三维紫外激光加工设备的制作方法

本实用新型属于光学领域，尤其涉及一种三维紫外激光加工设备。

背景技术：

随着激光技术的不断发展，越来越多的产品需求激光进行三维(3-Dimension，简称3D)曲面加工。尤其是电子设备和可穿戴设备等产品对三维曲面加工的需求越来越广泛，比如，需要在鼠标曲面进行三维激光打标，需要在手机外壳三维曲面进行激光直接成型激光活化加工，需要在产品曲面的精细打标、3D手机曲屏加工或模具型腔精细蚀刻等。

然而，目前对三维曲面加工基本依赖于传统的化学蚀纹工艺，激光加工容易产生畸变，加工精度不高，无法实现三维曲面激光精密加工。

技术实现要素：

有鉴于此，有必要针对上述只能对三维曲面进行蚀纹加工，无法实现三维曲面激光精密加工问题，提供一种三维紫外激光加工设备。

本实用新型实施例提供一种三维紫外激光加工设备，包括：紫外激光器、工作台、三维激光振镜、振镜控制装置和CCD视觉装置；

所述紫外激光器位于所述工作台的基座上；所述三维激光振镜位于所述紫外激光器靠近所述工作台的加工台侧的一端；

所述振镜控制装置与所述三维激光振镜连接；所述CCD视觉装置位于所述三维激光振镜的上方；所述CCD视觉装置与所述振镜控制装置连接；

所述CCD视觉装置在检测位于所述加工台上的待加工物件为三维曲面时，根据所述待加工物件的三维曲面参数确定所述待加工物件的三维曲面加工轨迹，通过所述振镜控制装置控制所述三维激光振镜输出的激光光束对准所述加工台，且控制所述三维激光振镜输出的激光光束轨迹与所述待加工物件的三维曲面加工轨迹一致，以使所述紫外激光器发出的激光光束经过所述三维激光振镜偏转后，从所述三维激光振镜输出的激光光束对所述待加工物件进行激光三维曲面加工。

进一步地，所述CCD视觉装置包括：CCD摄像机和工控机；

所述CCD摄像机位于所述三维激光振镜的上方，所述CCD摄像机与所述工控机连接；所述工控机与所述振镜控制装置连接；

所述CCD摄像机用于将采集的所述待加工物件的三维曲面图像发送给所述工控机，所述工控机根据所述三维曲面图像获得所述待加工物件的三维曲面参数，根据所述待加工物件的三维曲面参数确定所述待加工物件的三维曲面加工轨迹，通过所述振镜控制装置控制所述三维激光振镜输出的激光光束对准所述加工台，且控制所述三维激光振镜输出的激光光束轨迹与所述待加工物件的三维曲面加工轨迹一致。

进一步地，所述三维紫外激光加工设备还包括：升降装置；

所述升降装置位于所述加工台的下方，用于升降所述加工台。

进一步地，所述三维紫外激光加工设备还包括：紫外激光扩束镜；

所述紫外激光扩束镜位于所述紫外激光器和所述三维激光振镜之间，所述紫外激光扩束镜用于改变所述紫外激光器输出激光光束的直径和角度。

进一步地，所述三维紫外激光加工设备还包括：光路固定板；

所述光路固定板位于所述紫外激光器和所述工作台的基座之间，用于固定所述紫外激光器。

本实用新型实施例提供的三维紫外激光加工设备，通过紫外激光器位于工作台的基座上；三维激光振镜位于紫外激光器靠近工作台的加工台侧的一端；振镜控制装置与三维激光振镜连接；CCD视觉装置位于三维激光振镜的上方；CCD视觉装置根据获取的待加工物件的三维曲面参数，根据待加工物件的三维曲面参数确定待加工物件的三维曲面加工轨迹，通过振镜控制装置控制三维激光振镜，使得三维激光振镜输出的光束轨迹与待加工物件的三维曲面加工轨迹一致，实现了通过激光将预先设定的三维纹理数学模型印记在待加工物件三维曲面的对应位置，从而实现了激光对待加工物件三维曲面的精密加工。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的三维紫外激光加工设备左视图的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的三维紫外激光加工设备主视图的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的三维紫外激光加工设备正等轴二侧的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的三维紫外激光加工设备的结构框图示意图。

附图标记说明：

1-紫外激光器； 2-工作台； 3、三维激光振镜；

4-振镜控制装置； 5-工作台的基座； 6-工作台的加工台；

7-激光器电源； 8-激光光束； 9-显示屏；

10-主机； 11-升降装置； 12-升降手柄；

13-紫外激光扩束镜； 14-光路固定板； 15-振镜保护玻璃；

16-振镜控制卡； 17-振镜控制系统； 18-控制线路配盘；

19-CCD视觉装置。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1为本实用新型实施例提供的三维紫外激光加工设备左视图的结构示意图，图2为本实用新型实施例提供的三维紫外激光加工设备主视图的结构示意图，图3为本实用新型实施例提供的三维紫外激光加工设备正等轴二侧的结构示意图，图4为本实用新型实施例提供的三维紫外激光加工设备的结构框图示意图。如图1至图4所示，该三维紫外激光加工设备包括：紫外激光器1、工作台2、三维激光振镜3、振镜控制装置4和电荷耦合器件视觉装置19。

紫外激光器1位于工作台的基座5上；三维激光振镜3位于紫外激光器1靠近工作台的加工台6侧的一端；振镜控制装置4与三维激光振镜3连接；电荷耦合器件视觉装置位于三维激光振镜3的上方；电荷耦合器件视觉装置19与振镜控制装置4连接。

电荷耦合器件视觉装置19在检测位于加工台6上的待加工物件为三维曲面时，根据待加工物件的三维曲面参数确定待加工物件的三维曲面加工轨迹，通过振镜控制装置4控制三维激光振镜3输出的激光光束8对准加工台6，且控制三维激光振镜3输出的激光光束8轨迹与待加工物件的三维曲面加工轨迹一致，以使紫外激光器1发出的激光光束8经过三维激光振镜3偏转后，从三维激光振镜3输出的光束对待加工物件进行激光三维曲面加工。

本实用新型实施例三维激光振镜3的X轴扫面振镜、Y轴扫面振镜和Z轴移动振镜构成了三轴的数控系统。紫外激光器1插入激光器电源7可以产生激光光束8，从紫外激光器1发出的光束分别通过Z轴移动振镜，入射到X轴扫描振镜和Y轴扫描振镜，通过控制X轴扫描振镜和Y轴扫描振镜的反射角度，可以使紫外激光器1发出的光束在X、Y两个方向进行扫描合成，从而达到对紫外激光器1产生的光束偏转的目的，使具有一定功率密度的激光光束8聚焦点在待加工物件的三维曲面上。其中，本实用新型实施例可以将紫外激光器1产生的光束统称为激光光束8。根据待加工物件的高度特征，通过控制Z轴移动振镜的移动，可以自动调整激光光束8的焦距，确保激光聚焦点正好落在待加工物件的三维曲面上。

本实用新型实施例通过电荷耦合器件(Charge-Coupled Device，简称CCD)视觉装置19控制X轴扫描振镜和Y轴扫描振镜的反射角度以及控制Z轴移动振镜的移动。具体的，CCD视觉装置19根据获取的待加工物件的三维曲面参数，按预先设定的三维纹理数学模型确定待加工物件的三维曲面加工轨迹，通过振镜控制装置4控制X轴扫描振镜和Y轴扫描振镜的反射角度以及控制Z轴移动振镜的移动，从而控制三维激光振镜3输出的光束聚焦点在待加工物件三维曲面上的运动轨迹，使得三维激光振镜3输出的光束轨迹与待加工物件的三维曲面加工轨迹一致，实现了激光对待加工物件三维曲面的加工。

三维激光打标、三维激光直接成型激光活化加工和三维激光蚀纹等三维曲面加工均是将事先指定的文字、纹理、图案和图像等平面设计的信息，以纹理映射的方法，按指定的位置、朝向和大小印记在三维曲面表面，获得相应的三维纹理数学模型。本实用新型可通过CCD视觉装置19根据获取的待加工物件的三维曲面参数，按预先设定的三维纹理数学模型确定待加工物件的三维曲面加工轨迹，通过振镜控制装置4控制三维激光振镜3，使得三维激光振镜3输出的光束轨迹与待加工物件的三维曲面加工轨迹一致，实现了激光将预先设定的三维纹理数学模型印记在待加工物件三维曲面的对应位置，实现了激光对待加工物件三维曲面的精密加工。

需要说明的是，根据不同的加工要求，激光器可以为红外激光器或紫外激光器。本实用新型实施例激光器采用紫外激光器，一方面紫外激光器1产生的紫外激光光束8具有高的切割质量和高的切割速度，可以使得待加工物件在加工中无机械变形，以及加工完后无崩边现象，切口小，切口边缘整齐；另一方面紫外激光器1产生的能量聚集集中，可以使得落在待加工物件上的激光光束8能量密度高，加工速度快，以及紫外激光器产生的波长短，对待加工物件进行局部加工，可以对待加工物件非激光光束8照射部位不产生影响或产生较小的影响。

在进一步的实施方式中，CCD视觉装置19包括：CCD摄像机和工控机；CCD摄像机位于三维激光振镜3的上方，CCD摄像机与工控机连接；工控机与振镜控制装置4连接；CCD摄像机用于将采集的待加工物件的三维曲面图像发送给工控机，工控机根据三维曲面图像获得待加工物件的三维曲面参数，根据待加工物件的三维曲面参数确定待加工物件的三维曲面加工轨迹，通过振镜控制装置4控制三维激光振镜3输出的光束对准加工台6，且控制三维激光振镜3输出的光束轨迹与待加工物件的三维曲面加工轨迹一致。

本实用新型实施例CCD视觉装置由CCD摄像机和工控机组成，CCD摄像机中的摄像头可以采集待加工物件三维曲面的位置标识点，得到精确的待加工物件的三维曲面图像，对待加工物件的三维曲面定位的精度高，且无需人工干扰，操作简单，定位效率高。工控机根据CCD摄像机中的摄像头获取的三维曲面图像，确定从三维激光振镜3输出的光束在待加工物件三维曲面的加工轨迹，其中，加工轨迹为通过激光加工而印记在三维曲面上的纹理信息。具体的，如图1所示，工控机包括显示屏9和主机10，显示屏9显示CCD摄像头采集的待加工物件的三维曲面图像，以及显示主机10确定的待加工物件的三维曲面加工轨迹；主机10根据三维曲面图像获得待加工物件的三维曲面参数，根据待加工物件的三维曲面参数确定待加工物件的三维曲面加工轨迹，以及通过振镜控制装置4控制三维激光振镜3。

在进一步的实施方式中，三维紫外激光加工设备还包括：升降装置11；升降装置11位于加工台6的下方，用于升降加工台6。本实用新型实施例中可以在工作台2上设置一个升降手柄12，通过人工控制升降手柄12来控制升降装置11的升降；也可以将升降装置11与CCD视觉装置中的工控机连接，通过工控机控制升降手柄12来控制升降装置11的升降。本实用新型实施例中的升降装置11在升降的过程中可以左右移动，也可以旋转移动。

由于三维激光振镜3的工作角度一般为30度，因此，在待加工物件角度较小的三维曲面部位，往往不处于三维激光振镜3的工作区域。本实用新型通过在工作台2上设置一个升降装置11，即增加一个二轴数控回转工作台2，通过升降装置11对待加工物件三维曲面X轴的倾斜旋转角度和Z轴回转角度的数控调整，使得待加工物件角度较小的三维曲面部位处于三维激光振镜的工作区域。本实用新型实施例中由升降装置11的二轴数控回转工作台2与上述实施例中X轴扫面振镜、Y轴扫面振镜和Z轴移动振镜构成的三轴的数控系统一起构成五轴数控系统，可加工待加工物件角度较小的三维曲面部位，增加对待加工物件三维曲面部位的加工范围，实现大幅面的三维曲面的加工。

在进一步的实施方式中，三维紫外激光加工设备还包括：紫外激光扩束镜13；紫外激光扩束镜13位于紫外激光器1和三维激光振镜3之间，紫外激光扩束镜13用于改变紫外激光器1输出激光光束8的直径和角度。具体的，紫外激光扩束镜13是能够改变紫外激光器1输出激光光束8直径尺寸和发散角度的镜头组件，本实用新型通过紫外激光扩束镜13改变激光光束8的直径和角度，以便将紫外激光器1产生的激光光束8用于不同型号的三维激光振镜3。

在进一步的实施方式中，三维紫外激光加工设备还包括：光路固定板14；光路固定板14位于紫外激光器1和工作台2的基座5之间，用于固定紫外激光器1。本实用新型通过光路固定板14固定紫外激光器1，以便紫外激光器1产生的激光光束8在固定方向范围，激光光束8不偏移，提高紫外激光器1产生的激光光束8的稳定性。

在进一步的实施方式中，三维紫外激光加工设备还包括：振镜保护玻璃15；振镜保护玻璃15覆盖在三维激光振镜3的振镜头上。本实用新型通过振镜保护玻璃15覆盖在三维激光振镜3的振镜头上，以确保三维激光振镜3的振镜头不被损坏，提高三维激光振镜3的使用寿命。

在进一步的实施方式中，振镜控制装置4包括：振镜控制卡16、振镜控制系统17和控制线路配盘18。振镜控制卡16与三维激光振镜3连接，振镜控制系统17与CCD视觉装置19连接，根据CCD视觉装置19的控制指令，通过控制卡控制三维激光振镜3。控制线路配盘18用于存放振镜控制系统17的控制线路，确保振镜控制装置4中的控制线路整洁、美观。

该三维紫外激光加工设备，通过紫外激光器位于工作台的基座上；三维激光振镜位于紫外激光器靠近工作台的加工台侧的一端；振镜控制装置与三维激光振镜连接；CCD视觉装置位于三维激光振镜的上方；CCD视觉装置根据获取的待加工物件的三维曲面参数，按预先设定的三维纹理数学模型确定待加工物件的三维曲面加工轨迹，通过振镜控制装置控制三维激光振镜，使得三维激光振镜输出的光束轨迹与待加工物件的三维曲面加工轨迹一致，实现了通过紫外激光将预先设定的三维纹理数学模型印记在待加工物件三维曲面的对应位置，实现了激光对待加工物件三维曲面的精密加工。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。