CN105629214A - 一种激光雷达方位轴与光轴一致性调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于工程测量技术领域，具体涉及一种激光雷达方位轴与光轴一致性调整方法，目的是解决不可见光轴与机械轴一致性调整的问题。该方法包括搭建稳定工作平台、建立可视装调基准、方位机械转动轴与可视装调基准一致性调整、接收光轴与可视装调基准一致性调整和发射光轴与可视装调基准一致性调整五个步骤。本发明通过搭建稳定工作平台、建立可视装调、方位机械转动轴与可视装调基准一致性调整、接收光轴与可视装调基准一致性调整和发射光轴与可视装调基准一致性调整步骤，实现了基准可视装调基准与方位轴同轴，与发射光轴同轴，同时与接收光轴同轴，因此方位轴与发射光轴、接收光轴同轴，即完成了方位轴与光轴一致性的调整。

Description

一种激光雷达方位轴与光轴一致性调整方法

技术领域

本发明属于工程测量技术领域，具体涉及一种激光雷达方位轴与光轴一致性调整方法。

背景技术

激光三维测量系统在空间目标相对姿态测量领域被广泛应用。在激光三维测量系统设计与制造中，二维转台方位轴与接收/发送光路光轴一致性调整是整个装调过程中的关键部分。激光测量系统由激光器发射一束激光束通过二维转台方位轴，经俯仰轴上反射镜反射出去。在空间中，由目标表面角锥镜发射回来进行测量，在测量的过程中，控制光束随着目标一起运动，获得目标特定点的动态运动坐标，从而实现目标相对姿态测量。

二维转台被广泛的用做控制光束运动的执行机构，为了获得高精度的空间目标相对三维坐标，必须保证光束运动控制的精确性与稳定性。二维转台由方位轴与俯仰轴构成，方位轴通过法兰与光路光轴连接，理想的情况是激光束沿着方位轴向上传输，并通过方位轴与俯仰轴的交点，在方位轴的转动过程中光束始终与旋转轴重合，以方位轴与俯仰轴交点为中心向外发射。如果在此过程中光束与旋转轴不重合，光束指向就会发生偏差，对目标的跟踪与测量带来误差。

发明内容

本发明的目的是解决不可见光轴与机械轴一致性调整的问题，提供一种激光雷达方位轴与光轴一致性调整方法。

本发明是这样实现的：

一种激光雷达方位轴与光轴一致性调整方法，包括如下步骤：

第一步：搭建稳定工作平台；

第二步：建立可视装调基准；

第三步：方位机械转动轴与可视装调基准一致性调整；

第四步：接收光轴与可视装调基准一致性调整；

第五步：发射光轴与可视装调基准一致性调整。

如上所述的搭建稳定工作平台步骤，稳定工作平台包括固定平台、支架、三维调整云台、支撑板、反射镜和调整工装；其中，固定平台用于确保待装调装置在装调的过程中不受外界振动的影响；支架共有两个，均为金属制柱状，底部安装有固定三角支架，两个支架分别放置在固定平台两侧；三维调整云台固定安装在支架顶部，用于安装支撑板；支撑板为金属制板状，支撑板放置在两个三维调整云台的上端面，在其上端面中部开有通孔作为调整工装安装孔，用于安装调整工装；调整工装下部为金属制圆筒状，上部为开由端面与安装面成45度角凹槽长方体，装在支撑板的固定安装在支撑板调整工装安装孔内，用于安装反射镜，将反射镜架高并将反射镜调整至与水平成45度夹角；反射镜安装在调整工装上部的凹槽内，反射镜与水平成45度夹角，用于将水平基准折转到垂直方向。

如上所述的固定平台采用通用精密光学平台实现，所述的上述金属优选为铝。

如上所述的建立可视装调基准步骤，利用经纬仪建立可视装调基准，使反射镜调整至与水平成45度夹角。

如上所述的建立可视装调基准步骤，反射镜45度调整包括如下步骤：

(1)利用电子水平仪将固定平台调整至水平；

(2)经纬仪进行自水平调节，然后将标准六面体放到固定平台上；

(3)通过调整反射镜的位置直至经纬仪自准直，反射镜调整至与水平成45度夹角。

如上所述的方位机械转动轴与可视装调基准一致性调整步骤，使用方位轴引出工装使方位机械转动轴可视化，调整方位机械转动轴姿态使方位机械转动轴与可视装调基准一致。

如上所述的方位机械转动轴与可视装调基准一致性调整步骤，具体包括如下步骤：

(1)将待装调装置的框架放到固定平台上，然后将标准六面体放到待装调装置框架上方的连接法兰上端面；上述框架内部安装有光路箱，光路箱内部安装有四象限APD探测器、透镜和激光器；透镜安装在光路箱中部，四象限APD探测器安装在透镜下方，四象限APD探测器的光敏面位于透镜的焦点附近；透镜中心上方安装有上端面为45度斜面的柱状体，该柱状体与透镜同轴；激光器发出的激光束投射到透镜中心上方的柱状体的45度斜面上，经该斜面发射出光路箱；进入光路箱的激光经过透镜汇聚到四象限APD探测器的光敏面上；

(2)通过调节上述框架的姿态，使得经纬仪可以自准直，上述框架调整水平，并固定；

(3)将方位机械转动轴放到与上述框架上方的连接法兰处，通过调整它们的相对位置使得方位轴引出工装的分划板一、分划板二与经纬仪瞄准镜分划板在一条直线上，方位轴与基准轴同轴。

如上所述的接收光轴与可视装调基准一致性调整步骤，将方位机械转动轴放到与上述框架上方的连接法兰处，通过调整光路箱的姿态使得分划板固定工装的分划板一、分划板二及四象限APD探测器十字线与经纬仪瞄准镜分划板在一条直线上。

如上所述的接收光轴与可视装调基准一致性调整步骤，调整光路箱中激光束的姿态，使得光斑在四象限APD探测器光敏面的中心处，使发射光轴与可视装调基准一致。

如上所述的接收光轴与可视装调基准一致性调整步骤，具体包括如下步骤：

(1)将一个平面反射镜安装到方位机械转动轴上端面；

(2)将上述平面反射镜通过经纬仪自准直调水平；

(3)将角锥反射镜通过三脚架放到经纬仪与反射镜之间；

(4)通过调整角锥镜的位置使得观察到角锥镜在平面镜中的像在经纬仪瞄准镜分划板的中心，即角锥镜摆放完成；随后，取出反射镜与经纬仪；

(5)光路箱中发出的激光通过透镜上面的斜面反射镜反射到反射镜，再由反射镜折转出射，经过角锥镜反射回来，由透镜汇聚到四象限APD光敏面上；根据光斑在光敏面上的位置判断激光束位置；调整激光束的位置，使得光斑在探测器光敏面的中心处，此时经过处理后输出的位置信息为零，完成方位轴与发射光轴同轴的调整。

本发明的有益效果是：

本发明通过搭建稳定工作平台、建立可视装调、方位机械转动轴与可视装调基准一致性调整、接收光轴与可视装调基准一致性调整和发射光轴与可视装调基准一致性调整步骤，实现了基准可视装调基准与方位轴同轴，与发射光轴同轴，同时与接收光轴同轴，因此方位轴与发射光轴、接收光轴同轴，即完成了方位轴与光轴一致性的调整。

附图说明

图1是本发明的一种激光雷达方位轴与光轴一致性调整方法的流程图；

图2是图1中搭建稳定工作平台步骤中搭建的稳定工作平台的结构原理图；

图3是图1中建立可视装调基准步骤中反射镜45度调整方法的示意图；

图4是图1中方位机械转动轴与可视装调基准一致性调整步骤中调节待装调装置框架姿态的示意图；

图5是图1中方位机械转动轴与可视装调基准一致性调整步骤中调整方位机械转动轴的示意图；

图6是图5中方位轴引出工装上部的剖视图；

图7是图1中接收光轴与可视装调基准一致性调整步骤安装方位机械转动轴的示意图；

图8是图1中发射光轴与可视装调基准一致性调整步骤的装置操作示意图；

图9是图1中发射光轴与可视装调基准一致性调整步骤的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的一种激光雷达方位轴与光轴一致性调整方法进行介绍：

如图1所示，一种激光雷达方位轴与光轴一致性调整方法，包括如下步骤：

第一步：搭建稳定工作平台；

搭建稳定工作平台。在本实施例中，如图2所示，稳定工作平台包括固定平台、支架、三维调整云台、支撑板、反射镜和调整工装。其中，固定平台用于确保待装调装置在装调的过程中不受外界振动的影响，在本实施例中，采用通用精密光学平台实现。支架共有两个，均为金属制柱状，底部安装有固定三角支架，两个支架分别放置在固定平台两侧。三维调整云台固定安装在支架顶部，用于安装支撑板，它采用通用产品实现。支撑板为金属制板状，它放置在两个三维调整云台的上端面，在其上端面中部开有通孔作为调整工装安装孔，用于安装调整工装。调整工装下部为圆筒状，上部为开由端面与安装面成45度角凹槽长方体，由金属制成，装在支撑板的固定安装在支撑板调整工装安装孔内，用于安装反射镜，将反射镜架高并将反射镜调整至与水平成45度夹角。反射镜安装在调整工装上部的凹槽内，反射镜与水平成45度夹角，用于将水平基准折转到垂直方向。上述金属优选为铝。

第二步：建立可视装调基准；

利用经纬仪建立可视装调基准，使反射镜调整至与水平成45度夹角。如图3所示，反射镜45度调整包括如下步骤：

(1)利用电子水平仪将固定平台调整至水平。

(2)经纬仪进行自水平调节，然后将标准六面体放到固定平台上。

(3)通过调整反射镜的位置直至经纬仪自准直，此时，反射镜调整至与水平成45度夹角，即调整完成。

第三步：方位机械转动轴与可视装调基准一致性调整；

使用方位轴引出工装使方位机械转动轴可视化，调整方位机械转动轴姿态使方位机械转动轴与可视装调基准一致。具体包括如下步骤：

(1)将待装调装置的框架放到固定平台上，然后将标准六面体放到待装调装置框架上方的连接法兰上端面。上述框架内部安装有光路箱，光路箱内部安装有四象限APD探测器、透镜和激光器。透镜安装在光路箱中部，四象限APD探测器安装在透镜下方，四象限APD探测器的光敏面位于透镜的焦点附近。透镜中心上方安装有上端面为45度斜面的柱状体，该柱状体与透镜同轴。激光器发出的激光束投射到透镜中心上方的柱状体的45度斜面上，经该斜面发射出光路箱。进入光路箱的激光经过透镜汇聚到四象限APD探测器的光敏面上。

(2)如图4所示，通过调节上述框架的姿态，使得经纬仪可以自准直，即上述框架调整水平，并固定。

(3)将方位机械转动轴放到与上述框架上方的连接法兰处，如图5所示，通过调整它们的相对位置使得方位轴引出工装的分划板一、分划板二与经纬仪瞄准镜分划板在一条直线上，即方位轴与基准轴同轴。

在本实施例中，方位轴引出工装为上窄下宽中空的回转体，如图6所示，在下部外部开有螺纹，下部与方位机械转动轴顶端的螺纹孔固定安装，在其上部内侧装有两块分划板，两块分划板一、2之间的垂直距离可调，一般不小于上部高度的2/3。方位轴引出工装采用铝制成。

第四步：接收光轴与可视装调基准一致性调整；

如图7所示，将方位机械转动轴放到与上述框架上方的连接法兰处，通过调整光路箱的姿态使得分划板固定工装的分划板一、分划板二及四象限APD探测器十字线与经纬仪瞄准镜分划板在一条直线上，即接收光轴与基准轴一致。

第五步：发射光轴与可视装调基准一致性调整；

调整光路箱中激光束的姿态，使得光斑在四象限APD探测器光敏面的中心处，使发射光轴与可视装调基准一致。

在本实施例中，具体包括如下步骤：

(1)将一个平面反射镜安装到方位机械转动轴上端面，如图8所示。

(2)将上述平面反射镜通过经纬仪自准直调水平。

(3)将角锥反射镜通过三脚架放到经纬仪与反射镜之间。

(4)通过调整角锥镜的位置使得观察到角锥镜在平面镜中的像在经纬仪瞄准镜分划板的中心，即角锥镜摆放完成。随后，取出反射镜与经纬仪。

(5)如图9所示，光路箱中发出的激光通过透镜上面的斜面反射镜反射到反射镜，再由反射镜折转出射，经过角锥镜反射回来，由透镜汇聚到四象限APD光敏面上。根据光斑在光敏面上的位置判断激光束位置。调整激光束的位置，使得光斑在探测器光敏面的中心处，此时经过处理后输出的位置信息为零。此时完成发射光轴与可视装调基准一致性调整，即方位轴与发射光轴同轴的调整。

本发明通过搭建稳定工作平台、建立可视装调、方位机械转动轴与可视装调基准一致性调整、接收光轴与可视装调基准一致性调整和发射光轴与可视装调基准一致性调整步骤，实现了基准可视装调基准与方位轴同轴，与发射光轴同轴，同时与接收光轴同轴，因此方位轴与发射光轴、接收光轴同轴，即完成了方位轴与光轴一致性的调整。

Claims (10)

1.一种激光雷达方位轴与光轴一致性调整方法，包括如下步骤：

第一步：搭建稳定工作平台；

第二步：建立可视装调基准；

第三步：方位机械转动轴与可视装调基准一致性调整；

第四步：接收光轴与可视装调基准一致性调整；

第五步：发射光轴与可视装调基准一致性调整。

2.根据权利要求1所述的一种激光雷达方位轴与光轴一致性调整方法，其特征在于：所述的搭建稳定工作平台步骤，稳定工作平台包括固定平台、支架、三维调整云台、支撑板、反射镜和调整工装；其中，固定平台用于确保待装调装置在装调的过程中不受外界振动的影响；支架共有两个，均为金属制柱状，底部安装有固定三角支架，两个支架分别放置在固定平台两侧；三维调整云台固定安装在支架顶部，用于安装支撑板；支撑板为金属制板状，支撑板放置在两个三维调整云台的上端面，在其上端面中部开有通孔作为调整工装安装孔，用于安装调整工装；调整工装下部为金属制圆筒状，上部为开由端面与安装面成45度角凹槽长方体，装在支撑板的固定安装在支撑板调整工装安装孔内，用于安装反射镜，将反射镜架高并将反射镜调整至与水平成45度夹角；反射镜安装在调整工装上部的凹槽内，反射镜与水平成45度夹角，用于将水平基准折转到垂直方向。

3.根据权利要求2所述的一种激光雷达方位轴与光轴一致性调整方法，其特征在于：所述的固定平台采用通用精密光学平台实现，所述的上述金属优选为铝。

4.根据权利要求1所述的一种激光雷达方位轴与光轴一致性调整方法，其特征在于：所述的建立可视装调基准步骤，利用经纬仪建立可视装调基准，使反射镜调整至与水平成45度夹角。

5.根据权利要求1所述的一种激光雷达方位轴与光轴一致性调整方法，其特征在于：所述的建立可视装调基准步骤，反射镜45度调整包括如下步骤：

(1)利用电子水平仪将固定平台调整至水平；

(2)经纬仪进行自水平调节，然后将标准六面体放到固定平台上；

(3)通过调整反射镜的位置直至经纬仪自准直，反射镜调整至与水平成45度夹角。

6.根据权利要求1所述的一种激光雷达方位轴与光轴一致性调整方法，其特征在于：所述的方位机械转动轴与可视装调基准一致性调整步骤，使用方位轴引出工装使方位机械转动轴可视化，调整方位机械转动轴姿态使方位机械转动轴与可视装调基准一致。

7.根据权利要求6所述的一种激光雷达方位轴与光轴一致性调整方法，其特征在于：所述的方位机械转动轴与可视装调基准一致性调整步骤，具体包括如下步骤：

(1)将待装调装置的框架放到固定平台上，然后将标准六面体放到待装调装置框架上方的连接法兰上端面；上述框架内部安装有光路箱，光路箱内部安装有四象限APD探测器、透镜和激光器；透镜安装在光路箱中部，四象限APD探测器安装在透镜下方，四象限APD探测器的光敏面位于透镜的焦点附近；透镜中心上方安装有上端面为45度斜面的柱状体，该柱状体与透镜同轴；激光器发出的激光束投射到透镜中心上方的柱状体的45度斜面上，经该斜面发射出光路箱；进入光路箱的激光经过透镜汇聚到四象限APD探测器的光敏面上；

(2)通过调节上述框架的姿态，使得经纬仪可以自准直，上述框架调整水平，并固定；

(3)将方位机械转动轴放到与上述框架上方的连接法兰处，通过调整它们的相对位置使得方位轴引出工装的分划板一、分划板二与经纬仪瞄准镜分划板在一条直线上，方位轴与基准轴同轴。

8.根据权利要求1所述的一种激光雷达方位轴与光轴一致性调整方法，其特征在于：所述的接收光轴与可视装调基准一致性调整步骤，将方位机械转动轴放到与上述框架上方的连接法兰处，通过调整光路箱的姿态使得分划板固定工装的分划板一、分划板二及四象限APD探测器十字线与经纬仪瞄准镜分划板在一条直线上。

9.根据权利要求1所述的一种激光雷达方位轴与光轴一致性调整方法，其特征在于：所述的接收光轴与可视装调基准一致性调整步骤，调整光路箱中激光束的姿态，使得光斑在四象限APD探测器光敏面的中心处，使发射光轴与可视装调基准一致。

10.根据权利要求9所述的一种激光雷达方位轴与光轴一致性调整方法，其特征在于：所述的接收光轴与可视装调基准一致性调整步骤，具体包括如下步骤：

(1)将一个平面反射镜安装到方位机械转动轴上端面；

(2)将上述平面反射镜通过经纬仪自准直调水平；

(3)将角锥反射镜通过三脚架放到经纬仪与反射镜之间；

(4)通过调整角锥镜的位置使得观察到角锥镜在平面镜中的像在经纬仪瞄准镜分划板的中心，即角锥镜摆放完成；随后，取出反射镜与经纬仪；

(5)光路箱中发出的激光通过透镜上面的斜面反射镜反射到反射镜，再由反射镜折转出射，经过角锥镜反射回来，由透镜汇聚到四象限APD光敏面上；根据光斑在光敏面上的位置判断激光束位置；调整激光束的位置，使得光斑在探测器光敏面的中心处，此时经过处理后输出的位置信息为零，完成方位轴与发射光轴同轴的调整。