专利名称：一种3d纹路光纤激光雕刻机及雕刻方法
技术领域：
本发明涉及激光雕刻技术领域，特别涉及一种3D纹路光纤激光雕刻机及雕刻方法。
背景技术：
为了使人造革或者其他加工物表面上形成各种各样的花纹图案或者仿动物及植物的3D纹路，首先需将图形花纹或真皮纹路刻在压辊上。
目前制造3D纹路之压辊，例如真皮纹路压于皮革上的压辊，采用电铸镍做辊法， 即在真皮纹路上电铸返模，然后把电铸的镍板包覆在压辊辊体表面，该方法虽然能达到3D 纹路99%的仿真度，但镍板属贵金属，使得产品制作成本高，且采用此方法得到的压辊辊体表面上会有接缝，此种制作方式也不环保，制成的压辊表面硬度不够，易造成压辊使用寿命短的缺点。
近年来，在皮革、纺织印刷业出现了较为先进的金钢石刀雕刻技术，该技术通过使用电脑图形处理系统，将生成的各种不同的图形通过控制系统控制金钢石刻刀在辊上雕刻图案或真皮纹路而制成压辊，但是这种金钢石刀雕刻技术仅能对一些质地较软的工作辊进行雕刻，且雕刻的精度不高，不能雕刻出具有立体效果的3D立体纹路。
中国专利号为CN1299723公开了一种激光雕刻版辊雕刻系统及雕刻方法，包括激光版辊的雕刻装置、用于观察和记录的CCD摄像头、计算机控制部分和用于激光器的循环水冷和辅助气体装置，该激光雕刻系统采用非接触式加工，不会对待刻压辊辊面造成机械挤压或机械应力，雕刻好的成品没刀痕，也不伤害加工件表面，辊面纹路不出现接缝，但是其激光雕刻系统采用YAG固体激光器，YAG固体激光光束的聚焦点直径较大，大约0. Imm左右，雕刻出的图像或纹路仿真度不高，光的损耗率较大，且现有的YAG固体激光雕刻机只能进行平面图形的雕刻加工，不能雕刻出仿真度高、立体感强的3D纹路。发明内容
针对上述问题，本发明提出一种结构合理、制作成本低、加工精度高、雕刻出的压辊辊体表面不会有接缝、且结合相应的雕刻方法能精确的在待刻物表面雕刻出立体纹路的 3D纹路光纤激光雕刻机。
为解决此技术问题，本发明采取以下方案一种3D纹路光纤激光雕刻机，包括一用于支撑待刻压辊并使待刻压辊沿其轴向中心线转动的支撑转动机构、激光雕刻装置及3D 纹路雕刻控制系统，还包括伺服直线电机，所述激光雕刻装置包括光纤激光发生器、光路传导系统及激光聚焦镜头，所述光纤发生器的输入端连接3D纹路雕刻控制系统，输出端通过光路传导系统与激光聚焦镜头输入端相连，所述伺服直线电机包括直线导轨、设于直线导轨上可沿直线导轨长度方向滑移的负载平台，所述直线导轨设于支撑转动机构上所述待刻压辊的一侧，所述负载平台上垂直架设有横梁，所述横梁上设有导轨，所述激光雕刻装置的激光聚焦镜头通过进给步进电机可滑动的设于横梁的导轨上，所述进给步进电机、伺服3直线电机分别与3D纹路雕刻控制系统电连接。
进一步改进的是所述激光聚焦镜头靠近待刻压辊的下方设有废粉吸收管，所述废粉吸收管的出粉口连接高压叶片吸气泵的进气口。
进一步改进的是所述伺服直线电机的直线导轨上还设有光纤尺。
一种3D纹路雕刻方法，包括在压辊上雕刻出3D纹路的步骤，1)、用3D纹路扫描仪对要模刻的原纹样进行扫描，读取原纹样的3D纹路数据，即原纹样与物件表面精确的深度距离Z，横向位置数据X及纵向位置数据Y的三点坐标数据，从而得到具有不同深浅度的3D纹路；2)、将计算机读取的具有不同深浅度的3D纹路数据通过计算机程序转换成3D纹路雕刻控制系统能够识别的且分辨率为2540DPI精度的3D纹路灰度图像，接着将此图像导入主机的3D纹路雕刻控制系统，并处理成可加工的电信号；3)、将表面符合加工要求的待刻压辊水平夹持在支撑转动机构上，同时将支撑转动机构的运动参数、待刻压辊的加工参数及激光雕刻装置的输出参数分别输入至3D纹路雕刻控制系统，并处理成可加工的电信号；4)、启动3D纹路雕刻控制系统驱动伺服电机带动支撑转动机构上的待刻压辊做水平轴向旋转；5)、当待刻压辊做轴向旋转时，3D纹路雕刻控制系统控制光纤激光发生器自动复位至系统设定之对焦位置及系统设定之起点雕刻位置；6)、光纤激光器复位后，3D纹路雕刻控制系统根据生成的加工电信号控制光纤激光发生器发出光纤激光束经激光聚焦镜头聚焦后至待刻压辊表面，并通过控制伺服直线电机负载平台的轴向移动来移动光纤激光束沿压辊表面进行首层纹路的雕刻，首层纹路雕刻完后，系统自动控制光纤激光发生器复位至起点雕刻位置，然后再根据生成的加工电信号自动调整光纤激光发生器进行下一层纹路雕刻的对焦位置，调整对焦位置后，控制光纤激光发生器发出光纤激光束进行压辊下一层纹路的雕刻，以此类推，层层递进，系统通过生成的加工电信号调整光纤激光发生器与3D纹路对应层次的对焦位置，实现对3D纹路的逐层雕刻，从而得到表面具有3D纹路的压辊。
一种压辊，包括压辊本体，所述压辊本体圆周外表面设有3D纹路，所述3D纹路通过上述3D纹路光纤激光雕刻机及雕刻方法雕刻成形。
进一步改进的是所述压辊表面3D纹路仿真度为99%。
通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是本发明3D纹路光纤激光雕刻机， 通过3D纹路雕刻控制系统输出具有不同深浅度的3D纹路数据加工信号控制光纤激光发生器发出光纤激光束至待刻压辊表面直接雕刻纹路，并通过生成的加工电信号调整光纤激光发生器雕刻每层纹路所对应的焦距，进行自动分层次雕刻，层层递进，从而得到仿真度为 99%的3D纹路压辊，采用光纤激光发生器在压辊上直接雕刻3D纹路，压辊纹路不出现接缝， 光纤激光发生器导出的光纤激光束聚焦点直径精细到0. 02mm，光的损耗小，使用寿命长； 采用分层次雕刻法，压辊上的3D纹路高档精细、立体感强，仿真度高、纹路顺畅，此外，其要雕刻的3D纹路也可根据喜好由电脑软件随意创作加深局部或减浅局部，创新纹路轻而易举；另外，本发明在激光雕刻装置靠近待刻压辊的下方设有废粉吸收管，所述废粉吸收管的出粉口连接高压叶片吸气泵的进气口，利用高压叶片吸气泵将雕刻后的残留碳粉集中在碳粉箱内进行集中处理，对人体及环境不造成污染，是一种环保型3D纹路光纤激光雕刻机。
图1是本发明实施例结构示意图。
具体实施方式
现结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。
参考图1，本发明实施例公开一种3D纹路光纤激光雕刻机，包括一支撑转动机构、 伺服电机4、3D纹路雕刻控制系统5、伺服直线电机6、激光雕刻装置及进给步进电机9 ；所述支撑转动机构包括工作台1、设于在工作台前、后两端用于支撑待刻压辊并使待刻压辊沿其轴向中心线转动的前支座2与尾座3，所述前支座2上设有高精度自定中心三爪卡盘21，所述尾座3上设有活动旋转顶尖31，工作时，位于工作台前端的前支座用高精度自定中心三爪卡盘夹紧待刻压辊，后端尾座用活动旋转顶尖共同支撑待刻压辊工作，所述前支座2内设有传动主轴(图中未示出)，所述传动主轴与伺服电机4传动连接，所述伺服电机4 通过电气控制系统与3D纹路雕刻控制系统5电连接，使用时3D纹路雕刻控制系统5控制伺服电机4驱动传动主轴带动待刻压辊做水平轴向旋转；所述激光雕刻装置包括光纤激光发生器(图中未示出)、光路传导系统及激光聚焦镜头 71，所述光纤发生器的输入端连接3D纹路雕刻控制系统5，输出端通过光路传导系统与激光聚焦镜头71输入端相连，工作时，光纤激光发生器通过光纤导出高频脉冲光纤激光束经过光路传导系统反射并通过激光聚焦镜头将光斑缩至0. 02mm直径后输出，本发明采用先进之光纤激光发生器通过光纤导出光纤激光束，其光纤激光束聚焦点直径精细到0. 02mm, 光的损耗极小，进一步提高了雕刻的精度，所述伺服直线电机6包括直线导轨61、设于直线导轨61上可沿直线导轨长度方向滑移的负载平台62，所述直线导轨61架设于支撑转动机构的工作台1上所述待刻压辊的一侧，所述负载平台62上垂直固设有横梁8，所述横梁8上设有导轨，所述激光雕刻装置的激光聚焦镜头71通过进给步进电机9可滑动的设于横梁8 的导轨上，所述进给步进电机9与3D纹路雕刻控制系统5电连接并受控于3D纹路雕刻控制系统5，工作时，3D纹路雕刻控制系统控制进给步进电机9步进的参数来调节激光雕刻装置的焦距，所述伺服直线电机6与3D纹路雕刻控制系统5电连接，工作时，3D纹路雕刻控制系统控制伺服直线电机的负载平台沿其直线导轨61做轴向滑移工作，从而移动激光聚焦镜头输出的光纤激光束进行雕刻。
所述激光聚焦镜头靠近待刻压辊的下方设有废粉吸收管72，所述废粉吸收管72 的出粉口连接高压叶片吸气泵的进气口，本发明利用高压叶片吸气泵将雕刻后的残留碳粉集中在碳粉箱内进行集中处理，对人体及环境不造成污染，是一种环保型3D纹路光纤激光雕刻机。
所述伺服直线电机的直线导轨61上还设有光纤尺(图中未示出)，本发明采用伺服直线电机移动光纤激光束，加高精度之光纤尺定位，定位精度为0. 001mm，进一步提高了 3D 光纤激光雕刻机的雕刻精度。
基于上述3D纹路光纤激光雕刻机，本发明提供一种3D纹路雕刻方法，包括在压辊上雕刻出3D纹路的步骤，1 )、用3D纹路扫描仪对要模刻的原纹样进行扫描，读取原纹样的3D纹路数据，即原纹样与物件表面精确的深度距离Z，横向位置数据X及纵向位置数据Y的三点坐标数据，从而得到具有不同深浅度的3D纹路；2)、将计算机读取的具有不同深浅度的3D纹路数据通过计算机程序转换成3D纹路雕刻控制系统能够识别的且打印分辨率为2540DPI(Dots Per Inch的缩写，每英寸所打印的点数或线数，用来表示打印分辨率，是衡量打印精度的主要参数之一，该值越大，表明打印机的打印精度越高。)精度的3D纹路灰度图像，接着将此图像导入主机的3D纹路雕刻控制系统，并处理成可加工的电信号；3)、将表面符合加工要求的待刻压辊水平的夹持在支撑转动机构上，同时将支撑转动机构的运动参数、待刻压辊的加工参数及激光雕刻装置的输出参数分别输入至3D纹路雕刻控制系统，并处理成可加工的电信号；4)、启动3D纹路雕刻控制系统驱动伺服电机带动支撑转动机构上的待刻压辊做轴向旋转；5)、当待刻压辊做轴向旋转时，3D纹路雕刻控制系统控制光纤激光发生器自动复位至系统设定之对焦位置及系统设定之起点雕刻位置；6)、光纤激光器复位后，3D纹路雕刻控制系统根据生成的加工电信号控制光纤激光发生器发出光纤激光束经激光聚焦镜头聚焦后至待刻压辊表面，并通过控制伺服直线电机负载平台的轴向移动来移动光纤激光束对压辊表面进行首层纹路的雕刻，首层纹路雕刻完后，系统自动控制光纤激光发生器复位至起点雕刻位置，然后再根据生成的加工电信号自动调整光纤激光发生器进行下一层纹路雕刻的对焦位置，调整对焦位置后，控制光纤激光发生器发出光纤激光束进行压辊下一层纹路的雕刻，层层递进，系统通过生成的加工电信号调整光纤激光发生器与3D纹路对应层次的对焦位置，实现对3D纹路的逐层雕刻从而得到表面具有3D纹路的压辊。
通过本发明3D纹路光纤激光雕刻机及3D纹路雕刻方法雕刻成型的压辊本体，其圆周外表面的3D纹路仿真度为99%。
本发明3D纹路光纤激光雕刻机，通过3D纹路雕刻控制系统输出具有不同深浅度的3D纹路数据加工信号控制光纤激光发生器发出光纤激光束至待刻压辊表面直接雕刻纹路，并通过生成的加工电信号调整光纤激光发生器雕刻每层纹路所对应的焦距，进行自动分层次雕刻，层层递进，从而得到仿真度为99%的3D纹路压辊，采用光纤激光发生器在压辊上直接雕刻3D纹路，压辊纹路不出现接缝，光纤激光发生器导出的光纤激光束聚焦点直径精细到0. 02mm，光的损耗小，使用寿命长；采用分层次雕刻法，压辊上的3D纹路高档精细、 立体感强，仿真度高、纹路顺畅，此外，其要雕刻的3D纹路也可根据喜好由电脑软件随意创作加深局部或减浅局部，创新纹路轻而易举。以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。
权利要求
1.一种3D纹路光纤激光雕刻机，包括一用于支撑待刻压辊并使待刻压辊沿其轴向中心线转动的支撑转动机构、激光雕刻装置及3D纹路雕刻控制系统，其特征在于还包括伺服直线电机，所述激光雕刻装置包括光纤激光发生器、光路传导系统及激光聚焦镜头，所述光纤发生器的输入端连接3D纹路雕刻控制系统，输出端通过光路传导系统与激光聚焦镜头输入端相连，所述伺服直线电机包括直线导轨、设于直线导轨上可沿直线导轨长度方向滑移的负载平台，所述直线导轨设于支撑转动机构上所述待刻压辊的一侧，所述负载平台上垂直架设有横梁，所述横梁上设有导轨，所述激光雕刻装置的激光聚焦镜头通过进给步进电机可滑动的设于横梁的导轨上，所述进给步进电机、伺服直线电机分别与3D纹路雕刻控制系统电连接。
2.根据权利要求1所述的3D纹路光纤激光雕刻机，其特征在于所述激光聚焦镜头靠近待刻压辊的下方设有废粉吸收管，所述废粉吸收管的出粉口连接高压叶片吸气泵的进气
3.根据权利要求1或2所述的3D纹路光纤激光雕刻机，其特征在于所述伺服直线电机的直线导轨上还设有光纤尺。
4.一种3D纹路雕刻方法，包括在压辊上雕刻出3D纹路的步骤，其特征在于1)、用3D纹路扫描仪对要模刻的原纹样进行扫描，读取原纹样的3D纹路数据，即原纹样与物件表面精确的深度距离Z，横向位置数据X及纵向位置数据Y的三点坐标数据，从而得到具有不同深浅度的3D纹路；2)、将计算机读取的具有不同深浅度的3D纹路数据通过计算机程序转换成3D纹路雕刻控制系统能够识别的且分辨率为2540DPI精度的3D纹路灰度图像，接着将此图像导入主机的3D纹路雕刻控制系统，并处理成可加工的电信号；3)、将表面符合加工要求的待刻压辊水平夹持在支撑转动机构上，同时将支撑转动机构的运动参数、待刻压辊的加工参数及激光雕刻装置的输出参数分别输入至3D纹路雕刻控制系统，并处理成可加工的电信号；4)、启动3D纹路雕刻控制系统驱动伺服电机带动支撑转动机构上的待刻压辊做水平轴向旋转；5)、当待刻压辊做轴向旋转时，3D纹路雕刻控制系统控制光纤激光发生器自动复位至系统设定之对焦位置及系统设定之起点雕刻位置；6)、光纤激光器复位后，3D纹路雕刻控制系统根据生成的加工电信号控制光纤激光发生器发出光纤激光束经激光聚焦镜头聚焦后至待刻压辊表面，并通过控制伺服直线电机负载平台的轴向移动来移动光纤激光束沿压辊表面进行首层纹路的雕刻，首层纹路雕刻完后，系统自动控制光纤激光发生器复位至起点雕刻位置，然后再根据生成的加工电信号自动调整光纤激光发生器进行下一层纹路雕刻的对焦位置，调整对焦位置后，控制光纤激光发生器发出光纤激光束进行压辊下一层纹路的雕刻，以此类推，层层递进，系统通过生成的加工电信号调整光纤激光发生器与3D纹路对应层次的对焦位置，实现对3D纹路的逐层雕刻，从而得到表面具有3D纹路的压辊。
5.一种压辊，包括压辊本体，其特征在于所述压辊本体圆周外表面设有3D纹路，所述 3D纹路通过上述3D纹路光纤激光雕刻机及雕刻方法雕刻成形。
6.根据权利要求5所述的压辊，其特征在于所述压辊表面3D纹路的仿真度为99%。
全文摘要
本发明涉及激光雕刻技术领域，提供一种结构合理、制作成本低、加工精度高、雕刻出的压辊辊体表面不会有接缝、且结合相应的雕刻方法能精确的在待刻物表面雕刻出立体纹路的3D纹路光纤激光雕刻机,包括一用于支撑待刻压辊并使待刻压辊做水平轴向转动的支撑转动机构、激光雕刻装置、3D纹路雕刻控制系统、进给步进电机、伺服直线电机，所述激光雕刻装置包括光纤激光发生器、光路传导系统及激光聚焦镜头，所述光纤发生器的输入端连接3D纹路雕刻控制系统，输出端通过光路传导系统与激光聚焦镜头输入端相连，所述进给步进电机、伺服直线电机分别与3D纹路雕刻控制系统电连接。
文档编号B44B3/04GK102501695SQ20111034434
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月3日 优先权日2011年11月3日
发明者林清景 申请人:晋江市铭兴纸塑机械有限公司