激光雕刻版輥的系統(tǒng)及雕刻方法技術(shù)方案

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)涉及用激光加工版輥的雕刻系統(tǒng)及方法。它包括支撐轉(zhuǎn)動(dòng)待刻版輥的機(jī)構(gòu)、兩臺(tái)激光器輸出光路上有一４５°反射鏡固定在各導(dǎo)光筒的兩端，一導(dǎo)光筒４５°反射鏡與聚焦鏡組通過(guò)導(dǎo)光筒固定，聚焦輸出的光聚焦到待刻制版輥上；另一導(dǎo)光筒再安一反射鏡通過(guò)導(dǎo)光筒固定聚焦鏡組，并安有回轉(zhuǎn)調(diào)整機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。計(jì)算機(jī)對(duì)各自獨(dú)立的激光加工系統(tǒng)進(jìn)行組合控制加工，以不同的加工參數(shù)在版輥表面進(jìn)行深度不同的三維雕刻加工。（*該技術(shù)在2020年保護(hù)過(guò)期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)涉及激光加工系統(tǒng)及方法，特別涉及一種在版輥上用激光加工的方法進(jìn)行圖形雕刻的激光雕刻版輥系統(tǒng)及雕刻方法。在紡織品、皮革、金屬板、裝飾及印刷品上印制各種不同的圖形花紋，首先需將所要印制的圖案在工作輥上制成模版，傳統(tǒng)的工藝首先需照相制版，而后在輥上涂布抗蝕劑(光敏)，干燥后再用酸蝕刻，這種方法不但要耗費(fèi)很多工時(shí)，而且需要再暗室中操作，并且也難以解決輥幅的閉合。近年來(lái)，在紡織、印刷業(yè)出現(xiàn)了較為先進(jìn)的金剛石刀雕刻技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)使用電腦圖形處理系統(tǒng)，可以很方便地生成各種不同的圖形，然后通過(guò)控制金剛石刻刀在版輥上刻制圖案而制成版輥，但該技術(shù)僅能對(duì)一些質(zhì)地較軟的工作輥進(jìn)行雕刻。中國(guó)專(zhuān)利92113223.9公開(kāi)了一種激光刻花系統(tǒng)較好的解決了以上一些問(wèn)題，但由于電機(jī)工作的穩(wěn)定性差和缺少有效的定位措施使該技術(shù)還存在難以保證加工精度、速度和雕刻深度不易滿足用戶要求等問(wèn)題。中國(guó)專(zhuān)利CN95227602.X公開(kāi)了一種用于冶金、印刷、皮革等行業(yè)中加工工作版輥的數(shù)控激光圖形加工系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于支撐待制輥并使其轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，激光雕刻系統(tǒng)，圖形處理裝置，控制裝置和移動(dòng)激光刀頭的移動(dòng)裝置，控制裝置中設(shè)置一輥軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度的檢測(cè)裝置，根據(jù)檢測(cè)裝置給出的輥軸位置信息和圖形處理裝置給出的圖形信息，通過(guò)激光雕刻系統(tǒng)對(duì)板輥進(jìn)行加工。該裝置雖然比較準(zhǔn)確地在輥上加工預(yù)先設(shè)定圖形，改善了圖形輥幅的閉合問(wèn)題，但仍然存在下述缺陷1，由于其控制采用的是主軸母線定位、定時(shí)控制，所有的控制計(jì)算均是以最初測(cè)定的主軸轉(zhuǎn)速、版輥直徑為基準(zhǔn)的，圖形的閉合效果完全取決于主軸轉(zhuǎn)速的精確測(cè)量、轉(zhuǎn)速的恒定及版輥直徑測(cè)量的準(zhǔn)確，而準(zhǔn)確測(cè)量這些數(shù)據(jù)和保證轉(zhuǎn)速的恒定有一定的難度，所以圖形閉合效果仍然不理想；2，由于工件運(yùn)動(dòng)方式是“旋轉(zhuǎn)”+“步進(jìn)”的方式，在步進(jìn)時(shí)，工件軸向移動(dòng)過(guò)程中仍在旋轉(zhuǎn)，在步進(jìn)到位時(shí)，母線定位點(diǎn)已離開(kāi)激光加工點(diǎn)；因此在“步進(jìn)”運(yùn)動(dòng)過(guò)程中無(wú)法進(jìn)行雕刻加工，所以加工效率低；3，由于其控制系統(tǒng)包括三大部分(1)計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)處理(上微機(jī))；(2)處理后的二進(jìn)制編碼作為激光加工點(diǎn)的控制信號(hào)傳送給單片機(jī)(下微機(jī))，單片機(jī)將控制信號(hào)送至聲光調(diào)制器；(3)簡(jiǎn)易數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床為單獨(dú)的控制系統(tǒng)，其旋轉(zhuǎn)和步進(jìn)控制不受計(jì)算機(jī)控制，即機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速和軸向位移的控制由機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)定和控制；因?qū)嶋H的轉(zhuǎn)速和設(shè)定值會(huì)有誤差，而計(jì)算機(jī)圖形加工信號(hào)處理的依據(jù)是設(shè)定值，且由于軸向位移由步進(jìn)電機(jī)控制，為達(dá)到精確定位，解決步進(jìn)電機(jī)的控制精度和可靠性，軸向必須增加光柵尺進(jìn)行定位；所以控制系統(tǒng)不僅復(fù)雜，而且可靠性差。另外，目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的YAG激光打標(biāo)機(jī)只能進(jìn)行平面圖形雕刻加工；國(guó)內(nèi)僅有的兩臺(tái)CO2激光刻花設(shè)備(上海的一臺(tái)從德國(guó)引進(jìn)，柳州的一臺(tái)從英國(guó)引進(jìn))主要加工對(duì)象是橡膠輥，不能加工鋁、銅、鋼等金屬以及陶瓷類(lèi)的硬質(zhì)版輥。本專(zhuān)利技術(shù)的目的在于克服已有技術(shù)中存在的圖形輥幅的閉合差、加工效率低和控制系統(tǒng)不僅復(fù)雜，而且可靠性差的問(wèn)題；為了提高加工圖形精確和效率高，以及不僅適用于一般的材料的版輥，而且還適用于金屬和陶瓷材料的版輥上加工，從而提供一種控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，易于操作的，用于冶金、紡織、印刷等行業(yè)的激光版輥的雕刻系統(tǒng)及雕刻方法。本專(zhuān)利技術(shù)的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本專(zhuān)利技術(shù)提供的激光版輥的雕刻系統(tǒng)包括激光版輥的雕刻裝置、用于觀察和記錄的CCD攝像頭、計(jì)算機(jī)控制部分和用于激光器的循環(huán)水冷和輔助氣體裝置；其中用于激光器的循環(huán)水冷和輔助氣體裝置通過(guò)管道與激光器的循環(huán)水冷進(jìn)出口相通；其中激光版輥的雕刻裝置包括激光器、反射鏡、一用于支撐待刻制版輥并使待刻制版輥?zhàn)鬏S向轉(zhuǎn)動(dòng)的支撐轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、支撐轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的主軸與伺服電機(jī)機(jī)械連接，主軸編碼器與機(jī)床主軸機(jī)械連接，支撐轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)從而帶動(dòng)待刻制版輥?zhàn)鬏S向旋轉(zhuǎn)，支撐轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以是簡(jiǎn)易數(shù)控車(chē)床；支撐轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的大拖板與伺服電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械連接，伺服電機(jī)用來(lái)驅(qū)動(dòng)大拖板左右移動(dòng)；其特征在于所述的激光器可以是兩臺(tái)以上，激光器可以固定在機(jī)床床身上或單獨(dú)固定；所述的反射鏡是將激光光束引導(dǎo)到一導(dǎo)光筒內(nèi)的45°反射鏡，安置在每一個(gè)激光器輸出光路上；兩塊45°反射鏡分別固定在各自的導(dǎo)光筒端，其每一導(dǎo)光筒的另一端安裝有45°反射鏡，分別接收安裝在激光器上的45°反射鏡反射的激光，其中兩塊45°反射鏡固定在反射鏡座上，反射鏡座與連接板連接，兩根導(dǎo)光筒的另一端再安裝一45°反射鏡，其中一輸出激光被45°反射鏡反射到聚焦鏡組，聚焦輸出的光聚焦到待刻制版輥上的加工點(diǎn)上；另一45°反射鏡上在安裝有一導(dǎo)光筒，導(dǎo)光筒的另一端安裝有45°反射鏡，該45°反射鏡輸出光路上安裝一聚焦鏡組，聚焦輸出的光分別聚焦到待刻制版輥上同一加工點(diǎn)上，該聚焦鏡組連接有一回轉(zhuǎn)調(diào)整機(jī)構(gòu)，該回轉(zhuǎn)調(diào)整機(jī)構(gòu)安裝在與支撐轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的大拖板相連接的移動(dòng)伸縮板上，并由伺服電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，以使聚焦鏡組轉(zhuǎn)動(dòng)從而使被它聚焦的激光轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到改變?cè)摷す庠诖讨瓢孑伾系木劢刮恢茫顾c另一激光的聚焦點(diǎn)重合或分離；聚焦鏡組與移動(dòng)伸縮板連接，固定連接板與移動(dòng)伸縮板安裝在大拖板上，通過(guò)手搖推進(jìn)器裝置或伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)可使移動(dòng)伸縮板前后移動(dòng)；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、顯示器和鍵盤(pán)以及主軸編碼器，計(jì)算機(jī)內(nèi)增加一塊控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速的伺服電機(jī)控制卡和控制激光輸出的脈沖信號(hào)控制卡，控制支撐轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的主軸旋轉(zhuǎn)的、以及控制走刀機(jī)構(gòu)作軸向位移的伺服電機(jī)分別通過(guò)導(dǎo)線與伺服電機(jī)控制卡連接，聲光調(diào)制器電源與激光器內(nèi)部的聲光盒電連接，聲光調(diào)制器通過(guò)導(dǎo)線與脈沖信號(hào)控制卡電連接，主軸編碼器通過(guò)傳動(dòng)裝置與主軸伺服電機(jī)連接；CCD攝像頭安裝在與聚焦鏡組相連接的45°反射鏡上。還包括一微調(diào)螺母，安裝在聚焦鏡組與導(dǎo)光筒之間，每個(gè)聚焦鏡組均可沿其軸線方向通過(guò)微調(diào)螺母自由調(diào)節(jié)以保證精確的加工焦點(diǎn)。所述的回轉(zhuǎn)調(diào)整機(jī)構(gòu)可以是蝸輪蝸桿部件，或者是錐齒輪等可做圓周運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，該回轉(zhuǎn)調(diào)整機(jī)構(gòu)可以由伺服電機(jī)來(lái)控制，也可用手動(dòng)調(diào)節(jié)。其中導(dǎo)光筒由2節(jié)以上套筒套裝，具有伸縮功能；用本專(zhuān)利技術(shù)提供的激光版輥的雕刻系統(tǒng)進(jìn)行激光加工雕刻版輥的方法，按以下步驟進(jìn)行1)將表面符合加工要求的待制版輥水平地夾持在支撐轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上，支撐轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)作水平軸向旋轉(zhuǎn)；2)待制版輥表面上噴涂專(zhuān)用激光粉料；3a)利用繪圖軟件或掃描儀生成Bmp圖形，通過(guò)計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3b)同時(shí)將支撐轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)參數(shù)、待制輥加工參數(shù)、激光器的激光輸出參數(shù)分別通過(guò)鍵盤(pán)送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；3c)將上述送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的參數(shù)經(jīng)點(diǎn)陣圖形處理器進(jìn)行點(diǎn)陣圖形處理成可加工電信號(hào)；4a)同時(shí)計(jì)算機(jī)接受控制軸向移動(dòng)的伺服電機(jī)的軸向位置信號(hào)及主軸編碼器的主軸編碼信號(hào)(周向位置信號(hào))；4b)這樣計(jì)算機(jī)把經(jīng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)生成的的可加工電信號(hào)送至脈沖信號(hào)控制卡，通過(guò)聲光調(diào)制器控制激光器發(fā)出光束至待制輥，并開(kāi)始加工。所述的支撐轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)包括主軸轉(zhuǎn)速；所述的待制版輥加工參數(shù)包括直徑、長(zhǎng)度及軸向、周向點(diǎn)間隔；所述的激光器的激光輸出參數(shù)包括聲光調(diào)制頻率，組脈沖數(shù)和組間隔和功率。本專(zhuān)利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于1，由于本專(zhuān)利技術(shù)采用了多束激光聚焦合束，將多束光匯聚集中加工一點(diǎn)，可增加加工深度，也可每個(gè)光束獨(dú)立加工，提高加工效率，還可將各束光以不同加工參數(shù)同時(shí)進(jìn)行加工，在同一板輥面上本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種激光雕刻版輥的雕刻系統(tǒng)包括：激光版輥的雕刻裝置、用于觀察和記錄的ＣＣＤ攝像頭、計(jì)算機(jī)控制部分和用于激光器的循環(huán)水冷和輔助氣體裝置；其中用于激光器的循環(huán)水冷和輔助氣體裝置通過(guò)管道與激光器的循環(huán)水冷進(jìn)出口和進(jìn)出氣口相通；其中激光版輥的雕刻裝置包括：激光器、反射鏡、一用于支撐待刻制版輥并使待刻制版輥?zhàn)鬏S向轉(zhuǎn)動(dòng)的支撐轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、支撐轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的主軸與伺服電機(jī)機(jī)械連接，主軸編碼器與機(jī)床主軸機(jī)械連接，支撐轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的大拖板與伺服電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械連接，其特征在于：所述的激光器是兩臺(tái)以上，激光器可以固定在機(jī)床床身上或單獨(dú)固定；所述的反射鏡是將激光光束引導(dǎo)到一導(dǎo)光筒內(nèi)的４５°反射鏡，安置在激光器的輸出光前方的導(dǎo)光筒一端，在兩根導(dǎo)光筒另一端分別將兩塊４５°反射鏡固定，在該兩塊４５°反射鏡光路上再分別固定一導(dǎo)光筒，其每一導(dǎo)光筒的另一端安裝有４５°反射鏡，其兩塊４５°反射鏡固定在反射鏡座上，反射鏡座與連接板連接，其中一導(dǎo)光筒輸出激光被４５°反射鏡反射到聚焦鏡組，聚焦輸出的光聚焦到待刻制版輥上的加工點(diǎn)上；在另一個(gè)導(dǎo)光筒的端部安裝的４５°反射鏡上再固定一導(dǎo)光筒，其另一端再安裝４５°反射鏡和一聚焦鏡組，聚焦輸出的光聚焦到待刻制版輥上同一加工點(diǎn)上，該聚焦鏡組連接有一回轉(zhuǎn)調(diào)整機(jī)構(gòu)，該回轉(zhuǎn)調(diào)整機(jī)構(gòu)安裝在與支撐轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的大拖板相連接的移動(dòng)伸縮板上，并與伺服電機(jī)連接；聚焦鏡組與移動(dòng)伸縮板連接，固定連接板與移動(dòng)伸縮板安裝在大拖板上；還包括計(jì)算機(jī)控制部分，其中計(jì)算機(jī)內(nèi)增加一塊控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速的伺服電機(jī)控制卡和控制激光輸出的脈沖信號(hào)控制卡，控制支撐轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的主軸旋轉(zhuǎn)的、以及控制走刀機(jī)構(gòu)作軸向位移的伺服電機(jī)分別通過(guò)導(dǎo)線與伺服電機(jī)控制卡連接，聲光調(diào)制器電源與激光器內(nèi)部的聲光盒電連接，聲光調(diào)制器通過(guò)導(dǎo)線與脈沖信號(hào)控制卡電連接，主軸編碼器通過(guò)傳動(dòng)裝置與主軸伺服電機(jī)連接；ＣＣＤ攝像安裝在與聚焦鏡組相連接的４５°反射鏡上。...

【技術(shù)特征摘要】
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【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳光南，紀(jì)全，孫傳香，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：11[中國(guó)|北京]