CN221078928U - 一种快速调平衡的激光雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光电测距领域，公开了一种快速调平衡的激光雷达。设置密封的环形腔室，在激光雷达首次启动时，位于环形腔室内部的高温胶水随环形腔室的转动，改变自身在环形腔室内的分布位置；利用高温固化胶水在环形腔室内的重新分布，使得整个转子部分的质量分布自动调节至平衡。随后，利用加热结构对环形腔室内的高温固化胶水进行加热，使高温固化胶水固化，实现对转子部分质量均衡状态的固化，从而达到转子部分快速调平衡的目的。激光雷达经自平衡固化后，当电机转子再次进行高速(过临界转速)转动时，可处于相对理想的动平衡状态，由转子不平衡引发的振动及噪音等负面影响可降至最低，减少了轴承的磨损，延长了激光雷达的寿命。

Description

一种快速调平衡的激光雷达

技术领域

本实用新型涉及光电测距领域，具体涉及一种快速调平衡的激光雷达。

背景技术

激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是向目标发射探测信号，然后将接收到的从目标反射/散射回来的信号与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，从而对目标进行探测、跟踪和识别。

激光雷达实现扫描的方法有多种，包括电机带动转镜/转鼓旋转扫描、电机带动发射/接收模块旋转扫描、MEMS振镜摆动扫描、电机带动光楔旋转扫描、光学相控阵扫描等。其中基于电机带动的旋转扫描方案最为成熟，应用广泛。

电机带动的旋转部件(转子部分)的形状和质量分布都是非规则对称的，微小的质量分布不均导致的初始不平衡量都会引发电机高速转动过程中的剧烈震动及高分贝噪音，最终影响雷达测距性能的实现，同时导致雷达寿命的缩短以及用户的应用体验降低。因此需在实际雷达旋转扫描方案实现过程中引入旋转部件的动平衡配平，基于动平衡设备测出旋转的不平衡量值，通过对旋转部件特定位置增加重量或减少重量的方式实现动平衡配平。此项工作设计旋转部件的配平面预留、初始重量分布设计以及在动平衡设备上的逐台配平操作。操作过程繁琐，耗时费力，增加了雷达制造实现的难度，提升了成本。同时，增重/减重过程中极易引发雷达内部组件的污染和损伤，且最终只能实现对不平衡量做到有限补偿，无法实现动平衡的完全平衡。

实用新型内容

针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种快速调平衡的激光雷达，实现了快速调平衡，转子不平衡引发的振动及噪音等负面影响可降至最低，减少了轴承的磨损，延长了激光雷达的寿命，提升了雷达生产制造的效率。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种快速调平衡的激光雷达，包括机壳；在机壳上设有

发射单元，配置成向目标空间发射出探测光束；

接收单元，配置成接收所述探测光束被目标物反射的回波；

旋转单元，配置成带动所述发射单元和所述接收单元旋转；

角度测量单元，配置成获取所述旋转单元的角度信息，用于确定发射探测光束的角度；

旋转单元包括由电机驱动的转子部分和与机壳相连的定子部分；

其特征在于：包括环形腔室和高温固化胶水，环形腔室固定设在旋转单元的转子部分上，环形腔室以转子部分的旋转轴为中心，且位于与旋转轴垂直的平面内；高温固化胶水灌注在环形腔室内，高温固化胶水未充满环形腔室内；在激光雷达首次启动转子部分的质量分布达到均衡后，利用外部加热结构对处于旋转过程中的环形腔室进行加热，固化环形腔室内部的高温固化胶水。

按上述技术方案，根据转子部分的尺寸规格，选择相应尺寸的密封环形腔室，并在腔室内填充高温固化胶水，胶水的填充量和环形腔室的尺寸需满足平衡转子部分重量分布的需求。

按上述技术方案，还包括圆珠，若干个圆珠置于环形腔室内，在转子部分首次转动时，圆珠和高温固化胶水均在腔室内移动。

按上述技术方案，在环形腔室内设有沟槽，沟槽的尺寸与圆珠的尺寸相匹配，圆珠在沟槽内转动。

按上述技术方案，沟槽为环形腔室的一部分，环形腔室的竖截面包括与圆珠尺寸相匹配的滑槽部和用于供高温固化胶水流通的流通部，流通部设置一个或者多个。

按上述技术方案，环形腔室的竖截面采用U型结构或者葫芦形结构。

按上述技术方案，转子部分上设有码盘和反射镜组，环形腔室设在码盘和反射镜组之间，且环形腔室位于码盘上。

按上述技术方案，外部加热结构采用感应线圈的加热方式，使用感应线圈，加热金属材质的环形腔室；或者采用热风枪的加热方式，利用热风枪直接对环形腔室进行加热。

本实用新型具有以下有益效果：

1、设置密封的环形腔室，在激光雷达首次启动时，位于环形腔室内部的高温胶水随环形腔室的转动，改变自身在环形腔室内的分布位置；利用高温固化胶水在环形腔室内的重新分布，使得整个转子部分的质量分布自动调节至平衡。随后，利用加热结构对环形腔室内的高温固化胶水进行加热，使高温固化胶水固化，实现对转子部分质量均衡状态的固化，从而达到转子部分快速调平衡的目的。激光雷达经自平衡固化后，当电机转子再次进行高速(过临界转速)转动时，可处于相对理想的动平衡状态，由转子不平衡引发的振动及噪音等负面影响可降至最低，减少了轴承的磨损，延长了激光雷达的寿命。

上述措施中，转子自动平衡技术是根据柔性转子在过临界转速下运行时，转子挠曲变形响应滞后于不平衡激振力，与不平衡激振力呈一钝角，此时利用补偿质量在离心力的驱动下向转子挠曲‘低点’移动，从而改变转子内部质量分布的方式来达到减振或平衡的效果。其最大的优点是不需要提供任何外部能源驱动即可在线自动平衡，在精细设计转子质量分布的基础上，由机械加工、制造、粘接及标准件质量不一致等因素引入的残余不平衡量可通过自平衡装置自动配平，加热后固定，实现了快速调平衡，提升了雷达生产制造的效率；具有结构简单、造价低廉、安全可靠等优势。

2、还包括圆珠，若干个圆珠置于环形腔室内，在转子部分首次转动时，圆珠和高温固化胶水均在腔室内移动。相同体积的圆珠的质量大于相同体积的高温固化胶水的质量，在使用多个相同尺寸的圆珠时，可以减少平衡转子部分质量所需的高温固化胶水的质量，也可减小环形腔室尺寸。

3、设置沟槽，利用沟槽约束圆珠的运动轨迹；再利用加热结构，配合高温固化胶水，固定处于平衡状态下环形腔室内部的圆珠。较单纯依靠高温固化胶水固定圆珠，设置沟槽可以提高圆珠固定的稳定性。其中，在环形腔室内，位于沟槽外的区域供高温固化胶水流通。

附图说明

图1是本实用新型提供第一种实施例的结构示意图；

图2是本实用新型提供第二种实施例的结构示意图；

图3是本实用新型提供第二种实施例的环形腔室在码盘上的结构示意图；

图4是图3中A-A的剖视图；

图中，1、机壳；2、转子部分；3、定子部分；4、环形腔室；5、圆珠；6、码盘；7、反射镜组；8、光学罩组件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。

参照图1～图4所示，本实用新型提供的一种快速调平衡的激光雷达。

实施例1

如图1所示，包括机壳1；在机壳上设有

发射单元，配置成向目标空间发射出探测光束；

接收单元，配置成接收所述探测光束被目标物反射的回波；

旋转单元，配置成带动所述发射单元和所述接收单元旋转；

角度测量单元，配置成获取所述旋转单元的角度信息，用于确定发射探测光束的角度；

旋转单元包括由电机驱动的转子部分2和与机壳相连的定子部分3。在机壳上设有光学罩组件8

还包括环形腔室4和高温固化胶水，环形腔室固定设在旋转单元的转子部分上，环形腔室以转子部分的旋转轴为中心，且位于与旋转轴垂直的平面内；高温固化胶水灌注在环形腔室内，高温固化胶水未充满环形腔室内；在激光雷达首次启动转子部分的质量分布达到均衡后，利用外部加热结构对处于旋转过程中的环形腔室进行加热，固化环形腔室内部的高温固化胶水。

在本实施例中，设置密封的环形腔室，在激光雷达首次启动时，位于环形腔室内部的高温胶水随环形腔室的转动，改变自身在环形腔室内的分布位置；利用高温固化胶水在环形腔室内的重新分布，使得整个转子部分的质量分布自动调节至平衡。随后，利用加热结构对环形腔室内的高温固化胶水进行加热，使高温固化胶水固化，实现对转子部分质量均衡状态的固化，从而达到转子部分快速调平衡的目的。激光雷达经自平衡固化后，当电机转子再次进行高速(过临界转速)转动时，可处于相对理想的动平衡状态，由转子不平衡引发的振动及噪音等负面影响可降至最低，减少了轴承的磨损，延长了激光雷达的寿命。

上述措施中，转子自动平衡技术是根据柔性转子在过临界转速下运行时，转子挠曲变形响应滞后于不平衡激振力，与不平衡激振力呈一钝角，此时利用补偿质量在离心力的驱动下向转子挠曲‘低点’移动，从而改变转子内部质量分布的方式来达到减振或平衡的效果。其最大的优点是不需要提供任何外部能源驱动即可在线自动平衡，在精细设计转子质量分布的基础上，由机械加工、制造、粘接及标准件质量不一致等因素引入的残余不平衡量可通过自平衡装置自动配平，加热后固定，实现了快速调平衡，提升了雷达生产制造的效率；具有结构简单、造价低廉、安全可靠等优势。

在本实施例中，优选的，根据转子部分的尺寸规格，选择相应尺寸的密封环形腔室，并在腔室内填充高温固化胶水，胶水的填充量和环形腔室的尺寸需满足平衡转子部分重量分布的需求，从而保证高温固化胶水能够快速平衡转子部分的质量。

实施例2

实施例2的结构和原理与实施例1的结构和原理接近，其不同之处在于：如图2所示，为了减少高温固化胶水的使用量和环形腔室的尺寸，在实施例1的基础上还提供了另一种实施例。还包括圆珠5，若干个圆珠置于环形腔室内，在转子部分首次转动时，圆珠和高温固化胶水均在腔室内移动。在本实施例中，相同体积的圆珠的质量大于相同体积的高温固化胶水的质量，在使用多个相同尺寸的圆珠时，可以减少平衡转子部分质量所需的高温固化胶水的质量，也可减小环形腔室尺寸。

实施例3

实施例3的结构和原理与实施例2的结构和原理接近，其不同之处在于：为了保证圆珠在环形腔室内的正常转动，在环形腔室内设有沟槽，沟槽的尺寸与圆珠的尺寸相匹配，圆珠在沟槽内转动。在本实施例中，设置沟槽，利用沟槽约束圆珠的运动轨迹；再利用加热结构，配合高温固化胶水，固定处于平衡状态下环形腔室内部的圆珠。较单纯依靠高温固化胶水固定圆珠，设置沟槽可以提高圆珠固定的稳定性。

实施例4

实施例4的结构和原理与实施例3的结构和原理接近，其不同之处在于：优选的，沟槽为环形腔室的一部分，环形腔室的竖截面包括与圆珠尺寸相匹配的滑槽部和用于供高温固化胶水流通的流通部，流通部设置一个或者多个。在本实施例中，环形腔室的竖截面采用U型结构或者葫芦形结构，但不局限于上述两种结构。如图中所示，环形腔室的竖截面采用U型结构。

实施例5

实施例5的结构和原理与实施例3的结构和原理接近，其不同之处在于：给出一种环形腔室优选的布设方式，转子部分上设有码盘6和反射镜组7，环形腔室设在码盘和反射镜组之间，且环形腔室位于码盘上。环形腔室的布设位置不局限于本实施例，还可以根据激光雷达的布设位置，设计在其他位置。

实施例6

实施例6的结构和原理与实施例3的结构和原理接近，其不同之处在于：外部加热结构采用感应线圈的加热方式，使用感应线圈，加热金属材质的环形腔室；或者采用热风枪的加热方式，利用热风枪直接对环形腔室进行加热。两种加热方法都不会对激光雷达外壳造成影响。采用感应线圈的加热方式，外部加热结构包括感应线圈、交流电源和工件(即图中的环形腔室)，工件为可接受感应线圈加热的金属材质。根据加热对象结构尺寸的不同，可以把线圈制作成不同的形状。线圈和电源相连，电源为线圈提供交变电流，流过线圈的交变电流产生一个通过工件的交变磁场，该磁场使工件产生涡流来加热。感应加热是利用电磁感应的方法使被加热的材料的内部产生电流，依靠这些涡流的能量达到加热目的。

本实用新型的工作原理：

利用环形腔室+高温固化胶水、或者环形腔室+高温固化胶水+圆珠的结构形式，通过高速旋转状态下转子部分自动平衡获得平衡状态下高温固化胶水、或高温固化胶水+圆珠的最佳位置(圆珠和胶水相对于高速旋转的转子位置不变)，继而通过外部加热的非接触手段完成转子高速转动过程中胶水的固化，从而将平衡状态固化下来。

以上的仅为本实用新型的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等效变化，仍属本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种快速调平衡的激光雷达，包括机壳；在机壳上设有

发射单元，配置成向目标空间发射出探测光束；

接收单元，配置成接收所述探测光束被目标物反射的回波；

旋转单元，配置成带动所述发射单元和所述接收单元旋转；

角度测量单元，配置成获取所述旋转单元的角度信息，用于确定发射探测光束的角度；

旋转单元包括由电机驱动的转子部分和与机壳相连的定子部分；

其特征在于：包括环形腔室和高温固化胶水，环形腔室固定设在旋转单元的转子部分上，环形腔室以转子部分的旋转轴为中心，且位于与旋转轴垂直的平面内；高温固化胶水灌注在环形腔室内，高温固化胶水未充满环形腔室内；在激光雷达首次启动转子部分的质量分布达到均衡后，利用外部加热结构对处于旋转过程中的环形腔室进行加热，固化环形腔室内部的高温固化胶水。

2.根据权利要求1所述的快速调平衡的激光雷达，其特征在于：根据转子部分的尺寸规格，选择相应尺寸的密封环形腔室，并在腔室内填充高温固化胶水，胶水的填充量和环形腔室的尺寸需满足平衡转子部分重量分布的需求。

3.根据权利要求1所述的快速调平衡的激光雷达，其特征在于：还包括圆珠，若干个圆珠置于环形腔室内，在转子部分首次转动时，圆珠和高温固化胶水均在腔室内移动。

4.根据权利要求3所述的快速调平衡的激光雷达，其特征在于：在环形腔室内设有沟槽，沟槽的尺寸与圆珠的尺寸相匹配，圆珠在沟槽内转动。

5.根据权利要求4所述的快速调平衡的激光雷达，其特征在于：沟槽为环形腔室的一部分，环形腔室的竖截面包括与圆珠尺寸相匹配的滑槽部和用于供高温固化胶水流通的流通部，流通部设置一个或者多个。

6.根据权利要求4所述的快速调平衡的激光雷达，其特征在于：环形腔室的竖截面采用U型结构或者葫芦形结构。

7.根据权利要求1所述的快速调平衡的激光雷达，其特征在于：转子部分上设有码盘和反射镜组，环形腔室设在码盘和反射镜组之间，且环形腔室位于码盘上。

8.根据权利要求1所述的快速调平衡的激光雷达，其特征在于：外部加热结构采用感应线圈的加热方式，使用感应线圈，加热金属材质的环形腔室；或者采用热风枪的加热方式，利用热风枪直接对环形腔室进行加热。