CN108229020B - 一种智能投影系统的投影控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种智能投影系统的投影控制方法及系统，包括以下步骤：101、构建测量场的全局测量坐标系；102、获取投影框架上的接收器在全局测量坐标系中的位置；103、获取反射目标头的中心位置；104、获取投影仪投影系统原点在全局测量坐标系中的位置；105、实时获取投影承接面在全局测量坐标系中的位置；106、读取预编制投影文件，并判断当前投影承接面的位置的变化状况；107、基于投影仪投影坐标系与投影承接面坐标系的实时的相对位置关系，改变投影仪内部二维振镜的摆角进行投影。本发明基于投影仪投影坐标系与投影承接面坐标系的实时的相对位置关系进行投影，以保证所需投影的图形在投影承接面上的相对位置始终不变。

Description

一种智能投影系统的投影控制方法及系统
技术领域
本发明涉及精密测量与数字化装配技术领域，特别是涉及一种智能投影系统的投影控制方法及系统。
背景技术
基于高速二维扫描振镜的工业激光3D投影技术是一种可以将已有的CAD数模图形投影到曲面上，将CAD数模以激光束轮廓线的形式按照1:1的比例，精确的投影成像到曲面上，完成高精度的数模还原工作。该投影技术可以通过清晰、明亮的可见激光线为技术人员提供精确地操作参考方式，使信息更加直观和实用，有效的将CAD工程设计与激光辅助制造衔接起来。也就是说，利用这一特点，激光3D投影技术就可以广泛的应用于汽车、飞机、船舶等制造领域，如在航空航天制造工程中，对飞机零部件装配、复合材料铺层、图案喷涂等工作中，采用工业激光3D投影技术可将需要安装定位的零部件及铺贴的复合材料的准确位置投影成像到部件表面上，通过计算机操作软件，直接在3D环境下可视化创建和编辑CAD模型数据，实现数字化制造生产过程。
申请号为201410398302.9的中国专利文件公开了一种移动式自定位激光3D投影系统，在iGPS的定位范围内，均匀分布2～3个iGPS激光发射器，在iGPS激光发射器的激光信号投放范围内，分布若干iGPS激光接收传感器，由数据处理服务器控制iGPS的定位工作；在iGPS的定位范围内，激光3D投影仪位于投影仪自定位标定架几何中心，若干投影反射目标头布设在投影仪自定位标定架四周；所述若干iGPS激光接收传感器中的一部分均匀布置在投影仪自定位标定架上。在本发明之移动式自定位激光3D投影系统中，当大型构件曲面表面进入投影区域后，本发明之移动式自定位激光3D投影系统将自动投影，无需专门对齐，解决“将激光3D投影系统运用于大型构件曲面表面操作过程中需要不断标定激光3D投影系统”的问题。
一般的投影系统在投影承接面发生变化时所投影图形投影位置发生变化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能投影系统的投影控制方法及系统，可以很好地解决投影承接面发生变化使得投影图形投影位置发生变化的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供一种智能投影系统的投影控制方法，包括以下步骤：
101、组建测量场，对测量场进行组网和标定，构建测量场的全局测量坐标系；
102、获取投影框架上的接收器在全局测量坐标系中的位置；
103、导入经标定的投影框架上各反射目标头的位置，获取反射目标头的中心位置；
104、基于投影框架上的接收器与反射目标头的位置及投影框架接收器在全局测量坐标系中的位置，获取投影仪投影系统原点在全局测量坐标系中的位置；
105、基于投影承接面上的接收器，实时获取投影承接面在全局测量坐标系中的位置；
106、读取预编制投影文件，并判断当前投影承接面的位置的变化状况；当投影承接面的位置不变时进行投影，当投影承接面的位置发生变化时重新获取承接面的位置；
107、基于投影仪投影坐标系与投影承接面坐标系的实时的相对位置关系，改变投影仪内部二维振镜的摆角进行投影。
其中，当投影承接面位置的实时变动，根据该变动实时修正投影坐标系与投影承接面坐标系间的位置关系，改变投影仪内部二维振镜的摆角进行投影，以保证所需投影的图形在投影承接面上的相对位置始终不变。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明的智能投影系统的投影控制方法，基于投影仪投影坐标系与投影承接面坐标系的实时的相对位置关系进行投影，以保证所需投影的图形在投影承接面上的相对位置始终不变。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的实施例的控制方法流程框图；
图2为本发明的实施例的控制方法处理流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
本实施例的智能投影系统(3D智能投影系统)主要包括3D智能投影框架、激光3D投影仪、iGPS接收器、反射目标头、测量网络标定杆和上位机等，将系统放置于由多台iGPS发射器构成的高精度位置跟踪测量网络，即可实现激光3D智能投影功能。
iGPS发射器构建出iGPS测量网络，并在投影框架上和被投影工件上都安装若干个iGPS接收器，iGPS测量网络可以对iGPS接收器的位置进行实时测量，就可以通过多个iGPS发射器组成的测量网络实时地获取集成投影框架和被投影工件的准确位置。同时，在投影框架上安装的iGPS接收器与投影框架上安装的激光投影仪反射目标头的相对位置已知，由此即可获得激光3D投影仪投影坐标系原点在全局测量坐标系中的位置。
当经过上述的标定后即可得到投影坐标系与全局测量坐标系的变换关系，然后，还需要设计相应的投影铺层文件以实现在准确的投影位置上投射出准确大小的图形。
然后，根据待投影图形的CAD数模设计并生成相应的投影铺层文件，再根据投影系统与待投影工件的位置关系驱动投影仪在目标投影位置投影出准确的图形，从而完成激光3D智能投影。
参见图1、图2，本实施例提供的智能投影系统的投影控制方法，包括以下步骤：
步骤101、组建测量场，对测量场进行组网和标定，构建测量场的全局测量坐标系。
对多个iGPS发射器组成的测量网络进行测量场组网和标定，并判断组网标定后的精度是否能够满足激光3D智能投影的需求，如果不符合需要重新进行校准和组网标定。当组网标定完成后，即可建立起针对此测量场的全局测量坐标系。
步骤102、获取投影框架上的接收器在全局测量坐标系中的位置。
通过iGPS测量网络，也就可以获得投影框架上各iGPS接收器在全局测量坐标系中的位置。此时，需要判定投影框架上各iGPS接收器的位置是否稳定，以保证投影精度。
步骤103、导入经标定的投影框架上各反射目标头的位置，获取反射目标头的中心位置，具体包括：3.1、导入经标定的投影框架上各反射目标头的位置；3.2、投影仪投影系统对投影框架上的反射目标头进行扫描；3.3、当反射目标头在投影仪扫描范围内时，获取反射目标头的中心位置；否则，返回执行3.1。
导入经标定的投影框架上用于激光3D投影仪扫描的各反射目标头的准确位置，然后利用激光投影仪的标定测试功能，对各反射目标头所处位置周边4-6mm(取4mm、5mm、6mm等)区域进行局部光强扫描，通过获取光强最大反射区的中心位置来判断是否扫描到了反射目标头。
步骤104、基于投影框架上的接收器与反射目标头的位置及投影框架接收器在全局测量坐标系中的位置，获取投影仪投影系统(即投影坐标系)原点在全局测量坐标系中的位置。
在投影框架上，各iGPS接收器与各反射目标头的相对位置固定，并且投影框架与激光3D投影仪的相对位置也不变。那么，当获取到投影框架上全部反射目标头的中心位置和各中心位置的相对位置关系后，即可根据上述iGPS测量网络测得的iGPS接收器位置推算出激光3D投影仪的投影坐标系原点在全局测量坐标系中的位置坐标。
步骤105、基于投影承接面上的接收器，实时获取投影承接面在全局测量坐标系中的位置。
被投影表面(即投影承接面)上安装有iGPS接收器，投影承接面在全局测量坐标系中的位置同样可以由上述iGPS测量网络测量获得，并可以对其位置变动进行实时监测。
步骤106、读取预编制投影文件，并判断当前投影承接面的位置的变化状况；当投影承接面的位置不变时进行投影，当投影承接面的位置发生变化时重新获取承接面的位置。
步骤107、基于投影仪投影坐标系与投影承接面坐标系的实时的相对位置关系，改变投影仪内部二维振镜的摆角进行投影。
当读取预编制完成的投影文件后，即可通过计算投影坐标系与投影承接面坐标系间的距离、角度和曲面方向向量等相对位置关系来实现特定形状的激光3D投影。同时，所设计的软件系统中，会实时监测被投影表面位置的实时变动，并根据其变动实时计算修正投影坐标系与投影承接面坐标系间的位置关系，投影仪通过改变其内部二维振镜的摆角以保证所需投影的图形在投影承接面上的相对位置始终不变。
基于上述控制方法，本实施例提供一种智能投影系统的投影控制系统，包括以下内容：
全局测量坐标系构建模块，用于组建测量场，对测量场进行组网和标定，构建测量场的全局测量坐标系；
投影框架接收器位置获取模块，用于获取投影框架上的接收器在全局测量坐标系中的位置；
投影框架反射目标头位置获取模块，用于导入经标定的投影框架上各反射目标头的位置，获取反射目标头的中心位置；
投影仪投影原点位置获取模块，用于基于投影框架上的接收器与反射目标头的位置及投影框架接收器在全局测量坐标系中的位置，获取投影仪投影系统原点在全局测量坐标系中的位置；
投影承接面位置获取模块，用于基于投影承接面上的接收器，实时获取投影承接面在全局测量坐标系中的位置；
投影文件读取及投影判断模块，用于读取预编制投影文件，并判断当前投影承接面的位置的变化状况；当投影承接面的位置不变时进行投影，当投影承接面的位置发生变化时重新获取承接面的位置；
投影模块，用于基于投影仪投影坐标系与投影承接面坐标系的实时的相对位置关系，改变投影仪内部二维振镜的摆角进行投影。
其中，投影模块在投影承接面位置的实时变动时，根据该变动实时修正投影坐标系与投影承接面坐标系间的位置关系，改变投影仪内部二维振镜的摆角进行投影，以保证所需投影的图形在投影承接面上的相对位置始终不变。参见上述控制方法，此处不再敖述。
应当理解，本发明上述实施例及实例，是出于说明和解释目的，并非因此限制本发明的范围。本发明的范围由权利要求项定义，而不是由上述实施例及实例定义。

Claims (9)

1.一种智能投影系统的投影控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
101、组建测量场，对测量场进行组网和标定，构建测量场的全局测量坐标系；
102、获取投影框架上的接收器在全局测量坐标系中的位置；
103、导入经标定的投影框架上各反射目标头的位置，获取反射目标头的中心位置；
104、基于投影框架上的接收器与反射目标头的位置及投影框架接收器在全局测量坐标系中的位置，获取投影仪投影系统原点在全局测量坐标系中的位置；
105、基于投影承接面上的接收器，实时获取投影承接面在全局测量坐标系中的位置；
106、读取预编制投影文件，并判断当前投影承接面的位置的变化状况；当投影承接面的位置不变时进行投影，当投影承接面的位置发生变化时重新获取承接面的位置；
107、基于投影仪投影坐标系与投影承接面坐标系的实时的相对位置关系，改变投影仪内部二维振镜的摆角进行投影。
2.根据权利要求1所述智能投影系统的投影控制方法，其特征在于，所述步骤101中，当发射器满足精度要求时才构建全局测量坐标系，否则重新进行组网和标定。
3.根据权利要求1所述智能投影系统的投影控制方法，其特征在于，所述步骤103的具体内容如下：
3.1、导入经标定的投影框架上各反射目标头的位置；
3.2、投影仪投影系统对投影框架上的反射目标头进行扫描；
3.3、当反射目标头在投影仪扫描范围内时，获取反射目标头的中心位置；否则，返回执行3.1。
4.根据权利要求3所述智能投影系统的投影控制方法，其特征在于，所述步骤3.2中，投影仪对各反射目标头所处位置的4-6mm区域进行局部扫描。
5.根据权利要求4所述智能投影系统的投影控制方法，其特征在于，所述步骤3.2中，投影仪对各反射目标头所处位置的5mm区域进行局部扫描。
6.根据权利要求1所述智能投影系统的投影控制方法，其特征在于，所述步骤107中，相对位置关系是指包括距离、角度和曲面方向向量的相对位置关系。
7.根据权利要求1所述智能投影系统的投影控制方法，其特征在于，所述步骤107中，当投影承接面位置的实时变动，根据该变动实时修正投影坐标系与投影承接面坐标系间的位置关系，改变投影仪内部二维振镜的摆角进行投影，以保证所需投影的图形在投影承接面上的相对位置始终不变。
8.一种基于权利要求1-7的任一项权利要求所述智能投影系统的投影控制方法的投影控制系统，其特征在于，包括以下内容：
全局测量坐标系构建模块，用于组建测量场，对测量场进行组网和标定，构建测量场的全局测量坐标系；
投影框架接收器位置获取模块，用于获取投影框架上的接收器在全局测量坐标系中的位置；
投影框架反射目标头位置获取模块，用于导入经标定的投影框架上各反射目标头的位置，获取反射目标头的中心位置；
投影仪投影原点位置获取模块，用于基于投影框架上的接收器与反射目标头的位置及投影框架接收器在全局测量坐标系中的位置，获取投影仪投影系统原点在全局测量坐标系中的位置；
投影承接面位置获取模块，用于基于投影承接面上的接收器，实时获取投影承接面在全局测量坐标系中的位置；
投影文件读取及投影判断模块，用于读取预编制投影文件，并判断当前投影承接面的位置的变化状况；当投影承接面的位置不变时进行投影，当投影承接面的位置发生变化时重新获取承接面的位置；
投影模块，用于基于投影仪投影坐标系与投影承接面坐标系的实时的相对位置关系，改变投影仪内部二维振镜的摆角进行投影。
9.根据权利要求8所述投影控制系统，其特征在于，所述投影模块在投影承接面位置的实时变动时，根据该变动实时修正投影坐标系与投影承接面坐标系间的位置关系，改变投影仪内部二维振镜的摆角进行投影，以保证所需投影的图形在投影承接面上的相对位置始终不变。
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