CN107991661B - 一种机械式激光雷达及其配重方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光雷达技术领域，公开了一种机械式激光雷达及其配重方法，其包括：用于与机械式激光雷达的电机轴连接的转动负载，转动负载包括反射镜面和配重面，电机轴的轴线穿过配重面；用于调节扫描控制模块的动平衡的配重面板，配重面板与转动负载的配重面连接或由转动负载的配重面形成，配重面板上设置有多个用于焊接配重物的配重点，多个配重点间隔围绕在以电机轴的轴线为圆心的圆周上。本发明所提供的机械式激光雷达及其配重方法能够将不固定的配重重量动态焊接到待配重处，保证高精度的同时，降低对人工经验的要求和人工工时的消耗；避免传统配重固定方式中加固定胶工序所引入的问题。

Description

一种机械式激光雷达及其配重方法

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，具体地，涉及一种机械式激光雷达及其配重方法。

背景技术

在机械式激光雷达中，不可避免地存在机械旋转部件，使单激光束扫描成为一个面，其机械旋转的精度，直接影响着机械式激光雷达的测量精度和相关性能，同时也是机械式激光雷达使用寿命的关键因素，因此在机械式激光雷达的生产过程中，精确调整旋转部件的动平衡，是出产高性能、长寿命机械式激光雷达的重中之重，提高动平衡调节效率，则是提高产能的重要环节。

在现有技术中，多是通过人工现场剪断标准螺丝，将其拧进转动负载的配重孔中，结合固定胶使其固定，一方面，在剪断标准螺丝的过程中，重量完全凭靠人工经验和感觉，存在较大误差和时间、物料的浪费，另一方面，由于固定胶也存在一定重量，加固定胶会对已调整好的动平衡产生影响，降低动平衡性能，若返工，则需要添加去除固定胶等繁琐工序，势必造成更大的人力、物力浪费。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的另一目的是提供一种机械式激光雷达，旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

本发明的再一目的是提供一种机械式激光雷达的配重方法，旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种机械式激光雷达，其包括激光发射模块、扫描控制模块、激光接收模块和计时处理模块，所述扫描控制模块包括：

用于与机械式激光雷达的电机轴连接的转动负载，所述转动负载包括至少一个反射镜面和至少一个配重面，所述反射镜面上设置有反射镜，所述电机轴的轴线穿过至少一个所述配重面；

用于调节所述扫描控制模块的动平衡的配重面板，所述配重面板与所述转动负载的所述配重面连接或由所述转动负载的所述配重面形成，所述配重面板上设置有多个用于焊接配重物的配重点，多个所述配重点间隔围绕在以所述电机轴的轴线为圆心的圆周上。

其中，所述配重物为金属，所述配重物的熔点低于所述转动负载的熔点。

其中，所述配重物为锡。

其中，所述配重面板的配重点处的表面上设置有镀层，所述镀层的熔点低于所述转动负载的熔点。

其中，所述配重面与所述电机轴垂直，所述配重面板的质心位于所述电机轴的轴线上。

其中，多个所述配重点等间隔分布在以配重面板的质心为圆心的圆周上。

其中，所述配重点包括配重孔和配重盘，所述配重孔用于固定重量大于设定值的配重物，所述配重盘用于固定重量小于等于设定值的配重物。

其中，所述配重点中的所有配重孔间隔分布在以所述配重面板的质心为圆心的第一圆周上，所述配重点中的所述配重盘间隔分布在以所述配重面板的质心为圆心的第二圆周上，其中所述第一圆周的半径大于所述第二圆周的半径。

其中，所述配重孔和配重盘交替地分布在以配重面板的质心为圆心的同一圆周上。

其中，当所述转动负载为非对称结构时，所述扫描控制模块还包括配重侧面板，所述配重侧面板与所述转动负载较轻的一侧连接，所述配重侧面板上设置有多个离散的配重点。

其中，所述配重侧面板的配重点处的表面上设置有镀层，所述镀层的熔点低于所述配重侧面板的熔点。

本发明还公开了一种机械式激光雷达的动平衡配重方法，其包括以下步骤：

S1：利用动平衡机测出配重面板上的配重角度位置θ和配重重量G；

S2：若配重角度位置设有配重点，则在该配重点配重所述配重重量的配重物；若配重角度位置没有配重点，则利用配重面板上两个位于配重角度位置两侧且与其相邻的配重点，计算得出两个配重点需要添加的配重重量；

式中，G₁表示第一个配重点需要添加的配重重量，r表示动平衡机的配重测量半径，r₁表示第一配重点的旋转半径，α表示第一个配重点的配重角度，G₂表示第二个配重点需要添加的配重重量，r₂表示第二配重点的旋转半径，β表示第二个配重点的配重角度；

S3：将所需配重重量的配重物焊接在相应的配重点处；

S4：待配重面板冷却后再次用动平衡机测试，若未达标，重复S1至S3，直至动平衡达标。

(三)有益效果

本发明所提供的机械式激光雷达以及其配重方法利用物质的体积、重量、密度关系，并有针对性的对激光雷达中转动负载的配重面板结构进行设计，将不固定的配重重量，动态焊接到待配重处，保证高精度的同时，降低对人工经验的要求和人工工时的消耗；用金属焊接的特性，避免传统配重固定方式中加固定胶工序所引入的问题。整个方法在提高人力、物力利用率的同时，保证转动负载动平衡调节的高精度，从而提高激光雷达的使用寿命，保证激光雷达的高精度性能。

附图说明

图1是根据本发明的一种机械式激光雷达的第一优选实施例的分解示意图；

图2是根据本发明的一种机械式激光雷达的第二优选实施例的结构示意图；

图3是根据本发明的一种机械式激光雷达的第三优选实施的结构示意图；

图4为根据本发明的一种机械式激光雷达的配重方法的流程图。

其中，1：转动负载；2：配重面；3：配重面板；4：配重点；41：配重孔；42：配重盘；5：配重块；6：螺纹固定孔；7：配重侧面板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

图1示出了根据本发明的一种机械式激光雷达的一个优选实施例。该机械式激光雷达包括激光发射模块、扫描控制模块、激光接收模块和计时处理模块，其中，扫描控制模块包括用于与机械式激光雷达的电机轴连接的转动负载1，以便跟随电机轴一起转动，转动负载1包括1个反射镜面和2个配重面2，其中1个反射镜面和2个配重面2呈“N”型，反射镜面为椭圆形状，与电机轴成45°，在反射镜面上装有反射镜；配重面2为圆形，电机轴穿过配重面2并与配重面2垂直。扫描控制模块还包括用于调节扫描控制模块的动平衡的配重面板3，配重面板3与转动负载1的配重面2连接(例如通过螺栓连接，在配重面板3和配重面2上设置有螺纹固定孔6)，配重面板3上设置有多个用于焊接配重物5的配重点4，多个配重点4间隔围绕在以电机轴的轴线为圆心的圆周上。

本发明所提供的机械式激光雷达利用物质的体积、重量、密度关系，并有针对性的对激光雷达中转动负载1的配重面板3结构进行设计，将不固定的配重重量，动态焊接到待配重处，保证高精度的同时，降低对人工经验的要求和人工工时的消耗；用金属焊接的特性，避免传统配重固定方式中加固定胶工序所引入的问题。整个方法在提高人力、物力利用率的同时，保证转动负载1动平衡调节的高精度，从而提高激光雷达的使用寿命，保证激光雷达的高精度性能。

优选配重物5为金属，且该配重物5的熔点低于转动负载1的熔点，例如锡、锌等，配重时，将相应配重重量的液态金属注入定型模具中，待冷却后取出固态配重物5，并将配重物5焊接到配重点4处。利用定型模具准确制作配重物5，或直接将液态金属的配重物5添加配重，避免传统方式中多规格配重块的搭配以及反复制作的问题，同时节约配重物料。

此外，优选配重面板3的配重点4处的表面上设置有镀层，优选镀层的熔点低于转动负载1的熔点，以避免焊接时损坏配重面板3和转动负载1。该镀层的附着力应大于转动中所焊接配重物5产生的力矩。由于电路板制作工艺成熟，具有价格低、精度高、重量轻以及厚度薄等优势，优选配重面板3采用电路板制成。

在该实施例中，配重面板3与转动轴垂直，配重面板3的质心位于电机轴的轴线上，优选多个所述配重点4等间隔分布在以配重面板3的质心为圆心的圆周上。此外，配重面板3的形状与转动负载1的配重面2一致。需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，在本发明的其它一些实施例中，配重面板3也可以不与转动轴垂直，且配重面板3的形状也可以不与转动负载1的配重面2一致，例如大于转动负载1的配重面2或小于转动负载1的配重面2。

在该实施例中，配重点4分为配重孔41和配重盘42，配重孔41用于固定重量大于等于设定值(例如0.07克)的配重物5，配重盘42用于固定重量小于设定值(例如0.07克)的配重物5。当配重点为配重孔时，在配重孔内表面以及配重孔周围表面处设置有用于焊接配重物的镀层(即：金属物质层)；当配重点为配重盘时，在配重盘的外表面上设置有用于焊接配重物的镀层(即：金属物质层)。在该实施例中，配重点4中的配重孔41间隔分布在以配重面板3的质心为圆心的第一圆周上，其中，第一圆周的转动半径为r，配重点4中的配重盘42间隔分布在以配重面板3的质心为圆心的第二圆周上，其中，第二圆周的转动半径为r1，且第一圆周的半径r大于第二圆周的半径r1。优选第一圆周的半径与动平衡机的测量转动半径相等。需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，在本发明的其它一些实施例中，配重孔41和配重盘42也可以交替地分布在以配重面板3的质心为圆心的同一圆周上，并优选该圆周的半径与动平衡机的测量转动半径相等。

本发明还提供一种机械式激光雷达的动平衡配重方法，如图4所示，该方法包括如下步骤：

S1：利用动平衡机测出配重面板3上的配重角度位置θ和配重重量G；

S2：若配重角度位置设有配重点4，则在该配重点4配重所述配重重量的配重物5；若配重角度位置没有配重点4，则利用配重面板3上两个位于配重角度位置两侧且与其相邻的配重点4，计算得出两个配重点4需要添加的配重重量；

式中，G₁表示第一个配重点4需要添加的配重重量，r表示动平衡机的配重测量半径，r₁表示第一配重点4的旋转半径，α表示第一个配重点4的配重角度，G₂表示第二个配重点4需要添加的配重重量，r₂表示第二配重点4的旋转半径，β表示第二个配重点4的配重角度；优选地，在该步骤中，如果计算的配重点4需要添加的配重重量大于设定值，而该配重点4对应的为配重盘42时，则选取与该配重点4相邻的且远离配重角度位置一侧的另一配重点4重新计算；同样地，如果计算的配重点4需要添加的配重重量小于设定值，而该配重点4对应的为配重孔41时，则选取与该配重点4相邻的且远离配重角度位置一侧的另一配重点4重新计算；依次类推，直至计算的配重点4需要添加的配重重量大于设定值，且该配重点4对应的为配重孔41，且如果计算的配重点4需要添加的配重重量小于设定值，且该配重点4对应的为配重盘42；

S3：将所需配重重量的配重物5焊接在相应的配重点4处；

S4：待配重面板3冷却后再次用动平衡机测试，若未达标，重复S1至S3，直至动平衡达标。

在步骤S3中，可以直接将所需配重重量的液态配重物5添加到相应的配重点4处。也可以将所需配重重量的液态金属注入定型模具中，待冷却后取出以形成所需配重重量的配重物5，然后将该配重物5焊接到相应的配重点4处，以避免当采用液态配重物5时，由于配重质量较大，容易溢至配重点4外部。具体地，将相应配重重量的液态金属注入定型模具中，待冷却后取出固态配重物5，并将配重物5焊接到配重点4处；在该步骤中，对于配重重量大于等于设定值(例如0.07克)的情况，其定型模具的形状为台阶轴，下端的圆柱直径(例如2.8mm)小于上端的圆柱直径(例如8mm)，下端的圆柱直径和高度与配重孔41的直径(3mm)和高度相匹配，以使得所制作的固态配重物5可放入配重孔41中。对于配重重量小于设定值(例如0.07克)的情况，将相应重量的配重物5可直接焊接至配重盘42上。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，为了描述的简要，在本实施例的描述过程中，不再描述与实施例1相同的技术特征，仅说明本实施例与实施例1不同之处：

如图2所示，在该实施例中，转动负载1为一个底面为正方形的长方体结构，其包括4个反射镜面和2个配重面2，其中，4个反射镜面分别为长方体的4个侧面，电机轴的轴线与该长方体结构的中心轴线共线；2个配重面2分别采用该长方体结构的顶面和底面。2个配重面2上分别设置有4个配重点4(在该实施例中，配重点4均为配重孔41)，这4个配重点4分布在配重面2的四个顶点处，且优选4个配重点4的旋转半径与动平衡机的配重测量半径相同。

在该实施例中，由于转动负载1形状简单、且对称性高，因此动平衡的调节重量通常较小，所以本发明的扫描控制模块直接采用转动负载1的配重面2作为配重面板3，以简化结构，降低成本。

当配重面2作为配重面板3时，配重面板3的配重点4处的镀层的熔点低于转动负载1的熔点。

实施例3

本实施例与实施例1基本相同，为了描述的简要，在本实施例的描述过程中，不再描述与实施例1相同的技术特征，仅说明本实施例与实施例1不同之处：

如图3所示，在该实施例中，转动负载1为一个底面为圆形的圆柱体结构，其包括反射镜面和2个配重面2，其中，反射镜面位于圆柱体结构的内部；2个配重面2分别为圆柱体结构的顶面和底面，电机轴的轴线与该圆柱体结构的轴线共线。2个配重面2上均设置有用于调节扫描控制模块的动平衡的配重面板3，在每个配重面板3上均设置有11个配重点4，优选11个配重点4的转动半径均与动平衡机的测量转动半径一致。其中，配重面板3与转动负载1较轻一侧对应的一侧(在该实施例中，为左侧)设置有4个配重盘42，该配重盘42呈四边形，其边长为5mm；配重面板3与转动负载1较轻侧对应的一侧(在该实施例中，为右侧)设置有7个配重孔41，该配重孔41采用圆形孔，其直径均为3mm。

此外，该扫描控制模块还包括设置在圆柱体结构内部分别与圆柱体结构的顶面和底面连接的配重侧面板7，该配重侧面板7与电机轴平行，在该配重侧面板7上设置有多个离散分布的配重孔41，例如在该实施例中，设置有12个配重孔41。

在该实施例中，由于转动负载1结构形状不规则、对称性低，因此动平衡的调节重量通常较大，因此首先在转动负载1重量较轻侧安装配重侧面板7，并通过配重侧面板7上的配重点4进行大致配重，以使得转动负载1大致对称，然后再对配重面板3上的配重点4进行配重，以便快速实现配重，提高工作效率。

优先地，优选配重侧面板7的配重点处的表面上设置有镀层，镀层的熔点低于配重侧面板7的熔点，以避免焊接时损坏配重侧面板7。

需要说明的是，虽然在该实施例中，配重面板3与转动负载1较轻一侧对应的一侧(在该实施例中，为左侧)设置有4个配重盘42，然而本领域的技术人员应当理解，在本发明的其它一些实施例中，配重面板3与转动负载1较轻一侧对应的一侧也可以设置配重孔41，或者配重盘42和配重块两种，且配重点4的数量和配重角度也可以是其它数值。同样地，虽然在该实施例中，配重面板3与转动负载1较轻的一侧对应的一侧(在该实施例中，为右侧)设置有7个配重盘42。然而本领域的技术人员应当理解，在本发明的其它一些实施例中，配重面板3与转动负载1较轻一侧对应的一侧也可以设置配重孔41，或者配重盘42和配重块两种，且配重点4的数量和配重角度也可以是其它数值。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种机械式激光雷达，其特征在于，包括激光发射模块、扫描控制模块、激光接收模块和计时处理模块，所述扫描控制模块包括：

用于与机械式激光雷达的电机轴连接的转动负载，所述转动负载包括至少一个反射镜面和至少一个配重面，所述反射镜面上设置有反射镜，所述电机轴的轴线穿过至少一个所述配重面；

用于调节所述扫描控制模块的动平衡的配重面板，所述配重面板与所述转动负载的所述配重面连接或由所述转动负载的所述配重面形成，所述配重面板上设置有多个用于焊接配重物的配重点，多个所述配重点间隔围绕在以所述电机轴的轴线为圆心的圆周上。

2.根据权利要求1所述的机械式激光雷达，其特征在于，所述配重物为金属，所述配重物的熔点低于所述转动负载的熔点。

3.根据权利要求2所述的机械式激光雷达，其特征在于，所述配重物为锡。

4.根据权利要求2所述的机械式激光雷达，其特征在于，所述配重面板的配重点处的表面上设置有镀层，所述镀层的熔点低于所述转动负载的熔点。

5.根据权利要求1所述的机械式激光雷达，其特征在于，所述配重面与所述电机轴垂直，所述配重面板的质心位于所述电机轴的轴线上。

6.根据权利要求5所述的机械式激光雷达，其特征在于，多个所述配重点等间隔分布在以配重面板的质心为圆心的圆周上。

7.根据权利要求5所述的机械式激光雷达，其特征在于，所述配重点包括配重孔和配重盘，所述配重孔用于固定重量大于设定值的配重物，所述配重盘用于固定重量小于等于设定值的配重物。

8.根据权利要求7所述的机械式激光雷达，其特征在于，所述配重点中的所有配重孔间隔分布在以所述配重面板的质心为圆心的第一圆周上，所述配重点中的所述配重盘间隔分布在以所述配重面板的质心为圆心的第二圆周上，其中所述第一圆周的半径大于所述第二圆周的半径。

9.根据权利要求7所述的机械式激光雷达，其特征在于，所述配重孔和配重盘交替地分布在以配重面板的质心为圆心的同一圆周上。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的机械式激光雷达，其特征在于，当所述转动负载为非对称结构时，所述扫描控制模块还包括配重侧面板，所述配重侧面板与所述转动负载较轻的一侧连接，所述配重侧面板上设置有多个离散的配重点。

11.根据权利要求10所述的机械式激光雷达，其特征在于，所述配重侧面板的配重点处的表面上设置有镀层，所述镀层的熔点低于所述配重侧面板的熔点。

12.一种机械式激光雷达的动平衡配重方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：利用动平衡机测出配重面板上的配重角度位置θ和配重重量G；

S2：若配重角度位置设有配重点，则在该配重点配重所述配重重量的配重物；若配重角度位置没有配重点，则利用配重面板上两个位于配重角度位置两侧且与其相邻的配重点，计算得出两个配重点需要添加的配重重量；

式中，G₁表示第一个配重点需要添加的配重重量，r表示动平衡机的配重测量半径，r₁表示第一配重点的旋转半径，α表示第一个配重点的配重角度，G₂表示第二个配重点需要添加的配重重量，r₂表示第二配重点的旋转半径，β表示第二个配重点的配重角度；

S3：将所需配重重量的配重物焊接在相应的配重点处；

S4：待配重面板冷却后再次用动平衡机测试，若未达标，重复S1至S3，直至动平衡达标。

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