CN105328345B - 一种三维镭射雕刻机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三维镭射雕刻机,包括支架、FPGA控制装置、传动机构和机械传动装置，所述支架的顶部设有导轨，所述伺服电机与滑块传动连接，所述支架的右侧固定有驱动器，所述驱动器通过导线分别与伺服电机和FPGA控制装置电性连接，所述滑块与导轨滑动连接，所述伺服直流旋转电机与FPGA控制装置电性连接，所述伺服直流旋转电机的输出轴通过联轴器转动连接有激光器，所述激光器的下端与机械传动装置固定连接，所述机械传动装置的下端设有激光雕刻头，本发明结构简单，操作简单、数学运算复杂精准，它具有刚度大、响应快、精度高、适应性强、技术附加值高和灵活性强等突出优点。
Description
技术领域
本发明属于镭射雕刻技术领域，具体涉及一种三维镭射雕刻机。
背景技术
激光雕刻技术属于一种比较常见的激光加工技术，激光雕刻加工主要利用激光对工件的汽化效应、光化学效应和焰蚀效应实现加工效果。激光雕刻具有非接触、低噪声、高速度等特点，非常适合于亚克力、橡胶、木材等非金属材料的雕刻加工，并在广告、服装、印刷和工艺品等行业获得了广泛的应用。
传统的三维镭射雕刻机大多采用工作台移动、定梁式龙门结构。该结构一般只能用于加工幅面较小的工件，而且因为要驱动重量较大的工作台，所以其定位速度和动态响应较差。所以，目前的三维镭射雕刻机对超出机床行程范围的长形工件不能实现多次定位雕刻，不能够满足雕刻高质量大型的工件。同时，现有的三维镭射雕刻机只能实现X轴、Y轴、Z轴三轴联动，整个机器不具有旋转、伸缩等功能，使机器运动不灵活，切割工件不方便，造成工作效率低，雕刻质量不能够保证。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三维镭射雕刻机，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种三维镭射雕刻机,包括支架、FPGA控制装置、传动机构和机械传动装置，所述支架的顶部设有导轨，所述支架的内侧面设有CCD摄像装置，所述CCD摄像装置通过导线与FPGA控制装置电性连接，所述传动机构包括伺服电机和滑块，所述伺服电机与滑块传动连接，所述支架的右侧固定有驱动器，所述驱动器通过导线分别与伺服电机和FPGA控制装置电性连接，所述滑块与导轨滑动连接，所述滑块的底部通过固定座设有伺服直流旋转电机，所述伺服直流旋转电机与FPGA控制装置电性连接，所述伺服直流旋转电机的输出轴通过联轴器转动连接有激光器，所述激光器的下端与机械传动装置固定连接，所述机械传动装置的下端设有激光雕刻头，所述激光器连接有激光控制装置，所述激光控制装置设置在支架的左外侧面，所述激光控制装置包括ARM微处理器、信息存储器和图像采集装置，所述ARM微处理器的输入端分别与信息存储器、电源和FPGA控制装置电性连接，所述图像采集装置的输出端与ARM微处理器的输入端电性连接，所述ARM微处理器的输出端信号连接于激光器，所述激光器信号连接有光纤耦合器，所述光纤耦合器连接有绘图仪，所述绘图仪与激光雕刻头信号连接，且所述绘图仪通过驱动电路与ARM微处理器的输出端电性连接，所述ARM微处理器的输入端还电性连接有图像采集装置，所述ARM微处理器的输出端还电性连接有控制按钮。
优选的，所述机械传动装置包括前臂部、后臂部和机身，所述激光雕刻头通过第一旋转轴与前臂部活动连接，所述前臂部通过第二旋转轴与后臂部活动连接，所述后臂部通过第三旋转轴与机身活动连接，所述机身与激光器固定连接。
优选的，所述机械传动装置包括X轴驱动装置和Y轴液压伸缩装置，所述X轴驱动装置包括X轴传动块、X轴伺服电机和固定座，所述固定座通过轴承与激光器固定连接，所述固定座的正面上设有X轴导轨，所述X轴传动块与X轴导轨传动连接，所述X轴伺服电机安装在X轴传动块的侧面，所述Y轴液压伸缩装置设有液压伸缩杆，所述激光雕刻头安装在液压伸缩杆的底部。
优选的，所述激光器为红外区CO2激光器，红外区CO2激光器的输出功率为0-40W。
优选的，所述ARM微处理器的输出端还电性连接有打印机。
优选的，所述光纤耦合器的内部设有聚焦透镜。
优选的，所述导轨设置为凹槽形导轨，所述导轨对称设置为两组。
优选的，所述支架的两内侧面对称设置有两组反光凸面镜。
本发明的技术效果和优点：该三维镭射雕刻机，与传统的三维镭射雕刻机相比，本行发明通过传动机构能够使机械传动装置在水平方向移动，实现X轴移动，通过伺服直流旋转电机能够使机械传动装置在水平方向旋转，实现转动，而机械传动装置自身能够伸缩转动和上下移动等，同时，CCD摄像装置能够随时采集激光雕刻头雕刻的画面，确保雕刻出高质量的工艺品；本发明结构简单，操作简单、数学运算复杂精准，它具有刚度大、响应快、精度高、适应性强、技术附加值高和灵活性强等突出优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的机械传动装置结构示意图；
图3为本发明的激光控制装置模块示意图；
图4为本发明的机械传动装置另一种结构示意图。
图中：1支架、2导轨、3 CCD摄像装置、4反光凸面镜、5 FPGA控制装置、6传动机构、61伺服电机、62滑块、63驱动器、7伺服直流旋转电机、8激光器、9机械传动装置、91前臂部、92后臂部、93机身、94 X轴驱动装置、941X轴传动块、942X轴伺服电机、943固定座、944X轴导轨、95 Y轴液压伸缩装置、951液压伸缩杆、10激光雕刻头、11激光控制装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本发明提供了如图1-3所示的一种三维镭射雕刻机,包括支架1、FPGA控制装置5、传动机构6和机械传动装置9，所述支架1的两内侧面对称设置有两组反光凸面镜4，所述支架1的顶部设有导轨2，所述导轨2设置为凹槽形导轨，所述导轨2对称设置为两组，所述支架1的内侧面设有CCD摄像装置3，所述CCD摄像装置3通过导线与FPGA控制装置5电性连接，所述传动机构6包括伺服电机61和滑块62，所述伺服电机61与滑块62传动连接，所述支架1的右侧固定有驱动器63，所述驱动器63通过导线分别与伺服电机61和FPGA控制装置5电性连接，所述滑块62与导轨2滑动连接，所述滑块62的底部通过固定座设有伺服直流旋转电机7，所述伺服直流旋转电机7与FPGA控制装置5电性连接，所述伺服直流旋转电机7的输出轴通过联轴器转动连接有激光器8，所述激光器8的下端与机械传动装置9固定连接，所述机械传动装置9的下端设有激光雕刻头10，所述激光器8连接有激光控制装置11，所述激光控制装置11设置在支架1的左外侧面，所述激光控制装置11包括ARM微处理器、信息存储器和图像采集装置，所述ARM微处理器的输入端分别与信息存储器、电源和FPGA控制装置5电性连接，所述图像采集装置的输出端与ARM微处理器的输入端电性连接，所述ARM微处理器的输出端信号连接于激光器8所述激光器8为红外区CO2激光器，红外区CO2激光器的输出功率为0-40W，所述激光器8信号连接有光纤耦合器，所述光纤耦合器的内部设有聚焦透镜，所述光纤耦合器连接有绘图仪，所述绘图仪与激光雕刻头10信号连接，且所述绘图仪通过驱动电路与ARM微处理器的输出端电性连接，所述ARM微处理器的输入端还电性连接有图像采集装置，所述ARM微处理器的输出端还电性连接有控制按钮，所述ARM微处理器的输出端还电性连接有打印机，所述机械传动装置9包括前臂部91、后臂部92和机身93，所述激光雕刻头10通过第一旋转轴与前臂部91活动连接，所述前臂部91通过第二旋转轴与后臂部92活动连接，所述后臂部92通过第三旋转轴与机身93活动连接，所述机身93与激光器8固定连接。本发明通过采用光纤激光器代替CO2激光器，光纤激光技术是近几年高速发展的激光技术，相比传统激光，具有更好的切割质量，更低的***造价，更长的使用寿命和更低的维护费用，更低的耗电。在该实施例中激光器8是与激光控制装置11的连接，在该实施例中的一大特色是拟将红外传能光纤用于导光***，即通过耦合器将激光能量耦合到传能光纤中，经由光纤输出激光能量完成激光雕刻的任务，这种新工艺解决了光学透镜存在的偏转和稳定问题，使刻线在任何地点都保持均匀，功率恒定，图形光滑，且适合大范围加工，由于激光在光纤内传输，因此在进行雕刻时可以避免环境的影响。同时，在本实施例中，能够通过调节激光器8的发射激光束的大小，进而控制激光雕刻的光束，而且打印机能够打印出雕刻的工艺样品，信息存储器能够存储需要打印的CAD等信息。本行发明通过传动机构6能够使机械传动装置9在水平方向移动，实现X轴移动，通过伺服直流旋转电机7能够使机械传动装置9在水平方向旋转，实现转动，而机械传动装置9自身能够伸缩转动和上下移动等，同时，CCD摄像装置3能够随时采集激光雕刻头10雕刻的画面，确保雕刻出高质量的工艺品；本发明结构简单，操作简单、数学运算复杂精准，它具有刚度大、响应快、精度高、适应性强、技术附加值高和灵活性强等突出优点。
实施例二
除与实施方式一相同之外，本实施例如图4所述的机械传动装置另一种结构示意图，所述机械传动装置9包括X轴驱动装置94和Y轴液压伸缩装置95，所述X轴驱动装置94包括X轴传动块941、X轴伺服电机942和固定座943，所述固定座943通过轴承与激光器8固定连接，所述固定座943的正面上设有X轴导轨944，所述X轴传动块941与X轴导轨944传动连接，所述X轴伺服电机942安装在X轴传动块941的侧面，所述Y轴液压伸缩装置95设有液压伸缩杆951，所述激光雕刻头10安装在液压伸缩杆951的底部。在本实施例中，通过X轴伺服电机942带动X轴传动块941在水平方向微小移动，通过Y轴液压伸缩装置95带动激光雕刻头10在Y方向微小移动，能够实现精确移动，增加雕刻的精度，同时X轴伺服电机942具有响应速度快，定位精确等特点，而且容易操控。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种三维镭射雕刻机,包括支架（1）、FPGA控制装置（5）、传动机构（6）和机械传动装置（9），所述支架（1）的顶部设有导轨（2），其特征在于：所述支架（1）的内侧面设有CCD摄像装置（3），所述CCD摄像装置（3）通过导线与FPGA控制装置（5）电性连接，所述传动机构（6）包括伺服电机（61）和滑块（62），所述伺服电机（61）与滑块（62）传动连接，所述支架（1）的右侧固定有驱动器（63），所述驱动器（63）通过导线分别与伺服电机（61）和FPGA控制装置（5）电性连接，所述滑块（62）与导轨（2）滑动连接，所述滑块（62）的底部通过固定座设有伺服直流旋转电机（7），所述伺服直流旋转电机（7）与FPGA控制装置（5）电性连接，所述伺服直流旋转电机（7）的输出轴通过联轴器转动连接有激光器（8），所述激光器（8）的下端与机械传动装置（9）固定连接，所述机械传动装置（9）的下端设有激光雕刻头（10），所述激光器（8）连接有激光控制装置（11），所述激光控制装置（11）设置在支架（1）的左外侧面，所述激光控制装置（11）包括ARM微处理器、信息存储器和图像采集装置，所述ARM微处理器的输入端分别与信息存储器、电源和FPGA控制装置（5）电性连接，所述图像采集装置的输出端与ARM微处理器的输入端电性连接，所述ARM微处理器的输出端信号连接于激光器（8），所述激光器（8）信号连接有光纤耦合器，所述光纤耦合器连接有绘图仪，所述绘图仪与激光雕刻头（10）信号连接，且所述绘图仪通过驱动电路与ARM微处理器的输出端电性连接，所述ARM微处理器的输入端还电性连接有图像采集装置，所述ARM微处理器的输出端还电性连接有控制按钮。
2.根据权利要求1所述的一种三维镭射雕刻机，其特征在于：所述机械传动装置（9）包括前臂部（91）、后臂部（92）和机身（93），所述激光雕刻头（10）通过第一旋转轴与前臂部（91）活动连接，所述前臂部（91）通过第二旋转轴与后臂部（92）活动连接，所述后臂部（92）通过第三旋转轴与机身（93）活动连接，所述机身（93）与激光器（8）固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种三维镭射雕刻机，其特征在于：所述机械传动装置（9）包括X轴驱动装置（94）和Y轴液压伸缩装置（95），所述X轴驱动装置（94）包括X轴传动块（941）、X轴伺服电机（942）和固定座（943），所述固定座（943）通过轴承与激光器（8）固定连接，所述固定座（943）的正面上设有X轴导轨（944），所述X轴传动块（941）与X轴导轨（944）传动连接，所述X轴伺服电机（942）安装在X轴传动块（941）的侧面，所述Y轴液压伸缩装置（95）设有液压伸缩杆（951），所述激光雕刻头（10）安装在液压伸缩杆（951）的底部。
4.根据权利要求1所述的一种三维镭射雕刻机，其特征在于：所述激光器（8）为红外区CO2激光器，红外区CO2激光器的输出功率为0-40W。
5.根据权利要求1所述的一种三维镭射雕刻机，其特征在于：所述ARM微处理器的输出端还电性连接有打印机。
6.根据权利要求1所述的一种三维镭射雕刻机，其特征在于：所述光纤耦合器的内部设有聚焦透镜。
7.根据权利要求1所述的一种三维镭射雕刻机，其特征在于：所述导轨（2）设置为凹槽形导轨，所述导轨（2）对称设置为两组。
8.根据权利要求1所述的一种三维镭射雕刻机，其特征在于：所述支架（1）的两内侧面对称设置有两组反光凸面镜（4）。
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