双轴扫描3D激光雷达的制作方法

本实用新型涉及一种激光测量装置，尤其涉及一种双轴扫描3d激光雷达。

背景技术：

传统的测距技术分为单向测距技术和双向测距技术。时间飞行原理测距方法属于双向测距技术，它主要利用两个异步收发机之间往返的飞行时间来测量节点间的距离。激光的时间飞行原理为：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时，停止内部定时器t2，激光雷达到物体的距离为：s＝c×(t2-t1)/2，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，激光扫描仪计算它到物体的距离值；激光扫描仪连续不停地发射激光脉冲波，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。

现有的3d激光扫描系统主要由3d激光扫描仪、计算机、电源供应系统、支架以及系统配套软件构成。现有的3d激光扫描仪为测绘型扫描，主要由激光发射器、接收器、时间计数器、控制电路板、电机控制可旋转的滤光镜等构成。利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面大量密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，可快速复建出被测目标的3d模型及线、面、体等各种图件数据。具体的，激光发射器向被测物体发射激光，反射回的激光被接收器接收，形成点云数据，并通过相关软件，如：cloudcompare软件，进行计算，实现被测物体的3d成像。

申请号为201822070245.8的专利文献公开了一种共轴多倍频激光雷达，光源发出的测量激光穿过第二反射镜上的透光窗口，原本发散的测量激光通过整形透镜后平行于主光轴射出，形成整形激光。整形激光在第一反射镜的第一反射面上发生反射，形成整形激光反射光。整形激光反射光遇到被测物体时，从被测物体表面发生反射，形成被测物反射光。其中一部分被测物反射光由于漫反射散射在空中，另一部分被测物反射光沿整形激光反射光的相反方向反射回第一反射面，通过第一反射面的反射作用，沿整形激光的相反方向向整形透镜发射。通过整形透镜的汇聚作用，被测物反射光汇聚在第二反射镜的第二反射镜面上，最终通过第二反射镜面的反射作用，聚焦在接收传感器上。上述激光雷达安装在固定物上，扫描的是2d平面内的物体，得到的是2d扫描数据。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能实现快速扫描的双轴扫描3d激光雷达。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：双轴扫描3d激光雷达，包括光源、反射镜、聚焦透镜、接收传感器、第一驱动电机和控制器，还包括第二驱动电机、安装座和支撑台；

所述反射镜为正棱台结构，所述正棱台结构的侧面为反射镜面；安装在安装座上的所述第一驱动电机的轴伸端与反射镜相连，且驱动反射镜绕其轴心线l1转动；

所述接收传感器、光源和聚焦透镜均安装于反射镜面的同侧；所述接收传感器、光源、聚焦透镜和反射镜沿聚焦透镜的主光轴依次布置；

所述接收传感器、光源、聚焦透镜、反射镜和第一驱动电机形成扫描总成；安装在所述支撑台上的所述第二驱动电机的轴伸端与安装座相连，且驱动扫描总成绕第二驱动电机转轴的轴线l2转动；所述轴线l2与反射镜的轴心线l1相垂直；

所述接收传感器、第一驱动电机和第二驱动电机分别与控制器通信连接。

进一步的，还包括第一码盘和第二码盘；

所述第一码盘安装在第一驱动电机上，且与第一驱动电机通信连接；

所述第二码盘安装在第二驱动电机上，且与第二驱动电机通信连接。

进一步的，所述安装座包括相连的侧板和底板，且形成l型结构；

所述第一驱动电机安装在侧板上；所述第二驱动电机的轴伸端与底板的下表面相连。

进一步的，所述反射镜为正四棱台。

进一步的，所述聚焦透镜为凸透镜。

进一步的，还包括安装在支撑台上的壳体，所述光源、反射镜、聚焦透镜、接收传感器、第一驱动电机、控制器、第二驱动电机和安装座均位于壳体中；

所述壳体包括相连的顶壁和侧壁，所述侧壁的周向设置有透光窗口，使所述测量激光a从透光窗口射出，且所述被测物反射光b从透光窗口射入。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型提供一种能实现快速扫描的双轴扫描3d激光雷达。第一驱动电机与第二驱动电机相配合，在保证较高检测精度的同时，实现快速扫描。与现有技术相比，将双轴扫描3d激光雷达安装在固定物上，就能实现3d扫描。扫描时间短，体积小，可靠性高。

附图说明

图1是本实用新型的侧视结构示意图；

图2是本实用新型的俯视结构示意图；

附图标记：1-光源；2-反射镜；201-反射镜面；3-聚焦透镜；4-接收传感器；5-第一驱动电机；6-控制器；7-第二驱动电机；8-安装座；801-侧板；802-底板；9-支撑台；10-电源板；11-透光窗口。

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。

如附图所示，双轴扫描3d激光雷达，包括光源1、反射镜2、聚焦透镜3、接收传感器4、第一驱动电机5和控制器6，还包括第二驱动电机7、安装座8和支撑台9；所述反射镜2为正棱台结构，所述正棱台结构的侧面为反射镜面201；安装在安装座8上的所述第一驱动电机5的轴伸端与反射镜2相连，且驱动反射镜2绕其轴心线l1转动；所述接收传感器4、光源1和聚焦透镜3均安装于反射镜面201的同侧；所述接收传感器4、光源1、聚焦透镜3和反射镜2沿聚焦透镜3的主光轴依次布置；所述接收传感器4、光源1、聚焦透镜3、反射镜2和第一驱动电机5形成扫描总成；安装在所述支撑台9上的所述第二驱动电机7的轴伸端与安装座8相连，且驱动扫描总成绕第二驱动电机7转轴的轴线l2转动；所述轴线l2与反射镜2的轴心线l1相垂直；所述接收传感器4、第一驱动电机5和第二驱动电机7分别与控制器6通信连接。

安装在支撑台9上的电源板10分别为光源1、接收传感器4、第一驱动电机5、第二驱动电机7和控制器6供电。控制器6控制第一驱动电机5和第二驱动电机7工作。聚焦透镜3为凸透镜。具体实施时，双轴扫描3d激光雷达被安装在大型堆场附近的固定物上，对大型堆场中的物体进行扫描。光源1发射的测量激光a沿聚焦透镜3的主光轴发出，经反射镜面201后射出。当测量激光a遇到被测物体时，从被测物体表面发生反射，形成被测物反射光，其中一部分被测物反射光由于漫反射散射在空中，另一部分被测物反射光b沿测量激光a的相反方向向反射镜面201发射，经反射镜面201反射，再通过聚焦透镜3汇聚后，该光信号最终被接收传感器4接收。接收传感器4能够将光信号转换为电信号，并传递给控制器6进行进一步的处理。

在对物体进行扫描时，反射镜2在第一驱动电机5的驱动下绕其轴心线l1转动，测量激光a呈线性扫描，同时扫描总成绕第二驱动电机7转轴的轴线l2转动，测量激光a实现对面的扫描。第一驱动电机5和第二驱动电机7相配合，在保证较高扫描精度的同时，实现快速扫描。第二驱动电机7转轴的转动范围可以根据实际需要自行设定。l1与l2相垂直，因此以直角坐标系为参考系，l1与x轴相重合，l2与y轴相重合。测量激光a在被测物体上不断打点，接收传感器4收集各个点在空间直角坐标系的x、y、z轴上的坐标。最终通过控制器6中搭载的软件进行函数的拟合和计算，进而实现被测物体的3d成像。计算时，遵循时间飞行原理，计算各个点到光源1的距离。反射镜2的正棱台结构，通过减小探测时长，增加扫描速度，进而增加单位时间内的扫描切片密度，提高扫描精度。正棱台的棱数越多，每个反射镜面201扫描的范围会越窄，但是反射镜2在绕l1转动一周时扫描的次数越多，扫描的精度越高。因此，根据不同的使用场景和检测需要设置不同棱数的反射镜2。

为了分别对第一驱动电机5的转轴和第二驱动电机7的转轴的转动角度进行精确控制，优选的，还包括第一码盘和第二码盘；所述第一码盘安装在第一驱动电机5上，且与第一驱动电机5通信连接；所述第二码盘安装在第二驱动电机7上，且与第二驱动电机7通信连接。码盘是指测量角位移的数字编码器，具有分辨能力强、测量精度高和工作可靠等优点。能够根据实际测量的需要，分别对第一驱动电机5的转轴和第二驱动电机7的转轴的转动角度进行精确控制。

安装座8具有多种具体实施方式，只需满足安装要求即可。作为优选的实施方式，所述安装座8包括相连的侧板801和底板802，且形成l型结构；所述第一驱动电机5安装在侧板801上；所述第二驱动电机7的轴伸端与底板802的下表面相连。

正棱台的棱数越多，每个反射镜面201扫描的范围会越窄，扫描频次越高。在如图所示的实施例中，所述反射镜2为正四棱台。

为了避免外界光线被聚焦透镜3聚焦后照射在接收传感器4上，造成测量的误判。优选的，还包括安装在支撑台9上的壳体，所述光源1、反射镜2、聚焦透镜3、接收传感器4、第一驱动电机5、控制器6、第二驱动电机7和安装座8均位于壳体中；所述壳体包括相连的顶壁和侧壁，所述侧壁的周向设置有透光窗口11，使所述测量激光a从透光窗口11射出，且所述被测物反射光b从透光窗口11射入。安装在支撑台9上的壳体将光源1、反射镜2、聚焦透镜3、接收传感器4、第一驱动电机5、控制器6和第二驱动电机7罩住。电源板10也位于壳体中。控制器6可以安装在安装座8上，优选的，控制器6安装在支撑台9上。有效防止大量的外界光线进入壳体内部，提高检测精度。透光窗口11的大小可以根据检测角度的需要灵活设置。

以上为本实用新型的具体实施方式，从实施过程可以看出，本实用新型提供一种能实现快速扫描的双轴扫描3d激光雷达。第一驱动电机与第二驱动电机相配合，在保证较高检测精度的同时，实现快速扫描。与现有技术相比，将双轴扫描3d激光雷达安装在固定物上，就能实现3d扫描。扫描时间短，体积小，可靠性高。