[发明专利]限制任意激光模板投影的激光曝光的系统和方法

说明书

本申请涉及限制任意激光模板投影的激光曝光的系统和方法。用于将提供最佳激光能量的激光图像投影到工作表面上的激光投影系统包括激光源和用于调制输出功率水平的电子电路。检流计组件包括扫描镜，该扫描镜由镜控制电路操作，以沿着扫描路径将激光束重定向到工作表面上以生成激光图像。检流计组件电连接到电子电路，用于向电子电路发信号通知扫描镜的角速度。控制器包括扫描路径输入模块，用于生成沿着扫描路径的扫描镜的角速度的模拟，以估计沿着激光束的扫描路径的区域的激光能量的集中度。电子电路响应于估计的激光能量集中度和扫描镜的角速度来调制激光束的能量集中度。

在先申请

本申请要求于2018年11月19日提交的美国临时专利申请No.62/769,303的优先权，该美国临时专利申请的内容通过引用包括在本文中。

技术领域

本发明一般而言涉及使用激光投影仪来投影光学模板的系统和方法。更具体地，本发明涉及独立于用于指导组装任务的激光扫描模板的任意性质的低于预定阈值的激光扫描能量。

背景技术

对于许多手动组装任务(诸如放置一系列预切割的碳纤维片材来组装机身组件)，光学模板被投影以指导每个部分的精确放置。通常，为了提供精确放置所需的精度和准确度，通过扫描激光束来显示图案或模板，该激光束穿过一对旋转的检流计镜，以跟踪零件表面上所期望的3D图案轮廓。如果以足够的速度跟踪，路径将显示为稳定、无闪烁的图像，以指导放置任务。

然而，激光的使用对操作者构成潜在的危险，因为无意地直接看光束可能在操作者眼睛的视网膜上聚焦到非常小的光点，从而可能造成永久性损害。为了帮助确保操作员安全，激光设备按照特定等级进行评级，该等级表征与特定设备相关联的危害。这些危害分类基于“最大容许曝光量”或MPE，“最大容许曝光量”或MPE对曝光可能有害的水平进行量化(此曝光“水平”相当于假设激光几乎完全聚焦在视网膜表面上、则有50％的几率在视网膜上形成损伤所需的能量水平的1/10)。

与曝光相关联的该容许能量基于能量的量和曝光的持续时间。更长的曝光允许更高的总能量，因为来自激光的能量将开始扩散到周围的组织中，从而限制了在紧密聚焦的局部区域的损伤。然而，就激光器的功率而言，对高功率激光器的非常短的曝光将仅聚集有限量的总能量，因此可接受的功率水平将与曝光时间成反比地增加。例如，对于5mW的激光器源，在384微秒内达到MPE，而1mW的激光器仅在1/4秒内达到该极限。

监督框架定义了各种等级的激光操作。基于根据MPE的计算，他们为各种等级的设备定义了可达辐射极限(AEL)。例如，1级激光器在任何情况下都不会造成危害。相反，2级激光器仅对于小于1/4秒的曝光保持在可接受的极限内。但是，假设对于可见光激光器，操作员将通过在小于1/4秒的间隔内眨眼或转向而受到对明亮光源的自然厌恶反应的保护。因此，唯一的安全要求是避免直接注视激光束的使用说明和设备标签。类似地，附加的3R级评级允许增加5倍的曝光量，但由于该标准的保守性而不需要苛刻的安全要求-即，危害是对于完全适应黑暗的眼睛评估的，MPE本身的功率极限相当保守。

较高的分类评级——3B级及以上——被认为固有地有危害，并且对于眼睛将构成明确的危险，并且在许多情况下，构成甚至对于皮肤暴露和激光从其他表面的间接反射的危害。因此，此类设备通常需要确保操作员无法直接访问激光束的诸如外壳或其他程序之类的控件，或者需要使用护目镜来阻挡激光波长的任何可见迹线。显然，这样的控件不适用于投影的激光模板，其中操作员必须能够物理接近模板的投影区域才能组装组件，并且显然，使用使激光图案本身不可见的护目镜将是有问题的。因此，出于诸如引导对准的目的，激光系统必须在2级或3R级评级内。

达到此要求的最简单方法是简单地始终保持激光器始终低于2级的1mW和3R级的5mW的平均功率极限，以确保系统固有地处于评级的极限内。例如，典型的手持式激光指示器必须使用这种方法。类似地，传统的激光模板投影系统使输出始终保持5mW，以确保对客户没有任何繁重的安全要求的在3R级内的评级。