CN2252071Y - 一种新型高效激光刻绘装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型高效激光刻绘装置，涉及激光刻绘及计算机数控技术。其技术关键是激光器与激光偏转装置及激光吸收体在一条直线上固定设置，将激光偏转装置固定在支架上，并与固定在滑臂一端的平面反射镜相对应。本实用新型通过控制光路中的激光偏转与否，替代了控制激光器通断技术，并与计算机数控技术相结合，大大提高了刻绘工作效率，延长了激光器的使用寿命，保证了刻绘的质量。

Description

一种新型高效激光刻绘装置

本实用新型涉及一种激光刻绘装置，特别是一种在计算机控制下的新型高效激光刻绘装置。

激光技术自六十年代问世以来，已被广泛应用于工业、农业、国防、生物、医学等许多领域。近几年来，随着计算机图形、图象技术的不断发展，以及精密数控技术的日益完善，激光技术与之结合而发展起来的新兴精密激光雕刻、切割技术将激光加工工业再一次推上了新台阶，并以迅猛的势头向前发展。九三年以来，我国先后在武汉、深圳、西安、洛阳等地相继开发生产了印章雕刻、招牌制作、图文刻绘等领域的激光雕刻技术设备(如中国专利94218672.9)，使图案雕刻、切割从根本上摆脱了传统金属刀具的束缚，真正意义上实现了自动化。纵观目前的这些技术，普遍采用矢量式平板自动绘图仪作为精密数控机构控制激光刀具的定位、运动，脉冲序列的产生是通过绘图仪的落、抬笔信号控制激光电源高压放电的通、断进而控制激光器出光或不出光而实现的。正是由于这种特点，导致了这些技术存在以下难以避免的不足：第一，采用矢量式绘图仪用为数控机构，势必使激光刀具运动受绘图仪矢量方式绘图机理的约束，这种工作方式虽然使激光切割表现出了极高的效率，但是却使激光雕刻表现出了严重的低效率和极差的加工质量。具体来讲就是：激光刀具与绘图笔绘图时的运动状态完全相同，使得激光刀具在雕刻一条线段时须经历五种运动状态：定位在线段的一端并停留一段时间(约30毫秒)—加速—匀速—减速—定位在线段的另一端并停留一段时间(约30毫秒)。线段太短时激光刀具的移动甚至从加速还不能达到匀速就要减速，激光刀具的这种运动状态必然导致激光光强在一条雕刻线段上的分布极不均匀而呈现出“凹”字型分布，从而导致雕刻深度严重的不一致，在雕刻印章时表现为：使文字的笔划边缘深度过大，笔划过细，而导致文字的根基不稳，继而导致在长期的压引盖章时难以保证文字笔划的相对位置一致，这种情况是印章雕刻行业所不能容忍的。另外，由于前述的雕刻方式在雕刻每条线段时总存在约60毫秒的无效时间浪费，加之加、减速的时间浪费，使得这种刻绘技术在雕刻一幅图案时浪费了许多时间而表现为严重的低效率。第二，由于激光束脉冲序列的产生是由绘图仪落、抬笔信号控制激光电源而实现的，必然使本应连续工作的激光器不得不频率很高的反复起辉，从而使激光电源的故障率大大增高、激光管的寿命大大降低；同时使激光器的稳定性不得不到保障进而使雕刻时的激光光强难以保证一致而影响雕刻质量。总之，目前的同类技术无论是从设备的稳定性、使用寿命，还是从雕刻质量和雕刻效率来看都存在着天然的不足。

本实用新型的目的是提供一种新型高效激光刻绘装置。在计算机控制下，以激光束为刻绘刀具，以激光偏转装置为激光束的控制器使刻绘图案自动快捷高质量的一次成型，克服现有技术的不足。

本实用新型的实现：下面结合附图进行说明。

附图1为本实用新型的结构示意图。

附图2为本实用新型激光偏转装置结构示意图。

如附图1所示(注，图中未画出排气系统、步进电机及伺服电路、传动机构、计算机控制部分等)，激光器(1)与激光偏转装置(2)及激光吸收体(3)在一条直线上固定设置，其中激光偏转装置(2)固定在支架(9)上，并与固定在滑臂(8)一端的平面反射镜(4)相对应，平面反射镜(4)与滑臂(8)呈45°夹角，滑臂(8)上紧配合滑动式活连接有滑块(7)，滑块(7)上固连有平面反射镜(5)和聚焦透镜(6)。滑臂(8)与支架(9)呈紧配合滑动式活连接，并沿支架(9)上的导轨(10)做X方向的移动，滑块(7)及其上固连的平面反光镜(5)和聚焦透镜(6)(组成激光刀具)沿滑臂(8)做Y方向的移动。工作台(11)位于支架(9)的下方，起支撑工件的作用。激光器(1)产生的连续或高重复频率的脉冲激光束(18)直接射向固定在支架(9)上的激光偏转装置(2)。当激光偏转装置(2)未有控制信号时，激光束(18)沿原入射方向出射，直接射入激光吸收体(3)(如功率计)；当激光偏转装置(2)收到控制信号时，它使激光束(18)相对于原入射方向偏转θ角射出，并使该偏转的激光束(18)直射到反射镜(4)上，然后，又通过反向镜(5)及聚焦透镜(6)达到被刻绘工件。

如附图2所示，激光偏转装置(2)(以声光偏转器为例进行说明)，主要由声光介质(16)、电-声换能器(14)(亦称超声发生器)、吸声(或反射)器(17)、耦合介质(15)、电极(13)及电极引线(12)等组成。由激光器(1)射来的激光束(18)直接射在激光偏转装置(2)中部的声光介质(16)上，声光介质(16)的下部紧配合粘附有吸声(或反射)器(17)，声光介质(16)的上部紧配合粘附有耦合介质(15)。耦合介质(15)上表面的一端与电极引线(12)相连，另一端与电-声换能器(14)紧配合粘连接，电极(13)粘连于电-声换能器(14)之上。

激光偏转装置的工作原理：a、声光介质(16)：用来提供声光相互作用的场所。当该介质中建立了超声场时，它的折射率就会沿声波的传播方向随时间或空间按一定的规律交替变化，当激光束(18)通过它时，由于激光与超声场的相互作用，条件适合时，便使出射光偏转θ角，且将入射能量几乎全部转换到该出射方向上。b、电-声换能器(14)：用来将偏转电信号转换成声波信号，并经耦合介质(15)将声波传入声光介质(16)中去。电-声换能器(14)由计算机通过电极引线(12)发送电信号控制。c、吸声(或反射)器(17)：当声波工作在行波状态时，用来吸收已通过声光介质(16)的声波，以阻止该声波返回声光介质产生干扰；当声波工作在驻波状态时，用来形成反射声波而在声光介质(16)中产生声波驻波。

本实用新型的激光偏转装置可以是声光偏转器，亦可以采用电光偏转器、机械偏转器或其它种类的偏转器。激光器可以选二氧化碳激光器、钕玻璃激光器、YAG激光器、红宝石激光器等。平面反射镜和透镜根据激光波长及光强的不同可以是不同基质材料和不同的镀膜。

本实用新型的优点及积极效果：

①本实用新型除利用现有技术(ZL94218672.9L)激光器、反光镜和透镜等之外，主要是在光路中增加了激光偏转装置，使得激光束脉冲序列的产生可通过数控部分输出的控制信号控制激光偏转元件改变光束传播方向而实现，这就使得激光器可在雕刻、切割过程中保持其原有的工作状态，即连续激光器可始终保持其连续运转方式。这就从根本上保证了激光器的寿命和稳定性。

②激光器的连续工作，使得在刻绘同一工件时光强能保持一致，进而提高了刻绘质量。

③刻绘光强的一致性使得本实用新型有可能在计算机控制下，采用矢量式绘图仪作为数控机构，大大提高刻绘工作效率。

Claims (3)

1、一种新型高效激光刻绘装置，主要是在光路中增设了激光偏转装置，其特征在于：激光器(1)与激光偏转装置(2)及激光吸收体(3)在一条直线上固定设置，其中激光偏转装置(2)固定在支架(9)上，并与固定在滑臂(8)一端的平面反射镜(4)相对应。

2、根据权利要求1所述的激光刻绘装置，其特征在于：由激光器(1)射来的激光束(18)直接射在激光偏转装置(2)中部的声光介质(16)上。

3、根据权利要求1所述的激光刻绘装置，其特征在于：声光介质(16)的下部紧配合粘附有吸声(或反射)器(17)，声光介质(16)的上部紧配合粘附有耦合介质(15)，耦合介质(15)的上表面一端与电极引线(12)相连，另一端与电-声换能器(14)紧配合粘连接。

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