專利名稱：：單鏡片二維掃描激光地標(biāo)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及激光
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種單鏡片二維掃描激光地標(biāo)機(jī)。
背景技術(shù)：
：地標(biāo)激光，是用激光向天空掃射而以此顯示其地理位置的設(shè)施(也具有有一定的廣告特性)，一般用綠激光作為光源，它是一種低掃描速度、大光束、長焦距的特殊設(shè)備，光束直徑一般都在4)40mm以上，射程都在3公里以上，掃描速度為90"平面角)/lS左右，鏡片大小一般為120mmx80mm。在激光運用中，常規(guī)的二維掃描一般都是由振鏡來完成的，振鏡是由兩個高速擺動的電機(jī)帶動兩塊全反鏡片進(jìn)行組合運轉(zhuǎn)而完成掃描的，其中，每塊鏡片單獨完成一維掃描，兩塊鏡片在組合安排上呈90°分布，這樣，就共同完成激光的平面二維掃描。振鏡掃描是一種高速掃描，它能夠在相對較短的時間內(nèi)完成二維平面掃描，但它所驅(qū)動的光斑直徑一般不是很大，這是由于在高速情況下，鏡片不可能做得太大的緣故，對于光斑直徑較大而速度較慢的工況，如激光地標(biāo)機(jī)的綠激光掃描，用常規(guī)的振鏡掃描就不太合適，由于激光地標(biāo)機(jī)的光束直徑比較大，一般都在4)40mm以上，而且，向天空掃描的擺動速度又不是很高，一般速度90°(平面角)/1S左右。第一，振鏡掃描的覆蓋面積是有限的。激光經(jīng)X軸電機(jī)的鏡片反射到Y(jié)軸電機(jī)的鏡片，然后向下反射，受光學(xué)原理中，入射角和反射角的關(guān)系約東，Y軸電機(jī)的鏡片向下掃描的角度只能是左右2(A這樣，掃描的覆蓋面積是有限的。第二，振鏡只適合極小光東的掃描。常規(guī)的振鏡是為小幅面的標(biāo)刻(或焊接)而設(shè)計的，因此，鏡片的轉(zhuǎn)動慣量是盡可能的小，以提高電機(jī)的響應(yīng)速度，一般情況下，振鏡電機(jī)的響應(yīng)速度皆為ms級。綜上所述，對于巨大允束、低掃描速度的綠激光地標(biāo)機(jī)來說，振鏡掃描是不能完成的。
發(fā)明內(nèi)容(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單，運行穩(wěn)定，激光束掃描角度大，且富有動感的單鏡片二維掃描激光地標(biāo)機(jī)。(二)技術(shù)方案為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明釆取以下方案本發(fā)明的單鏡片二維掃描激光地標(biāo)機(jī)，包括激光器、控制單元、擴(kuò)東鏡、二維掃描裝置，所述擴(kuò)束鏡在激光器出光部位的前端，二維掃描裝置在擴(kuò)東鏡的前端；所述控制單元用于控制激光器的開啟，還用于控制二維掃描裝置，其特征在于所述二維掃描裝置包括激光X向掃描傳動機(jī)構(gòu)和激光Y向掃描傳動機(jī)構(gòu),其中，激光X向掃描傳動機(jī)構(gòu)固定在激光Y向掃描傳動機(jī)構(gòu)內(nèi)。其中，所述激光Y向掃描傳動機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)包括大電機(jī)、大曲柄輪、"["形支架(9)、"["形支架連桿、鏡片、鏡片座、主軸、軸承、軸承座，其中，大曲柄輪安裝在大電機(jī)上，"["形支架連桿的一端連接在大曲柄輪上,另一端連接在"["形支架(9)上，鏡片(5)安裝在鏡片座上，鏡片座安裝在"["形支架上，"["形支架與主軸(IO)連接，主軸(10)安裝在軸承(11)中，軸承(ll)安裝在軸承座(12)上。其中，所述激光X向掃描傳動機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu),該機(jī)構(gòu)包括小電機(jī)、連桿、X軸曲柄輪，其中，X軸曲柄輪安裝在小電機(jī)上,連桿的一端與X軸曲柄輪連接,另一端通過鉸鏈與鏡片座連接，小電機(jī)(8)安裝在"["形支架上。其中，所述激光Y向掃描傳動機(jī)構(gòu)為齒輪傳動機(jī)構(gòu)，包括鏡片(5)、縱向掃描電機(jī)(16)、橫向掃描電機(jī)(17)、齒輪機(jī)構(gòu)(18)中的小齒輪、齒輪機(jī)構(gòu)U8:i中的大齒輪、掃描箱體，其中，鏡片(5)固連在縱向掃描電機(jī)(16:的轉(zhuǎn)軸上，齒輪機(jī)構(gòu)(18)中的小齒輪固定在橫向掃描電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，與小齒輪相互嚙合的大齒輪固定在機(jī)座上。其中，所述激光X向掃描傳動機(jī)構(gòu)為齒輪傳動機(jī)構(gòu)，包括鏡片(5)、縱向掃描電機(jī)U6:K橫向掃描電機(jī)(17)、齒輪機(jī)構(gòu)(18)中的小齒輪、齒輪機(jī)構(gòu)(18)中的大齒輪，其中，鏡片(5)固連在縱向掃描電機(jī)(16)上，橫向掃描電機(jī)(17)固定在掃描箱體內(nèi)，與小齒輪相互嚙合的大齒輪固定在機(jī)座上。其中，所述鏡片為全反射鏡。其中，所述激光器發(fā)出的激光束在鏡片上的反射角度為45^—135、(三)有益效果(1)由于采用了以上技術(shù)方案，減少了光損，提高了效率；(2)在X向、Y向運用雙曲柄搖桿機(jī)構(gòu)時，每個維度上的掃描速度將會是變數(shù)的，如果兩個維度的速度在不一樣的狀態(tài)時，激光掃描的速度在二維掃描平面內(nèi)，變化的量級是無限的，使得激光束在空中的掃描富有變化，而不呆板，具有廣告性，在視覺上，不會讓人感覺到掃描運行的程式化，讓掃描富有動感；(3)當(dāng)使用齒輪傳動做橫向掃描時，其掃描的范圍將擴(kuò)大到360人(4)結(jié)構(gòu)簡單，運行穩(wěn)定；(5)反射激光光束的掃描角度大，能適應(yīng)激光演示、舞臺激光、地標(biāo)激光等范圍。圖l是本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)的示意圖2是圖1的俯視圖；圖3是圖1的左視圖4是本發(fā)明二維掃描裝置的X向傳動機(jī)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明二維掃描裝置的Y向傳動機(jī)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明二維掃描裝置Y向曲柄搖桿的示意圖；圖7是本發(fā)明用齒輪傳動的立式單鏡片掃描裝置的示意圖；圖8是本發(fā)明鏡片擺動角度、激光東在鏡片上入射和反射角度的示意圖9是本發(fā)明曲柄搖桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動下的運動曲線圖。圖中1、二維掃描裝置；2、擴(kuò)東鏡；3、激光器；4、控制單元;5、鏡片；6、鏡片連桿；7、X軸曲柄輪；8、小電動機(jī)；9、"["形支架；10、主軸；11、軸承；12、軸承座；13、"[，，形支架連桿；14、大曲柄輪；15、大電動機(jī)16、縱向掃描電機(jī)；17、橫向掃描電機(jī)；18、齒輪機(jī)構(gòu)。具體實施例方式以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。參見圖l,激光器的綠激光出來后，經(jīng)擴(kuò)束鏡2進(jìn)行光束的擴(kuò)大，一般擴(kuò)東鏡2的倍率都在10X以上，經(jīng)過擴(kuò)束之后的激光束會投射到一個較大面積的全反鏡片5上，這個全反鏡片5由X向和Y向兩套曲柄搖桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動，分別實現(xiàn)X向和Y向的掃描，組合的結(jié)果就形成了綠激光束向天空進(jìn)行二維掃描。參看圖4、圖5,鏡片5安裝在一個底座上，底座又是安裝在一個"["形支架9上，鏡片可以在"["形支架9兩翼中的軸承孔中做自由擺動，鏡片5底座下面有一個鉸鏈連接著連桿6，連桿6的另一端連接在X軸曲柄輪7上，X軸曲柄輪7安裝在小電動機(jī)8上，小電動機(jī)8安裝在"["形支架9的腹板上。X向曲柄搖桿機(jī)構(gòu)形成了激光的X向掃描當(dāng)小電動機(jī)8做旋轉(zhuǎn)運動時，將帶動X軸曲柄輪7同步做旋轉(zhuǎn)運動，X軸曲柄輪7做旋轉(zhuǎn)運動時，將帶動連桿6、包括有鏡片座一起的鏡片5做擺動，當(dāng)激光束從右側(cè)的水平方向入射時，將會向天空掃描。由X軸曲柄輪7、連桿6、包括有鏡片座一起的鏡片5共同組成了一套曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，在此機(jī)構(gòu)中，鏡片5(包括鏡片下面的鏡片座)是作為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中的"搖桿"。參看圖8:由光反射原理得知入射光東和反射光東在反射鏡瞬時法線左右兩側(cè)形成的角度始終相等.這樣就有oc2=2a1式中al——入射角oc2——反射角反射角a2是根據(jù)需要和制造的要求定義的角度，一般范圍為a2=450——1350。貝'halmaax=1350/2=67.5°almain=450/2=22.50這樣的結(jié)果，就使得激光在天空掃描的平面角就以地球法線而對稱分布，為左右各45人全角&=900為了達(dá)到這樣的結(jié)果，鏡片的偏轉(zhuǎn)角cc則需滿足如下的要求根據(jù)光反射原理，鏡片-5的偏轉(zhuǎn)角oc、激光的入射角ocl、激光的反射角a2有如下關(guān)系oc=ot2/2=a1/2鏡片5的最大偏轉(zhuǎn)角cxmaax^35"2:67.5e鏡片5的最小偏轉(zhuǎn)角ccmai『45"V2二22.5"鏡片5擺幅y=ccmaax-ocmai=67.5022.50-=450綜上所述，當(dāng)鏡片5在22.50——67^之間來回擺動時，就會讓激光東在天空45°—一135G間掃描出平面角為90G的扇形。實現(xiàn)鏡片5在22.5G一一67.5°之間來回擺動(鏡片擺幅y二45"主要是靠上述的X向曲柄搖桿機(jī)構(gòu)實現(xiàn)的。參看圖4、圖5:曲柄半徑R1:從X軸曲柄輪7中心到連桿6左端鉸鏈點中心的距離。搖桿(也可叫擺桿)半徑R2:從鏡片反射面中心到連桿6右端鉸鏈點中心的距離。Y--傳動角。MaxYmin——最小傳動角的最大值。MixYmin--最小傳動角的最小值。在一般傳動Maxymin〉40°,高速機(jī)構(gòu)Maxymin〉500。曲柄半徑R1的長度、連桿6的長度11、搖桿半徑R2的長度12都是固定值，受傳動力學(xué)的條件限制，設(shè)計時可根據(jù)下列條件算式進(jìn)行各桿件長度的比例計算。之后再根據(jù)鏡片大小確定搖桿長度R2，再反算其它的桿件長度。n<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>式中rl——曲柄半徑；r2—一擺桿半徑；11一一連桿長度；12一一中心距；cbl2—一鏡片兩極限位置的夾角4)12—一鏡片5由b到b，極限位置時主動曲柄01a所轉(zhuǎn)過的夾角；P——鏡片5在極限位置時曲柄與中心線的夾角鏡片5在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的驅(qū)動下，其擺動速度可按以下算式給出<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>式中coR2—一鏡片5擺動速度；ooRl——電動機(jī)速度；參見圖鏡片5在做擺動時，反射的激光束就在做掃描，受機(jī)構(gòu)的控制，激光束將在45"—一1350平面角中進(jìn)行掃描，其掃描速度和鏡片的擺動速度完全一樣，因此，從圖8中可以看出，曲柄轉(zhuǎn)角4)12和激光掃描角P是相對應(yīng)的速度曲線也完全重合。從圖9的曲線中可以看出激光掃描的速度是一個變量，在2tt周期中，兩個高速點將重疊出現(xiàn)在激光掃描角0=90°的位置，也就是曲柄轉(zhuǎn)角(J)12在(7t/2)和(3tt/4)的位置上，這樣，從450—一900之間是逐漸加快的、從9()g——135°之間是逐漸降低的，從135G—一90Q之間又是逐漸加快的、從鄰°一一45°之間又是逐漸降低的，這樣，我們看到的激光東就是富有變化的，也是符合具有廣告特性激光地標(biāo)機(jī)的需要的。另外一個維度，即Y向掃描基本上和上述的X向掃描一樣，只是Y向掃描的運行需要帶動的部件要包括所有X向掃描的部件，電機(jī)功率相對要大一些，Y向擺動軸心仍然以鏡片的中心為擺動軸心。參看圖4、圖6、圖5:"["形支架9上集結(jié)安裝了包括小電動機(jī)8、X向曲柄搖桿機(jī)構(gòu)等一套構(gòu)件，形成了一個總成。"["形支架9的腹板背后又連接著主軸IO，主軸10安裝在軸承11中，軸承l(wèi)l安裝在軸承座12中。參看圖5、圖6:Y向掃描也是一套曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，其原理與X向的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)相同，其中，大電動機(jī)15旋轉(zhuǎn)時將帶動大曲柄輪14做同步旋轉(zhuǎn)，在"["形支架連桿13的帶動下，"["形支架9將會在Y向做周而復(fù)始的擺動，擺動夾角即"Y向掃射角"Y向掃射角的大小可以大于900，但是，受機(jī)構(gòu)和使用的限制，一般9()g〈Y向掃射角〉150G。Y向掃描的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)在設(shè)計是須注意的是入射激光的軸線一定要和主軸10同軸，參見圖4，否則，當(dāng)"["形支架連桿14在發(fā)生偏轉(zhuǎn)時，激光光斑將會偏離鏡片5的正中，嚴(yán)重的會偏離到鏡片5之外,同時，激光掃描的正玄曲線將會偏移設(shè)計位置。參見圖7，是本發(fā)明用齒輪傳動的立式單鏡片掃描裝置，其中鏡片(5)固連在縱向掃描電機(jī)(16)的轉(zhuǎn)軸上，橫向掃描電機(jī)(17)固定在掃描箱體內(nèi)，它的轉(zhuǎn)軸固連著齒輪機(jī)構(gòu)(18)中的小齒輪，當(dāng)橫向掃描電機(jī)(17)轉(zhuǎn)動時，將帶動小齒輪同步轉(zhuǎn)動，與小齒輪相互嚙合的大齒輪是固定安裝在機(jī)座上的，大齒輪是不轉(zhuǎn)動的。這種裝置的工作原理如下參見圖7，由于鏡片(5)是固連在縱向掃描電機(jī)(16)的轉(zhuǎn)軸上的，電機(jī)轉(zhuǎn)動時，將會帶動鏡片(5)同步轉(zhuǎn)動，但是，在本機(jī)構(gòu)中，我們只需要鏡片(5)做擺動，不會整圈的轉(zhuǎn)動，橫向掃描電機(jī)U5)的轉(zhuǎn)軸固連著齒輪機(jī)構(gòu)(18)中的小齒輪，當(dāng)橫向掃描電機(jī)(17)轉(zhuǎn)動時，將帶動小齒輪同步轉(zhuǎn)動，與小齒輪相互嚙合的大齒輪是固定安裝在機(jī)座上的，橫向掃描電機(jī)(17)是固定安裝在可以轉(zhuǎn)動的掃描箱體內(nèi)的，這樣，當(dāng)橫向掃描電機(jī)(17)開始轉(zhuǎn)動時，由于大齒輪是固定不動的，小齒輪將會在大齒輪上做相互嚙合的"衛(wèi)星"似運動，同時也就使得掃描箱體以大齒輪為中心做回旋運動，其回旋角度可以達(dá)到360",這樣的結(jié)果，就是讓鏡片(5)做36(^的旋轉(zhuǎn)掃描。本發(fā)明與已有技術(shù)比較1單鏡片的X向掃描角度大于振鏡的X向掃描角度。參看圖4:圖中巨大鏡片是由電機(jī)8帶動的X向曲柄搖桿機(jī)構(gòu)實現(xiàn)的，激光從右側(cè)入射到反射鏡片5上，根據(jù)反射原理P=2oc，并在22.5"<cc<67.50時能量有最大值，由此獲得的掃描P角為90°，即±450。這樣，單鏡片的X向掃描角度就大于振鏡的X向掃描角度(±400)2單鏡片的Y向掃描角度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于振鏡的Y向掃描角度。單鏡片的Y向掃描也是用機(jī)械方法實現(xiàn)的，如曲柄搖桿機(jī)構(gòu)或齒輪機(jī)構(gòu)，參看圖5、圖6:由于鏡片5在做Y向擺動時，是沿著激光光軸在轉(zhuǎn)動，因此，起擺動的角度可以是任意的，只是受到結(jié)構(gòu)設(shè)計的局限而已，一般，象圖5、圖6這中臥式激光地標(biāo)機(jī)，Y向掃描的Y值可以達(dá)到180參看圖7:圖7是用齒輪傳動的立式單鏡片掃描裝置，這種機(jī)構(gòu)確定了其水平掃描的角度可以達(dá)到3600。綜上所述，單鏡片二維掃描在巨大光東的掃描中，其性能特性是遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于振鏡掃描的下表是傳統(tǒng)振鏡二維掃描與單鏡片二維掃描的性能比較<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>權(quán)利要求1、一種單鏡片二維掃描激光地標(biāo)機(jī)，包括激光器(3)、控制單元(4)、擴(kuò)束鏡(2)、二維掃描裝置，所述擴(kuò)束鏡在激光器(3)出光部位的前端，二維掃描裝置在擴(kuò)束鏡(2)的前端；所述控制單元(4)用于控制激光器的開啟，還用于控制二維掃描裝置，其特征在于所述二維掃描裝置包括激光X向掃描傳動機(jī)構(gòu)和激光Y向掃描傳動機(jī)構(gòu)，其中，激光X向掃描傳動機(jī)構(gòu)固定在激光Y向掃描傳動機(jī)構(gòu)內(nèi)。2、如權(quán)利要求1所述的一種單鏡片二維掃描激光地標(biāo)機(jī)，其特征在于所述激光Y向掃描傳動機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)包括大電機(jī)(15)、大曲柄輪(14)、"["形支架(9)、"["形支架連桿(13)、鏡片(5)、鏡片座、主軸(10)、軸承(11)、軸承座(12)，其中，大曲柄輪(14)安裝在大電機(jī)(15)上，"["形支架連桿(13)的一端連接在大曲柄輪(14)上,另一端連接在"["形支架(9)上，鏡片(5)安裝在鏡片座上，鏡片座安裝在"["形支架(9)上，"["形支架(9)與主軸(10)連接，主軸(10)安裝在軸承(11)中，軸承(11)安裝在軸承座(12)上。3、如權(quán)利要求1或2所述的一種單鏡片二維掃描激光地標(biāo)機(jī)，其特征在于所述激光X向掃描傳動機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu),該機(jī)構(gòu)包括小電機(jī)(8)、連桿(6)、X軸曲柄輪(7)，其中，X軸曲柄輪(7)安裝在小電機(jī)(8)上，連桿(6)的一端與X軸曲柄輪(7)連接,另一端通過鉸鏈與鏡片座連接，小電機(jī)(8)安裝在"["形支架(9)上。4、如權(quán)利要求1所述的一種單鏡片二維掃描激光地標(biāo)機(jī)，其特征在于所述激光Y向掃描傳動機(jī)構(gòu)為齒輪傳動機(jī)構(gòu)，包括鏡片(5)、縱向掃描電機(jī)(16)、橫向掃描電機(jī)(17)、齒輪機(jī)構(gòu)(18)中的小齒輪、齒輪機(jī)構(gòu)(18)中的大齒輪、掃描箱體，其中，鏡片(5)固連在縱向掃描電機(jī)(16)的轉(zhuǎn)軸上，齒輪機(jī)構(gòu)(18)中的小齒輪固定在橫向掃描電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，與小齒輪相互嚙合的大齒輪固定在機(jī)座上。5、如權(quán)利要求1或4所述的一種單鏡片二維掃描激光地標(biāo)機(jī)，其特征在于所述激光X向掃描傳動機(jī)構(gòu)為齒輪傳動機(jī)構(gòu)，包括鏡片(5)、縱向掃描電機(jī)(16)、橫向掃描電機(jī)(17)、齒輪機(jī)構(gòu)(18)中的小齒輪、齒輪機(jī)構(gòu)(18)中的大齒輪，其中，鏡片(5)固連在縱向掃描電機(jī)(16)上，橫向掃描電機(jī)(17)固定在掃描箱體內(nèi)，與小齒輪相互嚙合的大齒輪固定在機(jī)座上。6、如權(quán)利要求1或2所述的一種單鏡片二維掃描激光地標(biāo)機(jī)，其特征在于所述鏡片(5)為平面全反射鏡。7、如權(quán)利要求1或2所述的一種單鏡片二維掃描激光地標(biāo)機(jī)，其特征在于所述激光器(3)發(fā)出的激光束在鏡片(5)上的反射角度為45°—135°。全文摘要本發(fā)明涉及激光
技術(shù)領(lǐng)域：
，本發(fā)明公開了一種單鏡片二維掃描激光地標(biāo)機(jī)，包括激光器、控制單元、擴(kuò)束鏡、二維掃描裝置，所述擴(kuò)束鏡在激光器出光部位的前端，二維掃描裝置在擴(kuò)束鏡的前端；所述控制單元用于控制激光器的開啟，還用于控制二維掃描裝置，其特征在于所述二維掃描裝置包括激光X向掃描傳動機(jī)構(gòu)和激光Y向掃描傳動機(jī)構(gòu)，其中，激光X向掃描傳動機(jī)構(gòu)固定在激光Y向掃描傳動機(jī)構(gòu)內(nèi)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，運行穩(wěn)定，激光束掃描角度大，且富有動感。文檔編號G02B26/10GK101114051SQ20061001973公開日2008年1月30日申請日期2006年7月28日優(yōu)先權(quán)日2006年7月28日發(fā)明者文孫,韓小平申請人:武漢楚天激光(集團(tuán))股份有限公司