CN111308450B - 一种激光雷达校准装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明的激光雷达校准装置及其使用方法，校准装置包括：导轨、移动平台、多个反射板、光斑检测器、标准测距仪以及被测激光雷达，标准测距仪、被测激光雷达跟随电动移动平台沿横向导轨来回运动，被测激光雷达的对面分别错位放置不同距离的反射板，从而实现不同距离的多次测量，被测激光雷达可在不同距离处进行多次测距校准和精度检定。本发明的横向导轨、多个反射板的测量方式，相比于纵向导轨的测量方式，可大减少导轨的长度；本发明通过控制器用于控制电动移动平台、光斑检测器、标准测距仪以及被测激光雷达之间的通讯，可以实现在不同测量位置的自动校准，其自动化程度高，校准精确。

Description

一种激光雷达校准装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及激光领域，具体而言，涉及一种激光雷达校准装置及其使用方法。

背景技术

激光雷达由于其高精度、高分辨率等测量优势已被广泛应用于各个行业。面临市场的大量需求，高效且高质量完成大批量激光雷达的生产成为问题。

高精度测量作为激光雷达的一个重要性能在使用前必须得以保证，因此每台激光雷达在出厂前必须经过标定校准，否则其测量数据会存在较大***误差，这将导致测量值与实际距离偏差大而无法实现准确测量。

目前大部分激光雷达产线的标定装置的可靠性低且人工成本高，因此，如何对激光雷达进行正确、高效的标定校准成为产线亟待解决的问题。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种激光雷达校准装置及其使用方法，本发明通过：标准测距仪、被测激光雷达跟随电动移动平台沿横向导轨来回运动，使被测激光雷达的对面分别错位放置不同距离的反射板，从而实现不同距离的多次测量，被测激光雷达可在不同距离处进行多次测距校准和精度检定。

具体地：一种激光雷达校准装置，包括：导轨、移动平台、多个反射板、光斑检测器、标准测距仪以及被测激光雷达，标准测距仪、被测激光雷达均设置在移动平台上；移动平台可沿导轨移动到多个测量位置；多个反射板相对导轨处于不同的位置，在每个测量位置，对应的反射板可反射标准测距仪、被测激光雷达所产生的测量光信号；光斑检测器用于捕捉标准测距仪、被测激光雷达在反射板上产生的光斑。

优选地，导轨为直线导轨，沿导轨的长度方向设为横向，导轨的宽度方向为纵向，多个反射板相对于直线导轨设置在不同的横向和纵向位置处。

优选地，多个反射板相对直线导轨的一端点在纵向上，其距离逐渐增大；和/或，多个反射板相对直线导轨的一端点在横向上，其距离逐渐增大。

优选地，移动平台为电动移动平台，电动移动平台包括电机、控制器，控制器通过控制电机控制移动平台沿导轨上移动。

优选地，所述控制器用于控制电动移动平台、光斑检测器、标准测距仪以及被测激光雷达之间的通讯。

优选地，在校准时，电动移动平台、光斑检测器、标准测距仪以及被测激光雷达同步通信，控制器监测电动移动平台在运动过程中的光斑和数据。

优选地，移动平台上还设有多自由度调整云台，标准测距仪、被测激光雷达设置在多自由度调整云台上。

优选地，光斑检测器为变焦相机。

另外本发明还提供本发明的校准装置的使用方法，包括如下步骤：调整被测激光雷达，标准测距仪、反射板、导轨、移动平台、光斑检测仪，使移动平台沿导轨移动到校准位置时，反射板可接收到被测激光雷达，标准测距仪产生的光斑，光斑检测仪可对光斑实现检测；使移动平台沿导轨移动到多个测量位置，被测激光雷达，标准测距仪将光斑照射到反射板上，当光斑检测仪检测到反射板上的光斑符合要求后，进行校准。

优选地，每个测量位置，被测激光雷达，标准测距仪测量多次，取其平均值作为测量的距离值。

优选地，在测量时，移动平台沿导轨的移动方向与激光雷达的光轴方向垂直。

有益效果：

本发明的激光雷达校准装置，通过移动平台沿横向导轨移动到不同的测量位置，不同的测量位置对应不同的反射板，相比于传统的纵向导轨校准方式，可以实现减少导轨长度的技术效果；控制器用于控制电动移动平台、光斑检测器、标准测距仪以及被测激光雷达之间的通讯，可以实现在不同测量位置的自动校准，其自动化程度高，校准精确。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本发明的一种激光雷达校准装置示意图。

图2本发明的激光雷达校准装置局部放大示意图。

图3本发明的激光雷达校准装置测量原理示意图。

其中：1-导轨，2-移动平台，3-云台，4-反射板，5-标准测距仪，6-被测激光雷达，7-光斑检测器，8-计算机，9-地面。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本公开的各方面。

应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种结构，但这些结构不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一结构与另一结构。因此，下文论述的第一结构可称为第二结构而不偏离本公开概念的教示。如本文中所使用，术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一个及一或多者的所有组合。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“前”、“后”、“中心”、“上”、“下”、“左右”、“竖直”、“中”、水平、“内”、“外”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本公开所必须的，因此不能用于限制本公开的保护范围。

下面结合附图1-3对本发明中的具体实施方式的内容进行详细描述：

如图1，2所示，本发明的激光雷达校准装置，包括：导轨1、移动平台2、多个反射板4、光斑检测器7、标准测距仪5以及被测激光雷达6，标准测距仪5、被测激光雷达6均设置在移动平台2上；移动平台2可沿导轨1移动到多个测量位置；多个反射板4相对导轨1处于不同的位置，在每个测量位置，对应的反射板4可反射标准测距仪5、被测激光雷达6所产生的测量光信号；光斑检测器7用于捕捉标准测距仪5、被测激光雷达6在反射板4上产生的光斑。

导轨1可为直线导轨1，导轨1的长度方向设为横向，宽度方向设为纵向，多个反射板4可在地面9上，设置在不同的横向和纵向位置处。多个反射板4相对直线导轨1的一端在纵向上，其距离逐渐增大；和/或，多个反射板4相对直线导轨1的一端在横向上，其距离逐渐增大。

横向直线导轨1和反射板4固定不动，而其它部件放置于电动移动平台2上，跟随电动移动平台2沿横向导轨1来回运动，即运动方向与被测激光雷达6的光轴方向垂直。使被测激光雷达6的对面分别错位放置不同距离的反射板4，在垂直于光轴方向移动，被测激光雷达6可在不同距离处进行多次测距校准和精度检定。

通过横向导轨1来回运动进行测距校准和精度检定的方式，有利于节省测距校准和精度检定的时间，提高量产的效率，结束高精度高性价比的激光雷达供不应求的市场现状。比如传统的60米激光雷达测距校准和精度鉴定使用了60米的纵向导轨1，假如载有反射板4的移动平台2每秒移动0.2米，需要300秒；改本方案测量检定10个点，只需要3米的横向导轨1，以同样的速度只需要15秒的时间就可以完成测距校准和精度检定。

横向直线导轨1可仅由一根标准导轨1(比如3米导轨1)组成，表面设置有标准刻度，用于记录移动的距离，不需要多根导轨1拼接，可减小拼接误差，提高精度测距和检定的精度。

移动平台2为电动移动平台2，电动移动平台2包括电机、控制器，控制器通过电机控制移动平台2沿导轨1上移动。所述控制器用于控制电动移动平台2、光斑检测器7、标准测距仪5以及被测激光雷达6之间的通讯。在校准时，电动移动平台2、光斑检测器7、标准测距仪5以及被测激光雷达6同步通信，监测电动移动平台2在运动过程中的光斑和数据。

电动移动平台2内部可含有电机、控制器，本校准装置还包括另外的计算机8，计算机8可替代控制器实现控制。电机用于带动多种设备沿横向直线导轨1来回移动。电动移动平台2通过内部的控制器使标准测距仪5、精密电机、变焦相机和被测激光雷达6互相通信，最终实现在不同距离处校准和检定被测激光雷达6。标准测距仪5，与被测激光雷达6同步采集数据，通过电动移动平台2内部的控制器换算等操作，校准和检定被测激光雷达6。

移动平台2上还可设有多自由度调整云台3，标准测距仪5、被测激光雷达6设置在多自由度调整云台3上。

光斑检测器7为变焦相机。变焦相机实时监测光斑情况，变焦相机、被测激光雷达6、标准测距仪5和电动移动平台2同步通信，监测电动移动平台2在运动过程中的光斑和数据，确保采集的数据稳定、可靠。

如果是条形光斑，保持光斑上下宽，左右窄，适当布局后，可有效缩短横向导轨1的长度。

反射板4：用于反射激光雷达和标准测距仪5的光斑，实现在相同目标物、相同距离的情况下，两种设备的距离测量。方便变焦相机对激光雷达和标准测距仪5的光斑监测。反射板4需要多块，各自固定，不需要移动。反射板4的长度应大于光斑长度，宽度应适当大于光斑宽度，且对应放置于合适的位置。

另外本发明还提供本发明的校准装置的使用方法，包括如下步骤：调整被测激光雷达6，标准测距仪5、反射板4、导轨1、移动平台2、光斑检测仪，使移动平台2沿导轨1移动到校准位置时，反射板4可接收到被测激光雷达6，标准测距仪5产生的光斑，光斑检测仪可对光斑实现检测；使移动平台2沿导轨1移动到多个测量位置，被测激光雷达6，标准测距仪5将光斑照射到反射板4上，当光斑检测仪检测到反射板4上的光斑符合要求后，进行校准。每个测量位置，被测激光雷达6，标准测距仪5测量多次，取其平均值作为距离值。

下面结合图1-3，具体说明本装置的测量过程：

(1)安装：将被测激光雷达6、标准测距仪5、反射板4、横向直线导轨1、电动移动平台2、变焦相机分别整平对中。

(2)单点测量：开启所有设备，使电动移动平台2通过内部的控制器能够同步控制高精度测距仪(标准测距仪)、精密电机、变焦相机和被测激光雷达6，此时标准测距仪5和被测激光雷达6会分别产生一个光斑，当变焦相机监测到同一块反射板4上的出现两个光斑，且光斑完全照射到反射板4上时，进行距离校准和检定。使用标准测距仪5精确地测出标准测距仪5与被测激光雷达6测量基准边之间的距离L0，使用标准测距仪5测量5次，以其平均值作为L0的测量值。

(3)多点测量校准和检定：电动移动平台2带着相关部件沿着横向直线导轨1移动，自首端到末端确定n(比如n＝10)个测点，测点数目与反射板4的个数对应，各点的对中位移误差，被测激光雷达6和标准测距仪5，与反射板4整平对中后，电动移动平台2移动的过程中产生的不确定误差，不大于0.2mm，每个测点分别用标准测距仪5与被测激光雷达6测量5次，以其平均值作为该测点的测量值，然后进行返程测量，取其往返观测的平均值为各点的距离；

如图3所示，示意出了校准时，各部件测量距离之间的关系：以Di(i＝0,1,…,20)表示被测激光雷达6至各点的距离,以Pi表示标准测距仪5对各点的观测值,则各段上产生的差值Vi为：Vi＝L0+Pi-Di。以标准测距仪5的测距示值为标准距离，被测激光雷达6的测距示值与标准测距仪5的测距示值之差为被测激光雷达6的测距示值误差。设在被测点上经过气象改正、斜平改正的被测激光雷达6的距离观测值为Di，相应的参考值(基线值)为Di0。计算公式如下：

Vi＝L0+Pi-Di

Di0＝L0+Pi

式中：Vi为被测激光雷达6的示值误差；Di为被测激光雷达6的测量示值；

Pi为标准测距仪5的测量示值；L0为标准测距仪5与被测激光雷达6测量基准边之间的距离示值。

考虑测距误差的影响和加、乘常数(C、R)的改正：其中，加乘常数可由多次测量得到。

由公式Di0＝Di+Vi+C+R*Di得到误差方程：Vi＝Di0-Di-C-R*Di。从而完成校准。

有益效果：

本发明的激光雷达校准装置及其使用方法，可实现不同距离的多次测量，被测激光雷达可在不同距离处进行多次测距校准和精度检定。本发明的横向导轨、多个反射板的测量方式，相比于纵向导轨的测量方式，可大大减少导轨的长度；控制器用于控制电动移动平台、光斑检测器、标准测距仪以及被测激光雷达之间的通讯，可以实现在不同测量位置的自动校准，其自动化程度高，校准精确。

以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (8)

1.一种激光雷达校准装置，包括：导轨(1)、移动平台(2)、多个反射板(4)、光斑检测器(7)、标准测距仪(5)以及被测激光雷达(6)，其特征在于：

标准测距仪(5)、被测激光雷达(6)均设置在移动平台(2)上；

移动平台(2)可沿导轨(1)移动到多个测量位置；

多个反射板(4)相对导轨(1)处于不同的位置，在每个测量位置，对应的反射板(4)可反射标准测距仪(5)、被测激光雷达(6)所产生的测量光信号；

光斑检测器(7)用于捕捉标准测距仪(5)、被测激光雷达(6)在反射板(4)上产生的光斑；

导轨(1)为直线导轨(1)，沿导轨的长度方向设为横向，导轨的宽度方向为纵向，多个反射板(4)相对于直线导轨(1)设置在不同的横向和纵向位置处；

多个反射板(4)相对直线导轨(1)的一端点在纵向上，其距离逐渐增大；和/或，多个反射板(4)相对直线导轨(1)的一端点在横向上，其距离逐渐增大。

2.根据权利要求1所述的校准装置，其特征在于：移动平台(2)为电动移动平台(2)，电动移动平台(2)包括电机、控制器，控制器通过控制电机控制移动平台(2)沿导轨(1)移动。

3.根据权利要求2所述的校准装置，其特征在于：所述控制器用于控制电动移动平台(2)、光斑检测器(7)、标准测距仪(5)以及被测激光雷达(6)之间的通讯。

4.根据权利要求3所述的校准装置，其特征在于：在校准时，电动移动平台(2)、光斑检测器(7)、标准测距仪(5)以及被测激光雷达(6)同步通信，控制器还用于处理光斑检测器(7)检测的光斑信息、电标准测距仪(5)以及被测激光雷达(6)的测量数据。

5.根据权利要求1或4所述的校准装置，其特征在于：移动平台(2)上还设有多自由度调整云台(3)，标准测距仪(5)、被测激光雷达(6)设置在多自由度调整云台(3)上。

6.根据权利要求1或4所述的校准装置，其特征在于：光斑检测器(7)为变焦相机。

7.一种校准装置的使用方法，所述校准装置为权利要求1-6任一所述的校准装置，其特征在于：包括如下步骤：

调整被测激光雷达(6)、标准测距仪(5)、反射板(4)、导轨(1)、移动平台(2)、光斑检测仪，使移动平台(2)沿导轨(1)移动到校准位置时，反射板(4)可接收到被测激光雷达(6)、标准测距仪(5)产生的光斑，光斑检测仪可对光斑实现检测；

使移动平台(2)沿导轨(1)移动到多个测量位置，被测激光雷达(6)、标准测距仪(5)将光斑照射到反射板(4)上，当光斑检测仪检测到反射板(4)上的光斑符合要求后，进行校准。

8.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于：每个测量位置，被测激光雷达(6)、标准测距仪(5)测量多次，取其平均值作为测量的距离值。

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