CN108415003A - 一种激光测距校准装置及其校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于测量校准技术领域，公开了一种激光测距校准装置，包括实验台，所述实验台上设有激光发射器、激光接收器、数据处理器及反射板控制器，所述数据处理器用于计算激光发射器发射激光信号和激光接收器接收到反射的激光信号之间的时间差并计算测量距离和校准值再保存对应的校准值；还公开了利用本发明的激光测距校准装置进行校准的方法，可利用本发明的激光测距校准装置可根据不同的反射率和不同的入射角，计算各自对应的校准值并保存，可得到多组校准数据，在实际测量中，多组保存的校准数据均可用于校准。

Description

一种激光测距校准装置及其校准方法

技术领域

本发明属于测量校准技术领域，具体涉及一种激光测距校准装置及其校准方法。

背景技术

激光测距中测距精度是一项非常重要的指标，同一距离下的不同反射率的目标物测量的距离值有很大的差别，在高精度的测量中，这种差别会导致激光测距系统的可适用性降低。两个反射物处在同一位置，只是反射率不同，用相同强度的激光信号分别照射在两个反射物上时，会反射激光信号，图1是相同强度的激光信号照射在同一位置的不同反射率的物体上的激光反射信号图，图中反射信号1是反射率较大的物体反射的激光信号，反射信号2是反射率较小的物体反射的激光信号。如果以某一激光信号强度v1作为时间测量的基准点，那么反射信号1和反射信号2在时间轴上的差为Δt，Δt通常在纳秒级。1纳秒的时间里，激光运动的距离是0.3米，在高精度的测量中，测量精度通常要求在厘米甚至毫米级，0.3米的误差是不能接受的。因此，校准的目的就是为了消除由Δt引起的误差。为此，我们提出一种激光测距校准装置及其校准方法。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种激光测距校准装置及其校准方法。

本发明所采用的技术方案为：

一种激光测距校准装置包括实验台，所述实验台上设有激光发射器、激光接收器、数据处理器及反射板控制器，所述实验台的一侧设有轨道及反射板底座，所述反射板底座滑动地安装在所述轨道内，所述反射板底座的中心轴上设有反射板；

所述激光发射器的输入端口与所述数据处理器连接，用于接收所述数据处理器传送的电激励控制信号，所述激光发射器的输出端口正对所述反射板设置；

所述激光接收器设置于所述反射板的反射激光覆盖的区域内，所述激光接收器与所述数据处理器连接，所述激光接收器用于接收来自所述反射板的激光信号并将接收的激光信号传送至所述数据处理器；

所述数据处理器用于计算激光发射器发射激光信号和激光接收器接收到反射的激光信号之间的时间差并计算测量距离和校准值再保存对应的校准值；

所述反射板控制器包括控制所述反射板以反射板的中心线为中心旋转的第一控制器、控制所述反射板底座的中心轴旋转的第二控制器以及控制所述反射板底座沿所述轨道往复位移的第三控制器；

所述轨道均与所述激光发射器及所述激光接收器的光轴平行；

所述反射板上设有多种不同反射率的涂层，多种涂层均为以所述反射板的中心点为圆心的扇形涂层。

进一步地，所述第一控制器包括第一电机及控制所述第一电机启动的第一控制钮，在所述第一电机的传动轴上设置所述反射板，所述第一控制钮设置在所述实验台上。

进一步地，所述第二控制器包括第二电机及控制所述第二电机启动的第二控制钮，所述第二电机传动连接所述反射板底座的中心轴，所述第二控制钮设置在所述实验台上。

进一步地，所述第三控制器包括第三电机及控制所述第三电机启动的第三控制钮，所述第三电机的传动轴上设置丝杆，所述丝杆匹配穿过套筒与所述反射板底座固定连接，所述套筒固定设置，所述第三控制钮设置在所述实验台上。

进一步地，所述反射板上设有四个以反射板中心点为圆心的扇形涂层，四个扇形涂层的反射率分别为2％、10％、50％及100％。

进一步地，所述激光接收器为光电二极管。

利用上述的激光测距校准装置进行校准的方法，包括以下步骤：

步骤1：将激光接收器、激光发射器、数据处理器和反射板控制器的所有控制钮固定在实验台上，将激光发射器、激光接收器、数据处理器及反射板控制器相对应的数据线及控制线连接，所述轨道均与所述激光发射器及所述激光接收器的光轴平行；

步骤2：设定反射板和激光发射器之间的实际距离d，由反射板控制器控制反射板底座沿轨道运动到距离激光发射器d的位置；

步骤3：在反射板上涂上多个不同反射率的扇形涂层，多个扇形涂层均为以反射板中心点为圆心的扇形涂层；

步骤4：调整反射板至使第一扇形涂层处于激光照射区域；

步骤5：进行校准，校准过程包括发射激光信号，接收激光信号，计算发射信号和接收信号的时间差，并由该时间差计算出测量距离d1，再计算测量距离d1与实际距离d之间的校准值c1，记录c1；

步骤6：由反射板控制器控制反射板底座的中心轴旋转，多次改变激光发射信号照射在反射板上的入射角度，再进行多次校准；

步骤7：由反射板控制器控制反射板底座的中心轴旋转使入射角度为90°；

步骤8：控制所述反射板以反射板的中心线为中心旋转使第二扇形涂层处于激光照射区域，对应重复步骤5-7；

步骤9：控制所述反射板以反射板的中心线为中心旋转使第三扇形涂层处于激光照射区域，对应重复步骤5-7；

步骤10：控制所述反射板以反射板的中心线为中心旋转使第四扇形涂层处于激光照射区域，对应重复步骤5-7；

步骤11：可得到实际距离d处的多组校准数据，并保存多组校准数据。

本发明的有益效果为：

可利用本发明的激光测距校准装置可根据不同的反射率和不同的入射角，计算各自对应的校准值并保存，可得到多组校准数据，在实际测量中，多组保存的校准数据均可用于校准，本发明的激光测距校准装置具有成本低、操作简单、精度满足实用要求等优点。

附图说明

图1是相同强度的激光信号照射在同一位置的不同反射率的物体上反射的激光信号强度图。

图2是本发明的结构示意图。

图3是本发明的反射板底座和反射板的主视图。

图4是本发明的反射板底座和反射板的侧视图。

图5是本发明的激光信号呈不同角度照射在反射板上的示意图。

图中：1-实验台；2-激光发射器；3-激光接收器；4-数据处理器；5-反射板控制器；6-反射板底座；61-反射板；611-第一扇形涂层；612-第二扇形涂层；613-第三扇形涂层；614-第四扇形涂层；62-中心轴；7-轨道。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。

实施例1：

如图1-4所示，本实施例提供一种激光测距校准装置包括实验台1，先在实验台1上固定安装激光发射器2、激光接收器3、数据处理器4及反射板控制器5，然后在实验台的一侧设置轨道7及反射板底座6。在反射板底座6的中心轴62上安装有反射板61。

所述激光发射器的输入端口与所述数据处理器连接，用于接收所述数据处理器传送的电激励控制信号，所述激光发射器的输出端口正对所述反射板设置；激光发射器2用于发射激光信号至所述反射板61。具体地，激光发射器包括控制电路、光路和激光器。

所述激光接收器设置于与所述反射板的反射激光覆盖的区域内，所述激光接收器与所述数据处理器连接，所述激光接收器3用于接收来自所述反射板61的激光信号，并将接收的激光信号传送至所述数据处理器。具体地，所述激光接收器为光电二极管。

所述数据处理器4用于计算激光发射器发射激光信号和激光接收器接收到反射的激光信号之间的时间差并计算测量距离和校准值再保存对应的校准值；数据处理器用于根据激光发射器发射激光信号和激光接收器接收到反射的激光信号之间的时间差ΔT，再由公式d1＝(ΔT×c)/2计算测量距离d1，其中c为激光在空气中的传播速度；最后根据实际距离d和测量距离d1得出校准值c1。

所述反射板控制器5包括控制所述反射板以反射板的中心线为中心旋转的第一控制器、控制所述反射板底座的中心轴旋转的第二控制器以及控制所述反射板底座沿所述轨道往复位移的第三控制器；具体地，第一控制器包括第一电机及控制所述第一电机启动的第一控制钮，在所述第一电机的传动轴上设置所述反射板，这样，启动第一电机，就可带动反射板以反射板的中心线为中心旋转，由于所述反射板上设有多种不同反射率的涂层，多种涂层均为以所述反射板的中心点为圆心的扇形涂层。反射板以其中心线为中心旋转过程中，不同反射率的涂层分别对准激光信号的照射区域，可根据不同的反射率计算对应的校准值并保存。如反射板上设有四个以反射板中心点为圆心的扇形涂层，四个扇形涂层的反射率分别为2％，10％，50％，100％。第一电机带动反射板旋转过程中，可使激光信号能够照射在反射板的不同反射率区域，可使激光信号分别对准反射率为2％，10％，50％，100％的反射率区域。

第二控制器具体包括第二电机及控制所述第二电机启动的第二控制钮，所述第二电机传动连接所述反射板底座的中心轴。启动第二电机可带动反射板底座的中心轴旋转，使得激光照射在反射板的入射角度发生变化。可根据不同的入射角度计算对应的校准值并保存。

所述第三控制器包括第三电机及控制所述第三电机启动的第三控制钮，所述第三电机的传动轴上设置丝杆，所述丝杆匹配穿过套筒与所述反射板底座固定连接，所述套筒固定设置。由于反射板底座滑动地安装在所述轨道内，第三电机启动后，可带动丝杆旋转的同时带动丝杆位移，从而带动反射板底座沿轨道位移，使得反射板底座和实验台之间的距离可以准确定位。

保持轨道与所述激光发射器及所述激光接收器的光轴平行；方便校正。

因此，可利用本发明的激光测距校准装置可根据不同的反射率和不同的入射角，计算各自对应的校准值并保存，保存的数据在实际测量中用于校准。

利用本发明的激光测距校准装置的进行校正的过程如下：

步骤1：将激光接收器、激光发射器、数据处理器和反射板控制器的所有控制钮固定安装在实验台上，连接相应的数据线及控制线等使得本发明的激光测距校准装置能够正常工作；保持激光发射器和激光接收器的光轴平行，并且激光发射器和激光接收器的光轴均与轨道平行。

步骤2：设定反射板和激光发射器之间的实际距离d，由反射板控制器(由第三电机)控制反射板底座沿轨道运动到距离激光发射器d的位置；

步骤3：在反射板上涂上多个不同反射率的扇形涂层，多个扇形涂层均为以反射板中心点为圆心的扇形涂层；如在反射板上涂上四个以反射板中心点为圆心的扇形涂层，四个扇形涂层的反射率分别为2％、10％、50％及100％(以此为例，不限于这几种反射率)，每种反射率的材料在反射板上占据不同的区域，如图3所示。

步骤4：调整反射板至使第一扇形涂层处于激光照射区域，如初始位置为反射率为100％的扇形涂层，即该第一扇形涂层611处于激光照射区域(图3中的虚线区域为激光照射区域)，反射板与激光信号的光轴垂直，也就是激光信号呈90°照射在反射板所在平面，如图5(a)所示。

步骤5：进行校准。(校准所包含的过程是：发射激光信号、接收激光信号、计算发射信号和接收信号的时间差，并由该时间差计算出测量距离d1，再计算测量距离d1与实际距离d之间的差值即校准值c1，记录c1)

步骤6：由反射板控制器控制反射板底座的中心轴旋转(由第二电机控制反射板底座的中心轴旋转)即控制反射板轴向旋转，多次改变激光发射信号照射在反射板上的入射角度，再进行多次校准。

如每次使反射板轴向旋转一定的角度，比如每次旋转2°(或5°)，直到入射角度接近0°，可多次改变激光发射信号照射在反射板上的入射角度，对应进行多次校准，这样可根据不同的入射角度计算对应的校准值并保存。

步骤7：由反射板控制器控制反射板轴向旋转，回到入射角度为90°，再进行下一个扇形涂层所在位置上的校准。

步骤8：控制所述反射板以反射板的中心线为中心旋转使第二扇形涂层612处于激光照射区域，其中第二扇形涂层的反射率可为50％，对应重复步骤5-7；在第二扇形涂层所在位置上进行多次校准。

步骤9：控制所述反射板以反射板的中心线为中心旋转使第三扇形涂层613处于激光照射区域，其中第三扇形涂层的反射率可为10％，对应重复步骤5-7；在第三扇形涂层所在位置上进行多次校准。

步骤10：控制所述反射板以反射板的中心线为中心旋转使第四扇形涂层614处于激光照射区域，其中第四扇形涂层的反射率可为2％，对应重复步骤5-7；在第四扇形涂层所在位置上进行多次校准。

步骤11：如果有多个扇形涂层的情况，则依次类推，可得到实际距离d处的多组校准数据，在实际测量中，多组校准数据均可用于校准。

如需对不同型号或不同量程的激光测距装置进行校准时，可以改变距离d，再重复以上的步骤2-12。

综上所述，可利用本发明的激光测距校准装置可根据不同的反射率和不同的入射角，计算各自对应的校准值并保存，可得到多组校准数据，在实际测量中，多组保存的校准数据均可用于校准，本发明的激光测距校准装置具有成本低、操作简单、精度满足实用要求等优点。

本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (7)

1.一种激光测距校准装置，其特征在于：包括实验台，所述实验台上设有激光发射器、激光接收器、数据处理器及反射板控制器，所述实验台的一侧设有轨道及反射板底座，所述反射板底座滑动地安装在所述轨道内，所述反射板底座的中心轴上设有反射板；

所述激光发射器的输入端口与所述数据处理器连接，用于接收所述数据处理器传送的电激励控制信号，所述激光发射器的输出端口正对所述反射板设置；

所述激光接收器设置于所述反射板的反射激光覆盖的区域内，所述激光接收器与所述数据处理器连接，所述激光接收器用于接收来自所述反射板的激光信号并将接收的激光信号传送至所述数据处理器；

所述数据处理器用于计算激光发射器发射激光信号和激光接收器接收到反射的激光信号之间的时间差并计算测量距离和校准值再保存对应的校准值；

所述反射板控制器包括控制所述反射板以反射板的中心线为中心旋转的第一控制器、控制所述反射板底座的中心轴旋转的第二控制器以及控制所述反射板底座沿所述轨道往复位移的第三控制器；

所述轨道均与所述激光发射器及所述激光接收器的光轴平行；

所述反射板上设有多种不同反射率的涂层，多种涂层均为以所述反射板的中心点为圆心的扇形涂层。

2.根据权利要求1所述的激光测距校准装置，其特征在于：所述第一控制器包括第一电机及控制所述第一电机启动的第一控制钮，在所述第一电机的传动轴上设置所述反射板，所述第一控制钮设置在所述实验台上。

3.根据权利要求1所述的激光测距校准装置，其特征在于：所述第二控制器包括第二电机及控制所述第二电机启动的第二控制钮，所述第二电机传动连接所述反射板底座的中心轴，所述第二控制钮设置在所述实验台上。

4.根据权利要求1所述的激光测距校准装置，其特征在于：所述第三控制器包括第三电机及控制所述第三电机启动的第三控制钮，所述第三电机的传动轴上设置丝杆，所述丝杆匹配穿过套筒与所述反射板底座固定连接，所述套筒固定设置，所述第三控制钮设置在所述实验台上。

5.根据权利要求4所述的激光测距校准装置，其特征在于：所述反射板上设有四个以反射板中心点为圆心的扇形涂层，四个扇形涂层的反射率分别为2％、10％、50％及100％。

6.根据权利要求5所述的激光测距校准装置，其特征在于：所述激光接收器为光电二极管。

7.利用权利要求1-6任一项权利要求所述的激光测距校准装置进行校准的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将激光接收器、激光发射器、数据处理器和反射板控制器的所有控制钮固定在实验台上，将激光发射器、激光接收器、数据处理器及反射板控制器相对应的数据线及控制线连接，所述轨道均与所述激光发射器及所述激光接收器的光轴平行；

步骤2：设定反射板和激光发射器之间的实际距离d，由反射板控制器控制反射板底座沿轨道运动到距离激光发射器d的位置；

步骤3：在反射板上涂上多个不同反射率的扇形涂层，多个扇形涂层均为以反射板中心点为圆心的扇形涂层；

步骤4：调整反射板至使第一扇形涂层处于激光照射区域；

步骤5：进行校准，校准过程包括发射激光信号，接收激光信号，计算发射信号和接收信号的时间差，并由该时间差计算出测量距离d1，再计算测量距离d1与实际距离d之间的校准值c1，记录c1；

步骤6：由反射板控制器控制反射板底座的中心轴旋转，多次改变激光发射信号照射在反射板上的入射角度，再进行多次校准；

步骤7：由反射板控制器控制反射板底座的中心轴旋转使入射角度为90°；

步骤8：控制所述反射板以反射板的中心线为中心旋转使第二扇形涂层处于激光照射区域，对应重复步骤5-7；

步骤9：控制所述反射板以反射板的中心线为中心旋转使第三扇形涂层处于激光照射区域，对应重复步骤5-7；

步骤10：控制所述反射板以反射板的中心线为中心旋转使第四扇形涂层处于激光照射区域，对应重复步骤5-7；

步骤11：可得到实际距离d处的多组校准数据，并保存多组校准数据。