CN114008476A - 用于感测装置的保护外壳 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种检测装置，该检测装置包括(a)LiDAR感测装置；(b)包围所述LiDAR感测装置并且包括至少一个盖板的外壳；其特征在于，盖板的至少一部分是由至少一块玻璃板制成的，玻璃板在750nm至1650nm的波长范围内、优选在750nm至1050nm的范围内具有低于5m^‑1的吸收系数，所述盖板(4)固定到所述保护外壳。根据本发明，所述盖板(4)是被封装的。本发明进一步涉及制造根据本发明的检测装置的方法。

Description

用于感测装置的保护外壳

技术领域

本发明涉及一种检测装置，所述检测装置包括LiDAR感测装置和包围所述感测装置的保护外壳。所述保护外壳包括至少一个盖板。盖板的至少一部分是由至少一块玻璃板制成的，玻璃板在从750nm至1650nm的波长范围内具有低于5m^-1的吸收系数。所述盖板是可拆卸的。所述保护外壳提供了针对外部劣化的改善的保护，同时维持了优异的红外透射率。

背景技术

基于红外的遥感装置(如LiDAR感测装置)是通过用脉冲激光照射目标，并用传感器测量反射脉冲来测量与目标的距离的技术。然后，激光返回时间和波长的差异可以用于制作目标的数字3D表示。这些仪器常用在用于感测运动、位置、接近度、环境光线、速度以及方向的工业、消费者以及其他应用中。LiDAR感测装置具有可以属于机载和陆地类型的宽范围的应用。机载LiDAR感测装置与诸如飞机、直升机、无人机...飞行装置关联。陆地应用既可以是固定的也可以是移动的。固定式陆地扫描实际上是最常见的测量方法。移动式扫描用在移动交通工具上以沿着路径收集数据。

LiDAR感测装置被普遍用于制作高分辨率地图，尤其在以下中应用：农业，例如用于作物测绘，或用于适当地施用昂贵的肥料；考古学，例如用于提供可能在地面上不能辨别的广阔的、连续的特征概览；自主交通工具，例如用于检测和避免障碍物以安全导航通过环境；大气遥感与气象学；军事应用；物理学和天文学，例如用于测量月球的位置、产生行星的精确的全球地形测量；机器人学，例如用于环境感知和物体分类以使机器人车辆和有人驾驶的交通工具以高精确度安全着陆；机载和移动式陆地LiDAR感测装置的组合，用于测量和测绘，风力发电场优化例如用于通过准确测量风速和风湍流增加来自风力发电场的能量输出，太阳能光伏部署例如用于通过确定适当的屋顶在城市水平优化太阳能光伏系统以及用于确定遮光损失。

特别地，在自主交通工具领域，当前的工业趋势是设计真正的自主汽车。为了达到这样的自动驾驶未来，交通工具中的传感器数量将显著增加。LiDAR感测装置通过提供所需的来自交通工具的360°环境的感知反馈而在这一发展中起着至关重要的作用。

前几代的LiDAR感测装置是基于一个至几个光脉冲的发射。相比之下，新一代的LiDAR是高分辨率的，其是基于光脉冲阵列的发射和接收。这些LiDAR感测装置需要非常高水平的红外透射以用非常高的分辨率绘制物理特征，并产生极其准确的结果。因此，新一代的LiDAR感测装置在光学特性方面是更加要求高的，并且因此与保护外壳的常规盖板是不完全兼容的。这是根据本发明的LiDAR装置具有盖板的原因，其中该盖板的至少一部分由在750nm至1650nm的波长范围内具有低于5m^-1的吸收系数的至少一块玻璃板制成，从而为LiDAR感测装置提供所需要的高水平的红外透射以及所需要的机械抵抗力和化学耐久性。因此，玻璃盖具有由红外(IR)透明玻璃制成的至少一部分，以提供所需要的红外透射，特别是对于新一代LiDARS感测装置。

LiDAR感测装置实际上用于非常不同的条件和环境中。感测装置的位置对于在其最佳状态下运行是关键的。它们需要位于可以具有待测量目标的最大且最有效的概览的地方。因此，LiDAR感测装置通常非常暴露于外部环境，并且可能被可能非常极端和苛刻的外部条件所损坏。

如今，当盖被例如石头撞击损坏时，完全更换LiDAR装置，第一是因为盖永久地固定到保护外壳，第二是因为潜在的电子设备损坏的风险，而且因为LiDAR的供应商不希望承担使用损坏的LiDAR的责任。

如今，盖板通常通过胶合固定到保护外壳。然而，胶合具有若干缺点。

第一，必须完美控制施涂过程，以避免在产品的连续寿命期间出现脱胶或泄漏。必须控制环境空气的温度和湿度。还需要在玻璃和塑料上施涂粘附底漆。胶水的施涂必须由自动机器进行以便确保材料的体积恒定。胶水太多会导致施涂玻璃时胶水溢出，另一方面，胶水不足会导致壳体中发生泄漏。

然后，因为粘度，机器喷嘴与塑料盖之间产生胶丝，存在污染保护外壳的风险。一旦施涂胶水，就存在开放时间用于玻璃定位，否则胶水会变得太硬。这也可能堵塞机器的喷嘴。因此，不建议使用直径太小的胶珠。

使用胶水的另一个问题完成固化是耗瓦片的。一般来说，整个体积的胶水需要若干小时到若干天的时间聚合。因此，这意味着在生产地与交货地之间有缓冲库存。

美学秩序的最后问题是在玻璃与塑料壳体之间存在间隙。2个元件的尺寸可以根据玻璃的切割过程和塑料的注塑而变化，2个部分的尺寸被设置为100％确保一个适合另一个。因此，玻璃将被切割得比壳体的开口更小。

因此，需要盖板以保护LiDAR感测装置免受外部劣化，并且在玻璃盖板损坏的情况下可拆卸。

发明内容

本发明涉及一种检测装置，该检测装置包括：

-(a)LiDAR感测装置；

-(b)包围所述LiDAR感测装置的外壳，以及

-(c)至少一个盖板；盖板的至少一部分是由至少一块玻璃板制成的，玻璃板在750nm至1650nm的波长范围内、优选在750nm至1050nm的范围内、更优选在750nm至950nm的范围内具有低于5m^-1的吸收系数，所述盖板固定到保护外壳。

根据本发明，至少一个盖板是封装的。

本发明进一步涉及由至少一块玻璃板制成的可拆卸盖板用于保护LiDAR感测装置免受外部劣化的用途，玻璃板在包括在750nm与1650nm之间的波长范围内、优选在750nm至1050nm的范围内、更优选在750nm至950nm的范围内具有低于5m^-1的吸收系数。

本发明还涉及一种制造包括固定到保护外壳的封装玻璃盖的LiDAR装置的方法。

附图说明

包括附图以提供进一步的理解，并且附图结合到本说明书中并构成其一部分。附图展示了一个或多个实施例，并且与具体实施方式一起用于说明各种实施例的原理和操作。因此，将从以下结合附图考虑的具体实施方式更充分地理解本公开，在附图中：

图1(a)和图1(b)是根据示例性实施例的、根据现有技术的示意性LiDAR装置。

图2是根据示例性实施例的示意性LiDAR装置。

图3(a)和图3(b)是根据另一个示例性实施例的示意性LiDAR装置。

具体实施方式

本发明的检测装置包括LiDAR感测装置和包围所述LiDAR感测装置的保护外壳。保护外壳包括至少一个盖板，其中盖板的至少一部分是由至少一块玻璃板制成的，玻璃板在750nm至1650nm的波长范围内具有低于5m^-1的吸收系数，所述至少一个盖板固定到保护外壳。

根据本发明，至少一个盖板是封装的。

根据一个实施例，固定到保护外壳的盖板是可拆卸的盖。封装的盖板可以通过可逆的机械紧固器件固定到保护外壳。

机械紧固器件可以包括位于盖板的周边区域处、在LiDAR装置的视场之外的紧固元件。紧固元件可以包括通过例如补充元件粘结到盖板的内表面的第一元件，这些补充元件是保护外壳的一部分或通过封装固定到保护外壳。机械紧固元件和补充元件优选是可逆的，可以包括卡扣配合组件、卡口或螺纹组件等。可逆紧固器件的优点是，盖板可以在损坏的情况下被拆卸并更换或修理。

根据本发明的一个实施例，盖板被封装到金属或塑料框架以形成组件。然后，该组件通过机械紧固器件固定到保护外壳，机械紧固器件可以包括位于盖板的周边区域处、在LiDAR装置的视场之外的紧固元件。紧固元件可以包括通过例如补充元件粘结到盖板的内表面的第一元件，该补充元件是保护外壳的一部分或通过封装固定到保护外壳。机械紧固和补充元件优选是可逆的，可以包括卡扣式组件、卡口式或螺纹式组件等。可逆紧固器件的优点是，盖板可以在损坏的情况下被拆卸和更换或修理。

因此，关于所提出的解决方案，如果盖板损坏，可以只更换盖，因为盖板远离LiDAR，从而有效地保护LiDAR本身即其部件如传感器、光束。此外，如果盖板损坏，它具有足够的抵抗力，不会影响LiDAR。

根据本发明的一个实施例，至少一个盖板可以进一步包括透明壁。第二透明壁可以与盖板光学耦合或不耦合(例如，用与盖板的折射率相匹配的软材料)，并且期望提供相同的功能。透明壁可以通过空间与盖板分开，以改善对LiDAR装置的部件(传感器、光束...)的保护。然后，盖板和透明壁板被封装在例如由金属框架和软材料制成的框架内。然后，包括两个玻璃板的框架通过可逆紧固器件固定到保护外壳。

根据本发明的一个实施例，盖板检测装置被封装在软材料中，该软材料围绕盖板的周边。

根据本发明的一个实施例，盖板与保护外壳封装在一起以形成一体。

由于本发明，确保了盖板与保护外壳之间的密封(紧密性)。此外，由于盖板可以与保护外壳的边缘齐平，因此改善了LiDAR的美感。

根据本发明的一个实施例，用于将盖板封装到保护外壳的材料选自PVC、TPE或PU。因此，几乎所有的粘结/胶合问题都被消除或至少显著减少。

根据本材料，软材料可以是热塑性聚合物(诸如聚丙烯)、热塑性弹性体(TPE)(诸如烯烃热塑性弹性体(TPO)、聚氨酯、聚酰胺或软聚氯乙烯)、硅树脂或类似材料，或者任何适合于反应性注塑成型的材料。

通过使用封装方法，更容易控制注塑模具和材料的温度，因为它们与冲压参数关联。还可以良好地管理和控制注塑材料的体积，以具有良好的封装。由于注塑是在工具腔内进行的，因此不存在材料溢出或泄漏的风险。底漆可以用于玻璃与塑料之间的粘附，但不能用于2种塑料之间的粘附。

由于塑料注塑方法本身的原因，不需要观察胶合的等待时间。

除了材料的冷却时间，也就是在露天的几分钟，可以将该部分直接发送给客户。

在美观方面，封装补偿了塑料壳体的玻璃切割和形状公差。此外，盖板可以与保护外壳齐平。

在将至少一个盖板直接封装到保护外壳然后形成一体的情况下，首先注塑柔性件(limp)。然后，在到达玻璃的位置时，将注塑材料注入2个部分之间产生的空腔中。由于该过程是在高压下进行的。该过程是安全的，以完美地填充该区域，并且因此大大改善了玻璃与外壳之间的紧密性和粘附性。从外面看，在不同的元件即盖板与保护外壳之间可以获得完美的齐平外观。

根据本发明的一个实施例，盖板可以设置有底漆以用于硬材料与封装材料之间的粘附。

本发明的LiDAR感测装置(也写为Lidar、LIDAR或LADAR-是光检测与测距(LightDetection And Ranging)的首字母缩写)是通过用红外(IR)激光照射目标并且用传感器测量反射脉冲来测量距离的技术。与目标的距离通过记录透射脉冲与反向散射脉冲之间的时间并通过使用光速以计算行进距离来确定。然后其可以用于制作目标的数字3D表示。

LiDAR具有可以属于机载或陆地类型的宽范围的应用。这些不同类型的应用需要具有基于数据的目的、待捕获面积的尺寸、期望的测量范围、设备成本、以及更多的变化的技术参数的扫描仪。

一般而言，LiDAR感测装置是光电系统，其由以下几个主要部件构成：(1)至少一个激光发射器。优选地，本发明的LiDAR感测装置的激光发射器主要在从700nm至1mm的红外波长、优选在780nm至3μm的近红外波长、更优选在从750nm至1650nm的波长范围内发射；(2)至少一个包括光收集器(望远镜或其他光学器件)的接收器。几种扫描技术是可用的，如双振荡平面镜，结合多棱镜和双轴扫描仪。光学器件选择影响角分辨率和可以被检测的范围。孔镜或分光镜可以用作光收集器。(3)将光转换为电信号的至少一个光电检测器；以及提取所寻求的信息的电子处理链信号。优选地，用于本发明中的LiDAR感测装置是基于扫描、旋转、泛光(flashing)或固态LiDAR的新一代LiDAR感测装置。扫描或旋转LiDAR是使用移动激光束，而泛光和固态LiDAR发射从物体反射的光脉冲。

保护外壳可以由任何已知用于制造保护外壳的普通材料制成，如任何合适的金属材料(铝...)、不透明和/或透明的塑料材料(PVC、涂覆有聚酯的PVC、聚丙烯HD、聚乙烯...)、及其组合。外壳形状将通常与LiDAR感测装置的形状关联以用于更好的保护。LiDAR感测装置可以包括几个可以是固定或旋转的不同部分。常见的LiDAR的形状是指在其所位于的平台上冒出的“蘑菇状”装置。

保护外壳将包括至少一个盖板。外壳可以包括两个盖板，一个专门用于发射并且另一个专门用于反射，或包括更多个盖板。

为了避免疑问，可见光被定义为具有在400nm至700nm范围内的波长。

根据本发明，玻璃板在从750nm至1650nm的波长范围内具有低于5m^-1的吸收系数。为了量化玻璃板在红外范围内的低吸收，在本说明书中，使用在从750nm至1650nm的波长范围内的吸收系数。吸收系数是由在给定环境中的吸收度与电磁辐射经过的光程长度之间的比率定义的。它以m^-1表示。因此它独立于材料的厚度，但它是所吸收辐射的波长以及材料的化学性质的函数。

在玻璃的情况下，在选定波长λ处的吸收系数(μ)可以从透射率(T)的测量值以及材料的折射率n计算(thick＝厚度)，n、ρ和T的值是选定波长λ的函数：

其中，ρ＝(n-1)²/(n+1)²。

与常规玻璃(如所述的“透明玻璃”，对于其，此系数约为30m^-1数量级)相比，根据本发明的玻璃板优选在750nm至1650nm的波长范围(通常用于涉及本发明的光学技术中)内具有非常低的吸收系数。特别地，根据本发明的玻璃板在从750nm至1650nm的波长范围内具有低于5m^-1的吸收系数。

玻璃板是例如在专利申请WO 2019030106中得到良好描述的那些。WO 2019030106中描述的玻璃组合物通过引用并入本文。

除了其基础组成之外，该玻璃可以包括天然和根据所期望的效果的量进行适配的其他组分。

本发明中提出的获得在近红外(IR)中非常透明的玻璃而对其美学或其颜色的影响弱或没有影响的解决方案是在玻璃组成中结合低铁量和特定含量范围内的铬。

此种结合低水平的铁和铬的玻璃组成在红外透射方面示出特别好的性能，并且示出在可见光的高透明度和有点显著的色彩，近似于被称为“超透明”的玻璃。

根据本发明，在保护外壳内的盖板的玻璃板可以呈平面板的形式或可以是弯曲的。

向如专利申请WO 2019030106中描述的本发明的盖板的玻璃板添加一种或多种有用的功能可以是有利的。

在转向详细展示示例性实施例的附图之前，应当理解，本发明技术不限于具体实施方式中所阐述或附图中展示的细节或方法。例如，正如本领域普通技术人员将理解的，与附图中的一个所示或与实施例中的一个有关的文本中描述的实施例相关联的特征和属性可以良好地应用于附图中的另一个所示或文本中别处描述的其他实施例。

参考图1(a)，该图示意性地表示了根据现有技术的LiDAR装置，检测装置1由包括光学元件部分的LiDAR感测装置2组成，光学元件部分是例如反射器、分束器和光学传感器(未示出)。根据示例性实施例，LiDAR感测装置2由保护外壳3保护。提供玻璃盖板4(或塑料盖)，该玻璃盖板形成围绕或毗连光学元件部分的壁或窗口。在操作中，光可以穿过玻璃盖板4传递到LiDAR感测装置2的光学元件部分和/或来自该光学元件部分。在现有技术中，玻璃盖板(或塑料盖)永久地固定到LiDAR感测装置2的保护外壳。一般来说，通过将盖板胶合5到保护外壳来固定盖板。因此，当盖板损坏时，必须完全更换LiDAR，从而导致成本过高。

在图1(b)中，在保护外壳3上的胶合盖板4的标准区段中也表示了现有技术。如图1(b)所示，在玻璃盖板4与塑料保护外壳3之间存在间隙6，这对于补偿不同制造方法的公差是必不可少的。因此可以看出，从保护外壳3外面看，该间隙是完全可见的。此外，在定位玻璃盖板4时，存在一种风险，即胶水5要么朝向外壳3的外部溢出，要么朝向内部溢出，这也暗示着玻璃4没有接触到止挡件，并且因此玻璃被错误地定位。

图2表示本发明的一个实施例。图2表示将盖玻璃4直接封装到保护外壳3的示意图。因此，盖板4和保护外壳形成一体。包括感测系统(未示出)的保护外壳3的制造可以在同一过程中形成，而不是将玻璃盖板4封装到保护外壳3。在封装的情况下，首先将塑料保护外壳3注入适当的材料中。然后，在玻璃盖板4的位置水平处，将作为软材料的封装材料例如注入到玻璃盖板4与保护外壳3之间形成的空腔中。由于该过程是在高压下进行的，因此将该区域完全填充是安全的，并且因此显著改善了玻璃与外壳之间的紧密性和粘附性。从外面看，不同元件之间获得了完全的齐平外观。

图3(a)和图3(b)表示本发明的一个实施例，其中盖板4首先被封装到由金属和软材料制成的框架7中，或者被封装到软材料中，以形成组件8。然后，组件8通过可逆紧固器件9(诸如螺钉、胶珠或任何合适的材料)固定到保护外壳3。因此，如果盖板4由于例如被石头撞击而损坏，只应更换玻璃盖板4，而不是更换整个检测装置1，从而在LiDAR损坏的情况下降低成本。然后，盖板是可拆卸和可更换的盖板4。

在图3(b)中，盖板4进一步受到透明壁10的保护，该透明壁具有联接到盖板4并且与感测系统2(即检测装置1的部件)一起工作的特性。透明壁10通过封装在由金属制成的或由金属或塑料制成的框架7中固定到盖板。透明壁10朝向外部环境定位，以更好地保护盖板4，并且因此保护检测装置免受外部侵害，如石头撞击。由透明壁10、玻璃盖4以及框架7形成的组件8然后通过可逆紧固器件固定到保护外壳，从而便于更换透明壁10和/或盖板4。对于图3(a)中描述的实施例，可逆紧固器件可以是螺钉、胶珠或技术人员熟知的任何合适的材料。

根据本发明，LiDAR装置可以放置在任何交通工具中，如汽车、货车、卡车、飞机、火车、直升机...LiDAR装置可以定位在保险杠、镶饰、顶部上。

Claims (14)

1.一种检测装置(1)，包括，

a.LiDAR感测装置(2)；

b.包围所述LiDAR感测装置(2)的保护外壳(3)，

c.至少一个盖板(4)；所述至少一个盖板是由至少一块玻璃板制成的，所述玻璃板在750nm至1650nm的波长范围内、优选在750nm至1050nm的范围内、更优选在750nm至950nm的范围内具有低于5m^-1的吸收系数，所述盖板(4)固定到所述保护外壳，

其特征在于，所述盖板(4)是封装的。

2.根据权利要求1所述的检测装置(1)，其中，所述盖板(4)是可拆卸的盖。

3.根据权利要求1或2所述的检测装置(1)，其中，所述盖板(4)被封装到金属或塑料框架(7)以形成组件(8)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的检测装置(1)，其中，所述组件(8)通过可逆紧固器件固定到所述保护外壳。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的检测装置(1)，其中，所述盖板(4)被封装在软材料中，所述软材料围绕所述盖板(4)的周边。

6.根据权利要求5所述的检测装置(1)，其中，所述盖板(4)通过封装固定到所述保护外壳，从而形成一体。

7.根据前述权利要求中任一项所述的检测装置(1)，其中，所述检测装置(1)定位在交通工具的例如保险杠、镶饰、顶部...上。

8.根据前述权利要求中任一项所述的检测装置(1)，其中，所述LIDAR感测装置是能够进行3D测绘和发射波长范围在750nm与1650nm之间的激光束的扫描、旋转、闪光或固态LiDAR装置。

9.一种用于制造根据前述权利要求中任一项所述的LiDAR装置(1)的方法，包括以下步骤：

a.提供保护外壳(3)，

b.封装所述盖板(4)的至少一部分，

c.将所封装的盖板(4)固定到所述保护外壳(3)。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述保护外壳(3)和所述盖板(4)在封装模具中被封装在一起以形成一体。

11.根据权利要求8或9所述的方法，其中，所述盖板(4)与所述保护外壳(3)的周边边缘齐平。

12.根据权利要求8所述的方法，其中，所述盖板(4)被封装在由金属和/或软材料制成的框架(7)中以形成组件(8)，所述组件(7)通过可逆紧固器件(9)固定到所述保护外壳(3)。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述组件(8)进一步包括面向外部环境的透明壁(10)，用于保护所述盖板(4)。

14.根据前述权利要求中任一项所述的检测装置，其中，所述LIDAR感测装置是能够进行3D测绘和发射波长范围在750nm与1650nm之间的激光束的扫描、旋转、闪光或固态LiDAR装置。

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