專利名稱：龍門寬幅高速三維立體激光內(nèi)雕機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光加工設(shè)備，具體涉及一種三維立體激光內(nèi)雕機。
背景技術(shù)：
激光內(nèi)雕機是集光、機、電一體化的激光加工設(shè)備，是將激 光技術(shù)和計算機技術(shù)結(jié)合起來合理運用的高科技產(chǎn)品。它能在水 晶、玻璃內(nèi)部雕刻出圖形、圖像、文字各式各樣的工藝禮品，但 現(xiàn)在隨著人們生活水平的提高和對個性化的追求，更希望水晶玻 璃內(nèi)雕產(chǎn)品能在大幅面人像照片、家庭、飯店及酒店裝飾裝修中 得以運用。
但目前市場上使用的激光內(nèi)雕機都只能用于小幅面或準(zhǔn)大 幅面水晶和玻璃的雕刻。
使用的準(zhǔn)大幅面激光內(nèi)雕機一般都采用疊加式二維或三維運
動平臺加二維掃描纟展4竟機構(gòu)的方式，無法完成真正意義上的寬幅 水晶和玻璃的內(nèi)雕。參見第ZL 200520094982.1號中國專利。
現(xiàn)在市場上運動行程稍大的激光雕刻機，其X、 Y運動系統(tǒng) 通常采用電機驅(qū)動齒形同步帶和驅(qū)動軸形式，它的缺點是，所搭 建的龍門跨度不能過大，且傳動精度低、載荷輕，長時間運行同 步帶容易產(chǎn)生拉伸變形，而影響重復(fù)定位精度，在大跨度的情況
下，很容易產(chǎn)生龍門運動不同步的情況，完全不能滿足寬幅激光 內(nèi)雕機要求龍門大跨度和大直線行程的重復(fù)定位精度要求。
而現(xiàn)在的一般激光內(nèi)雕機在工件不動的情況下大都采用激光 器不動的布置方式，這樣會造成激光光路過長，并需要光路方向 作多次改變，這樣光路傳輸準(zhǔn)確性容易受到影響，光方向的改變 由于需要增加多個反射鏡才能完成，所以也容易造成光能損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能實現(xiàn)大幅面，高精度穩(wěn)定內(nèi)雕 刻的龍門寬幅高速三維立體激光內(nèi)雕機，以解決上述問題。本發(fā)明的技術(shù)方案為龍門寬幅高速三維立體激光內(nèi)雕機， 它包括機體支架，機體支架內(nèi)設(shè)的激光器冷卻裝置，機體支架上 設(shè)工作臺面，工作臺面的機體支架兩側(cè)設(shè)有兩個Y軸運動支撐軌 道及Y軸驅(qū)動傳動裝置，兩個Y軸運動支撐軌道之間連接可沿Y 軸運動支撐軌道運動的X軸運動支撐軌道及X軸驅(qū)動傳動裝置， X軸運動支撐軌道上連接運動平臺，兩個Y軸運動支撐軌道內(nèi)各 設(shè)置傳動裝置，傳動裝置的輸入端與同步運行的伺服電機連接， 運動平臺上連接Z軸運動軌道及Z軸運動驅(qū)動傳動裝置，Z軸運 動軌道連接二維掃描振鏡雕刻頭支撐平臺，二維掃描振鏡雕刻頭 支撐平臺上連接二維掃描振鏡雕刻頭及光路，運動平臺上還設(shè)激 光器及光路。
所述Y軸運動支撐軌道設(shè)在間隔設(shè)置的Y軸運動支撐軌道水 平微調(diào)裝置上。
所述二維掃描振鏡雕刻頭支撐平臺上設(shè)置二維掃描振鏡雕刻 頭連接支撐板，連接支撐板連接微調(diào)機構(gòu)。
本發(fā)明的優(yōu)點是釆用大跨度動龍門結(jié)構(gòu)，X、 Y軸行程長， 縱向采用雙導(dǎo)軌雙絲杠布局，結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定，剛性好，承載能力 大，能適合各類寬幅面玻璃的加工；龍門移動采用雙驅(qū)動裝置， 杜絕了大跨度龍門在運動時容易產(chǎn)生的不同步現(xiàn)象；X、 Y、 Z三 軸采用C3級滾珠絲杠和進口自潤式導(dǎo)軌及軸承，使在大行程的情 況下，重復(fù)定位精度可達到10 jam以下，并采用伺服電機和絲杠 均直接驅(qū)動，使之噪音小，無傳動損耗；Y軸大行程直線運動單 元是通過多個定位微調(diào)機構(gòu)再安裝在床式平臺上，這樣減少了對 平臺的加工精度要求，安裝時可對高度、平行度、平面度等進行 微調(diào)；半導(dǎo)體泵浦激光器和光路組件采用和X軸水平滑鞍一起運 動的結(jié)構(gòu)，使之大大的縮短了激光光路，減少了光路上的裝置， 確保了光路傳輸準(zhǔn)確性和光能的損失。本發(fā)明的龍門寬幅高速三 維立體激光內(nèi)雕機，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，在高速二維掃描振鏡和X、 Y、 Z三維運動系統(tǒng)聯(lián)合運動下可以實現(xiàn)高速內(nèi)雕，平均每分鐘 可在水晶、玻璃內(nèi)部雕刻10-15萬點左右，真正做到了對寬幅面 水晶、玻璃的高速內(nèi)雕加工，如1500X1000mm,能在玻璃裝飾行 業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。


圖1龍門寬幅高速三維立體激光內(nèi)雕機Y方向外形示意圖。
5圖2龍門寬幅高速三維立體激光內(nèi)雕機X方向外形示意圖。
圖3 X軸運動支撐軌道上連接運動平臺結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4 圖3中B方向示意圖。
圖5 圖4中C方向示意圖。
圖6 圖3中D方向示意圖。
圖7 Y軸運動支撐軌道水平微調(diào)裝置示意圖。
圖8 X軸運動支撐軌道及X軸驅(qū)動傳動裝置示意圖I 。
圖9 X軸運動支撐軌道及X軸驅(qū)動傳動裝置圖II 。
圖IOY軸運動支撐軌道及Y軸驅(qū)動傳動裝置示意圖I 。
圖11 Y軸運動支撐軌道及Y軸驅(qū)動傳動裝置示意圖II。
圖12本發(fā)明的激光器及光路的原理示意圖I 。
圖13本發(fā)明的激光器及光路的原理示意圖I1。
圖14本發(fā)明的控制系統(tǒng)方框圖。
圖15發(fā)明的控制軟件流程圖。
具體實施例方式
如圖l所示，龍門寬幅高速三維立體激光內(nèi)雕機包括機體支 架1內(nèi)設(shè)的激光器冷卻裝置25,機體支架1上設(shè)工作臺面安裝T 型工作面2，工作臺面的才幾體支架兩側(cè)設(shè)有兩個Y軸運動支撐軌 道及Y軸驅(qū)動傳動裝置5, Y軸運動支撐軌道設(shè)在間隔設(shè)置的Y 軸運動支撐軌道水平微調(diào)裝置上3(圖2中)；兩個Y軸運動支撐 軌道及Y軸驅(qū)動傳動裝置5上連接大跨度龍門支架6,兩個大跨 度龍門支架6之間連接可沿Y軸運動支撐軌道運動的X軸運動支 撐軌道及X軸驅(qū)動傳動裝置7, X軸運動支撐軌道及X軸驅(qū)動 傳動裝置7上連接運動平臺12，運動平臺12上連接Z軸運動軌 道及Z軸運動驅(qū)動傳動裝置15， Z軸運動驅(qū)動傳動裝置15的輸 入端連接伺服電機16 (圖3所示)，Z軸運動軌道及Z軸運動驅(qū) 動傳動裝置15設(shè)在L形防塵保護罩20內(nèi)。
如圖2、 3所示，運動平臺12上設(shè)激光器14及其光路，Z軸 運動軌道連接二維掃描振鏡雕刻頭支撐平臺17, 二維掃描振鏡雕 刻頭支撐平臺17上設(shè)置二維掃描振鏡雕刻頭18。
Y軸運動支撐軌道及Y軸驅(qū)動傳動裝置5中的傳動裝置的輸 入端與同步運行的伺力i電機4。 X軸運動支撐軌道及X軸驅(qū)動傳 動裝置7中的傳動裝置的輸入端與伺服電機11。
運動平臺12上連接Y軸拖鏈支撐架IO和X軸拖鏈支架10-1，Y軸拖鏈支撐架10與Y軸拖鏈9連接；X軸拖鏈支架10-1與X 軸拖鏈8連接(圖3、 4所示)。
Y軸運動支撐軌道及Y軸驅(qū)動傳動裝置5如圖10、 ll所示， 它包括包括殼體5.1,殼體5.1 —端連接伺服電機4,伺服電機4 的輸出軸連接絲桿5.2,本實施例中伺服電機4的輸出軸通過連 軸器5.3與絲桿5.2連接；絲桿5.2上連接螺母5.4,螺母5.4與 滑鞍5.5和滑塊5.6連接，滑塊5.6連接在滑軌5.7上?；?.5 與大跨度龍門支架6連接。左右兩個Y軸運動支撐軌道及Y軸驅(qū) 動傳動裝置5的結(jié)構(gòu)相同。
如圖2、 7所示，Y軸運動支撐軌道及Y軸驅(qū)動傳動裝置5 設(shè)在間隔設(shè)置的Y軸運動支撐軌道水平微調(diào)裝置3上。水平微調(diào) 裝置3包括下定位塊3.1和上定位塊3.2,下定位塊3.1和上定位 塊3.2之間連接上定位塊高度調(diào)整螺紋副3.3,上定位塊3.2上鎖 緊螺釘3.4,和直線單元鎖緊螺栓3.5。上定位塊3.2開設(shè)用于支 撐Y軸運動支撐軌道的凹槽3.6。 Y軸運動支撐軌道及Y軸驅(qū)動 傳動裝置5設(shè)在凹槽3.6內(nèi)。
運動平臺12上還設(shè)有防光射眼安全板12-1。如圖5所示。 X軸運動支撐軌道及X軸驅(qū)動傳動裝置7如圖9、 IO所示， 它包括殼體7.1,殼體7.1 —端連接伺服電機11，伺服電機ll的 輸出軸連接絲桿7.2，本實施例中伺服電機11與絲桿7.2之間通 過連軸器7.7連接，絲桿7.2上連接螺母7.3,螺母7.3與滑鞍7.4 連接，滑鞍7.4下兩側(cè)分別設(shè)滑軌7.5,滑軌7.5上分別連接滑塊 7.6?；?.4與運動平臺12連接。
Z軸運動軌道及Z軸運動驅(qū)動傳動裝置15的結(jié)構(gòu)與X軸運 動支撐軌道及X軸驅(qū)動傳動裝置7的結(jié)構(gòu)相同，不再此累述。Z 軸運動軌道及Z軸運動驅(qū)動傳動裝置15設(shè)在懸掛框式結(jié)構(gòu)連接 板19上，連接板19設(shè)在X軸運動支撐軌道及X軸驅(qū)動傳動裝置 7的側(cè)面。
如圖3、 6所示，二維掃描振鏡雕刻頭18支撐平臺17上設(shè)置 二維掃描振鏡雕刻頭連接支撐板18.2,連接支撐板連接微調(diào)機構(gòu)。 微調(diào)機構(gòu)包括與支撐板連接調(diào)節(jié)板18.1，調(diào)節(jié)板18.1上設(shè)置第一 方向的調(diào)節(jié)螺釘18.3，第一方向的調(diào)節(jié)螺釘18.3為上下兩組；調(diào) 節(jié)板18.1連接支撐板18.2上設(shè)置第二方向的調(diào)節(jié)螺釘18.4。第 二方向的調(diào)節(jié)螺確丁 18.4為上下兩組。通過上述孩i調(diào)機構(gòu)可以保證
7二維掃描振鏡雕刻頭18姿態(tài)的準(zhǔn)確。
本實施例中激光光路如圖12、 13所示，龍門寬幅高速三維立 體激光內(nèi)雕機的光路系統(tǒng)由 一體化半導(dǎo)體泵浦的倍頻激光器14、 光路組件13和二維掃描振鏡機構(gòu)18組成。 一體化半導(dǎo)體泵浦的 倍頻激光器14包括半導(dǎo)體激光器14-1，耦合透鏡組14-2，全反 鏡14-3，聲光調(diào)Q晶體14-4， 45度全反鏡14-5, YAG棒14-6， 中間鏡14-7,倍頻晶體14-8和輸出鏡14-9組成。其中全反鏡14-3， 45度全反鏡14-5,輸出鏡14-9組成折迭式諧振腔。半導(dǎo)體激光 的泵浦方式為端面泵浦方式，有利于激光束的改善。半導(dǎo)體泵浦 激光器14輸出532nm聲光調(diào)Q倍頻激光，頻率在1 10KHz之間， 脈寬在10~30ns左右。綠激光光束經(jīng)過擴束鏡13-1,兩個45度 全反鏡13后，再射入二維掃描振鏡(高精度伺服電機帶動反射鏡 在X，、 Y，方向做高速擺動)，掃描振鏡在工業(yè)計算機的控制下兩 反射鏡延著X，、 Y，方向高速擺動，并通過F-6聚焦鏡18-2后， 使激光束在平面X、 Y兩維方向上進行掃描，并在焦點處產(chǎn)生一 個高功率的激光脈沖，使水晶、玻璃內(nèi)部形成一炸裂微點而形成雕刻。
圖14所示，控制系統(tǒng)由工業(yè)PC機，DSP運動控制卡，輸入 輸出接口板，伺服驅(qū)動系統(tǒng)，振鏡系統(tǒng)等組成。其中Y軸通過雙 軸驅(qū)動的同步匹配和伺服電機控制技術(shù)，D S P運動控制卡實現(xiàn)三 維運動和激光振鏡運動三軸聯(lián)動五軸控制。該系統(tǒng)是采用PCI總 線形式，基于高性能的DSP處理器+EPGA的架構(gòu)，能實現(xiàn)對振 鏡掃描頭、激光、多軸進行實時同步、高速高精度控制。
圖15所示，對于激光內(nèi)雕機軟件一般由點云形成軟件和設(shè)備 控制軟件兩部分組成。先按矩陣的方式把它分成許多塊，利用振 鏡掃描的方式雕刻速度比較快的優(yōu)點雕刻每一小塊，再利用三維 運動平臺的方式把每一小塊拼接起來而形成一個尺寸比較大的圖 形。對于每一個需雕刻的圖形，通過點云形成軟件形成激光內(nèi)雕 機能識別的文件格式，點云形成軟件的輸入文件只能是氣dxf文件 格式，其它的文件需要通過其它軟件進行轉(zhuǎn)換。通過設(shè)備控制軟 件，把點云形成軟件生成的點云文件讓激光內(nèi)雕機雕刻出來。
龍門寬幅高速三維立體激光內(nèi)雕機的工作原理是計算機軟件 通過DSP運動控制卡控制伺服驅(qū)動三維運動系統(tǒng)、二維掃描振鏡 系統(tǒng)和激光系統(tǒng)。每一次發(fā)出激光就可以在水晶或玻璃內(nèi)產(chǎn)生一個炸裂微點。通過控制二維掃描振鏡系統(tǒng)可以在小范圍內(nèi)產(chǎn)生有 序的圖案。通過伺服驅(qū)動三維運動系統(tǒng)把小范圍有序的圖案組合 成大范圍有序的三維立體的圖像。
權(quán)利要求
1、一種龍門寬幅高速三維立體激光內(nèi)雕機，它包括機體支架，機體支架內(nèi)設(shè)的激光器冷卻裝置，機體支架上設(shè)工作臺面，工作臺面的機體支架兩側(cè)設(shè)有兩個Y軸運動支撐軌道及Y軸驅(qū)動傳動裝置，兩個Y軸運動支撐軌道之間連接可沿Y軸運動支撐軌道運動的X軸運動支撐軌道及X軸驅(qū)動傳動裝置，X軸運動支撐軌道上連接運動平臺，其特征在于兩個Y軸運動支撐軌道內(nèi)各設(shè)置傳動裝置，傳動裝置的輸入端與同步運行的伺服電機連接，運動平臺上連接Z軸運動軌道及Z軸運動驅(qū)動傳動裝置，Z軸運動軌道連接二維掃描振鏡雕刻頭支撐平臺，二維掃描振鏡雕刻頭支撐平臺上連接二維掃描振鏡雕刻頭及光路，運動平臺上還設(shè)激光器及光路。
2、 如權(quán)利要求1所述龍門寬幅高速三維立體激光內(nèi)雕機，其 特征在于Y軸運動支撐軌道及Y軸驅(qū)動傳動裝置設(shè)在間隔設(shè)置的 Y軸運動支撐軌道水平微調(diào)裝置上。
3、 如權(quán)利要求2所述龍門寬幅高速三維立體激光內(nèi)雕機，其 特征在于Y軸運動支撐軌道水平微調(diào)裝置包括下定位塊和上定位 塊，下定位塊和上定位塊之間連接上定位塊高度調(diào)整螺紋副，上 定位塊上鎖緊螺釘，和直線單元鎖緊螺栓。
4、 如權(quán)利要求3所述龍門寬幅高速三維立體激光內(nèi)雕機，其 特征在于上定位塊開設(shè)用于支撐Y軸運動支撐軌道的凹槽。
5、 如權(quán)利要求1所述龍門寬幅高速三維立體激光內(nèi)雕機，其 特征在于X軸運動支撐軌道及X軸驅(qū)動傳動裝置包括殼體，殼體 一端連接伺服電機，伺服電機的輸出軸連接絲桿，絲桿上連接螺 母，螺母與滑鞍連接，滑鞍下兩側(cè)分別設(shè)滑軌，滑軌上分別連接 滑塊。
6、 如權(quán)利要求1所述龍門寬幅高速三維立體激光內(nèi)雕機，其 特征在于二維掃描振鏡雕刻頭支撐平臺上設(shè)置二維掃描振鏡雕刻 頭連接支撐板，連接支撐板連接微調(diào)機構(gòu)。
7、 如權(quán)利要求6所述龍門寬幅高速三維立體激光內(nèi)雕機，其 特征在于微調(diào)機構(gòu)包括與支撐板連接調(diào)節(jié)板，調(diào)節(jié)板上設(shè)置第一 方向的調(diào)節(jié)螺釘；微調(diào)機構(gòu)還包括連接支撐板上設(shè)置第二方向的 調(diào)節(jié)螺釘。
8、如權(quán)利要求1所述龍門寬幅高速三維立體激光內(nèi)雕機，其特征在于Y軸運動支撐軌道及Y軸驅(qū)動傳動裝置包括殼體，殼體 一端連接伺服電機，伺服電機的輸出軸連接絲桿，絲桿上連接螺 母，螺母與滑鞍和滑塊連接，滑塊連接在滑軌上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種龍門寬幅高速三維立體激光內(nèi)雕機，它包括機體支架，機體支架內(nèi)設(shè)的激光器冷卻裝置，機體支架上設(shè)工作臺面，工作臺面的機體支架兩側(cè)設(shè)有兩個Y軸運動支撐軌道及Y軸驅(qū)動傳動裝置，兩個Y軸運動支撐軌道之間連接可沿Y軸運動支撐軌道運動的X軸運動支撐軌道及X軸驅(qū)動傳動裝置，X軸運動支撐軌道上連接運動平臺，兩個Y軸運動支撐軌道內(nèi)各設(shè)置傳動裝置，傳動裝置的輸入端與同步運行的伺服電機連接，運動平臺上連接Z軸運動軌道及Z軸運動驅(qū)動傳動裝置，運動平臺上還設(shè)激光器及光路。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單緊湊，能實現(xiàn)大幅面高速內(nèi)雕，如1500×1000mm，能在玻璃裝飾行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。
文檔編號B44B1/00GK101549609SQ20091006179
公開日2009年10月7日 申請日期2009年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日
發(fā)明者柯西軍 申請人:柯西軍