CN114740457A - 一种tof激光雷达发射单元调节***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及TOF激光雷达发射单元调节***及方法，***包括固定工装、测试板和数据处理模块；固定工装上设置有固定工位以及两个分别位于固定工位两侧的参考光源；测试板设置在距离固定工装一设定距离处，且测试板上设置有与待检测激光模组对应的光斑参考环和与参考光源一一对应的参考位置限制环；数据处理模块包括获取图像获取单元，和对图像获取单元获取的图像计算待检测激光模组的光斑大小以及光斑偏移量的处理器单元；可以准确的测定激光模组的光斑大小以及光斑偏移量，为光斑大小以及偏移量调节提供可靠依据的目的的同时，能够检测固定工装整体与测试板之间是否存在相对位置变动，不仅简化了调试操作，同时能够提升调试效率。
Description
技术领域
本发明涉及TOF激光雷达技术领域，更具体地说，涉及一种TOF激光雷达发射单元调节***及方法。
背景技术
ToF测距技术的基本原理是通过激光器发射调制过的光脉冲，遇到物体反射后，用光电探测器接收反射回来的光脉冲，并根据激光发射到光电探测器接收到反射激光的时间t,结合光速来计算距离的一种方式；这种调制方式对发射器和接收器的要求较高，具有精度高、灵敏度高，成像速度快，测距范围广等优势。
ToF测距***的组成主要包括：激光发射单元、激光接收单元和信号处理单元；发射单元的主要作用是发射准直的激光光束照射目标，它主要由激光器和发射光学***组成，激光接收单元主要由接收光学***和接收探测电路组成；发射单元会发出个峰值功率很高，脉冲宽度很窄的激光脉冲，主波的探测器会接收到部分经分束后的激光信号，并将其转换为电压脉冲信号，以此来确定激光发射的起始时刻，射向被测目标的激光脉冲经被测目标的反射或散射后，一部分光束被接收***接收，然后经过系列装置进入时间测量***，作为探测器探测到的激光回波信号用来确定结束时刻；
ToF测距技术的光学设计需要保证发射单元与接收单元光轴一致，并且在目标距离范围内接收光学***的视场要大于测距激光光束的发散角，从而保证目标反射散射的回光能量能够进入接收光学***的接收视场内。另外，在激光能量不变的情况下,如其发散角越大，则到达被测目标的激光能量密度将会越小,激光测量精度必然会因为激光能量密度的减小而受到影响，于是要想让接收***接收到最多的能量就有必要对激光光束发散角进行压缩；
目前还没有能够快速的进行激光发射单元发出光线进行角度以及发散角进行检测的方式方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种TOF激光雷达发射单元调节***及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
构造一种TOF激光雷达发射单元调节***，其中，包括固定工装、测试板和数据处理模块；所述固定工装上设置有固定待检测激光模组的固定工位以及两个分别位于所述固定工位两侧的参考光源；所述测试板设置在距离所述固定工装一设定距离处，且所述测试板上设置有与所述待检测激光模组对应的光斑参考环和与所述参考光源一一对应的参考位置限制环；所述数据处理模块包括获取所述测试板上光斑图像的图像获取单元，和对所述图像获取单元获取的图像计算待检测激光模组的光斑大小以及光斑偏移量的处理器单元。
本发明所述的TOF激光雷达发射单元调节***，其中，两个所述参考位置限制环的中心均与所述光斑参考环的中心等高。
本发明所述的TOF激光雷达发射单元调节***，其中，所述参考位置限制环呈圆环形。
本发明所述的TOF激光雷达发射单元调节***，其中，所述光斑参考环包括十字标识以及多个同心圆，所述十字标识和同心圆同心。
本发明所述的TOF激光雷达发射单元调节***，其中，所述参考光源采用激光光源。
本发明所述的TOF激光雷达发射单元调节***，其中，两个所述参考光源分别设置在所述固定工位的左右两侧。
一种TOF激光雷达发射单元调节方法，应用于如上述的TOF激光雷达发射单元调节***，其实现方法如下：
依据待检测激光模组性能调节测试板距离固定工装的位置；
调节固定工装的角度使得两个参考光源的光斑对应位于两个参考位置限制环内；
将待检测激光模组放置在固定工位上，调节待检测激光模组的光斑使其位于光斑参考环内；
图像获取单元获取测试板上光斑图像并发送至处理器单元，处理器单元依据光斑图像计算光斑大小以及光斑偏移量。
本发明所述的TOF激光雷达发射单元调节方法，其中，所述光斑参考环包括十字标识以及多个同心圆，所述十字标识和同心圆同心；
所述处理器单元计算时将十字标识的中心作为圆心建立直角坐标系，依据光斑中心在横向以及纵向上的偏移量光斑偏移量，依据光斑横向两端点位置以及纵向两端点位置确定光斑大小。
本发明所述的TOF激光雷达发射单元调节方法，其中，所述数据处理模块在检测到参考光源的光斑脱离参考位置限制环时，对外界进行发出出错提醒。
本发明所述的TOF激光雷达发射单元调节方法，其中，所述待检测激光模组包括雷达PCB板，所述雷达PCB板上设置有固定件、激光发射单元和光电探测器，所述固定件上设置有安装所述激光发射单元的第一安装孔以及安装接收镜筒的第二安装孔，所述接收镜筒与所述第二安装孔之间留有调节间隙，所述光电探测器位于所述第二安装孔内；
所述方法还包括步骤：将接收镜筒伸入第二安装孔内，依据光电探测器获取的图像来进行X轴、Y轴以及Z轴方向的调节接收镜筒在第二安装孔的安装位置，位置调节完成后将接收镜筒固定在第二安装孔内。
本发明的有益效果在于：应用本申请的方式方法，通过两组参考光源和参考位置限制环的定位关系，来保障待检测激光模组与光斑参考环之间对应关系的可靠性，以达到可以准确的测定激光模组的光斑大小以及光斑偏移量，为光斑大小以及偏移量调节提供可靠依据的目的的同时，参考光源和参考位置限制环的定位关系还能够在调试中反应固定工装整体与测试板之间是否存在相对位置变动，若发生变动则需要对整套调试安装***进行全方位的检查；不仅简化了调试操作，同时能够提升调试效率以及调试的精确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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附图：
图1是本发明较佳实施例的TOF激光雷达发射单元调节***结构示意图；
图2是本发明较佳实施例的TOF激光雷达发射单元调节***固定工作正视图；
图3是本发明较佳实施例的TOF激光雷达发射单元调节***光斑参考环示意图；
图4是本发明较佳实施例的TOF激光雷达发射单元调节***参考位置限制环示意图；
图5是本发明较佳实施例的TOF激光雷达发射单元调节***光斑参考环区域划分示意图；
图6是本发明较佳实施例的TOF激光雷达发射单元调节***数据处理模块原理框图；
图7是本发明较佳实施例的TOF激光雷达发射单元调节方法流程图；
图8是本发明较佳实施例的TOF激光雷达发射单元调节方法待检测激光模组剖视图。
具体实施方式
为了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技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明较佳实施例的TOF激光雷达发射单元调节***，如图1所示，同时参阅图2-6，包括固定工装1、测试板2和数据处理模块3；固定工装1上设置有固定待检测激光模组4的固定工位10以及两个分别位于固定工位10两侧的参考光源11；测试板2设置在距离固定工装1一设定距离处，且测试板2上设置有与待检测激光模组4对应的光斑参考环20和与参考光源11一一对应的参考位置限制环21；数据处理模块3包括获取测试板2上光斑图像的图像获取单元30，和对图像获取单元30获取的图像计算待检测激光模组的光斑大小以及光斑偏移量的处理器单元31；
应用本申请的方式方法，通过两组参考光源11和参考位置限制环21的定位关系，来保障待检测激光模组4与光斑参考环11之间对应关系的可靠性，以达到可以准确的测定激光模组4的光斑大小以及光斑偏移量，为光斑大小以及偏移量调节提供可靠依据的目的的同时，参考光源11和参考位置限制环21的定位关系还能够在调试中反应固定工装整体与测试板之间是否存在相对位置变动，若发生变动则需要对整套调试安装***(该***是指雷达收发模组的整个组装***)进行全方位的检查；不仅简化了调试操作，同时能够提升调试效率以及调试的精确度；
需要说明的是，固定工位10可以如图1所示的设置两个定位块100的方式来进行位置限定，可以采用其他例如夹具、定位槽等等形式，当然也可以不设置具体结构而直接通过可拆卸的胶水来进行固定等方式，基于该种形式的简单变换均属于本申请保护范畴。
优选的，两个参考位置限制环21的中心均与光斑参考环11的中心等高；采用该种设置方式保持两个参考位置限制环21的中心均与光斑参考环11的中心水平，减少误差的产生；
较佳的，固定工装与测试板事先需要用水平仪等设备调好相对位置，保证固定工装与水平面平行，测试板与水平面垂直，固定工装与测试板距离调成设置值(距离是根据待测模组自身的性能决定，如调光需要看六米处光斑，则放在六米处)，且调好后保持相对固定。
优选的，参考位置限制环21呈圆环形，以便于进行偏移的测算，当然根据需要也可以设计呈其他形状。
优选的，光斑参考环20包括十字标识200以及多个同心圆201，十字标识和同心圆同心；采用该种方式，在进行光斑以及偏移计算时，可以参照如下方式：
如图5所示，参考位置限定圆放在特定的位置，其大小和形状由光斑形状(a1+a2,b1+b2)加左右上下的可偏移量(d1,d2,d3,d4)决定，如水平方向长度L1＝a1+a2+d1+d2,竖直方向长度L2＝b1+b2+d3+d4；光斑参考环由多个同心圆组成，每个环的半径已知，其圆心位置根据两参考光源和待测模组发射单元三者位置关系决定，调节发射单元时，通过调节光斑的出射方向，将光斑调到参考环内特定的位置(如需要光斑中心与光斑参考环重和，就只需要光斑位置在圆内左右对称即可)，同时，光斑大小可以根据已知半径的环直接读出。
参考光源优选的采用发散角很小的激光，像常见的激光笔等。水平方向，如将两个光源射出方向调平行的话，则无论固定工装和测试板之间距离多远，打在测试板上两个参考光源之间距离都是不变的，如果将两个光源以特定夹角射出的话，则打在测试板上两个参考光源距离是可以根据夹角加传播距离来算出的，两个参考光源之间的距离可以直接量出来或者通过相机抓出来，也就是说无论固定工装和测试板之间距离多大，两个参考光源之间的距离都是个确定值，同理竖直方向也是，可以同一水平方向射出或者有特定夹角射出，两个参考光源之间的距离也都是个确定值。
优选的，两个参考光源分别设置在固定工位的左右两侧，当然同理也可以采用上下侧的方式，基于该种方位的简单替换同样属于本申请保护范畴。
一种TOF激光雷达发射单元调节方法，应用于如上述的TOF激光雷达发射单元调节***，如图7所示，其实现方法如下：
S01：依据待检测激光模组性能调节测试板距离固定工装的位置；
S02：调节固定工装的角度使得两个参考光源的光斑对应位于两个参考位置限制环内；
S03：将待检测激光模组放置在固定工位上，调节待检测激光模组的光斑使其位于光斑参考环内；
S04：图像获取单元获取测试板上光斑图像并发送至处理器单元，处理器单元依据光斑图像计算光斑大小以及光斑偏移量；
应用本申请的方式方法，通过两组参考光源和参考位置限制环的定位关系，来保障待检测激光模组与光斑参考环之间对应关系的可靠性，以达到可以准确的测定激光模组的光斑大小以及光斑偏移量，为光斑大小以及偏移量调节提供可靠依据的目的的同时，参考光源和参考位置限制环的定位关系还能够在调试中反应固定工装整体与测试板之间是否存在相对位置变动，若发生变动则需要对整套调试安装***(该***是指雷达收发模组的整个组装***)进行全方位的检查；不仅简化了调试操作，同时能够提升调试效率以及调试的精确度。
优选的，光斑参考环包括十字标识以及多个同心圆，十字标识和同心圆同心；处理器单元计算时将十字标识的中心作为圆心建立直角坐标系，依据光斑中心在横向以及纵向上的偏移量光斑偏移量，依据光斑横向两端点位置以及纵向两端点位置确定光斑大小，具体参照上述的描述。
优选的，数据处理模块在检测到参考光源的光斑脱离参考位置限制环时，对外界进行发出出错提醒，便于出现偏移时进行自动提醒。
优选的，如图8所示，待检测激光模组包括雷达PCB板40，雷达PCB板40上设置有固定件41、激光发射单元42和光电探测器43，固定件41上设置有安装激光发射单元42的第一安装孔410以及安装接收镜筒5的第二安装孔411，接收镜筒5与第二安装孔411之间留有调节间隙，光电探测器43位于第二安装孔411内；
方法还包括步骤：
将接收镜筒5伸入第二安装孔411内，依据光电探测器43获取的图像来进行X轴、Y轴以及Z轴方向的调节接收镜筒5在第二安装孔411的安装位置，位置调节完成后将接收镜筒5固定在第二安装孔411内；
应用该种方式来调节安装接收镜筒，可以调节接收透镜XYZ轴三个维度，能在不动其他器件的情况下，直接将模组调好，减少了装配时间，同时提升产品的精度；
其中固定可以采用胶水粘接等方式，而X轴、Y轴以及Z轴调节可以采用现有的三向运动机构实现。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种TOF激光雷达发射单元调节***，其特征在于，包括固定工装、测试板和数据处理模块；所述固定工装上设置有固定待检测激光模组的固定工位以及两个分别位于所述固定工位两侧的参考光源；所述测试板设置在距离所述固定工装一设定距离处，且所述测试板上设置有与所述待检测激光模组对应的光斑参考环和与所述参考光源一一对应的参考位置限制环；所述数据处理模块包括获取所述测试板上光斑图像的图像获取单元，和对所述图像获取单元获取的图像计算待检测激光模组的光斑大小以及光斑偏移量的处理器单元。
2.根据权利要求1所述的TOF激光雷达发射单元调节***，其特征在于，两个所述参考位置限制环的中心均与所述光斑参考环的中心等高。
3.根据权利要求2所述的TOF激光雷达发射单元调节***，其特征在于，所述参考位置限制环呈圆环形。
4.根据权利要求1-3任一所述的TOF激光雷达发射单元调节***，其特征在于，所述光斑参考环包括十字标识以及多个同心圆，所述十字标识和同心圆同心。
5.根据权利要求1-3任一所述的TOF激光雷达发射单元调节***，其特征在于，所述参考光源采用激光光源。
6.根据权利要求1-3任一所述的TOF激光雷达发射单元调节***，其特征在于，两个所述参考光源分别设置在所述固定工位的左右两侧。
7.一种TOF激光雷达发射单元调节方法，应用于如权利要求1-6任一所述的TOF激光雷达发射单元调节***，其特征在于，实现方法如下：
依据待检测激光模组性能调节测试板距离固定工装的位置；
调节固定工装的角度使得两个参考光源的光斑对应位于两个参考位置限制环内；
将待检测激光模组放置在固定工位上，调节待检测激光模组的光斑使其位于光斑参考环内；
图像获取单元获取测试板上光斑图像并发送至处理器单元，处理器单元依据光斑图像计算光斑大小以及光斑偏移量。
8.根据权利要求7所述的TOF激光雷达发射单元调节方法，其特征在于，所述光斑参考环包括十字标识以及多个同心圆，所述十字标识和同心圆同心；
所述处理器单元计算时将十字标识的中心作为圆心建立直角坐标系，依据光斑中心在横向以及纵向上的偏移量光斑偏移量，依据光斑横向两端点位置以及纵向两端点位置确定光斑大小。
9.根据权利要求7所述的TOF激光雷达发射单元调节方法，其特征在于，所述数据处理模块在检测到参考光源的光斑脱离参考位置限制环时，对外界进行发出出错提醒。
10.根据权利要求7-9任一所述的TOF激光雷达发射单元调节方法，其特征在于，所述待检测激光模组包括雷达PCB板，所述雷达PCB板上设置有固定件、激光发射单元和光电探测器，所述固定件上设置有安装所述激光发射单元的第一安装孔以及安装接收镜筒的第二安装孔，所述接收镜筒与所述第二安装孔之间留有调节间隙，所述光电探测器位于所述第二安装孔内；
所述方法还包括步骤：将接收镜筒伸入第二安装孔内，依据光电探测器获取的图像来进行X轴、Y轴以及Z轴方向的调节接收镜筒在第二安装孔的安装位置，位置调节完成后将接收镜筒固定在第二安装孔内。
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