CN105571485A - 转摆动一体化的转镜扫描装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种转摆动一体化的转镜扫描装置，包括电机(6)、编码器、45°扫描头(1)、配重块一(18)和配重块二(13)，45°扫描头(1)固定于电机(6)前端转轴上，配重块一(18)固定于45°扫描头(1)上，编码器与配重块二(13)均固定于电机(6)后端转轴上，45°扫描头(1)上加工有减重槽、配重块一安装槽(20)和电机转轴安装孔(21)，配重块一(18)安装于配重块一安装槽(20)内，45°扫描头(1)通过电机转轴安装孔(21)固定于电机(6)前端转轴上；本发明实现了编码器输出数据与扫描头转动角度数据完全同步，能够避免电机启动短时间内编码器输出角度数据与扫描头实际扫描点角度数据存在的误差。

Description

转摆动一体化的转镜扫描装置

[技术领域]

本发明涉及激光扫描转镜技术领域，具体地说是一种转摆动一体化的转镜扫描装置。

[背景技术]

目前，应用于激光三维扫描仪上的扫描方式主要有两种：一种是采用单方向全周转动方式，另一种是高频率摆动方式。其中，全周转动方式的扫描装置主要结构由直流电机、编码器、联轴器、转动轴、转镜轴承、45°扫描头组成，其45°扫描头通过转动轴、联轴器与电机转轴连接，扫描转镜转动部分通过转镜轴承固定在三维激光扫描仪机体上，以实现扫描头全周转动。此结构由于采用联轴器连接，电机启动短时间带动扫描头转动时，联轴器本身会产生旋转角度的塑性变形，使编码器输出角度数据与扫描头实际扫描点角度数据产生误差；同时，此结构由于有转动轴、转镜轴承的存在，一般体积大、重量重、转动惯量大，难以实现指定角度的高频率摆动，不适合指定小角度扫描测量的应用领域。而高频率摆动方式的扫描装置主要结构由振镜和检流计电机组成，可以实现高频率的摆动，但是，此结构采用的检流计电机摆动角度存在物理限制，通常使用的扫描角度不超过±20°，从而无法实现全周扫描，不适合全角度大场景扫描测量的应用领域。

[发明内容]

本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种转摆动一体化的转镜扫描装置，实现了编码器输出数据与扫描头转动角度数据完全同步，能够避免电机启动短时间内编码器输出角度数据与扫描头实际扫描点角度数据存在的误差，且体积小、重量轻、电机需求功率小。

为实现上述目的设计一种转摆动一体化的转镜扫描装置，包括电机6、编码器、45°扫描头1、配重块一18和配重块二13，所述45°扫描头1固定于电机6前端转轴上，所述配重块一18固定于45°扫描头1上，所述编码器与配重块二13均固定于电机6后端转轴上，所述电机6带动45°扫描头1、编码器转动，所述编码器输出数据与45°扫描头1转动角度数据同步。

所述45°扫描头1上加工有减重槽、配重块一安装槽20和电机转轴安装孔21，所述配重块一18安装于配重块一安装槽20内，所述45°扫描头1通过电机转轴安装孔21固定于电机6前端转轴上，所述45°扫描头1的斜面经研磨、抛光、镀膜处理后形成镜面。

所述电机6后端转轴上固定有轴套14，所述轴套14上固定有磁环16，所述配重块二13固定连接在轴套14上。

所述电机6前端壳体上固定有电机连接板5，所述电机6后端壳体上固定有编码器读数头连接板7，所述编码器读数头连接板7上固定有编码器读数头8和读数头支架9。

所述编码器读数头连接板7上固定有防护盖12，所述轴套14、磁环16、配重块二13及电机6后端转轴均设置于防护盖12内。

所述45°扫描头1通过内六角螺钉3固定在电机6前端转轴上，所述配重块一18通过内六角沉头螺钉17固定在45°扫描头1上，所述电机6后端转轴上通过紧定螺钉15固定有轴套14，所述轴套14上通过磁环螺母10固定有磁环16，所述配重块二13通过内六角螺钉11固定在轴套14上。

所述电机6前端壳体上通过内六角沉头螺钉4固定有电机连接板5，所述电机6后端壳体上通过内六角沉头螺钉固定有编码器读数头连接板7，所述编码器读数头8、读数头支架9、防护盖12均通过螺钉固定在编码器读数头连接板7上。

所述编码器为磁栅编码器或光栅编码器。

所述减重槽为三角形减重槽19，所述三角形减重槽19设置有多个，所述三角形减重槽19均匀分布于45°扫描头1上。

本发明同现有技术相比，结构新颖、简单，设计合理，通过将45°扫描头固定于电机前端转轴上，将配重块一固定于45°扫描头上，并将编码器与配重块二均固定于电机后端转轴上，使得电机带动45°扫描头、编码器转动，编码器输出数据与45°扫描头转动角度数据同步，从而可避免电机启动短时间内编码器输出角度数据与扫描头实际扫描点角度数据存在的误差，同时大大降低了激光扫描转镜整体质量，减小了转动部分转动惯量，能够实现使用一小功率电机，即可带动45°扫描头全周转动与指定角度和频率摆动的功能，再通过动平衡计算，经动平衡配重处理，对45°扫描头进行有限元分析，保证45°扫描头转动变形小的同时尽量减小自身重量，大大减小了转动时45°扫描头的振动偏移，最终实现了用户可在线配置，能够在线配置扫描模式和扫描角度、频率范围，大大提升了扫描的灵活性和工作效率，同时满足了全角度和指定小角度扫描的应用。综上：本发明所述的转摆动一体化的转镜扫描装置体积小、重量轻、电机需求功率小，编码器输出数据与扫描头转动角度数据完全同步，工作振动小、整体转动部件实现动平衡，可使扫描转镜从电机启动到停止全过程中编码器输出角度数据与扫描头实际扫描点角度数据一致，能直接应用于地基三维激光扫描仪、无人机载三维激光扫描仪等相关需激光扫描结构的设备上，提升了扫描仪的扫描灵活性，值得推广应用。

[附图说明]

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中45°扫描头的结构示意图；

图3是图2的左视图；

图4是图2的仰视图；

图5是图2中G向结构示意图；

图中：1、45°扫描头2、弹垫3、内六角螺钉4、内六角沉头螺钉5、电机连接板6、电机7、编码器读数头连接板8、编码器读数头9、读数头支架10、磁环螺母11、内六角螺钉12、防护盖13、配重块二14、轴套15、紧定螺钉16、磁环17、内六角沉头螺钉18、配重块一19、三角形减重槽20、配重块一安装槽21、电机转轴安装孔。

[具体实施方式]

本发明包括：电机6、编码器、45°扫描头1、配重块一18和配重块二13，45°扫描头1固定于电机6前端转轴上，配重块一18固定于45°扫描头1上，编码器与配重块二13均固定于电机6后端转轴上，编码器为磁栅编码器或光栅编码器，电机6带动45°扫描头1、编码器转动，编码器输出数据与45°扫描头1转动角度数据同步、无误差。该45°扫描头1上加工有减重槽、配重块一安装槽20和电机转轴安装孔21，配重块一18安装于配重块一安装槽20内，45°扫描头1通过电机转轴安装孔21固定于电机6前端转轴上，45°扫描头1的斜面经研磨、抛光、镀膜处理后形成镜面效果，并经有限元分析在保证变形小的同时尽量减小自身重量；该减重槽为三角形减重槽19，三角形减重槽19设置有多个，多个三角形减重槽19均匀分布于45°扫描头1上。

其中，电机6后端转轴上固定有轴套14，轴套14上固定有磁环16，配重块二13固定连接在轴套14上；电机6前端壳体上固定有电机连接板5，电机6后端壳体上固定有编码器读数头连接板7，编码器读数头连接板7上固定有编码器读数头8和读数头支架9；编码器读数头连接板7上固定有防护盖12，轴套14、磁环16、配重块二13及电机6后端转轴均设置于防护盖12内。

本发明通过在电机转轴的前端上加工螺纹孔与后端加工定位孔，通过螺钉连接将45°扫描头固定在电机前端转轴上；同时将编码器与配重块二通过螺钉夹紧固定在电机后端转轴上；配重块一同样用螺钉连接直接固定在45°扫描头上。利用电机壳体本身的装配螺纹孔，通过螺钉或转接板可直接将扫描转镜装配在三维激光扫描仪或无人机载三维激光扫描仪的机体上，再利用电机本身转轴转动实现45°扫描头转动需求。45°扫描头45°斜面经研磨、抛光、镀膜处理，实现镜面反射要求。该结构将45°扫描头与编码器分别固定在电机前后两端转轴上，保证了转动过程中编码器输出数据与45°扫描头转动角度数据同步、无误差。该结构直接利用电机本身轴承实现45°扫描头的转动，大大减小了整体重量，同时经对45°扫描头结构进行有限元分析优化，在保证45°扫描头转动过程中变形小的同时，最大降低45°扫描头重量，大大减小了转动部分的转动惯量。在指定角度和频率摆动时，虽然加速度频繁变化，但也只需电机提供较小的扭矩，即可选用较小功率的电机，达到实现扫描转镜45°扫描头全周转动与指定角度和频率摆动的功能。该结构将45°扫描头质量最小化，同时将配重块一与配重块二分别装配在电机两端，加大两配重块的距离，从而在尽量小的配重重量情况下实现转动部分的动平衡要求。

下面结合附图对本发明作以下进一步说明：

如附图1所示，45°扫描头1通过内六角螺钉3与电机6前端转轴固定，配重块一18通过内六角沉头螺钉17固定在45°扫描头1上，轴套14通过紧定螺钉15固定在电机6后端转轴上，磁环16通过磁环螺母10固定在轴套14上，配重块二13通过内六角螺钉11固定在轴套14上。以上部件(其中电机只包含电机转轴)一起组成本发明的转动部件。电机连接板5通过内六角沉头螺钉4与电机6前端壳体固定，编码器读数头连接板7通过内六角沉头螺钉与电机6后端壳体固定，编码器读数头8、读数头支架9通过螺钉一起固定在编码器读数头连接板7上，防护盖12通过螺钉固定在编码器读数头连接板7上。以上部件(其中电机不包含转轴部分)一起组成本发明的固定部件。利用电机转轴转动，从而实现本发明转动部件的转动。将本发明中电机电源线、编码器输出线均连接于外加的电机驱动器上，便可通过电机驱动器控制电机的全周转动或指定角度、频率摆动。

如附图2至附图5所示，将45°扫描头通过加工三角形减重槽、配重块一安装槽20、电机转轴安装孔21，从而方便了与电机转轴、配重块一的安装，减小了自身重量，该45°扫描头45°斜面经研磨、抛光、镀膜处理，实现镜面反射要求。本发明的有限元分析设置的转速可以为1000rpm，经有限元分析，45°扫描头的最大位移变形处仅为3.571×10^-4mm。

本发明并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种转摆动一体化的转镜扫描装置，其特征在于：包括电机(6)、编码器、45°扫描头(1)、配重块一(18)和配重块二(13)，所述45°扫描头(1)固定于电机(6)前端转轴上，所述配重块一(18)固定于45°扫描头(1)上，所述编码器与配重块二(13)均固定于电机(6)后端转轴上，所述电机(6)带动45°扫描头(1)、编码器转动，所述编码器输出数据与45°扫描头(1)转动角度数据同步。

2.如权利要求1所述的转摆动一体化的转镜扫描装置，其特征在于：所述45°扫描头(1)上加工有减重槽、配重块一安装槽(20)和电机转轴安装孔(21)，所述配重块一(18)安装于配重块一安装槽(20)内，所述45°扫描头(1)通过电机转轴安装孔(21)固定于电机(6)前端转轴上，所述45°扫描头(1)的斜面经研磨、抛光、镀膜处理后形成镜面。

3.如权利要求2所述的转摆动一体化的转镜扫描装置，其特征在于：所述电机(6)后端转轴上固定有轴套(14)，所述轴套(14)上固定有磁环(16)，所述配重块二(13)固定连接在轴套(14)上。

4.如权利要求2或3所述的转摆动一体化的转镜扫描装置，其特征在于：所述电机(6)前端壳体上固定有电机连接板(5)，所述电机(6)后端壳体上固定有编码器读数头连接板(7)，所述编码器读数头连接板(7)上固定有编码器读数头(8)和读数头支架(9)。

5.如权利要求4所述的转摆动一体化的转镜扫描装置，其特征在于：所述编码器读数头连接板(7)上固定有防护盖(12)，所述轴套(14)、磁环(16)、配重块二(13)及电机(6)后端转轴均设置于防护盖(12)内。

6.如权利要求5所述的转摆动一体化的转镜扫描装置，其特征在于：所述45°扫描头(1)通过内六角螺钉(3)固定在电机(6)前端转轴上，所述配重块一(18)通过内六角沉头螺钉(17)固定在45°扫描头(1)上，所述电机(6)后端转轴上通过紧定螺钉(15)固定有轴套(14)，所述轴套(14)上通过磁环螺母(10)固定有磁环(16)，所述配重块二(13)通过内六角螺钉(11)固定在轴套(14)上。

7.如权利要求6所述的转摆动一体化的转镜扫描装置，其特征在于：所述电机(6)前端壳体上通过内六角沉头螺钉(4)固定有电机连接板(5)，所述电机(6)后端壳体上通过内六角沉头螺钉固定有编码器读数头连接板(7)，所述编码器读数头(8)、读数头支架(9)、防护盖(12)均通过螺钉固定在编码器读数头连接板(7)上。

8.如权利要求7所述的转摆动一体化的转镜扫描装置，其特征在于：所述编码器为磁栅编码器或光栅编码器。

9.如权利要求8所述的转摆动一体化的转镜扫描装置，其特征在于：所述减重槽为三角形减重槽(19)，所述三角形减重槽(19)设置有多个，所述三角形减重槽(19)均匀分布于45°扫描头(1)上。