TWI417160B

TWI417160B - Embedded laser engraving device and method thereof

Info

Publication number: TWI417160B
Application number: TW100136382A
Authority: TW
Inventors: Kuang Chyi Lee; Wen Fu Yeh; Yu Jen Cheng
Original assignee: Univ Nat Formosa
Priority date: 2011-10-07
Filing date: 2011-10-07
Publication date: 2013-12-01
Also published as: TW201315560A

Description

嵌入式雷射雕刻裝置及其方法

本發明係有關於一種嵌入式雷射雕刻裝置及其方法，尤指一種對工件雷射雕刻為所需的輪廓及強度，俾能達到2.5D或3D雷射雕刻加工之目的者。

雷射雕刻加工機相較於傳統雕刻加工具有可加工影像資料、工作時間短、加工精度較細微、可控制DPI值調整加工品質、不需再進行拋光加工程序等諸多優點。雖然雷射雕刻加工機已有逐漸取代傳統雕刻加工的趨勢，惟，目前市面上所販售的雷射加工機產品僅能做出固定深度的加工或切削而已，因而僅能達到2維平面加工或是切斷加工，故無法達到2.5D或3D的雷射雕刻加工效果，致使所雷射雕刻之影像缺乏灰階的層次感。此外，雷射電源供應器的功率與切削速度等參數之間關係為時變而非線性的緣故，所以很難精確地建立雷射雕刻加工的數學模型。在工程設計中必須反覆調試才能得到切削深度的設定值，故而習知雷射加工機僅能使用於數個固定深度的雷射切斷或雷射加工上，以致雷射光燒溶工件的黑點無法呈現出影像的灰階層次，因此，工件上的雕刻圖像會因缺乏影像層次感，因而較容易呈現出影像失真的情事，進而影響加工成品的質感與價值性。

另一方面，傳統印刷機或印表機上所列印的圖像，只能藉由著墨或不著墨二種階調來表現影像的層次感，以致無法處理灰階值影像的列印，所以印表機列印輸出多半是利用半色調影像技術，亦即採用半色調網點分佈的方式，利用黑點的疏密度來呈現影像灰階，藉此產生近似灰階影像的錯覺效果，因此，可以製造出類似灰階影像的層次感，但影像色澤容易呈現失真的現象，加工成品也較無明顯的層次變化，進而影響加工成品的質感與價值感。

再者，依據目前所知，尚未發現有關雷射雕刻加工機可以產生灰階層次質感之雕刻圖像的研究文獻或是專利申請案被提出，有鑑於此，本發明遂提出一套可以改善傳統雷射雕刻加工機之缺失的本發明。

本發明第一目的在於提供一種嵌入式雷射雕刻裝置及其方法，主要是以灰階影像配合雷射功率控制，以建立雷射雕刻加工的數學模型，讓圖像之灰階值與雷射功率具有對應的線性關係，藉以使雷射雕刻之圖像具備灰階層次的質感，因而得以達到具深淺變化之2.5D或3D立體影像的雕刻效果。達成上述目的之技術手段，係包括一具有一平台的機座；一設置在平台上的夾具機構，用以將一工件固定在該平台上；一設置在平台上的移動機構，可相對該平台往至少二個相互垂直的方向移動；一設置於移動機構上的雷射光模組，可隨移動機構移動而對工件進行雷射雕刻；及一控制模組，其內建有一控制處理軟體，以對至少一圖像檔案轉換為灰階圖像，並可依據該灰階圖像之各像素點分佈及各灰階值大小而控制該移動機構的進給速率以及該雷射光模組的雷射輸出功率，俾使工件被雷射雕刻為所需的輪廓及強度，以該夾具機構將該工件固定在該平台上。具體而言，係以控制處理軟體對圖像進行影像處理並轉換為灰階圖像，並依據灰階圖像之各像素點分佈與灰階值而控制移動機構及雷射光模組相對工件移動，再以雷射光模組所發出的雷射光將工件雕刻為所需的輪廓，以及強度；並可透過輸入一雕刻參數來定義每一像素點之該灰階值與雕刻強度之間的關係，該控制處理軟體依據該雕刻參數而將每一該灰階值轉換為一對應的雕刻強度值，該控制處理軟體依序讀取各該像素點的該雕刻強度值，並驅使該移動機構及該雷射光模組往X軸及Y軸方向移動，進而使該雷射光模組所輸出的雷射光功率與每一像素點之該雕刻強度值相對應。

本發明第二目的在於提供一種嵌入式雷射雕刻裝置及其方法，主要是將灰階影像轉換為複數層的二值化圖像，並採取逐層圖像的加工方式，藉由Z軸升降以對工件進行圖樣深度的雕刻加工，使工件上的雕刻圖樣具有深淺變化的灰階層次，因而得以達到具深淺變化之2.5D或3D立體加工影像的雕刻效果。達成上述目的之技術手段，係包括一具有一平台的機座；一設置在平台上的夾具機構，用以將一工件固定在該平台上；一設置在平台上的移動機構，可相對該平台往至少二個相互垂直的方向移動；一設置於移動機構上的雷射光模組，可隨移動機構移動而對工件進行雷射雕刻；及一控制模組，其內建有一控制處理軟體，以對至少一圖像檔案轉換為灰階圖像，並可依據該灰階圖像之各像素點分佈及各灰階值大小而控制該移動機構的進給速率以及該雷射光模組的雷射輸出功率，俾使工件被雷射雕刻為所需的圖樣輪廓及強度。並以該夾具機構將該工件固定在該平台上；以該控制處理軟體對該圖像進行影像處理並轉換為灰階圖像；及依據該灰階圖像之各像素點分佈與灰階值而控制該移動機構及該雷射光模組相對該工件移動，再以該雷射光模組所發出的雷射光將該工件雕刻為所需的輪廓，以及強度，其中，該控制處理軟體將各該灰階值轉換為複數層二值化圖像，並逐一讀取每一該圖像的像素點，並依據每一該圖像的像素點分佈而控制該移動機構及該雷射光模組往X、Y及Z軸方向移動，使該雷射光模組得以分層方式逐一對該工件對應該像素點的位置進行雷射雕刻。

本發明第三目的在於提供一種嵌入式雷射雕刻裝置，主要是依據工件的尺寸或形狀來加以調整夾具機構的設置角度，藉以夾持定位方形、圓形、橢圓形以及矩形等諸多形狀的工件，並可於多次重覆加工時達到快速定位的功效，藉以大幅縮短加工時間，進而提升雷射雕刻的加工效率。達成上述目的之技術手段，係包括一具有一平台的機座；一設置在平台上的夾具機構，用以將一工件固定在該平台上；一設置在平台上的移動機構，可相對該平台往至少二個相互垂直的方向移動；一設置於移動機構上的雷射光模組，可隨移動機構移動而對工件進行雷射雕刻；及一控制模組，其內建有一控制處理軟體，以對至少一圖像檔案轉換為灰階圖像，並可依據該灰階圖像之各像素點分佈及各灰階值大小而控制該移動機構的進給速率以及該雷射光模組的雷射輸出功率，俾使工件被雷射雕刻為所需的輪廓及強度，以該夾具機構將該工件固定在該平台上，夾具機構包含二相互垂直設在該平台上的定位臂，以供該工件之二邊抵靠；一螺合座，其設置在平台上；一螺桿，其穿伸該螺合座，而可相對該螺合座做前後直線的位移；及一夾制組件，其與該螺桿一端連結，用以抵制該工件之另二邊，使該工件受到該夾制組件與該二定位臂的抵制而固定在該平台上，該夾制組件包含一調整座，其一端與該螺桿一端連結；二相互垂直的夾桿，該二夾桿一端設置在該調整座之另端；及二圓板件，該二圓板件分別設置在該二夾桿的另端上。

壹．本發明第一實施例 1.1第一實施例的具體實施

請參看第一、二圖及第四圖所示，本實施例係達成本發明第一目的之具體實施例，係包括一機座10；一夾具機構20；一移動機構30；一雷射光模組40；一控制模組50；一具影像拍攝功能的照相裝置70；及一用以供應移動機構及雷射光模組40所需電源的供電單元60。其中，供電單元60包含一用以供應雷射光模組40所需電源的雷射電源供應器61，及一驅動電路(PWM)62，驅動電路(PWM)62可受控制模組50的驅動而控制雷射電源供應器61所輸出的電源大小，進而控制雷射光模組40的雷射輸出功率。

請參看第七至十圖所示，本發明係於機座10頂面設置一平台11，再將夾具機構20設置在平台11上，使欲雕刻之工件1得以透過夾具機構20的夾制而定位在平台11上。移動機構30係設置在平台11上，主要用來承載移動雷射光模組40，於一種具體的實施例中，移動機構30包含二組相互垂直佈設的滑軌，以及二組沿著二組滑軌移動的滑座，使滑座可承載雷射光模組40而相對平台11往至少二個相互垂直的方向移動(即X、Y軸)，由於滑軌與滑座的結構組合係為非常習知的技術，加上非為本發明的主要部分，故本發明未以圖式加以表示。至於雷射光模組40可隨移動機構30的移動而對工件1進行雷射雕刻。控制模組50內建有一控制處理軟體，以對至少一圖像檔案轉換為灰階圖像，並可依據灰階圖像之各像素點分佈及各灰階值大小而控制移動機構30的進給速率以及該雷射光模組40的雷射輸出功率，使工件1被雷射雕刻為所需的圖樣輪廓及強度。

具體而言，控制處理軟體係對圖像進行影像處理並轉換為灰階圖像，並可依據灰階圖像之各像素點分佈與灰階值而控制移動機構30及雷射光模組40相對該工件1移動，再以雷射光模組40所發出的雷射光將工件1雕刻為所需的輪廓，以及強度。再者，可以透過輸入一雕刻參數以定義每一像素點之該灰階值與雕刻強度之間的關係，使控制處理軟體得以依據該雕刻參數而將每一灰階值轉換為一對應的雕刻強度值，控制處理軟體再依序讀取各像素點的雕刻強度值，並驅使移動機構30及雷射光模組40往X軸及Y軸方向移動，進而使雷射光模組40所輸出的雷射光功率與每一像素點之該雕刻強度值相對應。

1.2第一實施例的運作實施

請參看第一圖所示，本實施例之控制模組50係採用嵌入式ARM控制器，於具體運作時，先將照相裝置70所拍攝之圖像檔案儲存在ARM控制器內。一般而言，所拍攝之圖像檔案尺寸約為320×240，接著將該圖像依實際雕刻需求而作適當的裁切，並過濾掉圖像多餘的背景或色彩變化不大的部分，其裁切完之圖像檔案大小約為219×219，再將裁切之圖像縮小至110×110的解析度，並將圖像進行灰階轉換，將原本RGB之彩色圖像轉為具256種灰度變化之灰階圖像，其最暗之黑色以數值0來表示，反之則以數值255表示最明亮之白色部分。為減少加工之複雜度，本發明係將灰階圖像的256種灰度變化縮減四倍，即將0至255的256種灰度變化改以64種灰度變化來表示。圖像經過灰階轉換及縮減灰度變化的處理後，利用ARM控制器內建之控制處理軟體將圖像之灰階分佈均衡化，圖像未經過均衡化處理之圖像如附件2圖1所示，至於影像直方圖則如附件2圖3所示。附件2圖2則是經過灰階分佈均衡化處理完之圖像，附件2圖4則為灰階分佈均衡化處理完的影像直方圖，其橫座標為圖像像素64種灰度變化值，縱座標為灰度值統計次數。可發現其64種灰度變化之色階分佈，經由灰階分佈均衡化的處理使其數值分佈更為均勻，影像所呈現之明亮度也比處理前增加許多，亦可使加工成果的變化性明顯提高。

另一方面，本實施例係以適應性模糊類神經推論方法建模，以定義雷射輸出功率與進給速率及雕刻強度間之關係。於執行灰階影像2.5D雕刻時，給定進給速率，並將灰階值轉換為對應的雕刻強度，經由建模模型而求得實際雕刻時之雷射輸出功率。建模時先設定輸入參數(V、D)之模糊集的數量(m、n)、與歸屬函數型式，而求得雷射輸出功率百分比如下：

規則K：

假設x是uV_K 且Y是uD_K ，那麼f_K =p_K x+q_K y+r_K

K=1…mn。

因此，可分別求得建模之前件部參數與後件部參數，如附件1圖表1、2所示。並將雷射功率工作週期建模模擬結果的加工前件部參數與後件部參數值，如此即可在ARM控制器中撰寫有關影像雕刻的控制處理軟體。照相裝置70拍攝影像後，經由建模模型運算所需的雷射功率工作週期，執行PWM電源功率控制配合運動控制執行2.5D影像雕刻，至於雷射功率、速度以及雕刻強度之間的對應關係則如附件1表3所示。

再請參看第一圖所示，係為本發明控制處理軟體內部的功能控制示意圖，依據功能控制可分為移動機構控制以及雷射功率控制二個部分，其中，移動機構控制係將外部裝置71(如觸碰式螢幕、個人電腦或是USB裝置)所輸入的外部指令進行語法分析與解譯命令分析，並轉換為內部指令，依據X、Y軸感測器31a、31b所回傳的定位訊號，確定移動機構30所處位置座標，執行運算後輸出馬達控制訊號至移動機構30的X、Y軸馬達32a、32b；至於雷射功率控制部分則是依據外部裝置71(如觸碰式螢幕、個人電腦或是USB裝置)的外部指令而選定功率模式或是學習模式。學習模式即為結合前饋式類神經網路的監督學習方式。功率模式則是依據灰階值所轉換的雕刻強度值而輸出PWM訊號至供電單元60，以控制實際雕刻時的雷射輸出功率。

貳．本發明第二實施例 2.1第二實施例的具體實施

請參看第三、第四圖所示，本實施例係達成本發明第二目的之具體實施例，係包括一機座10；一夾具機構20；一移動機構30；一雷射光模組40；及一控制模組50等技術特徵。並於機座10頂面設置一平台11，再將夾具機構20設置在平台11上，使欲雕刻之工件1得以透過夾具機構20的夾制而定位在平台11上。移動機構30係設置在平台11上，主要用來承載移動雷射光模組40，於一種具體的實施例中，移動機構30包含三組相互垂直佈設的滑軌，以及三組沿著三組滑軌移動的滑座，使滑座可承載雷射光模組40而相對平台11往至三個相互垂直的方向移動(即X、Y及Z軸)，由於滑軌與滑座的結構組合係為非常習知的技術，故本發明未以圖式加以表示。

再者，雷射光模組40係設置於移動機構30上，可隨著移動機構30移動而對工件1進行雷射雕刻。控制模組50則內建有一控制處理軟體，以對至少一圖像檔案轉換為灰階圖像，並可依據灰階圖像之各像素點分佈及各灰階值大小而控制移動機構30的進給速率以及該雷射光模組40的雷射輸出功率，使工件1被雷射雕刻為所需的輪廓及強度。

具體而言，控制處理軟體將各灰階值轉換為複數層二值化圖像，並分層逐一讀取每一圖像的像素點，並依據每一圖像的像素點分佈而控制移動機構30及雷射光模組40往X、Y及Z軸方向移動，使雷射光模組40得以分層方式逐一對工件1對應像素點的位置進行雷射雕刻，假設二值化圖像有63層，則需做63次的雷射雕刻加工，而且每一次所輸出雷射功率必須相等，至於雷射雕刻所燒溶的部份愈小，則可獲得較佳的灰階質感密度。

2.2第二實施例的運作實施

簡言之，本實施例係透過移動機構30承載雷射光模組40往Z軸方向移動，以對工件1進行強度的雷射雕刻，使工件1之雕刻圖樣具深淺變化的灰階層次。又，本發明係以照相裝置70擷取即時圖像檔案，將拍攝圖像以影像處理技術進行包含圖像的縮放、灰階轉換、色彩分佈均勻化和圖像二值化分層等方式處理。本發明控制模組50係採用嵌入式ARM控制器，並於機座10設置一組可三軸運動的移動機構30。

本發明於具體運作時，先將照相裝置70所拍攝之圖像檔案儲存於ARM控制器內，一般而言，拍攝之圖像檔案約為320×240，接著將該圖像依實際雕刻需求而作適當的裁切，並過濾掉圖像多餘的背景或色彩變化不大之部分，其裁切完之圖像檔案大小為219×219，再將裁切之圖像縮小至110×110之解析度，並將圖像進行灰階轉換，將原本RGB之彩色圖像轉為具256種灰度變化之灰階圖像，其最暗之黑色以數值0來表示，反之則以數值255表示最明亮之白色部分，為減少加工之複雜度，係將灰階圖像的256種灰度變化縮減四倍，即將0至255的256種灰度變化改以64種灰度變化來表示。影像進行灰階轉換及縮減灰度變化的處理後，利用影像處理軟體將圖像之灰階分佈均衡化，圖像未經過均衡化處理之影像直方圖如附件1圖3所示，附件1圖4則為灰階分佈均衡化處理完之影像直方圖，其橫座標為影像像素64種灰度變化值，縱座標為灰度值統計次數，比較附件1圖3和圖4兩個影像值方圖可發現，未經過灰階分佈均衡化處理之圖3，其像素值分佈情形以接近於0為最多，而數值接近1的部分明顯較少，這樣的數值分佈會發現影像多數位置之明亮度明顯不足，影像呈現出來的結果將會偏暗，這樣的結果將使加工的變化減少，則加工結果之深淺變化便不明顯。因此，影像經過灰階分佈均衡化的處理後，其結果如附件1圖4之數值分佈得知，可發現影像經過均衡化處理後，其數值0附近之分佈情形相較於附件1圖3之結果，像數值偏暗的數值分佈明顯減少許多，而數值1周圍的分佈也有增多的情況，處理完後的所減少或增多的數值平均分配到其他區域，可發現其64種灰度變化之色階分佈，經由灰階分佈均衡化的處理使其數值分佈更為均勻，影像所呈現之明亮度也比處理前增加許多，亦可使加工成果的變化性明顯提高。

並依據縮減後之像素值範圍，將圖像進行二值化處理並分層儲存，其圖像所作之分層變化則如附件1圖5所示。二值化圖像只有明和暗之區別，以數值0和1表示，使原本具64種灰度變化之灰階影像，共分為63層二值化圖像輸出，附件1圖5之左上方第一格圖像為第一層加工圖像，加工順序由左至右逐一對各層圖像進行加工，利用此分層圖像加工之方式使工件1之雕刻圖樣具有深淺變化的灰階層次感。執行控制處理軟體對63層圖像進行雕刻加工，利用移動機構30往Z軸移動，以控制每一個雕刻圖樣的加工深度，採用逐層加工之方式來進行雕刻，使工件1上之雕刻圖樣具有深度變化，於分層加工時，係使用小功率之雷射輸出，以避免雷射功率過大對工件1造成燒結現象，使工件1雕刻圖樣可以達到細緻的灰階層次效果。

參．本發明第三實施例 3.1第三實施例的具體實施

本實施例係達成本發明第三目的之具體實施例，請參看第一、二圖及第四圖所示，係包括一機座10；一夾具機構20；一移動機構30；一雷射光模組40；及一控制模組50等技術特徵。並於機座10頂面設置一平台11，再將夾具機構20設置在平台11上，使欲雕刻之工件1得以透過夾具機構20的夾制而定位在平台11上。移動機構30主要係用來承載移動雷射光模組40，其設置在平台11上，可相對平台11往至少二個相互垂直的方向移動。雷射光模組40設置於移動機構30上，可隨移動機構30移動而對工件1進行雷射雕刻。控制模組50內建有一控制處理軟體，以對至少一圖像檔案轉換為灰階圖像，並可依據灰階圖像之各像素點分佈及各灰階值大小而控制移動機構30的進給速率以及該雷射光模組40的雷射輸出功率，使工件1被雷射雕刻為所需的輪廓及強度。

請參看第四至十圖所示，具體而言，夾具機構20係包含二相互垂直設在平台11上的定位臂21，以供工件1之二邊抵靠；及一夾具組件22，該夾具組件22則包含一螺合座23，其設置在平台11上；一螺桿24，其穿伸螺合座23，而可相對螺合座23做前後直線的位移；及一夾制組件25，其與螺桿24一端連結，用以抵制工件1之另二邊，使工件1受到夾制組件25與二定位臂21的抵制而固定在平台11上，夾制組件25則包含一調整座250，其一端與螺桿24一端連結；二相互垂直的夾桿251，二夾桿252一端設置在調整座之另端；及二圓板件251，二圓板件251分別設置在二夾桿251的另端上。

3.2第三實施例的運作實施

本實施例夾具機構20主要是將工件1精準定位在機座10平台11上，其中係以夾具組件22與二垂直之定位臂21配合，以共同將工件1精準定位在機座10平台11的加工位置上，而可於多次重覆加工時可以達到快速定位的功效，藉以大幅縮短加工時間，並可提升加工效率。於具體的運作之前，夾具機構20必須校正並找出平台11之中心點位置，首先將雷射光模組40回歸至硬體零點位置，如第四圖所示，接著以雷射光模組40切割出四邊形的底部基板，並在平台11四個角落切割固定之圓孔，使用螺絲將底部基板固定於平台11上，並使用雷射光模組40於四邊形基板上繪出水平中心線與垂直中心線，兩中心線所形成之交點即為平台11之中心點位置。

找出平台11之中心位置後，則將夾具機構20定位固定在平台11之中心點位置上，其中，平台11的工作範圍為700mm×500mm，亦即移動機構30往X軸可移動之最大行程為700mm，往Y軸可移動之最大行程則為500mm，平台11右上角的點即為上述之硬體歸零點，無論是前次加工結束時，雷射光模組40停留於何處，都需讓雷射光模組40先移動至硬體歸零點位置後再移動至軟體歸零點位置進行雕刻加工。此處之軟體歸零點即為雷射光模組40所繪出之水平中心線與垂直中心線的交會點，亦即平台11之中心點，其位置為X軸350mm和Y軸250mm處，以平台11中心點為座標系之零點，並將夾具組件22固定於第三象限之位置，使平台11之中心點位置校準夾具組件22夾持工件1的右上角位置，讓工件1於加工前可精準定位於平台11之加工平面上，使夾具組件22達到快速定位工件1的功能，如第四至六圖所示。

請參看第七至十圖所示，精確的說，夾具組件22之長、寬、高各為252mm、246mm及17 mm，可夾持工件1的形狀為方形、矩形、圓形以及橢圓形，夾具組件22固定於底座246mm之方形對角線上，並於對角線上鑿出數個圓孔，使夾具組件22能根據工件1尺寸與形狀而變換至適當的夾持位置。另，二定位臂21是由長、寬、高各為232mm、12mm、8mm的金屬條所製成，並用螺絲固定於平台11的右端及上端位置，而互呈垂直狀排列，以供工件1抵靠之用。夾具組件22可夾持最大工件1尺寸邊長為185 mm之方形工件1及半徑90mm之圓形工件1。

具體的操作方式是將工件1緊靠呈垂直之二定位臂21上，接著拴緊夾具組件22以迫緊工件1，夾具組件22分別由螺合座23；螺桿24；及夾制組件25等元件所組成，當欲雕刻之工件1放置於平台11上時，首先需將工件1之二邊抵靠於二定位臂21上，並且依照所夾持工件1的尺寸或形狀，於平台11的數個圓孔中選定適當位置的圓孔，以將螺合座23鎖合固定，亦即可依據工件1的尺寸或形狀來加以調整螺合座23的設置角度，並依序螺合螺桿24及裝上夾制組件25，接著拴緊螺桿24使前端之夾制組件25抵靠工件1，以將工件1推向二定位臂21端後固定，直至工件1不易鬆動為止。另外，夾制組件25之二夾桿251係呈L狀，且二夾桿251呈垂直並於其兩臂的前端，即抵靠工件1端焊接一厚約4mm之圓板件252，用以緊靠夾持工件1，且固定桿嵌入固定桿調整座後，其為一可作旋轉運動之活動件，可依據夾持工件1之形狀調整至最適當的夾持位置，使夾具組件22於操作時更加靈活。

以方形工件1之夾持為例，其方形工件1之夾持方式如第七圖所示。操作者將夾具組件22延著方形工件1之對角線，往二定位臂21端施以一力量F，此一力量延X軸方向及Y軸方向將夾持工件1推向二定位臂21端，此時，右二定位臂21及上二定位臂21產生反作用力抵銷所施加之力量，當所有力量達至靜平衡時，工件1便能固定於夾具組件22上，而無鬆動之現象產生。至於圓形工件1之固定方式亦是如此，其夾持方式則如第八圖所示，將圓形工件1置於夾具組件22上並緊靠二定位臂21，工件1與上定位臂21接觸點為A點，與右定位臂21接觸地方為B點，接著將夾具組件22固定於平台11 246mm大小之方形對角線上，此對角線為通過AB線段之中垂線，亦即通過圓形工件1之圓心位置，栓緊螺桿24將工件1推向二定位臂21端，當施加之力量達至靜平衡時，即可使工件1牢牢固定於夾具組件22上。

另外，本發明為使雷射能在一般相片沖印尺寸之工件1上雕刻，因此，在平台11加工出配合相片規格的固定位置，用以固定矩形之工件1，讓夾持工件1更具變化性。通常表示照片規格以“寸”來表示，和顯示器一類的產品用對角線長度表示尺寸的方式不同，照片所指的尺寸為照片長的一邊之英寸長度，以6寸照片為例，其規格為6×4英寸的照片。國際上還有一種通行的表示照片尺寸的方法，即取照片短的一邊的英寸整數數值加字母R來表示，比如6寸照片，規格為6×4英寸，即表示為4R。為使夾具組件22可夾持相片規格大小之工件1，而於夾具組件22底座鑿出數個圓孔，使夾具組件22能因應矩形工件1而變更至適當之固定位置，矩形工件1之固定方式如第九圖所示，首先，由平台11夾持面之右上角頂點位置畫出兩條斜線，此兩條斜線和右二定位臂21所形成之夾角分別為34^o 及54^o ，並於兩線段上相隔一定距離，加工出數個圓孔用以固定夾具組件22的位置。第九圖所示為5寸照片規格大小之工件1夾持方式，將工件1置於平台11上，並抵緊二定位臂21，依據工件1擺放方式及其尺寸大小，於適當之圓孔位置固定夾具組件22，拴緊螺桿24將工件1推向二定位臂21端，當施加之力量達至靜平衡時，便可將工件1牢牢固定於夾具組件22上，可夾持之最大相片規格尺寸為7寸大小之工件1。

請參看第十圖所示，將平台中心(O1)之橢圓工件1置於平台上，使其緊靠二定位臂21端，並使橢圓工件1之長軸或短軸對準246mm×246mm的方形對角線上，接著拴緊夾具組件22將工件推向定位臂二端加以固定。另一中心點(O2)之橢圓工件1則和矩形工件1的擺放相似，將橢圓的長軸和短軸分別與二定位臂21平行之方式放置，如此即可拴緊夾具組件22以快速固定橢圓工件1。

肆．結論

因此，藉由上述技術特徵的建置，本發明確實具有下列的特點：

1.本發明係以灰階影像配合雷射功率控制，以建立雷射雕刻加工的數學模型，讓圖像之灰階值與雷射功率具有對應的線性關係，藉以使雷射雕刻之圖樣具備灰階層次的質感，因而得以達到具深淺變化之2.5D或3D立體加工的雕刻效果。

2.本發明係將灰階影像轉換為複數層的二值化圖像，並採取逐層圖像的加工方式，藉由Z軸升降以對工件進行圖樣深度的雕刻加工，使工件上的雕刻圖樣具有深淺變化的灰階層次，因而得以達到具深淺變化之2.5D或3D立體加工的雕刻效果。

3.本發明可以依據工件的尺寸或形狀來加以調整夾具機構的旋轉角度，藉以夾持定位方形、圓形、橢圓形以及矩形等諸多形狀的工件，並可於多次重覆加工時可以達到快速定位的功效，藉以大幅縮短加工時間，進而提升雷射雕刻的加工效率。

以上所述，僅為本發明之一可行實施例，並非用以限定本發明之專利範圍，凡舉依據下列請求項所述之內容、特徵以及其精神而為之其他變化的等效實施，皆應包含於本發明之專利範圍內。本發明所具體界定於請求項之結構特徵，未見於同類物品，且具實用性與進步性，已符合發明專利要件，爰依法具文提出申請，謹請　鈞局依法核予專利，以維護本申請人合法之權益。

1．．．工件

10．．．機座

11．．．平台

20．．．夾具機構

21．．．定位臂

22．．．夾具組件

23．．．螺合座

24．．．螺桿

25．．．夾制組件

250．．．調整座

251．．．夾桿

252．．．圓板件

30．．．移動機構

31a．．．X軸感測器

31b．．．Y軸感測器

32a．．．X軸馬達

32b．．．Y軸馬達

40．．．雷射光模組

50．．．控制模組

60．．．供電單元

61．．．雷射電源供應器

62．．．驅動電路(PWM)

70．．．照相裝置

71．．．外部裝置

第一圖係本發明第一實施例的控制方塊示意圖。

第二圖係本發明第一實施例的流程控制示意圖。

第三圖係本發明第二實施例的流程控制示意圖。

第四圖係本發明夾具機構位於平台的位置示意圖。

第五圖係本發明夾具機構的俯視示意圖。

第六圖係本發明夾具機構的剖視示意圖。

第七圖係本發明夾具機構夾制方形工件的示意圖。

第八圖係本發明夾具機構夾制圓形工件的示意圖。

第九圖係本發明夾具機構夾制矩形工件的示意圖。

第十圖係本發明夾具機構夾制橢圓形工件的示意圖。

附件1：表1係前件部參數圖表；表2係後件部參數圖表；表3係雷射功率、速度以及深度的對應關係圖表。

附件2：圖1未經灰階分佈均勻化處理之圖像；圖2經灰階分佈均勻化處理之圖像；圖3未經均衡化處理之影像直方圖；圖4經均衡化處理之影像直方圖；圖5為圖像二值化分層圖。