CN104589880A - 一种玻璃激光雕刻方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种玻璃激光雕刻方法及装置，采用二维矩阵分区雕刻，像素点动态融合等方法，解决大面积图案雕刻的拼接问题，使像素点排列更规则，图案拼接边缘更融合，提高了雕刻图案的一致性和完整性，同时针对大面积平板玻璃厚度不均匀导致激光聚焦点无法在玻璃体内精确定位的问题，采用机械测量与动态补偿算法，根据玻璃厚度调整激光聚焦点的位置，适应厚度不均匀的大面积平板玻璃，实现精确定位，本发明采用双支撑部件，由气动部件驱动，通过控制系统可实现实时切换，保证玻璃在背刻过程中激光聚焦点不会被支撑部件阻挡，提高了系统的可用性。

Description

一种玻璃激光雕刻方法及装置

技术领域

本发明涉及一种玻璃激光雕刻方法及装置，具体涉及一种采用三维平台进行动态聚焦实现玻璃正刻、内刻和背刻的玻璃激光雕刻装置及方法。

背景技术

现有技术已广泛利用激光在大平面平板玻璃体内的任意位置进行高精度的雕刻的技术。如申请号为201210291057.2的发明专利《大幅面激光内雕机》公开了一种大幅面激光内雕机，包括床身及设于床身两侧的Y轴轨道和通过支架能沿Y轴轨道滑动的X轴轨道，X轴轨道上设有激光加工头，激光加工头上设有测量头朝下的百分表，床身上铺设有多根互相平行且设有滑槽的基条，基条和X轴轨道平行，由基条铺设而成的床面上设有多块支承板，多块支承板分布成矩阵状，每块支承板靠近其四个角处各设有一个Z向调节机构，四个Z向调节机构两两对称设置，Z向调节机构的底部插在基条的滑槽内。上述内雕机通过调节机构改变支承板调节玻璃面板在Z轴方向的高度，使激光加工头实现在玻璃体中的聚焦点位置的改变。上述现有技术普遍存在以下问题：1)在雕刻大面积的三维图案时，采用分区雕刻的方法，会产生明显的拼缝痕迹，影响雕刻质量；2)由于大面积玻璃面板并不是厚度均匀的，无法在雕刻过程中根据玻璃厚度变化在三维坐标体系内实时精确定位；3)同时由于支承板的存在，阻挡了支撑板位置上背刻的实现，明显影响了雕刻质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种玻璃激光雕刻方法及装置，以便于解决现有技术中存在的上述问题。

为了达到上述目的，本发明的具体解决方案提供了一种玻璃激光雕刻方法，通过改变激光振镜在三维坐标轴之内的位置，在平板玻璃正面、反面和内部形成损伤点，完成待雕刻图案像素点的雕刻，包括以下步骤：

在待雕刻区域内设定一个二维坐标轴，并在二维坐标轴的基础上设定多个定位点，再将每个定位点在平面坐标轴的坐标编译成一个二维矩阵；

设定待雕刻分区，所述待雕刻分区以二维矩阵中任一个定位点A[x][y]为中心点，以相邻的坐标点A[x-1][y-1]、A[x-1][y+1]、A[x+1][y+1]和A[x+1][y-1]为顶点，组成一个四边形的待雕刻分区；

控制激光振镜依次遍历二维矩阵的所有定位点A[x][y]，当激光振镜到达每一个定位点A[x][y]后，在以该定位点A[x][y]为中心点的待雕刻分区内完成该区域内四分之一像素点的雕刻，随后进入下一个定位点进行雕刻；

激光振镜完成二维矩阵所有定位点A[x][y]的待雕刻分区的雕刻，待雕刻图案的所有像素点雕刻完成。

进一步的，所述激光振镜雕刻的四分之一像素点的排列方式为以定位点A[x][y]为中心向待雕刻分区四个顶点A[x-1][y-1]、A[x-1][y+1]、A[x+1][y+1]和A[x+1][y-1]方向递减排列或离散式排列。

进一步的，本发明的玻璃激光雕刻方法包括以下步骤：

在二维坐标轴内取任意多个点为测量点，再将每个测量点在平面坐标轴的坐标编译成一个二维矩阵P[x][y]；

在雕刻作业开始前或作业中，分别测得每一个测量点的玻璃高度和厚度；根据任一测量点P[x][y]，以及周围的四个顶点P[x-1][y-1]、P[x-1][y+1]、P[x+1][y+1]和P[x+1][y-1]的玻璃高度以及厚度；计算出待雕刻区域内每一个位置的玻璃高度以及厚度；

在雕刻过程中，根据所述待雕刻区域的玻璃高度以及厚度在Z轴方向上改变激光振镜的聚焦点在玻璃厚度中的位置，完成待雕刻分区像素点的雕刻。

进一步的，所述平板玻璃放置在支架之上，所述支架上设置有数个支撑机构，所述支撑机构支撑固定平板玻璃。

进一步的，在雕刻过程中，当激光振镜的移动轨迹与支撑机构的位置重合时，切换与激光聚焦点移动轨迹位置重合的支撑机构，使激光聚焦点能实现玻璃的背刻。

本发明还提供一种玻璃激光雕刻装置，包括放置玻璃的支架4及设于支架4上X轴移动机构、Y轴移动机构和移动工作台，所述Y轴移动机构设置于X轴移动机构之上，所述移动工作台设置于Y轴移动机构之上，所述移动工作台上设置有激光发生器、透镜组件和测量组件，所述透镜组件包括正对激光发射器发射方向依次设置的扩束镜、激光振镜和透镜，所述激光振镜安装于第一移动部件之上，所述第一移动部件由第一电机驱动，所述激光发射器的发射光在经过扩束镜、激光振镜和透镜之后位于Z轴方向正对支架上的平板玻璃，所述测量组件包括测量部件，第二移动部件和第二电机，所述测量部件位于Z轴方向正对支架上的平板玻璃，所述测量部件安装于第二移动部件之上，所述第二移动部件由第二电机驱动。

进一步的，所述X轴移动机构、Y轴移动机构、第一电机和第二电机由计算机控制驱动。

进一步的，所述支架与水平面之间具有一夹角，所述夹角在0度到90度之间。

进一步的，所述测量部件为接触式开关或芯片开关中的一种。

进一步的，所述支架4上设置有数个支撑机构，所述支撑机构支撑固定平板玻璃，所述支撑机构包括两个支撑部件，所述两个支撑部件分别连接有气动部件，所述气动部件与控制单元连接。

本发明同现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

1、本发明可实时调整激光聚焦点在三维坐标轴内的位置，实现大面积玻璃幕板的内刻、背刻，自动化程度高，具有较高精确度，保证玻璃内刻、背刻图案的准确性和质量。

2、采用二维矩阵设定激光聚焦点在X、Y轴上的定位点，以定位点为中心划定待雕刻分区，激光聚焦点在到达每个定位点之后在该定位点的待雕刻分区雕刻四分之一部分的图案，激光聚焦点遍历完二维矩阵即可完成所有像素点的雕刻，解决大面积图案雕刻的拼接问题，提高了雕刻图案的一致性和完整性。

3、激光聚焦点在雕刻每个待雕刻分区时，像素点以该待雕刻分区的定位点为中心，往四个顶点方向从密到疏有规则地排列，进一步解决解决大面积图案雕刻的拼接问题，使像素点排列更规则，图案拼接边缘更融合。

4、本发明针对大面积玻璃幕板厚度不均匀导致激光聚焦点无法在玻璃体内精确定位的问题，采用动态补偿算法，通过测量待雕刻区域四个顶点的厚度，计算出待雕刻区域的玻璃厚度，激光发生器根据玻璃厚度调整激光聚焦点在Z轴方向上的位置，实现精确定位。本发明可以适应不同厚度的大面积玻璃面板，实时调整雕刻位置，达到玻璃体内部精确内刻、背刻的技术效果。

5、本发明支架上的玻璃支撑机构括双支撑部件，均分别由气动部件驱动，通过控制系统可实现实时切换，保证玻璃在背刻过程中激光聚焦点不会被支撑支撑部件阻挡，提高了系统的可用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明玻璃激光雕刻装置的主视图；

图2是本发明玻璃激光雕刻装置的正视图；

图3是本发明玻璃激光雕刻装置的侧视图；

图4是本发明激光发生器和透镜组件的结构图；

图5是本发明测量组件的结构图；

图6是本发明支撑机构的主视图；

图7是本发明二维矩阵的示意图。

主要元件符号说明：

移动工作台：1                X轴移动机构：2

Y轴移动机构：3               支架：4

支撑机构：5                  支撑部件：51

气动部件：52                   透镜组件：6

激光发生器：61                 扩束镜：62

激光振镜：63                   透镜：64

第一电机：65                   测量组件7

第二电机：71                   移动滑块72

测量部件73                     丝杠：74

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1到图6所示，本发明提出了一种玻璃激光雕刻装置，包括放置待雕刻大面积玻璃面板的支架4、X轴移动机构2、Y轴移动机构3和移动工作台1。所述支架4用于放置待雕刻的大面积玻璃面板，支架4与水平面之间具有一夹角，所述夹角在0度到90度之间。

所述X轴移动机构2安装于支架4之上，所述Y轴移动机构3安装于X轴移动机构2之上，所述移动工作台1安装于Y轴移动机构3之上，X轴移动机构2和Y轴移动机构3均连接计算机，由计算机控制实现移动工作台1在X轴和Y轴上的移动和定位。移动工作台1包括激光发生器61、透镜组件6和测量组件7，激光发生器61发生激光光束对玻璃面板进行雕刻，测量组件7测量玻璃面板的厚度和高度，所述透镜组件6根据测量组件7的结果进行调整改变激光光束在Z轴方向上的聚焦点，实现在三维坐标轴内的精确定位和切割。

优选的，移动工作台1上设置有激光发生器61、透镜组件6和测量组件7，所述透镜组件6包括正对激光发射器61发射方向依次设置的扩束镜62、激光振镜63和透镜64，所述激光振镜63安装于第一移动部件65之上，所述第一移动部件65由第一电机(图上未标示)驱动。所述第一电机驱动激光振镜63在Z轴方向移动，以改变激光发射器61发射光在Y轴上的聚焦点位置，所述激光发射器61的发射光在经过扩束镜62、激光振镜63和透镜64之后位于Z轴方向正对支架4上的平板玻璃。

进一步的，为了减少激光发射器61发射光的光路距离，本发明还可以通过在扩束镜62、激光振镜63和透镜64之间设置一个或多个反射镜，使发射光经过一次或多次反射之后从Z轴方向射出。根据反射镜的摆放，可以灵活的调整扩束镜62、激光振镜63和透镜64的摆放位置，减少了移动工作台1的占用空间。

优选的，测量组件7包括测量部件73，移动滑块74、丝杠72和第二电机71，所述测量部件位于Z轴方向正对支架4上的平板玻璃，所述测量部件7安安装于移动滑块74之上，所述第二移动部件由第二电机驱动71。

进一步的，测量部件可以采用接触式开关或芯片开关中的一种，当第二电机驱动测量部件在Z轴方向上移动时，测量部件接触到平板玻璃面板，触动开关发出信号到计算机。计算机根据开关信号计算出测量部件的移动行程，从而计算出所述测量部件与平板玻璃接触点上的玻璃厚度和高度。

优选的，所述玻璃支架4上还设置有数个支撑机构5，每个支撑机构5包括两个支撑部件51和两个气动部件52，所述两个支撑部件51分别连接气动部件52。当激光振镜63移动到每个支撑机构5上方时，所述计算机实时切换支撑部件51，保证激光振镜63的聚焦点不被支撑部件51所阻挡。

利用上述玻璃激光雕刻设备本发明还提供一种玻璃激光雕刻方法，其目的主要在于解决大面积图案分区雕刻的边缘拼接和融合问题以及由于玻璃厚度不均匀导致的雕刻精度问题。

为解决面积图案分区雕刻的边缘拼接和融合问题，本方法首先在待雕刻区域内设定一个二维坐标轴，并在二维坐标轴的基础上设定多个定位点，再将每个定位点在地面坐标轴的坐标编译成一个二维矩阵。所述二维矩阵中任一个定位点A[x][y]均设置有一个待雕刻分区，每个待雕刻分区以定位点A[x][y]为中心点，以相邻的坐标点A[x-1][y-1]、A[x-1][y+1]、A[x+1][y+1]和A[x+1][y-1]为顶点，组成一个四边形的待雕刻分区。

如图7所示，在雕刻过程当中，系统首先控制控制激光振镜依次遍历二维矩阵的所有定位点A[x][y]，当激光振镜到达每一个定位点A[x][y]后，在以该定位点A[x][y]为中心点的待雕刻分区内完成该区域内四分之一像素点的雕刻，随后进入下一个定位点进行雕刻。

当激光振镜完成二维矩阵所有定位点A[x][y]的待雕刻分区的雕刻后，每个雕刻分区均接收到四次每次四分之一像素点的雕刻，完成待雕刻图案的所有像素点的雕刻。

为了进一步解决以中心点定位分布式的雕刻导致的边缘融合问题，本方法在雕刻每个待雕刻分区时，像素点的分布以四边形或多边形方式排列会导致图像形成明显的边缘，造成各分区的图像拼接痕迹十分明显。所以在雕刻分区像素点时，像素点以该待雕刻分区的定位点A[x][y]为中心，往四个顶点方向从密到疏采用离散方式排列，图像边缘，使各个雕刻分区图像的拼接更加自然融合。

作为另一个优选的实施例，本方法在雕刻每个待雕刻分区时，像素点的排列也可以采用递减方式排列，像素点以A[x][y]为中心向四个分区顶点A[x-1][y+1]、A[x+1][y-1]、A[x-1][y-1]、A[x+1][y+1]方向从密到疏递排列，消除了图像的边缘。

此外在雕刻过程当中由于玻璃厚度不均匀，会产生激光振镜在Y轴上无法进行精确的定位的问题，本方法首先在二维坐标轴上设定多个测量点P[x][y]，再将每个测量点P[x][y]在平面坐标轴的坐标编译成一个二维矩阵。在雕刻作业开始前或进行中利用测量装置，根据二维矩阵任一个测量点P[x][y]，测量P[x][y]周围的四个顶点P[x-1][y-1]、P[x-1][y+1]、P[x+1][y+1]和P[x+1][y-1]的玻璃厚度，测量采用机械方式，通过驱动测量部件在Y轴方向上移动，测量部件接触到平板玻璃面板，触动开关发出信号到计算机控制器。计算机控制器根据开关信号计算出测量部件的移动行程，从而计算的玻璃厚度。

计算机根据四个顶点P[x-1][y-1]、P[x-1][y+1]、P[x+1][y+1]和P[x+1][y-1]的玻璃厚度，计算出所述该测量分区的玻璃厚度，这样在待雕刻分区雕刻过程中，根据所述待雕刻分区的玻璃厚度计算机控制器实时改变激光振镜的位置，使激光聚焦点在Y轴上进行移动，完成待雕刻分区像素点的雕刻，实现精确定位，适应不同厚度变化的平板玻璃。

为了避免在雕刻过程当中激光聚焦点被支架4上的玻璃支撑位所阻挡，本发明还包括一种支撑位动态切换的方法。当激光聚焦点的移动轨迹与支撑机构5的位置重合时，计算机控制器通过气动部件52实时切换支撑部件51，保证激光发射器的聚焦点不被支撑部件51所阻挡，使激光聚焦点能实现无阻碍的玻璃背刻。

本发明同现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

1、本发明采用计算机控制可实时调整激光聚焦点在三维坐标轴内的位置，实现大面积玻璃幕板的内刻、背刻，自动化程度高，具有较高精确度，保证玻璃内刻、背刻图案的准确性和质量。

2、采用二维矩阵设定激光聚焦点在X、Y轴上的定位点，以定位点为中心划定待雕刻分区，激光聚焦点在到达每个定位点之后在该定位点的待雕刻分区雕刻四分之一部分的图案，激光聚焦点遍历完二维矩阵即可完成所有像素点的雕刻，解决大面积图案雕刻的拼接问题，提高了雕刻图案的一致性和完整性。

3、激光聚焦点在雕刻每个待雕刻分区时，像素点以该待雕刻分区的定位点为中心，往四个顶点方向从密到疏有规则地排列，进一步解决解决大面积图案雕刻的拼接问题，使像素点排列更规则，图案拼接边缘更融合。

4、本发明针对大面积玻璃幕板厚度不均匀导致激光聚焦点无法在玻璃体内精确定位的问题，采用动态补偿算法，通过测量待雕刻区域四个顶点的厚度，计算出待雕刻区域的玻璃厚度，激光发生器根据玻璃厚度调整激光聚焦点在Z轴方向上的位置，实现精确定位。本发明可以适应不同厚度的大面积玻璃面板，实时调整雕刻位置，达到玻璃体内部精确内刻、背刻的技术效果。

5、本发明支架上的玻璃支撑机构5包括双支撑部件，均分别由气动部件52驱动，通过控制系统可实现实时切换，保证玻璃在背刻过程中激光聚焦点不会被支撑支撑部件阻挡，提高了系统的可用性。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种玻璃激光雕刻方法，其特征在于，包括以下步骤：

在待雕刻区域内设定一个二维坐标轴，并在二维坐标轴的基础上设定多个定位点，再将每个定位点在平面坐标轴的坐标编译成一个二维矩阵；

设定待雕刻分区，所述待雕刻分区以二维矩阵中任一个定位点A[x][y]为中心点，以相邻的坐标点A[x-1][y-1]、A[x-1][y+1]、A[x+1][y+1]和A[x+1][y-1]为顶点，组成一个四边形的待雕刻分区；

控制激光振镜依次遍历二维矩阵的所有定位点A[x][y]，当激光振镜到达每一个定位点A[x][y]后，在以该定位点A[x][y]为中心点的待雕刻分区内完成该区域内四分之一像素点的雕刻，随后进入下一个定位点进行雕刻；

激光振镜完成二维矩阵所有定位点A[x][y]的待雕刻分区的雕刻，待雕刻图案的所有像素点雕刻完成。

2.根据权利要求1所述的一种玻璃激光雕刻方法，其特征在于，所述激光振镜雕刻的四分之一像素点的排列方式为以定位点A[x][y]为中心向待雕刻分区四个顶点A[x-1][y-1]、A[x-1][y+1]、A[x+1][y+1]和A[x+1][y-1]方向递减排列或离散式排列。

3.根据权利要求2所述的一种玻璃激光雕刻方法，其特征在于，还包括以下步骤：

在二维坐标轴内取任意多个点为测量点，再将每个测量点在平面坐标轴的坐标编译成一个二维矩阵P[x][y]；

在雕刻作业开始前或作业中，分别测得每一个测量点的玻璃高度和厚度；根据任一测量点P[x][y]，以及周围的四个顶点P[x-1][y-1]、P[x-1][y+1]、P[x+1][y+1]和P[x+1][y-1]的玻璃高度以及厚度；计算出待雕刻区域内每一个位置的玻璃高度以及厚度；

在雕刻过程中，根据所述待雕刻区域的玻璃高度以及厚度在Z轴方向上改变激光振镜的聚焦点在玻璃厚度中的位置，完成待雕刻分区像素点的雕刻。

4.根据权利要求3所述的一种玻璃激光雕刻方法，其特征在于，所述平板玻璃放置在支架之上，所述支架上设置有数个支撑机构，所述支撑机构支撑固定平板玻璃。

5.根据权利要求4所述的一种玻璃激光雕刻方法，其特征在于，在雕刻过程中，当激光聚焦点的移动轨迹与支撑机构的位置重合时，切换与激光聚焦点移动轨迹位置重合的支撑机构，使激光聚焦点能实现玻璃的背刻。

6.一种玻璃激光雕刻装置，包括放置玻璃的支架及设于支架上X轴移动机构、Y轴移动机构和移动工作台，所述Y轴移动机构设置于X轴移动机构之上，所述移动工作台设置于Y轴移动机构之上，其特征在于，所述移动工作台上设置有激光发生器、透镜组件和测量组件，所述透镜组件包括正对激光发射器发射方向依次设置的扩束镜、激光振镜和透镜，所述激光振镜安装于第一移动部件之上，所述第一移动部件由第一电机驱动，所述激光发射器的发射光在经过扩束镜、激光振镜和透镜之后位于Z轴方向正对支架上的平板玻璃，所述测量组件包括测量部件，第二移动部件和第二电机，所述测量部件位于Z轴方向正对支架上的平板玻璃，所述测量部件安装于第二移动部件之上，所述第二移动部件由第二电机驱动。

7.根据权利要求6所述的一种玻璃激光雕刻装置，其特征在于，所述X轴移动机构、Y轴移动机构、第一电机和第二电机由计算机控制驱动。

8.根据权利要求6所述的一种玻璃激光雕刻装置，其特征在于，所述支架与水平面之间具有一夹角，所述夹角在0度到90度之间。

9.根据权利要求6所述的一种玻璃激光雕刻装置，其特征在于，所述测量部件为接触式开关或芯片开关中的一种。

10.根据权利要求6所述的一种玻璃激光雕刻装置，其特征在于，所述支架4上设置有数个支撑机构，所述支撑机构支撑固定平板玻璃，所述支撑机构包括两个支撑部件，所述两个支撑部件分别连接有气动部件，所述气动部件与控制单元连接。