一种可变激光雷达扫描角装置的制作方法

本发明涉及激光雷达领域，特别涉及新型机械结构设计，主要应用于机载单点激光雷达对地物扫描的场合。

技术背景

目前机载激光雷达扫描方式有线阵扫描、面阵扫描、旋转折射棱镜扫描、摆镜扫描等。线阵扫描、面阵扫描属于多个激光光源的扫描方式，而旋转折射棱镜、摆镜扫描属于单一激光光源的扫描方式。线阵扫描、面阵扫描仍需要进口激光阵列，而且相对应的apd阵列又被国际禁运。单一激光光源的扫描方式仍为主要的扫描方式。现有一些变扫描角的激光雷达扫描装置，但都属于摆镜扫描方式。目前相比于摆镜扫描方式，旋转折射棱镜的扫描方式具有精度高、扫描密度大的优点，但难以改变自身的扫描角。针对旋转折射棱镜扫描方式的缺点，本发明设计了一种新型扫描装置，可以选择激光雷达的扫描角，从而增加或减小雷达的扫描范围或自由选择飞行航高。使雷达适合更多的使用场合。

技术实现要素：

本发明改进传统旋转折射棱镜扫描方式不能改变扫描角的缺点，设计了一种新型装置，使雷达可以选择扫描角度，提高或减小扫描范围。适应更多的使用场合。

本发明可以采用以下技术方案实现：340(mm)口径中空旋转平台，用于装载本装置，达到快速旋转的目的。2°、4°、6°的光楔各一片，它们对光线的屈光能力不同，这使得光线通过它们产生了不同的偏折角度，从而产生不同的扫描角。两块载有cc2530芯片的电路板，一块用于发射无线电信号，一块用于接收无线电信号。3.3v微型直流伺服电机三个。滚轮导轨三个。本专利通过外部按键控制cc2350发射端电路，接收端接收到信号后启动直流伺服电机驱动导轨运转，把光楔镜头拉入视场中央。需要更换扫描角时，外部按下复位按键，伺服电机反向运转将光楔镜头拉出视场，再按下所需要的扫描角对应的启动按键实现扫描角切换的功能。

申请号为cn201910115132.1设计了一种摆激光雷达扫描器，但存在两个缺点，一是其利用摆镜扫描结构精度低于旋转折射棱镜的扫描方式。二是其不能进行扫描角变换。

本发明的有效改进是：给扫描装置增加了不同楔角的光楔，使得雷达有了多种扫描范围，更好的适应飞机不同的航高、不同的地貌。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施方式和各种可能的改型作出进一步说明。

图1是本发明各个方向的视图

其中a为主视图、b为左视图、c为右视图、d为俯视图、e为仰视图、f为正等侧视图

图2是本发明总体的爆炸视图

图3是本发明的工作原理

图4是本发明设计的导轨

图5是本发明设计的光楔镜座

具体实施方案

下面结合附图对本发明的具体实施做进一步说明。

实施例：

结合图1为本发明的各个方向视图，a为主视图、b为左视图、c为右视图、d为俯视图、e为仰视图、f为正等侧视图。

结合图2为本发明的爆炸视图，1为保护端盖镜片，2为保护端盖目的是防止尘埃坠，3为键盘有6个按钮，可触发内部电路键位，发射相关信号指令同时防止尘埃坠入电路，4为发射端cc2530芯片，5为发射端电路板电源，6为发射端电路板，4，5，6共同构成发射端电路。7为中空电机转头用于高速旋转载体，8为中空电机，电机转子在此区域给7中空电机转头提供转矩。9为载物壳体用于承载光学设备和电子器件，10接收端电路板电源，11为接收端电路板，12为接收端cc2530芯片用于接收指令。10，11，12共同构成接收端电路。13为导轨用于滑动光楔，14为2°光楔及其镜座，15为4°光楔及其镜座，16为6°光楔及其镜座。根据光学定理光楔楔角等于扫描角，所以本发明有三种扫描角。

图1和图2大致指明本发明的安装方法，仍需注意的是，3个导轨分别安装在9载物壳体高的1/4、1/2、3/4处。

结合图3，图3a为装置整体最初状态。当按下3键盘第一排最左边按键时cc2530发射端电路会发射无线电信号给接收端电路。当接收端电路收到信号后会启动13导轨内置的直流伺服电机工作。直流伺服电机转动使得导轨带动2°光楔向中空电机轴心运动。根据写入cc2530的程序，控制电机转动一定时间恰好使2°的光楔在9载物外壳圆心。此时扫描装置扫描角为2°，是图3b状态。当需要更换扫描角时，按下3键盘中第二排最左边按键。cc2530发射端电路发送给接收电路信号，接收端电路反向转动电机，将2°光楔拉出视场区域。此时是图3c状态。按下3键盘第一排第二个按键，cc2530发射电路发送信号给接收电路，接收端电路控制直流伺服电机转动，13导轨将4°光楔拉入视场。此时为图3d状态。实现更换扫描角的功能。本发明还设计6°扫描角工作原理同上。

结合图4为本发明导轨设计图，1为导轨架。2为滑块，2的弧形内壁用于焊接光楔镜座。2的两侧用于和导轨固定。3为护圈，用于和图2中的9载物壳体焊接。4为转轴，5为微型直流伺服电机，6为滑块滑槽，7为皮带。4，5，6，7共同带动2滑动。导轨整体可采用具有一定强度的金属材料如q235-a。

如图5为本发明光楔镜座设计图。1为放置光楔区域，2为入光区域，3为出光区域。入光区域留有53°倒角。

技术特征：

1.一种可变激光雷达扫描角装置，包括：导轨、cc2530发射端键盘、保护端盖；其特征在于：导轨有环形护圈焊接于中空电机转头，可随中空电机一起高速旋转；cc2530发射端键盘应当放置于中空电机转头侧翼，并焊接；若装置应用于整体雷达，应当放置于可直接触及的位置；保护端盖放置于中空电机转头上方。

2.根据权利要求1所述的一种可变激光雷达扫描角装置，其特征在于：所述导轨架外部焊接有一层环形护圈；传动机构由一发微型伺服电机所驱动，两侧导轨架由一个半圆形滑块连接。

3.根据权利要求2所述的一种可变激光雷达扫描角装置，其特征在于：所述半圆形区域用于焊接光楔镜座，是光楔的承载体。

4.根据权利要求1所述的一种可变激光雷达扫描角装置，其特征在于：所述cc2530键盘外部有六个机械按键用于触发内部的六个电路触点。

5.根据权利要求1所述的一种可变激光雷达扫描角装置，其特征在于：所述保护端盖中心留有圆形空洞，用于放置玻璃片；底部有六块柱体插销，用于和中空电机固定。

技术总结
本发明公开了一种可变激光雷达扫描角装置。对于一种单一光源机载LiDAR来说扫描装置是必不可少的。摆镜扫描存在扫描精度低的问题而旋转折射棱镜扫描难以改变自身扫描角度。本发明设计的装置内部有2°、4°、6°的光楔，通过CC2530无线电收发电路控制中空电机内部的微型伺服电机转动。微型伺服电机再驱动拖动机构使得光楔进入或者离开视场从而改变激光雷达的扫描角。具有多种扫描角的机载激光雷达可自由选择飞行航高能够担负更多探测任务。

技术研发人员：周国清;胡皓程;徐嘉盛;谭逸之
受保护的技术使用者：桂林理工大学
技术研发日：2019.12.10
技术公布日：2020.04.24