一种新型激光扫描投影装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种新型激光扫描投影装置，能够对被投影目标物体位置和姿态实时自动检测，自动获取新的位置和姿态信息后重新解算坐标转换关系。包括激光器、激光调谐单元、激光分束模块、双轴扫描振镜模块、视觉测量模块、光强反馈探测模块、数据采集处理及控制模块、上位机控制器；激光器、激光调谐单元、激光分束模块、双轴扫描振镜模块沿光路方向依次设置，视觉测量模块的坐标系与视觉测量模块的坐标系的某一轴共线或某两轴共面；由各背向反射合作目标反射的激光光强信息沿原光路返回并送入光强反馈探测模块；视觉测量模块及光强反馈探测模块分别与数据采集处理及控制模块通讯连接；上位机控制器与数据采集处理及控制模块通讯连接。

A new laser scanning projection device

【技术实现步骤摘要】
一种新型激光扫描投影装置
本专利技术属于先进光电测试仪器领域，尤其涉及一种新型激光扫描投影装置，具体应用于先进制造装配领域中的智能辅助装配定位等。
技术介绍
激光扫描投影仪主要应用于先进智能制造装配领域，该仪器可依据待加工或待装配零部件的三维CAD数模驱动双轴扫描振镜进行高精度偏转，使激光器出射的光线被快速转折，从而在三维空间中的目标投影位置处显示出由激光光线快速循环扫描形成的零部件外形轮廓线框。该激光轮廓线框明亮、清晰可见，并能够准确地显示在零部件待安装或加工的空间三维位置上。利用激光三维扫描投影仪器的这一特性，能够解决技术操作人员在制造装配现场难于找出精准参考位置的重要难题，使原本仅标记于CAD数模图纸上的相关制造装配信息更直观、准确、实用地呈现于制造装配现场的目标操作位置，有效地将CAD数模与制造、装配工艺衔接起来，从而实现智能化的辅助加工和装配指导。在进行投影操作前，需要建立投影仪器与被投影目标物体间准确的坐标转换关系，才能将CAD数模中任意点或任意坐标值转换为双轴振镜的转角值，进而控制双轴振镜完成对应角度的偏转，最后在被投影目标物体的准确位置上扫描投影出CAD数模中零部件的准确形状。现阶段的激光扫描投影装置，大多需要通过键盘、鼠标或遥控器等装置人工手动控制激光光束的偏转，将激光扫描光束引导至被投影目标物体上的合作目标附近，再控制激光扫描投影系统对至少六个合作目标进行扫描，依次对合作目标完成扫描后，方可建立起投影仪器与被投影目标物体间的坐标转换关系。该坐标转换关系建立和求解的操作耗时长、操作复杂、降低装配效率以及产品质量。更严重的问题是，在制造装配现场，被投影目标物体不可避免的会产生位置和姿态的变动，位置和姿态的变动会导致投影图形位置出现偏差，也就无法依据激光扫描投影图形实现准确的零部件安装定位等操作。现有技术均需要人为介入再次使用遥控装置对合作目标进行上述引导、扫描过程，以重新建立激光扫描投影仪器与被投影目标物体间的坐标转换关系，才能重新完成准确位置上的激光扫描投影。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种新型激光扫描投影装置，能够实现对被投影目标物体位置和姿态的实时自动检测，能够自动获取新的位置和姿态信息后重新解算坐标转换关系，从而实现对投影图形的位置偏差实现实时校正。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的，结合附图：一种新型激光扫描投影装置，包括激光器1、激光调谐单元2、激光分束模块3、双轴扫描振镜模块4、视觉测量模块5、光强反馈探测模块6、数据采集处理及控制模块7、上位机控制器8、被投影目标物体11；激光器1出射的激光束进入设置于其光路前方的激光调谐单元2；经激光调谐单元2出射的激光光束入射至激光分束模块3；由激光分束模块3出射的激光光束入射至双轴扫描振镜模块4中，通过激光光束经双轴扫描振镜模块4在被投影目标物体11上实现激光扫描投影图形的循环扫描绘制投影；被投影目标物体11上设置多个背向反射合作目标10；视觉测量模块5设置于双轴扫描振镜模块4附近且保证双轴扫描振镜模块的坐标系与视觉测量模块5的坐标系的某一轴共线或某两轴共面；光强反馈探测模块6设置在激光分束模块3反射分光光路正前方，由各背向反射合作目标10反射的激光光强信息沿原光路返回并送入光强反馈探测模块6；视觉测量模块5及光强反馈探测模块6分别与数据采集处理及控制模块7通讯连接；上位机控制器8与数据采集处理及控制模块7通讯连接。进一步地，所述数据采集处理及控制模块7控制视觉测量模块5对被投影目标物体11上设置的背向反射合作目标10进行摄影测量，获取图像信息，并计算双轴扫描振镜坐标系与被投影目标物体坐标系间的坐标转换关系。进一步地，所述数据采集处理及控制模块7获取反馈探测模块6反馈的电压信号，实现各个背向反射合作目标10的圆心位置坐标的提取和定位。进一步地，所述上位机控制器8完成数据采集处理及控制模块7中数据的存储，将待投影零部件CAD数模文件的导入和存储之上位机控制器8，并对导入的CAD数模文件中投影特征图形元素进行解析及扫描投影参数设置等工作；同时，上位机控制器8将计算出的投影图形各节点的坐标位置信息和扫描振镜转角信息发送至数据采集处理及控制模块7，通过数据采集处理及控制模块7驱动双轴扫描振镜模块4中的两个平面反射镜进行角度旋转，完成待投影零部件的轮廓线框图形在被投影目标物体坐标系中的尺寸形状还原和三维位置激光扫描投影。进一步地，所述激光调谐单元2包括激光扩束准直模块21及设置于激光扩束准直模块21光路正前方的自动聚焦模块22，激光器1出射的激光束进入激光扩束准直模块21，完成激光光束的扩束、整形、准直，随后再入射至自动聚焦模块22，用于完成激光光束在不同投影距离和不同投影位置上的自动聚焦和调整。进一步地，所述视觉测量模块5为带有定焦镜头的CCD相机。进一步地，所述光强反馈探测模块6包括位于激光分束模块3反射分光光路正前方的光强反馈聚焦透镜61，以及位于光强反馈聚焦透镜61像方焦点的雪崩光电二极管探测器62；反射的光强信息被光强反馈聚焦透镜61汇聚于雪崩光电二极管探测器62，雪崩光电二极管探测器62完成反馈光强信号的探测和光电转换，转换后的电压信号发送至数据采集处理及控制模块7中。本专利技术带来的技术效果和优点：本专利技术能够实现对被投影目标物体位置和姿态的实时自动检测，能够自动获取新的位置和姿态信息后重新解算坐标转换关系，从而实现对投影图形的位置偏差的实时校正。同时，本专利技术还能够解决现存激光扫描投影技术仍采用人工手动引导完成激光光束对各个背向反射合作目标的对准和目标圆心扫描操作的问题。本专利技术融合了视觉测量模块的摄影测量手段，能够自动、快捷地解算建立双轴扫描振镜坐标系与被投影目标物体坐标系间坐标转换关系，简化了坐标转换关系建立的过程，提升了激光扫描投影技术在制造装配现场应用的普适性和实际可操作性。附图说明图1是本专利技术一种新型激光扫描投影装置组成原理框图；图2是本专利技术一种新型激光扫描投影装置的激光扫描投影方法流程图；图3是本专利技术实施例1组成原理框图；图中：1-激光器；2-激光调谐单元；21-激光扩束准直模块；22-自动聚焦模块；3-激光分束模块；31-分光棱镜；4-双轴扫描振镜模块；5-视觉测量模块；51-单目摄影测量相机；6-光强反馈探测模块；61-光强反馈聚焦透镜；62-雪崩光电二极管探测器；7-数据采集处理及控制模块；71-图像采集和控制板卡；72-数据采集和控制板卡；8-上位机控制器；9-激光扫描投影图形；10-背向反射合作目标；11-被投影目标物体。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，本专利技术公开了一种新型自激光扫描投影装置，下面将结合附图对本专利技术公开的实施方式进一步详细描述。以下结合实施例和附图对本专利技术的保护范围不构成任何限制，所述实施例和附图仅用于对本专利技术进行示例性的描述，而不能对本专利技术的保护范围构成任何限制，所包含在本专利技术的专利技术宗旨范围内的合理的变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型激光扫描投影装置，其特征在于，包括激光器(1)、激光调谐单元(2)、激光分束模块(3)、双轴扫描振镜模块(4)、视觉测量模块(5)、光强反馈探测模块(6)、数据采集处理及控制模块(7)、上位机控制器(8)、被投影目标物体(11)；激光器(1)出射的激光束进入设置于其光路前方的激光调谐单元(2)；经激光调谐单元(2)出射的激光光束入射至激光分束模块(3)；由激光分束模块(3)出射的激光光束入射至双轴扫描振镜模块(4)中，通过激光光束经双轴扫描振镜模块(4)在被投影目标物体(11)上实现激光扫描投影图形的循环扫描绘制投影；被投影目标物体(11)上设置多个背向反射合作目标(10)；视觉测量模块(5)设置于双轴扫描振镜模块(4)附近且保证双轴扫描振镜模块的坐标系与视觉测量模块(5)的坐标系的某一轴共线或某两轴共面；光强反馈探测模块(6)设置在激光分束模块(3)反射分光光路正前方，由各背向反射合作目标(10)反射的激光光强信息沿原光路返回并送入光强反馈探测模块(6)；视觉测量模块(5)及光强反馈探测模块(6)分别与数据采集处理及控制模块(7)通讯连接；上位机控制器(8)与数据采集处理及控制模块(7)通讯连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种新型激光扫描投影装置，其特征在于，包括激光器(1)、激光调谐单元(2)、激光分束模块(3)、双轴扫描振镜模块(4)、视觉测量模块(5)、光强反馈探测模块(6)、数据采集处理及控制模块(7)、上位机控制器(8)、被投影目标物体(11)；激光器(1)出射的激光束进入设置于其光路前方的激光调谐单元(2)；经激光调谐单元(2)出射的激光光束入射至激光分束模块(3)；由激光分束模块(3)出射的激光光束入射至双轴扫描振镜模块(4)中，通过激光光束经双轴扫描振镜模块(4)在被投影目标物体(11)上实现激光扫描投影图形的循环扫描绘制投影；被投影目标物体(11)上设置多个背向反射合作目标(10)；视觉测量模块(5)设置于双轴扫描振镜模块(4)附近且保证双轴扫描振镜模块的坐标系与视觉测量模块(5)的坐标系的某一轴共线或某两轴共面；光强反馈探测模块(6)设置在激光分束模块(3)反射分光光路正前方，由各背向反射合作目标(10)反射的激光光强信息沿原光路返回并送入光强反馈探测模块(6)；视觉测量模块(5)及光强反馈探测模块(6)分别与数据采集处理及控制模块(7)通讯连接；上位机控制器(8)与数据采集处理及控制模块(7)通讯连接。


2.如权利要求1所述的一种新型激光扫描投影装置，其特征在于，所述数据采集处理及控制模块(7)控制视觉测量模块(5)对被投影目标物体(11)上设置的背向反射合作目标(10)进行摄影测量，获取图像信息；分别建立被投影目标物体(11)的坐标系、视觉测量模块(5)的坐标系以及双轴扫描振镜模块(4)的坐标系，并通过分别被投影目标物体坐标系于视觉测量模块坐标系间的坐标变换关系以及视觉测量模块坐标系与双轴扫描振镜模块坐标系间的坐标变换关系，解算出双轴扫描振镜模块坐标系与被投影目标物体坐标系间的坐标转换关系。


3.如权利要求1所述的一种新型激光扫描投影装置，其特征在于，所述数据采集处理及控制模块(7)获取反馈探测模块(6)反馈的电压信号，实现各个背向反射合作目标(10)的圆心位置坐标...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯茂盛，郭丽丽，陈雨情，李丽娟，林雪竹，刘智超，刘涛，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22