[发明专利]一种基于压电电机调节的大视场高分辨率激光扫描系统

说明书

本发明公开了一种基于压电电机调节的大视场高分辨率激光扫描系统，包括由n个测距组件构成的测距模块、反射镜组和扫描模块，在系统中设置定位控制模块；定位控制模块由压电电机、驱动器和定位组件构成；将扫描模块中的二维MEMS振镜与定位组件固定安装，由压电电机控制定位组件调整二维MEMS振镜的空间位置，实现激光扫描系统分辨率倍增与视场角扩展。本发明通过设置精密定位模块改变扫描组件的空间位置，可以显著提高扫描系统的分辨率及视场角，降低对扫描组件性能的要求，扩展激光扫描系统的应用场景。

技术领域

本发明涉及激光扫描技术领域，更具体地说是涉及一种基于压电电机调节的大视场高分辨率激光扫描系统。

背景技术

激光扫描技术可用于快速获取物体表面的三维信息，已广泛应用于工业制造、地形绘制、光电医疗等领域。随着测量需求的扩展，被测物的复杂程度不断增加，对激光扫描系统的分辨力和视场角提出了更高的要求。MEMS振镜作为激光扫描系统的核心部件，可以通过快轴的高频谐振运动与慢轴的低频受迫振动将测量光束反射至被测空间实现三维扫描。然而为了获得高分辨力与大视场的扫描结果，需要在提高快轴的谐振频率的情况下保证振镜逐行扫描的均匀性，同时驱动电路提供更大的驱动力增加振镜的机械转角。这增加了MEMS振镜反射面畸变及断裂的风险，且在实际应用中难以实现。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种基于压电电机调节的大视场高分辨率激光扫描系统，在不改变MEMS振镜扫描频率的情况下增大探测视场角,提高系统分辨力和扫描范围，降低控制难度。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明基于压电电机调节的大视场高分辨率激光扫描系统，其特点是所述系统包括：由n个测距组件构成的测距模块、反射镜组、扫描模块和定位控制模块；

所述测距模块，用于发射和接收测量激光光束，以实现距离测量；

所述反射镜组，用于反射各测距组件发射的测量光束，将其以设定角度入射至扫描模块；

所述扫描模块，其为二维MEMS振镜，用于将测量光束反射至待测空间进行二维扫描；

所述定位控制模块由压电电机、驱动器和定位组件构成；将所述二维MEMS振镜与所述定位组件固定安装，由所述压电电机控制定位组件调整二维MEMS振镜的空间位置，实现激光扫描系统分辨率倍增与视场角扩展。

本发明基于压电电机调节的大视场高分辨率激光扫描系统的特点也在于：所述定位组件是由运动导轨、柔性铰链或蜗轮蜗杆机构构成的回转件，具有回转轴、回转面，以及回转面上的回转中心；设置所述二维MEMS振镜的反射面中心与定位组件的回转中心同心，二维MEMS振镜的慢轴方向与定位组件的回转轴所成夹角γ不大于45°。

本发明基于压电电机调节的大视场高分辨率激光扫描系统的特点也在于：所述定位组件绕其回转轴的转动角度δ为：δα-β/2，其中，α为测距组件发射的测量激光光束与二维MEMS振镜快轴方向的最小夹角，β为二维MEMS振镜的快轴振动方向的最大机械转角。

本发明基于压电电机调节的大视场高分辨率激光扫描系统的特点也在于：以距离二维MEMS振镜反射面中心L位置处为原点O，以平行于振镜快轴方向为X轴，以平行于振镜慢轴方向为Y轴方向，建立坐标系XOY，针对距离L处的被测对象，每个测距组件的测量点的坐标值(X，Y)为：

由定位控制模块根据振镜快慢轴的偏转角度实时调整定位组件绕其回转轴的转动角度δ，用于补偿振镜水平扫描时的枕形失真，调整后的快轴方向扫描角度d_x为：

其中：

ε为所述测距组件的测量激光光束与振镜反射面法线的夹角；