激光扫描仪制造技术

本发明专利技术涉及激光扫描仪和包括用于对环境进行测量的激光扫描仪的系统。该激光扫描仪包括：用于检测距离测量数据的光学距离测量设备，其具有发射器单元和接收器单元，该接收器单元用于接收所述距离测量辐射的返回部分；基座；支撑件，该支撑件固定到所述基座，使得所述支撑件能够绕支撑旋转轴旋转；用于所述距离测量辐射的射束转向单元，该射束转向单元固定到所述支撑件，使得所述射束转向单元能够绕基本上垂直于所述支撑件的旋转轴旋转；第一角度编码器，该第一角度编码器用于记录关于所述支撑件绕所述支撑旋转轴旋转的第一角度数据；以及第二角度编码器，该第二角度编码器用于记录关于所述射束转向单元绕所述射束旋转轴旋转的第二角度数据。第二角度数据。第二角度数据。

【技术实现步骤摘要】
激光扫描仪
[0001]本申请是原案申请号为201680091460.7(国际申请号为PCT/EP2016/077372)的专利技术专利申请(申请日：2016年11月10日，专利技术名称：激光扫描仪)的分案申请。


[0002]本专利技术涉及一种用于光学测量和对环境成像的激光扫描仪，尤其是用于生成和显示彩色3D点云的激光扫描仪。

技术介绍

[0003]例如，工匠和建筑师对房间和环境的三维测量非常感兴趣，因为这样可以快速获取房间或建筑工地的实际状况和/或施工进度，以便可以安排待处理的工作。通过点云形式(例如结合使用增强现实的多个时间级别)和/或虚拟现实形式的视觉显示，可以检查用于其它步骤或扩展可能性的不同选项，并且如有必要，可以将其以简单的方式呈现给同事或客户。
[0004]可以使用激光扫描仪对环境进行光学扫描和测量。对此的常见方法涉及借助脉冲电磁辐射(例如激光)对环境进行扫描，其中，接收来自环境的后向散射表面点的回波，并且例如基于传输时间、脉冲的形状和/或相位得出到该表面点的距离，并且在每种情况下与该表面点的空间位置相关联，例如使用测量时的角度信息并使用激光扫描仪的已知位置。
[0005]获得激光扫描仪设计的显著差异，尤其是由于激光扫描仪是用于光栅扫描形式的光学扫描过程还是扫描感测形式的光学扫描过程，其中，本专利技术主要涉及扫描激光扫描仪，尤其是带有高速旋转的射束偏转单元的激光扫描仪。
[0006]在光栅扫描的情况下，光学感测例如通过对多个表面点的特定单独感测来进行，例如基于用于待扫描环境的预定义扫描光栅，换句话说，通过使用各个预定义光栅点的特定定向。
[0007]在扫描感测的情况下，通常借助于改变距离测量射束的发射方向的对准的至少一个旋转射束偏转元件，例如，相对于旋转轴倾斜的平面镜，记录并空间测量多个测量点，其中，例如，通过调节距离测量射束的脉冲率和/或通过调节射束偏转元件的旋转速度来实现期望的点对点分辨率。然后，可以使用共同的数据处理步骤和/或显示方法，基于多个测量点以不同的方式分析和/或显示环境，尤其是作为3D点云。
[0008]通常，扫描激光扫描仪具有一个或两个相互正交的旋转轴，例如垂直旋转轴和与其垂直的水平旋转轴，垂直旋转轴用于整个激光扫描仪的相对慢的旋转，通常也称为“方位轴”或“慢轴”，水平旋转轴用于高速旋转射束偏转元件。由于频繁使用的射束偏转元件的高旋转速度，第二轴也被称为“快轴”。
[0009]对于线性或线性可移动结构和环境的感测，例如铁路轨道系统、道路、隧道系统或空气场，代替绕方位轴旋转，通常利用整个激光扫描仪的平移运动，例如，通过将激光扫描仪安装在车辆上。这种仅具有快轴的激光扫描仪也被称为轮廓仪。
[0010]这种具有快轴并且可能具有方位轴或与平移运动相结合的激光扫描仪使用户能
够在相对较短的时间段内感测大的表面和物体。
[0011]对于附加信息，信息和扫描数据可以例如与摄像头数据(尤其是RGB摄像头数据或红外数据)组合和处理。
[0012]在某些情况下，激光扫描仪中用于空间测量的距离测量模块具有强度灵敏度但没有颜色灵敏度，这意味着所生成的3D点云能以灰度级显示而无需使用附加数据。将来自彩色摄像头的具有RGB数据的“灰色”3D点云用作参考，例如可以生成“彩色”3D点云，这使得例如其显示对于人眼来说相当容易。现在，对不同数据和数据集(例如来自时间和空间变化的测量程序)的参考越来越标准化。
[0013]激光扫描仪还可以设计有位置和取向系统，例如借助惯性系统、倾斜传感器或用于全球卫星导航系统的接收器，例如其中，利用全局3D坐标系自动参考局部感测数据。

技术实现思路

[0014]本专利技术的目的是提供一种改进的激光扫描仪和一种用于借助激光扫描仪对环境进行测量和成像的改进系统。
[0015]本专利技术涉及一种用于对环境进行光学测量和成像的测量系统，其具有用于收集测量数据的激光扫描仪、用于将测量数据的部分处理成经处理的测量数据的处理单元，以及用于显示经处理的测量数据的至少表示环境的局部区域的部分的显示器；其中，激光扫描仪包括：用于检测距离测量数据的光学距离测量设备，其具有用于发射距离测量辐射的发射器单元和用于接收距离测量辐射的返回部分的接收器单元；用于检测面传感器数据的面传感器；尤其是，用于记录图像数据的至少一个彩色摄像头，其中，传感器定义传感器的光轴和传感器沿光轴的观察方向；基座；支撑件，其固定到基座，使得它可以绕支撑旋转轴，尤其是绕慢旋转轴旋转；用于距离测量辐射的射束转向单元，其固定到支撑件，使得它可以绕与支撑旋转轴基本垂直的射束旋转轴旋转，尤其是绕快旋转轴旋转；第一角度编码器，其用于检测与支撑件绕支撑旋转轴的第一旋转有关的数据；第二角度编码器，其用于检测与射束转向单元绕射束旋转轴有关的数据，其中，在测量过程中检测距离测量数据、面传感器数据以及第一和第二角度数据(此后称为测量数据)(其中，距离测量数据结合第一和第二角度数据通常也称为采样测量数据)，所述测量过程包括借助于距离测量设备的扫描感测，其中支撑件绕支撑旋转轴按规定渐进地(尤其是连续地)旋转，其中射束转向单元绕射束旋转轴按规定渐进地(尤其是连续地)旋转，并且其中连续发射距离测量辐射并连续接收距离测量辐射的返回部分，并且对于传感器的不同观察方向多次读取面传感器。
[0016]例如，本专利技术的一个方面涉及这样的事实，即处理单元布置在与激光扫描仪分开的计算设备上，尤其是计算机或平板电脑，并且激光扫描仪和计算设备被配置为使得(尤其是无线地)实现从激光扫描仪到计算设备的测量数据传输，尤其是通过WLAN或蓝牙连接，在测量过程期间根据面传感器数据与距离测量数据以及第一和第二角度数据的关联对测量数据的部分进行至少初始处理，并且在测量过程期间显示经处理的测量数据的部分并渐进地(尤其是连续地)基于经处理的测量数据进行更新(尤其是补充和/或替换)，尤其是其中，提供与计算设备联接或集成的显示器用于显示。
[0017]一个实施方式例如涉及以下事实：通过射束转向单元绕射束旋转轴的虚拟360度旋转，定义距离测量辐射的扫描平面，并且面传感器被布置和定向在支撑件上使得其方位
角观察方向和扫描平面的方位角取向不同，这意味着面传感器的光轴的假想向后延伸以规定的相交角度与扫描平面相交，尤其是其中，相交角度至少为45度，尤其是其中，扫描平面未被面传感器的视场捕获，其中，根据以下时间序列来执行具有规定步骤的全自动第一预编程测量过程：
[0018]·
提供面传感器数据，包括
[0019]□
支撑件绕支撑旋转轴的旋转，
[0020]□
来自用于检测面传感器数据的面传感器的读数，以及
[0021]□
检测到的面传感器数据的一部分到计算设备的数据流，
[0022]尤其是其中，基于数据流执行检测到的面传感器数据的初始处理和显示，
[0023]·
提供扫描测量数据，即距离测量数据和相关的第一和第二角度数据，包括，
[0024]□本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于对环境进行光学测量的激光扫描仪，该激光扫描仪包括：用于检测距离测量数据的光学距离测量设备，该光学距离测量设备具有：发射器单元，该发射器单元用于发射距离测量辐射，以及接收器单元，该接收器单元用于接收所述距离测量辐射的返回部分；基座；支撑件，该支撑件固定到所述基座，使得所述支撑件能够绕支撑旋转轴旋转；用于所述距离测量辐射的射束转向单元，该射束转向单元固定到所述支撑件，使得所述射束转向单元能够绕基本上垂直于所述支撑件的旋转轴旋转；第一角度编码器，该第一角度编码器用于记录关于所述支撑件绕所述支撑旋转轴旋转的第一角度数据；以及第二角度编码器，该第二角度编码器用于记录关于所述射束转向单元绕所述射束旋转轴旋转的第二角度数据，其中，此后称为测量数据的所述距离测量数据以及所述第一角度数据和所述第二角度数据在测量过程期间检测，所述测量过程包括：借助所述距离测量设备，通过以下步骤进行扫描感测：所述支撑件绕所述支撑旋转轴进行规定的渐进旋转，所述射束转向单元绕所述射束旋转轴进行规定的渐进旋转，并且连续发射所述距离测量辐射并连续接收所述距离测量辐射的返回部分，其特征在于所述基座仅包括一个轴向沿所述支撑旋转轴的整体有效稳定区域，该整体有效稳定区域用于稳定所述支撑件以防止所述支撑件相对于所述基座倾斜，所述稳定区域具有轴向沿所述支撑旋转轴的第一延伸和垂直于所述支撑旋转轴并且相对于所述支撑旋转轴基本径向对称的第二延伸，并且所述第二延伸大于所述第一延伸。2.根据权利要求1所述的激光扫描仪，其特征在于所述第二延伸比所述第一延伸大至少两倍。3.根据权利要求1或2所述的激光扫描仪，其特征在于所述支撑件借助单个轴承轮辋被安装成，使得该支撑件能够绕所述支撑旋转轴相对于所述基座枢转，其中，稳定性仅通过所述单个轴承轮辋来实现。4.根据权利要求3所述的激光扫描仪，其特征在于所述轴承轮辋被设计成单行四点滚柱轴承，或者所述轴承轮辋被设计成具有外圈和内圈的单行滑动轴承，所述外圈与所述内圈形成两个相对于所述支撑旋转轴轴向间隔开的接触轴承。5.根据权利要求3所述的激光扫描仪，其特征在于借助相对于所述支撑旋转轴径向作用在所述轴承轮辋上的弹簧载荷产生稳定性。6.根据权利要求3所述的激光扫描仪，
其特征在于沿基本平行于接触轴承的边界区域应用润滑剂
‑
防护剂乳液，使得由于所述润滑剂
‑
防护剂乳液的表面张力导致的润滑剂对于所述轴承轮辋的分散基本上受到所述边界区域的限制。7.根据权利要求3所述的激光扫描仪，其特征在于所述轴承轮辋被设计成具有陶瓷滚柱元件的干运转环轴承形式的四点滚柱轴承。8.根据权利要求1所述的激光扫描仪，其特征在于在所述测量过程中，所述射束转向单元绕所述射束旋转轴旋转，旋转速度至少为50Hz，且/或在所述测量过程中，所述基座绕所述支撑旋转轴旋转，旋转速度至少为0.01Hz。9.根据权利要求1所述的激光扫描仪，其特征在于关于所述支撑件...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：莱卡地球系统公开股份有限公司，
类型：发明
国别省市：