專利名稱：一種3d紋路光纖激光雕刻機及雕刻方法
技術領域：
本發(fā)明涉及激光雕刻技術領域，特別涉及一種3D紋路光纖激光雕刻機及雕刻方法。
背景技術：
為了使人造革或者其他加工物表面上形成各種各樣的花紋圖案或者仿動物及植物的3D紋路，首先需將圖形花紋或真皮紋路刻在壓輥上。
目前制造3D紋路之壓輥，例如真皮紋路壓于皮革上的壓輥，采用電鑄鎳做輥法， 即在真皮紋路上電鑄返模，然后把電鑄的鎳板包覆在壓輥輥體表面，該方法雖然能達到3D 紋路99%的仿真度，但鎳板屬貴金屬，使得產(chǎn)品制作成本高，且采用此方法得到的壓輥輥體表面上會有接縫，此種制作方式也不環(huán)保，制成的壓輥表面硬度不夠，易造成壓輥使用壽命短的缺點。
近年來，在皮革、紡織印刷業(yè)出現(xiàn)了較為先進的金鋼石刀雕刻技術，該技術通過使用電腦圖形處理系統(tǒng)，將生成的各種不同的圖形通過控制系統(tǒng)控制金鋼石刻刀在輥上雕刻圖案或真皮紋路而制成壓輥，但是這種金鋼石刀雕刻技術僅能對一些質地較軟的工作輥進行雕刻，且雕刻的精度不高，不能雕刻出具有立體效果的3D立體紋路。
中國專利號為CN1299723公開了一種激光雕刻版輥雕刻系統(tǒng)及雕刻方法，包括激光版輥的雕刻裝置、用于觀察和記錄的CCD攝像頭、計算機控制部分和用于激光器的循環(huán)水冷和輔助氣體裝置，該激光雕刻系統(tǒng)采用非接觸式加工，不會對待刻壓輥輥面造成機械擠壓或機械應力，雕刻好的成品沒刀痕，也不傷害加工件表面，輥面紋路不出現(xiàn)接縫，但是其激光雕刻系統(tǒng)采用YAG固體激光器，YAG固體激光光束的聚焦點直徑較大，大約0. Imm左右，雕刻出的圖像或紋路仿真度不高，光的損耗率較大，且現(xiàn)有的YAG固體激光雕刻機只能進行平面圖形的雕刻加工，不能雕刻出仿真度高、立體感強的3D紋路。發(fā)明內容
針對上述問題，本發(fā)明提出一種結構合理、制作成本低、加工精度高、雕刻出的壓輥輥體表面不會有接縫、且結合相應的雕刻方法能精確的在待刻物表面雕刻出立體紋路的 3D紋路光纖激光雕刻機。
為解決此技術問題，本發(fā)明采取以下方案一種3D紋路光纖激光雕刻機，包括一用于支撐待刻壓輥并使待刻壓輥沿其軸向中心線轉動的支撐轉動機構、激光雕刻裝置及3D 紋路雕刻控制系統(tǒng)，還包括伺服直線電機，所述激光雕刻裝置包括光纖激光發(fā)生器、光路傳導系統(tǒng)及激光聚焦鏡頭，所述光纖發(fā)生器的輸入端連接3D紋路雕刻控制系統(tǒng)，輸出端通過光路傳導系統(tǒng)與激光聚焦鏡頭輸入端相連，所述伺服直線電機包括直線導軌、設于直線導軌上可沿直線導軌長度方向滑移的負載平臺，所述直線導軌設于支撐轉動機構上所述待刻壓輥的一側，所述負載平臺上垂直架設有橫梁，所述橫梁上設有導軌，所述激光雕刻裝置的激光聚焦鏡頭通過進給步進電機可滑動的設于橫梁的導軌上，所述進給步進電機、伺服3直線電機分別與3D紋路雕刻控制系統(tǒng)電連接。
進一步改進的是所述激光聚焦鏡頭靠近待刻壓輥的下方設有廢粉吸收管，所述廢粉吸收管的出粉口連接高壓葉片吸氣泵的進氣口。
進一步改進的是所述伺服直線電機的直線導軌上還設有光纖尺。
一種3D紋路雕刻方法，包括在壓輥上雕刻出3D紋路的步驟，1)、用3D紋路掃描儀對要?？痰脑y樣進行掃描，讀取原紋樣的3D紋路數(shù)據(jù)，即原紋樣與物件表面精確的深度距離Z，橫向位置數(shù)據(jù)X及縱向位置數(shù)據(jù)Y的三點坐標數(shù)據(jù)，從而得到具有不同深淺度的3D紋路；2)、將計算機讀取的具有不同深淺度的3D紋路數(shù)據(jù)通過計算機程序轉換成3D紋路雕刻控制系統(tǒng)能夠識別的且分辨率為2540DPI精度的3D紋路灰度圖像，接著將此圖像導入主機的3D紋路雕刻控制系統(tǒng)，并處理成可加工的電信號；3)、將表面符合加工要求的待刻壓輥水平夾持在支撐轉動機構上，同時將支撐轉動機構的運動參數(shù)、待刻壓輥的加工參數(shù)及激光雕刻裝置的輸出參數(shù)分別輸入至3D紋路雕刻控制系統(tǒng)，并處理成可加工的電信號；4)、啟動3D紋路雕刻控制系統(tǒng)驅動伺服電機帶動支撐轉動機構上的待刻壓輥做水平軸向旋轉；5)、當待刻壓輥做軸向旋轉時，3D紋路雕刻控制系統(tǒng)控制光纖激光發(fā)生器自動復位至系統(tǒng)設定之對焦位置及系統(tǒng)設定之起點雕刻位置；6)、光纖激光器復位后，3D紋路雕刻控制系統(tǒng)根據(jù)生成的加工電信號控制光纖激光發(fā)生器發(fā)出光纖激光束經(jīng)激光聚焦鏡頭聚焦后至待刻壓輥表面，并通過控制伺服直線電機負載平臺的軸向移動來移動光纖激光束沿壓輥表面進行首層紋路的雕刻，首層紋路雕刻完后，系統(tǒng)自動控制光纖激光發(fā)生器復位至起點雕刻位置，然后再根據(jù)生成的加工電信號自動調整光纖激光發(fā)生器進行下一層紋路雕刻的對焦位置，調整對焦位置后，控制光纖激光發(fā)生器發(fā)出光纖激光束進行壓輥下一層紋路的雕刻，以此類推，層層遞進，系統(tǒng)通過生成的加工電信號調整光纖激光發(fā)生器與3D紋路對應層次的對焦位置，實現(xiàn)對3D紋路的逐層雕刻，從而得到表面具有3D紋路的壓輥。
一種壓輥，包括壓輥本體，所述壓輥本體圓周外表面設有3D紋路，所述3D紋路通過上述3D紋路光纖激光雕刻機及雕刻方法雕刻成形。
進一步改進的是所述壓輥表面3D紋路仿真度為99%。
通過采用前述技術方案，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明3D紋路光纖激光雕刻機， 通過3D紋路雕刻控制系統(tǒng)輸出具有不同深淺度的3D紋路數(shù)據(jù)加工信號控制光纖激光發(fā)生器發(fā)出光纖激光束至待刻壓輥表面直接雕刻紋路，并通過生成的加工電信號調整光纖激光發(fā)生器雕刻每層紋路所對應的焦距，進行自動分層次雕刻，層層遞進，從而得到仿真度為 99%的3D紋路壓輥，采用光纖激光發(fā)生器在壓輥上直接雕刻3D紋路，壓輥紋路不出現(xiàn)接縫， 光纖激光發(fā)生器導出的光纖激光束聚焦點直徑精細到0. 02mm，光的損耗小，使用壽命長； 采用分層次雕刻法，壓輥上的3D紋路高檔精細、立體感強，仿真度高、紋路順暢，此外，其要雕刻的3D紋路也可根據(jù)喜好由電腦軟件隨意創(chuàng)作加深局部或減淺局部，創(chuàng)新紋路輕而易舉；另外，本發(fā)明在激光雕刻裝置靠近待刻壓輥的下方設有廢粉吸收管，所述廢粉吸收管的出粉口連接高壓葉片吸氣泵的進氣口，利用高壓葉片吸氣泵將雕刻后的殘留碳粉集中在碳粉箱內進行集中處理，對人體及環(huán)境不造成污染，是一種環(huán)保型3D紋路光纖激光雕刻機。


圖1是本發(fā)明實施例結構示意圖。
具體實施方式
現(xiàn)結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進一步說明。
參考圖1，本發(fā)明實施例公開一種3D紋路光纖激光雕刻機，包括一支撐轉動機構、 伺服電機4、3D紋路雕刻控制系統(tǒng)5、伺服直線電機6、激光雕刻裝置及進給步進電機9 ；所述支撐轉動機構包括工作臺1、設于在工作臺前、后兩端用于支撐待刻壓輥并使待刻壓輥沿其軸向中心線轉動的前支座2與尾座3，所述前支座2上設有高精度自定中心三爪卡盤21，所述尾座3上設有活動旋轉頂尖31，工作時，位于工作臺前端的前支座用高精度自定中心三爪卡盤夾緊待刻壓輥，后端尾座用活動旋轉頂尖共同支撐待刻壓輥工作，所述前支座2內設有傳動主軸(圖中未示出)，所述傳動主軸與伺服電機4傳動連接，所述伺服電機4 通過電氣控制系統(tǒng)與3D紋路雕刻控制系統(tǒng)5電連接，使用時3D紋路雕刻控制系統(tǒng)5控制伺服電機4驅動傳動主軸帶動待刻壓輥做水平軸向旋轉；所述激光雕刻裝置包括光纖激光發(fā)生器(圖中未示出)、光路傳導系統(tǒng)及激光聚焦鏡頭 71，所述光纖發(fā)生器的輸入端連接3D紋路雕刻控制系統(tǒng)5，輸出端通過光路傳導系統(tǒng)與激光聚焦鏡頭71輸入端相連，工作時，光纖激光發(fā)生器通過光纖導出高頻脈沖光纖激光束經(jīng)過光路傳導系統(tǒng)反射并通過激光聚焦鏡頭將光斑縮至0. 02mm直徑后輸出，本發(fā)明采用先進之光纖激光發(fā)生器通過光纖導出光纖激光束，其光纖激光束聚焦點直徑精細到0. 02mm, 光的損耗極小，進一步提高了雕刻的精度，所述伺服直線電機6包括直線導軌61、設于直線導軌61上可沿直線導軌長度方向滑移的負載平臺62，所述直線導軌61架設于支撐轉動機構的工作臺1上所述待刻壓輥的一側，所述負載平臺62上垂直固設有橫梁8，所述橫梁8上設有導軌，所述激光雕刻裝置的激光聚焦鏡頭71通過進給步進電機9可滑動的設于橫梁8 的導軌上，所述進給步進電機9與3D紋路雕刻控制系統(tǒng)5電連接并受控于3D紋路雕刻控制系統(tǒng)5，工作時，3D紋路雕刻控制系統(tǒng)控制進給步進電機9步進的參數(shù)來調節(jié)激光雕刻裝置的焦距，所述伺服直線電機6與3D紋路雕刻控制系統(tǒng)5電連接，工作時，3D紋路雕刻控制系統(tǒng)控制伺服直線電機的負載平臺沿其直線導軌61做軸向滑移工作，從而移動激光聚焦鏡頭輸出的光纖激光束進行雕刻。
所述激光聚焦鏡頭靠近待刻壓輥的下方設有廢粉吸收管72，所述廢粉吸收管72 的出粉口連接高壓葉片吸氣泵的進氣口，本發(fā)明利用高壓葉片吸氣泵將雕刻后的殘留碳粉集中在碳粉箱內進行集中處理，對人體及環(huán)境不造成污染，是一種環(huán)保型3D紋路光纖激光雕刻機。
所述伺服直線電機的直線導軌61上還設有光纖尺(圖中未示出)，本發(fā)明采用伺服直線電機移動光纖激光束，加高精度之光纖尺定位，定位精度為0. 001mm，進一步提高了 3D 光纖激光雕刻機的雕刻精度。
基于上述3D紋路光纖激光雕刻機，本發(fā)明提供一種3D紋路雕刻方法，包括在壓輥上雕刻出3D紋路的步驟，1 )、用3D紋路掃描儀對要?？痰脑y樣進行掃描，讀取原紋樣的3D紋路數(shù)據(jù)，即原紋樣與物件表面精確的深度距離Z，橫向位置數(shù)據(jù)X及縱向位置數(shù)據(jù)Y的三點坐標數(shù)據(jù)，從而得到具有不同深淺度的3D紋路；2)、將計算機讀取的具有不同深淺度的3D紋路數(shù)據(jù)通過計算機程序轉換成3D紋路雕刻控制系統(tǒng)能夠識別的且打印分辨率為2540DPI(Dots Per Inch的縮寫，每英寸所打印的點數(shù)或線數(shù)，用來表示打印分辨率，是衡量打印精度的主要參數(shù)之一，該值越大，表明打印機的打印精度越高。)精度的3D紋路灰度圖像，接著將此圖像導入主機的3D紋路雕刻控制系統(tǒng)，并處理成可加工的電信號；3)、將表面符合加工要求的待刻壓輥水平的夾持在支撐轉動機構上，同時將支撐轉動機構的運動參數(shù)、待刻壓輥的加工參數(shù)及激光雕刻裝置的輸出參數(shù)分別輸入至3D紋路雕刻控制系統(tǒng)，并處理成可加工的電信號；4)、啟動3D紋路雕刻控制系統(tǒng)驅動伺服電機帶動支撐轉動機構上的待刻壓輥做軸向旋轉；5)、當待刻壓輥做軸向旋轉時，3D紋路雕刻控制系統(tǒng)控制光纖激光發(fā)生器自動復位至系統(tǒng)設定之對焦位置及系統(tǒng)設定之起點雕刻位置；6)、光纖激光器復位后，3D紋路雕刻控制系統(tǒng)根據(jù)生成的加工電信號控制光纖激光發(fā)生器發(fā)出光纖激光束經(jīng)激光聚焦鏡頭聚焦后至待刻壓輥表面，并通過控制伺服直線電機負載平臺的軸向移動來移動光纖激光束對壓輥表面進行首層紋路的雕刻，首層紋路雕刻完后，系統(tǒng)自動控制光纖激光發(fā)生器復位至起點雕刻位置，然后再根據(jù)生成的加工電信號自動調整光纖激光發(fā)生器進行下一層紋路雕刻的對焦位置，調整對焦位置后，控制光纖激光發(fā)生器發(fā)出光纖激光束進行壓輥下一層紋路的雕刻，層層遞進，系統(tǒng)通過生成的加工電信號調整光纖激光發(fā)生器與3D紋路對應層次的對焦位置，實現(xiàn)對3D紋路的逐層雕刻從而得到表面具有3D紋路的壓輥。
通過本發(fā)明3D紋路光纖激光雕刻機及3D紋路雕刻方法雕刻成型的壓輥本體，其圓周外表面的3D紋路仿真度為99%。
本發(fā)明3D紋路光纖激光雕刻機，通過3D紋路雕刻控制系統(tǒng)輸出具有不同深淺度的3D紋路數(shù)據(jù)加工信號控制光纖激光發(fā)生器發(fā)出光纖激光束至待刻壓輥表面直接雕刻紋路，并通過生成的加工電信號調整光纖激光發(fā)生器雕刻每層紋路所對應的焦距，進行自動分層次雕刻，層層遞進，從而得到仿真度為99%的3D紋路壓輥，采用光纖激光發(fā)生器在壓輥上直接雕刻3D紋路，壓輥紋路不出現(xiàn)接縫，光纖激光發(fā)生器導出的光纖激光束聚焦點直徑精細到0. 02mm，光的損耗小，使用壽命長；采用分層次雕刻法，壓輥上的3D紋路高檔精細、 立體感強，仿真度高、紋路順暢，此外，其要雕刻的3D紋路也可根據(jù)喜好由電腦軟件隨意創(chuàng)作加深局部或減淺局部，創(chuàng)新紋路輕而易舉。以上所記載，僅為利用本創(chuàng)作技術內容的實施例，任何熟悉本項技藝者運用本創(chuàng)作所做的修飾、變化，皆屬本創(chuàng)作主張的專利范圍，而不限于實施例所揭示者。
權利要求
1.一種3D紋路光纖激光雕刻機，包括一用于支撐待刻壓輥并使待刻壓輥沿其軸向中心線轉動的支撐轉動機構、激光雕刻裝置及3D紋路雕刻控制系統(tǒng)，其特征在于還包括伺服直線電機，所述激光雕刻裝置包括光纖激光發(fā)生器、光路傳導系統(tǒng)及激光聚焦鏡頭，所述光纖發(fā)生器的輸入端連接3D紋路雕刻控制系統(tǒng)，輸出端通過光路傳導系統(tǒng)與激光聚焦鏡頭輸入端相連，所述伺服直線電機包括直線導軌、設于直線導軌上可沿直線導軌長度方向滑移的負載平臺，所述直線導軌設于支撐轉動機構上所述待刻壓輥的一側，所述負載平臺上垂直架設有橫梁，所述橫梁上設有導軌，所述激光雕刻裝置的激光聚焦鏡頭通過進給步進電機可滑動的設于橫梁的導軌上，所述進給步進電機、伺服直線電機分別與3D紋路雕刻控制系統(tǒng)電連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的3D紋路光纖激光雕刻機，其特征在于所述激光聚焦鏡頭靠近待刻壓輥的下方設有廢粉吸收管，所述廢粉吸收管的出粉口連接高壓葉片吸氣泵的進氣
3.根據(jù)權利要求1或2所述的3D紋路光纖激光雕刻機，其特征在于所述伺服直線電機的直線導軌上還設有光纖尺。
4.一種3D紋路雕刻方法，包括在壓輥上雕刻出3D紋路的步驟，其特征在于1)、用3D紋路掃描儀對要模刻的原紋樣進行掃描，讀取原紋樣的3D紋路數(shù)據(jù)，即原紋樣與物件表面精確的深度距離Z，橫向位置數(shù)據(jù)X及縱向位置數(shù)據(jù)Y的三點坐標數(shù)據(jù)，從而得到具有不同深淺度的3D紋路；2)、將計算機讀取的具有不同深淺度的3D紋路數(shù)據(jù)通過計算機程序轉換成3D紋路雕刻控制系統(tǒng)能夠識別的且分辨率為2540DPI精度的3D紋路灰度圖像，接著將此圖像導入主機的3D紋路雕刻控制系統(tǒng)，并處理成可加工的電信號；3)、將表面符合加工要求的待刻壓輥水平夾持在支撐轉動機構上，同時將支撐轉動機構的運動參數(shù)、待刻壓輥的加工參數(shù)及激光雕刻裝置的輸出參數(shù)分別輸入至3D紋路雕刻控制系統(tǒng)，并處理成可加工的電信號；4)、啟動3D紋路雕刻控制系統(tǒng)驅動伺服電機帶動支撐轉動機構上的待刻壓輥做水平軸向旋轉；5)、當待刻壓輥做軸向旋轉時，3D紋路雕刻控制系統(tǒng)控制光纖激光發(fā)生器自動復位至系統(tǒng)設定之對焦位置及系統(tǒng)設定之起點雕刻位置；6)、光纖激光器復位后，3D紋路雕刻控制系統(tǒng)根據(jù)生成的加工電信號控制光纖激光發(fā)生器發(fā)出光纖激光束經(jīng)激光聚焦鏡頭聚焦后至待刻壓輥表面，并通過控制伺服直線電機負載平臺的軸向移動來移動光纖激光束沿壓輥表面進行首層紋路的雕刻，首層紋路雕刻完后，系統(tǒng)自動控制光纖激光發(fā)生器復位至起點雕刻位置，然后再根據(jù)生成的加工電信號自動調整光纖激光發(fā)生器進行下一層紋路雕刻的對焦位置，調整對焦位置后，控制光纖激光發(fā)生器發(fā)出光纖激光束進行壓輥下一層紋路的雕刻，以此類推，層層遞進，系統(tǒng)通過生成的加工電信號調整光纖激光發(fā)生器與3D紋路對應層次的對焦位置，實現(xiàn)對3D紋路的逐層雕刻，從而得到表面具有3D紋路的壓輥。
5.一種壓輥，包括壓輥本體，其特征在于所述壓輥本體圓周外表面設有3D紋路，所述 3D紋路通過上述3D紋路光纖激光雕刻機及雕刻方法雕刻成形。
6.根據(jù)權利要求5所述的壓輥，其特征在于所述壓輥表面3D紋路的仿真度為99%。
全文摘要
本發(fā)明涉及激光雕刻技術領域，提供一種結構合理、制作成本低、加工精度高、雕刻出的壓輥輥體表面不會有接縫、且結合相應的雕刻方法能精確的在待刻物表面雕刻出立體紋路的3D紋路光纖激光雕刻機,包括一用于支撐待刻壓輥并使待刻壓輥做水平軸向轉動的支撐轉動機構、激光雕刻裝置、3D紋路雕刻控制系統(tǒng)、進給步進電機、伺服直線電機，所述激光雕刻裝置包括光纖激光發(fā)生器、光路傳導系統(tǒng)及激光聚焦鏡頭，所述光纖發(fā)生器的輸入端連接3D紋路雕刻控制系統(tǒng)，輸出端通過光路傳導系統(tǒng)與激光聚焦鏡頭輸入端相連，所述進給步進電機、伺服直線電機分別與3D紋路雕刻控制系統(tǒng)電連接。
文檔編號B44B3/04GK102501695SQ20111034434
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月3日 優(yōu)先權日2011年11月3日
發(fā)明者林清景 申請人:晉江市銘興紙塑機械有限公司