DE10304188A1 - Three-dimensional scanner has rotor consisting at least partly of transparent material and multiple parts and inclined rotatable mirror in form of mirroring on surface of rotor part - Google Patents

Three-dimensional scanner has rotor consisting at least partly of transparent material and multiple parts and inclined rotatable mirror in form of mirroring on surface of rotor part Download PDF

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Reinhard Dr. Becker
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Abstract

The device has a light source, a rotatable arrangement for emitting the beam from the source to a measurement object that reflects the beam and a mirror rotatable in synchronism with the emission arrangement for receiving the reflected beam. The mirror is inclined in a rotor at preferably 45 degrees. The rotor consists at least partly of transparent material and multiple parts. The mirror is in the form of mirroring on a surface of a rotor part. The device has a light source (120) for producing a transmission beam (124), an arrangement rotatable about at least one axis (122) for emitting the beam to a measurement object that reflects the beam and a mirror (111) rotatable in synchronism with the emission arrangement for receiving the reflected beam (126), whereby the mirror is inclined in a rotor at preferably 45 degrees to the first axis. The rotor consists at least partly of transparent material and multiple parts and the mirror is in the form of mirroring on a surface of a rotor part.

Description

Die Erfindung betrifft einen 3D-Scanner mit einer Lichtquelle zum Erzeugen eines Sendestrahles, mit Mitteln, die um mindestens eine erste Achse drehbar sind, zum Aussenden des Sendestrahles zu einem zu vermessenden Objekt, von dem der Sendestrahl als Empfangsstrahlen reflektiert wird, und mit einem synchron zu den Mitteln um die erste Achse drehbaren Spiegel zum Empfangen der Empfangsstrahlen, wobei der Spiegel um einen Winkel von vorzugsweise 45° zu der ersten Achse geneigt ist.The invention relates to a 3D scanner with a light source for generating a transmission beam, with means, which are rotatable about at least a first axis, for transmitting the Transmitting beam to an object to be measured, from which the transmitting beam is reflected as receiving beams, and synchronized with one the means rotatable about the first axis for receiving the Receive beams, with the mirror at an angle of preferably 45 ° to the first axis is inclined.

Ein 3D-Scanner der vorstehend genannten Art ist bekannt, beispielsweise als Erzeugnis "iQsun Laserscanner" der Anmelderin (www.iQsun.com).A 3D scanner of the type mentioned above is known, for example as the product "iQsun laser scanner" from the applicant (www.iQsun.com).

Scanner der vorstehend genannten Art werden eingesetzt, um Räume um den Scanner herum über einen Umfangswinkel von 360° aufzunehmen, wobei meistens um ein Stativ des Scanners herum ein Abschattungskegel mit einem Öffnungswinkel von beispielsweise 30° oder weniger ausgespart bleibt. Derartige Scanner werden typischerweise zum Vermessen von Innenräumen in Fabrikanlagen im Zusammenhang mit digitalen Fabrikplanungen eingesetzt. Weitere Anwendungsgebiete sind das Ausmessen von Räumlichkeiten aller Art im Hoch- und im Tiefbau, wie z.B. von Tunneln, ferner das Ausmessen von Höhlen, von historischen Bauwerken und dergleichen mehr. Außerdem können auf diese Weise auch große Gegenstände gescannt werden, z.B. Kraftfahrzeuge, Flugzeuge und Schiffe.Scanner of the above Kind are used to create spaces around the scanner record a circumferential angle of 360 °, wherein usually a shading cone around a tripod of the scanner with an opening angle of for example 30 ° or remains less spared. Such scanners are typically used Measuring interiors used in factories in connection with digital factory planning. Other areas of application are measuring rooms of all kinds in civil engineering, such as of tunnels, further measuring caves, of historical buildings and the like. You can also click on this way also great objects be scanned, e.g. Motor vehicles, airplanes and ships.

Bei Scannern der eingangs genannten Art wird ein üblicherweise horizontal gerichteter Laserstrahl erzeugt, der auf einen um 45° zur Horizontalen geneigten Spiegel gelenkt wird. Der Spiegel rotiert seinerseits mit hoher Drehzahl von beispielsweise 2.000 Umdrehungen pro Minute um eine zur Richtung des Laserstrahls koaxiale erste Achse. Damit wird ein z.B. in einer Vertikalebene liegender Fächer erzeugt, der lediglich im Bereich des Scannerstativs den bereits erwähnten Abschattungskegel aufweist. Der gesamte Scanner wird in den meisten Fällen zusätzlich um eine zweite, üblicherweise vertikale Achse gedreht, so dass der Fächer die gesamte Umgebung des Scanners über 360° hinweg abtastet. Die Drehung um die Vertikalachse erfolgt dabei in der Praxis deutlich langsamer, beispielsweise mit 0,4 Umdrehungen pro Minute. Bei anderen Fällen wird hingegen der Scanner mit dem rotierenden Spiegel nicht um eine zweite Achse gedreht, sondern entlang einer vorgegebenen Bahn verfahren, beispielsweise entlang eines Tunnels.For scanners of the aforementioned Kind becomes a common horizontally directed laser beam generated on a 45 ° inclined to the horizontal Mirror is steered. The mirror in turn rotates at a high rate Speed of, for example, 2,000 revolutions per minute by one first axis coaxial to the direction of the laser beam. So that becomes a e.g. subjects lying in a vertical plane, the only has the shading cone already mentioned in the area of the scanner stand. The entire scanner is in most cases additionally a second, usually vertical axis rotated so that the fan surrounds the entire environment Scanners about 360 ° away scans. The rotation around the vertical axis is done in practice significantly slower, for example at 0.4 revolutions per minute. In other cases however, the scanner with the rotating mirror is not one second axis rotated, but move along a predetermined path, for example along a tunnel.

Bei einem kommerziell erhältlichen Scanner mit zwei Achsen werden auf diese Weise während eines vollständigen Scans beispielsweise 29.000.000 Punkte abgetastet, was einer Auflösung von 0,045° entspricht.At a commercially available Two-axis scanners are used this way during a full scan for example, sampled 29,000,000 points, which is a resolution of Corresponds to 0.045 °.

In jedem der genannten Punkte wird dabei nicht nur die Entfernung zu dem genannten Punkt gemessen, sondern darüber hinaus auch der Reflektionsgrad, so dass schlussendlich ein 3D-Gesamtbild der gesamten Umgebung mit hoher Auflösung der Entfernung und hoher Auflösung der Intensität entsteht.In each of the points mentioned not only measured the distance to the point mentioned, but about it also the degree of reflection, so that ultimately a 3D overall picture of the entire environment with high resolution the distance and high resolution the intensity arises.

Ein Scanner der eingangs genannten Art ist auch in der DE 202 08 077 U1 beschrieben.A scanner of the type mentioned is also in the DE 202 08 077 U1 described.

Bei Scannern der vorstehend geschilderten Art besteht ein generelles Problem darin, dass eine Verschlechterung der Auflösung und damit des Messergebnisses des Scanners eintritt, wenn der Sendestrahl auf seinem Weg von der Lichtquelle zu dem zu vermessenden Objekt gestreut wird. Eine derartige Streuung tritt bei jedem Dichtesprung ein, d.h. jedes Mal dann, wenn der Sendestrahl von einem optisch dünneren in ein optisch dichteres Medium übertritt oder umgekehrt. Dann kann der Sendestrahl am Ort des Dichtesprunges teilweise reflektiert werden, was zu unkontrollierten Streuungen führt. Dies gilt insbesondere dann, wenn an der erwähnten Stelle Ablagerungen von Staub oder sons tigen Partikeln vorhanden sind, die ebenfalls zu einer Streuung des Sendestrahls führen.For scanners of the type described above A general problem is that deterioration the dissolution and thus the measurement result of the scanner occurs when the transmission beam on its way from the light source to the object to be measured is scattered. Such a scatter occurs with every density jump on, i.e. every time the broadcast beam from an optical thinner passes into an optically denser medium or the other way around. Then the transmission beam can be at the location of the density jump partially reflected, resulting in uncontrolled scatter leads. This applies in particular if deposits of Dust or other particles are also present spread the transmission beam.

Bei Scannern herkömmlicher Bauart befindet sich der rotierende Spiegel in einem Gehäuse, das nach außen verschlossen ist, um den Spiegel vor Verschmutzung zu schützen. Der Eintritt und der Austritt von Sende- und Empfangsstrahlen erfolgt in diesem Falle über Fenster, die jeweils einen Dichtesprung darstellen und auch im Hinblick auf eine Verschmutzung dieser Fenster eine Ursache für eine Streuung des Sendestrahles sein können.There is a conventional type of scanner the rotating mirror in a housing that is closed to the outside is to protect the mirror from dirt. Entry and exit In this case, the transmission and reception beams take place via windows, which each represent a leap in density and also with regard to contamination of these windows is a cause of scattering of the transmission beam could be.

Bei herkömmlichen Scannern wird der Sendestrahl von einer gehäusefesten Lichtquelle, üblicherweise einer Laserdiode, erzeugt. Der Sendestrahl wird dann über eine Kollimationsoptik in den Innenraum des Gehäuses eingestrahlt, fällt dort auf den rotierenden Spiegel und tritt aus dem Gehäuse durch ein Fenster wieder aus. All dies kann in der Praxis auf Grund der vorstehend beschriebenen Ursachen zu einer Streuung des Sendestrahles und damit zu einer Verschlechterung des Messergebnisses führen.With conventional scanners, the Transmitting beam from a housing-fixed Light source, usually a laser diode. The broadcast beam is then over a Collimation optics radiated into the interior of the housing fall there on the rotating mirror and emerges from the housing a window out again. All of this can be done in practice due to the causes described above to scatter the transmission beam and thus lead to a deterioration in the measurement result.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Scanner der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die vorstehend genannten Probleme vermieden werden. Insbesondere soll der Spiegel im Rotor vollständig gekapselt sein und damit als Störquelle im beschriebenen Sinne ausscheiden.The invention is therefore the object basically, a scanner of the type mentioned above to further train that the above problems are avoided become. In particular, the mirror in the rotor should be completely encapsulated and thus as a source of interference leave as described.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Scanner der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Rotor mindestens teilweise aus einem optisch transparenten Werkstoff besteht und mehrteilig ist, und dass der Spiegel als Verspiegelung auf einer Oberfläche eines der Teile des Rotors ausgebildet ist.This object is achieved according to the invention in a scanner of the type mentioned in the introduction in that the rotor consists at least partially of an optically transparent material and is multi-part, and that the mirror is designed as a mirror on a surface of one of the parts of the rotor.

Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.The basis of the invention In this way, the task is completely solved.

Dadurch, dass der Spiegel als Verspiegelung auf einer Oberfläche eines der Teile des Rotors ausgebildet wird, ist diese Verspiegelung von außen überhaupt nicht mehr zugänglich, insbesondere dann, wenn der andere Teil des Rotors dicht an die Verspiegelung angesetzt und dort dicht fixiert wird.Because the mirror as a mirroring on a surface one of the parts of the rotor is formed, this mirroring from outside at all no longer accessible, especially when the other part of the rotor is close to the mirror is attached and tightly fixed there.

Die als Spiegel dienende innere Seite der Verspiegelung steht dann mit dem Außenraum überhaupt nicht mehr in Verbindung und kann sich daher weder zusetzen noch in anderer Weise verändern, so dass keine Streuungen auftreten können.The inner side serving as a mirror the mirroring is then no longer connected to the exterior and can therefore neither clog nor change in any other way, so that no scatter can occur.

Bei einer bevorzugten Ausbildung des erfindungsgemäßen Scanners weist der Rotor eine im Wesentlichen zylindrische Gestalt auf, wobei die erste Achse die Längsachse des Rotors ist und die Verspiegelung in einer um vorzugsweise 45° zur Längsachse geneigten Trennebene zwischen zwei Teilen des Rotors ausgebildet ist.With a preferred training of the scanner according to the invention the rotor has a substantially cylindrical shape, wherein the first axis is the longitudinal axis of the rotor and the mirroring in a preferably 45 ° to the longitudinal axis inclined parting plane between two parts of the rotor is.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass das bereits erwähnte Prinzip auf konstruktiv besonders einfache Weise umgesetzt wird, die auf den besonderen Einsatzfall bei einem mit hohen Drehzahlen rotierenden Rotor angepasst ist.This measure has the advantage that the already mentioned Principle is implemented in a structurally particularly simple manner, to the special application at a high speed rotating rotor is adjusted.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Lichtquelle und der Spiegel in einem gemeinsamen Rotor angeordnet, der um die erste Achse sowie vorzugsweise auch um die zweite Achse drehbar ist.In a preferred further training the invention, the light source and the mirror are in common Rotor arranged around the first axis and preferably also is rotatable about the second axis.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Verhältnisse hinsichtlich des Sendestrahles optimiert werden, weil die Anzahl der Dichtesprünge für den Sendestrahl erheblich vermindert wird. Im Gegensatz zu herkömmlichen Anordnungen, bei denen sich die Lichtquelle außerhalb des Rotors, also im gerätefesten Bereich befindet, ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung die Lichtquelle in den Rotor integriert, so dass der Sendestrahl direkt und ohne weitere optische Durchgänge und Ablenkungen aus dem Rotor austreten kann.This measure has the advantage that the ratios be optimized with regard to the transmission beam, because the number the leaps in density for the broadcast beam is significantly reduced. In contrast to conventional arrangements in which the light source outside of the rotor, i.e. in the device-fixed Area is in this embodiment of the invention the light source is integrated into the rotor so that the transmit beam directly and without further optical passages and distractions from the rotor can leak.

Alternativ kann aber auch in herkömmlicher Weise der Spiegel in dem Rotor und die Lichtquelle außerhalb des Rotors angeordnet sein, wobei der Sendestrahl von dem Spiegel abgelenkt wird.Alternatively, it can also be done in a conventional manner the mirror is arranged in the rotor and the light source is arranged outside the rotor be, the transmission beam being deflected by the mirror.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die konstruktive Ausbildung hinsichtlich der Lichtquelle etwas einfacher ist, weil diese gerätefest angeordnet und versorgt werden kann.This measure has the advantage that the constructive training with regard to the light source somewhat easier is because this is device-proof can be arranged and supplied.

Bei bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung ist der Rotor an seinem Umfang mit einem ersten, ein ebenes Fenster bildenden Zylindermantelabschnitt versehen.In preferred developments of Invention is the rotor at its periphery with a first, a flat one Provide window-forming cylinder jacket section.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass ein gesondertes Empfangsfenster entfällt, weil unmittelbar ein entsprechend eben ausgebildeter Bereich des transparenten Teiles des Rotors als Fenster für die Empfangsstrahlen dienen kann.This measure has the advantage that a separate reception window is omitted because there is a corresponding one immediately just formed area of the transparent part of the rotor as Window for the Receive beams can serve.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine besonders gute Wirkung weiter dadurch erzielt, dass der Rotor auf der dem ersten Zylindermantelabschnitt gegenüberliegenden Seite mit einer Un wuchtkompensation versehen ist, vorzugsweise in Gestalt eines zweiten, eine ebene Fläche bildenden Zylindermantelabschnitts.In this embodiment, one becomes special good effect further achieved by the rotor on the first cylinder jacket section opposite side with a Un balancing is provided, preferably in the form of a second, a flat surface forming cylinder jacket section.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass eine für die hohen Drehzahlen des Rotors optimierte Bauweise erreicht wird.This measure has the advantage that one for the high speed of the rotor optimized design is achieved.

Bei weiteren Ausführungsformen der Erfindung weist der Rotor eine Linse zum Bündeln der Empfangsstrahlen auf einen Brennpunkt aus. Diese Linse ist vorzugsweise in Ausbreitungsrichtung der Empfangsstrahlen hinter dem Spiegel angeordnet und weiter vorzugsweise einstückig mit einem Teil des Rotors ausgebildet.In further embodiments of the invention the rotor has a lens for focusing of the receiving beams to a focal point. This lens is preferred in the direction of propagation of the received beams behind the mirror arranged and further preferably in one piece with a part of the rotor educated.

Diese Maßnahmen haben den Vorteil, dass die optisch transparente Eigenschaft des einen Teiles des Rotors ausgenutzt werden kann, um die für die Bündelung erforderliche Linse mit möglichst wenig Dichtesprüngen zu realisieren.These measures have the advantage that the optically transparent property of one part of the rotor can be exploited to the for the bundling necessary lens with possible little density jumps to realize.

Eine weiterhin besonders bevorzugte Ausführung ergibt sich dann, wenn der Sendestrahl im Rotor entlang eines optischen Pfades geführt wird und der Pfad von einer Auskleidung aus optisch absorbierendem Werkstoff umgeben ist.Another particularly preferred execution results when the transmission beam in the rotor along an optical Path and the path from a liner of optically absorbent Material is surrounded.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass das im Verlaufe des optischen Pfades des Sendestrahles unvermeidbare Streulicht absorbiert wird und daher kein Übersprechen in den Empfangspfad stattfindet. Die Trennung zwischen Sendepfad und Empfangspfad wird daher verbessert und somit auch die Auflösung und damit die Qualität des Messergebnisses.This measure has the advantage that that which is unavoidable in the course of the optical path of the transmission beam Scattered light is absorbed and therefore no crosstalk in the reception path takes place. The separation between send path and receive path is therefore improved and thus also the resolution and thus the quality of the measurement result.

Schließlich sind Ausführungsbeispiele der Erfindung bevorzugt, bei denen der Rotor mit einer um die erste und/oder die zweite Achse verlaufenden Markierung versehen ist, die mit einem gerätefesten Sensor zusammenwirkt.Finally, there are exemplary embodiments preferred of the invention, in which the rotor with one around the first and / or the second axis is marked, the one with a fixed sensor interacts.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die jeweilige Drehlage des Rotors in exakter Weise erfasst und verarbeitet werden kann.This measure has the advantage that the respective rotational position of the rotor is recorded and processed in an exact manner can be.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.Further advantages of the invention result itself from the description and the accompanying drawing.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the above not only mentioned and the features to be explained below in the specified combination, but also in others Combinations or alone can be used without the frame to leave the present invention.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are shown in the drawing and are shown in the following Description closer explained. Show it:

1 eine äußerst schematisierte, perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Rotors, wie er in einem 3D-Scanner erfindungsgemäßer Art eingesetzt werden kann; 1 an extremely schematic, perspective view of an embodiment of a Rotors as can be used in a 3D scanner of the type according to the invention;

2 einen Längsschnitt durch den Rotor gemäß 1 mit weiteren Einzelheiten; 2 a longitudinal section through the rotor 1 with further details;

3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Rotors in einer Darstellung ähnlich 2; 3 a second embodiment of a rotor in a representation similar 2 ;

4 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Rotors in einer Darstellung ähnlich 2 und 3; 4 a third embodiment of a rotor in a representation similar 2 and 3 ;

5A ein viertes Ausführungsbeispiel eines Rotors, in etwas vergrößertem Maßstab und teilweise abgebrochen, im Übrigen aber ähnlich den Darstellungen gemäß den 2 bis 4; 5A a fourth embodiment of a rotor, on a somewhat enlarged scale and partially broken, but otherwise similar to the representations according to the 2 to 4 ;

5B ausschnittsweise eine Variante zu 5A; 5B sections of a variant 5A ;

6 eine schematisierte Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen 3D-Scanners zur Erläuterung weiterer Einzelheiten der Erfindung; 6 a schematic side view of an embodiment of a 3D scanner according to the invention to explain further details of the invention;

7 in stark vergrößertem Maßstab einen Ausschnitt aus dem Scanner gemäß 6 in äußerst schematisierter und geschnittener Darstellung; 7 in a greatly enlarged scale according to a section of the scanner 6 in an extremely schematic and cut representation;

8 eine Variante zur Darstellung gemäß 7; 8th a variant for the representation according to 7 ;

9 eine weitere Darstellung, ähnlich 6, zur Erläuterung weiterer Einzelheiten der Erfindung; 9 another representation, similar 6 , to explain further details of the invention;

10 eine weitere Darstellung, ähnlich 6, zur Erläuterung weiterer Einzelheiten der Erfindung. 10 another representation, similar 6 , to explain further details of the invention.

In der nachfolgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer 3D-Scanner erläutert. Dabei wird jeweils auf die Besonderheiten des jeweiligen Ausführungsbeispiels hingewiesen, und es versteht sich, dass im Übrigen die gemeinsamen Merkmale der Ausführungsbeispiele nicht jeweils wiederholt werden, die Ausführungsbeispiele also insoweit übereinstimmen, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist. Bei einigen Ausführungsbeispielen sind für die vorliegend beanspruchte Erfindung nur bestimmte Details maßgeblich, wie sich aus dem Zusammenhang ergibt.In the description below will be different embodiments 3D scanner according to the invention explained. In each case, the special features of the respective exemplary embodiment are discussed pointed out, and it goes without saying that the common features of the embodiments are not repeated in each case, that is to say the exemplary embodiments correspond to the extent that unless expressly something else is specified. In some embodiments, the present claimed invention relevant only certain details, as can be seen from the Connection results.

In 1 und 2 bezeichnet 10 insgesamt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen 3D-Scanners, von dem jedoch nicht alle Elemente dargestellt sind.In 1 and 2 10 designates overall a first exemplary embodiment of a 3D scanner according to the invention, but not all elements of which are shown.

Im Scanner 10 ist eine erste Achse 12 definiert, die im Allgemeinen eine horizontal verlaufende Achse ist, aber auch zur Horizontalen geneigt verlaufen kann. Dazu unter einem im Wesentlichen rechten Winkel verläuft eine zweite Achse 14, die üblicherweise eine Vertikalachse ist. Mit einem ersten Pfeil 16 ist eine Drehbewegung um die erste Achse und mit einem zweiten Pfeil 18 eine Drehbewegung um die zweite Achse dargestellt. Die Drehbewegung um die erste Achse 12 ist dabei in der Praxis mit 1.000 bis 4.000 Umdrehungen pro Minute deutlich schneller als die Drehung um die zweite Achse 14, die z.B. mit 0,3 bis 0,6 Umdrehungen pro Minute abläuft.In the scanner 10 is a first axis 12 defined, which is generally a horizontal axis, but can also be inclined to the horizontal. For this purpose, a second axis runs at an essentially right angle 14 , which is usually a vertical axis. With a first arrow 16 is a rotation around the first axis and with a second arrow 18 shown a rotational movement about the second axis. The rotation around the first axis 12 is in practice much faster than the rotation around the second axis with 1,000 to 4,000 revolutions per minute 14 which, for example, runs at 0.3 to 0.6 revolutions per minute.

Kernstück des Scanners 10 ist ein Rotor 20. Der Rotor 20 unterteilt sich in einen Messabschnitt 22 und einen Übertragungsabschnitt 24. Ferner ist ein Flansch 26 vorgesehen, um den Rotor 20 mit einer (nicht dargestellten) Antriebseinheit zu verbinden. Wie weiter unten zu 6 noch erläutert werden wird, sind der Rotor und die Antriebseinheit gemeinsam um die zweite Achse 14 drehbar.The heart of the scanner 10 is a rotor 20 , The rotor 20 is divided into a measuring section 22 and a transmission section 24 , There is also a flange 26 provided to the rotor 20 to connect to a drive unit (not shown). As below 6 to be explained later, the rotor and the drive unit are together about the second axis 14 rotatable.

Der Rotor 20 ist von im Wesentlichen kreiszylindrischer Gestalt. In dem in 1 oben liegenden Mantelbereich ist der Rotor 20 mit einem ebenen Fenster 28 versehen, das folglich einen Zylindermantelabschnitt bildet. Im Fenster 28 mündet eine Lichtquelle 30. Aus der Lichtquelle 30 tritt ein Sendestrahl 32 aus.The rotor 20 is of essentially circular cylindrical shape. In the in 1 the top of the jacket area is the rotor 20 with a flat window 28 provided which consequently forms a cylinder jacket section. In the window 28 opens a light source 30 , From the light source 30 a broadcast beam occurs 32 out.

Der Sendestrahl 32 verläuft in der zweiten Achse 14, geht also von einer nicht um die zweite Achse 14 rotierenden Position des Rotors 20 aus. Der Sendestrahl 32 rotiert um die erste Achse 12, wodurch ein Lichtfächer in einer Vertikalebene entsteht. Die zweite Achse 14 liegt in dieser Vertikalebene, so dass der Sendestrahl 32 die Umgebung lückenlos abtastet.The broadcast beam 32 runs in the second axis 14 , so go from one not around the second axis 14 rotating position of the rotor 20 out. The broadcast beam 32 rotates around the first axis 12 , which creates a fan of light in a vertical plane. The second axis 14 lies in this vertical plane, so the transmit beam 32 continuously scans the surroundings.

Der Sendestrahl 32 trifft in bestimmter Entfernung vom Scanner 10 auf ein zu vermessendes Objekt, wird dort diffus reflektiert und gelangt somit in Form von Empfangsstrahlen 34 zurück zum Rotor 20, wo die Empfangsstrahlen 34 in das Fenster 28 einfallen. Sie gelangen dann auf einen Spiegel 36, von dem sie aus der Vertikal- in eine Horizontalrichtung parallel zur ersten Achse 12 umgelenkt werden. Die Empfangsstrahlen 34 werden dann von einer Sammellinse 38 an der in 1 linken Stirnseite des Rotors 20 gebündelt, und zwar in einem Brennpunkt 40. Im Brennpunkt 40 befindet sich ein geeigneter Detektor (nicht dargestellt).The broadcast beam 32 hits at a certain distance from the scanner 10 on an object to be measured, is diffusely reflected there and thus arrives in the form of reception beams 34 back to the rotor 20 where the receiving beams 34 in the window 28 come to mind. You will then come to a mirror 36 , from which they move from the vertical to a horizontal direction parallel to the first axis 12 be redirected. The receiving rays 34 are then from a converging lens 38 at the in 1 left end of the rotor 20 bundled, in one focus 40 , In the spotlight 40 there is a suitable detector (not shown).

Durch die Rotation des Rotors 20 um die erste Achse 12 und die weitere Rotation der Gesamtanordnung um die zweite Achse 14 wird folglich ein Fächer des Sendestrahls 32 generiert, der um 360° um die erste Achse 12 umläuft, wie mit einem Pfeil 42 in 1 angedeutet. Die Drehung dieses Fächers um die zweite Achse 14 bewirkt einen Umlauf in einer horizontalen Ebene, wie mit einem weiteren Pfeil 44 angedeutet.By rotating the rotor 20 about the first axis 12 and the further rotation of the overall arrangement about the second axis 14 consequently becomes a fan of the broadcast beam 32 generated by 360 ° around the first axis 12 revolves like an arrow 42 in 1 indicated. The rotation of this fan around the second axis 14 causes a rotation in a horizontal plane, as with another arrow 44 indicated.

Der Sendestrahl 32 leuchtet somit die Gesamtumgebung des Scanners 10 aus, wobei lediglich ein kleiner, kegelförmiger Bereich durch die mechanische Halterung des Scanners 10 abgeschattet wird. Dieser Bereich entspricht in der Praxis einem Abschattungskegel von beispielsweise 30° Öffnungswinkel oder weniger um die zweite Achse 14 unterhalb des Rotors 20.The broadcast beam 32 the entire environment of the scanner lights up 10 , with only a small, conical area due to the mechanical mounting of the scanner 10 is shadowed. In practice, this area corresponds to a shading cone of, for example, 30 ° opening angle or less around the second axis 14 below the rotor 20 ,

Aus der detaillierteren Darstellung in 2 ist zu entnehmen, dass die Lichtquelle 30 eine Laserdiode 50 enthält. Die Laserdiode 50 ist über einen geraden oder (nicht dargestellt) gekrümmten Lichtleiter 52 mit dem Fenster 28 verbunden. Der Lichtleiter 52 mündet dort entweder bündig in einer Oberfläche 54 des Fensters 28 aus. Es kann aber (in 2 gestrichelt dargestellt) der Lichtleiter 52 auch mit einem gewissen Überstand 56 über die Oberfläche 54 vorstehen. Darüber hinaus sind auch Anordnungen denkbar, bei denen der Lichtleiter unterhalb der Oberfläche endet (nicht dargestellt).From the more detailed presentation in 2 it can be seen that the light source 30 a laser diode 50 contains. The laser diode 50 is over a straight or (not shown) curved light guide 52 with the window 28 connected. The light guide 52 either ends flush in a surface 54 of the window 28 out. But it can (in 2 shown in dashed lines) the light guide 52 even with a ge know supernatant 56 over the surface 54 protrude. In addition, arrangements are also conceivable in which the light guide ends below the surface (not shown).

Wenn der Lichtleiter 52 gerade ist, kann er auch als Rohr ausgebildet sein, durch das hindurch der Sendestrahl 32 verläuft. Dieser kann dann nicht in dem Empfangskanal gestreut werden, so dass ein Übersprechen verhindert wird.If the light guide 52 is straight, it can also be designed as a tube through which the transmission beam 32 runs. This cannot then be scattered in the receiving channel, so that crosstalk is prevented.

Die Laserdiode 50 ist an eine elektronische Steuereinheit 58 angeschlossen. Die elektronische Steuereinheit 58 versorgt die Laserdiode 50 einerseits mit der erforderlichen Energie, andererseits aber auch mit dem sogenannten Koppeltakt, d.h. einem Phasensignal, das zur Entfernungsmessung dient.The laser diode 50 is connected to an electronic control unit 58 connected. The electronic control unit 58 supplies the laser diode 50 on the one hand with the required energy, but on the other hand also with the so-called coupling clock, ie a phase signal that is used for distance measurement.

Das Phasensignal kann z.B. aus einem Amplitudenmodulations-Signal in Form mindestens eines Sinus bestehen. Wenn nun der amplitudenmodulierte Sendestrahl mit dem Empfangsstrahl verglichen wird, ergibt sich eine von der zu messenden Entfernung zum Messpunkt abhängige Phasendifferenz im Modulationssignal, die z.B. in einem Quadraturdetektor ermittelt werden kann.The phase signal can e.g. from a Amplitude modulation signal exist in the form of at least one sine. If now the amplitude modulated The transmitted beam is compared with the received beam a phase difference dependent on the distance to be measured from the measuring point in the modulation signal, e.g. determined in a quadrature detector can be.

Das Phasensignal kann auch aus einem Tastsignal bestehen, mit dem der Sendestrahl gepulst wird. Dann lässt sich die Entfernung zum Messpunkt aus der Phasendifferenz bzw. Laufzeit, d.h. aus dem zeitlichen Abstand des Auftretens der Vorder- oder der Rückflanke der Pulse beim Sende- und beim Empfangsstrahl ermitteln.The phase signal can also consist of a key signal exist with which the transmission beam is pulsed. Then you can the distance to the measuring point from the phase difference or transit time, i.e. from the time interval of the occurrence of the front or the trailing edge the pulses for the transmit and receive beam.

Dies ist in 2 durch eine erste Leitung 60 angedeutet, über die der elektronischen Steuereinheit 58 ein entsprechendes Signal uP zugeleitet wird. Dies geschieht über den Übertragungsabschnitt 24, wie weiter unten zu den 7 und 8 noch im Einzelnen an Hand von zwei Beispielen erläutert werden wird.This is in 2 through a first line 60 indicated, via that of the electronic control unit 58 a corresponding signal u P is fed. This is done via the transmission section 24 how to the below 7 and 8th will be explained in detail using two examples.

Der Rotor 20 enthält ferner eine elektronische Versorgungseinheit 62, die mit einer zweiten Leitung 64 an die elektronische Steuereinheit 58 angeschlossen ist, um die Versorgungsenergie für die Laserdiode 50 bereitzustellen. Mittels einer dritten Leitung 66 wird die elektronische Versorgungseinheit 62 über den Übertragungsabschnitt 24 mit einer Versorgungsspannung UB versorgt, wie ebenfalls weiter unten an Hand von zwei Beispielen zu den 7 und 8 noch erläutert werden wird.The rotor 20 also contains an electronic supply unit 62 with a second line 64 to the electronic control unit 58 is connected to the supply energy for the laser diode 50 provide. Using a third line 66 becomes the electronic supply unit 62 over the transmission section 24 supplied with a supply voltage U B , as also below using two examples of the 7 and 8th will be explained later.

Die elektronische Versorgungseinheit 62 enthält einen Speicher 68, beispielsweise in Form eines Akkumulators oder eines ent sprechend dimensionierten Kondensators. Der Speicher 68 ist in der Lage, die für den Betrieb und die Ansteuerung der Laserdiode 50 erforderliche Energie für einen bestimmten Zeitraum zur Verfügung zu stellen, beispielsweise für einen kompletten Scanvorgang.The electronic supply unit 62 contains a memory 68 , for example in the form of an accumulator or a suitably dimensioned capacitor. The memory 68 is able to operate and control the laser diode 50 to provide the required energy for a certain period of time, for example for a complete scanning process.

2 zeigt ferner, dass der Spiegel 36 eine Platte 70 enthält, die um einen Winkel α von vorzugsweise 45° zur ersten Achse 12 angestellt ist. Die Platte 70 ist auf ihrer in 2 oberen Seite mit einer Verspiegelung 72 versehen. 2 also shows that the mirror 36 a plate 70 contains an angle α of preferably 45 ° to the first axis 12 is employed. The plate 70 is on their in 2 top side with a mirror 72 Mistake.

Man erkennt aus 2 ferner, dass das Fenster 28, wie bereits zu 1 erwähnt, einen ersten Zylindermantelabschnitt 74 bildet. Da dieser erste Zylindermantelabschnitt 74 eine Unwucht des Rotors 20 darstellt und sich diese Unwucht bei den erwähnten hohen Drehzahlen negativ auswirken würde, ist auf der radial gegenüberliegenden Seite, nämlich in 2 unten, ein zweiter Zylindermantelabschnitt 76 vorgesehen, der von seiner Formgebung im Wesentlichen dem ersten Zylindermantelabschnitt 74 entspricht. Die genaue Gestaltung ist so bemessen, dass eine Unwuchtkompensation stattfindet, so dass der Rotor 20 insoweit unwuchtfrei um die erste Achse 12 rotieren kann.You can tell 2 further that the window 28 as already mentioned 1 mentions a first cylinder jacket section 74 forms. Because this first cylinder jacket section 74 an imbalance of the rotor 20 represents and this unbalance would have a negative effect at the high speeds mentioned, is on the radially opposite side, namely in 2 below, a second cylinder jacket section 76 provided, the shape of the substantially the first cylinder jacket section 74 equivalent. The exact design is dimensioned so that an unbalance compensation takes place, so that the rotor 20 so far unbalanced around the first axis 12 can rotate.

Es versteht sich dabei jedoch, dass dies in der Praxis meist ein Effekt zweiter Ordnung sein dürfte, weil die Unwucht des Rotors 20 im Wesentlichen durch die räumliche Anordnung der im Rotor 20 befindlichen Komponenten bestimmt ist. Hierzu zählen vor allem die elektronischen Komponenten 62, 64 und 68, die zur Minimierung der Unwucht entsprechend angeordnet werden müssen. Insoweit ist auch die Verwendung spezieller Auswuchtmassen denkbar.However, it goes without saying that in practice this should mostly be a second-order effect because of the imbalance of the rotor 20 essentially by the spatial arrangement of those in the rotor 20 components is determined. This primarily includes the electronic components 62 . 64 and 68 which must be arranged accordingly to minimize the unbalance. In this respect, the use of special balancing masses is also conceivable.

Man erkennt aus den 1 und 2 weiterhin, dass die Lichtquelle 30 mit dem Lichtleiter 52 sich im Zentrum des Spiegels 36 befindet. Der Lichtleiter 52 wird dabei von seinem Durchmesser her so klein wie möglich dimensioniert, beispielsweise mit einem Durchmesser von 3 mm, verglichen mit einem Spiegeldurchmesser von z.B. 50 mm. Die von dem gemessenen Objekt diffus reflektierten Empfangsstrahlen 34 durchsetzen das Fenster 28 über dessen gesamte Fläche und fallen folglich auch auf die gesamte Fläche des Spiegels 36, mit Ausnahme des kleinen Bereiches, in dem die Lichtquelle 30 bzw. der Lichtleiter 52 den Spiegel 36 durchdringt.You can see from the 1 and 2 continue that the light source 30 with the light guide 52 yourself in the center of the mirror 36 located. The light guide 52 is dimensioned as small as possible in terms of its diameter, for example with a diameter of 3 mm, compared to a mirror diameter of, for example, 50 mm. The received beams diffusely reflected by the measured object 34 enforce the window 28 over its entire surface and consequently also fall on the entire surface of the mirror 36 , except for the small area where the light source 30 or the light guide 52 the mirror 36 penetrates.

Die Anordnung der Lichtquelle 30 bzw. des Lichtleiters 52 im Zentrum des Spiegels 36 ist jedoch nicht zwingend. Sollte dies im Einzelfall zweckmäßig sein, könnte auch eine exzentrische Positionierung gewählt werden (vgl. dazu auch 10), ohne dass damit erhebliche Einbußen an Messqualität einhergingen.The arrangement of the light source 30 or the light guide 52 in the center of the mirror 36 however, is not mandatory. If this is expedient in an individual case, an eccentric positioning could also be selected (see also 10 ) without any significant loss of measurement quality.

3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen 3D-Scanners 80, von prinzipiell gleicher Bauart wie derjenige gemäß den 1 und 2. 3 shows a second embodiment of a 3D scanner according to the invention 80 , of basically the same design as the one according to the 1 and 2 ,

Bei dem Scanner 80 ist wiederum ein Rotor 81 mit einem Messabschnitt 82 vorgesehen. Das Besondere ist in diesem Falle, dass der Messabschnitt 82 in einen ersten Teil 84 sowie einen zweiten Teil 86 unterteilt ist, die entlang einer Trennebene 88 aneinander angrenzen. Die Trennebene 88 ist um den bereits erwähnten Winkel α zur Längsachse angestellt, schneidet also den im Wesentlichen kreiszylindrischen Rotor 81 in einer um 45° geneigten Ebene.With the scanner 80 is again a rotor 81 with a measuring section 82 intended. The special thing in this case is that the measuring section 82 in a first part 84 as well as a second part 86 is divided along a parting plane 88 adjoin each other. The parting line 88 is set at the already mentioned angle α to the longitudinal axis, thus intersecting the essentially circular cylindrical rotor 81 in a plane inclined by 45 °.

Eine in der Trennebene 88 liegende Oberfläche 90 des zweiten Teils 86 des Rotors 81 ist mit einem Spiegel 91 versehen, der durch eine Verspiegelung 92 der Oberfläche 90 dargestellt wird.One in the parting plane 88 lying surface 90 of the second part 86 of the rotor 81 is with egg a mirror 91 provided by a mirroring 92 the surface 90 is pictured.

Der zweite Teil 86 des Rotors 81 besteht aus einem transparenten Werkstoff 94, vorzugsweise Glas. Folglich können die Empfangsstrahlen nach Umlenkung durch den Spiegel 91 in der bereits beschriebenen Weise an einer Vorderseite 96 des Rotors 81 austreten, die ihrerseits gekrümmt ist, um eine Sammellinse darzustellen.The second part 86 of the rotor 81 consists of a transparent material 94 , preferably glass. As a result, the received beams can be deflected by the mirror 91 in the manner already described on a front 96 of the rotor 81 emerge, which in turn is curved to represent a converging lens.

Im Übrigen entspricht der Scanner 80 in seinen weiteren Einzelheiten dem Scanner 10 gemäß den 1 und 2, auf den insoweit verwiesen werden darf.Otherwise the scanner corresponds 80 in its further details the scanner 10 according to the 1 and 2 to which reference may be made.

4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen 3D-Scanners 100. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von demjenigen der 1 bis 3 dadurch, dass eine externe Lichtquelle anstelle einer in den Rotor integrierten Lichtquelle verwendet wird. 4 shows a third embodiment of a 3D scanner according to the invention 100 , This embodiment differs from that of 1 to 3 in that an external light source is used instead of a light source integrated in the rotor.

Der Scanner 100 enthält einen Rotor 101, der – ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel gemäß 3 – aus einem ersten Teil 104 sowie einem zweiten Teil 106 besteht. Die Teile 104 und 106 liegen wiederum entlang einer Trennebene 108 aneinander. An einer in der Trennebene 108 liegenden Oberfläche 110 des zweiten Teils 106 ist wiederum ein Spiegel 111 in Form einer Verspiegelung 112 angebracht. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel besteht der zweite Teil 106 aus einem transparenten Werkstoff 114, beispielsweise aus Glas. Eine Vorderseite 116 des zweiten Teils 106 ist gleichermaßen als Sammellinse ausgebildet.The scanner 100 contains a rotor 101 , which - similar to the embodiment according to 3 - from a first part 104 and a second part 106 consists. The parts 104 and 106 are again along a parting plane 108 together. On one in the parting line 108 lying surface 110 of the second part 106 is again a mirror 111 in the form of a mirror 112 appropriate. The second part also exists in this exemplary embodiment 106 made of a transparent material 114 , for example made of glass. A front 116 of the second part 106 is equally designed as a converging lens.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist, wie bereits erwähnt, eine externe Lichtquelle 120 vorgesehen. Diese liegt in der ersten Achse 122, die wiederum zu einer zweiten Achse 123 im Wesentlichen unter einem rechten Winkel verläuft. Die Lichtquelle 120 erzeugt einen Sendestrahl 124, der durch die Vorderseite 116 in den zweiten Teil 106 des Rotors 101 eintritt. Der Sendestrahl 124 wird am Spiegel 111 um 90° umgelenkt und breitet sich nun parallel zur zweiten Achse 123 aus. Empfangsstrahlen 126 treten demgegenüber bereits parallel zur zweiten Achse 123 in den ersten Teil 106 des Rotors 101 ein und werden am Spiegel 111 in die vorzugsweise horizontale Richtung der ersten Achse 122 umgelenkt. Die als Sammellinse wirkende Vorderseite 116 bündelt die Empfangsstrahlen 126 dann in einem Brennpunkt 128, in dem sich ein Detektor 130 befindet.In the embodiment according to 4 is, as already mentioned, an external light source 120 intended. This is in the first axis 122 which in turn become a second axis 123 is essentially at a right angle. The light source 120 generates a broadcast beam 124 by the front 116 in the second part 106 of the rotor 101 entry. The broadcast beam 124 is at the mirror 111 deflected by 90 ° and now spreads parallel to the second axis 123 out. receive beams 126 on the other hand, are already parallel to the second axis 123 in the first part 106 of the rotor 101 one and be at the mirror 111 in the preferably horizontal direction of the first axis 122 diverted. The front that acts as a converging lens 116 bundles the reception beams 126 then in a focus 128 in which there is a detector 130 located.

5A zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen 3D-Scanners 140. Bei der Darstellung gemäß 5A ist wiederum eine Anordnung mit einer externen Lichtquelle gewählt, es versteht sich jedoch, dass das Ausführungsbeispiel gemäß 5A auch im Zusammenhang mit einer in den Rotor integrierten Lichtquelle betreibbar ist. 5A shows a fourth embodiment of a 3D scanner according to the invention 140 , In the presentation according to 5A an arrangement with an external light source is again selected, but it goes without saying that the exemplary embodiment according to FIG 5A can also be operated in connection with a light source integrated in the rotor.

Der 3D-Scanner 140 enthält einen Rotor 141, der wiederum aus einem ersten Teil 142 und einem zweiten Teil 144 besteht, die entsprechend in Ausführungsbeispielen gemäß den 3 und 4 in einer geneigten Trennebene 146 aneinander anliegen. Eine in der Trennebene 146 liegende Oberfläche 148 des zweiten Teils 144 ist mit einem Spiegel 149 in Form einer Verspiegelung 150 versehen. Der zweite Teil 144 besteht wiederum aus transparentem Werkstoff 152, beispielsweise aus Glas. Eine Vorderseite 154 des zweiten Teils 144 ist auch hier als Sammellinse ausgebildet.The 3D scanner 140 contains a rotor 141 which in turn consists of a first part 142 and a second part 144 exists, which accordingly in embodiments according to the 3 and 4 in an inclined parting plane 146 abut each other. One in the parting plane 146 lying surface 148 of the second part 144 is with a mirror 149 in the form of a mirror 150 Mistake. The second part 144 again consists of transparent material 152 , for example made of glass. A front 154 of the second part 144 is also designed here as a converging lens.

Der zweite Teil 144 ist in der Längsachse des Rotors 141 mit einer axialen Bohrung 156 versehen. Die axiale Bohrung 156 endet in einem zur Richtung der Bohrung 156 radial verlaufenden ebenen Boden 158 kurz vor der Verspiegelung 150. Die axiale Bohrung 156 ist mit einer Auskleidung 160 aus lichtabsorbierendem Werkstoff versehen, also vorzugsweise einem matt schwarzen Werkstoff.The second part 144 is in the longitudinal axis of the rotor 141 with an axial bore 156 Mistake. The axial bore 156 ends in one to the direction of the hole 156 radially running flat floor 158 just before the mirroring 150 , The axial bore 156 is with a lining 160 made of light-absorbing material, so preferably a matt black material.

Eine Lichtquelle 162 befindet sich, wie bereits erwähnt, außerhalb des Rotors 141 in einer Position auf dessen Längsachse. Die Lichtquelle 162 kann z.B. über eine biegsame Glasfaser 164 ihrerseits mit Licht 166 versorgt werden. In jedem Falle wird ein Sendestrahl 168 in Richtung der Längsachse des Rotors 141 erzeugt. Der Sendestrahl 168 durchsetzt die axiale Bohrung 156. Eventuell auftretendes Streulicht 170, das sich unter einem Winkel zur Längsachse ausbreitet, wird in der Auskleidung 160 absorbiert.A source of light 162 is, as already mentioned, outside the rotor 141 in a position on its longitudinal axis. The light source 162 can, for example, via a flexible glass fiber 164 in turn with light 166 be supplied. In any case, a broadcast beam 168 in the direction of the longitudinal axis of the rotor 141 generated. The broadcast beam 168 penetrates the axial bore 156 , Stray light that may occur 170 that spreads at an angle to the longitudinal axis is in the lining 160 absorbed.

Austrittsseitig weist der Rotor 141 die bereits bei den anderen Ausführungsbeispielen mehrfach erläuterte ebene Oberfläche 172 auf. In der Oberfläche 172 ist entlang der zweiten Achse des Rotors 141 eine Ringbohrung 174 angebracht, die ebenfalls kurz vor dem Spiegel 149 endet. Die Ringbohrung 174 bildet somit ein Fenster 176, das bündig zur Oberfläche 172 verläuft. Die Ringbohrung 174 ist ebenfalls mit einer Auskleidung 178 aus Licht absorbierendem Werkstoff versehen. Der vom Spiegel 149 umgelenkte Sendestrahl 168 verläuft somit ungehindert durch den von der Ringbohrung 174 umgebenen Kern aus dem transparenten Werk stoff 152. Eventuell auftretendes Streulicht 180 wird auch hier von der Auskleidung 178 absorbiert.The rotor faces on the outlet side 141 the flat surface which has already been explained several times in the other exemplary embodiments 172 on. In the surface 172 is along the second axis of the rotor 141 a ring hole 174 attached, also just before the mirror 149 ends. The ring bore 174 thus forms a window 176 that is flush with the surface 172 runs. The ring bore 174 is also with a lining 178 made of light absorbing material. The one from the mirror 149 deflected transmission beam 168 thus runs unhindered by the ring bore 174 surrounding core made of the transparent material 152 , Stray light that may occur 180 is also here from the lining 178 absorbed.

Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel hat der Sendestrahl 168 z.B. einen Durchmesser von 3 mm und die Bohrungen 156 sowie 174 einen etwa doppelt so großen Durchmesser, d.h. von etwa 6 mm. Durch die Absorption des Streulichtes 170, 180 wird in diesem Falle eine noch bessere Entkopplung zwischen dem Sendestrahl 168 und den Empfangsstrahlen erreicht.In a practical embodiment, the transmit beam 168 eg a diameter of 3 mm and the holes 156 such as 174 approximately twice the diameter, ie approximately 6 mm. Through the absorption of the scattered light 170 . 180 in this case there is an even better decoupling between the transmission beam 168 and reached the receiving beams.

Bei der Variante gemäß 5B sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen, jedoch unter Hinzufügung eines Apostrophs.In the variant according to 5B the same elements are provided with the same reference numerals, but with the addition of an apostrophe.

Die Bohrungen 156' und 174' sind bei dieser Variante beide als Vollbohrungen und bis zur Trennebene 146' durchgehend ausgebildet. Dabei kann die radiale Bohrung 174' am äußeren Ende mit einem Fenster verschlossen sein. Beide Bohrungen 156' und 174' sind in der bereits beschriebenen Weise an ihrer Innenwand lichtabsorbierend ausgekleidet.The holes 156 ' and 174 ' are both in this variant as full holes and up to the parting plane 146 ' trained throughout. The radial hole 174 ' be closed with a window at the outer end. Both holes 156 ' and 174 ' are lined in a light-absorbing manner on their inner wall in the manner already described.

Um den Sendestrahl 168' in der Trennebene 146' umzulenken, ist eine Oberfläche 182 des ersten Teils 142' im Übergang zu den Bohrungen 156' und 174' mit einer Verspiegelung 184 versehen.To the broadcast beam 168 ' in the parting plane 146 ' redirecting is a surface 182 of the first part 142 ' in the transition to the holes 156 ' and 174 ' with a mirror 184 Mistake.

6 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen 3D-Scanners, diesmal in vollständigerer Darstellung, verglichen mit den 1 bis 5. 6 shows a fifth embodiment of a 3D scanner according to the invention, this time in a more complete representation, compared to the 1 to 5 ,

Der Scanner 190 enthält wiederum einen Rotor 192 von im Wesentlichen kreiszylindrischer Gestalt. Der Rotor 192 ist beidendig in Lagern 194, 196 drehbar gelagert. Die Lager 194, 196 stützen sich gerätefest ab, wobei auch hier der Begriff "gerätefest" so zu verstehen ist, dass der "gerätefeste" Bezugspunkt seinerseits ebenfalls bewegbar ist, beispielsweise in Form der bereits mehrfach erwähnten Drehbewegung um eine Vertikalachse.The scanner 190 again contains a rotor 192 of essentially circular cylindrical shape. The rotor 192 is both ends in camps 194 . 196 rotatably mounted. Camps 194 . 196 are supported in a device-fixed manner, the term "device-fixed" also being understood here in such a way that the "device-fixed" reference point can itself also be moved, for example in the form of the rotary movement about a vertical axis, which has already been mentioned several times.

An dem in 6 rechten Ende des Rotors 192 ist ein Flansch 198 zu erkennen. Über den Flansch 198 ist der Rotor 192 mit einem Antriebsmotor 200 verbunden. Der Antriebsmotor 200 ist dabei vorzugsweise im vorstehend genannten Sinne ebenfalls "gerätefest".On the in 6 right end of the rotor 192 is a flange 198 to recognize. Over the flange 198 is the rotor 192 with a drive motor 200 connected. The drive motor 200 is preferably also "device-proof" in the sense mentioned above.

Der Rotor 192 weist einen Übertragungsabschnitt 202 auf, von dem Übertragungselemente 204 zu einem gerätefesten Punkt führen. Weitere Einzelheiten dazu sind in der nachstehenden Beschreibung der 7 und 8 angegeben.The rotor 192 has a transmission section 202 on, from which transmission elements 204 lead to a fixed point. Further details can be found in the following description of the 7 and 8th specified.

Der Rotor 192 ist ferner mit einer Markierung 206 versehen, die über seinen Umfang umläuft und mit einem gerätefesten Sensor 208 in Wechselwirkung steht. Die Markierung 206 kann alternativ entweder unmittelbar auf dem Rotor 192 aufgebracht oder als Ring auf den Rotor 192 aufgesteckt sein. Es sind aber auch Bauformen möglich, bei denen die Markierung 206 und der Sensor 208 eine separate Einheit bilden, die vom Rotor 192 angetrieben wird.The rotor 192 is also marked 206 provided that revolves around its circumference and with a device-fixed sensor 208 interacts. The mark 206 can alternatively either directly on the rotor 192 applied or as a ring on the rotor 192 be plugged on. However, designs are also possible in which the marking 206 and the sensor 208 form a separate unit from the rotor 192 is driven.

Die maßgeblichen Achsen des Scanners 190 in 6 sind mit 210 (Horizontalachse) und 211 (Vertikalachse) bezeichnet. Es wurde bereits darauf hingewiesen, dass die in 6 dargestellte Gesamtanordnung mit ihrem gerätefesten Bezugspunkt insgesamt um die Vertikalachse 211 verdrehbar ausgebildet ist.The major axes of the scanner 190 in 6 are with 210 (Horizontal axis) and 211 (Vertical axis). It has already been pointed out that the in 6 Overall arrangement shown with its reference point fixed to the device overall about the vertical axis 211 is rotatable.

In den 7 und 8 sind schließlich noch zwei Ausführungsbeispiele für den Übertragungsabschnitt 202a bzw. 202b dargestellt.In the 7 and 8th are finally two embodiments for the transmission section 202a respectively. 202b shown.

Der Übertragungsabschnitt 202a gemäß 7 weist Kontaktbahnen 212 auf, die über den Umfang des Rotors 192 umlaufen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei derartige Kontaktbahnen 212 dargestellt, einmal für die Betriebsspannung UB, zum Anderen für die Signalspannung des Koppeltaktes uT, und schließlich für Masse.The transmission section 202a according to 7 has contact tracks 212 on that over the circumference of the rotor 192 circulate. In the illustrated embodiment, there are three such contact tracks 212 shown, one for the operating voltage U B , the other for the signal voltage of the coupling clock u T , and finally for ground.

An die Kontaktbahnen 212 sind Schleifkontakte 214 anlegbar. Mit Pfeilen 216 sind Bewegungseinheiten angedeutet. Die Bewegungseinheiten 216 ermöglichen es, die Schleifkontakte 214 gesteuert an die Kontaktbahnen 212 anzulegen oder von diesen weg zu bewegen. Auf diese Weise ist es in der bereits beschriebenen Weise möglich, den Rotor 192 nur im Stillstand zu kontaktieren, während die Schleifkontakte 214 von den Kontaktbahnen 212 abgehoben sind, wenn der Rotor 192 rotiert.To the contact tracks 212 are sliding contacts 214 applied. With arrows 216 movement units are indicated. The movement units 216 allow the sliding contacts 214 controlled to the contact tracks 212 to put on or move away from them. In this way, it is possible in the manner already described, the rotor 192 contact only at standstill while the sliding contacts 214 from the contact tracks 212 are lifted off when the rotor 192 rotates.

Bei dem alternativen Ausführungsbeispiel eines Übertragungsabschnittes 202b gemäß 8 werden eine erste Spule 218 am Rotor 192 sowie eine zweite Spule 220 in gerätefester Anordnung verwendet, die auf induktivem Wege eine Übertragung von Versorgungsenergie und/oder Signalen gestatten.In the alternative embodiment of a transmission section 202b according to 8th become a first coil 218 on the rotor 192 as well as a second coil 220 used in a device-fixed arrangement, which allow the transmission of supply energy and / or signals by inductive means.

9 zeigt einen 3D-Scanner 230 mit einem Rotor 232, der in der bereits beschriebenen Weise um eine erste, vorzugsweise horizontale Achse 234 rotieren kann, wie mit einem Pfeil 236 angedeutet. Eine Drehbarkeit um eine zweite, z.B. eine vertika le Achse, ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung nicht vorgesehen. 9 shows a 3D scanner 230 with a rotor 232 , in the manner already described about a first, preferably horizontal axis 234 can rotate like an arrow 236 indicated. A rotatability about a second, for example a vertical axis, is not provided in this embodiment of the invention.

Der Rotor 232 ist fliegend in zwei axial beabstandeten Lagern 238 eines Gehäuses 240 gelagert und über einen Flansch 242 antreibbar. Eine Lichtquelle 248 erzeugt einen Sendestrahl 250, und die vom Objekt reflektierten Empfangsstrahlen 252 fallen in der beschriebenen Weise auf einen zur ersten Achse 234 geneigten Spiegel 246. Der Spiegel 246 kann – z.B. analog zum Ausführungsbeispiel gemäß 2 – als separates Bauelement, oder – z.B. analog zum Ausführungsbeispiel gemäß 5A – als Verspiegelung eines Teiles des Rotors 232 ausgebildet sein.The rotor 232 is flying in two axially spaced bearings 238 of a housing 240 stored and over a flange 242 drivable. A source of light 248 generates a broadcast beam 250 , and the reception beams reflected by the object 252 fall on the first axis in the manner described 234 inclined mirror 246 , The mirror 246 can - for example, analogous to the embodiment according to 2 - As a separate component, or - For example, analogous to the embodiment according to 5A - As a mirror of part of the rotor 232 be trained.

Der gesamte Scanner 230 kann mittels nicht dargestellter Antriebsmittel entlang eines linearen Weges verfahren werden, und zwar vorzugsweise derart, dass die erste Achse 234 parallel zu dem Weg ausgerichtet ist. Auf diese Weise können z.B. Tunnel vermessen werden. Man erkennt aus 9, dass infolge der fliegenden Lagerung des Rotors 232 bei diesem Beispiel keine Abschattung an einem Stativ oder dergleichen stattfindet.The entire scanner 230 can be moved along a linear path by means of drive means, not shown, and preferably in such a way that the first axis 234 is aligned parallel to the path. In this way, for example, tunnels can be measured. You can tell 9 that due to the flying bearing of the rotor 232 in this example there is no shading on a tripod or the like.

10 zeigt in gleicher Darstellung einen 3D-Scanner 260 mit einem Rotor 262, der um eine erste, vorzugsweise horizontale Achse 264 rotieren kann, wie mit einem Pfeil 266 angedeutet. Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist wiederum eine Drehbarkeit um eine zweite, z.B. eine vertikale Achse 268 vorgesehen. 10 shows in the same representation a 3D scanner 260 with a rotor 262 which around a first, preferably horizontal axis 264 can rotate like an arrow 266 indicated. In this exemplary embodiment of the invention, there is again a rotatability about a second, for example a vertical axis 268 intended.

Eine Lichtquelle 272 erzeugt einen Sendestrahl 274, und die vom Objekt reflektierten Empfangsstrahlen 278 fallen in der beschriebenen Weise auf einen zur ersten Achse 264 geneigten Spiegel 276. Hinsichtlich des Spiegels 276 gilt sinngemäß das selbe, was weiter oben zum Spiegel 246 in 9 gesagt wurde.A source of light 272 generates a broadcast beam 274 , and the reception beams reflected by the object 278 fall on the first axis in the manner described 264 inclined mirror 276 , Regarding the mirror 276 the same applies analogously to the mirror above 246 in 9 was said.

Das Besondere an diesem Ausführungsbeispiel besteht darin, dass die Lichtquelle 272 sich axial neben dem Spiegel 276 befindet. Wichtig ist dabei, dass die zweite Achse 268 mit dem Sendestrahl 274 zusammenfällt, dieser sich also nicht um die zweite Achse 268 dreht.The special thing about this embodiment is that the light source 272 itself axially next to the mirror 276 located. It is important that the second axis 268 with the broadcast beam 274 coincides, so it is not about the second axis 268 rotates.

Claims (12)

3D-Scanner mit einer Lichtquelle (30; 120; 162; 248; 272) zum Erzeugen eines Sendestrahles (32; 124; 168; 250; 274), mit Mitteln, die mindestens um eine erste Achse (12; 122; 210; 234; 264) drehbar sind, zum Aussenden des Sendestrahles (32; 124; 168; 250; 274) zu einem zu vermessenden Objekt, von dem der Sendestrahl (32; 124; 168; 250; 274) als Empfangsstrahlen (34; 126; 252; 278) reflektiert wird, und mit einem synchron zu den Mitteln um die erste Achse (12; 122; 210; 234; 264) drehbaren Spiegel (36; 91; 111; 149; 246; 276) zum Empfangen der Empfangsstrahlen (34; 126; 252; 278), wobei der Spiegel (36; 91; 111; 149; 246; 276) in einem Rotor (81; 101; 141; 192) um einen Winkel (α) von vorzugsweise 45° zu der ersten Achse (12; 122; 210) geneigt angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (81; 101; 141; 192) mindestens teilweise aus einem optisch transparenten Werkstoff (94; 114; 152) besteht und mehrteilig (84, 86; 104, 106; 142, 144) ist, und dass der Spiegel (91; 111; 149) als Verspiegelung (92; 112; 150; 184) auf einer Oberfläche (90; 90; 110; 148; 182) eines der Teile (86; 106; 144) des Rotors (81; 101; 141; 192) ausgebildet ist.3D scanner with one light source ( 30 ; 120 ; 162 ; 248 ; 272 ) to generate a transmission beam ( 32 ; 124 ; 168 ; 250 ; 274 ), with means that are at least about a first axis ( 12 ; 122 ; 210 ; 234 ; 264 ) are rotatable, for emitting the transmission beam ( 32 ; 124 ; 168 ; 250 ; 274 ) to an object to be measured, from which the transmission beam ( 32 ; 124 ; 168 ; 250 ; 274 ) as receiving beams ( 34 ; 126 ; 252 ; 278 ) is reflected, and with a synchronous to the means around the first axis ( 12 ; 122 ; 210 ; 234 ; 264 ) rotating mirror ( 36 ; 91 ; 111 ; 149 ; 246 ; 276 ) for receiving the received beams ( 34 ; 126 ; 252 ; 278 ), the mirror ( 36 ; 91 ; 111 ; 149 ; 246 ; 276 ) in a rotor ( 81 ; 101 ; 141 ; 192 ) by an angle (α) of preferably 45 ° to the first axis ( 12 ; 122 ; 210 ) is arranged inclined, characterized in that the rotor ( 81 ; 101 ; 141 ; 192 ) at least partially made of an optically transparent material ( 94 ; 114 ; 152 ) consists of several parts ( 84 . 86 ; 104 . 106 ; 142 . 144 ) and that the mirror ( 91 ; 111 ; 149 ) as mirroring ( 92 ; 112 ; 150 ; 184 ) on one surface ( 90 ; 90 ; 110 ; 148 ; 182 ) one of the parts ( 86 ; 106 ; 144 ) of the rotor ( 81 ; 101 ; 141 ; 192 ) is trained. Scanner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (81; 101; 141; 192) eine im wesentlichen zylindrische Gestalt aufweist, dass die erste Achse (122; 210) die Längsachse des Rotors (81; 101; 141; 192) ist, und dass die Verspiegelung (92; 112; 150; 184) in einer um vorzugs weise 45° zur Längsachse geneigten Trennebene (88; 108; 146) zwischen zwei Teilen (84, 86; 104, 106; 142, 144) des Rotors (81; 101; 141; 192) ausgebildet ist.Scanner according to claim 1, characterized in that the rotor ( 81 ; 101 ; 141 ; 192 ) has a substantially cylindrical shape that the first axis ( 122 ; 210 ) the longitudinal axis of the rotor ( 81 ; 101 ; 141 ; 192 ) and that the mirroring ( 92 ; 112 ; 150 ; 184 ) in a parting plane inclined at 45 ° to the longitudinal axis ( 88 ; 108 ; 146 ) between two parts ( 84 . 86 ; 104 . 106 ; 142 . 144 ) of the rotor ( 81 ; 101 ; 141 ; 192 ) is trained. Scanner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (120; 162) und der Spiegel (91; 111; 149) in einem gemeinsamen Rotor (81; 101; 141; 192) angeordnet sind, der um die erste Achse (122; 210) sowie vorzugsweise auch um die zweite Achse (123; 211) drehbar ist.Scanner according to claim 1 or 2, characterized in that the light source ( 120 ; 162 ) and the mirror ( 91 ; 111 ; 149 ) in a common rotor ( 81 ; 101 ; 141 ; 192 ) are arranged around the first axis ( 122 ; 210 ) and preferably also around the second axis ( 123 ; 211 ) is rotatable. Scanner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel (91; 111; 149) in dem Rotor (81; 101; 141; 192) und die Lichtquelle (120; 162) außerhalb des Rotors (81; 101; 141; 192) angeordnet sind, und dass der Sendestrahl (124; 168) von dem Spiegel (36; 91; 111; 149) abgelenkt wird.Scanner according to claim 1 or 2, characterized in that the mirror ( 91 ; 111 ; 149 ) in the rotor ( 81 ; 101 ; 141 ; 192 ) and the light source ( 120 ; 162 ) are arranged outside the rotor (81; 101; 141; 192) and that the transmission beam ( 124 ; 168 ) from the mirror ( 36 ; 91 ; 111 ; 149 ) is distracted. Scanner nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (81; 101; 141; 192) an seinem Umfang mit einem ersten, ein ebenes Fenster (28) bildenden Zylindermantelabschnitt (74) versehen ist.Scanner according to one or more of claims 2 to 4, characterized in that the rotor ( 81 ; 101 ; 141 ; 192 ) at its perimeter with a first, a flat window ( 28 ) forming cylinder jacket section ( 74 ) is provided. Scanner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (81; 101; 141; 192) auf der dem ersten Zylindermantelabschnitt (74) gegenüberliegenden Seite mit einer Unwuchtkompensation versehen ist.Scanner according to claim 5, characterized in that the rotor ( 81 ; 101 ; 141 ; 192 ) on the first cylinder jacket section ( 74 ) on the opposite side is provided with an unbalance compensation. Scanner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Unwuchtkompensation als zweiter, eine ebene Fläche bildender Zylindermantelabschnitt (76) ausgebildet ist.Scanner according to claim 6, characterized in that the unbalance compensation as a second, cylindrical surface section forming a flat surface ( 76 ) is trained. Scanner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (81; 101; 141; 192) eine Linse (116; 145) zum Bündeln der Empfangsstrahlen (126) auf einen Brennpunkt (128) aufweist.Scanner according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that the rotor ( 81 ; 101 ; 141 ; 192 ) a lens ( 116 ; 145 ) for bundling the received beams ( 126 ) to a focus ( 128 ) having. Scanner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (116; 145) in Ausbreitungsrichtung der Empfangsstrahlen (126) hinter dem Spiegel (91; 111; 149) angeordnet ist.Scanner according to claim 8, characterized in that the lens ( 116 ; 145 ) in the direction of propagation of the received beams ( 126 ) behind the mirror ( 91 ; 111 ; 149 ) is arranged. Scanner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (96; 116; 154) einstÜckig mit einem Teil (86; 106; 144) des Rotors (81; 101; 141) ausgebildet ist.Scanner according to one or more of claims 1 to 9, characterized in that the lens ( 96 ; 116 ; 154 ) in one piece with one part ( 86 ; 106 ; 144 ) of the rotor ( 81 ; 101 ; 141 ) is trained. Scanner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sendestrahl (168) im Rotor (141) entlang eines optischen Pfades (156, 174) geführt wird, und dass der Pfad (156, 174) von einer Auskleidung (160, 178) aus optisch absorbierendem Werkstoff umgeben ist.Scanner according to one or more of claims 1 to 10, characterized in that the transmission beam ( 168 ) in the rotor ( 141 ) along an optical path ( 156 . 174 ) and that the path ( 156 . 174 ) from a lining ( 160 . 178 ) is surrounded by an optically absorbent material. Scanner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (192) mit einer um die erste (210) und/oder die zweite (123; 211) Achse verlaufenden Markierung (206) versehen ist, die mit einem gerätefesten Sensor (208) zusammenwirkt.Scanner according to one or more of claims 1 to 11, characterized in that the rotor ( 192 ) with one around the first ( 210 ) and / or the second ( 123 ; 211 ) Axis marking ( 206 ) is provided with a device-fixed sensor ( 208 ) interacts.
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