專利名稱：數(shù)控掃描式激光測速云臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種激光測速裝置，具體涉及一種用于對靠岸和系泊過程中的船 舶進行測速、測距的裝置。
背景技術(shù)：
采用岸基的船舶平行靠岸監(jiān)測系統(tǒng)對船舶靠岸過程進行監(jiān)測和輔助，是目前航運 業(yè)可以用以減少船舶靠岸事故的重要手段。目前業(yè)內(nèi)只有基于固定激光測距傳感器的岸基 船舶靠岸監(jiān)測系統(tǒng)(以下稱為“固定式系統(tǒng)”)，此類系統(tǒng)假設(shè)激光測距傳感器可能照射到 的靠岸船只船殼為一個規(guī)則平面，然后基于兩個或三個激光反射測距點，判斷靠岸船只的 離岸距離，靠岸速度，靠岸角度以及運動趨勢。其監(jiān)測原理可以歸納為“被動反射的點監(jiān)測 原理”。然而這樣的假設(shè)，一般僅適用于大型油輪的監(jiān)測應(yīng)用。在很多海運應(yīng)用場合中，被 測船殼為異型而非規(guī)則平面，即使有規(guī)則平坦部分也因為潮位與船舶吃水深度變動而大幅 上下變動。由此極大地限制了“固定式系統(tǒng)”岸基船舶靠岸監(jiān)測系統(tǒng)在航運業(yè)的應(yīng)用范圍。目前也有采用將激光傳感器安裝在垂直升降平臺上來的方式來彌補固定“固定式 系統(tǒng)”的不足，我們稱為“升降式系統(tǒng)”。此類系統(tǒng)將激光測速裝置被安裝在位于碼頭外測 的升降平臺上，根據(jù)來船情況通過平臺的升降操作來調(diào)節(jié)激光測距傳感器的高度，以尋找 船殼上的合適監(jiān)測點。此類系統(tǒng)所采用的垂直升降臺在港口腐蝕性環(huán)境中維護十分困難， 且需要繁復(fù)的人工操作，容易產(chǎn)生失誤；其原理還是“被動反射的點監(jiān)測原理”，不能適應(yīng)各 種船殼形狀。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種適用于絕大多數(shù)岸基船舶靠岸監(jiān)測應(yīng)用的，不受目 標船只標高變化與船殼形狀影響實現(xiàn)目標船只自動跟蹤測速測距的激光測速云臺。為達到上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是一種數(shù)控掃描式激光測速云臺， 包括基座、機身及設(shè)置在機身內(nèi)的激光測距傳感器，機身上與所述激光測距傳感器配合開 設(shè)有透射窗口，所述機身由轉(zhuǎn)動驅(qū)動裝置驅(qū)動，與所述基座間構(gòu)成轉(zhuǎn)動連接結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)動軸水 平設(shè)置，所述激光測距傳感器的出射光線轉(zhuǎn)動后相對水平面形成的夾角的極限值為0° 士90°。上文中，機身為殼體式結(jié)構(gòu)，激光測距傳感器設(shè)置在機身內(nèi)，以避免惡劣工作環(huán)境 的影響，透射窗口供激光束和反射光線通過，可以在其上設(shè)置光學(xué)玻璃，在保護機身內(nèi)器件 的同時，包括激光束的透射。機身轉(zhuǎn)動后，激光束出射方向向上或向下偏轉(zhuǎn)，與水平面形成 夾角，該夾角的變化范圍根據(jù)使用場合確定，例如，可以是水平至向下偏轉(zhuǎn)60°，也可以是 向上偏轉(zhuǎn)30°至向下偏轉(zhuǎn)60°，還可以是水平至向下偏轉(zhuǎn)90°，其中，相對水平面的最大 偏轉(zhuǎn)角為其極限角，一般在0° 士90°。上述技術(shù)方案中，機身與基座間的轉(zhuǎn)動連接結(jié)構(gòu)為，在基座上固定設(shè)置有一對支 架，機身經(jīng)轉(zhuǎn)動軸與兩側(cè)的支架轉(zhuǎn)動連接。[0008]所述轉(zhuǎn)動驅(qū)動裝置包括設(shè)置在支架一側(cè)的步進電機(或伺服電機)和減速器，步 進電機的輸出軸經(jīng)減速器連接驅(qū)動所述轉(zhuǎn)動軸。所述轉(zhuǎn)動軸的一端設(shè)有旋轉(zhuǎn)編碼器。上述技術(shù)方案中，云臺在轉(zhuǎn)動時，同步輸出激光測距與角度坐標，并可根據(jù)角度反 饋用步進電機(或伺服電機)相應(yīng)調(diào)整云臺方向。在上述方案的基礎(chǔ)上，也可以通過增加轉(zhuǎn)動軸和驅(qū)動結(jié)構(gòu)實現(xiàn)數(shù)控水平掃描功 能，但仍屬于本實用新型的保護范圍之中。本實用新型的工作原理是在使用時，本實用新型的機身以步進電機(或伺服電 機)驅(qū)動上下轉(zhuǎn)動進行自動連續(xù)掃描，根據(jù)激光測距傳感器及編碼器反饋的距離_角度坐 標自動尋找目標，在捕捉到目標后，對目標進行跟蹤，同時實時計算，目標船只的距離、速度 和靠岸角度。云臺可以通過集成電控系統(tǒng)及軟件程序?qū)崿F(xiàn)全自動操作。與本實用新型配合， 還可以通過設(shè)置網(wǎng)絡(luò)連接(有線網(wǎng)絡(luò)或無線網(wǎng)絡(luò))與監(jiān)控中心配合構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。本 適用新型使用的激光測距傳感器與編碼器為現(xiàn)有技術(shù)，但與步進電機(或伺服電機)組合 使用，以交互式掃描方式定位靠岸船舶為新型應(yīng)用。由于現(xiàn)有技術(shù)方案相比，本實用新型的優(yōu)點是1、由于本實用新型的掃描式激光測速云臺具有可精確控制轉(zhuǎn)動的機身，對目標船 只的輪廓自動連續(xù)掃描并進行“線監(jiān)測”，自動檢測潮位，自動尋找目標，自動跟蹤目標，同 時實時計算出目標的速度和靠岸角度；由此提出了“主動搜索線監(jiān)測原理”，成功解決了“固 定式系統(tǒng)”及“升降式系統(tǒng)”所面臨的問題。2、本實用新型適用范圍廣可適用于各種船殼形狀的目標船只監(jiān)測，船只標高變 化極大、氣候條件極惡劣的場合也能可靠工作。由于既可垂直掃描，也可水平掃描，因此，大 大擴展了激光測速、測距應(yīng)用的功能和范圍；兼容性好兼容現(xiàn)有用于船舶靠岸漂移監(jiān)測的固定式靠岸監(jiān)測系統(tǒng)；可靠性高無人值守自動連續(xù)掃描監(jiān)控；安裝不受潮位影響性價比佳功能上可兼作潮位監(jiān)測使用，避免重復(fù)投入設(shè)備；擴展性優(yōu)可根據(jù)實際需要定制策略和參數(shù)。3、本實用新型使用自動化數(shù)控云臺，帶動激光測距傳感器主動掃描并追蹤被測船 舶的截面；然后以測得船舶界面輪廓，判斷船舶的離岸距離，靠岸速度，靠岸角度以及運動 趨勢。這個系統(tǒng)的監(jiān)測原理不受船殼異型或者船殼標高變化的影響。此外本系統(tǒng)安裝在港 口最高水位之上，其安裝也不受潮位影響。因此運用本原理的港口激光測速測距系統(tǒng)適用 于絕大多數(shù)港口岸基船舶靠岸監(jiān)測應(yīng)用，從而實現(xiàn)將岸基船舶平行靠岸監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用到整 個航運業(yè)。

圖1是本實用新型實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的左視圖；圖3是圖1的俯視圖；圖4是實施例中的云臺在激光靠泊系統(tǒng)中的應(yīng)用示意圖。其中1、基座；2、支架；3、墊塊；4、步進電機；5、光學(xué)玻璃；6、減速器；7、激光測距傳感器；8、轉(zhuǎn)動軸；9、旋轉(zhuǎn)編碼器；10、機身；11、電氣箱。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述實施例參見圖1至圖3所示，一種數(shù)控掃描式激光測速云臺，包括基座1、機身10 及設(shè)置在機身內(nèi)的激光測距傳感器7，機身上與所述激光測距傳感器配合開設(shè)有透射窗口， 其上覆蓋有光學(xué)玻璃5，所述機身由轉(zhuǎn)動驅(qū)動裝置驅(qū)動，與所述基座間構(gòu)成轉(zhuǎn)動連接結(jié)構(gòu)， 轉(zhuǎn)動軸水平設(shè)置，所述激光測距傳感器的出射光線轉(zhuǎn)動后相對水平面形成的夾角的極限值 為 0° 士90°。本實施例中，機身10與基座1間的轉(zhuǎn)動連接結(jié)構(gòu)為，在基座1上固定設(shè)置有一對 支架2，機身經(jīng)轉(zhuǎn)動軸8與兩側(cè)的支架2轉(zhuǎn)動連接，為減小振動，可以設(shè)置一對墊塊3。所述 轉(zhuǎn)動驅(qū)動裝置包括設(shè)置在支架一側(cè)的步進電機4和減速器6，步進電機4的輸出軸經(jīng)減速 器6連接驅(qū)動所述轉(zhuǎn)動軸8。在所述轉(zhuǎn)動軸8的另一端設(shè)有旋轉(zhuǎn)編碼器9。在基座1的背 側(cè)設(shè)置有電氣箱，用于容納和保護控制電路。參見附圖4，本實例的數(shù)控掃描式激光測速云臺可以應(yīng)用于自動掃描船舶激光靠 岸監(jiān)測系統(tǒng)中船舶激光靠岸監(jiān)測系統(tǒng)，包括1.數(shù)控掃描式激光測速云臺；控制角度的精度可達0.018°，監(jiān)測驅(qū)動角度的精 度小于0.1°，響應(yīng)時間為毫秒級。高精度激光傳感器，100-500米各型測距傳感器，精度為 厘米級2. MMCS-LIS多功能現(xiàn)場終端；接收各種傳感器型號，內(nèi)置控制邏輯，響應(yīng)智能指 令；船舶激光靠岸監(jiān)測系統(tǒng)整合各種傳感器、控制設(shè)備、計算設(shè)備、信息系統(tǒng)，以全自 動操作為港口用戶提供可靠的靠泊相關(guān)參考。工作人員啟動中心終端電源后，靠岸系統(tǒng)管理軟件自動啟動。當需要進行船舶靠 岸作業(yè)時，只需要選擇相應(yīng)的泊位，輸入相應(yīng)航次信息，系統(tǒng)即開始監(jiān)測。系統(tǒng)首先讀取水位，并開始對水位以上的空間進行快速掃描；在確定靠岸船只的 大致位置后，對被測船只截面輪廓進行連續(xù)跟蹤掃描，并根據(jù)測得輪廓的位置及位置變化， 計算出船只的靠岸角度，船頭-船尾靠岸速度，離岸距離和運動趨勢；將測得結(jié)果自動存 儲，顯示，發(fā)布在各終端上，直到被測船只離開碼頭。在此過程中，所有監(jiān)測數(shù)據(jù)將于各級報 警預(yù)設(shè)值進行比較，發(fā)現(xiàn)報警就通過預(yù)設(shè)策略在所有終端和渠道上進行發(fā)布，例如各終端 顯示屏，聲光報警器，打印機，以及其他遠程信息系統(tǒng)等。
權(quán)利要求一種數(shù)控掃描式激光測速云臺，包括基座(1)、機身(10)及設(shè)置在機身(10)內(nèi)的激光測距傳感器(7)，機身(10)上與所述激光測距傳感器(7)配合開設(shè)有透射窗口，其特征在于所述機身(10)由轉(zhuǎn)動驅(qū)動裝置驅(qū)動，與所述基座(1)間構(gòu)成轉(zhuǎn)動連接結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)動軸(8)水平設(shè)置，所述激光測距傳感器的出射光線轉(zhuǎn)動后相對水平面形成的夾角的極限值為0°～±90°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)控掃描式激光測速云臺，其特征在于機身(10)與基座 (1)間的轉(zhuǎn)動連接結(jié)構(gòu)為，在基座(1)上固定設(shè)置有一對支架(2)，機身(10)經(jīng)轉(zhuǎn)動軸(8) 與兩側(cè)的支架(2)轉(zhuǎn)動連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)控掃描式激光測速云臺，其特征在于所述轉(zhuǎn)動驅(qū)動裝置 包括設(shè)置在支架⑵一側(cè)的步進電機⑷和減速器(6)，步進電機⑷的輸出軸經(jīng)減速器 (6)連接驅(qū)動所述轉(zhuǎn)動軸(8)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)控掃描式激光測速云臺，其特征在于在所述轉(zhuǎn)動軸(8) 的一端設(shè)有旋轉(zhuǎn)編碼器(9)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的數(shù)控掃描式激光測速云臺，其特征在于機身在轉(zhuǎn)動時， 同步輸出距離-角度坐標。
專利摘要本實用新型公開了一種數(shù)控掃描式激光測速云臺，包括基座、機身及設(shè)置在機身內(nèi)的激光測距傳感器，機身上與所述激光測距傳感器配合開設(shè)有透射窗口，其特征在于所述機身由轉(zhuǎn)動驅(qū)動裝置驅(qū)動，與所述基座間構(gòu)成轉(zhuǎn)動連接結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)動軸水平設(shè)置，所述激光測距傳感器的出射光線轉(zhuǎn)動后相對水平面形成的夾角的極限值為0°～±90°。由于本實用新型的掃描式激光測速云臺具有可精確控制轉(zhuǎn)動的機身，對目標船只的輪廓自動連續(xù)掃描并進行“線監(jiān)測”，自動檢測潮位，自動尋找目標，自動跟蹤目標，同時實時計算出目標的速度和靠岸角度。
文檔編號G01P3/36GK201707345SQ20102022841
公開日2011年1月12日 申請日期2010年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者夏為民, 湯國平, 虞偉, 邱翔, 陳祖慎 申請人:智達工程技術(shù)(蘇州)有限公司;虞偉;湯國平