CN101813473A - 一种采用六棱镜反射光测量的全效二维激光测距仪 - Google Patents

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陈伟海
张晓媚
刘敬猛
吴星明
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Abstract

本发明公开了一种采用六棱镜反射光测量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、六棱镜、转动组件和支撑架。支撑架的支板上的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；支撑架的下板上的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；转盘上安装有六棱镜；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，六棱镜每旋转一周，激光接收器就能获取六次信息，保证了测量的连续性和实时性。

Description

一种采用六棱镜反射光测量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，是指一种采用六棱镜反射光测量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4A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、六棱镜31及激光接收器7。激光接收器7安装在支撑架6的上板下方，激光接收器7的端面上安装有分光镜1；支撑架的下板上安装有六棱镜31；支撑架的侧板上安装有激光发射器。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入射至六棱镜31的镜面上；该第一反射光1B经六棱镜31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31的镜面上；该第一目标返回光1D经六棱镜31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4B所示，当运动着的六棱镜31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入射至六棱镜31的镜面上；该第一反射光1B经六棱镜31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，六棱镜31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。六棱镜31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采用六棱镜反射光测量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。本发明设计的全效型激光测距仪是基于一个六棱镜在转动组件的驱动下，入射至六棱镜的镜面上的反射光与出射光在六棱镜前方成120度的测量范围，使得激光接收器接收到的光信息为全效型的有效测量范围。解决了现有二维激光测距仪中，当旋转平面镜旋转至前方(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，没有反射光达到待测目标上，因此不能测量得到相对距离。本发明设计的光路部分在六棱镜转动一周的条件下，激光接收器能够全效测量得待测目标与激光器的距离。
本发明的一种采用六棱镜反射光测量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、六棱镜、转动组件和支撑架。支撑架的支板上的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；支撑架的下板上的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；转盘上安装有六棱镜；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，六棱镜每旋转一周，激光接收器都能获取一个圆周，360度的全程有效测量范围，从而使得测量效率提高了五倍。
本发明的采用六棱镜反射光测量的全效二维激光测距仪优点：
①在转动组件5的驱动下，六棱镜3转动一周能够实现六次信息采集，因此可称为全效型二维激光测距。
②六棱镜3在圆周上的转动保证了测量的连续性和实时性，测量效率比现有的激光测距仪提高了五倍。
③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。
④在现有激光测距仪上，只需更换下旋转平面镜，安装上六棱镜，则改变了有效测量范围，提高了测量效率。
⑤不改变现有的可编程逻辑电路进行电机的控制，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4A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4B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5是本发明激光测距仪中六棱镜与被测目标之间的反射光路径图。
图5A是本发明激光测距仪中六棱镜与被测目标之间的另一视角反射光路径图。
图5B是本发明激光测距仪中运动着的六棱镜的有效测量扫描范围的光照简示图。
图中：           1.分光镜       3.六棱镜         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.支板          611.A盲孔      62.下板          621.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
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所示，本发明的一种采用六棱镜反射光测量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、六棱镜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，六棱镜3用于将入射至反射镜面上的光进行反射。
参见图2、图2A所示，支撑架6设计成U型结构，支撑架6的支板61上设有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进行反射给六棱镜3，另一方面能够将从六棱镜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上方设有沉头孔621，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621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的安装面上安装有六棱镜3。
本发明采用六棱镜反射光测量的全效二维激光测距仪中的光路传输路径为：
参见图5、图5A所示，待测目标置于六棱镜3的正前方，六棱镜3的镜面上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入射至六棱镜3的镜面上；
该第一反射光1B经六棱镜3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入射至六棱镜3的镜面上；
该第一目标返回光1D经六棱镜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，由于本发明采用的传输光器件为六棱镜，因此，激光测距仪在水平方向的扫描范围可以由六棱镜的镜面对激光器出射的激光1A的反射作用来决定。由于激光测距仪中的激光器4入射至分光镜1后形成的第一反射光1B与六棱镜3的中轴线的空间关系是不变的，所以六棱镜3在电机51驱动下的转动，将带动六个镜面的位置改变，由于六棱镜3的六个面对称分布，所以分析任何一个面的情况都具有普遍意义。对转动(电机输出转速为300r/min)中的六棱镜3进行激光照射测试，测得六棱镜3的最大有效测量夹角β(即∠AOB)等于120度，有效测量夹角β是指OA线、OB线与入射点O的夹角，OA线和OB线为反射光光束能够照射到待测目标的边线。
在本发明的光路结构中，六棱镜3在电机51的驱动下每旋转一周，就有6次返回光产生，使得激光接收器7获取一个圆周360度的全程有效测量范围内的测量信息，并且测量效率比现有的旋转平面镜提高了五倍。

Claims (5)

1.一种采用六棱镜反射光测量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)和支撑架(6)，其特征在于：还包括有六棱镜(3)、转动组件(5)；支撑架(6)的支板(61)上设有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)上设有沉头孔(621)，该沉头孔(621)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)的安装面上安装有六棱镜(3)。
2.根据权利要求1所述的采用六棱镜反射光测量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所述的采用六棱镜反射光测量的全效二维激光测距仪，其特征在于：当反射光入射至转动中的六棱镜(3)的镜面上时，六棱镜(3)产生的最大有效测量夹角为120度。
4.根据权利要求1所述的采用六棱镜反射光测量的全效二维激光测距仪，其特征在于：待测目标置于六棱镜(3)的正前方，六棱镜(3)的镜面上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)入射至六棱镜(3)的镜面上；该第一反射光(1B)经六棱镜(3)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)入射至六棱镜(3)的镜面上；该第一目标返回光(1D)经六棱镜(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。
5.根据权利要求1所述的采用六棱镜反射光测量的全效二维激光测距仪，其特征在于：六棱镜(3)每旋转一周的条件下，激光接收器(7)能够获得六次光信息采集。
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