CN105115474B - 一种旋转扫描测距仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转扫描测距仪，属于电子测量领域，解决现有技术中旋转扫描测距仪尺寸大、性能不足的技术问题，本发明提供的旋转扫描测距仪包括机壳、旋转座、光学发射装置和光学接收装置，光学发射装置包括发射器和发射镜组件，光学接收装置包括接收器和接收镜组件，旋转座上设有彼此分开的第一安装部和第二安装部，第一安装部用于安装发射镜组件，第二安装部用于安装接收镜组件，机壳中设有驱动旋转座转动的驱动装置。本发明应用于距离测试领域，尤其是应用于机器人上。

Description

一种旋转扫描测距仪

【技术领域】

本发明涉及一种旋转扫描测距仪。

【背景技术】

现有技术中，已知两种结构的扫描测距仪，如图1，第一种测距仪构造采用双轴的电动机1`，轴11`和轴12`从该电动机的两侧伸出，在轴11`上安装扫描镜2`，在轴12`上安装接收镜3`。光束投射器6`发出光束透过投射透镜5`后，扫描镜2`将光束折射向扫描/接收透明窗7`。反射的光通过扫描/接收透明窗2`射向接收镜3`，接收镜3`折射的光透过接收透镜4`到达接收器8`，且该过程中电动机带动扫描镜和接收镜转动。

图2中的第二种测距仪构成采用电动机8``，旋转轴7``从该电动机8``向上伸出，将双重扫描/接收镜6``安装在旋转轴7``上。从光束投射器1``输出的光线经过投射透镜2``，由半透明镜5``向下反射，并照射在双重扫描/接收镜6``上；双重扫描/接收镜6``反射的光线射到物体上。来自所扫描物体的反射光线通过扫描/接收镜7``向上偏转，通过半透镜5``传输，经过接收透镜4``，并进入接收器3``。

然而，图1的扫描测距仪的结构具有如下缺陷：电动机布置在扫描镜和接收镜之间，这使得扫描镜和接收镜之间的间隔较大，扫描光束和接收光线的光轴之间的距离也必然较大，导致近距离的反射光线不会进入到光线接收器中而产生了盲点。

图2的扫描测距仪的结构具有如下的缺点。半透明镜使得扫描光束和接收光线的光轴重合，分开光线时，半透明镜将辐射量降低了接近一半，这种光能的降低意味着必须将来自光束投射器的激光辐射功率以及接收器的放大特性增架。且采用了双重扫描/接收镜来反射扫描光束和接收光线，可能使两者相互之间产生影响而形成噪声，因此限制了测距仪的辐射接收灵敏度和精确度。

【发明内容】

本发明解决的技术问题是提供一种旋转扫描测距仪，提高工作性能。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种旋转扫描测距仪，包括机壳、旋转座、光学发射装置和光学接收装置，所述光学发射装置包括发射器和发射镜组件，所述光学接收装置包括接收器和接收镜组件，所述旋转座上设有彼此分开的第一安装部和第二安装部，所述第一安装部用于安装发射镜组件，所述第二安装部用于安装接收镜组件，所述机壳中设有驱动旋转座转动的驱动装置。

进一步的，所述第一安装部包括发射光通道，所述发射光通道中设置所述发射镜组件，所述发射光通道包括位于所述旋转座周向侧壁的发射光出口和沿旋转座旋转轴心设置的发射光入口，所述发射光入口延伸至旋转座的上表面，所述第二安装部包括接收光通道，所述接收光通道中设置所述接收镜组件，所述接收光通道包括位于旋转座周向侧壁的接收光入口和沿旋转座旋转轴心设置的接收光出口，所述接收光出口延伸至旋转座的下表面。

进一步的，所述发射镜组件包括设置在发射光通道中的第一棱镜，所述接收镜组件包括设置在接收光通道中的第二棱镜。

进一步的，所述发射镜组件包括设置在发射光出口上的发射透镜和设置在发射光通道中的发射反光镜组，所述接收镜组件包括设置在接收光入口的接收透镜和设置在接收光通道中的接收反光镜组。

进一步的，所述发射器位于所述旋转座上方，并与所述发射光入口相对，所述接收器位于旋转座的下方，并与所述接收光出口相对。

进一步的，所述接收器位于所述旋转座的下方，并与所述接收光出口相对，所述发射器位于所述旋转座的周向侧部，所述发射器通过中转反光镜组将光束射入发射光入口。

进一步的，所述发射镜组件包括发射透镜，所述第一安装部中设置所述发射器，所述发射器与发射透镜相对，所述接收镜组件包括接收透镜，所述第二安装部中设置所述接收器，所述接收器与接收透镜相对。

进一步的，所述第一安装部和第二安装部沿旋转座的轴向间隔设置。

进一步的，所述发第一安装部和第二安装部沿旋转座的周向间隔设置。

进一步的，所述驱动装置包括电机和码盘，所述电机驱动旋转座旋转，所述码盘用于获取旋转座的旋转位置信息。

本发明的有益效果：

本发明的旋转扫描测距仪，旋转座上设有第一安装部和第二安装部，第一安装部中设置发射镜组件，第二安装部中设置接收镜组件，发射器产生的光束经过发射镜组件的作用向外投射，反射的光线通过接收镜组件引导至接收器，并且该过程旋转座转动，使测距仪进行360度旋转的扫描，接收器通过计算得出扫描目标的距离和方位。

本发明中，第一安装部和第二安装部通过薄壁彼此分开，指向物体的扫描光束的光轴和物体反射光线的光轴之间的间距小，因而近距离测距也不会产生盲点。

并且，通过第一安装部和第二安装部将接收镜组件和发射镜组件分隔开，以使发射光束与接收光线的光路分开。避免发射光路和接收光路在系统内部互相干扰，可以防止旋转扫描测距仪产生噪声，从而使得旋转扫描测距仪的接收灵敏度和精确度提高。

另外，本发明通过在转动的旋转座中布置第一安装部和第二安装部的方式来进行旋转扫描，缩小了设备的尺寸，测距仪的结构更紧凑。

本发明的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式、附图中详细的揭露。

【附图说明】

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

图1为现有技术中第一种测距仪的原理图；

图2为现有技术中第一种测距仪的原理图；

图3为本发明实施例一的结构示意图；

图4为本发明实施例一的俯视图；

图5为本发明实施例二的结构示意图；

图6为本发明实施例三的结构示意图；

图7为本发明实施例四的工作原理图；

图8为本发明实施例五的剖视图；

图9为本发明实施例五的结构示意图。

【具体实施方式】

下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例一：

参考图3和图4，所示的一种旋转扫描测距仪，包括机壳、光学发射装置和光学接收装置，机壳内设有转接的旋转座4和驱动旋转座4转动的驱动装置8，光学发射装置包括发射器2和发射镜组件5，光学接收装置包括接收器3和接收镜组件6，旋转座4上设有彼此分开的第一安装部41和第二安装部42，第一安装部41和第二安装部42之间通过薄壁相隔，在第一安装部41中安装发射镜组件5，第二安装部42中安装接收镜组件6。旋转座4转动的过程中，发射器2的发射光束通过发射镜组件5的引导射出机壳进行扫描，从扫描物体反射的光经过接收镜组件6引导至接收器3，接收器3根据扫描数据计算得出扫描目标的距离和方位。

机壳包括底座11、透明外罩13和上盖14，驱动装置8包括电机和码盘7，底座11上设有电机固定座15用于安装电机，旋转座4还包括与电机连接的转轴43，码盘7用于获取旋转座4的旋转位置信息。透明外罩13连接底座11将旋转座4罩住，然后在透明外罩13上端遮盖有上盖14。

其中，第一安装部41包括发射光通道，发射光通道中设置发射镜组件5，发射光通道包括位于旋转座4周向侧壁的发射光出口412和沿旋转座4旋转轴心设置的发射光入口411，发射光入口411延伸至旋转座4的上端面。第二安装部42包括接收光通道，接收光通道中设置接收镜组件6，接收光通道包括位于旋转座4周向侧壁的接收光入口422和沿旋转座旋转轴心设置的接收光出口421，接收光出口421沿着至旋转座4的下端面。发射光入口411和接收光出口421位于旋转座的旋转轴心，因此旋转座4转动过程中，发射光入口411和接收光出口421的位置不变，分别保持与发射器2和接收器3对准，通过发射光出口412将发射光束从旋转座4的周向射出，通过接收光入口422将反射的光线引入接收光通道。

进一步的，发射器2安装在上盖14上，并与发射光入口411相对。转轴43内部中空作为接收光通道的一部分，底座11的底部连接有下盖12，下盖12上安装接收器3，接收器3与接收光出口421相对。在本发明的其他实施例中，发射器2和接收器3的安装位置可以进行对换。

上述发射器2包括发射单元21、发射电路22、发射屏蔽罩23，通过发射电路22驱动发射单元21发射出激光等电磁辐射信号，发射屏蔽罩23用于发射器2上部的杂光。且发射器2通过发射调整圈16安装在上盖14上，通过发射调整圈16可调整发射器2的聚焦位置。该发射单元21可以是任何电磁辐射波传播器。具体的，发射器21通常将激光作为光源，优选的采用波长为905nm的激光光源；或者，也可采用LED作为光源。对于激光为光源的发射器21，由于激光发散很小，并且光束可容易地经过狭窄的路径，可减小发射光通道和接收光通道的孔径，因此旋转座4能缩减为更小的尺寸，较小设备的整体尺寸。

上述接收器3包括接收单元32和连接接收单元32的计算电路31，接收单元32通过屏蔽罩33遮盖，且屏蔽罩遮33上设置滤光片34与接收光出口421相对，滤光片34用于滤除杂光。

本发明中，第一安装部41和第二安装部42沿旋转座4的轴向间隔设置。发射镜组件5包括设置在发射光出口412上的发射透镜51和设置在发射光通道中的发射反光镜组，发射反光镜组为第一反光镜52，第一反光镜52将发射器2发射的光束反射向发射透镜51。接收镜组件6包括设置在接收光入口422的接收透镜61和设置在接收光通道中的接收反光镜组，接收反光镜组包括第二反光镜62和第三反光63镜，接收透镜61的汇聚光线经过第二反光镜62反射向第三反光镜63，第三反光镜63将光线反射进入接收器3；为了限制旋转座4的直径，接收光出口421的孔径设置较小，为保证将反射的光线导入接收光出口421，避免出现盲点，接收镜组件6中通过两次的反射的方式来将光线导入接收器32。其中，发射透镜51和接收透镜61用来对光线的准直。

工作时：

经过发射电路22驱动，发射单元21发射光束，进入第一安装部41的光束由第一反光镜52调整为水平方向，然后经过发射透镜51的准直后离开旋转座4，最后从透明外罩13离开本装置，该过程中旋转座4高速旋转，光束始终为水平射出并可以进行360度的扫描测距。与此同时，由扫描物体反射回来的光线通过透明外罩13入射到设备内部，经过接收透镜61的汇聚、以及第二反光镜62和第三反光镜63的两次反射改变光线方向后，由滤光片34滤除杂光，最后进入接收单元32中。将发射单元21和接收单元32的相关信息传给计算电路31，计算电路31进行计算得到扫描目标的距离，并结合所计算的距离和来自码盘7的旋转位置信息得到被扫描目标的位置。

本发明中优选采用脉冲法测距，其基本测量原理是测距仪发出一段较短的激光脉冲到待测距的物体上，如果光以速度c在空气中传播，在A、B两点间往返一次所需时间为t，则A、B两点间距离D可用下列表示。

D＝ct/2，式中：

D——测站点A、B两点间距离；

c——光在大气中传播的速度；

t——光往返A、B一次所需的时间。

实施例二：

一种旋转扫描测距仪，包括机壳、光学发射装置和光学接收装置，机壳内设有转接的旋转座和驱动旋转座转动的驱动装置，光学发射装置包括发射器和发射镜组件，光学接收装置包括接收器和接收镜组件，旋转座上设有彼此分开的第一安装部和第二安装部，第一安装部和第二安装部之间通过薄壁相隔，第一安装部用于安装发射镜组件，第二安装部用于安装接收镜组件。本实施例的结构与实施例一类似，部分结构此处不再赘述。参考图5，本实施例和实施例一的区别点在于：发射镜组件包括设置在第一安装部中的第一棱镜53，接收镜组件包括设置在第二安装部42中的第二棱镜64。第一棱镜53和第二棱镜64与旋转座4内壁相抵的面上涂有水银，本实施例将实施例一中的发射透镜和第一反光镜通过棱镜的模式集成为一个整体，同样的将接收透镜、第二反光镜和第三反光镜集成为一个整体。探测光线由发射器2发射，然后经过第一棱镜53的作用，使光路由竖直方向改为水平方向并且准直后射出。接收的光线经过第二棱镜64的作用使水平接收的光线改为垂直入射，最终汇聚到接收器3上。如此设置，有助于形成紧凑的旋转扫描测距仪，并且安装的元器件减少，随之也降低安装难度，为后续的维修提供了极大的便利，且设备的抗震性也更好，扫描的精度更高。

实施例三：

一种旋转扫描测距仪，包括机壳、光学发射装置和光学接收装置，机壳内设有转接的旋转座和驱动旋转座转动的驱动装置，光学发射装置包括发射器和发射镜组件，光学接收装置包括接收器和接收镜组件，旋转座上设有彼此分开的第一安装部和第二安装部，第一安装部和第二安装部之间通过薄壁相隔，第一安装部用于安装发射镜组件，第二安装部用于安装接收镜组件。第一安装部包括发射光通道，发射光通道中设置发射镜组件，发射光通道包括位于旋转座周向侧壁的发射光出口和沿旋转座旋转轴心设置的发射光入口，发射光入口延伸至旋转座的上端面。第二安装部包括接收光通道，接收光通道中设置接收镜组件，接收光通道包括位于旋转座周向侧壁的接收光入口和沿旋转座旋转轴心设置的接收光出口，接收光出口沿着至旋转座的下端面。本实施例的结构与实施例一类似，部分结构此处不再赘述。参考图6，本实施例与实施例一的区别在于：第一安装部和第二安装部沿旋转座的周向间隔设置。发射镜组件包括设置在发射光出口上的发射透镜51和设置在发射光通道中的发射反光镜组，发射反光镜组为第六反光镜54，第六反光镜54将发射器2发射的光束反射向发射透镜51。接收镜组件包括设置在接收光入口的接收透镜61和设置在接收光通道中的接收反光镜组，接收反光镜组包括第七反光镜65、第八反光镜66和第九反光镜67，接收透镜61将汇聚的光线射向第七反光镜65，第七反光镜65将光线朝下折射向第八反光镜66，然后第八反光镜66将光线沿旋转座径向折射向第九反光镜67，最后第九反光镜67沿旋转座轴向将光线传递到接收器3。且接收透镜61上设置缺口，缺口对应发射透镜51，减小接收透镜61和发射透镜51所占的径向宽度。本实施例中，发射镜组件和接收镜组件沿旋转座的周向间隔设置，可以减小旋转座的高度，进而减小设备的整体高度，使得整个旋转测距仪的结构更加小巧，也更加紧凑。以适用于对体积参数有更高要求的旋转测距场合中。

实施例四：

一种旋转扫描测距仪，包括机壳、光学发射装置和光学接收装置，机壳内设有转接的旋转座和驱动旋转座转动的驱动装置，光学发射装置包括发射器和发射镜组件，光学接收装置包括接收器和接收镜组件，旋转座上设有彼此分开的第一安装部和第二安装部，第一安装部和第二安装部之间通过薄壁相隔，第一安装部用于安装发射镜组件，第二安装部用于安装接收镜组件。本实施例的结构与上述实施例类似，此处不再赘述。参考图7，本实施例与实施例一、实施例二和实施例三的区别点在于：发射器2的设置位置发生变化，接收器3的位置不变。接收器3位于旋转座4的下方，并与第二安装部42的接收光出口相对，旋转座4的周向侧部设置发射器2，发射器2安装在底座11上，发射器2通过中转反光镜组将光束射入第一安装部41中，中转反光镜组包括设置在上盖14上的第四反光镜91和第五反光镜92。发射器2发射出竖直向上的探测光束，然后经过第四反光镜91和第五反光镜92的作用使的光束的方向改为竖直向下，进入到第一安装部41中，然后经过发射镜组件5作用水平出射，而经由物体反射回来的光线经过接收镜组件6作用最终入射到接收器3上。本实施例将光束发射装置2安装在旋转座4的侧边，可减少设备的高度，形成更为紧凑、更小巧的旋转扫描测距仪。

实施例五：

参考图8和图9，所示一种旋转扫描测距仪，包括机壳、发射器2和接收器3，机壳中设有转接的旋转座4和驱动旋转座4转动的驱动装置8，旋转座4上设有彼此分隔的第一安装部和第二安装部，第一安装部中设有发射镜组件，第二安装部中设有接收镜组件。本实施例中，发射镜组件包括发射透镜51，第一安装部的内部设置发射器2，发射器2与发射透镜51相对，接收镜组件包括接收透镜61，第二安装部的内部设置接收器3，接收器3与接收透镜61相对。第一安装部和第二安装部可以是上下间隔设置或者是左右间隔设置，发射器2的光束经过发射透镜51射出，然后反射的光线经过接收透镜61到达接收器3，本实施例在防止发射光路和接收光路在系统内部互相干扰的同时，具有结构简单、产品可靠的优点。并且，本实施例的结构设计去除了因反光镜而带来的结构误差，更有利于提高安装精度。

其中机壳包括上壳体和下壳体16，下壳体16通过轴承17与旋转座4转接，驱动装置8为位于旋转座4一侧的电机，电机通过带传动81带动旋转座4旋转。为了防止电线18缠绕，电线18需要通过滑环19连接接收器3和发射器2。

通过上述实施例，本发明的目的已经被完全有效的达到了。熟悉该项技术的人士应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (8)

1.一种旋转扫描测距仪，其特征在于：包括机壳、旋转座、光学发射装置和光学接收装置，所述光学发射装置包括发射器和发射镜组件，所述光学接收装置包括接收器和接收镜组件，所述旋转座上设有彼此分开的第一安装部和第二安装部，所述第一安装部用于安装发射镜组件，所述第二安装部用于安装接收镜组件，所述机壳中设有驱动旋转座转动的驱动装置，第一安装部和第二安装部通过薄壁彼此分开，所述第一安装部包括发射光通道，所述发射光通道中设置所述发射镜组件，所述发射光通道包括位于所述旋转座周向侧壁的发射光出口和沿旋转座旋转轴心设置的发射光入口，所述发射光入口延伸至旋转座的上表面，所述第二安装部包括接收光通道，所述接收光通道中设置所述接收镜组件，所述接收光通道包括位于旋转座周向侧壁的接收光入口和沿旋转座旋转轴心设置的接收光出口，所述接收光出口延伸至旋转座的下表面。

2.如权利要求1所述的旋转扫描测距仪，其特征在于：所述发射镜组件包括设置在发射光通道中的第一棱镜，所述接收镜组件包括设置在接收光通道中的第二棱镜。

3.如权利要求1所述的旋转扫描测距仪，其特征在于：所述发射镜组件包括设置在发射光出口上的发射透镜和设置在发射光通道中的发射反光镜组，所述接收镜组件包括设置在接收光入口的接收透镜和设置在接收光通道中的接收反光镜组。

4.如权利要求1所述的旋转扫描测距仪，其特征在于：所述发射器位于所述旋转座上方，并与所述发射光入口相对，所述接收器位于旋转座的下方，并与所述接收光出口相对。

5.如权利要求1所述的旋转扫描测距仪，其特征在于：所述接收器位于所述旋转座的下方，并与所述接收光出口相对，所述发射器位于所述旋转座的周向侧部，所述发射器通过中转反光镜组将光束射入发射光入口。

6.如权利要求1至5之一所述的旋转扫描测距仪，其特征在于：所述第一安装部和第二安装部沿旋转座的轴向间隔设置。

7.如权利要求1至5之一所述的旋转扫描测距仪，其特征在于：所述第一安装部和第二安装部沿旋转座的周向间隔设置。

8.如权利要求1至5之一所述的旋转扫描测距仪，其特征在于：所述驱动装置包括电机和码盘，所述电机驱动旋转座旋转，所述码盘用于获取旋转座的旋转位置信息。