专利名称：在透明材料内实现内雕的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光加工技术领域，尤其是涉及一种在透明材料内实现内雕的方法和装置。
背景技术：
激光内雕是由激光束在透明物体内部聚焦，其焦点形成炸裂点或着色点。现有的激光内雕方法一般是安装聚焦镜头出射光的光轴垂直于水平面，焦点位于聚焦镜头之下。材料的放置一般有以下几种方法。
1. 选择需内雕的材料的光滑平面一面作为激光的入射面且使入射面垂直于光轴固定在平台上。
2. 如果材料的激光入射面为非平面，则在激光入射面加盖一片折射率接近材料，下表面与材料面紧密吻合，上表面为光滑平面的透镜，使透镜入射面垂直于光轴相对平台固定。
但是所述的第二种方法还存在几点不足首先它只适合用于材料入射面为规则曲面。如球面的内雕加工，对于激光入射面为非规则曲面的材料，由于制造非规则曲面透镜的难度较高，工艺复杂，价格昂贵，不适合内雕加工生产。其次，当材料的入射面为曲面，在斜率过大的地方造成入射角过大，比如透明球的边缘，因为光的反射，造成二次大的能量衰减，一次是通过上端透镜下表面， 一次是通过材料上表面，使材料内炸点大小不均匀或难以实现聚焦炸点或着色。雕刻范围只能限制在曲面较小的斜率范围内。
本专利人在申请的中国发明专利ZL 200710070392.9名称为在表面为非平面的透明材料内实现内雕的方法及装置中提及了一种方法，其方法是在平台上固定一盛有透明液体的容器，把需内雕的工件定位在容器内，液体完全漫过工件，并在容器上口处设有一垂直于光轴的透明光滑平板。通过各种机械结构移动聚焦镜头或者平台，控制每个焦点相对于工件的空间位置，组成图案。成品内雕图案相对于工件的空间位置，最佳的视觉效果往往以工件的激光入射面为参照。但该专利及上述各种方法，工件的激光入射面都是上表面，定位却都是以下表面为基准固定在平台上。由于内雕工件本身尺寸存在误差，当要求激光内雕加工图案相对于工件激光入射面直线距离高精度时，比如在透明容器的器壁内雕刻图案。只有通过测量每个工件尺寸使之分类，再根据不同的规格调整内雕机参数解决。如果工件的下表面为非规则面，还要根据工件的形状做相应的固定装置使上表面相对于聚焦镜头焦点定位。由于工件尺寸误差的不同，更有一些下表面非规则工件定位相当困难。且上述专利中的方法在内雕大
4体积工件时，因为透明液体需要漫过工件，内雕完成取出工件时，工件上必然会粘附有一些透明液体，使透明液体材料消耗比较大。如果内雕机本身为动平台结构时，工作时使整个动平台惯量过大，影响定位精度，甚至超过动平台设计负荷。
发明内容
本发明主要是解决了上述现有技术中所存在问题，提供了一种可以用较低成本，简单工序，不用考虑材料整体尺寸误差，实现激光内雕加工图案相对于工件激光入射面的空间位置精确定位。而且在工件的激光入射面为非平面时，更容易实现在包括大体积的工件内激光内雕的方法和装置。
为了实现上述的目的，根据本发明的一个方面，提供了一种在透明材料内实现内雕的方法，该方法中激光汇聚机构的出射光向上透过一底部为透明材料的容器或透明光滑平板汇聚，容器的底部或透明光滑平板水平安装在激光汇聚机构上方，底部为透明材料的容器或透明光滑平板相对于激光汇聚机构的汇聚点能够依靠传动机构作三维移动。容器底材料透明下表面光滑，底部透明的容器、容器内透明液体共同组成紧密吻合工件入射面的光学体。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的 一种在透明材料内实现内雕的方法，其特征在于其步骤为
a. 设置一底部透明的容器或透明光滑平板，使容器或透明光滑平板位于激光内雕机激光汇聚机构的上方，容器或透明光滑平板底部水平安装，使激光内雕机激光汇聚机构的光轴与容器或透明光滑平板底部之间的夹角为80。 90° ;
b. 放置工件，如果工件的激光入射面为非平面，则先在设置好的容器内注入透明液体
，然后将工件放置在容器内，并通过限位块将其定位于容器内，调整透明液体高度，使透明液体浸没工件的激光入射面，透明液体的最低高度要保证工件需要进行雕刻范围内的激光入射面与容器底部之间充满透明液体；如果工件的激光入射面为光滑平面，则将工件放置在透明光滑平板上通过限位块将其定位；
c. 开启激光内雕机开始雕刻，激光通过内雕机上的激光汇聚机构，向上透过底部为透明材料的容器或透明光滑平板后准确聚焦于工件内部。
作为上述方案的一种优选方案，所述容器底部材料的激光入射面透明光滑。作为上述方案的一种优选方案，底部透明的容器、透明液体组成一个激光入射面为光滑平面，激光出射面和工件面紧密吻合的透镜。
作为上述方案的一种优选方案，容器底部的材料的厚度为5mnT30mm。
作为上述方案的一种优选方案，透明液体的折射率为工件折射率的80% 120%。根据本发明的另一个方面，提供了一种在透明材料内实现内雕的装置，其特征在于包 括一底部透明的容器，该容器设置在激光汇聚机构上方，容器的底部为水平设置的透明光滑 的平面，在容器内盛有透明液体，工件放置在容器内，并用限位块将其定位于容器底部，所 述底部透明的容器、透明液体与工件共同组合成一激光入射面为光滑平面的光学整体。
作为上述方案的一种优选方案，所述底部透明的容器底部的材料为透明玻璃平板，其厚
度为5mnT30mm，所述激光束汇聚机构为对激光进行聚焦的透镜。
该内雕的装置还可以是包括一透明光滑平板，该透明光滑平板水平设置在激光汇聚机 构上方，工件放置在透明光滑平板上，并用限位块将其定位于透明光滑平板上。
作为上述方案的一种优选方案，所述透明光滑平板的材料为透明玻璃平板，其厚度为 5mnT30mm，所述激光束汇聚机构为对激光进行聚焦的透镜。
因此，由于本发明的内雕工件三轴的限位点都是位于工件的激光入射面附近，使激光内 雕图案相对于材料激光入射面定位更加精确。在内雕激光入射面为非平面工件时减少了内雕 加工过程中的操作步骤。透明液体不用漫过材料，减少了内雕用透明液体的用量，减少了在 取出内雕工件时透明液体因带出产生的损耗。如果在透明液体为高价材料时显得尤为重要。 如果透明液体需要清洗，可以减少清洗液的用量。本发明还具有工艺简单，设计合理，生产 成本低廉的特点。
附图l是本发明的一种结构示意图； 附图2是本发明的另一种结构示意图。
1-容器2-透明液体3-限位块4-工件5-激光汇聚机构6-透明光滑平板
具体实施例方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。 本发明主要采用 一种激光汇聚机构出射光向上透过一透明平板或底部为透明材料的容器 聚焦，使激光内雕图案相对于材料激光入射面精确定位的一种方法及装置。其实施例如下 实施例l:
在内雕工件激光入射面为非平面时，该内雕装置如图l所示，主要包括一底部透明的容 器l，该容器为一敞口容器，容器底部的材料为透明的玻璃平板，其厚度为10mm，容器水平 设置于激光内雕机激光汇聚机构5S卩凸透镜的上方，使凸透镜的光轴与容器底部之间的夹角 为90° ，该凸透镜聚焦的焦点和容器l可以做相对三维运动。用两块以上的限位块3以焦点为 参照，按要雕刻的图案相对与工件3即本实施例中的瓶子位置要求定位，固定在容器内；然后将透明液体注入容器内，调整容器内透明液体的液面高度，该液面最低高度要保证工件需 要进行雕刻范围内的激光入射面与容器底部之间充满透明液体，透明液体的折射率为工件折 射率的80% 120%，当然是透明液体的折射率越接近工件折射率，其效果越好；然后将工件放 入容器内，由于该工件为瓶子，其底部内凹，先将瓶子略倾斜浸入透明液体2内，排出内凹 处空气，然后将其放置在限位块之间，使其依靠限位块、容器底三轴定位。相对于容器移动 凸透镜，使聚焦透镜焦点相对于工件定位在图案原点，启动雕刻，激光通过内雕机上的凸透 镜向上射出后准确聚焦于工件内部。 实施例2:
如图2所示，本发明还给出了另一种装置，当内雕工件激光入射面为平面时，该装置主 要包括一透明光滑平板6，该透明光滑平板为透明的玻璃平板，其厚度为10mm，透明光滑平 板设置于激光内雕机激光汇聚机构5即凸透镜的上方，使凸透镜的光轴与透明光滑平板之间 的夹角为90。，凸透镜聚焦的焦点和透明光滑平板可以做相对三维运动；用两块以上的限位 块3以焦点为参照，按要雕刻的图案相对与工件3位置要求定位，固定在透明光滑平板6上， 然后将工件放置在限位块之间，使其依靠限位块、透明光滑平板三轴定位。相对于透明光滑 平板移动凸透镜，使聚焦透镜焦点相对于工件定位在图案原点，启动雕刻，激光通过内雕机 上的凸透镜向上射出后准确聚焦于工件内部。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技 术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不 会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了底部透明的容器、透明光滑平板、透明液体、工件等术语，但并 不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质 ;把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
权利要求
权利要求1一种在透明材料内实现内雕的方法，其特征在于其步骤为a. 设置一底部透明的容器(1)或透明光滑平板(6)，使容器或透明光滑平板位于激光内雕机激光汇聚机构(5)的上方，容器或透明光滑平板底部水平安装，使激光内雕机激光汇聚机构的光轴与容器或透明光滑平板底部之间的夹角为80°～90°；b. 放置工件(4)，如果工件(4)的激光入射面为非平面，则先在设置好的容器内注入透明液体(2)，然后将工件放置在容器内，并通过限位块(3)将其定位于容器内，调整透明液体高度，使透明液体浸没工件的激光入射面，该透明液体的最低高度要保证工件需要进行雕刻范围内的激光入射面与容器底部之间充满透明液体；如果工件(4)的激光入射面为光滑平面，则将工件放置在透明光滑平板(6)上并通过限位块(3)将其定位；c. 开启激光内雕机开始雕刻，激光通过内雕机上的激光汇聚机构(5)，向上透过透明光滑平板或底部为透明材料的容器后准确聚焦于工件内部。
2.根据权利要求l所述的在透明材料内实现内雕的方法，其特征是所 述容器(1)底部材料的激光入射面透明光滑。
3.根据权利要求l所述的在透明材料内实现内雕的方法，其特征是底 部透明的容器(1)，透明液体(2)组成一个激光入射面为光滑平面，激光出射面和工件面 紧密吻合的透镜。
4.根据权利要求l所述的在透明材料内实现内雕的方法，其特征是容 器(1)底部的材料或透明光滑平板的厚度为5mnT30mm。
5.根据权利要求l所述的在透明材料内实现内雕的方法，其特征是透 明液体的折射率为工件折射率的80% 120% 。
6. 一种在透明材料内实现内雕的装置，其特征在于包括一底部透 明的容器(1)，该容器设置在激光汇聚机构上方，容器的底部为水平设置的透明光滑的平 面，在容器内盛有透明液体(2)，工件(4)放置在容器内，并用限位块(3)将其定位于 容器底部，所述底部透明的容器(1)、透明液体(2)与工件(4)共同组合成一激光入射面为光滑平面的光学整体。
7.根据权利要求6所述的在透明材料内实现内雕的装置，其特征是所 述底部透明的容器底部的材料为透明玻璃平板，其厚度为5mnT30mm，所述激光束汇聚机构为 对激光进行聚焦的透镜。
8.一种在透明材料内实现内雕的装置，其特征在于包括一透明光 滑平板(6)，该透明光滑平板水平设置在激光汇聚机构上方，工件(4)放置在透明光滑平 板上，并用限位块(3)将其定位于透明光滑平板上。
9.根据权利要求8所述的在透明材料内实现内雕的装置，其特征是所 述透明光滑平板(6)的材料为透明玻璃平板，其厚度为5mnT30mm，所述激光束汇聚机构为 对激光进行聚焦的透镜。
全文摘要
本发明涉及激光加工技术领域，尤其是涉及一种在透明材料内实现内雕的装置。一种在透明材料内实现内雕的装置，包括一底部透明的容器，该容器设置在激光汇聚机构上方，容器的底部为水平设置的透明光滑的平面，在容器内盛有透明液体，工件放置在容器内，并用限位块将其定位于容器底部，所述底部透明的容器、透明液体与工件共同组合成一激光入射面为光滑平面的光学整体。本发明还涉及一种在透明材料内实现内雕的方法，采用上述的装置便可实现本方法。本发明具有定位更加精确，操作步骤少，还具有工艺简单，设计合理，生产成本低廉的特点。
文档编号B23K26/12GK101508056SQ20081030624
公开日2009年8月19日 申请日期2008年12月15日 优先权日2008年12月15日
发明者吴敏锋 申请人:吴敏锋