本發(fā)明涉及激光加工，具體為一種透明材料激光內(nèi)雕裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、激光內(nèi)雕是一種在透明材料如玻璃內(nèi)部進行精細雕刻的高科技工藝。它通過聚焦激光束于材料內(nèi)部特定位置，使材料瞬間達到高溫并迅速冷卻，從而形成微小的爆裂點或熔化區(qū)。該工藝能夠在不破壞材料表面的情況下，實現(xiàn)復(fù)雜的三維立體圖像雕刻，廣泛應(yīng)用于藝術(shù)裝飾品、珠寶首飾、高端建筑裝修等領(lǐng)域。

2、現(xiàn)有的激光內(nèi)雕裝置通常由激光發(fā)生器、掃描振鏡、f-theta透鏡和z軸位移臺等組成。雕刻過程涉及通過點云轉(zhuǎn)換軟件將三維圖像轉(zhuǎn)換為點云數(shù)據(jù)，激光束依次經(jīng)過掃描振鏡和透鏡，聚焦在待雕刻工件內(nèi)部。該裝置的設(shè)計使得雕刻過程可以在多個層次上進行，逐層完成三維圖案的內(nèi)雕。

3、現(xiàn)有技術(shù)方案雖然在效率上有所提升，但依然存在一些不足，例如，分區(qū)雕刻方法雖然可以同步進行多個區(qū)域的雕刻，但各區(qū)域采用單獨的激光源和光路，導(dǎo)致圖像拼接痕跡明顯，且不同區(qū)域的聚焦特性存在偏差，容易造成錯位或像點大小差異；此外，設(shè)備的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性使其不適合小型工件的雕刻，體積較大也降低了使用靈活性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種透明材料激光內(nèi)雕裝置及方法，解決了現(xiàn)有激光內(nèi)雕技術(shù)中效率低下和圖像拼接痕跡明顯的問題。

2、為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：一種透明材料激光內(nèi)雕裝置，包括：

3、激光發(fā)生器，用于產(chǎn)生可透過待雕刻材料的激光束；

4、四分之一波片和偏振分束器一，四分之一波片設(shè)置在激光發(fā)生器下側(cè)，偏振分束器一設(shè)置在四分之一波片的下側(cè)，四分之一波片用于將激光束的線偏振態(tài)轉(zhuǎn)換為圓偏振光，配合偏振分束器一將激光均分為p偏振態(tài)和s偏振態(tài)；

5、偏振分束器一的底部依次設(shè)置有固定反射鏡、掃描振鏡四和掃描振鏡三，其中固定反射鏡用于折轉(zhuǎn)s偏振態(tài)光束至-x軸方向，掃描振鏡三和掃描振鏡四用于通過角度的調(diào)節(jié)，控制第二束光在x、y平面上的掃描；

6、偏振分束器一的外側(cè)依次設(shè)置有掃描振鏡一和掃描振鏡二，其中掃描振鏡一和掃描振鏡二通過角度的調(diào)節(jié)，用于控制第一束光在x、y平面上的掃描，和前述的第二束光一起，形成雙通道激光內(nèi)雕系統(tǒng)；

7、f-theta透鏡，其設(shè)置在掃描振鏡三的下側(cè)，f-theta透鏡用于將激光束聚焦于待雕刻工件內(nèi)部的特定位置，以形成清晰的雕刻圖案；

8、z軸方向位移平臺，其設(shè)置在f-theta透鏡的下側(cè)，用于固定待雕刻工件并實現(xiàn)其在z軸方向的移動，以進行逐層雕刻。

9、優(yōu)選的，偏振分束器一和掃描振鏡一之間設(shè)置有半波片一，其用于調(diào)整入射激光的偏振方向。

10、優(yōu)選的，偏振分束器一和固定反射鏡之間設(shè)置有半波片二，其用于調(diào)整入射激光的偏振方向。

11、優(yōu)選的，兩條獨立的激光掃描光路共享激光發(fā)生器與f-theta透鏡，通過共享，減少了對多套器件的需求，優(yōu)化了資源的使用，同時也確保了兩條光路的聚焦特性一致，減少了焦點位置和大小的波動，提升了雕刻質(zhì)量。

12、優(yōu)選的，f-theta透鏡的上側(cè)設(shè)置有偏振分束器二，其與半波片一、半波片二配合，用于調(diào)節(jié)p偏振態(tài)和s偏振態(tài)的透過率和反射率，使得經(jīng)過該偏振分束器后的兩束光在待雕刻工件內(nèi)部的功率密度相等，以確保雕刻效果的一致性，同時，可以使兩束激光共享f-theta透鏡。

13、優(yōu)選的，裝置中設(shè)置有兩套光路，能夠?qū)崿F(xiàn)兩束光同時獨立進行平面掃描雕刻工作，從而提升內(nèi)雕工作效率，且兩束光的工作區(qū)域可以充分交錯，從而降低不同光路雕刻區(qū)域之間的拼接痕跡。

14、優(yōu)選的，z軸方向位移平臺配置有精確控制模塊，以確保在逐層雕刻過程中光束焦點的精確定位，保證雕刻質(zhì)量。

15、優(yōu)選的，精確控制模塊包括：

16、步進電機，用于實現(xiàn)高精度的位移控制，以確保待雕刻工件在z軸方向上的精確移動；

17、反饋傳感器，用于實時監(jiān)測位移平臺的位置，并將數(shù)據(jù)反饋至控制系統(tǒng)，確保雕刻過程中焦點位置的準確性；

18、控制器，配置有閉環(huán)控制算法，能夠根據(jù)傳感器反饋自動調(diào)整步進電機的運行，以實現(xiàn)高精度的定位和穩(wěn)定的雕刻過程；

19、用戶界面，允許操作人員設(shè)置和調(diào)整雕刻深度及速度，以適應(yīng)不同材料和雕刻要求。

20、本發(fā)明還提供一種透明材料激光內(nèi)雕裝置的使用方法，包括以下步驟：

21、通過專用點云轉(zhuǎn)換軟件，將待雕刻的三維圖像轉(zhuǎn)換為點云圖像，并獲取各點的坐標信息；

22、將點云圖像按層劃分，以便進行逐層雕刻；

23、根據(jù)點云數(shù)據(jù)，將每層的點劃分為兩類，每類點構(gòu)成一個區(qū)域，兩類點位置交錯分布，分別控制掃描振鏡一和掃描振鏡二以及掃描振鏡三和掃描振鏡四進行對應(yīng)區(qū)域的平面掃描。

24、優(yōu)選的，雕刻過程通過z軸方向位移平臺實現(xiàn)逐層加工，具體步驟為：

25、完成當前層的雕刻后，控制z軸方向位移平臺精確移動至下一層；

26、繼續(xù)對下一層進行雕刻，直至所有層的雕刻工作完成，從而形成完整的三維圖像內(nèi)雕工件。

27、本發(fā)明提供了一種透明材料激光內(nèi)雕裝置及方法。具備以下有益效果：

28、1、本發(fā)明通過構(gòu)建兩套獨立的掃描光路，實現(xiàn)了激光發(fā)生器與f-theta透鏡的共享，從而大幅提升雕刻效率，這種設(shè)計有效減少了組件數(shù)量，避免了多光路間聚焦特性的差異，改善了雕刻質(zhì)量，并減弱了圖像之間的拼接痕跡，同時，裝置的緊湊結(jié)構(gòu)使其適應(yīng)性更強，能夠適用于較小的工件。

29、2、本發(fā)明通過將工件內(nèi)的每一層點劃分為兩類，并使其位置交錯分布，本發(fā)明的內(nèi)雕方法有效改善了圖像質(zhì)量，這種方法結(jié)合兩套光路的雕刻，使得各區(qū)域圖像的拼接痕跡進一步減弱，確保了更為一致的雕刻效果。

30、3、本發(fā)明通過整體結(jié)構(gòu)設(shè)置的緊湊性，減少了組件的復(fù)雜性，使得裝置更易于調(diào)整和維護，不僅提升了設(shè)備的穩(wěn)定性，還增強了對不同材料和工件的適應(yīng)性，為多樣化的雕刻需求提供了更優(yōu)的解決方案。

技術(shù)特征：

1.一種透明材料激光內(nèi)雕裝置，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種透明材料激光內(nèi)雕裝置，其特征在于，偏振分束器一(31)和掃描振鏡一(51)之間設(shè)置有半波片一(41)，其用于調(diào)整入射激光的偏振方向。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種透明材料激光內(nèi)雕裝置，其特征在于，偏振分束器一(31)和固定反射鏡(7)之間設(shè)置有半波片二(42)，其用于調(diào)整入射激光的偏振方向。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種透明材料激光內(nèi)雕裝置，其特征在于，兩條獨立的激光掃描光路共享激光發(fā)生器(1)與f-theta透鏡(8)，通過共享，減少了對多套器件的需求，同時也確保了兩條光路的聚焦特性一致，減少焦點位置和大小的波動。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種透明材料激光內(nèi)雕裝置，其特征在于，f-theta透鏡(8)的上側(cè)設(shè)置有偏振分束器二(32)，其與半波片一(41)、半波片二(42)配合，用于調(diào)節(jié)p偏振態(tài)和s偏振態(tài)的透過率和反射率，使得經(jīng)過該偏振分束器后的兩束光在待雕刻工件內(nèi)部的功率密度相等，以確保雕刻效果的一致性，同時，可以使兩束激光共享f-theta透鏡(8)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種透明材料激光內(nèi)雕裝置，其特征在于，裝置中設(shè)置有兩套光路，能夠?qū)崿F(xiàn)兩束光同時獨立進行平面掃描雕刻工作，且兩束光的工作區(qū)域可以充分交錯，從而降低不同光路雕刻區(qū)域之間的拼接痕跡。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種透明材料激光內(nèi)雕裝置，其特征在于，z軸方向位移平臺(10)配置有精確控制模塊，以確保在逐層雕刻過程中光束焦點的精確定位，保證雕刻質(zhì)量。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種透明材料激光內(nèi)雕裝置，其特征在于，精確控制模塊包括：

9.一種透明材料激光內(nèi)雕裝置的使用方法，其特征在于，使用權(quán)利要求1-8任一項的一種透明材料激光內(nèi)雕裝置，包括以下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求9的一種透明材料激光內(nèi)雕裝置的使用方法，其特征在于，雕刻過程通過z軸方向位移平臺(10)實現(xiàn)逐層加工，具體步驟為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及激光加工技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種透明材料激光內(nèi)雕裝置及方法，包括：激光發(fā)生器，用于產(chǎn)生可透過待雕刻材料的激光束；四分之一波片和偏振分束器一，四分之一波片設(shè)置在激光發(fā)生器下側(cè)，偏振分束器一設(shè)置在四分之一波片的下側(cè)，四分之一波片用于將激光束的線偏振態(tài)轉(zhuǎn)換為圓偏振光，配合偏振分束器一將激光均分為P偏振態(tài)和S偏振態(tài)。本發(fā)明通過在工件內(nèi)的每一層中將所有點劃分為兩類，并使得兩類點在位置上交錯分布，兩類點分別對應(yīng)由兩套掃描光路進行雕刻加工，可以有效提升內(nèi)雕工作效率，且兩類點雕刻后組成的圖像也互相交錯，可以進一步地減弱已有技術(shù)方案中不同區(qū)域圖像的拼接痕跡，改善整體圖像質(zhì)量。

技術(shù)研發(fā)人員：朱永強,李夢龍,伊玉文,顏濤,楊青,戴瑋,王春陽,劉潔,劉水
受保護的技術(shù)使用者：北京樂博空間企業(yè)管理服務(wù)有限責任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9