CN104249221A - 激光加工模具表面的方法 - Google Patents

Abstract

一种激光加工模具表面的方法，可包括：第一阶段，提取用于使用激光加工在模具表面上形成压纹图案的绘图数据，第二阶段，提取通过扫描模具表面所获得的扫描数据，并将扫描数据与绘图数据相匹配以便提取用于激光加工的加工数据，第三阶段，执行逆向工程处理，用于预先验证当使用加工数据加工模具表面以形成压纹图案时模具表面的测量数据与加工数据之间的误差，以及第四阶段，当误差处在容许公差之内时，使用验证后的加工数据执行激光加工。

Description

激光加工模具表面的方法

技术领域

本发明总体涉及一种激光加工模具表面以便形成压纹图案，从而改善注塑产品的外观的方法。

背景技术

根据近期的车辆发展趋势，除了性能，设计也被认为是相当重要的。从购买者的角度来看，车辆的设计是能够影响他或她对车辆的印象的重要因素。因此，车辆各部分的设计已随之发展。而且，在如内部和外部车门饰板、仪表板等车辆的塑料板件中，取代塑料的坚硬纹理，在板件上形成类似于布料的压纹图案使得板件看起来优雅。

以此方式，关于塑料板件的表面上形成的压纹图案，产生突出图案的连续性的布状压纹图案。如图1中所示，以前使用的自然型压纹图案1具有类似塑料的坚硬纹理，可能呈现出廉价的样子。然而，近来开发的布状压纹图案提供柔软的、织物状的和精致的感觉，进一步提高乘用者的满意度。

然而，根据用于加工这种压纹图案的常规的化学蚀刻方法，仅可能制作不连续的网格型几何压纹图案2，所以不能获得连续的布状压纹图案。

具体地，执行用于压印大型3D注塑模具的化学蚀刻方法，使得首先通过化学蚀刻工艺将压纹图案印制在掩模上，将掩模贴敷在模具表面上，并且间接地选择性蚀刻该表面以在其上形成压纹图案。然而，当使用化学蚀刻方法形成压纹图案时，掩模不可避免地受到拉伸和分离，从而导致产生裂缝，需要单独的修复处理。

此外，在修复裂缝后，自然型压纹图案1不展现修复的部分，因为其形状是不规则的，而几何压纹图案2和技术压纹图案3展现出修复的接缝，从而破坏产品的外观，并且难以形成具有连续线性形式的布状压纹图案，因为当手工处理时，多个掩模相互不匹配，使得难以形成连续的图案。

因此，需要提供一种加工模具表面以便形成使用常规的化学蚀刻方法无法获得的布状3D压纹图案，从而改善注塑产品的外观的方法。

在本背景技术部分中公开的信息仅用于加强对本发明的一般背景的理解，而不应被认为是确认或以任何形式暗示该信息形成本领域技术人员已知的现有技术。

发明内容

本发明的各方面旨在提供一种激光加工模具表面以便形成3D技术型布状压纹图案而不产生裂缝，从而改善模具产品的设计和外观的方法。

在本发明的一方面，激光加工模具表面的方法可包括：第一阶段，提取用于使用激光加工在模具表面上形成压纹图案的绘图数据；第二阶段，提取通过扫描模具表面所获得的扫描数据，并将扫描数据与绘图数据相匹配以便提取用于激光加工的加工数据；第三阶段，执行逆向工程处理，用于预先验证当使用加工数据加工模具表面以形成压纹图案时模具表面的测量数据与加工数据之间的误差；以及第四阶段，当误差处在容许公差之内时，使用验证后的加工数据执行激光加工。

第一阶段可包括提取模具表面的表面数据，基于模具表面的表面数据，将模具表面渲染成体现模具表面的曲率和形状的、表现压纹图案的3D网格形式，以及使用3D渲染数据确定压纹图案是否与模具表面的形状协调。

在第二阶段中，当加工数据的误差超出容许公差时，校正超出容许公差的部分的表面数据。

逆向工程处理可包括将被压印的模具表面的压纹部分划分成多个面块，将蜡涂敷在压纹部分上，部分地激光加工各个面块以在上面形成压纹图案，以及通过与模具表面的测量数据相比较来确定是否已对各个面块同等地形成相同的压纹图案。

多个面块以一定的角度倾斜使得其方向不与压纹图案平行。

执行激光加工使得具有第一曲率的模具表面部分可具有第一面块，而具有小于第一曲率的第二曲率的模具表面部分可具有比第一面块宽的第二面块。

压纹图案是网格型多重图案，包括表示模具表面的多个第一网格结构和与第一网格结构部分相交的多个第二网格结构。

第四阶段可包括将被压印的模具表面的压纹部分划分成多个面块，以及部分地激光加工各个面块以在上面形成压纹图案。

多个面块以一定的角度倾斜使得其方向不与压纹图案平行。

在第四阶段中，执行激光加工使得具有第一曲率的模具表面部分可具有第一面块，而具有小于第一曲率的第二曲率的模具表面部分可具有比第一面块宽的第二面块。

根据激光加工模具表面的方法，可以获得常规化学蚀刻方法无法实现的布状压纹图案。此外，常规激光加工中由于不准确的加工数据导致面块线外露的问题通过执行逆向工程处理而得以解决，从而实现技术型3D布状压纹图案。

因此，当压印模具表面时，形成无缝且相同的压纹图案，从而有助于改善模制件的设计。

本发明的方法和装置具有其它特征和优点，这些特征和优点通过文中结合的附图和以下具体实施方式将是显而易见的或在其中得以更详细地阐述，附图和具体实施方式共同用于解释本发明的某些原理。

附图说明

图1是示出在模具表面上加工的多种压纹图案的视图。

图2是示出根据本发明的示例性实施例的激光加工模具表面的步骤的视图。

图3是示出图2的激光加工步骤中的逆向工程处理的流程图。

图4是示出在常规的压纹图案中露出的面块线的视图。

图5是示出通过本发明的激光加工步骤所获得的示例性压纹图案中的多个面块的视图。

图6是示出根据本发明的激光加工步骤所获得的示例性压纹图案的视图。

应当理解的是，附图不一定按比例绘制，而是呈现出说明本发明的基本原理的各种特征的稍微简化的表示。本文所公开的包括例如具体尺寸、方向、位置和形状的本发明的具体设计特征，将部分地通过具体预期的应用和使用环境来确定。

在图中，贯穿附图的多幅图中相同的附图标记表示本发明的相同或等同的部分。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的各种实施方式，其示例在附图中示出并在以下予以说明。尽管将结合示例性实施方式说明本发明，然而将会理解的是，本说明并非旨在将本发明限制于这些示例性实施方式。相反，本发明旨在不仅涵盖这些示例性实施方式，而且涵盖可包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的各种替代形式、改型、等同形式和其它实施方式。

现在将更详细地参考本发明的优选实施方式，其示例在附图中示出。

图2是示出根据本发明的示例性实施例的激光加工模具表面的方法的步骤的视图。该方法包括：第一阶段（S100），提取用于使用激光加工在模具表面上形成压纹图案的绘图数据，第二阶段（S200），提取通过扫描模具表面所获得的扫描数据，并将扫描数据与绘图数据相匹配以便提取用于激光加工的加工数据，第三阶段（S300），执行逆向工程处理，用于预先验证当使用加工数据加工模具表面以形成压纹图案时模具表面的测量数据与加工数据之间的误差，以及第四阶段（S400），当误差处在容许公差之内时，使用验证后的加工数据执行激光加工。

如图2中所示，第一阶段（S100）可包括：提取模具表面的表面数据（S110），基于模具表面的表面数据，将模具表面渲染成体现模具表面的曲率和形状的、表现压纹图案的3D网格形式（S120），以及使用3D渲染数据确定压纹图案是否与模具表面的形状协调（S140）。

与常规的化学蚀刻方法不同，本发明旨在使用激光加工方法在模具的3D曲面上形成压纹图案，因此需要提取模具表面的数据并将提取的数据数字化。

首先，从模具提取模具表面的表面数据（S110）。这里，表面数据可以是以3D形式示出模具的CAD数据。基于该表面数据，将模具的曲率和形状构造为网格型的形式（S120），并转换成U-V坐标（S130）。

因此，2D数据的压纹图案可绘制到3D数据表面，并可通过检查渲染来确定压纹图案的方向是否与模具的形状的方向协调（S140）。

然后，扫描模具以提取扫描数据（S210），将绘图数据与扫描数据匹配，并且基于扫描数据提取用于执行激光加工的加工数据（S220）。

尽管理论上通过渲染而提取的加工数据可用于激光加工，然而实际上提取的加工数据具有关于模具尺寸的公差。即，虽然激光加工中的容许公差要求约±0.05mm的水平以便防止出现加工误差，但是加工数据关于模具尺寸的公差达到超出容许公差的±0.2mm，因此可能会执行不准确的激光加工。

这里，如果加工数据的公差超出容许公差，则校正超出容许公差的部分的表面数据。即，如果加工数据关于模具尺寸的公差超出容许公差，则仅校正超出容许公差的部分的表面数据而不重新获得绘图数据。

如果在加工数据的公差超出容许公差时校正压纹图案的加工位置，则需要获得新的绘图数据，从而增加工作量。此外，当进行激光加工时，即使在出现关于模具的一定公差时，仍不断地加工压纹图案，所以优选的是应当仅校正超出容许公差的部分的表面数据。

执行逆向工程处理，以便预先验证当使用加工数据加工模具以形成压纹图案时加工数据与关于模具尺寸的测量数据之间的误差（S310）。

由于在激光加工的情况下，一旦因公差导致发生误差，只能通过再加工校正误差，因此应当预先验证加工数据的有效性。为此，根据本发明的示例性实施例，执行逆向工程处理使得加工数据处在容许公差之内。

逆向工程处理（S310）可包括：将被压印的模具表面的压纹部分划分成多个面块（patch）（S312），将蜡涂敷在压纹部分上（S314），部分地激光加工各个面块以在上面形成压纹图案（S316），以及通过与模具表面的测量数据相比较来确定是否已对各个面块同等地形成相同的压纹图案（S318）。

具体地，如果加工数据的公差超出容许公差，则校正相关的表面数据，并且使用校正的绘图数据根据模具的形状将压纹部分划分成多个面块。

在本发明的示例性实施例中，对每个划分的面块执行激光加工，并且在此情况下，使划分的面块的方向以一定的角度倾斜使得其不与压纹图案平行，以便防止在激光加工后面块线露出。

如果如图4中所示，将面块10的方向设定成与压纹图案20平行，则面块线会外露，从而破坏压纹图案的外观。为了防止这种情况，如图5中所示，可将面块10的方向设定成关于压纹图案20呈大约45°，并且在此情况下面块线不会外露，从而改善压纹图案的外观。

这里，可执行激光加工使得曲率大的模具表面的部分具有窄的面块，而曲率小的模具表面的部分具有宽的面块。根据本发明的示例性实施例，在激光加工时，激光被垂直发射到各个面块，在此情况下，即使激光以相同的角度发射到例如平坦表面的曲率小的部分，也可均匀地形成压纹图案。

然而，在曲率大的部分，执行垂直激光加工存在限制，所以将面块形成为具有小的面积，使得能够执行精确的加工。如此，对曲率大的部分进行更精细的加工，因此在整个模具压纹部分均匀地形成相同的压纹图案。

在这种状态下，为了验证进行激光加工的加工数据的有效性，对模具的压纹部分涂蜡，并且以与各个面块相同尺寸的网格图案对压纹部分中的每个划分的面块执行激光加工。这里，蜡是一种在激光加工期间可去除的材料，并可包括石蜡、合成蜡、天然蜡等。

在涂覆至压纹部分的蜡之上完成网格型激光加工之后，通过目视检查压纹图案的加工状态，或者另外通过确定加工数据与模具表面的测量数据的匹配，来验证可用于激光加工模具表面以在上面形成压纹图案的加工数据。

使用经逆向工程处理验证的加工数据执行激光加工，从而预先防止发生激光加工误差。

此外，压纹图案可以是网格型多重图案，包括表示模具表面的多个第一网格结构30和与第一网格结构30部分相交的多个第二网格结构40。

通过其中连续形成表示模具表面的多个第一网格结构30和与第一网格结构30相交的多个第二网格结构40的压纹图案的多重图案的构造，根据本发明的示例性实施例，可通过激光加工获得布状压纹图案。这种布状压纹图案无法通过常规的化学蚀刻方法获得，但可通过激光加工获得，从而提供织物纹理并因此增加模具产品表面的优雅和精致。

然后，执行第四阶段（S400），其包括将被压印的模具表面的压纹部分划分成多个面块，并且部分地激光加工各个面块以在上面形成压纹图案。

这里，多个面块可以一定的角度倾斜使得其方向不与压纹图案平行。此外，可执行激光加工使得曲率大的模具表面的部分具有窄的面块，而曲率小的模具表面的部分具有宽的面块。

即，使用与上述逆向工程处理相同的方法在模具表面上形成压纹图案。该压纹图案使用验证后的加工数据以相同的方式形成，从而预先防止由于加工数据误差而形成缺陷产品，防止产生面块线，并且提供精确的压纹图案，由此改善注塑产品的外观。

根据激光加工模具表面的方法，可以获得常规化学蚀刻方法无法实现的布状压纹图案。此外，通过执行逆向工程处理解决了常规激光加工中由于不准确的加工数据导致面块线外露的问题，从而实现了技术型3D布状压纹图案。

因此，当压印模具表面时，形成无缝且相同的压纹图案，从而有助于改善模制件的设计。

为了方便所附权利要求中的解释和准确定义，词语“上部”、“下部”、“内部”和“外部”用于参照示例性实施例的特征在附图中显示的位置对这些特征进行描述。

为了例示和说明的目的，已呈现了本发明的具体示例性实施例的前述说明。该说明并非旨在穷尽或将本发明限制于所公开的精确形式，并且在上述教导的启示之下，显然可以做出多种改型和变型。选择和说明示例性实施例是为了解释本发明的某些原理及其实际应用，从而使本领域技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施例，及其各种替换形式和改型。旨在由所附权利要求及其等同形式来限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种激光加工模具表面的方法，包括：

第一阶段，提取用于使用激光加工在模具表面上形成压纹图案的绘图数据；

第二阶段，提取通过扫描所述模具表面所获得的扫描数据，并将所述扫描数据与所述绘图数据相匹配，以便提取用于激光加工的加工数据；

第三阶段，执行逆向工程处理，所述逆向工程处理用于预先验证当使用所述加工数据加工所述模具表面以形成压纹图案时，所述模具表面的测量数据与所述加工数据之间的误差；以及

第四阶段，当所述误差处在容许公差之内时，使用验证后的加工数据执行所述激光加工。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一阶段包括：

提取所述模具表面的表面数据；

基于所述模具表面的表面数据，将所述模具表面渲染成体现所述模具表面的曲率和形状的、表现所述压纹图案的3D网格形式；以及

使用3D渲染数据确定所述压纹图案是否与所述模具表面的形状协调。

3.根据权利要求2所述的方法，其中在所述第二阶段中，当所述加工数据的误差超出所述容许公差时，校正超出所述容许公差的部分的表面数据。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述逆向工程处理包括：

将被压印的所述模具表面的压纹部分划分成多个面块；

将蜡涂敷在所述压纹部分上；

部分地激光加工各个面块以在上面形成所述压纹图案；以及

通过与所述模具表面的测量数据相比较，确定是否已对各个面块同等地形成相同的压纹图案。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述多个面块以一定的角度倾斜，使得其方向不与所述压纹图案平行。

6.根据权利要求4所述的方法，其中执行所述激光加工，使得具有第一曲率的模具表面部分具有第一面块，而具有小于所述第一曲率的第二曲率的模具表面部分具有比所述第一面块宽的第二面块。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述压纹图案是网格型多重图案，包括表示所述模具表面的多个第一网格结构和与所述第一网格结构部分相交的多个第二网格结构。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第四阶段包括：

将被压印的所述模具表面的压纹部分划分成多个面块；以及

部分地激光加工各个面块以在上面形成所述压纹图案。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述多个面块以一定的角度倾斜，使得其方向不与所述压纹图案平行。

10.根据权利要求8所述的方法，其中在所述第四阶段中，执行所述激光加工，使得具有第一曲率的模具表面部分具有第一面块，而具有小于所述第一曲率的第二曲率的模具表面部分具有比所述第一面块宽的第二面块。