本發明屬于激光應用領域，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掃描裝置及其操作方法。

背景技術：

目前，激光以其色彩純正、高對比度、能夠產生空間光束效應和光束相干效應等特點廣泛應用于舞臺表演、戶外大型表演、水景亮化等領域。與傳統的燈光表演相比，激光表演具有以下特點：(1)色彩艷麗，穿透力強，空間效應強烈，顯示面積大，并且激光表演系統的顏色由軟件控制，可實現多種顏色，而傳統燈光由色片控制，只能夠實現有限的幾種；(2)激光表演系統功耗小、省電，發熱量也小，一臺設備大約100W左右，而傳統表演燈具都在1000W左右；(3)不僅能夠實現傳統燈光的光效，而且可以對光束和圖像進行編輯，與聲音、屏幕、投影等結合，呈現絢爛的舞臺效果。傳統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。大型激光表演系統的發展最早都是從國外引進的大型激光設備，目前國內一些光電企業自行研制，并且具有自己的專利技術，能夠自行設計并制造大型表演激光設備。以往使用較多的是調Q準連續激光器，波長單一，隨著半導體激光的發展，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的大量應用，突破了傳統單綠激光色彩單調的局限性，綠光與紅光和藍光結合，總功率可以超過40瓦，完全可以滿足室外大型表演的要求，增強舞臺效果。讓人們在娛樂休閑的同時能充分感受到專業水準“聲”、“光”、“色”的完美結合。在激光掃描關鍵技術上，更是從早期的簡單步進電機掃描光束發展到現在采用高速振鏡從而實現矢量圖形掃描，不僅可以編輯光束，而且可使激光進行圖形圖像的動態顯示，讓激光的表現力更加豐富。但是，目前激光的掃描角度受到激光掃描振鏡x、y掃描頭轉動角度的影響，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現投射，并且達到最大角度后必須返回，投射區域較小。為了增加激光的掃描范圍，目前已有的技術是利用液壓原理，使整個激光裝置整體轉動，實現水平方向的360度轉動，但這種裝置實際上不能夠完成循環轉動，到達約360度時，因為繞線的問題，必須改變方向重新旋轉。因此若要實現大范圍投射，需要增加設備從而增加成本，極大限制了激光的使用和表現效果。

現有的全方位旋轉燈光表演裝置，例如CN201973511U提及的“全方位旋轉LED射燈”，其防纏繞旋轉裝置水平和豎直轉動兩者是獨立的、隨機的，打開開關后水平和豎直的轉動盤沒有關聯，轉動速度和角度不變，且光源轉動，光線的變化是通過聚光鏡、發射鏡等系統來完成。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種激光表演系統及其操作方法，該激光表演系統能夠實現激光的全角度范圍內定向投射。

為達到上述目的，本發明采用了以下技術方案：

一種激光表演系統，該系統包括激光表演設備箱體、底座、水平旋轉輪、導電滑環、L字型支架以及可以轉動的激光空心圓柱出光口，所述激光表演設備箱體內設置有中層隔板，底座設置于中層隔板上，水平旋轉輪設置在底座上，L字型支架通過導電滑環與水平旋轉輪相連，激光空心圓柱出光口設置于L字型支架上。

所述系統還包括同步皮帶輪和豎直步進電機，所述L字型支架的一個支臂與所述水平旋轉輪同步轉動，所述激光空心圓柱出光口、同步皮帶輪和豎直步進電機設置于所述L字型支架的另一個支臂上，豎直步進電機通過同步皮帶輪驅動激光空心圓柱出光口轉動。

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

所述系統還包括設置于所述L字型支架上的用于固定所述豎直步進電機的步進電機支架，所述直徑較小的皮帶傳動輪位于步進電機支架內。

所述豎直步進電機與導電滑環的一路線路的輸出端相連，進行輸入信號的傳遞。

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成，所述激光空心圓柱出光口設置于豎直面板支臂上，水平旋轉輪與水平面板支臂通過導電滑環相連，水平旋轉輪由設置于所述中層隔板上的水平步進電機驅動。

上述激光表演系統的操作方法，包括以下步驟：

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

2)將導電滑環的一路線路分別與用于驅動激光空心圓柱出光口轉動的步進電機和所述箱體外部的激光表演系統主機連接，將激光掃描成像系統通過導電滑環的另一路線路連接至所述激光表演系統主機；將用于驅動水平旋轉輪轉動的步進電機連接至所述激光表演系統主機；

3)給各個步進電機以及激光掃描成像系統加電，啟動所述激光表演系統主機，使所述激光掃描成像系統隨各個步進電機的轉動按照一定的旋轉速度和角度執行所述激光表演系統主機內預設的表演編程。

本發明的有益效果體現在：

本發明通過設置水平旋轉輪、導電滑環、L字型支架以及激光空心圓柱出光口，可以實現激光的全角度范圍內定向掃描，結構可靠、容易維護，功能豐富，且裝置的可操作性和擴展性極強。

本發明中，水平轉動和豎直轉動分別通過水平旋轉輪和同步皮帶輪帶動，水平旋轉輪和同步皮帶輪采用水平步進電機和豎直步進電機驅動，通過控制器編程，可以控制光束或畫面的速度和角度，根據實際使用要求實現全角度范圍內特定朝向和角度的投射，可用于紅光，藍光、綠光和彩光的激光表演系統中。

附圖說明

圖1是激光表演系統旋轉裝置的主視圖；

圖2是激光表演系統旋轉裝置的側視圖；

圖3是旋轉裝置在激光表演系統機箱中的安裝示意圖；

圖中：1為底座；2為水平旋轉輪；3為導電滑環；4為L型鋁合金支架；5為豎直同步皮帶輪；6為步進電機支架；7為豎直步進電機；8為激光信號傳輸線；9為驅動電機信號線；10為空心圓柱出光口；11為水平步進電機；12為激光表演設備箱體；13為中層隔板；14為旋轉裝置安裝空間。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細描述，所述實施例是對本發明的解釋，而不是限定。

本發明提出了一種全角度旋轉掃描的激光表演系統，所謂全角度，是指在水平方向和豎直方向上都可實現360旋轉，使得激光投射光束在±25度的范圍基礎上，可實現水平循環360度旋轉和豎直360度轉動，通過控制可以在全空間內任意方向以任意角度進行光束投射。為大型激光表演提供了更加廣闊的應用前景。

上述系統包括激光掃描成像系統以及全角度激光表演旋轉裝置，參見圖1、圖2以及圖3，所述旋轉裝置包括底座1以及與底座1相連的水平旋轉輪2，其中底座1固定于激光表演設備箱體12(簡稱箱體)某一個位置(中間隔板13)，水平旋轉輪2通過水平步進電機11驅動，水平步進電機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的其他組成部分，例如冷卻系統等。通過控制水平步進電機11可設置水平旋轉輪2旋轉速度與旋轉角度。所述旋轉裝置還包括導電滑環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，水平旋轉輪2(具體為其旋轉軸部分)通過導電滑環3與L型鋁合金支架4的水平面板連接在一起，帶動L型鋁合金支架4做水平360度循環轉動。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直徑不同的皮帶輪，通過豎直步進電機7驅動直徑較小的皮帶輪(豎直步進電機7通過安裝在豎直面板上的步進電機支架6固定，直徑較小的皮帶輪位于該支架內，豎直步進電機7由驅動電機信號線9傳遞的外界信號控制)，帶動直徑較大皮帶輪，進而帶動空心圓柱出光口10轉動(空心圓柱出光口10由直徑較大皮帶輪驅動，同步轉動)，使得激光掃描成像系統射出的光束能夠進行豎直360度旋轉(激光掃描成像系統位于激光空心圓柱出光口10內，激光掃描成像系統由激光信號傳輸線8傳遞的外界信號控制)。

為了使得L型鋁合金支架4能夠連續旋轉而不繞線，此處采用了導電滑環3。導電滑環3底部在箱體中固定不動，選取導電滑環3內的兩路線路分別作為激光信號傳輸線8和驅動電機信號線9，激光信號傳輸線8、驅動電機信號線9的一端(信號輸入端)固定于導電滑環3底端，與外界信號相連，而激光信號傳輸線8、驅動電機信號線9的另一端(信號輸出端)由導電滑環3上端引出，并分別連接至激光掃描成像系統、豎直步進電機7，這樣L型鋁合金支架4在水平旋轉輪2的帶動下，通過導電滑環3可實現自由循環的360度轉動，且不會產生繞線。

上述旋轉裝置的特點如下：

1)所述的旋轉裝置底座1和導電滑環3固定不動，水平旋轉輪2帶動L型鋁合金支架4，可以實現水平360度循環轉動。

2)所述的豎直同步皮帶輪5由豎直步進電機7帶動，使空心圓柱出光口能夠進行豎直平面內360度轉動，可以實現激光光束在豎直方向上的旋轉。

3)所述的導電滑環3的激光信號傳輸線8和驅動電機信號線9兩路信號線輸入端通過導電滑環底部與外部信號接通，且輸入端固定不動；而輸出端與激光掃描成像系統和豎直步進電機相連，在實現水平旋轉時，輸出端信號線能夠與水平旋轉輪一起旋轉，在水平循環轉動過程中不會繞線。

4)所述的L型鋁合金支架中，水平面板與水平旋轉輪2的旋轉軸連接，產生水平方向的循環轉動，帶動豎直面板，在豎直面板上安裝由豎直步進電機7驅動的豎直轉動的同步皮帶輪(豎直同步皮帶輪5)，空心圓柱出光口10與大皮帶輪嚙合，同時可以進行豎直轉動。通過L型鋁合金支架，將水平旋轉與豎直轉動集于一體，完成激光表演系統投射方向的全角度掃描旋轉。L型鋁合金支架是一個整體部件，通過底座固定于箱體內，不會在運動過程中出現抖動，穩定性好，可以達到較高的控制精度；并且能夠與激光表演系統箱體緊密結合，節省安裝空間。

上述旋轉裝置的操作方法如下：

將底座1和導電滑環3分別固定于箱體中，激光掃描成像系統置于空心圓柱出光口10中，激光信號傳輸線8和驅動電機信號線9通過與外部(激光表演系統主機)相連，將外界信號傳輸至激光掃描成像系統和豎直步進電機7。通過編程，可以控制激光輸出和旋轉速度與角度。當加電時，水平步進電機11與豎直步進電機7帶動空心圓柱出光口10，將空心圓柱出光口10可以旋轉至水平或豎直的任一位置，實現激光射出光束的全角度掃描。

通過這樣的一個旋轉裝置，可以很方便的控制激光射出光束的轉動方向，實現水平循環轉動和豎直360度轉動，有效提高激光的表現能力，并使其應用更加廣泛。另外，利用一定的控制器編程，不僅可以實現單臺激光設備的掃描速度與角度的隨意控制，也可以實現多臺激光設備的聯動控制，且多臺激光設備可以實現同步動作或者不同動作的多種表演效果。

本發明中通過L形支架將水平和豎直運動合為一體，水平和豎直轉動通過步進電機控制器與計算機(激光表演系統主機)相連，以及編程后可準確控制轉動角度和速度。

本發明中光源不動，光源發出的光束經過整形子系統、合光子系統、掃描子系統(總稱激光掃描成像系統)之后導入到上述旋轉裝置中，由旋轉裝置負責光束和圖像投射。