CN206788358U - 激光扫描测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种便于安装，提高检测精度的激光扫描测量仪。该激光扫描测量仪，包括光源、反射镜、聚焦透镜、光电传感器；所述光源设置在反射镜具有的反射镜面的上方；所述光源与反射镜之间设置有准直镜组；使得光源沿竖直方向发出的测量激光照射在反射镜上，且由反射镜反射沿水平方向射出；所述聚焦透镜设置在反射镜具有的反射镜面的上方；所述聚焦透镜上方设置有接收反射镜，所述接收反射镜具有的反射镜面与水平之间具有夹角α；所述光电传感器位于接收反射镜的反射镜面的一侧；且使得反射镜接收到的光束通过聚焦透镜聚光后由反射镜反射到光电传感器上。采用该激光扫描测量仪能够有效率的减小安装误差带来的测量误差；提高了测量精度。

Description

激光扫描测量仪

技术领域

本实用新型涉及一种激光测量装置，尤其是一种激光扫描测量仪。

背景技术

公知的：激光扫描仪是利用时间飞行原理来测量工件的尺寸及形状等工作的一种仪器。激光的时间飞行原理－Time of flight为:激光发射器发出激光脉冲波，内部定时器开始计算时间t1当激光波碰到物体后，部分能量返回，当激光接收器收到返回激光波时，停止内部定时器t2，激光雷达到物体的距离为:其中C为光速。

激光扫描仪的测量原理：激光发射器发出激光脉冲波，当激光波碰到物体后，部分能量返回，当激光接收器收到返回激光波时，且返回波的能量足以触发门槛值，激光扫描器计算它到物体的距离值；激光扫描器连续不停的发射激光脉冲波，激光脉冲波打在高速旋转的镜面上，将激光脉冲波发射向各个方向从而形成一个二维区域的扫描。此二维区域的扫描可以实现以下两个功能：1).在扫描器的扫描范围内，设置不同形状的保护区域，当有物体进入该区域时，发出报警信号；2).在扫描器的扫描范围内，扫描器输出每个测量点的距离，根据此距离信息，可以计算物体的外型轮廓，坐标定位。

激光扫描测距仪属于激光扫描仪的一种，常见的激光扫描测距仪有以下两种：

一、如图1和图2所示的激光扫描测距仪，该激光扫描测距仪的聚焦透镜6设置在反射镜2的一侧，且将反射镜2设置为锥形。所述反射镜2具有两个反射面，一个反射面向上，另一个反射面向下；两个反射面具有夹角，两个反射面的交界处指向聚焦透镜6。光源3设置在反射镜2下方。光源2发射激光，激光照射在反射镜2上，通过反射面反射沿水平方向向聚焦透镜6的方向射出。由于激光射出后将经过聚焦透镜6；为了避免激光在经过聚焦透镜6时产生反射，从而影响测量，因此需要在聚焦透镜6上设置一个便于激光穿过的防干涉口61，使得激光由防干涉口61穿过。因此该激光扫描测距仪的聚焦透镜6制造困难，制造成本较高。如果不在聚焦透镜6上设置防干涉口61，那么光源3发射的激光通过聚焦透镜6后将有少量光源会反射回反射镜2，从而造成测量系统产生误判；同时光源通过聚焦透镜6后的光束发生变形，从而使得平行光变为扩散光影响准直效应。

其次，在安装的过程中，如图1所示必须保证聚焦透镜6的聚光焦点刚好位于反射镜2的向上反射的反射面上。否则如图2所示，当聚焦透镜6的聚光焦点位于反射镜2的向上反射的反射面的上方时，需要在反射面的上方设置第二聚焦透镜52，使得照射在反射面上的散光能够通过第二聚焦透镜52聚焦照射在光电传感器8上，从而增加了元器件，降低了光线强度。因此该激光扫描测距仪的安装精度要求较高，安装困难。

最后，由于聚焦透镜6设置在反射镜2的一侧，因此在使用的过程中反射镜4必须与聚焦透镜6一同旋转，否则当反射镜2旋转一定角度后，光源3发出的激光在遇到测量目标后反射回来的光线无法通过聚焦透镜6进行聚焦，因此无法实现准确的测量。为了便于使用，必须在结构上将反射镜2与聚焦透镜6设置为可以一起旋转的结构，因此使得整个激光扫描测距仪的结构复杂，增加了制造成本。

二、如图3所示的激光扫描测距仪，该激光扫描测距仪将反射镜2设置为斜面镜，在反射镜2的上方设置聚焦透镜6，在聚焦透镜6的上方设置光电传感器8，同时聚焦透镜6下方设置有挡板，在挡板上安装有第二反射镜11，光源3设置在反射镜2的一侧，且使得光源3发射的激光能够通过第二反射镜11反射到反射镜2上，通过反射镜2的反射水平射出。

该激光扫描测距仪，由于在聚焦透镜6与反射镜2之间设置有第二反射镜11，因此结构复杂。同时光源3发射的激光经过第二反射镜11反射后，会出现少量散光反射在反射镜2上，反射镜2上的散光反射到聚焦透镜6，然后通过聚焦透镜6聚焦传递到光电传感器8，从而可能造成测量误判。

同时，现有技术中如中国专利申请(CN105759253A)公开了一种结构简单，能够减少测量误判的激光扫描测距仪。该激光扫描测距仪包括光源3、反射镜2、聚焦透镜6、光电传感器8；所述反射镜2具有反射镜面21；所述反射镜面21与水平面具有夹角α，所述夹角α为锐角；所述反射镜2上设置有透光孔22，所述透光孔21内安装有反光板10；所述光源3安装在反射镜2上反射镜面21的背面的下方；且使得光源3发出的测量激光31穿过透光孔22再由反光板10反射沿水平方向射出；所述聚焦透镜6设置在反射镜面21的上方，所述光电传感器8设置在聚焦透镜6上方，且所述聚焦透镜6的聚光焦点位于光电传感器8上。

虽然，采用该激光扫描测距仪能够提高测量的精确性以及测量扫描系统工作的稳定性；同时能够实现对动态物体的快速测量，其次简化了结构，便于制造安装。但是，上述激光扫描测距仪，由于通过安装在反射镜2的透光孔22内的反光板11将光源3发射出来的测量激光31进行反射，使得沿水平方向射出，然后通过反射镜2接收并反射被测物反射光32到聚焦透镜6，通过聚焦透镜6将光聚焦到光电传感器8；为了保证测量激光31的水平射出，以及反光镜2能够接收到被测物反射光32，因此在安装过程中必须保证反光板11与反光镜2之间的角度，使得反光板11垂直于反光镜2。然而在安装过程中会存在安装误差，从而造成检测过程中的检测误差，因此安装精度要求较高，安装麻烦，同时由于安装误差容易导致较大的检测误差。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单，集成度高，便于安装，提高检测精度的激光扫描测量仪。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：激光扫描测量仪，包括光源、反射镜、聚焦透镜、光电传感器；

所述光源设置在反射镜具有的反射镜面的上方；所述光源与反射镜之间设置有准直镜组；且使得光源沿竖直方向发出测量激光，所述测量激光穿过准直镜组照射在反射镜上，由反射镜反射沿水平方向射出；

所述聚焦透镜设置在反射镜具有的反射镜面的上方；所述聚焦透镜上方设置有接收反射镜，所述接收反射镜具有的反射镜面与水平之间具有夹角α；

所述光电传感器位于接收反射镜的反射镜面的一侧；且使得反射镜接收到的光束通过聚焦透镜聚光后由接收反射镜反射到光电传感器上。

进一步的，所述接收反射镜上设置有第一透光孔、所述聚焦透镜上设置有第二透光孔，所述第一透光孔具有的中心线与第二透光孔具有的中心线共线，所述光源位于第一透光孔的正上方。

进一步的，所述准直镜组包括设置在光源与反射镜之间的第一准直透镜、第二准直透镜；所述第一准直透镜位于接收反射镜上方；所述第二准直透镜安装在第二透光孔内。

进一步的，所述接收反射镜的反射镜面与水平面之间的夹角α＝45°。

优选的，所述反射镜为矩形平面镜。

进一步的，所述的激光扫描测量仪，还包括基座；所述反射镜倾斜安装在基座上。

本实用新型的有益效果是：本实用新型所述的激光扫描测量仪，通过结构设计将发射与接收光波集成在一个结构零件上，并通过同一反射镜来实现经过的发出光波和接收光波的发射，以此保证光路的精准传递，最终抵达光电传感器；同时，通过在反射镜上方设置光源，同时保证光源沿竖直方向上发出的测量激光经过反射镜反射后水平射出即可；因此，在安装过程中只需调节反射镜与水平面之间的夹角，使得光源沿竖直方向上发出的测量激光经过反射镜反射后水平射出即可，其他装置的安装只需安装到相应位置即可；因此安装简便，便于操作，安装误差极小，从而能够有效的减小安装误差带来的测量误差；提高了测量精度和测量的稳定性。其次，如果进行360°范围内检测时，只需转动反射镜即可，从而可以避免部件在转动过程中振动带来的测量误差，提高测量的精确性以及激光扫描测量仪工作的稳定性。最后，本实用新型所述的激光扫描测量仪各个部件均为标准部件，便于加工制造，能够有效的降低制造成本。

附图说明

图1是聚焦透镜设置在反射镜一侧的激光扫描测量仪的聚焦透镜的聚光焦点位于反射镜上时的结构简图；

图2是聚焦透镜设置在反射镜一侧的激光扫描测量仪的聚焦透镜的聚光焦点不在反射镜上时的结构简图；

图3是聚焦透镜设置在反射镜上方的激光扫描测量仪的结构简图；

图4是光源设置在反射镜正下方的激光扫描测量仪的结构简图；

图5是本实用新型实施例中激光扫描测量仪的结构简图；

图中标示：1-基座，2-反射镜，21-反射镜面，22-透光孔，3-光源，31-测量激光，32-被测物反射光，33-接收反射镜反射光，4-第一准直透镜，5-第二准直透镜，6-聚焦透镜，7-接收反射镜，8-光电传感器，9-被测物，11-第二反射镜，52-第二聚焦透镜，61-第二透光孔，71-第一透光孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图5所示，本实用新型所述的激光扫描测量仪，包括光源3、反射镜2、聚焦透镜6、光电传感器8；所述光源3设置在反射镜2具有的反射镜面的上方；所述光源3与反射镜2之间设置有准直镜组；且使得光源3沿竖直方向发出测量激光31，所述测量激光31穿过准直镜组照射在反射镜2上，由反射镜2反射沿水平方向射出；

所述聚焦透镜6设置在反射镜2具有的反射镜面的上方；所述聚焦透镜6上方设置有接收反射镜7，所述接收反射镜7具有的反射镜面与水平之间具有夹角α；

所述光电传感器8位于接收反射镜7的反射镜面的一侧；且使得反射镜2接收到的光束通过聚焦透镜6聚光后由接收反射镜7反射到光电传感器8上。

具体的，准直镜组的主要作用是使得光源3发射出的测量激光31通过准直镜组后转化为平行光。

如图4所示，所述聚焦透镜6上方设置有接收反射镜7，所述接收反射镜7具有的反射镜面与水平之间具有夹角α，α为锐角；因此能够使得被测物反射光32经过聚焦透镜6聚焦后通过接收反射镜7改变被测物反射光32的路径，避免被测物反射光32反射回光源3；避免被测物反射光32与光源1发射的测量激光31相互干扰。

在具体的，实施过程中，由于所述光源3设置在反射镜2具有的反射镜面的上方；所述光源3与反射镜2之间设置有准直镜组；且使得光源3沿竖直方向发出测量激光31，所述测量激光31穿过准直镜组平行照射在反射镜2上，由反射镜2反射沿水平方向射出；因此，为了保证测量激光31沿水平方向射出，反射镜2一定是倾斜设置。如图5所示，由于所述光源3设置在反射镜2具有的反射镜面的上方；因此在安装过程中只调整反射镜2与光源3的位置关系，即使得光源3与反射镜2的反射镜面21之间的夹角和反射镜面21与水平面之间的夹角相同即可；从而保证光源3发射出的测量激光31沿水平方向射出。

在采用本实用新型所述的激光扫描测量仪进行测量的过程中：首先将激光扫描测量仪进行安装；测量时，打开光源3，光源3发射出测量激光31，由于所述光源3设置在反射镜2具有的反射镜面的上方；所述光源3与反射镜2之间设置有准直镜组；因此光源3发出的测量激光31通过准直镜组后形成平行光，平行光由反射镜2反射后水平射出。当测量激光31遇到被测物9时，在被测物9表面发生反射，反射回一束被测物反射光32，反射回来的被测物反射光32照射在反射镜2的反射镜面上，通过反射镜面的反射改变光的路径，使得反射镜2反射出向上的光线，然后通过聚焦透镜6进行聚焦。由于所述聚焦透镜6上方设置有接收反射镜7，所述接收反射镜7具有的反射镜面与水平之间具有夹角α；因此，被测物反射光32向上的反射光线在经过聚焦透镜6聚焦后由接收反射镜7再一次反射，改变光线的路径，形成接收反射镜反射光33照射在光电传感器8上，光电传感器8记录接收光信号，将光信号转化为电信号，然后通过处理系统进行处理最终得到被测物与测量基准点之间的距离。

测量完成后，由于光源3位于反射镜2的上方，反射镜2与水平方向上的夹角固定；光源3发出的测量激光31是由反射镜2反射后射出的；在旋转反射镜2的过程中保证反射镜2与水平方向上的夹角不变，同时使得光源3位于旋转反光镜2旋转时的转轴上，从而使得无论反射镜2怎么旋转，光源3可以保持不动，依然能够使得光源3发射出的测量激光31经过反射镜2反射水平射出。同时，聚焦透镜6不跟随旋转也能实现对被测物反射光32的聚焦；由于接收反射镜7是对聚焦透镜6聚焦被测物反射光32后的光线进行反射，将光线反射到光电传感器8上；因此，接收反射镜7只要保持与聚焦透镜6位置关系以及与光电传感器8的位置关系不变，即可保证被测物反射光32能够被光电传感器8吸收。

综上所述，旋转反射镜2使得从反射镜2反射发出的测量激光31照射另一个方向，重复前面测量步骤，即可实现位于第二方向上被测物9的测量。因此将反射镜2旋转一周即可测量得到激光扫描测量仪一定范围内被测物9距离测量基准点的距离。

同时，本实用新型所述的激光扫描测量仪由于利用激光的时间飞行原理进行测量，因此测量快速。通过上述测量步骤测量出动态物体在一个时间点上相对于激光扫描测量仪之间的距离，再间隔一定时间后再次测量动态物体与激光扫描测量仪之间的距离，通过前后两次测量得到的距离差值以及间隔时间从而可以测量出动态物体相对于激光扫描测量仪的运动速度，实现对动态物体的实时测量。

如果测量速度太慢则无法实现对动态物体的实时测量；当测量得到被测物9与激光扫描测量仪之间的距离时，此时如果测量速度太慢，那么被测物9将会运动到下一个位置。从而造成得到的数据不能及时反应动态物的实时情况。本实用新型所述的激光扫描测量仪，由于测量速度快速，能够实现对动态物体的测量，同时能够减小对动态物体运动速度测量的误差。

综上所述，本实用新型所述的激光扫描测量仪，通过结构设计将发射与接收光波集成在一个结构零件上，并通过同一反射镜来实现经过的发出光波和接收光波的发射，以此保证光路的精准传递，最终抵达光电传感器；同时，通过在反射镜2上方设置光源3，同时保证光源3沿竖直方向上发出的测量激光31经过反射镜2反射后水平射出即可；因此在安装过程中只需调节反射镜2与水平面之间的夹角，使得光源3沿竖直方向上发出的测量激光31经过反射镜2反射后水平射出即可，其他装置的安装，只需安装到相应位置即可；因此安装简便，便于操作，安装误差较小，从而能够有效的减小安装误差带来的测量误差；提高了测量精度和测量的稳定性。其次，如果进行360°范围内检测时，只需转动反射镜2即可，从而可以避免部件在转动过程中振动带来的测量误差，提高测量的精确性以及激光扫描测量仪工作的稳定性。最后，本实用新型所述的激光扫描测量仪各个部件均为标准部件，便于加工制造，能够有效的降低制造成本。

为了进一步的简化结构，便于安装，同时保证结构的稳定性，进一步的，所述接收反射镜7上设置有第一透光孔71、所述聚焦透镜6上设置有第二透光孔61，所述第一透光孔71具有的中心线与第二透光孔61具有的中心线共线，所述光源3位于第一透光孔71的正上方。通过将光源3设置在接收反射镜7上方，便于对光源3进行维护；在接收反射镜7上设置有第一透光孔71、所述聚焦透镜6上设置有第二透光孔61，从而使得光源3发出的测量激光31能够穿过接收反射镜7以及聚焦透镜6，并且使得测量激光31不会对接收反射镜7以及聚焦透镜6接收到的被测物反射光32造成干涉。

为了简化结构，便于安装，更进一步的，所述准直镜组包括设置在光源3与反射镜2之间的第一准直透镜4、第二准直透镜5；所述第一准直透镜4位于接收反射镜7上方；所述第二准直透镜5安装在第二透光孔61内。通过将第二准直透镜5安装在第二透光孔61从而能够减小设备的安装空间。

为了在安装固定接收反射镜7后便于确定光电传感器8的位置，使得反射镜7反射的光线照射在光电传感器8上，优选的，所述接收反射镜7的反射镜面与水平面之间的夹角α＝45°。

所述反射镜2可以采用平面镜，为了实现反射镜2接收被测物反射光32时各个方向上的被测物反射光32接收均匀，同时便于加工制造以及便于保证安装精度，优选的，所述反射镜2为矩形平面镜。

为了便于激光扫描测量仪的安装，进一步的所述的激光扫描测量仪，还包括基座1；所述反射镜2倾斜安装在基座1上。通过将反射镜2安装在基座1上，在安装过程中只需将基座1安装到相应位置上即可，从而无需再对反射镜2的角度进行调整；从而简化了安装，能够提高安装效率，同时减小安装误差。

Claims (6)

1.激光扫描测量仪，包括光源(3)、反射镜(2)、聚焦透镜(6)、光电传感器(8)；其特征在于：

所述光源(3)设置在反射镜(2)具有的反射镜面的上方，所述光源(3)与反射镜(2)之间设置有准直镜组；且使得光源(3)沿竖直方向发出测量激光(31)，所述测量激光(31)穿过准直镜组照射在反射镜(2)上，由反射镜(2)反射沿水平方向射出；

所述聚焦透镜(6)设置在反射镜(2)具有的反射镜面的上方；所述聚焦透镜(6)上方设置有接收反射镜(7)，所述接收反射镜(7)具有的反射镜面与水平之间具有夹角α；所述光电传感器(8)位于接收反射镜(7)的反射镜面的一侧；且使得反射镜(2)接收到的光束通过聚焦透镜(6)聚光后由接收反射镜(7)反射到光电传感器(8)上。

2.如权利要求1所述的激光扫描测量仪，其特征在于：所述接收反射镜(7)上设置有第一透光孔(71)、所述聚焦透镜(6)上设置有第二透光孔(61)，所述第一透光孔(71)具有的中心线与第二透光孔(61)具有的中心线共线，所述光源(3)位于第一透光孔(71)的正上方。

3.如权利要求2所述的激光扫描测量仪，其特征在于：所述准直镜组包括设置在光源(3)与反射镜(2)之间的第一准直透镜(4)、第二准直透镜(5)；所述第一准直透镜(4)位于接收反射镜(7)上方；所述第二准直透镜(5)安装在第二透光孔(61)内。

4.如权利要求1所述的激光扫描测量仪，其特征在于：所述接收反射镜(7)的反射镜面与水平面之间的夹角α＝45°。

5.如权利要求1所述的激光扫描测量仪，其特征在于：所述反射镜(2)为矩形平面镜。

6.如权利要求1所述的激光扫描测量仪，其特征在于：还包括基座(1)；所述反射镜(2)倾斜安装在基座(1)上。