一種大幅面激光雕刻的制造方法
【專利摘要】一種大幅面激光雕刻機，它包括機架、激光器和動態(tài)聚焦雕刻頭，該機架側(cè)面設(shè)有傳動機構(gòu)，該傳動機構(gòu)頂部設(shè)有載物臺；該動態(tài)聚焦雕刻頭包括殼體及內(nèi)部的Z軸動態(tài)聚焦鏡、第一聚焦鏡、第二聚焦鏡、X軸振鏡、Y軸振鏡；該Z軸動態(tài)聚焦鏡與第一伺服電機連接而可在該激光器與該第一聚焦鏡之間的光軸方向上高速移動；該X軸振鏡和Y軸振鏡分別連接第二伺服電機及第三伺服電機，兩反射振鏡可高速擺動調(diào)整鏡片與入射光束之間的角度。本實用新型通過雕刻頭動態(tài)聚焦實現(xiàn)大幅面范圍的雕刻加工，提高了雕刻精度，并有效降低加工成本和提高生產(chǎn)效率。
【專利說明】一種大幅面激光雕刻機

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于激光雕刻【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種利用動態(tài)聚焦實現(xiàn)大幅面加工的激光雕刻機。

【背景技術(shù)】
[0002]激光雕刻加工廣泛應(yīng)用于廣告裝飾、印刷、皮革服裝、工藝品等行業(yè)，適用于加工金屬、有機玻璃、塑料、玻璃、竹木、布料、皮革、橡膠板、石材等各種材料。通常的激光雕刻機以數(shù)控技術(shù)為基礎(chǔ)，通過激光雕刻頭機械運動掃描的方式來實現(xiàn)一定范圍內(nèi)的雕刻加工。對于大面積雕刻加工，需要配套大尺寸工作臺，工作臺上安裝有X、Y軸導(dǎo)軌，整套激光雕刻裝置在導(dǎo)軌上通過電機驅(qū)動來實現(xiàn)大范圍的移動加工，同時為了實現(xiàn)在Z向移動調(diào)焦，激光雕刻裝置在Z軸方向還需要在Z軸導(dǎo)軌上通過電機驅(qū)動上下移動。為實現(xiàn)大幅面雕刻加工，需要框架式工作臺和導(dǎo)軌的尺寸足夠大，而大尺寸的工作臺和導(dǎo)軌對于設(shè)備的尺寸精度保證提出挑戰(zhàn)，同時大行程的機械運動不利于雕刻加工精度保證和加工效率的提升。傳統(tǒng)大幅面打標(biāo)、雕刻機依賴機械運動帶動激光工作頭移動實現(xiàn)，所以通常電機驅(qū)動下激光工作頭的移動速度不超過100mm/S，機械傳動的定位精度和重復(fù)精確度大于0.05mm,同時受限于工作臺尺寸和工作場所面積。為了解決加工精度和加工效率問題，申請?zhí)枮?01110317220.3的“一種雙光頭激光束動態(tài)雕刻切割機”及申請?zhí)枮?01110258157.0的“一種多頭激光雕刻機”等專利提出有兩個或更多個激光雕刻頭的激光加工設(shè)備，但卻造成設(shè)備的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，制造成本越來越高，同時仍舊受限于機械運動掃描式雕刻所需工作臺的尺寸問題。因此，對于大幅面雕刻加工，現(xiàn)有雕刻機系統(tǒng)配置要求高，設(shè)備成本高，加工靈活性差，加工范圍受限于工作臺及其運動導(dǎo)軌的尺寸，難以滿足多層次的加工要求。
實用新型內(nèi)容
[0003]鑒于上述問題，本實用新型的目的是提供一種大幅面激光雕刻機，其不需要配置大尺寸工作臺和X、Y、Z軸移動導(dǎo)軌，激光加工范圍突破了傳統(tǒng)的導(dǎo)軌運動行程的限制，可大幅擴展加工空間，有效降低加工成本和提高加工效率。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取以下技術(shù)方案:
[0005]一種大幅面激光雕刻機，它包括機架及設(shè)于機架頂部的激光器和動態(tài)聚焦雕刻頭，該機架側(cè)面設(shè)有可上下升降的傳動機構(gòu)，該傳動機構(gòu)頂部設(shè)有載物臺；
[0006]該動態(tài)聚焦雕刻頭包括殼體，該殼體內(nèi)部依次設(shè)有與該激光器同軸設(shè)置的Z軸動態(tài)聚焦鏡、第一聚焦鏡、第二聚焦鏡、X軸振鏡和Y軸振鏡；
[0007]該激光器發(fā)出的激光束具有一預(yù)定的光斑直徑和發(fā)散角度；
[0008]該第一聚焦鏡和第二聚焦鏡依次排列在所述Z軸動態(tài)聚焦鏡后面的所述光軸上；
[0009]X軸振鏡設(shè)置在該第二聚焦鏡光軸上；
[0010]該Z軸動態(tài)聚焦鏡為負(fù)焦距透鏡，與第一伺服電機連接而可在該激光器與該第一聚焦鏡之間的光軸方向上高速移動；
[0011]該第一聚焦鏡、第二聚焦鏡為相對設(shè)置的正焦距透鏡；
[0012]該X軸振鏡和Y軸振鏡分別連接第二伺服電機及第三伺服電機，兩反射振鏡可高速擺動調(diào)整鏡片與入射光束之間的角度。
[0013]進一步的，所述第一聚焦鏡、第二聚焦鏡非球面正焦距透鏡。
[0014]進一步的，所述激光器為二氧化碳激光器、半導(dǎo)體激光器或光纖激光器。
[0015]進一步的，所述載物臺表面距離所述動態(tài)聚焦雕刻頭的垂直距離為300?2000mmo
[0016]進一步的，所述動態(tài)聚焦雕刻頭的雕刻范圍為半徑1000_的圓形區(qū)域。
[0017]本實用新型的有益效果是:本實用新型大幅面激光雕刻機在加工過程中，激光器和動態(tài)聚焦雕刻頭保持固定不動，激光器輸出的光束射入雕刻頭通過動態(tài)聚焦可實現(xiàn)大幅面范圍的雕刻加工。本實用新型提供的激光雕刻機突破了傳統(tǒng)機械運動掃描式激光雕刻的限制，設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，開放式加工方式大幅擴展加工范圍，有效降低了加工成本同時提高了生產(chǎn)效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2是本實用新型的動態(tài)聚焦雕刻頭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0020]以下僅以實施例說明本實用新型可能的實施態(tài)樣，然而并非用以限制本實用新型所欲保護的范疇，先予敘明。
[0021]如圖1所示，本實用新型提供一種大幅面激光雕刻機，它包括機架10及設(shè)于機架10頂部的激光器I和動態(tài)聚焦雕刻頭，該機架10側(cè)面設(shè)有可上下升降的傳動機構(gòu)11，傳動機構(gòu)11頂部設(shè)有用于承載待雕刻工件的載物臺12。該傳動機構(gòu)11可以根據(jù)工件的高度來調(diào)整載物臺12的位置，方便進行雕刻。該載物臺12表面距離所述動態(tài)聚焦雕刻頭的垂直距離為300?2000mm。
[0022]再參考如圖2所示,該動態(tài)聚焦雕刻頭包括殼體13,該殼體13內(nèi)部設(shè)有與該激光器I同軸設(shè)置的Z軸動態(tài)聚焦鏡2、第一聚焦鏡3、第二聚焦鏡4，該第二聚焦鏡4光軸上設(shè)有X軸振鏡5，該X軸振鏡5下方設(shè)有Y軸振鏡6。
[0023]該激光器I可以為二氧化碳激光器、半導(dǎo)體激光器或光纖激光器，其發(fā)出的激光束具有一預(yù)定的光斑直徑D和發(fā)散角度α，不需要經(jīng)過光學(xué)擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)調(diào)整成平行光。
[0024]該Z軸動態(tài)聚焦鏡2為負(fù)焦距透鏡，與第一伺服電機7連接，通過運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)71將電機的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變成直線運動，而可使該Z軸動態(tài)聚焦鏡2在該激光器I與該第一聚焦鏡3之間的光軸方向上移動，進而改變激光焦距大小。
[0025]該第一聚焦鏡3、第二聚焦鏡4為相對設(shè)置的非球面正焦距透鏡。
[0026]非平行光的激光束經(jīng)聚焦鏡4射出后經(jīng)該X軸振鏡5和Y軸振鏡6的反射射向下方載物臺12上的待雕刻工件，且激光束聚焦在工件表面。該X軸振鏡5和Y軸振鏡6分別連接第二伺服電機8及第三伺服電機9，使得該X軸振鏡5和Y軸振鏡6可高速偏轉(zhuǎn)。進而控制激光束的聚焦焦點位置，定位于工件表面，可實現(xiàn)小光斑大幅面雕刻。具體來說，該動態(tài)聚焦雕刻頭的雕刻范圍為半徑1000_的圓形區(qū)域。
[0027]本實用新型大幅面激光雕刻機，其激光器I的輸出光束直接射入由Z軸動態(tài)聚焦鏡2及第一聚焦鏡3、第二聚焦鏡4組成的動態(tài)聚焦光學(xué)鏡頭組，再經(jīng)過X軸、Y軸兩片反射振鏡，通過雕刻頭后，利用電機帶動，能夠根據(jù)雕刻工件的形貌動態(tài)調(diào)整焦距和改變光束偏擺位置，使得激光束聚焦在待雕刻工件表面，實現(xiàn)雕刻頭下方相當(dāng)大空間范圍內(nèi)激光光斑大小一致、深度均勻的雕刻。該動態(tài)聚焦雕刻頭是直接接入激光器的輸出光束，系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計中省去了現(xiàn)有技術(shù)中的光斑擴束準(zhǔn)直鏡片組，使得雕刻頭結(jié)構(gòu)緊湊，光學(xué)透過率高，能量損失小，同時通過對光學(xué)鏡片的三軸運動控制，實現(xiàn)了高精度、高效率激光加工。
[0028]現(xiàn)有的另一種激光雕刻機，需要通過光斑擴束準(zhǔn)直鏡片組(內(nèi)含多個透鏡)將激光器發(fā)出的光調(diào)節(jié)成平行光，然后通過一個聚焦鏡射入到反射振鏡光路中，由于激光光束經(jīng)過多個鏡片，能量損失較大。而本實用新型直接采用激光器發(fā)出的光束，通過兩個聚焦鏡(即第一、第二聚焦鏡)及反射振鏡實現(xiàn)低損耗雕刻，提高了設(shè)備的工作效率。
[0029]本實用新型的大幅面激光雕刻機與已有技術(shù)相比具有以下積極效果:
[0030]1、本實用新型基于激光器光束特性參數(shù)，采用先進的動態(tài)光學(xué)設(shè)計方案，優(yōu)化光學(xué)組件，直接接入激光器輸出光束，有效提高了系統(tǒng)的光學(xué)透過率，提高了雕刻效率。
[0031]2、本實用新型采用Z軸聚焦鏡和X、Y軸振鏡聯(lián)動控制，可實現(xiàn)高精度大幅面雕刻和曲面3D雕刻。本實用新型在加工過程中，激光器和動態(tài)聚焦雕刻頭保持固定不動，激光器輸出的光束射入雕刻頭通過動態(tài)聚焦實現(xiàn)大幅面范圍的雕刻加工，提高了雕刻的精細度。
[0032]3、本實用新型不依賴于X、Y、Z軸各向?qū)к墮C械移動來實現(xiàn)大幅面雕刻加工，開放式加工方式使得工作效率大幅度提高，同時設(shè)備投入和加工成本明顯降低。
[0033]4、本實用新型的載物臺使得待雕刻工件距離動態(tài)聚焦雕刻頭的垂直距離在300?2000mm范圍內(nèi)任意可調(diào)，而該動態(tài)聚焦雕刻頭的雕刻范圍在距離激光頭中心位置半徑在100mm范圍內(nèi)任意可調(diào)，該動態(tài)聚焦雕刻頭的雕刻速度在O?15m/s范圍內(nèi)任意可調(diào)，該動態(tài)聚焦雕刻頭雕刻精度可達到0.02_。
[0034]5、本實用新型的動態(tài)聚焦雕刻頭加工線條精度高、無變形、圖案無失真，同時激光功率均勻，標(biāo)刻圖案具有更好全幅面的均勻度，其加工特性參數(shù)能遠優(yōu)于目前市場上機械運動掃描式雕刻機。
[0035]6、本實用新型在實際應(yīng)用中，加工的IXD用高亮度亞克力導(dǎo)光板，長度達70英寸(1778mm)，可以加工出疏密均勻、大小一致的透光用圓形凹點陣列，能夠在10分鐘以內(nèi)雕刻出百萬量級的凹點，間距、尺度均勻可控，這是采用機械式掃描雕刻無法完成的。
[0036]本實用新型是以所述的權(quán)利要求所限定的。但基于此，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以做出種種顯然的變化或改動，都應(yīng)在本實用新型的主要精神和保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種大幅面激光雕刻機，其特征在于，它包括機架及設(shè)于機架頂部的激光器和動態(tài)聚焦雕刻頭，該機架側(cè)面設(shè)有可上下升降的傳動機構(gòu)，該傳動機構(gòu)頂部設(shè)有載物臺； 該動態(tài)聚焦雕刻頭包括殼體，該殼體內(nèi)部依次設(shè)有與該激光器同軸設(shè)置的Z軸動態(tài)聚焦鏡、第一聚焦鏡、第二聚焦鏡、X軸振鏡和Y軸振鏡； 該激光器發(fā)出的激光束具有一預(yù)定的光斑直徑和發(fā)散角度； 該Z軸動態(tài)聚焦鏡可沿激光器射出激光束的光軸方向移動； 該第一聚焦鏡和第二聚焦鏡依次排列在所述Z軸動態(tài)聚焦鏡后面的所述光軸上； X軸振鏡設(shè)置在該第二聚焦鏡光軸上； 該Z軸動態(tài)聚焦鏡為負(fù)焦距透鏡，與一第一伺服電機連接而可在該激光器與該第一聚焦鏡之間的光軸方向上高速移動； 該第一聚焦鏡、第二聚焦鏡為相對設(shè)置的正焦距透鏡； 該X軸振鏡和Y軸振鏡分別連接第二伺服電機及第三伺服電機，兩反射振鏡可高速擺動調(diào)整鏡片與入射光束之間的角度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大幅面激光雕刻機，其特征在于:所述第一聚焦鏡、第二聚焦鏡非球面正焦距透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大幅面激光雕刻機，其特征在于:所述激光器為二氧化碳激光器、半導(dǎo)體激光器或光纖激光器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大幅面激光雕刻機，其特征在于:所述載物臺表面距離所述動態(tài)聚焦雕刻頭的垂直距離為300?2000mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大幅面激光雕刻機，其特征在于:所述動態(tài)聚焦雕刻頭的雕刻范圍為半徑100mm的圓形區(qū)域。
【文檔編號】B23K26/064GK204122928SQ201420521955
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月11日
【發(fā)明者】楊海青 申請人:蘇州菲鐳泰克激光技術(shù)有限公司