffenen Schalen schließen. Der Bügel läuft vorzugsweise entlang der Außenkanten und/oder schräg über die Außenflächen der Schale und ist an der Tragstruktur befestigt, vorzugsweise an seinen Enden, gegebenenfalls auch in seiner Mitte an einer der beiden Wände. In den Bügeln können zusätzlich zur Schutzfunktion weitere Funktionen integriert sein.
  • So sind vorzugsweise an den Bügeln die ersten Verriegelungsmittel ausbildet, beispielsweise feststehenden Kerben. Als zweite Verriegelungsmittel sind vorzugsweise bewegliche Klinken, Riegel oder dergleichen vorgesehen, welche an der Montagevorrichtung gelagert sind. Die beweglichen zweiten Verriegelungsmittel fallen dann in die feststehenden ersten Verriegelungsmittel ein. Die Zuordnung der feststehenden und beweglichen Verriegelungsmittel zum Messkopf und zur Montagevorrichtung kann auch genau umgekehrt sein.
  • Die mechanischen Verbindungsmittel des Fußes mit der Montagevorrichtung und die Verriegelungsmittel zwischen Messkopf und Montagevorrichtung sind vorzugsweise über Kreuz angeordnet, um eine möglichst stabile Abstützung der Laserscanners auf der Montagevorrichtung zu erreichen. Der elektrische Anschluss für die elektrische Verbindung mit dem Wagen sitzt vorzugsweise benachbart zu den Verriegelungsmitteln und somit außerhalb des vom Sendelichtstrahl erreichbaren Raumwinkels.
  • Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
  • 1 eine schematische Darstellung des Laserscanners im Betrieb mit angedeutetem Wagen,
  • 2 eine perspektivische Ansicht des Laserscanners,
  • 3 eine perspektivische Ansicht der Montagevorrichtung, und
  • 4 die Untersicht des Laserscanners.
  • Ein Laserscanner 10 ist als Vorrichtung zum optischen Abtasten und Vermessen einer Umgebung des Laserscanners 10 vorgesehen. Der Laserscanner 10 weist einen Messkopf 12 und einen Fuß 14 auf. Der Messkopf 12 ist als eine um eine vertikale Achse drehbare Einheit auf dem Fuß 14 montiert. Der Messkopf 12 weist einen um eine horizontale Achse drehbaren Spiegel 16 auf. Der Schnittpunkt der beiden Drehachsen sei als Zentrum C10 des Laserscanners 10 bezeichnet.
  • Der Messkopf 12 weist ferner einen Lichtsender 17 zum Aussenden eines Sendelichtstrahls 18 auf. Der Sendelichtstrahl 18 ist vorzugsweise ein Laserstrahl im Bereich von ca. 300 bis 1600 nm Wellenlänge, beispielsweise 790 nm, 905 nm oder weniger als 400 nm, jedoch sind prinzipiell auch andere elektromagnetische Wellen mit beispielsweise größerer Wellenlänge verwendbar. Der Sendelichtstrahl 18 ist mit einem – beispielsweise sinusförmigen oder rechteckförmigen – Modulationssignal amplitudenmoduliert. Der Sendelichtstrahl 18 wird vom Lichtsender 17 auf den Rotorspiegel 16 gegeben, dort umgelenkt und in die Umgebung ausgesandt. Ein von einem Objekt O in der Umgebung reflektierter oder sonst irgendwie gestreuter Empfangslichtstrahl 20 wird vom Rotorspiegel 16 wieder eingefangen, umgelenkt und auf einen Lichtempfänger 21 gegeben. Die Richtung des Sendelichtstrahls 18 und des Empfangslichtstrahls 20 ergibt sich aus den Winkelstellungen des Rotorspiegels 16 und des Messkopfes 12, welche von den Stellungen ihrer jeweiligen Drehantriebe abhängen, die wiederum von jeweils einem Encoder erfasst werden.
  • Eine Steuer- und Auswertevorrichtung 22 steht mit dem Lichtsender 17 und dem Lichtempfänger 21 im Messkopf 12 in Datenverbindung, wobei Teile derselben auch außerhalb des Messkopfes 12 angeordnet sein können, beispielsweise als ein am Fuß 14 angeschlossener Computer. Die Steuer- und Auswertevorrichtung 22 ist dazu ausgebildet, für eine Vielzahl von Messpunkten X die Distanz d des Laserscanners 10 zu dem (beleuchteten Punkt am) Objekt O aus der Laufzeit des Sendelichtstrahls 18 und des Empfangslichtstrahls 20 zu ermitteln. Hierzu kann beispielsweise die Phasenverschiebung zwischen den beiden Lichtstrahlen 18, 20 bestimmt und ausgewertet werden.
  • Mittels der (schnellen) Drehung des Rotorspiegels 16 wird entlang einer Kreislinie abgetastet. Mittels der (langsamen) Drehung des Messkopfes 12 relativ zum Fuß 14 wird mit den Kreislinien nach und nach der gesamte Raum abgetastet. Die Gesamtheit der Messpunkte X einer solchen Messung sei als Scan bezeichnet. Das Zentrum C10 des Laserscanners 10 definiert für einen solchen Scan den Ursprung des lokalen stationären Bezugssystems. In diesem lokalen stationären Bezugssystem ruht der Fuß 14.
  • Jeder Messpunkt X umfasst außer der Distanz d zum Zentrums C10 des Laserscanners 10 als Wert noch eine Helligkeit, welche ebenfalls von der Steuer- und Auswertevorrichtung 22 ermittelt wird. Die Helligkeit ist ein Graustufenwert, welcher beispielsweise durch Integration des bandpass-gefilterten und verstärkten Signals des Lichtempfängers 21 über eine dem Messpunkt X zugeordnete Messperiode ermittelt wird. Optional können mittels einer Farbkamera noch Bilder erzeugt werden, mittels derer den Messpunkten noch Farben (R, G, B) als Wert zugeordnet werden können.
  • An die Steuer- und Auswertevorrichtung 22 ist eine Anzeigevorrichtung 24 angeschlossen. Die Anzeigevorrichtung 24 ist in den Laserscanner 10 integriert, vorliegend in den Messkopf 12. Die Anzeigevorrichtung 24 zeigt eine Vorschau des Scans an.
  • Der Laserscanner 10 weist eine Tragstruktur 30 auf, welche als "Skelett" des Messkopfes 12 dient und an welcher verschiedene Komponenten des Laserscanners 10 befestigt sind. Die metallische Tragstruktur 30 ist vorliegend aus Aluminium einstückig ausgebildet. Von außen sichtbar weist die Tragstruktur 30 oberhalb des Fußes 14 eine Traverse 30a auf, die an beiden Enden zwei Wände 30b trägt, welche parallel zueinander von der Traverse 30a nach oben abstehen. Zwei Schalen 32 sind jeweils als ein zu einer Seite hin offenes Gehäuse ausgebildet, vorzugsweise aus Kunststoff. Jede der beiden Schalen 32 deckt einen Teil der an der Tragstruktur 30 befestigten Komponenten des Laserscanners 10 ab und ist einer der beiden Wände 30b zugeordnet, an welcher sie (mit einer Dichtung abgedichtet) befestigt ist. Somit dienen die Wände 30b und die Schalen 32 als Gehäuse des Laserscanners 10.
  • Auf der Außenseite jeder der beiden Schalen 32 ist ein – vorzugsweise metallischer – Bügel 34 angeordnet, der die zugeordnete Schale 32 teilweise abdeckt und dadurch schützt. Jeder Bügel 34 ist an der Tragstruktur 30 befestigt, genauer gesagt auf der Unterseite der Traverse 30a. Vorliegend ist jeder Bügel aus Aluminium ausgebildet und seitlich des Fußes 14 an der Traverse 30a angeschraubt. Jeder Bügel 34 läuft von seiner Befestigung an der Unterseite der Traverse 30a aus schräg zur nächstgelegenen Außenecke der zugeordneten Schale 32, von dort aus entlang der Außenkante der Schale 32 zur oberhalb davon gelegenen Außenecke der Schale 32, auf der Oberseite der Schale 32 schräg bis zur Wand 32b, ein kurzes Stück an dieser entlang, und dann spiegelsymmetrisch zum beschriebenen Verlauf auf der Oberseite der Schale 32 schräg zur anderen Außenecke, entlang der Außenkante der Schale 32 zur unterhalb davon gelegenen Außenecke der Schale 32 und schräg zur anderen Befestigung an der Unterseite der Traverse 30a.
  • Die beiden Bügel 34 zusammen umschreiben einen (konvexen) Raum, innerhalb dessen die beiden Schalen 32 vollständig angeordnet sind, d.h. die beiden Bügel 34 zusammen stehen über alle Außenkanten und Außenflächen der Schalen 32 über. Auf der Oberseite und auf der Unterseite stehen jeweils die schräg verlaufenden Abschnitte der Bügel 34 über die Oberseite bzw. Unterseite der Schalen 32 über, auf den vier anderen Seiten jeweils zwei entlang einer Außenkante der Schalen 32 verlaufenden Abschnitte. Somit werden die Schalen 32 großflächig geschützt. Jeder der Bügel 34 hat zwar primär die Schutzfunktion, insbesondere vor Stößen, welche die Schalen 32 und die darunter angeordneten Komponenten des Laserscanners 10 beschädigen können. Jedoch können weitere Funktionen in einen oder beide Bügel 34 integriert werden, beispielsweise eine Greifmöglichkeit zum Tragen des Laserscanners 10 und/oder eine Beleuchtung.
  • Weitere Details des Aufbaus des Laserscanners 10 sind beispielsweise in der DE 10 2009 055 988 B3 beschrieben, deren diesbezüglicher Offenbarungsgehalt ausdrücklich einbezogen wird.
  • Für den Laserscanner 10 sind zwei verschiedene Betriebsmodi vorgesehen.
  • In einem Sphären-Modus ist der Fuß 14 stationär in der Umgebung angeordnet, der Spiegel 16 dreht sich um seine horizontale Achse, und der Messkopf 12 dreht sich um seine vertikale Achse. Die beiden Drehung definieren eine Sphäre, mittels derer der Laserscanner 10 seine Umgebung (vollständig) abtastet.
  • In einem Helix-Modus bewegt sich der Fuß 14 relativ zur Umgebung entlang einer Linie, der Spiegel 16 dreht sich um seine horizontale Achse, und der Messkopf 12 ruht relativ zum Fuß 14. Die Drehung und die Bewegung entlang der Linie definieren eine Helix, mittels derer der Laserscanner 10 seine Umgebung (partiell) abtastet. Prinzipiell kann die Linie beliebig geformt sein. Sie wird aber normalerweise aus geraden und/oder gering gekrümmten Abschnitten bestehen.
  • Für den Helix-Modus wird der Laserscanner 10 auf einem Wagen W montiert, beispielsweise auf einem Kraftfahrzeug. Hierfür ist eine Montagevorrichtung 40 vorgesehen, welche sowohl mit dem Wagen W mechanisch und elektrisch fest verbunden als auch mit dem Laserscanner 10 mechanisch und elektrisch fest verbunden wird.
  • Die Montagevorrichtung 40 weist im Ausführungsbeispiel einen näherungsweise zylindrischen Grundkörper 40a auf, dessen Durchmesser etwas größer ist als derjenige des Fußes 14. Von der oberen Stirnseite des Grundkörpers 40a der Montagevorrichtung 40 stehen zwei Paare von Befestigungsstiften 40p ab (vorliegend drehbare Schrauben), welche zum Zusammenwirken mit passenden Befestigungsöffnungen 14p auf der Unterseite des Fußes 14 ausgebildet sind. Eine Vorpositionierung mittels der Befestigungsstifte 40p wäre spielbehaftet. Daher stehen von der oberen Stirnseite der Montagevorrichtung 40 noch zwei Positionierstifte 40f ab, welche zum Zusammenwirken mit passenden Positionieröffnungen 14f auf der Unterseite des Fußes 14 ausgebildet sind. Jeder der Positionierstifte 40f ist zwischen den beiden Befestigungsstiften 40p eines Paares angeordnet. Wenn die Befestigungsstifte 40p in die zugeordneten Befestigungsöffnungen 14p einfahren, d.h. eingeschraubt werden, fahren die Positionierstifte 40f in die zugeordneten Positionieröffnungen 14f ein. Die Positionierstifte 40f sind (relativ zum Grundkörper 40a) feststehend ausgebildet. Wenigstens einer der beiden Positionierstifte 40f weist vorzugsweise ein konisches Ende auf, welches beim Einfahren in die zugeordnete Positionieröffnung 14f für eine Spielfreistellung (und einen Kraftschluss) sorgt. Außer den mechanischen Befestigungselementen sind noch elektrische Verbindungselemente vorgesehen, vorliegend auf der oberen Stirnseite des Grundkörpers 40a eine eingebaute Kontaktbuchse 40s mit flachen Kontakten und passend auf der Unterseite des Fußes 14 ein eingebauter Kontaktstecker 14s mit Federstiften.
  • Auf der Mantelfläche ihres Grundkörpers 40a weist die Montagevorrichtung 40 wenigstens zwei Einschrauböffnungen 40u (oder alternativ andere Befestigungsmittel) für die mechanische Verbindung mit dem Wagen W und wenigstens einen elektrischen Anschluss 40v für die elektrische Verbindung mit dem Wagen W auf. Mittels der elektrischen Verbindungselemente 14s, 40s und 40v werden sowohl Daten als auch Energie übertragen. Die Zuordnungen von männlichen und weiblichen elektrischen Verbindungselementen zum Fuß 14 und zur Montagevorrichtung 40 kann auch getauscht sein. Ebenso gilt dies für die mechanischen Verbindungselemente 14f, 14p, 40f und 40p.
  • Die Montagevorrichtung 40 wird mittels der vorstehend beschriebenen mechanischen Verbindungselemente 14f, 14p, 40f und 40p am Fuß 14 des Laserscanners 10 mechanisch verbunden und mittels der elektrischen Verbindungselemente 14s und 40s mit dem Laserscanner 10 elektrisch verbunden. Bei einer unruhigen Fahrt des Wagens W während des Helix-Modus könnte der Messkopf 12 mit seiner Trägheit mit wechselnden Momenten sein Drehlager im Fuß 14 belasten. Erfindungsgemäß ist daher die Montagevorrichtung 40 nicht nur mit dem Fuß 14 fest verbunden, sondern auch mit dem Messkopf 12 verriegelt. Hierzu wirkt die Montagevorrichtung 40 mit den Bügeln 34 – und damit mit der Tragstruktur 30 – zusammen.
  • Die beiden Bügel 34 weisen jeweils in unmittelbarer Nachbarschaft ihrer Befestigung an der Tragstruktur 30, d.h. vorliegend den Anschraubpunkten an der Traverse 30a, ein erstes Verriegelungsmittel 34k auf. Die beiden ersten Verriegelungsmittel 34k sind somit an der Tragstruktur 30 befestigt. Jedes erste Verriegelungsmittel 34k ist vorliegend als eine Kerbe im Bügel 34 (mit keilförmig zulaufenden Flanken) ausgebildet, die sich bezüglich der Drehachse des Messkopfes 12 radial nach außen öffnet. Dabei öffnen sich beiden ersten Verriegelungsmittel 34k in entgegengesetzte Richtungen. Die ersten Verriegelungsmittel 34k können auch an der Tragstruktur 30 angeformt (d.h. einstückig mit dieser ausgebildet) oder separate Bauteile sein, welche an den Bügeln 34 oder anderen Teilen der Tragstruktur 30 befestigt sind.
  • Die Montagevorrichtung 40 weist auf ihrem Grundkörper 40a versetzt zu jedem der Paare von Befestigungsstiften 40p und Positionierstiften 40f einen Lagerblock 40i auf. Die Lagerblöcke 40i sind kreisbogenförmig gekrümmt mit näherungsweise quadratischem Querschnitt. Die vorzugsweise einstückig ausgebildeten Lagerblöcke 40i weisen mittig einen Mittelbereich sowie seitlich davon Flügelbereiche auf. Die Flügelbereiche dienen der Befestigung des jeweiligen Lagerblocks 40i, genauer gesagt der Aufnahme von Befestigungsschrauben, und können bei einer anderen Befestigungsart des Lagerblocks 40i entfallen. Der Mittelbereich ist gegenüber den Flügelbereichen erhöht, so dass die Flügelbereiche der Lagerblöcke 40i von den Bügeln 34 beabstandet sind, wenn der Fuß 14 auf der oberen Stirnseite des Grundkörpers 40a aufliegt. Für eine Vorpositionierung hingegen kann der Mittelbereich jedes Lagerblocks 40i so bemessen sein, dass er zwischen die zugeordneten Bügel 34 greift.
  • Jeder Lagerblock 40i lagert schwenkbar ein zweites Verriegelungsmittel 40k, welches vorliegend als ein stiftförmiger Riegel mit einem ihn lagernden Träger ausgebildet ist. Das zweite Verriegelungsmittel 40k kann aus einer bezüglich des Grundkörpers 40a radialen Ausgangsstellung in eine axiale Endstellung (und zurück) schwenken. Vorzugsweise ist in der Ausgangsstellung und in der Endstellung eine Vorspannung des zweiten Verriegelungsmittels 40k vorgesehen, beispielsweise mittels einer Feder, welche zwischen Ausgangsstellung und Endstellung einen Totpunkt aufweist. In abgewandelter Ausführung ist nur für die Endstellung eine Vorspannung vorgesehen. Das zweite Verriegelungsmittel 40k wird vorzugsweise manuell geschwenkt. Von oben betrachtet sind die Positionierstifte 40f und die zweiten Verriegelungsmittel 40k über Kreuz angeordnet, d.h. die Verbindungslinien schneiden sich vorliegend in einem Winkel von 90°. Es sind aber alternative Anordnungen möglich. Der wenigstens eine elektrische Anschluss 40v für die elektrische Verbindung mit dem Wagen W sitzt vorzugsweise benachbart zum zweiten Verriegelungsmittel 40k, vorliegend unterhalb des Mittelbereichs eines der Lagerblöcke 40i, und somit außerhalb des vom Sendelichtstrahl 18 erreichbaren Raumwinkels.
  • Um die Montagevorrichtung 40 mit dem Laserscanner 10 zu verbinden, wird dieser mit seinem Fuß 14 auf dem Grundkörper 40a gesetzt und dabei mittels der Positionierstifte 40f und der Positionieröffnungen 14f positioniert, in der Endtsellung spielfrei. Zugleich wird der Kontaktstecker 14s in die Kontaktbuchse 40s eingesteckt. Dann werden die Befestigungsstifte 40p in die Befestigungsöffnungen 14p eingefahren, d.h. eingeschraubt, womit der Fuß 14 spielfrei mit der Montagevorrichtung 40 verbunden ist. Schließlich werden noch die zweiten Verriegelungsmittel 40k in ihre Endstellung geschwenkt. Kurz vor Erreichen der Endstellung nähern sie sich dabei aus radialer Richtung den zugeordneten, als Kerben ausgebildeten, ersten Verriegelungsmittel 34k und fallen schließlich in diese ein, gegebenenfalls entlang der (keilförmig zulaufenden) Flanken der Kerben gleitend, bis der Messkopf 12 spielfrei mit der Montagevorrichtung 40 verriegelt ist.
  • Eine vollständig spannungsfreie Verriegelung wird vorzugsweise erreicht, indem spätestens bevor die zweiten Verriegelungsmittel 40k in ihre Endstellung geschwenkt werden, der Messkopf 12 hinsichtlich seiner Winkelstellung relativ zum Fuß 14 so präzise wie möglich ausgerichtet ist, damit mittels der Verriegelungsmittel 34k und 40k lediglich das Spiel des Drehantriebs des Messkopfes 12 beseitigt oder reduziert werden muss. Da die Winkelstellung des Messkopfes 12 mittels eines Encoders erfasst wird, ist eine Kalibrierung dieses Encoders äußerst vorteilhaft. Alternativ kann ein leicht-gängiger Leerlauf des Drehantriebs oder ein großes Spiel desselben vorgesehen sein, so dass die Verriegelungsmittel 34k und 40k die präzise Ausrichtung des Messkopfes 12 selber durchführen.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Laserscanner
    12
    Messkopf
    14
    Fuß
    14f
    Positionieröffnung
    14p
    Befestigungsöffnung
    14s
    Kontaktstecker
    16
    Spiegel
    17
    Lichtsender
    18
    Sendelichtstrahl
    20
    Empfangslichtstrahl
    21
    Lichtempfänger
    22
    Steuer- und Auswertevorrichtung
    24
    Anzeigevorrichtung
    30
    Tragstruktur
    30a
    Traverse
    30b
    Wand
    32
    Schale
    34
    Bügel
    34k
    erstes Verriegelungsmittel
    40
    Montagevorrichtung
    40a
    Grundkörper
    40f
    Positionierstift
    40k
    zweites Verriegelungsmittel
    40i
    Lagerblock
    40p
    Befestigungsstift
    40s
    Kontaktbuchse
    40u
    Einschrauböffnung
    40v
    elektrischer Anschluss
    C10
    Zentrum des Laserscanners
    d
    Distanz
    O
    Objekt
    W
    Wagen
    X
    Messpunkt
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 202006005643 U1 [0002]
    • DE 102009055988 B3 [0027]

Claims (10)

  1. Vorrichtung zum optischen Abtasten und Vermessen einer Umgebung, die als Laserscanner (10) ausgebildet ist, mit einem Fuß (14), einem relativ zum Fuß (14) drehbaren Messkopf (12), einem relativ zum Messkopf (12) drehbaren Spiegel (16), wobei in wenigstens einem Betriebsmodus der Laserscanner (10) mittels einer Montagevorrichtung (40) auf einem Wagen (W) montiert ist, der Wagen (W) den fest mit der Montagevorrichtung (40) verbundenen Fuß (14) bewegt, der Messkopf (12) relativ zum Fuß (14) ruht und der Spiegel (16) sich dreht, dadurch gekennzeichnet, dass in dem besagten Betriebsmodus der Messkopf (12) mit der Montagevorrichtung (40) mittels Verriegelungsmitteln (34k, 40k) verriegelt ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Fuß (14) und der Montagevorrichtung (40) zusammenwirkende, mechanische und optional elektrische Verbindungsmittel (14f, 14p, 14s, 40f, 40p, 40s) vorgesehen sind.
  3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkopf (12) eine Tragstruktur (30) und wenigstens ein an der Tragstruktur (34) befestigtes, erstes Verriegelungsmittel (34k) aufweist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Teil eines Gehäuse des Laserscanners (10) am Messkopf (12) wenigstens eine Schale (32) vorgesehen ist, welche auf ihrer Außenseite teilweise von wenigstens einem als Schutz dienenden Bügel (34) abgedeckt wird, welcher an der Tragstruktur (30) befestigt ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verriegelungsmittel (34k) am Bügel (34) ausgebildet ist, insbesondere als eine Kerbe, die bezüglich der Drehachse des Messkopfes radial nach außen weist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Montagevorrichtung (40) wenigstens ein zweites Verriegelungsmittel (40k) lagert.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Montagevorrichtung (40) wenigstens einen Lagerblock (40i) aufweist, welcher das zweite Verriegelungsmittel (40k) schwenkbar lagert.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Montagevorrichtung (40) einen Grundkörper (40a) aufweist, auf dessen oberer Stirnseite der Fuß (14) mit seiner Unterseite aufliegt und mechanische und elektrische Verbindungsmittel (40f, 40p, 40s) angeordnet sind.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerblock (40i) auf der oberen Stirnseite des Grundkörpers (40a) angeordnet ist.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Messkopf (12) ein Lichtsender (17), der einen Sendelichtstrahl (18) aussendet, welchen der Spiegel (16) in die Umgebung umlenkt, und ein Lichtempfänger (21) vorgesehen ist, der einen von einem Objekt (O) in der Umgebung des Laserscanners (10) reflektierten oder sonst irgendwie gestreuten und vom Spiegel (16) umgelenkten Empfangslichtstrahl (20) empfängt, wobei ein Steuer- und Auswertevorrichtung (22) für eine Vielzahl von Messpunkten (X) jeweils wenigstens die Distanz zum Objekt (O) ermittelt.
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