專(zhuān)利名稱(chēng)：使用激光束將圖像在木制載體轉(zhuǎn)印的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種借助于激光束受控施加把圖像轉(zhuǎn)印在一木制載體上的 轉(zhuǎn)印裝置和方法。
背景技術(shù)：
在任何載體上，例如紙張、塑料、金屬或木材等，使用激光束進(jìn)行標(biāo) 記、切割或再現(xiàn)圖像在過(guò)去一段時(shí)間業(yè)已公知。對(duì)于作為待處理的載體的 任何材料可以制定最適合的激光束波長(zhǎng)，即對(duì)于這種載體材料的最適合激 光器類(lèi)型，以及使激光束能夠按要求切割和再現(xiàn)圖像的激光束的發(fā)射功率 和脈沖頻率。在本技術(shù)領(lǐng)域的科技文獻(xiàn)中提供了一些關(guān)于激光束的波長(zhǎng)、激光器的類(lèi)型(即活性材料的類(lèi)型、這種活性材料的抽運(yùn)類(lèi)型和相對(duì)的操作 條件)、發(fā)射功率和脈沖頻率以及作為由激光束待處理的載體的材料等之間 的關(guān)系及圖表。具體地說(shuō)，眾所周知，在木制的載體上，例如一鏡框或衣柜門(mén)，進(jìn)行圖像轉(zhuǎn)印，可使用氣態(tài)活性材料的激光器，如C02激光器，或固態(tài)活性材料的，如紅寶石或釹等離子晶體來(lái)進(jìn)行是較為有利。首先將一數(shù)字格式的圖像轉(zhuǎn)換為一套激光源操作指令，然后通過(guò)調(diào)制 由激光束基于所述操作指令發(fā)射的功率和脈沖頻率，將圖像轉(zhuǎn)印在木制載 體上。美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)US-A1-2005/0006357簡(jiǎn)述了通過(guò)一稱(chēng)之為"計(jì) 算機(jī)輔助激光系統(tǒng)"的系統(tǒng)由獲取或生成一數(shù)字圖像開(kāi)始，再把這圖像在 一木制載體轉(zhuǎn)印的方法的簡(jiǎn)化圖。在這一出版物中，既沒(méi)有提及可用于該圖像轉(zhuǎn)印的激光器類(lèi)型，亦沒(méi)有提及按照激光束的功率發(fā)射和脈沖頻率調(diào)節(jié)激光束以及相對(duì)于木制載體 移動(dòng)和聚焦激光束的操作模式，反之亦然。此外，美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)US-A1-2005/0006357亦沒(méi)有提及把再現(xiàn)木紋圖 像轉(zhuǎn)印在木制載體上。Taniguchi的美國(guó)專(zhuān)利US 4， 847， 184教導(dǎo)了如何使用一與最好以鍺 (或Cd-Te)為基的聲光(或電光)調(diào)制器接合的C(V激光源，該調(diào)制器位于激 光束源的下游，以致于在一最好經(jīng)加快碳化和/或脫色的介質(zhì)預(yù)先處理的木 制載體上調(diào)制激光束。更詳細(xì)地說(shuō)，美國(guó)專(zhuān)利US 4， 847， 184所述的方法提供了以下步驟 產(chǎn)生一幅或多幅灰度梯度的圖像，利用上述添加劑對(duì)木制載體作預(yù)處理， 產(chǎn)生一激光束并由在激光源以外的所述聲光或電光調(diào)制器對(duì)該激光束進(jìn)行 調(diào)制，然后依照之前生成的圖像的圖文信息把這激光束引導(dǎo)到木制載體 上。使用一種本身公知并在激光源以外的調(diào)制器會(huì)在調(diào)制激光束方面帶來(lái) 一些困難而且不可能采用高發(fā)射功率，因?yàn)檫@類(lèi)調(diào)制器(不論是以Ge-或 Cd-Te-為基的)必須在這類(lèi)裝置中使用。這意味美國(guó)專(zhuān)利US 4,847,184所述的裝置及其相應(yīng)的使用方法，既 不能保證在木制載體上高精度地再現(xiàn)圖像，也不能在載體上達(dá)到高的處理 速度和/或切割深度。此外，美國(guó)專(zhuān)利US 4,847,184亦沒(méi)有提供采用一激光束的傳輸系 統(tǒng)，例如使激光束能夠在木制載體上聚焦和移動(dòng)，其可追蹤激光束的復(fù)雜 三維外形，但美國(guó)專(zhuān)利US 4，847，184只提供一能使激光束在平的或多數(shù)為 圓柱形表面上移動(dòng)和聚焦的激光束傳輸系統(tǒng)。最后，Taniguchi的專(zhuān)利既沒(méi)有提及到能夠把木紋的圖像在木制載體 上轉(zhuǎn)印，亦沒(méi)有提及到轉(zhuǎn)印的圖像在表面以下深達(dá)零點(diǎn)幾毫米。因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種透過(guò)激光把圖像在一木制載體上 轉(zhuǎn)印而沒(méi)有上述缺點(diǎn)的裝置，故而能夠按要求高精度地使圖像在這木制載 體上再現(xiàn)，同時(shí)能達(dá)到高速處理和/或在載體內(nèi)大的圖象轉(zhuǎn)印深度。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種透過(guò)激光把圖像在一木制載體上轉(zhuǎn)印 的裝置及其操作方法，其使圖像在一有復(fù)雜三維形狀的載體上轉(zhuǎn)印，即不 僅可在平面上或三維軸對(duì)稱(chēng)表面上轉(zhuǎn)印，還可在諸如來(lái)復(fù)槍托(或柄)或槍 柄等非對(duì)稱(chēng)件上轉(zhuǎn)印。本發(fā)明的再一目的是提供一種透過(guò)激光束把圖像在一木制載體上轉(zhuǎn)印 的方法，該方法既易于實(shí)施，又可作非常有效地使用上述的裝置。本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種透過(guò)激光把再現(xiàn)木紋的圖像在木制載 體上轉(zhuǎn)印的方法，該方法可得到一外觀極其自然的成品。發(fā)明內(nèi)容上述這些及其它目的通過(guò)根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求1及其從屬權(quán)利要求所述 的透過(guò)激光把圖像在木制載體上轉(zhuǎn)印的裝置，以及根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求12及 其從屬權(quán)利要求所述的透過(guò)激光把圖像在木制載體上轉(zhuǎn)印的方法來(lái)達(dá)到 的。根據(jù)本發(fā)明的把圖像在木制載體轉(zhuǎn)印的裝置包括圖像獲取和/或生成 裝置、至少一激光束源、使激光束相對(duì)于木制載體旋轉(zhuǎn)和/或平移，或者反 之亦然的聚焦和移動(dòng)裝置、至少一激光束的發(fā)射的調(diào)節(jié)單元、至少一所述 聚焦和移動(dòng)裝置的控制單元以及把待轉(zhuǎn)印的圖像的信息轉(zhuǎn)換為所述調(diào)節(jié)激 光束的發(fā)射的調(diào)節(jié)單元和所述聚焦和移動(dòng)裝置的控制單元的指令的裝置。有利的是，所述激光束的調(diào)節(jié)單元通過(guò)直接改變活性材料的抽運(yùn)和/ 或通過(guò)改變一置于所述激光源的諧振腔中的調(diào)制器的操作來(lái)調(diào)制所述激光 束的發(fā)射。具體地說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的方面，當(dāng)激光束源的活性材料為 氣態(tài)(例如C0或C02)時(shí)，所述激光束的發(fā)射的調(diào)節(jié)單元能夠直接調(diào)節(jié)氣體 態(tài)活性材料的抽運(yùn)?；蛘?，當(dāng)激光束源的活性材料為固態(tài)時(shí)，這個(gè)調(diào)節(jié)單元能夠調(diào)節(jié)一直接置于激光源的諧振腔中的Q開(kāi)關(guān)調(diào)制器。通過(guò)活性材料的抽運(yùn)或一腔內(nèi)調(diào)制器的調(diào)制，本發(fā)明的裝置可在激光 束發(fā)射的強(qiáng)度方面作非常準(zhǔn)確的管理，以致于在木制載體上高精度地再現(xiàn)灰度梯度的圖像以及在木制載體上達(dá)到更高功率(高達(dá)1500 W及更多)的處理。此外，與現(xiàn)有的裝置相比，本發(fā)明通過(guò)直接控制抽運(yùn)或一腔內(nèi)調(diào)制器(較佳為使用優(yōu)選的射頻范圍的電磁場(chǎng)來(lái)激發(fā)C(V激光器時(shí))，可獲得明顯的 節(jié)能效果。再者，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的方面，所述使激光束相對(duì)于該木制載 體旋轉(zhuǎn)和/或平移的聚焦和移動(dòng)裝置屬于這樣一種類(lèi)型，其具有一帶有2或 3坐標(biāo)軸的掃描頭。因此，既可在調(diào)節(jié)焦距方面，達(dá)到高精度地聚焦，又可 在使該激光束(或更好的在該待處理的載體上的蹤跡或點(diǎn))相對(duì)于木制載體 的移動(dòng)方面，達(dá)到高精度地輸送，以致于本發(fā)明的裝置可使圖像轉(zhuǎn)印在有 三維或非對(duì)稱(chēng)形狀的載體上。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的方面，通過(guò)一裝置，其設(shè)有至少一激光束 源、使激光束相對(duì)于這木制載體的聚焦及移動(dòng)裝置以及至少一所述激光束 的發(fā)射的調(diào)節(jié)單元，使圖像轉(zhuǎn)印在一木制載體上的方法包括以下步驟 獲取和/或生成一待轉(zhuǎn)印的圖像； 把這圖像信息轉(zhuǎn)換為相對(duì)于所述載體調(diào)節(jié)激光束的發(fā)射、移動(dòng)和聚焦 的調(diào)節(jié)指令； 根據(jù)上述指令，對(duì)激光束的移動(dòng)和聚焦裝置及激光束的調(diào)節(jié)單元進(jìn)行 操作，以便在木制載體上再現(xiàn)圖像。本發(fā)明的方法還提供了調(diào)節(jié)單元，該調(diào)節(jié)單元通過(guò)直接調(diào)節(jié)活性材料 的抽運(yùn)和/或通過(guò)調(diào)節(jié)一置于該激光源的諧振腔中的調(diào)制器的操作來(lái)控制激 光束的發(fā)射。此外，根據(jù)本發(fā)明的方法的一具體的實(shí)施例，本方法的目的是把較好 為16-256灰度梯度的再現(xiàn)木紋的圖像轉(zhuǎn)印在木制載體上，以致于該再現(xiàn)的 木紋具有自然的外觀。對(duì)于這目的，按照本發(fā)明理想的做法，申請(qǐng)人識(shí)別了木制載體必須經(jīng) 受每表面單位的能量范圍在2.35 j/cm2-43. 7 j/cm2之間的能量，目的在 于在沒(méi)有使木制載體碳化或在木制載體上去除過(guò)多材料的情況下，使木材達(dá)零點(diǎn)幾毫米的厚度的顏色變黑。根據(jù)本發(fā)明的方法的另一方面，至少部分待轉(zhuǎn)印的圖像是通過(guò)隨機(jī)產(chǎn) 生而獲得并可轉(zhuǎn)印在手槍的木制部分上，例如手槍或卡賓槍的手柄、來(lái)復(fù) 槍槍托或前護(hù)木及其類(lèi)似。


以下將結(jié)合附圖通過(guò)非限定性的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的裝置的一具體實(shí)施 例和本裝置的操作方法的一獨(dú)特實(shí)施例作敘述，其中 -圖1是本發(fā)明的較佳裝置的功能圖；以及 -圖2是圖1中所示的裝置的操作方法的方框圖。具體實(shí)施方式

參照?qǐng)D1，這是本發(fā)明的一具體的實(shí)施例，本發(fā)明的把圖像在木制載 體10上轉(zhuǎn)印的裝置包括圖像I獲取和/或生成的裝置1、 2、 3、至少一 激光束L源5、將激光束L在木制載體10上聚焦和定向的裝置6、 8(反之 亦然，即使木制載體10相對(duì)于激光束L移動(dòng))、至少一激光束的發(fā)射的調(diào) 節(jié)單元4，其對(duì)激光束源5起作用以及至少一激光束的聚焦和定向(或移動(dòng)) 裝置6、 8的控制單元7、 9。應(yīng)該注意的是，本文中所用的用語(yǔ)"使激光束在載體上聚焦和定向 (或引導(dǎo)、或移動(dòng))的裝置"是指，這些裝置能通過(guò)聚焦和定位，例如透過(guò) 本領(lǐng)域公知的光纖或馬達(dá)驅(qū)動(dòng)鏡、或其它光學(xué)裝置或電光裝置，即該激光 束L在待處理的載體10上的圖形來(lái)限定光點(diǎn)的大小。如圖所示的裝置還包括將圖像I的圖形信息轉(zhuǎn)換為一組操作指令，其 既給予激光束L發(fā)射的調(diào)節(jié)單元4，也給予使激光束L在木制載體10上的 聚焦和移動(dòng)(或引導(dǎo))裝置6、 8的控制單元7、 9。在根據(jù)本文所述的發(fā)明裝置的具體實(shí)施例中，該圖像I獲取和/或生 成的裝置可包括一處理器1，其可選擇性地與一圖像獲取組件2(掃描器)連 接，還設(shè)有至少圖像I的管理軟件3。在這種情況下，圖像以數(shù)字格式由處理器1管理和儲(chǔ)存，例如位映像、光柵或直接矢量格式的圖像。正如以下 所看到那樣，這圖像I最好可經(jīng)這樣處理和儲(chǔ)存以致使所得的為黑白或者16-256灰度梯度的數(shù)字圖像。圖像I的管理軟件3可包括任何圖像編輯程序，其適合于諸如編輯任 何由掃描器2數(shù)字化的圖像，或可包括一即時(shí)形成圖像I的CAD系統(tǒng)，或 其還可以是任何適合以隨機(jī)或偽隨機(jī)的方式形成操作者所要求的任何圖像I 的程序。根據(jù)本發(fā)明的一較佳實(shí)施例，當(dāng)使用本文中所述的將再現(xiàn)木紋圖像I 在木制載體10上轉(zhuǎn)印的裝置時(shí)，軟件3將能夠由合適的像素開(kāi)始，以隨機(jī) 或偽隨機(jī)的方式產(chǎn)生木紋圖像，這些像素在設(shè)計(jì)階段業(yè)己在軟件3中設(shè)定 或者仍在使用軟件3之前編程。在根據(jù)本發(fā)明的裝置的圖中所示的實(shí)施例中，處理器1還可設(shè)有另一 軟件3，例如CAE-CAM類(lèi)型，以將獲取的圖像I的圖形信息轉(zhuǎn)換為裝置1 的操作指令。與CAM系統(tǒng)一樣，這些操作指令可為幾何型，用來(lái)控制激光束L在木 制載體10上的方向，以及可為功能型，用來(lái)將激光束L的強(qiáng)度、脈沖頻率 和聚焦調(diào)節(jié)，達(dá)到使圖像I有時(shí)帶有色調(diào)陰影在木制載體10上再現(xiàn)的目 的。在本文所述的具體裝置中，該處理器1在這種情況下還作為一將該圖 形信息轉(zhuǎn)換為本裝置的操作指令的CAE-CAM轉(zhuǎn)換裝置。在操作上，所述的 處理器與一激光源5的調(diào)節(jié)單元4連接、與一聚焦及轉(zhuǎn)移系統(tǒng)6的一控制 單元7連接，即使激光束L(或更好使其激光點(diǎn))相對(duì)于載體10作旋轉(zhuǎn)和/ 或平移以及與一工件夾持臺(tái)8的控制單元9連接，該控制單元設(shè)有一該臺(tái)8 和/或載體10的移動(dòng)機(jī)構(gòu)(圖中未示)。根據(jù)本發(fā)明，激光源5可是任何公知的類(lèi)型，但具體來(lái)說(shuō)，它可為具 有氣態(tài)活性材料的類(lèi)型，例如C02或C0，或具有固態(tài)材料的類(lèi)型，例如 釹、鐿或鉺摻雜的晶體，或有紫外線發(fā)射的激基復(fù)合物。應(yīng)該注意到，使 用射頻范圍在27 - 81 MHz的電磁場(chǎng)來(lái)抽運(yùn)的C02和C0激光源已證實(shí)既對(duì)激光束的波長(zhǎng)(約10微米)明顯有利，可達(dá)致最佳的木處理，又對(duì)可得到大范 圍的功率及輸出值也是有利。圖中所示的裝置的激光源5更有利地取決于一調(diào)節(jié)單元4，這類(lèi)單元 能夠直接調(diào)節(jié)抽運(yùn)活性材料，如使用氣態(tài)活性材料的話，和/或調(diào)節(jié)一調(diào)制器，如果裝有，則最好為Q開(kāi)關(guān)型且當(dāng)活性材料為固態(tài)時(shí)直接置于激光源5 的諧振腔中。調(diào)節(jié)單元4既可調(diào)節(jié)由激光束L發(fā)射的功率，又可調(diào)節(jié)隨木制載體 10的具體處理要求而變的激光束L的脈沖頻率。透過(guò)直接調(diào)節(jié)活性材料的抽運(yùn)或激光束L的腔內(nèi)調(diào)節(jié)，激光束L的發(fā) 射功率可被更有效地控制，以及與現(xiàn)有的裝置相比(主要當(dāng)使用優(yōu)選的 C02/C0激光器時(shí))，可獲得明顯的節(jié)能效果。再者，這個(gè)方案對(duì)發(fā)射功率不設(shè)過(guò)低的上限，其上限可高達(dá)1500W或更高。由此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在激光源5下游并不設(shè)有在諧振腔外 的調(diào)制器，但直接提供一將激光束L在木制載體10上聚焦和引導(dǎo)的裝置 6。這些裝置6最好為具有一帶2或3軸線的掃描頭的類(lèi)型，即這類(lèi)裝置 設(shè)有馬達(dá)驅(qū)動(dòng)鏡和激光L的引導(dǎo)鏡，這些在采用激光束的其它工業(yè)應(yīng)用中 業(yè)已公知。本發(fā)明的裝置使用帶2或3軸線的掃描頭是特別有利的，因?yàn)榫哂袕?fù) 雜三維表面的載體10可用保持高的處理速度(主要當(dāng)電流測(cè)定的電動(dòng)機(jī)用 于掃描頭時(shí))以及高精度地使激光束L(或其點(diǎn))在載體10上定位和聚焦的激 光束L處理。正如在本技術(shù)領(lǐng)域中所公知的那樣，激光束L的掃描頭6可由一適合 的控制單元7所控制，所述的控制單元能夠?qū)呙桀^6作操控使激光束L 準(zhǔn)確地在載體10上定向，以及對(duì)激光束L在載體10上的焦距作調(diào)節(jié)。如 圖1所示，在該具體的裝置中，控制單元7由處理器l作適當(dāng)?shù)乜刂啤８鶕?jù)本發(fā)明的另一方面，本裝置還可包括一工件夾持臺(tái)8，其設(shè)有一致動(dòng)裝置，例如以機(jī)械或射流方式，用于固定該木制載體10并由一控制單 元9以受控制方式操作，該控制單元9在操作上還與處理器1連接。工件夾持臺(tái)8可設(shè)有使載體10保持在其上的簡(jiǎn)單夾爪，或還可設(shè)有心軸、帶有 夾爪的卡盤(pán)(即臺(tái))和尾架座(或中央)以容許載體10的轉(zhuǎn)動(dòng)，該工件夾持臺(tái) 相對(duì)于掃描頭6作懸臂式保持。工件夾持臺(tái)8的致動(dòng)裝置，例如能使木制載體10相對(duì)于激光束L的 掃描頭6平移或旋轉(zhuǎn)，該致動(dòng)裝置由一常見(jiàn)的控制單元9所控制，該控制 單元9在本文所述的實(shí)施例中又由所述的處理器1控制。應(yīng)該注意到，雖然至此業(yè)已敘述了一使激光束L在載體10上聚焦和 引導(dǎo)的掃描頭6和一以機(jī)械或射流方式操作的工件夾持臺(tái)8，其它使激光束 L相對(duì)于載體10聚焦和/或移動(dòng)，反之亦然，使載體10相對(duì)于激光束L移 動(dòng)的適合裝置，例如在本技術(shù)領(lǐng)域公知的一繪圖儀系統(tǒng)或有多個(gè)掃描頭的 系統(tǒng)或組合系統(tǒng)，亦可在不脫離本專(zhuān)利申請(qǐng)的保護(hù)范圍的情況下使用。同樣，雖然業(yè)已敘述了使用一既能控制激光束L的源5，又能控制將 激光束L聚焦和引導(dǎo)所要求的不同的致動(dòng)裝置的中央處理器1，但本發(fā)明并 不局限在一個(gè)處理器的使用，其它任何適用于調(diào)節(jié)和控制該激光源5和致 動(dòng)裝置6、 8的任何裝置，例如也可在不脫離本專(zhuān)利申請(qǐng)的保護(hù)范圍的情況 下使用一個(gè)或多個(gè)PLCs。最后，本發(fā)明還可擴(kuò)展到一不僅設(shè)有一單個(gè)激光束L，而且還設(shè)有多 個(gè)激光束L的裝置，該激光束在木制載體10上以相伴或不相交的方式動(dòng) 作。本發(fā)明的上述的裝置可根據(jù)其中一透過(guò)激光束L把圖像轉(zhuǎn)印在木制載 體上的可實(shí)施的方法來(lái)進(jìn)行操作編程。透過(guò)一裝置，其設(shè)有一激光源5、使激光束L相對(duì)于木制載體10聚 焦和移動(dòng)的裝置6、 7、 8、 9以及至少一激光束L的發(fā)射的調(diào)節(jié)單元4，使 圖像I轉(zhuǎn)印在木制載體10上的方法一般依次提供以下步驟 獲取和/或生成一待轉(zhuǎn)印到載體10的圖像I; 將圖像I的信息轉(zhuǎn)換成使激光束相對(duì)于所述載體10的發(fā)射、移動(dòng)和12聚焦的調(diào)節(jié)指令； 根據(jù)上述指令對(duì)激光束的移動(dòng)和聚焦裝置6、 7、 8、 9以及對(duì)激光束 5的調(diào)節(jié)單元4進(jìn)行操作，以便使圖像再現(xiàn)在木制載體10上。 如上所述，本方法還提供了調(diào)節(jié)單元4可透過(guò)直接調(diào)節(jié)激光源5的活性材料的抽運(yùn)和/或透過(guò)調(diào)節(jié)一適合地置于激光源5的諧振腔中的調(diào)制器來(lái)控制激光束L的發(fā)射。更加詳細(xì)地參照上述附圖2的方框圖，本發(fā)明的方法的較佳實(shí)施例涉及使再現(xiàn)木紋圖像轉(zhuǎn)印在一木制載體上，例如構(gòu)成手槍的木制部分。根據(jù)本文中所述的本發(fā)明的方法的這一較佳的實(shí)施例并參照如圖1所示的裝置的配置，所述圖像獲取和/或生成的步驟可透過(guò)處理器1來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中一適合的集成軟件3能使用調(diào)節(jié)單元4以及使由激光源5發(fā)射的激光束的聚焦和引導(dǎo)裝置6、 7、 8、 9控制圖像I及激光源5的操作指令。在這種情況下，被獲取或被生成的圖像I最好為數(shù)字格式以及為黑白色或灰度梯度。應(yīng)該注意的是，如本文所述本發(fā)明的方法的較佳實(shí)施例中所提供的那 樣，由于激光束L在木制載體10上的直接操作的優(yōu)選方法，其對(duì)于有顏色 的圖像I作處理和儲(chǔ)存是沒(méi)用的，因?yàn)檫@些顏色并不能在載體10上再現(xiàn)。 然而，不可能排除可以諸如采用一些熱敏和色敏的物質(zhì)或其它本領(lǐng)域公知 的其它手段或采用本發(fā)明的方法把有顏色的圖像I轉(zhuǎn)印在木制載體10上的 可能性。執(zhí)行一適合的集成型軟件3(獲取-圖像的編輯(或CAD) - CAE-CAM )的處理器1的一典型操作周期可包括以下步驟a) 通過(guò)掃描儀2獲取一數(shù)字格式的圖像；b) 編輯圖像1(例如使用減少該數(shù)字信號(hào)中的噪音過(guò)濾器和/或?qū)D像轉(zhuǎn) 換成256灰度梯度等)；c) 以位映像或光柵的格式儲(chǔ)存圖像I;d) 把圖像I轉(zhuǎn)換為矢量的格式；e) 把待加工的木制載體的物理特性(幾何形狀、材料等)輸入和儲(chǔ)存；f) 讀取圖像I的矢量參數(shù)并根據(jù)所述載體10的物理特性將其轉(zhuǎn)換為 圖像I中再現(xiàn)的實(shí)體的輪廓的幾何形狀追蹤指令；有關(guān)于激光束L的 發(fā)射(發(fā)射功率和激光脈沖頻率)和使光束在載體上聚焦的功能指令， 以達(dá)到載體的預(yù)定層的最佳切割或蒸發(fā)或碳化以及最好能再現(xiàn)圖像I 的灰度梯度；g) 把幾何上及功能上這兩方面的指令傳送到相應(yīng)的激光源5的調(diào)節(jié)單元 4以及把激光束L聚焦和引導(dǎo)裝置的控制單元6、 9。 當(dāng)待轉(zhuǎn)印的圖像I在于再現(xiàn)一木紋，這種再現(xiàn)可透過(guò)該木紋的偽隨機(jī)產(chǎn)生而達(dá)到，例如借助于一軟件，由幾個(gè)預(yù)設(shè)的木紋像素開(kāi)始，能夠由產(chǎn) 生隨機(jī)幾何(例如碎形)提供木紋。在這種情況下，該軟件可直接產(chǎn)生一矢 量格式的圖像I，其適合被轉(zhuǎn)換為激光源5以及激光束L的聚焦和引導(dǎo)裝置 6、 7、 8、 9的技術(shù)指令。應(yīng)該注意的是，採(cǎi)用適當(dāng)?shù)卣{(diào)制的脈衝激光束(具有一給定頻率f)的 木加工過(guò)程可模式化如下，條件是由每表面單位的材料所吸收的能量以及 時(shí)間單位必須確定並保持為恆定。具體地說(shuō)，可注意到，當(dāng)激光的脈沖亦以恒定的方式分配在材料的表 面上時(shí)，所預(yù)期的效果為恒定，以下(近似的)方程式這樣表示其中E,=每一單個(gè)脈沖的能量P =激光源發(fā)射的平均功率，d =在材料上的激光點(diǎn)直徑，v =激光在材料上的線性速度，和S =激光點(diǎn)投入的表面面積(S = i:d74)。 要求獲取一給定效果的激光功率則為P ^V4," = ^v (2)因此，要求在載體10上得到一給定的恒定效果的激光束L的每次脈沖的平均功率與激光點(diǎn)的直徑d成反比并與脈沖能量E,及處理速度V成正 比。然而，應(yīng)該注意的是，為了在木制載體上得到一給定的效果，設(shè)定所 謂"多脈沖的空間疊加fs"是決定性的，其由以下方程序限定其中f =激光脈沖的重復(fù)頻率。fs =是一恒量，其可為獲得一指定的效果而設(shè)定。具體地說(shuō)，主要為避免不必要的材料被移除和/或防止不適當(dāng)?shù)財(cái)U(kuò)大 木的碳化，申請(qǐng)人已弄清，為了以黑白或灰度梯度將圖像I轉(zhuǎn)印在木制載 體10上，按照理想的做法，載體10必須經(jīng)受每表面單位的能量范圍在 2.35 j/cm2和43.7 j/cm2之間的能量，目的在于使木材表面以下深達(dá)零點(diǎn) 幾毫米的顏色變黑。由此，激光發(fā)射到木制載體10上每cm2的能量范圍將從0 j/cm2(對(duì) 于轉(zhuǎn)印圖像I的"白色"部分)到43， 7 j/cm2(對(duì)于轉(zhuǎn)印圖像I表面以下深 達(dá)零點(diǎn)幾毫米的"黑色"部分)，這取決于圖像I在木制載體10中的穿透 深度，待轉(zhuǎn)印圖像的灰度梯度(或黑色和白色部分)以及所用的木材。根據(jù)這些操作條件，可使在木制材料表層的水分子減少蒸發(fā)，從而使 載體10的材料的去除減少以及，如有的話，使載體10碳化減少。當(dāng)木紋 圖像I轉(zhuǎn)印在木制載體10上時(shí)，這些激光束L的操作條件能夠在被處理的 木制載體上獲得十分"自然"的效果。當(dāng)業(yè)已獲取或生成待再現(xiàn)的圖像I，以及業(yè)已使包含在圖像I中的圖 像信息業(yè)轉(zhuǎn)換為激光源5的調(diào)節(jié)單元4以及使激光在木制載體10上聚焦和 引導(dǎo)的裝置6、 7、 8、 9的操作指令之后，再基于以上的方程式和載體10 的空間構(gòu)象，根據(jù)本發(fā)明的方法的具體實(shí)施例提供了在設(shè)有一適合軟件3 的處理器l的控制下，激光源5的調(diào)節(jié)單元4，透過(guò)直接調(diào)節(jié)活性材料的抽 運(yùn)或透過(guò)調(diào)節(jié)一腔內(nèi)調(diào)制器，容許發(fā)射一有適合功率(或強(qiáng)度)和脈沖頻率 的激光束L，以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或矢量的方式由激光束對(duì)載體IO進(jìn)行處理。同時(shí)，處理器1必須控制最好由一掃描頭6及一工件夾持臺(tái)8組成的聚焦和引導(dǎo)裝置6、 8的控制單元7、 9，以致于使激光束L引導(dǎo)和聚焦，以 點(diǎn)到點(diǎn)或矢量的方式，在木制載體10上再現(xiàn)圖像I。由此，對(duì)于待再現(xiàn)圖像I的每個(gè)點(diǎn)或每一矢量，處理器1和調(diào)節(jié)單元 4以及控制單元7、 9都對(duì)激光束L的強(qiáng)度(或功率)、其脈沖頻率、激光束 L在載體10上的焦距(以把激光點(diǎn)限定在載體10的表面上)以及激光束L 的點(diǎn)(或蹤跡)在載體10上的，最好是在該點(diǎn)的3坐標(biāo)軸上的位置作出限 定。顯然易見(jiàn)，激光源5和裝置6、 7、 8、 9 一直運(yùn)作到圖像I業(yè)已完全 在木制載體IO上再現(xiàn)。最后，應(yīng)該注意的是，如有需要時(shí)，木制載體10可在被激光束L照 射之前，透過(guò)在本技術(shù)領(lǐng)域公知的適合添加劑(參見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利US 4， 847， 184)進(jìn)行處理，既可加快也可減慢該木制載體碳化或其表面漂白的 速度。
權(quán)利要求
1.一種把圖像(I)在一木制載體(10)上轉(zhuǎn)印的裝置，其包括a.圖像獲取和/或生成裝置(1、2、3)；b.至少一激光束源(5)；c.使激光束(L)相對(duì)于所述木制載體旋轉(zhuǎn)和/或平移，或者反之亦然，使木制載體相對(duì)于所述激光束L移動(dòng)的移動(dòng)裝置，以及使所述激光束相對(duì)于所述載體聚焦的裝置(6、8)；d.至少一所述激光束的發(fā)射的調(diào)節(jié)單元(4)；e.至少一所述移動(dòng)和聚焦裝置的控制單元(7、9)；和f.把所述圖像的信息轉(zhuǎn)換為所述至少一調(diào)節(jié)單元以及所述至少一控制單元的指令的裝置(1、3)；其特征在于所述至少一調(diào)節(jié)單元，通過(guò)直接改變活性材料的抽運(yùn)和/或通過(guò)改變一置于所述激光束源的諧振腔中的調(diào)制器的操作來(lái)調(diào)制所述激光束的發(fā)射。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述圖像為數(shù)字格式的，其特征在于所述數(shù)字格式的圖像獲取和/或生成裝置配置為獲取和儲(chǔ)存以黑 白和/或灰度梯度的位映像或光柵或矢量化圖像。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)和/或平移的聚焦和移動(dòng)裝置屬于這樣一種類(lèi)型，其具有一用于激光束傳輸?shù)膸в?或3坐標(biāo)軸的掃描頭。
4. 如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述圖像獲取禾口/或生成裝置包括至少一處理器和一圖像處理軟件。
5. 如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于所述的裝置包括至少一可隨機(jī)產(chǎn)生木紋圖像的軟件。
6. 如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述圖像獲取和/或生成裝置和所述把所述一圖像的信息轉(zhuǎn)換為所述調(diào)節(jié)單元和所述控制單元的指令的裝置，以及所述至少一調(diào)節(jié)單元和所述至少一控制單元均包括至少一設(shè)有一 CAD禾口/或CAE禾口/或CAM軟件系統(tǒng)的處 理器。
7. 如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述至少一激 光束源的活性材料選自氣態(tài)材料、固態(tài)材料或具有紫外線發(fā)射的激基 復(fù)合物。
8. 如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于由所述至少一激光源所發(fā)射的激光束的功率范圍由1 W到1500 W。
9. 如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述至少一激光源發(fā)射一波長(zhǎng)范圍由O. 1到20微米的激光束。
10. 如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述激光束源的活性材料為氣態(tài)的材料，以及所述激光束發(fā)射的至少一調(diào)節(jié) 單元包括一射頻抽運(yùn)源的激發(fā)的直接改變裝置。
11. 如上述權(quán)利要求1至9中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述激光束源的活性材料為一固態(tài)材料，以及所述激光束發(fā)射的至少一調(diào)節(jié)單元包括一置于諧振腔中的Q開(kāi)關(guān)調(diào)制器。
12. —種通過(guò)一設(shè)有至少一激光束源、使激光束相對(duì)于木制載體的聚焦和移動(dòng)裝置以及至少一激光束的發(fā)射的調(diào)節(jié)單元，把圖像在木制載體轉(zhuǎn)印的方法，所述方法包括以下步驟a. 獲取和/或生成一待轉(zhuǎn)印的圖像；b. 把這圖像信息轉(zhuǎn)換為相對(duì)于所述載體調(diào)節(jié)激光束的發(fā)射、移動(dòng)和聚焦的調(diào)節(jié)指令； C.根據(jù)所述指令，對(duì)所述移動(dòng)和聚焦裝置以及所述至少一調(diào)節(jié)單元進(jìn)行操作，以在所述木制載體上再現(xiàn)所述圖像； 其特征在于所述至少一調(diào)節(jié)單元通過(guò)直接改變活性材料的抽運(yùn)和/ 或通過(guò)改變一置于所述至少一激光源的諧振腔中的調(diào)制器的操作來(lái)調(diào) 節(jié)激光束的發(fā)射。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述獲取和/或生成的圖像為一數(shù)字格式的圖像。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于所述圖像為位映 像、光柵或矢量的格式。
15. 如權(quán)利要求13或14所述的方法，其特征在于所述獲取和/ 或生成的圖像以黑白色或灰度梯度。
16. 如上述權(quán)利要求12至15中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述圖像為一木紋圖像。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于所述木紋圖像通過(guò) 隨機(jī)產(chǎn)生而獲得。
18. 如上述權(quán)利要求12至17中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述木制載體選自手槍或卡賓槍的手柄、來(lái)復(fù)槍槍托和/或前護(hù)木。
19. 如上述權(quán)利要求12至18中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于相對(duì)于所述載體對(duì)所述激光束的發(fā)射、移動(dòng)和聚焦的調(diào)節(jié)指令使所述激光束能夠穿透厚度范圍由0. 1到1毫米的所述木制載體。
20. 如上述權(quán)利要求12至19中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于相對(duì)于所述載體對(duì)所述激光束的發(fā)射、移動(dòng)和聚焦的調(diào)節(jié)指令能發(fā)射這樣一激光束以致照射的載體表面的每表面單位的能量范圍由oj/W到43. 7 j/cra2。
21. 如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于使所述載體通過(guò)所 述激光束以每表面單位的能量范圍由2.35 j/cm2到43.7 j/cm2進(jìn)行 局部照射，為了使經(jīng)受所述局部照射的載體表面部分變黑。
22. 如上述權(quán)利要求12至21中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在 于所述木制載體，在操作所述移動(dòng)和聚焦裝置，以及根據(jù)使所述圖 像在所述木制載體上再現(xiàn)的指令操作所述至少一調(diào)節(jié)單元之前，通過(guò) 使其碳化和脫色的過(guò)程加快的添加劑作處理。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種把圖像(I)在一木制載體(10)上轉(zhuǎn)印的裝置，其包括a)圖像獲取和/或生成裝置(1、2、3)；b)至少一激光束源(5)；c)使激光束(L)相對(duì)于所述木制載體旋轉(zhuǎn)和/或平移，或者反之亦然的移動(dòng)裝置，以及使所述激光束相對(duì)于所述載體聚焦的裝置(6、8)；d)至少一所述激光束的發(fā)射的調(diào)節(jié)單元(4)；e)至少一所述移動(dòng)和聚焦裝置的控制單元(7、9)；和f)把待轉(zhuǎn)印的圖像信息轉(zhuǎn)換為調(diào)節(jié)單元和控制單元的指令的裝置(1、3)。該調(diào)節(jié)單元通過(guò)直接改變活性材料的抽運(yùn)和/或通過(guò)改變一置于所述激光束源的諧振腔中的調(diào)制器的操作來(lái)調(diào)制所述激光束的發(fā)射。
文檔編號(hào)B41M5/24GK101247961SQ200680030896
公開(kāi)日2008年8月20日 申請(qǐng)日期2006年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月27日
發(fā)明者埃托雷·科利科, 皮耶蘭杰利·法奇尼 申請(qǐng)人:埃托雷·科利科;皮耶蘭杰利·法奇尼