CN202404232U - 激光雷达双轴光学扫描转镜系统 - Google Patents

Abstract

一种激光雷达双轴光学扫描转镜系统，其特征是它包括底座（1）、转台（2）、主转镜（3）、次转镜（4）、方位回转支承（5）、俯仰回转支承（6）、方位驱动电机（7）、俯仰驱动电机（8）、方位同步轮系（9）和俯仰同步轮系（10），所述的主转镜（3）呈45°安装于方位回转轴线与俯仰回转轴线的交汇点并位于与转台（2）同步转动的主镜壳体（13）中，次转镜（4）呈45°安装于俯仰轴线上并位次镜壳体（14）中，并与主转镜（3）相对安装。本实用新型结构紧凑，体积小，传动精度高。

Description

激光雷达双轴光学扫描转镜系统

技术领域

   本发明涉及一种雷达技术，尤其是一种激光雷达扫描镜的驱动系统，具体地说是一种激光雷达双轴光学扫描转镜系统。

背景技术

目前，激光雷达是传统雷达技术与现代激光技术相结合的产物，相比传统的微波雷达，其抗干扰能力强，具有更高的距离分辨率和测量精度，同时具有更小的体积和重量。因此激光雷达是今后雷达精细化探测的一个发展方向。

激光雷达对空域的探测扫描是通过其光束扫描系统实现的。为实现对空域的连续扫描，光束扫描系统应具有方位0°～360°（连续）、俯仰0°～180°的扫描运动能力，同时应可实时反馈方位及俯仰角码信息。据申请人所知，目前尚无一种能实现上述功能的转镜系统。

发明内容

本发明的目的是针对激光雷达的需要设计一种能实现对空域的连续扫描，光束扫描系统应具有方位0°～360°（连续）、俯仰0°～180°的扫描运动能力，同时应可实时反馈方位及俯仰角码信息的激光雷达双轴光学扫描转镜系统。

本发明的技术方案是：

一种激光雷达双轴光学扫描转镜系统，其特征是它包括底座1、转台2、主转镜3、次转镜4、方位回转支承5、俯仰回转支承6、方位驱动电机7、俯仰驱动电机8、方位同步轮系9和俯仰同步轮系10，所述的主转镜3呈45°安装于方位回转轴线与俯仰回转轴线的交汇点并位于与转台2同步转动的主镜壳体13中，次转镜4呈45°安装于俯仰轴线上并位次镜壳体14中，并与主转镜3相对安装；所述的转台2安装在方位回转支承5上，方位回转支承5安装在底座1上，方位回转支承5与方位减速箱12的输出齿轮相啮合，方位减速箱12安装在底座1上并与方位驱动电机7的输出轴相连；所述的俯仰回转支承6安装在主镜壳体13上，次镜壳体14安装在俯仰回转支承6上，俯仰回转支承6与俯仰减速箱15的输出齿轮相啮合，俯仰减速箱15与俯仰驱动电机8的输出轴相连；在底座1的中心设有激光入射窗口16，在次镜壳体14上设有出射窗口17；所述的方位同步轮系9的输入齿轮与方位回转支承5的外齿壁相啮合，俯仰同步轮系10的输入齿轮与俯仰回转支承6的外齿壁相啮合。

在底座1的下部设计安装有汇流环11。

俯仰驱动电机、俯仰减速器及俯仰同步轮系均安装于主镜壳体13内。

方位回转支承5和俯仰回转支承6采用带齿薄壁回转支承。

本发明的有益效果：

1.       本发明通过应用双轴转镜结构，实现了激光束的三维半球扫描。

2.       本发明的主体结构选用铝合金材料，同时方位和俯仰回转运动应用带齿薄壁回转支承，在保证通光口径的前提下，简化扫描转镜的结构工艺，使之更紧凑、轻巧。

3.       本发明的传动系统采用大速比减速，实现了激光探测的低速扫描，同时使系统具有更精确的定位精度。

4.    本发明的俯仰部分通过汇流环供电，实现了方位0°～360°的连续扫描。

附图说明

图1是本发明的双轴光学扫描转镜传动原理图。

图2是本发明的双轴光学扫描转镜结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

    如图1-2所示。

一种激光雷达双轴光学扫描转镜系统，它包括底座1、转台2、主转镜3、次转镜4、方位回转支承5、俯仰回转支承6、方位驱动电机7、俯仰驱动电机8、方位同步轮系9、俯仰同步轮系10和汇流环11，为俯仰驱动电机及方位驱动电机供电的汇流环11安装在底座1的下部，如图2所示。所述的主转镜3呈45°安装于方位回转轴线与俯仰回转轴线的交汇点并位于与转台2同步转动的主镜壳体13中，次转镜4呈45°安装于俯仰轴线上并位次镜壳体14中，并与主转镜3相对安装；所述的转台2安装在方位回转支承5上，方位回转支承5安装在底座1上，方位回转支承5与方位减速箱12的输出齿轮相啮合，方位减速箱12安装在底座1上并与方位驱动电机7的输出轴相连；所述的俯仰回转支承6安装在主镜壳体13上，次镜壳体14安装在俯仰回转支承6上，俯仰回转支承6与俯仰减速箱15的输出齿轮相啮合，俯仰减速箱15与俯仰驱动电机8的输出轴相连；在底座1的中心设有激光入射窗口16，在次镜壳体14上设有出射窗口17；所述的方位同步轮系9的输入齿轮与方位回转支承5的外齿壁相啮合，俯仰同步轮系10的输入齿轮与俯仰回转支承6的外齿壁相啮合，如图1所示。俯仰驱动电机、俯仰减速器及俯仰同步轮系均安装于主镜壳体13内。方位回转支承5和俯仰回转支承6采用带齿薄壁回转支承。

详述如下：

如图2所示，位于方位轴的主转镜3与位于俯仰轴的次转镜4均呈45°相对安装，从入射窗口16进入的发射光束经主转镜3反射至次转镜4，再次经次转镜4反射后由出射窗口17射出。由于次转镜4相对于主转镜3可作俯仰回转运动，因此由主转镜3反射过来的光束也随之作俯仰扫描运动。同理主转镜做方位回转运动时，光束随之作方位扫描。方位-俯仰运动的组合就完成了激光束的三维半球扫描。

为提高扫描转镜的定位精度，本发明的动力传动系统应采用大速比传动、选用精密减速器、末级可调中心距的安装方式。扫描转镜的方位和俯仰角码通过方位同步轮系9、俯仰同步轮系10实现1:1的输出。同步轮系内的传动采用双片齿轮以消除齿轮传动中的侧隙，同时选用零级精度的无刷旋转变压器，以提高数据传动链的传动精度。方位和俯仰传动系统均采用相同设计，以达到简化系统，提高设备的可靠性和维修性。

为使扫描转镜整体结构紧凑、轻巧，将方位和俯仰的回转轴承与齿轮采用一体化的设计，这样不仅大大简化了结构，同时提高了光路精度。为减轻扫描转镜的重量，扫描转镜主体结构采用铝合金焊接结构。

本发明通过汇流环11给方位转台上的俯仰电机及旋变供电。汇流环11与扫描转镜之间的运动传递采用十字滑块联轴器，以自动适应汇流环和扫描转镜回转中心的不同心。

扫描转镜入射窗口和出射窗口均采用密封窗保护，其它相对运动处采用轴向迷宫式的密封结构，减少外部环境对反射镜的损坏，提高了扫描转镜的环境适应性。

扫描转镜在外形上沿俯仰轴线对称布置，内部安装俯仰驱动器，这样不仅外形美观，同时可起平衡配重作用。在扫描转镜的转台上安装有调平水泡，以便于工作时对扫描转镜进行调平。

本发明采用双轴转镜式结构，主体结构紧凑、轻巧，环境适应性强，不仅可固定安装于楼顶，也可应用于方舱、车载等移动式激光雷达。

本发明已在激光测风雷达上得到了应用。该激光测风雷达为车载方式，扫描转镜安装于载车顶部，激光发射及接收处理设备安装于载车内。扫描转镜通过底座法兰安装车顶，方位电机、方位同步轮系以及汇流环均处于车内环境；俯仰电机和俯仰同步轮系布置在扫描转镜的主腔体内。这样优化了电机、减速器及同步轮系的使用环境。

在激光雷达工作时，需先对扫描转镜进行调平。推动扫描转镜作方位回转，通过观察安装于转台上的调平水泡，调节车底的调平机构，从而调平扫描转镜。

扫描转镜为全密封结构，在入射窗口和出射窗口均有保护盖板，同时出射窗口处有高透光率的密封玻璃，以防外部环境对转镜内的污染。在雷达工作时，需取下保护盖板，激光束经主次转镜的两次反射由出射窗口射出。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (4)

1.一种激光雷达双轴光学扫描转镜系统，其特征是它包括底座（1）、转台（2）、主转镜（3）、次转镜（4）、方位回转支承（5）、俯仰回转支承（6）、方位驱动电机（7）、俯仰驱动电机（8）、方位同步轮系（9）和俯仰同步轮系（10），所述的主转镜（3）呈45°安装于方位回转轴线与俯仰回转轴线的交汇点并位于与转台（2）同步转动的主镜壳体（13）中，次转镜（4）呈45°安装于俯仰轴线上并位于次镜壳体（14）中，并与主转镜（3）相对安装；所述的转台（2）安装在方位回转支承（5）上，方位回转支承（5）安装在底座（1）上，方位回转支承（5）与方位减速箱（12）的输出齿轮相啮合，方位减速箱（12）安装在底座（1）上并与方位驱动电机（7）的输出轴相连；所述的俯仰回转支承（6）安装在主镜壳体（13）上，次镜壳体（14）安装在俯仰回转支承（6）上，俯仰回转支承（6）与俯仰减速箱（15）的输出齿轮相啮合，俯仰减速箱（15）与俯仰驱动电机（8）的输出轴相连；在底座（1）的中心设有激光入射窗口（16），在次镜壳体（14）上设有出射窗口（17）；所述的方位同步轮系（9）的输入齿轮与方位回转支承（5）的外齿壁相啮合，俯仰同步轮系（10）的输入齿轮与俯仰回转支承（6）的外齿壁相啮合。

2.根据权利要求1所述的激光雷达双轴光学扫描转镜系统，其特征是在底座（1）的下部设计安装有汇流环（11）。

3.根据权利要求1所述的激光雷达双轴光学扫描转镜系统，其特征是俯仰驱动电机、俯仰减速器及俯仰同步轮系均安装于主镜壳体（13）内。

4.根据权利要求1所述的激光雷达双轴光学扫描转镜系统，其特征是方位回转支承（5）和俯仰回转支承（6）采用带齿薄壁回转支承。

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