CN104907703B - 一种提高在大面积平板玻璃内雕刻三维图像效率的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高在大面积平板玻璃内雕刻三维图像效率的方法和装置，是采用两个以上的高速振镜偏转两路以上激光，来控制激光聚焦点的位置，在平板玻璃内部形成微爆点，以获得玻璃内外三维图像；基于上述方法的装置包括支架，玻璃搁放平台，移动定位机构及高速振镜系统，其中，玻璃搁放平台设置在支架中，移动定位机构包括至少两个X向移动台和一个Y向移动台，X向移动台均同时与Y向移动台相连，移动定位机构与支架连接并位于玻璃搁放平台的上方，高速振镜系统设置在X向移动台上。本发明是采用多个高速振镜系统同时对一个大平板玻璃进行图像雕刻，从而可以大幅提高雕刻效率。

Description

一种提高在大面积平板玻璃内雕刻三维图像效率的方法和装置
技术领域
本发明涉及光学技术领域，特别涉及激光聚能加工装置，具体的是涉及一种提高在大面积平板玻璃内雕刻三维图像效率的方法和装置。
背景技术
现有技术中经常利用激光在大幅面平板玻璃内部的任意位置进行高精度的雕刻；由于激光对透明物体的雕刻是利用激光在透明物体内产生微爆点来实现的，因此在大幅面的平板玻璃雕刻过程中会产生千千万万个微爆点。而在现有技术的雕刻过程中，只靠一个机头即只依靠一个高速振镜系统，一块大幅面的平板玻璃完成雕刻往往需要花几小时甚至几十小时，明显影响雕刻加工效率。
发明内容
本发明克服了上述现有技术中所存在的大幅面平板玻璃完成雕刻时间长，影响雕刻加工效率的不足，提供了一种提高在大面积平板玻璃内雕刻三维图像效率的方法和装置。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种提高在大面积平板玻璃内雕刻三维图像效率的方法，采用两个以上的高速振镜偏转两路以上激光，来控制激光聚焦点的位置，在平板玻璃内部形成微爆点，以获得玻璃内外三维图像。
根据振镜整体移动和镜片偏转最短路径的原则由软件算法自动分配和选择，以保证每个高速振镜高效均匀的产生微爆点，并且不会相互干涉或碰撞；最短路径的形成的多个高速振镜的点加工序列与高速振镜的场幅、图像离散点云坐标、高速振镜的焦距、高速振镜移动的速度和可移动行程有关。
作为优选，具体的说，该方法包括一个利用激光聚焦方法在平板玻璃内形成微爆点的过程，还包括一个在平板玻璃内移动激光聚焦点的过程，其中，在激光于平板玻璃内形成第一个微爆点之前，先将图像划分为至少两个区域，每个区域对应设置一个高速振镜，然后在每个区域分别设定对应的高速振镜的位移路径范围；在所述的设定高速振镜的位移路径范围过程中，将每个区域划分为至少两个平行的雕刻分区，所述的高速振镜在相互之间不发生碰撞的前提下各自完成每个区域的图像雕刻。
作为优选，通过软件优化雕刻轨迹的方式可以获知图像内每个雕刻点的坐标，通过雕刻点的坐标可以设定使所述高速振镜各自中心点之间的距离在不小于100mm的范围内，从而达到高速振镜相互之间不发生碰撞的目的。
为了进一步提高雕刻速度与效率，作为优选，通过计数器记录雕刻数据，当其中某区域已完成雕刻而另外的区域还未完成雕刻时，软件自动获取未完区域内的剩余雕刻数据，然后将剩余雕刻区域划分为至少两个部分，在先完成雕刻任务的高速振镜与未完成雕刻任务的高速振镜在保持各自中心点之间的距离不小于100mm的条件下共同完成剩余部分的雕刻。
为避免高速振镜之间发生碰触，作为优选，当剩余部分区域范围小于100×100mm时，由单个高速振镜独立完成剩余部分区域的雕刻。
作为优选，将平板玻璃放置在一个滑轮平台上，通过滑轮平台调整平板玻璃位置，在平板玻璃的上方设置至少两个高速振镜系统，利用至少两个反射镜分别将来自激光源的激光射向所述的高速振镜系统，利用高速振镜系统在小于或等于120×120mm的平面区域在平板玻璃内部移动激光聚焦点。
作为优选，将每个高速振镜系统设置在一个独立的X向移动台上，所有的X向移动台共同设置在一Y向移动台上，通过移动X向移动台或Y向移动台， 来改变高速振镜系统的位置，进而移动激光聚焦点。
在图像较厚的情况下，为了在Z轴方向对三维图像进行高质量雕刻，作为优选，还包括至少两个Z向移动台，每个Z向移动台均对应连接一X向移动台，所述的高速振镜系统设置在Z向移动台上，通过移动X向移动台、Y向移动台和Z向移动台，来改变高速振镜系统的位置，进而移动激光聚焦点对玻璃的不同部位进行雕刻。
作为优选，所述的雕刻区域可以划分为多个规则或不规则的雕刻分区，在划分不规则雕刻分区时，先框选第一块雕刻分区，再依次框选所需雕刻的下一个雕刻分区，直至完成所有雕刻分区的划分。采用此方法，使得可以手动分割不规则的雕刻分区，解决了以往规则分区、规则移动玻璃雕刻所浪费的时间。
作为优选，每个雕刻分区的雕刻顺序可以根据需要由人工进行编排，玻璃结合位移路径按照雕刻顺序移动使激光聚焦点雕刻相应的雕刻分区。从而可以进一步满足雕刻的多样化需求，提高雕刻效率。
作为优选，任意一个所述的雕刻分区均至少由一个平面和玻璃的外表面构成，任意一个所述的平面均与X-Y轴平面呈小于或者等于90度的夹角，任意相邻的所述平面均相互平行，在Z轴方向将被雕刻区域划分为至少两层平行的雕刻区块，在Z轴方向最下层或最上层雕刻完X-Y轴方向的雕刻分区后，再上移或下移一层雕刻本层的X-Y轴方向的雕刻分区，直至完成Z轴方向各分层区块的雕刻。此方法解决了在三维图案太厚时，会引起X-Y轴方向的雕刻分区在Z轴方向某部分被遮光导致的拼接痕迹严重的问题。
作为优选，在雕刻过程中，记忆每个已完成雕刻的雕刻分区的坐标数据及已完成的雕刻点数。此方法可以在电脑断电或设备断电时，记录雕刻数据，在电脑或设备重启时方便还未雕刻完的产品进行续雕，以节约时间提高效率，并 且不浪费产品。
作为优选，在断电或雕刻系统重启后，可手动输入已完成的大致雕刻点数，玻璃即移动至记忆的上次所处的坐标位置，以进入下一步雕刻。
一种基于上述方法的在玻璃内雕刻三维图像的装置，包括支架，玻璃搁放平台，移动定位机构及高速振镜系统，其中，所述的玻璃搁放平台设置在支架中，所述的移动定位机构包括至少两个X向移动台和一个Y向移动台，所述的X向移动台均同时与Y向移动台相连，移动定位机构与支架连接并位于玻璃搁放平台的上方，所述的高速振镜系统设置在X向移动台上。
在图像较厚的情况下，为了在Z轴方向对三维图像进行高质量雕刻，作为优选，还包括至少两个Z向移动台，每个Z向移动台均对应连接一X向移动台，所述的高速振镜系统设置在Z向移动台上。
作为优选，所述的高速振镜系统包括高速振镜、反射镜与激光源，激光源的出射方向与Z向移动台的运动轨迹平行。
作为优选，所述的X向移动台、Y向移动台和Z向移动台均各自与一个驱动机构连接，所述的驱动机构均由丝杆螺母副和伺服电机连接构成，任意一个所述的伺服电机均与一个控制器连接；其中所有与X向移动台相连的丝杆相互之间保持平行。
作为优选，所述的玻璃搁放平台为滑轮平台或气动浮台。
采用了上述技术方案的本发明的原理及有益效果是：
本发明是在同一雕刻机上采用多个高速振镜系统同时对一个大面积平板玻璃进行图像雕刻，从而可以大幅提高雕刻效率。
进一步说，本发明是将图像划分为至少两个区域，每个区域对应设置一套高速振镜系统，数个高速振镜系统在不发生碰触的前提下同时对图像进行雕刻， 从而可以大幅度提高雕刻速度与效率；再进一步说，当其中某区域已完成雕刻而另外的区域还未完成雕刻时，在先完成雕刻任务的高速振镜与未完成雕刻任务的高速振镜在保持各自中心点之间的距离不小于100mm的条件下共同完成剩余部分的雕刻，从而又更进一步提高了雕刻效率。
具体的说，将平板玻璃放置在滑轮平台上，操作人员通过滑轮平台调整玻璃位置，可以避免划伤玻璃表面，平板玻璃静止在高速振镜下方，激光源发射的激光经过反射镜射向高速振镜，激光聚焦点在平板玻璃内产生一个微爆点，激光通过至少两个高速振镜分别在各自划分的区域内雕刻玻璃内部，进而完成一整幅图像的雕刻，多个高速振镜系统分工合作，大幅提高了雕刻的效率。
附图说明
图1为实施例1中本发明雕刻装置的立体结构示意图；
图2为实施例1中本发明雕刻装置另一方向的立体结构示意图；
图3为实施例2中在Z轴方向划分雕刻区块的示意图；
图4为实施例2中雕刻装置的立体结构示意图。
具体实施方式
本发明的具体实施方式如下：
实施例：一种提高在大面积平板玻璃内雕刻三维图像效率的方法，包括一个利用激光聚焦方法在平板玻璃内形成微爆点的过程，还包括一个在平板玻璃内移动激光聚焦点的过程，其中，在激光于平板玻璃内形成第一个微爆点之前，先将图像划分为至少两个区域，优选为两个区域，每个区域对应设置一个高速振镜，然后在每个区域分别设定对应的高速振镜的位移路径范围；在所述的设定高速振镜的位移路径范围过程中，将每个区域划分为至少两个平行的雕刻分区，所述的高速振镜在相互之间不发生碰撞的前提下各自完成每个区域的图像 雕刻。
进一步说，通过软件优化雕刻轨迹的方式可以获知图像内每个雕刻点的坐标，根据雕刻点的坐标可以计算两个雕刻点之间的距离，所以通过雕刻点的坐标可以设定使所述高速振镜各自中心点之间的距离在不小于100mm的范围内，从而达到高速振镜相互之间不发生碰撞的目的。
再进一步说，通过计数器记录雕刻数据，当其中某区域已完成雕刻而另外的区域还未完成雕刻时，软件自动获取未完区域内的剩余雕刻数据，然后将剩余雕刻区域划分为至少两个部分，在先完成雕刻任务的高速振镜与未完成雕刻任务的高速振镜在保持各自中心点之间的距离不小于100mm的条件下共同完成剩余部分的雕刻；当剩余部分区域范围小于100×100mm时，由单个高速振镜独立完成剩余部分区域的雕刻。
具体作业时，将平板玻璃放置在一个滑轮平台上，通过滑轮平台调整平板玻璃位置，在平板玻璃的上方设置至少两个高速振镜系统，利用至少两个反射镜分别将来自激光源的激光射向所述的高速振镜系统，利用高速振镜系统在小于或等于120×120mm的平面区域在平板玻璃内部移动激光聚焦点；将每个高速振镜系统设置在一个独立的X向移动台上，所有的X向移动台共同设置在一Y向移动台上，这样每个高速振镜系统可以独立在X轴方向移动，又可以同时在Y轴方向移动，即通过移动X向移动台或Y向移动台，来改变高速振镜系统的位置，进而移动激光聚焦点。
再进一步说，还包括两个Z向移动台，每个Z向移动台均对应连接一X向移动台，所述的高速振镜系统设置在Z向移动台上，通过移动X向移动台、Y向移动台和Z向移动台，来改变高速振镜系统的位置，进而移动激光聚焦点对玻璃的不同部位进行雕刻。
再进一步说，所述的雕刻区域可以划分为多个规则或不规则的雕刻分区，在划分不规则雕刻分区时，具体的说，在控制雕刻的激光雕刻控制系统软件控制界面中，先框选第一块雕刻分区，再依次框选所需雕刻的下一个雕刻分区，直至完成所有雕刻分区的划分。采用此方法，使得可以手动分割不规则的雕刻分区，解决了以往规则分区、规则移动玻璃雕刻所浪费的时间。
同时，每个雕刻分区的雕刻顺序可以根据需要由人工进行编排，玻璃结合位移路径按照雕刻顺序移动使激光聚焦点雕刻相应的雕刻分区。从而可以进一步满足雕刻的多样化需求，提高雕刻效率。
而在雕刻过程中，会有断电及设备死机的可能，本发明在激光雕刻控制系统软件中配备了计数器，在激光雕刻时，该计数器记忆每个已完成雕刻的雕刻分区的X、Y、Z轴的坐标数据及已完成的雕刻点数。此方法可以在电脑断电或设备断电重启后，方便还未雕刻完的产品进行续雕，以节约时间提高效率，并且不浪费产品。
而在断电或雕刻系统重启后，可在软件中手动输入已完成的大致雕刻点数，根据续雕模块记忆的数据，玻璃即移动至记忆的上次所处的坐标位置，以进入下一步雕刻。
一种基于上述方法的在玻璃内雕刻三维图像的装置，如图1、2所示，包括支架1，玻璃搁放平台2，移动定位机构及高速振镜系统，其中，玻璃搁放平台2采用滑轮平台，所述的玻璃搁放平台2设置在支架1中，所述的移动定位机构包括两个X向移动台4和一个Y向移动台5，所述的X向移动台4均同时与Y向移动台5相连，移动定位机构整体与支架1连接并位于玻璃搁放平台2的上方，所述的高速振镜系统设置在X向移动台4上；所述的高速振镜系统包括高速振镜9、反射镜10与激光源11；三者均固定设置在X向移动台4上。
所述的X向移动台4、Y向移动台5均各自与一个驱动机构连接，所述的驱动机构均由丝杆螺母副6和伺服电机7连接构成，任意一个所述的伺服电机7均与一个控制器连接；其中所有与X向移动台4相连的丝杆8相互之间保持平行；具体的说，所述的Y向移动台5为一龙门架，其横跨于玻璃搁放平台2上方，两端分别连接丝杆螺母副6并受伺服电机7驱动，使得在Y轴方向来回移动；在Y向移动台5上又装有两套沿X轴方向设置的丝杆螺母副6，两个沿X轴方向设置的丝杆螺母副6又各自连接一伺服电机7，两个X向移动台4各自与一套沿X轴方向设置的丝杆螺母副6相连，并受伺服电机7驱动沿X轴方向来回移动。
具体操作时，将平板玻璃放置在滑轮平台上，操作人员通过滑轮平台调整玻璃位置，可以避免划伤玻璃表面，平板玻璃静止在高速振镜9下方，激光源11发射的激光经过反射镜10射向高速振镜9，激光聚焦点在平板玻璃内产生一个微爆点，激光通过两个高速振镜分别在各自划分的区域内雕刻玻璃内部，进而完成一整幅图像的雕刻，两个个高速振镜系统分工合作，大幅提高了雕刻的效率。
实施例2：本实施例与实施例1的不同之处在于，如图4所示，还包括两个Z向移动台3，每个Z向移动台3均对应连接一X向移动台4，所述的高速振镜系统设置在Z向移动台3上；与Z向移动台3相连的丝杆螺母副、伺服电机(未图示)均设置在X向移动台4上，在高速振镜系统中，激光源11的出射方向与Z向移动台3的运动轨迹平行。
在三维图案太厚时，如图3所示，在Z轴方向将被雕刻区域划分为至少两层平行的雕刻区块20，在Z轴方向最下层的雕刻区块20雕刻完X-Y轴方向的雕刻分区后，再上移或下移一层雕刻本层的X-Y轴方向的雕刻分区，直至完成 Z轴方向各分层区块的雕刻。此方法解决了在三维图案太厚时，会引起X-Y轴方向的雕刻分区在Z轴方向某部分被遮光导致的拼接痕迹严重的问题。

Claims (11)

1.一种提高在大面积平板玻璃内雕刻三维图像效率的方法，其特征在于：采用两个以上的高速振镜偏转两路以上激光，来控制激光聚焦点的位置，在平板玻璃内部形成微爆点，以获得玻璃内外三维图像；该方法包括一个利用激光聚焦方法在平板玻璃内形成微爆点的过程，还包括一个在平板玻璃内移动激光聚焦点的过程，其中，在激光于平板玻璃内形成第一个微爆点之前，先将图像划分为至少两个区域，然后在每个区域分别设定一个高速振镜的位移路径范围；在所述的设定高速振镜的位移路径范围过程中，将每个区域划分为至少两个平行的雕刻分区，所述的高速振镜在相互之间不发生碰撞的前提下各自完成每个区域的图像雕刻；通过计数器记录雕刻数据，当其中某区域已完成雕刻而另外的区域还未完成雕刻时，软件自动获取未完区域内的剩余雕刻数据，然后将剩余雕刻区域划分为至少两个部分，在先完成雕刻任务的高速振镜与未完成雕刻任务的高速振镜在保持各自中心点之间的距离不小于100mm的条件下共同完成剩余部分的雕刻。
2.根据权利要求1所述的一种提高在大面积平板玻璃内雕刻三维图像效率的方法，其特征是：通过软件优化雕刻轨迹的方式可以获知图像内每个雕刻点的坐标，通过雕刻点的坐标可以设定使所述高速振镜各自中心点之间的距离在不小于100mm的范围内，从而达到高速振镜相互之间不发生碰撞的目的。
3.根据权利要求1所述的一种提高在大面积平板玻璃内雕刻三维图像效率的方法，其特征是：当剩余部分区域范围小于100×100mm时，由单个高速振镜独立完成剩余部分区域的雕刻。
4.根据权利要求1所述的一种提高在大面积平板玻璃内雕刻三维图像效率的方法，其特征是：将平板玻璃放置在一个滑轮平台上，通过滑轮平台调整平板玻璃位置，在平板玻璃的上方设置至少两个高速振镜系统，利用至少两个反射镜分别将来自激光源的激光射向所述的高速振镜系统，利用高速振镜系统在小于或等于120×120mm的平面区域在平板玻璃内部移动激光聚焦点。
5.根据权利要求4所述的一种提高在大面积平板玻璃内雕刻三维图像效率的方法，其特征是：将每个高速振镜系统设置在一个独立的X向移动台上，所有的X向移动台共同设置在一Y向移动台上，通过移动X向移动台或Y向移动台，来改变高速振镜系统的位置，进而移动激光聚焦点。
6.根据权利要求5所述的一种提高在大面积平板玻璃内雕刻三维图像效率的方法，其特征是：还包括至少两个Z向移动台，每个Z向移动台均对应连接一X向移动台，所述的高速振镜系统设置在Z向移动台上，通过移动X向移动台、Y向移动台和Z向移动台，来改变高速振镜系统的位置，进而移动激光聚焦点对玻璃的不同部位进行雕刻。
7.根据权利要求1所述的一种提高在大面积平板玻璃内雕刻三维图像效率的方法，其特征是：所述的雕刻区域可以划分为多个规则或不规则的雕刻分区，在划分不规则雕刻分区时，先框选第一块雕刻分区，再依次框选所需雕刻的下一个雕刻分区，直至完成所有雕刻分区的划分。
8.根据权利要求7所述的一种提高在大面积平板玻璃内雕刻三维图像效率的方法，其特征是：每个雕刻分区的雕刻顺序可以根据需要由人工进行编排，高速振镜结合位移路径按照雕刻顺序移动使激光聚焦点雕刻相应的雕刻分区。
9.根据权利要求1所述的一种提高在大面积平板玻璃内雕刻三维图像效率的方法，其特征是：任意一个所述的雕刻分区均至少由一个平面和玻璃的外表面构成，任意一个所述的平面均与X-Y轴平面呈小于或者等于90度的夹角，任意相邻的所述平面均相互平行，在Z轴方向将被雕刻区域划分为至少两层平行的雕刻区块，在Z轴方向最下层或最上层雕刻完X-Y轴方向的雕刻分区后，再上移或下移一层雕刻本层的X-Y轴方向的雕刻分区，直至完成Z轴方向各分层区块的雕刻。
10.根据权利要求1或9所述的一种提高在大面积平板玻璃内雕刻三维图像效率的方法，其特征是：在雕刻过程中，记忆每个已完成雕刻的雕刻分区的坐标数据及已完成的雕刻点数。
11.根据权利要求10所述的一种提高在大面积平板玻璃内雕刻三维图像效率的方法，其特征是：在断电或雕刻系统重启后，可手动输入已完成的大致雕刻点数，高速振镜即移动至记忆的上次所处的坐标位置，以进入下一步雕刻。
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