CN101770031A - 一种基于半环反射镜的全效二维激光测距仪 - Google Patents

一种基于半环反射镜的全效二维激光测距仪 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于近半环反射镜的全效二维激光测距仪，该激光测距仪的光路部分包括有激光发射器、激光接收器、分光镜、半环反射镜、旋转平面镜、转动组件和支撑架。支撑架的上板下方的A盲孔内安装有激光接收器；激光接收器的端面上安装有分光镜；支撑架的下板上方的半环定位槽中安装有半环反射镜的定位环，沉头孔内安装有电机连接板，直流伺服电机的机壳安装在电机连接板上，且直流伺服电机的输出轴穿过该沉头孔的通孔后通过销钉固紧在转盘的连接柱上；转盘上安装有旋转平面镜；支撑架的侧板上的B盲孔内安装有激光发射器。本发明激光测距仪的光路结构中，无论旋转平面镜是相对或是相背于待测目标，在旋转平面镜每旋转一周，能够获取全程的有效测量，测量效率提高了一倍。通过对光路的路径进行改进，从而使得测量方式也得以改进。

Description

一种基于半环反射镜的全效二维激光测距仪
技术领域
本发明涉及一种激光测距仪，更特别地说，是指一种基于半环反射镜的全效二维激光测距仪。
背景技术
激光测距仪具有测量精度高、准直性好、抗干扰能力强等一系列优点，在各种测量行业中得到了广泛的应用。激光测距可以分为脉冲式和相位式两种类型。脉冲激光测距是通过测量发射和接收激光脉冲信号的时间差来实现对被测目标的距离测量，测量公式为L＝ct/2，L是测量距离，c是光速，t是测距信号往返时间。通过计算高频计数脉冲的个数来实现测距。
参见图5A所示，德国SICK公司生产的型号为LMS291的二维激光测距仪的光路部分包括有激光发射器4、分光镜1、旋转平面镜3及激光接收器7。激光发射器4出射的脉冲激光1A入射至分光镜1后，经分光镜1反射成为第一反射光1B入射至旋转平面镜3的镜面上；该第一反射光1B经旋转平面镜3后成为第二反射光1C入射至待测目标上；所述的第二反射光1C经待测目标反射后成为第一目标返回光1D入射至转平面镜3的镜面上；该第一目标返回光1D经旋转平面镜3后成为第二目标返回光1E入射至分光镜1上，并且该第二目标返回光1E透过分光镜1后被激光接收器7接收成为激光测距仪进行距离计算的输入信息。
参见图5B所示，当运动着的旋转平面镜3的镜面背对待测目标时，此时激光发射器4出射的脉冲激光1A入射至分光镜1后，经分光镜1反射成为第一反射光1B入射至旋转平面镜3的镜面上；该第一反射光1B经旋转平面镜3后成为第三反射光1G入射至支撑架6的侧板63上，由于侧板63不具有光的反射功能，此时激光接收器7将不能接收到光信息。分析此种结构的光路中，旋转平面镜3的镜面是一个与水平面成45°夹角的平面镜，通过该平面镜的定向匀速旋转可以测量前方水平面180°的距离，但当平面镜旋转到后方180°时，出射光线将入射至支撑架6上，不能进行测量。旋转平面镜3每旋转一周耗时13ms，只有一半时间是在有效测量，测量效率只有一半。
发明内容
本发明的目的提供一种基于半环反射镜的全效二维激光测距仪，是通过改变机构和测量光路的方法来提高二维激光测距仪的测量效率，使该二维激光测距仪的测量效率为全效型(高达99.7％以上)。本发明设计的全效型激光测距仪是基于半环反射镜的，在转动组件的驱动下，旋转平面镜的镜面旋转至前方(与前方待测目标相对)时可测得前方待测目标的距离；若旋转平面镜的镜面转动至背面(与前方待测目标相背)时，入射至待测目标上的反射光会反射至半环反射镜的第二反射面上，然后顺次经半环反射镜的第一反射面、旋转平面镜、分光镜后被激光接收器接收。本发明设计的光路部分在旋转平面镜转动一周的条件下，能够测量得到两个距离信息，从而提高了测量效率。
本发明的一种基于近半环反射镜的全效二维激光测距仪，该激光测距仪的光路部分包括有激光发射器、激光接收器、分光镜、半环反射镜、旋转平面镜、转动组件和支撑架。支撑架的上板下方的A盲孔内安装有激光接收器；激光接收器的端面上安装有分光镜；支撑架的下板上方的半环定位槽中安装有半环反射镜的定位环，沉头孔内安装有电机连接板，直流伺服电机的机壳安装在电机连接板上，且直流伺服电机的输出轴穿过该沉头孔的通孔后通过销钉固紧在转盘的连接柱上；转盘上安装有旋转平面镜；支撑架的侧板上的B盲孔内安装有激光发射器。本发明激光测距仪的光路结构中，无论旋转平面镜是相对或是相背于待测目标，在旋转平面镜每旋转一周，能够获取全程的有效测量，测量效率提高了一倍。通过对光路的路径进行改进，从而使得测量方式也得以改进。
在电机的驱动下，无论旋转平面镜3转动至相对或是相背于待测目标，在旋转平面镜3每旋转一周的条件下，激光接收器7都能获取一个圆周，360度的全程有效测量，且测量效率提高了一倍。本发明通过对光路的路径进行改进，从而使得测量方式也得以改进。
本发明的基于半环反射镜的全效二维激光测距仪优点：
①在转动组件5的驱动下，旋转平面镜3转动一周能够实现两次信息采集，因此可称为全效型二维激光测距。
②采用直流伺服电机控制旋转平面镜进行匀速转动，驱动模式简单，成本低廉。
③分光镜1与旋转平面镜3为上下分布，在光路入射过程中，无需对光的传输路径进行精确的对准，降低了生产成本。
④旋转平面镜3与半环反射镜2为左右分布，且旋转平面镜3在高度上略低于半环反射镜2的第一反射镜21与第二反射镜22的接合处，这个结构的设计有利于入射至第二反射镜22上的光束经第一反射镜21
⑤其他额外的控制支出，仅通过改变光路就提高了测量效率。
⑥采用可编程逻辑电路进行旋转电机的控制，实现并行的360度无缝工作流程。并可以通过控制电机的转速，实现不同分辨率的测量方式。
附图说明
图1是本发明激光测距仪中光路部分的外部结构图。
图1A是本发明激光测距仪中光路部分的另一视角结构图。
图2是本发明激光测距仪中支撑架的结构图。
图2A是本发明激光测距仪中支撑架的另一视角结构图。
图3是本发明激光测距仪中转动组件的分解图。
图4是本发明激光测距仪中半环反射镜的结构图。
图5A是现有激光测距仪中旋转平面镜与被测目标相对时的反射光路径与测量路径图。
图5B是现有激光测距仪中旋转平面镜与被测目标相背时的反射光路径图。
图5C是本发明激光测距仪中旋转平面镜与被测目标相对时的反射光路径与测量路径图。
图5D是本发明激光测距仪中旋转平面镜与被测目标相背时的反射光路径图。
图5E是本发明激光测距仪中旋转平面镜与被测目标相背时的测量路径图。
图中：    1.分光镜         2.半环反射镜  21.第一反射面   22.第二反射面23.定位环     3.旋转平面镜     4.激光发射器  5.转动组件      51.直流伺服电机52.电机连接板 53.转盘          6.支撑架      61.上板         611.A盲孔62.下板       621.半环定位槽   622.沉头孔    63.侧板         631.B盲孔7.激光接收器  1A.激光          1B.第一反射光 1C.第二反射光1D.第一目标返回光              1E.第二目标返回光1G.第三反射光 1H.第四反射光1J.第三目标返回光              1K.第四目标返回光
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。
参见图1、图1A所示，本发明的一种基于近半环反射镜的全效二维激光测距仪，该激光测距仪的光路部分包括有激光发射器4、激光接收器7、分光镜1、半环反射镜2、旋转平面镜3、转动组件5和支撑架6。
在本发明中，激光发射器4用于出射的激光1A，该激光1A的中心波长为1550nm。
在本发明中，激光接收器7用于接收经分光镜1透过的反射光(即第二目标返回光1E)。
在本发明中，分光镜1一方面用于将激光1A进行反射，另一方面用于将接收到的返回光透过。可以选用深圳市力宝激光电子厂生产的LB-01236/OD/MD(工业级)型号分光镜。分光镜1的截面是一个直角三角形结构，斜面为反射-透射镜面。
在本发明中，旋转平面镜3用于将入射至反射镜面上的光进行反射。旋转平面镜3的截面是一个直角三角形结构，斜面为反射镜面。
参见图2、图2A所示，支撑架6设计成U型结构，支撑架6的上板61下方设有A盲孔611，该A盲孔611内安装有激光接收器7，激光接收器7的端面上安装有分光镜1；分光镜1为棱镜，一方面能够将从激光发射器4出射的激光1A进行反射给旋转平面镜3，另一方面能够将从旋转平面镜3折回的目标返回光(即第二目标返回光1E)透过给激光接收器7进行接收的作用。
支撑架6的下板62上方设有半环定位槽621，半环定位槽621的外侧设有沉头孔622；该半环定位槽621中安装有半环反射镜2的定位环23；该沉头孔622内安装有电机连接板52，直流伺服电机51的机壳安装在电机连接板52上，且直流伺服电机51的输出轴穿过该沉头孔622的通孔后，通过一销钉将直流伺服电机51的输出轴固紧在转盘53的连接柱上，这种销钉连接是机械领域的一种常规连接方式。
支撑架6的侧板63上设有B盲孔631，该B盲孔631内安装有激光发射器4；激光发射器4的安装位置应当保证激光发射器4出射的激光1A能够入射到分光镜1的反射-透射镜面上。
参见图3所示，转动组件5包括有直流伺服电机51、电机连接板52和转盘53，直流伺服电机51的机壳安装在电机连接板52上，直流伺服电机51的输出轴用销钉固紧在转盘53的连接柱内。转盘53的安装面上安装有旋转平面镜3。
参见图4所示，半环反射镜2上设有第一反射面21、第二反射面22和定位环23，第一反射面21与第二反射面22接合处有一夹角β，该夹角β为直角；定位环23安装在支撑架6的下板62的半环定位槽621中。
在本发明中，第一反射面21的镜面宽度记为h，第二反射面22的镜面宽度记为h′，定位环23的高度记为L，则有h＝h′，L＝2/3h，L＝D，D是转动组件5中的转盘53的高度。
本发明设计的基于半环反射镜的全效二维激光测距仪中的光路传输路径为：
参见图5C所示，当旋转平面镜3的镜面与待测目标相对时的反射光路路径与测量路径为：激光发射器4出射的脉冲激光1A入射至分光镜1后，经分光镜1反射成为第一反射光1B入射至旋转平面镜3的镜面上；
该第一反射光1B经旋转平面镜3后成为第二反射光1C入射至待测目标上；
所述的第二反射光1C经待测目标反射后成为第一目标返回光1D入射至旋转平面镜3的镜面上；
该第一目标返回光1D经旋转平面镜3后成为第二目标返回光1E入射至分光镜1上，并且该第二目标返回光1E透过分光镜1后被激光接收器7接收成为激光测距仪进行距离计算的输入信息。
参见图5D、图5E所示，当旋转平面镜3的镜面与待测目标相背时的反射光路路径与测量路径为：当运动着的旋转平面镜3的镜面背对待测目标时，此时激光发射器4出射的脉冲激光1A入射至分光镜1后，经分光镜1反射成为第一反射光1B入射至旋转平面镜3的镜面上；
该第一反射光1B经旋转平面镜3后成为第三反射光1G入射至半环反射镜2的第一反射面21的镜面上；
该第三反射光1G经第一反射面21后成为第四反射光1H入射至半环反射镜2的第二反射面22的镜面上；
该第四反射光1H经第二反射面22后成为第二反射光1C入射至待测目标上；
参见图5E所示，所述的第二反射光1C经待测目标反射后成为第一目标返回光1D入射至半环反射镜2的第二反射面22的镜面上；
该第一目标返回光1D经第二反射面22后成为第三目标返回光1J入射至半环反射镜2的第一反射面21的镜面上；
该第三目标返回光1J经第一反射面21后成为第四目标返回光1K入射至旋转平面镜3的镜面上；
该第四目标返回光1K经旋转平面镜3后成为第二目标返回光1E入射至分光镜1上，并且该第二目标返回光1E透过分光镜1后被激光接收器7接收成为激光测距仪进行距离计算的输入信息。
在本发明的光路结构中，无论旋转平面镜3是相对或是相背于待测目标，在旋转平面镜3每旋转一周，激光接收器7都能获取全程(一个圆周，360度)的有效测量信息，且测量效率提高了一倍。通过对光路的路径进行改进，从而使得测量方式也得以改进。

Claims (4)

1.一种基于近半环反射镜的全效二维激光测距仪，该二维激光测距仪中的光路部分包括有激光发射器(4)、激光接收器(7)、分光镜(1)、旋转平面镜(3)和支撑架(6)，其特征在于：还包括有半环反射镜(2)、转动组件(5)；
支撑架(6)的上板(61)下方设有A盲孔(611)，该A盲孔(611)内安装有激光接收器(7)，激光接收器(7)的端面上安装有分光镜(1)；
支撑架(6)的下板(62)上方设有半环定位槽(621)，半环定位槽(621)的外侧设有沉头孔(622)；该半环定位槽(621)中安装有半环反射镜(2)的定位环(23)；该沉头孔(622)内安装有电机连接板(52)；
支撑架(6)的侧板(63)上设有B盲孔(631)，该B盲孔(631)内安装有激光发射器(4)；
转动组件(5)包括有直流伺服电机(51)、电机连接板(52)和转盘(53)，直流伺服电机(51)的机壳安装在电机连接板(52)上，直流伺服电机(51)的输出轴用销钉固紧在转盘(53)的连接柱内；
转盘(53)的安装面上安装有旋转平面镜(3)；
半环反射镜(2)上设有第一反射面(21)、第二反射面(22)和定位环(23)，第一反射面(21)与第二反射面(22)接合处有一夹角β，该夹角β为直角；定位环(23)安装在支撑架(6)的下板(62)的半环定位槽(621)中。
2.根据权利要求1所述的基于近半环反射镜的全效二维激光测距仪，其特征在于：分光镜(1)为棱镜。
3.根据权利要求1所述的基于近半环反射镜的全效二维激光测距仪，其特征在于：当运动着的旋转平面镜(3)的镜面背对待测目标时，此时激光发射器(4)出射的脉冲激光(1A)入射至分光镜(1)后，经分光镜(1)反射成为第一反射光(1B)入射至旋转平面镜(3)的镜面上；
该第一反射光(1B)经旋转平面镜(3)后成为第三反射光(1G)入射至半环反射镜(2)的第一反射面(21)的镜面上；
该第三反射光(1G)经第一反射面(21)后成为第四反射光(1H)入射至半环反射镜(2)的第二反射面(22)的镜面上；
该第四反射光(1H)经第二反射面(22)后成为第二反射光(1C)入射至待测目标上；
该第二反射光(1C)经待测目标反射后成为第一目标返回光(1D)入射至半环反射镜(2)的第二反射面(22)的镜面上；
该第一目标返回光(1D)经第二反射面(22)后成为第三目标返回光(1J)入射至半环反射镜(2)的第一反射面(21)的镜面上；
该第三目标返回光(1J)经第一反射面(21)后成为第四目标返回光(1K)入射至旋转平面镜(3)的镜面上；
该第四目标返回光(1K)经旋转平面镜(3)后成为第二目标返回光(1E)入射至分光镜(1)上，并且该第二目标返回光(1E)透过分光镜(1)后被激光接收器(7)接收成为激光测距仪进行距离计算的输入信息。
4.根据权利要求1所述的基于近半环反射镜的全效二维激光测距仪，其特征在于：无论旋转平面镜(3)是相对或是相背于待测目标，在旋转平面镜(3)每旋转一周的条件下，激光接收器(7)都能获取全程的有效测量，且测量效率提高了一倍。
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