本实用新型专利技术涉及一种倾斜柱体棱镜扫描装置，包括：棱镜总成；棱镜总成包括多面棱镜、旋转轴、固定轴及固定基座；多面棱镜的镜面为扫描装置的工作面，固定基座为系统光学器件的刚性支撑结构，用于支撑固定轴；固定轴套置于旋转轴内，旋转轴套置于多面棱镜内；棱镜总成一侧设置一准直镜，作为工作光的发射天线；准直镜连接一聚光镜，聚光镜的焦点位置设置一探测器，聚光镜和探测器作为工作光的接收天线；发射天线和接收天线的光轴设置为同轴。射天线和接收天线的光轴设置为同轴。射天线和接收天线的光轴设置为同轴。
【技术实现步骤摘要】
一种倾斜柱体棱镜扫描装置
[0001]本技术涉及激光扫描
，具体涉及一种倾斜柱体棱镜扫描装置。
技术介绍
[0002]线扫型激光雷达的视场角一般为360度，应用于机载场景进行管道巡查、廊道测图或电力巡线等带状目标测绘时，若探测目标位于激光雷达的侧方或下方的扇形区域，导致多数扫描线被浪费，同时目标区域的扫描线稀疏。对此，近年来业内提出了多种适配机载应用的激光雷达扫描方式，旨在将线扫型激光雷达的扫描视场从360度压缩至合适的角度，从而增加中心视场的扫描线数，提高目标区域的扫描效率和点云密度。其中，塔镜扫描、楔形平面反射镜扫描和振镜扫描是最具代表性的三种方式。
[0003]塔镜扫描是控制塔镜在电机的驱动下做高速旋转，其工作面为沿圆周方向分布的若干个斜切面。出射激光在工作面上发生反射，光路偏转后指向目标方向。一个完整的工作面掠过出射光后，激光脚点在目标上的轨迹呈现为一段弧线。该方案是目前应用较为广泛的一种技术路线，但存在以下问题：1.塔镜的加工制造难度较大，成本较高；2.在同等通光孔径下，塔镜的体积、重量及转动惯量较大，从而增加了激光雷达整机的重量和功耗；3.整机装配过程中，需要对塔镜所有工作面的制造及装配几何误差进行检定，产生较大的检定工作量，降低了生产效率。
[0004]楔形反射镜扫描是将楔形反射镜的工作面为一楔形平面，该工作面与其旋转轴呈一定的夹角。出射激光在工作面上反射后指向目标方向。楔形反射镜回转整圈后，激光脚点在目标上的轨迹呈现为一椭圆。通过调整楔形反射镜的楔角，以及旋转轴与光轴的夹角，可以缩放其扫描视场，并改变椭圆的长短轴。楔形反射镜扫描的技术缺陷在于：1.电机的恒定转速驱动下楔形工作面反射的光斑脚点在目标上分布不均匀，两侧点云致密，中间点云稀疏；2.在载体行进过程中，同一个目标物会被探测到2次，由于POS误差及系统标定误差，两次探测会导致数据成果产生厘米级的平面误差和高程误差，使点云产生分层现象。
[0005]振镜扫描是将振镜的工作面为一平面，该工作面与其旋转轴呈45度夹角，振镜的旋转轴与出射光光轴重合。振镜在伺服电机的驱动下做往复摆动，通过调整伺服电机的摆动角度可以灵活地缩放其扫描视场。出射光经振镜反射后，激光脚点在目标上的轨迹呈现为Z字形。振镜扫描是最直接的技术路线，但这种方案需要将驱动器从常规的直流电机更换为伺服电机，导致以下问题：1.伺服电机及伺服驱动器功耗大，频繁的加速和刹车会消耗大量的电能并产生热量；2.为保证足够的扭矩，增加电机的重量和体积，不利于装备的小型化和轻量化；3.现有技术条件下，伺服电机的摆动频率最高只能达到几十赫兹，限制了振镜的扫描频率；4.电机转速时刻变化，而出射光的频率不变，导致点云的分布不均匀，影响数据质量。
技术实现思路
[0006]本技术的目的在于提供一种倾斜柱体棱镜扫描装置，匹配同轴布局的发射天
线和接收天线，形成一种面向机载应用的激光雷达系统光学方案。本方案综合优化了几种现有技术状态存在的缺点或不足，在制造难度、成本、体积重量、功耗及扫描轨迹的形状和均匀性等方面达到了平衡。
[0007]为实现上述目的，本技术采用以下技术方案：本技术提供了一种倾斜柱体棱镜扫描装置，包括：棱镜总成；所述棱镜总成包括多面棱镜、旋转轴、固定轴及固定基座；多面棱镜的镜面为扫描装置的工作面，固定基座为系统光学器件的刚性支撑结构，用于支撑固定轴；固定轴套置于旋转轴内，旋转轴套置于多面棱镜内；
[0008]棱镜总成一侧设置一准直镜，作为工作光的发射天线；准直镜连接一聚光镜，聚光镜的焦点位置设置一探测器，聚光镜和探测器作为工作光的接收天线；发射天线和接收天线的光轴设置为同轴；
[0009]其中，出射的脉冲激光经准直镜准直后，到达棱镜总成的工作面，经棱镜工作面反射后指向被测目标；被测目标反射光再次经棱镜工作面反射，反射后的平行光到达聚光镜的入射面，在聚光镜内部产生折射，最终汇聚至聚光镜焦点处的探测器。
[0010]其中，棱镜总成的工作面与棱镜旋转轴设置为平行，棱镜总成的旋转轴与出射光的光轴呈10
‑
80度夹角，优选设置为45度。
[0011]其中，棱镜总成的旋转轴通过一旋转电机控制进行旋转，且所述旋转电机为外转子旋转电机。
[0012]其中，外转子旋转电机包括：电机定子，所述电机定子呈纺锤状，两端分别套置上端轴承和下端轴承，上端轴承和下端轴承之间自内而外依次设置电机绕组、磁钢及电机转子；其中，磁钢固定设置于电机转子的内壁，电机绕组固定设置于电机定子外侧；电机转子外侧包覆设置多面棱镜。
[0013]其中，磁钢为永磁体，通过铆接或粘接的方式固定于电机转子内壁；电机绕组固定在电机定子上，通电后产生交变磁场，驱动磁钢及电机转子进行圆周运动。
[0014]其中，电机转子为一框架型结构，其作为电机转子的同时，又充当了多面棱镜的固定基座；且多个平面反射镜依序边缘连接形成多面棱镜。
[0015]其中，多面棱镜为3面、4面、5面、6面或者更多面的棱镜。
[0016]其中，多面棱镜的工作面是通过在电机转子的侧壁上直接加工而成，在电机转子侧面上直接加工出工作面并镀金属膜。
[0017]其中，采用多片玻璃基底的平面反射镜作为扫描镜，通过粘接的方式固定至金属框架侧面的安装位上，随着电机转子一起旋转。
[0018]相比现有的各类技术方案，本技术存在以下优点：
[0019]1.相比应用较为广泛的塔镜扫描方案，本技术的扫描镜为常规的棱柱结构，其结构简单，尺寸精度容易达到，且成本可控；同时，在同等通光孔径前提下，电机转子体积和转动惯量较小，优化了系统的尺寸和功耗；
[0020]2.相比楔形反射镜扫描方案，本技术的激光脚点轨迹左右对称、分布均匀，且对每个目标仅扫描一次，不会产生分层，优化了点云的数据质量；
[0021]3.相比振镜扫描方案，本技术的电机仍然采用常规的直流电机，电机只需要做简单的圆周运动，电机力矩小、驱动简单，且电机和驱动器的功耗和体积均优于振镜扫描方案；
[0022]4.本技术采用外转子电机，将电机转子与平面反射镜的安装框架一体化，电机的电枢置于扫描镜内部，大大优化了扫描装置的系统布局，节省了轴向尺寸。同时，优化了电机定子的受力环境；
[0023]5.本技术采用四片玻璃基底的平面反射镜作为扫描镜，通过粘接的方式固定至金属框架侧面的安装位上。其优点在于，玻璃平面镜的加工简单，成本较低，其面形和镀膜质量容易保证，且反射率高。
附图说明
[0024]下面将结合附图及实施例对本技术作进一步说明，附图中：
[0025]图1是本技术提供的一种倾斜柱体棱镜扫描装置的结构示意图。
[0026]图2是本技术提供的一种倾斜柱体棱镜扫描装置的俯视示意图。
[0027]图3是本技术提供的一种倾斜柱体棱镜扫描装置的侧视示意图。
[0028]图4是本技术提供的一种倾斜柱本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种倾斜柱体棱镜扫描装置，其特征在于，包括：棱镜总成；所述棱镜总成包括多面棱镜、旋转轴、固定轴及固定基座；多面棱镜的镜面为扫描装置的工作面，固定基座为系统光学器件的刚性支撑结构，用于支撑固定轴；固定轴套置于旋转轴内，旋转轴套置于多面棱镜内；棱镜总成一侧设置一准直镜，作为工作光的发射天线；准直镜连接一聚光镜，聚光镜的焦点位置设置一探测器，聚光镜和探测器作为工作光的接收天线；发射天线和接收天线的光轴设置为同轴；其中，出射的脉冲激光经准直镜准直后，到达棱镜总成的工作面，经棱镜工作面反射后指向被测目标；被测目标反射光再次经棱镜工作面反射，反射后的平行光到达聚光镜的入射面，在聚光镜内部产生折射，最终汇聚至聚光镜焦点处的探测器。2.如权利要求1所述的一种倾斜柱体棱镜扫描装置，其特征在于：棱镜总成的工作面与棱镜旋转轴设置为平行，棱镜总成的旋转轴与出射光的光轴呈10
‑
80度夹角。3.如权利要求1所述的一种倾斜柱体棱镜扫描装置，其特征在于：所述棱镜总成的旋转轴通过一旋转电机控制进行旋转，且所述旋转电机为外转子旋转电机。4.如权利要求3所述的一种倾斜柱体棱镜扫描装置，其特征在于：所述外转子旋转电机包括：电机定子，所述电机定子呈纺锤状，...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖亮，姚立，刘守军，
申请(专利权)人：武汉徕得智能技术有限公司，
类型：新型
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。