[发明专利]激光扫描仪

说明书

本发明涉及一种根据独立权利要求1的前序部分的激光扫描仪，用于测量表面并生成以坐标方式重构该表面的点云。

WO1997/040342A2描述了一种用于在任意三维距离上捕获物体的激光扫描仪。这种激光扫描仪具有用于生成激光的激光源和用于接收来自激光源的激光的激光检测器。所生成的激光经出口点离开激光扫描仪，被物体散射，经入口点重新进入激光扫描仪。这种激光扫描仪具有：旋转驱动器，该旋转驱动器用于旋转在两个相互正交的轴上具有两个自由度的反射镜；以及拾取器(pickup)，该拾取器用于确立所述旋转。通过旋转这些反射镜，激光扫描了物体的大量散射点。激光源、激光检测器和拾取器发射状态信号。激光扫描仪具有评估单元，用于评估状态信号。评估散射激光的脉冲运行时间提供了激光扫描仪和物体的散射点之间的距离值。激光扫描仪可被定位在位于物体处的支架上，并通过电力供应单元来提供电流。激光扫描仪的视场角为40°×40°。对于距离为从1-50米的单独测量，位置精度是+/-6mm，且路径精度是+/-4mm。旋转驱动器的扫描速度是1000-5000点/秒。

这样的激光扫描仪由申请人以HDS2500的命名进行销售，其在售的后继型号被命名为HDS3000。在HDS3000中，视场角明显变大，为360°×270°；距离值的位置精度和路径精度保持不变。旋转驱动器的扫描速度在竖直方向上是5000点/秒，在水平方向上是20000点/秒。HDS3000的质量为16kg；其立体尺寸为27×37×51cm³(这两项规格涉及不含评估单元、电源单元和支架的HDS3000)。

WO2008/019856A1披露了关于激光扫描仪设计的进一步细节。该激光扫描仪具有旋转体，该旋转体利用第一旋转轴围绕转子可旋转地安装，转子继而利用第二旋转轴可旋转地安装在定子上。第一旋转驱动器驱动旋转体而第二旋转驱动器驱动转子。第一旋转驱动器、激光源和激光检测器被布置在转子内。出口点、入口点和反射镜被布置在旋转体上。从转子内的激光源发出的激光经由光学发射连接被引导至旋转体，并从那里通过反射镜被引导至出口点。由物体散射的激光在入口点进入旋转体，并经由反射镜和光学接收连接被引导至转子内的激光检测器。光学发射连接和光学接收连接是分配给转子和旋转体的光学传输元件，且与旋转无关。

本发明的第一目的包括提供一种改进的激光扫描仪。本发明进一步的目的包括提供这样一种激光扫描仪，该激光扫描仪带有高位置精度和路径精度、高扫描速度，设计简单、立体尺寸小、重量轻、耗电量少、实际应用中适应性高且生产和维护成本低。

这些目的中的至少一个由独立权利要求或从属权利要求中的技术特征实现。

根据本发明，用于测量空间和/或物体的表面并用于生成以坐标方式(coordinately)重构该表面的点云的激光扫描仪具有：用于生成激光的激光源和接收来自激光源的激光的激光检测器；出口点，用于供所生成的激光以聚焦激光束的形式离开并被引导至表面上相应的点；以及入口点，用于供在表面上相应的点发生散射的激光进入，出口点和入口点被布置在激光扫描仪的平台上，该平台能相对于激光扫描仪的固定基座以扫描方式枢转。激光扫描仪还包括距离测量功能件，该距离测量功能件用于基于在表面上的相应点处散射并由激光检测器接收到的激光来确定表面上相应点的相应距离，该激光扫描仪还包括用于捕获表面上的相应点的相应空间方向的装置，尤其是，该装置具有用于确立平台相对于基座的相应枢转位置的一个或多个拾取器。根据本发明，并联运动驱动器使平台相对于基座进行枢转，以在表面上的多个点上扫描激光束。

具有并联运动驱动器的激光扫描仪以直接接合的方式来使平台枢转。与现有技术中具有两个旋转驱动器(其中第一旋转驱动器驱动转子，第二个旋转驱动器附接在转子上)的串联运动结构相比，它具有若干显著技术效果：

-第一，增加了激光扫描仪的位置精度和路径精度。致动误差和旋转不准确性可以不再从第一旋转驱动器传播到第二旋转驱动器。

-第二，激光扫描仪不再具有轴线特定扫描速度。两个旋转驱动器在扭矩方面具有相同设计，但必须驱动不同的大质量。这样的结果是绕着第一旋转驱动器的竖直轴线的扫描速度要比绕着第二旋转驱动器的水平轴线的扫描速度小几个数量级。