專利名稱：一種采用六棱鏡反射光測量的全效二維激光測距儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光測距儀，更特別地說，是指一種采用六棱鏡反射光測量的全效二維激光測距儀。
背景技術(shù)：
激光測距儀具有測量精度高、準直性好、抗干擾能力強等一系列優(yōu)點，在各種測量 行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。激光測距可以分為脈沖式和相位式兩種類型。脈沖激光測距是 通過測量發(fā)射和接收激光脈沖信號的時間差來實現(xiàn)對被測目標的距離測量，測量公式為L =ct/2，L是測量距離，c是光速，t是測距信號往返時間。通過計算高頻計數(shù)脈沖的個數(shù) 來實現(xiàn)測距。參見圖4A所示，德國SICK公司生產(chǎn)的型號為LMS291的二維激光測距儀的光路部 分包括有激光發(fā)射器4、分光鏡1、六棱鏡31及激光接收器7。激光接收器7安裝在支撐架 6的上板下方，激光接收器7的端面上安裝有分光鏡1 ；支撐架的下板上安裝有六棱鏡31 ； 支撐架的側(cè)板上安裝有激光發(fā)射器。激光發(fā)射器4出射的脈沖激光IA入射至分光鏡1后， 經(jīng)分光鏡1反射成為第一反射光IB入射至六棱鏡31的鏡面上；該第一反射光IB經(jīng)六棱鏡 31后成為第二反射光IC入射至待測目標上；所述的第二反射光IC經(jīng)待測目標反射后成為 第一目標返回光ID入射至轉(zhuǎn)平面鏡31的鏡面上；該第一目標返回光ID經(jīng)六棱鏡31后成 為第二目標返回光IE入射至分光鏡1上，并且該第二目標返回光IE透過分光鏡1后被激 光接收器7接收成為激光測距儀進行距離計算的輸入信息。參見圖4B所示，當運動著的六棱鏡31的鏡面背對待測目標時，此時激光發(fā)射器4 出射的脈沖激光IA入射至分光鏡1后，經(jīng)分光鏡1反射成為第一反射光IB入射至六棱鏡 31的鏡面上；該第一反射光IB經(jīng)六棱鏡31后成為第三反射光IG入射至支撐架6的側(cè)板 63上，由于側(cè)板63不具有光的反射功能，此時激光接收器7將不能接收到光信息。分析此 種結(jié)構(gòu)的光路中，六棱鏡31的鏡面是一個與水平面成45°夾角的平面鏡，通過該平面鏡的 定向勻速旋轉(zhuǎn)可以測量前方水平面180°的距離，但當平面鏡旋轉(zhuǎn)到后方180°時，出射光 線將入射至支撐架6上，不能進行測量。六棱鏡31每旋轉(zhuǎn)一周耗時13ms，只有一半時間是 在有效測量，測量效率只有一半。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提供一種采用六棱鏡反射光測量的全效二維激光測距儀，是通過改 變機構(gòu)和測量光路的方法來提高二維激光測距儀的測量效率，使該二維激光測距儀的測量 效率為全效型。本發(fā)明設(shè)計的全效型激光測距儀是基于一個六棱鏡在轉(zhuǎn)動組件的驅(qū)動下， 入射至六棱鏡的鏡面上的反射光與出射光在六棱鏡前方成120度的測量范圍，使得激光接 收器接收到的光信息為全效型的有效測量范圍。解決了現(xiàn)有二維激光測距儀中，當旋轉(zhuǎn)平 面鏡旋轉(zhuǎn)至前方(與前方待測目標相對)時可測得前方待測目標的距離；若旋轉(zhuǎn)平面鏡的 鏡面轉(zhuǎn)動至背面(與前方待測目標相背)時，沒有反射光達到待測目標上，因此不能測量得到相對距離。本發(fā)明設(shè)計的光路部分在六棱鏡轉(zhuǎn)動一周的條件下，激光接收器能夠全效測 量得待測目標與激光器的距離。本發(fā)明的一種采用六棱鏡反射光測量的全效二維激光測距儀，該激光測距儀的光 路部分包括有激光發(fā)射器、激光接收器、分光鏡、六棱鏡、轉(zhuǎn)動組件和支撐架。支撐架的支板 上的A盲孔內(nèi)安裝有激光接收器；激光接收器的端面上安裝有分光鏡；支撐架的下板上的 沉頭孔內(nèi)安裝有電機連接板，直流伺服電機的機殼安裝在電機連接板上，且直流伺服電機 的輸出軸穿過該沉頭孔的通孔后通過銷釘固緊在轉(zhuǎn)盤的連接柱上；轉(zhuǎn)盤上安裝有六棱鏡； 支撐架的側(cè)板上的B盲孔內(nèi)安裝有激光發(fā)射器。本發(fā)明激光測距儀的光路結(jié)構(gòu)中，六棱鏡 每旋轉(zhuǎn)一周，激光接收器都能獲取一個圓周，360度的全程有效測量范圍，從而使得測量效 率提高了五倍。本發(fā)明的采用六棱鏡反射光測量的全效二維激光測距儀優(yōu)點①在轉(zhuǎn)動組件5的驅(qū)動下，六棱鏡3轉(zhuǎn)動一周能夠?qū)崿F(xiàn)六次信息采集，因此可稱為 全效型二維激光測距。②六棱鏡3在圓周上的轉(zhuǎn)動保證了測量的連續(xù)性和實時性，測量效率比現(xiàn)有的激 光測距儀提高了五倍。③采用直流伺服電機控制旋轉(zhuǎn)平面鏡進行勻速轉(zhuǎn)動，驅(qū)動模式簡單，成本低廉。④在現(xiàn)有激光測距儀上，只需更換下旋轉(zhuǎn)平面鏡，安裝上六棱鏡，則改變了有效測 量范圍，提高了測量效率。⑤不改變現(xiàn)有的可編程邏輯電路進行電機的控制，實現(xiàn)并行的360度無縫工作流 程。并可以通過控制電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)不同分辨率的測量方式。


圖1是本發(fā)明激光測距儀中光路部分的外部結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明激光測距儀中支撐架的結(jié)構(gòu)圖。圖2A是本發(fā)明激光測距儀中支撐架的另一視角結(jié)構(gòu)圖。圖3是本發(fā)明激光測距儀中轉(zhuǎn)動組件的分解圖。圖4A是現(xiàn)有激光測距儀中旋轉(zhuǎn)平面鏡與被測目標相對時的反射光路徑與測量路 徑圖。圖4B是現(xiàn)有激光測距儀中旋轉(zhuǎn)平面鏡與被測目標相背時的反射光路徑圖。圖5是本發(fā)明激光測距儀中六棱鏡與被測目標之間的反射光路徑圖。圖5A是本發(fā)明激光測距儀中六棱鏡與被測目標之間的另一視角反射光路徑圖。圖5B是本發(fā)明激光測距儀中運動著的六棱鏡的有效測量掃描范圍的光照簡示圖。圖中 1.分光鏡3.六棱鏡4.激光發(fā)射器 5.轉(zhuǎn)動組件51.直流伺服電機52.電機連接板 53.轉(zhuǎn)盤6.支撐架61.支板611. A盲孔 62.下板621.沉頭孔 63.側(cè)板631. B盲孔 7.激光接收器 1A.激光 1B.第一反射光 1C.第二反射光ID.第一目標返回光IE.第二目標返回光
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明。參見圖1所示，本發(fā)明的一種采用六棱鏡反射光測量的全效二維激光測距儀，該激光測距儀的光路部分包括有激光發(fā)射器4、激光接收器7、分光鏡1、六棱鏡3、轉(zhuǎn)動組件5 和支撐架6。在本發(fā)明中，激光發(fā)射器4用于出射的激光1A，該激光IA的中心波長為1550nm。在本發(fā)明中，激光接收器7用于接收經(jīng)分光鏡1透過的反射光(即第二目標返回 光 1E)。在本發(fā)明中，分光鏡1 一方面用于將激光IA進行反射，另一方面用于將接收到的 返回光透過。可以選用深圳市力寶激光電子廠生產(chǎn)的LB-01236/0D/MD(工業(yè)級)型號分光 鏡。分光鏡1的截面是一個直角三角形結(jié)構(gòu)，斜面為反射-透射鏡面。在本發(fā)明中，六棱鏡3用于將入射至反射鏡面上的光進行反射。參見圖2、圖2A所示，支撐架6設(shè)計成U型結(jié)構(gòu)，支撐架6的支板61上設(shè)有A盲孔 611，該A盲孔611內(nèi)安裝有激光接收器7，激光接收器7的端面上安裝有分光鏡1 ；分光鏡 1為棱鏡，一方面能夠?qū)募す獍l(fā)射器4出射的激光IA進行反射給六棱鏡3，另一方面能夠 將從六棱鏡3折回的目標返回光(即第二目標返回光1E)透過給激光接收器7進行接收的 作用。支撐架6的下板62上方設(shè)有沉頭孔621，該沉頭孔622內(nèi)安裝有電機連接板52， 直流伺服電機51的機殼安裝在電機連接板52上，且直流伺服電機51的輸出軸穿過該沉頭 孔621的通孔后，通過一銷釘將直流伺服電機51的輸出軸固緊在轉(zhuǎn)盤53的連接柱上，這種 銷釘連接是機械領(lǐng)域的一種常規(guī)連接方式。支撐架6的側(cè)板63上設(shè)有B盲孔631，該B盲孔631內(nèi)安裝有激光發(fā)射器4 ；激光 發(fā)射器4的安裝位置應(yīng)當保證激光發(fā)射器4出射的激光IA能夠入射到分光鏡1的反射-透 射鏡面上。參見圖3所示，轉(zhuǎn)動組件5包括有直流伺服電機51、電機連接板52和轉(zhuǎn)盤53，直 流伺服電機51的機殼安裝在電機連接板52上，直流伺服電機51的輸出軸用銷釘固緊在轉(zhuǎn) 盤53的連接柱內(nèi)。轉(zhuǎn)盤53的安裝面上安裝有六棱鏡3。本發(fā)明采用六棱鏡反射光測量的全效二維激光測距儀中的光路傳輸路徑為參見圖5、圖5A所示，待測目標置于六棱鏡3的正前方，六棱鏡3的鏡面上的反射 光路路徑與測量路徑為激光發(fā)射器4出射的脈沖激光IA入射至分光鏡1后，經(jīng)分光鏡1 反射成為第一反射光IB入射至六棱鏡3的鏡面上；該第一反射光IB經(jīng)六棱鏡3后成為第二反射光IC入射至待測目標上；該第二反射光IC經(jīng)待測目標反射后成為第一目標返回光ID入射至六棱鏡3的鏡 面上；該第一目標返回光ID經(jīng)六棱鏡3后成為第二目標返回光IE入射至分光鏡1上， 并且該第二目標返回光IE透過分光鏡1后被激光接收器7接收成為激光測距儀進行距離 計算的輸入信息。參見圖5B所示，由于本發(fā)明采用的傳輸光器件為六棱鏡，因此，激光測距儀在水 平方向的掃描范圍可以由六棱鏡的鏡面對激光器出射的激光IA的反射作用來決定。由于激光測距儀中的激光器4入射至分光鏡1后形成的第一反射光IB與六棱鏡3的中軸線的 空間關(guān)系是不變的，所以六棱鏡3在電機51驅(qū)動下的轉(zhuǎn)動，將帶動六個鏡面的位置改變，由 于六棱鏡3的六個面對稱分布，所以分析任何一個面的情況都具有普遍意義。對轉(zhuǎn)動(電 機輸出轉(zhuǎn)速為300r/min)中的六棱鏡3進行激光照射測試，測得六棱鏡3的最大有效測量 夾角β (即Z AOB)等于120度，有效測量夾角β是指OA線、OB線與入射點0的夾角，OA 線和OB線為反射光光束能夠照射到待測目標的邊線。
在本發(fā)明的光路結(jié)構(gòu)中，六棱鏡3在電機51的驅(qū)動下每旋轉(zhuǎn)一周，就有6次返回 光產(chǎn)生，使得激光接收器7獲取一個圓周360度的全程有效測量范圍內(nèi)的測量信息，并且測 量效率比現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)平面鏡提高了五倍。
權(quán)利要求
一種采用六棱鏡反射光測量的全效二維激光測距儀，該二維激光測距儀中的光路部分包括有激光發(fā)射器(4)、激光接收器(7)、分光鏡(1)和支撐架(6)，其特征在于還包括有六棱鏡(3)、轉(zhuǎn)動組件(5)；支撐架(6)的支板(61)上設(shè)有A盲孔(611)，該A盲孔(611)內(nèi)安裝有激光接收器(7)，激光接收器(7)的端面上安裝有分光鏡(1)；支撐架(6)的下板(62)上設(shè)有沉頭孔(621)，該沉頭孔(621)內(nèi)安裝有電機連接板(52)；支撐架(6)的側(cè)板(63)上設(shè)有B盲孔(631)，該B盲孔(631)內(nèi)安裝有激光發(fā)射器(4)；轉(zhuǎn)動組件(5)包括有直流伺服電機(51)、電機連接板(52)和轉(zhuǎn)盤(53)，直流伺服電機(51)的機殼安裝在電機連接板(52)上，直流伺服電機(51)的輸出軸用銷釘固緊在轉(zhuǎn)盤(53)的連接柱內(nèi)；轉(zhuǎn)盤(53)的安裝面上安裝有六棱鏡(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用六棱鏡反射光測量的全效二維激光測距儀，其特征在 于分光鏡⑴為棱鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用六棱鏡反射光測量的全效二維激光測距儀，其特征在 于當反射光入射至轉(zhuǎn)動中的六棱鏡(3)的鏡面上時，六棱鏡(3)產(chǎn)生的最大有效測量夾角 為120度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用六棱鏡反射光測量的全效二維激光測距儀，其特征在 于待測目標置于六棱鏡(3)的正前方，六棱鏡(3)的鏡面上的反射光路路徑與測量路徑 為激光發(fā)射器(4)出射的脈沖激光(IA)入射至分光鏡(1)后，經(jīng)分光鏡(1)反射成為第 一反射光(IB)入射至六棱鏡(3)的鏡面上；該第一反射光(IB)經(jīng)六棱鏡(3)后成為第二 反射光(IC)入射至待測目標上；該第二反射光(IC)經(jīng)待測目標反射后成為第一目標返回 光(ID)入射至六棱鏡(3)的鏡面上；該第一目標返回光(ID)經(jīng)六棱鏡(3)后成為第二目 標返回光(IE)入射至分光鏡(1)上，并且該第二目標返回光(IE)透過分光鏡(1)后被激 光接收器(7)接收成為激光測距儀進行距離計算的輸入信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用六棱鏡反射光測量的全效二維激光測距儀，其特征在 于六棱鏡(3)每旋轉(zhuǎn)一周的條件下，激光接收器(7)能夠獲得六次光信息采集。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用六棱鏡反射光測量的全效二維激光測距儀，該激光測距儀的光路部分包括有激光發(fā)射器、激光接收器、分光鏡、六棱鏡、轉(zhuǎn)動組件和支撐架。支撐架的支板上的A盲孔內(nèi)安裝有激光接收器；激光接收器的端面上安裝有分光鏡；支撐架的下板上的沉頭孔內(nèi)安裝有電機連接板，直流伺服電機的機殼安裝在電機連接板上，且直流伺服電機的輸出軸穿過該沉頭孔的通孔后通過銷釘固緊在轉(zhuǎn)盤的連接柱上；轉(zhuǎn)盤上安裝有六棱鏡；支撐架的側(cè)板上的B盲孔內(nèi)安裝有激光發(fā)射器。本發(fā)明激光測距儀的光路結(jié)構(gòu)中，六棱鏡每旋轉(zhuǎn)一周，激光接收器就能獲取六次信息，保證了測量的連續(xù)性和實時性。
文檔編號G01C3/00GK101813473SQ201010033900
公開日2010年8月25日 申請日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者劉敬猛, 吳星明, 張曉媚, 陳偉海 申請人:北京航空航天大學