CN108427107A - 一种激光雷达接收光路的调节装置及其调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种激光雷达接收光路的调节装置及其调节方法。本发明提供的激光雷达接收光路的调节装置包括：激光雷达接收器；接收信号放大板，设有光电转换器；激光雷达接收器上设有金属导体插针，接收信号放大板设有与金属导体插针配合且通电的安装孔，安装孔的孔径大于金属导体插针的直径；多维平移台，与接收信号放大板固定连接；信息处理及控制单元，分别与激光雷达接收器、接收信号放大板及多维平移台连接，根据金属导体插针上的电压信号和接收信号放大板的回波信号的幅值大小来控制多维平移台带动接收信号放大板相对金属导体插针移动，直至光电转换器移动至接收光路的最佳位置，自动化程度高，可靠性强，生产效率高。

Description

一种激光雷达接收光路的调节装置及其调节方法

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种激光雷达接收光路的调节装置及其调节方法。

背景技术

近年来，激光检测技术由于检测精度高、环境抗干扰能力强等优势被广泛用于测量、防护等工业领域中。目前制约激光雷达批量生产的主要因素是光路调节过程需要人工进行，存在人工误差而且耗时较长，生产效率低，经济性差。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的第一目的是：提供一种结构简单、可靠性强且能有效实现激光雷达光路调节自动化生产的激光雷达接收光路的调节装置，以解决现有的采用人工方式进行光路调节存在人工误差、可靠性差及生产效率低下的问题。

本发明的第二目的是：提供一种实现方法简单、可靠性高且效率较高的激光雷达接收光路的的调节装置的调节方法，以解决现有的采用人工方式进行光路调节存在人工误差、可靠性差及生产效率低下的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，一方面，本发明提供了一种激光雷达接收光路的调节装置，包括：

激光雷达接收器，用于汇聚测距时物体反射回来的光信号；

接收信号放大板，设有光电转换器，用于接收所述激光雷达接收器汇聚的光信号并发出回波信号；

所述激光雷达接收器上设有金属导体插针，所述接收信号放大板设有与所述金属导体插针配合且通电的安装孔，所述安装孔的孔径大于所述金属导体插针的直径；

多维平移台，与所述接收信号放大板固定连接；

信息处理及控制单元，分别与所述激光雷达接收器、接收信号放大板及多维平移台连接；

所述信息处理及控制单元根据采集所述金属导体插针上的电压信号和所述接收信号放大板的回波信号的幅值大小来控制所述多维平移台带动所述接收信号放大板相对所述金属导体插针移动，直至所述光电转换器移动至接收光路的最佳位置。

其中，所述接收信号放大板的安装孔内嵌设有通电的电阻圈，所述电阻圈的内径大于所述金属导体插针的直径。

其中，所述多维平移台包括一至四维所述接收信号放大板相对金属导体插针移动的平台，其中四维包括三维平移和一维旋转。

其中，所述金属导体插针的数量为四个，所述安装孔的数量为四个，所述安装孔与所述金属导体插针一一对应设置；四个所述安装孔对称设置在所述接收信号放大板上。

其中，所述光电转换器设于四个所述安装孔围成的矩形区域的中间。

另一方面，本发明还提供了一种采用所述的激光雷达接收光路的调节装置的调节方法，包括：

采集步骤：采集接收信号放大板的回波信号；

判断步骤：判断所述接收信号放大板的回波信号的幅值是否小于初始的预设阈值，若是，则执行第一移动步骤；若否，则执行第二移动步骤；

第一移动步骤：控制所述多维平移台带动所述接收信号放大板进行粗调，直至所述接收信号放大板的回波信号的幅值大于等于所述预设阈值，执行第二移动步骤；

第二移动步骤：控制所述多维平移台带动所述接收信号放大板进行微调，直至所述接收信号放大板的回波信号的幅值最大。

其中，所述第二移动步骤包括：

设置第二阈值；其中，所述第二阈值大于所述初始的预设阈值；控制所述多维平移台带动所述接收信号放大板继续在回波信号幅值增加的方向上移动，直至所述回波信号的幅值减小，并停止前后移动，记录此时的幅值。

其中，所述第二移动步骤还包括：

采集所述激光雷达接收器上金属导体插针的电压信号，比较所述金属导体插针的电压值与所述安装孔接入的固定电压值，并根据比较结果控制所述多维平移台带动所述接收信号放大板相对所述金属导体指针移动。

其中，所述多维平移台的移动包括三维平移和一维旋转，每一维度均按照该调节方法进行调节。

其中，在所述第二移动步骤之后，还包括：

所述信息处理及控制单元记录此时所述多维平移台三个维度的平移和一个维度的转动位置，并控制所述多维平移台带动所述接收信号放大板移动至所述三个维度的平移和一个维度的转动位置后，将所述接收信号放大板通过焊锡或者打胶方式固定在所述金属导体插针上，完成光路调节后的固定工作。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：

本发明提供了一种激光雷达接收光路的调节装置，包括：激光雷达接收器，用于汇聚测距时物体反射回来的光信号；接收信号放大板，设有光电转换器，用于接收激光雷达接收器汇聚的光信号并发出回波信号；激光雷达接收器上设有金属导体插针，接收信号放大板设有与金属导体插针配合且通电的安装孔，安装孔的孔径大于金属导体插针的直径；多维平移台，与接收信号放大板固定连接；信息处理及控制单元，分别与激光雷达接收器、接收信号放大板及多维平移台连接；信息处理及控制单元根据采集金属导体插针上的电压信号和接收信号放大板的回波信号的幅值大小来控制多维平移台带动接收信号放大板相对金属导体插针移动，直至光电转换器移动至接收光路的最佳位置。采用本申请提供的调节装置，通过设有信息处理及控制单元，根据金属导体插针上的电压信号和回波信号的幅值大小来规划多维平移台的移动方向，最终使得光电转换器在接收光路的最佳位置，自动化程度高，可靠性强，且有效提高了生产效率。同时，本申请提供的调节装置，结构简单，设计合理且实现方法简单，实用性强，利于进行标准化生产及推广。

附图说明

图1是本发明一种激光雷达接收光路的调节装置实施例的调节装置的结构示意图；

图2是本发明一种激光雷达接收光路的调节装置实施例的金属导体插针与电阻圈的接触方式示意图。

图中：1：信息处理及控制单元；2：激光雷达接收器；3：第一安装孔；4：第二安装孔；5：第三安装孔；6：第四安装孔；7：第一金属导体插针；8：第二金属导体插针；9：第三金属导体插针；10：第四金属导体插针；11：多维平移台。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一方面，如图1所示，本发明实施例提供了一种激光雷达接收光路的调节装置，包括：

激光雷达接收器2，用于汇聚测距时物体反射回来的光信号；

接收信号放大板，设有光电转换器，用于接收激光雷达接收器2汇聚的光信号并发出回波信号；其中，优选的，光电转换器通过焊接的方式固定在接收信号放大板上，当然，光电转换器也可通过粘接或卡接或螺纹连接等方式固定在接收信号放大板上，具体可根据实际实施条件来选择适宜的固定方式。

激光雷达接收器2上设有金属导体插针，接收信号放大板设有与金属导体插针配合且通电的安装孔，安装孔的孔径大于金属导体插针的直径；其中，激光雷达接收器2靠近的一侧固定有金属导体插针，接收信号放大板设有孔径大于金属导体插针直径的安装孔，接收信号放大板通过安装孔套设在激光雷达接收器2的金属导体插针上，且接收信号放大板可通过安装孔相对金属导体插针进行三维平移和一维旋转，其中，三维平移包括如图1中图示方向的左右平移(y轴)、上下平移(z轴)及前后平移(x轴)，一维旋转为平行于xz面。

多维平移台11，与接收信号放大板固定连接；

多维平移台11用于固定接收信号放大板，在本实施例中，多维平移台11通过一根连接杆与接收信号放大板的端部固定连接，其中，连接杆与接收信号放大板的固定连接方式可以为螺纹连接或粘接或卡接中的一种，结构简单，加工工艺简便，利于降低生产成本且固定效果好。

信息处理及控制单元1，分别与激光雷达接收器2、接收信号放大板及多维平移台11连接；信息处理及控制单元1根据采集金属导体插针上的电压信号和接收信号放大板的回波信号的幅值大小来控制多维平移台11带动接收信号放大板相对金属导体插针移动，直至光电转换器移动至接收光路的最佳位置。

信息处理及控制单元1用于对采集到的金属导体插针上的电压信号和接收信号放大板的回波信号进行处理，并根据相应的处理结果来控制多维平移台11带动接收信号放大板相对金属导体插针进行三维平移及一维旋转，以最终使得将固定于接收信号放大板上的光电转换器移动至接收光路的最佳位置，自动化程度高，有效避免了人工误差，可靠性强，且有效提高了生产效率。

同时，本申请提供的调节装置，结构简单，设计合理且实现方法简单，实用性强，利于进行标准化生产及推广。

优选的，在本实施例中，PCB(印制电路板)设计上安装孔设计为沉铜孔，可以直接通电，当金属导体插针触碰到安装孔时带电，起到碰触开关的作用。

进一步地，接收信号放大板的安装孔内嵌设有通电的电阻圈，电阻圈的内径大于金属导体插针的直径。

在本实施例中，接收信号放大板的安装孔在PCB(印制电路板)设计，在安装孔内可设置一个与电源连接的10M电阻圈，其中，将电阻圈的内径设置为大于金属导体插针的直径，以便于接收信号放大板能相对金属导体插针进行三维平移及一维旋转，直至将光电转换器移动至接收光路的最佳位置。

具体地，多维平移台11包括一至四维接收信号放大板相对金属导体插针移动的平台，其中四维包括三维平移和一维旋转。

在本实施例中，多维平移台11为四维平移台，具体包括三维平移和一维旋转，三维平移包括左右平移(y轴)、上下平移(z轴)及前后平移(x轴)，每个平移的运动均可通过一个导轨及一个能沿着导轨滑动的滑块实现，一维旋转的旋转面平行于xz面，具体可通过与接收信号放大板的转轴实现，结构简单，设计合理且移动稳定性好，利于确保将光电转换器移动至接收光路的最佳位置。

具体地，四维平移台的前后维度移动控制光电转换器在与激光雷达接收器2的接收光路的光轴平行方向上移动，其左右维度移动控制光电转换器在与激光雷达接收器2的接收光路的光轴垂直方向上的平面上移动，其左右旋转控制光电转换器的感光面沿旋转轴旋转。

优选的，金属导体插针的数量为四个，安装孔的数量为四个，安装孔与金属导体插针一一对应设置；四个安装孔对称设置在接收信号放大板上。

在本实施例中，激光雷达接收器2上设有对称布置的四根金属导体插针，对应的，接收信号放大板设有对称布置的四个安装孔，采用对称的设置方式，便于将接收信号放大板相对激光雷达接收器2上的金属导体插针进行快速且平稳地有效调节，以实现将固定在接收信号放大板上的光电转换器移动至接收光路的最佳位置。

优选的，光电转换器设于四个安装孔围成的矩形区域的中间。在本实施例中，将光电转换器设于对称设置的四个安装孔围成的矩形区域中间，以根据采集到的四个金属导体插针上的电压信号和接收信号放大板的回波信号，精确控制接收信号放大板的移动，进而以快速且精确地找到接收光路的最佳位置。

另一方面，本发明实施例还提供了一种采用的激光雷达接收光路的调节装置的调节方法，包括：

采集步骤：采集接收信号放大板的回波信号；

在本实施例中，在采集步骤之前，还包括：将多维平移台11复位，此时四个金属导体插针处于接收信号放大板的安装孔中心位置且刚好***，且光电转换器的感光面正对激光雷达接收器2的接收光路；

判断步骤：判断接收信号放大板的回波信号的幅值是否小于初始的预设阈值，若是，则执行第一移动步骤；若否，则执行第二移动步骤；

第一移动步骤：控制多维平移台11带动接收信号放大板进行粗调，直至接收信号放大板的回波信号的幅值大于等于预设阈值，执行第二移动步骤；

第二移动步骤：控制多维平移台11带动接收信号放大板进行微调，直至接收信号放大板的回波信号的幅值最大。

具体地，以将光电转换器在前后维度的调节为例说明：

信号处理及控制单元控制多维平移台11向前，使得光电转换器在与激光雷达接收器2的接收光路在平行于光轴方向前移动，信号处理及控制单元将每次移动位置的接收信号放大板回波信号的大小与初始的预设阈值进行比较，没有达到预设阈值前控制多维平移台11在该维度方向上进行粗调，达到预设阈值后控制多维平移台11在该维度方向上进行微调，直至接收信号放大板的回波信号的幅值最大，则结束光电转换器在该维度的调节。

具体地，第二移动步骤包括：

设置第二阈值；其中，第二阈值大于初始的预设阈值；控制多维平移台11带动接收信号放大板继续在回波信号幅值增加的方向上移动，直至回波信号的幅值减小，并停止前后移动，记录此时的幅值。

在本实施例中，达到预设阈值后控制多维平移台11在该维度方向上进行微调具体包括：信号处理及控制单元采集到的接收信号放大板回波信号幅值达到初始的预设阈值V₀后，信号处理及控制单元提高阈值的幅值，即设置第二阈值V₁(V₁＞V₀)，控制多维平移台11继续在回波信号幅值增加的方向上移动，直至所述回波信号幅值减小，并停止前后移动，记录此时的幅值。

进一步地，第二移动步骤还包括：

采集激光雷达接收器2上金属导体插针的电压信号，比较金属导体插针的电压值H与安装孔接入的固定电压值H₀，并根据比较结果控制多维平移台11带动接收信号放大板相对金属导体指针移动。

需说明的是，如果安装孔内嵌设有电阻圈，则电阻圈的两端外接入的固定电压为H₀。

具体地，如图2所示，信号处理及控制单元将阈值提高至V₂(V₂＞V₁),并控制多维平移台11左右移动，通过感知是否达到阈值条件判断回波信号的幅值是否增大，同时感知上述四个金属导体插针上的电压值来快速定位触碰位置。

若信号处理及控制单元采集到金属导体插针上的电压值为零，说明金属导体插针没有碰撞到安装孔的孔壁，通过提高阈值来可以继续移动寻找接收信号放大板回波信号的最大值位置；若信号处理及控制单元采集到金属导体插针上存在电压值，则控制精密三维平移台停止移动，其中，本申请中的四个金属导体插针分别是第一金属导体插针7、第二金属导体插针8、第三金属导体插针9及第四金属导体插针10，相应的，本申请中的对应于第一金属导体插针7设有第一安装孔3，对应于第二金属导体插针8设有第二安装孔4，对应于第三金属导体插针9设有第三安装孔5，对应于第四金属导体插针10设有第四安装孔6。

如果信号处理及控制单元采集到的电压信号金属导体插针触碰到接收信号放大板上安装孔的左上半圆，控制多维平移台11向下方移动一步后，继续向右移动；

如果信号处理及控制单元采集到的电压信号金属导体插针触碰到接收信号放大板上安装孔的左1/4半圆处，控制多维平移台11向右移动；

如果信号处理及控制单元采集到的电压信号金属导体插针触碰到接收信号放大板上安装孔的左下半圆，控制多维平移台11向上方移动一步后，继续向右移动；

如果信号处理及控制单元采集到的电压信号金属导体插针触碰到接收信号放大板上安装孔的半圆处，控制多维平移台11向上移动；

如果信号处理及控制单元采集到的电压信号金属导体插针触碰到接收信号放大板上安装孔的右下半圆，控制多维平移台11向上方移动一步后，继续向左移动；

如果信号处理及控制单元采集到的电压信号金属导体插针触碰到接收信号放大板上安装孔的3/4半圆处，控制多维平移台11向左移动；

如果信号处理及控制单元采集到的电压信号金属导体插针触碰到接收信号放大板上安装孔的右上半圆，控制多维平移台11向下方移动一步后，继续向左移动；

如果信号处理及控制单元采集到的电压信号H＝H₀，控制多维平移台11向下方移动。

控制多维平移台11继续在回波信号幅值增加方向上移动，直至回波信号的幅值减小，记录此时的幅值V₃(V₃＞V₂)；

信号处理及控制单元将阈值提高至V₄(V₄＞V₃)，并控制多维平移台11旋转运动，通过感知是否达到阈值条件判断回波信号是否增大，同时感知上述四个金属导体插针上的电压值来快速定位触碰位置；如果第一金属导体插针7或者第三金属导体插针9采集到的电压信号不为零，控制多维平移台11沿着当前旋转方向的反向旋转；同样的，如果第二金属导体插针8或者第四金属导体插针10采集到的电压信号不为零，控制多维平移台11沿着当前旋转方向的反向旋转。控制多维平移台11继续在回波信号幅值增加方向上旋转，直至所述回波信号幅值减小，记录此时的幅值V₅(V₅≥V₄)。

根据上述记录的幅值，通过信息处理及控制单元11控制多维平移台11带动接收信号放大板移动至上述接收信号放大板的回波信号幅值最大的位置，以实现将光电转换器在接收光路的最佳位置。

具体地，多维平移台11的移动包括三维平移和一维旋转，每一维度均按照该调节方法进行调节。其中，对维度的调节顺序没有特别的限制，可根据实际实施条件进行合理的设置与选择。

具体地，三维平移包括左右平移(y轴)、上下平移(z轴)及前后平移(x轴)，一维旋转的旋转面平行于xz面，每个维度的调节方法均为：信号处理及控制单元控制多维平移台11带动光电转换器沿着所需维度的方向移动，信号处理及控制单元将每次移动位置的接收信号放大板回波信号的大小与初始的预设阈值进行比较，没有达到预设阈值前控制多维平移台11在该维度方向上进行粗调，达到预设阈值后控制多维平移台11在该维度方向上进行微调，直至接收信号放大板的回波信号的幅值最大，则结束光电转换器在该维度的调节。

其中，在第二移动步骤之后，还包括：

信息处理及控制单元1记录此时多维平移台11三个维度的平移和一个维度的转动位置，并控制多维平移台11带动接收信号放大板移动至三个平移维度和一个转动维度方向上的接收信号放大板的回波信号幅值最大的位置，将接收信号放大板通过焊锡或者打胶方式固定在金属导体插针上，完成光路调节后的固定工作。具体地，接收信号放大板与金属导体插针的固定方式可根据实际实施条件进行合理的选择。

综上所述，本发明提供了一种激光雷达接收光路的调节装置，包括：激光雷达接收器，用于汇聚测距时物体反射回来的光信号；接收信号放大板，设有光电转换器，用于接收激光雷达接收器汇聚的光信号并发出回波信号；激光雷达接收器上设有金属导体插针，接收信号放大板设有与金属导体插针配合且通电的安装孔，安装孔的孔径大于金属导体插针的直径；多维平移台，与接收信号放大板固定连接；信息处理及控制单元，分别与激光雷达接收器、接收信号放大板及多维平移台连接；信息处理及控制单元根据采集金属导体插针上的电压信号和接收信号放大板的回波信号的幅值大小来控制多维平移台带动接收信号放大板相对金属导体插针移动，直至光电转换器移动至接收光路的最佳位置。采用本申请提供的调节装置，通过设有信息处理及控制单元，根据金属导体插针上的电压信号和回波信号的幅值大小来规划多维平移台的移动方向，最终使得光电转换器在接收光路的最佳位置，自动化程度高，可靠性强，且有效提高了生产效率。同时，本申请提供的调节装置，结构简单，设计合理且实现方法简单，实用性强，利于进行标准化生产及推广。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种激光雷达接收光路的调节装置，其特征在于，包括：

激光雷达接收器，用于汇聚测距时物体反射回来的光信号；

接收信号放大板，设有光电转换器，用于接收所述激光雷达接收器汇聚的光信号并发出回波信号；

所述激光雷达接收器上设有金属导体插针，所述接收信号放大板设有与所述金属导体插针配合且通电的安装孔，所述安装孔的孔径大于所述金属导体插针的直径；

多维平移台，与所述接收信号放大板固定连接；

信息处理及控制单元，分别与所述激光雷达接收器、接收信号放大板及多维平移台连接；

所述信息处理及控制单元根据采集所述金属导体插针上的电压信号和所述接收信号放大板的回波信号的幅值大小来控制所述多维平移台带动所述接收信号放大板相对所述金属导体插针移动，直至所述光电转换器移动至接收光路的最佳位置。

2.根据权利要求1所述的激光雷达接收光路的调节装置，其特征在于：所述接收信号放大板的安装孔内嵌设有通电的电阻圈，所述电阻圈的内径大于所述金属导体插针的直径。

3.根据权利要求1所述的激光雷达接收光路的调节装置，其特征在于：所述多维平移台包括一至四维所述接收信号放大板相对金属导体插针移动的平台，其中四维包括三维平移和一维旋转。

4.根据权利要求1所述的激光雷达接收光路的调节装置，其特征在于：所述金属导体插针的数量为四个，所述安装孔的数量为四个，所述安装孔与所述金属导体插针一一对应设置；四个所述安装孔对称设置在所述接收信号放大板上。

5.根据权利要求4所述的激光雷达接收光路的调节装置，其特征在于：所述光电转换器设于四个所述安装孔围成的矩形区域的中间。

6.一种采用如权利要求1-5任一项所述的激光雷达接收光路的调节装置的调节方法，其特征在于，包括：

采集步骤：采集接收信号放大板的回波信号；

判断步骤：判断所述接收信号放大板的回波信号的幅值是否小于初始的预设阈值，若是，则执行第一移动步骤；若否，则执行第二移动步骤；

第一移动步骤：控制所述多维平移台带动所述接收信号放大板进行粗调，直至所述接收信号放大板的回波信号的幅值大于等于所述预设阈值，执行第二移动步骤；

第二移动步骤：控制所述多维平移台带动所述接收信号放大板进行微调，直至所述接收信号放大板的回波信号的幅值最大。

7.根据权利要求6所述的调节方法，其特征在于，所述第二移动步骤包括：

设置第二阈值；其中，所述第二阈值大于所述初始的预设阈值；控制所述多维平移台带动所述接收信号放大板继续在回波信号幅值增加的方向上移动，直至所述回波信号的幅值减小，并停止前后移动，记录此时的幅值。

8.根据权利要求7所述的调节方法，其特征在于：所述第二移动步骤还包括：

采集所述激光雷达接收器上金属导体插针的电压信号，比较所述金属导体插针的电压值与所述安装孔接入的固定电压值，并根据比较结果控制所述多维平移台带动所述接收信号放大板相对所述金属导体指针移动。

9.根据权利要求6所述的调节方法，其特征在于：所述多维平移台的移动包括三维平移和一维旋转，每一维度均按照该调节方法进行调节。

10.根据权利要求9所述的调节方法，其特征在于，在所述第二移动步骤之后，还包括：

所述信息处理及控制单元记录此时所述多维平移台三个维度的平移和一个维度的转动位置，并控制所述多维平移台带动所述接收信号放大板移动至所述三个维度的平移和一个维度的转动位置后，将所述接收信号放大板通过焊锡或者打胶方式固定在所述金属导体插针上，完成光路调节后的固定工作。