DE102008039838A1 - Measuring object's three dimensional surface scanning method, involves executing scanning movement of laser light beam by beam deflecting unit, and utilizing laser light beam for measuring and displaying data of scanning points - Google Patents

Measuring object's three dimensional surface scanning method, involves executing scanning movement of laser light beam by beam deflecting unit, and utilizing laser light beam for measuring and displaying data of scanning points Download PDF

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Abstract

The method involves executing a scanning movement of a laser light beam by a beam deflecting unit (7) independent of pivoting axes (6, 8). A speed of the scanning movement of the beam around one of the pivoting axes is selected higher than a speed of the scanning movement of the beam around another pivoting axis. A central electronics (15) is provided for controlling range, sequence and resolution of acquisition of data of scanning points in a receiving range area. The beam is utilized for measuring and displaying the data of the scanning points. An independent claim is also included for a device for executing a method for scanning a three dimensional surface of an object.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtasten der dreidimensionalen Oberfläche eines Objekts mittels eines Lichtstrahl-Scanners, dessen von einer Lichtquelle ausgehender, pulsmodulierter und kollimierter Lichtstrahl, beispielsweise ein Laserstrahl einer Abtastbewegung unterworfen wird und danach entsprechend dieser Abtastbewegung auf der Oberfläche des Objekts an einem Abtastpunkt auftrifft, von dem er rückgestreut und als Streulicht in einem optischen Empfangsdetektor erfasst wird, wobei dann zur Erzielung einer dreidimensionalen Abbildungsinformation das Prinzip der Triangulation angewandt wird, indem, ausgehend von der bekannten Abstrahlrichtung, vom bekannten direkten Abstand zwischen der Lichtquelle und dem optischen Empfangsdetektor und von der über Triangulation bestimmten Strahlstreckenlänge zwischen Lichtquelle und optischem Empfangsdetektor, für jeden Abtastpunkt auf der Oberfläche des Objekts die Daten ermittelt werden.The The invention relates to a method for scanning the three-dimensional Surface of an object by means of a light beam scanner, whose emanating from a light source, pulse modulated and collimated Light beam, for example a laser beam of a scanning movement is subjected and then according to this scanning on the surface of the object hits a sampling point, from which he backscattered and as stray light in an optical Receive detector is detected, in which case to achieve a three-dimensional Imaging information the principle of triangulation is applied by, starting from the known emission direction, from the known direct distance between the light source and the optical reception detector and from the triangulation determined beam length between the light source and the optical reception detector, for each sample point on the surface of the object's data be determined.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The The invention also relates to a device for implementation of the procedure.

Beim 3D-Laserscanning wird die Oberflächengeometrie von Objekten mittels Pulslaufzeit, Phasendifferenz im Vergleich zu einer Referenz oder durch Triangulation von Laserstrahlen digital erfasst. Bei der Triangulation wird eine Laser-Lichtquelle genutzt, die mit einem Strahl unter einem Winkel das Objekt beleuchtet, dessen Oberfläche vermessen werden soll. Ein elektronischer Bildwandler, z. B. eine CCD- oder CMOS-Kamera oder ein PSD (Position Sensitive Detector), registriert das von der Objektoberfläche reflektierte Streulicht. Bei Kenntnis der Strahlrichtung und des direkten Abstandes zwischen Kamera bzw. PSD und der Laser-Lichtquelle kann damit der Abstand vom reflektierenden Objektoberflächenpunkt bestimmt werden. Die Verbindungslinie Kamera-Lichtquelle sowie die beiden Teilstrahlen zu der und von der Ob jektoberfläche bilden hierbei ein Dreieck, woraus sich die Bezeichnung ”Triangulation” ableitet. Wird das Triangulationsverfahren rasterartig oder kontinuierlich bewegt durchgeführt, so kann das Oberflächenrelief des Objekts bestimmt werden. Wird ein Muster, z. B. eine Linie oder ein Streifenmuster, auf die Objektoberfläche projiziert, so lässt sich die Abstandsinformation zu allen Punkten des Musters mit einem einzigen Kamerabild berechnen.At the 3D laser scanning becomes the surface geometry of objects by means of pulse transit time, phase difference compared to a reference or digitally detected by triangulation of laser beams. at The triangulation uses a laser light source that comes with a Beam at an angle illuminates the object, its surface to be measured. An electronic image converter, z. B. a CCD or CMOS camera or a PSD (Position Sensitive Detector) the scattered light reflected from the object surface. at Knowledge of the beam direction and the direct distance between camera or PSD and the laser light source can thus be the distance from the reflective Object surface point to be determined. The connecting line camera light source as well as the two partial beams to and from the object surface form a triangle, from which the name "triangulation" is derived. Is the triangulation method grid-like or continuous moved, so can the surface relief of the object. If a pattern, z. B. a line or a stripe pattern projecting onto the object surface, this is the distance information for all points of the pattern with a single camera image.

Laserscanner oder 3D-Laser-Entfernungsmesser allgemein gibt es in vielen verschiedenen Formen. Sie können unter Anwendung unterschiedlicher Messprinzipien arbeiten und verschiedene Messbereiche erfassen und auch hinsichtlich ihrer Genauigkeit verschieden sein. Allen diesen Geräten gemeinsam ist die handgeführte oder automatische Erzeugung von virtuellen, oberflächenbasierten 3D-Modellen.laser scanner or 3D Laser Rangefinders generally come in many different forms. You can by using different measuring principles work and record different ranges and also in terms be different in their accuracy. Common to all these devices is the hand-guided or automatic generation of virtual, surface-based 3D models.

Die meisten 3D-Laser-Entfernungsmesser projizieren einen Punkt, eine Linie, eine Fläche oder ein Muster auf ein Messobjekt und empfangen das reflektierte Licht, um Entfernungs- und/oder Positionsdaten zu errechnen. Ebenso wie eine Vielzahl solcher Geräte gibt es auch eine Vielzahl von Anwendungen, wie z. B. Mess- und Kontrollaufgaben, Reverse Engineering, Erstellung virtueller Ausstellungen, Museen oder Archive, aber auch medizinische Aufgaben, wie die Registrierung oder Vermessung von Körperteilen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden insbesondere mobile Geräte, die handgeführt oder auch automatisch eingesetzt werden können, näher betrachtet.The Most 3D laser rangefinders project one point, one Line, a surface or a pattern on a test object and receive the reflected light to distance and / or position data to calculate. Just as there are a lot of such devices It also has a variety of applications, such as: B. measuring and control tasks, Reverse engineering, creating virtual exhibitions, museums or archives, but also medical tasks, such as registration or measurement of body parts. In the context of the present Invention are especially mobile devices that are hand-held or can be used automatically, closer considered.

Die Datenaufnahme eines zu vermessenden Objekts wird dabei meist von vorher bestimmten Anforderungen geleitet, wie zum Beispiel dem Ort der Datenaufnahme, einer stellenweise höheren erforderlichen Genauigkeit oder der Reihenfolge der Da tenerfassung. Dies wird bisher in Messprotokollen und Vorschriften festgehalten, nach denen die Messung durchgeführt wird. Ein weiteres Problem bei 3D-Messungen besteht darin, dass bereits vermessene Oberflächen am Objekt natürlich nicht als solche erkennbar sind. Der Vermesser muss sich also einprägen, wo bereits gemessen wurde, oder eine geeignete Anzeige am Messgerät vermittelt diese Information. Eine solche Anzeige ist notwendigerweise recht komplex, da die bereits gemessenen Bereiche mit der Realität in Deckung gebracht werden müssen.The Data acquisition of an object to be measured is usually from previously directed to specific requirements, such as the location the data acquisition, a higher in places required Accuracy or the order of data acquisition. This will be so far recorded in measurement protocols and regulations according to which the Measurement is performed. Another problem with 3D measurements is that already measured surfaces on the object Of course, they are not recognizable as such. The surveyor must therefore memorize, where has already been measured, or a suitable display on the meter gives this information. Such a display is necessarily quite complex, since the already measured areas coincide with reality Need to become.

Werden Bereiche der zu messenden Oberfläche mehrfach abgetastet, so ist das im Allgemeinen kein Problem. Dagegen entstehen dann Probleme, wenn eigentlich zu messende Bereiche der Objektoberfläche versehentlich nicht erfasst werden, sei es aus Nachlässigkeit oder aus Unwissenheit. So ist es beispielsweise in der Medizintechnik bei der Registrierung von Patienten vor oder während einer Operation, also dem Matching vom Patientenmodell mit der Operationsplanung und der Realität, entscheidend, welche Bereiche des Patienten vermessen werden, um Mehrdeutigkeiten auszuschließen.Become Areas of the surface to be measured repeatedly scanned, that's not a problem in general. On the other hand, problems arise if actually measured areas of the object surface accidentally not be detected, be it due to negligence or out of ignorance. This is the case, for example, in medical technology when registering patients before or during surgery, ie the matching of the patient model with the surgical planning and the reality, crucial, which areas of the patient measured to avoid ambiguity.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass in sehr vielen Bereichen der 3D-Datenerfassung, in der Industrie wie auch exemplarisch in der Medizintechnik, die Art und die Reihenfolge der Erfassung der Oberfläche eines Objekts eine wichtige, manchmal entscheidende Rolle spielt.In summary It can be said that in many areas of 3D data acquisition, in the industry as well as exemplary in the medical technology, the Type and order of capture of the surface of a Object plays an important, sometimes crucial role.

Laser-Entfernungsmesser, Laserscanner und Triangulationsscanner gibt es in vielerlei Ausführungsformen.Laser rangefinder, Laser scanners and triangulation scanners are available in many different forms.

Aus DE 4 142 702 A1 ist es bekannt, die dreidimensionale Oberfläche eines Objekts mit Hilfe eines rotierenden Polygonspiegels periodisch abzutasten, wobei das von der Oberfläche des Objekts zurückreflektierte Licht als Messstrahl nach Reflexion am Polygonspiegel über einen feststehenden Umlenkspiegel zu einem Lichtdetektor ausgekoppelt wird, der zur Bestimmung des Abstandes des jeweils abgetasteten Punktes der Oberfläche vom Polygonspiegel an eine Phasenmessanordnung angeschlossen ist, deren Ausgangssignal eine Recheneinheit speist. Im Strahlengang vom Polygonspiegel zum Objekt ist ein bewegtes Spiegelbauteil angeordnet, das einerseits den Abtastlichtstrahl auf das Objekt umlenkt und diesen Lichtstrahl andererseits quer zur Abtastrichtung ablenkt. Der Abtastlichtstrahl und der Reflexionslichtstrahl werden hinsichtlich ihrer Laufzeit miteinander verglichen.Out DE 4 142 702 A1 It is known to periodically abzutas the three-dimensional surface of an object by means of a rotating polygon mirror th, which is reflected back from the surface of the object reflected light as measuring beam after reflection at the polygon mirror via a fixed deflection mirror to a light detector, which is connected to determine the distance of each scanned point of the surface of the polygon mirror to a phase measuring arrangement whose output is a computing unit fed. In the beam path from the polygon mirror to the object, a moving mirror component is arranged, which on the one hand deflects the scanning light beam onto the object and on the other hand deflects this light beam transversely to the scanning direction. The scanning light beam and the reflected light beam are compared with each other in terms of their transit time.

In GB 2 292 605 A ist eine Laserscanner-Vorrichtung zum Bestimmen der dreidimensionalen Eigenschaften einer Objektoberfläche beschrieben. Hierbei ist ein handgeführter Scanner vorgesehen, der in Bezug zur zu vermessenden Oberfläche frei beweglich ist und ein zweidimensionales Muster auf diese Oberfläche wirft. Mit einem zweidimensionalen optischen Detektor werden die Oberflächeneigenschaften ermittelt. Dateien mit 3D-Koordinatendaten aus Abtastungen von sich überlappenden Oberflächenbereichen des Objekts werden zu einen gemeinsamen Satz unter Kompensation jeder Bewegung des Scanners bezüglich der Objektoberfläche zwischen aufeinanderfolgenden Abtastungen kombiniert. Die durch diese Abtastdateien definierten Oberflächenbereiche werden durch geeignete Rotations- und Translationsbewegungen in einem Computer registriert, wobei diese Bewegungen mittels Gyroskop, Beschleunigungsmesser oder durch mathematische Verarbeitung der Abtastdaten selbst ermittelt werden.In GB 2 292 605 A For example, a laser scanner device for determining the three-dimensional properties of an object surface is described. Here, a hand-held scanner is provided, which is freely movable with respect to the surface to be measured and throws a two-dimensional pattern on this surface. With a two-dimensional optical detector, the surface properties are determined. Files of 3D coordinate data from scans of overlapping surface areas of the object are combined into a common set, compensating for any movement of the scanner relative to the object surface between successive scans. The surface areas defined by these scan files are registered by suitable rotational and translational motions in a computer, these motions being determined by gyroscope, accelerometer, or by mathematical processing of the scan data itself.

Aus GB 2 374 743 A ist ein Abbildungssystem bekannt, bei dem eine gepulste Laser-Lichtquelle eine dreidimensionale Oberfläche abtastet und das von der Oberfläche reflektierte Licht in einem stationären zweidimensionalen Mehrbereichs-Lichtdetektor-Array empfangen wird. Mittels Laufzeitmessung wird der Abstand zwischen Quelle und Detektor ermittelt, so dass ein dreidimensionales Bild der Oberfläche aufgebaut werden kann. Der Lichtquellen-Abtastmechanismus ist synchronisiert, so dass die verschiedenen Bereiche abgetastet und auf verschiedene Bereiche des Detektor-Arrays abgebildet werden.Out GB 2 374 743 A For example, an imaging system is known in which a pulsed laser light source scans a three-dimensional surface and the light reflected from the surface is received in a stationary multidimensional two-dimensional light detector array. By measuring the transit time, the distance between the source and the detector is determined, so that a three-dimensional image of the surface can be built up. The light source scanning mechanism is synchronized so that the various areas are scanned and imaged onto different areas of the detector array.

Aus WO 2006/094409 A1 ist ein Verfahren zum Abtasten und Digitalisieren dreidimensionaler Objektoberflächen mittels eines Laserscanners bekannt. Hierbei wird ein selbstreferenziertes, handgeführtes Abtastsystem benutzt. Das System berechnet fortlaufend aus einer Beobachtung seine eigene Position und Ausrichtung, während die Oberflächengeometrie des Objekts abgetastet wird. Es wird das sogenannte Triangulationsprinzip ausgenutzt und ein Gerät integriert, das sowohl Oberflächenpunkte, die aus Reflexionen von auf die Objektoberfläche projizierten Lichtmustern herrühren, als auch zweidimensionale Positionsmerkmale erfasst, die aus der Beobachtung von Zielpositionsmerkmalen stammen.Out WO 2006/094409 A1 For example, a method of scanning and digitizing three-dimensional object surfaces by means of a laser scanner is known. Here, a self-referenced hand-held scanning system is used. The system continuously calculates its own position and orientation from an observation as the surface geometry of the object is scanned. It exploits the so-called triangulation principle and integrates a device that captures both surface points resulting from reflections of light patterns projected onto the object surface and two-dimensional position features derived from observation of target position features.

Auch aus US 2006/0269896 A1 ist ein Laser-Abtastsystem zur Erfassung dreidimensionaler Informationen eines Objekts bekannt. Dieses System umfasst einen Sendeempfänger mit einer Laser-Lichtquelle, einen um zwei zueinander senkrecht stehende Achsen oszillierenden MEMS-Abtastspiegel und Software für eine Rahmen-Registrierung. Zum Abbilden der Oberfläche eines Objekts, insbesondere von Zahnoberflächenformationen, wird die Laser-Entfernungsmesstechnik angewandt. Der mit hoher Geschwindigkeit schwingende MEMS-Spiegel ermöglicht das Abtasten der Objektoberfläche. Dieses bekannte Abtastsystem arbeitet jedoch nicht nach dem Triangulationsprinzip.Also from US 2006/0269896 A1 For example, a laser scanning system for acquiring three-dimensional information of an object is known. This system includes a transceiver with a laser light source, a MEMS scanning mirror oscillating about two mutually perpendicular axes, and software for frame registration. For imaging the surface of an object, in particular tooth surface formations, the laser distance measuring technique is used. The high-speed MEMS mirror allows the object surface to be scanned. However, this known scanning system does not work on the triangulation principle.

Aus DE 10 2006 035 292 A1 ist ein Verfahren zum Übertragen von positionszugeordneten Informationen aus einer virtuellen in eine tatsächliche Realität und zum Anzeigen dieser Informationen in der tatsächlichen Realität bekannt. Hierbei werden die in der virtuellen Realität aufgenommenen Informationen in Bezug auf ein der virtuellen Realität zugeteiltes Koordinatensystem bestimmt.Out DE 10 2006 035 292 A1 For example, a method is known for transferring positional information from a virtual to an actual reality and displaying that information in actual reality. Here, the information recorded in the virtual reality is determined with respect to a virtual reality assigned coordinate system.

Zur Darstellung in der tatsächlichen Realität wird eine Registrierung vorgenommen, bei der eine Transformationsmatrix ermittelt wird, welche das der virtuellen Realität zugeteilte Koordinatensystem in ein Koordinatensystem eines Trackingsystems transformiert, so dass die in die tatsächliche Realität zu übertragenden positionszugeordneten Informationen in dieser transformationsgetreu mittels einer Anzeigevorrichtung angezeigt werden, die eine einen Lichtstrahl aussendende Lichtquelle enthält, deren Position in der tatsächlichen Realität mittels des Trackingsystems ermittelt wird.to Representation in actual reality becomes made a registration in which a transformation matrix which is assigned to the virtual reality Coordinate system in a coordinate system of a tracking system transformed, so that in the actual reality in position-assigned information to be transferred this transformation is displayed by means of a display device which contains a light source emitting a light beam, their position in actual reality by means of of the tracking system is determined.

Aus der ermittelten Position der Lichtquelle und den aus der virtuellen Realität in die tatsächliche Realität transformierten positionszugeordneten Informationen wird die vorzunehmende Stellung einer in der Anzeigevorrichtung zur Ablenkung des von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahls vorgesehenen, steuerbaren Lichtstrahl-Ablenkeinrichtung berechnet und eingestellt, so dass der Lichtstrahl nach seiner Ablenkung durch die steuerbare Lichtstrahl-Ablenkeinrichtung exakt in die Richtung zur zugewiesenen Position gerichtet ist und im Fall einer Bewegung der Lichtquelle die steuerbare Lichtstrahl-Ablenkeinrichtung automatisch in einer solchen Weise nachgestellt wird, dass der abgelenkte Lichtstrahl stets auf die zugewiesene Position gerichtet bleibt.Out the determined position of the light source and that of the virtual Reality in the actual reality transformed positional information is the one to be performed Position one in the display device for deflecting the light from the source outgoing light beam provided, controllable light beam deflection calculated and adjusted so that the light beam after its deflection by the controllable light beam deflection exactly in the Direction is directed to the assigned position and in the case of a Movement of the light source, the controllable light beam deflector automatically adjusted in such a way that the deflected Light beam is always directed to the assigned position.

Die mit dem Lichtstrahl ausgestrahlten Informationen können diejenigen eines oder mehrerer Punkte und/oder von Linien und/oder von Buchstaben und/oder von Symbolen sein, die über die Ablenkeinrichtung auf eine Oberfläche in der tatsächlichen räumlichen Realität projiziert werden.The information transmitted by the light beam may be one or more Points and / or lines and / or letters and / or symbols that are projected via the deflector on a surface in the actual spatial reality.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass es kein Verfahren oder Gerät gibt, das eine 3D-Datenerfassung mit einer Kontrolle der Datenerfassung kombiniert, Informationen zur Benutzerführung bei der Datenfassung in intuitiver und einfacher Art anzeigt und gegebenenfalls auch voll- oder teilautonom arbeiten kann. Bisher werden solche Anwendungsfälle durch die Kombination mehrerer einzelner Geräte abgedeckt, was teuer, kompliziert und häufig unzureichend ist.In summary it should be noted that there is no process or apparatus the one 3D data acquisition with a control of the data acquisition combined, information about user guidance during data acquisition displayed in an intuitive and simple way and possibly also can work fully or partially autonomously. So far, such applications are by the combination of several individual devices covered what expensive, complicated and often insufficient.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, zum Abtasten der dreidimensionalen Oberfläche eines Objekts mittels eines entsprechend dem eindimensionalen Funktionsprinzip der Laser-Triangulation arbeitenden Laser-Scanners ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die eine dreidimensionale Datenerfassung der Oberfläche mit einer Kontrolle der Datenerfassung kombinieren, eine Anzeige von Informationen in intuitiver und einfacher Weise zur Benutzerführung bei der Datenerfassung ermöglichen und darüber hinaus gegebenenfalls auch in der Lage sind, voll- oder teilautonom zu arbeiten.task The present invention is for scanning the three-dimensional Surface of an object by means of a corresponding to the one-dimensional functional principle of laser triangulation working Laser scanners create a method and a device that a three-dimensional data acquisition of the surface with combine a control of data collection, a display of Information in an intuitive and easy way to user guidance enable data collection and above may also be able to be fully or partially autonomous to work.

Gemäß der Erfindung, die sich auf ein Verfahren der eingangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Abtastbewegung des Laserstrahls durch ein im Strahlverlauf angeordnetes, um zwei zueinander senkrecht stehende Schwenkachsen voneinander unabhängig schwenkbares Strahlablenkmittel vorgenommen wird, dass die Ebene, in welcher die Triangulation vorgenommen wird, durch die effektiven Positionen des Strahlablenkmittels, des Abtastpunktes auf der Oberfläche des Objekts sowie des optischen Empfangsdetektors festgelegt wird und auch die erste der beiden Schwenkachsen in dieser Ebene verlaufen kann, dass das Schwenken des Strahlablenkmittels um die zweite der beiden Schwenkachsen einer Abtastbewegung des Strahls in der Triangulationsebene entspricht, dass die Geschwindigkeit der Schwenkbewegung des Strahlablenkmittels um die zweite Schwenkachse höher als diejenige des Strahlablenkmittels um die erste Schwenkachse gewählt wird, dass der Bereich, die Reihenfolge und die Auflösung der Erfassung der Daten von Abtastpunkten mittels einer zentralen Elektronik im Bereich der Empfangsreichweite gesteuert wird, und dass derselbe Laser-Lichtstrahl sowohl zum Messen als auch zum Anzeigen der Daten der Abtastpunkte verwendet wird.According to the Invention, based on a method of the type mentioned This object is achieved in that the scanning movement of the laser beam by a arranged in the beam path, by two mutually perpendicular pivot axes independent of each other pivotable beam deflection means is made that the plane, in which the triangulation is made by the effective Positions of the Strahlablenkmittels, the sampling point on the surface of the Object and the optical reception detector is set and also the first of the two pivot axes extend in this plane can that the pivoting of the Strahlablenkmittels to the second of the two pivot axes of a scanning movement of the beam in the Triangulationsebene corresponds to the speed of the pivoting movement of the Strahlablenkmittels about the second pivot axis higher than that of the beam deflecting means is chosen around the first pivot axis, that the area, the order and resolution of data collection of sampling points by means of central electronics in the area the receiving range is controlled, and that the same laser light beam both for measuring and displaying the data of the sampling points is used.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein großer Teil der Probleme gelöst, die von unvollständiger oder falscher Datenerfassung ausgehen. Darüber hinaus zeigt das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung eine Reihe weiterer nützlicher Eigenschaften.According to the The present invention becomes a large part of the problems solved by incomplete or wrong Data collection go out. In addition, the procedure shows a number of other useful ones according to the present invention Properties.

Eine die gestellte Aufgabe lösende Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäß arbeitenden Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine kollimierte Laser-Lichtquelle vorgesehen ist, von der ein pulsmodulierter Laserstrahl ausgeht, dass zur Auslenkung des Laserstrahls zur Oberfläche des Objekts hin ein Strahlablenkmittel vorgesehen ist, das um zwei zueinander senkrecht stehende Abtastachsen schwenkbar ist, dass zum Auffangen des von einem Abtastpunkt an einer Oberflächenstelle rückgestreuten Lichts ein eindimensionaler optischer Empfangsdetektor vorgesehen ist, der in Bezug auf das Strahlablenkmittel einen feststehenden effektiven direkten Abstand hat, so dass sich zur Erzielung einer dreidimensionalen Abbildungsinformation das Prinzip der Triangulation an wenden lässt, indem sich, ausgehend von der bekannten Abstrahlrichtung, vom bekannten effektiven direkten Abstand zwischen dem Strahlablenkmittel und dem optischen Empfangsdetektor und vom Einfallswinkel des rückgestreuten Lichts abhängig detektierte Position auf dem optischen Empfangsdetektor, für jeden Abtastpunkt auf der Oberfläche des Objekts die Daten ermitteln lassen.A the task solved device for implementation of the method according to the invention characterized in that a collimated laser light source is provided, from which a pulse-modulated laser beam emanates, that for the deflection of the laser beam to the surface of the Object is provided a Strahlablenkmittel, the two by two vertical scanning axes is pivotable, that to catch the backscattered from a sampling point at a surface location Light provided a one-dimensional optical reception detector that is stationary with respect to the beam deflection means has effective direct distance, so as to achieve a three-dimensional Imaging information allows the principle of triangulation to be applied, by, starting from the known radiation direction, from the known effective direct distance between the beam deflection means and the optical reception detector and the angle of incidence of the backscattered Light dependent detected position on the optical Receive detector, for each sampling point on the surface of the object can determine the data.

Hierbei ist die Ebene, in welcher die Triangulation vorgenommen wird, durch die effektiven Positionen des Strahlablenkmittels, des Abtastpunktes auf der Oberfläche des Objekts sowie des optischen Empfangsdetektors festgelegt, auch die erste der beiden Schwenkachsen in dieser Ebene verlaufen kann und die zweite der beiden Schwenkachsen des Strahlablenkmittels so verläuft, dass sich eine Abtastbewegung des Strahls in der Triangulationsebene ergibt.in this connection is the plane in which triangulation is done the effective positions of the beam deflecting means, the sampling point on the surface of the object as well as the optical reception detector fixed, also the first of the two pivot axes in this plane can run and the second of the two pivot axes of the Strahlablenkmittels so runs, that is a scanning movement of the beam in the triangulation level.

Die Geschwindigkeit der Schwenkbewegung des Strahlablenkmittels um die zweite Schwenkachse ist höher als diejenige des Strahlablenkmittels um die erste Schwenkachse bemessen. Der Empfangsdetektor ist zusammen mit dem Strahlablenkmittel in einem beweglichen Teil um die erste Schwenkachse schwenkbar und es ist eine zentrale Elektronik zur Steuerung des Bereichs, der Reihenfolge und der Auflösung der Erfassung der Daten von Abtastpunkten im Bereich der Empfangsreichweite vorgesehen.The Speed of the pivotal movement of the Strahlablenkmittels to the second pivot axis is higher than that of the beam deflecting means dimensioned around the first pivot axis. The reception detector is together with the beam deflecting means in a moving part around the first one Swiveling pivot axis and it is a central electronics for control the scope, order, and resolution of the acquisition the data of sampling points in the range of the reception range provided.

Der intelligente Scanner nach der vorliegenden Erfindung arbeitet nach dem Prinzip der Triangulation, hat zwei senkrecht stehende Scan-Achsen sowie eine gepulste und kollimierte Laser-Lichtquelle, eine Kollimations- und eine Sammeloptik und einen 1D-Empfangsdetektor, z. B. einen PSD (Position Sensitive Detector) oder eine Zeilenkamera. Der mechanische Aufbau ermöglicht einerseits das punktweise Erfassen eines 3D-Ober flächenbereichs sowie andererseits durch geeignetes Positionieren der Scan-Achsen auch die gerichtete Anzeige eines Punktes oder einer z. B. zeilenweise aufgebauten Grafik. Dabei dient derselbe Laser-Lichtstrahl in vorteilhafter Weise sowohl zum Messen als auch zum Anzeigen.The intelligent scanner according to the present invention operates on the principle of triangulation, has two vertical scan axes and a pulsed and collimated laser light source, collimation and collection optics and a 1D receive detector, for. B. a PSD (Position Sensitive Detector) or a line scan camera. The mechanical structure allows on the one hand the pointwise detection of a 3D upper surface area and on the other hand by suitable positioning of the Scan axes also the directional display of a point or z. B. line by line graphic. In this case, the same laser light beam is used advantageously both for measuring and for displaying.

In der Triangulationsebene erfolgt eine schnelle Scan-Bewegung, beispielsweise durch ein Spiegelrad oder einen resonant betriebenen MEMS-Mikrospiegel. Dabei ist es nicht von Bedeutung, ob die Bewegung oszillierend oder gleichförmig abläuft; entscheidend ist die hinreichend genaue Kenntnis des Scan-Winkels zum Zeitpunkt der Datenerfassung oder der Datenanzeige. Die schneller als die erste Schwenkachse schwenkbare zweite Schwenkachse ist nicht positionierbar.In the triangulation plane is a fast scan, for example by a mirror wheel or a resonant MEMS micromirror. It does not matter if the movement is oscillating or not runs uniformly; decisive is the sufficient accurate knowledge of the scan angle at the time of data acquisition or the data display. The faster than the first pivot axis swiveling second pivot axis is not positionable.

Um im dreidimensionalen Raum Abtastpunkte oder Anzeigepunkte anfahren zu können, gibt es gemäß der vorliegenden Erfindung die erste, langsamer schwenkbare und vorteilhaft positionierbare Schwenkachse senkrecht zur zweiten Schwenkachse. Die erste Schwenkachse wird beispielsweise mit einem positionsgeregelten Motor angetrieben. Es können also mit einem 1D-Empfangsdetektor sowie der Kenntnis der Auslenkungen der beiden Scanachsen die 3D-Positionen beliebiger Raumpunkte innerhalb des Messbereichs vermessen werden.Around Approach sample points or display points in three-dimensional space to be able to, there are according to the present Invention, the first, slower pivoting and advantageous positionable pivot axis perpendicular to the second pivot axis. The first pivot axis becomes for example, driven by a position-controlled motor. So it can with a 1D reception detector and the Knowing the deflections of the two scan axes the 3D positions Any spatial points within the measuring range can be measured.

Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann mobil ausgeführt werden und lässt sich sowohl handgeführt als auch automatisch, z. B. an einem Roboter, einsetzen. In diesen Fällen ist ein System zur messtaktsynchronen 3D-Posenerfassung notwendig, z. B. ein 3D-Trackingsystem, ein Messarm, eine Roboterpositionserfassung, um das Sensor-Koordinatensystem im Raum zu referenzieren. Ein feststehender Einsatz ist ebenfalls möglich, hier kann der Sensor alleine betrieben werden.The Device according to the present invention can be carried out mobile be and can be both hand-held and automatically, z. B. on a robot, use. In these cases is a system for messtaktsynchronen 3D pose detection necessary z. B. a 3D tracking system, a measuring arm, a robot position detection, to reference the sensor coordinate system in the room. A fixed one Use is also possible, here the sensor alone operate.

Die Posenerfassung ist nicht Teil der vorliegenden Erfindung; hierfür gibt es viele Systeme auf dem Markt.The Pose detection is not part of the present invention; therefor There are many systems on the market.

Im Datenerfassungsmodus bewegen sich entweder eine oder beide Schwenkachsen, wobei der Bewegungsraum und der Bewegungsablauf der Achsen unabhängig voneinander konfiguriert werden kann oder von einer zentralen Logik gesteuert wird. Der Triangulationsscanner nach der vorliegenden Erfindung verfügt also über eine einstellbare Region of Interest (ROI), die der Messaufgabe angepasst werden kann oder automatisch von der zentralen Elektronik optimiert werden kann. Weiterhin entscheidet die Geschwindigkeit der Achsen über die Abtastpunktdichte, so dass die ROI auch über eine einstellbare Auflösung wenigstens in einer Richtung verfügt.in the Data acquisition mode will move either one or both pivot axes, whereby the movement space and the movement sequence of the axes are independent can be configured from each other or from a central logic is controlled. The triangulation scanner according to the present The invention thus has an adjustable Region of Interest (ROI), which can be adapted to the measurement task or automatically optimized by the central electronics. Furthermore, the speed of the axles decides over the sample point density, so that the ROI also has an adjustable Resolution in at least one direction.

Die punktweise Datenerfassung hat also entscheidende Vorteile. Zum einen lässt sich so ohne Verringerung der Messrate die ROI flexibel nutzen; zum Anderen ist es möglich, bei jedem einzelnen Abtastpunkt die Laserstrahlintensität der Messaufgabe anzupassen sowie dem Messwert einen Intensitätswert zuzuordnen. Diese Intensität kann einerseits als Maß der Reflektivität als ein Grauwert interpretiert werden und eine Texturierung der Oberfläche so ermöglichen und andererseits auch als Gütewert der Messung dienen.The Point-by-point data acquisition has decisive advantages. On the one hand Thus, the ROI can be flexibly adjusted without reducing the measuring rate use; On the other hand, it is possible for each one Sample point to adjust the laser beam intensity of the measurement task and to assign an intensity value to the measured value. These On the one hand, intensity can be measured as a measure of reflectivity be interpreted as a gray value and a texturing of the So enable surface and on the other hand serve as the quality value of the measurement.

Der Bereich, die Reihenfolge und die Auflösung der Datenerfassung können also von der zentralen Elektronik im Bereich der Sensorreichweite aktiv beeinflusst werden. Dies ist sowohl bei Kenntnis des zu vermessenden Objektes als auch bei unbekanntem Objekt von Vorteil.Of the Range, order and resolution of data collection so can from the central electronics in the field of Sensor range can be actively influenced. This is both with knowledge of to be measured object as well as an unknown object of advantage.

Im Anzeigemodus werden beide Schwenkachsen genutzt, um ein Bild zu projizieren und/oder eine Richtung oder Position auf einer bekannten Oberfläche zu zeigen, vergleiche DE 10 2006 035 292 A1 . Dabei wird die Laserstrahlquelle so gepulst, dass die gewünschten, mittels der zweiten, also der schneller schwenkenden Schwenkachse abgetasteten Winkelbereiche belichtet werden. Die erste, also langsamere Schwenkachse wird entsprechend der gewünschten Anzeigerichtung positioniert oder so bewegt, dass sich zeilenweise ein Bild aufbauen kann. Es können allgemein Richtungen bei räumlich bekannter Projektionsfläche, auch Positionen auf dieser, oder einfache Grafiken angezeigt werden.In display mode, both pivot axes are used to project an image and / or to show a direction or position on a known surface, cf. DE 10 2006 035 292 A1 , In this case, the laser beam source is pulsed in such a way that the desired angular ranges sampled by means of the second, that is to say the faster, swiveling pivot axis are exposed. The first, ie slower pivot axis is positioned according to the desired display direction or moved so that an image can build up line by line. It is generally possible to display directions in the case of a spatially known projection surface, including positions on it, or simple graphics.

Die Anzeige kann den Benutzer durch die Messaufgabe führen, z. B. noch abzutastende Bereiche zeigen, Statusmeldungen ausgeben und vieles mehr. Speziell in der Medizintechnik kann der Laser-Scanner nach der vorliegenden Erfindung auch benutzt werden, um nach der erfolgreichen Registrierung eines Patienten im Operationssaal dem Chirurgen Einstichpunkte oder Schnittstellen anzuzeigen, z. B. in der minimal-invasiven Chirurgie. Auch in anderen Anwendungen kann die Projektion oder Anzeige von Positionen in der Realität nützlich sein. So können z. B. vor der Vermessung eines bekannten Objektes die interessierenden Messstellen markiert werden.The Display can guide the user through the measurement task, z. B. still scanned areas show status messages and much more. Especially in medical technology, the laser scanner according to the present invention also be used to after successful registration of a patient in the operating room To show surgeons puncture points or interfaces, eg. In of minimally invasive surgery. Also in other applications can the projection or display of positions in reality to be useful. So z. B. before the survey of a known object, the measuring points of interest are marked.

Das Verfahren und die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung bieten also durch die Kombination von 3D-Mess- und Anzeigefunktionen sehr vielfältige Möglichkeiten zur interaktiven Benutzerführung. Speziell in der Medizintechnik kann dieser Funktionsumfang sehr gut genutzt werden, aber auch viele andere Bereiche bieten sich an.The Provide method and the device according to the present invention So by the combination of 3D measurement and display functions very diverse Options for interactive user guidance. Especially in medical technology, this range of functions can be very be used well, but also many other areas are available at.

Die vorliegende Erfindung zeichnet sich durch folgende Merkmale und Vorteile aus.The The present invention is characterized by the following features and Advantages.

Das eindimensionale Funktionsprinzip der Laser-Triangulation wird durch die Abtastbewegung der beiden Schwenkachsen dahin gehend erweitert, dass 3D-Koordinaten von Punkten auf einer 3D-Oberfläche eines Objektes erfasst werden können. Durch die schnelle Abtastbewegung in der Triangulationsebene wird das Prinzip um eine Dimension erweitert. Der 1D-Detektor hinter einer Sammeloptik, z. B. einer Zeilenkamera oder einem PSD, liefert den ersten Messwert, die Winkelauslenkung der schnellen Schwenkachse den zweiten.The one-dimensional operating principle of laser triangulation is the scanning movement the two pivot axes extended so that 3D coordinates of points on a 3D surface of an object can be detected. The fast scanning movement in the triangulation plane extends the principle by one dimension. The 1D detector behind a collection optics, z. B. a line scan camera or a PSD, provides the first measured value, the angular displacement of the fast pivot axis the second.

Der dadurch entstehende zweidimensionale Messbereich ist die Schnittfläche zwischen Sichtbereich der Detektoroptik und dem Abtastbereich des Laserstrahls. Die langsamere Abtastbewegung dreht den vorstehend beschriebenen Triangulationsscanner senkrecht zu seiner Schwenkachse und ermöglicht so die Erfassung der dritten Dimension des Abtastpunktes.Of the resulting two-dimensional measuring range is the cutting surface between the viewing area of the detector optics and the scanning area of the laser beam. The slower scan turns the one described above Triangulation scanner perpendicular to its pivot axis and allows so the detection of the third dimension of the sampling point.

Durch die unabhängige Ansteuerung der beiden Schwenkachsen lässt sich der Messbereich des Sensors auf bestimmte Raumsektoren beschränken (ROI; Region of Interest), ohne dass sich die Messrate verringert, die durch den Messtakt des 1D-Empfangsdetektors bestimmt wird. Die Auflösung der Messung in den Abtastrichtungen ist ebenfalls unabhängig von der Messrate durch Wahl der Geschwindigkeiten der Abtastbewegungen frei einstellbar. Es ist kein Verfahren und keine Vorrichtung bekannt, die diese Funktionalitäten bieten.By the independent control of the two pivot axes leaves the measuring range of the sensor is limited to certain space sectors (ROI; Region of Interest), without the measurement rate decreases, the is determined by the measurement clock of the 1D reception detector. The resolution The measurement in the scanning directions is also independent from the measuring rate by selecting the speeds of the scanning movements freely adjustable. There is no known method and device which provide these functionalities.

Es besteht die Möglichkeit, neben der Datenerfassung auch positions- und/oder richtungsgebundene Informationen in der Realität darzustellen. Dabei wird die gleiche Technik wie bei der Datenerfassung genutzt; es sind also keine zusätzlichen Komponenten erforderlich.It there is the possibility, in addition to the data acquisition as well positional and / or directional information in reality display. This is the same technique as in the data acquisition used; So there are no additional components required.

Durch Kombination der Bewegungen der beiden Schwenkachsen und entsprechend gepulstem Laser ist auch die Darstellung von Grafiken möglich. Diese Funktion kann unabhängig von der Da tenerfassung benutzt werden, z. B. um Ergebnisse anzuzeigen, kann aber auch den Benutzer während der Datenerfassung leiten. Auch eine gleichzeitige Anzeige und Datenerfassung ist möglich. In DE 10 2006 035 292 A1 wird eine solches Anzeigevorrichtung vorgestellt, welche hier um die Funktion der Datenerfassung erweitert ist.By combining the movements of the two pivot axes and a correspondingly pulsed laser, it is also possible to display graphics. This function can be used independently of the data acquisition, eg. For example, to display results, but may also guide the user during data collection. A simultaneous display and data acquisition is possible. In DE 10 2006 035 292 A1 is presented such a display device, which is extended here to the function of data acquisition.

Durch den auf zwei Dimensionen erweiterten Messbereich der Triangulation mittels der schnelleren Schwenkachse entsteht als Messbereich eine relativ große Fläche. Die optische Abbildung auf den Empfangsdetektor ist daher meist unscharf. Bei Verwendung eines Lasers als kollimierte Lichtquelle können bei Messungen auf relativ zur Laserwellenlänge rauen Oberflächen starke Interferenzeffekte (Speckles) das Bild auf dem Empfangsdetektor stark verrauschen. Der Effekt wird durch Unschärfe verstärkt.By the measuring range of triangulation extended to two dimensions The faster swivel axis creates a measuring range relatively large area. The optical image on The reception detector is therefore usually out of focus. When using a Lasers as a collimated light source can be used during measurements on rough surfaces relative to the laser wavelength strong interference effects (speckles) the image on the reception detector strong noise. The effect is enhanced by blurring.

Zur Vermeidung dieses Problems wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine Speckle-reduzierte Lichtquelle verwendet, die einen breiteren Wellenlängenbereich abdeckt als Laserlicht in üblicher Weise und zudem weniger kohärent ist. In Betracht kommen Superluminiszenzdioden (SLD) oder deutlich unter Nennleistung betriebene Hochleistungslaserdioden.to Avoiding this problem will be advantageous Development of the invention, a speckle-reduced light source used covering a wider wavelength range as laser light in the usual way and also less coherent is. Considered are superluminescent diodes (SLD) or significantly Under rated power operated high power laser diodes.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung sind in den sich auf den Patentanspruch 1 bzw. 15 unmittelbar oder mittelbar rückbeziehenden Ansprüchen angegeben.advantageous and expedient developments and refinements the method and apparatus of the present invention are in the on the claim 1 or 15 directly or Indicated indirectly reclaiming claims.

Eine besonders vorteilhafte Anwendungsmöglichkeit des Verfahrens bzw. der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung besteht in der Medizintechnik, insbesondere bei minimal-inva siven chirurgischen Eingriffen. Es ist eine einfache, auch interaktiv geführte Patientenregistrierung möglich, wobei eine Anzeige von die Operation betreffenden Informationen erhalten wird.A particularly advantageous application of the method or the device according to the present invention exists in medical technology, especially in minimally invasive surgical interventions. It's a simple, even interactive guided patient registration possible, with a Display of information concerning the operation is obtained.

Die vorliegende Erfindung ist aber auch zur Anwendung in der Industrie und im Gewerbe gut geeignet, z. B. im Zusammenhang mit interaktiv geführten Vermessungs- und Kontrollaufgaben, mit der Anzeige von Messpositionen, mit einer halbautomatischen Datenerfassung durch automatisch optimierten Messbereich oder mit einer vollautomatischen Datenerfassung und Anzeige.The However, the present invention is also for use in industry and well suited in the trade, z. B. related to interactive guided surveying and control tasks, with the display of measuring positions, with semi-automatic data acquisition by automatically optimized measuring range or with fully automatic data acquisition and display.

Die Erfindung wird nachfolgend im Einzelnen anhand eines in einer Figur schematisch dargestellten, vorteilhaften Ausführungsbeispiels einer Sensorvorrichtung zur Abtastung einer Objektoberfläche erläutert.The The invention will be described in more detail below with reference to a in a figure schematically illustrated, advantageous embodiment a sensor device for scanning an object surface explained.

In dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel ist in einer ersten Variante eine kollimierte Laser-Lichtquelle 1a in einem feststehenden Teil 2 der Sensorvorrichtung untergebracht. In einer zweiten Variante ist eine kollimierte Laser-Lichtquelle 1b in einem beweglichen Teil 3 der Sensorvorrichtung untergebracht. Bei der ersten Variante tritt der in der Laser-Lichtquelle 1a erzeugte Messlichtstrahl durch eine Hohlwelle 4 eines Antriebsmotors 5 koaxial in den beweglichen Teil 3 ein und beleuchtet dort eine sich mit dem beweglichen Teil um eine erste Schwenkachse 6 mitdrehende Ablenkeinheit 7, die um eine senkrecht zur Schwenkachse 6 verlaufende, zweite Schwenkachse 8 schwenkbar ist. In dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft die erste Schwenkachse 6 in der Zeichenebene und die zweite Schwenkachse 8 senkrecht durch die Zeichenebene hindurch.In the embodiment shown in the figure, in a first variant, a collimated laser light source 1a in a fixed part 2 housed the sensor device. In a second variant is a collimated laser light source 1b in a moving part 3 housed the sensor device. In the first variant occurs in the laser light source 1a generated measuring light beam through a hollow shaft 4 a drive motor 5 coaxial with the moving part 3 a there and illuminated one with the moving part about a first pivot axis 6 co-rotating deflection unit 7 , which is perpendicular to the pivot axis 6 extending, second pivot axis 8th is pivotable. In the embodiment shown in the figure, the first pivot axis runs 6 in the drawing plane and the second pivot axis 8th perpendicular through the drawing plane.

Bei der zweiten Variante wird das um die Schwenkachse 8 schwenkbare Ablenkmittel 7 von dem in der Laser-Lichtquelle 1b erzeugten Messlichtstrahl aus beleuchtet, wobei eine koaxiale Position der Laser-Lichtquelle 1b auf der Schwenkachse 6 nicht unbedingt notwendig ist. Die Winkelgeschwindigkeit der zweiten Schwenkachse 8 ist erheblich höher bemessen als die Winkelgeschwindigkeit der ersten Schwenkachse 6.In the second variant, this is around the swivel axis 8th pivotable deflection means 7 from that in the laser light source 1b produced measuring light beam from, wherein a coaxial position of the laser light source 1b on the pivot axis 6 not absolutely necessary. The angular velocity of the second pivot axis 8th is considerably higher than the angular velocity of the first pivot axis 6 ,

Der vom Ablenkmittel 7 abgelenkte Messlichtstrahl überstreicht infolge der Schwenkung des Ablenkmittels 7 um seine Schwenkachse 8 einen Abtastbereich 9 und trifft auf die zu vermessende Oberfläche 10 eines Objekts 11 in einem Punkt P an der Oberflächenstelle 12 auf. Die Schwenkachse 8 ist dabei im dargestellten Beispiel um einen Winkel α aus ihrer zentralen Ruhelage ausgelenkt. Das von der Oberfläche 10 des Objekts 11 im Punkt P diffus reflektierte Messlicht wird von einer Sammeloptik 13 gebündelt auf einen Empfangsdetektor 14 abgebildet. Als Empfangsdetektor 14 kann z. B. eine Zeilenkamera oder ein analoger PSD (Position Sensitive Detector) verwendet werden.The of the deflection 7 deflected measuring light beam sweeps as a result of the pivoting of the deflection means 7 around its pivot axis 8th a scanning area 9 and hits the surface to be measured 10 an object 11 at a point P at the surface location 12 on. The pivot axis 8th is deflected in the example shown by an angle α from its central rest position. That from the surface 10 of the object 11 Measurement light diffusely reflected at point P is obtained from a collection optics 13 bundled on a reception detector 14 displayed. As a reception detector 14 can z. As a line scan camera or an analog PSD (Position Sensitive Detector) can be used.

Der Empfangsdetektor 14 liefert das Bild (falls Zeilenkamera) bzw. den Auftreffpunkt des gesammelten Lichtes als Koordinate x (falls analoges PSD) an eine zentrale Elektronik 15. Im Falle einer Zeilenkamera als Empfangsdetektor 14 muss in der zentralen Elektronik 15 die Koordinate x aus dem Bild ermittelt werden. Zusammen mit dem Auslenkwinkel α der zweiten, schnellen Schwenkachse 8 ist nun der Abtastpunkt P in der Triangulationsebene bestimmt. Die Triangulationsebene ist durch die effektiven Positionen der Ablenkeinheit 8, des Abtastpunktes P auf der Oberfläche 10 des Objekts 11 sowie des optischen Empfangsdetektors 14 festgelegt. Die erste Schwenkachse 6 liegt in dieser Triangulationsebene.The reception detector 14 provides the image (if line camera) or the point of impact of the collected light as coordinate x (if analog PSD) to a central electronics 15 , In the case of a line scan camera as a receive detector 14 must be in the central electronics 15 the coordinate x can be determined from the image. Together with the deflection angle α of the second, fast pivot axis 8th Now the sampling point P is determined in the triangulation plane. The triangulation plane is determined by the effective positions of the deflection unit 8th , the sampling point P on the surface 10 of the object 11 and the optical reception detector 14 established. The first pivot axis 6 lies in this triangulation level.

Mittels des Antriebsmotors 5 kann die Schwenkachse 6 und damit der bewegliche Teil 3 samt der Ablenkeinheit 7, der Sammeloptik 13 und dem Empfangsdetektor 14 um einen Winkel β in Bezug auf den feststehenden Teil 2 ausgelenkt werden. Der Bewegungsablauf ist dabei beliebig. Der Antriebsmotor 5 ist über einen Drehgeber 16 positionsgeregelt, der im dargestellten Ausführungsbeispiel auf der dem Antriebsmotor 5 abgewandten Seite des feststehenden Teils 2 angebracht ist, jedoch auch auf der Seite des Antriebsmotors 5 angebracht werden kann oder im Antriebsmotor 5 selbst integriert sein kann. Der Drehgeber 16 liefert die dritte Koordinate β des Abtastpunktes P (α, x, β).By means of the drive motor 5 can the pivot axis 6 and therefore the moving part 3 including the deflection unit 7 , the collection optics 13 and the reception detector 14 at an angle β with respect to the fixed part 2 be deflected. The movement is arbitrary. The drive motor 5 is via a rotary encoder 16 position-controlled, in the illustrated embodiment on the drive motor 5 opposite side of the fixed part 2 is attached, but also on the side of the drive motor 5 can be attached or in the drive motor 5 itself can be integrated. The encoder 16 provides the third coordinate β of the sampling point P (α, x, β).

Die Daten- und Energieübertragung zwischen dem feststehenden Teil 2 und dem beweglichen Teil 3 kann über Kabel (bei limitiertem Bewegungsraum des Schwenkwinkels β der Schwenkachse 6), über Schleifkontakte oder berührungslos vorgenommen werden. Die Ablenkeinheit 7 bildet infolge ihrer Abtastbewegungsfähigkeit zusammen mit dem beweglichen Teil 3 ein einfaches Strahlablenkmittel um die beiden Achsen 6 und 8 für eine zweidimensionale Abtastung der Oberfläche 10 des Objekts 11.The data and energy transfer between the fixed part 2 and the moving part 3 Can via cable (with limited range of movement of the pivot angle β of the pivot axis 6 ), be made via sliding contacts or non-contact. The deflection unit 7 forms together with the moving part due to its scanning ability 3 a simple beam deflecting device around the two axes 6 and 8th for a two-dimensional scan of the surface 10 of the object 11 ,

Die zentrale Elektronik 15 koordiniert den Messablauf und ordnet jeder Messung einen Zeitstempel zu. Ein Datensatz besteht aus den Koordinaten α, β und x sowie dem Zeitstempel und der Laserintensität Pi. Über eine Datenschnittstelle 17, 18 werden die Messdaten zusammen mit eventuellen Statusinformationen ausgegeben und Steuerkommandos und Anzeigeinformationen empfangen.The central electronics 15 coordinates the measurement process and assigns a timestamp to each measurement. A data set consists of the coordinates α, β and x as well as the time stamp and the laser intensity Pi. Via a data interface 17 . 18 the measurement data are output together with any status information and receive control commands and display information.

Innerhalb der Sensorvorrichtung übernimmt die zentrale Elektronik 15 folgende Aufgaben:

  • • Generieren eines Messtaktes und Ansteuern und Auslesen des Empfangsdetektors 14 im Messtakt sowie im Fall eines digitalen Empfangsdetektors 14 die Generierung der Koordinate x aus den Bilddaten;
  • • die Positionsregelung des die Schwenkachse 6 und damit den beweglichen Teil 3 antreibenden Antriebsmotors 5 über den Drehgeber 16 sowie zum Messtakt synchrones Auslesen des Auslenkwinkels β;
  • • die Steuerung der schnellen Schwenkachse 8 sowie zum Messtakt synchrones Auslesen des Auslenkwinkels α;
  • • die Intensitätsregelung und Pulsung der Laser-Lichtquelle 1a bzw. 1b, ausgehend von der Intensität des am Empfangsdetektor 14 empfangenen Lichtes oder in Abhängigkeit von von außen vorgegebenen Werten; und
  • • im Anzeigemodus die Ansteuerung der Schwenkachsen 6 und 8 sowie die Pulsung der Laser-Lichtquelle 1a bzw. 1b, um ein von außen übermitteltes Bild darzustellen.
Within the sensor device takes over the central electronics 15 the following tasks:
  • Generating a measuring cycle and driving and reading the reception detector 14 in the measuring cycle as well as in the case of a digital reception detector 14 the generation of the coordinate x from the image data;
  • • the position control of the swivel axis 6 and thus the moving part 3 driving drive motor 5 via the rotary encoder 16 as well as the measuring cycle synchronous reading of the deflection angle β;
  • • the control of the fast swivel axis 8th as well as the measuring cycle synchronous reading of the deflection angle α;
  • • the intensity control and pulsing of the laser light source 1a respectively. 1b , based on the intensity of the reception detector 14 received light or depending on externally given values; and
  • • In display mode, the control of the swivel axes 6 and 8th as well as the pulsation of the laser light source 1a respectively. 1b to represent an image transmitted from outside.

1a, 1b1a, 1b
Laser-LichtquelleLaser light source
22
Feststehender Teilfixed part
33
Beweglicher Teilportable part
44
Hohlwellehollow shaft
55
Antriebsmotordrive motor
66
Erste SchwenkachseFirst swivel axis
77
AblenkeinheitDeflector
88th
Zweite SchwenkachseSecond swivel axis
99
Abtastbereichscanning
1010
Oberflächesurface
1111
Objektobject
1212
Oberflächenstellesurface location
1313
Sammeloptikcollection optics
1414
Empfangsdetektorreceiving detector
1515
Zentrale Elektronikheadquarters electronics
1616
Drehgeberencoders
17, 1817 18
DatenschnittstelleData Interface
αα
Winkelangle
ββ
Winkelangle
Pipi
Laserstrahlintensitätlaser beam intensity
xx
Koordinatecoordinate

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 4142702 A1 [0010] DE 4142702 A1 [0010]
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  • - US 2006/0269896 A1 [0014] US 2006/0269896 A1 [0014]
  • - DE 102006035292 A1 [0015, 0034, 0042] - DE 102006035292 A1 [0015, 0034, 0042]

Claims (26)

Verfahren zum Abtasten der dreidimensionalen Oberfläche eines Objekts mittels eines Laser-Scanners, dessen von einer Lichtquelle ausgehender, pulsmodulierter Laserstrahl einer Abtastbewegung unterworfen wird und danach entsprechend dieser Abtastbewegung auf der Oberfläche des Objekts an einem Abtastpunkt auftrifft, von dem er rückgestreut und als Streulicht in einem optischen Empfangsdetektor erfasst wird, wobei dann zur Erzielung einer dreidimensionalen Abbildungsinformation das Prinzip der Triangulation angewandt wird, indem, ausgehend von der bekannten Abstrahlrichtung, vom bekannten direkten Abstand zwischen der Lichtquelle und dem optischen Empfangsdetektor und vom Einfallswinkel des rückgestreuten Lichts abhängig bestimmten Koordinate (x) auf dem optischen Empfangsdetektor, für jeden Abtastpunkt auf der Oberfläche des Objekts die Daten ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastbewegung des Laserstrahls durch ein im Strahlverlauf angeordnetes, um zwei zueinander senkrecht stehende Schwenkachsen (6, 8) voneinander unabhängig schwenkbares Strahlablenkmittel (7) vorgenommen wird, dass die Ebene, in welcher die Triangulation vorgenommen wird, durch die effektiven Positionen des Strahlablenkmittels, des Abtastpunktes (P) auf der Oberfläche (10) des Objekts (11) sowie des optischen Empfangsdetektors (14) festgelegt wird und auch die erste (6) der beiden Schwenkachsen in dieser Ebene verlaufen kann, dass das Schwenken des Strahlablenkmittels um die zweite (8) der beiden Schwenkachsen einer Abtastbewegung des Strahls in der Triangulationsebene entspricht, dass die Geschwindigkeit der Schwenkbewegung des Strahlablenkmittels um die zweite Schwenkachse (8) höher als diejenige des Strahlablenkmittels um die erste Schwenkachse (6) gewählt wird, dass der Bereich, die Reihenfolge und die Auflösung der Erfassung der Daten von Abtastpunkten (P) mittels einer zentralen Elektronik (15) im Bereich der Empfangsreichweite gesteuert wird, und dass derselbe Laser-Lichtstrahl sowohl zum Messen als auch zum Anzeigen der Daten der Abtastpunkte (P) verwendet wird.A method of scanning the three-dimensional surface of an object by means of a laser scanner whose pulse-modulated laser beam emanating from a light source is subjected to a scanning movement and then, according to this scanning movement, impinges on the surface of the object at a scanning point from which it is backscattered and scattered in one optical reception detector is detected, in which case the principle of triangulation is applied to obtain a three-dimensional imaging information by, starting from the known radiation direction, from the known direct distance between the light source and the optical reception detector and the angle of incidence of the backscattered light depending determined coordinate (x) on the optical reception detector, the data for each sampling point on the surface of the object are determined, characterized in that the scanning movement of the laser beam through a arranged in the beam path, two zueina vertical pivot axes ( 6 . 8th ) independently pivotable Strahlablenkmittel ( 7 ), the plane in which the triangulation is made is determined by the effective positions of the beam deflecting means, the sampling point (P) on the surface ( 10 ) of the object ( 11 ) and the optical reception detector ( 14 ) and also the first ( 6 ) of the two pivot axes can extend in this plane that the pivoting of the beam deflecting means to the second ( 8th ) of the two pivot axes of a scanning movement of the beam in the triangulation plane corresponds to the speed of the pivoting movement of the beam deflecting means about the second pivot axis (FIG. 8th ) higher than that of the beam deflection means about the first pivot axis ( 6 ), that the range, the order and the resolution of the acquisition of the data of sampling points (P) by means of a central electronics ( 15 ) is controlled in the range of the reception range, and that the same laser light beam is used both for measuring and displaying the data of the sampling points (P). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die momentanen Abtastwinkel (α, β) des Laserstrahls durch Erfassung des momentanen Schwenkwinkels der beiden Schwenkachsen (8, 6) des Strahlablenkmittels (7) zum Zeitpunkt der Datenerfassung und/oder der Datenanzeige in der zentralen Elektronik (15) registriert werden.A method according to claim 1, characterized in that the instantaneous scanning angle (α, β) of the laser beam by detecting the instantaneous pivot angle of the two pivot axes ( 8th . 6 ) of the beam deflecting means ( 7 ) at the time of the data acquisition and / or the data display in the central electronics ( 15 ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schwenkachse (8), also die die Abtastbewegung des Strahls in der Triangulationsebene erzeugende Achse des Strahlablenkmittels nicht positioniert wird.Method according to claim 1, characterized in that the second pivot axis ( 8th ), That is, the scanning movement of the beam in the triangulation plane generating axis of the beam deflecting means is not positioned. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Datenerfassungsmodus entweder eine oder beide Schwenkachsen (6, 8) bewegen, wobei der Bewegungsraum und der Bewegungsablauf der Achsen unabhängig voneinander konfiguriert oder von der zentralen Elektronik (15) gesteuert werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the data acquisition mode either one or both pivot axes ( 6 . 8th ), whereby the movement space and the movement sequence of the axes are configured independently of each other or by the central electronics ( 15 ) to be controlled. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem einzelnen Abtastpunkt (P) die Laserstrahlintensität der Messaufgabe angepasst wird und dass dem empfangsseitig erfassten Messwert ein Intensitätswert zugeordnet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that at each individual sampling point (P) the laser beam intensity of the measuring task is adjusted and that the measured value acquired at the receiving end is an intensity value is assigned. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Anzeigemodus beide Schwenkachsen (6, 8) genutzt werden, um ein Bild zu projizieren und/oder eine Richtung oder Position auf einer bekannten Oberfläche zu zeigen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the display mode both pivot axes ( 6 . 8th ) can be used to project an image and / or to show a direction or position on a known surface. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlquelle (1a, 1b) so gepulst wird, dass die gewünschten, mittels der zweiten, also der schneller schwenkenden Schwenkachse (8) abgetasteten- Winkelbereiche belichtet werden und dass die erste, also langsamere Schwenkachse (6) entsprechend der gewünschten Anzeigerichtung positioniert oder so bewegt wird, dass sich zeilenweise ein Bild aufbauen kann.A method according to claim 6, characterized in that the laser beam source ( 1a . 1b ) is pulsed so that the desired, by means of the second, that is the faster pivoting pivot axis ( 8th ) scanned-angle areas are exposed and that the first, so slower pivot axis ( 6 ) is positioned according to the desired display direction or moved so that a picture can build up line by line. Verfahren nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Benutzer mittels der Anzeige durch eine Messaufgabe geführt wird, indem noch abzutastende Bereiche gezeigt werden, Statusmeldungen ausgegeben werden oder dergleichen.Method according to claims 6 and 7, characterized that a user guided by the display through a measuring task is displayed by still scanned areas, status messages be issued or the like. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass speziell in der Medizintechnik die Abtastung mittels des Laser-Scanners benutzt wird, um nach einer erfolgreichen Registrierung eines Patienten im Operationssaal einem Chirurgen Einstichpunkte oder Schnittstellen anzuzeigen.Method according to claim 8, characterized in that that especially in medical technology the scanning by means of the laser scanner is used after a successful registration of a patient In the operating room, a surgeon's puncture points or interfaces display. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Vermessung eines bekannten Objektes mittels des Laser-Scanners interessierende Messstellen markiert werden.Method according to claim 8, characterized in that that before the measurement of a known object by means of the laser scanner be marked interesting measuring points. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Elektronik (15) den Messablauf koordiniert und jeder Messung einen Zeitstempel t zuordnet, wobei ein Datensatz für einen Abtastpunkt (P) aus den Schwenkwinkelkoordinaten (α, β) der beiden Schwenkachsen (8, 6) und der auf Triangulation basierenden Abstandskoordi nate (x) sowie einem Zeitstempel und der Laserstrahlintensität (Pi) besteht.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the central electronics ( 15 ) coordinates the measurement process and assigns a time stamp t to each measurement, wherein a data record for a sampling point (P) is determined from the pivot angle coordinates (α, β) of the two pivot axes (FIG. 8th . 6 ) and the triangulation-based Abstandskoordi rate (x) and a time stamp and the laser beam intensity (Pi). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Datenschnittstelle (17, 18) die Messdaten zusammen mit eventuellen Statusinformationen ausgegeben und Steuerkommandos und Anzeigeinformationen empfangen werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that via a data interface ( 17 . 18 ) the measurement data is output together with any status information and control commands and display information are received. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Elektronik (15) folgende Aufgaben übernimmt: a) Generieren eines Messtaktes und Ansteuern und Auslesen des Empfangsdetektors (14) im Messtakt sowie im Fall eines digitalen Empfangsdetektors die Generierung der die Strahlstreckenlänge betreffenden Koordinate (x) aus den Bilddaten; b) die Positionsregelung des die erste Schwenkachse (6) und damit den beweglichen Teil (3) antreibenden Antriebsmotors (5) über einen Drehgeber (16) sowie zum Messtakt synchrones Auslesen des durch die erste Schwenkachse (6) bestimmten Auslenkwinkels (β); c) die Steuerung der zweiten, schnellen Schwenkachse (8) sowie zum Messtakt synchrones Auslesen des durch die zweite Schwenkachse (8) bestimmten Auslenkwinkels (α); d) die Intensitätsregelung und Pulsung der Laser-Lichtquelle (1a bzw. 1b), ausgehend von der Intensität des am Empfangsdetektor (14) empfangenen Lichtes oder in Abhängigkeit von von außen vorgegebenen Werten; und e) im Anzeigemodus die Ansteuerung der Schwenkachsen (6, 8) sowie die Pulsung der Laser-Lichtquelle (1a bzw. 1b), um ein von außen übermitteltes Bild darzustellen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the central electronics ( 15 ) performs the following tasks: a) Generating a measuring cycle and driving and reading the reception detector ( 14 ) in the measuring clock and, in the case of a digital reception detector, the generation of the coordinate (x) concerning the beam path length from the image data; b) the position control of the first pivot axis ( 6 ) and thus the moving part ( 3 ) driving the drive motor ( 5 ) via a rotary encoder ( 16 ) as well as the measuring cycle synchronous reading of the through the first pivot axis ( 6 ) certain deflection angle (β); c) the control of the second, fast pivot axis ( 8th ) as well as the measuring cycle synchronous reading of the by the second pivot axis ( 8th ) certain deflection angle (α); d) the intensity control and pulsing of the laser light source ( 1a respectively. 1b ), based on the intensity of the received detector ( 14 ) received light or in dependence on externally given values; and e) in the display mode, the control of the pivot axes ( 6 . 8th ) as well as the pulsation of the laser light source ( 1a respectively. 1b ) to represent an image transmitted from the outside. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine kollimierte Laser-Lichtquelle (1a; 1b) vorgesehen ist, von der ein pulsmodulierter Laserstrahl ausgeht, dass zur Auslenkung des Laserstrahls zur Oberfläche (10) des Objekts (11) hin ein Strahlablenkmittel (7) vorgesehen ist, das um zwei zueinander senkrecht stehende Abtastachsen (6, 8) schwenkbar ist, dass zum Auffangen des von einem Abtastpunkt (P) an einer Oberflächenstelle (12) rückgestreuten Lichts ein eindimensionaler optischer Empfangsdetektor (14) vorgesehen ist, der in Bezug auf das Strahlablenkmittel einen feststehenden effektiven direkten Abstand hat, so dass sich zur Erzielung einer dreidimensionalen Abbildungsinformation das Prinzip der Triangulation anwenden lässt, indem sich, ausgehend von der bekannten Abstrahlrichtung, vom bekannten effektiven direkten Abstand zwischen dem Strahlablenkmittel und dem optischen Empfangsdetektor und von der vom Einfallswinkel des rückgestrahlten Lichts abhängig bestimmten Strahlstreckenlänge (x) zwischen Lichtquelle und optischem Empfangsdetektor, für jeden Abtastpunkt (P) auf der Oberfläche (10) des Objekts (11) die Daten ermitteln lassen, dass die Ebene, in welcher die Triangulation vorgenommen wird, durch die effektiven Positionen des Strahlablenkmittels (7), des Abtastpunktes (P) auf der Oberfläche (10) des Objekts (11) sowie des optischen Empfangsdetektors (14) festgelegt ist und auch die erste (6) der beiden Schwenkachsen (6, 8) in dieser Ebene verläuft, dass die zweite (8) der beiden Schwenkachsen des Strahlablenkmittels so verläuft, dass sich eine Abtastbewegung des Strahls in der Triangulationsebene ergibt, dass die Geschwindigkeit der Schwenkbewegung des Strahlablenkmittels (7) um die zweite Schwenkachse (6) höher als diejenige des Strahlablenkmittels um die erste Schwenkachse (8) bemessen ist, dass der Empfangsdetektor (14) zusammen mit dem Strahlablenkmittel in einem beweglichen Teil (3) um die erste Schwenkachse (6) schwenkbar ist und dass eine zentrale Elektronik (15) zur Steuerung des Bereichs, der Reihenfolge und der Auflösung der Erfassung der Daten von Abtastpunkten (P) im Bereich der Empfangsreichweite vorgesehen ist.Device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that a collimated laser light source ( 1a ; 1b ) is provided, from which a pulse-modulated laser beam emanates that for the deflection of the laser beam to the surface ( 10 ) of the object ( 11 ) a Strahlablenkmittel ( 7 ), which is arranged around two mutually perpendicular scanning axes ( 6 . 8th ) is pivotable for capturing the from a sampling point (P) at a surface location ( 12 ) backscattered light, a one-dimensional optical reception detector ( 14 ) is provided, which has a fixed effective direct distance with respect to the beam deflecting means, so that the principle of triangulation can be applied to obtain a three-dimensional imaging information by, starting from the known radiation direction, from the known effective direct distance between the Strahlablenkmittel and the optical reception detector and the beam path length (x) between the light source and the optical reception detector determined by the angle of incidence of the reflected light, for each scanning point (P) on the surface ( 10 ) of the object ( 11 ) let the data determine that the plane in which the triangulation is made, by the effective positions of the beam deflecting means ( 7 ), the sampling point (P) on the surface ( 10 ) of the object ( 11 ) and the optical reception detector ( 14 ) and also the first one ( 6 ) of the two pivot axes ( 6 . 8th ) runs in this plane that the second ( 8th ) of the two pivot axes of the beam deflecting means so that there is a scanning movement of the beam in the Triangulationsebene that the speed of the pivoting movement of the Strahlablenkmittels ( 7 ) about the second pivot axis ( 6 ) higher than that of the beam deflection means about the first pivot axis ( 8th ) is dimensioned such that the reception detector ( 14 ) together with the beam deflecting means in a movable part ( 3 ) about the first pivot axis ( 6 ) is pivotable and that a central electronics ( 15 ) is provided for controlling the range, the order and the resolution of the detection of the data of sampling points (P) in the range of the reception range. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der eindimensionale optische Empfangsdetektor (14) ein PSD (Position Sensitive Detector) oder eine Zeilenkamera ist.Apparatus according to claim 14, characterized in that the one-dimensional optical reception detector ( 14 ) is a PSD (Position Sensitive Detector) or a line scan camera. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der eindimensionale optische Empfangsdetektor (14) eine Sammeloptik (13) aufweist, über welche das vom jeweiligen Abtastpunkt (P) rückgestreute Licht gebündelt wird.Apparatus according to claim 14, characterized in that the one-dimensional optical reception detector ( 14 ) a collecting optics ( 13 ), over which the backscattered from the respective sampling point (P) light is focused. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Abtastbewegung in der Triangulationsebene im Strahlablenkmittel (7) ein Spiegelrad oder ein resonant betriebener MEMS-Mikrospiegel vorgesehen ist, die um die zweite Schwenkachse (8) schwenkbar sind.Apparatus according to claim 14, characterized in that for generating the scanning movement in the triangulation plane in the beam deflection means ( 7 ) a mirror wheel or a resonantly operated MEMS micromirror is provided, which is arranged around the second pivot axis (FIG. 8th ) are pivotable. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zum Antreiben der Abtastbewegung des Strahlablenkmittels (7) senkrecht zur Triangulationsebene ein positionsgeregelter Antriebsmotor (5) vorgesehen ist, dessen Antriebsachse mit der ersten Schwenkachse (6) mechanisch verbunden ist.Apparatus according to claim 14, characterized in that for driving the scanning movement of the Strahlablenkmittels ( 7 ) perpendicular to the triangulation plane, a position-controlled drive motor ( 5 ) is provided, whose drive axis with the first pivot axis ( 6 ) is mechanically connected. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Laser-Lichtquelle (1a; 1b) eine Speckle-reduzierte Lichtquelle vorgesehen ist, die einen breiteren Wellenlängen bereich abdeckt als Laserlicht in üblicher Weise und zudem weniger kohärent ist.Apparatus according to claim 14, characterized in that as a laser light source ( 1a ; 1b ) is provided a speckle-reduced light source, which covers a wider wavelength range than laser light in a conventional manner and also is less coherent. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Superluminiszenzdiode (SLD) oder eine deutlich unter Nennleistung betriebene Hochleistungslaserdiode als Laser-Lichtquelle (1a; 1b) vorgesehen ist.Device according to Claim 19, characterized in that a superluminescent diode (SLD) or a high-power laser diode operated clearly under rated power is used as the laser light source ( 1a ; 1b ) is provided. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Variante eine kollimierte Laser-Lichtquelle (1a) in einem feststehenden Teil (2) untergebracht ist, wobei der in der Laser-Lichtquelle erzeugte Messlichtstrahl durch eine Hohlwelle (4) eines Antriebsmotors (5) koaxial in einen beweglichen Teil (3) eintritt und dort eine sich mit dem beweglichen Teil um eine Schwenkachse (6) mitdrehende Ablenkeinheit (7) beleuchtet, die um eine senkrecht zu dieser Schwenkachse (6) verlaufende Schwenkachse (8) schwenkbar ist, und dass die Winkelgeschwindigkeit der zweiten Schwenkachse (8) erheblich höher bemessen ist als die Winkelgeschwindigkeit der ersten Schwenkachse (6).Device according to one of claims 14 to 20, characterized in that in a first variant, a collimated laser light source ( 1a ) in a fixed part ( 2 ) is housed, wherein the measuring light beam generated in the laser light source by a hollow shaft ( 4 ) of a drive motor ( 5 ) coaxial with a moving part ( 3 ) and there is a with the movable part about a pivot axis ( 6 ) rotating deflection unit ( 7 ), which are perpendicular to this pivot axis ( 6 ) running pivot axis ( 8th ) is pivotable, and that the angular velocity of the second pivot axis ( 8th ) is significantly higher than the angular velocity of the first pivot axis ( 6 ). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zweiten Variante eine kollimierte Laser-Lichtquelle (1b) in einem beweglichen Teil (3) untergebracht ist, wobei das um die Schwenkachse (8) schwenkbare Ablenkmittel (7) von dem in der Laser-Lichtquelle (1b) erzeugten Messlichtstrahl aus beleuchtet wird und eine koaxiale Position der Laser-Lichtquelle (1b) auf der Schwenkachse (6) nicht unbedingt notwendig ist.Device according to one of claims 14 to 20, characterized in that in a second variant, a collimated laser light source ( 1b ) in a moving part ( 3 ) is housed, wherein the about the pivot axis ( 8th ) pivotable deflection means ( 7 ) of which in the laser light source ( 1b ) is illuminated and a coaxial position of the laser light source ( 1b ) on the pivot axis ( 6 ) is not absolutely necessary. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfangsdetektor 14, falls er als Zeilenkamera ausgebildet ist, ein Bild bzw., falls er als a naloges PSD ausgebildet ist, den Auftreffpunkt des gesammelten Lichtes als Koordinatenwert (x) des Abtastpunktes (P) an die zentrale Elektronik (15) liefert und dass, im Falle einer Zeilenkamera als Empfangsdetektor (14), dieser Koordinatenwert (x) in der zentralen Elektronik (15) aus dem Bild ermittelt wird.Device according to one of claims 14 to 22, characterized in that the reception detector 14 if it is designed as a line camera, an image or, if it is designed as a naloges PSD, the impact point of the collected light as the coordinate value (x) of the sampling point (P) to the central electronics ( 15 ) and that, in the case of a line scan camera as a receive detector ( 14 ), this coordinate value (x) in the central electronics ( 15 ) is determined from the image. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslenkwinkel (α) des Laserstrahls zum Abtastpunkt (P) in der Triangulationsebene durch die Winkelposition der zweiten Schwenkachse (8) bestimmt ist und dass diese Winkelpositionsinformation an die zentrale Elektronik (15) als Koordinatenwert (α) des Abtastpunktes (P) geliefert wird.Device according to one of claims 14 to 23, characterized in that the deflection angle (α) of the laser beam to the sampling point (P) in the triangulation plane by the angular position of the second pivot axis ( 8th ) and that this angular position information is sent to the central electronics ( 15 ) as the coordinate value (α) of the sampling point (P). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (5) über einen Drehgeber (16) positionsgeregelt ist, der im feststehenden Teil (2) auf der dem Antriebsmotor abgewandten Seite oder auf der Seite des Antriebsmotors (5) angebracht ist oder im Antriebsmotor (5) selbst integriert ist, und dass der Drehgeber (16) die Winkelstellung als Koordinatenwert (β) des Abtastpunktes P(α, x, β) liefert, nämlich den Auslenkwinkel der ersten Schwenkachse (6), durch welche der bewegliche Teil (3) mit Ablenkeinheit (7) und Empfangsdetektor (14) geschwenkt wird.Device according to one of claims 14 to 24, characterized in that the drive motor ( 5 ) via a rotary encoder ( 16 ) is position-controlled, which in the fixed part ( 2 ) on the side facing away from the drive motor or on the side of the drive motor ( 5 ) or in the drive motor ( 5 ) itself, and that the encoder ( 16 ) provides the angular position as coordinate value (β) of the sampling point P (α, x, β), namely the deflection angle of the first pivot axis ( 6 ) through which the moving part ( 3 ) with deflection unit ( 7 ) and receive detector ( 14 ) is pivoted. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten- und Energieübertragung zwischen dem feststehenden Teil (2) und dem beweglichen Teil (3) über Kabel bei limitiertem Bewegungsraum des Schwenkwinkels (β) der ersten Schwenkachse (6), über Schleifkontakte oder berührungslos vorgenommen wird.Device according to one of claims 14 to 25, characterized in that the data and energy transfer between the fixed part ( 2 ) and the movable part ( 3 ) via cable with limited range of movement of the swivel angle (β) of the first pivot axis ( 6 ), via sliding contacts or non-contact.
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