專利名稱：激光雷達雙軸光學掃描轉(zhuǎn)鏡系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雷達技術(shù)，尤其是一種激光雷達掃描鏡的驅(qū)動系統(tǒng)，具體地說是一種激光雷達雙軸光學掃描轉(zhuǎn)鏡系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，激光雷達是傳統(tǒng)雷達技術(shù)與現(xiàn)代激光技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，相比傳統(tǒng)的微波雷達，其抗干擾能力強，具有更高的距離分辨率和測量精度，同時具有更小的體積和重量。因此激光雷達是今后雷達精細化探測的一個發(fā)展方向。激光雷達對空域的探測掃描是通過其光束掃描系統(tǒng)實現(xiàn)的。為實現(xiàn)對空域的連續(xù) 掃描，光束掃描系統(tǒng)應具有方位0° 360° (連續(xù))、俯仰0° 180°的掃描運動能力，同時應可實時反饋方位及俯仰角碼信息。據(jù)申請人所知，目前尚無一種能實現(xiàn)上述功能的轉(zhuǎn)鏡系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對激光雷達的需要設(shè)計一種能實現(xiàn)對空域的連續(xù)掃描，光束掃描系統(tǒng)應具有方位0° 360° (連續(xù))、俯仰0° 180°的掃描運動能力，同時應可實時反饋方位及俯仰角碼信息的激光雷達雙軸光學掃描轉(zhuǎn)鏡系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種激光雷達雙軸光學掃描轉(zhuǎn)鏡系統(tǒng)，其特征是它包括底座I、轉(zhuǎn)臺2、主轉(zhuǎn)鏡3、次轉(zhuǎn)鏡4、方位回轉(zhuǎn)支承5、俯仰回轉(zhuǎn)支承6、方位驅(qū)動電機7、俯仰驅(qū)動電機8、方位同步輪系9和俯仰同步輪系10，所述的主轉(zhuǎn)鏡3呈45°安裝于方位回轉(zhuǎn)軸線與俯仰回轉(zhuǎn)軸線的交匯點并位于與轉(zhuǎn)臺2同步轉(zhuǎn)動的主鏡殼體13中，次轉(zhuǎn)鏡4呈45°安裝于俯仰軸線上并位次鏡殼體14中，并與主轉(zhuǎn)鏡3相對安裝；所述的轉(zhuǎn)臺2安裝在方位回轉(zhuǎn)支承5上，方位回轉(zhuǎn)支承5安裝在底座I上，方位回轉(zhuǎn)支承5與方位減速箱12的輸出齒輪相嚙合，方位減速箱12安裝在底座I上并與方位驅(qū)動電機7的輸出軸相連；所述的俯仰回轉(zhuǎn)支承6安裝在主鏡殼體13上，次鏡殼體14安裝在俯仰回轉(zhuǎn)支承6上，俯仰回轉(zhuǎn)支承6與俯仰減速箱15的輸出齒輪相嚙合，俯仰減速箱15與俯仰驅(qū)動電機8的輸出軸相連；在底座I的中心設(shè)有激光入射窗口 16，在次鏡殼體14上設(shè)有出射窗口 17 ;所述的方位同步輪系9的輸入齒輪與方位回轉(zhuǎn)支承5的外齒壁相嚙合，俯仰同步輪系10的輸入齒輪與俯仰回轉(zhuǎn)支承6的外齒壁相嚙合。在底座I的下部設(shè)計安裝有匯流環(huán)11。俯仰驅(qū)動電機、俯仰減速器及俯仰同步輪系均安裝于主鏡殼體13內(nèi)。方位回轉(zhuǎn)支承5和俯仰回轉(zhuǎn)支承6采用帶齒薄壁回轉(zhuǎn)支承。本發(fā)明的有益效果I.本發(fā)明通過應用雙軸轉(zhuǎn)鏡結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了激光束的三維半球掃描。2.本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)選用鋁合金材料，同時方位和俯仰回轉(zhuǎn)運動應用帶齒薄壁回轉(zhuǎn)支承，在保證通光口徑的前提下，簡化掃描轉(zhuǎn)鏡的結(jié)構(gòu)工藝，使之更緊湊、輕巧。[0013]3.本發(fā)明的傳動系統(tǒng)采用大速比減速，實現(xiàn)了激光探測的低速掃描，同時使系統(tǒng)具有更精確的定位精度。4.本發(fā)明的俯仰部分通過匯流環(huán)供電，實現(xiàn)了方位0° 360°的連續(xù)掃描。

圖I是本發(fā)明的雙軸光學掃描轉(zhuǎn)鏡傳動原理圖。圖2是本發(fā)明的雙軸光學掃描轉(zhuǎn)鏡結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。如圖1-2所示。一種激光雷達雙軸光學掃描轉(zhuǎn)鏡系統(tǒng)，它包括底座I、轉(zhuǎn)臺2、主轉(zhuǎn)鏡3、次轉(zhuǎn)鏡4、方位回轉(zhuǎn)支承5、俯仰回轉(zhuǎn)支承6、方位驅(qū)動電機7、俯仰驅(qū)動電機8、方位同步輪系9、俯仰同步輪系10和匯流環(huán)11，為俯仰驅(qū)動電機及方位驅(qū)動電機供電的匯流環(huán)11安裝在底座I的下部，如圖2所示。所述的主轉(zhuǎn)鏡3呈45°安裝于方位回轉(zhuǎn)軸線與俯仰回轉(zhuǎn)軸線的交匯點并位于與轉(zhuǎn)臺2同步轉(zhuǎn)動的主鏡殼體13中，次轉(zhuǎn)鏡4呈45°安裝于俯仰軸線上并位次鏡殼體14中，并與主轉(zhuǎn)鏡3相對安裝；所述的轉(zhuǎn)臺2安裝在方位回轉(zhuǎn)支承5上，方位回轉(zhuǎn)支承5安裝在底座I上，方位回轉(zhuǎn)支承5與方位減速箱12的輸出齒輪相嚙合，方位減速箱12安裝在底座I上并與方位驅(qū)動電機7的輸出軸相連；所述的俯仰回轉(zhuǎn)支承6安裝在主鏡殼體13上，次鏡殼體14安裝在俯仰回轉(zhuǎn)支承6上，俯仰回轉(zhuǎn)支承6與俯仰減速箱15的輸出齒輪相嚙合，俯仰減速箱15與俯仰驅(qū)動電機8的輸出軸相連；在底座I的中心設(shè)有激光入射窗口16，在次鏡殼體14上設(shè)有出射窗口 17 ;所述的方位同步輪系9的輸入齒輪與方位回轉(zhuǎn)支承5的外齒壁相嚙合，俯仰同步輪系10的輸入齒輪與俯仰回轉(zhuǎn)支承6的外齒壁相嚙合，如圖I所示。俯仰驅(qū)動電機、俯仰減速器及俯仰同步輪系均安裝于主鏡殼體13內(nèi)。方位回轉(zhuǎn)支承5和俯仰回轉(zhuǎn)支承6采用帶齒薄壁回轉(zhuǎn)支承。詳述如下如圖2所示，位于方位軸的主轉(zhuǎn)鏡3與位于俯仰軸的次轉(zhuǎn)鏡4均呈45°相對安裝，從入射窗口 16進入的發(fā)射光束經(jīng)主轉(zhuǎn)鏡3反射至次轉(zhuǎn)鏡4，再次經(jīng)次轉(zhuǎn)鏡4反射后由出射窗口 17射出。由于次轉(zhuǎn)鏡4相對于主轉(zhuǎn)鏡3可作俯仰回轉(zhuǎn)運動，因此由主轉(zhuǎn)鏡3反射過來的光束也隨之作俯仰掃描運動。同理主轉(zhuǎn)鏡做方位回轉(zhuǎn)運動時，光束隨之作方位掃描。方位-俯仰運動的組合就完成了激光束的三維半球掃描。為提高掃描轉(zhuǎn)鏡的定位精度，本發(fā)明的動力傳動系統(tǒng)應采用大速比傳動、選用精密減速器、末級可調(diào)中心距的安裝方式。掃描轉(zhuǎn)鏡的方位和俯仰角碼通過方位同步輪系9、俯仰同步輪系10實現(xiàn)1:1的輸出。同步輪系內(nèi)的傳動采用雙片齒輪以消除齒輪傳動中的側(cè)隙，同時選用零級精度的無刷旋轉(zhuǎn)變壓器，以提高數(shù)據(jù)傳動鏈的傳動精度。方位和俯仰傳動系統(tǒng)均采用相同設(shè)計，以達到簡化系統(tǒng)，提高設(shè)備的可靠性和維修性。為使掃描轉(zhuǎn)鏡整體結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧，將方位和俯仰的回轉(zhuǎn)軸承與齒輪采用一體化的設(shè)計，這樣不僅大大簡化了結(jié)構(gòu)，同時提高了光路精度。為減輕掃描轉(zhuǎn)鏡的重量，掃描轉(zhuǎn)鏡主體結(jié)構(gòu)采用鋁合金焊接結(jié)構(gòu)。[0024]本發(fā)明通過匯流環(huán)11給方位轉(zhuǎn)臺上的俯仰電機及旋變供電。匯流環(huán)11與掃描轉(zhuǎn)鏡之間的運動傳遞采用十字滑塊聯(lián)軸器，以自動適應匯流環(huán)和掃描轉(zhuǎn)鏡回轉(zhuǎn)中心的不同心。掃描轉(zhuǎn)鏡入射窗口和出射窗口均采用密封窗保護，其它相對運動處采用軸向迷宮式的密封結(jié)構(gòu)，減少外部環(huán)境對反射鏡的損壞，提高了掃描轉(zhuǎn)鏡的環(huán)境適應性。掃描轉(zhuǎn)鏡在外形上沿俯仰軸線對稱布置，內(nèi)部安裝俯仰驅(qū)動器，這樣不僅外形美觀，同時可起平衡配重作用。在掃描轉(zhuǎn)鏡的轉(zhuǎn)臺上安裝有調(diào)平水泡，以便于工作時對掃描轉(zhuǎn)鏡進行調(diào)平。本發(fā)明采用雙軸轉(zhuǎn)鏡式結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧，環(huán)境適應性強，不僅可固定安 裝于樓頂，也可應用于方艙、車載等移動式激光雷達。本發(fā)明已在激光測風雷達上得到了應用。該激光測風雷達為車載方式，掃描轉(zhuǎn)鏡安裝于載車頂部，激光發(fā)射及接收處理設(shè)備安裝于載車內(nèi)。掃描轉(zhuǎn)鏡通過底座法蘭安裝車頂，方位電機、方位同步輪系以及匯流環(huán)均處于車內(nèi)環(huán)境；俯仰電機和俯仰同步輪系布置在掃描轉(zhuǎn)鏡的主腔體內(nèi)。這樣優(yōu)化了電機、減速器及同步輪系的使用環(huán)境。在激光雷達工作時，需先對掃描轉(zhuǎn)鏡進行調(diào)平。推動掃描轉(zhuǎn)鏡作方位回轉(zhuǎn)，通過觀察安裝于轉(zhuǎn)臺上的調(diào)平水泡，調(diào)節(jié)車底的調(diào)平機構(gòu)，從而調(diào)平掃描轉(zhuǎn)鏡。掃描轉(zhuǎn)鏡為全密封結(jié)構(gòu)，在入射窗口和出射窗口均有保護蓋板，同時出射窗口處有高透光率的密封玻璃，以防外部環(huán)境對轉(zhuǎn)鏡內(nèi)的污染。在雷達工作時，需取下保護蓋板，激光束經(jīng)主次轉(zhuǎn)鏡的兩次反射由出射窗口射出。本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。
權(quán)利要求1.一種激光雷達雙軸光學掃描轉(zhuǎn)鏡系統(tǒng)，其特征是它包括底座(I)、轉(zhuǎn)臺(2)、主轉(zhuǎn)鏡(3 )、次轉(zhuǎn)鏡(4 )、方位回轉(zhuǎn)支承(5 )、俯仰回轉(zhuǎn)支承(6 )、方位驅(qū)動電機(7 )、俯仰驅(qū)動電機(8)、方位同步輪系(9)和俯仰同步輪系(10)，所述的主轉(zhuǎn)鏡(3)呈45°安裝于方位回轉(zhuǎn)軸線與俯仰回轉(zhuǎn)軸線的交匯點并位于與轉(zhuǎn)臺(2)同步轉(zhuǎn)動的主鏡殼體(13)中，次轉(zhuǎn)鏡(4)呈45°安裝于俯仰軸線上并位于次鏡殼體(14)中，并與主轉(zhuǎn)鏡(3)相對安裝；所述的轉(zhuǎn)臺(2)安裝在方位回轉(zhuǎn)支承(5)上，方位回轉(zhuǎn)支承(5)安裝在底座(I)上，方位回轉(zhuǎn)支承(5)與方位減速箱(12)的輸出齒輪相嚙合，方位減速箱(12)安裝在底座(I)上并與方位驅(qū)動電機(7)的輸出軸相連；所述的俯仰回轉(zhuǎn)支承(6)安裝在主鏡殼體(13)上，次鏡殼體(14)安裝在俯仰回轉(zhuǎn)支承(6)上，俯仰回轉(zhuǎn)支承(6)與俯仰減速箱(15)的輸出齒輪相嚙合，俯仰減速箱(15)與俯仰驅(qū)動電機(8)的輸出軸相連；在底座(I)的中心設(shè)有激光入射窗ロ(16)，在次鏡殼體(14)上設(shè)有出射窗ロ( 17);所述的方位同步輪系(9)的輸入齒輪與方位回轉(zhuǎn)支承(5)的外齒壁相嚙合，俯仰同步輪系(10)的輸入齒輪與俯仰回轉(zhuǎn)支承(6)的外齒壁相嚙合。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光雷達雙軸光學掃描轉(zhuǎn)鏡系統(tǒng)，其特征是在底座(I)的下部設(shè)計安裝有匯流環(huán)(11)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光雷達雙軸光學掃描轉(zhuǎn)鏡系統(tǒng)，其特征是俯仰驅(qū)動電機、俯仰減速器及俯仰同步輪系均安裝于主鏡殼體(13)內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光雷達雙軸光學掃描轉(zhuǎn)鏡系統(tǒng)，其特征是方位回轉(zhuǎn)支承(5)和俯仰回轉(zhuǎn)支承(6)采用帶齒薄壁回轉(zhuǎn)支承。
專利摘要一種激光雷達雙軸光學掃描轉(zhuǎn)鏡系統(tǒng)，其特征是它包括底座(1)、轉(zhuǎn)臺(2)、主轉(zhuǎn)鏡(3)、次轉(zhuǎn)鏡(4)、方位回轉(zhuǎn)支承(5)、俯仰回轉(zhuǎn)支承(6)、方位驅(qū)動電機(7)、俯仰驅(qū)動電機(8)、方位同步輪系(9)和俯仰同步輪系(10)，所述的主轉(zhuǎn)鏡(3)呈45°安裝于方位回轉(zhuǎn)軸線與俯仰回轉(zhuǎn)軸線的交匯點并位于與轉(zhuǎn)臺(2)同步轉(zhuǎn)動的主鏡殼體(13)中，次轉(zhuǎn)鏡(4)呈45°安裝于俯仰軸線上并位次鏡殼體(14)中，并與主轉(zhuǎn)鏡(3)相對安裝。本實用新型結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，傳動精度高。
文檔編號G01S7/481GK202404232SQ201120514699
公開日2012年8月29日 申請日期2011年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月12日
發(fā)明者徐法東 申請人:南京恩瑞特實業(yè)有限公司