一种曲面三维应用的激光刻印机

技术领域

本发明涉及激光刻印技术领域，更具体涉及一种曲面三维应用的激光刻印机。

背景技术

激光是20世纪60年代的新光源，具有方向性好、亮度高、单色性好和高能量密度等特点。以激光器为基础的激光工业在全球发展执着迅猛，现在已广泛应用于工业生产、通讯、信息处理、医疗卫生、军事、文化教育以及科研等方面。据统计，从高端的光纤到常见的条形码扫描仪，每年和激光相关产品和服务的市场价值高达上万亿美元。

前瞻产业研究院发布的《中国激光行业发展前景与转型升级分析报告前瞻》显示，激光行业已形成完整、成熟的产业链分布。上游主要包括激光材料及配套元器件，中游主要为各种激光器及其配套设备，下游则以激光应用产品、消费产品、仪器设备为主。

当前，国内激光市场主要分为激光加工设备、光通信器件与设备、激光测量设备、激光器、激光医疗设备、激光元部件等，其产品主要应用于工业加工和光通信市场，两者占据了近7成的市场空间。

随着激光技术的进步，中国激光行业必将获得快速发展，未来五年，我国激光市场在相关产业的带动下，将以20%左右的速度发展，至2015年，我国激光应用领域将形成以激光加工、激光通信、激光医疗、激光显示、激光全息等为产业的激光产业群，行业发展前景看好。激光技术应用领域广泛，激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料（包括金属与非金属）进行切割、焊接、表面处理、打孔、微加工以及做为光源，识别物体等的一门技术，传统应用最大的领域为激光加工技术。激光打标：在各种材料和几乎所有行业均得到广泛应用，目前使用的激光器有YAG激光器、CO2激光器和半导体泵浦激光器。而现有的激光设备均采用三轴，在激光打标中，往往受限于打标对象的平整度，无法对不规则的复杂构件进行打标，打标的精度也因此存在较大的落差，识别度底，加工存在困难，成本骤升，时间耗费长。

有鉴于此，有必要对现有技术中的设备予以改进，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于公开能够适用复杂的不规则构件三维加工的一种曲面三维应用的激光刻印机。

为实现上述目的，本发明提供了一种曲面三维应用的激光刻印机，包括：大理石工作台，位于大理石工作台表面的移动模组，位于移动模组一侧的五轴凸轮转台；

所述五轴凸轮转台包括：呈U型的摇篮倾斜臂，分别对向设置在摇篮倾斜臂两端外侧,且与摇篮倾斜臂构成转动连接的支撑部与凸轮减速箱，以及设置在摇篮倾斜臂中央顶端处的转轴部；

所述摇篮倾斜臂内置有驱动转轴部的第一伺服电机，所述转轴部顶端配置有与转轴部卡接的高度调节平台；

所述支撑部背离所述摇篮倾斜臂的一侧设有检修窗口，所述凸轮减速箱的外侧配置有第二伺服电机。

作为本发明的进一步改进，所述支撑部与所述凸轮减速箱面向摇篮倾斜臂的一侧均设有转动轴，所述转动轴受第二伺服电机驱动沿周向转动。

作为本发明的进一步改进，所述摇篮倾斜臂作倾斜摆动的角度为正负30度之间。

作为本发明的进一步改进，所述摇篮倾斜臂的底端与所述大理石工作台保持分离。

作为本发明的进一步改进，所述转轴部受第一伺服电机驱动作圆周转动，且分割精度在正负5sec。

作为本发明的进一步改进，所述转轴部与大理石工作台保持平行时的最大工件承重为500KG。

作为本发明的进一步改进，所述摇篮倾斜臂位于最大摆动角度时，所述转轴部最大工件承重为300KG。

作为本发明的进一步改进，所述高度调节平台上端面设有固定夹具。

作为本发明的进一步改进，所述转轴部与所述转动轴的最小设定单位为0.001度。

作为本发明的进一步改进，所述转轴部与所述转动轴的刹车方式为油压。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）一种曲面三维应用的激光刻印机，能够对圆球，凸台，锥台等不规则构建进行激光处理，扩大了激光刻印的领域范围，能够克服激光刻印时激光对工件的角度要求，能够加工出复杂的空间曲面，其结构简单，刚性性能好，使用寿命达10年之久，且永久性公差控制在5微米以内。

（2）三轴移动模组的技术上再配上五轴凸轮转台的两轴，实现对三维曲面的更大范围涵盖，且运动速度更快，激光精度更高，能够满足对高复杂实体曲面模型的运动路径的复刻。

附图说明

图1为本发明一种曲面三维应用的激光刻印机的俯视视角下的结构示意图；

图2为本发明一种曲面三维应用的激光刻印机的侧视视角下结构示意图。

图中：1、大理石工作台；2、移动模组；3、五轴凸轮转台；31、摇篮倾斜臂；32、支撑部；33、凸轮减速箱；34、转轴部；35、第一伺服电机；36、第二伺服电机；37、检修窗口。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

请参图1至图2所示出的本发明一种曲面三维应用的激光刻印机的具体实施方式。

本发明提供了一种曲面三维应用的激光刻印机，包括：大理石工作台1，位于大理石工作台1表面的移动模组2，位于移动模组2一侧的五轴凸轮转台3；移动模组2的定位精度在0.002-0.005mm范围之间，移动模组2包括：嵌入式直线电机X轴模组，嵌入式直线电机Y轴模组，高精度Z轴模组；嵌入式直线电机X轴模组内置第一导向制动装置，第一导向制动装置包括：沿水平平行方向分布的直线电机，垂直分布于直线电机两侧的线性导轨和配置于线性导轨上的多组重型滑块，以及位于直线电机与重型滑块之间的光栅尺；嵌入式直线电机X轴模组驱动位于上方的嵌入式直线电机Y轴模组沿水平方向移动；嵌入式直线电机Y轴模组内置第二导向制动装置，第二导向制动装置包括：沿水平垂直方向分布的直线电机，垂直分布于直线电机两侧的线性导轨和配置于线性导轨上的多组重型滑块，以及位于直线电机与重型滑块之间的光栅尺；嵌入式直线电机X轴模组与嵌入式直线电机Y轴模组分别自水平平行方向和水平垂直方向驱动高精度Z轴模组；高精度Z轴模组内置精密模组丝杠，并配置光栅尺，高精度Z轴模组的外部顶端配置有伺服电机。

大理石工作台1具有永久性公差，保证刻印工件的质量统一，位于大理石工作台1表面的移动模组2，位于移动模组2一侧的五轴凸轮转台3以及与移动模组2滑动连接且位于五轴凸轮转台3上方的三轴激光头，灵活配合的方式，能够适用多维度组件的刻印，五轴凸轮转台3采用凸轮滚子传动结构，保持无间隙，具有高刚性重负载，高效率的特性。三轴激光头高精度的自动对焦提高了激光设备的工作精度。嵌入式直线电机X轴模组与嵌入式直线电机Y轴模组采用缩小布局空间的方式，配合光栅尺，提高了设备的运行精度，提升了刻印质量，高精度Z轴模组采用伺服电机和精密模组丝杠，同时配合光栅尺，保证了设备的高品质精度。电子光栅尺具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点，设置在直线电机与线性导轨之间，能够时刻跟踪设备运行的节奏。

五轴凸轮转台3包括：呈U型的摇篮倾斜臂31，分别对向设置在摇篮倾斜臂31两端外侧,且与摇篮倾斜臂31构成转动连接的支撑部32与凸轮减速箱33，以及设置在摇篮倾斜臂31中央顶端处的转轴部34；摇篮倾斜臂31内置有驱动转轴部34的第一伺服电机35，转轴部34顶端配置有与转轴部34卡接的高度调节平台；通过高度调节平台，一方面能够最有效快速的调节聚焦的距离，另一方面，便于小工件的加工。支撑部32背离摇篮倾斜臂31的一侧设有检修窗口37，检修窗口的设置，便于对摇篮倾斜臂进行保养维修。凸轮减速箱33的外侧配置有第二伺服电机36。支撑部32与凸轮减速箱33面向摇篮倾斜臂31的一侧均设有转动轴，转动轴受第二伺服电机36驱动沿周向转动。摇篮倾斜臂31作倾斜摆动的角度为正负30度之间。摇篮倾斜臂31的底端与大理石工作台1保持分离，避免摇篮倾斜臂31在转动时与大理石工作台1发生碰撞，以预留足够的空间。转轴部34受第一伺服电机35驱动作圆周转动，且分割精度在正负5sec。转轴部34与大理石工作台1保持平行时的最大工件承重为500KG。摇篮倾斜臂31位于最大摆动角度时，转轴部34最大工件承重为300KG。高度调节平台上端面设有固定夹具，方便固定工件，防止摇篮倾斜臂31在转动的过程中，工件偏移加工位置，造成不必要的损失。转轴部34与转动轴的最小设定单位为0.001度。转轴部34与转动轴的刹车方式为油压，实现快速有效的对五轴凸轮转台3的运动控制。扩展的摇篮倾斜轴与旋转轴可以实现三维曲面更大范围含盖，且运动调整速度相对会快，可以满足实现高复杂的实体曲面模型的运动路径。

一种曲面三维应用的激光刻印机，能够对圆球，凸台，锥台等不规则构建进行激光处理，扩大了激光刻印的领域范围，能够克服激光刻印时激光对工件的角度要求，能够加工出复杂的空间曲面，其结构简单，刚性性能好，使用寿命达10年之久，且永久性公差控制在5微米以内。三轴移动模组2的技术上再配上五轴凸轮转台3的两轴，实现对三维曲面的更大范围涵盖，且运动速度更快，激光精度更高，能够满足对高复杂实体曲面模型的运动路径的复刻。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。