用于光學(xué)地掃描環(huán)境的測量設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及測量設(shè)備，尤其激光掃描器，用于光學(xué)地掃描或者測量環(huán)境。測量設(shè)備包括旋轉(zhuǎn)單元，旋轉(zhuǎn)單元具有偏轉(zhuǎn)元件以及旋轉(zhuǎn)主體，偏轉(zhuǎn)元件用于偏轉(zhuǎn)傳輸光束以及接收光束。
【背景技術(shù)】
[0002]前序中提到類型的測量設(shè)備或者掃描器設(shè)計成三維地測量空間區(qū)域和/或?qū)ο?。典型?yīng)用包括例如測量內(nèi)部(諸如教堂以及工廠建筑物)、大的對象(諸如建筑物或者飛機(jī))，或者事故地點的公開測量。
[0003]為了測量這些對象，依靠激光掃描器，用激光束掃描預(yù)定的空間體積，并且檢測從對象所反射的激光，其中，對于每個點時時獲取用于所發(fā)射的激光束的方向以及所檢測到的激光的方向的角度信息。依靠檢測到的激光，通過三角測量和/或飛行時間測量或者相移，能夠確定位于空間體積中的表面點和測量設(shè)備之間的距離。連同與所述表面點關(guān)聯(lián)的角度信息，能夠計算所述表面點的空間位置。根據(jù)以該方式記錄的測量點的序列或者從其計算出的空間位置，通過對應(yīng)軟件可生成對象的所掃描表面的三維模型或者所掃描環(huán)境的二維模型，例如呈二維點z?的形式。
[0004]用于光學(xué)地掃描環(huán)境的設(shè)備實施為激光掃描器，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的掃描器之一作為例子在圖1中示出，通常包括:測量頭2 ;測量頭2的殼體5在一側(cè)收納用于產(chǎn)生傳輸光束13的輻射源6以及檢測器8，檢測器8用于接收從環(huán)境中的對象反射的傳輸光束13，從環(huán)境中的對象反射的傳輸光束13簡稱為接收光束17或者反射輻射。在該情況下，“反射輻射”還理解為指的是，從環(huán)境中的對象沿測量設(shè)備的方向發(fā)散的傳輸光輻射，這例如尤其發(fā)生在對象具有非常粗表面的情形下或者例如在落葉樹的情形下。
[0005]此外，殼體5收納光學(xué)部件7，光學(xué)部件7用于校準(zhǔn)和轉(zhuǎn)移傳輸光束13和反射輻射17。測量頭2或者殼體5繞基座軸線4可旋轉(zhuǎn)地安裝在基座3上，所述基座一般具有用于固定在支架19或者其他滑架上的適配器。測量頭2或者殼體5繞基座軸線4以人工和/或電動機(jī)驅(qū)動方式以及被控制單元9監(jiān)控的方式是大致可旋轉(zhuǎn)的。在殼體5的相對于束源6、檢測器8和光學(xué)部件7的相反側(cè)，具有偏轉(zhuǎn)元件22的旋轉(zhuǎn)單元10支撐在殼體5中，依靠該旋轉(zhuǎn)單兀，傳輸光束13以受監(jiān)控方式及對準(zhǔn)方式被發(fā)射到環(huán)境中，并且反射福射17被捕獲。對于該目的，具有偏轉(zhuǎn)元件22的旋轉(zhuǎn)單元10安裝在殼體5中，以由電動機(jī)15驅(qū)動的方式繞旋轉(zhuǎn)軸線11可旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)軸線11垂直于基座軸線4，并且偏轉(zhuǎn)元件22大致以相對于旋轉(zhuǎn)軸線11傾斜45°傾斜角的方式布置。基座軸線4和旋轉(zhuǎn)軸線11的交叉點大致對應(yīng)于在偏轉(zhuǎn)元件22上聚集的傳輸光束13的照射點，該點還表示為偏轉(zhuǎn)點23。通過測量頭2繞基座軸線4旋轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)單元10繞旋轉(zhuǎn)軸線11旋轉(zhuǎn)，能夠?qū)嵤┤S掃描。
[0006]考慮到激光束元件復(fù)雜的內(nèi)部光機(jī)械構(gòu)造和布置，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)對掃描器進(jìn)行校準(zhǔn)是非常需要的。掃描器的與儀器鏈接的本地坐標(biāo)系統(tǒng)由參數(shù)規(guī)定，諸如旋轉(zhuǎn)軸線以及瞄準(zhǔn)軸線的角度偏差以及偏移。重要的校準(zhǔn)參數(shù)包括:傾斜軸線的偏斜、激光器瞄準(zhǔn)方向的水平以及豎直誤差角度、偏轉(zhuǎn)元件或者旋轉(zhuǎn)鏡的角度誤差和位置、旋轉(zhuǎn)軸線(此處通常指代為轉(zhuǎn)動軸線)相對于豎直軸線(此處通常指代為基座軸線)等的偏斜。此處，因此，在輸送設(shè)備之前就已經(jīng)通過工廠校準(zhǔn)明確了對這些參數(shù)的確定，這可以是基于兩位置測量，例如，在EP2523017A1中描述的。
[0007]允許設(shè)備的用戶確定當(dāng)?shù)貐?shù)的快速有效的場校準(zhǔn)截止目前尚不是可行的。首先，快速有效的場校準(zhǔn)以精確的設(shè)定單元為條件，該設(shè)定單元并不是每個掃描器都有的；其次，文獻(xiàn)中已知的用于校準(zhǔn)的指令以及數(shù)學(xué)模型僅具有從單次儀器安裝(校準(zhǔn)的快速和有效)的兩位置測量的一個數(shù)據(jù)組，主要提供用于設(shè)備構(gòu)造，該構(gòu)造并不對應(yīng)于現(xiàn)有掃描器已實現(xiàn)的光機(jī)械構(gòu)造，使得它們不能用來精確地確定給定掃描器的坐標(biāo)系統(tǒng)。如果提前不已知參考點的坐標(biāo)并且如果僅存在從單次儀器安裝的兩位置測量的一個數(shù)據(jù)組，那么就不能夠依靠文獻(xiàn)中提供的模型來確定期望參數(shù)。這是因為如果參考或者目標(biāo)點的位置信息不已知的話，在兩位置測量中的數(shù)據(jù)組估計中的補(bǔ)償問題就變得突出，并且不能夠完全確定校準(zhǔn)參數(shù)。
[0008]為了能夠依靠通用類型的測量設(shè)備觀察目標(biāo)，現(xiàn)有技術(shù)公開了各種觀察單元，諸如例如，在激光源一側(cè)集成至測量頭的殼體中的照相機(jī)。所述照相機(jī)所獲取的圖像能夠用于觀察目的而示出在顯示器上，尤其作為活動圖像。以這種方式實施的測量設(shè)備的不利之處在于它們操作通常復(fù)雜。而且，這種測量設(shè)備的構(gòu)造(尤其對所使用的光學(xué)器件來說)是昂貴的。而且，照相機(jī)所記錄的必要圖像必須由對應(yīng)軟件處理，照相機(jī)需要額外功率源。此外，瞄準(zhǔn)處理還需要控制單元以及估計單元。
[0009]作為提供活動圖像的替換形式，申請人的尚未先公開的歐洲專利申請EP12153163.6公開了目鏡，其同樣在照相機(jī)和激光源一側(cè)布置在測量頭的殼體中，并且尤其裝備有指示發(fā)射方向的瞄準(zhǔn)標(biāo)記，例如呈刻線的形式。該申請還公開了成像系統(tǒng)，其包括成像光學(xué)單元以及顯示器，顯示器用于以圖形的方式提供成像作為活動圖像。根據(jù)對應(yīng)于現(xiàn)有技術(shù)的方法選擇掃描區(qū)域，這涉及產(chǎn)生概覽掃描以及對應(yīng)的概覽圖像。在借助概覽掃描所生成的圖像的輔助下，用戶然后選擇要掃描的區(qū)域，然后依靠精細(xì)掃描以具體細(xì)節(jié)的方式掃描以及測量該區(qū)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明基于的目的是提供上述提到的測量設(shè)備的替換方案。
[0011]該替換測量設(shè)備旨在其構(gòu)造以及操作基本不復(fù)雜、成本更有效以及更具魯棒性(robust)ο
[0012]為此，其旨在更靈活地使用，也即，以更好地適應(yīng)相應(yīng)測量要求的方式使用，以及能夠進(jìn)行例如原地快速校準(zhǔn)。
[0013]這些目的中的至少一個是依靠以下測量設(shè)備實現(xiàn)的。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的測量設(shè)備，其尤其實施為激光掃描器，用于光學(xué)地測量環(huán)境，包括:以可旋轉(zhuǎn)的方式安裝的測量頭；輻射源，該輻射源集成在測量頭中并且用于產(chǎn)生傳輸光束；接收傳感器，該接收傳感器集成在測量頭中并且用于檢測反射回的傳輸光輻射作為接收輻射；以及旋轉(zhuǎn)單元，該旋轉(zhuǎn)單元安裝在測量頭中。旋轉(zhuǎn)單元包括旋轉(zhuǎn)主體，旋轉(zhuǎn)主體繞其旋轉(zhuǎn)軸線可旋轉(zhuǎn)地安裝在至少一側(cè)，具有偏轉(zhuǎn)元件用于將傳輸光束對準(zhǔn)偏轉(zhuǎn)至環(huán)境以及對接收光束進(jìn)行捕獲以及偏轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明，瞄準(zhǔn)元件集成至旋轉(zhuǎn)主體，所述瞄準(zhǔn)元件包括貫穿旋轉(zhuǎn)主體的開口。該貫通開口允許使用旋轉(zhuǎn)主體用作瞄準(zhǔn)元件的支撐結(jié)構(gòu)。
[0015]在本發(fā)明的上下文中，旋轉(zhuǎn)主體被理解為這樣的主體:在其基本實施方式中，其具有對應(yīng)于由曲線圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)而形成的邊界面的表面，或者換言之，該主體的上述表面是相對于主體的旋轉(zhuǎn)軸線以旋轉(zhuǎn)對稱的方式而對準(zhǔn)的邊界面。旋轉(zhuǎn)主體的實例為螺旋柱形，圓柱形，錐形以及截頭錐形。根據(jù)本發(fā)明使用的這種旋轉(zhuǎn)主體的旋轉(zhuǎn)軸線與測量設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸線(也稱為傾斜軸線(tipping axis))重合，測量設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸線大體垂直于設(shè)備的基座軸線。在這種情況下，對于在根據(jù)本發(fā)明的上述測量設(shè)備中使用旋轉(zhuǎn)主體而言，還可以修改旋轉(zhuǎn)主體，例如在一個軸向端部或兩個軸向端部處形成錐形或者布置一個或多個孔，使得這一最終部件不再對應(yīng)于理想的旋轉(zhuǎn)主體的定義。然而，旋轉(zhuǎn)主體的基本改造保持不變，使得其除了最終部件以外還具有相對于其旋轉(zhuǎn)軸線而旋轉(zhuǎn)對稱的邊界面。
[0016]能夠看穿旋轉(zhuǎn)主體中的貫通開口并且觀察目標(biāo)。旋轉(zhuǎn)主體繞旋轉(zhuǎn)軸線的可旋轉(zhuǎn)性以及承載有旋轉(zhuǎn)主體的測量頭繞基座軸線的可旋轉(zhuǎn)性允許容易地將瞄準(zhǔn)元件對準(zhǔn)期望目標(biāo)。依靠公知方式存在的角度編碼器，可精確地知道貫通開口的布置或者瞄準(zhǔn)元件相對于傳輸光束(在偏轉(zhuǎn)元件處被偏轉(zhuǎn)并且以對準(zhǔn)方式被發(fā)射)的布置。因此，也能夠精確地知道瞄準(zhǔn)元件的視場的對準(zhǔn)相對于從偏轉(zhuǎn)點發(fā)射的傳輸光束的對準(zhǔn)，并且如果用戶在依靠瞄準(zhǔn)元件觀察目標(biāo)之后想要將測量設(shè)備的激光束設(shè)定到所述目標(biāo)的話，這能被用戶考慮。
[0017]在一個有利構(gòu)造中，光學(xué)單元和/或目標(biāo)標(biāo)記能夠集成至瞄準(zhǔn)元件中。
[0018]光學(xué)單元能夠以如下方式構(gòu)造:其允許10倍或者30倍或者更高放大率