(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
環境を光学的に走査し測定するための装置であって、前記装置が、
レーザスキャナ（１０）として構成され、前記レーザスキャナ（１０）の静止基準系内に配置されたベース（１４）と、
前記ベース（１４）に対して鉛直軸（Ｚ）を中心として回転可能な測定ヘッド（１２）と、
前記測定ヘッド（１２）内に支持された、モータシャフト（５０ａ）を有するモータ（５０）と、
前記モータ（５０）により前記モータシャフト（５０ａ）を用いて駆動される、前記測定ヘッド（１２）を前記ベース（１４）に対して回転させるプラネタリギヤと
を有し、
前記モータシャフト（５０ａ）が前記鉛直軸（Ｚ）に位置合わせされている、
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記レーザスキャナ（１０）が、予め組立てられた組立体としてのピボット軸モジュール（４０）を有し、前記ピボット軸モジュール（４０）の一方に前記ベース（１４）が設けられ、他方に、前記測定ヘッド（１２）の支持構造体（３０）に固定されるべき部品が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記モータ（５０）及び前記プラネタリギヤ（５４）が前記ピボット軸モジュール（４０）内に完全に収容されていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記ピボット軸モジュール（４０）が前記支持構造体（３０）の受け入れスロットに導入されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の装置。
【請求項５】
前記プラネタリギヤ（５４）に、前記モータ（５０）により前記モータシャフト（５０ａ）を用いて駆動されるサンギヤ（５５）、及び、前記サンホイール（５５）と噛み合う複数のプラネットホイール（５６）が設けられており、且つ、前記プラネットホイール（５６）がプラネットキャリア（５８）上でプラネットホイール回転軸（５６ｄ）の周囲に回転可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記プラネットホイール（５６）が、第１の歯（５６ａ）を用いて第１の中空ホイール（６１）と噛み合い、且つ、第２の歯（５６ｂ）を用いて第２の中空ホイール（６２）と噛み合い、前記２つの中空ホイール（６１，６２）が異なるように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記第１の中空ホイール（６１）が前記測定ヘッド（１２）に割り当てられ、詳細には、前記測定ヘッド（１２）の支持構造体（３０）に固定されており、一方、前記第２の中空ホイール（６２）が前記ベース（１４）に割り当てられ、且つ、詳細には、前記ベース（１４）に固定されていることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記プラネットホイール回転軸（５６ｄ）が、前記プラネットキャリア（５８）に対して半径方向外側に移動されることができ且つ負荷がかけられ、これが、詳細には、少なくとも１つのばねカラー（５９）を用いて行われることを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
発光ビーム（１８）を放出する発光素子（１７）と、前記レーザスキャナ（１０）の周囲にある物体（Ｏ）により反射された、又はその他の方法で拡散された受光ビーム（２０）を受ける受光素子（２１）と、多数の測定点（Ｘ）に関して少なくとも前記物体（Ｏ）までの距離を決定する制御及び評価ユニット（２２）とにより特徴付けられる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１に記載の一般的な用語の特徴を有する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１から知られるような、レーザスキャナとして設計された装置を用いることにより、レーザスキャナの周囲環境を光学的に走査し測定することができる。このレーザスキャナは、予め組み立てられた組立体であるピボット軸モジュールを有する。ピボット軸モジュールの一方に、レーザスキャナの静止基準系内に位置するベースが設けられ、他方に、ベースに対して回転可能な測定ヘッドの支持構造体に取り付けられるべき部品が設けられている。測定ヘッドを駆動するためにモータが設けられており、前記モータはピボット軸モジュールの外側に配置されている。モータは、水平方向に配置されたウォームギヤを用いて、ピボット軸モジュールのウォームホイールに作用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１００３２７２５（Ａ１）号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、冒頭に記載したタイプの装置を改良する目的、特には、必要とされる設置スペースを低減する目的に基づいている。この目的は、本発明により、請求項１に記載の特徴を有する装置を用いて達成される。従属請求項は、有利な構成に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記測定ヘッドの駆動部を、プラネタリギヤを用いることにより、よりコンパクトに構成することができる。詳細には、設置スペースを節約する構成が可能であり、これは、例えば、鉛直方向のモータシャフトにより、及び、前記モータシャフトに対して平行なプラネットホイールの回転軸により、並びに／又は、公知の装置にて用いられているようにモータをピボット軸モジュール内に一体化させることにより行われる。異なるように構成された２つの中空ホイールを用いることにより、ウォームギヤよりも大きい伝達比が得られる。伝達比がより大きいことにより、より低出力のモータを用いることも可能であり、これは、重量、設置スペース、エネルギー、及びコストを節減し、また、より高速の回転速度による、より低い出力を補償する。サンホイール、プラネットホイール、及び中空ホイールを、各々、プラスチック材料からつくることができ、これにより、プラネタリギヤの重量及びコストも節減することができる。
【０００６】
用語「水平」(horizontal)及び「鉛直」(vertical)は、レーザスキャナの幾何学的形状に関して用いられる。重量方向が「鉛直」方向に対応する（すなわち、レーザスキャナが水平面上にある）とみなされる。しかし、レーザスキャナは、水平方向及び／又は鉛直方向に対してわずかに、例えば１５度まで傾いていてもよく（すなわち、測定ヘッド及びミラーの回転軸はそれに対応して傾斜している）、それでも、走査又はその評価の実行において問題は生じない。従って、用語「水平」及び「鉛直」は一般的な意味とみなされる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、前記測定ヘッドの駆動部にプラネタリギヤを用いているため、装置全体としての設置スペースをより低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】レーザスキャナの部分断面図である。
【図２】レーザスキャナの動作状態における概略図である。
【図３】プラネタリギヤの概略図である。
【図４】プラネタリギヤの底面図である。
【図５】プラネタリギヤの、プラネットキャリアがない状態の斜視図である。
【図６】プラネタリギヤの、プラネットキャリアを有する状態のさらなる斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明を、図面にて示される例示的な実施形態に基づいて、より詳細に説明する。
【００１０】
レーザスキャナ１０が、レーザスキャナ１０の環境（周囲環境）を光学的に走査及び測定するための装置として提供される。レーザスキャナ１０は、測定ヘッド１２及びベース１４を有する。測定ヘッド１２は、ベース１４上に、鉛直軸Ｚを中心として回転することができるユニットとして取り付けられている。測定ヘッド１２は、水平軸を中心として回転することができるミラー１６を有する。２つの受け入れスロット軸の交差点が、レーザスキャナ１０の中心Ｃ１０として指定されている。
【００１１】
測定ヘッド１２に、さらに、発光ビーム１８を放射するための発光素子１７が設けられている。発光ビーム１８は、好ましくは、原則として、波長が約３００ｎｍ〜１６００ｎｍ例えば、７９０ｎｍ、９０５ｎｍ又は４００ｎｍ未満のレーザビームである。しかし、その他の電磁波（例えば、より大きい波長を有する電磁波）を用いることもできる。発光ビーム１８は、変調信号を用いて振幅調整される。発光ビーム１８は発光素子１７により回転ミラー１６上に放射され、そして、ミラー１６上にて偏向され、周囲環境に放射される。周囲環境にて物体Ｏにより反射され、又はそれ以外の方法で拡散された受光ビーム２０が、回転ミラー１６により再び捕捉され、偏向されて受光素子２１上に向けられる。発光ビーム１８及び受光ビーム２０の方向は、回転ミラー１６及び測定ヘッド１２の角度位置（回転ミラー１６及び測定ヘッド１２の対応する回転駆動の位置による）により生じ、これらの角度位置は、各々、１つのエンコーダにより記録される。
【００１２】
制御及び評価ユニット２２は、測定ヘッド１２内の発光素子１７及び受光素子２１へのデータ接続を有し、これにより、制御及び評価ユニット２２の一部は、測定ヘッド１２の外部に、例えば、ベース１４に接続されたコンピュータとして配置されることもできる。制御及び評価ユニット２２は、複数の測定点Ｘに関して、レーザスキャナ１０と物体Ｏ（の照射される点）との間の距離ｄを、発光ビーム１８及び受光ビーム２０の伝搬時間から求めるように構成されている。このために、例えば、２つの光ビーム（光ビーム１８と光ビーム２０と）の間の位相ずれが決定され、評価される。
【００１３】
走査が、回転ミラー１６の（高速）回転により円に沿って行われる。測定ヘッド１２のベース１４に対する（低速）回転により、空間全体が円により段階的に走査される。このような測定の測定位置Ｘの実体を走査と称する。このような走査のために、レーザスキャナ１０の中心Ｃ１０は、局所静止基準系の原点を画定している。ベース１４は、この局所静止基準系内に位置する。
【００１４】
各測定点Ｘは、レーザスキャナ１０の中心Ｃ１０までの距離ｄに加えて、制御及び評価ユニット２２により決定される輝度情報も有する。輝度値は、例えば、受光素子２１のバンドパスフィルタリング及び増幅された信号を、測定点Ｘに割り当てられた測定期間にわたり積分することにより求められるグレイトーン値である。カラーカメラを用いて、画像（これらの色（赤、緑、青）を値として測定点に割り当てることができる）を生成することも随意にできる。
【００１５】
レーザスキャナ１０は、測定ヘッド１２の「スケルトン」(“skeleton”)として機能する支持構造体３０を有し、レーザスキャナ１０の様々な部品がこの支持構造体３０に取り付けられる。この例の場合、金属製の支持構造体３０が一体的に構成され、アルミニウムから作られている。支持構造体３０は、底部にて開放されている受け入れスロットを有し、この開放部にピボット軸モジュール４０が挿入されている。ピボット軸モジュール４０は、予め組み立てられた組立体であり、一方に、支持構造体３０に取り付けられるべき部品を含み、他方に、ベース１４、及び、ベース１４に固定された部品を含む。支持構造体３０に取り付けられるべき前記部品は、ベース１４に対して鉛直軸Ｚを中心として回転可能である。ピボット軸モジュール４０内での方向の指示は、この鉛直軸Ｚに関連し、すなわち、支持構造体３０（及び、従って測定ヘッド１２）とベース１４との間の回転軸に関する。
【００１６】
ベース１４は、その上端に、ボウル形状の領域を有する。中空のピボットピン４１がベース１４から上方に突出している。この例の場合、ピボットピン４１の直径はベース１４の直径よりも小さく、ピボットピン４１にはフランジが設けられており、このフランジを用いて、ピボットピン４１は、ベース１４のボウル形状の領域の壁部に固定されている。このように、製造上の理由により、ベース１４とピボットピン４１とは、別々に構成された部品である。別の形状を用いると、ピボットピン４１とベース１４とは、一体として一緒に構成されることができる。ピボット軸モジュール４０は、底部に対して開放されたカップ形状のハウジング４２を有する。ハウジング４２は、ベース１４をピボットピン４１と共に半径方向に取り囲んでおり、且つ、ベース１４及びピボットピン４１上に、鉛直軸Ｚを中心として回転可能に取り付けられている。より詳細には、ハウジング４２は、１つのローラベアリング４３（好ましくは、クロスローラベアリング）により支持されており、ハウジング４２の上部がピボットピン４１上に配置され、ハウジング４２の底部がベース１４上に配置されている。ベース１４のボウル形状の領域の壁部と下方のローラベアリング４３との間に、ベース１４の周囲で回旋される圧縮ばね４４があり、ばね４４は、ベース１４とハウジング４２との間の軸のバックラッシュ（ガタ）を排除する。
【００１７】
水平方向に配置されたエンコーダディスク４５（この上で、ハウジング４２にリードヘッド４６が設けられている）が、ピボットピン４１の上端に取り付けられている。さらに、データ及び電源のエネルギーの、内部での（すなわち、ピボット軸モジュール４０内で生じる）伝送のためのスリップリング４７が、ピボットピン４１のフランジとハウジング４２のショルダとの間に設けられている。データ及びエネルギーを測定ヘッド１２との間で伝送するためのピボット軸モジュール４０の電気プラグ接触部が、ハウジング４２の上端に、及び、ベース１４の下端に設けられている。上側の電気プラグ接触は、ピボット軸モジュール４０が支持構造体３０の配置スロット内に導入されたときに閉じられる。
【００１８】
中空ピボットピン４１の内側に、モータ５０が、そのモータホルダ５２と共に、半径方向の間隙を有して配置されている。底部が開放されているカップ形状のモータホルダ５２が、モータ５０をしっかりと受け入れており、モータホルダ５２の上端にてハウジング４２に固定されている。モータ５０は、そのモータシャフト５０ａ（鉛直軸Ｚと同軸）により、２段階プラネタリギヤ５４を駆動する。空間に関して、モータ５０及びプラネタリギヤ５４はピボット軸モジュール４０内に完全に収容されている。
【００１９】
プラネタリギヤ５４は、モータシャフト５０ａ上にしっかりと設置された外歯中央サンギヤ５５（プラネタリギヤ５４のための駆動部としての）を有する。３つのプラネットホイール５６が、サンギヤ５５の周囲に周方向に等間隔で（すなわち、１２０度ずつずらして）配置されている。これらの３つの外歯プラネットホイール５６は、各々、第１の歯５６ａによりサンギヤ５５と噛み合っており、プラネットホイール５６は、各々、それらのプラネットホイール回転軸５６ｄを中心として回転する。回転軸５６ｄは鉛直軸Ｚに対して平行である。３つのプラネットホイール回転軸５６ｄはプラネットキャリア５８によりガイドされ、これにより、これらの回転軸５６ｄは、鉛直軸Ｚに対して平行な状態で半径方向にシフトされることができ、このために、プラネットキャリア５８に、３つの半径方向スロット又は刻み目が設けられている。プラネットホイール回転軸５６ｄの両端に、すなわち、プラネットキャリア５８の両前端に、付勢されたばねカラー（例えば保持リング）５９が設けられている。２つのばねカラー５９が３つのプラネットホイール回転軸５６ｄに負荷を加え、その結果、３つのプラネットホイール５６が半径方向外側に移動する。
【００２０】
また、プラネットホイール５６は、その第１の歯５６ａにより、内歯を有する第１の中空ホイール６１とも噛み合っている。第１の中空ホイール６１は、鉛直軸Ｚに対して同心状に配置されている。中空ホイール６１上に形成された（又は、別個の中空ホイール支持体として構成された）フランジ６１ａにより、第１の中空ホイール６１はモータホルダ５２に接続されている（すなわち、モータ５０に対して固定されている）。従って、サンギヤ５５が３つのプラネットホイール５６を駆動する場合、プラネットホイール５６はサンギヤ５５を中心として回転し、プラネットキャリア５８は鉛直軸Ｚを中心として回転して、プラネットホイール回転軸５６ｄを円に沿って（すなわち、シリンダ面上で）導く。
【００２１】
第２の中空ホイール６２（プラネタリギヤ５４の出力として）が、第１の中空ホイール６１から軸方向にずらして、これもまた鉛直軸Ｚに対して同心状に配置されている。第２の中空ホイール６２は、ベース１４のボウル形状領域の壁部上に形成され、又は、この壁部に取り付けられており、すなわち、モータ５０に対して回転可能である。第１の中空ホイール６１と第２の中空ホイール６２とは互いに異なるように構成されており、例えば、ピッチ直径に関して（若しくは別の直径に関して）異なる寸法を有し、且つ／又は、異なる歯数を有する。
【００２２】
プラネットホイール５６は、第２の歯５６ｂにより、内歯を有する第２の中空ホイール６２と噛み合っている。第２の歯５６ｂは、最も簡単な場合、第１の歯５６ａの軸方向延長部であるが、異なるように（例えば、直径及び／又は歯数に関して）構成されることもできる。２つの中空ホイール（６１と６２）の構成が異なるため、サンギヤ５５を中心としたプラネットホイール５６の回転により、２つの中空ホイール（６１と６２）の相対回転が発生する。
【００２３】
ばねカラー５９は、プラネットホイール５６と中空ホイール（６１と６２）との間のバックラッシュ（ガタ）を排除する。サンギヤ５５の（すなわち、モータシャフト５０ａの）回転と比較した、この相対回転の伝達比率は、２つの中空ホイール（６１と６２）の異なる構成の程度、例えば、ピッチ直径の相対差の程度に（及び、プラネットホイール５６の２つの歯（５６ａと５６ｂ）の異なる構成の程度に）依存する。
【００２４】
ピボット軸モジュール４０において、ピボットピン４１、第２の中空ホイール６２、及びエンコーダディスク４５がベース１４に割り当てられ、且つベース１４に固定され、一方、ベース１４に対して回転可能に、ハウジング４２、第１の中空ホイール６１、モータ５０を支持するモータホルダ５２、及び、エンコーダリードヘッド４６が測定ヘッド１２に割り当てられ、且つ測定ヘッド１２の支持構造体３０に固定されている。こうして、モータ５０がプラネタリギヤ５４を駆動する場合、測定ヘッド１２のベース１４に対する、鉛直軸Ｚを中心とした回転が発生される。
【符号の説明】
【００２５】
１０  レーザスキャナ、１２  測定ヘッド、１４  ベース、１６  ミラー、１７  発光素子、１８  発光ビーム、２０  受光ビーム、２１  受光素子、２２  制御及び評価ユニット、３０  支持構造体、４０  ピボット軸モジュール、４１  ピボットピン、４２  ハウジング、４３  ローラベアリング、４４  ばねカラー、４５  エンコーダディスク、４６  エンコーダリードヘッド、４７  スリップリング、５０  モータ、５０ａ  モータシャフト、５２  モータホルダ、５４  プラネタリギヤ、５５  外歯中央サンギヤ、５６  プラネットホイール、５６ａ  第１の歯、５６ｂ  第２の歯、５６ｄ  プラネットホイール回転軸、５８  プラネットキャリア、５９  ばねカラー、６１  第１の中空ホイール、６１ａ  フランジ、６２  第２の中空ホイール、Ｃ１０  レーザスキャナの中心、ｄ  距離、Ｏ  物体、Ｘ  測定点、Ｚ  鉛直軸。
【要約】
【課題】必要とされる設置スペースをより低減できる環境を光学的に走査し測定するための装置を提供する。
【解決手段】レーザスキャナ（１０）として構成された、環境を光学的に走査し測定するための装置において、前記装置が、前記レーザスキャナ（１０）の静止基準系内に位置するベース（１４）と、前記ベース（１４）に対して鉛直軸（Ｚ）を中心として回転可能な測定ヘッド（１２）と、前記測定ヘッド（１２）内に支持された、モータシャフト（５０ａ）を有するモータ（５０）と、前記モータ（５０）により前記モータシャフト（５０ａ）を用いて駆動される、前記測定ヘッド（１２）をベース（１４）に対して回転させるプラネタリギヤと、を有し、前記モータシャフト（５０ａ）が鉛直軸（Ｚ）に位置合わせされている。
【選択図】図１【図１】
0005394590.tif 000002
【図２】
0005394590.tif 000003
【図３】
0005394590.tif 000004
【図４】
0005394590.tif 000005
【図５】
0005394590.tif 000006
【図６】
0005394590.tif 000007