專利名稱：具有仿形雕刻功能的激光雕刻機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種激光雕刻機。
(二)
背景技術(shù)：
由于工件的表面可能不是完全平整的，在加工過程中，如果工件 表面不平整度超出激光的焦深(激光會聚點的長度)會影響激光加工 的效果，為了解決這個問題，就必須適時地調(diào)整焦距，使激光的焦點 落在被加工件的表面，調(diào)整激光的焦距需要適時地獲得當(dāng)前的激光頭 與被加工件之間的距離。目前的激光雕刻機一般只能實現(xiàn)對平面材料 的雕刻，或通過輔助的旋轉(zhuǎn)雕刻裝置實現(xiàn)對圓筒的雕刻，部分激光設(shè) 備也有通過傳感器技術(shù)實現(xiàn)自動檢測調(diào)焦。
如專利號為0 )0205163.乂，專利名稱為一種激光雕刻機的自動對 焦構(gòu)造的中國實用新型專利，在激光雕刻機的筆車座上垂直設(shè)立一電 子式探針，該電子探針設(shè)計為頂部具有凸緣的適當(dāng)長度的圓管，圓管 上、下段各設(shè)有一凹環(huán)，供筆車座上的定位柱卡摯定位，而圓管端面 的圓心處設(shè)有開孔，供內(nèi)部二段式的電子感測棒突伸于外，藉由Z軸 帶動的平臺電動上升，使加工物件表面接觸到探針，并依軟件所存儲 的鏡片焦距，計算后下降至聚焦面即完成自動對焦，且電子探針在工 作時可向上收合，不致觸碰到工作物。
再如專利申請?zhí)枮镃N2W510053684.2，專利名稱為一種激光雕刻 機加工方法，包括在PC上預(yù)先設(shè)定包括自動對焦的功能的參數(shù)，使得
激光雕刻機根據(jù)所接受的參數(shù)選擇執(zhí)行自動對焦功能，以真正自動化 對焦。該方法可進一步延伸為所設(shè)定的參數(shù)包括在不同工作對象所產(chǎn) 生多種不同平面上去自動對焦的功能的參數(shù)，使得激光雕刻機根據(jù)所 接受的參數(shù)，遇到不同的平面時，仍可以依照先前設(shè)定的參數(shù)來自動 對焦，以節(jié)省工作程序，讓操作者更便于操作。
上述方案能夠?qū)崿F(xiàn)對板材焦距要求較高的板材切割，但是只能進 行靜態(tài)調(diào)焦，在雕刻過程不能實時調(diào)焦，不能實現(xiàn)用于對異型材料表 面的雕刻。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有的激光雕刻機只能進行靜態(tài)調(diào)焦，在雕刻過程不能 實時調(diào)焦、不適用于異型材料的不足，本實用新型提供一種能夠?qū)崿F(xiàn) 動態(tài)調(diào)焦、在雕刻過程中實時調(diào)焦、實現(xiàn)異型平面雕刻的具有仿形雕 刻功能的激光雕刻機。
本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 一種具有仿形雕刻功能的激光雕刻機，包括機架、激光頭、與激 光頭連接的X軸、Y軸飛行機構(gòu)以及用于控制仿形雕刻的上位控制器， 所述的X軸、Y軸飛行機構(gòu)安裝在機架上，所述的上位控制器包括用 于控制X軸、Y軸飛行機構(gòu)的行程并設(shè)定激光頭的軌跡的雕刻加工模 塊，所述雕刻加工模塊連接X軸、Y軸飛行機構(gòu)，所述的激光雕刻機 還包括與工件表面垂直的Z軸驅(qū)動機構(gòu)、CCD激光位移傳感器，所述 的Z軸驅(qū)動機構(gòu)包括Z軸傳動機構(gòu)、控制電機，所述的Z軸傳動機構(gòu) 連接激光頭，所述的Z軸傳動機構(gòu)與CCD激光位移傳感器固定連接; 所述的上位控制器還包括用于依據(jù)CCD激光位移傳感器探測激光
頭與工件之間的距離，并生成工件表面的三維地形圖的掃描測焦模塊； 用于依據(jù)三維地形圖，并滿足激光頭的焦點位于工件的表面，依照加 工的工序點計算各個行程的激光頭的位置，在各個工序點向控制電機 發(fā)出控制指令的仿形雕刻控制模塊；所述的CCD激光位移傳感器連 接掃描測焦模塊，所述的掃描測焦模塊連接雕刻加工模塊、仿形雕刻 控制模塊，所述的仿形雕刻控制模塊連接控制電機。
進一步，所述的激光雕刻機還包括旋轉(zhuǎn)雕刻機構(gòu)，所述的激光頭 安裝在所述旋轉(zhuǎn)雕刻機構(gòu)上。
更進一步，所述的控制電機為步進電機或伺服電機。 本實用新型的技術(shù)構(gòu)思為采用一個"CCD激光位移傳感器"來 探測激光頭與被加工件之間的距離，生成被雕刻材料三維地形圖，通 過PID控制算法來控制激光頭的位置，確保激光的焦點落在被加工 件的表面，從而實現(xiàn)對異型材料進行激光切割和雕刻，可以實現(xiàn)異型 平面雕刻，也可以利用輔助的旋轉(zhuǎn)雕刻裝置實現(xiàn)對異型圓筒的雕刻。
本實用新型的有益效果主要表現(xiàn)在采用Z軸驅(qū)動機構(gòu)調(diào)節(jié)激光 頭與工件之間的距離，能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍自動調(diào)焦、實現(xiàn)異型平面雕刻。

圖1是激光雕刻機的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是X軸飛行機構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。 圖3是Y軸飛行機構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。 圖4是激光頭的結(jié)構(gòu)圖。 圖5是Z軸驅(qū)動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。 圖6是CCD激光位移傳感器的結(jié)構(gòu)圖。
圖7是CCD激光位移傳感器的原理示意圖。 圖8是上位控制器的原理框圖。 圖9是激光雕刻機的流程圖。 具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步描述。
參照圖1 圖9， 一種具有仿形雕刻功能的激光雕刻機，包括機架 1、激光頭2、與激光頭2連接的X軸、Y軸飛行機構(gòu)3、 4以及用于 控制仿形雕刻的上位控制器5，所述的X軸、Y軸飛行機構(gòu)3、 4安裝 在機架1上，所述的上位控制器5包括用于控制X軸、Y軸飛行機構(gòu) 的行程并設(shè)定激光頭的軌跡的雕刻加工模塊6，所述雕刻加工模塊6 連接X軸、Y軸飛行機構(gòu)3、 4，所述的激光雕刻機還包括與工件表面 垂直的Z軸驅(qū)動機構(gòu)、CCD激光位移傳感器7，所述的Z軸驅(qū)動機構(gòu) 包括Z軸傳動機構(gòu)8、控制電機9，所述的Z軸傳動機構(gòu)8連接激光 頭2,所述的Z軸傳動機構(gòu)8與CCD激光位移傳感器7固定連接；所 述的上位控制器5還包括用于依據(jù)CCD激光位移傳感器探測激光 頭與工件之間的距離，并生成工件表面的三維地形圖的掃描測焦模塊 10;用于依據(jù)三維地形圖，并滿足激光頭的焦點位于工件的表面，依 照加工的工序點計算各個行程的激光頭的位置，在各個工序點向控制 電機發(fā)出控制指令的仿形雕刻控制模塊11;所述的CCD激光位移傳 感器7連接掃描測焦模塊10，所述的掃描測焦模塊10連接雕刻加工 模塊6、仿形雕刻控制模塊11，所述的仿形雕刻控制模塊11連接控制 電機9。
所述的激光雕刻機還包括旋轉(zhuǎn)雕刻機構(gòu)12，所述的激光頭2安裝
在所述旋轉(zhuǎn)雕刻機構(gòu)12上。所述的控制電機9為步進電機或伺服電機。 本實施例為一臺由X、 Y飛行光路和可自動調(diào)焦Z軸裝置組成的三 軸激光雕刻切割機，所述的X、 Y飛行機構(gòu)3、 4以及Z軸傳動機構(gòu)均連 接控制電機。激光雕刻切割機的Z軸裝置包括控制電機、Z軸傳動機構(gòu)， 在Z軸傳動機構(gòu)上安裝有CCD激光位移傳感器組件、激光聚焦頭組件、 激光反射鏡組件。所述的CCD激光位移傳感器組件中的CCD傳感器通 過對圖中激光器發(fā)射的激光在物體表面的反射成像判斷物體的距離 (位置)，并將數(shù)據(jù)通過接口電路反饋給上位控制器。所述的控制電機 接受上位控制器的指令，通過傳動機構(gòu)帶動激光聚焦頭組件運動，實 時調(diào)整激光焦距。所述的被雕刻物可以是不規(guī)則的平面物體或筒型物 體。所述的筒型物體可以通過輔助的旋轉(zhuǎn)雕刻裝置進行裝卡。
本實施例為竹材雕刻機，其具體操作如下-第一步、放置好待加工工件打開機器電源，將待加工竹材工件放置 好。
第二步、選擇加工模式因該系統(tǒng)具有平面加工工件功能，也具旋轉(zhuǎn) 加工工件功能，用戶在進行操作前，先需要根據(jù)具體需要加工的工件， 設(shè)置好合適的加工模式。設(shè)置方式如下 (1)通過軟件設(shè)置
在PC軟件上"控制面板"中有一個"加工模式"設(shè)置窗口，可以設(shè) 置相應(yīng)的加工模式。
(2)通過控制系統(tǒng)上面的控制面板設(shè)置
在控制面板上按"設(shè)置"按鈕，進入到"系統(tǒng)設(shè)置"窗口，在 這個窗口中，選擇"加工模式"菜單，再按"確定"鍵進行參數(shù)設(shè)
置，設(shè)置完畢后，按確定按鈕。 第三步測量焦距參數(shù)設(shè)置
打開PC軟件(專用的竹材雕刻機軟件)，在菜單窗口中，選擇"設(shè) 置->掃描參數(shù)設(shè)置"，設(shè)置好里面的參數(shù)。
打開后顯示窗口如下
X軸掃描精度用于設(shè)置X軸方向間隔多少亳米測量一點； Y軸掃描精度用于設(shè)置Y軸方向間隔多少毫米測量一點； 掃描速度用于設(shè)置測焦的運行速度；
開啟掃描用于設(shè)置在加工工件前，是否需要進行測量焦距，選 中狀態(tài)，表示需要測量；
激光頭與焦點距離因位移傳感器與激光頭的位置存在一定的偏 差，所以參數(shù)用于修正這個偏差值。
測試次數(shù)用于設(shè)置任意一組數(shù)據(jù)進行多次測量，以獲得更加精 確的數(shù)據(jù)。
第四步進行測量焦距。
以上參數(shù)都設(shè)置完畢后，在PC機上，編輯好待加工的文件圖形，， 然后按"全部運行"按鈕，竹材雕刻機專用系統(tǒng)根據(jù)設(shè)置的掃描精度， 進行掃描測量，生成三維地形圖。
整個加工圖形都測量完畢后，PC機將測量得到的數(shù)據(jù)，發(fā)送給PC
機軟件，PC機軟件得到數(shù)據(jù)以后，進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)，處理完畢后，將
整個加工文件數(shù)據(jù)傳送給竹材雕刻機專用系統(tǒng)。
第五步加工工件
竹材雕刻專用系統(tǒng)接收完加工文件數(shù)據(jù)后，根據(jù)當(dāng)前的啟動模式，
如果處理自動模式下，將自動進行加工工件，如果處于手動啟動模式 下，則需要手動啟動后，才開始加工工件。
權(quán)利要求1、一種具有仿形雕刻功能的激光雕刻機，包括機架、激光頭、與激光頭連接的X軸、Y軸飛行機構(gòu)以及用于驅(qū)動激光頭動作的上位控制器，所述的X軸、Y軸飛行機構(gòu)安裝在機架上，所述的上位控制器包括用于控制X軸、Y軸飛行機構(gòu)的行程并設(shè)定激光頭的軌跡的雕刻加工模塊，所述雕刻加工模塊連接X軸、Y軸飛行機構(gòu)，其特征在于所述的激光雕刻機還包括與工件表面垂直的Z軸驅(qū)動機構(gòu)、CCD激光位移傳感器，所述的Z軸驅(qū)動機構(gòu)包括Z軸傳動機構(gòu)、控制電機，所述的Z軸傳動機構(gòu)連接激光頭，所述的Z軸傳動機構(gòu)與CCD激光位移傳感器固定連接；所述的上位控制器還包括用于依據(jù)CCD激光位移傳感器探測激光頭與工件之間的距離，并生成工件表面的三維地形圖的掃描測焦模塊；用于依據(jù)三維地形圖，并滿足激光頭的焦點位于工件的表面，依照加工的工序點計算各個行程的激光頭的位置，在各個工序點向控制電機發(fā)出控制指令的仿形雕刻控制模塊；所述的CCD激光位移傳感器連接掃描測焦模塊，所述的掃描測焦模塊連接雕刻加工模塊、仿形雕刻控制模塊，所述的仿形雕刻控制模塊連接控制電機。
2、 如權(quán)利要求1所述的具有仿形雕刻功能的激光雕刻機，其特征在于:所述的激光雕刻櫳還包括旋轉(zhuǎn)雕刻機構(gòu)，所述的激光頭安裝在所述旋 轉(zhuǎn)雕刻機構(gòu)上。
3、如權(quán)利要求1或2所述的具有仿形雕刻功能的激光雕刻機，其特征在于所述的控制電機為步進電機或伺服電機。
專利摘要一種具有仿形雕刻功能的激光雕刻機，包括機架、激光頭、與激光頭連接的X軸、Y軸飛行機構(gòu)以及用于控制仿形雕刻的上位控制器，上位控制器包括用于控制X軸、Y軸飛行機構(gòu)的行程并設(shè)定激光頭的軌跡的雕刻加工模塊，激光雕刻機還包括與工件表面垂直的Z軸驅(qū)動機構(gòu)、CCD激光位移傳感器，Z軸驅(qū)動機構(gòu)包括Z軸傳動機構(gòu)、控制電機，Z軸傳動機構(gòu)連接激光頭，Z軸傳動機構(gòu)與CCD激光位移傳感器固定連接；上位控制器還包括掃描測焦模塊和仿形雕刻控制模塊；CCD激光位移傳感器連接掃描測焦模塊，掃描測焦模塊連接雕刻加工模塊、仿形雕刻控制模塊，仿形雕刻控制模塊連接控制電機。本實用新型能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)調(diào)焦、在雕刻過程中實時調(diào)焦、實現(xiàn)異型平面雕刻。
文檔編號B44B1/06GK201009620SQ20072010690
公開日2008年1月23日 申請日期2007年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月28日
發(fā)明者任心波, 何奇江, 華錫奇, 建 張, 朱湯軍, 琴 李, 楊建平, 汪奎宏, 童曉青 申請人:浙江省林業(yè)科學(xué)研究院