一种激光扫描系统技术方案

本发明专利技术实施例中提供一种激光扫描系统，包括激光器、准直单元、激光模式切换组件、微机电结构反射元件、成像系统以及光电探测器，通过激光模式切换组件和反射元件对高斯光束进行光束整形处理和特异性角度控制，使其可以精准地定位在需要成像和监测的机械臂位置上，提高了测量的灵活性和准确性；利用成像系统将机械臂上反射回来的光束进行解析，不仅实现对机械臂的轮廓采集、精准定位和反馈校正，而且降低了光学结构的复杂性，有助于提升整体系统的集成效果。成效果。成效果。

【技术实现步骤摘要】
一种激光扫描系统


[0001]本专利技术实施例中涉及激光领域，特别涉及一种激光扫描系统。

技术介绍

[0002]远程高精度传感机械臂技术可以代替人工对目标物进行精细操作，从而可以起到保护操作者生命安全和提高工作效率的作用。该技术在生物医疗实验，微纳器件加工，航空航天工程，高危环境作业与探测等诸多领域具有巨大的发展空间。操作者需要远程利用数字模拟信号传输对机械臂的定位姿态进行实时调整，在此过程中会产生数十微米甚至纳米的微小移动量，但是机械臂的空间位置单靠电子元件的控制与反馈可能会产生较大的误差，导致了机械臂的操作精度很难达到人们的需求目标，因此需要一种可实时监控其空间位置坐标的光电系统作为反馈单元，快速地对机械臂的姿态进行实时测量和校正，提高操作准确性。
[0003]随着高精度激光扫描技术的研究开展和广泛应用，实现了其对复杂轮廓表面的成像和测绘，并且该技术具有反应速度快，数据处理准确和系统集成度高等优势，受到了科研人员的关注。结合软件算法的拟合处理，新一代激光扫描技术可以达到纳米量级的测量精度。
[0004]由于目前应用激光扫描技术的光电系统，普遍具有测量模式单一和系统灵活性差的不足之处，不能直接将其作为远程传感机械臂的监测系统。为了实现激光扫描监测与高精度机械臂的配合，利用激光多点测量和扫描成像技术相结合，在自由空间内完成对机械臂的姿态定位，使得机械臂可以准确地按照操作者的意愿完成复杂精密的工作。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术实施例中提供一种激光扫描系统，不仅实现对目标物的轮廓采集、精准定位和反馈校正，而且降低了光学结构的复杂性，有助于提升整体系统的集成效果。
[0006]第一方面，本专利技术实施例中提供一种激光扫描系统，包括：
[0007]激光器，用于发射工作激光；
[0008]准直单元，用于所述工作激光进行准直；
[0009]激光模式切换组件，用于对准直后的工作激光进行光束选择得到模式激光，所述激光模式切换组件包括三组不同模式的光学元件以及用于驱动所述光学元件切换的动力组件，所述三组不同模式的光学元件分别为柱面镜、光阑和衍射光学元件，所述柱面镜窗口对应的是线激光扫描模式，所述光阑窗口对应的是单点细光束测量模式，所述衍射光学元件窗口对应的是多点激光定位测量模式；
[0010]反射元件，用于按照数字模拟信号的指令产生不同角度的变形振动，以使得所述模式激光定位在需要被监测的目标区域；
[0011]成像系统，用于接收并汇聚所述模式激光在所述目标区域漫反射形成的漫反射光
束，对所述漫反射光束进行解析；
[0012]光电探测器，用于对所述成像系统汇聚的光斑进行光电转化，记录产生电信号数据。
[0013]作为一种可选的方案，还包括：
[0014]滤光单元，用于对所述目标区域漫反射形成的漫反射光束进行杂光过滤。
[0015]作为一种可选的方案，所述激光模式切换组件还包括用于放置所述三组不同模式的光学元件的安装部，所述动力组件带动所述安装部移动，以实现所述光学元件的窗口切换。
[0016]作为一种可选的方案，所述动力组件为步进电机或气动装置。
[0017]作为一种可选的方案，所述安装部包括载体、设置在所述载体上用于安装所述三组不同模式的光学元件的通孔以及传动组件，所述动力组件通过所述传动组件带动所述载体移动。
[0018]作为一种可选的方案，所述载体包括长方形板以及用于支撑所述长方形板滑动的导轨，所述传动组件包括沿长度方向设置在所述长方形板的侧面的直齿条以及与所述直齿条啮合传动的直齿轮，所述直齿轮套设在所述步进电机的转轴上，所述长方形板在所述步进电机带动下沿所述导轨实现往复移动，沿所述长方形板的长度方向依次三个所述通孔，三个所述通孔分别安装所述柱面镜、所述光阑和所述衍射光学元件。
[0019]作为一种可选的方案，所述安装部与所述步进电机的转轴传动连接，沿所述安装部的圆周方向间隔设有三个通孔，所述三个通孔分别安装所述柱面镜、所述光阑和所述衍射光学元件。
[0020]作为一种可选的方案，所述安装部为金属板，在所述金属板的表面进行阳极氧化处理。
[0021]作为一种可选的方案，所述光电探测器为面阵光电探测器，所述面阵光电探测器的响应区域包括单排像素线阵列、全局像素响应。
[0022]作为一种可选的方案，所述成像系统为四片式成像系统，所述四片式成像系统包括双凸透镜、平凸透镜、平凹透镜以及正焦度透镜。
[0023]作为一种可选的方案，所述激光器为垂直腔面发射激光器。
[0024]作为一种可选的方案，所述激光模式切换组件具体用于：
[0025]在切换至线激光扫描模式时，所述微机电结构反射元件绕着其中心垂轴角度做单一方向地扭摆，完成对目标区域的扫描，所述光电探测器的响应区域为单排像素线阵列，读取出每一组单排像素的图像数据，进行图像拼接处理；
[0026]在切换至单点测量模式时，所述微机电结构反射元件增加俯仰方向的运动，使得模式激光照射在之前扫描过的区域中，漫反射激光传播至所述光电探测器的中心响应区域时，将得到的单点图像作为精准测量的基准点；
[0027]在切换至多点定位模式时，所述微机电结构反射元件增加多方向预置角度运动，调整多条模式激光定位在目标区域的有效位置，所述光电探测器的响应区域为全局像素响应，得到的多点图像数据实时与基准点进行差值计算，得到的结果与对目标物操作的源命令进行对比，根据对比结果实时地对所述目标物进行姿态调整，完成对误差的校正。
[0028]作为一种可选的方案，所述目标物为机械臂。
[0029]作为一种可选的方案，所述滤光单元为滤光片。
[0030]作为一种可选的方案，所述准直单元为抛光面反射镜、快慢轴矫正准直镜或非球面准直透镜。
[0031]作为一种可选的方案，所述反射元件由至少两面平面镜组成，每个所述平面镜具有独立的驱动单元，通过所述驱动单元实现所述平面镜的角度调整。
[0032]第二方面，本专利技术实施例中提供一种基于机械臂的激光扫描系统，具有如上述的激光扫描系统和机械臂。
[0033]本专利技术实施例中提供一种激光扫描系统，包括：用于发射工作激光的激光器，用于所述工作激光进行准直的准直单元，用于对准直后的工作激光进行光束选择得到模式激光的激光模式切换组件，所述激光模式切换组件包括至少两组不同模式的光学元件以及用于驱动所述光学元件切换的动力组件；用于按照数字模拟信号的指令产生不同角度的变形振动，以使得所述模式激光定位在需要被监测的目标区域的反射元件，用于接收并汇聚所述模式激光在所述目标区域漫反射形成的漫反射光束，对所述漫反射光束进行解析的成像系统，用于对所述成像系统汇聚的光斑进行光电转化，记录产生电信号数据的光电探测器，可以解决激光扫描系统测量模式单一和系统灵活性差的问题，并实现激光扫描监测系统与高精度机械臂的配合。通过激光模式切换组件和反射元件对高斯光束进行光束整形处理和特异性角度控制，使其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光扫描系统，其特征在于，包括：激光器，用于发射工作激光；准直单元，用于所述工作激光进行准直；激光模式切换组件，用于对准直后的所述工作激光进行光束选择得到模式激光，所述激光模式切换组件包括三组不同模式的光学元件以及用于驱动所述光学元件切换的动力组件，所述三组不同模式的光学元件分别为柱面镜、光阑和衍射光学元件，所述柱面镜窗口对应的是线激光扫描模式，所述光阑窗口对应的是单点细光束测量模式，所述衍射光学元件窗口对应的是多点激光定位测量模式；反射元件，用于按照数字模拟信号的指令产生不同角度的变形振动，以使得所述模式激光定位在需要被监测的目标区域；成像系统，用于接收并汇聚所述模式激光在所述目标区域漫反射形成的漫反射光束，对所述漫反射光束进行解析；光电探测器，用于对所述成像系统汇聚的光斑进行光电转化，记录产生电信号数据。2.根据权利要求1所述的激光扫描系统，其特征在于，还包括：所述激光模式切换组件还包括用于放置所述三组不同模式的光学元件的安装部，所述动力组件带动所述安装部移动，以实现所述光学元件的窗口切换。3.根据权利要求2所述的激光扫描系统，其特征在于，所述动力组件为步进电机或气动装置。4.根据权利要求3所述的激光扫描系统，其特征在于，所述安装部包括载体、设置在所述载体上用于安装所述三组不同模式的光学元件的通孔以及传动组件，所述动力组件通过所述传动组件带动所述载体移动。5.根据权利要求4所述的激光扫描系统，其特征在于，所述载体包括长方形板以及用于支撑所述长方形板滑动的导轨，所述传动组件包括沿长度方向设置在所述长方形板的侧面的直齿条以及与所述直齿条啮合传动的直齿轮，所述直齿轮套设在所述步进电机的转轴上，所述长方形板在所述步进电机带动下沿所述导轨实现往复移动，沿所述长方形板的长度方向依次三个所述通孔，三个所述通孔分别安装所述柱面镜、所述光阑和所述衍射光学元件。6.根据权利要求3所述的激光扫描系统，其特征在于，所述安装部与所述步进电机的转轴传动连接，沿所述安装部的圆周方向间隔设有三个通孔，所述三个通孔分别安装所述柱面镜、所述光阑和所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵天野，陈泳屹，徐岩，张德晓，葛济铭，
申请(专利权)人：吉光半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：