一种激光表演系统及其操作方法与流程

本发明属于激光应用领域，涉及一种大型激光表演装置，尤其是一种激光射出光束全角度旋转扫描装置及其操作方法。

背景技术：

目前，激光以其色彩纯正、高对比度、能够产生空间光束效应和光束相干效应等特点广泛应用于舞台表演、户外大型表演、水景亮化等领域。与传统的灯光表演相比，激光表演具有以下特点：(1)色彩艳丽，穿透力强，空间效应强烈，显示面积大，并且激光表演系统的颜色由软件控制，可实现多种颜色，而传统灯光由色片控制，只能够实现有限的几种；(2)激光表演系统功耗小、省电，发热量也小，一台设备大约100W左右，而传统表演灯具都在1000W左右；(3)不仅能够实现传统灯光的光效，而且可以对光束和图像进行编辑，与声音、屏幕、投影等结合，呈现绚烂的舞台效果。传统灯光图案由图案盘控制，固定不可编辑。激光表演所带来的震撼力，使得人们对于激光表演的要求越来越高。大型激光表演系统的发展最早都是从国外引进的大型激光设备，目前国内一些光电企业自行研制，并且具有自己的专利技术，能够自行设计并制造大型表演激光设备。以往使用较多的是调Q准连续激光器，波长单一，随着半导体激光的发展，激光的出光效率不断提高，而体积越来越小，特别是近两年全彩激光在表演系统的大量应用，突破了传统单绿激光色彩单调的局限性，绿光与红光和蓝光结合，总功率可以超过40瓦，完全可以满足室外大型表演的要求，增强舞台效果。让人们在娱乐休闲的同时能充分感受到专业水准“声”、“光”、“色”的完美结合。在激光扫描关键技术上，更是从早期的简单步进电机扫描光束发展到现在采用高速振镜从而实现矢量图形扫描，不仅可以编辑光束，而且可使激光进行图形图像的动态显示，让激光的表现力更加丰富。但是，目前激光的扫描角度受到激光扫描振镜x、y扫描头转动角度的影响，射出光束扫描范围在水平和竖直方向上大约±25度，只能够在一定空间方向上实现投射，并且达到最大角度后必须返回，投射区域较小。为了增加激光的扫描范围，目前已有的技术是利用液压原理，使整个激光装置整体转动，实现水平方向的360度转动，但这种装置实际上不能够完成循环转动，到达约360度时，因为绕线的问题，必须改变方向重新旋转。因此若要实现大范围投射，需要增加设备从而增加成本，极大限制了激光的使用和表现效果。

现有的全方位旋转灯光表演装置，例如CN201973511U提及的“全方位旋转LED射灯”，其防缠绕旋转装置水平和竖直转动两者是独立的、随机的，打开开关后水平和竖直的转动盘没有关联，转动速度和角度不变，且光源转动，光线的变化是通过聚光镜、发射镜等系统来完成。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种激光表演系统及其操作方法，该激光表演系统能够实现激光的全角度范围内定向投射。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种激光表演系统，该系统包括激光表演设备箱体、底座、水平旋转轮、导电滑环、L字型支架以及可以转动的激光空心圆柱出光口，所述激光表演设备箱体内设置有中层隔板，底座设置于中层隔板上，水平旋转轮设置在底座上，L字型支架通过导电滑环与水平旋转轮相连，激光空心圆柱出光口设置于L字型支架上。

所述系统还包括同步皮带轮和竖直步进电机，所述L字型支架的一个支臂与所述水平旋转轮同步转动，所述激光空心圆柱出光口、同步皮带轮和竖直步进电机设置于所述L字型支架的另一个支臂上，竖直步进电机通过同步皮带轮驱动激光空心圆柱出光口转动。

所述同步皮带轮包括两个直径不同的皮带传动轮，所述竖直步进电机与直径较小的皮带传动轮相连，直径较大的皮带传动轮与所述激光空心圆柱出光口相连。

所述系统还包括设置于所述L字型支架上的用于固定所述竖直步进电机的步进电机支架，所述直径较小的皮带传动轮位于步进电机支架内。

所述竖直步进电机与导电滑环的一路线路的输出端相连，进行输入信号的传递。

所述L字型支架由铝合金制成的水平面板支臂和竖直面板支臂构成，所述激光空心圆柱出光口设置于竖直面板支臂上，水平旋转轮与水平面板支臂通过导电滑环相连，水平旋转轮由设置于所述中层隔板上的水平步进电机驱动。

上述激光表演系统的操作方法，包括以下步骤：

1)将底座以及导电滑环分别固定于所述箱体内，然后将激光扫描成像系统置于激光空心圆柱出光口中；

2)将导电滑环的一路线路分别与用于驱动激光空心圆柱出光口转动的步进电机和所述箱体外部的激光表演系统主机连接，将激光扫描成像系统通过导电滑环的另一路线路连接至所述激光表演系统主机；将用于驱动水平旋转轮转动的步进电机连接至所述激光表演系统主机；

3)给各个步进电机以及激光扫描成像系统加电，启动所述激光表演系统主机，使所述激光扫描成像系统随各个步进电机的转动按照一定的旋转速度和角度执行所述激光表演系统主机内预设的表演编程。

本发明的有益效果体现在：

本发明通过设置水平旋转轮、导电滑环、L字型支架以及激光空心圆柱出光口，可以实现激光的全角度范围内定向扫描，结构可靠、容易维护，功能丰富，且装置的可操作性和扩展性极强。

本发明中，水平转动和竖直转动分别通过水平旋转轮和同步皮带轮带动，水平旋转轮和同步皮带轮采用水平步进电机和竖直步进电机驱动，通过控制器编程，可以控制光束或画面的速度和角度，根据实际使用要求实现全角度范围内特定朝向和角度的投射，可用于红光，蓝光、绿光和彩光的激光表演系统中。

附图说明

图1是激光表演系统旋转装置的主视图；

图2是激光表演系统旋转装置的侧视图；

图3是旋转装置在激光表演系统机箱中的安装示意图；

图中：1为底座；2为水平旋转轮；3为导电滑环；4为L型铝合金支架；5为竖直同步皮带轮；6为步进电机支架；7为竖直步进电机；8为激光信号传输线；9为驱动电机信号线；10为空心圆柱出光口；11为水平步进电机；12为激光表演设备箱体；13为中层隔板；14为旋转装置安装空间。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，所述实施例是对本发明的解释，而不是限定。

本发明提出了一种全角度旋转扫描的激光表演系统，所谓全角度，是指在水平方向和竖直方向上都可实现360旋转，使得激光投射光束在±25度的范围基础上，可实现水平循环360度旋转和竖直360度转动，通过控制可以在全空间内任意方向以任意角度进行光束投射。为大型激光表演提供了更加广阔的应用前景。

上述系统包括激光扫描成像系统以及全角度激光表演旋转装置，参见图1、图2以及图3，所述旋转装置包括底座1以及与底座1相连的水平旋转轮2，其中底座1固定于激光表演设备箱体12(简称箱体)某一个位置(中间隔板13)，水平旋转轮2通过水平步进电机11驱动，水平步进电机11固定于底座1旁边的中间隔板13上，中间隔板13其他部分用于安置激光表演系统的其他组成部分，例如冷却系统等。通过控制水平步进电机11可设置水平旋转轮2旋转速度与旋转角度。所述旋转装置还包括导电滑环3、L型铝合金支架4、竖直同步皮带轮5以及激光空心圆柱出光口10，水平旋转轮2(具体为其旋转轴部分)通过导电滑环3与L型铝合金支架4的水平面板连接在一起，带动L型铝合金支架4做水平360度循环转动。竖直同步皮带轮5包括在L型铝合金支架4的竖直面板上固定的两个直径不同的皮带轮，通过竖直步进电机7驱动直径较小的皮带轮(竖直步进电机7通过安装在竖直面板上的步进电机支架6固定，直径较小的皮带轮位于该支架内，竖直步进电机7由驱动电机信号线9传递的外界信号控制)，带动直径较大皮带轮，进而带动空心圆柱出光口10转动(空心圆柱出光口10由直径较大皮带轮驱动，同步转动)，使得激光扫描成像系统射出的光束能够进行竖直360度旋转(激光扫描成像系统位于激光空心圆柱出光口10内，激光扫描成像系统由激光信号传输线8传递的外界信号控制)。

为了使得L型铝合金支架4能够连续旋转而不绕线，此处采用了导电滑环3。导电滑环3底部在箱体中固定不动，选取导电滑环3内的两路线路分别作为激光信号传输线8和驱动电机信号线9，激光信号传输线8、驱动电机信号线9的一端(信号输入端)固定于导电滑环3底端，与外界信号相连，而激光信号传输线8、驱动电机信号线9的另一端(信号输出端)由导电滑环3上端引出，并分别连接至激光扫描成像系统、竖直步进电机7，这样L型铝合金支架4在水平旋转轮2的带动下，通过导电滑环3可实现自由循环的360度转动，且不会产生绕线。

上述旋转装置的特点如下：

1)所述的旋转装置底座1和导电滑环3固定不动，水平旋转轮2带动L型铝合金支架4，可以实现水平360度循环转动。

2)所述的竖直同步皮带轮5由竖直步进电机7带动，使空心圆柱出光口能够进行竖直平面内360度转动，可以实现激光光束在竖直方向上的旋转。

3)所述的导电滑环3的激光信号传输线8和驱动电机信号线9两路信号线输入端通过导电滑环底部与外部信号接通，且输入端固定不动；而输出端与激光扫描成像系统和竖直步进电机相连，在实现水平旋转时，输出端信号线能够与水平旋转轮一起旋转，在水平循环转动过程中不会绕线。

4)所述的L型铝合金支架中，水平面板与水平旋转轮2的旋转轴连接，产生水平方向的循环转动，带动竖直面板，在竖直面板上安装由竖直步进电机7驱动的竖直转动的同步皮带轮(竖直同步皮带轮5)，空心圆柱出光口10与大皮带轮啮合，同时可以进行竖直转动。通过L型铝合金支架，将水平旋转与竖直转动集于一体，完成激光表演系统投射方向的全角度扫描旋转。L型铝合金支架是一个整体部件，通过底座固定于箱体内，不会在运动过程中出现抖动，稳定性好，可以达到较高的控制精度；并且能够与激光表演系统箱体紧密结合，节省安装空间。

上述旋转装置的操作方法如下：

将底座1和导电滑环3分别固定于箱体中，激光扫描成像系统置于空心圆柱出光口10中，激光信号传输线8和驱动电机信号线9通过与外部(激光表演系统主机)相连，将外界信号传输至激光扫描成像系统和竖直步进电机7。通过编程，可以控制激光输出和旋转速度与角度。当加电时，水平步进电机11与竖直步进电机7带动空心圆柱出光口10，将空心圆柱出光口10可以旋转至水平或竖直的任一位置，实现激光射出光束的全角度扫描。

通过这样的一个旋转装置，可以很方便的控制激光射出光束的转动方向，实现水平循环转动和竖直360度转动，有效提高激光的表现能力，并使其应用更加广泛。另外，利用一定的控制器编程，不仅可以实现单台激光设备的扫描速度与角度的随意控制，也可以实现多台激光设备的联动控制，且多台激光设备可以实现同步动作或者不同动作的多种表演效果。

本发明中通过L形支架将水平和竖直运动合为一体，水平和竖直转动通过步进电机控制器与计算机(激光表演系统主机)相连，以及编程后可准确控制转动角度和速度。

本发明中光源不动，光源发出的光束经过整形子系统、合光子系统、扫描子系统(总称激光扫描成像系统)之后导入到上述旋转装置中，由旋转装置负责光束和图像投射。