CN115327552B - 一种双光楔激光雷达扫描光机及扫描轨迹控制方法 - Google Patents

一种双光楔激光雷达扫描光机及扫描轨迹控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115327552B
CN115327552B CN202211243627.0A CN202211243627A CN115327552B CN 115327552 B CN115327552 B CN 115327552B CN 202211243627 A CN202211243627 A CN 202211243627A CN 115327552 B CN115327552 B CN 115327552B
Authority
CN
China
Prior art keywords
wedge
scanning
optical
laser
incident
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202211243627.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115327552A (zh
Inventor
黄陆君
虞静
唐海龙
黄贵余
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sichuan Ji'e Intelligent Technology Co ltd
Original Assignee
Sichuan Ji'e Intelligent Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sichuan Ji'e Intelligent Technology Co ltd filed Critical Sichuan Ji'e Intelligent Technology Co ltd
Priority to CN202211243627.0A priority Critical patent/CN115327552B/zh
Publication of CN115327552A publication Critical patent/CN115327552A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115327552B publication Critical patent/CN115327552B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4817—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明提供了一种双光楔激光雷达扫描光机及扫描轨迹控制方法，涉及激光雷达技术领域。双光楔激光雷达扫描光机包括设于机体内的底座，底座上设有激光入射单元，底座上、下部的机体内分别设有扫描、接收单元，扫描单元包括两组扫描机构，扫描机构包括转动设置于机体内的光楔，激光入射单元包括设于扫描单元底部的反射镜，激光入射单元射出的激光通过反射镜反射面的偏转后依次穿过两光楔。扫描轨迹控制方法包括：光楔初始相位对齐和相位控制，光楔初始相位对齐是通过两个分体式直流电机转角的控制，实现两光楔不同的初始角度控制；光楔相位控制是通过两个分体式直流电机转动速度的控制，实现两光楔在连续旋转过程中不同的相对角度控制。

Description

一种双光楔激光雷达扫描光机及扫描轨迹控制方法
技术领域
本发明涉及激光雷达技术领域，具体涉及一种双光楔激光雷达扫描光机及扫描轨迹控制方法。
背景技术
激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，其工作原理是向目标发射探测信号（激光束），然后将接收到的从目标反射回来的信号（目标回波）与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息。
现有技术中，由于传统激光雷达扫描方式存在扫描视场角小（如摆镜扫描及光学相控阵扫描）和激光脉冲有效利用率低（如旋转多棱镜扫描）的问题，导致传统激光雷达扫描效率低、点云利用率低。
发明内容
本发明的目的是开发一种扫描效率高、点云利用率高的双光楔激光雷达扫描光机及扫描轨迹控制方法。
本发明通过如下的技术方案实现：
一种双光楔激光雷达扫描光机，包括：
机体；
底座，设于机体内；
激光入射单元，设于底座上；
扫描单元，设于底座上部的机体内；
接收单元，设于底座下部的机体内；
其中，所述激光入射单元包括设于扫描单元与接收单元之间的反射镜，所述扫描单元包括两组扫描机构，所述扫描机构包括转动设置于机体内的光楔，所述机体内设有驱动光楔转动的分体式直流电机，所述激光入射单元射出的光源通过反射镜反射面的偏转后依次穿过两个光楔。
可选的，所述反射镜的反射面呈椭圆形，其短轴等于进入反射面上的光源光斑直径。
可选的，所述反射镜外部套设有防旁瓣套筒，所述反射镜反射面侧部的防旁瓣套筒上设有入射口，所述防旁瓣套筒顶部设有出射口，所述入射口及出射口的内径与通过它们的光源光斑直径匹配。
可选的，所述激光入射单元还包括：
入射激光固定座，设于反射镜侧部的底座上；
激光准直器，设于入射激光固定座上；
激光光纤，与激光准直器连接；
其中，所述反射镜的反射面朝向激光准直器。
可选的，所述激光准直器和激光光纤水平设置，所述反射镜的反射面与水平面呈45°夹角设置，两个所述光楔呈竖直线设于反射镜上部。
可选的，所述扫描单元还包括设于反射镜上部机体内的壳体，所述扫描机构还包括转动设于壳体上的光楔镜筒，所述光楔固定于所述光楔镜筒内，所述分体式直流电机设于壳体上并与光楔镜筒传动连接。
可选的，所述机体内设有与分体式直流电机配合的伺服驱动器，所述壳体上对应位置设有与光楔镜筒及伺服驱动器配合的增量式角度测量传感器。
可选的，所述接收单元包括设于反射镜下部机体内的接收安装镜筒，所述接收安装镜筒内上下设置有窄带滤光片和非球面接收透镜，所述接收安装镜筒底部设有光电转换传感器。
可选的，所述接收安装镜筒内对应设有与非球面接收透镜配合的接收透镜安装支撑体，所述接收透镜安装支撑体上设有接收透镜压环，所述接收透镜压环的环面上设有橡胶垫圈，所述窄带滤光片顶部还设有与其配合的滤光片压环，所述滤光片压环与接收透镜安装支撑体连接。
一种双光楔激光雷达扫描光机的扫描轨迹控制方法，通过光楔初始相位对齐和相位控制，使不同的初始相位和相位控制实现不同的扫描脚点轨迹控制；
其中，光楔初始相位对齐是通过两个分体式直流电机转角的控制，实现两个光楔不同的初始角度控制；
光楔相位控制是通过两个分体式直流电机转动速度的控制，实现两个光楔在连续旋转过程中不同的相对角度控制。
本发明的有益效果是：
1.采用双楔形镜折射，单个光楔偏转角达到30°，最大偏转角±30°，扫描视场大，双光楔扫描采用激光折射方式，有效减小系统的体积，可将点云全部分布在±30°的视场角范围内，光学利用率可达到100%；
3.分体式直流电机为内转子电机，转子和光楔镜筒刚性连接，带动光楔镜筒和光楔旋转，可以提高设备稳定度，抗震效果好，分体式直流电机转速快，速度可控，并由伺服驱动器控制，实现转速和转角的精准控制，扫描速度快；
4.光楔镜筒旋转角度由圆光栅编码器进行测量，采用高精度编码器，位置反馈角度精度高，圆光栅读数头输出脉冲信号至主控单元和伺服驱动器，完成角度测量和伺服闭环控制，扫描精度高；
5.传统激光雷达搭载于无人机上进行电力巡检及测绘作业时，作业效率低且作业成本高，本发明基于双光楔扫描方式实现激光脉冲全利用，提升点云利用率，本发明搭载于无人机进行快速飞行，解决了点云密度低的问题，可满足如电力巡检、测绘等高点云密度要求的应用。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明结构图；
图2为激光入射单元结构图；
图3为扫描单元结构图；
图4为扫描单元另一视角下的结构图；
图5为接收单元的爆炸视图；
图6为反射镜对激光的偏转示意图；
图7为简化后的双光楔对光线的折射示意图。
附图标记：1.激光入射单元；101.激光光纤；102.激光准直器；103.反射镜；104.防旁瓣套筒；105.入射激光固定座；2．扫描单元；201.光楔；202.分体式直流电机；203.圆光栅编码器；204.圆光栅读数头；205.伺服驱动器；206.光楔镜筒；207.精密轴承；208.壳体；3．接收单元；301.光电转换传感器；302.接收安装镜筒；303.橡胶垫圈；304.接收透镜压环；305.接收透镜安装支撑体；306.非球面接收透镜；307.窄带滤光片；308.滤光片压环；4．惯性导航单元；5．机体；6.底座。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明创造的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
本发明公开了一种双光楔激光雷达扫描光机及扫描轨迹控制方法，双光楔激光雷达扫描光机如图1～6所示，包括机体5，机体5内设有激光入射单元1、扫描单元2、接收单元3及惯性导航单元4，机体5内还设有主控单元以及作为连接骨架的底座6。
激光入射单元1包括设于底座6上的入射激光固定座105，入射激光固定座105上设有激光准直器102。激光准直器102水平设置，激光准直器102侧部设有与其连接且水平设置的激光光纤101。
激光准直器102具有光束准直功能，可将激光光纤101送入的大发散角脉冲激光信号准直为小束散角的脉冲光源，以保证能量集中。
入射激光固定座105远离激光光纤101一侧设有反射镜103，反射镜103呈柱状，反射镜103顶部具有的斜面作为反射面，反射面为椭圆形，反射面与水平面呈45°夹角设置，反射镜103的反射面朝向激光准直器102。
反射镜103对通过激光准直器102的入射光线进行90°偏转，反射镜103反射面的短轴等于准直后的小束散角脉冲光源光斑直径。
反射镜103外部套设有防旁瓣套筒104，防旁瓣套筒104竖直设置。反射镜103反射面侧部的防旁瓣套筒104上设有入射口，入射口的内径，与通过入射口的激光光斑直径匹配。防旁瓣套筒104顶部设有出射口，出射口的内径，与通过出射口的激光光斑直径匹配。
激光入射单元1采用脉冲激光器作为光源，可发射高能量脉冲激光信号，且具备连续可调的脉冲频率、脉冲能量及脉冲宽度等控制功能。
脉冲激光器出射激光经激光光纤101进入激光准直器102，经准直后的脉冲激光入射到反射镜103的反射面上，准直后的激光仍然存在一定的旁瓣，通过防旁瓣套筒104对旁瓣进行收敛，防止旁瓣激光经漫反射后进入接收单元3。
扫描单元2包括壳体208，壳体208设于入射激光固定座105侧部的底座6上，反射镜103及防旁瓣套筒104位于壳体208内底部。
壳体208内设有两组扫描机构，扫描机构包括设于壳体208上的光楔镜筒206，光楔镜筒206通过精密轴承207转动设于壳体208上，光楔镜筒206内固定有光楔201，两组扫描机构的光楔201在竖直方向上叠加设置，使得光线穿过两光楔201。光楔201具有一定的楔角和光线折射能力，能够实现入射光线传播方向的偏转。
壳体208上对应位置设有与光楔镜筒206配合的分体式直流电机202，机体5内设有与分体式直流电机202电性连接的伺服驱动器205，伺服驱动器205实现直流电机的精准转角和转速控制。分体式直流电机202为内转子电机，内转子与光楔镜筒206刚性连接，带动光楔镜筒206和光楔201旋转。
壳体208上对应位置设有增量式角度测量传感器，提供电机旋转角度测量数据，增量式角度测量传感器包括圆光栅编码器203和圆光栅读数头204。光楔镜筒206旋转角度由圆光栅编码器203进行测量，圆光栅读数头204输出脉冲信号至主控单元和伺服驱动器205，完成角度测量和伺服闭环控制。
接收单元3包括接收安装镜筒302，接收安装镜筒302处于底座6下部的机体5内，接收安装镜筒302底部设有光电转换传感器301，接收安装镜筒302内上下设置有窄带滤光片307和非球面接收透镜306。窄带滤光片307水平位于反射镜103底部且两者连接，窄带滤光片307中心设有用于固定反射镜103的开口。
窄带滤光片307只允许指定波长光线通过，进而实现杂质光滤除功能，非球面接收透镜306能够实现大视野角度范围内的光线聚焦，光电转换传感器301可接收特定波长的激光信号，具有一定大小的感光靶面，能够实现光信号到电压/电流信号的转换。
接收安装镜筒302内对应设有与非球面接收透镜306配合的接收透镜安装支撑体305，接收透镜安装支撑体305上设有与其螺纹连接的接收透镜压环304，接收透镜压环304的环面上还设有橡胶垫圈303，通过接收透镜安装支撑体305及接收透镜压环304将非球面接收透镜306固定，接收透镜压环304和接收透镜安装支撑体305构成整个非球面接收透镜306的安装结构。窄带滤光片307顶部还设有与其配合的滤光片压环308，滤光片压环308与接收透镜安装支撑体305螺纹连接。
激光入射单元1中，脉冲激光器射出激光，激光经激光光纤101进入激光准直器102，激光再由反射镜103偏转后进入扫描单元2，激光通过扫描单元2的两个光楔201后射出。激光反射后进入接收单元3，返回的激光由非球面接收透镜306进行聚焦，光电转换传感器301的靶面位于非球面接收透镜306的焦点上，通过光电转换传感器301实现光信号到电压/电流信号的转换。
双光楔激光雷达扫描光机的扫描轨迹控制方法如下：
通过光楔201初始相位对齐和相位控制，使不同的初始相位和相位控制实现不同的扫描脚点轨迹控制；光楔201初始相位对齐是通过两个分体式直流电机202转角的控制，实现两个光楔201不同的初始角度控制；光楔201相位控制是通过两个分体式直流电机202转动速度的控制，实现两个光楔201在连续旋转过程中不同的相对角度控制。
图7为简化后的双光楔对光线的折射示意图，两个光楔201分别为光楔I和光楔II， 出射光线首先经光楔I的
Figure DEST_PATH_IMAGE001
面折射后，进入光楔II的
Figure 616661DEST_PATH_IMAGE002
面，再次进行折射。
两个光楔201对光线的折射可描述为：
设光线沿主光轴Z入射，则入射方向向量
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，取
Figure 329533DEST_PATH_IMAGE001
上长轴和短轴方向单 位距离的点
Figure 364485DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，设光楔I当前旋转角度为
Figure 728471DEST_PATH_IMAGE006
，当前面的长轴与
Figure DEST_PATH_IMAGE007
平面夹角
Figure 902094DEST_PATH_IMAGE008
为楔 角，则
Figure 882688DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure 721331DEST_PATH_IMAGE005
的坐标计算为：
Figure 956135DEST_PATH_IMAGE010
面
Figure 956452DEST_PATH_IMAGE001
的法向量计算为：
Figure 158763DEST_PATH_IMAGE012
光线经面
Figure 801097DEST_PATH_IMAGE001
的折射作用满足折射定律
Figure DEST_PATH_IMAGE013
，其中，
Figure 621898DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure DEST_PATH_IMAGE015
分别为入射介质和出射介质的折射率，
Figure 652171DEST_PATH_IMAGE016
为折射面法向量，
Figure DEST_PATH_IMAGE017
和
Figure 420407DEST_PATH_IMAGE018
分别为面
Figure 600852DEST_PATH_IMAGE001
的入射光 线和出射光线方向向量。对于面
Figure 810248DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure DEST_PATH_IMAGE019
且
Figure 11422DEST_PATH_IMAGE020
，
Figure DEST_PATH_IMAGE021
为光楔201的折射率，
Figure 142320DEST_PATH_IMAGE022
为面
Figure 860878DEST_PATH_IMAGE001
的法向量，
Figure DEST_PATH_IMAGE023
。令
Figure 908468DEST_PATH_IMAGE024
，则出射光线 方向向量
Figure 559505DEST_PATH_IMAGE018
计算为：
Figure 99070DEST_PATH_IMAGE026
令：
Figure 745952DEST_PATH_IMAGE028
Figure 54574DEST_PATH_IMAGE030
求解方程
Figure DEST_PATH_IMAGE031
即可求得光楔I出射光线方向向量
Figure 207338DEST_PATH_IMAGE018
。
光楔I和光楔II的两个立面平行放置，平行立面对光线的折射效果相互抵消，光楔 II的入射光线为面
Figure 703041DEST_PATH_IMAGE001
的出射光线，入射光线法向量为
Figure 904346DEST_PATH_IMAGE032
。设坐标系单位法向量为 i、j和k，光楔II当前旋转角度为
Figure DEST_PATH_IMAGE033
，当前面的长轴与
Figure 660950DEST_PATH_IMAGE007
平面夹角
Figure 391140DEST_PATH_IMAGE034
为楔角，则斜面
Figure 905298DEST_PATH_IMAGE002
法向量计算为：
Figure 893982DEST_PATH_IMAGE036
注意到
Figure DEST_PATH_IMAGE037
，斜面
Figure 721736DEST_PATH_IMAGE002
对光线
Figure 403253DEST_PATH_IMAGE038
的折射可描述为：
Figure 139128DEST_PATH_IMAGE040
设
Figure 151078DEST_PATH_IMAGE002
出射方向向量
Figure DEST_PATH_IMAGE041
，令：
Figure DEST_PATH_IMAGE043
Figure DEST_PATH_IMAGE045
则
Figure 492060DEST_PATH_IMAGE046
，则
Figure DEST_PATH_IMAGE047
，激光扫描脚点位置
Figure 564053DEST_PATH_IMAGE048
，R为当前测量距离。
可以看出在不同的旋转角度时，扫描落点具有不同的分布方式，因此可以通过两个光楔201的不同旋转速度实现不同样式的扫描轨迹控制。
本发明具有的有益效果如下：
采用双楔形镜折射，单个光楔201偏转角达到30°，最大偏转角±30°，扫描视场大，双光楔扫描采用激光折射方式，有效减小系统的体积，可将点云全部分布在±30°的视场角范围内，光学利用率可达到100%；
分体式直流电机202为内转子电机，转子和光楔镜筒206刚性连接，带动光楔镜筒206和光楔201旋转，可以提高设备稳定度，抗震效果好，分体式直流电机202转速快，速度可控，并由伺服驱动器205控制，实现转速和转角的精准控制，扫描速度快；
光楔镜筒206旋转角度由圆光栅编码器203进行测量，采用高精度编码器，位置反馈角度精度高，圆光栅读数头204输出脉冲信号至主控单元和伺服驱动器205，完成角度测量和伺服闭环控制，扫描精度高；
传统激光雷达搭载于无人机上进行电力巡检及测绘作业时，作业效率低且作业成本高，本发明基于双光楔扫描方式实现激光脉冲全利用，提升点云利用率，本发明搭载于无人机进行快速飞行，解决了点云密度低的问题，可满足如电力巡检、测绘等高点云密度要求的应用。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (9)

1.一种双光楔激光雷达扫描光机的扫描轨迹控制方法，其特征在于，
该双光楔激光雷达扫描光机包括：
机体；
底座，设于机体内；
激光入射单元，设于底座上；
扫描单元，设于底座上部的机体内；
接收单元，设于底座下部的机体内；
其中，所述激光入射单元包括设于扫描单元与接收单元之间的反射镜，所述扫描单元包括两组扫描机构，所述扫描机构包括转动设置于机体内的光楔，所述机体内设有驱动光楔转动的分体式直流电机，所述激光入射单元射出的光源通过反射镜反射面的偏转后依次穿过两个光楔；
该双光楔激光雷达扫描光机的扫描轨迹控制方法包括：
设光线沿主光轴Z入射，并依次穿过第一个光楔的面
Figure DEST_PATH_IMAGE002
和第二个光楔的面
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，入射方向向量为
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，取
Figure 784527DEST_PATH_IMAGE002
上长轴和短轴方向单位距离的点
Figure DEST_PATH_IMAGE008
和
Figure DEST_PATH_IMAGE010
，设第一个光楔当前旋转角度为
Figure DEST_PATH_IMAGE012
，当前面的长轴与
Figure DEST_PATH_IMAGE014
平面夹角
Figure DEST_PATH_IMAGE016
为楔角，则
Figure 717979DEST_PATH_IMAGE008
和
Figure 294454DEST_PATH_IMAGE010
的坐标计算为：
Figure DEST_PATH_IMAGE018
面
Figure 96188DEST_PATH_IMAGE002
的法向量计算为：
Figure DEST_PATH_IMAGE020
光线经面
Figure 452171DEST_PATH_IMAGE002
的折射作用满足折射定律
Figure DEST_PATH_IMAGE022
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE024
和
Figure DEST_PATH_IMAGE026
分别为入射介质和出射介质的折射率，
Figure DEST_PATH_IMAGE028
为折射面法向量，
Figure DEST_PATH_IMAGE030
和
Figure DEST_PATH_IMAGE032
分
别为面
Figure 759786DEST_PATH_IMAGE002
的入射光线和出射光线方向向量；对于面
Figure 885874DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure DEST_PATH_IMAGE034
且
Figure DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure DEST_PATH_IMAGE038
为光楔的折射率，
Figure DEST_PATH_IMAGE040
为面
Figure 507611DEST_PATH_IMAGE002
的法向量，
Figure DEST_PATH_IMAGE042
；
令
Figure DEST_PATH_IMAGE044
，则出射光线方向向量
Figure 973227DEST_PATH_IMAGE032
计算为：
Figure DEST_PATH_IMAGE046
令：
Figure DEST_PATH_IMAGE048
Figure DEST_PATH_IMAGE050
求解方程
Figure DEST_PATH_IMAGE052
即可求得光楔I出射光线方向向量
Figure 61531DEST_PATH_IMAGE032
；
两个光楔的立面平行放置，平行立面对光线的折射效果相互抵消，第二
个光楔的入射光线为第一个光楔面
Figure 284702DEST_PATH_IMAGE002
的出射光线，入射光线法向量为
Figure DEST_PATH_IMAGE054
；
设坐标系单位法向量为i、j和k，第二个光楔当前旋转角度为
Figure DEST_PATH_IMAGE056
，当前
面的长轴与
Figure 649079DEST_PATH_IMAGE014
平面夹角
Figure DEST_PATH_IMAGE058
为楔角，则面
Figure 500360DEST_PATH_IMAGE004
法向量计算为：
Figure DEST_PATH_IMAGE060
Figure DEST_PATH_IMAGE062
，面
Figure 884200DEST_PATH_IMAGE004
对光线
Figure DEST_PATH_IMAGE064
的折射可描述为：
Figure DEST_PATH_IMAGE066
设
Figure 266770DEST_PATH_IMAGE004
出射方向向量
Figure DEST_PATH_IMAGE068
，令：
Figure DEST_PATH_IMAGE070
Figure DEST_PATH_IMAGE072
则
Figure DEST_PATH_IMAGE074
，则
Figure DEST_PATH_IMAGE076
，激光扫描脚点位置
Figure DEST_PATH_IMAGE078
，R为当前测量距离；
通过光楔初始相位对齐和相位控制，使不同的初始相位和相位控制实现不同的扫描脚点轨迹控制；
其中，光楔初始相位对齐是通过两个分体式直流电机转角的控制，实现两个光楔不同的初始角度控制；
光楔相位控制是通过两个分体式直流电机转动速度的控制，实现两个光楔在连续旋转过程中不同的相对角度控制。
2.根据权利要求1所述的双光楔激光雷达扫描光机的扫描轨迹控制方法，其特征在于，所述反射镜的反射面呈椭圆形，其短轴等于进入反射面上的光源光斑直径。
3.根据权利要求1所述的双光楔激光雷达扫描光机的扫描轨迹控制方法，其特征在于，所述反射镜外部套设有防旁瓣套筒，所述反射镜反射面侧部的防旁瓣套筒上设有入射口，所述防旁瓣套筒顶部设有出射口，所述入射口及出射口的内径与通过它们的光源光斑直径匹配。
4.根据权利要求1所述的双光楔激光雷达扫描光机的扫描轨迹控制方法，其特征在于，所述激光入射单元还包括：
入射激光固定座，设于反射镜侧部的底座上；
激光准直器，设于入射激光固定座上；
激光光纤，与激光准直器连接；
其中，所述反射镜的反射面朝向激光准直器。
5.根据权利要求4所述的双光楔激光雷达扫描光机的扫描轨迹控制方法，其特征在于，所述激光准直器和激光光纤水平设置，所述反射镜的反射面与水平面呈45°夹角设置，两个所述光楔呈竖直线设于反射镜上部。
6.根据权利要求1所述的双光楔激光雷达扫描光机的扫描轨迹控制方法，其特征在于，所述扫描单元还包括设于反射镜上部机体内的壳体，所述扫描机构还包括转动设于壳体上的光楔镜筒，所述光楔固定于所述光楔镜筒内，所述分体式直流电机设于壳体上并与光楔镜筒传动连接。
7.根据权利要求6所述的双光楔激光雷达扫描光机的扫描轨迹控制方法，其特征在于，所述机体内设有与分体式直流电机配合的伺服驱动器，所述壳体上对应位置设有与光楔镜筒及伺服驱动器配合的增量式角度测量传感器。
8.根据权利要求1所述的双光楔激光雷达扫描光机的扫描轨迹控制方法，其特征在于，所述接收单元包括设于反射镜下部机体内的接收安装镜筒，所述接收安装镜筒内上下设置有窄带滤光片和非球面接收透镜，所述接收安装镜筒底部设有光电转换传感器。
9.根据权利要求8所述的双光楔激光雷达扫描光机的扫描轨迹控制方法，其特征在于，所述接收安装镜筒内对应设有与非球面接收透镜配合的接收透镜安装支撑体，所述接收透镜安装支撑体上设有接收透镜压环，所述接收透镜压环的环面上设有橡胶垫圈，所述窄带滤光片顶部还设有与其配合的滤光片压环，所述滤光片压环与接收透镜安装支撑体连接。
CN202211243627.0A 2022-10-12 2022-10-12 一种双光楔激光雷达扫描光机及扫描轨迹控制方法 Active CN115327552B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211243627.0A CN115327552B (zh) 2022-10-12 2022-10-12 一种双光楔激光雷达扫描光机及扫描轨迹控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211243627.0A CN115327552B (zh) 2022-10-12 2022-10-12 一种双光楔激光雷达扫描光机及扫描轨迹控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115327552A CN115327552A (zh) 2022-11-11
CN115327552B true CN115327552B (zh) 2022-12-20

Family

ID=83913694

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211243627.0A Active CN115327552B (zh) 2022-10-12 2022-10-12 一种双光楔激光雷达扫描光机及扫描轨迹控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115327552B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117428790B (zh) * 2023-12-19 2024-02-23 四川吉埃智能科技有限公司 一种机器人避障检测装置及方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7248342B1 (en) * 2003-02-14 2007-07-24 United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Three-dimension imaging lidar
CN100547344C (zh) * 2007-02-07 2009-10-07 中国科学院上海光学精密机械研究所 实时测量表面形貌的正弦相位调制干涉仪
CA3065589C (en) * 2010-06-03 2022-04-26 Catalent Ontario Limited Multi phase soft gel capsules, apparatus and method thereof
CN102955251B (zh) * 2012-11-07 2014-10-22 同济大学 实现粗精两级扫描的转动棱镜装置
CN103317233B (zh) * 2013-06-07 2015-02-18 张立国 一种用于激光加工的光束运动轨迹控制装置
CN105319705B (zh) * 2015-12-02 2018-06-26 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种双光楔扫描装置和光电探测设备
CN106152972A (zh) * 2016-08-11 2016-11-23 广西师范大学 一种相移式光投影三维测量系统及方法
CN106403846B (zh) * 2016-11-25 2019-07-02 深圳中科岹科技有限公司 用于物体表面三维测量的光投影装置
CN106646859B (zh) * 2016-12-01 2019-03-26 上海航天控制技术研究所 单电机驱动的双光楔光学扫描执行机构
EP3623843B1 (de) * 2018-09-11 2021-01-13 Leica Geosystems AG Handgehaltenes laserdistanzmessgerät
CN110695523B (zh) * 2019-06-19 2021-01-15 西安中科微精光子制造科技有限公司 一种激光扫描装置
CN111123507B (zh) * 2019-11-28 2022-02-08 武汉华中天经通视科技有限公司 一种同步扫描旋转双棱镜装置及其一维扫描方法
CN111288923A (zh) * 2020-04-02 2020-06-16 四川文理学院 多模态激光扫描仪光机系统和设备
CN112462512B (zh) * 2020-11-11 2022-11-22 山东科技大学 一种机载激光雷达扫描镜装置、系统及扫描方法
CN114624675A (zh) * 2020-12-10 2022-06-14 北醒（北京）光子科技有限公司 一种激光雷达及其扫描方法
CN113534190B (zh) * 2021-06-22 2024-07-09 深圳玩智商科技有限公司 一种基于双光楔的三维激光雷达成像系统和方法
CN113673078B (zh) * 2021-07-14 2024-03-19 南京航空航天大学 一种双光楔激光雷达模拟计算方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN115327552A (zh) 2022-11-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11899134B2 (en) 2D scanning high precision lidar using combination of rotating concave mirror and beam steering devices
US11336074B2 (en) LIDAR sensor system with small form factor
CN111263897B (zh) 距离探测装置
CA2871502C (en) High speed 360 degree scanning lidar head
CN110325877B (zh) 用于支持激光雷达应用的系统和方法
KR102887305B1 (ko) 레이저 레이더 시스템 및 그의 제어방법, 스캔 각도의 획득방법 및 차량
CN107450060B (zh) 一种激光扫描装置
CN110235025A (zh) 距离探测装置
CN113126061A (zh) 一种激光雷达及其扫描方法
CN115754986A (zh) 激光雷达光学扫描系统、激光雷达和飞行器
CN115327552B (zh) 一种双光楔激光雷达扫描光机及扫描轨迹控制方法
CN113030911A (zh) 一种激光雷达系统
US20230341677A1 (en) Optical assembly for scanning lidar system
CN206546432U (zh) 一种基于时间飞行法的激光雷达光学系统
CN208737000U (zh) 一种四面旋转镜激光雷达
CN115951329A (zh) 一种mems激光雷达光准直环扫装置及方法
CN111308444A (zh) 一种激光雷达系统
CN108627983B (zh) 激光合束系统及其合束方法
CN113030913A (zh) 一种基于二维振镜的激光雷达装置及系统
CN112462512B (zh) 一种机载激光雷达扫描镜装置、系统及扫描方法
CN220178453U (zh) 一种激光扫描光学系统和便携式激光焊接设备
CN208588825U (zh) 激光雷达、自主移动机器人及智能车辆
CN210243829U (zh) 一种激光雷达系统及激光测距装置
CN103017659A (zh) 激光合束发射光路微小位差与角差同步检测系统
CN113534190A (zh) 一种基于双光楔的三维激光雷达成像系统和方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20221111

Assignee: Sichuan Xianwei Intelligent Equipment Co.,Ltd.

Assignor: Sichuan ji'e Intelligent Technology Co.,Ltd.

Contract record no.: X2024980035816

Denomination of invention: A Dual Wedge Lidar Scanning Machine and Scanning Trajectory Control Method

Granted publication date: 20221220

License type: Common License

Record date: 20241213