CN203768775U - 一种基于激光衍射的路面平整度网格检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于激光衍射的路面平整度网格检测装置，由电源、半导体激光器、振镜系统、扫描镜系统、衍射系统构成，电源提供动力，电源连接半导体激光器，振镜系统连接扫描镜系统、衍射系统置于扫描镜系统下方，其中：所述振镜系统包含X轴振镜电机及X轴驱动装置，Y轴振镜电机及Y轴驱动装置；所述扫描镜系统包括X轴平面镜反射装置，Y轴平面镜反射装置；所述衍射系统包括正交光栅和支撑架，支撑架位于装置底部，支撑架连接正交光栅，当夜间行驶时，如果路段凹凸不平存在障碍物，网格图样就会在障碍物区域出现不同程度上的起伏变化，驾驶者以此快速判断路况信息，并做出相应响应并能依据此信息快速判断前方一定范围内的路况。

Description

一种基于激光衍射的路面平整度网格检测装置

技术领域

本实用新型涉及道路检测领域，特别涉及一种基于激光衍射的路面平整度网格检测装置。

背景技术

路面平整度直接反映了车辆行驶的舒适度、路面的安全性和使用状态。路面平整度的检测能为驾驶者提供前方路段一定距离内路况的重要信息，利于驾驶员判断并快速做出决策，可以极大地提高驾驶的的安全性和稳定性。因此准确快速的检测出路面平整度具有重要意义。目前大部分的车载路面平整度检测装置均采用工控机、数据采集卡和传感器相结合的方式进行路面的平整度检测，这种方式不仅结构复杂而且成本较高。

特别是目前自行车、电动车的行驶量依旧占很大比例，但是此类型车大多均未安置任何路况检测的装置，当驾驶员夜间行驶在路况较差地段时，由于不熟知路况信息，其安全性就更加难以保证，因此迫切需要提供一种体积小，功耗低且成本低廉的路况检测装置。

发明内容

本实用新型为克服上述缺陷，提供一种基于激光衍射的路面平整度网格检测装置。

本实用新型通过下列结构完成的：一种基于激光衍射的路面平整度网格检测装置，其特征在于：由电源、半导体激光器（1）、振镜系统、扫描镜系统、衍射系统构成，电源提供动力，电源连接半导体激光器（1），振镜系统连接扫描镜系统、衍射系统置于扫描镜系统下方，

其中：所述振镜系统包含X轴振镜电机（2）及X轴驱动装置（3），Y轴振镜电机（5）及Y轴驱动装置（6）；

所述扫描镜系统包括X轴平面镜反射装置（4），Y轴平面镜反射装置（7）；

所述衍射系统包括正交光栅（8）和支撑架（9），支撑架（9）位于装置底部，支撑架（9）连接正交光栅（8）。

    其中半导体激光器（1）为选用波长为0.65微米的半导体激光器（1），并发射出点状光源。

   其中振镜电机均为伺服电机，包括转子、定子和控制转子的控制装置。

其中X轴平面镜反射装置（4）是一块平面反射镜，固定在X轴振镜电机（2）的转轴上，其中Y轴平面镜反射装置（7）是一块平面反射镜，固定在Y轴振镜电机（5）的转轴上。

还包括一个扩束镜（10），扩束镜（10）安置于半导体激光器（1）前端，所述扩束镜（10）由一个正透镜与一个负透镜组成。

工作原理为：一种基于激光衍射的路面平整度网格检测装置，由电源、半导体激光器（1）、振镜系统、扫描镜系统、衍射系统构成，电源提供动力，电源连接半导体激光器（1），振镜系统连接扫描镜系统、衍射系统置于扫描镜系统下方，其中：所述振镜系统包含X轴振镜电机（2）及X轴驱动装置（3），Y轴振镜电机（5）及Y轴驱动装置（6），所述扫描镜系统包括X轴平面镜反射装置（4），Y轴平面镜反射装置（7），所述衍射系统包括正交光栅（8）和支撑架（9），支撑架（9）位于装置底部，支撑架（9）连接正交光栅（8），

所述供电电源为半导体激光器（1）提供工作所需的电压，所述振镜系统包含X轴振镜电机（2）及X轴驱动装置（3），Y轴振镜电机（5）及Y轴驱动装置（6），其中振镜电机均为伺服电机，包括转子、定子和控制转子的控制装置，转子的控制装置控制转子的转速与转动角度，从而精确的控制电机转动。X轴驱动装置（3）驱动X轴振镜电机（2）正常工作，Y轴驱动装置（6）则驱动Y轴振镜电机（5）正常工作；

所述扫描镜系统包括X轴平面镜反射装置（4），Y轴平面镜反射装置（7），其中X轴平面镜反射装置（4）是一块平面反射镜，被固定在振镜系统X轴振镜电机（2）轴上，从而跟随X轴振镜电机（2）同轴转动，其中Y轴平面镜反射装置（7）是一块平面反射镜，被固定在振镜系统Y轴振镜电机（5）轴上，从而跟随Y轴振镜电机（5）同轴转动；

所述半导体激光器（1）是选用波长为0.65微米的半导体激光器（1），功耗小并且体积小，选用波长为0.65微米的半导体激光器（1），发射出的激光属于可见光范围，具有可视性；

其中在此装置正常工作过程中，扫描镜系统与振镜系统处于同步运动状态，X轴驱动装置（3）驱动X轴振镜电机（2）转动，X轴平面反射镜则跟随X轴振镜电机（2）同轴转动，Y轴驱动装置（6）驱动Y轴振镜电机（5）转动,Y轴平面反射镜则跟随Y轴振镜电机（5）同轴转动，在转动过程中X轴平面反射镜与Y轴平面反射镜共两次反射经扩束镜（10）扩束后的激光，从而控制激光束的偏转，使照射到正交光栅（8）上面的出射激光形成相互正交的循环移动的X轴线型与Y轴线型；

所述衍射系统包括正交光栅（8）和支撑架（9），其中正交光栅（8）以一定距离置于扫描系统下方，是为了形成网格的衍射图样，从而实现网格检测路面（11）平整度的功能，更准确和直观，其中支撑架（9）与整套装置底部相连接，为了支撑和固定正交光栅（8）的位置，使其构成稳定的衍射光路；

本装置还包括一个扩束镜（10），扩束镜（10）置于半导体激光器（1）前端，所述扩束镜（10）是一个正透镜与一个负透镜组成，为了提高激光器所发激光束的质量，减小其发散角，并减小聚焦光斑尺寸；

其中半导体激光器（1）发射出点状光源，经扩束镜（10）扩束，扩束光线先入射到转动的X轴平面反射镜上，经X轴平面反射镜第一次反射，第一次反射后的出射光线入射到Y轴平面反射镜上，此光线再经转动的Y轴平面反射镜第二次反射，第二次反射出的激光束在连续照射到正交光栅（8）上，衍射形成网格图样（13），其中点状光源照射到正交光栅（8）时，衍射图样是一组点阵图样，通过振镜系统和扫描系统的同步运动工作后，即X轴平面镜反射装置（4）跟随X轴振镜电机（2）同轴转动，Y轴平面镜反射装置（7）跟随Y轴振镜电机（5）同轴转动，X轴平面反射镜使激光束在镜面上沿X轴方向来回不断扫描，循环形成X线型，Y轴平面镜反射镜使激光束在镜面上沿Y轴方向来回不断扫描，循环形成Y线型，形成的X线型与Y线型相互正交，照射到正交光栅（8）上，利用人体的视觉暂留效应，使点阵图样相互连接形成网格图样（13），当夜间行驶时，驾驶者能清晰地看到此路面（11）检测装置在所行驶路面（11）出射的网格图样（13），并能依据此信息快速判断前方一定范围内的路况，如果路段凹凸不平，网格图样（13）就会出现不同程度上的起伏变化，驾驶者以此快速判断路况信息，并做出相应响应，达到对路面（11）平整度的检测反馈作用。

本实用新型实现低成本、低功耗便于普及、实时、实地的路面（11）平整度网格检测功能。

附图说明

图1为一种基于激光衍射的路面平整度网格检测装置结构示意图，

图2为点状光源照射到正交光栅上的点阵衍射示意图，

图3为此检测装置激光束照射到正交光栅（8）上形成的网格衍射图样，

图4为实际应用于道路上行驶的车的效果示意图，

其中：1-半导体激光器、2-X轴振镜电机、3-X轴驱动装置、4-X轴平面镜反射装置、5-Y轴振镜电机、6-Y轴驱动装置、7-Y轴平面镜反射装置、8-正交光栅、9-支撑架、10-扩束镜、11-路面 、12-车体、13-网格图样、14-障碍物。具体实施方式

      实施例一：将此装置具体运用到在道路上行驶的车上，此装置封置于一个盒体内部，安置在车体12车身前侧利于检测较大面积路面11的位置，电源提供动力，电源连接半导体激光器1，振镜系统连接扫描镜系统、衍射系统置于扫描镜系统下方，其中：所述振镜系统包含X轴振镜电机2及X轴驱动装置3，Y轴振镜电机5及Y轴驱动装置6，所述扫描镜系统包括X轴平面镜反射装置4，Y轴平面镜反射装置7，所述衍射系统包括正交光栅8和支撑架9，支撑架9位于装置底部，支撑架9连接正交光栅8，振镜系统包含X轴振镜电机2及X轴驱动装置3，Y轴振镜电机5及Y轴驱动装置6，X轴驱动装置3驱动X轴振镜电机2正常工作，Y轴驱动装置6则驱动Y轴振镜电机5正常工作；X轴平面镜反射装置4固定在振镜系统X轴振镜电机2轴上，Y轴平面镜反射装置7被固定在振镜系统Y轴振镜电机5轴上，所述半导体激光器1是选用波长为0.65微米的半导体激光器1，功耗小并且体积小，选用波长为0.65微米的半导体激光器1，发射出的激光属于可见光范围，具有可视性；扫描镜系统与振镜系统处于同步运动状态，X轴驱动装置3驱动X轴振镜电机2转动，X轴平面反射镜则跟随X轴振镜电机2同轴转动，Y轴驱动装置6驱动Y轴振镜电机5转动,Y轴平面反射镜则跟随Y轴振镜电机5同轴转动，在转动过程中X轴平面反射镜与Y轴平面反射镜共两次反射半导体激光器发出的激光，从而控制激光束的偏转，使照射到正交光栅8上面的出射激光形成相互正交的循环移动的X轴线型与Y轴线型；正交光栅8以置于扫描系统下方，形成网格的衍射图样，实现网格检测路面11平整度的功能，其中支撑架9与整套装置底部相连接，支撑和固定正交光栅8，构成稳定的衍射光路；半导体激光器1发射出激光到转动的X轴平面反射镜上，经X轴平面反射镜第一次反射，第一次反射后的出射光线入射到Y轴平面反射镜上，此光线再经转动的Y轴平面反射镜第二次反射，第二次反射出的激光束在连续照射到正交光栅8上，衍射形成网格图样13，其中点状光源照射到正交光栅8时，衍射图样是一组点阵图样，通过振镜系统和扫描系统的同步运动工作后，即X轴平面镜反射装置4跟随X轴振镜电机2同轴转动，Y轴平面镜反射装置7跟随Y轴振镜电机5同轴转动，X轴平面反射镜使激光束在镜面上沿X轴方向来回不断扫描，循环形成X线型，Y轴平面镜反射镜使激光束在镜面上沿Y轴方向来回不断扫描，循环形成Y线型，形成的X线型与Y线型相互正交，照射到正交光栅8上，利用人体的视觉暂留效应，使点阵图样相互连接形成网格图样13，当夜间行驶时，驾驶者能清晰地看到此路面11检测装置在所行驶路面11出射的网格图样13，并能依据此信息快速判断前方一定范围内的路况，如果路段凹凸不平，网格图样13就会出现不同程度上的起伏变化，驾驶者以此快速判断路况信息，并做出相应响应，达到对路面11平整度的检测反馈作用;

   光栅系统成像后的光路出口设置为不完全封闭式，即留有一定面积的开放式窗口，允许网格图样13投射到路面11，从而检测路况,当驾驶者需要此装置工作时，可以手动开启置于车内部控制此装置开关状态的开关，当打开开关时，此时路面11检测装置开始工作，并实时地向驾驶者提供相应路况的视觉信息。当夜间行驶时，驾驶者能清晰地看到此路面11检测装置在所行驶路面11出射的网格图样13，并能依据此信息快速判断前方一定范围内的路况。如果路段凹凸不平存在障碍物14，网格图样13就会在障碍物14区域出现不同程度上的起伏变化，驾驶者以此快速判断路况信息，并做出相应响应。

实施例二：与实施一的基础上，增加一个扩束镜10，扩束镜10置于半导体激光器1前端，所述扩束镜10是一个正透镜与一个负透镜组成，半导体激光器1发射出点状光源，经扩束镜10扩束，扩束光线先入射到转动的X轴平面反射镜上，经X轴平面反射镜第一次反射，第一次反射后的出射光线入射到Y轴平面反射镜上，此光线再经转动的Y轴平面反射镜第二次反射，第二次反射出的激光束在连续照射到正交光栅8上，衍射形成网格图样13，其中点状光源照射到正交光栅8时，衍射图样是一组点阵图样，通过振镜系统和扫描系统的同步运动工作后，即X轴平面镜反射装置4跟随X轴振镜电机2同轴转动，Y轴平面镜反射装置7跟随Y轴振镜电机5同轴转动，X轴平面反射镜使激光束在镜面上沿X轴方向来回不断扫描，循环形成X线型，Y轴平面镜反射镜使激光束在镜面上沿Y轴方向来回不断扫描，循环形成Y线型，形成的X线型与Y线型相互正交，照射到正交光栅8上，利用人体的视觉暂留效应，使点阵图样相互连接形成网格图样13，当夜间行驶时，驾驶者能清晰地看到此路面11检测装置在所行驶路面11出射的网格图样13，并能依据此信息快速判断前方一定范围内的路况，如果路段凹凸不平存在障碍物14，网格图样13就会在障碍物14区域出现不同程度上的起伏变化，驾驶者以此快速判断路况信息，并做出相应响应，达到对路面11平整度的检测反馈作用。

实施例三：与实施例一和/或二的区别在于本装置安置在道路上行驶的自行车或电单车上，安置于车头正前方上，电源连接开关，通过导线连接本装置即可。

Claims (5)

1.一种基于激光衍射的路面平整度网格检测装置，其特征在于：由电源、半导体激光器（1）、振镜系统、扫描镜系统、衍射系统构成，电源提供动力，电源连接半导体激光器（1），振镜系统连接扫描镜系统、衍射系统置于扫描镜系统下方，

其中：所述振镜系统包含X轴振镜电机（2）及X轴驱动装置（3），Y轴振镜电机（5）及Y轴驱动装置（6）；

所述扫描镜系统包括X轴平面镜反射装置（4），Y轴平面镜反射装置（7）；

所述衍射系统包括正交光栅（8）和支撑架（9），支撑架（9）位于装置底部，支撑架（9）连接正交光栅（8）。

2.根据权利要求1所述的一种基于激光衍射的路面平整度网格检测装置，其特征在于其中半导体激光器（1）为选用波长为0.65微米的半导体激光器（1），并发射出点状光源。

3.根据权利要求1所述的一种基于激光衍射的路面平整度网格检测装置，其特征在于其中振镜电机均为伺服电机，包括转子、定子和控制转子的控制装置。

4.根据权利要求1所述的一种基于激光衍射的路面平整度网格检测装置，其特征在于其中X轴平面镜反射装置（4）是一块平面反射镜，固定在X轴振镜电机（2）的转轴上，其中Y轴平面镜反射装置（7）是一块平面反射镜，固定在Y轴振镜电机（5）的转轴上。

5.根据上述任一权利要求所述的一种基于激光衍射的路面平整度网格检测装置，其特征在于还包括一个扩束镜（10），扩束镜（10）安置于半导体激光器（1）前端，所述扩束镜（10）由一个正透镜与一个负透镜组成。