CN104776796B - 一种用于室内空间坐标测量的光学发射器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于室内空间坐标测量的光学发射器及其控制方法，所述光学发射器包括定子组件和转子组件，定子组件包括基座和壳体，基座上设置半导体激光器、准直光学系统、电机组件，转子组件包括桶形架体，桶形架体内设置光学组件；光学组件包括分光棱镜、反射棱镜、直角棱镜，反射棱镜右侧设置一个扩角组件，分光棱镜前侧设置另一个扩角组件，扩角组件设有一个镜框，镜框上安装狭缝和鲍威尔棱镜；桶形架体的侧壁上设有两个光信号发射口，两个光信号发射口分别与两个扩角组件对应设置。本发明解决了现有的光学发射器体积大、供电难的问题，优化了性能，同时其控制方法为安全操作提供保障。

Description

一种用于室内空间坐标测量的光学发射器及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种室内空间坐标测量的装置，特别涉及一种用于室内空间坐标测量的光学发射器及其控制方法。

背景技术

在工业测量领域以及大型装备制造业中，大部件空间位置的实时测量以及几何特征尺寸的快速获取一直影响现代工业的进步。室内空间定位系统是近几年提出的一种采用两束相互倾斜的旋转扇面光作为单台基站，多台基站相互工作获取目标点坐标信息的三维坐标测量设备。由于该系统测量原理的特殊性，对测量空间存在间歇性遮挡以及其它复杂环境具有明显的优越性。而系统的关键部件也就是旋转扇面光的产生以及相应的光机结构设计直接影响产品的实用性能。

通过查阅相关文献资料，现阶段旋转扇面光的产生一般有两种方法：一种是将两台半导体激光器以90度夹角平放于转子头部，两台激光器产生的光束分别通过准直、扩角光学系统各自产生一束扇面光。此结构将激光器的驱动电路、电源模块全部集成于转子部分，导致转子重量增加、体积增大且不能长时间连续工作；另一种光机结构设计与上一种类似，唯一区别就是采用了旋转供电的方式，将驱动电路、电源模块安装于定子部分，通过转子和定子之间的耦合变压器对转子激光器供电。该方案虽然一定程度上解决了连续供电问题，但是耦合器件自身体积庞大，仍然不能降低转子的体积和重量，并且耦合供电模式产生的电压波动容易导致激光器激光强度的不稳定，影响系统的最终测量性能。所以，需要提供一种用于室内空间坐标测量的光学发射器及其控制方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于室内空间坐标测量的光学发射器及其控制方法，该光学发射器解决现有的光学发射器存在的体积大，质量重、供电难等技术问题，同时其控制方法为操作人员安全的使用提供保障。

本发明的一个目的是由下述技术方案实现的：一种用于室内空间坐标测量的光学发射器，包括定子组件和转子组件，所述定子组件包括基座和壳体，所述基座的下部设置一个半导体激光器，所述半导体激光器上连接一个准直光学系统；所述基座的上部设置一个电机组件，所述电机组件的中心竖直设有一个空心转轴，所述空心转轴上设置角度编码器，所述空心转轴上部通过轴承与所述壳体转动安装；所述转子组件包括桶形架体，所述桶形架体固定在所述空心转轴的上端；所述桶形架体内设置光学组件；所述光学组件包括分光棱镜、反射棱镜、直角棱镜，所述反射棱镜右侧设置一个扩角组件，所述分光棱镜前侧设置另一个扩角组件，所述扩角组件设有一个镜框，所述镜框上安装狭缝和鲍威尔棱镜；所述桶形架体的侧壁上设有两个光信号发射口，所述两个光信号发射口分别与所述的两个扩角组件对应设置。

本发明的另一个目的是由下述技术方案实现的：一种用于室内空间坐标测量的光学发射器的控制方法，使用一个电子控制系统，所述控制方法的步骤是：

A、启动所述电子控制系统，所述电子控制系统控制所述电机组件带动所述转子组件旋转，使所述转子组件的转速达到设定转速，所述设定转速为2800r/min～3000r/min；

B、所述电子控制系统启动所述半导体激光器产生信号光束，每当所述转子组件旋转至所述角度编码器的零位位置时，所述光学发射器发出一个零位信号脉冲，光学接收器接收到该零位信号脉冲以及所述光学发射器发出的两个扇面光信号，根据两个扇面光信号分别与零位信号脉冲的时间差值计算出所述光学接收器的方位信息；

C、所述电子控制系统关闭所述半导体激光器，待所述半导体激光器停止工作后，所述电子控制系统控制所述电机组件带动所述转子组件逐渐降低转速直至停机。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明的用于室内空间坐标测量的光学发射器，该光学发射器将供电模块及半导体激光器的驱动电路设置于定子组件上，结构更加合理；降低对电机组件稳定性的控制要求，解决了给旋转的半导体激光器供电的难题。

2、本发明的光学发射器的控制方法，该控制方法解决了转子组件在静止状态下发射的光信号对操作人员眼睛的伤害，为操作人员安全的使用提供保障。

以下结合附图和具体实施例对本发明作详尽说明。

附图说明

图1是实施例一的光学发射器的结构示意图；

图2是图1的A—A剖视图；

图3是实施例一中的光学组件的示意图。

具体实施方式

实施例一

参见图1，一种用于室内空间坐标测量的光学发射器，包括定子组件和转子组件，所述定子组件包括基座1和壳体2，所述基座的下部设置一个半导体激光器3，所述半导体激光器上连接一个准直光学系统4；所述基座的上部设置一个电机组件5，所述电机组件的中心竖直设有一个空心转轴6，所述空心转轴上设置角度编码器7，所述空心转轴上部通过轴承与所述壳体转动安装；所述转子组件包括桶形架体8，所述桶形架体固定在所述空心转轴的上端；所述桶形架体内设置光学组件；所述光学组件包括分光棱镜9、反射棱镜10、直角棱镜11，所述反射棱镜右侧设置一个扩角组件，所述分光棱镜前侧设置另一个扩角组件，所述扩角组件设有一个镜框12，所述镜框上安装狭缝13和鲍威尔棱镜14；所述桶形架体的侧壁上设有两个光信号发射口15、16，所述两个光信号发射口分别与所述的两个扩角组件对应设置。

参见图1，在本实施例中，所述桶形架体8的底板与所述空心转轴6的上端固定，所述桶形架体内设有一个光学元件平台17，所述光学组件和扩角组件固定设置在所述光学元件平台上。所述反射棱镜10设置在所述分光棱镜9右侧，所述直角棱镜11设置在所述分光棱镜和所述反射棱镜上方。所述半导体激光器与所述分光棱镜之间设置竖直的光路通道，所述光路通道由基座上通孔、空心转轴中心孔、桶形架体底板上通孔、光学平台上通孔组成。所述的准直光学系统与半导体激光器固定连接成一体，组成准直激光发射组件。本实施例中的准直激光发射组件属于现有技术。

参见图1、图2，在本实施例中，所述反射棱镜右侧设置第一个扩角组件，所述第一个扩角组件设有一个镜框12，所述镜框上安装狭缝13和鲍威尔棱镜14；该第一个扩角组件与所述桶形架体侧壁上的光信号发射口15对应设置。所述分光棱镜前侧设置第二个扩角组件，所述第二个扩角组件设有一个镜框18，所述镜框上安装狭缝19和鲍威尔棱镜20；该第二个扩角组件与所述桶形架体侧壁上的光信号发射口16对应设置。

参见图3，在本实施例中，所述分光棱镜9设有入射面21和反射面22；所述反射棱镜10设有两个反射面23；所述直角棱镜11设有反射面24和出射面25。

在本实施例中，狭缝为矩形，狭缝的尺寸约为1.5×3毫米。

参见图3，在本实施例中，进一步的，所述分光棱镜9的分光比为1：1。分光棱镜的分光比为1：1，保证光学发射器发射的两束扇面光信号的能量基本相同，便于光学接收器对该扇面光信号的处理。

在本实施例中，进一步的，所述空心转轴的内壁上设有消光螺纹。消光螺纹结构采用普通内螺纹设计，表面涂覆消光比优于90%的黑色消光漆。消光螺纹可以吸收半导体激光器发射的激光光束中散射至空心转轴内壁的杂乱光线，提高射入光学组件的光束质量。

在本实施例中，进一步的，所述直角棱镜11的两个反射面上覆有镜面反射膜。镜面反射膜可以提高反射效率，使尽可能多的光束能量入射至反射梭镜。

在本实施例中，进一步的，所述反射棱镜10的反射面上覆有镜面反射膜。镜面反射膜可以提高反射效率，使尽可能多的光束能量入射至扩角组件。

本实施例的光学发射器的工作过程如下：

参见图1、图2，在本实施例中，半导体激光器3安装于定子组件的基座下部，其出射光束经过准直光学系统4准直后通过光路通道入射至分光棱镜9。准直光束被分光棱镜分成两路光束，分别为向上传输入射至直角棱镜11和横向偏转进入狭缝19。狭缝为矩形结构，并且与鲍威尔棱镜20固连在一起，偏转的一路光束26经鲍威尔棱镜扩角，产生一路逆着光束传播方向逆时针倾斜30度的扇面光束，由光信号发射口16发出。另一路入射至直角棱镜的光束27通过两次镜面反射入射至反射棱镜10的反射面，从反射棱镜出射的光束入射至狭缝13。同样狭缝为矩形结构，并且与鲍威尔棱镜14固连在一起，经鲍威尔棱镜扩角，逆着光束传播方向绕光轴顺时针旋转30度，产生一路顺时针倾斜30度的扇面光束，由光信号发射口15发出。

实施例二

参见图1、图2，一种用于室内空间坐标测量的光学发射器的控制方法，使用一个电子控制系统，所述控制方法的步骤是：

A、启动所述电子控制系统，所述电子控制系统控制所述电机组件5带动所述转子组件旋转，使所述转子组件的转速达到设定转速，所述设定转速为2800r/min～3000r/min；

B、所述电子控制系统启动所述半导体激光器3产生信号光束，每当所述转子组件旋转至所述角度编码器7的零位位置时，所述光学发射器发出一个零位信号脉冲，光学接收器接收到该零位信号脉冲以及所述光学发射器发出的两个扇面光信号，根据两个扇面光信号分别与零位信号脉冲的时间差值计算出所述光学接收器的方位信息；

在本实施例中，所述零位位置是指角度编码器的零位编码，为相对指向。但是当光学发射器安装固定位置后，角度编码器的零位编码在空间内也固定下来了。

C、所述电子控制系统关闭所述半导体激光器，待所述半导体激光器停止工作后，所述电子控制系统控制所述电机组件带动所述转子组件逐渐降低转速直至停机。

在本实施例中，所述电子控制系统包括计算机装置、电机转速驱动器，计算机装置分别与电机转速驱动器、角度编码器电连接，电机转速驱动器与电机组件电连接，连接方式可以采用现有技术中的有线信号连接或无线信号连接。电子控制系统对电机组件的控制、对方位信息的计算都是通过软件编码实现的，可以采用现有技术中的脉冲法测距、频率法测距、相位法测距中的一种，此处不进行详细描述。

在本实施例中，关于光学发射器的技术内容，请参照实施例一中公开的内容进行理解，实施例一中公开的内容也应当作为本实施例公开的内容。

本实施例的内容仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种用于室内空间坐标测量的光学发射器，包括定子组件和转子组件，其特征在于，所述定子组件包括基座和壳体，所述基座的下部设置一个半导体激光器，所述半导体激光器上连接一个准直光学系统；所述基座的上部设置一个电机组件，所述电机组件的中心竖直设有一个空心转轴，所述空心转轴上设置角度编码器，所述空心转轴上部通过轴承与所述壳体转动安装；所述转子组件包括桶形架体，所述桶形架体固定在所述空心转轴的上端；所述桶形架体内设置光学组件；所述光学组件包括分光棱镜、反射棱镜、直角棱镜，所述反射棱镜右侧设置一个扩角组件，所述分光棱镜前侧设置另一个扩角组件，所述扩角组件设有一个镜框，所述镜框上安装狭缝和鲍威尔棱镜；所述桶形架体的侧壁上设有两个光信号发射口，所述两个光信号发射口分别与所述的两个扩角组件对应设置；

所述半导体激光器出射光束经过准直光学系统准直后通过光路通道入射至分光棱镜，准直光束被所述分光棱镜分成两路光束，分别为向上传输入射至直角棱镜和横向偏转进入狭缝，偏转的一路光束经鲍威尔棱镜扩角，产生一路逆着光束传播方向逆时针倾斜30度的扇面光束，由光信号发射口发出，另一路入射至直角棱镜的光束通过两次镜面反射入射至反射棱镜的反射面，从反射棱镜出射的光束入射至狭缝，经鲍威尔棱镜扩角，产生一路逆着光束传播方向绕光轴顺时针旋转30度，产生一路顺时针倾斜30度的扇面光束，由光信号发射口发出。

2.根据权利要求1所述的光学发射器，其特征在于，所述分光棱镜的分光比为1:1。

3.根据利要求1或2所述的光学发射器，其特征在于，所述空心转轴的内壁上设有消光螺纹。

4.根据权利要求3所述的光学发射器，其特征在于，所述直角棱镜的两个反射面上覆有镜面反射膜。

5.根据权利要求4所述的光学发射器，其特征在于，所述反射棱镜的反射面上覆有镜面反射膜。

6.一种权利要求1或2所述光学发射器的控制方法，其特征在于，使用一个电子控制系统，所述控制方法的步骤是：

A、启动所述电子控制系统，所述电子控制系统控制所述电机组件带动所述转子组件旋转，使所述转子组件的转速达到设定转速，所述设定转速为2800r/min～3000r/min；

B、所述电子控制系统启动所述半导体激光器产生信号光束，每当所述转子组件旋转至所述角度编码器的零位位置时，所述光学发射器发出一个零位信号脉冲，光学接收器接收到该零位信号脉冲以及所述光学发射器发出的两个扇面光信号，根据两个扇面光信号分别与零位信号脉冲的时间差值计算出所述光学接收器的方位信息；

C、所述电子控制系统关闭所述半导体激光器，待所述半导体激光器停止工作后，所述电子控制系统控制所述电机组件带动所述转子组件逐渐降低转速直至停机。