一种激光雷达光路装调方法与流程

本发明属于机械设计领域，特别涉及一种激光雷达光路装调方法。

背景技术：

激光雷达光学系统主要包括激光光源、准直镜a、准直镜b、调焦镜、胶合镜组成，如图1所示。激光光源发射激光，激光依次通过准直镜a、准直镜b、调焦镜、胶合镜投射到被测物表面，在物体表面发生反射，探测器接受物体表面返回的光强，从而完成对被测物测量。为了保证测量的准确性，各个镜片安装的相对位置极其严格，尤其是各个镜片的间距与镜片之间的同轴度，因此实现一种适用于激光雷达光路的高精度装调方法具有重要意义。

现有技术中关于光学镜片装调的方法包括：(1)采用经纬仪进行光路装调；(2)利用内窥镜将不可见光示为可见光，达到了对激光光轴进行可视性调整；(3)在反射镜与干涉仪之间的适当位置放置透射镜，根据与干涉仪连接的计算机显示的透射镜云图和干涉图样来对镜片位置进行调整等方法。

但是对于需要封装在一个筒形件中的激光雷达光路，并且要求在调焦电机带动调焦镜在整个调焦行程中调焦镜与其他镜片同轴度不变，这些方法应用于激光雷达光路装调都不是很方便，对光有遮挡或者激光雷达光路装调空间不能满足要求。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出一种激光雷达光路装调方法，操作方便，能够满足激光雷达光路高效率、高精度装调；且调焦镜运动过程中，调焦镜在各个位置均能保证与其他镜片同轴。

本发明的技术方案是：一种激光雷达光路装调方法：该装调方法采用的装调台包括：支撑平台、转台、定心仪立柱和定心仪目镜；所述转台和所述定心仪立柱固定在支撑平台上；所述定心仪目镜安装在定心仪立柱上，使所述定心仪目镜的光轴与所述转台的回转轴轴线重合；所述定心仪目镜能够沿定心仪立柱上下移动；所述转台表面设置有安装台面，令水平面内左右方向为x向，前后方向为y向，竖直方向为z向，所述安装台面具有沿x向平移、沿y向平移以及绕y向转动的自由度；

激光雷达光路装调过程为：

步骤一：将光路外壳竖直放置在所述转台的安装台面上，将所述光路外壳轴线与所述转台回转轴轴线调至重合后，将所述光路外壳固定在安装台面上；

步骤二：根据准直镜a、准直镜b、调焦镜、胶合镜的设计间距与设计曲率计算各个镜面球心像的位置，以确定其在光路外壳中的安装位置；

步骤三：准直镜a的装调：

依据步骤二所确定的安装位置将准直镜a放入光路外壳中，上下移动定心仪目镜调整定心仪目镜位置，保证从所述定心仪目镜中能够观察到所述准直镜a的球心像；然后旋转转台，如果准直镜a的球心像在定心仪目镜中画圆，表明所述准直镜a轴线与转台的回转轴轴线之间存在偏心位移或/和偏心角，通过调整转台的安装台面调整所述准直镜a的位置或/和角度，直到旋转转台时所述准直镜a的球心像在定心仪目镜中的位置不动；然后将所述准直镜a固定在所述光路外壳中；

步骤四：准直镜b的装调：

依据步骤二所确定的安装位置将所述准直镜b放入光路外壳中；调整定心仪目镜位置，保证从所述定心仪目镜中能够观察到所述准直镜b的球心像；然后旋转转台，如果准直镜b的球心像在定心仪目镜中画圆，表明所述准直镜b轴线与所述转台回转轴轴线之间存在偏心位移或/和偏心角，对所述准直镜b的位置或/和角度进行调整，直到旋转转台时所述准直镜b的球心像在定心仪目镜中的位置不动，然后将所述准直镜b固定在光路外壳中；

步骤五：调焦电机和调焦镜的装调：

先调节的运动轴线与所述转台的回转轴轴线重合：

所述调焦电机为直线电机，用于带动所述调焦镜上下移动；将一块镜面上有标记的平面反射镜放置于调焦镜的位置，并与调焦电机的动力输出端通过调整件相连；控制调焦电机带动平面反射镜上下往复运动，转台不动；在定心仪目镜中观察，如果所述平面反射镜镜面上的标记不动，表明所述调焦电机的运动轴线与转台回转轴线重合；否则，调节所述调焦电机的运动轴线，直至所述平面反射镜上下往复运动时，从定心仪目镜中观察到的平面反射镜镜面上的标记不动；

然后调节调焦镜轴线与转台回转轴轴线调重合：

取下平面反射镜，将调焦镜通过调整件安装在所述调焦电机的动力输出端，旋转转台，在定心仪目镜中观察调焦镜的球心像，如果调焦镜的球心像在定心仪目镜中画圆，表明调焦镜轴线与转台的回转轴之间存在偏心位移或/和偏心角，对所述调焦镜的位置或/和角度进行调整，直到调焦镜的球心像在定心仪目镜中的位置不动；

步骤六：胶合镜的装调：

依据步骤二所确定的安装位置将所述胶合镜放入光路外壳中；调整所述定心仪目镜位置，保证从所述定心仪目镜中能够观察到所述胶合镜的球心像；然后旋转所述转台，如果所述胶合镜的球心像在所述定心仪目镜中画圆，表明胶合镜轴线与转台回转轴轴线之间存在偏心位移或/和偏心角，对所述胶合镜的位置或/和角度进行调整，直至旋转转台时所述胶合镜的球心像在定心仪目镜中的位置不动，然后将所述胶合镜固定在光路外壳中。

作为本发明的一种优选方式：所述步骤一中，将所述光路外壳竖直放置于转台的安装台面上后，用千分表测所述光路外壳内圆周面，旋转所述转台，若千分表示数有变化，表明光路外壳轴线与转台回转轴轴线不重合；调整光路外壳在安装台面上的位置，直至旋转转台时千分表示数不变，此时表明光路外壳轴线与转台回转轴轴线重合。

作为本发明的一种优选方式：所述准直镜a和所述准直镜b之间安装有调整套筒a，通过所述调整套筒a保证所述准直镜a与所述准直镜b之间间距。

作为本发明的一种优选方式：所述步骤四中，对所述准直镜b角度的调整通过研磨所述调整套筒a与准直镜b相对的端面来实现；对所述准直镜b位置的调整包括x向和y向的位置调整，位置调整方式为：在所述光路外壳上，准直镜bx向的两端和y向的两端分别设置有顶丝，通过旋拧偏移方向的顶丝实现对所述准直镜b位置的调整。

作为本发明的一种优选方式：所述步骤五中，对所述调焦镜角度的调整通过研磨所述调整件与调焦镜相对的端面来实现；对调焦镜位置的调整包括x向和y向的位置调整，其中y向位置调整通过调节所述调整件的厚度实现，x向的位置调整通过调节调焦镜与研磨调整件在x方向的连接螺钉实现。

作为本发明的一种优选方式：所述胶合镜通过调整套筒b安装在所述光路外壳内部。

作为本发明的一种优选方式：所述步骤六中，对所述胶合镜角度的调整通过研磨所述调整套筒b与胶合镜相对的端面来实现；对所述胶合镜位置的调整包括x向和y向的位置调整，位置调整方式为：在光路外壳上，所述胶合镜x向的两端和y向的两端分别设置有顶丝，通过旋拧偏移方向的顶丝实现对胶合镜位置的调整。

有益效果：

(1)该装调方法适用于对封装在一个筒形件中的激光雷达光路进行装调，能够实现对激光雷达光路高效率、高精度的装调，从而保证激光雷达的测量精度。

(2)通过将调焦电机的运动轴线与其他镜片轴线调为一致能够保证调焦镜在运动过程中，调焦镜轴线与其他镜片的轴线一致。

附图说明

图1为激光雷达光路示意图；

图2为调焦电机运动方向与其他镜片同轴状态示意图；

图3为调焦电机运动方向与其他镜片不同轴状态示意图；

图4为本发明的装调方法所采用的装调台的结构示意图；

图5为装调流程图。

其中：1-支撑平台；2-转台；3-准直镜a；4-调整套筒a；5-准直镜b；6-调焦电机；7-调整件；8-调焦镜；9-光路外壳；10-调整套筒b；11-胶合镜；12-定心仪目镜；13-定心仪立柱、14-激光光源、15-理想轴

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明做进一步的详细说明。

本实施例提供一种适用于激光雷达光路的并且操作方便的光路装调方法，保证激光雷达光路中各个镜片的间距与同轴度，从而保证激光雷达的测量精度。

激光雷达光路包括：光路外壳以及同轴安装在光路外壳内的准直镜a3、准直镜b5、调焦镜8和胶合镜11，其中调焦镜8能够在调焦电机6的驱动在沿其轴线运动。

激光雷达在对不同距离上的被测物进行测量时，需要进行调焦操作，调焦操作由调焦电机6带动调焦镜8直线运动实现。为了保证测量结果的准确性，需要保证调焦镜8在运动过程中，调焦镜8轴线与其他镜片(准直镜a3、准直镜b5和胶合镜11)的轴线一致(同轴)，令调焦镜8、准直镜a3、准直镜b5和胶合镜11同轴的轴线为理想轴15，如图2所示；如果调焦镜8在位置1时调整到与其他镜片同轴，但由于调焦电机6的运动轴线与其他镜片不同轴，当调焦电机6带着调焦镜片8运动到位置2时，便会出现调焦镜8与其他镜片不同轴的现象，如图3所示。

因此安装调焦镜8时，需要首先将调焦电机6的运动轴线与其他镜片轴线调一致，然后再调节调焦镜8与其他镜片同轴。基于此，本实施例提供的装调方法巧妙的借助辅助平面镜，在辅助平面镜镜面上做标记，将调焦电机6的运动轴线与其他镜片轴线调为一致，再用调焦镜8替换平面镜，完成调焦镜8安装。其他镜片借助定心仪进行装调，如果偏差较大，对相应的调整件进行修研，将偏差调至设计范围内，最终完成整体光路装调。

该装调方法采用的装调台如图4所示，包括：支撑平台1、转台2、定心仪立柱13和定心仪目镜12；其中支撑平台1采用大理石平台，转台2采用高精度转台，转台2放置在支撑平台1上；定心仪立柱13支撑在支撑平台1上，定心仪目镜12安装在定心仪立柱13上，使定心仪目镜12的光轴与转台2回转轴的轴线重合；定心仪目镜12能够沿定心仪立柱13上下移动。转台2表面设置有三自由度安装台面，三自由度安装台面具有在水平面内前后、左右移动以及上下俯仰运动的自由度；令如图4所示中水平面内左右方向为x向，前后方向为y向，竖直方向为z向，则三自由度安装台面具有沿x向平移、沿y向平移以及绕y向转动的自由度。

如图5所示，该装调方法的具体的实施过程如下：

(1)将光路外壳竖直放置于转台2的安装台面上，用千分表测光路外壳内圆周面，旋转转台2，若千分表示数有变化，表明光路外壳轴线与转台2回转轴轴线不重合；调整光路外壳在安装台面上的位置，直至旋转转台2时千分表示数不变，表明光路外壳轴线与转台2回转轴轴线重合，将光路外壳轴线与转台2回转轴轴线调重合之后，将光路外壳固定在转台2的安装台面上；

(2)根据准直镜a3、准直镜b5、调焦镜8、胶合镜11的设计间距与设计曲率计算各个镜面球心像的位置，以确定准直镜a3、准直镜b5、调焦镜8、胶合镜11在光路外壳中的安装位置；

(3)依据所确定的准直镜a3的安装位置将准直镜a3放入光路外壳中，上下移动定心仪目镜12调整定心仪目镜12位置，直到准直镜a3的球心像在定心仪目镜12中清晰；然后旋转转台2，如果准直镜a3的球心像在定心仪目镜12中画圆，表明准直镜a3的安装位置不合适，即准直镜a3轴线与转台2的回转轴轴线之间存在偏心位移或/和偏心角，此时需要对准直镜a3位置或/和角度进行调整，对准直镜a3位置或/和角度的调整通过调整转台2的三自由度安装台面实现，直到准直镜a3的球心像在定心仪目镜12中的位置不动，表明准直镜a3调整到正确的安装位，即准直镜a3的轴线与转台2回转轴轴线重合，在准直镜a3周边进行点胶，将其固定在光路外壳中，完成准直镜a3装调；

(4)待准直镜a3周边的胶干之后，在光路外壳中装入调整套筒a4，调整套筒a4用于保证准直镜a3与准直镜b5之间的相对位置(间距)；

(5)将准直镜b5放入光路外壳中，使准直镜a3和准直镜b5分别位于调整套筒a4的轴向两端，调整定心仪目镜12位置，直到准直镜b5的球心像在定心仪目镜12中清晰；然后旋转转台2，如果准直镜b5的球心像在定心仪目镜12中画圆，表明准直镜b5轴线与转台2回转轴轴线之间存在偏心位移或/和偏心角，此时需要对准直镜b5的位置或/和角度进行调整，直到准直镜b5的球心像在定心仪目镜12中的位置不动，表明准直镜b5调整到正确的安装位，即准直镜b5的轴线与转台2回转轴轴线重合，在准直镜b5周边进行点胶，将其固定在光路外壳中，完成准直镜b5装调；

其中对准直镜b5角度(俯仰角度)的调整通过研磨调整套筒a4与准直镜b5相对的端面来实现；对准直镜b5位置的调整包括x向和y向的位置调整，位置调整方式为：在光路外壳上，准直镜b5x向的两端和y向的两端分别设置有顶丝，通过旋拧偏移方向的顶丝实现对准直镜b5位置的调整。

(6)为了确保在整个调焦过程中，调焦镜8的轴线始终与其他镜片同轴，分两步对其进行装调：

首先调节调焦电机6的运动轴线与转台2回转轴轴线重合：

将一块镜面上有标记的平面反射镜放置于调焦镜8的位置，该标记可以为十字丝、圆形标记或者其他形状的标记，调焦电机6为直线电机，调焦电机6的动力输出端通过调整件7与平面反射镜相连，调焦电机6用于带动平面反射镜上下移动；控制调焦电机6带动平面反射镜上下往复运动，转台2不动；在定心仪目镜12中进行观察，如果平面反射镜镜面上的标记不动，说明此时调焦电机6的运动轴线与转台2回转轴线重合；如果平面反射镜镜面上的标记随平面反射镜的上下往复运动而移动，说明此时调焦电机6的运动轴线与转台2回转轴线不重合，此时调节调焦电机6的运动轴线(可以依据调焦电机6运动轴线相对回转轴线的偏移方向在调焦电机6的动力输出端相应位置安装调整垫片实现)直至平面反射镜上下往复运动时在定心仪目镜12中观察到的镜面上的标记不动。

然后调节调焦镜8轴线与转台回转轴轴线调重合：

将带有标记的平面反射镜取下，将调焦镜8安装于调焦电机6上，旋转转台2，在定心仪目镜12中观察调焦镜8的球心像，如果调焦镜8的球心像在定心仪目镜12中画圆，表明调焦镜8的安装位置不合适，即调焦镜8轴线与转台2的回转轴之间存在偏心位移或/和偏心角，需要对调焦镜8位置或/和角度进行调整，直到调焦镜8的球心像在定心仪目镜12中的位置不动，表明调焦镜8调整到正确的安装位，即调焦镜8的轴线与转台2回转轴轴线重合；

其中对调焦镜8角度(俯仰角度)的调整通过研磨调整件7与调焦镜8相对的端面来实现；对调焦镜8位置的调整包括x向和y向的位置调整，其中y向位置调整通过调节调整件7的厚度实现，x向的位置调整通过调节调焦镜8与研磨调整件7在x方向的连接螺钉实现。

(7)在光路外壳中装入调整套筒b10，调整套筒b10用于保证胶合镜11与准直镜b5之间的相对位置(间距)；将胶合镜11放入光路外壳中调整套筒b10上(即胶合镜11的一端与调整套筒b10抵触)，调整定心仪目镜12位置，直到胶合镜11的球心像在定心仪目镜12中清晰；然后旋转转台2，如果胶合镜11的球心像在定心仪目镜12中画圆，表明胶合镜11轴线与转台2回转轴之间存在偏心位移或/和偏心角，此时需要对胶合镜11的位置或/和角度进行调整，直至旋转转台2，胶合镜11的球心像在定心仪目镜12中的位置不动，表明胶合镜11的调整到正确的安装位，即胶合镜11的轴线与转台2回转轴轴线重合，在胶合镜11周边点胶，将其固定在光路外壳中；完成胶合镜11装调。

其中对胶合镜11角度(俯仰角度)的调整通过研磨调整套筒b10与胶合镜11相对的端面来实现；对胶合镜11位置的调整包括x向和y向的位置调整，位置调整方式为：在光路外壳上，胶合镜11x向的两端和y向的两端分别设置有顶丝，通过旋拧偏移方向的顶丝实现对胶合镜11位置的调整。

通过以上七个步骤，完成激光雷达光路的装调。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。