专利名称：光学球化机的制作方法
技术领域：
本实用新型属于光学球化机。
光学球化机是对牙刷的刷丝实施球化的一种设备。经球化机实施球化的牙刷称为“光学球头牙刷”，即牙刷的刷丝的端头都带有一个球体(或椭球体)。由于这种带有球头的刷丝，就使得这种新型的牙刷具备有三种前所未有的奇特效果，即刷牙时不会损伤牙龈和牙釉，具有特别速洁牙齿的能力和对牙龈有指压般的按摩作用。带有球头的刷毛，光洁园滑，刷牙时不仅具有极佳的口感，且其对齿龈的保护和保健作用更是显而易见的，它从根本上解决了普通牙刷刷丝的锋利端头引起的刷牙时的疼痛和出血的难题，完全避免了水肿、牙釉质磨损、牙龈损伤等一系列由刷牙引起的疾患。同时，又由于球头刷丝的作用，大大地增强了牙刷的洁齿能力，刷丝的球头，犹扣一把把耙子，刷牙时能极好地清除去牙齿上的菌斑和齿缝间的食物残渣，从而有效地减少了齿龋和牙齿发炎，减少口腔气味和改进口腔卫生。光学球头牙刷另一个更为引人注目的功效是刷牙时球头对牙龈所产生的指压般的按摩作用，促进了牙龈组织的血液循环和牙床的供血功能，对齿龈的保健和治疗具有显著的独特效果。
综上所述，光学球头牙刷的优越性是显而易见的，因此，迫切需要一种能对牙刷的刷丝实施球化的加工机。
本实用新型的目的是提供一种光学球化机。
本实用新型的目的是这样实现的在光学球化机的工作台上一直线地依次设有激光器、遮光器、聚焦器，在遮光器上设有散光器，聚焦器包括反射镜和红外透镜，并安装在二维扫描机构上，整机由计算机控制。
本实用新型的主要优点是1.本机所球化的光学球头牙刷丝的球头质量优越，光洁度好，球体尺寸可控，具有极佳的口感、手感和外观质感。
2.球化速度极快，达2000支－3000支／小时标准牙刷，且牙刷刷丝的球化率和成品率均达100％。
3.球化过程中不需加任何辅料，不构成对牙刷和工作环境的任何污染。
4.球化成本低廉，工作过程中仅需总电量为3瓩的电功率，故具有现实的开发前景。
5.整机的自动化程度高，由微机多方位控制，光机电一体化设计，操作方便，可靠，适用于大规模流水线生产。
以下结合附图加以说明。
图1是光学球化机的外形示意图。
图2是光学球化机的主体结构示意图。
图3是光学球化机的工作过程原理图。
如
图1的整机外形所示，光学球化机由四大部份组成激光发生器〔1〕、工作主机〔2〕、工作台及夹具〔3〕和电源及控制器〔4〕。
从总体来说，如图2所示，光学球化机的内部主体结构包括激光发生器〔5〕、遮光器〔7〕、散热器〔6〕、步进马达〔8〕、〔9〕、二维扫描机构〔10〕、聚焦器〔11〕、牙刷〔14〕、工夹具〔15〕、工作台〔16〕。聚光器包括转折反射镜〔12〕和红外透镜组〔13〕。激光器采用二氧化碳激光器、一氧化碳激光器、YAG激光器、钕玻璃激光器、氩离子激光器、金属蒸汽激光器。激光束的光功率密度范围为100w－500w／cm2。激光束模式为TEMOO模。二维扫描机构的扫描速度范围为5cm－20cm／s，光斑直径为φ3－φ6mm。聚焦器的焦距为2－10cm，聚焦器的光束发散度为5°－12°。
图2也示出了“光学球化机”的工作过程。牙刷刷丝的光学球化过程是一个激光与物质相作用的光热二维扫描作用过程。激光器〔5〕可选用与高分子材料具有强烈光热作用的大功率激光器，如本机实施的实例是采用了一台输出功率为80W的CO2激光器，工作波长为 10.6μm，光束模式为TEMOO模。由激光器〔5〕发出的激光束，首先将受到遮光器〔7〕的调制。遮光器〔7〕的功能是控制光束，即，在工件球化过程中导通光路，而在工件的装、卸过程中遮断光路，并把激光束引入散热器〔6〕。遮光器〔7〕由光学反射镜、转动机构和控制器等部份组成。经遮光器〔7〕引出的激光束进入聚焦器〔11〕，在聚焦器中装置有转折反射镜〔12〕和红外透射镜组〔13〕。透镜组〔13〕的加入至关重要，选用适当焦距的透镜组，不仅能获得牙刷刷丝球化所需的光功率密度阈值，而且可避免激光束对刷丝下部和刷柄的损伤。进入透镜组〔11〕前的光束直径约为φ8mm，在采用了本机实施实例的焦距为50mm的透镜组条件下，焦点处的光斑尺寸约为φ1mm，其功率密度达到2500w／cm2。经透镜组〔11〕出射的激光束会聚于焦点，并由焦点处发散，向下照射到牙刷的刷面〔14〕上。牙刷刷面〔14〕向上朝向聚焦器〔11〕，这时的光束发散角约为7°，到达牙刷刷面上的光斑尺寸为φ5mm，其光功率密度为350w／cm2。待球化的牙刷排列于牙刷的夹具盘〔15〕上，然后将夹具盘放入球化工作台〔16〕上。光学扫描球化过程为二维扫描过程，这个二维运动过程可在同一平面上的“X－Y”二维方向上实施，也可以采用如图2所示的本机实施的过程，即步进马达〔8〕通过传送带〔10〕带动聚焦器〔11〕作一维方向运动，而步进马达〔9〕通过传动部件带动工件盘〔15〕作另一维方向运动。在本机的实施实例中，光束扫描的尺寸范围为55cm×12cm，一次过程，可球化标准牙刷120支。
激光与刷丝的光热作用时间取决于光束扫描速度，这是本发明的一个最为重要参量之一。在本机实施的实例中，光束扫描的速度为8－15cm／s，对于不同材料和不同丝径的刷丝应选用不同的扫描速度。并且，在选定某一种刷丝后，在球化过程中，应对扫描速度的精度作精细控制，其误差不得大于几个毫米／秒。
整个光学球化过程由计算机统一协调执行，图3示出了工作过程原理。
计算机〔17〕通过遮光器的控制器〔18〕控制着遮光器〔19〕的通光和遮光过程，使之与工件球化过程和装卸过程相协调。同时，计算机〔17〕，通过指令，分别经由放大器〔20〕、〔23〕，步进马达驱动源〔21〕、〔24〕而控制两只步进马达〔22〕和〔25〕，再经由传动机构，来实现对激光束的扫描速度，扫描次序和扫描范围的控制。计算机〔17〕也通过断水、过流保护控制器〔28〕来控制激光器电源〔27〕，而使得激光器〔26〕功率稳定，并能阻止由于断水或过流(电流过大)而意外事故而损坏激光器。整个球化过程的各种工作状态，也由计算机〔17〕控制并显示于工作状态显示器〔29〕中。
权利要求1.一种光学球化机，其特征在于工作台上一直线地依次设有激光器[5]，遮光器[7]，聚焦器[11]，在遮光器上设有散光器[6]，聚焦器包括反射镜[12]和红外透镜[13]，并安装在二维扫描机构上，整机由计算机控制。
2.根据权利要求1所述的一种光学球化机，其特征在于所说的激光器采用二氧化碳激光器，一氧化碳激光器，YAG激光器，钕玻璃激光器，氩玻璃激光器，金属蒸汽激光器，激光束的光功率密度范围为100w－500w／cm2，激光束模式为TEMOO模或低阶模。
专利摘要一种光学球化机。它包括激光器、遮光器、散热器、聚焦器、二维扫描机构、计算机。激光器采用二氧化碳激光器、一氧化碳激光器、YAG激光器、钕玻璃激光器、氩离子激光器、金属蒸汽激光器。激光束的光功率密度范围为100W—500W/cm
文档编号A46D1/00GK2135282SQ92208259
公开日1993年6月9日 申请日期1992年4月24日 优先权日1992年4月24日
发明者马养武 申请人:浙江大学