專利名稱：一種用于鋼瓶的激光雕刻機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種用于鋼瓶的激光雕刻機，屬于激光工業(yè)加工應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在鋼瓶的生產(chǎn)過程中，需要在其表面標記產(chǎn)品規(guī)格、型號、用途、國家標準、序列號等信息。標記的字符主要為英文字母、數(shù)字、特殊符號等，字符一般要求深度大于0. 4mm，線寬Imm左右，每個字符所占面積通常在100mm2左右。目前，鋼瓶主要采取輥壓方式進行表面標記字符，即利用強力擠壓方法將事先排版的硬質(zhì)合金字符模塊壓印在壓力容器表面。此方法標記速度快，可以同時標記多行多個常用固定字符，但是對于表示鋼瓶重量、容積、編號、特殊符號等變量字符則需人工逐個敲打字符模塊后續(xù)進行標記。此方法不能實現(xiàn)鋼瓶的全自動流水線生產(chǎn)，而且由于人工操作的不規(guī)范、易失誤以及鋼瓶外型面的不一致性導(dǎo)致字符排列不整齊，深淺粗細也不均勻，美觀性差，甚至導(dǎo)致重號、錯號現(xiàn)象。另外，字符模塊的損耗率高，需要頻繁更換，費時、費力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點而設(shè)計提供了一種用于鋼瓶的激光雕刻機，其目的是利用激光淺切割方式在鋼瓶表面快速有效的一次性標記出所需字符。解決了輥壓方式接觸式標記，字符模塊損耗嚴重，變量字符和特殊字符需進行后續(xù)人工二次敲擊標記，字符深淺粗細不均勻、不適應(yīng)自動化流水線生產(chǎn)等技術(shù)問題。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的該種用于鋼瓶的激光雕刻機，其特征在于激光器及X向位移平臺安裝于同一水平面，聯(lián)接座安裝于X向位移平臺上，聯(lián)接座上安裝一個30° 1064nm全反射鏡及Z向位移平臺，雕刻頭安裝于在Z向位移平臺上，雕刻頭整體可以沿Z向及X向作復(fù)合運動，X向和Z 向位于同一垂直平面上，X向和Z向之間的夾角為60°，雕刻頭由第一對45° 1064nm全反射鏡組、第二對45° 1064nm全反射鏡組以及可做平面數(shù)控插補運動的聚焦頭組成；激光從激光器輸出后，首先通過與聯(lián)接座水平連接的X向平行的可伸縮導(dǎo)光管導(dǎo)入安裝于聯(lián)接座上的30° 1064nm全反射鏡，使激光沿Z向傳導(dǎo)，進入雕刻頭的第一對45° 1064nm全反射鏡組，再導(dǎo)入第二對45° 1064nm全反射鏡組，并通過第二對 45° 1064nm全反射鏡組反射至聚焦頭；可以數(shù)控旋轉(zhuǎn)的夾具臥式夾持鋼瓶設(shè)置在雕刻頭下方的加工位置上。本發(fā)明所述的用于鋼瓶的激光雕刻機是利用高能量密度的激光束作用于鋼瓶表面，并在數(shù)控系統(tǒng)控制下沿字符軌跡快速運動，通過輔助吹工業(yè)純氧，在標記位置發(fā)生金屬材料快速熔化、氣化，爆炸性飛濺去除表面材料，從而獲得字符圖案。激光雕刻具有非接觸加工、無磨損、速度快、可雕刻任意字符、字跡均勻美觀、易于操作、雕刻時只需通過操作軟件事先輸入相關(guān)字符即可完成標記等優(yōu)點，填補了輥壓方式的不足，尤其適合于自動化流水線工業(yè)生產(chǎn)。因此，已得到鋼瓶制造廠家的高度關(guān)注。


圖1為本發(fā)明產(chǎn)品的整體結(jié)構(gòu)示意中1、激光器2、X方向位移平臺3、Z方向位移平臺4、聯(lián)接座5、30° 1064nm 全反射鏡6、第一對45° 1064nm全反射鏡組7、第二對45° 1064nm全反射鏡組8、聚焦頭 9、夾具10、鋼瓶11、雕刻頭12、伸縮導(dǎo)光管
具體實施例方式以下將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明技術(shù)方案作進一步地詳述參見附圖1所示，該種用于鋼瓶的激光雕刻機，其特征在于激光器1及X向位移平臺2安裝于同一水平面，聯(lián)接座4安裝于X向位移平臺2上，聯(lián)接座4上安裝一個 30° 1064nm全反射鏡5及Z向位移平臺3，雕刻頭11安裝于在Z向位移平臺3上，雕刻頭 11整體可以沿Z向及X向作復(fù)合運動，X向和Z向位于同一垂直平面上，X向和Z向之間的夾角為60°，雕刻頭11由第一對45° 1064nm全反射鏡組6、第二對45° 1064nm全反射鏡組7以及可做平面數(shù)控插補運動的聚焦頭8組成；激光從激光器1輸出后，首先通過與聯(lián)接座4水平連接的X向平行的可伸縮導(dǎo)光管12導(dǎo)入安裝于聯(lián)接座4上的30° 1064nm全反射鏡5，使激光沿Z向傳導(dǎo)，進入雕刻頭11 的第一對45° 1064nm全反射鏡組6，再導(dǎo)入第二對45° 1064nm全反射鏡組7，并通過第二對45° 1064nm全反射鏡組7反射至聚焦頭8 ；可以數(shù)控旋轉(zhuǎn)的夾具9臥式夾持鋼瓶10設(shè)置在雕刻頭11下方的加工位置上。上述裝置中，激光器1為Nd:YAG固體激光器，采用高頻毫秒級自由脈沖輸出方式， 由于脈沖激光作用于壓力容器表面時熱影響小，因此在字符的拐點處不會產(chǎn)生影響字符美觀的過燒現(xiàn)象。X方向位移平臺2的行程為100mm，水平放置，Z方向位移平臺3的行程為 50mm，與水平向成60°角放置，行程范圍和傾斜角度保證激光光束與鋼瓶表面弧度相匹配。 X方向位移平臺2和Z方向位移平臺3由聯(lián)接座4緊密聯(lián)結(jié)。激光束最后通過雕刻頭11的聚焦鏡8聚焦壓力容器鋼瓶10的表面上，第二對45° 1064nm全反射鏡7配有伺服電機，驅(qū)動兩片全反射鏡做插補運動，插補有效面積為625mm2，插補路徑為雕刻的字符。聚焦鏡8預(yù)留輔助氣體接口，并具有自動對焦和防碰撞保護功能。輔助氣體使用工業(yè)純氧，激光作用于壓力容器鋼瓶10的表面，純氧與碳鋼材料發(fā)生氧化燃燒反應(yīng)，實現(xiàn)字符的快速標記。自動對焦功能保證聚焦頭8和鋼瓶10表面相對距離不變，使標記的字符均勻美觀。防碰撞功能可避免因操作失誤造成的聚焦頭8損壞。整個光路系統(tǒng)均使用導(dǎo)光管和密封罩嚴格密封， 防止灰塵進入光路損壞光學(xué)元件。夾具9緊密夾持鋼瓶10，由伺服電機驅(qū)動做急停、急轉(zhuǎn)運動，每次旋轉(zhuǎn)的距離為字符的間隔距離。目前此設(shè)備已應(yīng)用于壓力容器工廠的生產(chǎn)線，適合于自動化流水線工業(yè)應(yīng)用，取得了良好效果。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是利用高能量密度激光束直接照射于鋼瓶表面，輔助以純氧氣體與碳鋼材料的鋼瓶發(fā)生氧化燃燒反應(yīng)，進行快速深雕刻，實現(xiàn)了在鋼瓶表面一次性快速標記出符合要求的字符，滿足了自動化流水線工業(yè)生產(chǎn)的需求。
權(quán)利要求
1. 一種用于鋼瓶的激光雕刻機，其特征在于激光器(1)及X向位移平臺(2)安裝于同一水平面，聯(lián)接座⑷安裝于X向位移平臺⑵上，聯(lián)接座⑷上安裝一個30° 1064nm全反射鏡(5)及Z向位移平臺(3)，雕刻頭(11)安裝于在Z向位移平臺(3)上，雕刻頭(11) 整體可以沿Z向及X向作復(fù)合運動，X向和Z向位于同一垂直平面上，X向和Z向之間的夾角為60°，雕刻頭(11)由第一對45° 1064nm全反射鏡組(6)、第二對45° 1064nm全反射鏡組(7)以及可做平面數(shù)控插補運動的聚焦頭(8)組成；激光從激光器(1)輸出后，首先通過與聯(lián)接座(4)水平連接的X向平行的可伸縮導(dǎo)光管(12)導(dǎo)入安裝于聯(lián)接座(4)上的30° 1064nm全反射鏡(5)，使激光沿Z向傳導(dǎo)，進入雕刻頭(11)的第一對45° 1064nm全反射鏡組(6)，再導(dǎo)入第二對45° 1064nm全反射鏡組 (7)，并通過第二對45° 1064nm全反射鏡組(7)反射至聚焦頭(8)；可以數(shù)控旋轉(zhuǎn)的夾具(9)臥式夾持鋼瓶(10)設(shè)置在雕刻頭(11)下方的加工位置上。
全文摘要
本發(fā)明是一種用于鋼瓶的激光雕刻機，激光器及X向位移平臺安裝于同一水平面，聯(lián)接座安裝于X向位移平臺上，聯(lián)接座上安裝一個30°1064nm全反射鏡及Z向位移平臺，雕刻頭安裝于在Z向位移平臺上，雕刻頭整體可以沿Z向及X向作復(fù)合運動，X向和Z向位于同一垂直平面上，X向和Z向之間的夾角為60°，雕刻頭由第一對45°1064nm全反射鏡組、第二對45°1064nm全反射鏡組以及可做平面數(shù)控插補運動的聚焦頭組成，本發(fā)明利用高能量密度激光束直接照射于鋼瓶表面，輔助以純氧氣體與碳鋼材料的鋼瓶發(fā)生氧化燃燒反應(yīng)，進行快速深雕刻，實現(xiàn)了在鋼瓶表面一次性快速標記出符合要求的字符，滿足了自動化流水線工業(yè)生產(chǎn)的需求。
文檔編號B44B3/00GK102285286SQ201110157560
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月14日
發(fā)明者張曉兵, 張曉鵬, 陳新松 申請人:中國航空工業(yè)集團公司北京航空制造工程研究所