DE102017212002A1

DE102017212002A1 - Method and arrangement for determining the orientation of a stationary laser scanner

Info

Publication number: DE102017212002A1
Application number: DE102017212002.9A
Authority: DE
Inventors: Beatrice Appenzeller; Dennis Nienhueser; Matthew Nimmo
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-07-13
Filing date: 2017-07-13
Publication date: 2019-01-17
Anticipated expiration: 2037-07-14
Also published as: FR3069065A1; FR3069065B1; DE102017212002B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine künstliche Landmarke (40) zur Bestimmung der Ausrichtung eines stationären Laserscanners (10), der zur Überwachung des Umfelds in einem Parkhaus vorgesehen ist. Ist die aktuelle Ausrichtung des stationären Laserscanners (10) bekannt, kann nach einem weiteren Aspekt der Erfindung die Ausrichtung des Laserscanners mit Hilfe mindestens einer derartigen Landmarke so angepasst werden, dass sich eine insbesondere waagrechte Scanebene (15) ergibt.
Die Landmarke (40) ist erfindungsgemäß zweifarbig ausgebildet und umfasst zwei, insbesondere dunkle, vertikale Standfüße (42, 44). Die Standfüße (42, 44) sind durch einen vertikal verschiebbaren, insbesondere hellen, Hintergrund (46) verbunden, der eine z.B. in einem 45°-Winkel verlaufende, insbesondere dunkle, Verbindungslinie (48) aufweist.

In particular, the present invention relates to an artificial landmark (40) for determining the orientation of a stationary laser scanner (10) provided for monitoring the surroundings in a parking garage. If the current orientation of the stationary laser scanner (10) is known, according to a further aspect of the invention, the orientation of the laser scanner can be adjusted with the aid of at least one such landmark, resulting in a particular horizontal scan plane (15).
The landmark (40) according to the invention is bicoloured and comprises two, in particular dark, vertical feet (42, 44). The feet (42, 44) are connected by a vertically displaceable, in particular light, background (46), which has a, for example, at a 45 ° angle extending, in particular dark, connecting line (48).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung und Anpassung der Ausrichtung eines stationären Laserscanners. Derartige Laserscanner werden auch als LIDAR-Sensoren bezeichnet.The invention relates to a device and a method for determining and adjusting the orientation of a stationary laser scanner. Such laser scanners are also referred to as LIDAR sensors.

Ein Laserscanner zur Objekterkennung ist beispielsweise aus der DE 4340756 A1 bekannt.A laser scanner for object recognition is for example from the DE 4340756 A1 known.

Aufgrund der hohen Reichweite von Laserscannern führen bereits geringe Abweichungen im Nickwinkel dazu, dass der Strahl nicht parallel zum Boden verläuft, sondern auf den Boden trifft oder sich mit zunehmender Distanz vom Boden entfernt. Analog führen geringe Abweichungen im Rollwinkel zu einer verkippten Ebene. Herkömmlich werden zur waagerechten Ausrichtung Feinjustage-Halterungen des Laserscanners verwendet, mit deren Hilfe Roll- und Nickwinkel des Laserscanners angepasst werden. Da der Laserstrahl für das menschliche Auge in der Regel nicht sichtbar ist, muss sein Verlauf anderweitig gemessen werden. Dafür können natürliche oder künstliche Landmarken verwendet werden, die vom Laserscanner angemessen und dargestellt werden. Durch die Kenntnis der Position dieser Landmarken relativ zum Laserscanner kann auf die Ausrichtung des Laserscanners zurückgeschlossen werden.Due to the high range of laser scanners, even slight deviations in the pitch angle mean that the beam does not run parallel to the ground but hits the ground or moves away from the ground with increasing distance. Similarly, small deviations in the roll angle lead to a tilted plane. Conventionally, fine alignment fixtures of the laser scanner are used for horizontal alignment, with the aid of which the roll and pitch angles of the laser scanner are adapted. Since the laser beam is usually invisible to the human eye, its course needs to be measured differently. For this purpose, natural or artificial landmarks can be used which are appropriately displayed and displayed by the laser scanner. By knowing the position of these landmarks relative to the laser scanner can be deduced the orientation of the laser scanner.

Eine andere Möglichkeit zur Ausrichtung sind künstliche Landmarken, die Laserstrahlen detektieren und über ein akustisches Signal darstellen, beispielsweise ein tragbarer Laserempfänger („Scan-Finder“) wie z.B. das Modell Topcon LS-80L. Die Notwendigkeit der Auswertung von Laserscans entfällt hierbei.Another possibility for alignment are artificial landmarks which detect laser beams and represent them via an acoustic signal, for example a portable laser receiver ("scan finder") such as e.g. the model Topcon LS-80L. The necessity of evaluating laser scans is eliminated.

Um eine möglichst genaue Ausrichtung zu erhalten, muss die Position der Landmarken genau feststellbar sein. Insbesondere muss die Höhe des auftreffenden Laserstrahls exakt messbar sein. Dies gelingt weder mit herkömmlichen Landmarken noch mit Scan-Findern ausreichend genau.In order to get the most accurate alignment possible, the position of the landmarks must be clearly identifiable. In particular, the height of the incident laser beam must be exactly measurable. This succeeds neither sufficiently with conventional landmarks nor with scan finders.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben, wodurch die Ausrichtung eines stationären Laserscanners zur Überwachung des Umfelds, insbesondere in einem Parkhaus, mit hoher Genauigkeit bestimmt werden kann und der Laserscanner dadurch insbesondere so ausgerichtet werden kann, dass sich eine waagerechte Scanebene ergibt.The object of the invention is to provide a method and an arrangement, whereby the orientation of a stationary laser scanner for monitoring the environment, especially in a parking garage, can be determined with high accuracy and the laser scanner can thereby be aligned in particular so that a horizontal Scan plane yields.

Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine künstliche Landmarke zur Bestimmung der Ausrichtung eines stationären Laserscanners, der zur Überwachung des Umfelds in einem Parkhaus vorgesehen ist. Ist die aktuelle Ausrichtung des stationären Laserscanners bekannt, kann nach einem weiteren Aspekt der Erfindung die Ausrichtung des Laserscanners mit Hilfe mindestens einer derartigen Landmarke so angepasst werden, dass sich eine insbesondere waagrechte Scanebene ergibt.In particular, the present invention relates to an artificial landmark for determining the orientation of a stationary laser scanner, which is provided for monitoring the environment in a parking garage. If the current orientation of the stationary laser scanner is known, according to a further aspect of the invention, the orientation of the laser scanner can be adjusted with the aid of at least one landmark such that a particular horizontal scan plane results.

Die Landmarke ist erfindungsgemäß zweifarbig ausgebildet und umfasst zwei, insbesondere dunkle, vertikale Standfüße. Die Standfüße sind durch einen vertikal verschiebbaren, insbesondere hellen, Hintergrund verbunden, der eine z.B. in einem 45°-Winkel verlaufende, insbesondere dunkle, Verbindungslinie aufweist. Als Verbindungslinie soll hierbei eine im Messergebnis (Laserscan) deutlich erkennbare Linie, die eine gewisse Liniendicke aufweist, verstanden werden. Beispielsweise kann die Liniendicke ähnlich oder gleich groß sein wie die Dicke der vertikalen Standfüße der Landmarke.The landmark is formed according to the invention two-tone and includes two, especially dark, vertical feet. The feet are connected by a vertically displaceable, in particular light, background, which has e.g. Having in a 45 ° angle extending, in particular dark, connecting line. As a connecting line in this case in the measurement result (laser scan) clearly recognizable line, which has a certain line thickness, to be understood. For example, the line thickness may be similar or equal to the thickness of the vertical feet of the landmark.

Zum Bau der Landmarke können verschiedene Materialien, wie z.B. Metall oder Papier verwendet werden.For the construction of the landmark, various materials, e.g. Metal or paper are used.

Jede derartig ausgebildete und in einem definierten Abstand zu dem Laserscanner aufgestellte Landmarke hinterlässt im Laserscan charakteristische Distanz- und Remissionswerte. Diese können zur Lokalisierung der Landmarke genutzt werden, wobei der Einsatz von insbesondere zwei dieser künstlichen Landmarken die Feinjustage des Laserscanners mit Hilfe der Distanz- und Remissionswerte ermöglicht.Each landmark designed and positioned at a defined distance from the laser scanner leaves characteristic distance and remission values in the laser scan. These can be used to locate the landmark, the use of particular two of these artificial landmarks allows the fine adjustment of the laser scanner with the help of the distance and remission values.

Als Remission ist hierbei die diffuse (ungerichtete) Reflexion von Wellen, insbesondere von sichtbarem Licht zu verstehen, die auch als diffuse Reflexion bezeichnet wird. Der Remissionswert oder Hellbezugswert gibt an, um welchen Anteil der Helligkeit ein bunter oder unbunter Farbton im Vergleich zu einer reinweißen Fläche hat. So hat eine reinweiße Fläche einen Remissionswert von 100 %, d.h. sämtliches einfallendes Licht wird reflektiert. Eine idealschwarze Fläche hat einen Remissionswert von 0 %.Remission here is to be understood as meaning the diffuse (undirected) reflection of waves, in particular of visible light, which is also referred to as diffuse reflection. The reflectance value or brightness reference value indicates by what part of the brightness a colorful or uncoloured hue has compared to a pure white area. Thus, a pure white area has a remission value of 100%, i. all incident light is reflected. A perfectly black area has a reflectance value of 0%.

Bevorzugt weist die Landmarke daher Bereiche auf, die sich stark in ihren Remissionswerten unterscheiden. So sind die vertikalen Standfüße und die Verbindungslinie bevorzugt dunkel, beispielsweise schwarz ausgebildet, während der Hintergrund hell, beispielsweise weiß ausgebildet ist.The landmark therefore preferably has areas which differ greatly in their remission values. Thus, the vertical feet and the connecting line are preferably dark, for example black, while the background is bright, for example white.

In einer bevorzugten Ausführung ist eine seitlich an der Landmarke angebrachte Höhenskala vorgesehen, die das Ablesen der Höhe des Mittelpunkts der Verbindungslinie ermöglicht.In a preferred embodiment, a height scale attached laterally to the landmark is provided, which allows reading the height of the center of the connecting line.

Der Winkel der Verbindungslinie zu den vertikalen Standfüßen beträgt bevorzugt 45°. The angle of the connecting line to the vertical feet is preferably 45 °.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die Landmarke eine Höhenskala auf, welche das Ablesen der Höhe des Mittelpunkts der Verbindungslinie über der Bodenebene ermöglicht. Diese Höhe kann insbesondere einer gewünschten Höhe der Scanebene des Laserscanners entsprechen. Besonders bevorzugt ist die Höhenskala seitlich an einem der vertikalen Standfüße angeordnet, wodurch sich eine einfache Ablesemöglichkeit für den Benutzer ergibt.In a preferred embodiment of the invention, the landmark has a height scale which allows reading the height of the center of the connecting line above the ground level. This height can in particular correspond to a desired height of the scanning plane of the laser scanner. Particularly preferably, the height scale is arranged laterally on one of the vertical feet, resulting in a simple reading option for the user.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Anordnung zur Bestimmung der Ausrichtung eines stationären Laserscanners vorgeschlagen, die mindestens eine, wie vorstehend beschrieben ausgebildete Landmarke umfasst.
Bevorzugt sind mindestens zwei Landmarken vorgesehen, die in einem definierten horizontalen Abstand zueinander aufgestellt sind und jeweils einen definierten Abstand, insbesondere den gleichen Abstand, zu dem Laserscanner aufweisen.According to a further aspect of the invention, an arrangement for determining the orientation of a stationary laser scanner is proposed which comprises at least one landmark formed as described above.
Preferably, at least two landmarks are provided, which are set up in a defined horizontal distance from each other and each having a defined distance, in particular the same distance, to the laser scanner.

Dabei ist insbesondere der Hintergrund jeder der Landmarken derart eingestellt, dass der Mittelpunkt der Verbindungslinie in einer bestimmten Höhe über einer Bodenebene liegt.In particular, the background of each of the landmarks is set such that the center of the connecting line lies at a certain height above a ground level.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Ausrichtung eines stationären Laserscanners vorgeschlagen, wobei eine wie oben beschrieben ausgebildete Anordnung verwendet wird. Mit dem Laserscanner werden charakteristische Distanz- und Remissionswerte der mindestens einen Landmarke bestimmt und aus den Distanz- und Remissionswerten der mindestens einen Landmarke wird eine Scanebene des Laserscanners bestimmt.According to a further aspect of the invention, a method for determining an alignment of a stationary laser scanner is proposed, wherein an arrangement formed as described above is used. Characteristic distance and remission values of the at least one landmark are determined with the laser scanner and a scan plane of the laser scanner is determined from the distance and remission values of the at least one landmark.

In einer bevorzugten Ausführung wird dabei einem Benutzer die aktuelle Ausrichtung des Laserscanners visuell angezeigt, indem die Remissionswerte der Landmarke relativ zu einer Sollmarkierung dargestellt werden, wobei die Sollmarkierung einer Sollausrichtung des Laserscanners, insbesondere einer Scanebene des Laserscanners die waagrecht zu einer Bodenebene in einer bestimmten Höhe verläuft, entspricht.In a preferred embodiment, the current orientation of the laser scanner is visually displayed to a user by displaying the remission values of the landmark relative to a desired mark, wherein the desired mark of a target orientation of the laser scanner, in particular a scan plane of the laser scanner horizontally to a ground level at a certain height runs, corresponds.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Ausrichtung eines stationären Laserscanners vorgeschlagen, wobei zunächst eine aktuelle Ausrichtung des Laserscanners mittels des vorangehend beschriebenen Verfahrens bestimmt wird und davon ausgehend eine bestimmte Ausrichtung des Laserscanners eingestellt wird, insbesondere derart, dass eine Scanebene des Laserscanners waagrecht zu einer Bodenebene in einer bestimmten Höhe verläuft. Dabei wird insbesondere ausgenutzt, dass sich bei einer gewünschten, waagrechten Ausrichtung der Scanebene des Laserscanners beim Scannen der Landmarke ein Messergebnis ergeben muss, bei dem drei dunkle Bereiche, die den vertikalen Standfüßen der Landmarke und der Verbindungslinie entsprechen, vorhanden sind, wobei der dunkle Bereich, der der Verbindungslinie entspricht zu beiden dunklen Bereichen, die den vertikalen Standfüßen entsprechen jeweils den gleichen Abstand aufweist.According to a further aspect of the invention, a method for aligning a stationary laser scanner is proposed, wherein first of all a current orientation of the laser scanner is determined by means of the method described above and on this basis a specific orientation of the laser scanner is set, in particular such that a scan plane of the laser scanner is horizontal to a ground level at a certain height. In particular, it is exploited that, given a desired horizontal alignment of the scan plane of the laser scanner when scanning the landmark, a measurement result must result in which three dark areas corresponding to the vertical feet of the landmark and the connecting line are present, the dark area , which corresponds to the connecting line to both dark areas corresponding to the vertical feet each having the same distance.

Die Erfindung weist den Vorteil auf, dass durch den einfachen Aufbau geringe Kosten für die Herstellung der erfindungsgemäßen Landmarken anfallen. Weiterhin ist vorteilhaft die Verwendung der gleichen Landmarken für die Ausrichtung unterschiedlicher Laserscanner möglich. Weiterhin erfolgt bei der Messung vorteilhaft keine Störung durch andere aktive Laserscanner oder Laserscanner mit mehreren Scanebenen wie bei herkömmlichen „Scan-Findern“ der Fall ist. Die Erfindung ermöglicht weiterhin eine einfache Anpassung an eine gewünschte Kalibrierungsgenauigkeit durch Anpassung der Distanz zwischen dem Laserscanner und der Landmarke, sowie durch eine Anpassung der Größe (Skalierung) der Landmarke. Durch das vorliegende einfache und leicht nachvollziehbare Prinzip können benutzerbedingte Fehler vermieden werden. Es kann außerdem durch Nutzung von Kenntnissen über Aufbau und Material der Landmarke eine robuste Erkennung der Landmarke erzielt werden.The invention has the advantage that incurred by the simple structure low costs for the production of landmarks according to the invention. Furthermore, the use of the same landmarks for the alignment of different laser scanner is advantageous possible. Furthermore, there is advantageously no interference during the measurement by other active laser scanners or laser scanners with a plurality of scan edges, as is the case with conventional "scan finders". The invention further enables easy adaptation to a desired calibration accuracy by adjusting the distance between the laser scanner and the landmark, as well as by adjusting the size (scale) of the landmark. By the present simple and easy to understand principle, user-related errors can be avoided. It can also be achieved by using knowledge of construction and material of the landmark a robust recognition of the landmark.

Die Erfindung ist zur Bestimmung und Anpassung der Ausrichtung von Laserscannern vorgesehen. Unter einem Laserscanner soll dabei ein Sensor verstanden werden, der Laserstrahlen aussendet und von Objekten zurückgestrahltes Licht empfängt, wobei beispielsweise die Entfernung des Objekts über die Lichtlaufzeit bestimmt werden kann. Dabei kann eine einzelne Laserlichtquelle vorgesehen sein, deren Strahl mittels entsprechender optischer Elemente umgelenkt wird, wodurch eine Messebene (Scanebene) aufgespannt wird. Die Erfindung ist aber ebenso anwendbar für Sensoren, die mehrere, in einer Reihe oder einer Matrix angeordnete Laserlichtquellen aufweist, wobei in einer Reihe angeordnete Laserlichtquellen jeweils eine Messebene (Scanebene) ausbilden. Die Erfindung eignet sich also beispielsweise zur Bestimmung und Anpassung der Ausrichtung von Sensoren die üblicherweise als Laserscanner bezeichnet werden und die z.B. einen rotierenden Umlenkspiegel aufweisen.The invention is intended to determine and adjust the orientation of laser scanners. A laser scanner is to be understood as meaning a sensor which emits laser beams and receives light reflected back from objects, it being possible, for example, to determine the distance of the object over the light transit time. In this case, a single laser light source may be provided, whose beam is deflected by means of corresponding optical elements, whereby a measuring plane (scanning plane) is clamped. However, the invention is equally applicable to sensors having a plurality of laser light sources arranged in a row or a matrix, wherein laser light sources arranged in a row each form a measurement plane (scan plane). Thus, for example, the invention is useful for determining and adjusting the orientation of sensors commonly referred to as laser scanners, which are e.g. have a rotating deflection mirror.

Figurenlistelist of figures

1 shows schematically from the side an arrangement of a stationary laser scanner on the wall of a parking garage with a horizontally aligned scanning plane.
2 a) shows schematically from the side an arrangement of a stationary laser scanner on the wall of a parking garage with a scanning plane inclined to the ground.
2 B) shows schematically from the side an arrangement of a stationary laser scanner on the wall of a parking garage with an upwardly inclined scanning plane.
2 c) schematically shows a perspective plan view of an arrangement of a stationary laser scanner on the wall of a parking garage with a plan view inclined to the right scanned plane.
2 d) schematically shows a perspective plan view of an arrangement of a stationary laser scanner on the wall of a parking garage with a plan view inclined to the left scan plane.
3 a) schematically shows an arrangement of a stationary laser scanner on the wall of a parking garage with a horizontally aligned scan plane and two landmarks for determining the orientation of the scan plane.
3 b) shows a flow diagram of a method according to the invention for the horizontal alignment of the laser scanner by means of the arrangement 3 a) ,
4 schematically shows a first embodiment of a landmark for determining the orientation of a stationary laser scanner.
5 a) -c ) show schematically the landmark according to 4 for determining the orientation of a stationary laser scanner and displays for visualizing the orientation of the scan plane.
6 a) and b) schematically represent the associated displays for visualization for two different orientations of the scan plane 5c) the orientation of the scan plane.

Ausführung der ErfindungEmbodiment of the invention

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente gegebenenfalls verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.In the following description of the embodiments of the invention, the same elements are denoted by the same reference numerals, wherein a repeated description of these elements is optionally omitted. The figures illustrate the subject matter of the invention only schematically.

In 1 ist schematisch eine Anordnung eines stationären Laserscanners 10 an einer Wand 20 eines Parkhauses dargestellt. Der Laserscanner 10 weist eine Scan-Ebene 15, die in diesem Beispiel waagrecht bezüglich der Bodenebene 30 ausgerichtet ist. 1 stellt damit die Zielsituation für die Ausrichtung der Scanebene 15 des Laserscanners 10 dar.In 1 schematically is an arrangement of a stationary laser scanner 10 on a wall 20 a parking garage shown. The laser scanner 10 indicates a scan plane 15 , which in this example are horizontal with respect to the ground level 30 is aligned. 1 thus sets the target situation for the alignment of the scan plane 15 of the laser scanner 10 represents.

In den 2 a)-d) sind verschiedene Situationen dargestellt, in denen die Scanebene 15 des Laserscanners im Vergleich zu der in 1 dargestellten Zielausrichtung geneigt oder verkippt ist. 2 a) zeigt eine gegenüber der Waagerechten 16 um den Nickwinkel δ zum Boden 30 hin geneigte Scanebene 15. 2 b) zeigt eine gegenüber der Waagerechten 16 um den Nickwinkel δ' vom Boden 30 weg geneigten Scanebene 15. 2 c) zeigt in Draufsicht eine gegenüber der Waagerechten 16 um den Rollwinkel y nach rechts geneigte Scanebene 15. 2 d) zeigt in Draufsicht eine gegenüber der Waagerechten 16 um den Rollwinkel y' nach links geneigte Scanebene 15. In der Praxis können außerdem noch beliebige Überlagerungen der in den 2 a) - 2 d) dargestellten Ausrichtungen der Scanebene 15 auftreten.In the 2 a) -d ) different situations are shown in which the scan plane 15 of the laser scanner compared to the in 1 Target orientation is tilted or tilted. 2 a) shows one opposite the horizontal 16 around the pitch angle δ to the ground 30 inclined scan plane 15 , 2 B) shows one opposite the horizontal 16 around the pitch angle δ 'from the ground 30 tilted scan plane 15 , 2 c) shows in plan view one opposite to the horizontal 16 around the roll angle y to the right inclined scan plane 15 , 2 d) shows in plan view one opposite to the horizontal 16 around the roll angle y 'to the left inclined scan plane 15 , In practice, also any overlays in the 2 a) - 2 d) shown alignments of the scan plane 15 occur.

Soll nun der in 1 dargestellte Idealzustand einer waagrecht, parallel zur Bodenebene 30 ausgerichteten Scanebene 15 hergestellt werden, so muss zunächst die aktuelle Ausrichtung der Scanebene bestimmt werden.Shall now the in 1 illustrated ideal state of a horizontal, parallel to the ground plane 30 aligned scan plane 15 first, the current orientation of the scan plane must be determined.

In 3 a) ist eine Anordnung dargestellt, die einer möglichen Ausführung der Erfindung entspricht. In einem jeweils definierten Abstand zu dem Laserscanner 10 sind zwei identisch ausgebildete Landmarken 40 aufgestellt. Jede der Landmarken 40 ist zweifarbig ausgebildet und umfasst zwei dunkle, vertikale Standfüße, wobei die Standfüße durch einen vertikal verschiebbaren, hellen, Hintergrund verbunden sind. Der Hintergrund weist eine in einem 45°- Winkel verlaufende, dunkle Verbindungslinie auf. Jede der Landmarken 40 ist damit ausgebildet, bei einer Abtastung mit dem Laserscanner 10 charakteristische Distanz- und Remissionswerte zu erzeugen, die auf eine aktuelle Ausrichtung der Scanebene 15 des Laserscanners rückschließen lassen.In 3 a) an arrangement is shown which corresponds to a possible embodiment of the invention. In a defined distance to the laser scanner 10 are two identically designed landmarks 40 established. Each of the landmarks 40 is formed bicolor and comprises two dark, vertical feet, the feet are connected by a vertically movable, bright, background. The background has a dark connecting line running at a 45 ° angle. Each of the landmarks 40 is thus designed, during a scan with the laser scanner 10 generate characteristic distance and remission values that are based on a current orientation of the scan plane 15 close the laser scanner.

Ein Verfahren zur Ausrichtung des Laserscanners 10 kann nun beispielsweise ablaufen, wie in 3b) als Ablaufdiagramm dargestellt:

In einem ersten Schritt 201 wird der Laserscanner 10 aufgestellt und manuell grob waagerecht ausgerichtet.
In einem zweiten Schritt 203 werden zwei Landmarken 40' und 40" aufgestellt. Sie werden seitlich in einem Abstand d versetzt zueinander in der gleichen Entfernung x' bzw. x" zum Laserscanner 10 aufgestellt (siehe 3 a)). Die Landmarken 40' und 40" werden auf die gewünschte Höhe justiert, so dass das vertikale Zentrum der Landmarke, also der Mittelpunkt der Verbindungslinie der Höhe der angestrebten Scanebene des aufgestellten Laserscanners entspricht. In einem dritten Schritt 205 wird ein Kalibrierungsmodus des Laserscanners 10 aktiviert. Der Laserscanner 10 misst nun Distanzen und Intensitäten. Die dunklen Bereiche, also die vertikalen Standfüße und die jeweilige Verbindungslinie der Landmarken 40' und 40" erzeugen niedrige Intensitäten, die hellen Bereiche, also der jeweilige Hintergrund, erzeugen hohe Intensitäten. Die Abstände der einzelnen Messpunkte entsprechen der Winkelauflösung des Laserscanners 10, ihre Größe hängt von der Strahlaufweitung ab. Beide Werte sind modellabhängig und können dem Datenblatt des Laserscanners entnommen werden.
In einem vierten Schritt 207 kann nun der Benutzer über eine Feinjustageeinheit der Halterung des Laserscanners 10 die Nick- und /oder Rollwinkel der Scanebene 15 derart verändern, dass die Remissionswerte der Messlinie mittig über einem Zielwert liegen. Sobald dies für beide Landmarken 40' und 40" der Fall ist, ist die Scanebene 15 des Laserscanners waagerecht ausgerichtet.

A method for aligning the laser scanner 10 can now expire, for example, as in 3b) shown as a flowchart:

In a first step 201 becomes the laser scanner 10 set up and manually roughly level.
In a second step 203 become two landmarks 40 ' and 40 " established. They are offset laterally at a distance d from each other at the same distance x ' respectively. x " to the laser scanner 10 set up (see 3 a) ). The landmarks 40 ' and 40 " are adjusted to the desired height, so that the vertical center of the landmark, so the center of the connecting line corresponds to the height of the desired scan plane of the erected laser scanner. In a third step 205 becomes a Calibration mode of the laser scanner 10 activated. The laser scanner 10 now measures distances and intensities. The dark areas, so the vertical feet and the respective connecting line of the landmarks 40 ' and 40 " generate low intensities, the bright areas, ie the respective background, generate high intensities. The distances of the individual measuring points correspond to the angular resolution of the laser scanner 10 their size depends on the beam expansion. Both values are model-dependent and can be taken from the data sheet of the laser scanner.
In a fourth step 207 Now the user can use a Feinjustageeinheit the holder of the laser scanner 10 the pitch and / or roll angle of the scan plane 15 change so that the remission values of the measurement line are centered above a target value. Once this is for both landmarks 40 ' and 40 " the case is the scan plane 15 of the laser scanner level.

4 zeigt eine erfindungsgemäß ausgebildete Landmarke 40 im Detail. Die Landmarke 40 ist zweifarbig ausgebildet und umfasst zwei dunkle, vertikale Standfüße 42 und 44, wobei die Standfüße 42 und 44 durch einen vertikal verschiebbaren, hellen, Hintergrund 46 verbunden sind. Der Hintergrund 46 weist eine in einem 45°- Winkel verlaufende, dunkle Verbindungslinie 48 auf. Die Landmarke 40 ist damit ausgebildet, bei einer Abtastung mit dem Laserscanner 10 charakteristische Distanz- und Remissionswerte zu erzeugen, die auf eine aktuelle Ausrichtung der Scanebene 15 des Laserscanners rückschließen lassen. Die Landmarke 40 weist ferner an einem der Standfüße 44 eine Höhenskala 50 auf. Bei einer vertikalen Verschiebung des Hintergrunds 46 wird die aktuelle Höhe des Mittelpunkts 47 der Verbindungslinie 48 durch einen mit dem Hintergrund verbundenen Anzeiger 55 auf der Höhenskala 50 angezeigt. Die angezeigte Höhe kann beispielsweise die Höhe des Mittelpunktes 47 über der Bodenebene 30 repräsentieren. Bevorzugt wird zu Beginn einer Messung die Höhe auf eine bestimmte, beispielsweise der Einbauhöhe des Laserscanners 10 entsprechenden Höhe eingestellt. 4 shows a landmark designed according to the invention 40 in detail. The landmark 40 is bicoloured and includes two dark, vertical feet 42 and 44 , with the feet 42 and 44 through a vertically movable, light, background 46 are connected. The background 46 has a dark connecting line running at a 45 ° angle 48 on. The landmark 40 is thus designed, during a scan with the laser scanner 10 generate characteristic distance and remission values that are based on a current orientation of the scan plane 15 close the laser scanner. The landmark 40 also points to one of the feet 44 a height scale 50 on. With a vertical shift of the background 46 will be the current height of the center 47 the connecting line 48 through an indicator connected to the background 55 on the height scale 50 displayed. For example, the displayed altitude may be the height of the midpoint 47 above the ground level 30 represent. At the beginning of a measurement, the height is preferably set to a specific, for example the installation height of the laser scanner 10 appropriate height adjusted.

In 5 a) ist die Landmarke 40 aus 4 bei einer Messung dargestellt. Ferner ist in der 5 die Scanebene als Schnittlinie der Scanebene 15 mit der Ebene der Landmarke 40 dargestellt. Die Situation entspricht derjenigen, in 2 b) dargestellten Situation in der die Scanebene 15 im Vergleich zu einer waagrechten Ausrichtung nach oben verkippt ist. Wird nun die Landmarke 40 mit dem Laserscanner 10 gescannt, ergibt sich ein Messergebnis mit charakteristischen Distanz- und Remissionswerten der Landmarke 40.In 5 a) is the landmark 40 out 4 shown during a measurement. Furthermore, in the 5 the scan plane as the intersection of the scan plane 15 with the plane of the landmark 40 shown. The situation corresponds to that in 2 B) illustrated situation in the scan plane 15 is tilted upwards compared to a horizontal orientation. Will now be the landmark 40 with the laser scanner 10 scanned results in a measurement result with characteristic distance and remission values of the landmark 40 ,

Die Remissionswerte können insbesondere in Form der in 5 b) dargestellten Anzeige 64 visualisiert werden, die die Remissionswerte entlang der Schnittlinie der Scanebene 15 mit der Landmarke 40 anzeigt. Dies kann beispielsweise entweder realisiert werden, indem der Benutzer den Bereich aus den Messdaten des Laserscanners 10 auswählt. Alternativ kann der anzuzeigende Bereich in den Messdaten automatisch erkannt werden. Die automatische Erkennung erfordert, dass die Größe (Breite) der Landmarke bekannt ist. Im Messergebnis (Laserscan) bildet sich nun eine „Strecke“ mit gleichen Distanzwerten ab, die detektiert werden kann. Die Länge der Strecke entspricht der Breite der Landmarke 40.The remission values may be in particular in the form of in 5 b) displayed display 64 visualized, the reflectance values along the cutting line of the scan plane 15 with the landmark 40 displays. This can be realized, for example, either by the user selecting the area from the measured data of the laser scanner 10 selects. Alternatively, the area to be displayed can be automatically detected in the measurement data. Automatic detection requires that the size (width) of the landmark be known. In the measurement result (laser scan), a "distance" with the same distance values is formed, which can be detected. The length of the route corresponds to the width of the landmark 40 ,

Der angezeigte erste dunkle Bereich 142 repräsentiert dabei den ersten vertikalen Standfuß 42. An den ersten dunklen Bereich 142 schließt sich rechts ein erster heller Bereich 146' an, der den Hintergrund 46 der Landmarke 40 repräsentiert. An den ersten hellen Bereich 146' schließt sich rechts ein zweiter dunkler Bereich 147 an. Der zweite dunkle Bereich 147 repräsentiert dabei die Verbindungslinie 48. An den zweiten dunklen Bereich 147 schließt sich rechts ein zweiter heller Bereich 146" an, der wiederum den Hintergrund 46 der Landmarke 40 repräsentiert. An den zweiten hellen Bereich 146" schließt sich rechts ein dritter dunkler Bereich 144 an. Der dritte dunkle Bereich 144 repräsentiert dabei den zweiten vertikalen Standfuß 44 der Landmarke 40. Aus der Anordnung ist unmittelbar ersichtlich, dass im Fall einer bereits parallel zur Bodenebene 30, in Höhe h des Mittelpunktes 47 ausgerichteten Scanebene 15, der Abstand a1 zwischen dem ersten dunklen Bereich 142 und dem zweiten dunklen Bereich 147 gleich dem Abstand zwischen dem zweiten dunklen Bereich 147 und dem dritten dunklen Bereich 144 sein müsste. Bei der hier beispielhaft dargestellten Situation führt die nach oben verkippte Scanebene 15 dazu, dass der Abstand a1 größer ist als der Abstand a2. Die Anzeige 64 weist außerdem eine Sollmarkierung 164 auf. Bei einer waagrechten Ausrichtung der Scanebene 15 ist der zweite dunkle Bereich 147, der die Verbindungslinie 48 repräsentiert, derart auf der Anzeige 64 sichtbar, dass die Sollmarkierung 164 mittig über dem zweiten dunklen Bereich 147 liegt. Dies entspricht gleichmäßigen bzw. gleichen Abständen a1 und a2.The displayed first dark area 142 represents the first vertical base 42 , At the first dark area 142 closes on the right a first bright area 146 ' on, the background 46 the landmark 40 represents. At the first bright area 146 ' closes on the right a second dark area 147 at. The second dark area 147 represents the connecting line 48 , To the second dark area 147 closes on the right a second bright area 146 ' in turn, the background 46 the landmark 40 represents. To the second bright area 146 ' closes on the right a third dark area 144 at. The third dark area 144 represents the second vertical base 44 the landmark 40 , From the arrangement it is immediately apparent that in the case of an already parallel to the ground plane 30 , at height h of the center 47 aligned scan plane 15 , the distance a1 between the first dark area 142 and the second dark area 147 equal to the distance between the second dark area 147 and the third dark area 144 would have to be. In the situation exemplified here, the scan plane tilted upwards leads 15 to that the distance a1 is greater than the distance a2 , The ad 64 also has a reference mark 164 on. For a horizontal alignment of the scan plane 15 is the second dark area 147 who is the connecting line 48 represents, so on the display 64 visible that the target mark 164 in the middle above the second dark area 147 lies. This corresponds to uniform or equal distances a1 and a2 ,

Die Anzeige der Remissionswerte kann alternativ oder zusätzlich gemäß 5 c) durch eine vertikale Anzeige 62 erfolgen. Die Anzeige 62 entspricht der Anzeige 64, ist jedoch um 90° gedreht. Dies ermöglicht dem Benutzer ein intuitives Ablesen der Abweichung der Scanebene 15 von der gewünschten waagrechten Ausrichtung vergleichbar mit einer Wasserwaage. Die angezeigten dunklen Bereiche können so intuitiv in ähnlicher Weise interpretiert werden wie die Libelle einer Wasserwaage.The indication of the remission values can alternatively or additionally according to 5c) through a vertical display 62 respectively. The ad 62 corresponds to the display 64 , but rotated 90 °. This allows the user to intuitively read the deviation of the scan plane 15 from the desired horizontal alignment comparable to a spirit level. The displayed dark areas can be intuitively interpreted in a similar way as the spirit level of a spirit level.

6 stellt die Vorteile der Verwendung von zwei Landmarken bei der Bestimmung einer Ausrichtung des stationären Laserscanners 10 dar. Der Messaufbau entspricht dem in 3 a) dargestellten Aufbau. In der schematischen Ansicht sind die Landmarken 40' und 40" und jeweils die zugehörigen Anzeigen 62' und 62", die den Remissionswerten des Laserscans der jeweiligen Landmarke 40' bzw. 40" entlang der Schnittlinie der Scanebene 15 mit der Ebene der Landmarken 40' und 40" entsprechen, dargestellt. Ferner ist die Schnittlinie der Scanebene 15 mit der Ebene der Landmarken 40' und 40" dargestellt. 6 highlights the benefits of using two landmarks in determining an orientation of the stationary laser scanner 10 The measurement setup corresponds to that in 3 a) shown construction. In the schematic view are the landmarks 40 ' and 40 " and the associated ads 62 ' and 62 " , the remission values of the laser scan of the respective landmark 40 ' respectively. 40 " along the intersection of the scan plane 15 with the plane of the landmarks 40 ' and 40 " correspond, shown. Furthermore, the section line is the scan plane 15 with the plane of the landmarks 40 ' and 40 " shown.

Im Beispiel nach 6 a) weicht die Scanebene 15 um einen gewissen Rollwinkel y von der Waagrechten 16 ab. Bei der gezeigten Aufstellung führt dies dazu, dass in der Anzeige 62" keine Abweichung von der Waagerechten angezeigt wird, jedoch in der Anzeige 62'. In diesem Fall sind also zwei Landmarken nötig, um die Abweichung der Scanebene 15 von der Waagrechten zu erkennen und zu korrigieren.In the example below 6 a) gives way to the scan plane 15 by a certain roll angle y from the horizontal 16 from. In the installation shown, this leads to the fact that in the display 62 " no deviation from the horizontal is displayed, however, in the display 62 ' , In this case, two landmarks are needed to the deviation of the scan plane 15 to recognize and correct the horizontal.

Dass dies nicht in allen Fällen so sein muss, illustriert 6 b). Im Beispiel nach 6 b) weicht die Scanebene 15 um einen Nickwinkel von der Waagrechten 16 ab. Bei der gezeigten Anordnung der Landmarken 40' und 40" führt dies dazu, dass in beiden Anzeigen 62' und 62" eine entsprechende Abweichung von der jeweiligen Sollmarkierung 164' und 164" angezeigt wird.That this does not have to be the case in all cases illustrates 6 b) , In the example below 6 b) gives way to the scan plane 15 at a pitch angle from the horizontal 16 from. In the arrangement of the landmarks shown 40 ' and 40 " This causes that in both ads 62 ' and 62 " a corresponding deviation from the respective target mark 164 ' and 164 ' is shown.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 4340756 A1 [0002]

Claims

Landmark (40) for determining an alignment of a stationary laser scanner (10), wherein the landmark (40) is designed to generate characteristic distance and remission values during a scan with the laser scanner (10), wherein the landmark (40) is bicoloured , and two, in particular dark, vertical feet (42, 44), wherein the feet (42, 44) are connected by a vertically displaceable, in particular bright, background (46), the background (46) extending at an angle , dark connecting line (48).

Landmark (40) to Claim 1 , wherein the angle of the connecting line (48) to the vertical feet (42, 44) is 45 °.

Landmark (40) to Claim 1 or 2 in that the landmark (40) has a height scale (50) which makes it possible to read the height of the center (47) of the connecting line (48).

Landmark (40) to Claim 3 wherein the height scale (50) is arranged laterally on one of the vertical feet (44).

Arrangement for determining the alignment of a stationary laser scanner (10) comprising at least one landmark (40) according to one of Claims 1 to 4 ,

Arrangement according to Claim 5 , wherein at least two landmarks (40 ', 40 ") are provided, which are set up at a horizontal distance (d) from each other and in each case a defined distance (x', x"), in particular the same distance, to the laser scanner (10). exhibit

Arrangement according to Claim 6 , wherein the background (46) of each of the landmarks (40 '40 ") is set such that the respective center (47) of the connecting line (48) lies at a certain height (h) above a ground plane (30).

Method for determining an orientation of a stationary laser scanner (10), wherein an arrangement according to one of the Claims 5 or 6 characteristic distance and remission values of the at least one landmark (40, 40 ', 40 ") are determined with the laser scanner (10) and from the distance and remission values of the at least one landmark a scan plane (15) of the laser scanner (10 ) is determined.

Method according to Claim 8 in which a user is notified of the current orientation of the laser scanner (10) by displaying the remission values (142, 146 ', 147, 146 ", 144) of the landmark (40) relative to a desired mark (164), the reference mark ( 164) corresponds to a desired alignment of the laser scanner (10), in particular a scanning plane (15) of the laser scanner (10), which runs horizontally to a ground plane (30) at a specific height (h).

A method for aligning a stationary laser scanner (10), wherein initially a current orientation of the laser scanner (10) by means of a method according to one of Claims 8 or 9 is determined and starting therefrom a certain orientation of the laser scanner (10) is set, in particular such that a scanning plane (15) of the laser scanner is horizontal to a ground plane (30) at a certain height (h).