CN117805781A - 一种激光测距用高速快反镜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光测距用高速快反镜，涉及激光测距技术领域，激光测距用高速快反镜包括：反射镜支架、发射反射镜、接收反射镜和驱动模块；所述发射反射镜和所述接收反射镜沿所述反射镜支架的轴向安装于所述反射镜支架上，所述驱动模块驱动所述反射镜支架转动，在所述反射镜支架的带动下所述发射反射镜和所述接收反射镜同轴同步转动。在本发明提供的激光测距用高速快反镜中，将发射反射镜和接收反射镜设置于同一反射镜支架上，在驱动模块的驱动下，同轴旋转，保证了发射反射镜和接收反射镜的同步精度，不再需要在每次使用前进行校准。
Description
技术领域
本发明涉及激光测距技术领域，尤其是涉及一种激光测距用高速快反镜。
背景技术
激光测距技术是一种利用激光器发射出的激光束对目标物体进行距离测量的技术。它通过测量激光束从发射到接收所需的时间，来计算目标物体与测距设备之间的距离。
激光测距技术的结构主要包括激光器、光学元件、光电探测器和信号处理单元等几个关键部分。首先，激光器产生一束高能、窄束的激光光束。然后，光学元件对激光光束进行聚焦和准直，使其形成一个细小而稳定的测量光斑。接下来，测距设备将激光光束发射到目标物体上，当光束被目标物体反射回来后，光电探测器会接收到反射光。最后，信号处理单元对接收到的反射光信号进行处理，计算出距离值。
激光测距技术通过测量激光从发射到接收所需的时间，实现对目标物体的距离测量。它具有结构简单、测量精确、响应速度快等优势，并广泛应用于工程测量、工业制造和军事领域。随着技术的不断进步，在更多应用场景中，激光测距技术将发挥出更大的作用。
在一种激光测距系统中，需要在一维方向上高速高精度将测距光束指向目标。为了实现光束高速指向，需要小口径一维快反镜控制反射镜使发射光束指向目标；另一个大口径一维快反镜控制反射镜使探测系统指向目标。
现有的激光测距的接收镜和发射镜是分开安装的，不具有整体结构，每次使用时需要重新校准。
发明内容
本发明的目的是提供一种激光测距用高速快反镜，可以解决现有技术中发射反射镜和接收反射镜不同步，在每次使用前需要校准的问题。
为解决上述问题，本发明提供了一种激光测距用高速快反镜，包括：反射镜支架、发射反射镜、接收反射镜和驱动模块；
所述发射反射镜和所述接收反射镜沿所述反射镜支架的轴向安装于所述反射镜支架上；
所述驱动模块驱动所述反射镜支架转动，在所述反射镜支架的带动下所述发射反射镜和所述接收反射镜同轴同步转动。
优选地，还包括壳体；
所述反射镜支架包括：旋转轴、发射反射镜镜托和接收反射镜镜托；
所述驱动模块与所述旋转轴连接，所述发射反射镜镜托和所述接收反射镜镜托沿所述旋转轴的轴向设置于所述旋转轴上，所述发射反射镜安装于所述发射反射镜镜托上，所述接收反射镜安装于所述接收反射镜镜托上；
所述旋转轴的两端与所述壳体转动连接，在所述驱动模块的驱动下转动。
优选地，还包括后盖；
所述后盖与所述壳体连接；
所述驱动模块包括多对永磁体和多个线圈，一对所述永磁体与一个所述线圈相对应；
所述多对永磁体安装在所述后盖上，所述多个线圈与所述旋转轴连接，所述多个线圈通电产生磁力，所述磁力与所述多对永磁体的磁场配合驱动所述旋转轴转动。
所述驱动模块还包括两个导磁体；
所述两个导磁体分别设置在所述多对永磁体的两端，所述多对永磁体沿所述旋转轴的轴向间隔设置；
一个所述线圈对应地设置于一对所述永磁体中的两个永磁体结构之间的间隙中。
每对所述永磁体均包括第一永磁体结构和第二永磁体结构；
所述第一永磁体结构的磁性和第二永磁体结构的磁性相反。
所述第一永磁体结构和所述第二永磁体结构中的一个与所述线圈产生对所述反射镜支架的水平推力，所述第一永磁体结构和所述第二永磁体结构中的另一个产生对所述反射镜支架的垂直推力，所述水平推力与所述垂直推力均沿所述旋转轴的径向设置，且所述水平推力与所述垂直推力相互垂直；
在所述水平推力和所述垂直推力共同作用下所述反射镜支架转动。
优选地，还包括隔板；
所述隔板安装于所述壳体内且位于所述发射反射镜和接收反射镜之间，所述隔板具有允许所述旋转轴穿过的轴孔，所述隔板用于阻隔所述发射反射镜和接收反射镜之间光线传播。
还包括传感器组件，所述传感器组件设置于所述壳体内，位于靠近所述发射反射镜一端的所述旋转轴与所述壳体的连接处，所述传感器组件用于测量所述反射镜支架的偏转角度。
优选地，还包括遮光罩，所述遮光罩与所述壳体连接且具有将所述发射反射镜露出的通口。
优选地，还包括轴承和消隙弹簧，所述轴承与靠近所述接收反射镜一端的所述旋转轴连接，所述消隙弹簧设置在所述轴承与所述旋转轴的连接位置处，用于消除所述轴承的轴向游隙。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
1、本发明提供的激光测距用高速快反镜，通过设置反射镜支架、发射反射镜、接收反射镜和驱动模块，发射反射镜和接收反射镜沿反射镜支架的轴向安装于反射镜支架上，驱动模块驱动反射镜支架转动，在反射镜支架的带动下发射反射镜和接收反射镜同轴同步转动，保证了发射反射镜和接收反射镜的同步精度，不再需要在每次使用前进行校准。
2、本发明提供的激光测距用高速快反镜中，设置有驱动模块，包括多对永磁体和多个线圈，一对永磁体与一个线圈相对应，共同驱动反射镜支架以旋转轴为轴进行旋转，相比较于传统的电机驱动，本发明的体积更小，可以合理的利用旋转轴周围的空闲空间，减小了整体的体积。
3、本发明提供的激光测距用高速快反镜中，多对永磁体安装在后盖上，多个线圈与旋转轴连接，后盖与壳体连接，构成密闭空间，通过永磁体和线圈的磁场驱动反射镜支架以旋转轴为轴转动，基于本发明的多对永磁体和多个线圈，可以提供更大的驱动力，克服转动惯量有效的提升转动速度。
4、本发明提供的激光测距用高速快反镜中，在发射反射镜和接收反射镜之间设置隔板，避免了发射反射镜和接收反射镜之间光线的互相影响。
附图说明
图1示出了本发明一个实施方式的激光测距用高速快反镜整体结构示意图。
图2示出了本发明一个实施方式的激光测距用高速快反镜整体结构示意图。
图3示出了本发明一个实施方式的激光测距用高速快反镜正视图示意图。
图4示出了本发明一个实施方式的激光测距用高速快反镜的驱动模块的结构示意图。
图5示出了本发明一个实施方式的永磁体对线圈的驱动力的示意图。
图6示出了本发明一个实施方式的激光测距用高速快反镜的驱动模块的剖面结构示意图。
附图标记说明：
1-反射镜支架；101-旋转轴；102-发射反射镜镜托；103-接收反射镜镜托；2-发射反射镜；3-接收反射镜；4-驱动模块；401-永磁体；402-线圈；403-导磁体；4011-第一永磁体结构；4012-第二永磁体结构；5-壳体；6-后盖；7-隔板；7a-轴孔；8-传感器组件；9-遮光罩；9a-通口;10-轴承；11-消隙弹簧；F1-水平推力；F2-垂直推力。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
显然，所描述的实施例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“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。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
激光测距技术是一种利用激光器发射出的激光束对目标物体进行距离测量的技术。它通过测量激光束从发射到接收所需的时间，来计算目标物体与测距设备之间的距离。
激光测距技术的结构主要包括激光器、光学元件、光电探测器和信号处理单元等几个关键部分。首先，激光器产生一束高能、窄束的激光光束。然后，光学元件对激光光束进行聚焦和准直，使其形成一个细小而稳定的测量光斑。接下来，测距设备将激光光束发射到目标物体上，当光束被目标物体反射回来后，光电探测器会接收到反射光。最后，信号处理单元对接收到的反射光信号进行处理，计算出距离值。
激光测距技术通过测量激光从发射到接收所需的时间，实现对目标物体的距离测量。它具有结构简单、测量精确、响应速度快等优势，并广泛应用于工程测量、工业制造和军事领域。随着技术的不断进步，在更多应用场景中，激光测距技术将发挥出更大的作用。
在一种激光测距系统中，需要在一维方向上高速高精度将测距光束指向目标。为了实现光束高速指向，需要小口径一维快反镜控制反射镜使发射光束指向目标；另一个大口径一维快反镜控制反射镜使探测系统指向目标。
两个快反镜在同步和指向精度的控制方面具有较大难度。且每次使用前都需要校准。为了解决上述问题，本发明提供了一种激光测距用高速快反镜，将接收反射镜、发射反射镜设置于同一反射镜支架上，在驱动模块的驱动下，同轴旋转，保证了发射反射镜和接收反射镜的同步精度，不再需要在每次使用前进行校准。下面以具体的实施例具体介绍本发明提供的激光测距用高速快反镜。
参照图1、图2和图3，本发明提供了一种激光测距用高速快反镜，包括：反射镜支架1、发射反射镜2、接收反射镜3、驱动模块4、壳体5、后盖6、隔板7、传感器组件8、遮光罩9、轴承10和消隙弹簧11；其中驱动模块可以是电机，气泵等，反射镜支架可以金属材质也可以是塑料材质，本发明对此不做限定。
优选地，反射镜支架1包括：旋转轴101、发射反射镜镜托102和接收反射镜镜托103。
旋转轴101的两端与壳体5转动连接，在驱动模块4的驱动下转动；
发射反射镜2和接收反射镜3沿反射镜支架1的轴向安装于反射镜支架1上，通过将发射反射镜2和接收反射镜3同轴安装，可以实现发射反射镜2和接收反射镜3的同轴转动，保证了发射反射镜2和接收反射镜3的同步精度，不再需要在每次使用前进行校准。
发射反射镜镜托102和接收反射镜镜托103沿旋转轴101的轴向设置于旋转轴101上，发射反射镜2安装于发射反射镜镜托102上，接收反射镜3安装于接收反射镜镜托103上。
优选地，发射反射镜2与接收反射镜3均采用底面支撑胶接、周圈限位不接触，卡爪压接、周圈胶结固定的方式分别与发射反射镜镜托102和接收反射镜镜托103安装固定。
驱动模块4与旋转轴101连接；
驱动模块4包括多对永磁体401、多个线圈402和两个导磁体403，一对永磁体401与一个线圈402相对应，两个导磁体403分别设置在多对永磁体401的两端；
多对永磁体401安装在后盖6上，沿旋转轴101的轴向间隔设置；
多个线圈402与旋转轴101连接，多个线圈402通电产生磁力，磁力与多对永磁体401的磁场配合驱动旋转轴101转动。
一个线圈402对应地设置于一对永磁体401中的两个永磁体结构之间的间隙中。
每对永磁体均包括第一永磁体结构4011和第二永磁体结构4012；
第一永磁体结构4011的磁性和第二永磁体结构4012的磁性相反。
第一永磁体结构4011和第二永磁体结构4012中的一个与线圈402产生对反射镜支架1的水平推力，第一永磁体结构4011和第二永磁体结构4012中的另一个产生对反射镜支架1的垂直推力，水平推力与垂直推力均沿旋转轴101的径向设置，且水平推力与垂直推力相互垂直；
在水平推力和垂直推力共同作用下反射镜支架1转动。
采用多对永磁体401和多个线圈402共同驱动的方式，可以提供更大的驱动力，克服转动惯量有效的提升转动速度。
参考图4、图5和图6，在一种实施例中，左侧的八个第一永磁体结构4011的上端为N极，下端为S极；右侧的八个第二永磁体结构4012的上端为S极，下端为N极。七个线圈402电流方向相同，当电流从线圈402的右侧流入，左侧流出时，基于洛伦兹力驱动原理，根据左手定则，判断出第一永磁体结构4011对线圈402产生一个向右的水平推力F1，第二永磁体结构4012对线圈402产生一个向上的垂直推力F2，从而产生一个逆时针方向的转矩，驱动反射镜偏转，改变线圈402通入电流的大小和方向，其受到电磁转矩的大小和方向也会改变。
在水平推力F1和垂直推力F2共同作用下反射镜支架1转动。
传统电机驱动单一，不能快速精准的到达指定位置，大约100ms才可以到位。本发明的激光测距用高速快反镜的驱动模块4采用多层音圈电机驱动的方式驱动反射镜支架1转动，采用音圈电机致动器（VCA）制动，在反射镜支架1的带动下发射反射镜2和接收反射镜3同轴同步转动，即使部件的转动惯量很大时，也可以使部件快速精准的到达指定位置，大约30ms就可以到位。
相比较于传统的电机驱动，本发明的激光测距用高速快反镜的体积更小，可以合理的利用旋转轴101周围的空闲空间（即除了发射反射镜镜托102和接收反射镜镜托103以外的空间，由于工作状态下，发射反射镜镜托102和接收反射镜镜托103的运动状态时偏转而不是旋转，因此，此部分空间为空闲空间），减小了激光测距用高速快反镜整体的体积。
参考图3，隔板7安装于壳体5内且位于发射反射镜2和接收反射镜3之间，隔板7具有允许旋转轴101穿过的轴孔7a，隔板7用于阻隔发射反射镜2和接收反射镜3之间光线传播，避免了发射反射镜2和接收反射镜3之间光线的互相影响。
可以知道的是，现有技术中，发射反射镜2和接收反射镜3分别驱动，距离较远，而本申请中发射反射镜2和接收反射镜3的距离较近，因此设置隔板7避免互相影响。
优选地，可以先将旋转轴101通过隔板7的轴孔7a安装在壳体5中，再将发射反射镜镜托102和接收反射镜镜托103安装于旋转轴101。
参考图3，传感器组件8设置于壳体5内，位于靠近发射反射镜2一端的旋转轴101与壳体5的连接处，传感器组件8用于测量反射镜支架1的偏转角度。
在一种实施例中，传感器组件8包括一对差分微位移传感器，将传感器探头放置在旋转轴101附近，当传感器探头与旋转轴101之间的距离发生变化时，由于电涡流效应，传感器探头的阻抗也发生变化，通过交流电桥将传感器探头的阻抗变化检测出来，并经过检波、滤波、放大等转化成直流电压变化，即将传感器探头与旋转轴101之间的位移变化转换成直流电压的变换，从而实现本发明的激光测距用高速快反镜偏转角度的精准控制。
优选地，传感器组件8与壳体5的连接处还设有保护壳，保护壳与壳体5通过螺栓连接，保护传感器组件8免受外力损坏。
遮光罩9与壳体5连接且具有将发射反射镜2露出的通口9a，用于为发射反射镜2遮挡杂光干扰，同时保护发射反射镜2。
优选地，遮光罩9与壳体5通过螺栓固定连接。
参考图1，轴承10与靠近接收反射镜3一端的旋转轴101连接；
消隙弹簧11设置在轴承10与旋转轴101的连接位置处，用于消除轴承10的轴向游隙。
消隙弹簧11的设置能够进一步提高旋转轴101的刚性，从而抑制旋转轴101的跳动，提高旋转精度与定位精度，还可以降低装置整体的振动及噪声。
优选地 ，轴承10和消隙弹簧11通过轴承盖用螺栓与壳体5连接。
在一种实施例中，还包括控制模块，控制模块通过电信号控制驱动模块4驱动反射镜支架1转动。
控制模块包括控制单元和电机驱动单元，控制单元和电机驱动单元采用一体化设计，控制核心采用数字信号处理技术（DSP）方式，上位机与控制单元之间采用422通信。
传感器组件8和控制单元之间采用低电压差分信号（LVDS）电平的SPI通信。驱动单元采用高输出电流驱动芯片驱动，具有使能控制、高温及过流保护功能。
综上所述，本发明旨在保护一种激光测距用高速快反镜，包括：反射镜支架1、发射反射镜2、接收反射镜3和驱动模块4；
发射反射镜2和接收反射镜3沿反射镜支架1的轴向安装于反射镜支架1上；
驱动模块4驱动反射镜支架1转动，在反射镜支架1的带动下发射反射镜2和接收反射镜3同轴转动。
在本发明提供的激光测距用高速快反镜中，将发射反射镜2和接收反射镜3设置于同一反射镜支架1，在驱动模块4的驱动下，同轴旋转，保证了发射反射镜2和接收反射镜3的同步精度，不再需要在每次使用前进行校准。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种激光测距用高速快反镜，其特征在于，包括：反射镜支架（1）、发射反射镜（2）、接收反射镜（3）和驱动模块（4）；
所述发射反射镜（2）和所述接收反射镜（3）沿所述反射镜支架（1）的轴向安装于所述反射镜支架（1）上；
所述驱动模块（4）驱动所述反射镜支架（1）转动，在所述反射镜支架（1）的带动下所述发射反射镜（2）和所述接收反射镜（3）同轴同步转动。
2.根据权利要求1所述的激光测距用高速快反镜，其特征在于，还包括壳体（5）；
所述反射镜支架（1）包括：旋转轴（101）、发射反射镜镜托（102）和接收反射镜镜托（103）；
所述驱动模块（4）与所述旋转轴（101）连接，所述发射反射镜镜托（102）和所述接收反射镜镜托（103）沿所述旋转轴（101）的轴向设置于所述旋转轴（101）上，所述发射反射镜（2）安装于所述发射反射镜镜托（102）上，所述接收反射镜（3）安装于所述接收反射镜镜托（103）上；
所述旋转轴（101）的两端与所述壳体（5）转动连接，在所述驱动模块（4）的驱动下转动。
3.根据权利要求2所述的激光测距用高速快反镜，其特征在于，还包括后盖（6）；
所述后盖（6）与所述壳体（5）连接；
所述驱动模块（4）包括多对永磁体（401）和多个线圈（402），一对所述永磁体（401）与一个所述线圈（402）相对应；
所述多对永磁体（401）安装在所述后盖（6）上，所述多个线圈（402）与所述旋转轴（101）连接，所述多个线圈（402）通电产生磁力，所述磁力与所述多对永磁体（401）的磁场配合驱动所述旋转轴（101）转动。
4.根据权利要求3所述的激光测距用高速快反镜，其特征在于，所述驱动模块（4）还包括两个导磁体（403）；
所述两个导磁体（403）分别设置在所述多对永磁体（401）的两端，所述多对永磁体（401）沿所述旋转轴（101）的轴向间隔设置；
一个所述线圈（402）对应地设置于一对所述永磁体（401）中的两个永磁体结构之间的间隙中。
5.根据权利要求3所述的激光测距用高速快反镜，其特征在于，每对所述永磁体（401）均包括第一永磁体结构（4011）和第二永磁体结构（4012），
所述第一永磁体结构（4011）的磁性和第二永磁体结构（4012）的磁性相反。
6.根据权利要求5所述的激光测距用高速快反镜，其特征在于，
所述第一永磁体结构（4011）和所述第二永磁体结构（4012）中的一个与所述线圈（402）产生对所述反射镜支架（1）的水平推力，所述第一永磁体结构（4011）和所述第二永磁体结构（4012）中的另一个产生对所述反射镜支架（1）的垂直推力，所述水平推力与所述垂直推力均沿所述旋转轴（101）的径向设置，且所述水平推力与所述垂直推力相互垂直；
在所述水平推力和所述垂直推力共同作用下所述反射镜支架（1）转动。
7.根据权利要求2所述的激光测距用高速快反镜，其特征在于，还包括隔板（7）；
所述隔板（7）安装于所述壳体（5）内且位于所述发射反射镜（2）和接收反射镜（3）之间，所述隔板（7）具有允许所述旋转轴（101）穿过的轴孔（7a），所述隔板（7）用于阻隔所述发射反射镜（2）和接收反射镜（3）之间光线传播。
8.根据权利要求2所述的激光测距用高速快反镜，其特征在于，还包括传感器组件（8），所述传感器组件（8）设置于所述壳体（5）内，位于靠近所述发射反射镜（2）一端的所述旋转轴（101）与所述壳体（5）的连接处，所述传感器组件（8）用于测量所述反射镜支架（1）的偏转角度。
9.根据权利要求2所述的激光测距用高速快反镜，其特征在于，还包括遮光罩（9），所述遮光罩（9）与所述壳体（5）连接且具有将所述发射反射镜（2）露出的通口（9a）。
10.根据权利要求2所述的激光测距用高速快反镜，其特征在于，还包括轴承（10）和消隙弹簧（11），所述轴承（10）与靠近所述接收反射镜（3）一端的所述旋转轴（101）连接，所述消隙弹簧（11）设置在所述轴承（10）与所述旋转轴（101）的连接位置处，用于消除所述轴承（10）的轴向游隙。
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Citations (7)
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2024
- 2024-02-28 CN CN202410217570.XA patent/CN117805781A/zh active Pending
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