CN105195901A - 一种在具有规则弧面的玻璃内雕刻三维图像的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在具有规则弧面的玻璃内雕刻三维图像的方法及装置，所述的方法包括一个利用激光聚焦方法在具有规则弧面的玻璃内形成损伤点的过程，还包括一个在具有规则弧面的玻璃内移动激光聚焦点的过程，其中，所述玻璃与激光聚焦点的间距可调，且玻璃自身旋转使得激光聚焦点在沿玻璃周向方向的不同区域进行雕刻，激光聚焦点上下移动对沿玻璃长度方向的不同区域进行雕刻；对应的装置按照上述方法完成雕刻过程。本发明可以完成对圆筒状、圆柱状这类玻璃的三维图像雕刻，使得三维图像的雕刻向着更广阔的空间发展，满足了市场的多样化需求。

Description

一种在具有规则弧面的玻璃内雕刻三维图像的方法及装置
技术领域
本发明涉及光学装置，特别涉及自动化控制装置，尤其涉及激光聚能加工装置，具体的是涉及一种在具有规则弧面的玻璃内雕刻三维图像的方法和装置。
背景技术
水晶、玻璃激光内雕机是用于水晶、玻璃内雕刻的机器，主要工作过程是将水晶或玻璃放在机器的工作台上，通过计算机控制并输出三维或平面图案，利用激光聚焦原理，在水晶或玻璃内部雕刻图案。
现有技术中利用激光在玻璃内部雕刻三维图像，需要被雕刻面是平面，即大多数都是在平板玻璃内进行雕刻，所以存在很大的局限性，很多圆筒状物体就没法实现360度一周的雕刻，比如圆柱形玻璃茶杯等。
发明内容
本发明克服了上述现有技术中所存在的不足，提供了一种激光光路稳定、可以在具有规则弧面的玻璃内进行三维图像雕刻的方法和装置。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种在具有规则弧面的玻璃内雕刻三维图像的方法，包括一个利用激光聚焦方法在具有规则弧面的玻璃内形成损伤点的过程，还包括一个在具有规则弧面的玻璃内移动激光聚焦点的过程，其中，所述玻璃与激光聚焦点的间距可调，且玻璃自身旋转使得激光聚焦点在沿玻璃周向方向的不同区域进行雕刻，激光聚焦点上下移动对沿玻璃长度方向的不同区域进行雕刻。
作为优选，将具有规则弧面的玻璃设置在一旋转的机械手夹具上，将所述的机械手夹具设置在一个Y方向运动部件上；在具有规则弧面的玻璃的旁边设置高速振镜系统，将所述的高速振镜系统设置在一个Z方向运动部件上；通过移动Z方向运动部件来改变高速振镜系统的空间位置从而移动激光聚焦点，通过移动Y方向运动部件以改变玻璃与激光聚焦点的间距，通过对机械手夹具进行旋转来改变激光聚焦点在玻璃周向方向的雕刻区域。
作为优选，Y方向运动部件与Z方向运动部件分开设置。两个方向的运动部件各自独立，互不影响。
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，在Y轴方向将被雕刻区域划分为至少两层平行的雕刻区块，在Y轴方向最里层或最外层雕刻完X-Z轴方向的雕刻分区后，再外移或内移一层雕刻本层的X-Z轴方向的雕刻分区，直至完成Y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-Z轴方向的雕刻分区在Y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。
作为优选，将玻璃放置在X轴移动台或Y轴移动台上，X轴移动台与Y轴移动台相连，在玻璃的上方设置一个高速数字振镜系统，利用激光源的激光射向所述的高速数字振镜系统，同时通过移动X轴移动台或Y轴移动台，使玻璃移至激光聚焦点的下方进行雕刻。
作为优选，所述的具有规则弧面的玻璃的形状为圆筒形或圆柱形。
一种基于上述方法的在玻璃内雕刻三维图案的装置，包括支架、机械手夹具及设置在支架上的移动定位机构及高速振镜系统，其中，所述的玻璃设置在机械手夹具上，机械手夹具连接有用于其旋转的驱动机构，所述的移动定位机构包括两个独立的Y方向运动部件和一个Z方向运动部件，机械手夹具设置在所述的Y方向运动部件上，高速振镜系统则设置在Z方向运动部件上。
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，利用反射镜将来自激光源的激光射向所述的高速振镜，激光源的出射方向与Y方向运动部件的运动轨迹垂直。
作为优选，所述的机械手夹具为三爪卡盘，所述的驱动机构包括电机、小皮带轮与转盘，所述的转盘设置在三爪卡盘下方，在小皮带轮与转盘上套有皮带，电机驱动小皮带轮旋转带动转盘转动。
作为优选，所述的机械手夹具为三爪卡盘，所述的驱动机构包括电机、减速机、小齿轮与大齿盘，所述的大齿盘设置在三爪卡盘下方，小齿轮与大齿盘相啮合，电机通过减速机驱动小齿轮旋转，进而带动大齿盘及三爪卡盘转动。
作为优选，所述的Y方向运动部件和Z方向运动部件均各自与一个驱动装置连接，所述的驱动装置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。
作为优选，所述的具有规则弧面的玻璃的形状为圆筒形或圆柱形。
采用了上述技术方案的本发明的原理及有益效果是：
本发明主要是针对具有规则弧面的玻璃进行雕刻，比如圆筒状、圆柱状玻璃，将高速振镜系统设置为上下移动状态以使得可以在沿玻璃长度方向进行雕刻，而将搭载玻璃的机械手夹具设置为前后移动及自身旋转状态，机械手夹具沿Y方向前后移动一方面方便调节激光的焦距，使激光聚焦于玻璃内；另一方面又使得激光聚焦点在不同的雕刻深度区域进行雕刻，机械手夹具旋转使得激光聚焦点在沿玻璃周向方向的不同区域进行雕刻；从而可以完成对圆筒状、圆柱状这类玻璃的三维图像雕刻，使得三维图像的雕刻向着更广阔的空间发展，满足了市场的多样化需求。
进一步说，机械手夹具与高速振镜系统在X方向保持不动，而Y方向运动部件与Z方向运动部件分开设置，可以方便进行调节，以尽可能满足各种加工所需。
附图说明
图1为本发明雕刻装置的立体结构示意图；
图2为本发明雕刻装置另一方向的立体结构示意图；
图3为在Y轴方向划分雕刻区块的示意图。
具体实施方式
本发明的具体实施方式如下：
实施例：首先定义下方位，本发明以装置正常摆放时来进行方位约定，X-Y方向所确定的平面为水平面，Y方向为Y方向运动部件运动的方向，亦即前后方向；Z方向为高度方向，亦即上下方向；Y方向运动部件前后运动使得激光聚焦点在玻璃的不同深度进行雕刻以达到三维的雕刻效果。
一种在具有规则弧面的玻璃内雕刻三维图像的方法，包括一个利用激光聚焦方法在具有规则弧面的玻璃内形成损伤点的过程，还包括一个在具有规则弧面的玻璃内移动激光聚焦点的过程，其中，所述玻璃与激光聚焦点的间距可调，且玻璃自身旋转使得激光聚焦点在沿玻璃周向方向的不同区域进行雕刻，激光聚焦点上下移动对沿玻璃长度方向的不同区域进行雕刻。
具体的说，将具有规则弧面的玻璃设置在一旋转的机械手夹具上，将所述的机械手夹具设置在一个Y方向运动部件上；在具有规则弧面的玻璃的旁边设置高速振镜系统，将所述的高速振镜系统设置在一个Z方向运动部件上；通过移动Z方向运动部件来改变高速振镜系统的空间位置从而移动激光聚焦点，通过移动Y方向运动部件以改变玻璃与激光聚焦点的间距，通过对机械手夹具进行旋转来改变激光聚焦点在玻璃周向方向的雕刻区域。
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。
在三维图案太厚时，如图3所示，在Y轴方向将被雕刻区域划分为至少两层平行的雕刻区块19，在Y轴方向最里层或最外层雕刻完X-Z轴方向的雕刻分区后，再外移或内移一层雕刻本层的X-Z轴方向的雕刻分区，直至完成Y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-Z轴方向的雕刻分区在Y轴方向某部分被遮光导致的拼接痕迹严重的问题。
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续雕模块，在激光雕刻时，该续雕模块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。
一种在玻璃内雕刻三维图案的装置，如图1、2所示，包括支架1、机械手夹具2及设置在支架1上的移动定位机构及高速振镜系统，其中，所述的玻璃3为圆筒形玻璃，所述的玻璃3设置在机械手夹具2上，机械手夹具2连接有用于其旋转的驱动机构，所述的移动定位机构包括两个独立的Y方向运动部件4和一个Z方向运动部件5，机械手夹具2设置在所述的Y方向运动部件4上，高速振镜系统则设置在Z方向运动部件5上。
具体的说，所述的高速振镜系统包括高速振镜6、反射镜7与激光源8，利用反射镜7将来自激光源8的激光射向所述的高速振镜6，激光源8的出射方向与Y方向运动部件4的运动轨迹垂直。
所述的机械手夹具2为三爪卡盘，所述的驱动机构包括电机9、小皮带轮10与转盘11，所述的转盘11设置在三爪卡盘下方，在小皮带轮10与转盘11上套有皮带(未图示)，电机9驱动小皮带轮10旋转带动转盘11转动，进而带动三爪卡盘及玻璃旋转。所述的Y方向运动部件和Z方向运动部件均各自与一个驱动装置连接，所述的驱动装置均由丝杆螺母副(未图示)和伺服电机12连接构成，任意一个所述的伺服电机12均与一个控制器连接。
工作时，在机械手夹具2上放置圆筒形的玻璃3，并且夹牢，打开高速振镜系统，控制Y方向运动部件移动以对激光进行调焦，调焦调好后，开始雕刻，比如玻璃3先不动，可先控制高速振镜系统沿Z轴方向对玻璃3进行上下雕刻，然后再使机械手夹具2转动一定弧度，进行下一次Z轴方向的雕刻，周而复始，直至按照预定的图像雕刻完成。

Claims (15)

1.一种在具有规则弧面的玻璃内雕刻三维图像的方法，其特征是：包括一个利用激光聚焦方法在具有规则弧面的玻璃内形成损伤点的过程，还包括一个在具有规则弧面的玻璃内移动激光聚焦点的过程，其中，所述玻璃与激光聚焦点的间距可调，且玻璃自身旋转使得激光聚焦点在沿玻璃周向方向的不同区域进行雕刻，激光聚焦点上下移动对沿玻璃长度方向的不同区域进行雕刻。
2.根据权利要求1所述的一种在具有规则弧面的玻璃内雕刻三维图像的方法，其特征是：将具有规则弧面的玻璃设置在一旋转的机械手夹具上，将所述的机械手夹具设置在一个Y方向运动部件上；在具有规则弧面的玻璃的旁边设置高速振镜系统，将所述的高速振镜系统设置在一个Z方向运动部件上；通过移动Z方向运动部件来改变高速振镜系统的空间位置从而移动激光聚焦点，通过移动Y方向运动部件以改变玻璃与激光聚焦点的间距，通过对机械手夹具进行旋转来改变激光聚焦点在玻璃周向方向的雕刻区域。
3.根据权利要求2所述的一种在具有规则弧面的玻璃内雕刻三维图像的方法，其特征是：Y方向运动部件与Z方向运动部件分开设置。
4.根据权利要求1所述的一种在具有规则弧面的玻璃内雕刻三维图像的方法，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。
5.根据权利要求4所述的一种在具有规则弧面的玻璃内雕刻三维图像的方法，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，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。
6.根据权利要求2所述的一种在具有规则弧面的玻璃内雕刻三维图像的方法，其特征是：在Y轴方向将被雕刻区域划分为至少两层平行的雕刻区块，在Y轴方向最里层或最外层雕刻完X-Z轴方向的雕刻分区后，再外移或内移一层雕刻本层的X-Z轴方向的雕刻分区，直至完成Y轴方向各分层区块的雕刻。
7.根据权利要求6所述的一种在具有规则弧面的玻璃内雕刻三维图像的方法，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X、Y、Z轴的坐标数据及已完成的雕刻点数。
8.根据权利要求7所述的一种在具有规则弧面的玻璃内雕刻三维图像的方法，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，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。
9.根据权利要求1所述的一种在具有规则弧面的玻璃内雕刻三维图像的方法，其特征是：所述的具有规则弧面的玻璃的形状为圆筒形或圆柱形。
10.一种基于权利要求1所述方法的在玻璃内雕刻三维图像的装置，其特征是：包括支架、机械手夹具及设置在支架上的移动定位机构及高速振镜系统，其中，所述的玻璃设置在机械手夹具上，机械手夹具连接有用于其旋转的驱动机构，所述的移动定位机构包括两个独立的Y方向运动部件和一个Z方向运动部件，机械手夹具设置在所述的Y方向运动部件上，高速振镜系统则设置在Z方向运动部件上。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征是：所述的高速振镜系统包括高速振镜、反射镜与激光源，利用反射镜将来自激光源的激光射向所述的高速振镜，激光源的出射方向与Y方向运动部件的运动轨迹垂直。
12.根据权利要求10所述的装置，其特征是：所述的机械手夹具为三爪卡盘，所述的驱动机构包括电机、小皮带轮与转盘，所述的转盘设置在三爪卡盘下方，在小皮带轮与转盘上套有皮带，电机驱动小皮带轮旋转带动转盘转动。
13.根据权利要求10所述的装置，其特征是：所述的机械手夹具为三爪卡盘，所述的驱动机构包括电机、减速机、小齿轮与大齿盘，所述的大齿盘设置在三爪卡盘下方，小齿轮与大齿盘相啮合，电机通过减速机驱动小齿轮旋转，进而带动大齿盘及三爪卡盘转动。
14.根据权利要求10所述的装置，其特征是：所述的Y方向运动部件和Z方向运动部件均各自与一个驱动装置连接，所述的驱动装置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。
15.根据权利要求10所述的装置，其特征是：所述的具有规则弧面的玻璃的形状为圆筒形或圆柱形。
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