CN103878489B - 一种激光手工雕刻装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种激光手工雕刻装置，包括平面工作台、立架、竖直定长套筒、水平伸缩套筒和竖直伸缩套筒；立架的顶梁上水平激光入射孔和竖直导光孔的连通处安装有第一度反射镜；竖直定长套筒可旋转的安装在立架的顶梁内侧，竖直定长套筒的内腔与竖直导光孔连通；水平伸缩套筒包括水平定长段和水平伸缩段，竖直伸缩套筒包括竖直定长段和竖直伸缩段，竖直定长段与竖直伸缩段之间安装有弹簧力反馈装置；竖直伸缩段的外壁上安装有控制旋钮和可旋转的操纵把手。该激光手工雕刻装置基于可穿戴设备概念，结构合理、轻巧可靠、拆装方便，可以充分发挥人的智慧、情感、人力敏感度在艺术品的雕刻加工中的作用，雕刻加工直观可视，灵活方便。
Description
技术领域
本发明属于激光雕刻领域，具体涉及一种激光手工雕刻装置。
背景技术
激光雕刻加工是利用数控技术为基础，激光为加工媒介，使待加工材料在激光照射下产生瞬间的熔化和气化的物理变性，达到加工的目的。激光雕刻加工与材料表面没有接触，不受机械运动影响，表面不会变形，可以应用于木制品、亚克粒、塑料板、金属板、石材等几乎所有的材料之上。
一般情况下激光加工时的激光器都是固定的，那么激光的传输方向也是固定的，为了改变激光传输方向，通过反射镜等元件来折射改变激光的传输方向，即保持激光器不动，让反射镜沿激光束光轴方向移动，从而让折射的激光束对应产生横向偏移，类似光轴“飞”起来，因此这种光路称为飞行光路。
目前，激光雕刻系统结构包括掩模式、工作臂扫描式和振镜扫描式等典型结构。其中，工作臂扫描式激光标刻系统采用X-Y-Z三维平移直线运动关节臂来实现激光束聚焦光斑的三维移动扫描，大都采用步进电机和滚珠丝杠传动机构来实现X-Y-Z工作臂扫描，更先进的系统采用直线电机实现更高速度和高精度的光斑移动扫描。无论采用哪种光斑移动扫描驱动方式，现有的激光雕刻系统都依靠预先对雕刻图案或形状进行离线编程，即设定好包含有激光束扫描运动控制指令、激光开启关闭指令、扫描速度改变指令等信息的激光雕刻加工程序，然后电脑控制驱动X-Y-Z工作臂和激光器按照激光雕刻加工程序进行加工。
随着激光加工技术日益被现代社会所了解和接纳，对激光雕刻系统的应用逐渐由通用雕刻向特殊工艺及应用方向发展，比如木雕、石雕艺术品领域，创作者艺术家们渴望能够有合适的方式和装置工具，可以利用激光进行雕刻加工，由于激光雕刻的非接触、精细加工特征，将非常的省力、省时、精细、美观。然而，目前现有的激光雕刻系统都是预先离线编程、电脑控制加工，其加工过程人工无法参与。对艺术品的雕刻加工来说，预先离线编程方式不直观、编程量极大、无人力操作，一旦程序生成，加工过程中无法根据创作者即刻思维随意灵活修改，而众所周知目前世界上最智能“机器人”在智慧程度也无法与人相比，更不用说人的情感特性在艺术品生产中的决定性作用了。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种激光手工雕刻装置；该激光手工雕刻装置基于可穿戴设备概念，结构合理、轻巧可靠、拆装方便，可以充分发挥人的智慧、情感、人力敏感度在艺术品的雕刻加工过程中的作用，雕刻加工直观可视，灵活方便。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种激光手工雕刻装置，包括平面工作台、立架、竖直定长套筒、水平伸缩套筒和竖直伸缩套筒；
所述立架架设在平面工作台上，并可沿所述平面工作台水平移动；所述立架的顶梁上设置有相互连通的水平激光入射孔和竖直导光孔，水平激光入射孔和竖直导光孔的内径均大于激光束的直径；所述水平激光入射孔和竖直导光孔的连通处安装有第一45度反射镜，其安装方位是当激光束沿水平激光入射孔的中心轴线水平入射，经过第一45度反射镜的反射后，使得光路转折90度进入竖直导光孔，并沿竖直导光孔的中心轴线行进，进入竖直定长套筒；
所述竖直定长套筒可旋转的安装在立架的顶梁内侧；竖直定长套筒为中空结构，内径大于激光束的直径，其中空内腔与竖直导光孔连通，并且二者的中心轴线重合；
所述水平伸缩套筒包括水平定长段和水平伸缩段，所述水平伸缩段滑动配合安装在水平定长段的内壁，二者均中空，内径大于激光束的直径，且中心轴线重合，可沿着水平方向伸出或收缩；所述水平定长段固定安装在竖直定长套筒上，两者的内腔相连通，并且两者内腔的中心轴线相互垂直，连通处安装有第二45度反射镜，其安装方位是当激光束沿竖直定长套筒的中心轴线行进，经过第二45度反射镜的反射后，使光路转折90度进入水平伸缩套筒，并沿其中心轴线行进；
所述竖直伸缩套筒包括竖直定长段、竖直伸缩段和弹簧力反馈装置，竖直定长段与竖直伸缩段二者均中空，内径大于激光束的直径，且中心轴线重合；所述竖直伸缩段滑动配合安装在竖直定长段的内壁，可沿着竖直方向伸出或收缩；所述弹簧力反馈装置安装在竖直定长段与竖直伸缩段之间，用于使竖直伸缩段始终受到竖直向上的回位作用力；
所述竖直定长段固定安装在水平伸缩套筒的水平伸缩段上，两者的内腔相连通，并且两者内腔的中心轴线相互垂直，连通处安装有第三45度反射镜，其安装方位是当激光束沿水平伸缩套筒的中心轴线行进，经过第三45度反射镜的反射后，使光路转折90度进入竖直伸缩套筒，并沿其中心轴线行进；所述竖直伸缩段的末端安装有聚焦透镜，聚焦透镜的中心轴线与竖直伸缩套筒的中心轴线重合；
经水平激光入射孔入射的激光束，通过第一45度反射镜、第二45度反射镜和第三45度反射镜的传输后入射至聚焦透镜，聚焦透镜将激光束聚焦输出；
所述竖直伸缩段的外壁上安装有控制旋钮和可旋转的操纵把手，所述控制旋钮用于控制激光输出的功率；所述可旋转的操纵把手用于控制激光束是否输出，以及控制水平伸缩套筒和竖直伸缩套筒的长度。
优选的，所述水平定长段的内壁上设置有多个导向滑槽，所述水平伸缩段的外壁上设置有多个导向滑块，所述导向滑块与导向滑槽配合实现水平伸缩段的伸出或收缩。
优选的，所述弹簧力反馈装置为一弹簧，竖直伸缩段通过轴承安装在竖直定长段内，其顶端设置有第一限位圆台，弹簧预紧压缩设置在轴承与第一限位圆台之间；所述竖直定长段内设置有第二限位圆台，所述第二限位圆台用于限制竖直伸缩段的位移。
本发明的有益效果如下：
1、本发明所述的激光手工雕刻装置没有采用传统的XYZ直角坐标系运动工作臂的机械结构，而是采用类似摇柄机构，内部中空，并且内置飞行光路；水平伸缩套筒和竖直伸缩套筒可以伸缩，其中水平伸缩套筒的伸缩用于拉长光路到达范围，竖直伸缩套筒的伸缩用于手动控制加工离焦量(光斑尺寸)，所有飞行光路的动作由人工单手或双手即可驱动，相比现有电脑控制的激光雕刻系统，驱动方式简单，结构合理、轻巧可靠、拆装方便。
2、本发明所述的激光手工雕刻装置，设置有竖直伸缩套筒结构，当人手把握操纵把手进行雕刻时，其带动聚焦头的竖直伸缩运动可以带来激光束焦点在工件表面的正负离焦量大小，亦即调节激光束聚焦光斑的尺寸，从而实现雕刻“笔画”粗细调节的功能。
并且，竖直伸缩套筒结构中安装有弹簧力反馈装置，人手把握操纵把手进行伸缩调节时具有下压力的反作用弹簧力反馈，下压施力越大，光斑越大，雕刻“笔画”越粗，符合人力使刀雕刻的施力习惯，有利于人在雕刻过程中任意调节雕刻宽度，自由掌握。
3、在操纵把手上设置的控制开关和把手结构，可以用于控制激光开关和激光功率(刻蚀深度)，有利于人在雕刻过程中自由调节和掌握雕刻深度，灵活轻巧。
4、本发明所述的激光手工雕刻装置，无须预先离线编程，而由人力直接控制，雕刻过程所见即所得，自由灵活，符合艺术家的创作习惯，可以充分人的脑力智慧、情感、人力敏感度在艺术品的雕刻加工中的作用。
附图说明
图1为本发明所述激光手工雕刻装置的结构图；
图2为45度反射镜的位置图；
图3为立架的结构图；
图4为竖直伸缩套筒(竖直定长段透明时)的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1-4所示，本发明提供了一种激光手工雕刻装置，包括平面工作台1、立架2、竖直定长套筒3、水平伸缩套筒4和竖直伸缩套筒5，所述立架2架设在平面工作台1上，并可沿所述平面工作台1水平移动；所述立架2的顶梁上设置有相互连通的水平激光入射孔21和竖直导光孔22，水平激光入射孔21和竖直导光孔22的内径均大于激光束的直径；所述水平激光入射孔21和竖直导光孔22的连通处安装有第一45度反射镜23，其安装方位是当激光束沿水平激光入射孔21的中心轴线水平入射，经过第一45度反射镜23的反射后，使得光路转折90度进入竖直导光孔22，并沿竖直导光孔22的中心轴线行进，进入竖直定长套筒3。
所述竖直定长套筒3通过轴承组件可旋转的安装在立架2的顶梁内侧，竖直定长套筒3为中空结构，内径大于激光束的直径，其中空的内腔与竖直导光孔22连通，并且二者的中心轴线重合。
所述水平伸缩套筒4包括水平定长段41和水平伸缩段42，所述水平伸缩段42滑动配合安装在水平定长段41的内壁，二者均中空，内径大于激光束的直径，且中心轴线重合，可沿着水平方向伸出或收缩；具体的讲，水平定长段41的内壁上设置有多个导向滑槽，所述水平伸缩段42的外壁上设置有多个导向滑块，所述导向滑块与导向滑槽配合实现水平伸缩段42的伸出或收缩。
所述水平定长段41固定安装在竖直定长套筒3上，两者的内腔相连通，并且两者内腔的中心轴线相互垂直，连通处安装有第二45度反射镜24，其安装方位是当激光束沿竖直定长套筒3的中心轴线行进，经过第二45度反射镜24的反射后，使光路转折90度进入水平伸缩套筒4，并沿其中心轴线行进。
所述竖直伸缩套筒5包括竖直定长段51、竖直伸缩段52和弹簧力反馈装置，竖直定长段51与竖直伸缩段52二者均中空，内径大于激光束的直径，且中心轴线重合；所述竖直伸缩段52滑动配合安装在竖直定长段51的内壁，可沿着竖直方向伸出或收缩；所述弹簧力反馈装置安装在竖直定长段51与竖直伸缩段52之间，用于使竖直伸缩段52始终受到竖直向上的回位作用力。
优选的，弹簧力反馈装置可通过弹簧58来实现。其中，竖直伸缩段52通过轴承55安装在竖直定长段51内，其顶端设置有第一限位圆台56，弹簧58预紧压缩设置在轴承55与第一限位圆台56之间；所述竖直定长段51内设置有第二限位圆台57，所述第二限位圆台57用于限制竖直伸缩段52的位移。当竖直伸缩段52受外力下拉后，第一限位圆台56与竖直伸缩段52一同下行，而轴承55位置不变，因此弹簧58被进一步压缩，从而使得竖直伸缩段52始终受到竖直向上的回位作用力。当然弹簧力反馈装置还可以采用现有技术中的其他结构来实现，在此不再赘述。
所述竖直定长段51固定安装在水平伸缩套筒4的水平伸缩段42上，两者的内腔相连通，并且两者内腔的中心轴线相互垂直，连通处安装有第三45度反射镜25，其安装方位是当激光束沿水平伸缩套筒4的中心轴线行进，经过第三45度反射镜25的反射后，使光路转折90度进入竖直伸缩套筒5，并沿其中心轴线行进。所述竖直伸缩段52的末端安装有聚焦透镜26，聚焦透镜26的中心轴线与竖直伸缩套筒5的中心轴线重合。
经水平激光入射孔入射21的激光束，通过第一45度反射镜23、第二45度反射镜24和第三45度反射镜25的传输后入射至聚焦透镜26，聚焦透镜26将激光束聚焦输出。
所述竖直伸缩段52的外壁上安装有控制旋钮53和可旋转的操纵把手54，所述控制旋钮53用于控制激光输出的功率；所述可旋转的操纵把手54用于控制激光束是否输出，以及控制水平伸缩套筒4和竖直伸缩套筒5的长度。
本发明可改变为多种方式对本领域的技术人员是显而易见的，这样的改变不认为脱离本发明的范围。所有这样的对所述领域的技术人员显而易见的修改，将包括在本权利要求的范围之内。
Claims (1)
1.一种激光手工雕刻装置，其特征在于，包括平面工作台(1)、立架(2)、竖直定长套筒(3)、水平伸缩套筒(4)和竖直伸缩套筒(5)；
所述立架(2)架设在平面工作台(1)上，并可沿所述平面工作台(1)水平移动；所述立架(2)的顶梁上设置有相互连通的水平激光入射孔(21)和竖直导光孔(22)，水平激光入射孔(21)和竖直导光孔(22)的内径均大于激光束的直径；所述水平激光入射孔(21)和竖直导光孔(22)的连通处安装有第一45度反射镜(23)，其安装方位是当激光束沿水平激光入射孔(21)的中心轴线水平入射，经过第一45度反射镜(23)的反射后，使得光路转折90度进入竖直导光孔(22)，并沿竖直导光孔(22)的中心轴线行进，进入竖直定长套筒(3)；
所述竖直定长套筒(3)可旋转的安装在立架(2)的顶梁内侧；竖直定长套筒(3)为中空结构，内径大于激光束的直径，其中空内腔与竖直导光孔(22)连通，并且二者的中心轴线重合；
所述水平伸缩套筒(4)包括水平定长段(41)和水平伸缩段(42)，所述水平伸缩段(42)滑动配合安装在水平定长段(41)的内壁，二者均中空，内径大于激光束的直径，且中心轴线重合，可沿着水平方向伸出或收缩；所述水平定长段(41)固定安装在竖直定长套筒(3)上，两者的内腔相连通，并且两者内腔的中心轴线相互垂直，连通处安装有第二45度反射镜(24)，其安装方位是当激光束沿竖直定长套筒(3)的中心轴线行进，经过第二45度反射镜(24)的反射后，使光路转折90度进入水平伸缩套筒(4)，并沿其中心轴线行进；
所述竖直伸缩套筒(5)包括竖直定长段(51)、竖直伸缩段(52)和弹簧力反馈装置，竖直定长段(51)与竖直伸缩段(52)二者均中空，内径大于激光束的直径，且中心轴线重合；所述竖直伸缩段(52)滑动配合安装在竖直定长段(51)的内壁，可沿着竖直方向伸出或收缩；所述弹簧力反馈装置安装在竖直定长段(51)与竖直伸缩段(52)之间，用于使竖直伸缩段(52)始终受到竖直向上的回位作用力；
所述竖直定长段(51)固定安装在水平伸缩套筒(4)的水平伸缩段(42)上，两者的内腔相连通，并且两者内腔的中心轴线相互垂直，连通处安装有第三45度反射镜(25)，其安装方位是当激光束沿水平伸缩套筒(4)的中心轴线行进，经过第三45度反射镜(25)的反射后，使光路转折90度进入竖直伸缩套筒(5)，并沿其中心轴线行进；所述竖直伸缩段(52)的末端安装有聚焦透镜(26)，聚焦透镜(26)的中心轴线与竖直伸缩套筒(5)的中心轴线重合；
经水平激光入射孔(21)入射的激光束，通过第一45度反射镜(23)、第二45度反射镜(24)和第三45度反射镜(25)的传输后入射至聚焦透镜(26)，聚焦透镜(26)将激光束聚焦输出；
所述竖直伸缩段(52)的外壁上安装有控制旋钮(53)和可旋转的操纵把手(54)，所述控制旋钮(53)用于控制激光输出的功率；所述可旋转的操纵把手(54)用于控制激光束是否输出，以及控制水平伸缩套筒(4)和竖直伸缩套筒(5)的长度；
所述水平定长段(41)的内壁上设置有多个导向滑槽，所述水平伸缩段(42)的外壁上设置有多个导向滑块，所述导向滑块与导向滑槽配合实现水平伸缩段(42)的伸出或收缩；
所述弹簧力反馈装置为一弹簧(58)，竖直伸缩段(52)通过轴承安装在竖直定长段(51)内，其顶端设置有第一限位圆台，弹簧(58)预紧压缩设置在轴承与第一限位圆台之间；所述竖直定长段(51)内设置有第二限位圆台，所述第二限位圆台用于限制竖直伸缩段(52)的位移。
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- 2014-04-02 CN CN201410142352.0A patent/CN103878489B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
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