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CN109001713A - 测距精度校准系统 - Google Patents

测距精度校准系统 Download PDF

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CN109001713A CN201811203462.8A CN201811203462A CN109001713A CN 109001713 A CN109001713 A CN 109001713A CN 201811203462 A CN201811203462 A CN 201811203462A CN 109001713 A CN109001713 A CN 109001713A
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Abstract

本发明提供了一种测距精度校准系统，所述系统包括：待测激光雷达、反射板、第一电机、微控制器；所述待测激光雷达与所述微控制器连接，并固定于与所述反射板等高的位置，所述第一电机与所述反射板连接；所述第一电机带动所述反射板在垂直于所述待测激光雷达发射光路的方向上运动，所述待测激光雷达经发射透镜发射激光光束至所述反射板，所述激光光束经所述反射板反射后得到第一反射激光光束，所述待测激光雷达经接收透镜接收所述第一反射激光光束，所述微控制器对所述待测激光雷达发射的所述激光光束和接收的所述第一反射激光光束的工作参数进行采集和校准。本发明提供的测距精度校准系统能够提高校准效率。

Description

测距精度校准系统
技术领域
本发明属于测量校准技术领域，更具体地说，是涉及一种测距精度校准系统。
背景技术
激光雷达可以有效获取空间周围信息，为了实现对目标物体精确的定位，需对激光雷达进行校准，从而提高雷达的测距精度以及确保激光雷达在实际工作中的可靠性。
在激光雷达的实际生产过程中，会对激光雷达进行出厂检测，主要方法是在不同距离位置放置标准反射板，检测激光雷达在不同距离位置的测距精度。标准反射板在不同距离之间的移动通常通过人工移动或者AGV(Automated Guided Vehicle，自动导引运输车)小车移动来实现。但人工移动或者AGV小车移动标准反射板的方法测量时间较长，导致校准效率很低，不利于激光雷达的大批量生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测距精度校准系统，以解决现有技术中存在的校准效率低的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种测距精度校准系统，包括：待测激光雷达、反射板、第一电机、微控制器；
所述待测激光雷达与所述微控制器连接，并固定于与所述反射板等高的位置，所述第一电机与所述反射板连接；
所述第一电机带动所述反射板在垂直于所述待测激光雷达发射光路的方向上运动，所述待测激光雷达经发射透镜发射激光光束至所述反射板，所述激光光束经所述反射板反射后得到第一反射激光光束，所述待测激光雷达经接收透镜接收所述第一反射激光光束，所述微控制器对所述待测激光雷达发射的所述激光光束和接收的所述第一反射激光光束的工作参数进行采集和校准。
可选地，还包括第二电机和挡板；
所述挡板与所述第二电机连接，并设置于所述待测激光雷达和所述反射板之间；
固定所述反射板的位置，所述第二电机带动所述挡板运动，所述待测激光雷达经发射透镜发射激光光束经过所述挡板时会被遮挡部分激光光束，未被遮挡的激光光束沿直线传播至所述反射板，所述未被遮挡的激光光束经所述反射板反射后得到第二反射激光光束，所述待测激光雷达经接收透镜接收所述第二反射激光光束，所述微控制器对所述待测激光雷达发射的所述激光光束和接收的所述第二反射激光光束的工作参数进行采集和校准。
可选地，所述第二电机带动所述挡板运动包括：
所述第二电机带动所述挡板在垂直于所述待测激光雷达发射光路的方向上运动，或所述第二电机带动所述挡板以所述第二电机为中心旋转运动。
可选地，所述第二电机设置有旋转装置，用于带动所述挡板进行旋转。
可选地，还包括固定夹具，所述固定夹具用于固定所述待测激光雷达。
可选地，所述工作参数包括光束脉冲时间宽度和脉冲前沿时刻；所述微控制器对所述待测激光雷达发射的所述激光光束和接收的所述第一反射激光光束的工作参数进行采集和校准，包括：
采集所述光束脉冲时间宽度和所述脉冲前沿时刻得到实际飞行时间；
根据所述实际飞行时间和预设的理论飞行时间得到飞行时间误差；
根据所述光束脉冲时间宽度和所述飞行时间误差对测距结果进行校准。
可选地，在根据所述光束脉冲时间宽度和所述飞行时间误差对测距结果进行校准之前，包括：
建立所述光束脉冲时间宽度与所述飞行时间误差的对应关系；
根据所述对应关系得到不同光束脉冲时间宽度下待测激光雷达单点测量的离散度。
可选地，所述微控制器为单片机。
可选地，所述微控制器为ARM微处理器。
可选地，还包括底座，所述待测激光雷达安装在所述底座上。
本发明提供的测距精度校准系统的有益效果在于：本发明提供的测距精度校准系统保持激光雷达和反射板的垂直位置固定，不需要在激光雷达发射光路的方向上反复移动反射板，而是通过改变反射板的接收面积实现激光雷达测距的快速校准，节约了人力成本，提高了激光雷达测距精度的校准效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1为本发明一实施例提供的测距精度校准系统的结构示意图；
图2为本发明另一实施例提供的测距精度校准系统的结构示意图；
图3为本发明再一实施例提供的测距精度校准系统的结构示意图；
图4为本发明又一实施例提供的测距精度校准系统的结构示意图；
图5为本发明一实施例提供的微控制器采集校准的流程示意图；
图6为本发明另一实施例提供的微控制器采集校准的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参考图1，图1为本发明一实施例提供的测距精度校准系统的结构示意图。该测距精度校准系统，包括：待测激光雷达2、反射板3、第一电机41、微控制器6。
待测激光雷达2与微控制器6连接，并固定于与反射板3等高的位置，第一电机41与反射板3连接。
第一电机41带动反射板3在垂直于待测激光雷达2发射光路的方向上运动，待测激光雷达2经发射透镜发射激光光束至反射板3，激光光束经反射板3反射后得到第一反射激光光束，待测激光雷达2经接收透镜接收第一反射激光光束，微控制器6对待测激光雷达发射的激光光束和接收的第一反射激光光束的工作参数进行采集和校准。
在本实施例中，激光雷达测距精度的校准流程如下：
首先将待测激光雷达2固定在固定夹具1上，再将反射板3固定在距离待测激光雷达2一定距离的第一电机41上，其中，待测激光雷达2的发射透镜与反射板3等高。调节好待测激光雷达2的发射光路，使光路准直。启动待测激光雷达2，待测激光雷达2的发射透镜发射激光光束。
第一电机4将带动反射板3在g,h点之间运动，则待测激光雷达2发射的激光光束照射在反射板3的横向距离即为e,f两点之间的距离。第一电机41带动反射板3在垂直于光束的方向从g点到h点反复移动过程中，激光光束照射在反射板3的面积先逐渐增大再逐渐缩小，因此返回的第一反射激光光束信号强度将先逐渐变强再逐渐变弱，此时微控制器6采集在相同距离下不同信号强度的激光雷达测距数据，即工作参数，并对该数据进行校准处理。
其中，相同距离指的是待测激光雷达1与反射板3的位置连线在光束传播方向上投影的距离，即垂直距离。e点位置和f点位置分别为反射板3上激光光斑水平方向的边缘位置，g点、h点、e点、f点位于同一水平线上，且g点和h点分别位于e点和f点的外侧，即g、h两点之间的距离大于e、f两点之间的距离。
在本实施例中，该激光光束未经反射板反射的部分会直线传播到无穷远空间，雷达不会采集到此部分激光光束经反射后的信号，因此未在反射板表面发生反射激光光束不会对测量产生影响。
其中，反射板的反射率应大于100％，第一电机应该能够稳定转动。
从上述描述可知，本发明实施例提供的测距精度校准系统保持激光雷达和反射板的垂直位置固定，不需要在激光雷达发射光路的方向上反复移动反射板，而是改变反射板的接收面积实现激光雷达测距的快速校准，节约了人力成本，提高了激光雷达测距精度的校准效率。
可选地，请参考图2，作为本发明实施例提供的一种具体实施方式，测距精度校准系统还包括第二电机42和挡板7。
挡板7与第二电机42连接，并设置于待测激光雷达2和反射板3之间。
固定反射板3的位置，第二电机42带动挡板7运动，待测激光雷达2经发射透镜发射激光光束经过挡板7时会被遮挡部分激光光束，未被遮挡的激光光束沿直线传播至反射板3，未被遮挡的激光光束经反射板3反射后得到第二反射激光光束，待测激光雷达2经接收透镜接收第二反射激光光束，微控制器6对待测激光雷达发射的激光光束和接收的第二反射激光光束的工作参数进行采集和校准。
在本实施例中，挡板设于待测激光雷达与反射板之间，用于改变待测激光雷达发射透镜或待测激光雷达接收透镜的有效孔径，从而在不改变待测激光雷达与反射板垂直距离的基础上进行激光雷达测距精度的校准，以提高激光雷达测距精度的校准效率。
可选地，请一并参考图2至图4，作为本发明实施例提供的一种具体实施方式，第二电机42带动挡板7运动包括：
第二电机42带动挡板7在垂直于待测激光雷达1发射光路的方向上运动，或第二电机42带动挡板7以第二电机42为中心旋转运动。
在本实施例中，若第二电机42带动挡板7在垂直于待测激光雷达1发射光路的方向上运动，则测距校准流程如下：
首先将待测激光雷达2固定在固定夹具1上，将反射板3固定在距离待测激光雷达2一定距离的位置上，再将挡板7固定在第二电机42上，保持挡板7与待测激光雷达2等高。调节好待测激光雷达2的发射光路，使光路准直。启动待测激光雷达2，待测激光雷达2经发射透镜发射激光光束。
第二电机42将带动挡板7在在垂直于待测激光雷达1发射光路的方向上运动，挡板7的起始位置在发射透镜或者接收透镜的一端a点，挡板7运动的终点为完全遮住发射透镜或者接收透镜b点的位置。因此返回的第二反射激光光束信号强度将逐渐变弱，此时微控制器6采集在相同距离下不同信号强度的激光雷达测距数据，即工作参数，并对该数据进行校准处理。其中，相同距离指的是待测激光雷达1与反射板3的垂直距离。
若第二电机42带动挡板7以第二电机42为中心旋转运动，则测距校准流程为：
首先将待测激光雷达2固定在固定夹具1上，将反射板3固定在距离待测激光雷达2一定距离的位置上，再将挡板7固定在第二电机42上，保持挡板7与待测激光雷达2等高。调节好待测激光雷达2的发射光路，使光路准直。启动待测激光雷达2，待测激光雷达2经发射透镜发射激光光束。
第二电机42将带动挡板7以第二电机42为中心旋转运动，挡板7的起始位置在发射准透镜或者接收透镜的一端c点，挡板7以第二电机42的中心o点为圆心进行转动，挡板7转动的终点为与发射透镜或者接收透镜垂直的d点。挡板7从c点转动到d点的过程中激光光束的信号强度将逐渐变强，则返回的第二反射激光光束信号强度也逐渐变强，此时微控制器6采集在相同距离下不同信号强度的激光雷达测距数据，即工作参数，并对该数据进行校准处理。其中，相同距离指的是待测激光雷达与反射板的垂直距离。
在本实施例中，只需要将反射板固定即可，固定装置可以是第一电机，也可以为其他支撑装置。例如支撑柱等。
从上述描述可知，本发明实施例通过电机带动挡板运动的方法改变了激光雷达发射透镜或者接收透镜的有效孔径，可以在不改变待测激光光束与反射板垂直距离的情况下实现对待测激光雷达测距精度的校准，能够提高校准效率。
可选地，作为本发明实施例提供的一种具体实施方式，第二电机设置有旋转装置，用于带动挡板进行旋转。
可选地，请一并参考图1及图2，作为本发明实施例提供的一种具体实施方式，测距精度校准系统还包括固定夹具1，固定夹具1用于固定待测激光雷达。
可选地，请参考图5，作为本发明实施例提供的一种具体实施方式，工作参数包括光束脉冲时间宽度和脉冲前沿时刻；微控制器对待测激光雷达发射的激光光束和接收的第一反射激光光束的工作参数进行采集和校准，包括：
S101：采集光束脉冲时间宽度和脉冲前沿时刻得到实际飞行时间。
在本实施例中，采集光束脉冲时间宽度和脉冲前沿时刻可以得到激光光束的实际飞行时间t0。
S102：根据实际飞行时间和预设的理论飞行时间得到飞行时间误差。
在本实施例中，预设的理论飞行时间t1，根据公式2s＝v0t1可以得到，其中s为待测激光雷达到反射板的垂直距离，v0为光速。
飞行时间误差wc为t0与t1的差值，即wc＝t0-t1。
S103：根据光束脉冲时间宽度和飞行时间误差对测距结果进行校准。
在本实施例中，当光束脉冲时间宽度一定时，飞行时间误差也是确定的，因此可以将二者的数据进行拟合，得到光束脉冲时间宽度与飞行时间误差的对应关系曲线，当需要对测距进行校准时，查询当前的光束脉冲时间宽度对应的飞行时间误差wce，并根据公式：D＝v0*(t0-wce)/2对测距结果进行校准。
可选地，请参考图6，作为本发明实施例提供的一种具体实施方式，在根据光束脉冲时间宽度和飞行时间误差对测距结果进行校准之前，包括：
S201：建立光束脉冲时间宽度与飞行时间误差的对应关系。
在本实施例中，可采用多次测量的方法，在一定的光束脉冲时间宽度之下，测量得到多个飞行时间误差。
S202：根据对应关系得到不同光束脉冲时间宽度下待测激光雷达单点测量的离散度。
在本实施例中，将相同光束脉冲时间宽度下飞行时间误差的最大值和最小值相减，即可得到一定光束脉冲时间宽度下飞行时间误差的抖动值，从而可以得到不同光束脉冲时间宽度下待测激光雷达单点测量的离散度。
可选地，作为本发明实施例提供的一种具体实施方式，微控制器为单片机。
可选地，作为本发明实施例提供的一种具体实施方式，微控制器为ARM微处理器。
可选地，请一并参考图1及图2，作为本发明实施例提供的一种具体实施方式，测距精度校准系统还包括底座5，待测激光雷达1安装在底座5上。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种测距精度校准系统，其特征在于，包括：待测激光雷达、反射板、第一电机、微控制器；
所述待测激光雷达与所述微控制器连接，并固定于与所述反射板等高的位置，所述第一电机与所述反射板连接；
所述第一电机带动所述反射板在垂直于所述待测激光雷达发射光路的方向上运动，所述待测激光雷达经发射透镜发射激光光束至所述反射板，所述激光光束经所述反射板反射后得到第一反射激光光束，所述待测激光雷达经接收透镜接收所述第一反射激光光束，所述微控制器对所述待测激光雷达发射的所述激光光束和接收的所述第一反射激光光束的工作参数进行采集和校准。
2.如权利要求1所述的测距精度校准系统，其特征在于，还包括第二电机和挡板；
所述挡板与所述第二电机连接，并设置于所述待测激光雷达和所述反射板之间；
固定所述反射板的位置，所述第二电机带动所述挡板运动，所述待测激光雷达经发射透镜发射激光光束经过所述挡板时会被遮挡部分激光光束，未被遮挡的激光光束沿直线传播至所述反射板，所述未被遮挡的激光光束经所述反射板反射后得到第二反射激光光束，所述待测激光雷达经接收透镜接收所述第二反射激光光束，所述微控制器对所述待测激光雷达发射的所述激光光束和接收的所述第二反射激光光束的工作参数进行采集和校准。
3.如权利要求2所述的测距精度校准系统，其特征在于，所述第二电机带动所述挡板运动包括：
所述第二电机带动所述挡板在垂直于所述待测激光雷达发射光路的方向上运动，或所述第二电机带动所述挡板以所述第二电机为中心旋转运动。
4.如权利要求3所述的测距精度校准系统，其特征在于，所述第二电机设置有旋转装置，用于带动所述挡板进行旋转。
5.如权利要求1所述的测距精度校准系统，其特征在于，还包括固定夹具，所述固定夹具用于固定所述待测激光雷达。
6.如权利要求1所述的测距精度校准系统，其特征在于，所述工作参数包括光束脉冲时间宽度和脉冲前沿时刻；所述微控制器对所述待测激光雷达发射的所述激光光束和接收的所述第一反射激光光束的工作参数进行采集和校准，包括：
采集所述光束脉冲时间宽度和所述脉冲前沿时刻得到实际飞行时间；
根据所述实际飞行时间和预设的理论飞行时间得到飞行时间误差；
根据所述光束脉冲时间宽度和所述飞行时间误差对测距结果进行校准。
7.如权利要求6所述的测距精度校准系统，其特征在于，在根据所述光束脉冲时间宽度和所述飞行时间误差对测距结果进行校准之前，包括：
建立所述光束脉冲时间宽度与所述飞行时间误差的对应关系；
根据所述对应关系得到不同光束脉冲时间宽度下待测激光雷达单点测量的离散度。
8.如权利要求1所述的测距精度校准系统，其特征在于，所述微控制器为单片机。
9.如权利要求1所述的测距精度校准系统，其特征在于，所述微控制器为ARM微处理器。
10.如权利要求1-9任一项所述的测距精度校准系统，其特征在于，还包括底座，所述待测激光雷达安装在所述底座上。
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