DE102017218503A1 - Laserprojektor mit dynamischen anpassbaren Fokus - Google Patents
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Abstract
Description
- FRÜHERE ANMELDUNGEN
- Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der
US-amerikanischen provisorischen Anmeldung Nr. 62/408,944 - TECHNISCHES GEBIET
- Die vorliegende Erfindung betrifft generell eine verbesserte Anordnung zum Projizieren von Laser-Vorlagen. Im Besonderen betrifft die vorliegende Erfindung einen integrierten Laser-Projektor und eine Lokalisations-Anordnung zum Projizieren von Hoch-Präzisions-Laser-Vorlagen auf eine Werkstückoberfläche.
- HINTERGRUND
- Immer höhere Herstellungstoleranzen erfordern Verbesserungen in den Herstellungstechniken. Eine solche Verbesserung ist die Projektion von Laser-Vorlagen auf eine Werkstückoberfläche zum Leiten eines Herstellungsprozesses. Diese Technik ermöglichte die Herstellung von Produkten mit Toleranzen, die zuvor nicht erreichbar waren. Einschränkungen der bestehenden Technologie haben jedoch eine breitere Verwendung von laserprojizierten Bildern in industriellen Anwendungen begrenzt. Zum Beispiel hat sich das Projizieren einer Vorlage auf eine dreidimensionale Oberfläche als schwierig erwiesen, da es nicht möglich ist, die dreidimensionale Werkstückoberfläche schnell zu identifizieren und den Laserstrahl auf die dreidimensionale Werkstückoberfläche in einer präzisen Weise zu fokussieren, während sie in Betrieb ist in einer Herstellungsumgebung.
- Verschiedene Lokalisierungsanordnungen wurden implementiert, um die Genauigkeit der Laserprojektion zu verbessern, Kosten zu reduzieren und schnelle Anpassungen an eine projizierte Laservorlage bereitzustellen, wie in
US-Patent Nr. 9,200,899 - Bereitstellen einer modularen Anordnung, die die Anforderungen moderner Herstellungsumgebungen erfüllt, hat sich als schwer zu fassen erwiesen. Die Wartung von Projektoranordnungen, insbesondere von einfachen modularen Anordnungen, hat sich ebenfalls als schwer zu fassen erwiesen. Darüber hinaus hat sich eine schnelle Anpassung eines Fokus eines Laserstrahls über eine dreidimensionale Werkstückoberfläche als Reaktion auf eine dynamische Bewegung verbunden mit einer Herstellungsumgebung ebenfalls als schwer fassbar erwiesen.
- Deshalb wäre es wünschenswert, eine modulare Laserprojektoranordnung bereitzustellen, welche wartungsfähig ist, und trotzdem die Vorteile einer schnellen hochwertigen Laserprojektion auf eine komplexe dreidimensionale Oberfläche ermöglicht.
- ZUSAMMENFASSUNG
- Eine Laserprojektoranordnung zum Projizieren einer Vorlage auf ein Objekt enthält einen Rahmen. Eine Laserquelle zum Erzeugen eines Laserstrahls ist an dem Rahmen befestigt. Eine Sensoranordnung zum Identifizieren von Oberflächenorten von dreidimensionalen Objekten ist an dem Rahmen befestigt. Eine Linsenanordnung enthält eine abstimmbare Linse zum Verändern eines Fokus von dem Laserstrahl, welcher von der Laserquelle empfangen wurde. Eine Galvanometeranordnung leitet den Laserstrahl, welcher von der Linsenanordnung empfangen wurde, entlang eines Abtastungspfads um. Die Linse ist eingerichtet an einem festgelegten Ort relativ zu der Galvanometeranordnung und ist abstimmbar in Reaktion auf die Oberflächenorte von den dreidimensionalen Objekten, welche entlang des Abtastungspfads von dem Laserstrahl durch die Sensoranordnung identifiziert wurden.
- Die Laserquelle der vorliegenden Erfindung benötigt keinen präzisen Ort relativ zu der abstimmbaren Linse oder der Photogrammetrie-Anordnung, was eine einfache Wartung ermöglicht. Deshalb kann die Laserquelle für Wartung ausgetauscht werden ohne Überalterung oder teure Ausrichtungen zu verursachen, wie es bei gegenwärtigen Projektoranordnungen bekannt ist. Um diesen Nachteil zu überkommen wird der Laserstrahl über ein faseroptisches Kabel gegen eine abstimmbare Linse geleitet. Als solches ist ein Anschluss, welcher das faseroptische Kabel und die Linsenanordnung verbindet, alles, was für die Ausrichtung mit den Linsen oder Galvanometern erforderlich ist. Zusätzliche Vorteile, die durch die Laserprojektoranordnung bereitgestellt werden, werden nachfolgend ersichtlich.
- Figurenliste
- Andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ohne weiteres ersichtlich, wenn sie unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung besser verstanden werden, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet werden.
-
1 zeigt eine schematische Ansicht der Laserprojektionsanordnung der vorliegenden Erfindung; -
2 zeigt eine zweite Lichtquelle, welche Licht auf ein Werkstück überträgt; -
3 zeigt Licht von der zweiten Lichtquelle, welche zu einer Photogrammetrie-Anordnung von dem Laserprojektor reflektiert wird; -
4 zeigt einen Laserstrahl projiziert durch einen Laserprojektor gegen reflektierende Ziele angeordnet an das Werkstück; -
5 zeigt den Laserstrahl, welcher von den reflektierenden Zielen angeordnet an das Werkstück gegen den Laserprojektor reflektiert wird; -
6 zeigt eine perspektivische Ansicht von dem Werkstück, auf welches eine Laservorlage von der Laserprojektoranordnung projiziert wird; und -
7 zeigt eine perspektivische Ansicht von der Laserprojektoranordnung von der vorliegenden Erfindung. - DETAILIERTE BESCHREIBUNG
- Mit Bezug zu
1 , ist eine Laseranordnung der vorliegenden Erfindung allgemein gezeigt an 10. Die Anordnung10 enthält eine Laserquelle12 , welche genutzt wird, um einen Laserstrahl14 zu erzeugen. Die Laserquelle12 liefert den Laserstrahl14 durch ein faseroptisches Kabel13 zu einer Linse16 , welche in einer Linsenanordnung15 enthalten ist. Der Laserstrahl14 wird projiziert durch die fokussierende Linse16 gegen einen Strahlteiler18 . Der Strahlteiler18 leitet den Laserstrahl14 gegen eine Galvanometeranordnung20 um. Der Strahlteiler18 erlaubt einem Teil des Laserstrahls14 durchzudringen zu einem Lichtsensor22 . - Der Lichtsensor
22 sorgt für eine zuverlässige Leistungsausgangssteuerung durch eine Verarbeitung mit geschlossener Schleife. Als solches ist der Lichtsensor22 über eine analoge Schaltung zum Erzeugen einer Leistungssteuerschleife mit einem Hauptprozessor24 verbunden. Der Hauptprozessor24 ist ein A2o-ARM-Prozessor. Der Hauptprozessor24 leitet notwendige Leistungsanpassungen an die Laserquelle12 , um die gewünschte Bildauflösung beizubehalten, während der Laserstrahl14 projiziert wird. - Die Galvoanordnung
20 umfasst einen ersten Galvomotor30 und einen zweiten Galvomotor32 . Der erste Galvomotor30 liefert eine Schwenkbewegung zu einem ersten Galvospiegel34 und der zweite Galvomotor32 liefert eine Schwenkbewegung zu einem zweiten Galvospiegel36 . Es versteht sich, dass während zwei Galvomotoren30 ,32 in dieser Anmeldung beschrieben sind, zusätzliche Galvomotoren und Spiegelanordnungen innerhalb des Schutzumfangs dieser Erfindung liegen, so dass drei, vier oder mehr Galvomotoren in einer Galvoanordnung20 enthalten sein können, was variable und unterschiedliche Projektionsmerkmale je nach Wunsch bereitstellt. - Der erste Galvospiegel
34 und der zweite Galvospiegel36 leiten den Laserstrahl14 durch die Ausgangsöffnung26 gegen ein Werkstück38 um, wie nachstehend weiter erläutert wird. Der erste Galvomotor30 und der zweite Galvomotor32 sind elektronisch mit dem Hauptprozessor24 verbunden, so dass der Hauptprozessor24 kontinuierlich die Orientierung des ersten Galvospiegels34 und des zweiten Galvospiegels36 berechnet zum Identifizieren einer Richtung, zu der der Laserstrahl14 projiziert wird durch die Ausgangsöffnung26 . - Der erste Galvospiegel
34 und der zweite Galvospiegel36 leiten auch einen reflektierten Laserstrahl40 durch den Strahlteiler18 auf einen Reflexionslasersensor42 um. Der Reflexionslasersensor42 ist auch elektronisch mit dem Hauptprozessor24 verbunden, so dass der Hauptprozessor24 eine Orientierung des ersten Galvospiegels34 und des zweiten Galvospiegels36 berechnet, zu der Zeit wenn der reflektierte Laserstrahl40 den Reflexionslasersensor42 berührt. Auf diese Weise bestimmt der Hauptprozessor24 eine Richtung, aus der der reflektierte Laserstrahl40 stammt, wie weiter unten noch erläutert wird. - Eine Photogrammetrie-Anordnung
44 enthält eine erste Kamera46 , die mit einem ersten Photoprozessor47 verbunden ist, um ein Bild des Werkstücks38 zu übertragen. In einer alternativen Ausführungsform ist eine zweite Kamera50 elektronisch mit einem zweiten Photoprozessor51 verbunden zum Erzeugen eines Bildes der Werkstückoberfläche48 mit der ersten Kamera46 . Stereobildgebung der Werkstückoberfläche48 liefert eine bessere Genauigkeit beim Bestimmen eines Ortes der Werkstückoberfläche48 in einem dreidimensionalen Koordinatensystem. Der erste Photoprozessor47 und der zweite Photoprozessor51 sind Dual-Core-A20-ARM-Prozessoren mit integrierten 5-Megapixel-Sensoren, die als Direktschnittstellen-CMOS-Sensor zum lokalen Aufnehmen von Bildern an den Photoprozessoren47 ,51 vorgesehen sind. Es sollte auch verstanden werden, dass ein CCD-Sensor ebenfalls verwendet werden kann, jedoch bei höheren Energieanforderungen. Der erste Photoprozessor47 und der zweite Photoprozessor51 sind elektronisch mit dem Hauptprozessor24 verbunden. Der Hauptprozessor24 und der erste und der zweite Photoprozessor47 ,51 sind mit einer Prozessorplatine53 verbunden. Jeder der Prozessoren47 ,51 ist einzeln austauschbar auf der Prozessorplatine53 zur Wartung, genauso wie der Hauptprozessor24 . Es sollte auch verstanden werden, dass die Sensoranordnung, wie in den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung zitiert, optional enthält eine Kombination des Reflexionslasersensors42 und der ersten Kamera46 und der zweiten Kamera50 , von denen jede einen CMOS- oder CCD-Sensor enthält. - Der Hauptprozessor
24 implementiert eine Videoanzeige direkt als eine 3-D-Liste, um eine dynamische Fokuseinstellung zu ermöglichen und eine Bewegungskompensationskorrektur zu ermöglichen, wie in der gleichzeitig anhängigenUS-Patentanmeldung Nr. 14/160,945 46 ,50 zum Aufnehmen von Bildern in den lokalen Speicher des Haupt-ARM-Prozessormoduls24 wird bereitgestellt durch die Verbindung der Kameras46 ,50 durch die jeweiligen Photoprozessoren47 ,51 . Eine erste optische Linse55 ist mit der ersten Kamera46 verbunden und eine zweite optische Linse57 ist mit der zweiten Kamera50 verbunden. Die Linsen55 ,57 fokussieren eine Ansicht des Werkstücks38 auf die Sensoren, die in einer Ausführungsform ungefähr ein optisches Sichtfeld von 80 Grad bereitstellen bei einer geringen Verzerrung von 4 Millimeter Brennweite. In alternativen Ausführungsformen, insbesondere für größere oder kleinere Werkstückoberflächen48 , können unterschiedliche optische Sichtfelder verwendet werden. - Eine sekundäre Lichtquelle
52 neben der Laserquelle12 stellt eine sekundäre Beleuchtung54 für das Werkstück38 und für die Werkstückoberfläche48 ,38 bereit. In einer Ausführungsform ist die sekundäre Lichtquelle52 ein LED-Stroboskop-Feld, das in der Nähe der ersten Kamera46 und der zweiten Kamera50 lokalisiert ist. Die sekundäre Lichtquelle52 erzeugt ein sekundäres Licht54 , das in einer Ausführungsform eine ähnliche oder gleiche Wellenlänge wie der Laserstrahl14 aufweist. Alternativ können der Laserstrahl14 und das sekundäre Licht54 unterschiedliche Wellenlängen enthalten. In noch einer weiteren Ausführungsform kann das sekundäre Licht54 ein Infrarotlicht oder ein anderes Licht mit nicht-sichtbarer Wellenlänge sein, was für kontinuierliche oder aufeinanderfolgende Lichtblitze durch die zweite Lichtquelle52 wünschenswert sein kann. - Jede der Komponenten der Laseranordnung
10 ist an einem formstabilen Rahmen60 montiert, der aus einer Aluminiumlegierung oder einer äquivalenten Legierung hergestellt oder geformt ist, von der bekannt ist, dass sie gegenüber Temperaturänderungen im Arbeitsraum oder innerhalb des Gehäuses28 unempfindlich ist. Trotzdem ist ein Lüfter62 an dem Gehäuse befestigt, um eine gleichbleibende Temperatur des Rahmens60 aufrechtzuerhalten und eine Ausdehnung zu verhindern, die mit einem Temperaturkriechen des Rahmens60 verbunden ist. Zusätzlich dient der Rahmen60 als eine Wärmesenke zum Absorbieren und Verteilen von Wärmeenergie, die durch die Komponenten von der Laseranordnung10 erzeugt wird. Daher stellt der Rahmen60 einen formstabilen Ort zwischen der Photogrammetrie-Anordnung44 und der Linsenanordnung15 bereit. Dies reduziert die Notwendigkeit, kontinuierlich einen Ort der Photogrammetrie-Anordnung44 . innerhalb eines dreidimensionalen Koordinatensystems relativ zu der Linsenanordnung15 zu berechnen, um eine akkurate Laserprojektion zu berechnen, wodurch die Antwortzeit zum Projizieren der Laservorlage56 weiter erhöht wird. - Wie oben dargelegt, liefert die Laserquelle
12 den Laserstrahl14 über ein faseroptisches Kabel13 an die Linsenanordnung15 . In einer Ausführungsform hält das faseroptische Kabel13 die Polarisation des Laserstrahls14 aufrecht, um eine effiziente Übertragung durch den Strahlteiler18 zu dem Lichtsensor22 zu ermöglichen. Das optische Kabel13 ist an der Linsenanordnung15 mit einer Verbindungs-/Montageplatten 64-Verbindung gesichert. Die Verbindungs-/Montageplatte64 ist in einer formstabilen Beziehung zu der Linse16 gesichert. Deshalb ist ein Ort von der Laserquelle12 jetzt getrennt von der Linsenanordnung15 bezüglich des Aufrechterhaltens einer akkuraten Projektion, die abhängig ist von dem akkuraten Ort von der Laserquelle. Solange die Kopplungs-/Montageplatte64 in einer maßgenauen Einrichtung relativ zu der Linse16 angeordnet ist, ist es nicht länger notwendig, die Laserquelle12 in einer maßgenauen Beziehung zu der Photogrammetrie-Anordnung44 zu lokalisieren. Als solches, kann Reparatur oder Austausch der Laserquelle12 leicht erreicht werden, ohne dass eine maßgenaue Anordnung der Laserquelle12 relativ zu der Photogrammetrie-Anordnung44 neu kalibriert oder überprüft werden muss, um eine gewünschte akkurate Projektion des Laserstrahls14 zu erzielen. - Die Linse
16 ist in einer Ausführungsform elektrisch durch Verformung abstimmbar, um die Brennweite für eine schnelle Anpassung eines Fokus des Laserstrahls14 zu ändern, um präzise Vorlagenmuster56 auf der Werkstückoberfläche48 aufrechtzuerhalten. Die Linse16 wird abgestimmt in Zusammenarbeit mit der dreidimensionalen Projektion eines Laserstrahls14 auf die dreidimensionale Werkstückoberfläche48 , während die Laseranordnung10 das Muster der Vorlage56 für eine präzise Registrierung abtastet. Als solches wird eine schnelle Brennpunktkorrektur sowohl während des Projizierens auf einer dreidimensionalen Werkstückoberfläche48 als auch während des Projizierens einer zweidimensionalen Werkstückoberfläche erreicht. - Die Linse
16 der vorliegenden Erfindung stellt die Fähigkeit bereit, eine gleichbleibende Punktgröße des Laserstrahls14 auf der Werkstückoberfläche48 aufrechtzuerhalten, selbst wenn eine Zykluszeit einer bestimmten Mustervorlage56 eine Bildwiederholfrequenz von 40 Hz oder mehr enthält, wodurch das bei Linsen des Standes der Technik übliche Wahrnehmungsflackern eliminiert wird. Die Linse16 stellt ein Merkmal mit variablem Fokus zur Verfügung, anstatt sich auf die Translation der Bewegung einer herkömmlichen Linse zu verlassen. Das Modifizieren eines Brennpunkts der Linse16 durch Verändern einer Konfiguration der Linse16 ermöglicht eine schnelle Anpassung des Laserfokus des Laserstrahls14 sogar auf komplexen dreidimensionalen Werkstückoberflächen48 . Daher weist die Linse16 eine rekonfigurierbare Form zum Verändern eines Fokus des von der Laserquelle empfangenen Laserstrahls auf. - In einer Ausführungsform ändert ein Prinzip der Elektrobenetzung die Grenze von zwei Flüssigkeiten, die verschiedene optische Dichten aufweisen, wodurch ein Rekonfigurieren der Form der Linse
16 erreicht wird. Aufteilen der Grenze der zwei Flüssigkeiten durch elektrische Strom- oder Druckdifferenzierung liefert eine schnelle Antwort, wie sie durch den Prozessor24 basierend auf Feedback von der Photogrammetrie-Anordnung44 oder dem Reflexionslichtsensor42 diktiert wird. Eine alternative Linse16 mit rekonfigurierbaren Eigenschaften liefert ein Polymer, das seine Form ändert, wenn Druck auf die Linse16 ausgeübt wird. Schnelle Modifikation des Fokus von der Linse16 durch Verändern der Konfiguration der Form der Linse16 hat sich als die Genauigkeit des Vorlagenbildes56 erhöhend erwiesen, selbst wenn auf komplexe dreidimensionale Werkstückoberflächen48 mit einer Geschwindigkeit projiziert wird, die vorher nicht für möglich gehalten wurde. - Es wird angenommen, dass Temperaturschwankungen die geometrische Konfiguration der Linse beeinflussen, was eine Abnahme der optischen Qualität des Laserstrahls verursacht, obwohl der Fokus des Laserstrahls durch die Steuerschaltung in dem Prozessor
24 augenblicklich modifiziert wird. Temperaturschwankungen werden auf verschiedene Arten addressiert. Zuerst wird die Temperatur kontinuierlich überwacht und mathematische Korrekturen werden an den Prozessor24 als Reaktion auf Temperaturschwankungen angewendet. Um die schnelle Steuerung und Anpassung der Konfiguration der Linse16 weiter zu unterstützen, ist ein Beschleunigungsmesser66 in die Linse16 integriert, um schnelle Fluktuationen der Konfiguration der Linse16 aufgrund nicht nur der Temperaturfluktuation, sondern auch aufgrund der dynamischen Bewegung der Laserprojektionsanordnung10 zu erfassen. Der Beschleunigungsmesser66 identifiziert eine Beschleunigung aus der Bewegung der Linse16 und signalisiert dem Hauptprozessor24 , schnell auf eine solche Bewegung zu reagieren. Zusätzlich liefert die Photogrammetrie-Anordnung44 eine zusätzliche sensorische Eingabe bezüglich der Qualität des durch den Laserstrahl14 erzeugten Laserpunkts, und signalisiert ebenfalls dem Hauptprozessor24 , die Konfiguration der Linse16 zu modifizieren, wodurch eine zusätzliche Fähigkeit zum genauen Projizieren der Laservorlagen bereitgestellt wird. Um Temperaturschwankungen des Rahmens60 weiter anzupassen, dreht der Lüfter62 , um eine im Wesentlichen konstante Temperatur des Rahmens60 aufrechtzuerhalten. Daher wird der Effekt der Kontraktion und Expansion des Rahmens60 auf die Linse16 minimiert. - Wie am besten in
7 dargestellt, ist das Gehäuse28 der Anordnung10 eine vollständig modulare Einheit, die an jeder gewünschten Stelle montiert oder angeordnet werden kann. Das Gehäuse28 wird durch einen Griff68 getragen, der an der Angel70 am Gehäuse28 befestigt ist. Das Gehäuse enthält eine obere Abdeckung62 , die die Ausgangsöffnung26 und die Photogrammetrieöffnungen72 definiert. Der Hauptprozessor24 kommuniziert über ein Ethernetkabel (nicht gezeigt), ein drahtloses System oder ein anderes Verfahren an einen entfernten Computer74 , der CAD-Daten koordiniert und mit mehreren Anordnungen10 kommuniziert, wenn sie verwendet werden. - Mit Bezug auf die
2 bis5 wird nun das Verfahren zum akkuraten Projizieren der Laservorlage56 auf die Werkstückoberfläche48 erläutert. Reflektierende Ziele58 sind an der Werkstückoberfläche48 des Werkstücks38 befestigt. In einer Ausführungsform sind die Ziele58 an einem relevanten Bezugspunkt einer dreidimensionalen Werkstückoberfläche48 befestigt, so dass dreidimensionale Merkmale der Werkstückoberfläche58 von einem Ort des Ziels58 genau berechnet werden können. Eine Mehrzahl von Zielen58 kann an beabstandeten Orten an der Werkstückoberfläche48 angebracht sein. In einer Ausführungsform stellen vier Ziele genügend reflektierende Information bereit, um dreidimensionale Konturen der Werkstückoberfläche48 genau zu berechnen. Mehr oder weniger Ziele58 können basierend auf einer bestimmten Anwendung ausgewählt werden. - Zu Beginn eines Ausrichtungszyklus überträgt die sekundäre Lichtquelle
52 das sekundäre Licht54 zu dem Werkstück38 . Die sekundäre Lichtquelle blitzt das sekundäre Licht54 anstatt sekundäres Licht54 für eine ausgedehnte Zeitperiode zu projizieren. Die Photogrammetrie-Anordnung44 empfängt das von der Werkstückoberfläche48 des Werkstücks38 reflektierte sekundäre Licht und auch das sekundäre Licht, das von den Zielen reflektiert wird. Lokalisieren der Ziele58 in einer bekannten Position relativ zur Werkstückoberfläche48 , wie beispielsweise auf den Bezugspunkt, ermöglicht der Photogrammetrie-Anordnung44 die Zielkonfiguration58 zu verwenden, um die dreidimensionale Konfiguration des Werkstücks38 zu lokalisieren, um schließlich einen Ort der dreidimensionalen Oberfläche48 in einem dreidimensionalen Koordinatensystem zu bestimmen. Auf diese Weise signalisiert die Photogrammetrie-Anordnung44 dem Prozessor24 , Änderungen der Kontur zu berechnen, die die dreidimensionale Werkstückoberfläche48 definieren. - Wie oben dargelegt, detektiert die Photogrammetrie-Anordnung
44 auch das von den Zielen58 reflektierte sekundäre Licht54 . Der Prozessor24 bestimmt auch eine allgemeine Position der Ziele58 in dem dreidimensionalen Koordinatensystem, wenn dies durch die Photogrammetrie-Anordnung44 signalisiert wird. Basierend auf den Zielkoordinaten58 von dem sekundären Licht54 richten die GalvoMotoren 30, 32 den von der Laserquelle12 erzeugten Laserstrahl14 aus, um die Ziele58 mit dem Laserstrahl14 direkt abzutasten. Als solches erkennt der Prozessor24 ein Ziel54 Muster und berechnet den erforderlichen Ort, um die Ziele58 mit dem Laserstrahl14 abzutasten, um einen akkuraten Ort der Laservorlage56 auf der Werkstückoberfläche48 zu berechnen. - Sobald die Ziel
58 Koordinaten berechnet sind, wird der Laserstrahl14 durch die Laserquelle12 auf die Ziele58 projiziert, wie in4 gezeigt.5 zeigt den Laserstrahl14 , der von den Zielen58 durch die Ausgangsöffnungen zurück zu der Projektoranordnung10 reflektiert wird. Mittels Retroreflexion wird der Rückkehrlaserstrahl40 durch den ersten Galvospiegel34 und den zweiten Galvospiegel36 durch den Strahlteiler18 auf den Reflexionslasersensor42 umgeleitet. Zu diesem Zeitpunkt empfängt der Reflexionslasersensor42 den reflektierten Laserstrahl40 , der erste Galvomotor30 und der zweite Galvomotor32 signalisieren dem Prozessor einen Ort, von dem der Rückkehrlaserstrahl40 stammt. Unter Verwendung der Orientierung des Galvomotors30 ,32 berechnet der Prozessor24 einen genauen Ort der Ziele58 und ist daher in der Lage, die Laservorlage56 , wie in6 gezeigt, akkurat zu projizieren. - Die Erfindung wurde auf anschauliche Weise beschrieben, und es versteht sich, dass die Terminologie so verwendet wurde, dass sie als Beschreibung und nicht als Beschränkung zu verstehen ist. Offensichtlich sind im Lichte der obigen Lehren viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung möglich. Es ist daher zu verstehen, dass innerhalb der Beschreibung die Bezugszeichen lediglich der Zweckmäßigkeit dienen und in keiner Weise einschränkend sein sollen, da die Erfindung anders als speziell beschrieben ausgeführt werden kann.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Claims (20)
- Eine Laserprojektionsanordnung zum Projizieren einer Vorlage auf ein Objekt, aufweisend: einen Rahmen; eine Laserquelle zum Erzeugen eines Laserstrahls, welche an dem Rahmen befestigt ist; eine Linsenanordnung enthaltend eine Linse, welche eine rekonfigurierbare Form besitzt zum Verändern eines Fokus von dem Laserstrahl, welcher von der Laserquelle empfangen wurde; eine Sensoranordnung zum Erfassen von Oberflächenorten von dreidimensionalen Objekten; eine Galvanometeranordnung zum Umleiten des Laserstrahls, welcher von der Linsenanordnung empfangen wurde, entlang eines Abtastungspfads; und wobei die Linse an einem festgelegten Ort relativ zu der Galvanometeranordnung eingerichtet ist und wobei die Form von der Linse rekonfiguriert ist in Reaktion auf die Oberflächenorte von den dreidimensionalen Objekten, welche entlang des Abtastungspfads von dem Laserstrahl durch die Sensoranordnung identifiziert wurden.
- Die Anordnung gemäß
Anspruch 1 , weiter enthaltend eine Photogrammetrie-Anordnung, welche an dem Rahmen befestigt ist in einem maßgenauen Ort relativ zu der Galvanometeranordnung zum Identifizieren von Oberflächenorten von dreidimensionalen Objekten. - Die Anordnung gemäß
Anspruch 1 , wobei der Laserstrahl von der Laserquelle zu der Linsenanordnung übertragen wird durch ein optisches Kabel. - Die Anordnung gemäß
Anspruch 1 , wobei das optische Laserkabel verbunden ist mit der Laserquelle mit einer Kabelfassung eingerichtet in einem maßgenauen Anschluss relativ zu der Linsenanordnung. - Die Anordnung gemäß
Anspruch 1 , wobei die Linsenanordnung enthält einen Strahlteiler und die Sensoranordnung enthält einen optischen Sensor, wobei der Strahlteiler einen Teil von dem Laserstrahl in Richtung des optischen Sensors leitet für Bestimmen eines Ausgangsniveaus von der Laserquelle. - Die Anordnung gemäß
Anspruch 1 , wobei die Linse geometrischen Formmodifikationen unterliegt in Reaktion auf die Oberflächenorte von den dreidimensionalen Objekten, welche entlang des Abtastungspfads von dem Laserstrahl durch die Photogrammetrie-Anordnung identifiziert wurden. - Die Anordnung gemäß
Anspruch 1 , wobei die Photogrammetrie-Anordnung enthält eine erste Kamera verbunden mit einem ersten Prozessor und eine zweite Kamera verbunden mit einem zweiten Prozessor, wobei der erste Prozessor und der zweite Prozessor miteinander verbunden sind und festgelegt an dem Rahmen angeordnet sind. - Die Anordnung gemäß
Anspruch 7 , wobei die Anordnung weiter enthält einen dritten Prozessor, welcher elektronisch verbunden ist mit dem ersten Prozessor und dem zweiten Prozessor zum Bereitstellen von Displaylisten-Verarbeitung und elektronischer Kommunikation mit einem Host-Computer. - Die Anordnung gemäß
Anspruch 7 , wobei die erste Kamera und die zweite Kamera im Wesentlichen akkurat lokalisiert sind relativ zu der Linsenanordnung. - Die Anordnung gemäß
Anspruch 1 , weiter enthaltend ein LED-Stroboskop-Feld, welches kooperationsfähig mit der ersten Kamera und der zweiten Kamera ist zum Bereitstellen von Licht, welches detektierbar durch die erste Kamera und die zweite Kamera ist. - Die Anordnung gemäß
Anspruch 1 , wobei der Rahmen aufweist eine Wärmesenke und eine Temperatur des Rahmens steuerbar ist durch ein integriertes Kühlelement. - Die Anordnung gemäß
Anspruch 1 , wobei die Sensoranordnung enthält einen Reflexionslasersensor zum Erfassen des Laserstrahls, der aus der Richtung von dem dreidimensionalen Objekt reflektiert wird zum Detektieren der Oberflächenorte von den dreidimensionalen Objekten, welche entlang des Abtastungspfads von dem Laserstrahl identifiziert werden. - Eine Laserprojektionsanordnung zum Projizieren einer Vorlage auf eine Werkstoffoberfläche von einem Werkstück, aufweisend: einen Rahmen, welcher im Wesentlichen formstabil ist; eine Laserquelle zum Erzeugen eines Laserstrahls, welche an dem Rahmen befestigt ist; eine Galvanometeranordnung montiert an dem Rahmen in einer festgelegten Position zum Umleiten des Laserstrahls entlang eines Abtastungspfads auf der Werkstoffoberfläche, wobei die Galvanometeranordnung dadurch die Vorlage erzeugt; eine Linsenanordnung, welche den Laserstrahl von der Laserquelle empfängt und welche enthält ein fokussierendes Element zum Fokussieren des Laserstrahls auf die Galvanometeranordnung mit dem fokussierenden Element und wobei die Galvanometeranordnung kooperationsfähig den Laserstrahl fokussiert und umleitet in Reaktion auf die geometrische Konfiguration von der Werkstoffoberfläche; und wobei die Linsenanordnung und die Galvanometeranordnung an dem Rahmen befestigt sind in einer maßgenauen Einrichtung und wobei die Laserquelle von der maßgenauen Einrichtung von der Photogrammetrie-Anordnung und der Galvanometeranordnung getrennt ist.
- Die Anordnung gemäß
Anspruch 13 , weiter enthaltend eine Photogrammetrie-Anordnung enthaltend eine Kamera, welche an dem Rahmen in einer maßgenauen, festgelegten Position relativ zu der Galvanometeranordnung montiert ist. - Die Anordnung gemäß
Anspruch 13 , wobei das fokussierende Element von der Linsenanordnung aufweist eine abstimmbare Linse und einen Reflexionslichtsensor. - Die Anordnung gemäß
Anspruch 15 , wobei die abstimmbare Linse aufweist eine deformierbare Linse zum Bereitstellen einer schnellen Anpassung von einem Fokus von dem Laserstrahl. - Die Anordnung gemäß
Anspruch 13 , wobei die Photogrammetrie-Anordnung enthält erste und zweite Kameras zum Erzeugen eines Stereobildes von einer Werkstoffoberfläche von dem Werkstück. - Die Anordnung gemäß
Anspruch 13 , wobei der Laserstrahl geleitet wird von der Laserquelle zu der Linsenanordnung durch ein faseroptisches Kabel, welches einen Anschluss besitzt und wobei der Anschluss in einer maßgenauen Einrichtung relativ zu der Linsenanordnung lokalisiert ist. - Die Anordnung gemäß
Anspruch 17 , wobei die erste Kamera elektronisch verbunden ist mit einem ersten Prozessor und die zweite Kamera elektronisch verbunden ist mit einem zweiten Prozessor, wobei der erste Prozessor und der zweite Prozessor festgelegt eingerichtet sind an dem Rahmen. - Die Anordnung gemäß
Anspruch 19 , wobei der erste Prozessor und der zweite Prozessor elektronisch verbunden sind mit einem Hauptprozessor zum Berechnen von Laserstrahl-Projektionsorten von Bildgebungsdaten, welche empfangen wurden von dem ersten Prozessor und dem zweiten Prozessor.
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