(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周囲を光学的に走査及び計測すべくレーザスキャナ（１０）として構成されており、ベース（１４）と、そのベース（１４）に対し可回動な計測ヘッド（１２）と、その計測ヘッド（１２）に対し可回動なミラー（１６）と、を備える装置であって、その動作モードとして、レーザスキャナ（１０）が実装具（４０）によりカート（Ｗ）上に実装され、ベース（１４）及びそれに固定連結されている実装具（４０）がそのカート（Ｗ）により動かされ、計測ヘッド（１２）をベース（１４）に対し静止させつつミラー（１６）を回動させる、という動作モードを一通り又は複数通り有する装置において、上記動作モードにて、上記計測ヘッド（１２）がロック手段（３４ｋ，４０ｋ）により上記実装具（４０）に対しロックされ、
上記計測ヘッド（１２）が、計測ヘッド（１２）の骨格をなし且つレーザスキャナ（１０）の構成部材の取付先である構造体（３０）と、その構造体（３０）に固定された１個又は複数個の第１ロック手段（３４ｋ）を有し、
上記レーザスキャナ（１０）のハウジングの一部たるシェル（３２）が上記計測ヘッド（１２）上に１個又は複数個あり、そのシェルの外側が、保護材として働く１個又は複数個のヨーク（３４）により部分的に覆われ、且つ上記ヨーク（３４）が、上記構造体（３０）の底面に固定された
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置であって、ベース（１４）・実装具（４０）間で働く機械的連結部材を備えることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１記載の装置であって、上記第１ロック手段（３４ｋ）が上記ヨーク（３４）上に形成されたノッチであり、そのノッチが計測ヘッド回動軸から見て径方向外方を向くことを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の装置であって、上記実装具（４０）上に第２ロック手段（４０ｋ）が１個又は複数個存することを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項４記載の装置であって、上記実装具（４０）が軸台（４０ｉ）を１個又は複数個備え、その軸台が上記第２ロック手段を枢支することを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項２記載の装置であって、上記実装具（４０）が基体（４０ａ）を有し、上記ベース（１４）の底面がその基体の表面に載り、上記機械的連結部材が当該基体の表面に配されたことを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項５記載の装置であって、上記軸台（４０）が基体（４０ａ）の上面上に配されたことを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のうちいずれか一項記載の装置であって、上記計測ヘッド（１２）が、発光ビーム（１８）を発生させる発光器（１７）と、そのビームをレーザスキャナ（１０）の周囲に差し向けるミラー（１６）と、そこに存する物体（Ｏ）による反射その他の散乱で生じた受光ビーム（２０）を受光する受光器（２１）と、を有し、更に、多々ある計測ポイント（Ｘ）それぞれについて少なくともその物体（Ｏ）までの距離を求める制御・評価ユニット（２２）を備えることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分に記載の装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の装置等、レーザスキャナと呼ばれる装置によれば、その周囲を光学的に走査・計測することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】独国実用新案第２０  ２００６  ００５６４３号明細書（Ｕ１）
【特許文献２】独国登録特許第１０  ２００９  ０５５９８８号明細書（Ｂ３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、背景技術の欄に記載した種類の装置を改良することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的を達成するため、本発明に係る装置には、請求項１記載の諸特徴を設ける。従属形式請求項は好適な実施形態に関するものである。
【０００６】
レーザスキャナには幾通りかの動作モードを設けることができる。そのうちヘリカルモードと呼ばれる幾種かのモードでは、計測ヘッドをベースに対し静止させつつ、ミラーを計測ヘッドに対し水平軸周りで回動させる。また、実装具を用いレーザスキャナのベースをカートに連結することで、レーザスキャナ全体をカートで動かせるようにする。ここでいう「カート」は、動作中のレーザスキャナを運搬するのに適した各種移動体のことである。
【０００７】
本発明によれば、ベース・実装具間固定連結に加え、計測ヘッドを実装具に対しロックすることを目的に相応のロック手段が提供される。これにより、計測ヘッド・ベース間枢支が橋絡・支援されることとなる。特に、ベースを実装具上に実装する際計測ヘッドの不均等クランピングで生じる静的歪みや、計測ヘッドの慣性モーメントにより引き起こされる動的負荷が解消される。
【０００８】
ベース・実装具間機械的連結や計測ヘッド・実装具間ロックは、好ましくは、錘台状部材、楔状テーパ付部材等の配設によりガタツキのない形態で実現する。ベース・実装具間電気的接続は必須なものではなく、レーザスキャナ（特にそのベース）・カート間（ケーブル使用）直結等に置き換えることも可能である。
【０００９】
スフェリカルモードと呼ばれる他の動作モードでは、ベースが固定される一方、ミラー及び計測ヘッドが対応軸周りで回動される。
【００１０】
ミラー回動軸が「水平」で計測ヘッド回動軸が「鉛直」との表現は、レーザスキャナが理想的な配置をとっているときの方向に留まらず、理想的な配置に対し傾いているときの方向を包含するので、字句通りの「水平」「鉛直」よりも広義なものである。
【００１１】
レーザスキャナの構成部材は、二体型の計測ヘッドと、それら二体間を連結する運搬構造体内横断部とに配置される。運搬構造体は、好ましくは、レーザスキャナのハウジングの一部分、例えば計測ヘッドを構成する二体間の中央部や底部をかたちづくるように構成する。レーザスキャナの重量を抑えるため、シェルは、ハウジングの一部として設けるのが望ましく、その個数を計測ヘッドを構成する二体それぞれにつき１個とするのが望ましく、その形成素材を軽量素材例えばプラスチックとするのが望ましく、またレーザスキャナ側の対応部材を覆いそれらを保護するように設けるのが望ましい。更に、そのシェルを保護すべくヨークを設けるのが望ましく、その個数はシェル１個につき１個とするのが望ましく、シェルの外側を部分的に覆うように設けるのが望ましく、またその形成素材を軽量素材例えばアルミニウムとするのが望ましい。シェルがより安定的な形態であり運搬構造体と連結されている等、構成によってはヨークを省略することもできる。
【００１２】
運搬構造体は、軽量化のためやはりアルミニウムで形成するのが望ましく、また諸構成部材を光学系や可回動ミラーに対し固定する働きのある壁付の構成にするのが望ましい。シェルのうち開放されている部分をその壁で塞ぐようにしてもよい。ヨークは、外縁に沿わせる、斜めに走らせる等してシェル外面に沿い設けるのが望ましく、またその端部で（必要ならその中央部でも）運搬構造体を構成する２個の壁のうち一方に固定するのが望ましい。保護機能に加え更なる機能をヨークに付加することも可能である。
【００１３】
第１ロック手段としては、不動なノッチをヨーク上に設けるのが望ましく、第２ロック手段としては、可動な爪、ロック等を実装具上に設けるのが望ましい。この構成では、可動な第２ロック手段が不動な第１ロック手段と係合することとなる。計測ヘッド及び実装具に対する不動及び可動ロック手段の割当方をこれとは正反対にすることもできる。
【００１４】
ベースを実装具に連結する機械的連結部材及び計測ヘッド・実装具間ロック手段は、実装具によるレーザスキャナの支持ができる限り安定的なものとなるよう、交差状に配置するのが望ましい。カート側との電気的接続に使用される端子は、ロック手段の近く、発光ビームが到達可能な空間的角度範囲の外側に配置するのが望ましい。
【００１５】
以下、別紙図面に記載の実施形態に基づき本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】稼働中のレーザスキャナをカートのアウトラインと共に示す模式図である。
【図２】同スキャナの模式図である。
【図３】その実装具の模式図である。
【図４】同スキャナの下面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
レーザスキャナ１０は自分の周囲を光学的に走査・計測可能な装置として構成されており、計測ヘッド１２及びベース１４を備えている。ヘッド１２はベース１４上に実装されており、鉛直軸周りで回動させることができる。ヘッド１２は可回動なミラー１６を有しており、そのミラー１６は水平軸周りで回動させることができる。これら２本の回動軸はある点で交差し、その点Ｃ１０がスキャナ１０の中心と称されている。
【００１８】
計測ヘッド１２には、更に、発光ビーム１８をもたらす発光器１７が設けられている。ビーム１８としては、原則的に、その波長が約３００〜１６００ｎｍ域内のレーザビーム、例えばその波長が７９０ｎｍ、９０５ｎｍ、４００ｎｍ未満等のものを使用するのが望ましいが、より長波長のもの等、他種電磁波を使用してもよい。ビーム１８には振幅変調、例えば正弦波又は方形波変調信号による変調を施す。発光器１７に発する発光ビーム１８は、可回動ミラー１６で方向転向され周囲に送られる。周囲にある物体Ｏでの反射等、散乱で生じた受光ビーム２０は、同ミラー１６で捕捉・方向転換された後受光器２１に送られる。ビーム１８，２０の方向を決めるのはミラー１６及びヘッド１２の角度位置、ひいてはそれに対応する回動手段の位置であり、各１個のエンコーダで検知することができる。
【００１９】
制御・評価ユニット２２は、計測ヘッド１２内の発光器１７及び受光器２１に対するデータ接続手段のほか、そのデータ接続手段を介しヘッド１２外等に配置された諸部分、例えばベース１４に付設されたコンピュータで構成されている。ユニット２２は、レーザスキャナ１０・物体Ｏ（その上の被照明点）間の距離ｄを、多々ある計測ポイントＸ毎に且つ発光ビーム１８及び受光ビーム２０の伝搬時間に基づき判別する。その際、ビーム１８・２０間位相差が判別・評価されるようにしてもよい。
【００２０】
走査開始時には、可回動ミラー１６を（高速）回動させることで光円を発生させる。ベース１４に対し計測ヘッド１２を（低速）回動させると、その光円により全周全天が順次走査されていく。この計測における計測ポイントＸの実体はそうした走査である。その走査毎に、レーザスキャナ１０の中心Ｃ１０を以て局所静止基準系の原点が定義される。その局所静止基準系に対しベース１４は静止的である。
【００２１】
個々の計測ポイントＸについては、制御・評価ユニット２２にて、レーザスキャナ１０の中心Ｃ１０までの距離ｄに加え輝度値を求めることができる。輝度値はグレースケール値で求まる情報であり、例えば、その計測ポイントＸを捉えているはずの計測期間全体に亘り受光器２１の出力信号を帯域通過濾波、増幅及び積分することで得られる。カラーカメラを使用して画像を捉え、計測ポイント毎にＲ，Ｇ，Ｂ各色値を求めることもできる。
【００２２】
表示器２４は制御・評価ユニット２２に接続されており、またレーザスキャナ１０、具体的には計測ヘッド１２と一体化されている。この表示器２４には走査結果のプリビューが表示される。
【００２３】
レーザスキャナ１０には、計測ヘッド１２の骨格をなし且つ諸スキャナ構成部材の取付先となる運搬構造体３０が備わっている。言下の例ではその構造体３０が金属製、例えばアルミニウム一体形成品である。同構造体３０のうち、ベース１４の上方にあり外側からも見える部分は横断部３０ａであり、その両端に都合２個ある壁３０ｂは、互いに平行で且つ横断部３０ａから上方に張り出している。また、２個あるシェル３２は、片側開口型のハウジングになるよう、且つプラスチック素材等で形成されている。シェル３２は、それぞれ、構造体３０に固定されているスキャナ構成部材のうち一部を覆うよう、自シェル３２に対応する方の壁３０ｂに固定されている（封止材でシールされている）。即ち、シェル３２は壁３０ｂと共にスキャナ１０のハウジングとして働く。
【００２４】
２個あるシェル３２の外側には（好ましくは金属製の）ヨーク３４があり、対応するシェル３２を部分的に覆いそれを保護している。各ヨーク３４は運搬構造体３０、より詳細には横断部３０ａの底面に固定されている。言下の例では各ヨーク３４がアルミニウム製であり、ベース１４の側部にて横断部３０ａにネジ止めされている。各ヨーク３４は、横断部３０ａの底面にある固定点の一つから対応シェル３２の手近な外隅まで斜行し、そこからシェル３２の外縁に沿い同シェル上部にある他の外隅まで延び、更に同シェル上面に沿って壁３０ｂまで斜行し、壁３０ｂ沿いに少々延びた後、同シェル上面上で鏡像反転的経路沿いに更に他の外隅まで斜行し、同シェル外縁に沿い同シェル下部にある他の外隅まで延び、そしてそこから横断部底面にある他の固定点まで斜行している。
【００２５】
これら、２個のヨーク３４で囲まれる空間は内包的な空間であり、その内部には２個のシェル３２が完全に収まっている。即ち、２個のヨーク３４がシェル３２の外縁全てと外面の一部を覆っている。シェル３２の上面及び底面ではヨーク３４の斜行部分が同面沿いに延びており、４個ある側面では同ヨーク３４の二部分が同シェル３２の外縁沿いにそれぞれ延びている。このように、シェル３２はかなり強固に保護されていて、その保護機能が主に各ヨーク３４により提供されている。但し、レーザスキャナ１０（特に下部に位置する構成部材）やそのシェル３２を損傷させかねない衝撃を考慮し、スキャナ１０の運搬に役立つグリップ機能、照明等といった機能を、一方又は双方のヨーク３４に付加することもできる。
【００２６】
レーザスキャナ１０の詳細な構成については特許文献２の記載を参照されたい。この参照により、同文献中の関連記載を本願に繰り入れるものと宣明する。
【００２７】
レーザスキャナ１０には二種類の動作モードがある。
【００２８】
スフェリカル（球スキャン）モードでは、ベース１４を周囲環境に対し静止させた状態で、ミラー１６を水平軸周り、計測ヘッド１２を鉛直軸周りで回動させる。これら二種類の回動で球面が形成されるので、レーザスキャナ１０からは周囲環境に対する（網羅的な）走査結果が得られる。
【００２９】
ヘリカル（螺旋スキャン）モードでは、計測ヘッド１２をベース１４に対し静止させた状態で、ベース１４を周囲環境に対しあるライン沿いに動かしまたミラー１６を水平軸周りで回動させる。これら、ライン沿い移動及び水平軸周り回動で螺旋が形成されるので、レーザスキャナ１０からは周囲環境に対する（部分的な）走査結果が得られる。原理的には、使用するラインはどのような形状でもよい。ただ、一般的には直線や微湾曲線が使用されている。
【００３０】
ヘリカルモード時には、レーザスキャナ１０をカートＷ上、例えば自動車上に実装する。実装具４０はそのためのものであり、固定的な形態でカートＷ，スキャナ１０の双方に機械連結及び電気接続される。
【００３１】
図示例の実装具４０には略円筒状の基体４０ａが備わっており、その直径はベース１４を僅かに上回っている。実装具基体４０ａの上面からは二対の固定ピン４０ｐ（例えば可回動なネジ）が突設されており、またそのピン４０ｐが嵌まるようベース１４の底面には固定孔１４ｐが設けられている。これは、固定ピン４０ｐによる仮位置決めであるのでガタツキ発生を防ぐには足りない。そのことを考慮し、実装具４０の上面からは更に２個の位置決めピン４０ｆが突設されており、またそのピン４０ｆが嵌まるようベース１４の底面には位置決め孔１４ｆが設けられている。このピン４０ｆは、いずれも、対をなす固定ピン４０ｐ同士の間にある。固定ピン４０ｐをそれに対応する固定孔１４ｐ内に導入（例えば螺入）すると、位置決めピン４０ｆは、それに対応する位置決め孔１４ｆに入っていく。このピン４０ｆは基体４０ａに対し固定的な構成である。好適なことに、２個ある位置決めピン４０ｆのうち一方（双方でもよい）に備わっている錘台状の端部は、対応する位置決め孔１４ｆに入る際、ガタを抑える手段（及び力拘束を及ぼす手段）として働く。機械的固定部材のほかには電気的接続部材、具体的には平坦電極群からなる集合電極ブッシング４０ｓが基体４０ａの上面にあり、またそれに見合うようにバネピン付集合電極プラグ１４ｓがベース１４の底面に設けられている。
【００３２】
実装具４０の基体４０ａ、特にその周縁面上には、カートＷとの機械的連結用の螺入孔４０ｕ（又はそれに代わる固定手段）複数個が、またカートＷとの電気的接続用の端子乃至端子群が設けられている。諸電気的接続部材１４ｓ，４０ｓ，４０ｖはデータやエネルギの伝達に使用される。ベース１４及び実装具４０に対する電気的接続部材雌雄の割当方は、どちらがオス、どちらがメスであってもよい。これと同じことが諸機械的連結部材１４ｆ，１４ｐ，４０ｆ，４０ｐにも当てはまる。
【００３３】
実装具４０は、上述した機械的連結部材１４ｆ，１４ｐ，４０ｆ，４０ｐによりレーザスキャナ１０のベース１４と機械的に連結され、且つ電気的接続部材１４ｓ，４０ｓによりスキャナ１０と電気的に接続される。カートＷがヘリカルモード時に味噌すり運動を起こした場合、計測ヘッド１２の慣性によるモーメントは、ベース１４内枢支状態が保持される方向に変化することとなろう。本発明では、これを踏まえ、実装具４０をベース１４に固定連結するだけでなく、実装具４０がヘッド１２に対しロックされるようにしている。それを狙い、実装具４０をヨーク３４ひいては運搬構造体３０と連携させてある。
【００３４】
まず、２個あるヨーク３４には、運搬構造体３０にそのヨーク３４がつながっている点、具体的には横断部３０ａにネジ止めされている点に隣接するよう、第１ロック手段３４ｋが設けられている。この第１ロック手段３４ｋは２個ありいずれも構造体３０に固定されている。各ロック手段３４ｋは、この例ではヨーク３４にノッチ（楔状にテーパが付された逃げ面）として設けられており、計測ヘッド１２の回動軸から見て径方向外方に向かい開口している。従って、ロック手段３４ｋ同士は開く向きが逆方向である。ロック手段３４ｋは、構造体３０の表面に設けること（即ち構造体３０から不可分な構成にすること）も、別体部材として設けヨーク３４又は構造体３０内他部材に固定することも可能である。
【００３５】
実装具４０の基体４０ａ上、各組の固定ピン４０ｐ及び位置決めピン４０ｆからずれた位置には軸台４０ｉがある。軸台４０ｉは弧状に湾曲しており、その断面はほぼ正方形である。軸台４０ｉはこの例では一体型の構成であり、その中央を占める中央部と共に、その側方に延びる翼状部を有している。翼状部は対応する軸台４０ｉに固定される部分、より詳細には固定用のネジでとめられる部分であり、軸台４０ｉの固定形態次第では省略も可能である。翼状部は中央部に比べ低背であるので、基体４０ａの上面にベース１４が載っている状態では、軸台４０ｉの翼状部とヨーク３４との間に隙間が生じる。これに対し、軸台４０ｉの中央部は、いずれも、仮位置決め時にヨーク３４同士の間に嵌まり込むよう寸法設定されている。
【００３６】
個々の軸台４０ｉには第２ロック手段４０ｋ、この例では支持器で担持されたロックピンが枢支されている。第２ロック手段４０ｋは、径方向を向く初期ポジションから軸方向を向く最終ポジションへと、基体４０ａに対し枢動させることやその逆に動かすことが可能である。初期ポジション及び最終ポジションで第２ロック手段４０ｋが予付勢を受けるよう、初期ポジション・最終ポジション間に死点があるバネ等を設けるのが望ましい。予付勢を受けるポジションを最終ポジションのみとしてもよい。第２ロック手段４０ｋはマニュアル操作で枢動させるのが望ましい。上述の事項から分かるように、位置決めピン４０ｆ及び第２ロック手段４０ｋは、その連結線同士が９０°の角度で交差するよう交差配置されている。これは一例であり、また別の構成・配置にすることも可能である。好ましいことに、カートＷとの電気的接続用の電気的接続部材（群）４０ｖは、第２ロック手段４０ｋの隣、具体的には片側の軸台４０ｉの中央部から見て下方に配置することで、発光ビーム１８が到達しうる角度範囲外に置かれている。
【００３７】
実装具４０をレーザスキャナ１０と連結する際には、スキャナ１０のベース１４を基体４０ａ上に配し、位置決めピン４０ｆ及び位置決め孔１４ｆで位置決めすることで、最終ポジションにてガタツキが生じないようにする。電極プラグ１４ｓは、これと同時に電極ブッシング４０ｓに差し込まれる。次いで、固定ピン４０ｐを回し固定孔１４ｐ内にねじ込むことで、ガタツキが生じないようベース１４を実装具４０と連結する。そして、最終ポジションにすべく第２ロック手段４０ｋを枢動させる。径方向を向いたポジションから最終ポジションに近づけるにつれ、第２ロック手段４０ｋは対応する第１ロック手段３４ｋに接近、進入してゆく。第１ロック手段３４ｋはノッチ状で、その逃げ面に付された楔状のテーパに沿い第２ロック手段４０ｋが摺動等していくので、最終的には第２ロック手段４０ｋが第１ロック手段３４ｋに嵌まり込み、計測ヘッド１２がガタツキ無しで実装具４０にロックされた状態となる。
【００３８】
このように、遅くとも第２ロック手段４０ｋが最終ポジションまで枢動されるのに先立ち計測ヘッド１２の角度位置をベース１４に対しできるだけ精密に揃えること、ひいてはロック手段３４及び４０ｋで解消乃至抑圧すべきガタツキを計測ヘッド回動駆動手段のそれのみにすることで、無歪みロックが好適にも実現されることとなる。計測ヘッド１２の角度位置はエンコーダで検知可能であるので、そのエンコーダに対する校正がひときわ有効である。或いは、回動駆動手段をゆったりとアイドル運動させること又は大きくがたつかせることで、ロック手段３４，４０ｋ自体に計測ヘッド１２の精密配列を実行させてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１０  レーザスキャナ、１２  計測ヘッド、１４  ベース、１４ｆ  位置決め孔、１４ｐ  固定孔、１４ｓ  電極プラグ、１６  ミラー、１７  発光器、１８  発光ビーム、２０  受光ビーム、２１  受光器、２２  制御・評価ユニット、２４  表示器、３０  運搬構造体、３０ａ  横断部、３０ｂ  壁、３２  シェル、３４  ヨーク、３４ｋ  第１ロック手段、４０  実装具、４０ａ  基体、４０ｆ  位置決めピン、４０ｉ  軸台、４０ｋ  第２ロック手段、４０ｐ  固定ピン、４０ｓ  電極ブッシング、４０ｕ  螺入孔、４０ｖ  電気接続部材、Ｃ１０  レーザスキャナの中心、ｄ  距離、Ｏ  物体、Ｗ  カート、Ｘ  計測ポイント。
【図１】
0006027141.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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