JP7339629B2 - Spatial curve co-locating projection system using multiple laser galvo scanners and method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、レーザー投影の技術分野に関し、特に、複数のレーザーガルバノスキャナを用いる空間曲線の共同位置決め投影システム及びその方法に関する。 The present invention relates to the technical field of laser projection, and more particularly to a spatial curve co-locating projection system and method using multiple laser galvo scanners.
レーザーガルバノスキャナの３次元（３Ｄ）曲線位置決め投影技術は、レーザーの優れたコリメーションと指向性により、ガルバノスキャナの高速偏向を通じてレーザービームを制御して迅速に空間内の一連の指定点位置を通過させ、人間の目の視覚残像効果を利用して全体象を形成する。この投影技術は、ＣＡＤ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｉｄｅｄ ｄｅｓｉｇｎ）デジタルモデル内で設計された３Ｄ曲線情報を、１：１の比率で、空間内の対応する位置に正確に投影することができるため、製品のデジタル化された設計情報を、実際の製品製造現場で直接表示することができ、、デジタル化製造ならびに計測分野における重要技術の一つである。単一のレーザーガルバノスキャナの投影設備の範囲には限りがあるため、投影対象が大きなスケールの空間曲線である場合、複数のガルバノスキャナを用いた共同投影が必要である。特に、この技術は、例えばワイドボディ大型航空機の機翼複合材料の配置や位置決め、胴体の組立の位置決めなどの大型設備の製造分野に適用され、複数のガルバノスキャナの投影設備の協働が適用に必要な要件となる。 The three-dimensional (3D) curve positioning projection technology of the laser galvanometer scanner controls the laser beam through the high-speed deflection of the galvanometer scanner to rapidly pass through a series of specified point positions in space due to the excellent collimation and directivity of the laser. , which utilizes the visual afterimage effect of the human eye to form a global image. This projection technology can accurately project the 3D curve information designed in the CAD (computer aided design) digital model to the corresponding position in space with a ratio of 1:1, thus facilitating the digitization of products. It is one of the important technologies in the field of digitized manufacturing and measurement, as it is possible to directly display the design information that has been created at the actual product manufacturing site. Due to the limited range of the projection equipment of a single laser galvanometer scanner, joint projection using multiple galvanometer scanners is necessary when the projection target is a large-scale spatial curve. In particular, this technology is applied in the field of large-scale equipment manufacturing, such as positioning and positioning of wing composite materials for wide-body large aircraft, positioning of fuselage assembly, etc., and the cooperation of multiple galvanometer scanner projection equipment is applicable. It is a necessary requirement.
レーザーガルバノスキャナ自体には外部の空間位置情報を取得する機能がないため、レーザーガルバノスキャナは、被投影対象物との空間的位置のアライメントプロセスにおいて第三者測定システム（例えばレーザートラッカー、視覚測定システム）の助けを借りる必要がある。第三者測定システムの測定機能の助けを借りて、レーザーガルバノスキャナと対象物を測定システムの座標系に統合することにより、レーザーガルバノスキャナと対象物の位置合わせを間接的に実現する。ただし、この間接的な位置合わせ方法は、ガルバノスキャナの使用効率を大幅に低下させるだけでなく、第三者測定システムの測定範囲の制限により、複数のレーザーガルバノスキャナと対象物との間の共同位置決めの実現には不利である。レーザーガルバノスキャナを利用してターゲット空間曲線のレーザー位置決め投影をより便利に実現するため、第三者測定システムの助けを借りずに複数のレーザーガルバノスキャナと対象物との間の共同位置決めを直接実現することで、ターゲット曲線全体を投影できる新しい複数のレーザーガルバノスキャナを用いる空間曲線の共同位置決め投影方法の研究開発が急務となっている。 Since the laser galvano scanner itself has no function of acquiring external spatial position information, the laser galvano scanner needs a third party measurement system (e.g. laser tracker, visual measurement system) in the process of spatial position alignment with the projected object. ) need help. Alignment between the laser galvo scanner and the object is achieved indirectly by integrating the laser galvo scanner and the object into the coordinate system of the measurement system with the help of the measurement function of the third party measurement system. However, this indirect alignment method not only greatly reduces the utilization efficiency of the galvo scanner, but also limits the range of measurement of the third-party measurement system, resulting in a joint failure between multiple laser galvo scanners and the object. It is disadvantageous for realization of positioning. Directly realize joint positioning between multiple laser galvano scanners and the object without the help of third-party measurement system, in order to utilize the laser galvano scanner to realize the laser positioning projection of the target space curve more conveniently Therefore, there is an urgent need for research and development of a spatial curve co-located projection method using new multiple laser galvanometer scanners capable of projecting the entire target curve.
本発明は、広い範囲の空間曲線のレーザー位置決め投影タスクを、効率的かつ便利に完了することができるという利点を有する、複数のレーザーガルバノスキャナを用いる空間曲線の共同位置決め投影システム、及び、その方法を提供することを目的とする。 The present invention provides a spatial curve co-locating projection system and method using multiple laser galvanometer scanners, which has the advantage of being able to efficiently and conveniently complete a wide range of spatial curve laser localizing projection tasks. intended to provide
本発明の技術的手段として、複数のレーザーガルバノスキャナを用いる空間曲線の共同位置決め投影方法であって、次のステップ１～７を含む。すなわち、
ターゲット曲線の投影に参加する受光センサー付き複数のレーザーガルバノスキャナシステムを標定し、標定結果を保存するステップ１、
ターゲット曲線の周りにいくつかの反射ターゲットを配置し、ターゲット曲線座標系における反射ターゲットの空間的位置を測定し、全ての反射ターゲットの空間座標を保存するステップ２、
各レーザーガルバノスキャナシステムを制御して投影範囲内の反射ターゲットをスキャンし、スキャンレーザービームが反射ターゲットの中心位置を通過する時に、対応するガルバノスキャナ制御信号を得るステップ３、
ステップ１内のガルバノスキャナの標定結果及びステップ３内で得られたガルバノスキャナ制御信号に基づき、各レーザーガルバノスキャナシステムとターゲット曲線との間の位置関係を求めるステップ４、
各レーザーガルバノスキャナシステムの投影範囲及びターゲット曲線の曲率情報に基づきターゲット曲線全体の投影領域を分割するステップ５、
各レーザーガルバノスキャナシステムの投影範囲内のターゲット曲線について、曲率情報及び投影精度の要件に従って、線形補間投影過程中に必要な複数の投影制御点を設定するステップ６、
設定された投影制御点に基づき、投影に参加する全てのレーザーガルバノスキャナシステムを制御して、線形補間方式に従い各自領域内のターゲット曲線に対しレーザーの位置決め投影を実行することで、ターゲット曲線全体の位置決め投影を完了するステップ７。
The technical means of the present invention is a method for co-locating and projecting spatial curves using multiple laser galvanometer scanners, comprising the following steps 1-7. i.e.
step 1 of orienting a plurality of laser galvanometer scanner systems with light-receiving sensors that participate in projecting a target curve and storing the orientation results;
step 2 of placing several reflective targets around the target curve, measuring the spatial positions of the reflective targets in the target curve coordinate system, and storing the spatial coordinates of all the reflective targets;
Step 3, controlling each laser galvano scanner system to scan the reflective target within the projection range and obtaining a corresponding galvano scanner control signal when the scanning laser beam passes through the center position of the reflective target;
Step 4 to determine the positional relationship between each laser galvano scanner system and the target curve based on the orientation result of the galvano scanner in step 1 and the galvano scanner control signal obtained in step 3;
step 5 of dividing the projection area of the entire target curve based on the projection range of each laser galvano scanner system and the curvature information of the target curve;
step 6, for the target curve within the projection range of each laser galvanometer scanner system, according to the requirements of curvature information and projection accuracy, setting a plurality of projection control points required during the linear interpolation projection process;
Based on the set projection control points, all the laser galvanometer scanner systems participating in the projection are controlled, and the laser positioning projection is performed on the target curve in each area according to the linear interpolation method, thereby the entire target curve is projected. Step 7 to complete the positioning projection.
前記複数のレーザーガルバノスキャナを用いる空間曲線の共同位置決め投影方法において、ステップ３はサブステップａ及びサブステップｂを含む。すなわち、
レーザーガルバノスキャナシステムを制御して、投射されたレーザースポットをスキャン範囲内の反射ターゲットの付近に来るようにさせ、この時のレーザーガルバノスキャナシステムのデジタル制御信号を記録するサブステップａ、
サブステップａのデジタル制御信号に対応するレーザースポットを中心として辺長がｒの正方形スキャン領域を定め、この領域内の反射ターゲットをレーザースキャンし、反射ターゲットにスキャンされたレーザービームが元の経路からレーザーガルバノスキャナシステム内の受光センサーに戻って受光され、受光信号が発生した時にレーザーガルバノスキャナシステムのデジタル制御信号を記録し、これらデジタル制御信号を介して反射ターゲット中心に投射する時に必要なガルバノスキャナのデジタル制御信号を推定するサブステップｂ。
In the spatial curve co-locating projection method using multiple laser galvanometer scanners, step 3 includes sub-step a and sub-step b. i.e.
substep a of controlling the laser galvanometer scanner system to bring the projected laser spot in the vicinity of the reflective target within the scan range and recording the digital control signals of the laser galvanometer scanner system at this time;
Defining a square scan area of side length r centered on the laser spot corresponding to the digital control signal of substep a, laser scanning a reflective target within this area, and scanning the laser beam onto the reflective target from its original path. A galvano scanner that is necessary to record the digital control signal of the laser galvano scanner system when the light receiving signal is generated by returning to the light receiving sensor in the laser galvano scanner system and projecting to the center of the reflection target through these digital control signals substep b of estimating the digital control signal of .
前記複数のレーザーガルバノスキャナを用いる空間曲線の共同位置決め投影方法において、ステップ４が完了した後、各レーザーガルバノスキャナシステム内の投影範囲内の複数のサブターゲット曲線を１つのターゲット曲線に結合し、結合後のターゲット曲線のカバレッジと元のターゲット曲線のカバレッジを比較し、レーザーガルバノスキャナシステムの数を調整し；結合後のターゲット曲線のカバレッジが元のターゲット曲線のカバレッジより小さい場合、レーザーガルバノスキャナシステムを１つずつ追加し、１つのレーザーガルバノスキャナシステムが追加するたびに、ターゲット曲線との間の位置関係を求める。 In the method for co-locating and projecting spatial curves using multiple laser galvanometer scanners, after step 4 is completed, combining multiple sub-target curves within the projection range in each laser galvanometer scanner system into one target curve; Compare the post target curve coverage with the original target curve coverage and adjust the number of laser galvo scanner systems; if the post binding target curve coverage is less than the original target curve coverage, the laser galvo scanner system Add one by one and determine the positional relationship between the target curve each time one laser galvano scanner system is added.
前記複数のレーザーガルバノスキャナを用いる空間曲線の共同位置決め投影方法において、ステップ６内の任意の投影制御点について、対応するレーザーガルバノスキャナシステムの標定結果、ステップ４内の位置関係及びターゲット曲線座標系における前記投影制御点の空間座標に基づいて、対応するレーザーガルバノスキャナシステムがレーザーを前記投影制御点に投射するために必要なデジタル制御信号を求める。 In the space curve joint positioning projection method using a plurality of laser galvano scanners, for any projection control point in step 6, the corresponding orientation result of the laser galvano scanner system, the positional relationship in step 4 and in the target curvilinear coordinate system Based on the spatial coordinates of the projection control point, a corresponding laser galvanometer scanner system determines the digital control signals required to project a laser onto the projection control point.
前記複数のレーザーガルバノスキャナを用いる空間曲線の共同位置決め投影方法において、サブステップｂにおいて、辺長がｒの正方形スキャン領域内でレーザーグリッド線の方式で前記領域内にある反射ターゲットをスキャンし、グリッド線が反射ターゲットを走査すると、レーザービームは元の経路から戻り、レーザーガルバノスキャナシステム内の受光センサーによって受光させる。 In the method for co-locating and projecting spatial curves using a plurality of laser galvanometer scanners, in sub-step b, scanning a reflective target in a square scan area with a side length of r in the manner of laser grid lines in the area; As the line scans the reflective target, the laser beam retraces its original path and is received by a light receiving sensor within the laser galvo scanner system.
複数のレーザーガルバノスキャナを用いる空間曲線の共同位置決め投影システムは、複数のレーザーガルバノスキャナシステムと、主幹制御装置とを備える。前記レーザーガルバノスキャナシステムは、レーザーガルバノスキャナと、受光センシングデバイスとを備える。前記レーザーガルバノスキャナは、レーザー光源と、２次元ガルバノスキャンヘッドと、ビームエキスパンダーと、集束装置とを備える。前記受光センシングデバイスは、受光センサーと、光学分光集束装置とを備える。前記主幹制御装置は、制御盤と、コンピュータ本体とを備える。前記制御盤は、複数のレーザーガルバノスキャナ及び複数の受光センシングデバイスを協調的に制御するために用いられる。前記受光センサーは、レーザー光源から発射された後に反射して戻ってくるレーザービーム信号を受光する。 A spatial curve co-locating projection system using multiple laser galvanometer scanners comprises a multiple laser galvanometer scanner system and a master controller. The laser galvanometer scanner system includes a laser galvanometer scanner and a light receiving sensing device. The laser galvanometer scanner comprises a laser light source, a two-dimensional galvanometer scan head, a beam expander and a focusing device. The light receiving sensing device comprises a light receiving sensor and an optical spectral focusing device. The master control device includes a control panel and a computer main body. The control board is used to coordinately control multiple laser galvanometer scanners and multiple light receiving sensing devices. The light receiving sensor receives a laser beam signal emitted from the laser light source and reflected back.
従来技術と比較して、本発明の投影方法の有利な効果としては、レーザーガルバノスキャナシステム内に増設された受光センシングデバイス及び事前に標定されたガルバノスキャナ標定結果を介して、対象物表面の反射位置決め点の上に投射されたレーザービームの光路の幾何学的情報を取得する。これにより、レーザーガルバノスキャナシステムと対象物と間の位置関係を求め、これに基づいて、本発明は複数のレーザーガルバノスキャナと対象物との間の位置合わせを実現する。次に対象物表面の空間曲線の曲率情報及び各ガルバノスキャナの投影範囲に従って、被投影大型対象物の空間曲線に対して投影領域を分割し、投影制御点を定める。最後に定めた投影制御点に基づき投影に参加する全てのレーザーガルバノスキャナシステムを同時に制御してターゲット曲線全体のレーザー位置決め投影を完了する。これにより、広い範囲の空間曲線のレーザー位置決め投影タスクを効率的かつ便利に完了することに適する。 Compared with the prior art, the advantageous effect of the projection method of the present invention is that the reflection of the object surface can be detected through the light receiving sensing device added in the laser galvanometer scanner system and the pre-orientated galvanometer scanner orientation result. Obtain geometric information of the optical path of the laser beam projected onto the positioning point. Thereby, the positional relationship between the laser galvanometer scanner system and the object is determined, and based on this, the present invention realizes alignment between multiple laser galvanometer scanners and the object. Next, according to the curvature information of the spatial curve of the surface of the object and the projection range of each galvanometer scanner, the projection area is divided with respect to the spatial curve of the large object to be projected, and projection control points are determined. Finally, based on the determined projection control points, all the laser galvanometer scanner systems participating in the projection are simultaneously controlled to complete the laser positioning projection of the entire target curve. It is suitable for efficiently and conveniently completing the laser positioning projection task of a wide range of spatial curves.
以下、図面及び実施形態を参照しつつ本発明をさらに説明するが、本発明を限定するため根拠としては使用されない。 The invention will now be further described with reference to the drawings and embodiments, which are not used as a basis for limiting the invention.
（実施形態）
複数のレーザーガルバノスキャナを用いる空間曲線の共同位置決め投影システムの構造は、図１及び図２に示すように、複数のレーザーガルバノスキャナシステム１と、主幹制御装置とを備える。前記レーザーガルバノスキャナシステム１は、レーザーガルバノスキャナと、受光センシングデバイスとを備える。前記レーザーガルバノガルバノスキャナは、レーザー光源１１と、２次元ガルバノスキャンヘッド１４と、ビームエキスパンダー１２と、集束装置１３とを備える。前記受光センシングデバイスは、受光センサー２１と、光学分光集束装置とを備える。前記主幹制御装置は、制御盤４１と、コンピュータ本体４２とを備える。前記制御盤４１は、複数のレーザーガルバノスキャナ及び複数の受光センシングデバイスを、協調的に制御するために用いられる。前記受光センサー２１は、レーザー光源１１から発射され後に反射して戻ってくるレーザービーム信号を受光する。
(embodiment)
The structure of spatial curvilinear co-locating projection system using multiple laser galvanometer scanners comprises multiple laser galvanometer scanner systems 1 and a master controller, as shown in FIGS. The laser galvanometer scanner system 1 includes a laser galvanometer scanner and a light receiving sensing device. The laser galvano-galvano scanner comprises a laser light source 11 , a two-dimensional galvo scan head 14 , a beam expander 12 and a focusing device 13 . The light receiving sensing device comprises a light receiving sensor 21 and an optical spectral focusing device. The master control device includes a control panel 41 and a computer main body 42 . The control panel 41 is used to coordinately control multiple laser galvanometer scanners and multiple light sensing devices. The light receiving sensor 21 receives a laser beam signal emitted from the laser light source 11 and then reflected back.
レーザーガルバノスキャナシステムの標定は、受光センサーを用いるレーザーガルバノスキャナ標定システムの助けを借りる。そのハードウェア構成は図３に示すように、レーザーガルバノスキャナと、受光センシングデバイスと、ターゲット設定装置とを備える。前記レーザーガルバノスキャナは、レーザー光源１１と、ビームエキスパンダー１２と、集束装置１３と、２次元ガルバノスキャンヘッド１４とを備える。前記受光センシングデバイスは、受光センサー２１と、光学分光集束装置とを備える。前記ターゲット設定装置は、平行移動機構３１を備え、前記平行移動機構３１には、いくつかの反射ターゲットを配置した投影断面３２が備えられ、前記反射ターゲットの空間座標が撮影測定装置３３で測定される。主幹制御装置は、制御盤４１と、コンピュータ本体４２とを備える。前記制御盤４１は、２次元ガルバノスキャンヘッド１４、レーザー光源１１、集束装置１３、受光センサー２１及び平行移動機構３１を協調的に制御する。前記受光センサー２１は、レーザー光源１１から発射され、投影断面３２によって反射された後のレーザービーム信号を受光する。 Orientation of the laser galvanometer scanner system is assisted by a laser galvanometer scanner orientation system using a light receiving sensor. As shown in FIG. 3, the hardware configuration includes a laser galvanometer scanner, a light sensing device, and a target setting device. The laser galvanometer scanner comprises a laser light source 11 , a beam expander 12 , a focusing device 13 and a two-dimensional galvanoscan head 14 . The light receiving sensing device comprises a light receiving sensor 21 and an optical spectral focusing device. Said target setting device comprises a translation mechanism 31, said translation mechanism 31 is provided with a projection section 32 in which several reflective targets are arranged, and the spatial coordinates of said reflective targets are measured by a photographing and measuring device 33. be. The master control device includes a control panel 41 and a computer main body 42 . The control panel 41 cooperatively controls the two-dimensional galvanometer scan head 14, the laser light source 11, the focusing device 13, the light receiving sensor 21, and the translation mechanism 31. FIG. The light receiving sensor 21 receives a laser beam signal emitted from the laser light source 11 and reflected by the projection plane 32 .
撮影測定装置３３は、投影断面３２上の複数の反射ターゲットの空間座標を一度に測定し、広い範囲内で複数の対象点に対して高精度な測定を実施できる測定装置であることが好ましい。 The imaging and measuring device 33 is preferably a measuring device capable of measuring the spatial coordinates of a plurality of reflective targets on the projection cross section 32 at once and performing high-precision measurement of a plurality of target points within a wide range.
光学分光集束装置は、レンズフィルター２２と、集束ミラー２３と、ビームスプリッタ２４とを備え、２次元ガルバノスキャンヘッド１４内の元の経路から戻された反射レーザービーム信号を分割して受光センサー２１に集束することが好ましい。 The optical spectral focusing device comprises a lens filter 22 , a focusing mirror 23 and a beam splitter 24 to split the reflected laser beam signal returned from its original path in the two-dimensional galvo scanhead 14 to the light receiving sensor 21 . Focusing is preferred.
平行移動機構３１は、駆動モータを備え、前記駆動モータの出力側にはスクリューが連結され、前記スクリューにはクランプが連結され、前記クランプの下にガイドレールが設けられていることが好ましい。前記クランプが、投影断面３２を固定するために用いられることで、投影断面３２の平行移動を容易にし、かつ平行移動の精度を高めることができる。 Preferably, the translation mechanism 31 has a drive motor, a screw is connected to the output side of the drive motor, a clamp is connected to the screw, and a guide rail is provided under the clamp. The clamp is used to fix the projection plane 32, thereby facilitating the translation of the projection plane 32 and increasing the precision of the translation.
複数の前記反射ターゲットは、均しくマイクロガラスビーズの反射点であり、反射効果も良好であることが好ましい。 Preferably, the plurality of reflective targets are evenly reflective points of micro glass beads, and have a good reflective effect.
レーザーガルバノスキャナシステムの標定は、次のステップに従って実行する。すなわち、 Orientation of the laser galvo scanner system is performed according to the following steps. i.e.
ステップＡ：レーザーガルバノスキャナの標定範囲のサイズに応じて、適切なサイズの投影断面３２を選択し、その上にＸ個の円形反射ターゲットを配置し； Step A: according to the size of the orientation range of the laser galvanometer scanner, select an appropriate size projection cross-section 32, and place X circular reflective targets on it;
ステップＢ：反射ターゲットを配置した投影断面３２を平行移動機構３１に固定し、投影断面３２を等間隔に正確に設定されたＸ個の位置に平行移動できるようにし； Step B: Fixing the projection plane 32 with the reflection target on the translation mechanism 31 so that the projection plane 32 can be translated to X positions that are accurately set at equal intervals;
ステップＣ：撮影測定装置でＸ個の設定された位置にある投影断面上の全ての反射ターゲットの空間座標を測定し； Step C: measuring the spatial coordinates of all the reflective targets on the projection cross section at the X set positions with the camera and measurement device;
レーザー光源１１が事前にレーザーを発射し、集束装置１３によりレーザーが投影断面３２上に投射して形成されるスポット径を最小化するように調整し； The laser source 11 emits a laser in advance, and the focusing device 13 adjusts the laser to minimize the spot diameter formed by projecting the laser onto the projection section 32;
ステップＤ：レーザーガルバノスキャナを制御して投影断面３２全体を覆うことができるレーザーグリッド線を投射し、受光センサー２１はグリッド線が反射ターゲットを走査する時の反射レーザービーム信号を受光し、この時の２次元ガルバノスキャンヘッド１４の大まかな制御デジタル信号を記録することで、投影断面３２上の全ての反射ターゲットの大まかなスキャン位置情報を取得し； Step D: control the laser galvano scanner to project a laser grid line that can cover the entire projection section 32, and the light receiving sensor 21 receives the reflected laser beam signal when the grid line scans the reflective target, at this time recording the rough control digital signals of the two-dimensional galvanometer scan head 14 of to obtain the rough scanning position information of all reflective targets on the projection plane 32;
ステップＥ：ステップＤ内の各反射ターゲットの大まかなスキャン位置を中心として、レーザーガルバノスキャナを制御して反射ターゲットのみを覆うことができるレーザーグリッド線を投射し、受光センサー２１の反射レーザービーム信号の受光結果に従って、レーザーが各反射ターゲットを走査する時の２次元ガルバノスキャンヘッド１４に対応する正確な制御デジタル信号を記録し、次にこれらデジタル信号に基づき反射ターゲットの正確なスキャン位置情報を推定し；
ステップＤ及びステップＥ内の反射レーザービーム信号は、２次元ガルバノスキャンヘッド１４の元の経路から戻り、ビームスプリッタ２４、集束ミラー２３及びレンズフィルター２２を順番に通過した後で受光センサー２１によって受光され；
Step E: Centering on the rough scanning position of each reflective target in step D, controlling the laser galvanometer scanner to project a laser grid line that can cover only the reflective target, and the reflected laser beam signal of the light receiving sensor 21 According to the light receiving result, record the accurate control digital signals corresponding to the two-dimensional galvano scanning head 14 when the laser scans each reflective target, and then estimate the accurate scanning position information of the reflective target based on these digital signals. ;
The reflected laser beam signal in steps D and E returns from the original path of the two-dimensional galvanometer scan head 14 and is received by the light receiving sensor 21 after sequentially passing through the beam splitter 24, the focusing mirror 23 and the lens filter 22. ;
ステップＦ：ステップＤ及びステップＥを介して、Ｘ個の設定位置にある投影断面３２上の各反射ターゲットの正確なスキャン位置情報を取得することで、レーザーガルバノスキャナの初期標定データを得； Step F: obtain the initial orientation data of the laser galvanometer scanner by obtaining accurate scanning position information of each reflection target on the projection cross section 32 at X set positions through Step D and Step E;
ステップＧ：各設定位置にある投影断面３２について、ステップＦで得られた初期標定データに従って、２次元ガルバノスキャンヘッド１４の正確な制御デジタル信号と前記投影断面３２上の任意点の空間座標との間のマッピング関係を求め； Step G: For the projection plane 32 at each set position, according to the initial orientation data obtained in step F, the accurate control digital signal of the two-dimensional galvanometer scan head 14 and the spatial coordinates of an arbitrary point on the projection plane 32 find the mapping relationship between;
ステップＨ：所与のデジタル信号について、ステップＧで得られたマッピング関係に従ってスポットに対応する空間座標を任意の投影断面３２上で求めることにより、Ｘ個の設定位置で所与のデジタル信号に対応する出射レーザービーム上のＸ個の空間点の座標を得る。次にＸ個の空間点の座標に基づき所与のデジタル信号に対応する出射光の空間ベクトルにフィッティングし； Step H: For a given digital signal, find the spatial coordinates corresponding to the spot on any projection plane 32 according to the mapping relationship obtained in Step G, so as to correspond to the given digital signal at X set positions. Obtain the coordinates of X spatial points on the outgoing laser beam that then fitting the spatial vector of the emitted light corresponding to the given digital signal based on the coordinates of the X spatial points;
ステップＩ：一定数量のデジタル信号を与え、ステップＨに従って各デジタル信号に対応する出射光の空間ベクトルを得ることにより、レーザーガルバノスキャナの最終標定データを得、次に最終標定データに従って２次元ガルバノスキャンヘッド１４の正確な制御デジタル信号Dとこれに対応する出射光の空間ベクトルVと間のマッピング関係M:D→Vを求め、レーザーガルバノスキャナの標定を完了する。 Step I: Obtaining the final orientation data of the laser galvanometer scanner by giving a certain number of digital signals and obtaining the spatial vector of the emitted light corresponding to each digital signal according to step H, then two-dimensional galvano scanning according to the final orientation data Obtain the mapping relationship M:D→V between the accurate control digital signal D of the head 14 and the corresponding spatial vector V of the emitted light, and complete the orientation of the laser galvanometer scanner.
複数のレーザーガルバノスキャナを用いる空間曲線の共同位置決め投影方法は、次のステップを含む。すなわち、 A spatial curve co-located projection method using multiple laser galvanometer scanners includes the following steps. i.e.
ステップ１：ターゲット曲線Cの投影に参加する複数のレーザーガルバノスキャナシステムを標定し、レーザーガルバノスキャナのデジタル制御信号Dとこれに対応する出射光のガルバノスキャナ標定座標系における空間ベクトルVとの間のマッピング関係を得； Step 1: Orient a plurality of laser galvano-scanner systems participating in the projection of the target curve C, and calculate the distance between the digital control signal D of the laser galvano-scanners and the corresponding space vector V of the emitted light in the galvano-scanner orientation coordinate system. get the mapping relation;
ステップ２：ターゲット曲線Cの周りにいくつかの反射ターゲットを配置し、高精度の測定装置を介してターゲット曲線Cの周りに配置された反射ターゲットの空間的位置を測定して、ターゲット曲線C座標系（O-XYZ座標系）における反射ターゲットの空間点座標
を得、Nは反射ターゲットの総数であり；
Step 2: Place some reflective targets around the target curve C, and measure the spatial positions of the reflective targets placed around the target curve C via a high-precision measuring device to obtain the target curve C coordinates. spatial point coordinates of the reflective target in the system (O-XYZ coordinate system)
where N is the total number of reflected targets;
ステップ３：特定のレーザーガルバノスキャナシステムを制御して投射されたレーザースポットをスキャン範囲内の反射ターゲット付近に来るようにさせ、この時のレーザーガルバノスキャナのデジタル制御信号を
と記録し；
Step 3: Control a specific laser galvanometer scanner system to bring the projected laser spot near the reflective target within the scanning range, and at this time, the digital control signal of the laser galvanometer scanner is
and record;
デジタル制御信号Dk
rに対応するレーザースポットを中心として辺長がｒの正方形のスキャン領域を定め、この領域内においてレーザーグリッド線の方式で前記領域内にある反射ターゲットをスキャンする。グリッド線が反射ターゲットを走査する時、レーザービームが元の経路から戻り、レーザーガルバノスキャナシステム内の受光センサーに受信される。受信信号が発生した時のレーザーガルバノスキャナのデジタル制御信号を記録する。これらデジタル制御信号を通じて反射ターゲット中心に投射される時に必要なガルバノスキャナデジタル制御信号
を推定し；
A square scan area of side length r is defined centered on the laser spot corresponding to the digital control signal Dkr , and within this area the reflective targets within said area are scanned in the manner of the laser grid lines. As the grid line scans the reflective target, the laser beam returns from its original path and is received by a light receiving sensor within the laser galvo scanner system. Record the digital control signal of the laser galvanometer scanner when the received signal occurs. Galvanometer scanner digital control signals required when projected onto the center of the reflective target through these digital control signals
to estimate;
ステップ４：ステップ１の標定結果を介してステップ３内のガルバノスキャナデジタル制御信号
に対応する出射レーザービームの空間ベクトル
を得、これら反射ターゲットのターゲット曲線C座標系における空間座標
とガルバノスキャナ標定座標系における空間ベクトル
を通じて、前記レーザーガルバノスキャナシステムとターゲット曲線Cとの間の位置関係を求め；
Step 4: Galvanometer scanner digital control signal in step 3 via the orientation result of step 1
The spatial vector of the output laser beam corresponding to
and the spatial coordinates of these reflective targets in the target curve C coordinate system
and the space vector in the galvanometer scanner orientation coordinate system
to obtain the positional relationship between the laser galvanometer scanner system and the target curve C through;
ステップ４を繰り返し、投影に参加するレーザーガルバノスキャナシステムをターゲット曲線CのO-XYZ座標系下に統合し、単一のレーザーガルバノスキャナシステムと被投影対象物の空間的位置ｔの位置合わせの原理概略図を図４に示す。
Step 4 is repeated to integrate the laser galvanometer scanner systems participating in the projection under the O-XYZ coordinate system of the target curve C, and the principle of alignment between the single laser galvanometer scanner system and the spatial position t of the object to be projected A schematic diagram is shown in FIG.
（Mは投影に参加するレーザーガルバノスキャナシステムの数）番目のレーザーガルバノスキャナシステム投影範囲内に属するサブターゲット曲線を見つけて
と記録し、その後全ての
を１つのターゲット曲線Cに結合し、Cのカバレッジが元のターゲット曲線Cより小さい場合、投影に参加するレーザーガルバノスキャナシステムの数が不足していることを示す。この場合、レーザーガルバノスキャナシステムを１つずつ追加し、レーザーガルバノスキャナシステムを追加するたびに、新規に追加したレーザーガルバノスキャナシステムをターゲット曲線Cのカバレッジが、元のターゲット曲線Cより大きいか又は等しくなるまでターゲット曲線Cの座標系下に統合し；
ステップ５：各レーザーガルバノスキャナシステムの投影範囲及びターゲット曲線の曲率情報に基づきターゲット曲線全体の投影領域を分割し、複数のサブターゲット曲線Cjに分割し；
(M is the number of laser galvanometer scanner systems participating in the projection) Find the sub-target curve that belongs within the projection range of the th laser galvanometer scanner system
and then all
into one target curve C, and if the coverage of C is less than the original target curve C, it indicates an insufficient number of laser galvo scanner systems participating in the projection. In this case, one laser galvanometer scanner system is added one by one, and each additional laser galvanometer scanner system is added to the newly added laser galvanometer scanner system so that the coverage of the target curve C is greater than or equal to the original target curve C. Integrate under the coordinate system of the target curve C until
Step 5: divide the projection area of the entire target curve into a plurality of sub-target curves Cj according to the projection range of each laser galvano scanner system and the curvature information of the target curve;
ステップ６：単一のレーザーガルバノスキャナシステムの投影領域内のサブターゲット曲線Cjについて、曲率情報及び投影位置決め誤差要件に従って投影制御点
Step 6: For the sub-target curve Cj in the projection area of a single laser galvanometer scanner system, project control points according to the curvature information and projection positioning error requirements
（Qjは、サブターゲット曲線Cjの投影制御点の総数）を設定し、任意の２つの隣り合う投影制御点pj
iとpj
i+1との間の実際の曲線部と、レーザーガルバノスキャナシステムが線形補間方式に従って投影したレーザー曲線部との間の最大距離誤差が、要求される最大位置決め誤差より小さくなり；
全てのレーザーガルバノスキャナシステムの投影範囲内のサブターゲット曲線の投影制御点の設定を完了し、M個の投影制御点セット
を構成し；
(Q j is the total number of projection control points of the sub-target curve C j ), the actual curve portion between any two adjacent projection control points p j i and p j i+1 and the laser The maximum distance error between the galvanometric scanner system and the laser curve projected according to the linear interpolation method is less than the required maximum positioning error;
Complete the setting of projection control points for sub-target curves within the projection range of all laser galvanometer scanner systems, and set M projection control points
constitute;
任意の投影制御点pj
iについて、対応するレーザーガルバノスキャナシステムの標定結果、ステップ４内の位置関係及びターゲット曲線C座標系における前記投影制御点の空間座標に基づいて、対応するレーザーガルバノスキャナシステムがレーザーを前記投影制御点に投射するために必要なデジタル制御信号を求めることで、M個のデジタル制御信号セット
を構成し；
For any projection control point p j i , based on the orientation result of the corresponding laser galvano scanner system, the positional relationship in step 4 and the spatial coordinates of the projection control point in the target curve C coordinate system, the corresponding laser galvano scanner system determines the digital control signals required to project the laser onto the projection control point, resulting in M digital control signal sets
constitute;
ステップ７：j番目のレーザーガルバノスキャナシステムについて、ステップ６内で求めたDjに基づき、線形補間方式に従い前記レーザーガルバノスキャナシステムの投影範囲内のサブターゲット曲線Cjのレーザー位置決め投影を完了する。同時に投影に参加する全てのレーザーガルバノスキャナシステムを制御して対応する子ターゲット曲線のレーザー位置決め投影を完了し、複数のレーザーガルバノスキャナシステムによるターゲット曲線C全体の共同投影を実現する。 Step 7: For the j-th laser galvano scanner system, according to D j obtained in step 6, complete the laser positioning projection of the sub-target curve C j within the projection range of said laser galvano scanner system according to the linear interpolation method. Control all the laser galvanometer scanner systems participating in the projection at the same time to complete the laser positioning projection of the corresponding child target curve, and realize the joint projection of the entire target curve C by multiple laser galvanometer scanner systems.
（本発明の具体的実施例）
図５に示すように、１つの多面体を投影対象とし、前記対象の表面で２つの五角形をターゲット空間曲線として選択して、レーザー位置決め投影操作を実施した。選択した２つの五角形が位置する平面の法線ベクトル角度が大きすぎるため、単一のレーザーガルバノスキャナシステムを用いると、同時に２つのターゲット曲線の位置決め投影効果を同時に確保することが非常に難しい。よって、本実施例では２つのレーザーガルバノスキャナシステムを用いて、２つの異なる方向からターゲット曲線への投影を実施し、本発明により提供される複数のレーザーガルバノスキャナを用いる空間曲線の共同位置決め投影方法に従ってこの２つのレーザーガルバノスキャナシステムと多面体との位置合わせ及び各自レーザーガルバノスキャナシステムの投影範囲内のターゲット曲線のレーザー位置決め投影を完了した。位置決め投影効果は図６に示されている。
(Specific embodiment of the present invention)
As shown in FIG. 5, a polyhedron is taken as a projection object, and two pentagons on the surface of the object are selected as target space curves to carry out a laser positioning projection operation. Because the normal vector angle of the plane where the two selected pentagons are located is too large, it is very difficult to ensure the positioning and projection effect of the two target curves at the same time with a single laser galvanometer scanner system. Therefore, in this embodiment, two laser galvanometer scanner systems are used to carry out the projection onto the target curve from two different directions, and the space curve co-locating projection method using multiple laser galvanometer scanners provided by the present invention. Alignment of the two laser galvanometer scanner systems with the polyhedron and laser positioning projection of the target curve within the projection range of each laser galvanometer scanner system are completed accordingly. The positioning projection effect is shown in FIG.
上記は本発明の好ましい実施形態にすぎず、本発明の保護範囲は上記実施例に限定されない。本発明の技術的思想の下でのすべての技術的手段は、本発明の保護範囲に属する。当業者であれば、本発明の原理を脱しない範囲内で各種の改良や潤色を加えることができ、かかる改良や潤色も本発明の保護範囲に網羅することを見なされるべきであることに留意されたい。 The above are only preferred embodiments of the present invention, and the protection scope of the present invention is not limited to the above examples. All technical means under the technical idea of the present invention belong to the protection scope of the present invention. It should be noted that those skilled in the art can make various improvements and embellishments without departing from the principles of the present invention, and such improvements and embellishments should also be considered to be covered by the protection scope of the present invention. want to be
１ レーザーガルバノスキャナシステム
１１ レーザー光源
１２ ビームエキスパンダー
１３ 集束装置
１４ ２次元ガルバノスキャンヘッド
２１ 受光センサー
２２ レンズフィルター
２３ 集束ミラー
２４ ビームスプリッタ
３１ 平行移動機構
３２ 投影断面
３３ 撮影測定装置
４１ 制御盤
４２ コンピュータ本体
1 laser galvano scanner system 11 laser light source 12 beam expander 13 focusing device 14 two-dimensional galvano scan head 21 light receiving sensor 22 lens filter 23 focusing mirror 24 beam splitter 31 parallel movement mechanism 32 projection section 33 photographing and measuring device 41 control panel 42 computer main body
Claims (4)
ターゲット曲線の投影に参加する、受光センサー付き複数のレーザーガルバノスキャナシステムを標定し、標定結果を保存するステップ１と、
前記ターゲット曲線の周りに複数の反射ターゲットを配置し、ターゲット曲線座標系における反射ターゲットの空間的位置を測定し、全ての前記反射ターゲットの空間座標を保存するステップ２と、
各前記レーザーガルバノスキャナシステムを制御して投影範囲内の前記反射ターゲットをスキャンし、スキャンレーザービームが前記反射ターゲットの中心位置を通過する時に、対応するガルバノスキャナ制御信号を得るステップ３と、
前記ステップ１内のガルバノスキャナの標定結果及び前記ステップ３内で得られた前記ガルバノスキャナ制御信号に基づき、各前記レーザーガルバノスキャナシステムと前記ターゲット曲線との間の位置関係を求めるステップ４と、
各前記レーザーガルバノスキャナシステムの投影範囲及び前記ターゲット曲線の曲率情報に基づいて、ターゲット曲線全体の投影領域を分割するステップ５と、
各前記レーザーガルバノスキャナシステムの投影範囲内の前記ターゲット曲線について、前記曲率情報及び投影精度の要件に従って、線形補間投影過程中に必要な複数の投影制御点を設定するステップ６と、
設定された前記投影制御点に基づき、投影に参加する全ての前記レーザーガルバノスキャナシステムを制御して、線形補間方式に従い各自領域内の前記ターゲット曲線に対し、レーザーの位置決め投影を実行することで、ターゲット曲線全体の位置決め投影を完了するステップ７と、
を含むことを特徴とする、複数のレーザーガルバノスキャナを用いる空間曲線の共同位置決め投影方法。 A spatial curve co-located projection method using multiple laser galvo scanners, comprising:
a step 1 of orienting a plurality of laser galvanometer scanner systems with light-receiving sensors that participate in projecting a target curve and storing the orientation results;
placing a plurality of reflective targets around said target curve, measuring the spatial positions of the reflective targets in a target curve coordinate system, and storing the spatial coordinates of all said reflective targets;
step 3, controlling each said laser galvano scanner system to scan said reflective target within a projection range and obtaining a corresponding galvano scanner control signal when the scanning laser beam passes through the center position of said reflective target;
a step 4 of obtaining a positional relationship between each laser galvano scanner system and the target curve based on the orientation result of the galvano scanner in the step 1 and the galvano scanner control signal obtained in the step 3;
Step 5: dividing the projection area of the entire target curve based on the projection range of each said laser galvano scanner system and the curvature information of said target curve;
step 6 of setting a plurality of projection control points required during a linear interpolation projection process, according to the curvature information and projection accuracy requirements, for the target curve within the projection range of each laser galvanometer scanner system;
Controlling all the laser galvanometer scanner systems participating in the projection based on the set projection control point, and performing laser positioning projection on the target curve in each region according to a linear interpolation method; step 7 completing the positioning projection of the entire target curve;
A spatial curve co-located projection method using a plurality of laser galvanometer scanners, characterized by comprising:
前記レーザーガルバノスキャナシステムを制御して、投射されたレーザースポットをスキャン範囲内の前記反射ターゲットの付近に来るようにさせ、この時の前記レーザーガルバノスキャナシステムのデジタル制御信号を記録するサブステップａと、
前記サブステップａの前記デジタル制御信号に対応する前記レーザースポットを中心として辺長がｒの正方形スキャン領域を定め、この領域内の前記反射ターゲットをレーザースキャンし、前記反射ターゲットにスキャンされたレーザービームが元の経路から前記レーザーガルバノスキャナシステム内の前記受光センサーに戻って受光され、受光信号が発生した時に前記レーザーガルバノスキャナシステムの前記デジタル制御信号を記録し、前記デジタル制御信号を介して反射ターゲット中心に投射する時に必要なガルバノスキャナの前記デジタル制御信号を推定するサブステップｂと、
を含むことを特徴とする、請求項１に記載の複数のレーザーガルバノスキャナを用いる空間曲線の共同位置決め投影方法。 The step 3 is
substep a of controlling the laser galvanometer scanner system to cause the projected laser spot to be in the vicinity of the reflective target within the scan range and recording a digital control signal of the laser galvanometer scanner system at this time; ,
defining a square scan area with side length r centered on the laser spot corresponding to the digital control signal of sub-step a; laser scanning the reflective target within the area; and scanning the laser beam onto the reflective target. is received from the original path back to the light-receiving sensor in the laser galvanometer scanner system, recording the digital control signal of the laser galvano-scanner system when the light-receiving signal is generated, and receiving the reflected target via the digital control signal sub-step b of estimating said digital control signal of the galvanometer scanner required when projecting to the center;
The spatial curve co-locating projection method using multiple laser galvanometer scanners according to claim 1, characterized by comprising:
ことを特徴とする、請求項１に記載の複数のレーザーガルバノスキャナを用いる空間曲線の共同位置決め投影方法。 After step 4 is completed, combine multiple sub-target curves within the projection range in each of the laser galvanometer scanner systems into one target curve, and compare the combined target curve coverage with the original target curve coverage. and adjusting the number of said laser galvanometer scanner systems; if said combined coverage is less than the coverage of said original target curve, adding said laser galvanometer scanner systems one by one; 2. The co-located projection method of spatial curves using multiple laser galvanometer scanners according to claim 1, characterized in that each addition determines the positional relationship with said target curve.
ことを特徴とする、請求項１に記載の複数のレーザーガルバノスキャナを用いる空間曲線の共同位置決め投影方法。
For any projection control point in step 6, based on the corresponding orientation result of the laser galvano scanner system, the positional relationship in step 4, and the spatial coordinates of the projection control point in the target curvilinear coordinate system, Co-locating a spatial curve using multiple laser galvo scanners according to claim 1, characterized in that the corresponding said laser galvo scanner system determines the digital control signals necessary to project a laser onto said projection control point. projection method.
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