CN115494480A - 微型化收发同轴脉冲激光测距扫描装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及微型化收发同轴脉冲激光测距扫描装置，其包括底壳部；在底壳部上安装有数据处理模块及与数据处理模块电连接的对外引线；在底壳部上安装有中间壳体，在中间壳体上安装有透光罩底座；在透光罩底座上套有透光罩压环；在底壳部中安装有无刷电机；在无刷电机主轴中部设置有码盘部，在底壳部上配有与码盘部对应的码盘识别模组，用于显示无刷电机旋转角度；本发明设计合理、结构紧凑且使用方便。
Description
技术领域
本发明涉及微型化收发同轴脉冲激光测距扫描装置。
背景技术
脉冲激光测距采用飞行时间测量方法，分别对脉冲激光的发射时刻及接收到目标反射脉冲光信号的时刻进行计时，计算两个时刻的时间差乘以光速换算出目标的距离。发射时刻以及接收时刻的计时定时精度，决定了距离测量的精度。
脉冲激光测距由于测距快，重复频率高，精度高，不受目标材质和颜色影响等优点，得到了广泛的应用。随着国家智能装备产业的飞速发展，脉冲激光测距扫描装置作为具备探测周边情况的核心传感器，在工业控制领域得到更加广泛的推广和应用；与此同时，随着对智能装备整机运行的性能、可靠性及稳定性的要求越来越高，对脉冲激光测距扫描装置也提出了更高的要求。
如图2，传统半导体激光二极管测距扫描装置（CN207516546U专利），激光发射模组和激光接收模组的光轴平行（旁轴系统），距离为某设定固定值，激光收发模组整体固定在旋转支架上，由电机带动一体化旋转扫描，实现对二维场景的扫描和测量。激光发射与激光接收光轴平行，激光照射在近距离目标上时，由于激光接收器件的安装位置是固定的，接收面积是有限的，目标反射的光能量不利于接收系统的有效接收，随着目标距离变近，接收能量急剧下降，接收存在盲区，收发光轴距离越远，盲区越大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题总的来说是提供一种微型化收发同轴脉冲激光测距扫描装置。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：
一种微型化收发同轴脉冲激光测距扫描装置 ，包括底壳部；在底壳部上安装有数据处理模块及与数据处理模块电连接的对外引线；在底壳部上安装有中间壳体，在中间壳体上安装有透光罩底座；在透光罩底座上套有透光罩压环；在底壳部中安装有无刷电机；在无刷电机主轴中部设置有码盘部，在底壳部上配有与码盘部对应的码盘识别模组，用于显示无刷电机旋转角度。
作为上述技术方案的进一步改进：
在透光罩底座上设置有透光罩部；在无刷电机上设置有旋转支架；在旋转支架上对应设置有激光接收模组及激光发射模组；
在透光罩部上设置有透光罩顶座，在透光罩顶座顶部设置有顶盖部；
在激光发射模组上设置有发射准直透镜，在发射准直透镜外环设置有接收透镜，激光接收模组及激光发射模组电连接有主控制器。
激光发射模组采用半导体激光二极管直接准直输出。
本发明设计合理、成本低廉、结实耐用、安全可靠、操作简单、省时省力、节约资金、结构紧凑且使用方便。
附图说明
图1是改进前的旋转反射镜扫描结构示意图。
图2是CN207516546U专利光学系统成像及激光接收探测器示意图。
图3是本发明的收发同轴脉冲激光测距扫描装置结构示意图。
其中，1、底壳部；2、数据处理模块；3、对外引线；4、无刷电机；5、透光罩底座；6、透光罩压环；7、码盘识别模组；8、透光罩部；9、激光接收模组；10、激光发射模组；11、中间壳体；12、透光罩顶座；13、顶盖部；14、码盘部；15、旋转支架；16、发射准直透镜；17、接收透镜；18、主控制器。
具体实施方式
如图1-3，改进前的脉冲激光测距扫描装置一般采用如图1所示的旋转反射镜扫描结构；其中，包括壳体，在壳体中，激光发射模组以及激光接收模组固定安装在装置的壳体中部上。激光发射模组发出的脉冲激光经反射镜反射后投射到被测物体上，被测物体的反射光沿着出射光线的逆方向照射到反射镜上，反射镜反射被测物体的反射光至激光接收模组的接收透镜，聚焦在激光探测器上完成探测。通过电机驱动45度的反射镜旋转，实现二维场景的扫描和测量。在上述方案中，旋转反射镜配有一块独立的回转空间，
为了避免发射激光在透光防护罩上的反射直接被探测器接收到，透光防护罩需要设计一定的倾斜角度，这些都不可避免的增加了装置的体积；要保证发射出去的激光光斑形状在各扫描角度固定不变，需要使用光纤耦合方式或其他型式的激光匀化方案，这会影响激光的耦合准直效率，且增加额外的器件成本。
发射准直透镜对应有45度倾斜设置的反射镜，以反射光线到被测物体上；反射镜电连接有电机，以驱动反射镜旋转；
激光发射模组通过发射准直透镜发出的脉冲激光经反射镜反射后投射到被测物体上，被测物体的反射光沿着出射光线的逆方向照射到反射镜上，反射镜反射被测物体的反射光至激光接收模组的接收透镜完成探测；
通过反射镜旋转，实现二维场景的扫描和测量；
本申请是在CN207516546U专利的基础上的改款变形，重新优化设计整机装配结构，重新设计了激光测距模组。作为持续改进，本申请是一种微型化收发同轴脉冲激光测距扫描装置，基于飞行时间测量原理实现测距。
本申请采用收发同轴脉冲激光测距模组，使用中心开孔接收透镜，中心开孔处安装激光发射准直组件，保证收发同轴，激光发射准直组件采用半导体激光二极管直接准直输出。与旁轴系统相比，收发同轴设计有利于近距离目标的接收识别，可大幅度改善近距离目标的发现能力及测量精度。
本申请使用扁平电机带动收发同轴脉冲激光测距模组旋转，实现激光发射及接收一体化旋转扫描。本申请不使用旋转反射镜，可节省大量空间。电机直接驱动模组旋转，免去中间传动环节，可提高可靠性。
本申请使用扁平电机，能够大幅压缩电机自身占用空间，利用电机轴承边缘的外部空间安装无线供电模组，无需占用额外空间，提高了空间利用率，使得本申请所述装置紧凑、高效，实现了激光脉冲测距扫描装置的微型化。
采用收发同轴一体化旋转扫描的设计：激光测距模组由扁平电机带动旋转实现激光的二维扫描，激光测距模组的激光发射驱动电路与激光接收电路平行放置，中间间隔有较大空间距离，电路工作互不干扰。
在电路参数相同的条件下，为保证远距离探测能力，设计中使用了更大口径的接收透镜，除去中心开孔及发射遮挡损失的面积后，整体接收面积与旁轴结构中单体非开孔透镜相当，在增强近距离目标发现能力的同时保证了远距离测距能力未衰减。
本申请由原专利的透光防护罩与底壳两部分构成变更为透光防护罩、中间壳体与底壳三部分构成，中间壳体改进是对原结构中的电机支架与其他结构融合升级，更便于生产操作。码盘及光耦识别由原来的顶置变更为中置，更靠近电机轴承旋转支点，在杜绝光耦检测受外界环境光或其他雷达激光照射的影响的同时，保证装置在振动环境中使用时，工作的稳定性。
本发明充分描述是为了更加清楚的公开，而对于现有技术就不再一一列举。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；作为本领域技术人员对本发明的多个技术方案进行组合是显而易见的。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (3)
1.一种微型化收发同轴脉冲激光测距扫描装置 ，其特征在于：包括底壳部（1）；在底壳部（1）上安装有数据处理模块（2）及与数据处理模块（2）电连接的对外引线（3）；在底壳部（1）上安装有中间壳体（11），在中间壳体（11）上安装有透光罩底座（5）；在透光罩底座（5）上套有透光罩压环（6）；在底壳部（1）中安装有无刷电机（4）；在无刷电机（4）主轴中部设置有码盘部（14），在底壳部（1）上配有与码盘部（14）对应的码盘识别模组（7），用于显示无刷电机（4）旋转角度。
2.根据权利要求1所述的微型化收发同轴脉冲激光测距扫描装置 ，其特征在于：在透光罩底座（5）上设置有透光罩部（8）；在无刷电机（4）上设置有旋转支架（15）；在旋转支架（15）上对应设置有激光接收模组（9）及激光发射模组（10）；
在透光罩部（8）上设置有透光罩顶座（12），在透光罩顶座（12）顶部设置有顶盖部（13）；
在激光发射模组（10）上设置有发射准直透镜（16），在发射准直透镜（16）外环设置有接收透镜（17），激光接收模组（9）及激光发射模组（10）电连接有主控制器（18）。
3.根据权利要求1所述的微型化收发同轴脉冲激光测距扫描装置 ，其特征在于：
激光发射模组（10）采用半导体激光二极管直接准直输出。
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