CN111999738A - 测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量装置，包括：支撑部件；发射部件，发射部件设置于支撑部件；驱动组件，设置于支撑部件，驱动组件内设有中心通孔；遮光部件，设置于驱动组件的输出端，并覆盖于中心通孔，用于遮挡测量装置外部的杂散光，遮光部件设有用于测量光线穿过的透光区域；光学组件，位于遮光部件和支撑部件之间，并设置于遮光部件，且可在驱动组件施加的回转载荷的作用下转动，光学组件用于调节由发射部件发出的发射光线，并使发射光线穿过透光区域，以及用于调节被目标物体返回的且穿过透光区域的反射光线。本申请通过遮光部件遮挡绝大部分测量装置外部的杂散光，降低外部杂散光对反射光线的干扰，进而提高测量结果准确度。

Description

测量装置

技术领域

本发明涉及空间测量技术领域，特别是涉及一种测量装置。

背景技术

在空间测量技术领域中，测量装置是利用激光器向外发射一条短促的激光脉冲，若激光脉冲遇到目标物体，则会有一部分激光脉冲返回至测量装置，并被接收组件接收，接收组件将接收到的激光脉冲还原成电脉冲，输送至电信号处理器。其中，测量装置根据飞行时间法得到目标物体的具体位置：测量从激光器发射激光脉冲到接收组件接到返回的激光脉冲的时间，而后乘以二分之一光速即可计算出目标物体与测量装置的距离；而后根据激光脉冲的传播方向确定目标物体相对于测量装置的方位角；进而根据距离和方位角完成二维平面内对目标物体的准确定位。

然而，目前在利用测量装置对目标物体进行定位时，在一些应用环境下，测量装置外部具有大量的杂散光，由于测量装置的抗杂散光性能较弱，导致杂散光从四面八方穿透测量装置的保护罩进入测量装置内部，而进入的杂散光会与返回的激光脉冲一起被接收组件接收，进而干扰目标物体的距离和方位角的真实性，最终导致测量装置测量结果的准确度较低和应用场合很受限制。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种能够减少外部杂散光进入测量装置内部，进而提高测量结果准确度、扩大可应用场合的测量装置。

一种测量装置，包括：

支撑部件；

发射部件，所述发射部件设置于所述支撑部件；

驱动组件，所述驱动组件设置于所述支撑部件，用于输出回转载荷，所述驱动组件内设有中心通孔；

遮光部件，所述遮光部件设置于所述驱动组件的输出端，并覆盖于所述中心通孔，用于遮挡所述测量装置外部的杂散光，所述遮光部件设有用于测量光线穿过的透光区域；

光学组件，所述光学组件位于所述遮光部件和所述支撑部件之间，并设置于所述遮光部件，且可在所述驱动组件施加的回转载荷的作用下转动，所述光学组件用于调节由所述发射部件发出的发射光线，并使所述发射光线穿过所述透光区域，以及用于调节被目标物体返回的且穿过所述透光区域的反射光线。

优选地，在其中一个实施例中，所述光学组件包括：

反射镜，所述反射镜设置于所述遮光部件内，且相对所述发射部件的发射方向倾斜设置，所述反射镜的反射面朝向所述透光区域；

接收透镜，所述接收透镜设于所述支撑部件与所述遮光部件之间，并覆盖于所述中心通孔。

优选地，在其中一个实施例中，所述反射镜、所述接收透镜与所述中心通孔同轴设置，所述反射面与所述中心通孔的轴线之间的夹角为45°。

优选地，在其中一个实施例中，所述测量装置还包括连接结构，所述连接结构设于所述反射镜与所述遮光部件之间，用于连接所述反射镜和所述遮光部件，确保反射镜的安装稳固度。

优选地，在其中一个实施例中，所述驱动组件为内转子电机或者外转子电机。

优选地，在其中一个实施例中，所述内转子电机为环形空心内转子电机，所述环形空心内转子电机包括：

电机定子，所述电机定子设置于所述支撑部件；

电机转子，所述电机转子穿设于所述电机定子内部，并设置于所述遮光部件，所述电机转子内部设有所述中心通孔；

电机轴承，所述电机轴承设置于所述电机定子与所述电机转子之间。

优选地，在其中一个实施例中，所述测量装置还包括角度测量组件，所述角度测量组件设置于所述驱动组件，用于统计并记录所述驱动组件的回转角度。

优选地，在其中一个实施例中，所述驱动组件为传动轮结构，所述传动轮结构包括：

驱动部件；

主动轮，所述主动轮设置于所述驱动部件的驱动端；

从动轮，所述从动轮通过传动部件与所述主动轮相连，所述遮光部件设置于所述从动轮的端面。

优选地，在其中一个实施例中，所述传动部件为啮合齿、皮带轮、链条和连杆中的任意一种。

优选地，在其中一个实施例中，所述测量装置还包括接收部件，所述接收部件用于接收所述光学组件导入的所述反射光线并将所述反射光线转换为信号信息。

上述测量装置设置有遮光部件，通过遮光部件遮挡绝大部分测量装置外部的杂散光，降低外部杂散光对反射光线的干扰，进而提高测量结果的准确度。其次，遮光部件还作为支架，因此可直接将光学组件安装于遮光部件上，精简了整体结构，简化了安装步骤，便于提高测量装置的安装精度。再者，光学组件随着驱动组件的驱动端同步转动，取消了用于支撑驱动组件的支撑臂，消除了支撑臂导致的探测盲区，实现了测量装置的360度测量。最后，驱动组件直接设置于支撑部件上，使得整体结构重心下移，提高了测量装置的平衡性和稳定性。

对于本申请的各种具体结构及其作用与效果，将在下面结合附图作出进一步详细的说明。

附图说明

图1为本申请其中一个实施例中测量装置的立体图；

图2为本申请另一个实施例中测量装置的剖视图；

图3为本申请其中一个实施例中测量装置的原理图；

图4为本申请另一个实施例中测量装置的原理图；

图5为本申请其中一个实施例中驱动组件的俯视图；

图6为本申请其中一个实施例中驱动组件的剖视图。

其中，附图标记中，100-支撑部件；200-发射部件；300-驱动组件；310-环形空心内转子电机；311-电机定子；312-电机转子；320-传动轮结构；321-驱动部件；322-主动轮；323-从动轮；324-传动部件；400-遮光部件；410-透光区域；500-光学组件；510-反射镜；520-接收透镜；600-连接结构；700-接收部件；800-电路板；900-角度测量组件。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

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；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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

在其中一个应用场景中，一种测量装置用于测量目标空间内的目标物体的位置。具体的，测量装置可以是激光雷达，激光雷达是以发射光脉冲探测目标物体的位置、速度等特征量的雷达系统，目标物体可以是激光雷达可视区内的运动或静止物体如人、车、建筑、家具、设备、土地、沙丘、洞穴、动植物等。激光雷达的工作原理是向目标物体发射探测信号(发射光线)，然后将接收到的从目标物体反射回来的信号(反射光线)与探测信号进行比较，经信息处理后，获得目标物体的相关信息，例如目标物体相对测量装置的距离、方位、高度、速度、姿态及形状等参数，从而对目标物体进行探测、跟踪和识别。

在其中一个实施例中，参阅图1至图4，一种测量装置包括支撑部件100、发射部件200、驱动组件300、遮光部件400和光学组件500。其中，支撑部件100用于支撑发射部件200、驱动组件300、遮光部件400和光学组件500。发射部件200设置于支撑部件100，驱动组件300内设有中心通孔(未标示)，驱动组件300用于输出回转载荷。遮光部件400设置于驱动组件300的输出端(未标示)，并覆盖于中心通孔，以遮挡测量装置外部的杂散光，且遮光部件400设有用于测量光线穿过的透光区域410，其中，测量光线包括发射部件200发射的发射光线A和目标物体返回的反射光线B。具体的，遮光部件400为倒扣的筒形结构，透光区域410设于筒形结构的侧壁上。光学组件500位于遮光部件400和支撑部件100之间，并设置于遮光部件400，且可在驱动组件300施加的回转载荷的作用下转动。光学组件500用于调节由发射部件200发出的发射光线A，并使发射光线A穿过透光区域410，以及用于调节目标物体返回的且穿过透光区域410的反射光线B。可以理解的是，光学组件500对发射光线A和反射光线B的调整，可以是对光线方向的调整，还可以是对光线强度的调整。其中，遮光部件400可以为遮挡杂散光线的不透明结构，也可以为能够遮挡杂散光线的透明结构。

在其中一个优选的实施例中，发射部件200为激光二极管，发射光线A和反射光线B为激光脉冲。上述测量装置中的发射部件采用激光二极管，具有体积小、重量轻、耗电低、驱动电路简单、调制方便、效率高、使用寿命长、抗震动性能良好的优点。

为了降低测量装置的成本，同时提高测量装置的安全性，在另一个实施例中，发射部件200为红外线发射器，其中，发射光线A和反射光线B为红外线。

在其中一个具体的实施例中，遮光部件400和驱动组件300的输出端之间通过粘贴材料粘贴连接，光学组件500和遮光部件400之间通过粘贴材料粘贴连接。

为了便于测量装置中光学组件的安装、检修与更换，在其中一个优选的实施例中，遮光部件400和驱动组件300的输出端之间通过螺纹紧固件螺纹连接。光学组件500和遮光部件400之间通过螺纹紧固件螺纹连接。

上述测量装置设置有遮光部件，通过遮光部件遮挡绝大部分测量装置外部的杂散光，降低外部杂散光对反射光线的干扰，进而提高测量结果的准确度。其次，遮光部件还作为支架，因此可直接将光学组件安装于遮光部件上，精简了整体结构，简化了安装步骤，便于提高测量装置的安装精度。再者，光学组件随着驱动组件的驱动端同步转动，取消了用于支撑驱动组件的支撑臂，消除了支撑臂导致的探测盲区，实现了测量装置的360度测量。最后，驱动组件直接设置于支撑部件上，使得整体结构重心下移，提高了测量装置的平衡性和稳定性。

在其中一个实施例中，参阅图1与图2，光学组件500包括反射镜510和接收透镜520。其中，反射镜510设置于遮光部件400内，并相对于发射部件200的发射方向倾斜设置，且反射镜510的反射面(未图示)朝向透光区域410。接收透镜520设于支撑部件100与遮光部件400之间，并覆盖于中心通孔。可以理解的是，为了保证反射镜510的反光效果，反射镜510的背面(未图示)涂覆有反光涂层。具体的，接收透镜520为准直透镜，以调整反射光线B的反射方向使反射光线B汇聚于接收部件700。

为了进一步优化上述测量装置的空间布置，参阅图1与图2，在其中一个优选的实施例中，接收透镜520设于中心通孔内。

上述测量装置中光学组件包括反射面始终朝向透光区域的反射镜和设于支撑部件和遮光部件之间的接收透镜，启动驱动组件后，通过遮光部件带动反射镜同步转动，同时由于反射镜的反射面始终朝向透光区域，保证了目标物体反射光线顺利导入测量装置内。

在其中一个实施例中，参阅图1与图2，反射镜510、接收透镜520与中心通孔同轴设置，反射面与中心通孔的轴线之间的夹角为45°。

为了进一步优化测量装置的空间布置，缩小测量装置占用的空间，在其中一个优选的实施例中，中心通孔与发射部件200同轴设置。

上述测量装置，反射面与中心通孔的轴线之间的夹角为45°，并将反射镜、接收透镜与中心通孔同轴设置，压缩了测量装置的占用空间，使得测量装置更为紧凑，便于携带，同时，适用于狭小空间内的目标物体的定位，扩大了测量装置的适用范围。

为了降低上述测量装置中反射镜510的安装难度，在其中一个实施例中，反射镜510的顶部与底部分别与遮光部件400固定。

参阅图1和图2，在其中一个具体的实施中，反射镜510的顶部包括顶面(未标示)。反射镜510的底部包括底面(未标示)。其中，顶面抵接至遮光部件400中顶板的下表面，底面抵接至遮光部件400中侧壁的内表面。当遮光部件400为筒形结构时，反射镜510的顶面为平面，反射镜510的底面为与筒形结构内壁面匹配的弧形曲面。为了进一步降低反射镜510的安装难度，筒形结构的内壁设有承接反射镜510底面的承接凸台(未图示)。

为了增强反射镜510与遮光部件400之间的连接强度，参阅图1至图4，在其中一个优选的实施例中，测量装置还包括连接结构600。其中，连接结构600设于反射镜510与遮光部件400之间，连接结构600用于连接反射镜510和遮光部件400。上述测量装置，通过连接结构连接反射镜和遮光部件，一方面，简化了操作步骤，提高了结构稳定性，另一方面，降低了反射镜和遮光部件的加工难度。

在其中一个具体的实施例中，连接结构600为三角形结构，其中三角形的一条边与反射镜510的背面固定连接，另外两条边的至少一条与遮光部件400固定连接。

为了实现反射镜510与遮光部件的稳定连接，在其中一个实施例中，三角形结构中与反射镜510背面相连的一条边由反射镜510的顶面延伸至反射镜510的底面。

为了简化测量装置的安装，在其中一个具体的实施例中，连接结构600通过粘贴材料分别与反射镜510和遮光部件400粘贴。

为了便于测量装置的拆卸，进而实现测量装置中零部件的检修与更换，在其中一个优选的实施例中，连接结构600通过螺纹紧固件分别与反射镜510和遮光部件400螺纹连接。

为了进一步简化上述测量装置的结构，在其中一个优选的实施例中，连接结构600和遮光部件400一体化成型。上述测量装置，仅需要将反射镜安装于连接结构上，即可完成反射镜的安装，操作简便。

在其中一个优选的实施例中，驱动组件300为内转子电机。内转子电机极数少，转速高，转矩小，同时，由于需要将电机定子与支撑部件固定，而内转子电机的电机定子位于外部，提供了测量装置内部的发射部件、光学组件的安装空间，便于内部结构的安装。

在其中一个实施例中，驱动组件300为外转子电机。外转子电机极数多，转速低，转矩大。当电机带动外转子总成旋转时，通过磁场的作用磁力线穿过隔离套带动内转子总成和叶轮同步旋转、介质完全封闭在静止的隔离套内、从而达到无泄漏抽送介质的目的、彻底解决了机械传动泵的轴封泄漏。

在其中一个优选的实施例中，参阅图1、图3、图5与图6，内转子电机为环形空心内转子电机310。其中，环形空心内转子电机310包括电机定子311、电机转子312和电机轴承(未标示)。其中，电机定子311设置于支撑部件100，电机转子312穿设于电机定子311内部，并设置于遮光部件400，电机转子312内部设有中心通孔，电机轴承设置于电机定子311与电机转子312之间。可以理解的是，环形空心内转子电机310的电机定子311、电机轴承和电机转子312从外向内依次布置。

上述测量装置中的驱动组件采用环形空心内转子电机，缩短电机在中心通孔轴向上的尺寸，使得驱动组件更薄更紧凑，进一步减小测量装置体积。

在其中一个实施例中，参阅图2与图4，驱动组件300为传动轮结构320。其中，传动轮结构320包括驱动部件321、主动轮322、从动轮323和传动部件324，从动轮323与支撑部件100之间设有传动轴承(未图示)。驱动部件321用于提供回转驱动力，主动轮322设置于驱动部件321的驱动端(未标示)，遮光部件400设置于从动轮323的端面，传动部件324设置于主动轮322与从动轮323之间，从动轮323通过传动部件324与主动轮322相连。

上述测量装置中采用普通结构的驱动部件，在保证基本需求的情况下，大大降低了驱动组件的成本，整体结构简单，配合稳定。

在其中一个实施例中，传动部件324为啮合齿、皮带轮、链条和连杆中的任意一种。上述测量装置中的传动部件类型多变，使得测量装置能够适用于各种不同的应用场景，提高了经济效益。

在一个实施例中，主动轮322为主动齿轮，从动轮323为从动齿轮，传动部件324为主动齿轮和从动齿轮上的啮合齿。在另一个实施例中，主动轮322为主动皮带轮，从动轮323为从动皮带轮，传动部件324为设于主动皮带轮和从动皮带轮之间的皮带。在再一个实施例中，主动轮322为主动齿轮，从动轮323为从动齿轮，传动部件324为设于主动齿轮和从动齿轮之间的链条。在又一个实施例中，主动轮322为主动齿轮，从动轮323为从动齿轮，传动部件324为两端分别与主动齿轮和从动齿轮中心相连的连杆。

在其中一个实施例中，参阅图1至图4，测量装置还包括角度测量组件900。其中，角度测量组件900设置于驱动组件300，用于统计并记录驱动组件300的回转角度。具体的，角度测量组件900包括第一角度测量传感器(未图示)、第二角度测量传感器(未图示)和角度编码器(未图示)。其中，第二角度测量传感器固定设置某处，第一角度测量传感器可以设置于电机转子312，第一角度测量传感器还可以设置于从动轮323，角度编码器与控制器电性连接。通过第一角度测量传感器与第二角度测量传感器的相对位置，得到驱动组件的转动位置，并将得到转动位置通过角度编码器编码并存储。

上述测量装置的角度测量组件的结构简单，安装方便，提高了测量装置的测量精度和测量效率。

在其中一个实施例中，测量装置还包括接收部件700。其中，接收部件700用于接收光学组件500导入的反射光线并将反射光线转换为信号信息，其中信号信息可以是电信号。上述测量装置通过接收部件接收反射光线，并将反射光线转换为信号，提高了测量装置的自动化程度，同时提高了测量装置的准确率。

在其中一个实施例中，测量装置还包括电路板800。其中，电路板800与接收部件700电性连接。上述测量装置，通过电路板测量发射部件发射光线与接收部件接收到反射光线的时间差，进而计算出目标物体与测量装置的距离，提高了测量装置的自动化程度及测量精度。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种测量装置，其特征在于，包括：

支撑部件；

发射部件，所述发射部件设置于所述支撑部件；

驱动组件，所述驱动组件设置于所述支撑部件，所述驱动组件内设有中心通孔；

遮光部件，所述遮光部件设置于所述驱动组件的输出端，并覆盖于所述中心通孔，用于遮挡所述测量装置外部的杂散光，所述遮光部件设有用于测量光线穿过的透光区域；

光学组件，所述光学组件位于所述遮光部件和所述支撑部件之间，并设置于所述遮光部件，且可在所述驱动组件施加的回转载荷的作用下转动，所述光学组件用于调节由所述发射部件发出的发射光线，并使所述发射光线穿过所述透光区域，以及用于调节被目标物体返回的且穿过所述透光区域的反射光线。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述光学组件包括：

反射镜，所述反射镜设置于所述遮光部件内，且相对所述发射部件的发射方向倾斜设置，所述反射镜的反射面朝向所述透光区域；

接收透镜，所述接收透镜设于所述支撑部件与所述遮光部件之间，并覆盖于所述中心通孔。

3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述反射镜、所述接收透镜与所述中心通孔同轴设置，所述反射面与所述中心通孔的轴线之间的夹角为45°。

4.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括连接结构，所述连接结构设于所述反射镜与所述遮光部件之间，用于连接所述反射镜和所述遮光部件。

5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述驱动组件为内转子电机或者外转子电机。

6.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于，所述内转子电机为环形空心内转子电机，所述环形空心内转子电机包括：

电机定子，所述电机定子设置于所述支撑部件；

电机转子，所述电机转子穿设于所述电机定子内部，并设置于所述遮光部件，所述电机转子内部设有所述中心通孔；

电机轴承，所述电机轴承设置于所述电机定子与所述电机转子之间。

7.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括角度测量组件，所述角度测量组件设置于所述驱动组件，用于统计并记录所述驱动组件的回转角度。

8.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述驱动组件为传动轮结构，所述传动轮结构包括：

驱动部件；

主动轮，所述主动轮设置于所述驱动部件的驱动端；

从动轮，所述从动轮通过传动部件与所述主动轮相连，所述遮光部件设置于所述从动轮的端面。

9.根据权利要求8所述的测量装置，其特征在于，所述传动部件为啮合齿、皮带轮、链条和连杆中的任意一种。

10.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括接收部件，所述接收部件用于接收所述光学组件导入的所述反射光线并将所述反射光线转换为信号信息。

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