[发明专利]用于形貌扫描的组合式连续调频激光雷达装置及测量方法

说明书

本发明公开了一种用于形貌扫描的组合式连续调频激光雷达装置及测量方法，包括可调谐激光器、扫描定位系统、耦合调节系统、测量干涉系统、辅助干涉系统、数据采集系统等；可调谐激光器用于产生连续调频激光，扫描定位系统用于目标的定位与光束扫描；耦合调节系统用于调节返回光束的光强和耦合效率；测量干涉系统用于光点强度探测以及单点距离的高精度测量，产生测量拍频信号；辅助干涉系统产生辅助拍频信号，利用辅助拍频信号对测量拍频信号进行时钟采样；本发明的一种用于形貌扫描的组合式连续调频激光雷达装置及测量方法，无需合作目标，可以实现静态或者动态目标的二维形貌测量。本发明适合于无合作目标扫描成像、无人驾驶等高精度测量领域。

技术领域

本发明涉及精密计量技术，特别涉及一种用于形貌扫描的组合式连续调频激光雷达装置及表面形貌测量方法，可应用于静态、动态无合作目标的二维扫描测量领域。

背景技术

工作制造快速发展的今天，人们对可测量对象的速度、精度和表面质量的需求越来越高。新一代工业测量的需求朝着快速、高精度、漫反射表面对象测量发展。目前，针对漫反射目标测量的方法主要有立体视觉成像技术和脉冲式激光成像技术。其中，立体视觉成像技术成本低，技术成熟，可拓展性强，对近距离漫反射表面对象测量具有很好的成像效果。但是，该方法的成像效果依赖于照片的质量，对于白色发光表面和光滑表面，以及物体边缘，其成像质量较差。脉冲式激光成像技术，也称时间飞行法测量技术，常用于遥感监测、机载激光雷达、无人汽车等领域.时间飞行法测量技术测量原理简单，系统简便。但是，其测量的精度主要取决于计数电路的精度，故很难突破厘米级精度的限制。

目前，工业装配现场常常采用激光跟踪仪作为校准工具来保证装配的精度，虽然此测量手段有着极高的测量精度。然而，其需要合作靶镜，在测量过程中还要保证激光工作的连续性，在实现大型工件的测量过程中，十分耗费体力和时间，测量效率低。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种用于形貌扫描的组合式连续调频激光雷达装置及表面形貌测量方法，可以在无需靶镜引导的情况下，仅需一个人操作即可快速完成待测表面的二维形貌高精度测量。

本发明所采用的技术方案是：一种用于形貌扫描的组合式连续调频激光雷达装置，包括依次连接的可调谐激光器和光学放大器，所述光学放大器的输出经过第一分束器分为A路和B路，所述A路进入测量干涉系统，所述B路进入辅助干涉系统，所述测量干涉系统和所述辅助干涉系统的输出端共同连接至数据采集系统的输入端，所述数据采集系统的输出端连接至计算机；

所述可调谐激光器用于产生连续扫频激光；

所述测量干涉系统用于光点强度探测以及单点距离的高精度测量，产生测量拍频信号；所述测量干涉系统包括与所述第一分束器的输出端相连接的第二分束器，所述第二分束器的输出端分为C路和D路；所述C路上连接有光纤环形器，所述光纤环形器采用带有第一、第二、第三端口，用来将光循环地从第一端口传输到第二端口，从第二端口传输到第三端口的3端口光纤环形器，所述光纤环形器的第一端口与所述第二分束器相连接，第二端口与扫描定位系统相连接，第三端口连接至第一3dB光纤耦合器的输入端；所述D路上连接有光学衰减器，所述光学衰减器的输出端连接至所述第一3dB光纤耦合器的另一个输入端；所述第一3dB光纤耦合器的输出端连接有光电探测器，所述光电探测器的输出端连接至所述数据采集系统；

所述辅助干涉系统产生辅助拍频信号，利用辅助拍频信号对测量拍频信号进行时钟采样；

所述数据采集系统用于对所述测量干涉系统产生的测量拍频信号以及所述辅助干涉系统产生的辅助拍频信号进行同步采样。

进一步的，所述扫描定位系统用于目标的定位与光束扫描，所述扫描定位系统包括单频可见光激光器，所述单频可见光激光器的输出端和所述光纤环形器的第二端口共同连接至波分复用器的输入端，所述波分复用器的输出端连接有光纤输出镜头，所述光纤输出镜头的前端依次设置有变焦准直镜和扫描振镜，所述扫描振镜设置在被测表面的前方。