DE102011121115B4

DE102011121115B4 - Laser-Scanner und Verfahren zur Vermessung von Zielräumen

Info

Publication number: DE102011121115B4
Application number: DE102011121115.6A
Authority: DE
Inventors: Johannes Riegl
Original assignee: Riegl Laser Measurement Systems GmbH
Current assignee: Riegl Laser Measurement Systems GmbH
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2014-11-13
Anticipated expiration: 2031-12-15
Also published as: CH704286B9; DE102011121115A1; CH704286A2; AT510579A4; CH704286B1; AT510579B1

Abstract

Laser-Scanner zur Vermessung von Zielräumen, der einen Laser-Entfernungsmesser nach einem Signal-Laufzeitverfahren umfasst, mit einer Sendeeinrichtung zum Aussenden von Laser-Strahlen und einer Empfangseinrichtung zum Empfangen von Laser-Strahlung, die von im Zielraum befindlichen Objekten reflektiert worden ist, wobei sowohl der Sende- als auch der Empfangseinrichtung optische Systeme vorgeschaltet sind, ferner mit einer Scan-Einrichtung zur Ablenkung der optischen Achsen der Sende- und Empfangs-Einrichtung in vorzugsweise zwei orthogonale Richtungen, wobei die mittlere Winkelgeschwindigkeit ωM in zumindest einer der beiden Scan-Richtungen (α, φ) verstellbar ist, ferner mit einer Auswerte-Einrichtung, die aus der Laufzeit der empfangenen Lasersignale Entfernungswerte ermittelt und vorzugsweise auch die Signalamplitude erfasst und die Auswerte-Einrichtung über eine Summationsstufe zur Aufsummierung der Echosignale verfügt und die Anzahl der aufsummierten Echopulse wählbar ist, wobei jedem Messwert ein Raumwinkel zugeordnet ist, so dass vom Zielraum ein 3D-Datensatz, bzw. eine entsprechende Punktwolke erzeugt wird und zu jedem Messpunkt die Entfernung, die beiden Ablenkwinkel und gegebenenfalls die Amplitude erfasst und in einem Datenspeicher abgelegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (20) vorgesehen ist, durch welche der Laser-Scanner in mindestens zwei verschiedene Modi verstellbar ist, wobei in einem ersten Modus der Antrieb (33, 34) der Scan-Einrichtung (6) diese mit hoher, konstanter Winkelgeschwindigkeit ω betreibt und in der Auswerte-Einrichtung (25) die einzelnen Echosignale direkt, das heißt ohne Aufsummierung auswertbar sind und in einem weiteren Modus der Antrieb (33, 34) der Scan-Einrichtung (6) diese mit reduzierter, mittlerer Winkelgeschwindigkeit ωM betreibt und die Echosignale in der Aufsummierungsstufe (24) aufsummiert und aus den aufsummierten Echosignalen Mittelwerte bildet, aus welchen in der Auswerte-Einrichtung (25) Entfernungswerte berechenbar sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Laser-Scanner zur Vermessung von Zielräumen sowie auf Verfahren zur Vermessung von Zielräumen unter Verwendung der erfindungsgemäßen Laser-Scanner. Diese Laser-Scanner umfassen Laser-Entfernungsmesser nach einem Signal-Laufzeitverfahren. Solche Entfernungsmesser verfügen über eine Sendeeinrichtung zum Aussenden von Laser-Strahlen, insbes. von Laserpulsen und eine Empfangseinrichtung zum Empfangen von Laser-Strahlung, die von im Zielraum befindlichen Objekten reflektiert worden ist. Sowohl der Sende- als auch der Empfangseinrichtung sind optische Systeme vorgeschaltet, die jeweils eine optische Achse definieren. Der Laser-Scanner verfügt ferner über eine Scan-Einrichtung zur Ablenkung der optischen Achsen der Sende- und Empfangs-Einrichtung in vorzugsweise zwei orthogonale Richtungen, wobei die mittlere Winkelgeschwindigkeit ω_M in zumindest einer der beiden Scan-Richtungen (α, φ) verstellbar ist. Laser-Scanner mit variabler Winkelgeschwindigkeit sind an sich bekannt (vgl. hierzu die US Anmeldeschrift US 2005/0195459 A1, Eric Hoffman et al.)
Der Laser-Scanner umfasst weiter eine Auswerte-Einrichtung, die aus der Laufzeit der empfangenen Lasersignale Entfernungswerte ermittelt und vorzugsweise auch die Signalamplitude erfasst. Die Auswerte-Einrichtung des Laser-Scanners weist ferner eine Summationsstufe zur Aufsummierung der Echosignale auf, wobei die Anzahl der aufsummierten Echopulse wählbar ist. Mit Hilfe solcher Summierungsstufen kann die Signalqualität der Echo-Impulse, insbes. das Signal/Rauschverhältnis in an sich bekannter Weise verbessert werden (Eine entsprechende Einrichtung ist beispielsweise in der Patentschrift AT 501 456 B1 , Riegl beschrieben)
Bei der Auswertung wird jedem einzelnen Messwert ein Raumwinkel zugeordnet, so dass vom Zielraum ein 3D-Datensatz, bzw. eine entsprechende Punktwolke erzeugt wird und zu jedem Messpunkt die Entfernung, die beiden Ablenkwinkel und gegebenenfalls die Amplitude erfasst und in einem Datenspeicher abgelegt werden.
AT 412 032 B offenbart einen Laserscanner mit einem einen Raumbereich abtastenden Laserstrahl, um auf diese Weise ein 3D-Modell der Umgebung zu erstellen. Zur Vermessung werden dabei Retro-Reflektoren in der Umgebung aufgestellt. Der Laserscanner kann in verschiedenen Mess-Modi umgeschaltet werden, in welchen ein Teilbereich des Objektfelds mit geringerer Abtastrate und damit höherer räumlicher Auflösung gescannt wird.
Aus der DE 11 2007 000 792 T5 ist es bekannt, beim Laserscannen nach Diskontinuitäten in dem aufgezeichneten Entfernungsprofil zu suchen, um dann einen bessere räumliche Auflösung an diesen Diskontinuitäten durch erneutes Scannen zu erzielen, so dass interessante Punkte mit feinerer Auflösung gemessen werden können.
Aus der DE 36 20 226 A1 ist es bekannt, die Auflösung eines Laserscanners durch Aufsummieren mehrerer Messungen zu verbessern.
Bei großen Messdistanzen oder auch bei Zielen, die hoch reflektierende Oberflächen aufweisen, können die Echosignale sehr geringe Amplituden aufweisen, so dass die Messungen mit relativ großen Unsicherheiten behaftet sind bzw. eine Auswertung der Echosignale überhaupt nicht mehr möglich ist.
Um auch unter solchen extremen Bedingungen noch eine Vermessung mit einer entsprechenden Messgenauigkeit zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, eine Steuereinrichtung vorzusehen, durch welche der Laser-Scanner in mindestens zwei verschiedene Modi verstellbar ist, wobei in einem ersten Modus der Antrieb der Scan-Einrichtung diese mit hoher, konstanter Winkelgeschwindigkeit ω betreibt und in der Auswerte-Einrichtung die einzelnen Echosignale direkt, das heißt ohne Aufsummierung auswertbar sind. In einem weiteren Modus wird der Antrieb der Scan-Einrichtung mit reduzierter, mittlerer Winkelgeschwindigkeit ω_M betrieben. Gleichzeitig werden Echosignale in der Aufsummierungsstufe aufsummiert und aus den aufsummierten Echosignalen Mittelwerte gebildet, aus welchen in der Auswerte-Einrichtung Entfernungswerte berechenbar sind.
In einer ersten Ausführungsform der Erfindung betreibt die Steuereinrichtung durch welche der Laser-Scanner in mindestens zwei verschiedene Modi verstellbar ist im zweiten bzw. weiteren Modus den Antrieb der Scan-Einrichtung mit reduzierter, konstanter Winkelgeschwindigkeit ω_M.
In einer anderen Variante der Erfindung betreibt die Steuereinrichtung, durch welche der Laser-Scanner in mindestens zwei verschiedene Modi verstellbar ist, im zweiten bzw. weiteren Modus den Antrieb der Scan-Einrichtung periodisch, intermittierend mit einer geringen mittleren Winkelgeschwindigkeit ω_M., wobei in Stillstandsphasen der Scan-Einrichtung die Aufsummierungsstufe die Echosignale aufsummiert und aus den aufsummierten Echosignalen Mittelwerte bildet, aus welchen in der Auswerte-Einrichtung Entfernungswerte berechenbar sind
Vorteilhaft ist eine Verknüpfung zwischen dem Geschwindigkeitsregler der Scan-Einrichtung und der Aufsummierungsstufe für die Echo-Impulssignale vorgesehen, durch welche bei einer Reduktion der mittleren Scan-Geschwindigkeit die Anzahl der zur Berechnung des Mittelwerts herangezogenen Messwerte vergrößerbar ist.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Vermessung von Zielräumen wird ein Zielraum in einem ersten Schritt durch den Laser-Scanner in einem ersten Modus abgetastet, in welchem die Auswerte-Einrichtung des Laser-Entfernungsmessers den Echo-Impuls jedes einzelnen Laserpulses auswertet und damit einen 3D-Datensatz bzw. eine entsprechende Punktwolke erzeugt. Das Ergebnis dieser ersten Vermessung wird anschließend auf Bereiche untersucht, aus welchen keine verwertbaren Echo-Impulse eingelangt sind. Es können auch aus fotografischen Aufnahmen bzw. aus Amplitudenbildern des Laser-Scanners Bereiche bestimmt werden, aus welchen mit hoher Wahrscheinlichkeit keine verwertbaren Echo-Signale zu erwarten sind, welche Bereiche aber für die Vermessung des Zielraumes von wesentlicher Bedeutung sein könnten. Solche Bereiche werden in einem zweiten Schritt und in einem zweiten Modus des Laser-Scanners vermessen, in welchem die mittlere Scan-Geschwindigkeit ω_M, vorzugsweise bei im Wesentlichen gleicher Impulsfolgefrequenz, reduziert ist und die Echo-Impulse zur Verbesserung des Signal-/Rauschverhältnisses aufsummiert und gemittelt werden. Die auf diese Weise ermittelten 3D-Datensätze bzw. Punktwolken werden in einem dritten Schritt mit den Ergebnissen einer im ersten Modus des Laser-Scanners durchgeführten Vermessung verknüpft.
In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung wird die Scann-Einrichtung im zweiten Modus mit einer konstanten, reduzierten Geschwindigkeit betrieben. In einer anderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Scan-Einrichtung während der Aussendung von Impulsen stillgesetzt und der Mess-Strahl durch die Scan-Einrichtung schrittweise in die folgenden Messpositionen geschwenkt.
Es ist zweckmäßig, bei einer Reduktion der mittleren Scan-Geschwindigkeit ω_M im zweiten Modus auf einen Wert von ω_M/N, die Echoimpulse über N Impulsperioden aufzusummieren und zu mitteln, wobei bevorzugt ein gleitender Mittelwert berechnet wird.
Vorteilhaft wird bei einem Wert N kleiner als ein vorgegebener Schwellwert der Antrieb der Scan-Einrichtung diese mit einer konstanten Geschwindigkeit antreiben, bei N größer/gleich dem vorgegebenen Schwellwert die Scan-Einrichtung aber schrittweise betreiben, so dass während der Vermessung eines Punktes im Zielraum der Messstrahl im Wesentlichen stationär bleibt.
Werden bei der Abtastung des Zielraumes im ersten Verfahrensschritt nur die Amplitudenwerte gemessen, so werden anschließend die Bereiche, die in weiteren Verfahrensschritten mit reduzierter mittlerer Scan-Geschwindigkeit ω_M abgetastet werden sollen, durch die Signalamplituden definiert. Diese Bereiche enthalten Messpunkte, deren Echo-Signalamplituden unter einem vorgegebenen Pegel liegen.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die Zeichnung. In dieser zeigt die 1 im Axialschnitt und schematisch den mechanischen und optischen Aufbau des erfindungsgemäßen Laser-Scanner. Die 2 stellt schematisch, in Form eines Blockschaltbildes, den elektronischen Aufbau des Gerätes dar. Die Diagramme gemäß 3 veranschaulichen die Schwenkbewegungen des Scan-Spiegels in den verschiedenen Modi, sowie die zugehörigen „Foot-Prints”. Die 4 zeigt als Monitorbild beispielhaft einen zu vermessenden Zielraum.
In der 1 ist der optische Aufbau und die zugehörige Mechanik des Laser-Scanners dargestellt. Mit 1 ist ein Halbleiter-Laser bezeichnet, dessen Strahl 7 durch eine Linse 2 auf einen Spiegel 3 gelenkt wird. Durch den Spiegel 3 wird der Strahl 7 auf den Schwingspiegel 6 gerichtet, wobei er durch eine Bohrung 4 im Spiegel 5 durchtritt. Der Schwingspiegel 6 ist um eine horizontale Welle 8, die durch die Spiegeloberfläche verläuft schwenkbar (Winkel α). Die Welle 8 ist in einem Lagerbock 9 gelagert, der um eine Achse 10 schwenkbar gelagert ist (Winkel φ). Die Achse 10 ist mit der optischen Achse des Strahles 7 identisch. Die entsprechenden Lager des Lagerbocks 9 sind in der Zeichnung mit 11 bezeichnet, der Antriebsmotor mit 12. Durch einen Winkeldecoder 13 wird die jeweilige Winkelstellung φ des Lagerbocks ermittelt. In analoger Weise ist der Antrieb der Welle 8 des Schwingspiegels 6 mit einem Antriebsmotor und einem Winkeldecoder ausgestattet (Ist in der Zeichnung nicht dargestellt.)
Durch die oszillierenden Bewegungen des Schwingspiegels um die beiden Achsen tastet der Laserstrahl 7 einen entsprechenden Raumwinkel ab. Der Strahl 7 wird an Objekten im Zielraum, im Allgemeinen diffus, reflektiert. Ein Teil dieser reflektierten Strahlung trifft auf den Schwingspiegel 6 und wird durch diesen auf den Spiegel 5 gerichtet. Dieser lenkt die Strahlung auf eine Optik 14, welche sie auf eine Fotodiode 15 fokussiert. Zwischen den Spiegeln 5 und 6 sind der Laser-Sendestrahl 7 und der von den Zielen reflektierte Strahl koaxial, der Spiegel 5 mit seiner Bohrung 4 fungiert als Strahlteiler.
An Hand des Blockschaltbildes gemäß 2 wird der erfindungsgemäße Laser-Scanner sowie das Verfahren zur Vermessung von Zielräumen unter Verwendung eines solchen Laser-Scanners näher erläutert. Die Steuerung des Laser-Scanners gemäß der Erfindung erfolgt primär durch den Prozessor 20. Der Prozessor 20 wird durch einen Clock-Generator 21 getaktet und steuert den Laser 1 an, der periodisch Laserimpulse hoher Leistung aussendet. Die von den Zielen reflektierten Echo-Impulse werden von der Fotodiode 15 in elektrische Signale umgesetzt, im Verstärker 22 verstärkt und im A/D-Wandler 23 digitalisiert. Die entsprechenden Samplingwerte werden in der Stufe 24 aufsummiert. Aus diesen Werten werden schließlich Mittelwerte gebildet, die der Auswertestufe 25 zugeleitet werden.
Mit einem Lichtleiter 26 wird aus dem Randbereich des vom Laser 1 emittierten Strahles ein kleiner Teil abgezweigt und direkt der Fotodiode 15 zugeführt. Der auf diese Weise gewonnene Impuls wird als Startimpuls gewertet. In der Auswertestufe 25 wird die Laufzeit zwischen der Aussendung des Laser-Impulses und dem Eintreffen der Echosignale berechnet und aus dieser die Entfernung zwischen dem Laser-Scanner und dem Ziel ermittelt.
Der Prozessor 20 kommuniziert mit allen Komponenten des Laser-Scanners über einen Datenbus. Mit 27 ist der Programmspeicher des Prozessors 20 bezeichnet, 28 und 29 sind Speicher für die in einer ersten bzw. zweiten Messung ermittelten 3D-Datensätze bzw. Punktwolken. Im Speicher 30 wird die aus den verschiedenen Messungen resultierende Punktwolke abgelegt.
Vom Verstärker 22 werden Amplitudenwerte der Echoimpulse abgeleitet, die dem Amplitudenspeicher 31 zugeleitet werden, der am Ende einer Messung einen 2D-Datensatz des Zielraumes enthält. Das entsprechende Amplitudenbild kann auf dem Monitor 42 (in 4) des Rechners 32 dargestellt werden und als Basis für die Entscheidung bezüglich weiterer Messungen dienen.
Die Stufe 33 steuert den Antriebsmotor 12 des Schwingspiegels 6 entsprechend den vorn Prozessor 20 erhaltenen Befehlen an und empfängt auf der anderen Seite die vom Winkeldecoder 13 gelieferten aktuellen Winkelwerte φ in Bezug auf die vertikale Achse des Schwingspiegels 6. In analoger Weise wird der Spiegel 6 durch die Stufe 34 bezüglich der horizontalen Achse (Welle 8) der Scan-Einrichtung angesteuert und empfängt andererseits die aktuell eingestellten Winkelwerte α Die Winkelwerte φ und α stehen über den Datenbus 26 sämtlichen anderen Stufen des Systems zur Verfügung und werden zusammen mit den von der Auswerte-Einrichtung gelieferten Entfernungswerten in den Speichern 28 bis 30 abgelegt und ergeben zusammen mit den vom Verstärker 22 abgeleiteten Amplitudenwerten das im Speicher 31 abgelegte 2D-Amplitudenbild. Über den PC 33 können die in den Speichern 28 bis 3l abgelegten Datensätze zur weiteren Verarbeitung bzw. Speicherung ausgelesen werden.
Der Ablauf einer Messung wird an Hand der Diagramme gemäß 3 näher erläutert. In dem Diagramm (3a) ist eine Folge von Sendeimpulsen mit konstanter Impulsfolgefrequenz über der Zeit aufgetragen, in dem Diagramm darüber (3b) die Ablenkwinkel α bzw. φ über der gleichen Zeitachse. Der Zielraum wird in einem ersten Schritt abgetastet, wobei die Verstellgeschwindigkeiten des Schwingspiegels 6 um seine beiden Schwenkachsen den Maximalgeschwindigkeiten entsprechen und während der Messung im Wesentlichen konstant sind. Die entsprechende Linie ist in 3b mit 35 bezeichnet. Die Echosignale jedes einzelnen Sendeimpulses werden in der Auswertestufe 25 zusammen mit dem zugehörigen Startimpuls ausgewertet und ein Entfernungswert ermittelt, der zusammen mit den zugehörigen Winkel α und φ in dem Speicher 28 abgelegt wird. In dieser Betriebsart (Modus 1) unterbleibt eine Aufsummierung der Impulse bzw. der Samplewerte in der Stufe 24. Die Kreise 36 im Diagramm 3c veranschaulichen schematisch die Messflecke bzw. Footprints im Zielraum. Nach Abschluss der Messung wird das Ergebnis derselben am Monitor des PCs 33 gezeigt, wobei die Entfernungswerte in Falschfarben oder Graustufen dargestellt werden. Haben sich im Zielraum stark spiegelnde Objekte befunden, so können die entsprechenden Echosignale einen so geringen Pegel aufweisen, dass sie gegenüber dem Rauschen nicht differenziert werden können. Dasselbe trifft auch für sehr weit entfernte Objekte zu. In einem zweiten Verfahrensschritt werden Bereiche, aus welchen keine brauchbaren Signale empfangen worden sind, welche aber von Interesse sein könnten markiert, bei anderen Bereichen unterbleibt eine solche Markierung. So wird im Allgemeinen der Himmel, von wo ja keine Echos zu erwarten sind, nicht für eine weitere Bearbeitung markiert werden.
In einem dritten Verfahrensschritt wird der Laser-Scanner aus dem oben beschriebenen ersten Modus in einen zweiten Modus umgeschaltet in dem die Scan-Geschwindigkeiten reduziert sind und die Echo-Impulse bzw. die Samplewerte in der Stufe 24 aufsummiert und gemittelt werden. Durch die Aufsummierung und Mittelwertbildung wird das Signal-/Rauschverhältnis in bekannter Weise verbessert. Der Reduktionsfaktor für die Scan-Geschwindigkeiten, kann je nach Bedarf am PC 33 eingestellt werden, dasselbe trifft auch für die Anzahl der aufzusummierenden Echosignale zu. Die beiden Werte können in einer vorteilhaften Ausführung miteinander verknüpft sein, so dass bei Eingabe eines der beiden Werte automatisch der zweite Wert in optimaler Größe eingestellt wird.
Der Verlauf der Scan-Winkel α bzw. φ im Modus 2 ist im Diagramm 3b als Linie 37 dargestellt, der zugehörige Footprint ist mit 38 bezeichnet. Die aus den markierten Bereichen des Zielraumes stammenden Entfernungswerte werden zusammen mit den Scan-Winkeln α bzw. φ in dem Speicher 29 abgelegt. Durch Zusammenführen der in den Speichern 28 und 29 abgelegten 3D-Datensätzen bzw. Punktwolken wird ein resultierender 3D-Datensatz bzw. eine Punktwolke erzeugt, die den gesamten Zielraum erfasst und zwar die Bereiche, die bereits im 1. Modus ausreichende Echosignale liefern als auch jene Bereiche, aus welchen im 1. Modus keine auswertbaren Echosignale registriert werden können, welche aber im 2. Modus durch Reduktion der Scan-Geschwindigkeit in Verbindung mit einer Mittelwertbildung der Echosignale entsprechende Entfernungswerte ermittelt worden sind.
Der Vergrößerung der Anzahl der für die Mittelwertbildung zu summierenden Echosignale sind aber Grenzen gesetzt: Wie aus der 3c ersichtlich ist, nehmen die Footprints 38 eine lang gestreckte Form mit relativ großer Länge an, wodurch die Genauigkeit der Vermessung beeinträchtigt wird. Ist eine noch größere Anzahl von Echosignalen zur Mittelwertbildung erforderlich um zu einer brauchbaren Signalqualität zu gelangen, so wird der Schwingspiegel 6 nicht kontinuierlich, sondern in Winkelschritten verstellt. Die Kurve 40 in 3b zeigt den entsprechenden Bewegungsverlauf im 3. Modus. Der Schwingspiegel 6 führt einen ersten Schritt aus, verharrt dann in dieser Position und macht schließlich den nächsten Schritt. Die Footprints 41, die sich während einer stationären Phase des Spiegels 6 ergeben überlappen sich und entsprechen in Form und Abmessung im Wesentlichen denen vom 1. Modus (Pos. 36). Die gegenüber den Ergebnissen des 2. Modus deutlich verbesserte Qualität der Messung wird allerdings durch eine wesentlich längere Messzeit erkauft.
Die Festlegung der Bereiche, die im Modus 2 oder 3 abgetastet werden erfolgt an Hand von Bildern, die sich als Resultat der Messung im 1. Modus ergeben, aus Aufnahmen mit Digitalkameras, (die gegebenenfalls in den Laserscanner integriert sein können) oder an Hand von Amplitudenbildern, die vom Laserscanner abgeleitet werden. Die von den verschiedenen Systemen abgeleiteten Bilder können auch zu einem resultierenden Bild kombiniert werden. In der 4, welche den Bildschirm 42 des Computers 32 zeigt, ist ein solches, kombiniertes Bild dargestellt. Der Vordergrund 43, der sehr hohe Kontrastwerte zeigt, stammt aus einer Vermessung im Modus 1, der Hintergrund 44 mit sehr geringem Kontrast ist mit einer Digitalkamera aufgenommen worden. Dieser Bildteil könnte aber auch aus einem vom Laser-Scanner aufgenommenen 2D-Amplitudenbild stammen.

Claims

Laser-Scanner zur Vermessung von Zielräumen, der einen Laser-Entfernungsmesser nach einem Signal-Laufzeitverfahren umfasst, mit einer Sendeeinrichtung zum Aussenden von Laser-Strahlen und einer Empfangseinrichtung zum Empfangen von Laser-Strahlung, die von im Zielraum befindlichen Objekten reflektiert worden ist, wobei sowohl der Sende- als auch der Empfangseinrichtung optische Systeme vorgeschaltet sind, ferner mit einer Scan-Einrichtung zur Ablenkung der optischen Achsen der Sende- und Empfangs-Einrichtung in vorzugsweise zwei orthogonale Richtungen, wobei die mittlere Winkelgeschwindigkeit ω_M in zumindest einer der beiden Scan-Richtungen (α, φ) verstellbar ist, ferner mit einer Auswerte-Einrichtung, die aus der Laufzeit der empfangenen Lasersignale Entfernungswerte ermittelt und vorzugsweise auch die Signalamplitude erfasst und die Auswerte-Einrichtung über eine Summationsstufe zur Aufsummierung der Echosignale verfügt und die Anzahl der aufsummierten Echopulse wählbar ist, wobei jedem Messwert ein Raumwinkel zugeordnet ist, so dass vom Zielraum ein 3D-Datensatz, bzw. eine entsprechende Punktwolke erzeugt wird und zu jedem Messpunkt die Entfernung, die beiden Ablenkwinkel und gegebenenfalls die Amplitude erfasst und in einem Datenspeicher abgelegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (20) vorgesehen ist, durch welche der Laser-Scanner in mindestens zwei verschiedene Modi verstellbar ist, wobei in einem ersten Modus der Antrieb (33, 34) der Scan-Einrichtung (6) diese mit hoher, konstanter Winkelgeschwindigkeit ω betreibt und in der Auswerte-Einrichtung (25) die einzelnen Echosignale direkt, das heißt ohne Aufsummierung auswertbar sind und in einem weiteren Modus der Antrieb (33, 34) der Scan-Einrichtung (6) diese mit reduzierter, mittlerer Winkelgeschwindigkeit ω_M betreibt und die Echosignale in der Aufsummierungsstufe (24) aufsummiert und aus den aufsummierten Echosignalen Mittelwerte bildet, aus welchen in der Auswerte-Einrichtung (25) Entfernungswerte berechenbar sind.
Laser-Scanner nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet dass, die Steuereinrichtung (20), durch welche der Laser-Scanner in mindestens zwei verschiedene Modi verstellbar ist im zweiten bzw. weiteren Modus den Antrieb (33, 34) der Scan-Einrichtung (6) mit reduzierter, konstanter Winkelgeschwindigkeit ω_M betreibt und die Echosignale in der Aufsummierungsstufe (24) aufsummiert und aus den aufsummierten Echosignalen Mittelwerte bildet, aus welchen in der Auswerte-Einrichtung (25) Entfernungswerte berechenbar sind.
Laser-Scanner nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet dass, die Steuereinrichtung (20), durch welche der Laser-Scanner in mindestens zwei verschiedene Modi verstellbar ist im zweiten bzw. weiteren Modus den Antrieb (33, 34) der Scan-Einrichtung (6) periodisch, intermittierend mit einer geringen mittleren Winkelgeschwindigkeit ω_M betreibt und in den Stillstandsphasen der Scann-Einrichtung die Echosignale in der Aufsummierungsstufe (24) aufsummiert und aus den aufsummierten Echosignalen Mittelwerte bildet, aus welchen in der Auswerte-Einrichtung (25) Entfernungswerte berechenbar sind.
Laser-Scanner nach einem der Patentansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet dass, eine Verknüpfung zwischen dem Geschwindigkeitsregler (20, 33, 34) der Scan-Einrichtung (6) und der Aufsummierungsstufe (24) für die Echo-Impulssignale vorgesehen ist, durch welche bei einer Reduktion der mittleren Scan-Geschwindigkeit ω_M die Anzahl der zur Berechnung des Mittelwerts herangezogenen Messwerte vergrößerbar ist.
Laser-Scanner nach einem der Patentansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet dass, eine Einrichtung zur Bewertung der Qualität der Echosignale, beispielsweise auf der Basis der Signal-Amplituden und/oder der Signal-/Rauschverhältnisse vorgesehen ist und die Ergebnisse derselben auf einem Monitor (42) od. dgl., beispielsweise in Graustufen oder Falschfarben darstellbar sind bzw. der Steuerung (20, 33, 34) für die Scan-Geschwindigkeit und der Anzahl der zur Mittelwertbildung zu summierenden Echosignale zuführbar ist.
Verfahren zur Vermessung eines Zielraumes mit einem Laser-Scanner nach einem der Patentansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Zielraum in einem ersten Schritt durch den Laser-Scanner in einem ersten Modus abgetastet wird, in welchem die Auswerte-Einrichtung (25) des Laser-Entfernungsmessers den Echo-Impuls jedes einzelnen Laserpulses auswertet und damit einen 3D-Datensatz bzw. eine entsprechende Punktwolke erzeugt und dass das Ergebnis dieser ersten Vermessung auf Bereiche (44) untersucht wird, aus welchen keine verwertbaren Echo-Impulse eingelangt sind oder aus fotografischen Aufnahmen bzw. aus Amplitudenbildern des Laser-Scanners Bereiche bestimmt werden, aus welchen mit hoher Wahrscheinlichkeit keine verwertbaren Echo-Signale zu erwarten sind, welche Bereiche aber für die Vermessung des Zielraumes von wesentlicher Bedeutung sein könnten und dass solche Bereiche in einem zweiten Schritt und in einem zweiten Modus des Laser-Scanners vermessen werden, in welchem die mittlere Scan-Geschwindigkeit ω_M, vorzugsweise bei im Wesentlichen gleicher Impulsfolgefrequenz reduziert ist und die Echo-Impulse zur Verbesserung des Signal-/Rauschverhältnisses aufsummiert und gemittelt werden und die auf diese Weise ermittelten 3D-Datensätze bzw. Punktwolken in einem dritten Schritt mit den Ergebnissen einer im ersten Modus des Laser-Scanners durchgeführten Vermessung verknüpft werden.
Verfahren zur Vermessung eines Zielraumes nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet dass, die Scan-Einrichtung (6) während der Aussendung von Impulsen stillgesetzt und der Mess-Strahl (7) durch die Scan-Einrichtung (6) schrittweise in die folgenden Messpositionen geschwenkt wird.
Verfahren zur Vermessung eines Zielraumes nach Patentanspruch 6 oder 7 mit einem Laser-Scanner nach einem der Patentansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Qualität der Echosignale in einer entsprechenden Einrichtung (20) bewertet wird und die Ergebnisse dieser Bewertung beispielsweise in einer 2D-Abbildung in Graustufen bzw. Falschfarben angezeigt werden oder für einen weiteren Scanvorgang der Steuerung (20) für die Scangeschwindigkeit und der Anzahl der zur Mittelwertbildung zu summierenden Echosignale zugeführt werden, wobei diese Steuerung (20, 33, 34) automatisch bzw. halbautomatisch die Scan-Einrichtung (6) so ansteuert, dass diejenigen Bereiche des Zielraumes (44), aus welchen Echosignale empfangen werden bzw. empfangen worden sind, deren Qualität unter einem festgelegtem Schwellwert liegt, in einem weiteren Scan-Vorgang mit reduzierter Scan-Geschwindigkeit und erhöhter Anzahl der zur einer Mittelwertbildung zu summierenden Echosignale abgetastet werden.
Verfahren zur Vermessung eines Zielraumes nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (20) die Scan-Geschwindigkeit und die Anzahl der zur Mittelwertbildung zu summierenden Echosignale für die weiteren Scan-vorgänge in Abhängigkeit von der Qualität der empfangenen Echosignale festlegt.
Verfahren zur Vermessung eines Zielraumes nach Patentanspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet dass, bei einer Reduktion der mittleren Scan-Geschwindigkeit ω_M im zweiten Modus auf einen Wert von ω_M/N, die Echoimpulse über N Impulsperioden aufsummiert und gemittelt werden, wobei bevorzugt ein gleitender Mittelwert berechnet wird.
Verfahren zur Vermessung eines Zielraumes nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet dass, bei einem Wert N kleiner als ein vorgegebener Schwellwert der Antrieb (20, 33, 34) der Scan-Einrichtung (6) diese mit einer konstanten Geschwindigkeit antreibt, bei N größer/gleich dem vorgegebenen Schwellwert die Scan-Einrichtung (6) schrittweise betreibt, so dass während der Vermessung eines Punktes im Zielraum der Messstrahl (7) im Wesentlichen stationär bleibt.
Verfahren zur Vermessung eines Zielraumes nach einem der Patentansprüche 6 bis 11, bei welchem im ersten Verfahrensschritt auch die Signalamplitude erfasst wird. dadurch gekennzeichnet dass, die Bereiche (44), die in weiteren Verfahrensschritten mit reduzierter mittlerer Scan-Geschwindigkeit ω_M abgetastet werden, durch die Signalamplituden definiert werden und die genannten Bereiche (44) Messpunkte enthalten, deren Echo-Signalamplituden unter einem vorgegebenen Pegel liegen.