CN111975209A

CN111975209A - 一种用于通过激光烧蚀来机加工工件的方法

Info

Publication number: CN111975209A
Application number: CN202010441242.XA
Authority: CN
Inventors: A.维尔哈根
Original assignee: Agie Charmilles New Technologies SA
Current assignee: George Fisher Process Solutions
Priority date: 2019-05-22
Filing date: 2020-05-22
Publication date: 2020-11-24
Anticipated expiration: 2040-05-22
Also published as: EP3741494A1; CN111975209B

Abstract

本发明涉及一种用于通过激光烧蚀来机加工工件的方法。本发明涉及一种方法，该方法用于通过激光烧蚀来机加工工件，特别地用于在工件的表面上雕刻纹理。工件的表面包括至少一个块，并且激光束由控制器控制以一条线接一条线地烧蚀块。线的烧蚀顺序是可选择的。

Description

一种用于通过激光烧蚀来机加工工件的方法

技术领域

本发明涉及一种激光烧蚀方法。进一步地，本发明涉及一种激光烧蚀机器。

背景技术

用于使用激光束来烧蚀工件的表面的方法是众所周知的。激光烧蚀机器被广泛地用于在工件的表面上雕刻纹理并在工件中钻孔。此类机器包含用于辐射激光束的激光头、用于控制激光头的移动的控制器。为了使得能够雕刻复杂的纹理，激光头能够在至少三个（特别是五个）机械轴线上操作。

为了在工件的表面上雕刻纹理，必须生成工具路径以控制发射激光束的激光头来雕刻表面。在已知方法中，雕刻工具路径是遵循由计算机辅助设计（CAD）环境限定的特定顺序来生成的。激光束由于带有X轴和Y轴反射镜的检流计系统而偏转，并穿过F-theta（θ）透镜直至其到达表面。EP 2301706公开了此类激光机器的详细结构。EP2674238 A1公开了一种激光机器，其包含至少一个用于生成激光束的激光光源和用于引导激光束的光学系统。

激光束被控制为通常以相继顺序（例如，一条线接一条线地）烧蚀表面。两个相邻线以相继顺序被烧蚀。

在视觉方面是关键因素的几种应用中，该相继顺序能够在材料中产生不期望效果。之所以出现这些不期望视觉效果是因为光在撞击表面后没有被均匀地反射。当如上所述以特定方式创建表面图案时，一系列激光线将在第一线和随后的线之间产生重叠，因此在表面中和在反射的光中生成一定方向性。此外，闭合工具路径矢量的连续机加工能够在机加工零件中导致不期望的热效应。

另一缺点与热效应有关。在烧蚀期间，表面被激光束加热。如果两个相邻线或相邻区域连续地被烧蚀，则通过烧蚀前一个线或区域所产生的热量不能在短时间内消散，因此，该位置处的表面能够被热效应不利地影响。这种热效应也能够导致与纹理的期望视觉效果的差异。

这是影响我们当前产品的重要问题，并且其代表了多种应用中的限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于激光烧蚀的改进方法，其中，能够稍稍调整雕刻工艺以变满足特定需求。这种优化能够减少反射光的方向性以及由激光束所产生的局部加热的热影响。特别地，目的是提供一种激光烧蚀机器，在该烧蚀机器中实施方法。

根据本发明，这些目的是通过独立权利要求的特征来实现的。此外，由从属权利要求和说明书得出另外有利实施例。

在本发明中，应用了一种用于通过激光烧蚀来机加工工件，特别是用于在工件的表面上雕刻纹理的方法。工件的表面包括至少一个块（patch），并且激光束由控制器控制以一条线接一条线地烧蚀每个块。线的烧蚀顺序是可选择的。

因此，方法包含：限定线的烧蚀次序，并且基于所限定的次序确定用于烧蚀的工具路径。这意味着烧蚀顺序被设计成使得线的烧蚀的时间顺序独立于线的位置顺序。

在优选变体中，烧蚀顺序被设计成使得在时域中连续地烧蚀的两个线不在相邻位置中。有利的是减少位置靠近的两个线之间的热影响。此外，能够减小反射光的方向性。以不同的次序烧蚀线的优点是在雕刻的表面上产生不同的视觉效果。在使用连续相邻的点来雕刻线的情况下，当激光脉冲/点在材料中炸出坑时，其总是在一侧上与前一点重叠，并在另一侧与新材料重叠。这在线的底部中创建出不对称但一致的表面图案。当通过在位置和时域两者中均彼此相邻的一系列激光线来雕刻表面时，也会发生同样的情况。该一致的图案将导致光在优选方向上反射。

修改雕刻顺序将破坏该位置和时间关系，即，因此雕刻的两个不再在空间上相邻，并且所产生的表面图案也不再一致。优选的光反射的方向也将与雕刻顺序的随机化成比例地变模糊。

取决于应用，以随机方式选择要烧蚀的线的顺序。

除了能够限定的线的烧蚀顺序之外，块的烧蚀顺序也被设计成使得块的烧蚀的时间顺序独立于块的位置顺序。

优选地，烧蚀顺序被设计成使得在时域中连续地烧蚀的两个块不在相邻位置中。

在又一实施例中，块以随机顺序被烧蚀。

如今，雕刻的要求越来越高。即使要在工件中雕刻的图案的复杂性增加，也还是期望雕刻的工件的高质量。如果如大多数应用所要求的那样，必须在工件中雕刻3维图案，则工件包含多个层，并且烧蚀是逐层进行的。每个层包括至少一个块，并且层的烧蚀顺序是由顶部至底部和由底部至顶部的组合。存在两种基本变体来限定烧蚀层的顺序：由顶部至底部和由底部至顶部。这两个虚线的箭头示出了这两种变体。

由于烧蚀的深度是有限的，因此为了雕刻具有大的深度的复杂纹理，将工件划分为多个层，每个层包含要机加工的表面。材料的烧蚀的深度通常在1至5 µm的范围内。在技术上可以执行比该范围更深的烧蚀，但是更深的烧蚀将导致质量降低。因此，工件被划分成多个层，每个层具有限定的厚度。然后逐层执行烧蚀。

在已知方法中，以依次顺序来烧蚀层。该顺序能够是或者从纹理/空腔的顶部朝向其底部，或者是相反方向，这在现有技术中已经众所周知。在本发明中，这两种依次顺序能够以可选择的比例进行混合，以在每个独立雕刻顺序的优点和缺点之间进行折衷。因此，为每个层识别信息分配至少两个层，该层识别信息用于限定层的烧蚀的次序。

在由顶部向下的雕刻中，能够在已雕刻区域中产生并收集大量碎片。由底部向上的雕刻防止了碎片聚集在雕刻区域中，然而具有雕刻的表面的形状为圆形的缺点。因此，优选实施例能够受益于两种选择的优点，因为两种雕刻的方式能够以定制比例进行混合以使用将产生最接近预期的结果的折衷方案。

在优选实施例中，线识别数据和块识别数据分别用于限定线和块的烧蚀的次序。这允许以各种不同的次序来烧蚀线和块。改变烧蚀的次序的灵活性能够减少由烧蚀造成的热影响，并且能够以特定方式引导从烧蚀表面反射的光。

为了允许改变块的烧蚀的次序，为每个块识别数据分配至少两个块。块识别信息用于限定块的烧蚀的次序。

块可以包含不同的要素，诸如，点或线。基本要素是由一系列激光冲击构成的线、由能够具有笔直和/或弯曲形状的一系列激光线构成的片，或者由能够是平面和/或弯曲表面的一系列片构成的体积。

在本发明中，控制单元被配置成执行本发明的方法。

在本发明中，一种用于通过激光烧蚀来机加工工件的机器包含用于发射激光束的激光头和控制单元。

附图说明

为了描述能够获得本公开的优点和特征的方式，在下文中，将通过参照在附图中图示的本公开的特定实施例来对以上简要描述的原理进行更具体的说明。这些附图仅描绘了本公开的示例性实施例，因此不应被认为是对其范围的限制。通过使用附图，以附加特征和细节来描述和解释本公开的原理，在附图中：

图1图示了激光烧蚀的原理的简化示意图；

图2图示了烧蚀一个块的示意图；

图3图示了烧蚀线的实施例；

图4图示了烧蚀线的另一实施例；

图5图示了烧蚀块的一个实施例；以及

图6图示了烧蚀层的一个实施例。

具体实施方式

图1图示了激光烧蚀的原理的示意图。集成在激光头3中的激光源发射激光束7，激光束7通过X轴反射镜4和Y轴反射镜5偏转，并穿过F-θ透镜或具有动态场校正的透镜6直至其到达工件表面1。光学设置允许在具有与选定焦距相对应的表面的平面上移动激光束。

为了对工件表面进行雕刻/纹理化，需要将工件表面划分为多个限定区域（称为块）。图2示出了雕刻一个块10的示意图。激光头发射激光束7，激光束7在检流计8的反射镜上偏转，并且偏转的激光束到达工件表面的块10。当激光束撞击表面时，表面的材料被烧蚀。在已知方法中，块内的线以连续顺序被烧蚀，即，分别以11、12和13的顺序被烧蚀。在本发明中，要烧蚀的线的顺序是可选择的。

在图3中所图示的实施例中，线不是以常规顺序而是以A、B、C、D和E的顺序被烧蚀。第一线11被烧蚀，然后烧蚀最后线15，在烧蚀了最后线15之后，烧蚀与第一线相邻定位的第二线12，在烧蚀了该线之后，烧蚀与最后线15相邻定位的第四线14。位于这些线中间的线13是该块内要烧蚀的最后线。线的时间顺序独立于线的位置。在时域中连续地烧蚀的线11和15不在相邻位置中，这是由于其它线11、13和14定位在线11和15之间。

图4示出了本发明的另一实施例，其中，线的烧蚀顺序不是基于固定图案而是以随机方式来选择的。该图仅图示了一个变体，并且顺序不限于该变体。以相继方式定位的线11、12、13、14和15以A、B、C、D和E的顺序被烧蚀。首先烧蚀中间的线13，并在最后线15处继续烧蚀。在烧蚀了最后线15之后，烧蚀第四线14。在烧蚀了第四线14之后烧蚀第一线11。第二线12是该块内要烧蚀的最后线。

图5示出了另一实施例，其中，要烧蚀的块的顺序是可选择的。图2和图3中所图示的要烧蚀的线的顺序的变化能够在不同的块中实施。例如，对于第一块10的烧蚀，能够使用图2中所示的顺序，而对于最后块50的烧蚀，能够应用图3中所示的顺序。在已知方法中，以相继顺序来烧蚀块。在本发明中，块的顺序被设计成是可选择的。图5图示了以A、B、C、D和E的顺序进行烧蚀的五个块。首先烧蚀第一块10，并且随后烧蚀最后块50。在烧蚀了第四块40之后，烧蚀第三块30。第二块20是要烧蚀的最后块。同样，烧蚀块的时间顺序独立于块的位置。两个块10和30处于相邻位置中，但是烧蚀块10之后，首先烧蚀块50和40，而不是烧蚀块30。

在本发明中，要烧蚀的层的顺序能够选择。存在两种基本变体来限定烧蚀层的顺序：由顶部至底部和由底部至顶部。这两个虚线的箭头示出了这两种变体。由顶部至底部变体按以下顺序限定了烧蚀层的顺序：100、200、300和400。雕刻的面积总是从一层到下一层减少，从而产生能够将余下雕刻工艺的重铸材料积累在其中的表面的部分。由底部至顶部变体按以下顺序限定了烧蚀层的顺序：400、300、200和100。雕刻的面积总是从一层到下一层增加，从而不断地重新机加工整个表面并去除任何重铸积累物。其机加工方向具有使纹理细节变圆和模糊的很强的倾向。在本发明中，应用这两种变体的组合。两种雕刻方式能够以定制比例进行混合以使用在其之间将产生最接近预期的结果的折衷方案。

附图标记列表：

1 工件的表面

3 激光头

4 X轴反射镜

5 Y轴反射镜

6 透镜

7 激光束

8 检流计

11、12、13、14、15 线

10、20、30、40、50 块

100、200、300、400 层。

Claims

1.一种方法，用于通过激光烧蚀来机加工工件，特别地用于在所述工件的表面上雕刻纹理，所述工件的所述表面包括至少一个块，并且所述激光束由控制器控制以一条线接一条线地烧蚀所述块，其特征在于，所述线的烧蚀顺序是可选择的。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述烧蚀顺序被设计成使得所述线的烧蚀的时间顺序独立于所述线的位置顺序。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述烧蚀顺序被设计成使得在时域时间中连续地烧蚀的两个线不在相邻位置中。

4.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，要烧蚀的线的顺序是以随机方式选择的。

5.根据前述权利要求所述的方法，其中，所述烧蚀顺序被设计成使得所述块的烧蚀的时间顺序独立于所述块的位置顺序。

6.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，所述烧蚀顺序被设计成使得在时域中连续地烧蚀的两个块不在相邻位置中。

7.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，所述块以随机顺序被烧蚀。

8.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，所述工件包含多个层，每个层包括至少一个块，并且所述层的烧蚀顺序是由顶部至底部和由底部至顶部的组合。

9.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，所述线中的每一个被分配给线识别数据，并且所述控制器被配置成通过使用线识别信息来控制所述激光束。

10.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，块中的每一个被分配给块识别数据，并且所述控制器被配置成通过使用块识别信息来控制所述激光束。

11.根据权利要求8至10中的一项所述的方法，其中，所述层中的每一个被分配给层识别数据，并且所述控制器被配置成通过使用层识别信息来控制所述激光束。

12.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，所述线具有笔直和/或弯曲形状。

13.一种控制器，所述控制器被配置成执行根据权利要求1至12中的一项所述的方法。

14.一种用于通过激光烧蚀来机加工工件的机器，所述机器包含用于发射激光束的激光头和根据权利要求13所述的控制器。