一种高频高精度四象限全景激光扫描装置及方法与流程

本发明属于激光扫描，更具体地，涉及一种高频高精度四象限全景激光扫描装置及方法。

背景技术：

1、激光扫描雷达是将发射的激光束通过旋转扫描发射形成扫描截面，从而探测出待测物体的特征信息，现今激光雷达的应用领域越来越广泛，于精确测量、导航定位、安全避障等领域的应用愈发成熟，随着高速铁路的发展，对高转速、高精度的激光雷达扫描仪需求更加强烈。目前利用激光雷达探测时，通常利用机械旋转构件实现，即将激光器放置于可匀速转动的平台上，通过平台的306°旋转，对附近物体进行扫描探测，这种激光雷达探测方式存在探测精度较低、操作使用不稳定的问题。

2、公开号为cn116359936a的中国专利公开了一种激光雷达扫描装置，包括激光雷达，激光雷达至少配置有预设的垂直视场角和大于等于180°的水平视场角；驱动模块，至少设有一旋转部，激光雷达安装于旋转部以绕旋转部的旋转轴线旋转；所述激光雷达安装时倾斜设置并满足：0<α≤1/2β；其中，α为垂直视场角的角平分线与旋转轴线的最小夹角；b为垂直视场角的夹角。仅利用一个激光雷达实现视场扫描，通过将其倾斜设置，使得激光雷达垂直视场角的角平分线与旋转轴线的夹角a满足特定角度要求，从而在激光雷达绕旋转轴线圆周转动时，激光雷达可实现减少盲区或无盲区扫描，相比于现有技术在低成本前提下即可减少或消除装置的盲区。

3、但是，公开号为cn116359936a的中国专利依靠单个激光雷达的转动对特定角度的区域进行扫描，这种扫描方式对转动频率和激光器的发射频率要求比较高，无法满足高扫描频率的要求。因此，需要一种高频高精度四象限全景激光扫描装置及方法，实现高扫描线、高点频的扫描。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种高频高精度四象限全景激光扫描装置及方法，通过激光发射组件同时发射四组激光，被扫描镜的四个面反射后对待测物体进行扫描，再被反射回激光接收组件，扫描镜转动90°即可形成一条扫描线，在相同的扫描镜转动频率和激光发射频率下，获得四倍的扫描线和点云数量，从而提高激光扫描装置的扫描频率和精度。

2、为实现以上目的，按照本发明实施例的第一方面，提供一种高频高精度四象限全景激光扫描装置，包括：固定架、扫描镜、驱动组件、激光发射组件以及激光接收组件；

3、所述固定架上设有顶板和底板，使用支撑结构相连，所述支撑结构与顶板和底板之间形成扫描腔；

4、所述扫描镜为具有多个反射面的反射镜，设于所述扫描腔内；

5、所述驱动组件用于驱动所述扫描镜旋转；

6、所述激光发射组件与激光接收组件于所述扫描镜的每个反射面对应位置各设一套，在相同的扫描镜转动频率和激光发射频率下，获得多倍的扫描线和点云数量，提高激光扫描装置的扫描频率和精度。

7、进一步地，所述扫描镜的多个反射面绕其旋转轴周向等距设置，且多个反射面与其旋转轴的夹角设置为大于或小于45°。

8、进一步地，所述扫描镜多个反射面的出射激光旋转时形成的扫描面均不在同一个平面内；

9、每个扫描面在远离所述扫描镜的方向会产生交叉，于交叉点的后方实现360°无死角的扫描。

10、进一步地，所述固定架的相邻两个所述支撑结构之间留有大间隙，作为扫描孔，所述扫描孔位于所述固定架扫描腔的四个侧面；

11、所述底板分为上下两层，上层底板上沿周向等距开有四个圆孔，所述下层底板的边缘框架上开有多个安装孔。

12、进一步地，相邻所述两个扫描面之间的交叉点位于所述固定架的支撑结构后方，即该交叉点的位置于所述固定架范围外。

13、进一步地，所述激光发射组件于所述扫描镜的每个反射面处各设一套，同时将扫描激光发射至所述扫描镜上反射；

14、所述激光发射组件安装于所述下层底板的安装孔内，包括激光器、发射透镜、第一反射镜以及第二反射镜。

15、进一步地，所述激光器设于所述激光发射组件的头部，发射透镜设于所述激光器的输出端，其与所述激光器发射出的扫描激光保持垂直；

16、所述第一反射镜设于所述发射透镜的后端，扫描激光于其反射面上的入射角为45°，且扫描激光的出射方向为靠近所述扫描镜方向；

17、所述第二反射镜设于所述第一反射镜的后方，其反射面与所述第一反射镜的反射面平行，使扫描激光再次被反射。

18、进一步地，所述第一反射镜和第二反射镜将经过所述发射透镜的扫描激光平移至所述扫描镜的对应反射面上。

19、进一步地，所述激光接收组件于所述扫描镜的每个反射面处各设一套，同时接收扫描镜上反射的扫描激光；

20、所述激光接收组件安装于所述固定架下层底板边缘框架内，包括接收透镜以及光电探测器。

21、进一步地，所述接收透镜设于所述扫描镜的反射面出射方向；

22、扫描激光接触待测物体后被反射回扫描镜的反射面，在所述扫描镜的反射面上反射至所述接收透镜上，所述接收透镜将接收到的扫描激光聚焦。

23、进一步地，所述光电探测器设于所述接收透镜的后方，用于接收所述接收透镜聚焦后的扫描激光，且将所接收到的光信号转换成微弱电信号。

24、进一步地，所述驱动组件设于所述扫描镜的背面，且固定于所述固定架的顶板上。

25、按照本发明实施例的另一方面，提供一种高频高精度四象限全景激光扫描方法，包括：

26、s100、进行系统自检，确保包括驱动组件、激光发射组件、激光接收组件以及信号处理单元在内的所有子系统正常工作，通过控制单元设定激光发射的频率、波长以及扫描镜的转速；

27、s200、激光器同时输出多种波长的扫描激光，经过发射透镜整形成为平行光，然后通过第一反射镜和第二反射镜的精准反射，被导向至扫描镜的反射面，同时启动驱动组件带动扫描镜转动；

28、s300、扫描激光经扫描镜的反射面反射后到达待测物体的表面，于其表面特征采集信息后被反射回扫描镜的反射面，再次反射被接收透镜聚焦后被光电探测器接收；

29、s400、光电探测器将接收到的光信号转换为微弱电信号，并将微弱电信号传递至信号处理单元，对四组光电探测器传递的微弱电信号进行整合处理；

30、s500、将整合后的微弱电信号转化为图像信息，并根据该图像信息对待测物体的特征进行模型重建。

31、进一步地，步骤s300中，扫描激光经过所述扫描镜的反射面反射后形成的视场角为：

32、；

33、其中，为反射镜与其旋转轴之间的夹角；

34、为扫描激光与反射镜旋转轴之间的夹角。

35、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

36、1.本发明的一种高频高精度四象限全景激光扫描装置，通过激光发射组件同时发射四组激光，被扫描镜的四个面反射后对待测物体进行扫描，再被反射回激光接收组件，扫描镜转动90°即可形成一条扫描线，在相同的扫描镜转动频率和激光发射频率下，获得四倍的扫描线和点云数量，从而提高激光扫描装置的扫描频率和精度。

37、2.本发明的一种高频高精度四象限全景激光扫描装置，固定架顶板和底板上边缘框架的不规则内壁，使其他结构仅能以特定的方向安装于其上，保证装置在使用时光学部件不会发生抖动，保证扫描激光的光路始终在设计路径内，确保使用时激光扫描装置的稳定性以及精确性。

38、3.本发明的一种高频高精度四象限全景激光扫描装置，扫描镜四个反射面的出射激光旋转时形成的扫描面均不在同一个平面，且每个扫描面在远离所述扫描镜的方向会产生交叉，于交叉点的后方实现360°无死角的扫描，通过改变所述扫描镜四个反射面与其旋转轴的夹角，在保持入射角为45°不变的情况下使四个扫描面不在同一个平面内，解决了四个反射点不在同一个点造成每个象限的扫描区域之间存在扫描盲区的问题。