Title:
Stativkopf
Kind Code:
B3


Abstract:

Ein Stativkopf (100) zur Montage einer 3D-Messvorrichtung (10) auf einem Stativ (101), mit einem Basiselement (105), welches mit dem Stativ (101) verbindbar ist, einem Deckelelement (107), welches zum Zusammenwirken mit der 3D-Messvorrichtung (10) ausgebildet ist, und einem Stellelement (110), mittels dessen Betätigung der Stativkopf (100) seinen Zustand wechselt, hat als Zustände wenigstens ein Wartezustand, in welchem der Stativkopf (100) in Richtung einer Stativkopfachse (100a) aufnahmebereit für die 3D-Messvorrichtung (10) ist und in welchem die 3D-Messvorrichtung (10) wieder vom Stativkopf (101) trennbar ist, ein verriegelter Zustand vorgesehen sind, in welchem die 3D-Messvorichtung (10) fest mit dem Stativkopf (100) verbunden ist, und zwischen dem Wartezustand und dem verriegelten Zustand als weiterer Zustand des Stativkopfs (100) einen gesicherter Zustand, in welchem die 3D-Messvorrichtung (10) verliersicher auf dem Stativkopf (100) sitzt.




Inventors:
Becker, Reinhard, Dr. (71642, Ludwigsburg, DE)
Ruhland, Axel (70190, Stuttgart, DE)
Woloschyn, Andreas (70190, Stuttgart, DE)
Application Number:
DE102016118983A
Publication Date:
01/18/2018
Filing Date:
10/06/2016
Assignee:
FARO Technologies, Inc. (Fla., Lake Mary, US)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE102009038823A1N/A2011-03-03



Attorney, Agent or Firm:
Hosenthien-Held und Dr. Held, 70193, Stuttgart, DE
Claims:
1. Stativkopf (100) zur Montage einer 3D-Messvorrichtung (10) auf einem Stativ (101), mit
a) einem Basiselement (105), welches mit dem Stativ (101) verbindbar und bei Gebrauch fest mit dem Stativ (101) verbunden ist,
b) einem Deckelelement (107), welches zum Zusammenwirken mit der 3D-Messvorrichtung (10) ausgebildet ist, und
c) einem Stellelement (110), mittels dessen Betätigung der Stativkopf (100) seinen Zustand wechselt,
wobei als Zustände des Stativkopfs (100) vorgesehen sind
d) wenigstens ein Wartezustand, in welchem der Stativkopf (100) in Richtung einer Stativkopfachse (100a) aufnahmebereit für die 3D-Messvorrichtung (10) ist und in welchem die 3D-Messvorrichtung (10) wieder vom Stativkopf (101) trennbar ist,
e) ein verriegelter Zustand, in welchem die 3D-Messvorichtung (10) fest mit dem Stativkopf (100) verbunden ist,
f) zwischen dem Wartezustand und dem verriegelten Zustand als weiterer Zustand des Stativkopfs (100) ein gesicherter Zustand, in welchem die 3D-Messvorrichtung (10) verliersicher auf dem Stativkopf (100) sitzt,
dadurch gekennzeichnet, dass
g) die 3D-Messvorrichtung (10) im gesicherten Zustand und/oder beim Wechsel in den gesicherten Zustand des Stativkopfs (100) relativ zum Stativkopf (100) um die Stativkopfachse (100a) drehbar ist, und
h) das Stellelement (110) um die Stativkopfachse (100a) des Stativkopfs (100) – wenigstens über einen gewissen Winkelbereich – manuell drehbar ist.

2. Stativkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stativkopf (100) wenigstens einen mittels des Stellelementes (110) beweglichen Riegel (120) aufweist, welcher durch Zusammenwirken mit der 3D-Messvorrichtung (10) diese im gesicherten Zustand sichert und im verriegelten Zustand verriegelt.

3. Stativkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder vorgesehene Riegel (120) um eine zur Stativkopfachse (100a) parallele Riegeldrehachse (120a) drehbar ist und wenigstens einen bezüglich der Riegeldrehachse (120a) vorspringenden Riegelkopf (120b) aufweist, welcher im Wartezustand des Stativkopfs (100) in das Deckelelement (107) eingeschwenkt und im gesicherten und im verriegelten Zustand aus dem Deckelelement (107) ausgeschwenkt ist.

4. Stativkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder vorgesehene Riegel (120) mittels eines Radialtastarmes (120c) eine Radialkurvenbahn (112) am Stellelement (110) abtastet, und bei einer Betätigung des Stellelements (110) entsprechend des Verlaufs der Radialkurvenbahn-Abschnitte (112a, 112b) durch Drehung um die Riegeldrehachse (120a) einschwenkt und ausschwenkt.

5. Stativkopf nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder vorgesehene Riegel (120) entlang seiner Riegeldrehachse (120a) verschieblich gelagert ist, wobei eine zugeordnete Lagerfeder (124) den Riegel (120) wenigstens im Wartezustand des Stativkopfs (100) vorspannt.

6. Stativkopf nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgesehenen Riegel (120) abschnittsweise in einem Käfig (130) angeordnet sind, wobei wenigstens zeitweise zwischen jedem vorgesehenen Riegel (120) und dem Käfig (130) eine Druckfeder (132) wirksam ist, mittels derer der Riegel (120) vom Käfig (130) beaufschlagbar ist.

7. Stativkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder vorgesehene Käfig (130) mittels eines Axialtastarmes (130c) eine Axialkurvenbahn (114) am Stellelement (110) abtastet, insbesondere belastet mittels einer Käfigfeder (131), und bei einer Betätigung des Stellelements (110) entsprechend des Verlaufs der Axialkurvenbahn-Abschnitte (114a, 114b, 114c, 114d) wenigstens zeitweise den zugeordneten Riegel (120) mittels der Druckfeder (132) beaufschlagt, um diesen zu verschieben.

8. Stativkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Wartezustand des Stativkopfs (100) vorgespannter und gesicherter Treiber (116) vorgesehen ist, welchen die 3D-Messvorrichtung (10) beim Aufsetzen auf den Stativkopf (100) entsichert, so dass der Treiber (116) das Stellelement (110) in die Position für den gesicherten Zustand des Stativkopfs (100) dreht.

9. Stativkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stativkopf (100) beim Wechsel vom gesicherten Zustand in den verriegelten Zustand eine Haltekraft für die feste Verbindung zwischen dem Stativkopf (100) und der 3D-Messvorrichtung (10) aufbaut.

Description:

Die Erfindung betrifft einen Stativkopf mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.

Zur Montage von Kameras auf Stativen sind etliche Stativköpfe durch Benutzung bekannt, die verschiedene Einstellmöglichkeiten für die Ausrichtung der Kamera im Raum und/oder Mittel für einen Schnellwechsel der Kamera bieten. Die letztgenannten Mittel sind beispielsweise als ”Schnellwechselplatte” durch Benutzung bekannt, welche einen separaten Kameraadapter und einen zweiten Adapter als Teil des Stativkopfs umfassen. Sie bieten eine einfach und schnell zu schließende und zu öffnende Verbindung zwischen der Kamera und dem Stativkopf und zugleich zwischen der Kamera und dem Stativ. Die Verbindung kann in eine oder zwei Koordinatenrichtungen formschlüssig sein, beispielsweise mittels eines Schwalbenschwanzprofils, und in den verbliebenen Koordinatenrichtungen (in welcher der Stativkopf normalerweise auch aufnahmebereit für den Kameraadapter ist) verriegelt und/oder verspannt werden. Hierfür kann beispielsweise ein federbelasteter Riegel oder eine Schraube sein, die mit möglichst geringer Drehung eine hohe Haltekraft erzeugt. Auf den Riegel oder die Schraube wirkt ein Stellelement ein, welches in einfacher und schneller Weise manuell zu betätigen ist, für einen Wechsel des Stativkopfs zwischen Wartezustand und verriegeltem Zustand und zurück.

Ein Stativkopf der eingangs genannten Art ist aus der DE 10 2009 038 823 A1 bekannt. Der Stativkopf weist eine radial (bezüglich der Stativkopfachse) verlaufende Führung zur Aufnahme einer Schnellwechselplatte an einem optischen Gerät auf. Mittels eines Hebels ist ein federbelasteter Block senkrecht zur Führung beweglich. In einer ersten Stellung des Hebels ist die Schnellwechselplatte mit der Führung verriegelt. In einer zweiten Stellung ist die Schnellwechselplatte zum Verschieben in der Führung freigegeben. Und in einer dritten Stellung ist die Schnellwechselplatte zum Abnehmen vom Stativkopf freigegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Stativkopf der eingangs genannten Art zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der erfindungsgemäße Stativkopf wird am Stativ befestigt, in der Regel an dem für die Ausrichtung und die Lagerung der Beine zuständigen Stativkopf, und wirkt mit einem in die 3D-Messvorrichtung integrierten Adapter zusammen. Die Stativkopfachse ist vorzugsweise in der Gravitationsrichtung angeordnet, so dass auch schwere 3D-Messvorrichtungen im Wartezustand des Stativkopfs einfach aufgesetzt werden können. In dem dadurch definierten Zylinderkoordinatensystem wird in der radialen Richtung vorzugsweise ein Formschluss erzeugt, während in der axialen Richtung und in der Umfangsrichtung zu verriegeln ist. Das Verriegeln zur Schaffung der festen Verbindung zwischen dem Stativkopf und der 3D-Messvorrichtung erfolgt vorzugsweise mittels wenigstens eines beweglichen Riegels (vorzugsweise mehrerer Riegel), der von einer Haltekraft in seiner Wirkungsrichtung beaufschlagt oder quer dazu gesichert wird.

Im erfindungsgemäß zusätzlich vorgesehenen gesicherten Zustand sitzt die 3D-Messvorrichtung verliersicher auf dem Stativkopf. Im Unterschied zum verriegelten Zustand soll noch keine feste Verbindung (und keine starke Haltekraft) vorhanden sein, sondern – wenigstens im Rahmen eines vorhandenen Spiels – eine gewisse Relativbewegung von Stativkopf und 3D-Messvorrichtung noch möglich sein. Damit ist eine Feinpositionierung möglich, also eine eventuell erforderliche Ausrichtung der 3D-Messvorrichtung vor deren endgültiger Verriegelung, ohne dass die Gefahr besteht, dass sich die 3D-Messvorrichtung versehentlich vom Stativkopf trennt. Die Sicherung im gesicherten Zustand erfolgt vorzugsweise durch den oder die Riegel, die auch im verriegelten Zustand wirksam sind. Im gesicherten Zustand wirkt jedoch allenfalls eine schwache oder gar keine Haltekraft, und zwischen den Riegeln und ihrem Gegenstück, vorzugsweise in der 3D-Messvorrichtung, ist vorzugsweise das besagte Spiel vorhanden. Beim Wechsel vom gesicherten Zustand in den verriegelten Zustand wird vorzugsweise die Haltekraft aufgebaut, welche die feste Verbindung zwischen Stativkopf und der 3D-Messvorrichtung sicherstellt.

Das bevorzugte Gegenstück zu den vorzugsweise vorgesehenen Riegeln ist jeweils eine Aufnahme in der 3D-Messvorrichtung, die sich vorzugsweise quer zur Wirkungsrichtung der Riegel öffnet. Entsprechend bewegen sich die Riegel beim Verlassen des Wartezustandes quer zu ihrer späteren Wirkungsrichtung in diese Aufnahme hinein.

Eine bevorzugte Bewegung ist das Schwenken der Riegel, beispielsweise um eine zur Stativkopfachse parallele Riegeldrehachse. Wenigstens ein Riegelkopf jedes der vorgesehenen Riegel ist dann im Wartezustand in Umfangsrichtung ausgerichtet (eingeschwenkt) und wechselt dann für den gesicherten Zustand oder spätestens für den verriegelten in die radiale Richtung (ausgeschwenkt), so dass er in axialer Richtung wirksam sein kann, also in Richtung der Stativkopfachse. Die eingeschwenkten Riegelköpfe sind vorzugsweise vollständig innerhalb des Deckelelements des Stativkopfs angeordnet, um Beschädigungen zu vermeiden. Im Falle einer anderweitig ausgerichteten Riegeldrehachse oder im Fall einer anderen Bewegung der vorgesehenen Riegel, beispielsweise einer (radialen) Verschiebung, können sich andere Ausrichtungen bezüglich der Wirkungsrichtung der Riegel ergeben.

Das besagte Gegenstück zu den Riegeln ist vorzugsweise direkt in der 3D-Messvorrichtung ausgebildet, kann aber auch in einem mit der 3D-Messvorrichtung fest verbundenen Adapter, beispielsweise einer Fußplatte, ausgebildet sein. Es kann beispielsweise jeweils ein Fenster, Flansch oder Hinterschnitt sein. Im verriegelten Zustand wirken dann die Riegel mit der zugeordneten Materialpartie zusammen.

Für die Bewegung der vorgesehenen Riegel sind vorzugsweise Kurvenbahnen vorhanden, welche insbesondere im Stellelement ausgebildet sein können. Das zu betätigende Stellelement kann sich in zwei Richtungen bewegen, um einen Wechsel von einem Zustand des Stativkopfs in einen anderen Zustand desselben herbeizuführen. Bei drei möglichen Zuständen des Stativkopfs ergeben sich im allgemeinen Fall zwei Wechsel, die gegebenenfalls richtungsabhängig unterschiedlich durchlaufen werden können (Hysterese), je nachdem, ob die 3D-Messvorrichtung mit dem Stativkopf verriegelt oder von ihm gelöst werden soll. Die bevorzugte Bewegung des Stellelementes ist eine Drehung.

Ein Schwenken der Riegel beim Wechsel vom Wartezustand in den gesicherten Zustand und umgekehrt wird vorzugsweise mittels einer Radialkurvenbahn erreicht. Eine solche Radialkurvenbahn kann aus radial unterschiedlich verlaufenden, sich in Umfangsrichtung aneinanderreihenden Radialkurvenbahn-Abschnitten bestehen. Die Radialkurvenbahn wird jeweils von einem Radialtastarm des Riegels abgetastet, so dass die Riegel durch Drehung um ihre Riegeldrehachsen ausschwenken und einschwenken können. Es ist aber auch denkbar, dass eine Axialkurvenbahn mittels schräger Kontaktflächen das gewünschte Schwenken der Riegel erzeugt. Umgekehrt kann eine Radialkurvenbahn auch von Riegeln abgetastet werden, welche lediglich radial verschoben werden sollen anstatt zu schwenken.

Zu einer Wirksamkeit der vorgesehenen Riegel in axialer Richtung passt eine relative Beweglichkeit der Riegel in axialer Richtung unter Aufbau einer Haltekraft beim Wechsel in den verriegelten Zustand. Dies wird vorzugsweise mittels einer Axialkurvenbahn erreicht, welche von einem Axialtastarm abgetastet wird. Im Rahmen der axialen Beweglichkeit der Riegel kann eine bevorzugte (beispielsweise aufgrund einer Federbelastung) Position der Riegel im Wartezustand vorgesehen sein.

Um das radiale und axiale Abtasten der Kurvenbahnen in bedarfsweise unabhängigen Bewegungen zu verwirklichen, ist vorzugsweise ein gemeinsamer Käfig für alle Riegel vorgesehen. Der Käfig tastet einerseits die Axialkurvenbahn mit besagtem Axialtastarm ab, vorzugsweise unter Federbelastung (mittels wenigstens einer Käfigfeder). Insbesondere weist der Käfig mehrere, vorzugsweise drei, Axialtastarme auf, die in Umfangsrichtung versetzt zueinander sind, und die jeweils einen von mehreren gleichen Abschnitte der Axialkurvenbahn abtasten. Andererseits mit den vorgesehenen Riegeln koppelbar ist. Diese Kopplung kann unter Zwischenlage wenigstens einer als Kraftbegrenzer wirkenden Feder erfolgen, vorzugsweise jeweils einer Feder für jeden Riegel. Vorzugsweise ist die als Druckfeder ausgebildete Feder wenigstens zeitweilig einerseits am Riegel, beispielsweise an einem fest sitzenden Sicherungsring des Riegels, und andererseits am Käfig, insbesondere an einem vom Käfig beaufschlagbaren Druckring, abgestützt. Der Betrag der Kraft, mit welcher der Käfig die Riegel unter Zwischenlage der Feder beaufschlagt, hängt vom Verlauf der Axialkurvenbahn ab. Mit einem kleinen Teil der übertragenen Kraft werden die vorgesehenen Riegel in axialer Richtung verschoben, während der andere Teil als Haltekraft in der Feder aufgebaut wird.

Der Wechsel vom gesicherten Zustand in den verriegelten Zustand des Stativkopfs und zurück erfolgt mittels einer manuellen Betätigung des Stellelementes, optional federunterstützt. Der Wechsel vom gesicherten Zustand in den Wartezustand erfolgt ebenfalls mittels einer manuellen Betätigung des Stellelementes. Die Betätigungsrichtung und damit die Bewegungsrichtung des Stellelementes ist intuitiv ausgestaltet, d. h. sie bleibt gleich entlang einer logischen Reihenfolge der Zustände, beispielsweise vom verriegelter Zustand in den gesicherten Zustand und weiter in den Wartezustand, und sie kehrt sich um, wenn die Zustände in umgekehrter logischer Reihenfolge durchlaufen werden sollen.

Der Wechsel vom Wartezustand in den gesicherten Zustand des Stativkopfs kann automatisch erfolgen oder ausgelöst werden. Das Stellelement ist beispielsweise vorgespannt oder vorzugsweise von einem Treiber beaufschlagbar, welcher im Wartezustand des Stativkopfs vorgespannt und – beispielsweise mittels eines Sicherungsstiftes – gesichert ist. Die 3D-Messvorrichtung entsichert den Treiber beim Aufsetzen auf den Stativkopf, beispielsweise durch direktes oder indirektes Betätigung des Sicherungsstiftes. Der entsicherte Treiber dreht das Stellelement in die Position für den gesicherten Zustand des Stativkopfs und wird dort an einer weiteren Drehung gehindert. Bei der Rückkehr vom gesicherten Zustand in den Wartezustand wird der Treiber vom Stellelement mitgenommen und zurückgedreht und dabei gespannt. Sobald das Stellelement die Position für den Wartezustand des Stativkopfs erreicht hat, wird der gespannte Treiber wieder gesichert.

In der Regel ist die relative Ausrichtung von Stativ und 3D-Messvorrichtung beliebig und kann sich nach den äußeren Gegebenheiten richten, beispielsweise wie die 3D-Messvorrichtung am besten aufgesetzt oder auf kurzem Weg mit einem Kabel an ein externes Gerät angeschlossen werden kann. Entsprechend kann der gesicherte Zustand dafür genutzt werden, eine ideale Position der 3D-Messvorrichtung zu finden, wozu die 3D-Messvorrichtung im gesicherten Zustand des Stativkopfs relativ zum Stativkopf (um die Stativkopfachse) drehbar sein kann. Eine solche Drehbarkeit kann auch für Prüf- und Kalibrierzwecke genutzt werden, beispielsweise für einen Neigungsmesser. Bei sogenannten Totalstationen muss für diese Funktionalität eine Drehung um die Schwenkachse erfolgen.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels mit Abwandlungen näher erläutert. Es zeigen

1 eine Seitenansicht einer beispielhaften 3D-Messvorrichtung,

2 eine schematisierte Darstellung des Strahlengangs samt einiger optischer und elektronischer Bauteile,

3 eine perspektivische Ansicht der 3D-Messvorrichtung,

4 eine Untersicht der 3D-Messvorrichtung,

5 eine Seitenansicht eines beispielhaften Stativkopfs auf einem Stativ,

6 eine perspektivische Ansicht einer Fußplatte der 3D-Messvorrichtung und des Stativkopfs im Wartezustand,

7 einen vertikalen Schnitt durch die Fußplatte der 3D-Messvorrichtung,

8 einen vertikalen Schnitt durch den Stativkopf,

9 eine perspektivische Ansicht des Stativkopfs im gesicherten Zustand,

10 eine perspektivische Ansicht des Stativkopfs im verriegelten Zustand,

11 eine perspektivische Ansicht eines Stellelementes des Stativkopfs von schräg oben,

12 eine perspektivische Ansicht eines Stellelementes des Stativkopfs von schräg unten,

13 einen horizontalen Schnitt durch den Stativkopf im Wartezustand,

14 einen horizontalen Schnitt durch den Stativkopf im gesicherten Zustand unterhalb des Deckelelements, und

15 eine perspektivische Ansicht des Stativkopf im gesicherten Zustand ohne Deckelelement und Treiber.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine 3D-(Koordinaten-)Messvorrichtung, die einen Lichtstrahl auf ein Objekt O lenkt, welches entweder ein (kooperatives) Target, beispielsweise ein Rückstrahler, oder ein nicht-kooperatives Target, beispielsweise eine diffus streuende Oberfläche des Objekts O, sein kann. Ein Entfernungsmesser in der 3D-Messvorrichtung misst eine Entfernung zum Objekt O (d. h. einen Abstand d zwischen der 3D-Messvorrichtung und dem Objekt O), und Drehwinkelgeber messen die Drehwinkel zweier Achsen im Gerät. Die gemessene Entfernung und die zwei Winkel ermöglichen einem Prozessor im Gerät, die 3D-Koordinaten des Objekts O zu bestimmen. Vorliegend wird als derartige 3D-Messvorrichtung der Fall eines Laserscanners 10 behandelt, aber die Erweiterung zu einem Lasertracker oder zu einer Gesamtstation liegt für den Fachmann auf der Hand. Auch ist eine Anwendung für Fälle möglich, in denen die 3D-Messvorrichtung die Entfernung mittels Projektor-Kamera-Anordnungen, Triangulation, Epipolargeometrie oder Streifengeometrien misst.

Laserscanner werden typischerweise dazu verwendet, geschlossene oder offene Räume, wie zum Beispiel Gebäudeinnenflächen, Industrieanlagen und Tunnels zu erfassen. Laserscanner werden für viele Zwecke, einschließlich Building Information Modeling (BIM), Industrieanalysen, Unfallrekonstruktionsanwendungen, archäologische Studien und forensische Untersuchungen eingesetzt. Ein Laserscanner kann eingesetzt werden, um Objekte in der Umgebung des Laserscanners durch die Erfassung von Datenpunkten, die Objekte innerhalb der Umgebung darstellen, optisch zu erfassen und zu vermessen. Solche Datenpunkte erhält man, indem ein Lichtstrahl auf die Objekte gelenkt und das reflektierte oder gestreute Licht gesammelt wird, um die Entfernung, zwei Winkel (d. h. einen Azimutwinkel und einen Zenitwinkel), und optional einen Graustufenwert zu ermitteln. Diese Roh-Scandaten werden gesammelt, gespeichert und an einen oder mehrere Rechner gesendet, um ein dreidimensionales Bild zu erzeugen, das den erfassten Bereich oder das erfasste Objekt darstellt. Zur Erzeugung des Bildes werden mindestens drei Werte für jeden Datenpunkt gesammelt. Diese drei Werte können die Entfernung und zwei Winkel umfassen, oder können umgewandelte Werte wie zum Beispiel x, y, z-Koordinaten sein.

Die Zeichnung zeigt einen Laserscanner 10 zum optischen Abtasten und Vermessen der Umgebung des Laserscanners 10. Der Laserscanner 10 weist einen Messkopf 12 und einen Fuß 14 auf. Der Messkopf 12 ist so auf dem Fuß 14 montiert, dass der Messkopf 12 um eine erste Achse 12a relativ zum Fuß 14 drehbar ist, angetrieben von einem ersten Drehantrieb. Die Drehung um die erste Achse 12a kann um die Mitte des Fußes 14 erfolgen. Der Messkopf 12 weist einen Spiegel 16 auf, welcher sich um eine zweite Achse 16a drehen kann, angetrieben von einem zweiten Drehantrieb. Bezogen auf eine normale, (bezüglich der Gravitationsrichtung) aufrechte Position des Laserscanners 10, kann die erste Achse 12a als Vertikalachse oder Azimutachse bezeichnet werden, und die zweite Achse 16a kann als Horizontalachse oder Zenitachse bezeichnet werden. Der Laserscanner 10 kann einen Kardan-Punkt oder Zentrum C10 aufweist, welcher der Schnittpunkt der ersten Achse 12a und der zweiten Achse 16a ist. Die erste Achse 12a definiert die Begriffe ”oben” und ”unten”, auch wenn sie gegenüber der Gravitationsrichtung geneigt sein sollte.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Messkopf 12 als starre, tragende Struktur, an welcher alle anderen Bauteile des Messkopfes 12 wenigstens mittelbar befestigt sind, eine Tragestruktur 12c auf, vorzugsweise einstückig aus Metall ausgebildet, beispielsweise Aluminium-Druckguss. Zur Tragestruktur 12c gehören zwei Wände 12d, die parallel zueinander und zur ersten Achse 12a sind, und eine Quertraverse 12e, welche die beiden Wände 12d in einem unteren Bereich verbindet. Die Quertraverse 12e ist drehbar auf dem Fuß 14 gelagert, und sie nimmt den ersten Drehantrieb für die Drehung des Messkopfes 12 um die erste Achse 12a und den zugeordneten Drehwinkelgeber auf. Im oberen Bereich der Wände 12d, d. h. oberhalb der Quertraverse 12e, besteht ein Freiraum, innerhalb dessen der von einer der beiden Wände 12d gelagerte Spiegel 16 angeordnet ist.

Der Messkopf 12 weist ferner auf zwei Seiten der Tragestruktur 12c je eine Schale 12s auf, die vorzugsweise aus einem harten Kunststoff gefertigt sind. Jede der beiden Schalen 12s ist einer der beiden Wände 12d zugeordnet und an dieser (und damit an der Tragestruktur 12c) befestigt, beispielsweise mit Schrauben. Die Tragestruktur 12c und die beiden Schalen 12s bilden ein Gehäuse des Messkopfes 12. Die Außenkanten 12y der Schalen 12s sind diejenigen Kanten der Schalen 12s, welche nicht an der Tragestruktur 12c anliegen. Die Außenkanten 12y definieren ein Volumen, innerhalb dessen der Messkopf 12 vollständig angeordnet ist. Um den Messkopf 12 vor Beschädigungen zu schützen, sind die Außenkanten 12y vorzugsweise verstärkt ausgebildet, im vorliegenden Ausführungsbeispiel als vorspringende Materialverdickungen (Wulste) einstückig mit der zugeordneten Schale 12s. Alternativ können die Außenkanten 12y mit einem separaten Bügel verstärkt sein.

Die Schale 12s auf der Seite des Spiegels 16 (”spiegelseitige” Schale 12s) nimmt in einem oberen Bereich den zweiten Drehantrieb für den Spiegel 16 um die zweite Achse 16a und den zugeordneten Drehwinkelgeber und in einem unteren Bereich die Kühlung 12z für die beiden Drehantriebe auf. Die andere Schale 12s, auf der dem Spiegel 16 gegenüberliegenden Seite (”empfängerseitige” Schale 12s), nimmt einige der nachfolgend beschriebenen optischen und elektronischen Bauteile samt der Energieversorgung auf, insbesondere die empfindlichen Bauteile, welche von den Drehantrieben mit ihren elektromagnetischen Störfeldern ferngehalten werden sollen.

Der Messkopf 12 weist einen Sender für elektromagnetische Strahlung, beispielsweise einen Lichtsender 17 auf, der einen Sendelichtstrahl 18 aussendet. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Sendelichtstrahl 18 ein kohärentes Licht wie zum Beispiel ein Laserstrahl. Der Laserstrahl kann eine Wellenlänge im Bereich von ca. 300 bis 1600 nm, beispielsweise 790 nm, 905 nm, 1570 nm, oder weniger als 400 nm aufweisen. Prinzipiell sind aber auch andere elektromagnetische Wellen mit größerer oder kleinerer Wellenlänge verwendbar. Der Sendelichtstrahl 18 kann amplitudenmoduliert oder intensitätsmoduliert sein, beispielweise mit einer sinusförmigen oder rechteckförmigen Wellenform. Alternativ hierzu kann der Sendelichtstrahl 18 auch anderweitig moduliert sein, beispielsweise durch ein Chirpsignal, oder es können kohärente Empfangsmethoden verwendet werden. Der Sendelichtstrahl 18 wird vom Lichtsender 17 auf den Spiegel 16 gegeben, dort umgelenkt und in die Umgebung des Laserscanners 10 ausgesandt.

Ein reflektierter Lichtstrahl, nachfolgend als Empfangslichtstrahl 20 bezeichnet, wird von einem Objekt O in der Umgebung reflektiert. Das reflektierte oder gestreute Licht wird vom Spiegel 16 eingefangen und auf einen Lichtempfänger 21 mit einer Empfangsoptik umgelenkt. Die Richtungen des Sendelichtstrahls 18 und des Empfangslichtstrahls 20 ergeben sich aus den Winkelstellungen des Messkopfes 12 und des Spiegels 16 um die Achse 12a bzw. 16a. Diese Winkelstellungen hängen wiederum von ihren jeweiligen Drehantrieben ab. Der Drehwinkel um die erste Achse 12a wird durch einen ersten Drehwinkelgeber erfasst. Der Drehwinkel um die zweite Achse 16a wird durch einen zweiten Drehwinkelgeber erfasst. Der Spiegel 16 ist um 45° gegenüber der zweiten Achse 16a geneigt. Damit lenkt er alle einfallenden Strahlen um 90° um, d. h. sowohl den Sendelichtstrahl 18, welcher entlang der zweiten Achse 16a einfällt, als auch den Empfangslichtstrahl 20, welcher parallel zur zweiten Achse 16a in Richtung auf die Empfangsoptik umgelenkt wird.

Eine Steuer- und Auswertevorrichtung 22 steht mit dem Lichtsender 17 und dem Lichtempfänger 21 im Messkopf 12 in Datenverbindung. Da die Steuer- und Auswertevorrichtung 22 im Vergleich zum Lichtempfänger 21 ein weniger empfindliches Bauteil ist, kann sie an unterschiedlichen Stellen im Messkopf 12 angeordnet sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist sie größtenteils innerhalb der spiegelseitigen Schale 12s angeordnet. Teile der Steuer- und Auswertevorrichtung 22 können auch außerhalb des Messkopfes 12 angeordnet sein, beispielsweise als ein am Fuß 14 angeschlossener Computer. Die Steuer- und Auswertevorrichtung 22 ist dazu ausgebildet, für eine Vielzahl von Messpunkten X eine entsprechende Anzahl von Abständen d zwischen dem Laserscanner 10 und den Messpunkten X auf dem Objekt O zu bestimmen. Der Abstand zu einem bestimmten Messpunkt X wird zumindest teilweise bestimmt durch die Laufgeschwindigkeit des Lichts in der Luft, durch die sich die elektromagnetische Strahlung vom Gerät zum Messpunkt X verbreitet. In der bevorzugten Ausführungsform wird die Phasenverschiebung im modulierten Lichtstrahl 18, 20, der an den Messpunkt X gesendet und von dort empfangen wird, bestimmt und ausgewertet, um einen gemessene Abstand d zu erhalten.

Die Lichtgeschwindigkeit in Luft hängt von den Lufteigenschaften wie zum Beispiel Lufttemperatur, Luftdruck, relative Luftfeuchtigkeit und der Kohlendioxidkonzentration ab. Diese Lufteigenschaften beeinflussen den Brechungsindex der Luft. Die Lichtgeschwindigkeit in Luft entspricht der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum geteilt durch den Brechungsindex. Ein Laserscanner der vorliegend beschriebenen Art beruht auf der Lichtlaufzeit in der Luft (der Laufzeit, die das Licht benötigt, um von der Vorrichtung bis zum Objekt und wieder zurück zur Vorrichtung zu gelangen). Eine Methode der Entfernungsmessung auf Grundlage der Lichtlaufzeit (oder der Laufzeit einer anderen elektromagnetischen Strahlungsart) hängt von der Lichtgeschwindigkeit in Luft ab und ist daher leicht von Methoden der Entfernungsmessung mittels Triangulation zu unterscheiden. Bei Methoden auf Grundlage von Triangulation wird Licht von seiner Lichtquelle in eine bestimmte Richtung ausgestrahlt und dann auf einem Kamerapixel in einer bestimmten Richtung aufgefangen. Dadurch, dass die Entfernung zwischen der Kamera und dem Projektor bekannt ist, und dass ein projizierter Winkel mit einem Empfangswinkel abgeglichen wird, ermöglicht die Triangulationsmethode die Bestimmung der Entfernung zum Objekt auf der Grundlage einer bekannten Länge und zweier bekannter Winkel eines Dreiecks. Die Triangulationsmethode hängt daher nicht direkt von der Lichtgeschwindigkeit in Luft ab.

Der Messkopf 12 weist vorzugsweise eine Anweise- und Anzeigevorrichtung 24 auf, die in den Laserscanner 10 integriert ist. Beispielsweise kann die Anweise- und Anzeigevorrichtung 24 über eine Benutzerschnittstelle verfügen, die es dem Bediener ermöglicht, dem Laserscanner 10 Messinstruktionen zu erteilen, insbesondere die Parameter festzulegen oder den Betrieb des Laserscanners 10 zu starten, und die Anweise- und Anzeigevorrichtung 24 kann – neben den Parametern – auch Messergebnisse anzeigen. Im Ausführungsbeispiel ist die Anweise- und Anzeigevorrichtung 24 an der Stirnseite der spiegelseitigen Schale 12s angeordnet, wobei ihre Benutzerschnittstelle als grafischer Touchscreen ausgebildet ist.

Zusätzlich zur Distanz d vom Zentrum C10 zu einem Messpunkte X kann der Laserscanner 10 noch einen Graustufenwert in Bezug auf die empfangene optische Leistung erfassen. Der Graustufenwert kann beispielsweise durch Integration des bandpass-gefilterten und verstärkten Signals im Lichtempfänger 21 über eine dem Messpunkte X zugeordnete Messperiode bestimmt werden. Optional können mittels einer Farbkamera 25 Farbbilder erzeugt werden. Mittels dieser Farbbilder können den Messpunkten X noch Farben (R, G, B) als zusätzliche Werte zugeordnet werden.

In einem bevorzugten Betriebsmodus des Laserscanners 10, dem ”Sphärenmodus”, findet das Erfassen der Umgebung um den Laserscanner 10 mittels einer schnellen Drehung des Spiegels 16 um die zweite Achse 16a statt, während sich der Messkopf 12 langsam um die erste Achse 12a dreht. In einer beispielhaften Ausführung dreht sich der Spiegel 16 mit einer Höchstgeschwindigkeit von 5820 Umdrehungen pro Minute. Ein Scan ist definiert als die Gesamtheit der Messpunkte X einer solchen Messung. Für einen derartigen Scan definiert das Zentrum C10 den Ursprung des lokalen stationären Bezugssystems. In diesem lokalen stationären Bezugssystem ruht der Fuß 14. Im Sphärenmodus entspricht der Scan einer kugelförmigen Punktwolke, abgesehen von dem durch die Quertraverse 12e abgeschatteten Bereich.

In einem anderen bevorzugten Betriebsmodus des Laserscanners 10, dem ”Helixmodus”, findet eine Drehung des Spiegels 16 um die zweite Achse 16a statt, während der Messkopf 12 relativ zum Fuß 14 unbewegt bleibt. Der Laserscanner 10 ist beispielsweise auf einem Wagen montiert, welcher sich während des Betriebs des Laserscanners 10 bewegt. Im Helixmodus hat der Scan eine Schraubenform. Der Messkopf 12 weist vorzugsweise Fixierungsmittel 26 auf, um den Messkopf 12 am Wagen zu fixieren, gegebenenfalls am Fuß 14 oder einem sonstigen Träger, welcher den Fuß 14 und den Messkopf 12 gemeinsam trägt. Mittels der Fixierungsmittel 26 wird das Lager zwischen Messkopf 12 und Fuß 14 überbrückt und damit vor Beschädigungen geschützt. Mittels der Fixierungsmittel kann auch eine Fixierung des Fußes 14 am Wagen entbehrlich sein (was hinsichtlich von Überbestimmungen auch vorteilhaft wäre), d. h. der gesamte Laserscanner 10 ist nur mittels der Fixierungsmittel 26 am Wagen fixiert. In vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Fixierungsmittel 26 als Gewindebohrungen ausgebildet, mittels derer der Messkopf 12 an dem Wagen oder sonstigen Träger angeschraubt werden kann.

Der Lichtsender 17, der Lichtempfänger 21 und die zugeordnete Optik sind in einem oberen Bereich derjenigen empfängerseitigen Schale 12s des Messkopfes 12 angeordnet. Im unteren Bereich dieser empfängerseitigen Schale 12s ist ein als Energieversorgung dienender Batteriepack 28 des Laserscanners 10 angeordnet, vorzugsweise hinter einer Schutzabdeckung, die wenigstens teilweise von der Schale 12s trennbar ist. Als Schutzabdeckung bevorzugt ist eine schwenkbare Schutzklappe. Der Batteriepack 28 ist vorzugsweise austauschbar und wiederaufladbar ausgebildet.

Ein Stativkopf 100 ist zur Montage des Laserscanners 10 auf einem Stativ 101 vorgesehen. Das Stativ 101 ist vorzugsweise als Dreibein ausgebildet, kann aber auch eine andere stationäre oder mobile Vorrichtung sein. Der Stativkopf 100 ist bei Gebrauch fest mit dem Stativ 101 verbunden, wobei er als separate Baugruppe oder als integraler Bestandteil des Stativs 101 ausgebildet sein kann. Der Stativkopf 100 dient als Schnellwechselverschluss zwischen dem Laserscanner 10 und dem Stativ 101. Dabei kann der Stativkopf 100 sich in einem von drei möglichen Zuständen befinden: a) einem Wartezustand, in welchem der Stativkopf 100 aufnahmebereit für den Laserscanner 10 ist, so dass dieser auf den Stativkopf 100 gesetzt werden kann, und in welchem der Laserscanner 10 vom Stativkopf 100 – durch Anheben – getrennt werden kann; b) einem gesicherten Zustand, in welchem der Laserscanner 10 verliersicher auf dem Stativkopf 100 sitzt, also ohne spezielle Haltekraft gegen ein Trennen gesichert und damit gegebenenfalls relativ zum Stativkopf 100 eingeschränkt beweglich ist; und c) einen verriegelten Zustand, in welchem der Laserscanner 10 mit dem Stativkopf 100 (und damit auch mit dem Stativ 101) fest verbunden ist, also verriegelt und vorliegend auch verspannt ist mittels einer Haltekraft, welche den verriegelten Zustand aufrecht erhält. Der Stativkopf 100 kommt insbesondere dann zum Einsatz, wenn der Laserscanner 10 im ”Sphärenmodus” betrieben werden soll.

Der Stativkopf 100 weist in seinem unteren Bereich ein Basiselement 105 auf. Das Basiselement 105 definiert aufgrund seiner äußeren Form ein Zylinderkoordinatensystem, dessen – die axiale Richtung definierende – Stativkopfachse 100a bei montiertem Laserscanner 10 mit der ersten Achse 12a des Laserscanners 10 übereinstimmt. Zugleich definiert die beim Gebrauch verwendete Anordnung im Gravitationsfeld die Angaben ”oben” und ”unten”. Die Stativkopfachse 100a gibt die Richtung vor, in welcher der Stativkopf 100 den Laserscanner 100 aufnehmen kann und sich wieder von ihm trennen kann. Der Stativkopf 100 ist vorzugsweise in an sich bekannter Weise mit dem Stativ 101 zu verbinden. Hierzu weist das Basiselement 105 auf seiner Unterseite vorliegend ein in axialer Richtung weisendes Sackloch mit Innengewinde auf, in welches eine Schraube des Stativs 101 eingeschraubt werden kann.

Der in axialer Richtung obere Bereich des Stativkopfs 100 wird durch ein Deckelelement 107 gebildet. Das Deckelelement 107 ist fest mit dem Basiselement 105 verbunden, vorzugsweise verschraubt. Hinsichtlich seiner Form besteht das Deckelelement 107 aus einem flachen Teller 107a, von dessen Oberseite ein Kranz 107b absteht, d. h. eine in axialer Richtung nach oben vorspringende, ringförmige Materialpartie. Zwischen dem Basiselement 105 und dem Deckelelement 107 sind die beweglichen Komponenten des Stativkopfs 100 gelagert. Die radial außerhalb des Kranzes 107b gelegene Oberseite des Tellers 107a ist als Standfläche für den Fuß 14 des Laserscanners 10 ausgebildet. In abgewandleten Ausführungen können auch die radial innerhalb des Kranzes 107b gelegene Oberseite des Tellers 107a und/oder die Oberseite des Kranzes 107b als Standflächen für den Fuß 14 des Laserscanners 10 ausgebildet sein.

Ein Stellelement 110 ist ringförmig ausgebildet und um die Stativkopfachse 100a des Stativkopfs 100 – wenigstens über einen gewissen Winkelbereich – manuell drehbar. Die drehbare Lagerung des Stellelementes 110 erfolgt vorzugsweise an seinen in axialer Richtung weisenden Enden. Vorliegend ist das Stellelement 110 oben am Teller 107 axial gleit-gelagert und unten am Basiselement 105 axial und radial gleit-gelagert. Auf seiner radialen Außenseite ist das Stellelement 110 mit einem ergonomisch geformten, für eine manuelle Bedienung ohne Zusatzwerkzeuge geeigneten Bereich versehen, vorliegend mit einer umlaufenden Griffmulde. Es könnte anstelle der Griffmulde oder des anderen ergonomisch geformten Bereichs auch ein anderes Mittel für einen guten, schlupffreien Kontakt zwischen den Fingern des Bedieners und dem Stellelement 110 vorgesehen sein.

Auf der Innenseite sind am Stellelement 110 eine erste Kurvenbahn, nachfolgend als Radialkurvenbahn 112 bezeichnet, und eine zweite Kurvenbahn, nachfolgend als Axialkurvenbahn 114 bezeichnet, ausgebildet. Hinsichtlich ihres Verlaufs weist die Radialkurvenbahn 112 einen von radial außen nach radial innen verlaufenden ersten Radialkurvenbahn-Abschnitt 112a und daran anschließend einen deutlich längeren, mit konstantem Radius verlaufenden zweiten Radialkurvenbahn-Abschnitt 112b auf. Nach einer radial nach innen vorspringenden Materialpartie wiederholt sich nach alle 120° der Verlauf der Radialkurvenbahn 112, so dass dreimal der gleiche Verlauf vorliegt. Die Axialkurvenbahn 114 hat in ihrem Verlauf einen auf axial konstanter Höhe verlaufenden ersten Axialkurvenbahn-Abschnitt 114a, an welchen sich ein stufenförmiger zweiter Axialkurvenbahn-Abschnitt 114b anschließt, der zugleich (in axialer Richtung nach oben) den höchsten Punkt der Axialkurvenbahn 114 bildet. Daran schließt sich ein rampenförmiger dritter Axialkurvenbahn-Abschnitt 114c an, welcher in axialer Richtung abfällt und in einer Falle als viertem Axialkurvenbahn-Abschnitt 114d endet. Der vierte Axialkurvenbahn-Abschnitt 114d bildet zugleich (in axialer Richtung nach oben) den tiefsten Punkt der Axialkurvenbahn 114. Hinter dem vierten Axialkurvenbahn-Abschnitt 114d befindet sich eine Stufe auf die Höhe des ersten Axialkurvenbahn-Abschnitts 114a. Alle 120° wiederholt sich dieser Verlauf. Mittels der beiden Kurvenbahnen 112, 114 steuert das Stellelement 110 die Übergänge zwischen Warte-, gesichertem und verriegeltem Zustand des Stativkopfs 100.

In abgewandelten Ausführungen können die beiden Kurvenbahnen 112, 114 im Detail andere Abschnitte und Verläufe aufweisen.

Auf einem zentralen Dorn des Basiselements 105 ist ein Treiber 116 mittels eines hülsenförmigen Abschnitts gelagert, welcher um die Stativkopfachse 100a drehbar ist. Vom hülsenförmigen Abschnitt stehen zwei Ausleger des Treibers 116 radial nach außen ab. Eine Treiberfeder, welche vorliegend als Schenkelfeder ausgebildet ist, spannt den Treiber 116 gegenüber dem Basiselement 105 in Umfangsrichtung vor. Die Treiberfeder befindet innerhalb eines um den Treiber 116 herum angeordneten Bauraums 117 im Basiselement 105. Im Stellelement 110 ist ein Sicherungsstift 118 axial verschieblich gelagert. Der Sicherungsstift 118 wirkt mit dem Teller 107a zusammen, genauer gesagt einer Stufe desselben, und sichert durch Anlage an diese Stufe den vorgespannten Treiber 116. Wird der mittels der Treiberfeder vorgespannte Treiber 116 vom Sicherungsstift 118 freigegeben, so wirkt er auf das Stellelement 110 ein, um es vom Wartezustand in Richtung zum gesicherten Zustand zu bringen.

Drei Riegel 120 sind in radialer Richtung parallel versetzt zu Stativkopfachse 100a angeordnet, in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt (also alle 120°), und werden vom Griffelement 110 radial umschlossen. Jeder der Riegel 120 weist einen länglichen Grundkörper auf und ist um eine zur Stativkopfachse 100a parallele Riegeldrehachse 120a drehbar gelagert, und zwar einerseits im Basiselement 105, und andererseits im Kranz 107b des Deckelelements 107. Zusätzlich ist jeder Riegel 120 in begrenztem Maße entlang seiner Riegeldrehachse 120a verschiebbar. Hierzu sind an beiden axialen Enden des Riegels 120 Lagerstifte 122 vorgesehen, die einerseits fest im Basiselement 105 bzw. im Kranz 107b sitzen und andererseits in mit der Riegeldrehachse 120a fluchtende, sacklochartige Bohrungen des Riegels 120 greifen. Dabei ist noch eine Lagerfeder 124 zwischen dem unteren Lagerstift 122 und dem Riegel 120 vorgesehen, genauer gesagt zwischen dem oberen Ende des unteren Lagerstifts 122 und dem Grund der unteren sacklochartigen Bohrung des Riegels 120 angeordnet. Die schwache Lagerfeder 124 hebt den Riegel 120 entgegen seinem Gewicht nach oben an.

Jeder Riegel 120 weist an seinem oberen Ende einen zwei einander gegenüberliegende Riegelköpfe 120b auf, welche vom länglichen Grundkörper radial (bezüglich der Riegeldrehachse 120a) vorspringen. Die beiden Riegelköpfe 120b, welche zusammen dem oberen Ende des Riegels 120 eine hammerförmige Ausbildung geben, sind vorzugsweise angeformt, also einstückig mit dem Riegel 120 ausgebildet. Mittels Drehung des Riegels 120 um die Riegeldrehachse 120a schwenkt jeder vorgesehene Riegelkopf 120b zwischen einem ausgeschwenkten Zustand, in welchem er aus einem Fenster im Kranz 107b radial (bezüglich der Stativkopfachse 100a) herausragt, und einem eingeschwenkten Zustand, in welchem er innerhalb des Kranzes 107b in einer an das Fenster anschließenden Aufnahme angeordnet ist. In einer abgewandelten Bauweise ist nur ein Riegelkopf 120b pro Riegel 120 vorgesehen.

Axial versetzt zu den Riegelköpfen 120b weist jeder Riegel 120 einen ersten Tastarm auf, nachfolgend als Radialtastarm 120c bezeichnet, welcher radial (bezüglich der Riegeldrehachse 120a) vorspringt. Das freie Ende des Radialtastarms 120c dient der Abfrage der Radialkurvenbahn 112 des Stellelementes 110. Zur Vergrößerung der Kontaktfläche ist das zapfenartig ausgebildete freie Ende des Radialtastarms 120c in axialer Richtung abgeknickt. Zur Verringerung der Reibung kann zwischen dem Radialtastarm 120c und der Radialkurvenbahn 112 ein Gleitlager (beispielsweise einen Kunststoffring) oder Wälzlager vorgesehen sein, welches das abgeknickte freie Ende des Radialtastarms 120c umschließt und auf seiner radialen Außenseite an der Radialkurvenbahn 112 anliegt.

Die drei Riegel 120 sind – axial zwischen dem jeweiligen Radialtastarm 120c und dem jeweiligen unteren Ende des Riegels 120 – mit ihrem jeweiligen länglichen Grundkörper innerhalb eines Käfigs 130 angeordnet. In Umfangsrichtung versetzt zu den Riegeln 120 weist der Käfig 130 insgesamt drei Ausleger 130b auf. Zwischen jedem dieser Ausleger 130b und der Basis 105 ist eine Käfigfeder 131 angeordnet, welche den Käfig 130 axial nach oben vorspannt. Jeder Riegel 120 wird von einer zugeordneten Druckfeder 132 umschlossen, die wiederum vom Käfig 130 umschlossen wird. Im Vergleich zu den Lagerfedern 124 und Käfigfedern 131 sind die drei Druckfedern 132 stark ausgebildet. An ihrem unteren Ende stützt sich jede Druckfeder 132 auf einem Sicherungsring 134 ab, welcher fest auf dem Riegel 120 sitzt, beispielsweise mittels eines Sprengrings gehalten wird. An ihrem oberen Ende drückt die vorgespannte Druckfeder 132 gegen einen Druckring 136, welcher auf dem länglichen Grundkörper des Riegels 120 verschieblich ist und in der Ausgangsstellung an einer oberhalb vom Druckring 136 angeordneten Stufe des Riegels 120 anliegt. Gegenüber besagter Stufe radial nach außen versetzt ist am Käfig 130 ein radial nach innen weisender Flansch ausgebildet. In besagter Ausgangsstellung ist der Flansch des Käfigs 130 oberhalb des Druckrings 136 angeordnet und mit einem Leerweg von diesem beabstandet. Der Käfig 130 ist verdrehsicher im Basiselement 105 gelagert, so dass die Riegel 120 keinen Querkräften ausgesetzt sind.

Vom Käfig 130 springt ein zweiter Tastarm, nachfolgend als Axialtastarm 130c bezeichnet, radial nach außen vor. Das freie Ende des Axialtastarms 130c dient der Abtastung der Axialkurvenbahn 114 des Stellelementes 110. Zur Verringerung der Reibung kann zwischen dem Axialtastarm 130c und der Axialkurvenbahn 114 ein Gleitlager oder – bevorzugt – ein (radförmiges) Wälzlager 138 vorgesehen sein, welches den als Zagerzapfen ausgebildeten Axialtastarm 130 umschließt und auf seiner radialen Außenseite an der Axialkurvenbahn 114 anliegt. Die Käfigfedern 131 halten die Axialtastarm 130c in Anlage an die Axialkurvenbahn 114, d. h. der Käfig 130 tastet die Axialkurvenbahn 114 federbelastet ab.

Im Kranz 107b des Deckelelements 107 ist ein Auslösestift 140 axial verschieblich gelagert. Im Wartezustand des Stativkopfs 100 steht der Auslösestift 140 über die Oberseite des Kranzes 107b über, d. h. er springt axial nach oben vor. Im unteren Bereich des Auslösestifts 140 ist ein Auslösearm 140a befestigt, mittels dessen der Auslösestift 140 den Sicherungsstift 118 beaufschlagen kann, sofern sich dieser in Anlage an die Stufe des Tellers 107a befindet (und dadurch den vorgespannten Treiber 116 sichert).

Der Fuß 14 des Laserscanners ist auf ein Zusammenwirken mit dem Stativkopf 100 ausgelegt. Hierzu weist der Fuß 14 eine Fußplatte 14b auf. In dieser Fußplatte 14 sind auf der Unterseite vorliegend eine Ringnut 14n, welche der Aufnahme des Kranzes 107b des Deckelelements 107 dient, sowie eine die Ringsnut 14n radial außenseitig begrenzende Materialpartie 14p ausgebildet, deren Unterseite der Anlage an den Teller 107a dient. Zudem ist an dieser Materialpartie 14p – und vorliegend auch an der auf der anderen Seite der Ringnut 14n gelegenen, die Ringnut 14n radial innenseitig begrenzenden Materialpartie – ein Flansch 14r ausgebildet, welcher die Ringsnut 14n etwas überdeckt, so dass in der Ringnut 14n wenigstens radial außen ein Hinterschnitt vorhanden ist. Sowohl der Grund der Ringnut 14n als auch die Unterseite der radial außenseitigen Materialpartie 14p sind als Laufflächen für eine relative Drehung des Fußes 14 auf dem Stativkopf 100 vorgesehen.

Ohne aufgesetzten Laserscanner 10 befindet sich der Stativkopf 100 im Wartezustand. Der Auslösestift 140 steht nach oben über. Bei jedem Riegel 120 sind die vorgesehenen Riegelköpfe 120b in den Kranz 107b eingeschwenkt, und der Radialtastarm 120c befindet sich in der Radialkurvenbahn 112 an dem radial äußeren Ende des zugeordneten ersten Radialkurvenbahn-Abschnitts 112a. Entlang seiner Riegeldrehachse 120a befindet sich jeder Riegel 120 in seiner oberesten Position, gehalten von der Vorspannung. Der Käfig 130 ist vom Druckring 136 beabstandet, und bei der Axialkurvenbahn 114 befindet sich der Axialtastarm 130c an dem äußeren Ende des ersten Axialkurvenbahn-Abschnitts 114a.

Wird der Laserscanner 10 auf den Stativkopf 100 gesetzt, greift die Ringnut 14n in der Fußplatte 14b über den Kranz 107b. Mit dem Aufsetzen des Laserscanners 10 wird der Auslösestift 140 von der Fußplatte 14b des Fußes 14, genauer gesagt vom Grund der Ringnut 14n, nach unten gedrückt. Dabei drückt der Auslösestift 140 seinerseits mittels des Auslösearms 140a den Sicherungsstift 118 so weit nach unten, dass sich dieser von der Stufe des Tellers 107a löst. Dadurch kann die Treiberfeder den Treiber 116 um einen vorgegebenen Winkel bis zu einem Anschlag drehen, wodurch das Stellelement 110 um den gleichen Winkel gedreht wird (von oben betrachtet gegen den Uhrzeigersinn). Mit der Drehung des Stellelementes 110 wird die Radialkurvenbahn 112, genauer gesagt jeweils zunächst der erste Radialkurvenbahn-Abschnitt 112a und dann der Anfang des zweiten Radialkurvenbahn-Abschnitts 112b, an den Radialtastarmen 120c vorbeigeführt. Zugleich wird auch die Axialkurvenbahn 114 mit ihren jeweiligen der erste Axialkurvenbahn-Abschnitt 114a an den zugeordneten Axialtastarmen 130c vorbeigeführt. Aufgrund des Verlaufs der Radialkurvenbahn 112 wird jeder Radialtastarm 120c und damit jeder Riegel 120 geschwenkt. Die Riegelköpfe 120b schwenken aus dem Kranz 107b heraus, so dass vorliegend drei Riegelköpfe 120b radial nach außen und drei Riegelköpfe 120b radial nach innen ragen. Die ausgeschwenkten Riegelköpfe 120b hintergreifen den jeweils zugeordneten Flansch 14r, allerdings im Abstand hierzu. Die jeweiligen Axialtastarme 130c sind in die zugeordneten zweiten Axialkurvenbahn-Abschnitte 114b gelangt. Der Stativkopf 100 befindet sich nun im gesicherten Zustand. Der Laserscanner 10, genauer gesagt sein Fuß 14, kann nun relativ zum Stativkopf 100 gedreht werden, aber nicht mehr abgehoben werden.

Da während der Schwenkbewegung der Riegelköpfe 120b praktisch keine Relativbewegung von Radialtastarm 120c und erstem Radialkurvenbahn-Abschnitt 112a in Umfangsrichtung auftritt (im Gegensatz zur Relativbewegung von Axialtastarm 130c und erstem Axialkurvenbahn-Abschnitt 114a in Umfangsrichtung), ist die Radialkurvenbahn 112 in Umfangsrichtung insgesamt kürzer als die Axialkurvenbahn 114.

Aus dem gesicherten Zustand des Stativkopfs 100 heraus kann das Stellelement 110 weiter gedreht werden (von oben betrachtet gegen den Uhrzeigersinn). Dabei bewegt sich die Axialbahnkurve 114 – in allen drei Winkelbereichen in Umlaufrichtung – mit ihrem jeweiligen rampenförmigen dritten Axialkurvenbahn-Abschnitt 114c relativ zum zugeordneten Axialtastarm 130c des Käfigs 130, d. h. der Axialtastarm 130c tastet mittels seines Wälzlägers 138 und unter Belastung mittels der Käfigfedern 131 die Axialkurvenbahn 114 ab. Da der dritten Axialkurvenbahn-Abschnitt 114c axial nach unten verläuft, wird der zugeordnete Käfig 130 axial nach unten gedrückt. Nachdem er in Anlage an den Druckring 136 gekommen ist, drückt er zusätzlich die Druckfeder 132 zusammen und schiebt den zugeordneten Riegel 120 axial nach unten, so dass die vorgesehenen Riegelköpfe 120b in Anlage an die zugeordneten Flansche 14r kommen. Die Druckfedern gleichen untereinander die Belastungen so aus, dass alle Riegel 120 gleichmäßig belastet sind. Zugleich ermöglichen die Druckfedern 132, dass der Käfig 130 je nach Abschnitt der Axialkurvenbahn 114 überdrückt werden kann. Die Bewegung der Radialtastarme 120c entlang der zweiten Radialkurvenbahn-Abschnitte 120b erfolgt ohne Kraftänderung. Mit dem Zusammendrücken der Druckfeder 132 wird eine (zusätzliche) Haltekraft aufgebaut. Diese Haltekraft drückt jeweils den Riegelkopf 120b gegen den Flansch 14r und wird maximal, wenn wenigstens einer der Axialtastarme 130c mit seinem Wälzlager 138 den zugeordneten vierten Axialkurvenbahn-Abschnitt 114d, also die Falle, erreicht hat. Der Stativkopf 100 befindet sich nun im verriegelten Zustand.

Aus dem verriegelten Zustand des Stativkopfs 100 heraus kann das Stellelement 110 in die entgegengesetzte Richtung gedreht werden (von oben betrachtet im Uhrzeigersinn). Mit dem Verlassen des zugeordneten vierten Axialkurvenbahn-Abschnitts 114d gelangen die Axialtastarme 130c jeweils in den dritten Axialkurvenbahn-Abschnitt 114c, so dass die vorgesehenen Druckfedern 132 (und die Käfigfedern 131) entspannen können und dabei den jeweils zugeordneten Riegel 120 axial nach oben schieben. Das Stellelement 110 wird gedreht, bis die Axialtastarme 130c den jeweils zugeordneten zweiten Axialbahn-Abschnitt 114b erreicht haben, also die Käfige 130 sich von den zugeordneten Druckringen 136 abgehoben und damit die zugeordneten Riegel 120 frei gegeben haben. Der Stativkopf 100 hat wieder den gesicherten Zustand erreicht.

Das Stellelement 110 kann nun in der gleichen Richtung (von oben betrachtet im Uhrzeigersinn) weitergedreht werden, wobei die Axialtastarme 130c sich entlang der ersten Axialkurvenbahn-Abschnitte 114a bewegen, unterstützt von der sich entspannenden Lagerfeder 124. Die Radialtastarme 120c gelangen von den zugeordneten zweiten Radialkurvenbahn-Abschnitten 120b in die ersten Radialkurvenbahn-Abschnitt 120a, so dass die Riegel 120 um ihre jeweilige Riegelachse 120a geschwenkt werden. Die Riegelköpfe 120b werden in den Wulst 107b eingeschwenkt. Der Stativkopf 100 befindet sich nun im Wartezustand, und der Laserscanner 10 kann abgehoben werden.

Bezugszeichenliste

10
Laserscanner
12
Messkopf
12a
erste Achse
12c
Tragestruktur
12d
Wand
12e
Quertraverse
12s
Schale
12y
Außenkante
12z
Kühlung
14
Fuß
14b
Fußplatte
14n
Ringnut
14p
Materialpartie
14r
Flansch
16
Spiegel
16a
zweite Achse
17
Lichtsender
18
Sendelichtstrahl
20
Empfangslichtstrahl
21
Lichtempfänger
22
Steuer- und Auswertevorrichtung
24
Anweise- und Anzeigevorrichtung
25
Farbkamera
26
Fixierungsmittel
28
Batteriepack
100
Stativkopf
100a
Stativkopfachse
101
Stativ
105
Basiselement
107
Deckelelement
107a
Teller
107b
Wulst
110
Stellelement
112
Radialkurvenbahn
112a
erster Radialkurvenbahn-Abschnitt
112b
zweiter Radialkurvenbahn-Abschnitt
114
Axialkurvenbahn
114a
erster Axialkurvenbahn-Abschnitt
114b
zweiter Axialkurvenbahn-Abschnitt
114c
dritter Axialkurvenbahn-Abschnitt
114d
vierter Axialkurvenbahn-Abschnitt
116
Treiber
117
Bauraum (für Treiberfeder)
118
Sicherungsstift
120
Riegel
120a
Riegeldrehachse
120
Riegelkopf
120c
Radialtastarm
122
Lagerstift
124
Lagerfeder
130
Käfig
130b
Ausleger
130c
Axialtastarm
131
Käfigfeder
132
Druckfeder
134
Sicherungsring
136
Druckring
138
Wälzlager
140
Auslösestift
140a
Auslösearm
C10
Zentrum
d
Abstand
O
Objekt
X
Messpunkt