[發明專利]基于對稱離焦雙探測器的自聚焦激光掃描投影方法

有效

• 申請號: 201710991794.6
• 申請日: 2017-10-23
• 公開（公告）號: CN107765425B
• 公開（公告）日: 2019-11-19
• 發明（設計）人: 侯茂盛;李麗娟;朱運東;林雪竹;郭麗麗;劉濤
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G02B26/10
• 分類號: G02B26/10;G02B27/40;G03B21/14;G02B7/04
• 代理公司: 22210 長春菁華專利商標代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 陶尊新<國際申請>=<國際公布>=<進入

1.一種基于對稱離焦雙探測器的自聚焦激光掃描投影方法，其特征在于：

首先，在分光棱鏡(3)的標定反射光光路上設置對稱離焦雙探測器光強探測模塊(17)；在所述對稱離焦雙探測器光強探測模塊(17)中，在標定光分光棱鏡(18)的透射、反射光路上各配備一組匯聚物鏡(14)和光電探測器(15)，兩個光電探測器(15)的感光面分別位于各自對應的匯聚物鏡(14)偏離像方焦點-ΔZ處和+ΔZ處；根據兩個光電探測器(15)各自探測的光強電信號分別建立標定反射光-ΔZ離焦軸向光強響應曲線(1)和+ΔZ離焦軸向光強響應曲線(2)；兩個光電探測器(15)的輸出端分別連接到測量控制模塊(6)的兩個模擬信號輸入端；測量控制模塊(6)的調焦驅動信號輸出端連接到聚焦模塊(2)中的精密位移機構(8)；

其次，由測量控制模塊(6)將-ΔZ離焦軸向光強響應曲線(1)和+ΔZ離焦軸向光強響應曲線(2)的光強信號逐點相減，獲得差分軸向光強響應曲線(3)，以差分軸向光強響應曲線(3)為控制信號動態反饋控制掃描激光的聚焦，由測量控制模塊(6)向聚焦模塊(2)發送反饋控制信號，控制其中的精密位移機構(8)實現掃描投影激光光斑的軸向自聚焦，當差分軸向光強響應曲線(3)的斜率達到最大值，完成掃描投影激光光斑的聚焦調整；

第三，由測量控制模塊(6)將-ΔZ離焦軸向光強響應曲線(1)和+ΔZ離焦軸向光強響應曲線(2)的光強信號逐點相加，獲得加和軸向光強響應曲線(4)；在投影承接區域(10)內非規則布設若干背向反射合作目標(11)，導入背向反射合作目標(11)的O-X^OY^OZ^O坐標；由測量控制模塊(6)發送的掃描驅動信號通過驅動雙軸掃描振鏡(4)中的兩個精密轉角機構(9)分別驅動雙軸掃描振鏡(4)中的垂直掃描鏡(12)和水平掃描鏡(13)，掃描背向反射合作目標(11)反光區，由測量控制模塊(6)記錄雙軸掃描振鏡(4)掃描所述反光區各個位置時由兩個光電探測器(15)各自探測的光強電信號，經過計算處理得出反光區中心位置，再將該中心位置與獲得該中心位置光強電信號時的垂直掃描鏡(12)和水平掃描鏡(13)各自的偏轉角度值結合，完成一個背向反射合作目標(11)中心位置的高精度掃描定位；重復上述背向反射合作目標(11)反光區的掃描過程，逐一對每個背向反射合作目標(11)的反光區進行掃描和定位；根據獲得的若干組坐標值和角度值，建立雙軸掃描振鏡(4)的投影坐標系與待投影工件三維CAD數模的數模坐標系的坐標轉換矩陣，并解算出所述投影坐標系與所述數模坐標系之間的轉換關系；

最后，完成待投影工件的三維外形輪廓在投影承接區域(10)的激光掃描投影。

2.根據權利要求1所述的基于對稱離焦雙探測器的自聚焦激光掃描投影方法，其特征在于，在匯聚物鏡(14)與光電探測器(15)之間的光路上加入點探測針孔(19)，實現標定反射光點照明光電探測器(15)感光面，消除雜散光干擾，提高標定反射光的光束質量。

3.根據權利要求1所述的基于對稱離焦雙探測器的自聚焦激光掃描投影方法，其特征在于，掃描背向反射合作目標(11)反光區的掃描方式為逐行掃描、逐列掃描或者先逐行掃描/逐列掃描再逐列掃描/逐行掃描。

4.根據權利要求1所述的基于對稱離焦雙探測器的自聚焦激光掃描投影方法，其特征在于，完成待投影工件的三維外形輪廓在投影承接區域(10)的激光掃描投影的具體過程為：將待投影工件三維CAD數模導入到測量控制模塊(6)中，由測量控制模塊(6)計算待投影工件三維CAD數模的若干特征點在數模坐標系中的三維坐標值，并根據上述獲得的坐標轉換矩陣計算與若干特征點對應的若干組掃描投影方位角和俯仰角，驅動雙軸掃描振鏡(4)精確偏轉和快速循環掃描投影待投影工件三維外形輪廓，并在投影承接區域(10)形成激光線框(16)。