塑料模具激光蝕紋機的關鍵技術(shù)研究

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塑料工業(yè)塑料模具激光蝕紋機的關鍵技術(shù)研究周泳全吳憶鋒趙盛宇2肖永山1周逸2（1深圳信息職業(yè)技術(shù)學院信息控制與制造系，廣東深圳518029 2深圳市海目星激光科技有限公司，廣東深圳518101）掃描技術(shù)，對模具激光蝕刻原理進行了分析和探討；對模具激光蝕刻工藝參數(shù)進行了優(yōu)化；并設計了塑料產(chǎn)品常見的蝕紋圖案。經(jīng)過對模具激光蝕紋機的光學系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及軟件系統(tǒng)等整體方案的設計及工藝141.激光束首先進入移動鏡頭，透過移動鏡頭之后，光束快速分散，直到進入一個或兩個聚焦鏡頭。現(xiàn)在會聚的光束穿過鏡頭，并由一組X和Y鏡片（這些鏡片由振鏡式掃描器移動）引導。X和Y鏡片呈直角排列，向下引導光束，覆蓋工作范圍的長和寬?！　?D掃描振鏡激光加工原理圖在沒有焦點校正的掃描振鏡中，向任一軸向移動工作范圍中心聚焦的激光光斑時，都會劃出一個弧形，在工作范圍上方產(chǎn)生一個聚焦點的球面。在遠離工作范圍中心的位置，激光光束沒有聚焦。這是因為當掃描器將光束向遠離工作范圍中心的方向引導時，從鏡頭到工件的距離增加了。　　在3D掃描振鏡中，通過微調(diào)移動鏡頭和聚集鏡頭之間的距離來實現(xiàn)聚焦補償，由于掃描器通過第三個移動軸一“Z”軸在整個工作范圍內(nèi)引導光束，故而得名“3D掃描振鏡”。Z軸即直線模塊，它是用來將激光光斑沿光軸向下移動的光學機械組件。因此，激光束子系統(tǒng)能夠裝入不同的掃描振鏡。激光束子系統(tǒng)的聚焦屬性由直線模塊決定?！　∽拥闹餍叭恳蜃拥亩A交互效應然后進行殘1.3模具激光蝕刻加工工藝模具激光蝕刻工藝流程圖如所示。工作過程原理描述如下：系統(tǒng)啟動以后，首先裝載激光蝕刻卡底層運行文件，之后用戶方可在系統(tǒng)的硬件參數(shù)設置模塊內(nèi)對激光束、振鏡延時等參數(shù)進行詳細設置，并且導入圖形文件進行顯示和調(diào)整?！　∧＞呒す馕g刻工藝流程圖由于掃描頭的有效像場范圍有限，因此蝕刻目標必須限制在該有效像場內(nèi)，否則會引起掃描頭的嚴重受損。在選用自動蝕刻功能時，系統(tǒng)將依靠外觸發(fā)電路來實施蝕刻操作，并且系統(tǒng)將隨時對激光的運轉(zhuǎn)狀態(tài)進行檢測，只要激光器發(fā)生故障，系統(tǒng)將自動停止一切的激光蝕刻操作?！　?激光蝕刻加工參數(shù)優(yōu)化在激光蝕紋的加工過程中，加工工藝參數(shù)的優(yōu)化對蝕刻質(zhì)量起到至關重要的作用。參數(shù)設置不當，就將造成蝕刻粗糙度達不到設計要求，圖案周邊出現(xiàn)燒焦、脫渣等不良現(xiàn)象。影響蝕刻質(zhì)量的機器加工參數(shù)主要有：激光功率（W）、激光焦距（mm）、單次蝕刻時間蝕刻次數(shù)、蝕刻速度（/）蝕刻角度（°）、蝕刻點直徑屮m）等共7種參數(shù)。與被蝕刻模具材料相關的參數(shù)有：模具材料硬度（HRC）、模具表面粗糙度（Ra）、模具材料含碳量（%）等共3種參數(shù)。當對某模具進行蝕刻時，用戶需要針對相應的模具材料參數(shù)設置最優(yōu)的機器加工參數(shù)，他們可以通過具備人機交互功能界面的優(yōu)化參數(shù)數(shù)據(jù)庫中獲得最佳加工參數(shù)。　　nrbDCE軟件模塊對初期試驗數(shù)據(jù)進行了全因子設計分析，單一因子水平數(shù)量控制在3~4個。首先“擬合選定模型”，即在模型中包含全部因差分析，計算主效應P、二階因子交互效應P！及其方差分析灣曲和失擬）P直的大小和作用，結(jié)合決定系數(shù)RS和R-S1（調(diào)整）的差值判定“擬合選定模型”是有效的51，否則要進一步修正響應變量粗糙度R的原模型。是DOE分析結(jié)果，即進一步細分的因子效應標準珀拉圖（Paret0）?！　OE分析結(jié)果根據(jù)上述DCE試驗設計結(jié)果，塑料模具激光蝕紋機的人機交互功能界面，能自動輸出優(yōu)化的激光加工參數(shù)?！　?激光蝕紋圖案數(shù)據(jù)庫設計塑料模具蝕紋圖案約60%是標準紋（含梨地花紋）近年國內(nèi)外流行的美國模德公司的MT0000系列標準紋，就有近千種圖案；另外40%主要是針對皮革紋、橘皮紋、木紋、雨花紋、射紋、亞光面等裝飾花紋的需求。是類似于美國模德公司MT1005標準紋（梨地花紋）的樣品，除了MT1000之外，MT1005是最細膩的標準紋，也是T電子產(chǎn)品中常用的紋理。從經(jīng)過放大10倍的示意圖中可以看出，在直徑近1mm的區(qū)域內(nèi)，設計了6多個形狀各異的凹坑陰影部分）利用激光蝕刻能準確加工出設計的凹坑。凹坑之間的間距及凹坑的深度，決定了被蝕刻模具表面的粗糙度，從而可以通過粗糙度的測量，校驗激光蝕刻加工的表面，是否達到了紋理的設計規(guī)格。依照MT1005標準紋的設計思路，可以逐步設計其他各類蝕紋圖案，并建立相應的數(shù)據(jù)庫，即建立電子標準紋板，讓計算機能識別每個圖案需要蝕刻的區(qū)域、位置、線條和面積?！　∷芰瞎I(yè)年據(jù)激光蝕刻軟件的上述功能需求及通用軟件設計理念，按照軟件工程理論中結(jié)構(gòu)化程序設計思想和自頂向下、逐步細分的設計原則，將蝕刻軟件功能劃分為若干模塊，各模塊再細分為子模塊。是通過對各子模塊進行集成后的軟件系統(tǒng)?！　∽鴺似揭疲粓D形分解與顯一1~圖形大小調(diào)整激光蝕刻啟動停m激光器控制指3振鏡控制指令系統(tǒng)軟件功能模塊圖字符數(shù)據(jù)庫用于編輯和存儲字符顯示碼；激光蝕刻卡指令系統(tǒng)用于編輯和管理激光蝕刻指令，實現(xiàn)底層硬件和應用軟件之間的無縫連接；圖形文件讀取與分解包括圖形分解與顯示、坐標平移、圖形大小調(diào)整等?！　「鶕?jù)激光對金屬表面進行蝕刻的原理，通過3D激光掃描振鏡技術(shù)，在系統(tǒng)軟件的支持下，實現(xiàn)模具平面和曲面的蝕刻加工；根據(jù)DOE試驗設計優(yōu)化的加工參數(shù)，可以針對不同的模具鋼材及其表面硬度，將蝕紋圖案數(shù)據(jù)庫中的任一紋理進行蝕刻加工。塑料模具激光蝕紋技術(shù)在生產(chǎn)成本、加工效率方面大大優(yōu)于常規(guī)化學蝕紋，在加工質(zhì)量方面也可以與此媲美。