CN114535817A - 用于雕刻具有纹理的工件的激光烧蚀方法 - Google Patents
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Abstract
用于通过由集成在机床中的激光头发射的激光束来雕刻具有纹理的工件的激光烧蚀方法,包括:a.基于要连续机加工的工件几何形状来生成多个机加工层;b.为每个机加工层生成多个面片,其中每个限定从激光头的单个位置机加工的区域,其中第一面片和第二面片相邻定位成具有限定为面片交界部的公共边界,其中面片中至少一个包括非烧蚀区域和基于待雕刻纹理的烧蚀区域,且烧蚀区域包括多个激光矢量,其具有限定激光束去除烧蚀区域材料的路径的两个端部,其中第一面片中至少一个激光矢量和在面片交界部处具有公共端部的第二面片中至少一个激光矢量限定为相交激光矢量,且公共端部位置限定为相交位置;和c.通过消除至少一个相交位置来减少相交激光矢量数量。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于通过由集成在机床中的激光头发射的激光束来雕刻具有纹理的工件的激光烧蚀方法。此外,本发明涉及一种用于雕刻具有纹理的工件的机床。
背景技术
激光烧蚀方法和通过激光纹理化机加工零件的机床是大体上已知的。专利申请EP2 301 706描述激光纹理化机器的示例。然而,传统的烧蚀方法通常生成缺陷,诸如机加工零件上的可见痕迹,这对所产生的零件的质量具有负面影响。
已提出用于减少此类缺陷的各种方法。文献EP 3 047932公开一种方法,该方法使得可能减少可见痕迹,同时减少机器时间。该方法描述以特殊方式限定激光路径,以避免此类可见痕迹。但不总是有可能以该方式限定激光路径。它取决于工件的纹理和形状。例如,所提出的方法不适合烧蚀大的连续区域。
US 6 518 544公开一种激光烧蚀方法来提高雕刻零件的质量。在该方法中,激光束在待机加工表面的一区段上的轨迹中引导,随后移动该表面以便将相邻区段带入激光器的机加工区域,然后激光束再次在轨迹中在该机加工区域上引导。在相邻区段的边界处形成重叠区域,其机加工分配给一个或另一区段,使得激光束在相应区段上引导的轨迹在重叠区域中相互交错。该方法可提高雕刻质量,但仍在相邻区段的边界处生成可见痕迹。
发明内容
本发明的目标是提供一种激光烧蚀方法来克服已知方法的缺点。本发明的目标是进一步提高所雕刻零件的质量。特别地,本发明的目标是提供一种激光烧蚀方法,以最大限度地减少在所产生的零件上的可见痕迹。
根据本发明,这些目标通过独立权利要求的特征来实现。另外,从从属权利要求和描述中得到另外的有利实施例。
在本发明中,一种用于通过由集成在机床中的激光头发射的激光束来雕刻具有纹理的工件的激光烧蚀方法包括:基于要连续机加工的工件的几何形状来生成多个机加工层;为每个机加工层生成多个面片(patch),该多个面片中的每个限定从激光头的单个位置机加工的区域,其中第一面片和相邻面片相邻地定位成具有限定为面片交界部的公共边界,其中面片中的至少一个包括非烧蚀区域和基于待雕刻的纹理的烧蚀区域,且烧蚀区域包括多个激光矢量,该多个激光矢量具有两个端部,该两个端部限定激光束去除烧蚀区域材料的路径,其中在第一面片中的至少一个激光矢量和在面片交界部处具有公共端部的相邻面片中的至少一个激光矢量限定为相交激光矢量,且公共端部的位置限定为相交位置;以及通过消除至少一个相交位置来减少相交激光矢量的数量。
机加工层基于工件的几何形状和要连续机加工的纹理来生成。对于每个机加工层,生成多个面片,特别是在考虑待烧蚀的纹理的情况下。面片中的每个从激光头的单个位置机加工。此外,第一面片和具有公共边界部分的相邻面片限定为面片交界部。面片中的至少一个包括非烧蚀区域和烧蚀区域,该烧蚀区域包括多个激光矢量,该多个激光矢量限定激光束去除材料的路径。每个激光矢量具有两个端部。第一面片中的至少一个激光矢量和相邻面片中的另一激光矢量在面片交界部处具有公共端部,且这两个激光矢量限定为相交激光矢量,且在面片交界部处的公共端部的位置限定为相交位置。
机加工层规定材料的限定厚度,面片规定将由一个激光头位置烧蚀的一个层的区域。
激光烧蚀技术通过工件的表面上的材料(大体上为金属)的升华来进行纹理化加工。机加工以若干步骤执行,每个步骤对应于零件的一层的机加工。实际上,在每次激光束通过时,材料可仅升华至约1至5微米的深度。因此,要纹理化表面的机加工层的数量通常处于20与100之间。
零件可通过通常为三角形的网格进行数值建模,以生成3-D建模文件,例如网格文件。将纹理施加到三维表面所实施的原理是众所周知的。必须通过激光烧蚀施加到工件的表面的纹理图案典型地由称为纹理文件的灰度图像限定。图像显示一组升华点,其中每个点的灰度级限定在该特定点处必须获得的消融深度:点越浅,将有越少的烧蚀,且点越暗,烧蚀将越深。不同灰度级的数量可能可等于机加工层的数量,但不一定。实际上,纹理图像由编码在8位或甚至16位上的灰度级限定,而机加工层的数量如已经指示的那样最常处于20与100之间。因此通常根据3D建模文件和灰度级纹理文件计算一组机加工层。每个机加工层具有对应的黑白图像:如果点是白色的,没有烧蚀,且如果点是黑色的,将存在通过升华进行的烧蚀。
对于每个机加工层,有必要计算激光头的一组位置,使得可能机加工该层的区域。通常,具有例如430毫米的焦距的用于激光烧蚀的光学系统使得可能从激光头的给定位置机加工测量例如300×300毫米的平表面(称为痕迹域)。由于机床的光学系统,痕迹域的尺寸是有限的。它意味着在激光头的给定位置处正机加工的区域是有限的,因此,每个机加工层必须分成多个面片,且面片中的每个可从激光头的给定位置机加工。为了机加工另一面片,机器头必须重新定位。每个面片可包括大量的3D建模网格三角形。可从激光头的给定位置(特别是从一个单一位置)机加工的一组3D建模网格三角形称为面片。通常,每个面片具有用于限定该面片的区域的边界线。由于每个面片包括一组网格三角形,面片的边界线沿三角形的边缘延伸。
因此,工件的表面的完整纹理机加工在于烧蚀多个机加工层,对于每层,机加工头必须到达一组位置,以便为所关注的层的每个位置机加工面片。自然,激光头位置和机加工的面片的计算需要大量的计算机资源:若干小时或甚至若干天,这取决于复杂性和零件的尺寸、所用算法的类型、机加工层的数量等。该计算因此大体上在特定的工作站或计算机上执行,仅计算的结果然后传输到用于激光烧蚀的机床。计算的结果基本上包括:机加工刀具路径,包括激光机加工头必须相对于零件占据的一系列位置;以及对于每个位置,对应于激光束必须从该位置执行的扫描的一系列烧蚀操作。该结果直接影响机加工时间和纹理化的完成质量。
然而,传统的烧蚀方法通常在相邻面片的边界处生成呈可见边界线形式的缺陷。
为了处理工件表面,激光束总是沿预先限定的平行激光矢量移动。为在表面上分别产生纹理和浮雕,每当不要求材料的升华时,关闭激光脉冲。这是用于在工件上激光纹理化预先限定的面片的已知且通常使用的方法,所谓的类矢量工作过程。因此,在面片内待烧蚀的区域由多个激光矢量限定,且每个激光矢量具有两个端部,以限定激光矢量的开始位置和激光矢量的结束位置。
如果可能,面片限定成使得面片的边界线通过必须不烧蚀的区域。然而,不总是有可能以该方式限定面片。因此,在大多数的面片中,边界线的至少一部分通过必须烧蚀的面片的区域,这意味着一个或多个激光矢量在面片的边界线处开始或结束。两个相邻面片具有面片交界部,面片交界部是这两个面片的边界线的公共部分。如果在这两个相邻面片中的两个激光矢量在面片交界部具有限定为相交位置的公共端部,在相交位置处可看到可见痕迹。因此,为了减少可见痕迹以提高机加工的零件的质量,通过消除至少一个相交位置来减少相交激光矢量的数量。特别地,如果可去除大部分的相交位置,可实现表面质量的显著提高。相交位置可通过重新限定相交激光矢量的端部的位置来消除。
在一个优选的变体中,在相交位置处的相交激光矢量的公共端部沿相交激光矢量中的一个延伸,以到达在面片的非烧蚀区域中的受调整的结束位置。由于受调整的结束位置在非烧蚀区域中,可见痕迹可显著减少。
在一个变体中,在第一面片中的第一激光矢量和在相邻面片中的另一激光矢量是相交激光矢量,它们在相交位置处具有公共端部。为了消除相交位置,在相交位置处的第一激光矢量的端部沿另一激光矢量延伸,以到达第一受调整的结束位置,其在第二面片的非烧蚀区域中。当选择第一受调整的结束位置时,另一激光矢量消失,因为具有第一受调整的结束位置的第一激光矢量覆盖另一激光矢量的长度。即使第一激光矢量的一个端部(即第一受调整的结束位置)布置在相邻面片中,第一激光矢量属于第一面片。这意味着,包括在相邻面片中的部分的整个第一激光矢量由相同的激光头位置机加工,该激光头位置适用于第一面片的所有激光矢量。
在另一变体中,在相交位置处的另一激光矢量的端部沿第一激光矢量延伸,以到达第二受调整的结束位置,该第二受调整的结束位置在第一面片的非烧蚀区域中。在该情况下,第一激光矢量消失,因为第一激光矢量的长度由另一激光矢量代替。即使另一激光矢量的一个端部(即第二受调整的结束位置)布置在第一面片中,另一激光矢量属于相邻面片。这意味着,包括第一面片中的部分的整个另一激光矢量由相同的激光头位置机加工,该激光头位置适用于第二面片的所有激光矢量。
在将激光矢量的结束位置从相交位置调整到第一受调整的结束位置或第二受调整的结束位置之后,在相交位置处的烧蚀仅发生一次,而不是两次,因此减少在该位置处的可见痕迹。此外,由于第一受调整的结束位置或第二受调整的结束位置在非烧蚀区域中,还可提高表面质量。
根据纹理,两种所提到的变体是可能的。为了提高机加工的充分性,将从相交位置到第一受调整的结束位置的距离和从相交位置到第二受调整的位置的距离比较,并选择具有较小距离的受调整的结束位置。如果从相交位置到第一受调整的结束位置的距离小于从相交位置到第二受调整的结束位置的距离,然后通过将另一激光矢量延伸到第一面片中来将相交位置移动到第一受调整的位置。如果从相交位置到第二受调整的结束位置的距离小于从相交位置到第一受调整的结束位置的距离,然后通过将第一激光矢量延伸到相邻面片中来将相交位置移动到第二受调整的位置。
在优选的变体中,为了保证每个面片中的烧蚀区域可从激光头的一个单一位置机加工而不降低烧蚀质量,预先确定关于面片交界部的每侧的至少一个界限以限定面片交界部区域,受调整的结束位置可定位在该面片交界部区域中。如上文所概述,痕迹域是有限的,因此,可由在一个单一位置处的激光头机加工的最大区域是有限的。因此,相交激光矢量向相邻面片内的延伸必须限制在限定的范围内,以保证它仍可由激光头机加工而不改变它的位置。例如,如果第一激光矢量延伸到相邻面片中的第二受调整的结束位置,第二受调整的结束位置必须在限定的面片交界部区域内。如果第二受调整的结束位置处于该区域外,在相邻面片中延伸的第一激光矢量的一部分不能由停留在其中第一面片烧蚀的位置处的机器头烧蚀。因此,第一受调整的位置和第二受调整的结束位置定位在面片交界部区域中。在一个变体中,为第一面片设置第一界限且为相邻面片设置第二界限。还可能在每个面片中设置多个界限。
如在EP 3 421 168中公开的,可应用验证来进一步提高机加工的零件的质量。
在优选变体中,第一界限和第二界限相等。
如果在一个面片中的两个相邻激光矢量与在相邻面片中的两个相邻激光矢量相交,存在两个相邻的相交位置,优选的是在相同的方向上延伸激光矢量,使得两个受调整的结束位置位于相同的面片中。因此,在一个变体中,两个相邻的相交位置移动到定位在相同的面片中的两个受调整的结束位置。例如,第三激光矢量和第四激光矢量分别属于第一面片和相邻面片。第三激光矢量在第一面片中与第一激光矢量相邻,且第四激光矢量在相邻面片中与另一激光矢量相邻。第一激光矢量和另一激光矢量在第一面片和相邻面片的面片交界部处的第一相交位置处相交,而第三激光矢量和第四激光矢量在相同的面片交界部处的第二相交位置处相交。显然,第一相交位置和第二相交位置是相邻的。如果第一相交位置和第二相交位置移动到不同的面片中,可看到由热效应和激光束的焦点的重叠所引起的可见痕迹。为了避免该痕迹,第一相交位置和第二相交位置优选地移动到相同的面片中,或移动到第一面片中,或移动到相邻面片中。
还可能使在第一面片中与一个相交激光矢量相邻的激光矢量改变到相邻面片。
在本发明中,用于控制由集成在机床中的激光头发射的激光束来用于雕刻具有纹理的工件的控制单元配置成接收基于烧蚀方法生成的控制数据,特别地,控制数据在外部装置中生成。
在本发明中,用于通过由集成在机床中的激光头发射的激光束来雕刻具有纹理的工件的机床包括控制单元。
附图说明
在下文中将通过参照图中示出的其特定实施例来呈现对上文简要描述的原理的更特别的描述。这些图示出本公开内容的示例性实施例,且因此不应被认为是限制它的范围。通过使用附图详细地描述和解释本公开内容的原理,在附图中:
图1、图2:示出用于激光烧蚀的机床;
图3:示出3-D建模文件的一个示例;
图4:示出纹理图像文件;
图5、图7:示出面片;
图6:示出一个面片内的激光矢量;
图8:示出现有技术的一个示例;以及
图9-14:示出本发明的实施例。
具体实施方式
图1示意性地显示用于激光纹理化的机床的构造的示例。机器的激光头1和零件根据5个机械轴线相对于彼此定位,其使得可能定向发射的激光束的方向,并将激光的焦点定位在放置在机器中的未显示的机加工的零件的表面上。激光头1可在笛卡尔坐标系的三个维度X、Y和Z上移位。有利地,激光头也可围绕未显示的旋转轴线在旋转中移动,以获得更高的精度和更大的灵活性。在本公开内容的其余部分中,将考虑到,对于所有给出的示例,激光头根据五个轴线(即三个平移轴线和两个旋转轴线)移动。激光头包括用于发射激光束的激光源、光学装置和电流计。
图2示意性地示出电流计的操作。激光头1发射激光束2,或更特别地,发射脉冲激光束。激光束2由镜子4和5反射,镜子4和5分别使得可能根据笛卡尔坐标系的轴线X和Y限定激光束在零件7的表面上的投影点的位置。促动器8使得可能控制镜子4和5的角位置。激光束还通过具有动态聚焦校正的透镜6,通常称为F-theta透镜。因此,该装置使得可能在位于所考虑的焦点范围内的平面中限定激光束与零件7的表面的碰撞点。
通常,具有例如430毫米的焦距的所使用的系统使得可能从激光头1的给定位置使用电流计机加工测量300×300毫米的平表面(称为痕迹域)。在另一方面,当要机加工的零件7的表面不是平面时,透镜的聚焦能力限制在X和Y方向上的痕迹域。如果零件的曲率显著,然后有必要对于每个痕迹域在Z方向上的变化减小在痕迹域的X和Y上的尺寸。自然,这因此增加由激光头为执行纹理化作业所占据的不同位置的数量,即必须增加所生成的面片的数量。这就是开发用于在轴线Z上变焦的光学装置的原因,其使得可能沿轴线Z改变聚焦,且允许机加工具有+或-80毫米的痕迹深度的痕迹域。焦点改变装置的使用没有消除激光头1和零件的相对重新定位,但它确实相当地限制其数量。
图3示出通过通常为三角形形式11.1、11.2和面片10、10a、10b的网格对零件的三维形状进行数值建模的一个示例。粗黑线表示不同面片的边界线。每个面片包括多个网格三角形,该多个网格三角形由较细的黑线表示。面片的边界线沿网格三角形的边缘延伸。一些网格三角形定位在面片交界部处,诸如标号为11.2的网格三角形,一些网格三角形不在面片交界部处,诸如标号为11.1的网格三角形。还可能的是,面片仅包括定位在面片交界部处的网格三角形,诸如标号为10b的面片。
图4示出必须通过激光烧蚀施加到零件的表面的纹理的一个示例,这些纹理典型地由灰度图像限定。图像显示一组升华点,其中每个点的灰度级限定在该特定点处必须获得的消融深度:点越浅,烧蚀将越少,且点越暗,烧蚀将越深。
如图5中示意性地显示的,对于两个连续的层9.1和9.2,限定不叠加的面片10是普遍的。
为了处理工件表面,激光束总是沿图6的显示的面片10上的预先限定的平行激光矢量移动,在面片10的边界处跳到下一位置。图6示出面片的整个区域必须烧蚀的示例。
图中示出的具有矩形形状的面片是简化的图示。面片可具有不同的形状。面片的形状和面片的数量不限于图中示出的特定形状和数量。图7示出四个面片,第一面片20、第二面片30、第三面片40和第四面片50。第一面片与第三面片之间的边界形成第一面片交界部21,第一面片与第二面片之间的边界形成第二面片交界部31,第三面片与第四面片之间的边界形成第三面片交界部41,且第二面片与第四面片之间的边界形成第四面片交界部51。具有不同粗细的竖直线代表第一面片22的激光矢量、第二面片32的激光矢量、第三面片42的激光矢量和第四面片52的激光矢量。由激光矢量覆盖的所有区域是烧蚀区域,即,这些区域的材料必须烧蚀。白色区域是在不同面片中的非烧蚀区域23、33、43和53,即,在这些区域中没有材料必须比烧蚀。在图7至图12中,激光矢量在竖直方向上示出,且面片交界部示为竖直地或平行于激光矢量的直线边界。这些图示仅是简化的表示。在本发明中,面片交界部不限于图中的表示。
可见痕迹可在面片交界部处生成。当面片交界部平行于激光矢量时,痕迹弱。然而,当两个相邻面片中的两个激光矢量在这两个面片的面片交界部处具有相同的开始或结束位置时,例如,第一面片20的激光矢量22在第一面片交界部21上的点A处与第三面片30的激光矢量42相交。此类激光矢量限定为相交激光矢量,且在面片交界部处的公共位置限定为例如点A的相交位置。
为了减少在交界部处的可见痕迹,应用所谓的随机面片方法,如图8中示出的。相交激光矢量的相交位置随机地移动到不在面片交界部处的新位置。例如,在点A处的相交位置移动到点A1,点A1不在面片交界部21上,而是在第一面片20中。然而,激光矢量42仍属于第三面片,这意味着,由粗线代表的激光矢量42机加工成具有用于第三面片的激光头位置,甚至是布置在第一面片中的部分。为了保证在移动相交位置后的烧蚀,限定限制重新定位的范围的至少一个界限。在该示例中,两个界限示为平行于面片交界部的两条直线15和16,以限定面片交界部区域14。然而,该图示简化,且界限不限于直线和平行于面片交界部。
在图9中示出本发明的一个实施例。相交激光矢量的相交位置移动远离面片交界部,且搜索由白色区域代表的非烧蚀区域,以便将相交位置从面片交界部移动到非烧蚀区域的边界,如果可能。例如,激光矢量24和44是相交激光矢量。在图8中示出的标准随机方法中,相交位置移动到在第三面片中的B点。在本发明中,沿激光矢量24和44找到非烧蚀区域23,因此,交点B1移动到该非烧蚀区域的边界。因此,第三面片的激光矢量44延伸到该新的相交位置B1,且去除第一面片的激光矢量24。
图10和图11示出本发明的另一实施例。第一面片的第一激光矢量26、第二激光矢量27和第三激光矢量28是相邻的激光矢量,且结束于第一交界部21处,且第三面片40中的第四激光矢量46、第五激光矢量47和第六激光矢量48也是相邻的激光矢量,且在交点C、D和E处结束于相同的面片交界部21处,因为第一面片和第三面片是相邻面片。在图10中示出的情况下,若干选项可用于改变相交位置的位置。一个变体基于最小距离,即将激光矢量移动至最小距离。例如,使第三面片的第四激光矢量46延伸到第一面片中到点C1,而不是使第一激光矢量26延伸到第三面片中到点C1a。使第二激光矢量27延伸到第三面片中到点D1,而不是使第五激光矢量47延伸到第一面片中到点D1a。使第三面片的第六激光矢量48延伸到第一面片中到点E1,而不是使第三激光矢量28延伸到第三面片中到点E1a。然而,这引起所谓的交错效应,其意味着痕迹由热效应和激光束焦点的重叠所引起。由于第四激光矢量46和第五激光矢量仍属于第三面片,且第二激光矢量27属于第一面片,因此第一面片的烧蚀在第三面片的烧蚀之前进行,因此三个相邻激光矢量46、47和48的顺序不以该顺序烧蚀。这在所产生的零件上引起另外的痕迹。
为了进一步提高所产生的零件的质量,确定和应用所谓的优先方向。如图12中示出的,在第三面片中的第四、第五和第六激光矢量延伸到第一面片中。这意味着,延伸激光矢量的方向是相同的。新的相交位置在这三个激光矢量的C2点、D2点和E2点处且在第一面片中。通过该方式,可避免不同面片的激光矢量之间的交错。
图13示出其中激光矢量不垂直于激光矢量的一个示例。
图14a示出用于减小交错效应的进一步优化。激光矢量116不是相交激光矢量,且属于第一面片,但该激光矢量将改变到第三面片,如图14b中示出的。激光矢量117是相交激光矢量,且将通过也将其改变到第三面片来优化,以减小交错效应。
标记列表
1 激光头
2 激光束
4、5 镜子
6 透镜
7 零件
8 促动器
9.1、9.2 机加工层
10、10a、10b 面片
11.1、11.2 网格三角形
20 第一面片
21 第一面片交界部
22 第一面片的激光矢量
30 第二面片
31 第二面片交界部
32 第二面片的激光矢量
40 第三面片
41 第三面片交界部
42 第三面片的激光矢量
50 第四面片
51 第四面片交界部
52 第四面片的激光矢量。
Claims (11)
1.一种用于通过由集成在机床中的激光头发射的激光束来雕刻具有纹理的工件(7)的激光烧蚀方法,所述激光烧蚀方法包括:
a. 基于要连续机加工的所述工件的几何形状来生成多个机加工层(9.1);
b. 为每个机加工层生成多个面片(20、30、40、50),所述多个面片(20、30、40、50)中的每个限定从所述激光头的单个位置机加工的区域,其中第一面片(20)和它的相邻面片(40)相邻地定位成具有限定为面片交界部(21)的公共边界,其中所述面片中的至少一个包括非烧蚀区域(23)和基于待雕刻的所述纹理的烧蚀区域,且所述烧蚀区域包括多个激光矢量(24),所述多个激光矢量(24)具有两个端部,所述两个端部限定所述激光束去除所述烧蚀区域的材料的路径,其中在所述第一面片中的至少一个激光矢量(22)和在所述面片交界部处具有公共端部的所述相邻面片中的至少一个激光矢量(42)限定为相交激光矢量,且所述公共端部的位置限定为相交位置;以及
c. 通过消除至少一个相交位置来减少相交激光矢量的数量。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,在所述相交位置处的所述相交激光矢量的所述公共端部沿所述相交激光矢量中的一个延伸,以到达在所述面片的非烧蚀区域中的受调整的结束位置。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中,在所述第一面片(20)中的第一激光矢量(22)和在所述相邻面片(40)中的另一激光矢量(42)是相交激光矢量,且在所述相交位置处的所述第一激光矢量的端部可沿所述另一激光矢量延伸以到达第一受调整的结束位置,所述第一受调整的结束位置在所述相邻面片的非烧蚀区域中,或在所述相交位置处的所述另一激光矢量的端部可沿所述第一激光矢量延伸以到达第二受调整的结束位置,所述第二受调整的结束位置在所述第一面片的非烧蚀区域中。
4.根据权利要求3所述的方法,其中,将所述第一受调整的结束位置到所述相交位置之间的距离与到所述第二受调整的结束位置的距离比较,且选择具有较小距离的所述受调整的结束位置。
5.根据权利要求3或4中的一项所述的方法,其中,当选择所述第一受调整的结束位置时,所述另一激光矢量消失,且当选择所述第二受调整的结束位置时,所述第一激光矢量消失。
6.根据权利要求3至5中的一项所述的方法,其中,具有所述第一受调整的结束位置的所述第一激光矢量属于所述第一面片,且具有所述第二受调整的结束位置的所述另一激光矢量属于所述相邻面片。
7.根据权利要求2至6中的一项所述的激光烧蚀方法,其中,预先确定关于所述面片交界部的每侧的至少一个界限以设置面片交界部区域,所述受调整的结束位置可定位在所述面片交界部区域中,特别地,为所述第一面片设置第一界限且为所述相邻面片设置第二界限。
8.根据权利要求2至7中的一项所述的激光烧蚀方法,其中,两个相邻的相交位置移动到定位在相同的面片中的两个受调整的结束位置。
9.根据权利要求1至8中的一项所述的激光烧蚀方法,其中,在所述第一面片中与一个相交激光矢量相邻的激光矢量改变到所述相邻面片。
10.一种控制单元,所述控制单元用于控制由集成在机床中的激光头发射的激光束来用于雕刻具有纹理的工件,其中所述控制单元配置成接收基于根据权利要求1至9中的一项所述的烧蚀方法生成的控制数据,特别地,所述控制数据在外部装置中生成。
11.机床,所述机床用于通过由集成在所述机床中的激光头发射的激光束来雕刻具有纹理的工件,所述机床包括根据权利要求10所述的控制单元。
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Cited By (1)
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