CN104588884B - 一种三维激光加工设备 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于激光加工领域，提供了一种三维激光加工设备，包括三维振镜系统、数控回转工作台和加工控制系统；加工控制系统将被加工物体的三维纹理数学模型分割成若干个纹理模型块后，控制数控回转工作台和预先得到的每个纹理模块向同一方向旋转相同的指定的角度，使每个纹理模型块旋转指定的角度并依次处于三维振镜系统的激光加工区域之内后，控制三维振镜系统对与处于激光加工区域之内的与每个纹理模型块相对应的曲面依次进行加工；其中被加工物体安装在数控回转工作台上，与处于激光加工区域之内的与被分割的纹理模型块相对应的曲面是被加工物体的曲面的一部分。本发明，达到曲面任意角度的区域都能被激光加工的目的，并且实现简单、价格便宜。

Description

一种三维激光加工设备
技术领域
本发明属于激光加工技术领域，尤其涉及一种三维激光加工设备。
背景技术
激光标识设备固有的高速、高效的清洁加工方式，得到各行各业的青睐，因此广泛应用于电子信息、轻工、家电、模具、高低压电器、珠宝等众多行业。以物体平面为打标对象的二维激光加工设备，其加工技术已日臻成熟。
然而，以物体任意曲面为激光加工对象的三维激光加工(打标、蚀刻、雕刻等，下同)方法，目前还存在许多的局限性和缺陷。如依托二维打标技术配置数控旋转工作台的“三维”激光打标机，实际上只能加工旋转的三维圆柱曲面，对其他曲面则束手无策。基于三维振镜系统的三维激光加工设备，能对任意曲面进行三维激光加工，但却存在加工区域受限的致命缺陷，这是因为三维振镜系统的激光输出存在一定的夹角，在曲面的曲率变化较大时，激光无法接触部分曲面区域，使之成为激光加工的盲区。比如，在图1所示的三维振镜系统中，被加工物体的曲面，只有AB段能被加工，而BC段和AD段，则是激光加工的盲区。
当前，利用五轴数控机床原理进行三维任意曲面的激光加工，能有效解决三维曲面激光加工的盲区问题，但这类设备昂贵，导致加工成本过高。如何利用比较经济的加工方法，消除曲面三维激光打标的盲区，使曲面任意角度的区域都能被激光加工，已成为三维激光加工设备急需解决的问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种三维激光加工设备，旨在解决现有技术提供的三维激光加工设备，设备昂贵，导致加工成本过高的问题。
一方面，提供一种三维激光加工设备，包括三维振镜系统，所述三维激光加工设备还包括：
数控回转工作台；
与所述数控回转工作台和所述三维振镜系统分别连接的加工控制系统；
所述加工控制系统，用于将被加工物体的三维纹理数学模型分割成若干个纹理模型块后，控制所述数控回转工作台和预先得到的每个纹理模型块向同一方向旋转相同的指定的角度，使每个纹理模型块旋转指定的角度并依次处于三维振镜系统的激光加工区域之内后，控制三维振镜系统对处于激光加工区域之内的与每个纹理模型块相对应的曲面依次进行加工；
其中，被加工物体安装在数控回转工作台上，与处于激光加工区域之内的与被分割的纹理模型块相对应的曲面是被加工物体的曲面的一部分。
进一步地，数控回转工作台是二轴数控回转工作台。
进一步地，所述二轴数控回转工作台的二轴是
进一步地，所述二轴数控回转工作台的二轴是
进一步地，所述二轴数控回转工作台的二轴是
在本发明实施例中，基于五轴数控的三维激光加工设备，通过三维振镜系统的数控三轴和安装在工作台面的数控回转工作台，在硬件上构成了五轴激光加工系统；然后，通过五轴激光加工系统中的加工控制系统将被加工物体的三维纹理数学模型分割成若干个纹理模型块后，可以控制数控回转工作台和预先得到的每个纹理模型块向同一方向旋转相同的指定的角度，使每个纹理模型块根据不同的旋转角度依次处于三维振镜系统的激光加工区域之内后，控制三维振镜系统对处于激光加工区域之内的与每个纹理模型块相对应的曲面依次进行加工，从而达到被加工物体曲面任意角度的区域都能被激光加工的目的，并且实现简单、价格便宜。
附图说明
图1是现有的三维激光加工设备的结构示意图；
图2本发明实施例一提供的三维激光加工设备的结构框图；
图3本发明实施例一提供的三维激光加工设备中的三维振镜系统和数控回转工作台的结构示意图；
图4a是本发明实施例一提供的被加工物体的曲面模型示意图；
图4b是本发明实施例一提供的映射曲面模型示意图；
图4c是本发明实施例一提供的三维纹理数学模型示意图；
图4d是本发明实施例一提供的三维纹理数学模型被分割成编号为①、②、③、④的4个纹理模型块示意图；
图5是本发明实施例提供的图4d所示的编号为②的纹理模型块旋转后的效果示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明实施例中，三维激光加工设备包括三维振镜系统，还包括：数控回转工作台和与所述数控回转工作台和所述三维振镜系统分别连接的加工控制系统，该加工控制系统将被加工物体的三维纹理数学模型分割成若干个纹理模型块后，控制所述数控回转工作台和预先得到的每个纹理模型块向同一方向旋转相同的指定的角度，使每个纹理模型块根据不同的旋转角度依次处于三维振镜系统的激光加工区域之内后，控制三维振镜系统对处于激光加工区域之内的与每个纹理模型块相对应的曲面依次进行加工；其中，被加工物体安装在数控回转工作台上，与处于激光加工区域之内的与被分割的纹理模型块相对应的曲面是被加工物体的曲面的一部分。
以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细描述：
实施例一
图2示出了本发明实施例一提供的三维激光加工设备的结构框图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。在本发明实施例中，该三维激光加工设备2包括：三维振镜系统21、数控回转工作台22和加工控制系统23。
三维振镜系统21是包括三个数控移动轴的三维振镜系统，如图1所示，该三维振镜系统包括激光腔、Z轴移动镜头、聚焦镜头、X轴振镜、Y轴振镜和镜片组。该三维振镜系统21输出的激光具有一定的夹角，激光作用区域在图1所示的锥体内，只有被加工物体的曲面处于所述锥体内，才能被加工。
三维激光加工设备上还安装有一个二轴数控回转工作台22，由三维振镜系统21和二轴数控回转工作台22组成的三维激光加工设备是一个五轴数控三维激光加工设备。该五轴数控三维激光加工设备中的三维振镜系统和数控回转工作台的结构如图3所示。
具体的，二轴数控回转工作台的二轴分别是：或，或，具体实际应用采用何种二轴数控回转工作台，本发明实施例中不做限制。为了描述方便，本发明实施例中，以二轴为的二轴数控回转工作台为例来进行说明。
图3所示的二轴数控回转工作台的二轴是该二轴数控回转工作台上可安装被加工物体(图示样例为模具型腔，型腔曲面的纹理由激光加工)。
加工控制系统23与三维振镜系统21和数控回转工作台22分别连接，用于将被加工物体的三维纹理数学模型分割成若干个纹理模型块后，控制所述数控回转工作台22和预先得到的每个纹理模型块向同一方向旋转相同的指定的角度，使每个纹理模型块旋转指定的角度并依次处于三维振镜系统21的激光加工区域之内后，控制三维振镜系统21对与处于激光加工区域之内的与每个纹理模型块相对应的曲面依次进行加工；其中，被加工物体安装在数控回转工作台22上，与处于激光加工区域之内的与被分割的纹理模型块相对应的曲面是被加工物体的曲面的一部分。
其中，通过纹理映射算法将指定的二维平面纹理映射至被加工物体的曲面模型上，得到被加工物体的映射曲面模型，将所述曲面模型从所述映射曲面模型中抽取后，得到被加工物体的三维纹理数学模型，对所述三维纹理数学模型进行分割处理，得到所述若干个纹理模型块。
具体的，本发明实施例中选取的被加工物体的曲面模型如图4a所示。至于如何根据被加工物体获取被加工物体的曲面模型，是现有技术，在此不再赘述。
具体的，可以预先指定要加工至被加工物体曲面上的二维平面纹理，然后将该指定的二维平面纹理映射至被加工物体的曲面模型上，得到映射曲面模型。其中，指定的二维平面纹理由用户根据需要确定。
对图4a所示的曲面模型，将指定的二维平面纹理映射至该曲面模型后，会生成一个如图4b所示的映射曲面模型。
具体的，从图4b所示的映射曲面模型抽取掉图4a所示的曲面模型后，得到一个如图4c所示的三维纹理数学模型。
具体的，由于根据被加工物体的曲面模型可以得到被加工物体的具体形状，因此，可以根据被加工物体的曲面模型来确定对所述三维纹理数学模型进行分割处理后，得到的纹理模型块的数量。
比如，根据图4a所示的曲面模型，可以对图4c所示的三维纹理数学模型进行分割处理，得到若干个纹理模型块。如图4d所示，三维纹理数学模型被分割成编号为①、②、③、④的4个纹理模型块。
控制数控回转工作台22和图4d中所示的4个纹理模型块向同一方向旋转相同的指定的角度，被加工物体的曲面也以相同的旋转方向和旋转角度旋转，使这4个纹理模型块和与这4个纹理模型块匹配的曲面旋转指定的角度并依次处于三维振镜系统21的激光加工区域之内，可以控制三维振镜系统21依次根据这4个纹理模型块对被加工物体的曲面的相应部分进行加工，得到标记有指定二维平面纹理的被加工物体。
图5是编号为②的纹理模型块旋转后的效果示意图。图4d所示的编号为②的纹理模型块，通过与对应曲面旋转相同的指定的角度后，能以图5所示方式被三维振镜系统21加工。
具体的，先旋转数控回转工作台22和多个纹理模型块，当与第一个纹理模型块旋转至三维振镜系统21的激光加工区域之内时，控制数控回转工作台22和多个纹理模型块静止不动，三维振镜系统21开始加工第一个纹理模型块，将第一个纹理模型块打标至被加工物体的曲面上的相应位置。然后再旋转数控回转工作台22和多个纹理模型块，当第二个纹理模型块旋转至三维振镜系统21的激光加工区域之内时，控制数控回转工作台22和多个纹理模型块静止不动，三维振镜系统21开始加工第二个纹理模型块，将第二个纹理模型块打标至被加工物体的曲面上的相应位置，依次类推，直至所有纹理模型块全部加工完毕。
在本实施例中，基于五轴数控的三维激光加工设备，通过三维振镜系统的数控三轴和安装在工作台面的数控回转工作台，在硬件上构成了五轴激光加工系统；然后，通过五轴激光加工系统中的加工控制系统将被加工物体的三维纹理数学模型分割成若干个纹理模型块后，可以控制数控回转工作台和预先得到的每个纹理模型块向同一方向旋转相同的指定的角度，使每个纹理模型块旋转指定的角度并依次处于三维振镜系统的激光加工区域之内后，控制三维振镜系统对处于激光加工区域之内的与每个纹理模型块相对应的曲面依次进行加工，从而达到被加工物体曲面任意角度的区域都能被激光加工的目的，并且实现简单、价格便宜。
值得注意的是，上述装置实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种三维激光加工设备，包括三维振镜系统，其特征在于，所述三维激光加工设备还包括：
数控回转工作台；
与所述数控回转工作台和所述三维振镜系统分别连接的加工控制系统；
所述加工控制系统，用于将被加工物体的三维纹理数学模型分割成若干个纹理模型块后，控制所述数控回转工作台和预先得到的每个纹理模型块向同一方向旋转相同的指定的角度，使每个纹理模型块旋转指定的角度并依次处于三维振镜系统的激光加工区域之内后，控制三维振镜系统对处于激光加工区域之内的与每个纹理模型块相对应的曲面依次进行加工；
其中，被加工物体安装在数控回转工作台上，处于激光加工区域之内的与被分割的纹理模型块相对应的曲面是被加工物体的曲面的一部分；
其中，通过纹理映射算法将指定的二维平面纹理映射至被加工物体的曲面模型上，得到被加工物体的映射曲面模型，将所述曲面模型从所述映射曲面模型中抽取后，得到被加工物体的三维纹理数学模型。
2.如权利要求1所述的三维激光加工设备，其特征在于，数控回转工作台是二轴数控回转工作台。
3.如权利要求2所述的三维激光加工设备，其特征在于，所述二轴数控回转工作台的二轴是
4.如权利要求2所述的三维激光加工设备，其特征在于，所述二轴数控回转工作台的二轴是
5.如权利要求2所述的三维激光加工设备，其特征在于，所述二轴数控回转工作台的二轴是
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