CN219328896U - 一种激光扫描传感器 - Google Patents

Abstract

一种激光扫描传感器，包括盒体及光扫描模组，光扫描模组包括：激光扫描组件及用于分析处理激光扫描组件信息的微处理单元；盒体罩于光扫描模组并将激光扫描组件及微处理单元包裹；激光扫描组件包括电机、偏转装置、隔光组件、光发射器及光感应器。偏转装置由多个镜面作为侧壁围合而成，并由电机驱动转动；偏转装置设有光发射面和光接收面。光发射器发射端对应光发射面，光感应器接收端对应光接收面。隔光组件包括：与转动机构转动连接并将光发射面与光接收面分隔，将发射光路和接收光路分隔的第一隔光板。本实用新型将偏转装置通过隔光组件进行分隔，避免光发射面与光接收面上的光线相互干扰，提高扫描精确度。

Description

一种激光扫描传感器

技术领域

本实用新型涉及一种光扫描器和感测设备，尤其是一种激光扫描传感器。

背景技术

激光扫描传感器包括以下结构：发射器、偏折装置、微处理单元及接收器，发射器发射光线，通过偏折装置将光线折射至扫描面上，光线到达扫描面后经过反射回到偏折装置，偏折装置将返回的光线折射至接收器，接收器接收到光线后经过微处理单元基于TOF方法进行计算，从而得到扫描面内目标点的距离信息。

目前常用的激光扫描传感器中，偏折装置对应发射器设置发射部，对应接收器设置接收部，偏折部按照一定频率进行转动，使发射器射出的光线按照不同的角度折射至扫描面，而接受部为光感应器，接受光反射信号。在一般情况下可以满足使用要求，但是由于光感应器会对全部反射光产生回应，如此导致接收部不但接收发射器发出的光线还会接收到其他光源照射扫描面后反射来的光或其他光源直接照射接收部的光，导致装置扫描结果准确度降低或错乱，严重影响传感器精度，限制传感器使用范围。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供以下方案：

一种激光扫描传感器，包括盒体及光扫描模组，所述光扫描模组包括：激光扫描组件及用于分析处理激光扫描组件信息的微处理单元；所述盒体罩于光扫描模组并将激光扫描组件及微处理单元包裹；所述盒体在激光扫描组件的扫描场位置处设置有透光材质的激光窗口，所述激光扫描组件包括电机、偏转装置、隔光组件、光发射器及光感应器。

所述偏转装置由多个镜面作为侧壁围合而成，并由电机驱动转动；所述偏转装置设有光发射面和光接收面，且光发射面与光接收面之间设有转动机构。

所述光感应器及光发射器均设置于偏转装置同一侧，且光发射器发射端对应光发射面，光感应器接收端对应光接收面。

所述隔光组件包括：与转动机构转动连接并将光发射面与光接收面分隔，将发射光路和接收光路分隔的第一隔光板。

可选的，所述转动机构为：转动凹槽，所述光发射面与光接收面在转动凹槽处设有外延的弧形遮光板，所述第一隔光板在转动凹槽处插入转动凹槽内，并与转动凹槽滑动连接。

可选的，所述转动机构为：密封轴承，所述偏转装置与密封轴承的内圈固定，所述第一隔光板在密封轴承处与密封轴承的外圈固定。

进一步的，所述隔光组件还包括：围绕偏转装置设置的第二隔光板、设置在偏转装置底部和/或顶部，将偏转装置与光扫描模组的其余部件光隔离的第三隔光板；所述第二隔光板在目标扫描朝向处设有与扫描范围对应的开口。

进一步的，所述激光扫描传感器在第二隔光板的开口处还设置有用于标识扫描范围的有色光发射器；盒体对应有色光发射器标识范围设置标识窗口。

所述有色光发射器至少设有2个，且有2个有色光发射器分别沿第二隔光板开口处的发射光偏转边界设置有色光光路。

进一步的，所述盒体在激光窗口上方及下方均设置有遮挡部。

进一步的，所述偏转装置中轴线处设有转轴，所述电机通过驱动转轴转动而带动偏转装置转动；所述光发射面与光接收面之间一一对应平行设置。

进一步的，所述偏转装置的光发射面处固定有转轴，所述电机通过驱动转轴转动而带动偏转装置的光发射面转动；偏转装置的光接收面为固定镜面。

进一步的，所述偏转装置的光发射面处固定有第一转轴，所述偏转装置的光接收面处固定有第二转轴，所述电机包括第一电机和第二电机，其中：所述第一电机受控通过带动第一转轴转动而带动光发射面转动，所述第二电机受控通过带动第二转轴转动而带动光反射面转动。

进一步的，所述光发射面和/或光接收面为与第一隔光板呈倾角的斜面镜。

本实用新型的有益效果为：

1.本实用新型将偏转装置通过隔光组件进行分隔，避免光发射面与光接收面上的光线相互干扰，提高扫描精确度。

2.本实用新型通过特定的偏转装置、光发射器及光感应器设计，使得光感应器仅能接收到特定的光，显著降低了其他光反射至光感应器的可能性，进而在不影响传感器灵敏度的基础上显著提高了传感器的精度。

附图说明

图1为本实用新型内部结构俯视图；

图2为本实用新型内部结构主视图；

图3为拆下隔光板后本实用新型内部结构主视图；

图4为本实用新型外壳主视图；

图5为本实用新型外壳侧视图。

图中：1.盒体；2.光发射器；3.微处理单元；4.第二隔光板；5.偏转装置；6.转轴；7.有色光发射器；8.第一隔光板；9.光接收器；10.第三隔光板；11.电机。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

实施例1

一种激光扫描传感器，如图1、图2、图3、图4所示，包括盒体1及光扫描模组，所述光扫描模组包括：激光扫描组件及用于分析处理激光扫描组件信息的微处理单元3；所述盒体1罩于光扫描模组并将激光扫描组件及微处理单元3包裹；所述盒体1在激光扫描组件的扫描场位置处设置有透光材质的激光窗口101，所述激光扫描组件包括电机11、偏转装置5、隔光组件、光发射器2及光感应器9。

所述偏转装置5由多个镜面作为侧壁围合而成，并由电机11驱动转动；所述偏转装置5设有光发射面504和光接收面505，且光发射面504与光接收面505之间设有转动机构506。

所述光感应器9及光发射器2均设置于偏转装置5同一侧，且光发射器9发射端对应光发射面504，光感应器9接收端对应光接收面505。

所述隔光组件包括：与转动机构506转动连接并将光发射面504与光接收面505分隔，将发射光路和接收光路分隔的第一隔光板8。

该激光扫描传感器的工作原理为：光发射器2接收控制指令后定向发射脉冲光，电机11受控驱动偏转装置5定向定速转动。此时，脉冲光中的一束光传播至光发射面504后被光发射面504偏转，自激光窗口101传播至激光扫描传感器外部，形成激光扫描传感器扫描扇区中的一条感应光线。由于脉冲光是有时间间隔的多道独立光束，而偏转装置5在电机11的带动下持续转动，因此每一道脉冲光束被光发射面504偏转的角度是连续变化的，连续偏转形成的感应光线会以光发射面504为中心形成扇形面，该扇形面一般被称为该激光扫描传感器的扫描范围。电机11受控转动的速度越快，扇面内的感应光线数量越少，感应光线之间的间隔越大，传感器精度越低，反之则传感器精度越高。

每一条感应光线运动至接触遮蔽物后会被遮蔽物表面阻挡并进行漫反射。漫反射光中至少有一束光的回射角度会与感应光线相接近并回射至被光接收面505接收，光接收面505将接收光偏转至光感应器9的感应端。由于光的传播速度极快，因此一束感应光线自发射-偏转-漫反射-偏转-接收的过程会在极短的时间内完成，在这个极短时间内偏转装置5转动的角度几乎可以忽略，因此可以认为被光接收面505接收并偏转至光感应器9的光，与光发射器2发射并偏转的光束为同一光束，且由于本实用新型激光扫描传感器通过光接收面505偏转反射光至光感应器9的感应端，因此对于其他角度进入光接收面505的来自其他光源照射扫描面后反射来的光或其他光源直接照射激光扫描传感器的光，均无法或很低的可能性被光接收面505偏转至光感应器9的感应端。

由于激光扫描传感器的测距原理大部分为TOF技术，即根据发射光和接收光的时间差，基于L＝C*Tn(L为距离，C为光速，Tn为该脉冲光发射-接收的时间差)计算得到反射该束光的目标相对传感器的距离。而光发射器2发射脉冲光的时间间隔是一定的，因此传感器的准确度主要受限于光感应器9是否能准确的获知接收反射光的时间。现有技术由于光感应器9的感应端直接朝向外部，因此光感应器9的感应端可对全部传播至光感应器9感应端的光产生感应，其中包括其他光源照射扫描面后反射来的光或其他光源直接照射激光扫描传感器的光，这就容易造成光感应器9接收反射光的时间出现错误或偏差，进而导致基于TOF技术计算得到的距离值出现错误或偏差。而本实用新型可以控制光感应器9接收的反射光绝大多数可能性来自于光发射器2，因此可显著提高传感器的准确度。

此外，光束再传播过程中一般是直线传播的，因此发射光路和接收光路一般是相互独立的，但是当光被偏转装置5偏转时，虽然绝不部分光束会依照偏转角偏转，但是由于目前无法制造绝对平面或绝对纯净的光反射器，因此人仍然会有部分光再偏转时会朝向非目标方向，并在各组件之间偏转反射，这就容易造成光感应器9接收到这部分被偏转的光而导致误感应，这就是光串扰影响。本实用新型通过加装第一隔光板，将光发射面504与光接收面505分隔，这样就避免了光发射面504偏转的其他角度光照射光感应器9的可能性，从而显著降低了发生光串扰的可能性。

实施例2

基于实施例1所述激光扫描传感器，如图2、图3和图4所示，所述转动机构506为：转动凹槽，所述光发射面504与光接收面505在转动凹槽处设有外延的弧形遮光板501，所述第一隔光板8在转动凹槽处插入转动凹槽内，并与转动凹槽滑动连接。

实施例3

基于实施例1所述激光扫描传感器，所述转动机构为：密封轴承，所述偏转装置与密封轴承的内圈固定，所述第一隔光板在密封轴承处与密封轴承的外圈固定。

实施例2和实施例3的设置可在实现第一隔光板8隔离光串扰的同时不影响偏转装置5的转动，同时为偏转装置5在转动过程中提供支点，避免偏转装置5转动过程中晃动导致偏转光偏离。

实施例4

基于实施例1所述激光扫描传感器，如图2和图3所示，所述隔光组件还包括：围绕偏转装置设置的第二隔光板4、设置在偏转装置5底部和/或顶部，将偏转装置5与光扫描模组的其余部件光隔离的第三隔光板10；所述第二隔光板4在目标扫描朝向处设有与扫描范围对应的开口。

该设置可使得发射光路、接收光路完全光封闭在隔光组件内，避免发射光或接收光被传感器内的其他组件反射导致影响传感器准确度。同时也规避了传感器内其他组件的光串扰至接收光路或发射光路，影响传感器准确度。

实施例5

基于实施例4所述激光扫描传感器，如图2和图3所示，所述激光扫描传感器在第二隔光板4的开口处还设置有用于标识扫描范围的有色光发射器7；盒体1对应有色光发射器7标识范围设置标识窗口102。

所述有色光发射器7设有2个或3个过4个或其他设计数量的个数，且有2个有色光发射器7分别沿第二隔光板4开口处的发射光偏转边界设置有色光光路。如为3个或3个以上有色光发射器，则除了有2个有色光发射器的朝向分别沿第二隔光板开口处的发射光偏转边界设置，其余的有色光发射器均朝向扫描范围内，并标示诸如中心点位置、1/3点位置，1/4点位置等标记位。

由于在使用过程中需要频繁的发射脉冲光以形成密集的扫描光幕，因此脉冲光大部分情况下为不可视光，这样在调试激光扫描传感器时，用户很难获知准确的扫描范围位置是否覆盖了目标检测区域，需要在调试过程中不断改变激光扫描传感器的位置和朝向以进行检测和尝试确认，或工作人员根据工作经验预判，这必然会导致调试工作量的上升以及不确定因素影响加剧。

而采用本实用新型后，可通过有色光标记的方式直接标示出扫描范围，这样在安装调节传感器时，可非常明确的获知传感器扫描范围区域，显著减少了调节工作量和调节准确性。调节完成后控制有色光发射器7关闭即可避免有色光对传感器或目标的影响。

实施例6

基于实施例1所述激光扫描传感器，如图2和图3所示，所述偏转装置5中轴线处设有转轴6，所述电机11通过驱动转轴6转动而带动偏转装置5转动；所述光发射面504与光接收面505之间一一对应平行设置。

该设置可有效实现光发射面504与光接收面505之间的同步转动，采用光发射面504与光接收面505之间一一对应平行设置的方式，可使得发射光和入射光偏转角度和方向几乎一致，从而适应光发射器2和光感应器9之间同排设置的方式，可以简化内部构件的排布复杂程度，在一定程度上降低激光扫描传感器的制造难度。

实施例7

基于实施例1所述激光扫描传感器，所述偏转装置5的光发射面504处固定有转轴6，所述电机11通过驱动转轴6转动而带动偏转装置5的光发射面504转动；偏转装置5的光接收面505为固定镜面。

对于扫描范围扇面角度较小的传感器，可采用如实施例7的设置方式，此时，由于发射光偏转角度较小，因此即使采用固定镜面作为光接收面505，也可以基本实现偏转功能。而采用固定镜的方式可以进一步优化内部结构，减少转动部件数量及转动磨损，提高设备的使用寿命。

实施例8

基于实施例1所述激光扫描传感器，所述偏转装置5的光发射面504处固定有第一转轴，所述偏转装置5的光接收面505处固定有第二转轴，所述电机11包括第一电机和第二电机，其中：所述第一电机受控通过带动第一转轴转动而带动光发射面504转动，所述第二电机受控通过带动第二转轴转动而带动光反射面505转动。

该设置可使得光发射面504和光接收面505可根据需要根据不同的转轴转动，这样在布置内部结构时，可根据需要分开布局光发射面504和光接收面505.

此外，在有些使用情况下，用户希望传感器隐藏在固定装置(如门框、限高架)内部，此时就要求传感器的扫描扇面与传感器呈一定偏角，否侧传感器难以将扫描扇面投射至目标区域。采用实施例8的设置，可通过改变第一转轴和第二转轴的倾斜角，使得偏转出去的光线也呈一定的倾角，从而满足使用要求。

实施例9

基于实施例1所述激光扫描传感器，所述光发射面504和/或光接收面505为与第一隔光板呈倾角的斜面镜。

该设置也可使得光发射面504偏转出去的光线呈一定的倾角，并使得光接收面505可以接收同倾角下的反射光，从而满足特定使用环境下的使用要求。

实施例10

基于实施例1所述激光扫描传感器，如图2所示，所述偏转装置5由4个或3个或5个或6个或其他设计数量的镜面作为侧壁围合而成。偏转装置5顶端设有凹槽502。该设置可显著降低偏转装置5的总质量，降低转动时的电机载荷，从而提高电机控制精度。

每个镜面在连接处设有倒角503。该设置可使得偏转装置5趋向圆形，从而避免偏转装置5镜面接角处与隔光板碰撞造成损伤。

根据本实用新型的一个实施例，如图5所示，所述盒体1在激光窗口101上方设置有第一遮挡部103，下方设置有第二遮挡部104。该设置一方面可起到光遮蔽作用，进一步降低其他光源入射至激光扫描传感器内部被光感应器9接收的可能性，从而进一步提高传感器的准确度。

需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种激光扫描传感器，包括盒体及光扫描模组，所述光扫描模组包括：激光扫描组件及用于分析处理激光扫描组件信息的微处理单元；所述盒体罩于光扫描模组并将激光扫描组件及微处理单元包裹；所述盒体在激光扫描组件的扫描场位置处设置有透光材质的激光窗口，其特征在于：所述激光扫描组件包括电机、偏转装置、隔光组件、光发射器及光感应器；

所述偏转装置由多个镜面作为侧壁围合而成，并由电机驱动转动；所述偏转装置设有光发射面和光接收面，且光发射面与光接收面之间设有转动机构；

所述光感应器及光发射器均设置于偏转装置同一侧，且光发射器发射端对应光发射面，光感应器接收端对应光接收面；

所述隔光组件包括：与转动机构转动连接并将光发射面与光接收面分隔，将发射光路和接收光路分隔的第一隔光板。

2.如权利要求1所述的激光扫描传感器，其特征在于：所述转动机构为：转动凹槽，所述光发射面与光接收面在转动凹槽处设有外延的弧形遮光板，所述第一隔光板在转动凹槽处插入转动凹槽内，并与转动凹槽滑动连接。

3.如权利要求1所述的激光扫描传感器，其特征在于：所述转动机构为：密封轴承，所述偏转装置与密封轴承的内圈固定，所述第一隔光板在密封轴承处与密封轴承的外圈固定。

4.如权利要求1所述的激光扫描传感器，其特征在于：所述隔光组件还包括：围绕偏转装置设置的第二隔光板、设置在偏转装置底部和/或顶部，将偏转装置与光扫描模组的其余部件光隔离的第三隔光板；所述第二隔光板在目标扫描朝向处设有与扫描范围对应的开口。

5.如权利要求4所述的激光扫描传感器，其特征在于：所述激光扫描传感器在第二隔光板的开口处还设置有用于标识扫描范围的有色光发射器；盒体对应有色光发射器标识范围设置标识窗口；

所述有色光发射器至少设有2个，且有2个有色光发射器分别沿第二隔光板开口处的发射光偏转边界设置有色光光路。

6.如权利要求1所述的激光扫描传感器，其特征在于：所述盒体在激光窗口上方及下方均设置有遮挡部。

7.如权利要求1所述的激光扫描传感器，其特征在于：所述偏转装置中轴线处设有转轴，所述电机通过驱动转轴转动而带动偏转装置转动；所述光发射面与光接收面之间一一对应平行设置。

8.如权利要求1所述的激光扫描传感器，其特征在于：所述偏转装置的光发射面处固定有转轴，所述电机通过驱动转轴转动而带动偏转装置的光发射面转动；偏转装置的光接收面为固定镜面。

9.如权利要求1所述的激光扫描传感器，其特征在于：所述偏转装置的光发射面处固定有第一转轴，所述偏转装置的光接收面处固定有第二转轴，所述电机包括第一电机和第二电机，其中：所述第一电机受控通过带动第一转轴转动而带动光发射面转动，所述第二电机受控通过带动第二转轴转动而带动光反射面转动。

10.如权利要求1所述的激光扫描传感器，其特征在于：所述光发射面和/或光接收面为与第一隔光板呈倾角的斜面镜。

Images