複雜物體的雷射修整的製作方法
2023-12-04 16:14:36 2
專利名稱：複雜物體的雷射修整的製作方法
技術領域：
本發明涉及利用在產品和光束源之間的相對移動來對物體進行切割、雕刻或者打孔。
背景技術：
目前用於對撓性產品諸如膠乳橡膠手套和衣服進行切割和打孔的技術包括低效率的手工勞動操作。例如，通過在模型上設置凸起接著摩擦形成在凸起上的任何乾燥的乳膠。
諸如機械刺穿的其他技術在它們的精度、準確度和特徵尺寸方面受到限制。另外，如果必須先將產品從在處理前被製作在其上的模型上取下，手工或者純機械技術可能是更困難和費時的。這樣，需要一種用於快速和精確切割、打孔和雕刻撓性產品的改進方法。
發明內容
本系統提供形狀簡單或者複雜的產品(諸如乳膠產品)的快速、精確、高密度打孔、雕刻或者切割。目標產品被設置在載體上(諸如人體模型或者模型)。模型可由各種材料諸如金屬(例如鋁)或者瓷器製成。模型和光束(諸如聚焦光束)相對移動(例如通過移動模型、移動光束源、移動焦距、或者同時移動這些中的兩個或者全部)以使模型相對於光束處於適當的位置。接著，光束可對模型上的產品打孔、雕刻、切割或者修整。對產品的打孔、雕刻或者切割可在產品的任何部分上(諸如產品的前面、背面或者側面)。
下面將參照附圖描述本發明的實施例，在附圖中圖1是該裝置的一個實施例的框圖；圖2是雷射束、透鏡和焦平面的側視圖；圖3是雷射槍和馬達的一個示例的側視圖；圖4是圖2中所示的雷射束、透鏡和焦平面的側視圖，其中模型在第一位置和第二位置；以及圖5是具有雷射束和透鏡的模型上的醫用手套的透視圖。
具體實施例方式
下面描述該系統和方法的優選和可替換的實施例。將參照某些實施例和附圖描述本發明。但是，對於本領域技術人員顯而易見的是，在不脫離由附屬的權利要求限定的本發明的適合的範圍的基礎上，本發明的其他可替換的方案和等同方案或者實施例或者其結合可被考慮並且簡化以實施。
參見圖1，其中示出了該系統的框圖。控制器10控制系統的操作。控制器的示例包括但不限於計算機、終端、工作站或者其他一些能夠控制定位裝置16和光束裝置24的操作的電子設備。控制器10包括處理器12和存儲器14。處理器12可包括微處理器、微控制器或者執行運算、邏輯或者控制操作的任何裝置。存儲器14可包括非易失性存儲裝置，諸如ROM或者磁或光存儲器。存儲器14也可包括易失存儲裝置，諸如RAM裝置。可為控制器提供軟體以控制系統內的部件，諸如定位裝置16和光束裝置24。
控制器10與定位裝置16連通，諸如下面詳細描述的。定位裝置16包括用於移動模型22(或者替代地移動光束裝置24或者光束裝置24的焦距)的至少一個馬達18。定位裝置16還包括用於檢測模型22的位置(或者替代地檢測光束裝置24的位置)的至少一個傳感器20。在一個可選擇的實施例中，傳感器可位於控制器10內。在一個實施例中，定位裝置16可以是機器人裝置。
為了在產品上加工，產品在打孔、雕刻或者切割過程中最好位於載體上。產品在載體上的定位能夠為產品提供三維比例(而不是諸如通過將產品平放僅提供二維比例)。一方面，產品可以是乳膠橡膠或者任何其他彈性或者可拉伸的物品。
這樣，根據本發明的一個優選實施例，提供一種設備，所述設備可包括
1.光射線源、光束陣列、分裂射線源或者多射線源。
2.包括距離確定器和傳感器的定位裝置。
3.諸如三維彎曲模型的產品載體。
一種用於打孔和切割的方法可如下執行。模型22載有產品，光束裝置24可相對於模型22定位。在一個實施例中，利用馬達18使得模型22被定位裝置16定位在其中光束的距離和焦距在適當的工作位置的處理開始點。光束裝置24能夠打孔、切割或者雕刻產品。在一個可選擇的實施例中，利用定位裝置16使得光束裝置24定位在處理開始點。在另一個可選擇的實施例中，模型22和光束裝置24都可被定位裝置16定位。在一個實施例中，模型22可包括人體模型。在一個實施例中，光束裝置24可包括適於切割材料或者對材料打孔的二氧化碳雷射器。可使用其他類型的雷射器。
光束裝置24可包括多個可控制的參數。參數的示例包括但不限於強度、持續時間、波長、焦距和時間周期。光束的參數可根據產品特徵諸如材料、顏色、厚度以及打孔技術要求諸如深度、寬度、尺寸、密度、形狀、圖案等被操作。用於光束操作的參數可被自動或者人工設定。如果自動設定，可通過訪問用於存儲光束操作參數的存儲器14使得參數被確定。或者，利用在模型上的一個或者多個傳感器(諸如設置在定位裝置16內的一個或者多個傳感器)使得光束可掃描產品，以確定產品的特徵，諸如產品的材料、厚度、顏色等。基於這樣的確定，存儲器14可被訪問，以基於產品的特徵設定光束的參數。
在打孔或者切割的第一步後，定位裝置16最好使得模型22或者光束裝置24重新定位，以使模型22上的新的位置位於來自於光束裝置24的光束的焦平面處。在一個實施例中，定位裝置16根據來自距離確定器(未示出)和傳感系統20的數據在光束裝置24前面移動或者轉動在模型22上的產品。
或者，定位裝置16移動光束裝置24。在另一個可選擇的實施例中，定位裝置16移動模型22和光束裝置24。作為一個可替換的方案，定位裝置16可移動一個或者多個聚焦透鏡，以使模型22上的工件基本上處於光束的焦平面，而與模型22和光束裝置24之間的距離變化無關。
焦平面和產品之間的距離與沿著處理的射線的焦距對於打孔處理的所有步驟可以是預設的，例如通過機械程序、軟體或者本領域已知的其他任何適合的方法，以使定位裝置16在其沿著生產處理移動過程中校正距離和焦距。
或者，可利用測量或者傳感裝置諸如光學裝置、超聲波裝置(例如，在定位裝置16上的一個或者多個傳感器20)或者本領域已知的其他裝置使得距離和聚集的確定和調節實時進行，並且數據可被傳送到控制器10和定位裝置16，以適當地調節模型22相對於焦平面的位置。
參見圖2，其中示出了雷射束26、透鏡28和焦平面30的側視圖。可利用透鏡28使得雷射束26被聚焦在焦平面30上的焦點32。聚焦雷射束26提供更好的切割、雕刻或者打孔。焦距34可改變，並且可被定義為透鏡28到焦平面30的距離。適合的焦距34的一個示例是100毫米。
參見圖3，其中示出了二氧化碳雷射槍36和馬達18的一個示例的側視圖。二氧化碳雷射槍36輸出被反光鏡組件38反射的光束，反光鏡組件38例如可以是能夠在兩個方向上掃描雷射束26的X-Y系統。馬達18可在任何方向諸如X或Y方向上驅動反光鏡組件38中的反光鏡。這使得被反光鏡組件38反射的雷射束26製造特定的跡徑，諸如圓形跡徑40，如圖3中所示。利用這種方式，雷射束26可用於在模型22上的產品上切割、打孔或者雕刻任何形狀。例如，可通過控制雷射束26的跡徑以使其在圓形或者橢圓形路徑中行進，而使得鈕扣孔被切割。或者，雷射束26可保持靜止並且模型22可移動，使得在產品上切割出某些形狀。在另一個可選擇的實施例中，雷射束26和模型22可相對移動。在一個實施例中，透鏡28可位於反光鏡組件38和模型22之間，儘管透鏡28可位於二氧化碳雷射槍36和反光鏡組件38之間。
參見圖4，其中示出了圖2中所示的雷射束26、透鏡28和焦平面30的側視圖，其中模型22在第一位置和第二位置。模型22可在第一位置，並且雷射束26可被透鏡28聚集在區域1上。如圖所示，區域1在焦平面30上。另外，模型22可被移動(諸如在x、y或者z方向上轉動和移動模型22)以使第二區域諸如區域2可在焦平面30上。以這樣的方式，在模型22上的產品的不同部分可經受切割、打孔或者雕刻。在一個實施例中，模型22可被移動，以使雷射束26處於特定區域(諸如區域1、2或者3中的一個)。在一個特定區域內，雷射束26可被移動(諸如可利用如圖3中所示的馬達18)。以這樣的方式，通過移動模型22可使得關於雷射束26擊中產品的位置的粗略調節被執行，同時通過移動雷射束26(諸如通過操作反光鏡組件38)可進行精細調節。例如，如果人們設法在特定的區域產生一系列小孔，模型22可被移動到一個區域(諸如區域1)，並且雷射束26可被移動以產生一系列針尖孔(諸如以柵格的形式)。
參見圖5，其中示出了具有雷射束26和透鏡28的模型22上的醫用手套的透視圖。模型22可與機器人裝置(用作定位裝置16)相連。可通過使模型22上的杆44附著到機器人裝置上來進行連接。模型22接著可被移動。例如，模型22可被浸在池(諸如乳膠液體池)中。機器人裝置可使得模型22在池內保持一段時間接著將其從池中拉出。在模型22上的乳膠液體凝固後，模型22上的產品可被切割、雕刻或者打孔。機器人裝置可使得模型22在任何方向上移動並且移動到任何位置，以使雷射束26可接觸模型22上的任何位置。例如，為了切割醫用手套的開口(手插入的部位)，雷射器可保持靜止，使得雷射束26聚焦在模型22的上部(例如在點46處)，並且機器人可在圓環方向上移動模型22以沿著手套的周邊進行切割。
這樣，該系統適於切割、打孔或者雕刻非平坦表面、多邊形、複雜三維形狀、曲面、不對稱形狀等，並且可與多種目標材料結合使用，諸如塑料、聚合物、橡膠、薄聚合物層、彈性體、金屬、玻璃等。
該系統的操作的一個示例如下。工業機器人將模型22浸在乳膠液體中，模型22被拉出並且利用在光束裝置24前面的定位裝置16的馬達18使得模型22被定位在這樣一個距離處，即，使得雷射束26的焦距將是精確並且是最有效的(例如，定位模型22以使模型22的至少一部分處於焦平面30)，以對模型22上的乳膠薄膜的目標區域打孔。雷射束26的焦距也可被調節以提供最佳的性能，代替或者另外地改變光束裝置24和模型22之間的距離。
接著根據所選擇的體積、波長聚焦和時間段以及根據如上所述的產品特徵使得雷射束26被操作以打孔或者切割產品。
模型22接著可被機器人轉動和重新定位，以使下一個將被打孔的區域以相對於雷射束26的同一距離和同一角度面對射線源(諸如在焦平面30)。
如果模型22形狀複雜，可要求機器人進行水平、垂直和轉動移動，以在三維空間中相對於雷射器將模型22帶到正確的位置。因此，可要求機器人沿著任何數量的軸線工作。
焦距也可被重新調節，並且接著可在很短的時間內進行打孔的第二步驟。這些步驟可被重複，以使所有需要的打孔和切割在相對短的時間內完成。
模型22在雷射束26前面的移動可逐步實現，或者在切割的情況下，可以是連續和平滑的實現，使沿著所有軸線的所有移動同時進行，以形成清潔的切割線。
在模型22的移動過程中，雷射束26到模型22的焦距或者距離也可被調節。因此，一個孔、一組孔、切口或者雕刻可在乳膠層中形成，同時產品仍然在模型22上，無需取下產品並且將其放置在另一個用於打孔的裝置上。以這樣的方式，無需為了切割/打孔產品(諸如乳膠衣服)從模型22上取下產品(如在現有技術中實施的)。相反，切割、打孔或者雕刻可在用於形成乳膠產品的模型22上進行。
應該理解的是，該系統能夠提供很高密度的打孔，其中孔間的距離以及孔的尺寸和形狀基本上不受限制，並且孔和切口的位置和形狀是很精確的。另外，利用該系統和方法的稜邊光潔度是乾淨的。
這樣，該方法可用於形成穿孔，以製造通風區域、發光區域、圖案和設計、鈕扣孔、花邊孔、撕開線等。該方法也可用於切割產品的邊緣、雕刻圖案或者用於其他任何目的。
乳膠產品可以是手套、衣服、服裝、其他與身體相關的產品、工業產品或者其他任何產品。
這裡描述了本發明的幾個實施例。但是，應該理解的是，在不脫離由後面的權利要求限定的本發明的保護範圍的基礎上可對這些所述的實施例進行改變和變型。
權利要求
1.一種用於修整工件的設備，所述設備包括用於產生聚焦雷射的聚焦雷射系統；具有與工件基本上一致的複雜形狀的工件模型；以及定位器，當由於工件模型的複雜形狀而使得工件模型與聚焦雷射系統之間的位置關係變化到改變工件與聚焦雷射系統之間距離的操作位置時，所述定位器進行調節以保持聚焦雷射基本上聚焦在工件上。
2.如權利要求1所述的設備，其特徵在於，通過沿著改變工件模型與聚焦雷射系統之間距離的方向移動工件模型來進行調節。
3.如權利要求1所述的設備，其特徵在於，通過沿著改變工件模型與聚焦雷射系統之間距離的方向移動聚焦雷射系統來進行調節。
4.如權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述聚焦雷射系統還包括透鏡，並且通過移動透鏡來進行調節。
5.如權利要求1所述的設備，其特徵在於，還包括處理器；存儲器；以及一組指令，所述一組指令存儲在存儲器中並且可由處理器執行，以移動工件模型、以及使定位器基於存儲在存儲器中的數據進行調節，所述數據與通過載體移動導致的從聚焦雷射系統到工件之間的焦距變化相關。
6.如權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述聚焦雷射系統還包括用於當工件模型處於操作位置時在工件表面上移動聚焦的輻射束的至少一個反光鏡。
7.如權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述定位器包括位置傳感裝置和馬達。
8.如權利要求7所述的設備，其特徵在於，所述位置傳感裝置是光學傳感器。
9.如權利要求7所述的設備，其特徵在於，所述位置傳感裝置是超聲波傳感器。
10.如權利要求7所述的設備，其特徵在於，所述定位器實時操作以利用來自位置傳感裝置的輸入進行調節。
11.一種利用由聚焦雷射系統產生的聚焦雷射修整橡膠工件的設備，所述設備包括工件模型，所述工件模型可移動到多個操作位置並且具有與工件基本一致的複雜形狀；以及包括位置傳感裝置的定位器；處理器；存儲器；以及一組指令，所述一組指令存儲在存儲器中並且可由處理器執行，以使得工件模型移動到操作位置、以及當由於工件模型的複雜形狀使工件模型移動到改變工件與聚焦雷射系統之間的距離的操作位置時導致所述定位器對工件模型進行調節以保持聚焦的輻射束基本上聚焦在工件上，利用來自位置傳感裝置的輸入進行調節。
12.一種修整與具有複雜形狀的工件模型一致的薄的撓性工件的方法，所述方法利用由聚焦雷射系統產生的聚焦雷射，所述方法包括改變聚焦雷射系統與工件模型之間的位置關係以建立第一操作位置，在第一操作位置，工件的表面基本上處於聚焦雷射接觸工件的聚焦雷射的焦距處；由於工件模型的複雜形狀，改變聚焦雷射系統與工件模型之間的位置關係以建立改變工件與聚焦雷射系統之間的距離的第二操作位置；以及進行調節以便在第二操作位置保持聚焦雷射基本上聚焦在工件上。
13.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，調節包括沿著基本上平行於聚焦雷射相對於其對稱的軸線的方向移動工件模型。
14.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，調節包括沿著基本上平行於聚焦雷射相對於其對稱的軸線的方向移動聚焦雷射系統。
15.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，調節包括移動聚焦雷射系統中的透鏡。
16.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，還包括檢測通過從第一操作位置到第二操作位置改變聚焦雷射系統與工件模型之間的位置關係而導致的工件與聚焦雷射系統之間的距離的變化，響應於所檢測的距離變化進行調節。
17.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，還包括參考存儲在存儲器中的數據，所述數據使工件和聚焦雷射系統之間的距離變化與從第一操作位置移動到第二操作位置相關，響應於存儲在存儲器中的所述數據進行調節。
18.一種製造與具有複雜形狀的工件模型一致的薄的撓性工件的方法，所述方法利用由聚焦雷射系統產生的聚焦雷射，所述方法按順序包括下列步驟將工件模型移動到液體橡膠中；從液體橡膠中取出工件模型並且使液體橡膠在工件模型上乾燥；改變聚焦雷射系統與工件模型之間的位置關係以建立第一操作位置，在第一操作位置，工件的表面基本上處於雷射接觸工件的聚焦雷射的焦距處；起動聚焦雷射系統；由於工件模型的複雜形狀，改變聚焦雷射系統與工件模型之間的位置關係以建立改變工件與聚焦雷射系統之間的距離的第二操作位置；以及進行調節以便在第二操作位置保持聚焦雷射基本上聚焦在工件上。
19.如權利要求18所述的方法，其特徵在於，還包括在建立第二操作位置之前停用聚焦雷射系統；以及在建立第二操作位置之後起動聚焦雷射系統。
20.如權利要求18所述的方法，其特徵在於，當聚焦雷射系統與工件模型之間的位置關係改變時，聚焦雷射系統保持起作用。
全文摘要
本發明提供一種利用能夠產生聚焦雷射的聚焦雷射系統打孔、切割或者雕刻工件的設備和方法。所述設備包括具有與工件基本上一致的複雜形狀的工件模型。所述設備還包括定位器，當由於工件模型的複雜形狀而使得工件模型和聚焦雷射系統之間的位置關係改變到能夠改變工件模型和聚焦雷射系統之間的距離的操作位置時，所述定位器進行調節以保持聚焦雷射基本上聚焦在工件上。
文檔編號B29C41/38GK1795071SQ03824534
公開日2006年6月28日 申請日期2003年9月12日 優先權日2002年9月13日
發明者埃胡德·吉爾伍 申請人:塔米卡有限公司