CN103862883B - 一种激光雕刻打字机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光雕刻打字机，由激光源系统、打标物传输系统、空气净化系统集合成一台轻巧的办公设备。其中：激光源系统由激光器、偏转光学马达、扫描镜、场镜和激光控制机构组成，打标物传输系统由上料轴及其放料电机、储线机构、主驱动轴及其步进电机、副驱动辊、三维移动对焦平台、感光识别及其控制机构组合而成，空气净化系统由空气过滤器、喇叭集气罩、波纹管、引风机和风扇隔网组成，激光和感光识别及其控制机构则采用了MCU控制板和PLC控制器。
Description
技术领域
本发明属于激光器应用于雕刻和打字领域，涉及用激光自动打标与空气净化集成的雕刻打字机。
背景技术
近年来随着信息技术的高度发展，各个领域不仅对信息传输线路、动力供电与控制线路的布置也日趋复杂，而且对信息传输线路、供电线路运行的持久寿命和可靠性都提高到更严格的要求，尤其对于潜艇舰船、动车高铁、核电建设和航空航天领域更是率先如此。
举例而言，一艘万吨级的商船拥有14万个电缆接口（有1万根电缆、每根电缆有7根芯、每根芯有2个接口），一艘航母的电线电缆总长超过3000公里、接口数超过16万个；一架波音或空中巴士客机的民用服役期限要求达到35年、退役后再转军用无人机服役期限25年，对于非机械、非热力易损件的使用寿命和可靠性必须保证60年并达到六西格玛的要求。
面对如此巨量的电缆对接任务和高可靠性要求，仅靠传统电线绝缘层的颜色或者手写标签纸是无法区分和保证电线之间正确对接的，更无法保证在60年的服役期内进行正确的维护和维修，因此人们发明了喷墨打印和热转移打印的热缩标识管系统。然而，后期的应用试验表明虽然喷墨打印和热转移打印的热缩标识管系统可以保证电线之间的正确对接，但还是不能确保所打印的文字符号在60年的服役时间内仍然清晰可见，所以人们又发明了激光打印标识管系统，例如美国tyco公司的LMS-6000和LMS-9000激光打标机，利用激光束在标识管的亚表面聚焦灼烧而显色，也可以在金属表面刻画文字和图案，所形成的文字符号则可以达到“永久标识”的效果。然而，类似LMS-6000和LMS-9000激光打标机是早期的激光器技术，在实际使用中仍然有其缺点：
①体积大而笨重，最轻的也有42kg；
②灼烧深度过量，对超薄材料容易烧穿或减薄有效厚度，降低了耐高压电的等级；
③发烟量过大，容易产生NOx、HCN、CHx等有害气体和烟雾，污染环境空气。
综上原因，客户向我们提出了研制轻型小巧、无有害的化学气体和烟雾、适于办公环境使用的激光打标机的愿望。
发明内容
本发明的目的是提供 “一种激光雕刻打字机”，并通过这样的技术方案来实现：
本发明的“一种激光雕刻打字机”由激光源系统、打标物传输系统、空气净化系统构成，其中激光源系统占据一个独立外壳围合的单元空间A，打标物传输系统和空气净化系统集成在另一个独立外壳围合的单元空间B，单元空间A位于单元空间B的上面，且通过A、B两个壳体的凹凸耦合面实现随机准确定位，构成激光雕刻打字机的外形整体空间。见图1。
本发明的“一种激光雕刻打字机”，所述激光源系统由激光器、偏转光学马达、扫描镜、场镜和激光控制机构组成。选择目前世界上最先进的商用激光器、最快的光学偏转马达，可以实现激光源的稳定性并保证聚焦的精度，从而使灼烧深度和深度波动误差降到最小；不难理解，只需要将偏转马达与扫描镜构成的激光头的空间压缩至比拳头更小而重量更轻，激光控制机构采用如图2所示的公知技术方案，而且市面已有类似的激光源系统产品销售，故其技术细节无需进一步重复描述。
本发明的“一种激光雕刻打字机”，所述打标物传输系统由上料轴及其放料电机、储线机构、主驱动辊及其步进电机、副驱动辊、三维移动对焦平台、感光识别及其控制机构组合而成。其中：放料电机可采用微张力电机；上料轴可采用三叶金属片使其具有一定弹性轴径变化幅度；储线机构采用多个定滑轮和动滑轮组合以多次往返缠绕形式达到储线目的并缓冲牵引张力的脉动；以步进电机控制主驱动辊，主驱动辊上有一个或一对狼牙轮，狼牙轮的牙被套在打标物的边带的“走纸孔”内以确保传送步距的精度，主驱动辊再通过皮带联结副驱动辊运转，保持副驱动辊的线速度略大于主驱动辊；三维移动对焦平台的垂直升降机构采用铰链式的菱形或平行四边形结构，并采用手动和电动兼容模式，使垂直方向和前后方向的微小位移可调节和控制，打标物轨道的左右方向宽度可调节和控制；感光识别及其控制机构则采用公知的MCU控制板或PLC控制器。
本发明的“一种激光雕刻打字机”，所述空气净化系统由空气过滤器、喇叭集气罩、波纹管、引风机和风扇隔网组成。其中：空气过滤器包括格栅网、初效过滤层、中效过滤层、HEPA过滤层、带氧化催化剂活性炭层和边框，初效过滤层选用厚度为0.05mm～0.5mm、孔径为50μm～500μm的玻璃纤维或聚酯纤维无纺布，中效过滤层选用厚度为0.05mm～0.5mm、孔径为5μm～50μm的高分子细孔滤膜或定性滤纸，HEPA过滤层选用厚度为0.05mm～0.25mm、孔径为0.3μm～0.5μm的高分子微孔滤膜或定量滤纸，带氧化催化剂活性炭层选用吸附了少量纳米级金属氧化物的颗粒状活性炭，金属氧化物由Fe3O4、TiO2、CuO和ZrO2且粒径为20～100nm粉体的等体积的混合物，再选用塑料或不锈金属制作的格栅网起固定支撑作用，格栅网的孔格边长3～5㎜×3～5㎜、厚度0.8～1.5㎜并将初效过滤层、中效过滤层、HEPA过滤层和带氧化催化剂活性炭层集成为一个豆腐块状的整体而方便整体更换和再生；喇叭集气罩的大口包裹在空气过滤器的边框上，喇叭集气罩的小口与波纹管紧密联接，而波纹管的另一端与引风机紧密联接；引风机与风扇隔网相联接并固定安装在壳体的窗口上。
本发明的“一种激光雕刻打字机”，其有益效果在于：结构紧凑、体积小巧、总重量才23kg；激光灼烧高分子材料所产生的NOx、HCN、CHx等有害气体和烟雾被它们自身具有的氧化还原性在催化剂作用下98%被消除或吸附，排放气体完全符合GB/T18883-2002以及欧盟同类室内空气标准；灼烧深度可调、可控，深度公差仅有5μm，几乎不会降低热缩标识管的耐电压等级；在专用软件的控制下适于自动化连续操作。
附图说明
图1是本发明“一种激光雕刻打字机”的总体空间布局的一个外形实施例。
图2是本发明“一种激光雕刻打字机”采用的公知激光聚焦技术的一个实施例。
图3是用垂直平面将图1的中轴线剖开的内部结构的一个实施例。
图4是本发明“一种激光雕刻打字机”的打标物传输系统的一个实施例。
图5是图4的一个局部视图。
图6是从图3正面的观察窗口看到的局部视图。
图7是本发明“一种激光雕刻打字机”中的空气过滤器的一个实施例。
在图1至图6中，相同的功能、相同结构的零件或组件采用了相同的标号：
1—打印完成的热缩管出料； 2—观察窗口； 3—支撑架；
4—防护门； 5—扫描激光束； 6—三维铭牌；
7—激光头的场镜； 8—PLC触摸屏； 9—线路板屏蔽盒；
10—冷风进口及其风扇阵列（图中未画风扇）； 11—激光源系统的壳体；
12—风扇隔网； 13—引风机； 14—打标物传输系统的壳体；
15—波纹管； 16—壳体的后门； 17—空气过滤器；
18—喇叭集气罩； 19—待打印的热缩管； 20—上料轴；
21—传输系统底板； 22—储线滑轮组； 23—主驱动辊；
24—宽度可调定位轨道； 25—辅助驱动辊； 26—标高（聚焦）升降基板；
27—标高升降电机； 28—传动机构基准板； 29—定位轨道基准板；
30—升降器铰链轴； 31—升降器导柱（一对）；32—升降器铰链杆；
33—升降器顶杆； 34—轨道基座； 35—升降器顶梁；
36—压轮、压杆及弹簧机构；37—激光扫描区。
110—激光源的单元空间A； 120—传输和空气净化的单元空间B。
200—激光器； 210—X偏转光学马达； 211—X扫描镜；
220—Y偏转光学马达； 221—Y扫描镜； 230—场镜；
240—激光灼烧雕刻的字符；241—需打字的材料。
310—格栅网； 320—中效过滤层； 330—HEPA过滤层；
340—带氧化催化剂活性炭；350—通孔海绵。
具体实施方式
以下是本发明“一种激光雕刻打字机”的实施例，仅是部分优选个例并非对本发明内容进行限定，结合附图进一步说明：
见图1，本发明的“一种激光雕刻打字机”的实施例，由激光源系统、打标物传输系统、空气净化系统构成，其中激光源系统占据一个独立外壳围合的单元空间A 110，打标物传输系统和空气净化系统集成在另一个独立外壳围合的单元空间B 120，单元空间A 110位于单元空间B 120的上面，且通过A、B两个壳体的凹凸耦合面实现随机准确定位，构成一个整体外形空间。
见图2，本发明的“一种激光雕刻打字机”所述激光源系统由激光器200、偏转光学马达210和220、扫描振镜211和221构成。其中：激光器200优选Nd-YOV4半导体激光器、优选SCANLAB光学偏转马达驱动扫描镜，激光控制机构优选MCU控制板并置于线路板屏蔽盒9之中，由于是公知的激光源技术和市购的标准组件，因此在图3中无须画出在壳体11内激光源系统的详细结构。
见图3至图6，本发明的“一种激光雕刻打字机”所述打标物传输系统120由上料轴20及其放料电机、储线机构22、主驱动辊23及其步进电机、副驱动辊25、三维移动对焦平台组合而成。其中：上料轴20上的放料电机采用4IK25GN-SF型微张力电机（图中未画）；上料轴20采用三叶金属片使其具有一定弹性轴径变化幅度；储线机构22优选采用三个定滑轮和动滑轮组合以多次往返缠绕形式达到储线目的以及缓冲牵引张力的脉动；以步进电机控制主驱动辊23，主驱动辊23上有一对狼牙轮（图中未画），通过压轮36将狼牙轮的牙套在被打标物边带的“走纸孔”内以确保传送步距的精度，主驱动辊23再通过皮带联结副驱动辊25运转，保持副驱动辊25的线速度略大于主驱动辊23；三维移动对焦平台由宽度由可调定位轨道24、标高（聚焦）升降基板26、标高升降电机27、传动机构基准板28、定位轨道基准板29、升降器铰链轴30、升降器导柱（一对）31、升降器手动杆32、升降器顶杆33、轨道基座34、升降器顶梁35构成，采用了手动和电动控制兼容模式；感光识别及其控制机构采用公知的PLC控制器（图中未画），以实现垂直方向和前后方向微小位移的调节和控制、实现被打标物的轨道左右宽度的调节和控制。
见图3，本发明的“一种激光雕刻打字机”所述空气净化系统由空气过滤器17、喇叭集气罩18、波纹管15、引风机13和风扇隔网12组成。经过空气过滤器17净化后的洁净空气经喇叭集气罩18、波纹管15、引风机13与风扇隔网12排出传输系统的壳体14之外。
见图7，所述空气过滤器17包括格栅网310、初效过滤层与中效过滤层320、HEPA过滤层330、带氧化催化剂活性炭层340、通孔海绵350和边框。优选地，初效过滤层是一层厚度为0.18mm、孔径为50μm～500μm的玻璃纤维布，中效过滤层320是一层厚度为0.18mm、孔径为5μm～50μm的硝化棉细孔滤膜；HEPA过滤层330是一层厚度为0.18mm、孔径为0.3μm～0.5μm的硝化棉微孔滤膜；带氧化催化剂活性炭层340是一种吸附了纳米级金属氧化物的颗粒状活性炭，所述活性炭层340的厚度为27±2㎜、通气通道面积≥100㎝2、炭粒直径1.6±0.2㎜、炭粒长度≤10㎜；所述金属氧化物由Fe3O4、TiO2、CuO和ZrO2且粒径为20～100nm粉体的等体积的混合物；所述格栅网310是用塑料制作的孔格边长为3～5㎜、厚度为1.0㎜，格栅网310的功用是将初效过滤层和中效过滤层320、HEPA过滤层330和带氧化催化剂活性炭层340夹紧，再用边框集成为一个豆腐块状的整体而方便更换和再生。
经实际使用测定，本发明的“一种激光雕刻打字机”的实施例的主要参数为：
激光器参数：
波长1064nm
工作模式 脉冲激光
冷却方式 风冷
激光能量6W
峰值能量500μJ
脉冲宽度20nS
焦距160mm
打字范围110×110mm2
整机参数：外形尺寸280×535×490mm3
重量23kg
标识精度≤0.2mm
功耗≤300W
适应材料：
高分子材料和金属。
Claims (6)
1.一种激光雕刻打字机，其特征是：由激光源系统、打标物传输系统、空气净化系统集成为一体；所述激光源系统占据一个独立外壳围合的单元空间A、打标物传输系统和空气净化系统集成在另一个独立外壳围合的单元空间B，通过单元空间A、单元空间B两个壳体的凹凸耦合面实现随机准确定位；所述打标物传输系统由上料轴及其放料电机、储线机构、主驱动辊及其步进电机、副驱动辊、三维移动对焦平台组合而成，以及空气净化系统由空气过滤器、喇叭集气罩、波纹管、引风机和风扇隔网依次连接而成；所述三维移动对焦平台由宽度可调定位轨道、标高聚焦升降基板、标高升降电机、传动机构基准板、定位轨道基准板、升降器铰链轴、一对升降器导柱、升降器手动杆、升降器顶杆、轨道基座、升降器顶梁构成了手动和电动控制兼容模式。
2.根据权利要求1所述的激光雕刻打字机，其特征是：上料轴上的放料电机是微张力电机、上料轴采用三叶金属片使其具有一定弹性轴径变化幅度、储线机构采用至少一个定滑轮和动滑轮组合、以步进电机控制主驱动轴，主驱动轴上有一个或一对狼牙轮，通过压轮机构将狼牙轮的牙套在被打标物边带的“走纸孔”内、主驱动轴再通过皮带联结副驱动辊运转、保持副驱动辊的线速度略大于主驱动轴。
3.根据权利要求1所述的激光雕刻打字机，其特征是：所述空气过滤器包括格栅网、初效过滤层与中效过滤层、HEPA过滤层、带氧化催化剂的活性炭层、通孔海绵，其中：初效过滤层是厚度为0.05mm～0.5mm、孔径为50μm～500μm的玻璃纤维或聚酯纤维无纺布，中效过滤层是厚度为0.05mm～0.5mm、孔径为5μm～50μm的高分子细孔滤膜或定性滤纸，HEPA过滤层是厚度为0.05mm～0.25mm、孔径为0.3μm～0.5μm的高分子微孔滤膜或定量滤纸，带氧化催化剂活性炭层是吸附了少量纳米级金属氧化物的颗粒状活性炭，格栅网由塑料或不锈金属制作。
4.根据权利要求3所述的激光雕刻打字机，其特征是：所述金属氧化物由Fe3O4、TiO2、CuO和ZrO2且粒径20～100nm粉体的等体积的混合物组成。
5.根据权利要求3所述的激光雕刻打字机，其特征是：所述颗粒状活性炭的活性炭层厚度为27±2㎜、通气通道面积≥100㎝2、炭粒直径1.6±0.2㎜、炭粒长度≤10㎜。
6.根据权利要求3所述的激光雕刻打字机，其特征是：所述格栅网的孔格边长3～5㎜×3～5㎜、厚度0.8～1.5㎜并将初效过滤层与中效过滤层、HEPA过滤层、带氧化催化剂活性炭层和通孔海绵集成为一个豆腐块状的整体而方便整体更换和再生。
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