CN102285286A - 一种用于钢瓶的激光雕刻机 - Google Patents

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张晓兵
陈新松
张晓鹏
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Abstract

本发明是一种用于钢瓶的激光雕刻机，激光器及X向位移平台安装于同一水平面，联接座安装于X向位移平台上，联接座上安装一个30°1064nm全反射镜及Z向位移平台，雕刻头安装于在Z向位移平台上，雕刻头整体可以沿Z向及X向作复合运动，X向和Z向位于同一垂直平面上，X向和Z向之间的夹角为60°，雕刻头由第一对45°1064nm全反射镜组、第二对45°1064nm全反射镜组以及可做平面数控插补运动的聚焦头组成，本发明利用高能量密度激光束直接照射于钢瓶表面，辅助以纯氧气体与碳钢材料的钢瓶发生氧化燃烧反应，进行快速深雕刻，实现了在钢瓶表面一次性快速标记出符合要求的字符，满足了自动化流水线工业生产的需求。

Description

一种用于钢瓶的激光雕刻机
技术领域
本发明是一种用于钢瓶的激光雕刻机，属于激光工业加工应用领域。
背景技术
在钢瓶的生产过程中，需要在其表面标记产品规格、型号、用途、国家标准、序列号等信息。标记的字符主要为英文字母、数字、特殊符号等，字符一般要求深度大于0.4mm，线宽1mm左右，每个字符所占面积通常在100mm2左右。目前，钢瓶主要采取辊压方式进行表面标记字符，即利用强力挤压方法将事先排版的硬质合金字符模块压印在压力容器表面。此方法标记速度快，可以同时标记多行多个常用固定字符，但是对于表示钢瓶重量、容积、编号、特殊符号等变量字符则需人工逐个敲打字符模块后续进行标记。此方法不能实现钢瓶的全自动流水线生产，而且由于人工操作的不规范、易失误以及钢瓶外型面的不一致性导致字符排列不整齐，深浅粗细也不均匀，美观性差，甚至导致重号、错号现象。另外，字符模块的损耗率高，需要频繁更换，费时、费力。
发明内容
本发明正是针对上述现有技术存在的缺点而设计提供了一种用于钢瓶的激光雕刻机，其目的是利用激光浅切割方式在钢瓶表面快速有效的一次性标记出所需字符。解决了辊压方式接触式标记，字符模块损耗严重，变量字符和特殊字符需进行后续人工二次敲击标记，字符深浅粗细不均匀、不适应自动化流水线生产等技术问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
该种用于钢瓶的激光雕刻机，其特征在于：激光器及X向位移平台安装于同一水平面，联接座安装于X向位移平台上，联接座上安装一个30°1064nm全反射镜及Z向位移平台，雕刻头安装于在Z向位移平台上，雕刻头整体可以沿Z向及X向作复合运动，X向和Z向位于同一垂直平面上，X向和Z向之间的夹角为60°，雕刻头由第一对45°1064nm全反射镜组、第二对45°1064nm全反射镜组以及可做平面数控插补运动的聚焦头组成；
激光从激光器输出后，首先通过与联接座水平连接的X向平行的可伸缩导光管导入安装于联接座上的30°1064nm全反射镜，使激光沿Z向传导，进入雕刻头的第一对45°1064nm全反射镜组，再导入第二对45°1064nm全反射镜组，并通过第二对45°1064nm全反射镜组反射至聚焦头；
可以数控旋转的夹具卧式夹持钢瓶设置在雕刻头下方的加工位置上。
本发明所述的用于钢瓶的激光雕刻机是利用高能量密度的激光束作用于钢瓶表面，并在数控系统控制下沿字符轨迹快速运动，通过辅助吹工业纯氧，在标记位置发生金属材料快速熔化、气化，爆炸性飞溅去除表面材料，从而获得字符图案。激光雕刻具有非接触加工、无磨损、速度快、可雕刻任意字符、字迹均匀美观、易于操作、雕刻时只需通过操作软件事先输入相关字符即可完成标记等优点，填补了辊压方式的不足，尤其适合于自动化流水线工业生产。因此，已得到钢瓶制造厂家的高度关注。
附图说明
图1为本发明产品的整体结构示意图
图中：1、激光器 2、X方向位移平台 3、Z方向位移平台 4、联接座 5、30°1064nm全反射镜 6、第一对45°1064nm全反射镜组 7、第二对45°1064nm全反射镜组 8、聚焦头 9、夹具 10、钢瓶 11、雕刻头 12、伸缩导光管
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：
参见附图1所示，该种用于钢瓶的激光雕刻机，其特征在于：激光器1及X向位移平台2安装于同一水平面，联接座4安装于X向位移平台2上，联接座4上安装一个30°1064nm全反射镜5及Z向位移平台3，雕刻头11安装于在Z向位移平台3上，雕刻头11整体可以沿Z向及X向作复合运动，X向和Z向位于同一垂直平面上，X向和Z向之间的夹角为60°，雕刻头11由第一对45°1064nm全反射镜组6、第二对45°1064nm全反射镜组7以及可做平面数控插补运动的聚焦头8组成；
激光从激光器1输出后，首先通过与联接座4水平连接的X向平行的可伸缩导光管12导入安装于联接座4上的30°1064nm全反射镜5，使激光沿Z向传导，进入雕刻头11的第一对45°1064nm全反射镜组6，再导入第二对45°1064nm全反射镜组7，并通过第二对45°1064nm全反射镜组7反射至聚焦头8；
可以数控旋转的夹具9卧式夹持钢瓶10设置在雕刻头11下方的加工位置上。
上述装置中，激光器1为Nd:YAG固体激光器，采用高频毫秒级自由脉冲输出方式，由于脉冲激光作用于压力容器表面时热影响小，因此在字符的拐点处不会产生影响字符美观的过烧现象。X方向位移平台2的行程为100mm，水平放置，Z方向位移平台3的行程为50mm，与水平向成60°角放置，行程范围和倾斜角度保证激光光束与钢瓶表面弧度相匹配。X方向位移平台2和Z方向位移平台3由联接座4紧密联结。激光束最后通过雕刻头11的聚焦镜8聚焦压力容器钢瓶10的表面上，第二对45°1064nm全反射镜7配有伺服电机，驱动两片全反射镜做插补运动，插补有效面积为625mm2，插补路径为雕刻的字符。聚焦镜8预留辅助气体接口，并具有自动对焦和防碰撞保护功能。辅助气体使用工业纯氧，激光作用于压力容器钢瓶10的表面，纯氧与碳钢材料发生氧化燃烧反应，实现字符的快速标记。自动对焦功能保证聚焦头8和钢瓶10表面相对距离不变，使标记的字符均匀美观。防碰撞功能可避免因操作失误造成的聚焦头8损坏。整个光路系统均使用导光管和密封罩严格密封，防止灰尘进入光路损坏光学元件。夹具9紧密夹持钢瓶10，由伺服电机驱动做急停、急转运动，每次旋转的距离为字符的间隔距离。目前此设备已应用于压力容器工厂的生产线，适合于自动化流水线工业应用，取得了良好效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用高能量密度激光束直接照射于钢瓶表面，辅助以纯氧气体与碳钢材料的钢瓶发生氧化燃烧反应，进行快速深雕刻，实现了在钢瓶表面一次性快速标记出符合要求的字符，满足了自动化流水线工业生产的需求。

Claims (1)

1.一种用于钢瓶的激光雕刻机，其特征在于：激光器(1)及X向位移平台(2)安装于同一水平面，联接座(4)安装于X向位移平台(2)上，联接座(4)上安装一个30°1064nm全反射镜(5)及Z向位移平台(3)，雕刻头(11)安装于在Z向位移平台(3)上，雕刻头(11)整体可以沿Z向及X向作复合运动，X向和Z向位于同一垂直平面上，X向和Z向之间的夹角为60°，雕刻头(11)由第一对45°1064nm全反射镜组(6)、第二对45°1064nm全反射镜组(7)以及可做平面数控插补运动的聚焦头(8)组成；
激光从激光器(1)输出后，首先通过与联接座(4)水平连接的X向平行的可伸缩导光管(12)导入安装于联接座(4)上的30°1064nm全反射镜(5)，使激光沿Z向传导，进入雕刻头(11)的第一对45°1064nm全反射镜组(6)，再导入第二对45°1064nm全反射镜组(7)，并通过第二对45°1064nm全反射镜组(7)反射至聚焦头(8)；
可以数控旋转的夹具(9)卧式夹持钢瓶(10)设置在雕刻头(11)下方的加工位置上。
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