一种激光雷达大口径双轴光学扫描转镜系统技术方案

本发明专利技术公开了一种激光雷达大口径双轴光学扫描转镜系统，包括顶板、转动系统、外壳结构系统和配重结构，所述转动系统包括方位驱动部件、方位镜箱结构、俯仰驱动部件、俯仰镜箱结构；所述方位驱动部件包括方位驱动电机、方位旋转轴；方位镜箱结构包括方位镜箱、方位反射镜座、方位反射镜；俯仰驱动部件包括俯仰旋转轴、俯仰驱动电机、同步带传动结构；俯仰镜箱结构包括俯仰反射镜座、俯仰反射镜和出光口结构，出光口结构固定安装于俯仰镜箱上；俯仰旋转轴的一轴端与俯仰镜箱连接，俯仰驱动电机通过同步带传动结构驱动俯仰旋转轴转动，带动俯仰镜箱转动，本发明专利技术实现了实现不同位置的精确定位以及达到不同的扫描速度。

【技术实现步骤摘要】
一种激光雷达大口径双轴光学扫描转镜系统
本专利技术属于激光设备
，特别涉及一种激光雷达大口径双轴光学扫描转镜系统。
技术介绍
激光雷达对空域的探测扫描是通过其光束扫描系统实现的。为了获得多个方向的激光雷达激光回波信号，同时实现对空域的连续扫描，光束扫描系统应具有方位连续0°-360°、俯仰0°-360°的扫描运动能力，同时实现不同位置的精确定位以及达到不同的扫描速度。现有技术的激光雷达虽然能通过双轴转镜结构反馈方位及俯仰角信息、实现三维扫描，但是方位转镜结构和俯仰转镜结构上仍不完善，测量精度低。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术提供一种激光雷达大口径双轴光学扫描转镜系统，实现不同位置的精确定位以及达到不同的扫描速度，适用范围广、能覆盖从小口径光学通道到大口径光学通道应用。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种激光雷达大口径双轴光学扫描转镜系统，包括顶板、转动系统、外壳结构系统和配重结构，转动系统安装于顶板上，所述转动系统包括方位驱动部件、方位镜箱结构、俯仰驱动部件、俯仰镜箱结构和滑环结构；所述方位驱动部件包括方位驱动电机、方位旋转轴、方位编码环、方位编码环读头，所述方位驱动电机通过蜗轮蜗杆结构驱动方位旋转轴转动；所述方位镜箱结构包括方位镜箱、方位反射镜座、方位反射镜，所述方位旋转轴与方位镜箱固定连接；所述俯仰驱动部件包括俯仰驱动箱、俯仰旋转轴、俯仰驱动电机、同步带传动结构、俯仰编码环，同步带传动结构的一端与俯仰驱动电机的输出端连接，另一端与俯仰旋转轴连接；所述俯仰镜箱结构包括俯仰镜箱、俯仰反射镜座、俯仰反射镜和出光口结构，出光口结构固定安装于俯仰镜箱上；所述俯仰编码环固定于俯仰旋转轴的轴端，俯仰旋转轴的另一轴端与俯仰镜箱连接，俯仰驱动电机通过同步带传动结构驱动俯仰旋转轴转动，带动俯仰镜箱转动。进一步的，所述方位反射镜呈45°安装于方位旋转轴的轴线与俯仰旋转轴的轴线交汇处；所述俯仰反射镜呈45°安装于俯仰旋转轴的轴线与出光口的轴线交汇处。进一步的，所述外壳结构系统包括方位轴外壳、配重端外壳、俯仰镜箱外壳和出光口外壳；所述方位轴外壳底部与顶板固定连接，左端与配重端外壳固定连接；所述俯仰镜箱外壳固定于俯仰旋转轴上，所述出光口外壳固定于俯仰镜箱外壳上。进一步的，所述方位轴外壳底部设有方位轴外壳底座，所述方位轴外壳底座固定于顶板上。进一步的，所述方位驱动部件还包括蜗轮蜗杆结构、滑环转接件、蜗轮蜗杆转台、滑环托架、蜗轮蜗杆转台托架、转台托架固定架；所述方位驱动电机和蜗轮蜗杆结构安装于蜗轮蜗杆转台上，蜗轮蜗杆转台固定于蜗轮蜗杆转台托架上，蜗轮蜗杆转台托架通过转台托架固定架与顶板固定连接。进一步的，所述方位驱动部件还包括方位旋转轴限位法兰和方位旋转轴驱动法兰；所述方位旋转轴限位法兰套于方位旋转轴外侧、位于方位轴外壳底座内侧，与方位轴外壳底座密封配合；所述蜗轮蜗杆转台的上端面通过方位旋转轴驱动法兰与方位旋转轴螺栓连接。进一步的，所述滑环转接件上设有缺口A，所述方位旋转轴限位法兰的内侧设有凸起B；所述方位旋转轴设有两个沟槽，一个沟槽A贯通轴向，与滑环转接件的缺口A位置相同；另一个沟槽B位于对侧，与方位旋转轴限位法兰的凸起B配合。进一步的，所述滑环结构包括滑环旋转内环和滑环固定外环，滑环旋转内环通过滑环转接件与方位旋转轴相接，滑环固定外环通过滑环托架与蜗轮蜗杆转台托架固定连接。进一步的，所述出光口结构包括出光口连接件、出光口玻璃架、出光口玻璃，所述出光口玻璃安装于出光口玻璃架上，所述出光口连接件与出光口玻璃架固定连接，并与俯仰镜箱固定连接。进一步的，所述蜗轮蜗杆结构包括蜗轮、蜗杆、蜗杆架，蜗轮套于方位旋转轴外部，方位驱动电机的输出端通过联轴器与蜗杆连接。与现有技术相比，本专利技术优点在于：采用双轴转镜式结构，实现激光束的三维半球扫描，并能实现不同位置的精确定位以及达到不同的扫描速度；本专利技术的俯仰驱动部件中俯仰旋转轴采用深沟球轴承与俯仰镜箱装配连接，俯仰驱动电机通过同步带传动结构驱动俯仰旋转轴转动；俯仰镜箱内有俯仰反射镜座，反射镜座上安装镀膜反射玻璃，出光口通过连接件与发射镜箱相接。滑环旋转内环通过滑环转接件与方位旋转轴相接，滑环固定外环通过滑环托架与转台托架连接固定。转台托架通过转台托架固定架与顶板固定；主体结构紧凑、轻巧，环境适应性强，可固定安装于方舱、机箱、车载等移动式激光雷达。扫描转镜顶板直接固定于方舱、机箱、车厢等天花板面，激光发射及接收处理设备安装于方舱、机箱或车内，扫描转镜出射窗口/出光口采用密封窗保护，出射窗口/出光口处有高透光率的密封玻璃，其它相对运动处采用轴向台阶式与O型密封圈的密封结构，减少外部环境对反射镜的损坏，提高了扫描转镜的环境适应性。附图说明图1为本专利技术的立体图；图2为本专利技术的内部结构示意图(去掉转动系统的外壳结构)；图3为本专利技术的方位驱动部件装配示意图；图4为方位驱动部件内部结构示意图(去掉顶板及滑环托架、蜗轮蜗杆转台托架)；图5为蜗轮蜗杆转台的结构示意图(包含方位驱动电机图)；图6为蜗轮蜗杆驱动方式的局部结构示意图；图7为方位旋转轴的结构示意图；图8为方位旋转轴限位法兰结构示意图；图9为滑环转接件结构示意图；图10为方位镜箱结构、俯仰驱动部件、俯仰镜箱结构的装配结构示意图；图11为方位镜箱结构的内部结构示意图；图12为俯仰驱动部件的内部结构示意图；图13为方位反射镜与俯仰反射镜安装位置示意图。图中，1.顶板；2.转动系统；4.配重结构；21.方位驱动部件；210.转台托架固定架；211.方位旋转轴；211-1.沟槽A；211-2.沟槽B；212.方位旋转轴限位法兰；212-1.凸起B；213.方位旋转轴驱动法兰；214.方位编码环；215.方位编码环读头；216.滑环转接件；216-1.缺口A；217.蜗轮蜗杆转台；218.滑环托架；219.蜗轮蜗杆转台托架；220.方位驱动电机；2170.底座；2171.蜗杆架；2172.联轴器；2173.转台面；2174.蜗轮；2175.蜗杆；22.方位镜箱结构；221.方位反射镜座；222.方位反射镜；223.方位镜箱；23.俯仰驱动部件；231.俯仰旋转轴；232.深沟球轴承；233.俯仰驱动电机；234.同步带传动结构；235.俯仰编码环；236.俯仰编码环读头底座；237.俯仰驱动箱；24.俯仰镜箱结构；240.俯仰镜箱；241.俯仰反射镜座；242.俯仰反射镜；243.出光口连接件；244.出光口玻璃架；246.出光口玻璃；25.滑环结构；31.方位轴外壳；32.配重端外壳；33.俯仰镜箱外壳；34.方位轴外壳底座；35.出光口外壳。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步的说明。如图1和2所示，激光雷达大口径双轴光学扫描转镜系统，包括顶板1、转动系统2、外壳结构系统和配重结构4，转动系统2安装于顶板1上，配重结构4为配重棒，安装于转动系统2一侧。转动系统2包括方位驱动部件21、方位镜箱结构22、俯仰驱动部件23、俯仰镜箱结构24和滑环结构25。本专利技术的方位旋转通过蜗轮蜗杆驱动，俯仰旋转通过同步带驱动。如图3-4所示，方位驱动部件21包括方位驱动电机220、方位旋转轴211、方位编码环214、方位编码本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光雷达大口径双轴光学扫描转镜系统，包括顶板(1)、转动系统(2)、外壳结构系统和配重结构(4)，转动系统(2)安装于顶板(1)上，其特征在于：所述转动系统(2)包括方位驱动部件(21)、方位镜箱结构(22)、俯仰驱动部件(23)、俯仰镜箱结构(24)和滑环结构(25)；所述方位驱动部件(21)包括方位驱动电机(220)、方位旋转轴(211)、方位编码环(214)、方位编码环读头(215)，所述方位驱动电机(220)通过蜗轮蜗杆结构驱动方位旋转轴(211)转动；所述方位镜箱结构(22)包括方位镜箱(223)、方位反射镜座(221)、方位反射镜(222)，所述方位旋转轴(211)与方位镜箱(223)固定连接；所述俯仰驱动部件(23)包括俯仰驱动箱(237)、俯仰旋转轴(231)、俯仰驱动电机(233)、同步带传动结构(234)、俯仰编码环(235)，同步带传动结构(234)的一端与俯仰驱动电机(233)的输出端连接，另一端与俯仰旋转轴(231)连接；所述俯仰镜箱结构(24)包括俯仰镜箱(240)、俯仰反射镜座(241)、俯仰反射镜(242)和出光口结构，出光口结构固定安装于俯仰镜箱(240)上；所述俯仰编码环(235)固定于俯仰旋转轴(231)的轴端，俯仰旋转轴(231)的另一轴端与俯仰镜箱(240)连接，俯仰驱动电机(233)通过同步带传动结构(234)驱动俯仰旋转轴(231)转动，带动俯仰镜箱(240)转动。...

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达大口径双轴光学扫描转镜系统，包括顶板(1)、转动系统(2)、外壳结构系统和配重结构(4)，转动系统(2)安装于顶板(1)上，其特征在于：所述转动系统(2)包括方位驱动部件(21)、方位镜箱结构(22)、俯仰驱动部件(23)、俯仰镜箱结构(24)和滑环结构(25)；所述方位驱动部件(21)包括方位驱动电机(220)、方位旋转轴(211)、方位编码环(214)、方位编码环读头(215)，所述方位驱动电机(220)通过蜗轮蜗杆结构驱动方位旋转轴(211)转动；所述方位镜箱结构(22)包括方位镜箱(223)、方位反射镜座(221)、方位反射镜(222)，所述方位旋转轴(211)与方位镜箱(223)固定连接；所述俯仰驱动部件(23)包括俯仰驱动箱(237)、俯仰旋转轴(231)、俯仰驱动电机(233)、同步带传动结构(234)、俯仰编码环(235)，同步带传动结构(234)的一端与俯仰驱动电机(233)的输出端连接，另一端与俯仰旋转轴(231)连接；所述俯仰镜箱结构(24)包括俯仰镜箱(240)、俯仰反射镜座(241)、俯仰反射镜(242)和出光口结构，出光口结构固定安装于俯仰镜箱(240)上；所述俯仰编码环(235)固定于俯仰旋转轴(231)的轴端，俯仰旋转轴(231)的另一轴端与俯仰镜箱(240)连接，俯仰驱动电机(233)通过同步带传动结构(234)驱动俯仰旋转轴(231)转动，带动俯仰镜箱(240)转动。2.根据权利要求1所述的激光雷达大口径双轴光学扫描转镜系统，其特征在于：所述方位反射镜(222)呈45°安装于方位旋转轴(211)的轴线与俯仰旋转轴(231)的轴线交汇处；所述俯仰反射镜(242)呈45°安装于俯仰旋转轴(231)的轴线与出光口的轴线交汇处。3.根据权利要求1所述的激光雷达大口径双轴光学扫描转镜系统，其特征在于：所述外壳结构系统包括方位轴外壳(31)、配重端外壳(32)、俯仰镜箱外壳(33)和出光口外壳(35)；所述方位轴外壳(31)底部与顶板(1)固定连接，左端与配重端外壳(32)固定连...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓伟，王章军，杨雷，初鑫钊，潘新，刘兴涛，陈超，孟祥谦，李先欣，王秀芬，
申请(专利权)人：山东省科学院海洋仪器仪表研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37