二维激光扫描仪GY-300

2023-07-07 13:40


二维激光扫描仪GY-300






用户手册 V1.0




目录

1    简介

2    提示

2.1    安全提示

2.2    操作安全提示

2.3    操作建议

2.4    责任范围

3    作环境

4    产品描述

4.1    产品型号

4.2    产品系列

4.3    技术指标

4.4    工作参数

4.5    接口说明

4.6    结构尺寸

4.7    部件说明

4.8    指示灯

4.9    设备接口

4.10    应用场景

4.11    包装

5    安装与测量

5.1    设备安装

5.2    I/O线缆连接

6    工作原理

6.1    测距原理

6.2    扫描原理

6.3    被测物体表面对测量的影响

6.4    光斑与距离的关系

6.5    最小被测物尺寸

6.6    多回波时的数据输出

7    维护   

7.1    日常维护   

7.2    固件升级   

7.3    维修   

8    可选配件   

8.1    安装支架   

8.2    安装支架尺寸图   

8.3    户外防护罩   

8.4    户外防护罩尺寸图   

9    版本记录   

1.简介

GY-300激光扫描仪是一款二维激光扫描仪,可以测量激光扫描仪与目标物之间的距离。

GY-300具有190°的视角以及最大260米的探测距离,为用户提供非常广阔的探测范围。

GY-300的角分辨率最小达0.0312°,光斑发散角为3mrad,能够分辨远处的细小目标物重复频率高达300kHz,每秒30万个点云数据,为用户提供了更多的细节信息。

GY-300具有多回波处理技术,在雨雪雾等复杂天气环境下仍然能够正常工作主要应用在轮廓扫描,区域防护,障碍测量,智能交通,地理信息等领域。

2.提示

2.1安全提示

请仔细阅读安全提示,按照提示所述规范操作。


 激光辐射危险

本设备含有激光发射装置,请按照操作手册规范操作,避免造成人眼损伤。


 高压危险

本设备内部有高压电,非授权人员请勿自行拆卸,避免触电危险。


 插拔危险

本设备的接头不支持热插拔,请确认断电之后再操作。

 跌落危险

本设备没有做防摔防撞设计,避免设备发生跌落或者剧烈碰撞,否则可能会损坏内部光学元件。


2.2操作安全提示

本设备的测量激光波长905nm,根据国际电工委员会标准(IEC 60825-1),该激光安全等级1级。

激光安全等级1级的说明:

基于现有的医学知识,被认为是安全的。

在任何条件下,眼睛都不会受到光学辐射的伤害。

虽然存在有伤害性的激光,但被放置在级别1的密封产品里,没有任何有害辐射能逃出封闭装置。

图2-1 安全说明

2.3操作建议

 本设备的光学部件必须保持光洁无污垢和灰尘请不要用手直接触碰激光发射窗口。

 清洁面罩时请小心,需使用光学清洁布,不能使用尖硬物体,避免划伤面罩,否则会影响测量的准确性。

 避免在过热的环境中存储和使用该设备,该设备没有高温自动关闭功能,长时间处于高温环境下会影响设备的使用寿命。


 本设备具备IP67防护等级,可以抵抗泼水和短时间浸水的影响,请注意IP67防护等级的防护情况。

如果设备需要长期工作在室外环境,建议为该设备加装防水装置,室外的昼夜温差会使水汽进入设备内部而损坏设备。

设备在正常工作时,请勿带电插拔所有连接线和接口。

2.4责任范围

制造商不接受因下列原因造成的损害赔偿责任:

  • 未能遵守操作规程

  • 不正确的使用设备

  • 未经授权的拆解改造

  • 使用未经授权的零件、耗材及配件

由于产品更或技术更新,实际的交付产品可能会与本文所描述有所差别请用户联系制造商获取最新说明文档联系制造商确认所需信息

3.工作环境

工作电压 24V DC ±15%

工作温度范围-30~50℃


正确的使用方法:

  • 接入24V DC ±15%内的电源电压

  • 注意使用环境符合本设备的工作条件

  • 使用环境符合IP67要求


不当的使用方法:

  • 正对着太阳测量或者对准其他的强光源测量

  • 在超高温环境中使用

4.产品描述

4.1产品型号

产品型号说明如下:

4.2产品系列


表4-1 产品系列


规格型号
场景类型
量程
硬件接口
GY-300-260-320
室外型
260
1个网络口,1个电源接口
GY-300-260-321
室内型


GY-300-120-320
室外型
120
1个网络口,1个电源接口
GY-300-120-321
室内型


GY-300-260-322
室外型
260
1个网络口,1个电源接口,1I/O接口,1个通讯接口
GY-300-260-323
室内型


GY-300-120-322
室外型
120
1个网络口,1个电源接口,1I/O接口,1个通讯接口
GY-300-120-323
室内型




4.3技术指标

表4-2 技术指标


参   数
GY-300-260-32X
GY-300-120-32X
扫描角度
Max 190°(可在设置参数中调整)

扫描频率
15/25/35/50 Hz

响应时间
10ms

测量距离@90%反射
室外/室内
200m/260m
80m/120m
测量距离@10%反射
室外/室内
80m/100m
40m/60m
系统精度(PV值,90%目标反射)
±25 mm@80m
±13 mm@50m
±8 mm@20m
±12 mm@40m
±7 mm@20m
±5 mm@5m
统计精度(1σ,90%目标反射)
±11 mm@80m
±5 mm@50m
±4 mm@20m
±7 mm@40m
±4 mm@20m
±4 mm@5m
系统精度(PV值,10%目标反射)
±80 mm@80m
±40 mm@50m
±15 mm@20m
±30 mm@40m
±15 mm@20m
±8 mm@5m
统计精度(1σ,10%目标反射)
±30 mm@80m
±10 mm@50m
±5 mm@20m
±12 mm@40m
±5 mm@20m
±4 mm@5m
测量盲区
2m
0.5m
光束发散角
3mrad

回波次数
5

激光波长
905nm

激光等级
1级人眼安全

数据接口
Ethernet(TCP/IP) 10/100 Mb/s


RS-422/RS-232 1900Kb/s(选配)

开关量输入/输出
4/6(选配)

防护等级
IP67

抗环境光
70000lx

外形尺寸
158mm×199mm×159mm

重量
3.6kg

角度分辨率单位:度
0.0312/0.0625/0.125/0.25/0.5/1/@15Hz
0.0625/0.125/0.25/0.5/1/@25Hz
0.0625/0.125/0.25/0.5/1/@35Hz
0.125/0.25/0.5/1/@50Hz

加热功能


注:X代表0,1,2,3;

仅列出室内测试的技术指标,测试条件为常温环境,开机稳定10分钟,光斑全部垂直入射到探测目标表面

该三维尺寸包含连接插头

4.4工作参数

表4-3 电气特性


输入电压
24V DC(±15%)
功耗
22.0W 不加热
72.0W   加热
外部触发输入(TRIG)电压范围
3.3~24 V
开关量输出电压
24 V
开关量输出电流
0.2 A



表4-4 工作环境


工作温度
-30~+50
存储温度
-30~+70
相对湿度
15%~90%



4.5接口说明


如右图:

1:电源接口

2:通讯接口(选配)

3:I/O接口(选配)

4:网络接口


表4-5 电源接口说明(雷达接口



管脚
功能
说明

1
+24V
供电正管脚

2
+24V
加热&电机供电的正管脚

3
0V
供电负管脚

4
GND
保护地

5
0V
加热&电机供电的负管脚


注:管脚1和2对应的电源线需同时接+24V,管脚3和5对应的电源线需同时接0V,管脚4接电源保护地。

电源线颜色:+24VDC—棕色;+24VDC—白色;0V—蓝色;0V—灰色;GND—黑色。

表4-6 网络接口说明(雷达接口



管脚
功能
说明

1
TX+
10/100M以太网接口

2
RX+
10/100M以太网接口

3
TX-
10/100M以太网接口

4
RX-
10/100M以太网接口



表4-7 通讯接口说明(雷达接口


管脚
功能
说明

1
VS OUT
开关量输出12的电源

2
RD–/RxD
RS-422/RS-232接收

3
OUT1
开关量输出1

4
GND RS, CAN
RS-422/RS-232/CAN总线的地

5
OUT2
开关量输出2

6
Debug_RxD
调试串口接收

7
TD–/TxD
RS-422/RS-232发射

8
Debug_TxD
调试串口发射

9
RD+
RS-422接收

10
TD+
RS-422发射

11
CAN L
CAN 总线低

12
CAN H
CAN总线高


注:①部分机型含有通讯接口。

②开关量输出口1固定上报扫描遮挡告警信号。


表4-8 I/O接口说明(雷达接口


管脚
功能
说明

1
VS OUT3-6
开光量输出3-6共用电源

2
GND IN1/2
开关量输入1/2共用

3
IN1
开关量输入1

4
GND IN3/4
开关量输入3/4共用

5
IN2
开关量输入2

6
IN3
开关量输入3

7
GND OUT3-6
开关量输出3-6共用地

8
IN4
开关量输入4

9
OUT3
开关量输出3

10
OUT4
开关量输出4

11
OUT5
开关量输出5

12
OUT6
开关量输出6


注:部分机型含有I/O接口。


4.6结构尺寸

图4-1 结构尺寸(不含I/O接口和通讯口)

图4-2 结构尺寸(含I/O接口和通讯口)


4.7部件说明








图4-3 部件说明

1 LED显示板                    7 后面外壳

2 前面外壳                    8 安装固定孔

3 电源接口                    9 防护罩

4 通讯接口(选配)            10 电源背板

5   I/O接口(选配)            11 安装固定孔

6 网络接口


4.8指示灯

4-4 指示灯分布示意图







4-9 前面板指示灯说明


指示灯
功能
说明
W
工作指示灯
亮:模块正常工作
灭:模块非正常工作
Q1
开关量指示灯
预留
Q2
开关量指示灯
亮:开关量Q2输出有效
灭:开关量无输出
M
电机指示灯
绿色亮:电机正常运转
红色亮:电机不工作,需检修
橙色亮:电机转动不稳定
灭:电机停止
X
扫描视野遮挡告警功能
红灯亮:0.5以内视野被遮挡(三分钟延时,影响雷达测试,需检查视野遮挡情况或擦拭面罩
橙色亮:0.5以内视野被遮挡,但不影响测试
灭:视野无遮挡或遮挡告警功能关闭
SEG
状态显示

数码管状态显示见表《数码管显示说明》



4-10 数码管显示说明


显示
状态
说明
初始状态激光器没有打开
正常
初始化完成,正常工作
正常
初始化中
上电或复位之后的模块初始化中,正常
初始化失败
初始化失败,请重新启动或联系厂家
GY-300错误
返厂维修
温度过低

检查加热功能是否打开

等待加热加热

温度过高,或加热器异常

检查环境温度是否过高

返厂维修

温度超高,模块进入自动保护状态

检查环境温度是否过高

返厂维修


4.9设备接口

网络接口:

GY-300的数据接口是以太网口,以太网接口的数据传输速率为10/100 Mbit/s,该接口是一个支持全双工和半双工的TCP/IP接口。

GY-300的配置和数据输出都通过以太网接口实现。

以太网接口的出厂设置如下

IP地址192.168.100.105

子网掩码:255.255.254.0

TCP端口2400

用户也可以自己设定以太网地址。

注意:用户设置了以太网参数之后,应该保存参数,这样在重启之后参数仍然有效。

I/O口(部分型号配置):

GY-300提供I/O接口用于扩展雷达报警功能,提供6组开关量输出口。

通讯口(部分型号配置):

GY-300提供通讯接口用于串口(RS232/RS422)通信。


4.10应用场景

GY-300主要有以下用途:

测量物体的距离

探测设定范围内是否有障碍物如有则触发相关报警

根据这用途可以列举如下的应用场景

智能港口,集装箱装载/搬运/定位

智能交通

机器人/无人车

区域安防

地理信息

工业AGV(Automated Guided Vehicle)

4.11包装

产品包装盒中包含以下部件

表4-11 产品包装清单


规格型号
清单
GY-300-260-320/
GY-300-260-321
含雷达、5米24V电源线、2米网线、无尘布、测试单
GY-300-120-320/
GY-300-120-321
含雷达、5米24V电源线、2米网线、无尘布、测试单
GY-300-260-322/
GY-300-260-323
含雷达、5米24V电源线、2米网线、1.5米I/O线缆、1.5米通讯线缆、无尘布、测试单
GY-300-120-322/
GY-300-120-323
含雷达、5米24V电源线、2米网线、1.5米I/O线缆、1.5米通讯线缆、无尘布、测试单




5.安装与测量

5.1设备安装

安装要求:

  • 必须安装在坚固的结构上

  • 必须远离冲击震动源

  • 远离热源

  • 避免太阳光直射

  • 连接航空插头接线,必要时可以使用钳子等工具,把航空插头安装完整。


安装准备:

  • 打开设备外包装

  • 检查设备是否完好,检查配件是否齐全,配件看章节4.3

  • 准备适合M6型号螺钉内六角螺丝刀(用于固定设备)。


安装步骤:

  • 选择合适的安装位置;

  • 螺钉固定设备


安装方式

采用安装架安装在模块上之后,直接使用安装架挂在安装表面上

 5-1 安装方式


5.2 I/O线缆连接

GY-300的开关量输入连线

5-2 开关量输入的非浮空连接方式



5-3 开关量输入的浮空连接方式


GY-300开关量输出的连线

图5-4 开关量输出1/2连接PLC示意图


图5-5 开关量输出36连接PLC示意图

6.工作原理

6.1测距原理

激光测距设备通过测量设备所发射的激光信号和目标反射的激光信号之间的时间来计算设备与目标之间的直线距离。

如图所示,激光测距设备发射一束激光,激光照射到待测目标后产生反射,激光接收器收到目标反射的激光后记录下发射和接收之间的时间差,由公式计算出激光测距设备与目标之间的距离d,其中c为激光在空气中的传播速度


6-1 激光测距原理示意图

6-2 测距脉冲传输示意图

6.2扫描原理

GY-300内部由电机带动反射镜旋转,激光信号照射到旋转的反射镜上之后射出。GY-300的扫描面为一个扇面。在扫描过程中,如果激光照射在物体上并产生

反射,GY-300接收反射激光并以距离和角度的形式给出该物体的位置。GY-300使用的激光波长为905nm,该波长的激光信号不能透视物体,因此被遮挡的部

分不可见。

6-3 激光扫描原理

GY-300内部电机可设置的旋转周期为15Hz/25Hz/35Hz/50Hz。在设置好角分辨率之后,电机每次转到所设定的角度之后会发射测量激光。角分辨率越小,

在一个角度内的测量点越多,所得到的被测物细节越多。

GY-300支持的角分辨率为0.0312/0.0625/0.125/0.25/0.5/1,不同扫描频率所支持的最小分辨率不同,详情请查看4.3章 技术指标


6.3被测物体表面对测量的影响

通常定义柯达白板(Kodak white material)的表面反射率为100%,根据这一定义光亮表面的反射率一般会大于100%,如镜面物体,反射镜等。

激光照射在大多数物体表面时会发生漫反射,反射光会向各个方向发散。反射率会随着物体表面结构和颜色的不同而不同。

明亮表面反射率比黑暗表面的反射率高,射率高的物体,能被探测的距离也更远。

明亮的白色灰泥反射率约为100%,黑色泡沫橡胶约2.4%。在非常粗糙的表面,由于部分反射能量被粗糙表面遮挡,导致返回的能量变小而引起探测范围变小。

根据反射定律,反射角等于入射角。如果激光垂直入射到物体表面,则激光能量得到最佳反射。激光光束与物体表面的夹角越小,则反射能量越小。

如果被测物体是细小物体,尺寸小于激光束的直径,只会有一部分激光照射在物体上,没有照射到该物体上的激光会继续向前传播。如果细小物体返回的

总激光能量不够,则无法检测到该细小物体。如果打开了多回波功能,那么细小物体后面的物体会返射剩余的能量,从而产生第二个甚至多个回波。


6-4 细小物体的反射图


6.4光斑与距离的关系

随着测量距离的增加,GY-300的光斑直径也会相应增加。

光斑直径与测量距离的关系是:

光斑直径(mm)=距离(mm) *发散角(rad) + 初始光斑直径(mm)

GY-300的发散角为3mrad,初始光斑大小为13mm*4mm。

图 6-5 光斑发散示意图



表6-1 光斑与距离的关系


距离(单位:米)
光斑直径(单位:毫米mm)
10
43
30
103
50
163
80
253
100
313
150
463
200
613



随着测量距离的增加,光斑之间的距离同样也在增加光斑之间的距离和角分辨率的选择也有关系角分辨率越小,光斑之间的距离越小,测得物体的细节越多。

光斑之间的距离计算公式光斑间距=距离 * tan(角分辨率)


 图6-6 角分辨率示意图


6.5最小被测物尺寸

为了能够准确的测到一个物体,必须有至少一个光斑完整的照射在物体上


6-7 最小被测物尺寸示意图

如上图所示,对于同一物体的多次测量中,至少每次都有一个完整的光斑照射在物体上,才能每次都准确探测到该物体(前提是物体的反射率满足要求)。

最小被测物尺寸的计算公式:

    最小尺寸=光斑直径 + 光斑间距

其中

光斑直径(mm = 距离(mm) * 发散角(rad) + 初始光斑直径(mm)

光斑间距 = 距离 * tan(角分辨率)

由以上公式可以知道,角分辨率越小,发散角越小,被探测物体的尺寸越小,能探测到的物体细节越多。

注意:对于需要使用GY-300输出测量数据的应用情况,虽然照射一次也可以输出结果,但如果要得到准确可靠的测量数据,激光光斑必须完整的照射在物体

上多次才更可靠。同时应该尽量保证GY-300与被测物的相对位置不发生改变


6.6多回波时的数据输出

GY-300支持多达5个回波信号的处理。


图6-8 多回波示意图

GY-300在雨雾冰雪等天气条件下工作时,发射的激光脉冲可能会在传播途径中产生多个弱反射,虽然每次遇到障碍物都会损失一部分激光能量,但最终剩余

的激光能量会照射在被测物体上产生一个强反射。如果多个回波信号的能量达到了探测门限,这些回波会被识别成有效回波。GY-300可以通过数据接口将所

有的回波信息输出。用户可以根据具体的使用场景来选择多回波的输出模式。

多回波的输出模式包括:

  • 输出第一个回波数据

  • 输出最后一个回波数据

  • 输出最强回波数据


建议:在恶劣的天气条件下,或者实际使用中需要透过玻璃窗口测量的情况下,设置返回最后一个回波会得到更准确的测量数据。

如果确实需要透过玻璃窗口来测量,尽量使玻璃窗口与GY-300有一个小于90度的夹角(不要垂直射到玻璃表面)。

7.维

7.1日常维护

日常维护时请遵循如下建议

光学窗口表面的灰尘可以用吹风机除去。

不正确的清洗可能导致设备损坏,只使用推荐的清洁剂,如无水酒精、异丙醇等。

不能使用尖锐物体清洁。

不要打开设备否则保修义务不再适用。

不要松开设备的螺钉。


7.2固件升级

本设备固件程序支持网口在线升级,升级文件由厂商提供。


7.3维修

如果需要修理工作,请将设备发给经销商或制造商,或通过电话或电子邮件联系我们。

确保安全包装并提供使用条件(应用程序、安装条件、环境条件)的信息。

8.可选配件

8.1安装支架

图8-1 安装支架


8.2安装支架尺寸图

图8-2 安装支架尺寸图


8.3户外防护罩

     


图8-3 户外防护罩


8.4户外防护罩尺寸图

图8-4 户外防护罩尺寸图

9.版本记录


版本
日期
修改记录
备注
V1.0
20230706
起草