ES2816565T3 - Métodos y sistemas de trazado láser de alta velocidad y alta potencia - Google Patents
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Abstract
Un método para trazar un gráfico en una pieza de trabajo (42), que comprende: aplicar la información de control de un controlador que se puede operar con una velocidad de controlador a un láser operado para producir una salida láser (34); y aplicar la salida láser (34) a la pieza de trabajo (42) en función de la información de control para trazar un gráfico en una superficie de la pieza de trabajo (42) de tal manera que se elimine el material de la superficie de la pieza de trabajo (42) para proporcionar textura a la superficie sin quemar la pieza de trabajo (42), y dicha aplicación comprende el movimiento de la salida láser (34) con respecto a la pieza de trabajo (42) con una velocidad en el rango de más de m/s a 65 m/s y el funcionamiento de la salida láser (34) con una potencia en el rango de 500 W a 5.000 W, caracterizado por que el controlador se puede operar con una velocidad de controlador en un rango de 10.000 píxeles por segundo a 50.000 píxeles por segundo y que tiene un ancho de cambio de potencia que depende del número de líneas por pulgada, la velocidad del controlador y la velocidad de exploración láser según se menciona en las siguientes tablas **(Tablas)**
Description
DESCRIPCIÓN
Métodos y sistemas de trazado láser de alta velocidad y alta potencia
Campo de la invención
La invención se refiere en general a un método y sistema basado en láser para trazar gráficos en materiales, especialmente materiales de construcción, a altas velocidades de procesamiento adecuadas para la fabricación a escala industrial.
Antecedentes de la invención
Los productos de construcción residencial y comercial incluyen productos de construcción interior tales como paneles de yeso, encimeras, accesorios de baño, armarios de cocina, puertas interiores, solados, paneles de pared, tejas para tejados y productos de construcción exterior tales como cubiertas, revestimientos, molduras, vallas, ventanas y puertas exteriores. Estos productos se fabrican de yeso, vinilo, acrílico, tablero de fibras de alta densidad, vidrio templado, vidrio recocido, compuestos de resina, diversos laminados, enchapado, baldosas de moqueta de bajo perfil, fibra de vidrio, cerámica, granito, compuestos de madera plástica y plástico y una variedad de otros materiales. A menudo existe un deseo de ofrecer dichos componentes de forma decorativa con diversos diseños gráficos impresos en los materiales.
Las tecnologías de impresión convencionales tales como el grabado en relieve y la impresión por inyección de tinta a menudo producen una estética poco atractiva. Otros procesos tales como el chorro de arena y el enchapado tienen el inconveniente del alto coste.
Parecería que el grabado láser de productos de construcción ofrecería un medio atractivo para decorar los productos de construcción. Sin embargo, los láseres de producción comercial no se han utilizado para decorar productos de construcción en una producción a gran escala a velocidades económicamente atractivas. Se cree que al menos dos factores explican por qué los productos de construcción no se graban con láser a una escala de producción en masa. Estos factores son las velocidades de exploración relativamente bajas y las capacidades de potencia relativamente bajas de los sistemas de grabado láser comerciales.
En lo que respecta a las velocidades de exploración, un rayo láser se puede accionar con motores lineales o con unidades roscadas de guiado en mesas x-y a velocidades típicas de exploración láser de normalmente 0,5 a 3,0 metros por segundo. Este método es común en la industria del corte por láser que utiliza láseres de 1.000 a 10.000 vatios para cortar acero, por ejemplo. Compañías tales como Amada®, Trumph, Rofin®, Fanuc®, y Panasonic® proporcionan dichos sistemas láser de 1.000 - 10.000 vatios.
Las velocidades de estos sistemas láser convencionales accionados por motores lineales requerirían varios minutos de procesamiento total sólo para grabar un pie cuadrado de material. Por ejemplo, un anuncio reciente de un sistema láser de guiado, Vyteck L-Star, afirma que es "el sistema láser más rápido del mundo para las industrias de la piedra, los azulejos y el vidrio". El anuncio afirma además que el "L-Star supera a la competencia con velocidades de grabado de hasta 150ips" o 3,8 metros por segundo.
Sin embargo, los inventores reconocieron que las velocidades obtenidas por los sistemas convencionales de motor lineal no permitirían un procesamiento de trazado económico de los productos de construcción, ya que se tardaría demasiado en decorar un sustrato. Se estima que un láser de este tipo de motor lineal tardaría varios minutos por pie cuadrado en grabar patrones gráficos en materiales de construcción. Por ejemplo, a esta velocidad, se estima que podría llevar aproximadamente 6 minutos grabar un patrón gráfico complejo en un pie cuadrado de tablero de fibra de densidad media, un sustrato común para materiales de construcción. Por lo tanto, los costes unitarios de fabricación serían demasiado altos para procesar económicamente dichos materiales de construcción a escala en masa. La baja velocidad de este motor lineal probablemente no sería un método práctico o económico para grabar con láser patrones gráficos en cubiertas de compuestos de madera, solados, productos de compuestos de madera o cualquier otro sustrato típico de productos de construcción en grandes volúmenes. Podría tomar varios minutos por pie cuadrado grabar con láser complejos patrones del grano de madera en un pie cuadrado de derivados de madera o tablones plásticos con la actual tecnología de grabado láser. Los inventores creen que esta es la razón por la que dichos materiales de construcción no se graban con láser en grandes volúmenes.
Como alternativa, se pueden utilizar espejos accionados por galvanómetro (o espejos galvo para abreviar) para controlar el movimiento de un rayo láser en la superficie de un material. Los espejos galvo se mueven mediante una señal de control, y ese movimiento hace que el rayo de salida láser se mueva de forma correspondiente en el material a lo largo de una trayectoria deseada, permitiendo de este modo la creación de un patrón. Este método tiene una
amplia aplicación en el grabado por láser de una variedad de materiales incluyendo el acero, la madera y el plástico, utilizando láseres de 50 a 250 vatios.
Los sistemas láser accionados por espejos galvo se emplean en escalas relativamente pequeñas (generalmente menos de 61 cm (o dos pies) de tamaño de campo cuadrado) y a bajas velocidades (menos de 5 metros por segundo de velocidad de grabado) con baja potencia (generalmente entre 50-250 vatios). Estos sistemas normalmente graban productos tales como copas de vino, pequeños casquillos de latón, pequeñas placas de madera o pequeñas losas de granito. A diferencia de los láseres accionados con motores lineales, los sistemas accionados por espejos galvo carecen de la potencia láser para procesar piezas relativamente grandes. Al igual que con los láseres accionados por motores lineales, el funcionamiento de los sistemas de espejos galvo es demasiado lento para producir piezas de productos de construcción de forma económica.
Un método de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 y un sistema de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 13 se conocen a partir del documento US 2007/0108170.
Resumen de la invención
Un primer aspecto de la invención se dirige a un método para trazar un gráfico en una pieza de trabajo de acuerdo con la reivindicación 1.
Un segundo aspecto de la invención consiste en un sistema para trazar un gráfico en una pieza de trabajo de acuerdo con la reivindicación 13. Las reivindicaciones dependientes se refieren a las formas de realización preferidas de la invención.
Breve descripción de las diversas vistas de los dibujos
Los dibujos adjuntos se incorporan y forman parte de la memoria descriptiva. Los dibujos, junto con la descripción general dada anteriormente y la descripción detallada de la(s) forma(s) de realización de ejemplo y el(los) método(s) dada(s) a continuación, sirven para explicar los principios de la invención. En dichos dibujos:
La Fig. 1 es una vista esquemática de un sistema para trazar un gráfico en un material de acuerdo con una forma de realización de la invención; y
La Fig. 2 es una vista esquemática de un sistema para trazar un gráfico en un material de acuerdo con otra forma de realización de la invención.
Descripción detallada de la(s) forma(s) de realización de ejemplo y del(de los) método(s) de ejemplo
A continuación, se hará referencia en detalle a la(s) forma(s) de realización de ejemplo y al(a los) método(s) de la invención según se ilustra en los dibujos adjuntos, en los cuales símbolos de referencia similares designan partes similares o correspondientes a lo largo de los dibujos. No obstante, cabe señalar que la invención en sus aspectos más amplios no se limita a los detalles específicos, dispositivos y métodos representativos y ejemplos ilustrativos mostrados y descritos en esta sección de descripción detallada.
Los inventores no conocen a nadie que haya sugerido el procesamiento de grabado a alta velocidad con láseres de alta potencia antes de esta invención. Los inventores han determinado que los láseres de alta potencia (más de 500 vatios) y alta velocidad (más de 10 metros por segundo) serían una mejora significativa de los sistemas convencionales y una forma comercialmente razonable de grabar con láser los gráficos y patrones en los sustratos de los productos de construcción y otros materiales en la producción en masa para lograr bajos costes unitarios y, por tanto, una economía satisfactoria.
En particular, las formas de realización de ejemplo, de 2.000 vatios o más, e incluso los láseres de 2.500 vatios o más acoplados a cabezales de exploración de ultra alta velocidad, capaces de alcanzar velocidades de 30 metros por segundo o más, ofrecen atractivos costes y economía unitarias de fabricación. Los inventores han calculado que las velocidades de exploración láser de 30-50 metros por segundo pueden grabar patrones gráficos en periodos de tiempo medidos en segundos por pie cuadrado y costes unitarios medidos en centavos por pie cuadrado. Según se hace referencia en la presente memoria, "velocidad" es la velocidad de la salida láser (por ejemplo, el rayo) con respecto a la superficie del material. La velocidad relativa se puede impartir moviendo la salida láser al mismo tiempo que se mantiene el material inmóvil, o moviendo el material al mismo tiempo que se mantiene la salida láser inmóvil, o moviendo de forma simultánea la salida láser y el material en diferentes direcciones y/o a diferentes velocidades.
De acuerdo con una forma de realización de ejemplo, un láser de alta potencia y velocidad se utiliza para formar gráficos y patrones en un sustrato de material de construcción. El láser, representado por el número de referencia 32 de la Fig. 1, es un láser de alta potencia que tiene más de 500 W de potencia de salida, y en determinadas formas de realización de ejemplo más de 1.000 W (1 kW), 2.000 W (2 kW) o incluso más de 2.500 W (2,5 kW). La potencia de salida láser a la que se hace referencia en la presente memoria es continua, a diferencia de la potencia de salida cuando un láser tiene un aumento temporal de energía, o cuando el láser es pulsado. La potencia continua se puede variar ajustando la configuración de potencia en el láser. La frecuencia del láser suele estar en el rango de, por ejemplo, 10 a 60 kHz. Un láser comercial de ejemplo está disponible en Rofin-Sinar Technologies, Inc. Láser de CO2 de 2,5 kW, número de modelo DC025.
La salida 34 del láser 32 se acopla a un cabezal de exploración 36, que incluye un espejo revestido, controlable y móvil, relativamente ligero, capaz de explorar la salida láser a una velocidad relativamente alta. En las formas de realización de ejemplo las velocidades son mayores de 10 m por segundo y hasta 65 m por segundo. Además, la salida láser 38 se puede explorar a través de la pieza de trabajo en la superficie de trabajo 40, según se muestra en la Fig. 1. Por ejemplo, la salida 38 puede explorar longitudes de 0,9 m (3 pies) o más.
Los sistemas láser de acuerdo con esta forma de realización utilizan velocidades de exploración muy altas para lograr un bajo coste unitario en el procesamiento de materiales, tales como los materiales de construcción estructurales y decorativos. Entre los ejemplos de materiales que se pueden tratar utilizando los sistemas y métodos incorporados en la presente memoria se incluyen el vidrio (vidrio templado y/o vidrio recocido), piedra, cerámica, granito, derivados de madera, laminados, metal, plástico, yeso, revestimientos, plástico reforzado con fibra de vidrio, compuestos de madera, vinilo, acrílico, tablero de fibras de alta densidad, enchapado, baldosas de moqueta de bajo perfil, etc. Los láseres que exploran a tan altas velocidades de acuerdo con las formas de realización de la invención emplean una potencia excepcional para proporcionar una alta densidad de energía por unidad de tiempo para grabar satisfactoriamente los gráficos en materiales de construcción y otros sustratos a niveles de producción industrial. A potencias de láser inferiores a 500 vatios, un láser que funcione a una alta velocidad de exploración de 30-50 metros por segundo simplemente no tendría suficiente potencia para grabar eficazmente imágenes gráficas en productos de construcción.
Para proporcionar un sistema láser de 1.000-2.500 vatios que se accione por galvo a altas velocidades de exploración, por ejemplo, variando entre 30-50 metros/segundo, en una forma de realización de ejemplo de la invención se utilizan sistemas de espejos ligeros de alta tecnología con revestimientos de alta temperatura como los que se encuentran disponibles comercialmente. Un sistema de ejemplo de espejos de alta tecnología y peso ligero disponible en el mercado es el ScanLab AG, modelo PowerSCAN33 Be, un escáner galvanómetro de 3 ejes con espejos Be de 33 mm. Se cree que el revestimiento de alta temperatura es una aleación física depositada con vapor. El sustrato de berilio ligero se recubre con materiales que permiten que la superficie del espejo refleje más del 98% de la longitud de onda del CO2 , 10,6 micras. Los sistemas de espejos ligeros de alta tecnología permiten a los galvanómetros (o ''galvos'' para abreviar) mover la salida láser (por ejemplo, el rayo) de forma repetible pero eficiente sobre la superficie del sustrato. La velocidad de exploración de un sistema láser de este tipo tiene sorprendentemente un orden de magnitud superior a las velocidades de exploración láser que se consiguen con los accionamientos lineales o los espejos galvos convencionales. Utilizando un sistema de espejos ligero de este tipo, los inventores han logrado velocidades de exploración láser superiores a los 65 metros por segundo, en comparación con las velocidades máximas de exploración de 4-5 metros por segundo con la tecnología de grabado láser convencional.
El sistema incluye un controlador, designado por el número de referencia 30 en la Fig. 1, que es capaz de mantener las altísimas velocidades de exploración producidas por los espejos ligeros y de realizar los cambios de potencia necesarios a la velocidad especificada. Para crear gráficos de resolución fina, el controlador hace esos cambios de potencia a altas velocidades, tal como cada pocos milímetros de exploración del rayo. La velocidad de exploración del láser determinará la cantidad de cambios de potencia dentro del gráfico. El tipo (por ejemplo, la sofisticación y la complejidad) y la profundidad del gráfico también influirán en cómo se traza en el sustrato. Un controlador de ejemplo comercialmente disponible es el controlador de procesamiento con láser incorporado, controlador modelo Foresight, disponible a través de LasX Industries, Inc. La interdependencia de los cambios de potencia, la velocidad del controlador y la velocidad de exploración del láser se ilustra en las Tablas II y III a continuación.
La Fig. 2 ilustra otra forma de realización de un sistema para trazar materiales, tales como los materiales de construcción. El sistema, generalmente designado por el número de referencia 10, incluye un láser 11 para generar un rayo láser 12 en la dirección de un sistema de espejos controlado por ordenador.
El sistema de espejos ilustrados incluye un espejo del eje x 13 montado con capacidad de giro y accionado por un galvanómetro del eje x 14. El galvanómetro del eje x 14 se adapta para girar y provocar la rotación del espejo del eje x 13. La rotación del espejo del eje x 13 mientras el rayo láser 12 incide en el espejo 13 hace que el rayo láser 12 se mueva a lo largo del eje x. Una computadora de control (numérico) 15 controla la salida de una fuente de alimentación 16 para controlar la rotación del galvanómetro del eje x 14 del espejo del eje x 13. El rayo láser 12 se desvia por el
espejo del eje x 13 y se dirige hacia un espejo del eje y 17 montado con capacidad de giro en el galvanómetro del eje y 18. El galvanómetro del eje y 18 se adapta para girar y provocar la rotación del espejo del eje y 17. La rotación del espejo del eje x 17 provoca el movimiento del rayo láser 12 incidente en el espejo 17 a lo largo del eje y. Un ordenador de control (numérico) 15 controla la salida de una fuente de alimentación 16 suministrada al galvanómetro del eje y 18 para controlar la rotación del galvanómetro del eje y 18.
El rayo láser 12 se desvia mediante el espejo del eje y 17 y se dirige a través de una lente de enfoque 19 adaptada para enfocar el rayo láser 12. La lente 19 puede ser un conjunto de lentes de enfoque de campo plano multi-elemento, que mantenga el punto enfocado ópticamente en un plano plano mientras el rayo láser 12 se mueve a través del material para trazar un gráfico. La lente 19, los espejos 13, 17 y los galvanómetros 14, 18 se pueden alojar en un bloque galvanométrico (no mostrado).
El aparato 10 incluye además una superficie de trabajo 20 que puede ser un sustrato sólido tal como una mesa, o incluso un lecho fluidizado. Sobre la superficie de trabajo 20 se coloca un material (o pieza de trabajo) 21. El material 21 incluye una superficie de trabajo 22 para ser trazada. La superficie de trabajo 20 se puede ajustar verticalmente para ajustar la distancia desde la lente 19 a la superficie 22 del material 21. El rayo láser 12 se dirige mediante los espejos 13, 17 contra la superficie de trabajo 22 del material 21. Por lo general, el rayo láser 12 se dirige generalmente de forma perpendicular a la superficie de trabajo 22, pero se pueden obtener diferentes gráficos ajustando el ángulo entre el rayo láser 12 y la superficie de trabajo 22 desde aproximadamente 45° hasta aproximadamente 135°. El movimiento relativo entre el rayo láser 12 en contacto con la superficie de trabajo 22 del material 21 hace que se trace un gráfico 23 en la superficie 22. Los movimientos y la sincronización de los espejos 13, 17 y la potencia del rayo láser 12 se controlan mediante el ordenador de control numérico 15 para trazar el gráfico específico 23 deseado. Según se denomina en la presente memoria, el movimiento relativo puede entrañar el movimiento del rayo láser 12 (por ejemplo, utilizando el sistema de espejos), ya que la superficie de trabajo 22 permanece estacionaria, el movimiento de la superficie de trabajo 22 mientras el rayo láser 12 permanece estacionario, o una combinación de movimiento simultáneo del rayo láser 12 y de la superficie de trabajo 22 en diferentes direcciones y/o a diferentes velocidades.
Un segundo ordenador, tal como un ordenador estación de trabajo (no mostrado), se puede utilizar en el método para facilitar la formación del gráfico deseado. Por ejemplo, un gráfico se puede explorar en el ordenador estación de trabajo, convertido en el formato adecuado y luego introducido en el ordenador de control. El ordenador de control numérico controla entonces los galvanómetros 14, 18 y los espejos 13, 17 y la potencia de salida del rayo láser 12 para formar el gráfico en la superficie del material 22 a la potencia y velocidad de movimiento adecuadas para un alto rendimiento.
El sistema 10 también puede incluir un depósito 24 para inyectar un gas tal como un gas inerte en la zona de trabajo. La cantidad de gas se puede controlar mediante el ordenador de control numérico o por otros medios.
El término trazar, según se utiliza en la presente memoria, significa contactar el material con un rayo láser para formar un gráfico. En el curso del trazado, el rayo láser 12 aplica energía al sustrato, causando de este modo un cambio visualmente perceptible al sustrato, tal como causando la eliminación de un revestimiento del sustrato, la eliminación de material del sustrato, etc. El resultado es una transformación del sustrato que es perceptible visualmente. El término gráfico se refiere a diseños decorativos y artísticos, diseños no decorativos, patrones, imágenes gráficas, aspectos, caracteres alfanuméricos, logotipos, otras identificaciones, etc.
Dos tecnologías de gráficos de trazado láser sobre materiales incluyen las tecnologías ráster y vectorial. La tecnología raster se puede definir como el dibujo por láser de un gráfico bien en dirección horizontal o bien en dirección vertical, explorando hacia adelante y hacia atrás de manera continua hasta que el gráfico se termine. El dibujo vectorial se puede definir como el láser que traza cada parte individual del gráfico hasta que se completa la totalidad del gráfico.
La cantidad de potencia láser necesaria para proporcionar un diseño aceptable a alta velocidad estará determinada por la naturaleza del sustrato. La potencia láser puede variar en cualquier lugar por encima de 500 vatios, y tan alta como 5.000 vatios. Por ejemplo, la potencia necesaria para grabar con láser en camisas de algodón o seda a altas velocidades de exploración podría requerir sólo 500 vatios, mientras que se necesitaría una potencia mucho mayor, tal como 2.500 vatios o más para grabar con láser de forma eficiente en tablones plásticos, derivados de madera o tela vaquera a velocidades de exploración similares. Este concepto también se puede aplicar a los sustratos de menor tamaño, tal como para la personalización en masa.
De acuerdo con una forma de realización, la información de control para controlar el láser se puede almacenar de antemano en el controlador 30. La información de control almacenada puede estar vinculada a uno o varios gráficos diferentes, por ejemplo, patrones.
Los inventores han obtenido numerosos materiales y productos de construcción, incluyendo tablones plásticos, revestimientos vinílicos, compuestos de madera, paneles de yeso, productos laminados, tableros de fibras de alta densidad, productos de fibra de madera, vidrio templado, vidrio recocido, paneles de yeso, vinilo, tejas para tejados, solados, fibra de vidrio y componentes de resina, baldosas de moqueta, y han intentado impartir diseños de moda en estos componentes utilizando una alta velocidad (más de 10 metros por segundo y preferiblemente 30 metros por segundo) y una alta potencia láser (más de 500 vatios, y en determinadas formas de realización de ejemplo 2.000 vatios o más o hasta 2.500 vatios). Los resultados experimentales fueron nada menos que sorprendentes en el sentido de que en todos los casos el láser fue capaz de impartir diseños llamativos y artísticos en estos productos en cuestión de segundos. Por lo tanto, las técnicas descritas en las formas de realización proporcionan, por primera vez, un avance económico para las imágenes gráficas grabadas por láser en productos de construcción.
Los inventores se sorprendieron con los atractivos e intrincados diseños gráficos y texturas que se podían trazar a altas velocidades en componentes de acrílico, vinilo y fibra de vidrio para productos de construcción, tablones plásticos y compuestos de madera. Una variedad de gráficos y patrones del grano de madera fueron trazados en estos productos de construcción en periodos de tiempo medidos en segundos por pie cuadrado. Los productos de decoración "vainilla" se convirtieron en componentes decorativos en segundos. Patrones del grano de madera de roble, nogal, cedro y caoba fueron grabados con láser en tablones plásticos y compuestos de madera para proporcionar un componente de cubierta de imitación de madera real. Incluso patrones del grano de madera exótica tal como los patrones del grano de madera de leopardo y otros patrones florales y gráficos fueron grabados con láser en tablones plásticos y compuestos de madera a altas velocidades de producción para dar nuevos y llamativos diseños. Lo más importante es que dichos diseños fueron creados en periodos de tiempo tan cortos, que el proceso de grabado láser sería realmente económico para la producción a gran escala. Los gráficos grabados con láser en paneles de yeso añadieron un nuevo grado de libertad a la estética del diseño de las paredes interiores y todavía representaron otra sorpresa. Diferentes texturas grabadas con láser en los productos para el solado, que varían desde tableros de fibra de alta densidad y de aglomerado hasta azulejos de cerámica, proporcionaron nuevas alternativas de bajo coste para añadir decoración y diseño al solado. Los gráficos y patrones grabados se pueden incluso grabar con láser en espejos para proporcionar una nueva apariencia agradable a la vista producida en masa.
Los inventores creen que el sistema láser incorporado en la presente memoria puede proporcionar características de moda y diseño casi ilimitadas a los productos de construcción por primera vez en un proceso de producción económico. Los inventores han demostrado que los láseres de 2.500 vatios accionados por espejos galvanométricos pueden, en efecto, decorar productos de construcción en segundos y, por lo tanto, son muy económicos, si no revolucionarios, para la estructura de costes. Para mejorar aún más la economía, los productos se pueden trazar con láser a altas velocidades (por ejemplo, más de 10 metros por segundo) y altas potencias (por ejemplo, más de 500 vatios), mientras que están acoplados a un sencillo sistema de transporte de movimiento. El sistema láser puede "imprimir sobre la marcha" en un proceso continuo de trazado láser. Además, existen otros diversos medios para mejorar la economía, tales como: se pueden colocar múltiples láseres a lo largo de una línea de producción para duplicar o triplicar la producción; el cabezal de exploración se puede fijar a un motor lineal que grabará con láser un material más grande por secciones hasta que se termine la totalidad de la pieza; y se puede aumentar la distancia desde el láser a la superficie de trabajo para permitir el grabado láser de piezas más grandes o de múltiples piezas a la vez.
Por ejemplo, tablones plásticos grabados por láser en un proceso continuo para la producción en masa pueden implicar un láser de 2.500 vatios dirigido a una superficie de trabajo de 50,8 cm (20 pulgadas) que funcione a altas velocidades para ajustarse a la velocidad de la línea del proceso. Pero para grabar con láser adecuadamente las puertas interiores para la producción en masa que tienen un tamaño de unos 3 pies por 8 pies, puede ser más eficiente emplear múltiples láseres o un motor lineal para cubrir la totalidad de la superficie de trabajo. Independientemente de la configuración, los inventores han determinado que las potencias de los láseres de 500 o más (por ejemplo, 500-2.500 vatios) y las velocidades de exploración de los láseres de 10 metros por segundo o más altas (por ejemplo, de 10 a 50 metros por segundo) producen una economía satisfactoria en los costes unitarios de los gráficos grabados por láser en los productos de construcción. Los costes unitarios reales se podrían reducir de dólares por pie cuadrado a centavos por pie cuadrado aumentando la velocidad del láser desde el estándar de la industria de 3,8 metros por segundo hasta, por ejemplo, 50 metros por segundo.
La potencia y las velocidades se deben controlar para evitar cualesquiera consecuencias indeseables por un tratamiento excesivo, tal como la completa carbonización, el quemado y/o la fusión del material grabado por láser.
Se debe entender que los métodos y sistemas descritos en la presente memoria se pueden utilizar para trazar materiales distintos de los materiales de construcción. Otros materiales que se pueden trazar de acuerdo con las formas de realización descritas en la presente memoria incluyen la tela vaquera y el cuero, tal como se encuentran en la industria de la confección.
El hardware y el software de ordenador para llevar a cabo las formas de realización de la invención descrita en la presente memoria pueden ser de cualquier tipo, por ejemplo, tanto de propósito general como de algún propósito
específico tal como una estación de trabajo. El ordenador puede ser un ordenador de clase Pentium®, ejecutando Windows XP®, Windows Vista® o Linux®, o puede ser un ordenador Macintosh®. El ordenador también puede ser un ordenador de mano, tal como una PDA, un teléfono celular o un ordenador portátil.
Los programas se pueden escribir en C, o en Java, Brew o cualquier otro lenguaje de programación. Los programas pueden residir en un medio de almacenamiento, por ejemplo, magnético u óptico, de, por ejemplo, el disco duro del ordenador, un disco o medio extraíble tal como una tarjeta de memoria o un medio SD u otro medio extraíble. Los programas también se pueden ejecutar a través de una red, por ejemplo, con un servidor u otra máquina que envíe señales a una o más máquinas locales, lo que permite a la(s) máquina(s) local(es) llevar a cabo las operaciones descritas en la presente memoria.
EJEMPLOS
Para demostrar la influencia del material del sustrato y el patrón de la imagen gráfica en la potencia del láser y la velocidad de exploración, los experimentos descritos en la Tabla I a continuación se llevaron a cabo sobre diversos sustratos.
Tabla I
Los efectos de la velocidad del controlador en la anchura de cambio de la potencia láser para dos imágenes gráficas distintas se demuestran mediante las tablas II y III a continuación. La tabla II contiene datos para 32 líneas láser por pulgada y la tabla III contiene datos para 60 líneas láser por pulgada. Por ejemplo, una imagen gráfica con 32 líneas
por pulgada que requiera que la potencia láser cambie cada 2 píxeles puede alcanzar una velocidad máxima de amplitud del láser de 15 m/s con una velocidad del controlador de 10.000 píxeles por segundo (véase la Tabla II). Para duplicar la velocidad láser a 30 m/s en este caso, el controlador debe tener una potencia de procesamiento de 20.000 píxeles por segundo. A medida que las líneas láser por pulgada aumentan (comparando la Tabla II con la Tabla III), la velocidad del controlador se vuelve más importante para mantener una alta velocidad de la línea láser.
Tabla II
Tabla III
La descripción detallada anterior de determinadas formas de realización de ejemplo de la invención se ha proporcionado con el fin de explicar los principios de la invención y su aplicación práctica, permitiendo de este modo a otros expertos en la técnica comprender la invención para diversas formas de realización y con diversas modificaciones según se adapten al uso particular contemplado. Esta descripción no pretende ser exhaustiva ni limitar la invención a las formas de realización precisas descritas. Aunque sólo se han descrito unas pocas formas de realización en detalle anteriormente, son posibles otras formas de realización y los inventores pretenden que éstas se engloben dentro de esta memoria descriptiva y del alcance de las reivindicaciones adjuntas. En la memoria descriptiva se describen ejemplos concretos para lograr un objetivo más general que se puede lograr de otra manera. Las modificaciones y equivalentes serán evidentes para los profesionales expertos en esta técnica y están comprendidas en el alcance de la invención que se define mediante las reivindicaciones adjuntas.
Claims (19)
1. Un método para trazar un gráfico en una pieza de trabajo (42), que comprende:
aplicar la información de control de un controlador que se puede operar con una velocidad de controlador a un láser operado para producir una salida láser (34); y
aplicar la salida láser (34) a la pieza de trabajo (42) en función de la información de control para trazar un gráfico en una superficie de la pieza de trabajo (42) de tal manera que se elimine el material de la superficie de la pieza de trabajo (42) para proporcionar textura a la superficie sin quemar la pieza de trabajo (42), y dicha aplicación comprende el movimiento de la salida láser (34) con respecto a la pieza de trabajo (42) con una velocidad en el rango de más de 10 m/s a 65 m/s y el funcionamiento de la salida láser (34) con una potencia en el rango de 500 W a 5.000 W, caracterizado por que el controlador se puede operar con una velocidad de controlador en un rango de 10.000 píxeles por segundo a 50.000 píxeles por segundo y que tiene un ancho de cambio de potencia que depende del número de líneas por pulgada, la velocidad del controlador y la velocidad de exploración láser según se menciona en las siguientes tablas Tabla II
Tabla III
2. Un método como en la reivindicación 1, que comprende además el almacenamiento del gráfico y en donde dicha aplicación de la salida láser (34) comprende la utilización de información indicativa del gráfico almacenado para establecer la información de control para la salida láser (34).
3. Un método como en la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde la pieza de trabajo (42) comprende un material de construcción que se utiliza en o para componentes interiores o exteriores de construcción comercial o residencial.
4. Un método como en la reivindicación 3, en donde la pieza de trabajo (42) comprende al menos uno de un material de cubierta exterior, un material de patio de recreo exterior y un material exterior.
5. Un método como en la reivindicación 3 o la reivindicación 4, en donde la pieza de trabajo (42) comprende un material de construcción compuesto fabricado a partir de múltiples materiales diferentes.
6. Un método, como en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde la pieza de trabajo (42) comprende al menos uno de plástico reforzado con fibra de vidrio, acero revestido o tablero compuesto de madera.
7. Un método como en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende además el desplazamiento de la salida láser (34) a una velocidad superior a 20 m/s con un espejo controlable (13).
8. Un método como en la reivindicación 7, en donde el espejo controlable (13) comprende un sustrato de berilio con un revestimiento.
9. Un método como en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde dicha aplicación de la salida láser (34) comprende la aplicación de la salida láser (34) sobre la pieza de trabajo (42) sobre un área de 0,9 metros o más.
10. Un método como en la reivindicación 1, en donde el controlador se puede operar para cambiar la salida de potencia cada 1 a 4 píxeles.
11. Un método como en la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde la pieza de trabajo (42) es tela vaquera.
12. Un método como en la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde la pieza de trabajo (42) es cuero.
13. Un sistema para trazar un gráfico en una pieza de trabajo (42), que comprende:
un láser (32) que se puede operar para producir una salida láser (34) con una potencia en un rango de 500 W a 5000 W; un sistema de espejos (13, 17) para mover la salida láser a una velocidad en un rango de más de 10 m/s hasta 65 m/s con respecto a la pieza de trabajo (42) para grabar un gráfico en una superficie de la pieza de trabajo (42) de tal manera que se elimine el material de la superficie de la pieza de trabajo (42) para dotar a la superficie con una textura sin quemar la pieza de trabajo (42); y
un controlador (30), caracterizado por que el controlador (30) se puede operar a una velocidad de controlador en un rango de 10.000 píxeles por segundo a 50.000 píxeles por segundo y que tiene un ancho de cambio de potencia que depende del número de líneas por pulgada, la velocidad del controlador y la velocidad de exploración del láser según se menciona en las siguientes tablas
Tabla III
14. Un sistema como en la reivindicación 13, en donde el sistema de espejos (13, 17) comprende un sustrato de berilio con un revestimiento.
15. Un sistema como en la reivindicación 13, en donde la potencia de la salida láser (34) es superior a 1.000 W, y el sistema de espejos (13, 17) es capaz de mover la salida láser (34) a una velocidad superior a 20 m/s.
16. Un sistema como en la reivindicación 13, en donde la potencia de la salida láser (34) es superior a 2.000 W, y el sistema de espejos (13, 17) es capaz de mover la salida láser (34) a una velocidad superior a 30 m/s.
17. Un sistema como en una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16, en donde el controlador (30) controla el sistema de espejos (13, 17) para cambiar la velocidad de movimiento de la salida láser (34).
18. Un sistema como en una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 17, en donde el controlador (30) se configura para almacenar información indicativa del gráfico.
19. Un sistema como en la reivindicación 13, en donde el controlador se puede operar para cambiar la salida de potencia cada 1 a 4 píxeles.
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