[发明专利]在透明材料内实现内雕的方法及装置

说明书

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°，所述容器底部材料的激光入射面透明光滑；

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，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。