(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース（１４）と前記ベース（１４）に対して回転可能である測定ヘッド（１２）とを有し、
発光ビーム（１８）を発する発光部（１７）と、
レーザスキャナ（１０）の周囲環境にある物体（Ｏ）により反射されるかさもなければ拡散される受光ビーム（２０）を受ける受光部（２１）と、
多数の測定点（Ｘ）について少なくとも前記物体（Ｏ）までの距離を判断する制御評価ユニット（２２）と、
を備えるレーザスキャナ（１０）により周囲環境を光学的に走査および測定するための装置において、
前記レーザスキャナ（１０）がベース（１４）により取り付けられ、停止状態から移動状態への移行が可能な手動トロリ（４０）を装置が有して、
前記トロリ（４０）の経路を測定するための経路測定装置（４５，４５）と、共通軸（Ａ）を中心として相互に独立して回転可能である少なくとも２個の車輪（４４）を備えるキャリッジ（４２）と、を前記トロリ（４０）が有し、
前記少なくとも２個の車輪（４４）の一方に各々が割り当てられる少なくとも２個のエンコーダ（４５）を前記経路測定装置（４５，４５）が有し、
前記レーザスキャナ（１０）を支承するアーム（４８）を前記トロリ（４０）が有し、
前記アーム（４８）が前記キャリッジ（４２）から突出しており、
前記アーム（４８）に固定される取付プレート（５０）の上の取付装置（５２）を前記アーム（４８）が支承し、
前記取付装置（５２）が前記レーザスキャナ（１０）の前記ベース（１４）に接続され、
前記取付装置（５２）が、前記トロリ（４０）の前記移動状態において前記車輪（４４）の前記軸（Ａ）の垂直方向上方にあるか、前記トロリ（４０）が前記停止状態から前記移動状態へ傾く間に、前記車輪（４４）の前記軸（Ａ）を通る垂直線を通過している
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
支持脚部（４６）、またはステアリング可能である第３車輪を前記キャリッジ（４２）が備え、
前記支持脚部（４６）または前記第３車輪の地面での支持が立点（Ｐ）を画定することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記取付装置（５２）が前記トロリ（４０）の前記停止状態中に前記立点（Ｐ）の垂直方向上方にあることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記トロリ（４０）の前記停止状態において、前記取付装置（５２）と前記立点（Ｐ）とを結ぶ直線に対して前記アーム（４８）が斜方向に傾いていることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記レーザスキャナ（１０）および／または前記トロリ（４０）のアライメントを調節するための調節可能性を前記トロリ（４０）が有することを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文の特徴を有する装置に関連する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、レーザスキャナが三脚に取り付けられるこの種の装置を記載している。数回の走査によって一つのシーンの位置合わせを行うために、レーザスキャナは、走査後に三脚とともに新しい位置へ運ばれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７，１９３，６９０Ｂ２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、導入部で言及されたタイプの装置を改良するという目的に基づいている。この目的は、請求項１の特徴を包含する装置により本発明において達成される。従属請求項は、好都合な形態に関連している。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
手動トロリの使用は、三脚の運搬と比較してレーザスキャナの位置の変更を容易にする。さらに自動トロリよりも低価格である。レーザスキャナは走査の間はトロリに取り付けられたままであるため、追加の立点が必要ない。停止状態でトロリの位置の垂直方向上方にレーザスキャナを配置すると、安全な立点と規定の配向とが得られる。
【０００６】
レーザスキャナおよびトロリの幾何学形状に関して「水平」および「垂直」という概念を使用する時には、重さ方向が垂直に対応する、つまりトロリは水平面上にあると想定される。しかし、走査またはその評価の実施中に問題を生じることなく水平線および／または垂直線に対して例えば１５°まで若干傾いている（つまり測定ヘッドおよびミラーの回転軸が対応の傾斜を持つ）ことも可能である。
【０００７】
基本的に、トロリが有用であるレーザスキャナの動作モードは、二つ考えられる。第１動作モードでは、様々な位置からの数回の走査により完全なシーンの位置合わせが行われて、回転測定ヘッドおよび回転ミラーによりレーザスキャナがあらゆる位置で走査を実行する。この時にトロリは位置を変更する機能のみを持つ。第２動作モード（「ヘリカル走査」）では、トロリの移動中に測定ヘッドはアイドル状態のままであり、その間、走査を実施するためミラーのみが回転する。次に、トロリが測定中に被選択経路に沿って移動され、例えば車輪のエンコーダにより位置の変化を記録する。これは、指定経路に沿った概観データを短時間で作成するための方法である。多数の車輪と、結果的により安定してより均一なトロリの移動とにより、移動精度の向上が可能である。モータ駆動式トロリと比較して、手動トロリは著しく低価格である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】レーザスキャナが取り付けられたトロリの側面図である。
【図２】図１に対して９０°変位された方向からのトロリの別の側面図である。
【図３】取付装置の断面図である。
【図４】取付装置の平面図である。
【図５】動作中のレーザスキャナの概略的な部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図面に描かれた例示的実施形態に基づいて、本発明が以下でより詳細に説明される。レーザスキャナ１０は、レーザスキャナ１０の周囲環境を光学的に走査および測定するための装置の一部として用意されるものである。レーザスキャナ１０は、測定ヘッド１２とベース１４とを有する。測定ヘッド１２は、垂直軸を中心として回転可能であるベース１４にユニットとして取り付けられる。測定ヘッド１２は、水平軸を中心として回転可能である回転ミラー１６を有する。２本の回転軸の交点は、レーザスキャナ１０の中心Ｃ１０と称される。
【００１０】
測定ヘッド１２はさらに、発光ビーム１８を発するための発光部１７を備えている。発光ビーム１８は、およそ３００から１６００ｎｍの範囲、例えば原則として７９０ｎｍ、９０５ｎｍ、または４００ｎｍ未満の波長のレーザビームであることが好ましいが、例えば、より長い波長を有する他の電磁波の使用が可能である。発光ビーム１８は変調信号により振幅変調を受ける。発光ビーム１８は発光部１７により回転ミラー１６へ発せられ、ここで偏向されて周囲環境へ発せられる。物体Ｏにより周囲環境で反射されるかさもなければ拡散された受光ビーム２０は、回転ミラー１６によって再び捕獲されて偏向され、受光部２１へ向けられる。発光ビーム１８および受光ビーム２０の方向は、それぞれが１台のエンコーダにより測定される対応の回転駆動装置の位置に左右される回転ミラー１６および測定ヘッド１２の角位置から得られる。
【００１１】
制御評価ユニット２２は、測定ヘッド１２の発光部１７および受光部２１へのデータ接続を有し、その一部は測定ヘッド１２の外側、例えばベース１４に接続されたコンピュータにも配設されている。制御評価ユニット２２は、多数の測定点Ｘについて、発光ビーム１８および受光ビーム２０の伝播時間から、レーザスキャナ１０と物体Ｏ（の図示された点）との間の距離ｄを判断するように構成されている。この目的のために２本の光線ビーム１８，２０の間の位相シフトの判断および評価を行うことが可能である。
【００１２】
走査は、回転ミラー１６の（高速）回転により円に沿って行われる。ベース１４に対する測定ヘッド１２の（低速）回転のため、円により空間全体が段階的に走査される。このような測定の測定点Ｘの総体が、走査と称される。このような走査について、レーザスキャナ１０の中心Ｃ１０は、局所静止参照系の起点を画定する。ベース１４は、この局所静止参照系に位置している。
【００１３】
レーザスキャナ１０の中心Ｃ１０までの距離ｄに加えて、各測定点Ｘは、やはり制御評価ユニット２２により判断される輝度情報を包含する。輝度値は、例えば、測定点Ｘに付与された測定期間にわたる受光部２１のバンドパスフィルタ処理増幅信号の集積により決定されるグレースケール値である。カラー（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を数値として測定点に付与することのできるカラーカメラにより、任意で画像が作成されてもよい。
【００１４】
様々な方向からのシーンの位置合わせのため、数回の走査が様々な位置から行われ、このシーンのジョイント座標系に関して位置合わせされる。レーザスキャナ１０はこの目的のためその位置を変更し、そのたびにジョイント座標系の中でレーザスキャナ１０の中心Ｃ１０を移動させなければならない。位置を容易に変化させるため、レーザスキャナ１０の周囲環境を光学的に走査および測定するための装置は、レーザスキャナ１０が（連続的に）取り付けられるトロリ４０も（上述のレーザスキャナ１０そのものに追加して）包含する。
【００１５】
手動トロリ４０は、共通する（想像上の、または物理的な）軸Ａを中心として相互に独立して回転するとともに各々がエンコーダ４５を備える少なくとも２個の車輪４４と、トロリ４０が移動していない時に３点での支持を画定する支持脚部４６とを備えるキャリッジ４２を有する。使用される方向は、この支持部の（理想的には水平な）平面を指し、トロリ４０は移動のため、停止状態に対して傾斜している。支持脚部４６が地面でトロリ４０を支持する点は、立点Ｐと呼ばれるものとする。支持脚部４６の代わりに、他の２個の車輪４４の軸Ａに対して変位していて好ましくはステアリング可能である第３車輪が設けられるとよい。本発明では、キャリッジが横材４２ａを有し、その両端部の各々からは、２個の車輪４４の一方（またはその軸Ａ）を支承する支承部４２ｂが垂直方向（下向き）に突出し、その第３端部では支持脚部４６が斜方向（下向き）に突出している。
【００１６】
さらに、アーム４８、本発明では相互に接続されて横材４２ａに接続される２本の平行な方形形材４８ａが、キャリッジ４２から（上向きに）突出する。アーム４８の両側面ではハンドル４９が突出している、つまり２本の方形形材４８ａの各々から、例えば車輪４４の軸Ａと平行に１本のハンドル４９が突出している。アーム４８の上端部には、本発明では取付プレートの３個の角部のうち２個に（ねじ結合される）２本の方形形材４８ａを備える三角形の形状である取付プレート５０が固定されている。取付プレート５０は、取付装置５２、本発明では回転可能な取付ねじ５２ａを備える円筒形または方形のブロックを支承し、取付装置５２は（第３角部のエリア内の）取付プレート５０にねじ結合されている。取付プレート５０はねじれを有するため、取付装置５２は支持体４８に対して傾いている。アーム４８および横材４２の寸法と、一方では支持脚部４６と横材４２ａとの間、他方では取付装置５２とアーム４８との間の傾斜角は、取付装置５２が支持脚部４６の延長線上に正確に配設されるように選択され、トロリ４０の停止状態では、取付装置５２は立点Ｐの垂直方向上方に正確に位置調整され、取付装置５０の上側は水平方向に位置調整される。
【００１７】
ベース１４を備えるレーザスキャナ１０は、トロリ４０の取付装置５２の上側に配設されて取付装置５２に固定され、本発明では、アーム４８がレーザスキャナ１０を支承するように取付ねじ５２ａによりねじ結合される。走査中にトロリ４０は停止状態にある、つまりレーザスキャナ１０は（理想的には）水平方向に位置調整される。あるシーンについての２回の走査の間に、レーザスキャナ１０を備えるトロリ４０は手動で動かされ、支持脚部４６が地面から離れるようにトロリ４０が−ハンドル４９により−車輪４４の軸Ａを中心として傾けられ、レーザスキャナ１０の中心Ｃ１０は車輪４４の軸Ａを通る垂直線に達するかこの垂直線を通過し、それからトロリ４０がハンドル４９によりこの（傾斜）移動状態で押されるか引っ張られる。
【００１８】
一般的な寸法は例えば、レーザスキャナ１０の中心Ｃ１０が立点Ｐの上方１６００ｍｍにあり、車輪４４が相互に６００ｍｍ離間しており、横材４２ａと地面との間の支持脚部４６が４００ｍｍの長さであり、アーム４８と、取付装置５２と立点Ｐを結ぶ（垂直）線との間の傾斜角が停止状態で１２°であるというものである。方形形材４８ａは４０ｍｍ×４０ｍｍの寸法であり、取付プレート５０を備える取付装置５２の高さは、６４ｍｍであるとよい。
【００１９】
トロリ４０は、例示的実施形態において、車輪４４の２台のエンコーダ４５と、エンコーダ４５からレーザスキャナ１０まで、特に制御評価ユニット２２までの不図示の接続とを包含する経路測定装置を有する。これら２台のエンコーダ４５の各々は割り当てられた車輪４４の回転、つまりその経路を（時間と相関させて）測定するため、２個の車輪４４の情報の組み合わせから、あらゆる車輪４４の経路の長さが直接に、またトロリ４０の経路の方向が求められる。代替的に、例えばオプティカルフローを測定する光路測定装置が設けられる。
【００２０】
トロリ４０の経路測定装置によりシーンの位置合わせを行うためのレーザスキャナ１０の第１動作モード（測定ヘッド１２は回転、ミラー１６は回転、トロリ４０は停止）では、一つの視点から次の視点への変化が追跡され、ジョイント座標系での単一走査の位置合わせを容易にする。レーザスキャナが多かれ少なかれ同じ傾斜であるトロリ４０の移動中に走査が行われるレーザスキャナ１０の第２動作モード（測定ヘッド１２は停止、ミラー１６は回転、トロリ４０は移動）では、トロリ４０の経路測定装置のデータが別の座標として走査に加えられる。第１動作モードと比較すると、経路測定装置のデータが測定ヘッド１２のエンコーダのデータと置き換えられている。
【００２１】
制御評価ユニット２２は、走査のデータと同期化されるように、経路測定装置のデータを即座に評価するか、後の評価のため走査にこれらを含めるか、これらを別々に記録する。経路測定装置は、エンコーダ４５のデータを別々に記録して後で制御評価ユニット２２にこれらを送信する独自の制御ユニットを有してもよい。
【００２２】
多数の車輪、例えばステアリング可能である追加の第３車輪、または合計で４個の車輪は、（３個の車輪により）レーザスキャナ１０の傾斜が維持されている第２動作モードでは特に、トロリ４０の移動を安定させる。相互に独立して回転する２個の車輪４４の２台のエンコーダ４５は、経路測定装置として充分である。しかし、追加エンコーダを備える多数の車輪は、エラー修正のための―それ自体は冗長である―情報を提供できる。
【００２３】
好ましくは制御評価ユニット２２に接続される様々なセンサ、例えば温度計、傾斜計、高度計、コンパス、ジャイロコンパス、ＧＰＳなどを、レーザスキャナ１０および／またはトロリ４０が有することが好ましい。このセンサにより、ある種のパラメータ、例えば幾何学的配向または温度により規定されるレーザスキャナ１０の動作条件が監視される。一つまたは幾つかのパラメータが変動する場合、これは、割り当てられたセンサにより認識されて制御評価ユニット２２によって補正される。このセンサにより、動作条件の突然の変化、例えばレーザスキャナ１０の配向を変えてしまうレーザスキャナ１０への風やレーザスキャナ１０の変位を認識することが可能である。この変化の程度が充分な精度で測定されない場合には、走査プロセスが中断されるか中止されなければならない。この動作条件の変化の程度が大まかに推定され得る場合には、測定ヘッド１２が（突然の変化の前に走査されていたエリアとの重複が見られるまで）数度の角度だけ戻され、走査プロセスが継続する。重複エリアの評価により、二つの異なる走査部分の結合が可能である。
【００２４】
第２動作モードでは、センサのデータが、トロリ４０の経路測定装置のデータをより正確にする。レーザスキャナ１０の第１動作モードの間には、―傾斜計による―走査プロセスの前に、水平線および垂直線に対するレーザスキャナ１０の配向が点検されるとよい。トロリ４０および／またはレーザスキャナ１０の配向を調節するため、トロリ４０は調節可能性、例えば支持脚部４６の長さ調節または取付装置５２の傾斜の調節の可能性を有することが好ましい。
【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  発光部、１８  発光ビーム、２０  受光ビーム、２１  受光部、２２  制御評価ユニット、４０  トロリ、４２  キャリッジ、４２ａ  横材、４２ｂ  支承部、４４  車輪、４５  エンコーダ、４６  支持脚部、４８  アーム、４８ａ，ｂ  方形形材、４９  ハンドル、５０  取付プレート、５２  取付装置、５２ａ  取付ねじ、Ａ  軸、Ｃ１０  レーザスキャナの中心、ｄ  距離、Ｏ  物体、Ｐ  立点、Ｘ  測定点。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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