CN104749565A - 一种激光雷达三维扫描转镜系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种激光雷达三维扫描转镜系统，包括：俯仰电机和方位电机设置在支撑底板的下方，所述俯仰镜架、方位镜架、俯仰锥齿轮、传动锥齿轮、L形的锥齿轮架设置在支撑底板的上方，俯仰锥齿轮与传动锥齿轮垂直设置，且相互齿合，俯仰锥齿轮平行装设在锥齿轮架的竖板的侧方，俯仰镜架的第一转轴穿过竖板且与俯仰锥齿轮固定连接，传动锥齿轮平行装设在锥齿轮架的横板上方，传动锥齿轮传动连接所述俯仰电机，方位镜架传动连接方位电机，俯仰镜架的前端设置有窗口镜片和俯仰转镜，方位镜架上端设置有方位转镜，方位镜架的上部与锥齿轮架的侧板固定连接。以大幅度缩小扫描转镜系统的体积和重量，节省硬件成本，能够实现三维连续扫描。

Description

一种激光雷达三维扫描转镜系统
技术领域
本发明涉及激光设备技术领域，特别涉及一种激光雷达三维扫描转镜系统。
背景技术
测风激光雷达探测需获得多个方向的激光回波信号，通过安装于激光雷达顶部的三维扫描转镜实现。传统雷达扫描转镜体积大，较为笨重，无法应用于小型测风雷达。前期市场上推出的小型相干测风雷达，部分只能实现方位角转动，无法同时改变俯仰角，另一部分则刚好相反，即无法同时实现垂直和水平的三维扫描。现有技术提供的激光雷达扫描转镜体积大，较为笨重。且控制俯仰的驱动电机、俯仰减速器及俯仰同步轮系均安装于主镜壳体内，结构复杂，制作和安装难度大，为了维持俯仰转镜的平衡，还需要在对称面增加结构模块。由于电机和减速器均有供电需要，则必须借助电滑环(或汇流环)，增加了硬件成本。扫描转镜的重量和体积直接影响到激光雷达整体的体积重量。
发明内容
本发明提供一种激光雷达三维扫描转镜系统，以大幅度缩小扫描转镜系统的体积和重量，节省硬件成本，能够实现三维连续扫描。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种激光雷达三维扫描转镜系统，包括：俯仰镜架、方位镜架、支撑底板16、俯仰锥齿轮8、传动锥齿轮7、L形的锥齿轮架、俯仰电机2和方位电机1，其中：
所述俯仰电机2和方位电机1设置在支撑底板16的下方，所述俯仰镜架、方位镜架、俯仰锥齿轮8、传动锥齿轮7、L形的锥齿轮架设置在支撑底板16的上方，所述俯仰锥齿轮8与传动锥齿轮7垂直设置，且相互齿合，所述俯仰锥齿轮8平行装设在所述锥齿轮架的竖板的侧方，所述俯仰镜架的第一转轴穿过所述竖板且与所述俯仰锥齿轮8固定连接，传动锥齿轮7平行装设在所述锥齿轮架的横板上方，所述传动锥齿轮7传动连接所述俯仰电机2，所述方位镜架传动连接所述方位电机1，所述俯仰镜架的前端设置有窗口镜片17和俯仰转镜10，所述方位镜架上端设置有方位转镜9，方位镜架的上部与所述锥齿轮架的侧板固定连接。
优选地，所述俯仰镜架的后端具有第一转轴，所述L形的锥齿轮架的竖板上设置有第一圆孔，所述圆孔中装设有第一轴承15，所述第一转轴穿过所述第一轴承且与俯仰锥齿轮固定连接，所述俯仰锥齿轮装设在所述竖板的后方且平行于所述竖板；
所述L形的锥齿轮架的横板上方设置有传动锥齿轮7，所述传动锥齿轮7具有圆筒状的第二转轴，支撑底板16上装设有轴承座，第二轴承13装设在所述轴承座上，轴承座位于横板20与支撑底板16之间，所述第二转轴穿过所述横板并装设在所述第二轴承13中且穿过支撑底板16并固定连接俯仰控制齿轮6，所述俯仰控制齿轮6通过俯仰电机齿轮4传动连接所述俯仰电机2；
所述方位镜架位于在所述L形的锥齿轮架的横板上方，所述横板位于所述支撑底板16的上方，所述方位镜架的上部设置有方位转镜9，圆筒状的所述第二转轴内设置有第三轴承11，所述第三轴承11的外壁固定在所述第二转轴的内壁，所述方位镜架的下部的第三转轴穿过所述第三轴承11且固定连接方位控制齿轮5，所述方位控制齿轮5通过方位电机齿轮3传动连接方位电机1，所述俯仰控制齿轮6、方位控制齿轮5、方位电机齿轮3、俯仰电机齿轮4、俯仰电机2、方位电机1位于所述支撑底板16的下方，俯仰电机2、方位电机1均固定在支撑底板16的底面。
优选地，第五轴承(14)的外圈固定在第一转轴上，所述第五轴承(14)的内固定在第三转轴上。
通过实施以上技术方案，具有以下技术效果：本发明提供的激光雷达三维扫描转镜系统，可以大幅度缩小扫描转镜系统的体积和重量，节省硬件成本(无需电滑环)，能够实现三维连续扫描，光束扫描系统具有方位0°～360°、俯仰0°～180°的扫描功能，可对扫描方式(例如：VAD扫描、RHI扫描)及转速进行控制并实时显示当前方位角。
附图说明
图1为本发明实施例提供的激光雷达三维扫描转镜系统立体结构图；
图2为本发明实施例提供的激光雷达三维扫描转镜系统剖面图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图详细描述本发明提供的实施例。
本发明实施例提供一种激光雷达三维扫描转镜系统，如图1和图2所示，其包括：俯仰镜架18、方位镜架22、支撑底板16、俯仰锥齿轮8、传动锥齿轮7、L形的锥齿轮架、俯仰电机2和方位电机1，其中：
所述俯仰电机2和方位电机1设置在支撑底板16的下方，所述俯仰镜架18、方位镜架22、俯仰锥齿轮8、传动锥齿轮7、L形的锥齿轮架设置在支撑底板16的上方，所述俯仰锥齿轮8与传动锥齿轮7相互垂直，其边缘的轮齿相互齿合，所述俯仰锥齿轮8平行装设在所述锥齿轮架的竖板19的侧方，所述俯仰镜架19的第一转轴穿过所述竖板19且与所述俯仰锥齿轮8固定连接，传动锥齿轮7平行装设在所述锥齿轮架的横板20上方，所述传动锥齿轮7传动连接所述俯仰电机2，所述方位镜架传动连接所述方位电机1，所述俯仰镜架的前端设置有窗口镜片17和俯仰转镜10，所述方位镜架22上端设置有方位转镜9。
在上述实施例中，更为具体的实施例中，所述俯仰镜架18的后端具有第一转轴，所述L形的锥齿轮架的竖板上设置有第一圆孔，所述圆孔中装设有第一轴承15，所述第一转轴穿过所述第一轴承且与俯仰锥齿轮固定连接，所述俯仰锥齿轮装设在所述竖板的后方且平行于所述竖板。
所述L形的锥齿轮架的横板上方设置有传动锥齿轮7，所述传动锥齿轮7具有圆筒状的第二转轴，所述横板上设置有第二圆孔，支撑底板16上装设有轴承座，第二轴承13装设在所述轴承座上，轴承座位于横板与支撑底板16之间，所述第二转轴穿过所述第二圆孔并装设在所述第二轴承13中且穿过支撑底板16的圆孔并固定连接俯仰控制齿轮6，所述俯仰控制齿轮6通过俯仰电机齿轮4传动连接所述俯仰电机2；
所述方位镜架22位于在所述L形的锥齿轮架的横板20上方，所述横板20位于所述支撑底板16的上方，且平行于该支撑底板，竖板19垂直于支撑底板16，所述方位镜架的上部设置有方位转镜9，圆筒状的所述第二转轴内设置有第三轴承11，所述第三轴承11的外壁固定在所述第二转轴的内壁，所述方位镜架22的下部的第三转轴穿过所述第三轴承11且固定连接方位控制齿轮5，所述方位控制齿轮5通过方位电机齿轮3传动连接方位电机1，所述俯仰控制齿轮6、方位控制齿轮5、方位电机齿轮3、俯仰电机齿轮4、俯仰电机2、方位电机1位于所述支撑底板16的下方，俯仰电机2、方位电机1均固定在支撑底板16的底面。
所述方位电机1带动方位电机齿轮3，方位电机齿轮3转动可带动方位控制齿轮5转动，从而带动支撑底板16上端包括方位支架转动，从而带动方位转镜9沿方位角转动。由于所述方位电机转动1时，如果所述俯仰电机2处于锁定状态，则激光扫描头沿方位角转动时，会引起俯仰转镜10的转动，因此通过PLC控制方位电机1和俯仰电机2的转速，保持两者为同速，即可实现仅方位角改变，俯仰角保持不变。所述俯仰电机2带动俯仰电机齿轮4转动，该俯仰电机齿轮4转动可带动俯仰控制齿轮6，所述俯仰控制齿轮6与传动锥齿轮7为传动连接，当俯仰控制齿轮6转动时，传动锥齿7轮以相同的速度和方向转动，从而带动俯仰齿轮8转动，以带动俯仰镜架转动，从而实现俯仰转镜10转动，即完成俯仰角变化。所述方位转镜9与俯仰转镜10均为镀膜反射镜，与水平面呈90°安装，反射面朝内，实现光束方向的改变，最后通过窗口镜片17透射光束。所述支撑底板16安装于激光雷达机箱顶端，支撑底板16的上方位转镜部件包括：俯仰转镜10、方位转镜9、窗口镜片17，支撑底板16的下方为电动结构包括：方位电机1和俯仰电机2，实现电控装置与光学结构的隔离和密封。
在上述各实施例基础上，进一步的，第五轴承14的外圈固定在第一转轴上，所述第五轴承14的内固定在第三转轴上。以使第三转轴拉住第一转轴，防止俯仰镜架转动中被甩出去。
以上对本发明实施例所提供的一种激光雷达三维扫描转镜系统进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (3)

1.一种激光雷达三维扫描转镜系统，其特征在于，包括：俯仰镜架(18)、方位镜架(22)、支撑底板(16)、俯仰锥齿轮(8)、传动锥齿轮(7)、L形的锥齿轮架、俯仰电机(2)和方位电机(1)，其中：
所述俯仰电机(2)和方位电机(1)设置在支撑底板(16)的下方，所述俯仰镜架、方位镜架、俯仰锥齿轮(8)、传动锥齿轮(7)、L形的锥齿轮架设置在支撑底板(16)的上方，所述俯仰锥齿轮(8)与传动锥齿轮(7)垂直设置，且相互齿合，所述俯仰锥齿轮(8)平行装设在所述锥齿轮架的竖板(19)的侧方，所述俯仰镜架的第一转轴穿过所述竖板且与所述俯仰锥齿轮(8)固定连接，传动锥齿轮(7)平行装设在所述锥齿轮架的横板(20)上方，所述传动锥齿轮(7)传动连接所述俯仰电机(2)，所述方位镜架传动连接所述方位电机(1)，所述俯仰镜架的前端设置有窗口镜片(17)和俯仰转镜(10)，所述方位镜架上端设置有方位转镜(9)，方位镜架的上部与所述锥齿轮架的侧板固定连接。
2.如权利要求1所述激光雷达三维扫描转镜系统，其特征在于，所述俯仰镜架(18)的后端具有第一转轴，所述L形的锥齿轮架的竖板(19)上设置有第一圆孔，所述圆孔中装设有第一轴承(15)，所述第一转轴穿过所述第一轴承且与俯仰锥齿轮固定连接，所述俯仰锥齿轮装设在所述竖板(19)的后方且平行于所述竖板(19)；
所述L形的锥齿轮架的横板上方设置有传动锥齿轮(7)，所述传动锥齿轮(7)具有圆筒状的第二转轴(21)，支撑底板(16)上装设有轴承座，第二轴承(13)装设在所述轴承座上，轴承座位于横板(20)与支撑底板(16)之间，所述第二转轴穿过所述横板并装设在所述第二轴承13中且穿过支撑底板16并固定连接俯仰控制齿轮(6)，所述俯仰控制齿轮(6)通过俯仰电机齿轮(4)传动连接所述俯仰电机(2)；
所述方位镜架位于在所述L形的锥齿轮架的横板(20)上方，所述横板(20)位于所述支撑底板(16)的上方，所述方位镜架的上部设置有方位转镜(9)，圆筒状的所述第二转轴内设置有第三轴承(11)和第四轴承(12)，所述第三轴承(11)和第四轴承(12)的外壁固定在所述第二转轴的内壁，所述方位镜架的下部的第三转轴穿过所述第三轴承(11)和第四轴承(12)且固定连接方位控制齿轮(5)，所述方位控制齿轮(5)通过方位电机齿轮(3)传动连接方位电机(1)，所述俯仰控制齿轮(6)、方位控制齿轮(5)、方位电机齿轮(3)、俯仰电机齿轮(4)、俯仰电机(2)、方位电机(1)位于所述支撑底板(16)的下方，俯仰电机(2)、方位电机(1)均固定在支撑底板(16)的底面。
3.如权利要求2所述激光雷达三维扫描转镜系统，其特征在于，第五轴承(14)的外圈固定在第一转轴上，所述第五轴承(14)的内固定在第三转轴上。
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