本發(fā)明屬于激光應(yīng)用領(lǐng)域，涉及一種大型激光表演裝置，尤其是一種激光射出光束全角度旋轉(zhuǎn)掃描裝置及其操作方法。

背景技術(shù)：

目前，激光以其色彩純正、高對比度、能夠產(chǎn)生空間光束效應(yīng)和光束相干效應(yīng)等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于舞臺表演、戶外大型表演、水景亮化等領(lǐng)域。與傳統(tǒng)的燈光表演相比，激光表演具有以下特點(diǎn)：(1)色彩艷麗，穿透力強(qiáng)，空間效應(yīng)強(qiáng)烈，顯示面積大，并且激光表演系統(tǒng)的顏色由軟件控制，可實(shí)現(xiàn)多種顏色，而傳統(tǒng)燈光由色片控制，只能夠?qū)崿F(xiàn)有限的幾種；(2)激光表演系統(tǒng)功耗小、省電，發(fā)熱量也小，一臺設(shè)備大約100W左右，而傳統(tǒng)表演燈具都在1000W左右；(3)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)燈光的光效，而且可以對光束和圖像進(jìn)行編輯，與聲音、屏幕、投影等結(jié)合，呈現(xiàn)絢爛的舞臺效果。傳統(tǒng)燈光圖案由圖案盤控制，固定不可編輯。激光表演所帶來的震撼力，使得人們對于激光表演的要求越來越高。大型激光表演系統(tǒng)的發(fā)展最早都是從國外引進(jìn)的大型激光設(shè)備，目前國內(nèi)一些光電企業(yè)自行研制，并且具有自己的專利技術(shù)，能夠自行設(shè)計(jì)并制造大型表演激光設(shè)備。以往使用較多的是調(diào)Q準(zhǔn)連續(xù)激光器，波長單一，隨著半導(dǎo)體激光的發(fā)展，激光的出光效率不斷提高，而體積越來越小，特別是近兩年全彩激光在表演系統(tǒng)的大量應(yīng)用，突破了傳統(tǒng)單綠激光色彩單調(diào)的局限性，綠光與紅光和藍(lán)光結(jié)合，總功率可以超過40瓦，完全可以滿足室外大型表演的要求，增強(qiáng)舞臺效果。讓人們在娛樂休閑的同時(shí)能充分感受到專業(yè)水準(zhǔn)“聲”、“光”、“色”的完美結(jié)合。在激光掃描關(guān)鍵技術(shù)上，更是從早期的簡單步進(jìn)電機(jī)掃描光束發(fā)展到現(xiàn)在采用高速振鏡從而實(shí)現(xiàn)矢量圖形掃描，不僅可以編輯光束，而且可使激光進(jìn)行圖形圖像的動(dòng)態(tài)顯示，讓激光的表現(xiàn)力更加豐富。但是，目前激光的掃描角度受到激光掃描振鏡x、y掃描頭轉(zhuǎn)動(dòng)角度的影響，射出光束掃描范圍在水平和豎直方向上大約±25度，只能夠在一定空間方向上實(shí)現(xiàn)投射，并且達(dá)到最大角度后必須返回，投射區(qū)域較小。為了增加激光的掃描范圍，目前已有的技術(shù)是利用液壓原理，使整個(gè)激光裝置整體轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)水平方向的360度轉(zhuǎn)動(dòng)，但這種裝置實(shí)際上不能夠完成循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，到達(dá)約360度時(shí)，因?yàn)槔@線的問題，必須改變方向重新旋轉(zhuǎn)。因此若要實(shí)現(xiàn)大范圍投射，需要增加設(shè)備從而增加成本，極大限制了激光的使用和表現(xiàn)效果。

現(xiàn)有的全方位旋轉(zhuǎn)燈光表演裝置，例如CN201973511U提及的“全方位旋轉(zhuǎn)LED射燈”，其防纏繞旋轉(zhuǎn)裝置水平和豎直轉(zhuǎn)動(dòng)兩者是獨(dú)立的、隨機(jī)的，打開開關(guān)后水平和豎直的轉(zhuǎn)動(dòng)盤沒有關(guān)聯(lián)，轉(zhuǎn)動(dòng)速度和角度不變，且光源轉(zhuǎn)動(dòng)，光線的變化是通過聚光鏡、發(fā)射鏡等系統(tǒng)來完成。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種激光表演系統(tǒng)及其操作方法，該激光表演系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)激光的全角度范圍內(nèi)定向投射。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

一種激光表演系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括激光表演設(shè)備箱體、底座、水平旋轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)電滑環(huán)、L字型支架以及可以轉(zhuǎn)動(dòng)的激光空心圓柱出光口，所述激光表演設(shè)備箱體內(nèi)設(shè)置有中層隔板，底座設(shè)置于中層隔板上，水平旋轉(zhuǎn)輪設(shè)置在底座上，L字型支架通過導(dǎo)電滑環(huán)與水平旋轉(zhuǎn)輪相連，激光空心圓柱出光口設(shè)置于L字型支架上。

所述系統(tǒng)還包括同步皮帶輪和豎直步進(jìn)電機(jī)，所述L字型支架的一個(gè)支臂與所述水平旋轉(zhuǎn)輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，所述激光空心圓柱出光口、同步皮帶輪和豎直步進(jìn)電機(jī)設(shè)置于所述L字型支架的另一個(gè)支臂上，豎直步進(jìn)電機(jī)通過同步皮帶輪驅(qū)動(dòng)激光空心圓柱出光口轉(zhuǎn)動(dòng)。

所述同步皮帶輪包括兩個(gè)直徑不同的皮帶傳動(dòng)輪，所述豎直步進(jìn)電機(jī)與直徑較小的皮帶傳動(dòng)輪相連，直徑較大的皮帶傳動(dòng)輪與所述激光空心圓柱出光口相連。

所述系統(tǒng)還包括設(shè)置于所述L字型支架上的用于固定所述豎直步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)電機(jī)支架，所述直徑較小的皮帶傳動(dòng)輪位于步進(jìn)電機(jī)支架內(nèi)。

所述豎直步進(jìn)電機(jī)與導(dǎo)電滑環(huán)的一路線路的輸出端相連，進(jìn)行輸入信號的傳遞。

所述L字型支架由鋁合金制成的水平面板支臂和豎直面板支臂構(gòu)成，所述激光空心圓柱出光口設(shè)置于豎直面板支臂上，水平旋轉(zhuǎn)輪與水平面板支臂通過導(dǎo)電滑環(huán)相連，水平旋轉(zhuǎn)輪由設(shè)置于所述中層隔板上的水平步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

上述激光表演系統(tǒng)的操作方法，包括以下步驟：

1)將底座以及導(dǎo)電滑環(huán)分別固定于所述箱體內(nèi)，然后將激光掃描成像系統(tǒng)置于激光空心圓柱出光口中；

2)將導(dǎo)電滑環(huán)的一路線路分別與用于驅(qū)動(dòng)激光空心圓柱出光口轉(zhuǎn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)和所述箱體外部的激光表演系統(tǒng)主機(jī)連接，將激光掃描成像系統(tǒng)通過導(dǎo)電滑環(huán)的另一路線路連接至所述激光表演系統(tǒng)主機(jī)；將用于驅(qū)動(dòng)水平旋轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)連接至所述激光表演系統(tǒng)主機(jī)；

3)給各個(gè)步進(jìn)電機(jī)以及激光掃描成像系統(tǒng)加電，啟動(dòng)所述激光表演系統(tǒng)主機(jī)，使所述激光掃描成像系統(tǒng)隨各個(gè)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)按照一定的旋轉(zhuǎn)速度和角度執(zhí)行所述激光表演系統(tǒng)主機(jī)內(nèi)預(yù)設(shè)的表演編程。

本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

本發(fā)明通過設(shè)置水平旋轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)電滑環(huán)、L字型支架以及激光空心圓柱出光口，可以實(shí)現(xiàn)激光的全角度范圍內(nèi)定向掃描，結(jié)構(gòu)可靠、容易維護(hù)，功能豐富，且裝置的可操作性和擴(kuò)展性極強(qiáng)。

本發(fā)明中，水平轉(zhuǎn)動(dòng)和豎直轉(zhuǎn)動(dòng)分別通過水平旋轉(zhuǎn)輪和同步皮帶輪帶動(dòng)，水平旋轉(zhuǎn)輪和同步皮帶輪采用水平步進(jìn)電機(jī)和豎直步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過控制器編程，可以控制光束或畫面的速度和角度，根據(jù)實(shí)際使用要求實(shí)現(xiàn)全角度范圍內(nèi)特定朝向和角度的投射，可用于紅光，藍(lán)光、綠光和彩光的激光表演系統(tǒng)中。

附圖說明

圖1是激光表演系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)裝置的主視圖；

圖2是激光表演系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)裝置的側(cè)視圖；

圖3是旋轉(zhuǎn)裝置在激光表演系統(tǒng)機(jī)箱中的安裝示意圖；

圖中：1為底座；2為水平旋轉(zhuǎn)輪；3為導(dǎo)電滑環(huán)；4為L型鋁合金支架；5為豎直同步皮帶輪；6為步進(jìn)電機(jī)支架；7為豎直步進(jìn)電機(jī)；8為激光信號傳輸線；9為驅(qū)動(dòng)電機(jī)信號線；10為空心圓柱出光口；11為水平步進(jìn)電機(jī)；12為激光表演設(shè)備箱體；13為中層隔板；14為旋轉(zhuǎn)裝置安裝空間。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述，所述實(shí)施例是對本發(fā)明的解釋，而不是限定。

本發(fā)明提出了一種全角度旋轉(zhuǎn)掃描的激光表演系統(tǒng)，所謂全角度，是指在水平方向和豎直方向上都可實(shí)現(xiàn)360旋轉(zhuǎn)，使得激光投射光束在±25度的范圍基礎(chǔ)上，可實(shí)現(xiàn)水平循環(huán)360度旋轉(zhuǎn)和豎直360度轉(zhuǎn)動(dòng)，通過控制可以在全空間內(nèi)任意方向以任意角度進(jìn)行光束投射。為大型激光表演提供了更加廣闊的應(yīng)用前景。

上述系統(tǒng)包括激光掃描成像系統(tǒng)以及全角度激光表演旋轉(zhuǎn)裝置，參見圖1、圖2以及圖3，所述旋轉(zhuǎn)裝置包括底座1以及與底座1相連的水平旋轉(zhuǎn)輪2，其中底座1固定于激光表演設(shè)備箱體12(簡稱箱體)某一個(gè)位置(中間隔板13)，水平旋轉(zhuǎn)輪2通過水平步進(jìn)電機(jī)11驅(qū)動(dòng)，水平步進(jìn)電機(jī)11固定于底座1旁邊的中間隔板13上，中間隔板13其他部分用于安置激光表演系統(tǒng)的其他組成部分，例如冷卻系統(tǒng)等。通過控制水平步進(jìn)電機(jī)11可設(shè)置水平旋轉(zhuǎn)輪2旋轉(zhuǎn)速度與旋轉(zhuǎn)角度。所述旋轉(zhuǎn)裝置還包括導(dǎo)電滑環(huán)3、L型鋁合金支架4、豎直同步皮帶輪5以及激光空心圓柱出光口10，水平旋轉(zhuǎn)輪2(具體為其旋轉(zhuǎn)軸部分)通過導(dǎo)電滑環(huán)3與L型鋁合金支架4的水平面板連接在一起，帶動(dòng)L型鋁合金支架4做水平360度循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)。豎直同步皮帶輪5包括在L型鋁合金支架4的豎直面板上固定的兩個(gè)直徑不同的皮帶輪，通過豎直步進(jìn)電機(jī)7驅(qū)動(dòng)直徑較小的皮帶輪(豎直步進(jìn)電機(jī)7通過安裝在豎直面板上的步進(jìn)電機(jī)支架6固定，直徑較小的皮帶輪位于該支架內(nèi)，豎直步進(jìn)電機(jī)7由驅(qū)動(dòng)電機(jī)信號線9傳遞的外界信號控制)，帶動(dòng)直徑較大皮帶輪，進(jìn)而帶動(dòng)空心圓柱出光口10轉(zhuǎn)動(dòng)(空心圓柱出光口10由直徑較大皮帶輪驅(qū)動(dòng)，同步轉(zhuǎn)動(dòng))，使得激光掃描成像系統(tǒng)射出的光束能夠進(jìn)行豎直360度旋轉(zhuǎn)(激光掃描成像系統(tǒng)位于激光空心圓柱出光口10內(nèi)，激光掃描成像系統(tǒng)由激光信號傳輸線8傳遞的外界信號控制)。

為了使得L型鋁合金支架4能夠連續(xù)旋轉(zhuǎn)而不繞線，此處采用了導(dǎo)電滑環(huán)3。導(dǎo)電滑環(huán)3底部在箱體中固定不動(dòng)，選取導(dǎo)電滑環(huán)3內(nèi)的兩路線路分別作為激光信號傳輸線8和驅(qū)動(dòng)電機(jī)信號線9，激光信號傳輸線8、驅(qū)動(dòng)電機(jī)信號線9的一端(信號輸入端)固定于導(dǎo)電滑環(huán)3底端，與外界信號相連，而激光信號傳輸線8、驅(qū)動(dòng)電機(jī)信號線9的另一端(信號輸出端)由導(dǎo)電滑環(huán)3上端引出，并分別連接至激光掃描成像系統(tǒng)、豎直步進(jìn)電機(jī)7，這樣L型鋁合金支架4在水平旋轉(zhuǎn)輪2的帶動(dòng)下，通過導(dǎo)電滑環(huán)3可實(shí)現(xiàn)自由循環(huán)的360度轉(zhuǎn)動(dòng)，且不會產(chǎn)生繞線。

上述旋轉(zhuǎn)裝置的特點(diǎn)如下：

1)所述的旋轉(zhuǎn)裝置底座1和導(dǎo)電滑環(huán)3固定不動(dòng)，水平旋轉(zhuǎn)輪2帶動(dòng)L型鋁合金支架4，可以實(shí)現(xiàn)水平360度循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)。

2)所述的豎直同步皮帶輪5由豎直步進(jìn)電機(jī)7帶動(dòng)，使空心圓柱出光口能夠進(jìn)行豎直平面內(nèi)360度轉(zhuǎn)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)激光光束在豎直方向上的旋轉(zhuǎn)。

3)所述的導(dǎo)電滑環(huán)3的激光信號傳輸線8和驅(qū)動(dòng)電機(jī)信號線9兩路信號線輸入端通過導(dǎo)電滑環(huán)底部與外部信號接通，且輸入端固定不動(dòng)；而輸出端與激光掃描成像系統(tǒng)和豎直步進(jìn)電機(jī)相連，在實(shí)現(xiàn)水平旋轉(zhuǎn)時(shí)，輸出端信號線能夠與水平旋轉(zhuǎn)輪一起旋轉(zhuǎn)，在水平循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中不會繞線。

4)所述的L型鋁合金支架中，水平面板與水平旋轉(zhuǎn)輪2的旋轉(zhuǎn)軸連接，產(chǎn)生水平方向的循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)豎直面板，在豎直面板上安裝由豎直步進(jìn)電機(jī)7驅(qū)動(dòng)的豎直轉(zhuǎn)動(dòng)的同步皮帶輪(豎直同步皮帶輪5)，空心圓柱出光口10與大皮帶輪嚙合，同時(shí)可以進(jìn)行豎直轉(zhuǎn)動(dòng)。通過L型鋁合金支架，將水平旋轉(zhuǎn)與豎直轉(zhuǎn)動(dòng)集于一體，完成激光表演系統(tǒng)投射方向的全角度掃描旋轉(zhuǎn)。L型鋁合金支架是一個(gè)整體部件，通過底座固定于箱體內(nèi)，不會在運(yùn)動(dòng)過程中出現(xiàn)抖動(dòng)，穩(wěn)定性好，可以達(dá)到較高的控制精度；并且能夠與激光表演系統(tǒng)箱體緊密結(jié)合，節(jié)省安裝空間。

上述旋轉(zhuǎn)裝置的操作方法如下：

將底座1和導(dǎo)電滑環(huán)3分別固定于箱體中，激光掃描成像系統(tǒng)置于空心圓柱出光口10中，激光信號傳輸線8和驅(qū)動(dòng)電機(jī)信號線9通過與外部(激光表演系統(tǒng)主機(jī))相連，將外界信號傳輸至激光掃描成像系統(tǒng)和豎直步進(jìn)電機(jī)7。通過編程，可以控制激光輸出和旋轉(zhuǎn)速度與角度。當(dāng)加電時(shí)，水平步進(jìn)電機(jī)11與豎直步進(jìn)電機(jī)7帶動(dòng)空心圓柱出光口10，將空心圓柱出光口10可以旋轉(zhuǎn)至水平或豎直的任一位置，實(shí)現(xiàn)激光射出光束的全角度掃描。

通過這樣的一個(gè)旋轉(zhuǎn)裝置，可以很方便的控制激光射出光束的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，實(shí)現(xiàn)水平循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)和豎直360度轉(zhuǎn)動(dòng)，有效提高激光的表現(xiàn)能力，并使其應(yīng)用更加廣泛。另外，利用一定的控制器編程，不僅可以實(shí)現(xiàn)單臺激光設(shè)備的掃描速度與角度的隨意控制，也可以實(shí)現(xiàn)多臺激光設(shè)備的聯(lián)動(dòng)控制，且多臺激光設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)同步動(dòng)作或者不同動(dòng)作的多種表演效果。

本發(fā)明中通過L形支架將水平和豎直運(yùn)動(dòng)合為一體，水平和豎直轉(zhuǎn)動(dòng)通過步進(jìn)電機(jī)控制器與計(jì)算機(jī)(激光表演系統(tǒng)主機(jī))相連，以及編程后可準(zhǔn)確控制轉(zhuǎn)動(dòng)角度和速度。

本發(fā)明中光源不動(dòng)，光源發(fā)出的光束經(jīng)過整形子系統(tǒng)、合光子系統(tǒng)、掃描子系統(tǒng)(總稱激光掃描成像系統(tǒng))之后導(dǎo)入到上述旋轉(zhuǎn)裝置中，由旋轉(zhuǎn)裝置負(fù)責(zé)光束和圖像投射。