用于光学地扫描环境的具有旋转镜的勘测设备制造技术

本发明专利技术涉及用于光学地扫描环境的具有旋转镜的勘测设备。勘测设备(1)尤其是激光扫描器，用于光学地扫描环境。勘测设备(1)具有旋转单元(10)，旋转单元(10)具有：旋转镜(22)，其用于偏转发射光束以及接收光束；以及旋转主体(20)，其实施为具有斜面自由端的缸体。旋转主体实施为中空缸体(20)，具有缸底(32)和位于其自由端上的斜面缸壁(30)。中空缸体(20)相对于其缸体轴线(11)共轴地、经由缸底(32)以可旋转地固定的方式连接至电动机驱动轴(12)。旋转镜(22)在其自由端的区域中固定至中空缸体(20)的缸壁(30)，因而由该缸壁支撑。

【技术实现步骤摘要】
用于光学地扫描环境的具有旋转镜的勘测设备
本专利技术涉及勘测设备，尤其用于光学地扫描环境的激光扫描器，以及用于这种勘测设备的旋转单元。勘测设备具有旋转单元，旋转单元具有：旋转镜，其用于偏转发射光束以及接收光束；以及旋转主体，其实施为具有斜面自由端的缸体。
技术介绍
使用这种勘测设备来记录三维对象或者表面。在该情况下，它们使用激光脉冲连续地扫描这种三维结构，例如，建筑物的三维结构，然后从接收到的返回的反射脉冲计算描述对象的表面的对应三维模型。设备实施为用于光学地扫描环境的激光扫描器，其典型地包括安装在基座上的测量头，测量头能够相对于该基座绕基座旋转轴线旋转。激光光源以及用于接收所反射的激光脉冲的光传感器以及收发器光学器件和出口开口分别收纳在测量头的一侧，出口开口允许辐射相应地离开或者进入壳体。在测量头的与出口开口相对的另一侧，测量头具有用于偏转发射光束以及接收光束的旋转镜，其能够绕垂直于基座轴线的旋转轴线旋转。两个轴线的交叉点大致对应于发射光束在旋转镜上的入射点，其中，旋转镜相对于旋转轴线大致倾斜45°角度布置。通过使测量头绕基座旋转轴线旋转以及使旋转镜绕旋转轴线旋转能够实施三维扫描。实施为激光扫描器的用于光学地扫描环境的这种设备例如公知于DE102009057101A1。该设备还具有用于偏转发射光束以及接收光束的旋转镜，旋转镜在该情况下是旋转单元的一部分，旋转单元构建为混合结构，即是由不同材料制成的多部件式形成，其中，旋转单元除了旋转镜以外还具有由金属制成的保持件以及由塑料制成的壳体。在质量上占主要的保持件能够实现平衡，同时壳体用作触摸安全设施。保持件具有柱形基本形状，具有45°表面以及各种凹槽，在凹槽之间具有材料部件以用于平衡转子，材料部件例如呈翼、阶梯或者突起的形式。旋转镜由粘着剂固定在保持件的45°表面上，其中，在45°表面内为粘着剂设置专用固定表面。壳体具有以45°切割的中空缸体的形式。其至少封闭保持件，但也能够可选地在边缘处封闭旋转镜。在该类型的构造中不利的是，如果例如在安装期间或者安装之后显示出稍微的转矩不平衡和/或重心偏移的话，通过材料部件具有预定平衡的保持件的预定结构不允许任何后续对不平衡的精细校正。粘着剂点在保持件的端侧上以特定方式不规则分布，用于固定旋转镜，在快速旋转期间由于产生的离心力粘着剂点会对粘结键、镜面的应力状态以及旋转镜的平整度产生负面效应，这会导致镜面脱离保持件或者镜面碎裂。该类型的胶粘以及旋转镜与保持件之间的不同热膨胀还会导致在温度变化情况下在旋转镜内部的应力风险增加。如果应力不变得过度大并且这不导致镜面的碎裂和脱离，在对应应力的情况下仍会导致旋转镜的平整度会受到威胁，这对发射光束以及接收光束的偏转具有负面影响，因此对测量精度具有负面影响。系统的动态平衡以及刚度对测量精度也起重大作用，在该构思中看起来并未对此进行考虑。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供用于光学地扫描环境的勘测设备，其具有旋转镜作为旋转单元的一部分，并且提供具有旋转镜的这种旋转单元，使用它们可克服现有技术中描述的至少一些缺点。本专利技术的目的尤其是提供用于这种类型的用于勘测设备的旋转单元，其是轻质的，能够更好地避免镜面中的应力。本专利技术的目的还尤其是提供这种旋转单元，其中温度改变和/或快速的旋转运动不会影响镜面的平整度。这些目的中的至少一个通过以下勘测设备或者旋转单元来实现。勘测设备的旋转单元尤其实施为激光扫描器，用于光学地扫描环境，这种用于勘测设备的旋转单元是这样的旋转单元：其具有实施为缸体的旋转主体，缸体具有缸体轴线以及斜面自由端，在斜面自由端的区域中，相对于缸体轴线倾斜地设置有旋转镜，用于偏转发射光束以及接收光束。根据本专利技术，旋转主体实施为具有腔室的中空缸体，其中，腔室在横向于轴向方向上由缸底定界，以及在径向上由从缸底基本沿轴向突出的缸壁定界。此外，腔室在与缸底相对的一侧由旋转镜界定，旋转镜在缸壁的斜面自由端的区域中固定在斜面自由端上。中空缸体又优选经由其缸底以可旋转固定的方式相对于其缸体轴线共轴地连接至电动机驱动轴。旋转镜因此被固定在还以可旋转地固定的方式连接至驱动轴的部件上。因此根据本专利技术的旋转单元不具有实际的镜保持件并且不具有实际的壳体。这使得安装更容易以及缩短安装时间。尺寸能够保持得非常紧凑，使得旋转单元是非常刚性以及节约空间的，并且由于旋转主体实施为中空缸体其还是非常轻质的。在一个实施例中，旋转镜在其周边区域中沿着其周边固定至中空缸体的缸壁。以这种方式，能够避免热应力及机械应力，这些应力典型地会发生在镜面胶合至斜面缸体的端面且镜面的整个后侧具有粘着剂点的情况下，并且这些应力对镜面的平整度具有负面影响。如描述的，旋转单元固定地连接至驱动轴。该轴经由电动机被驱动，电动机安装在电动机壳体中，电动机壳体又安装在勘测设备中。电动机壳体的面向旋转单元的壳体壁具有用于供轴通过的出口开口。角编码器优选还布置于该壳体壁上，利用角编码器，能够确定旋转单元以及旋转镜的精确角度位置。以这种方式，还能够确定发射和/或接收光束的方向。在该情况下，角编码器的编码器盘优选布置在旋转单元的缸底上，同时角编码器的传感器布置于电动机壳体的面向旋转单元的那一侧上。在该情况下，缸底能够优选稍微偏移入中空缸体中，使得缸壁在朝向电动机壳体的方向上突出得超出缸底。以这种方式，实施为中空缸体的旋转主体的缸壁能够在外部封闭以及保护编码器盘。此外，以这种方式，在旋转主体以及电动机壳体之间产生了用于角编码器的具有匹配尺寸的间隙，而无需改变旋转主体、电动机壳体因此勘测设备或者激光扫描器整个的结构尺寸。该类型构造因而节约了结构空间以及降低了安装成本，因为能够节约诸如圆形盘滑架以及传感器滑架这些部件。此外，这能够使用柱形传感器。以这种方式还能够使用光学传感器还有电容传感器。进一步优势是，以这种方式，依靠角度编码器能够将轴的弯折测量作为轴向及径向偏移，这又能够用来更精确的分析测量结果。布置用来记录旋转主体的旋转的角编码器的另一可能性是，将角编码器的编码器盘布置在后侧，即在电动机壳体的与旋转单元相反的一侧。这是有利的，尤其是具体地使用固定浮动式轴承构思将轴安装在电动机壳体的两侧上时，其中，轴大致安装在电动机壳体的与旋转主体相反的一侧上，具有径向游隙(浮动轴承)或者更小的轴承刚度。在这种情形下，角编码器能够有利地还用于测量轴在轴承游隙中的移动。相反，如果角编码器布置在浮动固定轴承的固定轴承侧，当然，角编码器的支撑因而更稳定。实施为中空缸体的旋转主体有利地由轻质材料制造，例如，铝、铝合金、镁、镁合金或者塑料。旋转主体优选实施为与其缸底成为一个件，这简化了制造以及降低了作用在链条上的容差。在特定实施例中，中空缸体以及缸底能够制造为两个独立的部件。这是有利的，尤其是如果缸底还用作平衡元件，然后其由比中空缸体具有更高比重的材料制造，例如具体地是黄铜合金。在进一步特定实施例中，轴用作缸底，并且中空缸体通过压配合、胶合或者可拆卸连接(例如，螺栓连接)直接连接至轴。将旋转主体实施为中空缸体以及沿着其周边将旋转镜固定在边缘区域，无需中央固定点或者分布在镜面表面中央较大表面积上的固定点，这可极大地降低作用在镜面上的剪切力以及由此在镜面内部引起的应力风险，以及降低对应地由此本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于光学地扫描环境的勘测设备(1)的旋转单元(10)，尤其用于根据权利要求15所述的激光扫描器，其中，所述旋转单元(10)‑具有旋转主体(20)，该旋转主体实施为具有斜面自由端的缸体，所述旋转主体被设置成以能够绕其缸体轴线(11)旋转的方式安装在所述勘测设备中，并且‑在所述旋转主体的斜面自由端上，设置有相对于所述缸体轴线(11)倾斜布置的旋转镜(22)以用于偏转发射光束和接收光束，其特征在于，‑所述旋转主体实施为具有腔室(46)的中空缸体(20)，其中，所述腔室(46)由缸底(32)、从该缸底突出的缸壁(30)以及所述旋转镜(22)界定，所述缸壁在其与所述缸底(32)相反的自由端上形成斜面，所述旋转镜在所述自由端的区域中被固定在所述缸壁(30)上，‑其中，所述中空缸体(20)能够相对于其缸体轴线(11)共轴地、经由其缸底(32)以可旋转地固定的方式连接至所述勘测设备(1)的电动机驱动轴(12)。

【技术特征摘要】
2013.10.09 EP 13187890.21.一种用于光学地扫描环境的勘测设备(1)的旋转单元(10)，其中，所述旋转单元(10)-具有旋转主体，该旋转主体实施为具有斜面自由端的缸体，所述旋转主体被设置成以能够绕其缸体轴线(11)旋转的方式安装在所述勘测设备中，并且-在所述旋转主体的斜面自由端上，设置有相对于所述缸体轴线(11)倾斜布置的旋转镜(22)以用于偏转发射光束和接收光束，其特征在于，-所述旋转镜仅在其周边区域中沿着其周边被固定，-所述旋转主体实施为具有腔室(46)的中空缸体(20)，其中，所述腔室(46)由缸底(32)、从该缸底突出的缸壁(30)以及所述旋转镜(22)界定，所述缸壁在其与所述缸底(32)相反的自由端上形成斜面，所述旋转镜在所述自由端的区域中被固定在所述缸壁(30)上，-其中，所述缸底(32)和所述缸壁(30)实施为一件式，-其中，所述中空缸体(20)能够相对于其缸体轴线(11)共轴地、经由其缸底(32)以可旋转地固定的方式连接至所述勘测设备(1)的电动机驱动轴(12)。2.根据权利要求1所述的旋转单元(10)，其特征在于，所述旋转镜(22)固定在所述缸壁(30)的端侧上。3.根据权利要求1所述的旋转单元(10)，其特征在于，所述旋转镜(22)固定在所述缸壁(30)的径向内侧上。4.根据前述权利要求中任一项所述的旋转单元(10)，其特征在于，所述旋转镜(22)通过粘结件(24，24'，24"，24'")固定在所述缸壁(30)上的所述自由端的区域内，其中，-所述粘结件(24，24'，24"，24'")的硬度或者弹性是通过以下设定的：-粘着剂表面的尺寸以及几何学实施方式和/或粘着剂间隙的厚度，和/或-选择具有不同属性的不同粘着剂。5.根据权利要求4所述的旋转单元(10)，其特征在于，所述中空缸体(20)由于其在第一半段的区域中的斜面而在其自由端的区域中具有较短长度的缸壁(30)，并且在与所述第一半段相对的第二半段的区域中具有较大长度的缸壁(30)，并且所述旋转镜(22)借助第一粘结件在所述缸壁(30)的较短的所述第一半段的区域中固定至所述缸壁(30)，并且借助第二粘结件固定在较长的所述第二半段的区域中，所述第一粘结件比所述第二粘结件硬，所述第二粘结件比所述第一粘结件更有弹性。6.根据权利要求1所述的旋转单元(10)，其特征在于，所述旋转镜(22)利用一个或多个弹簧元件(53，63，54'，54，68，70)固定在所述旋转主体上或者固定在所述旋转主体的所述缸壁(30)上，其中，所述一个或多个弹簧元件(53，63，54'，54，68，70)在所述中空缸体的所述自由端的区域中固定在所述缸壁(30)中或所述缸壁上，分布在所述缸壁(30)的周边上。7.根据权利要求6所述的旋转单元(10)，其特征在于，所述旋转镜(22)在其周边区域借助所述一个或多个弹簧元件(53，63，54'，54，68，70)被朝向所述缸壁(30，48)的一部分牵拉，于是所述缸壁(30，48)的所述一部分用作用于所述旋转镜(22)的支撑表面(66)。8.根据权利要求6和7中任一项所述的旋转单元(10)，其特征在于，所述一个或多个弹簧元件(53，63，54'，54，68，70)通过粘结件至少在多个点处连接至所述旋转镜(22)。9.根据权利要求1至3中任一项所述的旋转单元(10)，其特征在于，所述旋转...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·H·普兰杰尔，T·迈尔，J·舍加，
申请(专利权)人：赫克斯冈技术中心，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH