CN115663570B - 一种激光光点散布调整结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光光点散布调整结构及方法，属于光电测距技术领域，所述结构包括激光器、镜筒、准直透镜、偏转透镜、接收靶和控制器，所述镜筒内嵌装有内磁环，偏转透镜安装于内磁环上，镜筒外套装有驱动内磁环磁性转动的外磁环，外磁环连接有驱动机构；所述方法包括激光光点的产生、激光光点的位置调节、激光光点的位置信号反馈及定点。本发明设计科学合理，使用方便，仅通过简单的旋转运动就可以实现发射方向调节，并根据接收点阵反馈的位置信息自动对发射方向进行调节，不需要人员的干预，调整精度高、速度快，极大的提高了生产效率。

Description

一种激光光点散布调整结构及方法

技术领域

本发明属于光电测距技术领域，具体涉及一种激光光点散布调整结构及方法。

背景技术

目前，广泛应用的激光光点散布调整方法有二种，第一种是直接调整光学准直镜片相对于激光器的安装位置，第二种为直接调整已装配好的激光发射组件安装相对位置。第一种方法对光学准直镜片的安装要求精度高，否则会极大影响光线的传播方向，并且对光学准直镜片的安装架和调整机构精度要求高，调整机构复杂且成本高。第二种方法则是对于已经装配好的激光发射组件的发射方向进行调整，精度很难保证，且多维度的调整导致操作困难。以上方法都存在操作困难，生产效率低等缺点，成为所属技术领域技术人员亟待解决的技术问题。

基于上述缺点，本发明提出了一种激光光点散布调整结构及方法，仅使用简单的旋转运动就可以实现发射方向调节的方法，并根据接收点阵反馈的位置信息自动对发射方向进行调节，不需要人员的干预，调整精度高、速度快，极大的提高了生产效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种激光光点散布调整结构及方法，解决现有激光光点散布调整方法存在的调整机构要求精度高、结构复杂、成本高且操作复杂效率低等技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种激光光点散布调整结构包括发射激光的激光器、与激光器激光发射端口相连的镜筒、沿激光传播方向依次设于镜筒内的准直透镜和至少两个偏转透镜、正对于镜筒端口的接收靶、以及分别与激光器和接收靶相连的控制器，所述镜筒内嵌装有内磁环，偏转透镜安装于内磁环上，镜筒外套装有驱动内磁环磁性转动的外磁环，外磁环连接有驱动机构，驱动机构与激光器相连。

进一步地，所述驱动机构包括与控制器相连的步进电机、以及与步进电机转动轴相连的齿轮，外磁环上均布有与齿轮相适配的齿条，外磁环通过齿条与齿轮啮合。

进一步地，所述镜筒连接有滑动机构，滑动机构包括平行分布的第一导轨和第二导轨、滑动安装于第一导轨和第二导轨上的滑动块、以及与滑动块相连驱动滑动块在第一导轨和第二导轨上滑行的直线电机，直线电机与控制器相连，滑动块上设有安装座，镜筒固定于安装座内。

进一步地，所述镜筒内壁开设有内环槽，内磁环转动安装于内环槽中；镜筒对应于内环槽外壁开设有外环槽，外磁环转动安装于外环槽中。

进一步地，所述内磁环包括两个磁性相反的S极内半环和N极内半环。

进一步地，所述外磁环包括两个磁性相反的S极外半环和N极外半环。

进一步地，所述偏转透镜、内磁环、外磁环和驱动机构一一对应。

进一步地，所述偏转透镜由至少两片偏转透镜体组成，偏转透镜体为圆形楔角棱镜。

进一步地，所述接收靶包括接收盘、以及呈双列的十字分布于接收盘上的若干光点接收器，光点接收器与控制器相连。

一种激光光点散布调整方法，包括以下步骤：

步骤1、控制器驱动激光器产生激光，激光通过准直透镜准直后，再经偏转透镜进行偏转，偏转后的激光照射到接收靶上形成激光光点并转化为对应位置的光信号再反馈至控制器；

步骤2、控制器通过驱动机构带动外磁环转动，并基于磁体的相互作用带动内磁环和偏转透镜旋转，改变激光发射方向；

步骤3、通过偏转透镜旋转，激光光点在接收靶上运动，并实时反馈此时位置的光信号至控制器，控制器根据此时位置的光信号判定后续外磁环的转动方向，直至激光光点运动至接收靶的靶心。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明设计科学合理，使用方便，仅通过简单的旋转运动就可以实现发射方向调节，并根据接收点阵反馈的位置信息自动对发射方向进行调节，不需要人员的干预，调整精度高、速度快，极大的提高了生产效率。

本发明降低了由准直光学镜片安装、以及镜筒安装引入的激光发射方向位置偏差，降低了对安装结构件精度及装配过程复杂度的要求，极大的提高生产效率，在保证镜头内部密封的前提下完成发射方向偏差校正，有效避免杂质进入镜筒内部。

附图说明

图1为本发明结构剖面图。

图2为本发明驱动机构结构示意图。

图3为本发明滑动机构结构示意图。

图4为本发明外磁环与齿轮连接示意图。

图5为本发明镜筒剖面图。

图6为本发明内磁环结构示意图。

图7为本发明外磁环结构示意图。

图8为本发明接收盘上光斑位置示意图。

其中，附图标记对应的名称为：

1-激光器，2-镜筒，3-准直透镜，4-内磁环，5-偏转透镜，6-接收靶，7-激光光点，8-控制器，9-驱动机构，10-外磁环，11-齿条，12-滑动机构，13-第一导轨，14-第二导轨，15-滑动块，16-直线电机，21-安装座，22-内环槽，23-外环槽，41-S极内半环，42-N极内半环，61-接收盘，62-光点接收器，91-步进电机，92-齿轮，101-S极外半环，102-N极外半环。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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或者以特定的方位构造和操作，因此其不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；当然的，还可以是机械连接，也可以是电连接；另外的，还可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。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。

如图1所示，一种激光光点散布调整结构，包括发射激光的激光器1，与激光器1激光发射端口相连接的镜筒2，沿激光传播方向依次设于镜筒2内的准直透镜3和至少两个偏转透镜5，正对于镜筒2端口的接收靶6，以及分别与激光器1和接收靶6相连接的控制器8，所述镜筒2内嵌装有内磁环4，偏转透镜5安装于内磁环4上，镜筒2外套装有驱动内磁环4磁性转动的外磁环10，外磁环10连接有驱动机构，驱动机构9与激光器1相连接。

在本实施例中，通过驱动机构9带动外磁环10转动，基于磁体相互作用进而驱动内磁环4和安装于内磁环4上的偏转透镜5转动，进而改变激光的发射方向，最终实现激光照射光点的散布调节。所述结构仅通过简单的旋转运动即可实现激光发射方向调节，并根据接收点阵反馈的位置信息自动对发射方向进行调节，不需要人员的干预，调整精度高、速度快，极大的提高了生产效率。同时，本发明降低了由准直光学镜片安装、以及镜筒安装引入的激光发射方向位置偏差，降低了对安装结构件精度及装配过程复杂度的要求，极大的提高生产效率，在保证镜头内部密封的前提下完成发射方向偏差校正，有效避免杂质进入镜筒内部。

如图2所示，在部分实施例中，所述驱动机构9包括与控制器8相连接的步进电机91，以及与步进电机91转动轴相连接的齿轮92。如图4所示，外磁环10上均布有与齿轮92相适配的齿条11，外磁环10通过齿条11与齿轮92啮合。通过步进电机91驱动与之相连的齿轮92转动，再通过啮合实现外磁环10的转动。所述步进电机91由控制器8调节，如此保证偏转透镜5精确的转动角度和转动速度。作为优选，为避免磁力作用，齿轮92和齿条11均由非金属材料制成，最优选择高强度的有机高分子材料。

如图3所示，在部分实施例中，所述镜筒2连接有滑动机构12，滑动机构12包括平行分布的第一导轨13和第二导轨14，滑动安装于第一导轨13和第二导轨14上的滑动块15，以及与滑动块15相连接驱动滑动块15在第一导轨13和第二导轨14上滑行的直线电机16，直线电机16与控制器8相连，滑动块15上设有安装座21，镜筒2固定于安装座21内。由于驱动机构9与外磁环10连接方式为转动连接，仅在转动时啮合下相连，为此通过滑动机构12实现外磁环10和驱动机构9的连接与分离。外磁环10套装于镜筒2上，通过滑动机构12对外磁环10和镜筒2进行整体移动。通过直线电机16的直线伸缩，带动滑动块15和滑动块15上的镜筒2在第一导轨13和第二导轨14上滑动，进行外磁环10和驱动机构9的连接与分离。作为优选，激光器1固定于镜筒2上，如此在镜筒2移动前后无需反复连接。所述直线电机16为伺服电机，并由控制器8实现精准且微小的移动。

如图5所示，在部分实施例中，所述镜筒2内壁开设有内环槽22，内磁环4转动安装于内环槽22中；镜筒2对应于内环槽22的外壁开设有外环槽23，外磁环10转动安装于外环槽23中。外磁环10通过驱动机构9在外环槽23中转动，内磁环4通过磁力作用在内环槽22中转动。同理，镜筒2也采用非金属材料制成。

在部分实施例中，如图6所示，所述内磁环4包括两个磁性相反的S极内半环41和N极内半环42。如图7所示，所述外磁环10包括两个磁性相反的S极外半环101和N极外半环102。内磁环4设于镜筒2内，外磁环10设于镜筒2外，起始状态时，S极外半环101和N极外半环102分别设于S极内半环41和N极内半环42的对应外侧，如此外磁环10转动时，同极相斥而带动内磁环4反方向转动。

在部分实施例中，所述偏转透镜5，内磁环4，外磁环10和驱动机构一一对应。如此，一个驱动机构驱动一个外磁环10转动，进而再驱动一个内磁环4和内磁环4上的偏转透镜5转动。当有多个偏转透镜5时，激光经多个偏转透镜5的连续偏转，从而使得激光发射方向调整时落在接收点阵6上的激光光点可覆盖接收点阵6的所有接收点。

在部分实施例中，所述偏转透镜5由至少两片偏转透镜体组成，偏转透镜体为圆形楔角棱镜。圆形楔角棱镜两面的倾角比较小，它能够使得光路向较厚的一边偏折，两个圆形楔角棱镜组合使用时，可以当做变形棱镜使用，校正激光光束。

在部分实施例中，如图8所示，所述接收靶6包括接收盘61，以及呈双列的十字分布于接收盘61上的若干光点接收器62，光点接收器62与控制器8相连。十字型的光点接收器62将接收盘61划分为4个象限，同时光点接收器62呈双列分布，以便于判定激光光点跨象限时的运动方向。所述光点接收器62完成光信号采集后并将其转换为该位置的光斑位置对应的电信号传输至控制器8。特别地，所述单个光点接收器62的接收面积根据光点位置精度设定，可以大于、等于或小于照射于光点接收器62上激光光点7本身的面积。

一种激光光点散布调整方法，包括以下步骤：

步骤1、激光光点的产生：控制器驱动激光器产生激光，激光通过准直透镜准直后，再经偏转透镜进行偏转，偏转后的激光照射到接收靶上形成激光光点并转化为对应位置的光信号再反馈至控制器；

步骤2、激光光点的位置调节：控制器通过驱动机构带动外磁环转动，并基于磁体的相互作用带动内磁环和偏转透镜旋转，改变激光发射方向；

步骤3、激光光点的位置信号反馈及定点：通过偏转透镜旋转，激光光点在接收靶上运动，并实时反馈此时位置的光信号至控制器，控制器根据此时位置的光信号判定后续外磁环的转动方向，直至激光光点运动至接收靶的靶心。

激光经准直、偏转后照射于接收靶上形成激光光点，接收靶上每个位置会形成一个对应的光信号，控制器接收所述光信号并与预先设定的位于接收靶靶心的光信号进行比对，若不一致，则通过驱动机构进行调节，直至激光光点运动至接收靶的靶心。

本发明采用的光点接收器呈双列的十字分布于接收盘上，相较于传统的圆心靶位扫描时需依次进行横向、纵向扫描，扫描次数为横向、纵向扫描点数相乘，执行时间复杂度较高，本发明的十字靶位进行校准扫描时，扫描次数为横、纵向扫描点数相加关系，时间复杂度大大降低，极大加快了效率。并且十字型的光点接收器将接收盘划分为4个象限，以便于快速判定激光光点跨象限时的运动方向。

本发明所用激光器1、准直透镜3、偏转透镜5、控制器8、直线电机16、步进电机91、光点接收器62均为现有已知装置或电气设备，并且均可在市场上直接购买使用，其结构、电路、以及控制原理均为现有已知技术，因此，关于激光器1、准直透镜3、偏转透镜5、控制器8和光点接收器62的结构、电路、以及控制原理在此不赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本发明的较优实施例用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，当然更不是限制本发明的专利范围；尽管参照前述各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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；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各实施例技术方案的范围；也就是说，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内；另外，将本发明的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种激光光点散布调整结构，其特征在于，包括发射激光的激光器（1）、与激光器（1）激光发射端口相连的镜筒（2）、沿激光传播方向依次设于镜筒（2）内的准直透镜（3）和至少两个偏转透镜（5）、正对于镜筒（2）端口的接收靶（6）、以及分别与激光器（1）和接收靶（6）相连的控制器（8），所述镜筒（2）内嵌装有内磁环（4），偏转透镜（5）安装于内磁环（4）上，镜筒（2）外套装有驱动内磁环（4）磁性转动的外磁环（10），外磁环（10）连接有驱动机构，驱动机构（9）与激光器（1）相连；

控制器驱动激光器产生激光，经偏转透镜（5）偏转后的激光照射到接收靶（6）上形成激光光点并转化为对应位置的光信号再反馈至控制器；控制器通过驱动机构（9）带动外磁环（10）转动，并基于磁体的相互作用带动内磁环（4）和偏转透镜（5）旋转。

2.根据权利要求1所述的一种激光光点散布调整结构，其特征在于，所述驱动机构（9）包括与控制器（8）相连的步进电机（91）、以及与步进电机（91）转动轴相连的齿轮（92），外磁环（10）上均布有与齿轮（92）相适配的齿条（11），外磁环（10）通过齿条（11）与齿轮（92）啮合。

3.根据权利要求1所述的一种激光光点散布调整结构，其特征在于，所述镜筒（2）连接有滑动机构（12），滑动机构（12）包括平行分布的第一导轨（13）和第二导轨（14）、滑动安装于第一导轨（13）和第二导轨（14）上的滑动块（15）、以及与滑动块（15）相连驱动滑动块（15）在第一导轨（13）和第二导轨（14）上滑行的直线电机（16），直线电机（16）与控制器（8）相连，滑动块（15）上设有安装座（21），镜筒（2）固定于安装座（21）内。

4.根据权利要求1所述的一种激光光点散布调整结构，其特征在于，所述镜筒（2）内壁开设有内环槽（22），内磁环（4）转动安装于内环槽（22）中；镜筒（2）对应于内环槽（22）外壁开设有外环槽（23），外磁环（10）转动安装于外环槽（23）中。

5.根据权利要求1所述的一种激光光点散布调整结构，其特征在于，所述内磁环（4）包括两个磁性相反的S极内半环（41）和N极内半环（42）。

6.根据权利要求1所述的一种激光光点散布调整结构，其特征在于，所述外磁环（10）包括两个磁性相反的S极外半环（101）和N极外半环（102）。

7.根据权利要求1所述的一种激光光点散布调整结构，其特征在于，所述偏转透镜（5）、内磁环（4）、外磁环（10）和驱动机构（9）一一对应。

8.根据权利要求1所述的一种激光光点散布调整结构，其特征在于，所述偏转透镜（5）由至少两片偏转透镜体组成，偏转透镜体为圆形楔角棱镜。

9.根据权利要求1所述的一种激光光点散布调整结构，其特征在于，所述接收靶（6）包括接收盘（61）、以及呈双列的十字分布于接收盘（61）上的若干光点接收器（62），光点接收器（62）与控制器（8）相连。

10.如权利要求1的一种激光光点散布调整结构的调整方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、控制器驱动激光器产生激光，激光通过准直透镜准直后，再经偏转透镜进行偏转，偏转后的激光照射到接收靶上形成激光光点并转化为对应位置的光信号再反馈至控制器；

步骤2、控制器通过驱动机构带动外磁环转动，并基于磁体的相互作用带动内磁环和偏转透镜旋转，改变激光发射方向；

步骤3、通过偏转透镜旋转，激光光点在接收靶上运动，并实时反馈此时位置的光信号至控制器，控制器根据此时位置的光信号判定后续外磁环的转动方向，直至激光光点运动至接收靶的靶心。

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