CN1557638A - 弧面激光标刻机及其加工印字轮的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了弧面激光标刻机及其加工印字轮的方法，本机的电机和卡盘固装于二维工作台上，二维工作台使激光束聚焦于工件加工面。二维扫描振镜系统X方向与卡盘旋转轴平行。工件轴与卡盘轴一致，激光出光轴与工件表面与之相交的母线垂直。计算机与驱动器和二维振镜系统连接。使用本机时在计算机上制作各种图文数据文件并存贮。启动标刻程序，计算机控制驱动器、电机旋转和停顿；二维扫描振镜系统在计算机打标数据文件的控制下将所需图文点阵用激光雕刻在印字轮坯上。本机可在圆柱面或表面曲率半径变化不超过3毫米的其它弧形表面标刻；加工快捷，图文点阵的大小、疏密、深浅可方便调整；加工成品率高，标刻的图文边缘清晰、深度均匀，一致性好。

Description

弧面激光标刻机及其加工印字轮的方法

(一)技术领域

本发明涉及一种激光标记机，具体为一种弧面激光标记机，本发明还涉及一种使用本激光标记机加工印字轮的方法。

(二)技术背景

采用激光束在金属、陶瓷、橡胶、塑料等材料表面雕刻出文字或图形的标记，已是在推广的技术。但目前一般的激光标记装置均是只能在工件的平面表面上完成标记。因为只有严格控制激光器聚焦镜头与加工表面之间的距离激光束才能准确有效地完成精细图形或文字的雕刻标记。

我国实用新型专利00232304.4“工件旋转式激光标记机”是为解决上述问题所设计，它采用二维扫描工作台，卡盘的主轴通过联轴器与步进电机的输出轴固联，卡盘夹持打标工件转动，使弧面上的打标点转至激光打标头下打标。此装置虽然可对弧面打标，但激光光点的运动依赖于二维扫描工作台上反光镜的平行移动，由于平动机构机械惯量较大，因而移动和停止的速度不高，因此标刻的速度很慢，而且由于受反光镜移动和停止时的机械振动影响，标刻精度也难以保证。因此用于工件弧面的标记装置仍有待进一步改进。

用于电线电缆、塑料管材上印字的印字轮，要在印字轮坯上雕刻出文字或图形，一般需要采用照相制版、丝网印刷、腐蚀、电镀等工艺，方法复杂，费时，材料损耗大，成品率低，而且加工过程中产生的废液对环境会造成化学污染，必须另行处理。另外传统方法加工精度有限，难以完成精细图文的标刻。

(三)发明内容

本发明的目的是设计一种弧面激光标刻机，可在柱面或锥面表面雕刻文字或图形标记。

本发明的另一目的是设计一种使用本激光标刻机加工印字轮的方法。

本发明的弧面激光标刻机包括激光器、扫描振镜系统、二维工作台，夹持工件的卡盘、与卡盘联接的电机，还包括控制电机的驱动器，电机和卡盘固装于二维工作台上，卡盘旋转轴与二维工作台的X轴方向平行。扫描振镜系统为二维扫描振镜系统，使激光器发出的激光束在工件表面进行二维图形和文字雕刻。二维扫描振镜系统的X方向与卡盘旋转轴平行。圆柱或圆锥表面的工件固定于卡盘上，圆柱或圆锥轴与卡盘轴一致。激光出光轴与工件表面与之相交的母线垂直。二维工作台用于将工件移至激光光轴的正下方，使振镜系统的激光束聚焦于工件加工面上。计算机向驱动器发出运动控制指令，驱动器控制电机每一次转动一小角度，此角度可在软件中设定，每次转动后，标刻机等待一个时间，以便让工件完全停稳，此时间可以由软件设定。待工件停稳后，二维扫描振镜系统按平面标刻方法对工件进行局部图文标刻。因在此小角度内，该弧面近似为平面。标刻完毕，标刻机再次发出运动控制指令。因激光出光轴与工件表面母线垂直，圆柱或圆锥的工件轴与卡盘轴一致，再次旋转一定角度后，激光束的聚焦点仍在圆柱面或圆锥面上。经过多次旋转、停止、标刻即可完成圆柱或圆锥面上的图形或文字标刻。

使用本激光标记机加工印字轮的方法包括如下步骤：将要雕刻在印字轮上的文字和图形，在计算机上用图形软件进行制图、排版、填充，生成由不同形状点阵构成的图形文件并转换成激光打标数据文件；印字轮坯固定在卡盘上，使印字轮坯的轴与卡盘轴一致；通过本激光标刻机的驱动器，控制工件旋转和停顿，计算机控制二维扫描振镜系统，将所需图文的精细点阵用激光雕刻在印字轮坯上。

本发明弧面激光标记机的优点为：1可完成在圆柱面或圆锥面上的标刻，或用于表面曲率半径变化不超过3毫米的其它弧形表面；2可在原平面激光标刻机上改装使用；3计算机控制驱动器，从而根据计算机分割的每次转动后标刻的幅面大小控制电机精确旋转一定的角度后及时停止；4与计算机连接，可用标刻软件控制二维扫描振镜系统快速精密地标刻复杂的图形。

本发明印字轮的加工方法的优点为：1、加工快捷，一般在10分钟内即可完成；2、图文点阵的大小、疏密、深浅可以根据印字轮用户工艺、习惯及油墨的不同而方便地调整；3、加工成品率高，标刻的图文边缘清晰、深度均匀，产品一致性好。

(四)附图说明

图1为本发明的弧面激光标刻机结构示意图；

图2为使用本发明激光标刻机加工印字轮的方法的工艺流程图。

(五)具体实施方式

本发明的弧面激光标刻机如图1所示，其中包括激光器5、扫描振镜系统10、二维工作台8，夹持工件7的卡盘6，与卡盘6联接的电机，电机2和卡盘6固装于二维工作台8上，电机与卡盘之间为机械传动连接3，卡盘旋转轴4与二维工作台8的X轴方向平行。扫描振镜系统10为二维扫描振镜系统，其X方向与卡盘旋转轴4平行。本标刻机还包括控制电机2转动和停止的驱动器1。手动调整二维工作台8使工件7表面位于二维扫描振镜系统出光轴激光的聚焦点上。圆柱或圆锥表面的工件7固定于卡盘上，圆柱或圆锥轴与卡盘轴一致。激光出光轴与工件7表面与之相交的母线垂直。

卡盘6旋转时轴向跳动小于0.1mm。

电机2与卡盘6的传动连接3为皮带轮、皮带，或为齿轮系，或为联轴器连接。

计算机9与二维扫描振镜系统10连接，计算机9内安装的图形软件根据所需图形或文字制图、排版，计算机9内配套的标刻软件和控制卡控制二维扫描振镜系统10进行激光标记。计算机9与驱动器1连接，根据需要控制驱动器1，调节电机2每一次转动的角度及停顿的时间，为保证工件7加工面距离焦点小于2mm，每次转动角度一般小于5度。为让工件7停稳后标刻并保证足够的标刻时间，电机2停顿时间一般为10毫秒以上。工件7停顿时二维扫描振镜系统10在局部弧面上进行高速标刻。

为适应锥面标刻要求，二维工作台下有在X轴方向可旋转的调节支座，调节二维工作台X轴的倾角。使工件加工表面为锥面时，其表面母线与激光出光轴垂直。或者振镜扫描系统下有以激光器出光轴为中心旋转的支架，调节振镜扫描系统，使激光出光轴倾斜，与工件的锥面母线垂直。

印字轮坯为圆柱形表面，使用本激光标记机加工印字轮的方法其工艺流程如图2所示。

首先在计算机9上，用图形设计软件，如AUTOCAD、CORELDRAW，设计或处理出所要的加工的图形和文字，并用所要求的点阵形状，如方形、圆形、椭圆形等点形进行填充，生成点阵构成的文字或图形，然后转换存储为打标数据文件。

印字轮坯7，由金属材料构成，表面抛光电镀等预处理。可以预先成批生产加工不同直径的印字轮坯备用。在卡盘6上固定要加工的印字轮坯7，使印字轮坯7的轴与卡盘6轴一致。调节二维工作台8，使二维扫描振镜系统10的激光束聚焦于工件印字轮坯7加工面上。

在计算机1上调出要雕刻的制作完成的打标数据文件，调整标刻软件中的各项打标参数，如电源电流、声光Q开关频率、拐弯延时、空笔延时等。

启动标刻程序，计算机9控制驱动器1，控制电机2旋转和停顿；二维扫描振镜系统10在计算机9打标数据文件的控制下将所需图文点阵用激光雕刻在印字轮坯7上。

如果采用电镀好的印字轮坯，则在标刻工作完成以后，再进行一次细抛光，去除激光加工点周围的毛刺，即完成全部加工。

如果采用未电镀的印字轮坯，则在标刻工作完成以后，进行一次细抛光，去除激光加工点周围的毛刺，再进行电镀，即完成全部加工。

Claims (8)

1一种弧面激光标刻机，包括激光器(5)、二维工作台(8)、扫描振镜系统(10)、夹持工件的卡盘(6)、与卡盘联接的电机(2)，卡盘旋转轴(4)与二维工件台(8)的X轴平行，圆柱或圆锥表面的工件(7)固定于卡盘(6)上，其特征为：

还包括控制电机(2)转动和停止的驱动器(1)，电机(2)和卡盘(6)固装于二维工作台(8)上，扫描振镜系统为二维扫描振镜系统(10)，其X方向与卡盘旋转轴(4)平行。

2根据权利要求1所述的弧面激光标刻机，其特征为：

工件(7)圆柱或圆锥轴与卡盘(6)轴一致，聚焦的激光出光轴与工件(7)表面与之相交的母线垂直。

3根据权利要求1或2所述的弧面激光标刻机，其特征为：

卡盘(6)旋转时轴向跳动小于0.1mm。

4根据权利要求1或2所述的弧面激光标刻机，其特征为：

电机(2)与卡盘(6)的连接为皮带轮、皮带，或为齿轮系，或为联轴器连接。

5根据权利要求1或2所述的弧面激光标刻机，其特征为：

计算机(1)与二维扫描振镜系统(10)连接，计算机(1)与驱动器(2)连接。

6根据权利要求1或2所述的弧面激光标刻机，其特征为：

二维工作台(8)下有在X轴方向可旋转的调节支座。

7根据权利要求1或2所述的弧面激光标刻机，其特征为：

在振镜扫描系统(10)下有以激光器出光轴为中心旋转的支架。

8一种使用权利要求1～7的弧面激光标刻机加工印字轮的方法，其特征为包括如下步骤：

在计算机(9)上，用图形设计软件设计或处理出所要的加工的图形和文字，并用所要求的点阵形状生成点阵构成的文字或图形，转换存储为打标数据文件；

工件印字轮坯(7)表面抛光预处理；

在卡盘(6)上固定要加工的印字轮坯(7)，使印字轮坯(7)的轴与卡盘(6)轴一致；调节二维工作台(8)，使二维扫描振镜系统(10)的激光束聚焦于工件(7)加工面上；

在计算机(9)上调出要雕刻的制作完成的打标数据文件，调整标刻软件中的各项打标参数；

启动标刻程序，计算机(9)控制驱动器(1)，控制电机(2)旋转和停顿；二维扫描振镜系统(10)在计算机打标数据文件的控制下将所需图文点阵用激光雕刻在印字轮坯(7)上；

印字轮(7)细抛光完成全部加工。

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