專(zhuān)利名稱(chēng)：在透明材料內(nèi)實(shí)現(xiàn)內(nèi)雕的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種在透明材料內(nèi)實(shí)現(xiàn)內(nèi)雕的方法和裝置。
背景技術(shù)：
激光內(nèi)雕是由激光束在透明物體內(nèi)部聚焦，其焦點(diǎn)形成炸裂點(diǎn)或著色點(diǎn)。現(xiàn)有的激光內(nèi)雕方法一般是安裝聚焦鏡頭出射光的光軸垂直于水平面，焦點(diǎn)位于聚焦鏡頭之下。材料的放置一般有以下幾種方法。
1. 選擇需內(nèi)雕的材料的光滑平面一面作為激光的入射面且使入射面垂直于光軸固定在平臺(tái)上。
2. 如果材料的激光入射面為非平面，則在激光入射面加蓋一片折射率接近材料，下表面與材料面緊密吻合，上表面為光滑平面的透鏡，使透鏡入射面垂直于光軸相對(duì)平臺(tái)固定。
但是所述的第二種方法還存在幾點(diǎn)不足首先它只適合用于材料入射面為規(guī)則曲面。如球面的內(nèi)雕加工，對(duì)于激光入射面為非規(guī)則曲面的材料，由于制造非規(guī)則曲面透鏡的難度較高，工藝復(fù)雜，價(jià)格昂貴，不適合內(nèi)雕加工生產(chǎn)。其次，當(dāng)材料的入射面為曲面，在斜率過(guò)大的地方造成入射角過(guò)大，比如透明球的邊緣，因?yàn)楣獾姆瓷洌斐啥未蟮哪芰克p，一次是通過(guò)上端透鏡下表面， 一次是通過(guò)材料上表面，使材料內(nèi)炸點(diǎn)大小不均勻或難以實(shí)現(xiàn)聚焦炸點(diǎn)或著色。雕刻范圍只能限制在曲面較小的斜率范圍內(nèi)。
本專(zhuān)利人在申請(qǐng)的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利ZL 200710070392.9名稱(chēng)為在表面為非平面的透明材料內(nèi)實(shí)現(xiàn)內(nèi)雕的方法及裝置中提及了一種方法，其方法是在平臺(tái)上固定一盛有透明液體的容器，把需內(nèi)雕的工件定位在容器內(nèi)，液體完全漫過(guò)工件，并在容器上口處設(shè)有一垂直于光軸的透明光滑平板。通過(guò)各種機(jī)械結(jié)構(gòu)移動(dòng)聚焦鏡頭或者平臺(tái)，控制每個(gè)焦點(diǎn)相對(duì)于工件的空間位置，組成圖案。成品內(nèi)雕圖案相對(duì)于工件的空間位置，最佳的視覺(jué)效果往往以工件的激光入射面為參照。但該專(zhuān)利及上述各種方法，工件的激光入射面都是上表面，定位卻都是以下表面為基準(zhǔn)固定在平臺(tái)上。由于內(nèi)雕工件本身尺寸存在誤差，當(dāng)要求激光內(nèi)雕加工圖案相對(duì)于工件激光入射面直線(xiàn)距離高精度時(shí)，比如在透明容器的器壁內(nèi)雕刻圖案。只有通過(guò)測(cè)量每個(gè)工件尺寸使之分類(lèi)，再根據(jù)不同的規(guī)格調(diào)整內(nèi)雕機(jī)參數(shù)解決。如果工件的下表面為非規(guī)則面，還要根據(jù)工件的形狀做相應(yīng)的固定裝置使上表面相對(duì)于聚焦鏡頭焦點(diǎn)定位。由于工件尺寸誤差的不同，更有一些下表面非規(guī)則工件定位相當(dāng)困難。且上述專(zhuān)利中的方法在內(nèi)雕大
4體積工件時(shí)，因?yàn)橥该饕后w需要漫過(guò)工件，內(nèi)雕完成取出工件時(shí)，工件上必然會(huì)粘附有一些透明液體，使透明液體材料消耗比較大。如果內(nèi)雕機(jī)本身為動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)時(shí)，工作時(shí)使整個(gè)動(dòng)平臺(tái)慣量過(guò)大，影響定位精度，甚至超過(guò)動(dòng)平臺(tái)設(shè)計(jì)負(fù)荷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要是解決了上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在問(wèn)題，提供了一種可以用較低成本，簡(jiǎn)單工序，不用考慮材料整體尺寸誤差，實(shí)現(xiàn)激光內(nèi)雕加工圖案相對(duì)于工件激光入射面的空間位置精確定位。而且在工件的激光入射面為非平面時(shí)，更容易實(shí)現(xiàn)在包括大體積的工件內(nèi)激光內(nèi)雕的方法和裝置。
為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種在透明材料內(nèi)實(shí)現(xiàn)內(nèi)雕的方法，該方法中激光匯聚機(jī)構(gòu)的出射光向上透過(guò)一底部為透明材料的容器或透明光滑平板匯聚，容器的底部或透明光滑平板水平安裝在激光匯聚機(jī)構(gòu)上方，底部為透明材料的容器或透明光滑平板相對(duì)于激光匯聚機(jī)構(gòu)的匯聚點(diǎn)能夠依靠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)作三維移動(dòng)。容器底材料透明下表面光滑，底部透明的容器、容器內(nèi)透明液體共同組成緊密吻合工件入射面的光學(xué)體。
本發(fā)明的上述技術(shù)問(wèn)題主要是通過(guò)下述技術(shù)方案得以解決的 一種在透明材料內(nèi)實(shí)現(xiàn)內(nèi)雕的方法，其特征在于其步驟為
a. 設(shè)置一底部透明的容器或透明光滑平板，使容器或透明光滑平板位于激光內(nèi)雕機(jī)激光匯聚機(jī)構(gòu)的上方，容器或透明光滑平板底部水平安裝，使激光內(nèi)雕機(jī)激光匯聚機(jī)構(gòu)的光軸與容器或透明光滑平板底部之間的夾角為80。 90° ;
b. 放置工件，如果工件的激光入射面為非平面，則先在設(shè)置好的容器內(nèi)注入透明液體
，然后將工件放置在容器內(nèi)，并通過(guò)限位塊將其定位于容器內(nèi)，調(diào)整透明液體高度，使透明液體浸沒(méi)工件的激光入射面，透明液體的最低高度要保證工件需要進(jìn)行雕刻范圍內(nèi)的激光入射面與容器底部之間充滿(mǎn)透明液體；如果工件的激光入射面為光滑平面，則將工件放置在透明光滑平板上通過(guò)限位塊將其定位；
c. 開(kāi)啟激光內(nèi)雕機(jī)開(kāi)始雕刻，激光通過(guò)內(nèi)雕機(jī)上的激光匯聚機(jī)構(gòu)，向上透過(guò)底部為透明材料的容器或透明光滑平板后準(zhǔn)確聚焦于工件內(nèi)部。
作為上述方案的一種優(yōu)選方案，所述容器底部材料的激光入射面透明光滑。作為上述方案的一種優(yōu)選方案，底部透明的容器、透明液體組成一個(gè)激光入射面為光滑平面，激光出射面和工件面緊密吻合的透鏡。
作為上述方案的一種優(yōu)選方案，容器底部的材料的厚度為5mnT30mm。
作為上述方案的一種優(yōu)選方案，透明液體的折射率為工件折射率的80% 120%。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種在透明材料內(nèi)實(shí)現(xiàn)內(nèi)雕的裝置，其特征在于包 括一底部透明的容器，該容器設(shè)置在激光匯聚機(jī)構(gòu)上方，容器的底部為水平設(shè)置的透明光滑 的平面，在容器內(nèi)盛有透明液體，工件放置在容器內(nèi)，并用限位塊將其定位于容器底部，所 述底部透明的容器、透明液體與工件共同組合成一激光入射面為光滑平面的光學(xué)整體。
作為上述方案的一種優(yōu)選方案，所述底部透明的容器底部的材料為透明玻璃平板，其厚
度為5mnT30mm，所述激光束匯聚機(jī)構(gòu)為對(duì)激光進(jìn)行聚焦的透鏡。
該內(nèi)雕的裝置還可以是包括一透明光滑平板，該透明光滑平板水平設(shè)置在激光匯聚機(jī) 構(gòu)上方，工件放置在透明光滑平板上，并用限位塊將其定位于透明光滑平板上。
作為上述方案的一種優(yōu)選方案，所述透明光滑平板的材料為透明玻璃平板，其厚度為 5mnT30mm，所述激光束匯聚機(jī)構(gòu)為對(duì)激光進(jìn)行聚焦的透鏡。
因此，由于本發(fā)明的內(nèi)雕工件三軸的限位點(diǎn)都是位于工件的激光入射面附近，使激光內(nèi) 雕圖案相對(duì)于材料激光入射面定位更加精確。在內(nèi)雕激光入射面為非平面工件時(shí)減少了內(nèi)雕 加工過(guò)程中的操作步驟。透明液體不用漫過(guò)材料，減少了內(nèi)雕用透明液體的用量，減少了在 取出內(nèi)雕工件時(shí)透明液體因帶出產(chǎn)生的損耗。如果在透明液體為高價(jià)材料時(shí)顯得尤為重要。 如果透明液體需要清洗，可以減少清洗液的用量。本發(fā)明還具有工藝簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，生產(chǎn) 成本低廉的特點(diǎn)。


附圖l是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖2是本發(fā)明的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。
1-容器2-透明液體3-限位塊4-工件5-激光匯聚機(jī)構(gòu)6-透明光滑平板
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。 本發(fā)明主要采用 一種激光匯聚機(jī)構(gòu)出射光向上透過(guò)一透明平板或底部為透明材料的容器 聚焦，使激光內(nèi)雕圖案相對(duì)于材料激光入射面精確定位的一種方法及裝置。其實(shí)施例如下 實(shí)施例l:
在內(nèi)雕工件激光入射面為非平面時(shí)，該內(nèi)雕裝置如圖l所示，主要包括一底部透明的容 器l，該容器為一敞口容器，容器底部的材料為透明的玻璃平板，其厚度為10mm，容器水平 設(shè)置于激光內(nèi)雕機(jī)激光匯聚機(jī)構(gòu)5S卩凸透鏡的上方，使凸透鏡的光軸與容器底部之間的夾角 為90° ，該凸透鏡聚焦的焦點(diǎn)和容器l可以做相對(duì)三維運(yùn)動(dòng)。用兩塊以上的限位塊3以焦點(diǎn)為 參照，按要雕刻的圖案相對(duì)與工件3即本實(shí)施例中的瓶子位置要求定位，固定在容器內(nèi)；然后將透明液體注入容器內(nèi)，調(diào)整容器內(nèi)透明液體的液面高度，該液面最低高度要保證工件需 要進(jìn)行雕刻范圍內(nèi)的激光入射面與容器底部之間充滿(mǎn)透明液體，透明液體的折射率為工件折 射率的80% 120%，當(dāng)然是透明液體的折射率越接近工件折射率，其效果越好；然后將工件放 入容器內(nèi)，由于該工件為瓶子，其底部?jī)?nèi)凹，先將瓶子略?xún)A斜浸入透明液體2內(nèi)，排出內(nèi)凹 處空氣，然后將其放置在限位塊之間，使其依靠限位塊、容器底三軸定位。相對(duì)于容器移動(dòng) 凸透鏡，使聚焦透鏡焦點(diǎn)相對(duì)于工件定位在圖案原點(diǎn)，啟動(dòng)雕刻，激光通過(guò)內(nèi)雕機(jī)上的凸透 鏡向上射出后準(zhǔn)確聚焦于工件內(nèi)部。 實(shí)施例2:
如圖2所示，本發(fā)明還給出了另一種裝置，當(dāng)內(nèi)雕工件激光入射面為平面時(shí)，該裝置主 要包括一透明光滑平板6，該透明光滑平板為透明的玻璃平板，其厚度為10mm，透明光滑平 板設(shè)置于激光內(nèi)雕機(jī)激光匯聚機(jī)構(gòu)5即凸透鏡的上方，使凸透鏡的光軸與透明光滑平板之間 的夾角為90。，凸透鏡聚焦的焦點(diǎn)和透明光滑平板可以做相對(duì)三維運(yùn)動(dòng)；用兩塊以上的限位 塊3以焦點(diǎn)為參照，按要雕刻的圖案相對(duì)與工件3位置要求定位，固定在透明光滑平板6上， 然后將工件放置在限位塊之間，使其依靠限位塊、透明光滑平板三軸定位。相對(duì)于透明光滑 平板移動(dòng)凸透鏡，使聚焦透鏡焦點(diǎn)相對(duì)于工件定位在圖案原點(diǎn)，啟動(dòng)雕刻，激光通過(guò)內(nèi)雕機(jī) 上的凸透鏡向上射出后準(zhǔn)確聚焦于工件內(nèi)部。
本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說(shuō)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技 術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類(lèi)似的方式替代，但并不 會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書(shū)所定義的范圍。
盡管本文較多地使用了底部透明的容器、透明光滑平板、透明液體、工件等術(shù)語(yǔ)，但并 不排除使用其它術(shù)語(yǔ)的可能性。使用這些術(shù)語(yǔ)僅僅是為了更方便地描述和解釋本發(fā)明的本質(zhì) ;把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。
權(quán)利要求
權(quán)利要求1一種在透明材料內(nèi)實(shí)現(xiàn)內(nèi)雕的方法，其特征在于其步驟為a. 設(shè)置一底部透明的容器(1)或透明光滑平板(6)，使容器或透明光滑平板位于激光內(nèi)雕機(jī)激光匯聚機(jī)構(gòu)(5)的上方，容器或透明光滑平板底部水平安裝，使激光內(nèi)雕機(jī)激光匯聚機(jī)構(gòu)的光軸與容器或透明光滑平板底部之間的夾角為80°～90°；b. 放置工件(4)，如果工件(4)的激光入射面為非平面，則先在設(shè)置好的容器內(nèi)注入透明液體(2)，然后將工件放置在容器內(nèi)，并通過(guò)限位塊(3)將其定位于容器內(nèi)，調(diào)整透明液體高度，使透明液體浸沒(méi)工件的激光入射面，該透明液體的最低高度要保證工件需要進(jìn)行雕刻范圍內(nèi)的激光入射面與容器底部之間充滿(mǎn)透明液體；如果工件(4)的激光入射面為光滑平面，則將工件放置在透明光滑平板(6)上并通過(guò)限位塊(3)將其定位；c. 開(kāi)啟激光內(nèi)雕機(jī)開(kāi)始雕刻，激光通過(guò)內(nèi)雕機(jī)上的激光匯聚機(jī)構(gòu)(5)，向上透過(guò)透明光滑平板或底部為透明材料的容器后準(zhǔn)確聚焦于工件內(nèi)部。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的在透明材料內(nèi)實(shí)現(xiàn)內(nèi)雕的方法，其特征是所 述容器(1)底部材料的激光入射面透明光滑。
3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的在透明材料內(nèi)實(shí)現(xiàn)內(nèi)雕的方法，其特征是底 部透明的容器(1)，透明液體(2)組成一個(gè)激光入射面為光滑平面，激光出射面和工件面 緊密吻合的透鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的在透明材料內(nèi)實(shí)現(xiàn)內(nèi)雕的方法，其特征是容 器(1)底部的材料或透明光滑平板的厚度為5mnT30mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求l所述的在透明材料內(nèi)實(shí)現(xiàn)內(nèi)雕的方法，其特征是透 明液體的折射率為工件折射率的80% 120% 。
6. 一種在透明材料內(nèi)實(shí)現(xiàn)內(nèi)雕的裝置，其特征在于包括一底部透 明的容器(1)，該容器設(shè)置在激光匯聚機(jī)構(gòu)上方，容器的底部為水平設(shè)置的透明光滑的平 面，在容器內(nèi)盛有透明液體(2)，工件(4)放置在容器內(nèi)，并用限位塊(3)將其定位于 容器底部，所述底部透明的容器(1)、透明液體(2)與工件(4)共同組合成一激光入射面為光滑平面的光學(xué)整體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的在透明材料內(nèi)實(shí)現(xiàn)內(nèi)雕的裝置，其特征是所 述底部透明的容器底部的材料為透明玻璃平板，其厚度為5mnT30mm，所述激光束匯聚機(jī)構(gòu)為 對(duì)激光進(jìn)行聚焦的透鏡。
8.一種在透明材料內(nèi)實(shí)現(xiàn)內(nèi)雕的裝置，其特征在于包括一透明光 滑平板(6)，該透明光滑平板水平設(shè)置在激光匯聚機(jī)構(gòu)上方，工件(4)放置在透明光滑平 板上，并用限位塊(3)將其定位于透明光滑平板上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的在透明材料內(nèi)實(shí)現(xiàn)內(nèi)雕的裝置，其特征是所 述透明光滑平板(6)的材料為透明玻璃平板，其厚度為5mnT30mm，所述激光束匯聚機(jī)構(gòu)為 對(duì)激光進(jìn)行聚焦的透鏡。
全文摘要
本發(fā)明涉及激光加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種在透明材料內(nèi)實(shí)現(xiàn)內(nèi)雕的裝置。一種在透明材料內(nèi)實(shí)現(xiàn)內(nèi)雕的裝置，包括一底部透明的容器，該容器設(shè)置在激光匯聚機(jī)構(gòu)上方，容器的底部為水平設(shè)置的透明光滑的平面，在容器內(nèi)盛有透明液體，工件放置在容器內(nèi)，并用限位塊將其定位于容器底部，所述底部透明的容器、透明液體與工件共同組合成一激光入射面為光滑平面的光學(xué)整體。本發(fā)明還涉及一種在透明材料內(nèi)實(shí)現(xiàn)內(nèi)雕的方法，采用上述的裝置便可實(shí)現(xiàn)本方法。本發(fā)明具有定位更加精確，操作步驟少，還具有工藝簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，生產(chǎn)成本低廉的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B23K26/12GK101508056SQ20081030624
公開(kāi)日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2008年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月15日
發(fā)明者吳敏鋒 申請(qǐng)人:吳敏鋒