专利名称：一种在平板玻璃内雕刻三维图案的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及物理领域，尤其涉及光学装置，特别涉及激光聚能加工装置，具体的是一种在平板玻璃内雕刻三维图案的方法和装置。
背景技术：
现有技术中经常利用激光在大面积平板玻璃体内的任意位置进行高精度的雕刻。实现激光三维雕刻有以下三种方法(1)聚集点固定，利用一个三维运动平台载放被雕刻物品进行三维运动，完成空间坐标定位。(2)聚集点上下移动，配合二维运动平台载放被雕刻物品作平面二维运动，完成空间坐标定位。(3)聚集点平面二维移动，配合运动平台载放被雕刻物品作上下运动，完成空间坐标定位。由于激光对透明物体的雕刻是利用激光在透明物体内产生成千上万的损伤点来实现的，因此，在运动控制中需要精确到点到点。而在现有技术的雕刻过程中，运动平台载放被雕刻物品或激光聚焦镜高速运动时，会因运动惯量大而产生振动，造成激光聚集点在被雕刻物品体内的三维坐标定位不能精确到位，明显影响雕刻质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在平板玻璃内雕刻三维图案的方法，所述的这种在平板玻璃内雕刻三维图案的方法要解决现有技术中载放被雕刻物品或激光聚焦镜的运动部件惯性过大导致不能精确定位、影响雕刻质量的技术问题。
本发明的这种在平板玻璃内雕刻三维图案的方法包括一个利用激光聚焦方法在平板玻璃内形成损伤点的过程，还包括一个在平板玻璃内移动激光聚焦点的过程，其中，在激光于平板玻璃内形成第一个损伤点之前，先设定一个高速振镜的位移路径范围，在所述的设定高速振镜的位移路径范围的过程中，将被雕刻区域划分为至少两个平行的雕刻分区，任意一个所
5述的雕刻分区均至少由一个平面和平板玻璃的外表面构成，任意一个所述的平面均与X-Y轴平面呈小于或者等于90度的夹角，任意相邻的所述平面均相互平行，在利用激光聚焦方法形成损伤点的过程中，首先移动高速振镜到达第一个雕刻分区的上方，利用振镜系统控制激光聚焦点在所述的第一
个雕刻分区内运动并雕刻这一区域内的图像的30%到80%之间的部分，然后
平行移动高速振镜到达与前一个雕刻分区相邻的雕刻分区的上方，并利用振镜系统控制激光聚焦点在当前雕刻分区内运动并雕刻这一区域内的图像
的30%到80%之间的部分，同时完成前一个雕刻分区内剩余的雕刻点，然后再将高速振镜移动到下一个雕刻分区的上方重复以上雕刻步骤，直到完成整个图像雕刻。具体的，平板玻璃的平面与所述的X-Y轴平面平行。
进一步的，根据任意两个雕刻点的坐标计算获得所述的两个雕刻点之间的距离。
进一步的，将平板玻璃放置在一个气动浮台上，通过气动浮台调整平板玻璃位置，在平板玻璃的上方设置一个高速数字振镜系统，利用一个反射镜系统将来自激光源的激光射向所述的高速数字振镜系统，利用高速数字振镜系统在小于或等于120X 120 mm的平面区域在平板玻璃内部移动聚焦点。
进一步的，将所述的高速数字振镜系统设置在一个Z方向运动部件上,所述的Z方向运动部件与一个X方向运动部件和Y方向运动部件连接，通过移动X方向运动部件、Y方向运动部件和Z方向运动部件，来改变高速数字振镜系统的空间位置，利用高速数字振镜系统空间位置的改变来移动激光聚集占。
本发明还提供了一种实现上述方法的平板玻璃内雕刻装置，所述的这种平板玻璃内雕刻装置由支架、气动浮台、移动定位机构、高速数字振镜、反射镜系统和激光源构成，其中，所述的气动浮台设置在支架中，所述的移动定位机构由一个X方向运动部件、一个Y方向运动部件和一个Z方向运动
6部件连接构成，移动定位机构与支架连接并位于气动浮台的上方，所述的高速数字振镜固定设置在Z方向运动部件上，所述的反射镜系统由一个固定反射镜、 一个X-Z向反射镜和一个Z-X向反射镜构成，所述的固定反射镜与Y
方向运动部件固定，所述的x-z向反射镜固定设置在x方向运动部件上，所
述的Z-X向反射镜固定设置在Z方向运动部件上，所述的激光源与Y方向运动部件固定固定，激光源的出射方向与Y方向运动部件的运动轨迹平行。
进一步的，所述的X方向运动部件设置在Y方向运动部件上，所述的Z方向运动部件设置在X方向运动部件上。
再进一步的，所述的X方向运动部件与Y方向运动部件之间设置有大理石基底运动轴，所述的Z方向运动部件与X方向运动部件之间设置有大理石基底运动轴，Y方向运动部件与支架之间设置有大理石基底运动轴。
进一步的，所述的X方向运动部件、Y方向运动部件和Z方向运动部件均各自与一个驱动机构连接，所述的驱动机构均由丝杆螺母副和伺服电机连接构成，任意一个所述的伺服电机均与一个控制器连接。
具体的，所述的气动浮台的宽度1.5米，长度为2米，由两块以上的独立气动浮台拼接而成。
本发明的工作原理是将平板玻璃放置在气动浮台上，操作人员通过气动浮台调整玻璃位置，可以避免划伤玻璃表面，平板玻璃静止在高速数字振镜的下方，激光源发射的激光依次经过固定反射镜、X-Z向反射镜和Z-X
向反射镜射向高速数字振镜，激光聚集点在平板玻璃内产生一个损伤点，激光通过高速数字振镜可以高速高精度地在小区域内(如120X120mm)雕刻玻璃内部。通过移动X方向运动部件、Y方向运动部件和Z方向运动部件，可改变设置在Z方向运动部件上的高速数字振镜系统的空间位置，从而在三维方向上移动激光聚集点，在平板玻璃内的任意位置形成小幅雕刻图案，进而拼接成大幅图案。因为反射镜系统和高速数字振镜的质量小，所以运动惯量小，从而减小了振动，提高了雕刻的速度和质量。本发明和已有技术相对比，其效果是积极和明显的。本发明利用高速
数字振镜高速高精度地在小区域内雕刻玻璃内部，通过移动x方向运动部
件、Y方向运动部件和Z方向运动部件来改变高速数字振镜系统的空间位置，从而在平板玻璃内的任意位置形成小幅雕刻图案，进而拼接成大幅图案。因为反射镜系统和高速数字振镜的质量小，所以运动惯量小，从而减小了振动，提高了雕刻的速度和质量。
图l是本发明中的平板玻璃内雕刻装置的结构示意图。
具体实施方式
实施例l
本发明的这种在平板玻璃内雕刻三维图案的方法包括一个利用激光聚焦方法在平板玻璃内形成损伤点的过程，还包括一个在平板玻璃内移动激光聚焦点的过程，其中，在激光于平板玻璃内形成第一个损伤点之前，先设定高速振镜的位移路径范围，在所述的设定高速振镜的位移路径范围的过程中，将被雕刻区域划分为至少两个平行的雕刻分区，任意一个所述的雕刻分区均至少由一个平面和平板玻璃的外表面构成，任意一个所述的平
面均与X-Y轴平面呈小于或者等于90度的夹角，任意相邻的所述平面均相互平行，在利用激光聚焦方法形成损伤点的过程中，首先移动高速振镜到达第一个雕刻分区的上方，利用振镜系统控制激光聚焦点在所述的第一个雕刻分区内运动并雕刻这一区域内的图像的30%到80%之间部分，然后平行移
动高速振镜到达与前一个雕刻分区相邻的雕刻分区的上方，并利用振镜系统控制激光聚焦点在当前雕刻分区内运动并雕刻这一区域内的图像的30%到80%之间部分，同时完成前一个雕刻分区内剩余的雕刻点。然后再将高速振镜移动到下一个雕刻分区的上方重复以上雕刻步骤，直到完成整个图像雕刻。
进一步的，根据任意两个雕刻点的坐标计算获得所述的两个雕刻点之间的距离。
如图1所示，将平板玻璃放置在一个气动浮台9上，通过气动浮台9调整平板玻璃位置，在平板玻璃的上方设置一个高速数字振镜5，利用一个反射
镜系统将来自激光源l的激光射向所述的高速数字振镜5，利用高速数字振镜5在小于或等于120X120 mm的平面区域在平板玻璃内部移动聚焦点。
进一步的，将所述的高速数字振镜5设置在一个Z方向运动部件6上，所述的Z方向运动部件6与一个X方向运动部件7和Y方向运动部件8连接，通过移动X方向运动部件7、 Y方向运动部件8和Z方向运动部件6，来改变高速数字振镜5的空间位置，利用高速数字振镜5空间位置的改变来移动激光聚集点。
本发明中的平板玻璃内雕刻装置由支架10、气动浮台9、移动定位机构、高速数字振镜5、反射镜系统和激光源l构成，其中，所述的气动浮台9设置在支架10中，所述的移动定位机构由一个X方向运动部件7、 一个Y方向运动部件8和一个Z方向运动部件6连接构成，移动定位机构与支架10连接并位于气动浮台9的上方，所述的高速数字振镜5固定设置在Z方向运动部件6上，所述的反射镜系统由一个固定反射镜2、 一个X-Z向反射镜3和一个Z-X向反射镜4构成，所述的固定反射镜2与Y方向运动部件8固定，所述的X-Z向反射镜3固定设置在X方向运动部件7上，所述的Z-X向反射镜4固定设置在Z方向运动部件6上，所述的激光源1与Y方向运动部件8固定，激光源l的出射方向与Y方向运动部件8的运动轨迹平行。
进一步的，所述的X方向运动部件7设置在Y方向运动部件8上，所述的Z方向运动部件6设置在X方向运动部件7上。
进一步的，所述的X方向运动部件7与Y方向运动部件8之间设置有大理石基底运动轴(图中未示)，所述的Z方向运动部件6与X方向运动部件7之间设置有大理石基底运动轴，Y方向运动部件8与支架10之间设置有大理石基底运动轴。进一步的，所述的X方向运动部件7、 Y方向运动部件8和Z方向运动部件
6均各自与一个驱动机构(图中未示)连接，所述的驱动机构均由丝杆螺母
副和伺服电机连接构成，任意一个所述的伺服电机均与一个控制器连接。
进一步的，所述的气动浮台9的宽度1.5米，长度为2米，由多块独立气 动浮台拼接而成。
在本发明的一个优选实施例中，平板玻璃放置在气动浮台9上，操作 人员通过气动浮台9调整平板玻璃位置，平板玻璃静止在高速数字振镜5 的下方，激光源1发射的激光11依次经过固定反射镜2、 X-Z向反射镜3 和Z-X向反射镜4射向高速数字振镜5，激光聚集点在平板玻璃内产生一 个损伤点，激光通过高速数字振镜5可以高速高精度地在小区域内(如120 X 120 mm)雕刻玻璃内部。通过移动X方向运动部件7、 Y方向运动部件8 和Z方向运动部件6，可改变设置在Z方向运动部件6上的高速数字振镜5 系统的空间位置，从而在三维方向上移动激光聚集点，在平板玻璃内的任 意位置形成小幅雕刻图案，进而拼接成大幅图案。因为反射镜系统和高速 数字振镜5的质量小，所以运动惯量小，从而减小了振动，提高了雕刻的 速度和质量。
权利要求
1.一种在平板玻璃内雕刻三维图案的方法，包括一个利用激光聚焦方法在平板玻璃内形成损伤点的过程，还包括一个在平板玻璃内移动激光聚焦点的过程，其特征在于在激光于平板玻璃内形成第一个损伤点之前，先设定一个高速振镜的位移路径范围，在所述的设定高速振镜的位移路径范围的过程中，将被雕刻区域划分为至少两个平行的雕刻分区，任意一个所述的雕刻分区均至少由一个平面和平板玻璃的外表面构成，任意一个所述的平面均与X-Y轴平面呈小于或者等于90度的夹角，任意相邻的所述平面均相互平行，在利用激光聚焦方法形成损伤点的过程中，首先移动高速振镜到达第一个雕刻分区的上方，利用振镜系统控制激光聚焦点在所述的第一个雕刻分区内运动并雕刻这一区域内的图像的30％到80％之间的部分，然后平行移动高速振镜到达与前一个雕刻分区相邻的雕刻分区的上方，并利用振镜系统控制激光聚焦点在当前雕刻分区内运动并雕刻这一区域内的图像的30％到80％之间的部分，同时完成前一个雕刻分区内剩余的雕刻点，然后再将高速振镜移动到下一个雕刻分区的上方重复以上雕刻步骤，直到完成整个图像雕刻。
2. 如权利要求l所述的在平板玻璃内雕刻三维图案的方法，其特征在于.-将被雕刻区域划分为两个以上的平行的雕刻分区。
3. 如权利要求l所述的在平板玻璃内雕刻三维图案的方法，其特征在于-将平板玻璃放置在一个气动浮台上，通过气动浮台调整平板玻璃位置， 在平板玻璃的上方设置一个高速数字振镜系统，利用一个反射镜系统将 来自激光源的激光射向所述的高速数字振镜系统，利用高速数字振镜系 统在小于或等于120X120 mm的平面区域在平板玻璃内部移动聚焦点。
4. 如权利要求3所述的在平板玻璃内雕刻三维图案的方法，其特征在于 将所述的高速数字振镜系统设置在一个Z方向运动部件上，所述的Z方向 运动部件与一个X方向运动部件和Y方向运动部件连接，通过移动X方向运动部件、Y方向运动部件和Z方向运动部件，来改变高速数字振镜系统 的空间位置，利用高速数字振镜系统空间位置的改变来移动激光聚集 占。"、、O
5. —种实现如权利要求l所述的在平板玻璃内雕刻三维图案的方法的平板 玻璃内雕刻装置，由支架、气动浮台、移动定位机构、高速数字振镜、反射镜系统和激光源构成，其特征在于:所述的气动浮台设置在支架中，所述的移动定位机构由一个X方向运动部件、一个Y方向运动部件和一个 Z方向运动部件连接构成，移动定位机构与支架连接并位于气动浮台的 上方，所述的高速数字振镜固定设置在Z方向运动部件上，所述的反射镜系统由一个固定反射镜、 一个x-z向反射镜和一个z-x向反射镜构成，所述的固定反射镜与Y方向运动部件固定，所述的X-Z向反射镜固定设置 在X方向运动部件上，所述的Z-X向反射镜固定设置在Z方向运动部件上， 所述的激光源与Y方向运动部件固定固定，激光源的出射方向与Y方向运 动部件的运动轨迹平行。
6. 如权利要求5所述的平板玻璃内雕刻装置，其特征在于所述的X方向运 动部件设置在Y方向运动部件上，所述的Z方向运动部件设置在X方向运 动部件上。
7. 如权利要求6所述的平板玻璃内雕刻装置，其特征在于所述的X方向运 动部件与Y方向运动部件之间设置有大理石基底运动轴，所述的Z方向运 动部件与X方向运动部件之间设置有大理石基底运动轴，Y方向运动部件 与支架之间设置有大理石基底运动轴。
8. 如权利要求6所述的平板玻璃内雕刻装置，其特征在于所述的X方向运 动部件、Y方向运动部件和Z方向运动部件均各自与一个驱动机构连接， 所述的驱动机构均由丝杆螺母副和伺服电机连接构成，任意一个所述的 伺服电机均与一个控制器连接。
9. 如权利要求5所述的平板玻璃内雕刻装置，其特征在于所述的气动浮台的宽度1.5米，长度为2米，由两块以上的独立气动浮台拼接而成。
全文摘要
一种在平板玻璃内雕刻三维图案的方法，利用激光聚焦方法在平板玻璃内形成损伤点，在雕刻前，将被雕刻区域划分为至少两个平行的雕刻分区，移动高速振镜到达第一个雕刻区域的上方，利用振镜系统控制激光聚焦点在第一个雕刻区域内运动并雕刻这一区域内的图像的30％到80％之间部分，然后将高速振镜平行移动到与前一个雕刻区域相邻的雕刻分区的上方，并利用振镜系统控制激光聚焦点在当前雕刻分区内运动并雕刻这一区域内的图像的30％到80％之间部分，同时完成前一个雕刻区域内剩余的雕刻点。然后再将高速振镜移动到下一个雕刻区域的上方重复以上步骤。一种平板玻璃内雕刻装置，通过移动定位机构改变高速振镜的空间位置。本发明提高了雕刻速度和质量。
文档编号B44B1/06GK101670741SQ20081004287
公开日2010年3月17日 申请日期2008年9月12日 优先权日2008年9月12日
发明者辉 龚 申请人:上海镭立激光科技有限公司