CN101195192A - 在表面为非平面的透明材料内实现内雕的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种在表面为非平面的透明材料内实现内雕的装置，其特点是包括一容器，在容器内盛有透明液体，并在容器上口处设有一透明光滑平板，所述透明液体、透明光滑平板与加工工件共同组合成一入射面为光滑平面的光学整体。本发明还涉及一种在表面为非平面的透明材料内实现内雕的方法，采用上述的装置便可实现本方法。

Description

在表面为非平面的透明材料内实现内雕的方法及装置

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，尤其是涉及一种在激光入射表面为非平面的透明材料内实现激光内雕的方法和装置。

背景技术

内雕是由激光束在透明物体内部聚焦，其焦点形成炸裂点或着色点。激光聚焦的精度和焦点处能量稳定影响到炸点或着色的均匀和稳定。现有的内雕方法：

1.选择需内雕的材料的光滑平面一面作为激光的入射面且使之垂直于光轴。

2.如果材料的入射面为非平面，则在入射面加盖一片折射率接近材料，下表面与材料面紧密吻合，上表面为光滑平面的透镜，二者配合成为一入射面为光滑平面且垂直于光轴的光学整体。

但是所述的第二种方法还存在几点不足：首先它只适合用于材料入射面为规则曲面。如球面的内雕加工，对于激光入射面为非规则曲面的材料，由于制造非规则曲面透镜的难度较高，工艺复杂，价格昂贵，不适合内雕加工生产。其次，当材料的入射面为曲面，在斜率过大的地方造成入射角过大，比如透明球的边缘，因为光的反射，造成二次大的能量衰减，一次是通过上端透镜下表面，一次是通过材料上表面，使材料内炸点大小不均匀或难以实现聚焦炸点或着色。雕刻范围只能限制在曲面较小的斜率范围内。

发明内容

本发明主要解决了上述的缺点，提供了一种可以用较低成本，在激光入射面为非平面的透明材料且入射面很大斜率范围内实现内雕的方法和装置。

为了实现上述的目的，根据本发明的一个方面，提供了一种在表面为非平面的透明材料内实现内雕的方法，该方法中采用由容器、透明液体、透明光滑平板共同组成光学体。该方法的步骤为：

a.设置一容器，将所要进行内雕加工工件放置于容器内，并用胶粘材料将其定位于容器底部。

b.在容器内注入透明液体，使透明液体完全浸没工件。

c.在容器上口放置一块与容器上口齐平的透明光滑平板，并调节透明液体液面的高度，使透明光滑平板下表面被浸没，上表面不漫过；

d.移动容器，使激光内雕机聚焦镜头位于透明光滑平板上方，使激光机的光轴与透明光滑平板之间的夹角为80°～90°；

e.开启激光内雕机，开始雕刻，激光通过内雕机上的凸透镜射出后准确聚焦于工件内部。

作为上述方案的一种优选方案，使透明光滑平板，透明液体组成一个激光入射面为光滑平面，激光出射面和工件面紧密吻合的透镜；

作为上述方案的一种优选方案，透明液体的折射率为工件折射率的80％～120％。

作为上述方案的一种优选方案，在内雕机正常工作时，使透明光滑平板下表面始终保持被透明液体浸没，上表面从不漫过。

作为上述方案的一种优选方案，在内雕机工作时，透明光滑平板相对于容器三轴固定。

根据本发明的另一个方面，提供了一种在表面为非平面的透明材料内实现内雕的装置，其特点是包括一容器，在容器内盛有透明液体，并在容器上口处设有一透明光滑平板，所述透明液体、透明光滑平板与加工工件共同组合成一入射面为光滑平面的光学整体。

作为上述方案的一种优选方案，所述容器上口处呈阶梯状，所述透明光滑平板放置于阶梯面上，所述透明光滑平板与容器上口齐平。

作为上述方案的一种优选方案，所述透明光滑平板面积小于容器上口面积。

作为上述方案的一种优选方案，所述透明光滑平板的厚度为5mm～15mm。本发明中的透明光滑平板的厚度为10mm。

作为上述方案的一种优选方案，所述透明光滑平板为透明玻璃平板。

因此，本发明完全免去了加工配合工件的透镜的过程，而且减少了光路中的反射面，通过选择最接近工件折射率的透明液体，使激光能量的衰减降至最小值，激光从内雕机凸透镜射出后通过工件大斜率的曲面时仍可以能量稳定地在材料内部实现精确聚焦，本发明还具有工艺简单，设计合理，生产成本低廉的特点。

附图说明

附图1是本发明的一种平面结构示意图。

1-容器  2-透明液体  3-透明光滑平板  4-工件

5-凸透镜

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

本发明主要采用一种可以等效配合工件的透镜的装置，尤其是在曲面为大斜率时用磨制的配合工件的透镜无法完成内雕时采用的一种装置。如图1所示，该装置主要包括一容器1，在容器上口设有一透明光滑平板3，在容器内盛有与工件折射率接近的透明液体2。加工时将加工工件放入容器内，则工件4、透明液体2和透明光滑平板3共同组成一具有光滑的入射平面的稳定的光学整体。

所述的容器1为一敞口容器，其上口的截面至少要覆盖加工工件的形状，容器大小可以根据加工工件的大小而设定，在容器上口处呈一阶梯状，所述透明光滑平板3放置于上口处的阶梯面上，该透明光滑平板为透明的玻璃平板，其厚度约为10mm，与容器上口齐平，其上表面为光滑的平面，且所述透明光滑平板的面积要小于容器上口的面积，使便于调整液面高度；调整容器内的透明液体的液面高度，使透明光滑平板的下表面始终保持浸没，而上表面从不漫过，这样使得透明液体2和透明光滑平板3紧密结合，组成了一个等效于激光入射面为光滑平面，激光出射面和工件面紧密吻合的透镜。

上面所讲到的透明液体的折射率为工件折射率的80％～120％，一般是透明液体的折射率越接近工件折射率，其效果越好。

对工件进行加工时，将工件放置于容器1内，并用胶粘材料将其固定于底部，然后将透明液体2注入容器，使工件完全浸没，把透明光滑平板3盖于容器1的上口，结合透明光滑平板3的厚度，调整容器内透明液体2的液面高度，保证内雕机正常工作时，透明光滑平板下表面始终保持浸没，上表面从不漫过；调整透明光滑平板，使透明光滑平板的上表面与内雕机激光光轴之间夹角为80°～90°，启动内雕机，激光从内雕机上的凸透镜5射出后能准确地聚焦于工件4内部，且在内雕机工作时，使透明光滑平板相对于容器三轴固定。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了容器、透明光滑平板、透明液体、工件等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种在表面为非平面的透明材料内实现内雕的方法，其特征在于：其步骤为：

a.设置一容器(1)，将所要进行内雕加工的工件放置于容器(1)内，并用胶粘材料将其定位于容器底部；

b.在容器内注入透明液体(2)，使透明液体完全浸没工件；

c.在容器上口放置一块与容器上口齐平的透明光滑平板(3)，并调节透明液体液面的高度，使透明光滑平板下表面被浸没，上表面不漫过；

d.移动容器，使激光内雕机聚焦镜头位于透明光滑平板上方，使激光机的光轴与透明光滑平板之间的夹角为80°～90°；

e.开启激光内雕机，开始雕刻，激光通过内雕机上的凸透镜射出后准确聚焦于工件内部。

2.根据权利要求1所述的在表面为非平面的透明材料内实现内雕的方法，其特征是使透明光滑平板，透明液体组成一个激光入射面为光滑平面，激光出射面和工件面紧密吻合的透镜。

3.根据权利要求1所述的在表面为非平面的透明材料内实现内雕的方法，其特征是透明液体的折射率为工件折射率的80％～120％。

4.根据权利要求1所述的在表面为非平面的透明材料内实现内雕的方法，其特征是在内雕机正常工作时，使透明光滑平板(3)下表面始终保持被透明液体浸没，上表面从不漫过。

5.根据权利要求1所述的在表面为非平面的透明材料内实现内雕的方法，其特征是在内雕机工作时，透明光滑平板(3)相对于容器(1)三轴固定。

6.一种在表面为非平面的透明材料内实现内雕的装置，其特征在于：包括一容器(1)，在容器内盛有透明液体(2)，并在容器上口处设有一透明光滑平板(3)，所述透明液体、透明光滑平板与加工工件共同组合成一入射面为光滑平面的光学整体。

7.根据权利要求6所述的在表面为非平面的透明材料内实现内雕的装置，其特征是所述容器(1)上口处呈阶梯状，所述透明光滑平板放置于阶梯面上，所述透明光滑平板(3)与容器上口齐平。

8.根据权利要求6或7所述的在表面为非平面的透明材料内实现内雕的装置，其特征是所述透明光滑平板(3)面积小于容器上口面积。

9.根据权利要求6所述的在表面为非平面的透明材料内实现内雕的装置，其特征是所述透明光滑平板(3)的厚度为5mm～15mm。

10.根据权利要求6所述的在表面为非平面的透明材料内实现内雕的装置，其特征是所述透明光滑平板为(3)为透明玻璃平板。