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1、激光雕刻產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制作 成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院2012 l水晶內(nèi)雕是以激光機(jī)將一定波長(zhǎng)的激光打入水晶內(nèi)部，令水晶內(nèi)部的特定部位發(fā)生細(xì)微的爆裂形成氣泡，從而勾勒出預(yù)置形狀的一種水晶加工工藝，也泛指以這種工藝加工出來的水晶工藝品。 激光內(nèi)雕原理 l雕刻本是一門古老的藝術(shù)，一般雕刻工藝都是從外刻起，從材料外部雕出所希望的形狀，而激光卻可以像孫悟空一樣“深入腹地”去施展手腳。仔細(xì)察看，這些玻璃、水晶制品周圍全然沒有供“刻刀”進(jìn)出的開口，就這一點(diǎn)而言，激光比孫悟空還要高明，孫猴子往人家肚子里鉆時(shí)也要有縫隙才行呢！l激光雕刻原理其實(shí)也很簡(jiǎn)單。激光要能雕刻玻璃，它的能量密度必須大于使玻璃破壞的某一臨界值

2、，或稱閾值，而激光在某處的能量密度與它在該點(diǎn)光斑的大小有關(guān)，同一束激光，光斑越小的地方產(chǎn)生的能量密度越大。這樣，通過適當(dāng)聚焦，可以使激光的能量密度在進(jìn)入玻璃及到達(dá)加工區(qū)之前低于玻璃的破壞閾值，而在希望加工的區(qū)域則超過這一臨界值，激光在極短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生脈沖，其能量能夠在瞬間使水晶受熱破裂，從而產(chǎn)生極小的白點(diǎn)，在玻璃內(nèi)部雕出預(yù)定的形狀，而玻璃或水晶的其余部分則保持原樣完好無損。其實(shí)這也就是激光內(nèi)雕輔助成像技術(shù)。隨著技術(shù)的發(fā)展，彩色內(nèi)雕也有望實(shí)現(xiàn)了。 l激光內(nèi)雕的原理是光的干涉現(xiàn)象。將兩束激光從不同的角度射入透明物體（如玻璃、水晶等），準(zhǔn)確地交匯在一個(gè)點(diǎn)上。由于兩束激光在交點(diǎn)上發(fā)生干涉和抵消，其能量

3、由光能轉(zhuǎn)換為內(nèi)能，放出大量熱量，將該點(diǎn)融化形成微小的空洞。由機(jī)器準(zhǔn)確地控制兩束激光在不同位置上交匯，制造出大量微小的空洞，最后這些空洞就形成了所需要的圖案，這就是激光內(nèi)雕的原理。 l在激光內(nèi)雕時(shí)，不用擔(dān)心射入的激光會(huì)融掉一直線上的物質(zhì)，因?yàn)榧す庠诖┻^透明物體時(shí)維持光能形式，不會(huì)產(chǎn)生多余熱量，只有在干涉點(diǎn)處才會(huì)轉(zhuǎn)化為內(nèi)能并融化物質(zhì)。 l水晶立光機(jī)內(nèi)雕刻出來的作品在色彩上變得更為豐富是必然的。利用水晶玻璃工藝品的內(nèi)雕部分對(duì)光線具有較強(qiáng)的反射、折射作用，而空白部分對(duì)光線具有較好的通透性能的光學(xué)原理，由微控制電路按照三基色調(diào)色板原理，分別控制幾種色彩的燈，在“內(nèi)雕”圖像上混色，變化出多種絢麗的色彩，從

4、而使原本白色的內(nèi)雕圖像呈現(xiàn)出五彩繽紛、光彩奪目的效果。 本節(jié)小結(jié)l 1 激光內(nèi)雕的原理l 2 激光內(nèi)雕的實(shí)際操作 激光切割機(jī)操作 成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院激光內(nèi)雕機(jī)是深圳大族激光有限公司生產(chǎn)的HANS LASER PHANTOM I系列綠激光水晶內(nèi)雕機(jī)，它采用半導(dǎo)體側(cè)面泵浦固體激光器并經(jīng)過倍頻后產(chǎn)生的綠光和本公司自行研制開發(fā)的控制軟件，是集激光技術(shù)、精密機(jī)械、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)等學(xué)科于一體的高新技術(shù)產(chǎn)品。具有雕刻速度快、雕刻的圖像細(xì)膩逼真、穩(wěn)定性好、無污染、噪音低等優(yōu)點(diǎn)，控制軟件采用流行的WINDOWS界面，簡(jiǎn)潔明了，易于掌握。 l由激光器輸出波長(zhǎng)為532nm的激光束經(jīng)擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后，再射到方頭里

5、振鏡掃描器的反射鏡上， 振鏡掃描器在計(jì)算機(jī)控制下高速擺動(dòng)，使激光束在平面X、Y兩維方向上進(jìn)行掃描形成平面圖像，而三維圖像是靠振鏡及工作臺(tái)的聯(lián)合動(dòng)作實(shí)現(xiàn)的。通過鏡頭將激光束聚焦在加工物體的表面或內(nèi)部形成一個(gè)個(gè)微細(xì)的、高能量密度的光斑，每一個(gè)高能量的激光脈沖瞬間就在物體表面燒蝕形成雕刻。經(jīng)過計(jì)算機(jī)控制連續(xù)不斷的重復(fù)這一過程， 預(yù)先設(shè)計(jì)好的字符、圖形等內(nèi)容就永久地蝕刻在物體表面或內(nèi)部。l主控箱的作用是控制整臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行，包括對(duì)激光電源、X、Y振鏡驅(qū)動(dòng)器、冷卻系統(tǒng)等部件的控制。給激光器提供電源，電源的電流是通過專用智能恒流模塊來實(shí)施控制的。智能恒流模塊根據(jù)給定值確定輸出電流的大小， 同時(shí)根據(jù)電流傳感器

6、反饋的實(shí)際電流值和實(shí)際電流的上升斜率來快速調(diào)節(jié)功率元器件的輸出電流，實(shí)現(xiàn)高速、精密的電流閉環(huán)控制。 l主控箱面板上有電流顯示、電流調(diào)節(jié)旋鈕、總啟動(dòng)按鈕、激光器電源開關(guān)、振鏡驅(qū)動(dòng)器電源開關(guān)、聲光Q驅(qū)動(dòng)器開關(guān)、鑰匙開關(guān)、急停開關(guān)、空氣開關(guān)、報(bào)警指示燈等。l電流顯示 (CURRENT)l面板上的三位半數(shù)顯表顯示的是電源實(shí)際輸出電流值。l電流調(diào)節(jié)旋鈕，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)為加大電流輸出， 逆時(shí)針則減小電流輸出。l總啟動(dòng)按鈕 (START)l總啟動(dòng)按鈕亮?xí)r，表示內(nèi)部電路自檢正常， 允許設(shè)備啟動(dòng)，否則設(shè)備無法啟動(dòng)l電源運(yùn)行指示燈 (LASER ON)l電源運(yùn)行指示燈亮?xí)r，表示控制電路正常， 允許設(shè)備輸出電流。如設(shè)備

7、在運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)出現(xiàn)報(bào)警，則該燈熄滅，同時(shí)設(shè)備停止對(duì)外輸出電流 l電源關(guān)指示燈 (LASER OFF)l電源“關(guān)”指示燈亮?xí)r，表示電源未打開，不能出激光。當(dāng)電源打開時(shí)，電源“關(guān)”指示燈熄滅。 l聲光Q驅(qū)動(dòng)器開關(guān) ( Q ON/OFF) l按動(dòng)開關(guān)，可接通或斷開聲光Q開關(guān)驅(qū)動(dòng)器的電源，燈亮表示開，燈滅表示關(guān)l振鏡驅(qū)動(dòng)器電源開關(guān)有( SCAN ON/OFF)l振鏡電源開關(guān)l急停開關(guān) (EMERGENCY)l當(dāng)發(fā)生異常情況時(shí)，請(qǐng)迅速按下急停開關(guān)，系統(tǒng)失電進(jìn)入關(guān)機(jī)狀態(tài)，如果再次開機(jī)，請(qǐng)把急停開關(guān)扭出來。任何時(shí)候按動(dòng)此按鈕，整機(jī)停止工作。l鑰匙開關(guān) (LOCK) l鑰匙開關(guān)處于 “ON”位置時(shí)，表示整機(jī)可

8、以啟動(dòng)，鑰匙開關(guān)處于 “OFF”位置時(shí)，表示整機(jī)不可以啟動(dòng) l空氣開關(guān) (POWER)l空氣開關(guān)為電源總開關(guān)，打開空氣開關(guān)，整機(jī)才處于啟動(dòng)等待狀態(tài)。 l 2、硬件操作程序l激光內(nèi)雕機(jī)的硬件操作人員必須經(jīng)過嚴(yán)格的培訓(xùn)，并且應(yīng)嚴(yán)格按以下步驟操作。l開機(jī)程序l（1）接通外供電電源。l（2）打開空氣開關(guān)；l（3）扭動(dòng)鑰匙開關(guān)，按下“START”鍵，冷水機(jī)開始工作； l（4）打開電腦及顯示器電源，進(jìn)入HANS LASER 內(nèi)雕軟件。l（5）從HANS LASER 內(nèi)雕軟件里導(dǎo)出一個(gè)文件，設(shè)定好參數(shù)空打標(biāo)一次；l（6）按下“LASER ON”鍵，電流表顯示當(dāng)前電流值；（注：為了保護(hù)半導(dǎo)體激光器，要求需等冷

9、水機(jī)工作三分鐘后再按下“LASER ON”開關(guān)） l（7）按下“Q”鍵打開Q驅(qū)，將電流調(diào)到可以內(nèi)雕的電流值； l（8）按下“SCAN”鍵給振鏡上電，確定打標(biāo)焦點(diǎn)；l（9）報(bào)警指示燈沒有報(bào)警，一切正常即可進(jìn)行內(nèi)雕。 l關(guān)機(jī)程序l（1）將泵浦電流調(diào)至最低后按下“LASER OFF”鍵關(guān)閉激光器電源：l（2）按下“SCAN”開關(guān)，關(guān)閉振鏡驅(qū)動(dòng)器的電源；l（3）按下“Q”開關(guān)，關(guān)閉Q驅(qū)電源；l（4）退出HANS LASER 打標(biāo)軟件，將計(jì)算機(jī)返回到初始操作系統(tǒng)，關(guān)閉電腦、顯示器電源；l（5）為保護(hù)半導(dǎo)體激光器，需等待3分鐘后，方可關(guān)閉鑰匙開關(guān)、關(guān)掉冷水機(jī)和空氣開關(guān)；l（6）切斷外供電電源。 l 3、軟件操作l軟件組成及功能簡(jiǎn)介l組成：l該軟件系統(tǒng)主要由兩部分組成：三維圖形處理軟件和圖形內(nèi)雕軟件。l功能簡(jiǎn)介：l三維圖形處理軟件可以導(dǎo)入DXF ，BMP，JPG，GIF等格式的三維圖，然后進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)化成內(nèi)雕數(shù)據(jù)-點(diǎn)云。l圖形內(nèi)雕軟件根據(jù)三維圖形處理軟件轉(zhuǎn)化成的圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)雕，也可以使用 BMP 等平面圖內(nèi)雕，并且可以對(duì)一些主要的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。如：工作臺(tái)參數(shù)、圖層參數(shù)、內(nèi)雕參數(shù)等。