一種光纖激光測距光機(jī)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種光纖激光測距光機(jī)系統(tǒng)，包括激光發(fā)射組件、激光接收組件和發(fā)射固定調(diào)節(jié)組件；激光發(fā)射組件包括光纖激光器、準(zhǔn)直透鏡組；激光接收組件包括聚焦透鏡組、窄帶濾光片、激光探測器屏蔽罩、激光探測器以及PCB板；發(fā)射固定調(diào)節(jié)組件包括發(fā)射固定塊、水平方向調(diào)節(jié)螺栓和定位螺栓。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)緊湊、外形小巧，有利于三維激光掃描系統(tǒng)的集成；調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)簡單，操作方便；激光發(fā)散角小，接收口徑大，光能利用率高，有利于提高系統(tǒng)的測量距離和測距精度。
【專利說明】一種光纖激光測距光機(jī)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于激光測距、三維激光掃描領(lǐng)域，具體涉及到一種光纖激光測距光機(jī)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]三維激光掃描技術(shù)是上世紀(jì)九十年代中期開始出現(xiàn)的一種高新技術(shù)。三維激光掃描技術(shù)利用激光測距原理，通過高速激光掃描測量的方法，大面積高分辨率地快速獲取被測對象表面的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，可以快速、大量的采集空間點(diǎn)位信息，為快速建立物體的三維影像模型提供了一種全新的技術(shù)手段。由于其具有快速性、不接觸性、穿透性、實(shí)時性、動態(tài)性、主動性、高密度、高精度、數(shù)字化、自動化等特性，其應(yīng)用推廣引起了測量技術(shù)的又一次革命。
[0003]最近幾年，三維激光掃描技術(shù)不斷發(fā)展并日漸成熟，三維激光掃描設(shè)備也逐漸商業(yè)化。三維激光掃描儀已成功在文物保護(hù)、城市建筑測量、地形測繪、工廠改造、變形監(jiān)測、大型結(jié)構(gòu)管道設(shè)計(jì)、飛機(jī)船舶制造、公路鐵路建設(shè)、隧道工程、橋梁建設(shè)、交通事故處理、法律證據(jù)收集、災(zāi)害評估、軍事分析等領(lǐng)域里應(yīng)用。但是，隨著三維激光掃描技術(shù)的發(fā)展，對三維激光掃描儀也提出了更高的要求。譬如，小體積、輕重量、高分辨率、大測量范圍、高測距精度等高性能的三維激光掃描儀成了各大測繪儀器制造商及科研院所追逐的目標(biāo)。
[0004]激光測距光機(jī)系統(tǒng)作為三維激光掃描儀的核心部件，其性能決定了三維激光掃描儀的性能。如光機(jī)系統(tǒng)的體積越小，三維激光掃描儀中掃描鏡的尺寸就越小，從而有利于三維激光掃描儀體積的減小和重量的降低；再如光機(jī)系統(tǒng)中準(zhǔn)直透鏡組準(zhǔn)直后的激光發(fā)射角越小，聚焦透鏡組的口徑越大，越有利于提高光機(jī)系統(tǒng)的測量范圍和測距精度，從而提高三維激光掃描儀的測量范圍和測距精度。而目前存在兩種形式的激光測距光機(jī)系統(tǒng):一種是激光發(fā)射光軸與激光接收光軸共軸，其優(yōu)點(diǎn)是光機(jī)系統(tǒng)體積比較小，其缺點(diǎn)是系統(tǒng)需要分光，光能利用率低，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的測量范圍；另一種是激光發(fā)射光軸與激光接收光軸平行，其優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)不需要分光，光能利用率高，其缺點(diǎn)是體積偏大，光軸不好調(diào)節(jié)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的在于克服上述第二種形式的光機(jī)系統(tǒng)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、光能利用率高并能有效實(shí)現(xiàn)光軸調(diào)節(jié)的適用于三維激光掃描儀的光纖激光測距光機(jī)系統(tǒng)。
[0006]本實(shí)用新型提供一種光纖激光測距光機(jī)系統(tǒng)，包括激光發(fā)射組件、激光接收組件和發(fā)射固定調(diào)節(jié)組件；
[0007]所述激光發(fā)射組件包括光纖激光器、第一鏡筒以及用于將光纖激光器發(fā)射的激光準(zhǔn)直成平行光的準(zhǔn)直透鏡組；所述光纖激光器的發(fā)射端上方連接有準(zhǔn)直透鏡組，所述準(zhǔn)直透鏡組設(shè)置于第一鏡筒內(nèi)部；
[0008]所述激光接收組件包括聚焦透鏡組、窄帶濾光片、激光探測器屏蔽罩、激光探測器、PCB板和第二鏡筒；所述聚焦透鏡組的下方設(shè)置有所述窄帶濾光片，所述窄帶濾光片的下方設(shè)置有激光探測器，且所述窄帶濾光片的邊緣置于激光探測器屏蔽罩上方，所述激光探測器屏蔽罩和激光探測器均安裝于PCB板上；所述聚焦透鏡組、窄帶濾光片、激光探測器屏蔽罩、激光探測器、PCB板均設(shè)置于第二鏡筒的內(nèi)部；
[0009]所述發(fā)射固定調(diào)節(jié)組件包括發(fā)射固定塊，所述發(fā)射固定塊套設(shè)于所述第一鏡筒的外部，且所述發(fā)射固定塊連接于所述第二鏡筒的外部。
[0010]所述激光接收組件還包括能夠調(diào)節(jié)PCB板位置的螺絲彈簧機(jī)構(gòu)，所述螺絲彈簧機(jī)構(gòu)設(shè)置于所述PCB板上。
[0011]所述準(zhǔn)直透鏡組的光軸與聚焦透鏡組的光軸相互平行設(shè)置。
[0012]所述發(fā)射固定調(diào)節(jié)組件還包括水平方向調(diào)節(jié)螺栓和沿水平方向設(shè)置的彈簧；所述水平方向調(diào)節(jié)螺栓沿水平方向設(shè)置于所述發(fā)射固定塊的內(nèi)部，并處于所述第一鏡筒的一偵U，所述彈簧也沿水平方向設(shè)置于所述發(fā)射固定塊的內(nèi)部，并對應(yīng)處于所述第一鏡筒的另一側(cè)。
[0013]所述發(fā)射固定調(diào)節(jié)組件還包括定位螺栓，所述定位螺栓沿水平方向穿設(shè)通過所述發(fā)射固定塊的內(nèi)部，且能夠固定所述發(fā)射固定塊與第二鏡筒之間的位置。
[0014]本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0015]本實(shí)用新型中的光纖激光測距光機(jī)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)緊湊、外形小巧，有利于三維激光掃描系統(tǒng)的集成，有利于其體積的減小和重量的降低；其激光發(fā)散角小、接收口徑大、光能利用率高，有利于提高系統(tǒng)的測量距離和測距精度；其調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)簡單，操作方便，能夠有效實(shí)現(xiàn)光軸調(diào)節(jié)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本實(shí)用新型提供的光纖激光測距光機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)剖面主視圖；
[0017]圖2為本實(shí)用新型提供的光纖激光測距光機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)俯視圖；
[0018]圖3為本實(shí)用新型中激光接收組件結(jié)構(gòu)仰視圖；
[0019]圖4為本實(shí)用新型提供的光纖激光測距光機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好的理解本實(shí)用新型并能予以實(shí)施，但所舉實(shí)施例不作為對本實(shí)用新型的限定。
[0021]參閱圖1、圖2和圖3，本實(shí)用新型提供一種光纖激光測距光機(jī)系統(tǒng)，在該實(shí)施例中，所述光纖激光測距光機(jī)系統(tǒng)包括:激光發(fā)射組件1、激光接收組件2和激光發(fā)射固定調(diào)節(jié)組件3。
[0022]所述激光發(fā)射組件I包括光纖激光器11、準(zhǔn)直透鏡組12和第一鏡筒。所述光纖激光器11用于發(fā)射脈沖激光，發(fā)射的激光波長為1550nm。所述光纖激光器11的上方設(shè)置有準(zhǔn)直透鏡組12，且所述準(zhǔn)直透鏡組12與光纖激光器11通過FC接頭連接。所述準(zhǔn)直透鏡組12用于將光纖激光器11發(fā)射的激光準(zhǔn)直成平行光，準(zhǔn)直后的激光發(fā)射角為0.35mrad。準(zhǔn)直透鏡組12中的準(zhǔn)直透鏡雙面均鍍有波長1550nm±20nm的增透膜，且所述準(zhǔn)直透鏡組12設(shè)置于第一鏡筒中。[0023]所述激光接收組件2包括聚焦透鏡組21、窄帶濾光片22、激光探測器屏蔽罩23、激光探測器24、PCB板25和第二鏡筒26。所述聚焦透鏡組21采用三片球面透鏡，通光孔徑為45mm，焦距為65mm，聚焦透鏡組21用于將窄帶濾光片22濾波后的激光回波聚焦到激光探測器24，聚焦透鏡組21采用共軸的三片球面透鏡設(shè)計(jì)，球面雙面鍍有波長1550nm±20nm的增透膜。所述聚焦透鏡組21的下方間隔一定間距設(shè)置有所述窄帶濾光片22，其采用中心波長為1550nm、半高寬20nm的帶通濾光片，所述窄帶濾光片22用于對所述激光發(fā)射組件I發(fā)射的激光經(jīng)物體反射后的激光回波進(jìn)行濾波。所述窄帶濾光片22的邊緣部分置于激光屏蔽罩23上方，二者直接接觸沒有間距。所述窄帶濾光片22的中心正下方設(shè)置有激光探測器24 (二者存在一定間距)，而所述激光探測器屏蔽罩23和激光探測器24均安裝于PCB板25上。所述激光探測器屏蔽罩23用于屏蔽雜散光，其中心設(shè)有一通孔，只允許一定角度的激光進(jìn)入激光探測器24。所述激光探測器24采用中心響應(yīng)波長1550nm的雪崩光電二極管，其有效接收直徑為80um，響應(yīng)度為90KV/W@1550nm，可以將微弱的光信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。由于聚焦透鏡組21的焦距為65mm，激光探測器23的接收直徑為80um，因此，該系統(tǒng)的接收視場角為1.2mrad。如圖1和圖3所示，所述PCB板25上設(shè)置有4個螺絲彈簧機(jī)構(gòu)27，通過調(diào)節(jié)該4個螺絲彈簧機(jī)構(gòu)27可以調(diào)節(jié)PCB板25的前后位置，并由于窄帶濾光片22位于激光屏蔽罩23上方，且所述激光屏蔽罩23和激光探測器24均安裝于PCB板25上，因此可以實(shí)際調(diào)節(jié)激光探測器24與聚焦透鏡組21的間距，進(jìn)而調(diào)節(jié)激光探測器24的接收面與通過窄帶濾光片22的聚焦透鏡組21的光軸垂直。以上所述聚焦透鏡組21、窄帶濾光片
22、激光探測器屏蔽罩23、激光探測器24以及PCB板25均至置于第二鏡筒26內(nèi)部，且所述螺絲彈簧機(jī)構(gòu)27也設(shè)置于第二鏡筒26底部的相應(yīng)位置處。所述激光探測器24為InGaAs雪崩光電二級管。
[0024]如圖1所示，所述激光發(fā)射組件I與所述激光接收組件2同向設(shè)置，即要求準(zhǔn)直透鏡組12與聚焦透鏡組21同向設(shè)置，即光軸相互平行設(shè)置，這樣激光發(fā)射組件I發(fā)出的激光經(jīng)過前面物體的漫反射再進(jìn)入到激光接收組件2中。
[0025]如圖2和圖4所示，所述發(fā)射固定調(diào)節(jié)組件3設(shè)置于所述激光發(fā)射組件I的第一鏡筒的外部，包括發(fā)射固定塊、水平方向調(diào)節(jié)螺栓和定位螺栓。所述發(fā)射固定塊包括第一發(fā)射固定塊31a、第二發(fā)射固定塊31b。所述水平方向調(diào)節(jié)螺栓包括第一水平方向調(diào)節(jié)螺栓32a、第二水平方向調(diào)節(jié)螺栓32b。所述定位螺栓包括第一定位螺栓33a、第二定位螺栓33b。
[0026]所述第一發(fā)射固定塊31a、第二發(fā)射固定塊31b以4個螺栓36固定套接于所述激光發(fā)射組件I的第一鏡筒的外部，其中第一發(fā)射固定塊31a設(shè)置于所述第一鏡筒的一側(cè)，所述第二發(fā)射固定塊31b設(shè)置于所述第一鏡筒的另一側(cè)。所述第一發(fā)射固定塊31a內(nèi)裝設(shè)有相互平行且沿光軸方向(即Z軸方向)上下設(shè)置的第一彈簧34a和第二彈簧34b，且所述第一彈簧34a和第二彈簧34b均沿水平X軸方向設(shè)置，其孔位分別與所述第二發(fā)射固定塊31b中相互平行且沿光軸方向上下設(shè)置的第一水平方向調(diào)節(jié)螺栓32a和第二水平方向調(diào)節(jié)螺栓32b的孔位相對應(yīng)，即所述第一水平方向調(diào)節(jié)螺栓32a、第二水平方向調(diào)節(jié)螺栓32b也均對應(yīng)所述第一彈簧34a、第二彈簧34b的位置沿著水平X方向設(shè)置。通過調(diào)節(jié)第一水平方向調(diào)節(jié)螺栓32a、第二水平方向調(diào)節(jié)螺栓32b，對應(yīng)改變所述第一彈簧34a、第二彈簧34b的壓縮量，進(jìn)而使處于第一水平方向調(diào)節(jié)螺栓32a和第一彈簧34a之間、第二水平方向調(diào)節(jié)螺栓32b和第二彈簧34b之間的所述第一鏡筒沿著水平X軸方向發(fā)生位置改變。由于所述第一發(fā)射固定塊31a和第二發(fā)射固定塊31b與激光發(fā)射組件I單方向間隙配合，即水平X軸方向間隙配合，水平Y(jié)軸方向無間隙配合。所述第一水平方向調(diào)節(jié)螺栓32a、第二水平方向調(diào)節(jié)螺栓32b分別控制激光發(fā)射組件I對第一彈簧34a和第二彈簧34b的壓縮量，從而通過調(diào)節(jié)第一水平方向調(diào)節(jié)螺栓32a及第二水平方向調(diào)節(jié)螺栓32b實(shí)現(xiàn)激光發(fā)射組件I的光軸在水平X軸方向上的調(diào)節(jié)。
[0027]所述發(fā)射固定調(diào)節(jié)組件3在第二鏡筒26的外壁與激光接收組件2通過銷釘35連接，即所述第一發(fā)射固定塊31a通過銷釘與第二鏡筒26的外部相連接，并滿足激光發(fā)射組件I與激光接收組件2之間的位向要求。在所述第一發(fā)射固定塊31a和第二鏡筒26的側(cè)壁上設(shè)置有對應(yīng)的銷釘孔，通過銷釘將二者連接。連接后所述激光發(fā)射組件I和發(fā)射固定調(diào)節(jié)組件3整體可繞銷釘35做微量旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)激光發(fā)射組件I的光軸在Y方向上的調(diào)節(jié)。所述第一發(fā)射固定塊31a、所述第二發(fā)射固定塊31b內(nèi)部沿著水平方向的X軸方向設(shè)置有相互平行設(shè)置的第一定位螺栓33a和第二定位螺栓33b，第一發(fā)射固定塊31a和第二發(fā)射固定塊31b上具有對應(yīng)的上述兩個定位螺栓設(shè)置的通孔，該兩個螺栓通孔分別設(shè)置于所述銷釘孔的兩側(cè)。待激光發(fā)射組件I通過銷釘旋轉(zhuǎn)到合適的角度，使光軸的位置調(diào)節(jié)好后，通過固定第一定位螺栓33a和第二定位螺栓33b，分別將第一發(fā)射固定塊31a和第二發(fā)射固定塊32b固定鎖緊到激光接收組件2的第二鏡筒26上。
[0028]圖1和圖2中，X軸方向和Y軸方向?yàn)樗龉饫w激光測距光機(jī)系統(tǒng)設(shè)置時所處水平面的直角坐標(biāo)系的兩個相互垂直方向，其中X軸方向?yàn)樗霭l(fā)射固定塊的水平面的寬度方向，所述Y軸方向?yàn)樗霭l(fā)射固定塊的沿水平面的長度方向，且所述發(fā)射固定塊沿著寬度方向設(shè)置于所述第二鏡筒26的外部。與所述X軸方向和Y軸方向均垂直的方向?yàn)楣廨S所處的Z軸方向。
[0029]將該實(shí)施例應(yīng)用于三維激光掃描儀中，由于所述系統(tǒng)體積為86 mmX 78mmX56mm,因此三維激光掃描儀掃描鏡的軸向尺寸最大為78mm,有利于三維激光掃描儀體積的減小和重量的降低。又由于激光發(fā)射組件I與激光接收組件2的光軸可以調(diào)節(jié)平行，且接收視場角1.2mrad大于激光發(fā)射的發(fā)散角0.35mrad,因此可以很好的保證激光回波被激光接收組件2接收。
[0030]以上所述實(shí)施例僅是為充分說明本實(shí)用新型而所舉的較佳的實(shí)施例，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不限于此。本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實(shí)用新型基礎(chǔ)上所作的等同替代或變換，均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種光纖激光測距光機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，包括激光發(fā)射組件、激光接收組件和發(fā)射固定調(diào)節(jié)組件； 所述激光發(fā)射組件包括光纖激光器、第一鏡筒以及用于將光纖激光器發(fā)射的激光準(zhǔn)直成平行光的準(zhǔn)直透鏡組；所述光纖激光器的發(fā)射端上方連接有準(zhǔn)直透鏡組，所述準(zhǔn)直透鏡組設(shè)置于第一鏡筒內(nèi)部； 所述激光接收組件包括聚焦透鏡組、窄帶濾光片、激光探測器屏蔽罩、激光探測器、PCB板和第二鏡筒；所述聚焦透鏡組的下方設(shè)置有所述窄帶濾光片，所述窄帶濾光片的下方設(shè)置有激光探測器，且所述窄帶濾光片的邊緣置于激光探測器屏蔽罩上方，所述激光探測器屏蔽罩和激光探測器均安裝于PCB板上；所述聚焦透鏡組、窄帶濾光片、激光探測器屏蔽罩、激光探測器、PCB板均設(shè)置于第二鏡筒的內(nèi)部； 所述發(fā)射固定調(diào)節(jié)組件包括發(fā)射固定塊，所述發(fā)射固定塊套設(shè)于所述第一鏡筒的外部，且所述發(fā)射固定塊連接于所述第二鏡筒的外部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖激光測距光機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述激光接收組件還包括能夠調(diào)節(jié)PCB板位置的螺絲彈簧機(jī)構(gòu)，所述螺絲彈簧機(jī)構(gòu)設(shè)置于所述PCB板上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖激光測距光機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述準(zhǔn)直透鏡組的光軸與聚焦透鏡組的光軸相互平行設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖激光測距光機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射固定調(diào)節(jié)組件還包括水平方向調(diào)節(jié)螺栓和沿水平方向設(shè)置的彈簧；所述水平方向調(diào)節(jié)螺栓沿水平方向設(shè)置于所述發(fā)射固定塊的內(nèi)部，并處于所述第一鏡筒的一側(cè)，所述彈簧也沿水平方向設(shè)置于所述發(fā)射固定塊的內(nèi)部，并對應(yīng)處于所述第一鏡筒的另一側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖激光測距光機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射固定調(diào)節(jié)組件還包括定位螺栓，所述定位螺栓沿水平方向穿設(shè)通過所述發(fā)射固定塊的內(nèi)部，且能夠固定所述發(fā)射固定塊與第二鏡筒之間的位置。
【文檔編號】G01C3/00GK203772260SQ201420129870
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年3月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月21日
【發(fā)明者】侯曉秋, 劉禮剛, 張南洋生, 曾延安 申請人:武漢迅能光電科技有限公司