一种激光雷达的发射光束方向初步调整垂直装置的制作方法

本实用新型涉及激光雷达技术领域，特别涉及一种激光雷达的发射光束方向初步调整垂直装置。

背景技术：

自激光实用新型以来，激光在大气探测方面的应用发展迅速。几十年来，各种类型的大气探测激光雷达技术相继出现，如：米散射激光雷达、瑞利散射激光雷达、拉曼激光雷达、差分吸收激光雷达等等。在这些激光雷达系统中，最常见探测模式是垂直(或准垂直)探测模式。

在垂直(或准垂直)探测的激光雷达系统中，研制过程中初期调整是必不可少的一步。而初期调整过程其中关键一步是需要较为快速调整好发射镜架的初步位置，也就是将激光光束调整为初步垂直，然后再进行光束的精细准直调整，使得发射激光光轴和望远镜接收光轴一致。精细光束调整通常采用回波信号自动准直法和CCD光斑成像准直法。

对于发射光束的初步垂直调整，目前比较普遍采用的调整垂直的方法有两种：第一种是通过操作人员的经验调整激光发射镜架，同时利用仪器查看寻找到回波信号。第二种是在垂直方向上精确安装两个小孔，将发射光束调整到同时经过两个小孔。第一种方法过度依赖操作人员的激光雷达调整经验，由于激光光束相对于望远镜视场的相对位置随机，即使是有丰富的经验的操作人员，也需要花很长时间才能初步调整好。第二种调整垂直的方法在发射光束路径上设置两个小孔，保证两个小孔的垂直度，另外两个小孔之间的距离要尽量远来保证光束垂直精度，且安装这两个小孔需要占用发射空间和进行特定的机械结构设计，对于多光束发射的激光雷达系统来说，特别费时费力。对于这两种传统调整方法，特别对于多个发射光束的激光雷达系统来说，都会耗费大量时间和较多空间，很难快速将发射光束调整到垂直。

综上所述，如何实现激光雷达的发射光束的垂直方向的快速调节，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种激光雷达的发射光束方向初步调整垂直装置，以实现发射光束方向的快速调节。

为达到上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

一种激光雷达的发射光束方向初步调整垂直装置，包括：

底座；

固定在底座上的竖直调整机构，用于竖直方向的高度调节；

与所述竖直调整机构的活动端连接的水平调整机构，用于水平方向的长度调节；

与所述水平调整机构的活动端连接的二维平面调整机构，用于调整平面的水平；

水平固定于所述二维平面调整机构上且相互垂直的两个水平仪；

水平设置于所述二维平面调整机构上的反射镜片。

优选的，在上述的发射光束方向初步调整垂直装置中，所述水平调整机构绕所述竖直调整机构的竖直轴线转动连接于所述竖直调整机构的活动端。

优选的，在上述的发射光束方向初步调整垂直装置中，所述竖直调整机构的活动端竖直转动设置有竖直支撑杆，所述水平调整机构通过所述竖直支撑杆转动连接于所述竖直调整机构的活动端上，所述竖直支撑杆通过第一锁紧件周向定位于所述竖直调整机构的活动端上。

优选的，在上述的发射光束方向初步调整垂直装置中，所述竖直调整机构包括：

固定于所述底座上的竖直固定件；

沿所述竖直固定件的竖直方向移动设置于所述竖直固定件上的竖直活动件，所述水平调整机构转动连接于所述竖直活动件上；

用于固定所述竖直活动件和所述竖直固定件之间的相对位置的第二锁紧件。

优选的，在上述的发射光束方向初步调整垂直装置中，所述竖直固定件设置有竖直滑槽，所述竖直活动件滑动设置于所述竖直滑槽内，所述第二锁紧件为顶紧螺钉。

优选的，在上述的发射光束方向初步调整垂直装置中，所述竖直固定件包括一个或多个竖直燕尾槽架，所述多个竖直燕尾槽架首尾拼接，所述竖直活动件为与所述竖直燕尾槽杆滑动配合的竖直燕尾形杆。

优选的，在上述的发射光束方向初步调整垂直装置中，所述二维平面调整机构绕所述水平调整机构的水平轴线转动连接于所述水平调整机构的活动端。

优选的，在上述的发射光束方向初步调整垂直装置中，所述水平调整机构的活动端转动设置有水平支撑杆，所述二维平面调整机构通过所述水平支撑杆转动连接于所述水平调整机构的活动端，所述水平支撑杆通过第三锁紧件周向定位于所述水平调整机构的活动端。

优选的，在上述的发射光束方向初步调整垂直装置中，所述水平调整机构包括：

连接于所述竖直调整机构的活动端上的水平固定件；

沿所述水平固定件的水平方向移动设置于所述水平固定件上的水平活动件，所述二维平面调整机构转动连接于所述水平活动件上；

用于固定所述水平固定件和所述水平活动件之间的相对位置的第四锁紧件。

优选的，在上述的发射光束方向初步调整垂直装置中，所述水平固定件上设置有水平滑槽，所述水平活动件滑动设置于所述水平滑槽内，所述第四锁紧件为顶紧螺钉。

优选的，在上述的发射光束方向初步调整垂直装置中，所述水平固定件包括一个或多个水平燕尾槽杆，所述多个水平燕尾槽杆首尾拼接，所述水平活动件为与所述水平燕尾槽杆滑动配合的水平燕尾形杆。

优选的，在上述的发射光束方向初步调整垂直装置中，所述二维平面调整机构为二维调整镜架，所述二维调整镜架包括叠放的上活动板和下固定板，所述上活动板上设置有用于安装反射镜片的镜片槽，所述下固定板连接于所述水平调整机构的活动端，所述下固定板上设置有用于调整所述上活动板的水平的螺纹旋钮。

优选的，在上述的发射光束方向初步调整垂直装置中，所述底座设置有用于固定于工作台上的安装槽和磁铁安装孔。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的激光雷达的发射光束方向初步调整垂直装置中，底座固定在工作台上，通过调整竖直调整机构的高度、水平调整机构的长度，使二维平面调整机构上的反射镜片位于待测试的发射激光镜架的发射激光光路上，对发射激光进行反射，并参照两个水平仪调整二维平面调整机构，使其上的反射镜片处于水平位置。在发射激光镜架和反射镜片之间的光路上放置小孔，使得此小孔基本在光束中心，调整发射激光镜架的光束指向调整旋钮，使得发射光束方向调整装置的反射镜片的返回光也返回经过小孔，从而保证发射激光方向基本垂直。最后拿走光路上的调整装置和小孔，进入光束方向精细调整过程。可见，通过该发射光束方向初步调整垂直装置能够快速地初步完成发射激光垂直发射方向的调整。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种激光雷达的发射光束方向初步调整垂直装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种激光雷达的发射光束方向初步调整垂直装置的水平固定件的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的另一种激光雷达的发射光束方向初步调整垂直装置的水平固定件或竖直固定件的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的另一种激光雷达的发射光束方向初步调整垂直装置的底座的结构示意图。

其中，1为底座、11为安装槽、12为磁铁安装孔、13为固定孔、2为竖直调整机构、21为竖直固定件、22为第二锁紧件、23为竖直活动件、24为第一锁紧件、3为竖直支撑杆、4为水平调整机构、41为水平固定件、410为水平燕尾槽架、411为拼接孔、412为螺纹孔、413为拼接孔、414为锁紧孔、415为拼接孔、416为锁紧孔、417为装配孔、418为拼接孔、42为水平活动件、43为第四锁紧件、44为第三锁紧件、5为水平支撑杆、6为二维平面调整机构、61为下固定板、62为上活动板、7为反射镜片、8为水平仪。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供了一种激光雷达的发射光束方向初步调整垂直装置，实现了发射光束方向的快速调节。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1，本实用新型实施例提供了一种激光雷达的发射光束方向初步调整垂直装置，以下简称调整装置，调整装置包括底座1、竖直调整机构2、水平调整机构4、二维平面调整机构6、水平仪8和反射镜片7。其中，底座1用于固定在工作台上，竖直调整机构2固定在底座1上，用于竖直方向的高度调节；水平调整机构4与竖直调整机构2的活动端连接，用于水平方向的长度调节；二维平面调整机构6与水平调整机构4的活动端连接，用于调整平面的水平；水平仪8的数量为两个，水平固定于二维平面调整机构6上，且两个水平仪8相互垂直，作为水平调整的参考；反射镜片7设置于二维平面调整机构6上。

该调整装置的工作原理和工作过程为：根据激光雷达的发射激光镜架的位置，将调整装置的底座1固定在工作台上，将激光光源的发射激光通过耦合光路调整到发射激光镜架的光学镜片上；通过竖直调整机构2调整水平调整机构4和二维平面调整机构6的高度，使得二维平面调整机构6的高度略高于发射激光镜架，调整水平调整机构4的长度，使二维平面调整机构6上的反射镜片7位于待测试的发射激光镜架的发射激光光路上，反射镜片7能够对发射激光进行反射，再参照两个水平仪调整二维平面调整机构6，使其上的反射镜片7处于水平位置。之后在发射激光镜架和耦合光路之间的光路上放置一个小孔，使得此小孔基本在光束中心，调整发射激光镜架的光束指向调整旋钮，使得调整装置的反射镜片7的返回光也返回经过小孔，从而保证发射激光方向基本垂直。最后拿走光路上的调整装置和小孔，进入光束方向精细调整过程，优化回波信号。可见，通过该调整装置的竖直调整机构2的高度调节、水平调整机构4的水平长度调节和二维平面调整机构6的平面水平调节，使反射镜片7水平布置于发射激光的光路上，通过发射光束和反射光束均能够通过小孔来快速地初步完成发射激光垂直发射方向的调整。相比于现有的凭经验来调整发射光束的垂直，方便快捷，且相比于通过位于垂直方向的两个小孔来验证发射光束的垂直，能够节省设备的占用空间。

为了更方便地对调整装置进行调整，在本实施例中，水平调整机构4绕竖直调整机构2的竖直轴线转动连接于竖直调整机构2的活动端。这样设置的目的是为了使水平调整机构4能够绕竖直调整机构2的竖直轴线在水平面内转动。具体工作时，当调整好竖直调整机构2的高度后，通过在该高度平面内转动水平调整机构4，使二维平面调整机构6转动到发射光束和竖直调整机构2所在的竖直面内，从而可以在底座1固定后，方便二维平面调整机构6的位置调整。当然，水平调整机构4还可以固定于竖直调整机构2的活动端，只是在底座1固定的时候，需要事先调整底座1的位置。

具体地，在本实施例中，竖直调整机构2的活动端竖直转动设置有竖直支撑杆3，竖直支撑杆3优选为圆杆，即竖直支撑杆3的一端转动连接于竖直调整机构2的活动端，如图1所示，在竖直调整机构2的活动端设置转动孔，竖直支撑杆3转动连接于转动孔内，竖直支撑杆3的另一端固定于水平调整机构4上，具体可以通过螺纹固定连接，如图2所示，水平调整机构4上设置有螺纹孔412，竖直支撑杆3螺纹连接于螺纹孔412内。水平调整机构4通过竖直支撑杆3转动连接于竖直调整机构2的活动端上，竖直支撑杆3通过第一锁紧件24周向定位于竖直调整机构2的活动端上，第一锁紧件24优选为顶紧螺钉，当水平调整机构4转动到位后，通过拧紧顶紧螺钉，将竖直支撑杆3紧固在转动孔内，从而固定水平调整机构4在水平面内的位置。

进一步地，本实施例提供了一种具体的竖直调整机构2，其包括竖直固定件21、竖直活动件23和第二锁紧件22；其中，竖直固定件21固定于底座1上；竖直活动件23沿竖直固定件21的竖直方向移动设置于竖直固定件21上，水平调整机构4转动连接于竖直活动件23上，具体地，水平调整机构4通过竖直支撑杆3转动连接于竖直活动件23上；第二锁紧件22用于固定竖直活动件23和竖直固定件21之间的相对位置，即当竖直活动件23在竖直固定件21上移动到特定高度后，通过第二锁紧件22将竖直活动件23锁紧定位。

更进一步地，在本实施例中，竖直固定件21设置有竖直滑槽，竖直活动件23滑动设置于竖直滑槽内，第二锁紧件22为顶紧螺钉。即竖直活动件23与竖直固定件21之间为滑动连接。顶紧螺钉将竖直活动件23顶紧固定在竖直固定件21的竖直滑槽内。当然，竖直固定件21与竖直活动件23之间还可以滚动移动连接，只要能够实现高度调节即可。

作为优化，如图1-图3所示，竖直固定件21包括一个或多个竖直燕尾槽架，竖直燕尾槽架设置有燕尾槽，当竖直固定件21包括多个竖直燕尾槽架时，则多个竖直燕尾槽架首尾拼接，以增加燕尾槽的长度，竖直燕尾槽架的数量根据需要调整高度的限制进行设定；竖直活动件23为与竖直燕尾槽架滑动配合的竖直燕尾形杆。竖直燕尾槽架与图2中的形状相同，其上设置有用于多个竖直燕尾槽架拼接的拼接孔，拼接孔的数量优选为四个，如拼接孔411、413、415、418，两端分别设置两个，通过拼接板和螺钉将多个竖直燕尾槽架进行拼接。竖直燕尾槽架上还设置有锁紧孔，锁紧孔的数量可以为一个或两个，如锁紧孔414、416，锁紧孔位于燕尾槽的侧面，用于与顶紧螺钉配合连接。竖直燕尾槽架的一端端面设置有装配孔，用于与底座1装配连接。

当然，竖直滑槽还可以为其它形状，如截面为矩形、圆形、多边形等，只要能够实现相对滑动即可。

为了更加方便二维平面调整机构6的水平调节，在本实施例中，二维平面调整机构6绕水平调整机构4的水平轴线转动连接于水平调整机构4的活动端。这样设置的目的是为了使二维平面调整机构6能够绕水平调整机构4的水平轴线转动，初步调整其平面的水平。具体工作时，当调整好竖直调整机构2的高度和水平调整机构4的长度后，此时，二维平面调整机构6位于发射光束的光路上，为了准确地调整发射光束的垂直，使二维平面调整机构6相对水平轴线转动，保持反射镜片7的初步水平，再精确调整二维平面调整机构6自身的水平，从而可以在底座1固定后，方便二维平面调整机构6的水平调整。当然，二维平面调整机构6还可以固定于水平调整机构4的活动端，只是需要保证事先二维平面调整机构6基本保持水平。

具体地，水平调整机构4的活动端转动设置有水平支撑杆5，与竖直支撑杆3类似，水平支撑杆5优选为圆杆，即水平支撑杆5的一端转动连接于水平调整机构4的活动端，如图1和图2所示，在水平调整机构4的活动端设置转动孔，水平支撑杆5转动连接于转动孔内，水平支撑杆5的另一端固定于二维平面调整机构6上，具体可以通过螺纹固定连接。二维平面调整机构6通过水平支撑杆5转动连接于水平调整机构4的活动端上，水平支撑杆5通过第三锁紧件44周向定位于水平调整机构4的活动端上，第三锁紧件44优选为顶紧螺钉，当二维平面调整机构6转动到位后，通过拧紧顶紧螺钉，将水平支撑杆5紧固在转动孔内，从而固定二维平面调整机构6的水平位置。

进一步地，本实施例提供了一种具体的水平调整机构4，其包括水平固定件41、水平活动件42和第四锁紧件43；其中，水平固定件41与竖直支撑杆3连接；水平活动件42沿水平固定件41的水平方向移动设置于水平固定件41上，二维平面调整机构6转动连接于水平活动件42上，具体地，二维平面调整机构6通过水平支撑杆5转动连接于水平活动件42上；第四锁紧件43用于固定水平活动件42和水平固定件41之间的相对位置，即当水平活动件42在水平固定件41上移动到特定长度后，通过第四锁紧件43将水平活动件42锁紧定位。

更进一步地，在本实施例中，水平固定件41设置有水平滑槽，水平活动件42滑动设置于水平滑槽内，第四锁紧件43为顶紧螺钉。即水平活动件42与水平固定件41之间为滑动连接。顶紧螺钉将水平活动件42紧定固定在水平固定件41的水平滑槽内。当然，水平固定件41与水平活动件42之间还可以滚动移动连接，只要能够实现长度调节即可。

作为优化，如图1-图3所示，水平固定件41与竖直固定件21类似，同样包括一个或多个水平燕尾槽架410，水平燕尾槽架410设置有燕尾槽，当水平固定件41包括多个水平燕尾槽架410时，则多个水平燕尾槽410架首尾拼接，以增加燕尾槽的长度，水平燕尾槽架410的数量根据需要调整长度的限制进行设定；水平活动件42为与水平燕尾槽架410滑动配合的水平燕尾形杆。如图2所示，水平燕尾槽架410上设置有用于多个水平燕尾槽架410拼接的拼接孔，拼接孔的数量优选为四个，如拼接孔411、413、415、418，两端分别设置两个，通过拼接板和螺钉将多个水平燕尾槽架410进行拼接。水平燕尾槽架410上还设置有锁紧孔，锁紧孔的数量为一个、两个、三个等多个，如锁紧孔414、416，锁紧孔位于燕尾槽的侧面，用于与顶紧螺钉配合连接。水平燕尾槽架上设置有螺纹孔412，竖直支撑杆3与该螺纹孔412螺纹固定连接。

当然，水平滑槽还可以为其它形状，如截面为矩形、圆形、多边形等，只要能够实现相对滑动即可。

如图1所示，本实施例提供了一种具体的二维平面调整机构6，该二维平面调整机构6为二维调整镜架。二维调整镜架是光学方面最常用的二维调整装置，包括叠放的上活动板62和下固定板61，上活动板62上设置有用于安装反射镜片7的镜片槽，下固定片61开设有用于透光的通孔，下固定板61连接于水平调整机构4的活动端，具体地，下固定板61上设置有螺纹孔，水平支撑杆5螺纹连接于该螺纹孔内，下固定板61上设置有用于调整上活动板62的水平的螺纹旋钮，螺纹旋钮优选为两个，通过调节两个螺纹旋钮，可使二维调整镜架的上活动板62在XOZ平面和YOZ平面方向调整倾斜度。两个水平仪8事先通过水平标准器校准后相互垂直地安装于二维调整架的上活动板62上。水平仪优选为高精度水平尺。

工作时，在二维平面调整机构6保持基本水平的状态下，反复调节二维调整镜架的两个螺纹旋钮，并观测两个水平尺的气泡位置，使得水平尺的气泡处于中间位置，表明二维调整镜架的上活动板62处于水平状态，亦即反射镜片7水平。

如图4所示，在本实施例中，底座1为圆形底座，底座1设置有用于固定于工作台上的安装槽11和磁铁安装孔12。底座1上设置有固定孔13，通过螺钉和固定孔13配合将竖直固定件21固定在底座1上。安装槽11用于底座1安装于非刚性工作台上，通过螺钉穿过安装槽11将底座1固定在工作台上。磁铁安装孔12用于安装磁铁，当工作台是钢性时，借助磁铁可直接将底座1吸附到平台上，无需用螺钉固定到平台上。磁铁安装孔12的数量可以为两个、三个、四个等多个，位于同一圆周上，且均匀分布，优选采用三个磁铁安装孔12，相邻两个之间的间隔角度为120度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。