[发明专利]用于对环境进行光学扫描和测量的装置

说明书

本发明涉及一种具有权利要求1的通用术语的特征的装置。

US7,193,690B2描述了如下类型的装置：其中，激光扫描器被安装在三脚架上。为了借助于若干次扫描来配准（register）场景，在扫描后，激光扫描器与三脚架一起被移动到新的位置。

本发明基于对引言中所提及类型的装置进行改进的目的。这个目的是根据本发明借助于包括权利要求1的特征的装置来实现。从属权利要求涉及有利的配置。

与三脚架的运输相比，可手动移动的台车的使用有助于改变激光扫描器的位置。此外，可手动移动的台车与自动的台车相比成本更低。激光扫描器可以在扫描期间保持安装在台车上，使得不需要另外的站立点（stand）。在静止状态期间激光扫描器定位在台车的位置的竖直上方提供了安全的站立点和规定的方位。

当使用关于激光扫描器和台车的几何结构的概念“水平线”和“竖直线”时，假定重力的方向对应于竖直线，即台车位于水平面上。然而，台车还可以朝向水平线和/或竖直线略微倾斜例如最高达15°（即，测量头和镜的旋转轴线具有相应的倾斜角），而不在扫描或其评估的实现期间出现问题。

基本上，激光扫描器存在有两种可能的操作模式，在这两种可能的操作模式期间台车是有帮助的。对于第一操作模式，可以使用从不同的位置进行的若干次扫描来配准完整的场景，其中激光扫描器借助于旋转测量头和旋转镜在每个位置处执行扫描。台车则仅用于改变位置。对于第二操作模式（“螺旋扫描”），在台车的移动期间，测量头可以保持空闲，而仅镜进行旋转以执行扫描。在测量期间台车则沿着所选择的路径移动并且例如借助于轮中的编码器来记录位置的变化。这提供了一种用于沿着指定路径快速地生成概要数据的方法。通过较多数量的轮和从而台车的更稳定并更均匀的移动可以提高移动的精确度。与电机驱动的台车相比，可手动移动的台车显著地降低成本。

下面，以附图中所示出的示例性实施例为基础更详细地阐述本发明，在附图中：

图1示出了具有安装的激光扫描器的台车的侧视图；

图2示出了从相对于图1偏移90°的方向观察的台车的另一个侧视图；

图3示出了安装装置的截面图；

图4示出了安装装置的平面图；以及

图5示出了激光扫描器在操作期间的示意性的局部截面图。

提供了一种激光扫描器10，作为用于对激光扫描器10的环境进行光学扫描和测量的装置部分。激光扫描器10具有测量头12和基座14。测量头12安装在基座14上，作为可以关于竖直轴线旋转的单元。测量头12具有可以关于水平轴线旋转的旋转镜16。两条旋转轴线的交点被指定为激光扫描器10的中心C₁₀。

测量头12还设置有用于射出发射光束18的光发射器17。发射光束18优选地是在大约300nm到1600nm的波长范围内例如790nm、905nm或小于400nm的激光束，然而原则上也可以使用具有例如更长波长的其它电磁波。发射光束18采用调制信号进行幅度调制。发射光束18由光发射器17发射到旋转镜16上，在旋转镜16上发射光束18被偏转并发射到环境中。在环境中被物体O反射或否则被散射的接收光束20再次被旋转镜16捕获、偏转和导向到光接收器21上。发射光束18和接收光束20的方向由旋转镜16和测量头12的角位置产生，旋转镜16和测量头12的角位置取决于它们相应的旋转驱动装置的位置，每个相应的旋转驱动装置的位置又由一个编码器测量。

控制和评估单元22具有到测量头12中的光接收器21及光发射器17的数据连接，由此，部分控制和评估单元22（例如连接到基座14的计算机）也可以布置在测量头12的外部。控制和评估单元22被配置成根据发射光束18和接收光束20的传播时间来针对多个测量点X确定激光扫描器10与物体O（处的照射点）之间的距离d。为此目的，可以确定和评估两个光束18和20之间的相移。

借助于旋转镜16的（快速）旋转，沿着圆周进行扫描。依靠测量头12相对于基座14的（缓慢）旋转，借助于圆周来逐步地扫描整个空间。这种测量的测量点X的实体被称为扫描。对于这样的扫描，激光扫描器10的中心C₁₀限定局部静止参考系的原点。基座14静止在该局部静止参考系中。