CN207663045U - 一种激光扫描装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光扫描装置，包括驱动装置、转子支撑组件、配重块、光路折转元件和安装辅件，驱动装置两端固定有转子支撑组件，转子支撑组件与配重块和固定辅件连接，固定辅件用于固定光路折转元件，配重块用于匹配光路折转元件，使转子达到动平衡，出射和入射激光经光路折转元件偏转后可转换成平行光路，实现对周向目标的激光扫描。本实用新型的激光扫描装置，通过驱动装置带动光路折转元件旋转实现激光360°周向扫描，运动部件较少，转子重量轻，结构简单，在减少装置体积重量的同时可实现激光快速扫描。

Description

一种激光扫描装置

技术领域

本实用新型涉及一种激光扫描装置，更具体的说是一种能够周向旋转的扫描装置。

背景技术

激光扫描仪通过测量激光往返时间来测定目标相对距离，并通过扫描装置改变激光指向方位来测定目标相对位置，具有距离精度高和空间分辨率高的优点。激光扫描仪的测量原理是利用激光发射器发出激光脉冲，激光照射到目标物体后返回部分能量形成激光回波，当激光接收器收到激光回波，且回波的能量足以触发门槛值时，激光扫描仪即可计算它到物体的距离值；激光扫描仪可以连续不停的发射激光脉冲，激光脉冲通过扫描装置改变激光指向，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)在扫描装置的扫描范围内，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)在扫描装置的扫描范围内，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。传统的激光扫描仪的扫描装置通常体积大，价格昂贵，扫描速度较慢，很难满足快速扫描成像的要求。

现有的激光扫描方式主要分为四种，包括电光扫描，声光扫描，光栅扫描和光机扫描。电光扫描和声光扫描由于是非机械扫描方式，因此具有无惯性扫描的特点。它们扫描速度快，但是声光扫描由于其原理的限制，使得当其为布拉格衍射时衍射角很小，因此其视场角也比较小，而当其不符合布拉格衍射条件时，衍射效率很低，极大地浪费了激光的能量。电光扫描角度也很小，且它对光存在损耗，透过率很低。光栅扫描视场角比较大，但是主要问题是衍射效率低，影响了整个扫描系统的透过率。

光机扫描分为很多种，包括多面棱镜扫描、振镜扫描、旋转反射镜扫描、光楔扫描、压电扫描、MEMS摆镜扫描和光纤扫描等。目前激光扫描仪系统中能够成熟应用的主要是光机扫描方式中的振镜扫描装置、旋转反射镜扫描和多面棱镜扫描装置。

如图3所示，振镜扫描的成行性好，重复性好，扫描效率高，但是由于其扫描角度越大，扫描频率就越低，所以它的扫描角度一般不大，约为10°～25°，在该视场角下，振镜扫描的扫描频率也较低。如图4所示，多面棱镜扫描装置由于马达的转速可以做到很高，所以扫描速度也通常比较快，且扫描角度大，稳定性好，但多面棱镜扫描装置体积大，配置成扫描系统的结构比较复杂，成本也比较高，由于多面棱镜加工工艺的限制，会影响反射光束的质量。而旋转反射镜扫描装置结构简单，可实现360°角度扫描，但收发光路经同一反射面，会造成不必要的光学遮挡，也容易在接收光路中引入杂散光干扰造成误判，如图5所示。此外，由于以上三种扫描方式都采用出射入射同光路设计，在出射光束质量不理想，光斑较大的条件下只能采用增加反射元件尺寸的方法来调节，影响了系统性能。而光纤扫描和MEMS摆镜扫描装置均处于研究阶段，难以应用于激光扫描仪中。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型提供了一种结构简单，可靠性高，可覆盖360°扫描角度，分置发射接收光路以减少测量误判的激光扫描装置。

(二)技术方案

为了克服上述技术问题，本实用新型提出了一种激光扫描装置，该装置包括驱动装置、上光路折转元件和下光路折转元件，所述上光路折转元件和下光路折转元件固定在所述驱动装置的两端，所述驱动装置能够带动所述上光路折转元件和下光路折转元件旋转；

作为一种优选地实施方式，该装置还包括转子支撑组件和固定辅件，所述驱动装置通过所述转子支撑组件和所述固定辅件带动所述上光路折转元件和所述下光路折转元件旋转，实现出射光和入射光在水平面的360°周向扫描。

作为一种优选地实施方式，该装置还包括配重块，所述配重块用于匹配光路折转元件，使整个装置达到动平衡。

作为一种优选地实施方式，该装置还包括激光源和光电传感器，所述激光源位于装置的上方，所述光电传感器位于装置下方。

作为一种优选地实施方式，所述激光源发出的出射光通过上光路折转元件折转能够沿水平方向射出。

作为一种优选地实施方式，该装置还包括激光源和光电传感器，所述激光源位于装置的下方，所述光电传感器位于装置上方。

作为一种优选地实施方式，所述光电传感器通过下光路折转元件折转能够接收入射光。

作为一种优选地实施方式，所述入射光和出射光的光路通过所述上光路折转元件和所述下光路折转元件折转后的光路相互平行。

作为一种优选地实施方式，所述激光源发出的出射光通过上光路折转元件折转能够沿水平方向射出。

作为一种优选地实施方式，所述激光源的出射光斑尺寸与上光路折转元件通光口径一致。

(三)有益效果

本实用新型的激光扫描装置，通过驱动装置带动上光路折转和下光路折转元件周向旋转实现激光360°扫描，运动部件较少，转子重量轻，结构简单，在减少装置体积重量的同时可实现激光快速扫描。本实用新型的发射光路和接收光路分置的扫描机构能够避免传统激光扫描仪发射接收光路经同一块反射镜所引入的杂散光干扰，提高了测量的精确性以及激光扫描测距仪工作的稳定性。本实用新型的激光扫描装置可以避免在使用过程中将激光发射准直镜与接收聚焦透镜随扫描装置一起旋转，增加转动惯量；或者避免了在聚焦透镜下安装反光板，遮挡光学接收光学口径。本实用新型的激光扫描装置在使用的过程中只需要光路折转元件或反射镜即可，从而简化了结构，便于制造安装。

附图说明

图1是本实用新型采用棱镜的激光扫描装置结构示意图；

图2是本实用新型采用反射镜的激光扫描装置结构示意图；

图3是现有的振镜扫描装置结构示意图；

图4是现有多面棱镜扫描装置结构示意图；

图5是现有旋转反射镜扫描装置结构示意图；

具体实施方式

本实用新型提出了一种激光扫描装置，该装置包括驱动装置、转子支撑组件、配重块、上光路折转元件、下光路折转元件和安装辅件，所述上光路折转元件用于接收出射光，再将出射光折射到所述上光路折转元件的侧面，所述下光路折转元件用于接收入射光，再将入射光折射到下光路折转元件的下面，所述驱动装置通过转子支撑组件和固定辅件带动上光路折转元件和下光路折转元件旋转，实现出射光和入射光在水平面的360°周向扫描，所述光路折转元件能够使光路折转90度，所述配重块用于匹配光路折转元件，使整个装置保持动态平衡，所述出射光的光路与入射光的光路位于所述驱动装置的旋转轴线上。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型作进一步的详细说明。

图1是本实用新型采用棱镜的激光扫描装置结构示意图。如图所示，激光扫描装置主要由上光路折转元件1、配重块2、旋转轴3、转子支撑组件4、下光路折转元件5、驱动装置6和固定辅件7构成。电机6两端固定有转子支撑组件4，上光路折转元件1和下光路折转元件5通过固定辅件7与转子支撑组件4配合，使出射和入射激光的光路偏转成相互平行的光路，实现对周向目标的激光扫描。配重块2用于匹配上光路折转元件1和下光路折转元件5，使转子达到动态平衡。

根据本实用新型的实施例，该装置还包括激光源和光电传感器，所述激光源位于该装置的上方，所述光电传感器位于该装置下方，且激光源和光电传感器两者的位置可以互换。

在本实用新型的实施例中优选地，所述驱动装置6为电机，电机通过转子支撑组件4和固定辅件7带动上光路折转元件1和下光路折转元件5周向旋转，实现出射光和入射光在水平面的360°扫描。

在本实用新型的实施例中优选地，所述上光路折转元件1和下光路折转元件5为梯形棱镜，棱镜上下底边镀有反射膜，斜边镀透射膜，激光垂直于棱镜一斜边入射，经多次反射后垂直于另一斜边出射，可实现光路90°折转。

在本实用新型的实施例中优选地，所述转子支撑组件4包括轴联器、轴承、盖板、安装凸台等零件，用于连接固定辅件7与电机轴。

在本实用新型的实施例中优选地，激光扫描仪的激光源可安装在出射光路上方，出射光斑尺寸可与上光路折转元件1通光口径一致，使得光源发出的测量激光通过上光路折转元件1沿水平方向射出；光电传感器设置在入射光路下方，通过下光路折转元件5可将接收入射光汇聚至位于聚焦透镜焦点的光电传感器上。

在本实用新型的实施例中优选地，所述出射光路光轴与接收光路光轴位于旋转轴相对于转子支撑组件4转动的转轴线上；即光源中心与聚焦透镜的聚光焦点都位于转轴线上。

图2是本实用新型采用反射镜的激光扫描装置结构示意图。如图所示，激光扫描装置主要由旋转轴3、转子支撑组件4、驱动装置6、上反射镜8、下反射镜9和传动机构10组成。上反射镜8和下反射镜9通过转子支撑组件4分别固定于旋转轴3的上下两端，出射和入射激光经上反射镜8和下反射镜9反射后转换成平行光路。

在本实用新型的另一个实施例中优选地，所述的驱动装置6是通过传动机构10与旋转轴3和电机11相连。所述传动机构10的传动方式可以是皮带传动，也可以是齿轮传动或涡轮蜗杆传动，可将电机11运动传递至旋转轴3，带动上反射镜8和下反射镜9周向360°旋转。

在本实用新型的另一个实施例中优选地，所述的上反射镜8和下反射镜9为平面镜，上反射镜8和下反射镜9的镜面与水平面之间的夹角α，α为45°，可实现出射光和入射光的90°折转。

在本实用新型的另一个实施例中优选地，所述转子支撑组件4包括反射镜座、轴联器、轴承、传动部件等零件构成，与传动机构10连接用于带动上反射镜8和下反射镜9同步旋转。

在本实用新型的另一个实施例中优选地，激光扫描仪的光源可安装在出射光路上方，出射光斑尺寸可与上反射镜8通光口径一致，使得光源发出的测量激光通过上反射镜8反射沿水平方向射出；光电传感器设置在入射光路下方，通过下反射镜9反射来接收入射光，并经聚焦透镜后汇聚至位于焦点的光电传感器上。

在本实用新型的另一个实施例中优选地，所述出射光路光轴与接收光路光轴位于旋转轴相对于转子支撑组件4转动的转轴线上；即光源中心与聚焦透镜的聚光焦点都位于转轴线上。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光扫描装置，包括驱动装置、上光路折转元件和下光路折转元件，所述上光路折转元件和下光路折转元件固定在所述驱动装置的两端，所述驱动装置能够带动所述上光路折转元件和下光路折转元件旋转；

所述上光路折转元件用于接收出射光，再将出射光折射到所述上光路折转元件的侧面；

所述下光路折转元件用于接收入射光，再将入射光折射到下光路折转元件的下面；

所述出射光的光路与入射光的光路位于所述驱动装置的旋转轴线上。

2.根据权利要求1所述的激光扫描装置，其特征在于，还包括转子支撑组件和固定辅件，所述驱动装置通过所述转子支撑组件和所述固定辅件带动所述上光路折转元件和所述下光路折转元件旋转，实现出射光和入射光在水平面的360°周向扫描。

3.根据权利要求1所述的激光扫描装置，其特征在于，还包括配重块，所述配重块用于匹配光路折转元件，使整个装置达到动平衡。

4.根据权利要求1所述的激光扫描装置，其特征在于，还包括激光源和光电传感器，所述激光源位于装置的上方，所述光电传感器位于装置下方。

5.根据权利要求4所述的激光扫描装置，其特征在于，所述激光源发出的出射光通过上光路折转元件折转能够沿水平方向射出。

6.根据权利要求1所述的激光扫描装置，其特征在于，还包括激光源和光电传感器，所述激光源位于装置的下方，所述光电传感器位于装置上方。

7.根据权利要求6所述的激光扫描装置，其特征在于，所述光电传感器通过下光路折转元件折转能够接收入射光。

8.根据权利要求5或7所述的激光扫描装置，其特征在于，所述入射光和出射光的光路通过所述上光路折转元件和所述下光路折转元件折转后的光路相互平行。

9.根据权利要求4所述的激光扫描装置，其特征在于，所述激光源发出的出射光通过上光路折转元件折转能够沿水平方向射出。

10.根据权利要求4所述的激光扫描装置，其特征在于，所述激光源的出射光斑尺寸与上光路折转元件通光口径一致。