專利名稱：激光加工模具表面的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種激光加工模具表面的方法，特別是指一種于激光組前方設有一組光學式可變焦距的鏡片組，利用光學變焦來達到快速調整激光焦距以利加工模具表面的方法。
背景技術：
激光加工技術以目前而言約區(qū)分為2種，其一為二氧化碳激光器(簡稱CO2)，一般應用于非金屬模具的加工。另一為雅克激光器(YAG)則適用于金屬模具的加工。
以雅克激光器(YAG)而言，其控制加工狀態(tài)是取決于激光功率(％)、激光頻率(kHz)及雕刻速度(mm/s)的基本參數，由上述三項參數來控制激光加工的條件。
而現有模具表面加工為使其模具表面趨近于平整(請參第圖1所示，因模具其表面在高倍放大下均為粗糙表面)，以致所加工出的產品無法達到平整的效果，故雖應用激光技術進行加工但其激光的焦點為固定值，倘若要在曲面上加工則必須為可變焦點，但現有技術系以機械式帶動工作臺上下移動(一般稱Z軸)，但以機械帶動工作臺上下移動的方式其速度慢，而且會使加工的表面呈現不平整的現象，以致無法達到精密加工的效果。
另外現有激光加工技術除上述加工處無法如預期平整外，其加工出的磨具雖比粗糙加工優(yōu)良，但無法呈現出較多變化的加工方法，間接使得用磨具所生產出的產品其表面變化過于單調，而為消費者及廠商所不滿。

發(fā)明內容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種激光加工模具表面的方法，是指在激光組前方設有一組光學式可變焦距的鏡片組，利用光學變焦來達到快速調整激光焦距以利加工模具表面的加工方式，以改善現有的機械式移動無法精確配合激光組的加工動作。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種激光加工模具表面的方法，在加工前需經由計算機在待加工件表面計算其切斷面積的曲率進而可得知激光焦距的變化量，使其可精確控制激光加工參數，以達到模具表面精密加工的目的。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種激光加工模具表面的方法，經由材料移除及拋光兩次加工程序，使加工后的部分與粗糙面融合產生出所設計的花紋圖案，并可使其加工處呈現出類似拋光的效果，以使該模具模壓后所產生的產品表面會呈現不同的變化或光影折射的效果。
為達上述的目的，本發(fā)明利用光學變焦移動來達到加工模具表面的方法，其包含有下列步驟(a)以計算機計算待加工件表面面積的曲率，用以得到激光焦距的變化參數；(b)利用可變焦距的鏡片組的調整快速改變激光焦距，以進行待加工件表面移除加工；(c)用調整激光功率參數，使激光的熱能移除待加工件表面的材料；(d)待上述加工完成后，依原有加工路徑重新測量其頻率及功率；(e)降低其激光功率參數再進行多次工件表面拋光加工。
所述激光組是雅克激光器。
所述可變焦距的鏡片組是可進行光學變焦的鏡頭。
本發(fā)明所產生的技術效果在于，除于在激光組前方設置一組可變焦距的鏡片組，用以提升其激光組焦點投射的移動速度，以改善現有的機械式動作無法配合激光組的加工動作，再經由材料移除及拋光兩次加工程序，使加工后的部分與粗糙面融合，產生出所設計的花紋圖案，并可使其加工處呈現出類似拋光的效果，以使該模具模壓后所產生的產品表面會呈現不同的變化或光影折射的效果。


圖1是模具表面的示意圖；圖2是本發(fā)明進行加工的實施例圖；圖3是本發(fā)明的鏡片組進行變焦的動作示意圖；圖4是本發(fā)明的拋光加工圖；圖5是4圖的加工后部分位置的示意圖。
主要組件符號說明1..待加工件11..表面2..激光組3..鏡片組4..反射鏡5..反射鏡
實施方式以下結合附圖和較佳的實施例對本發(fā)明的構造、使用及其特征作出更深一層，明確、詳實的說明。
首先請參閱第2及3圖所示，本發(fā)明為一種激光加工模具表面的方法，主要在激光組2前方設有一組光學式可變焦距的鏡片組3，利用光學變焦移動來達到加工模具的方法，其包含有下列步驟(a)以計算機計算待加工件表面面積的曲率，藉以得到激光焦距的變化參數；(b)利用可變焦距的鏡片組的調整快速改變激光焦距，以進行待加工件表面移除加工；(c)藉由調整激光功率參數，使激光的熱能移除待加工件表面的材料；(d)待上述加工完成后，依原有加工路徑重新測量其頻率及功率；(e)降低其激光功率參數再進行多次工件表面拋光加工。
本發(fā)明為使激光投射焦點的移動速度可配合上工件的曲面，以改善現有的機械式動作無法配合激光組2的加工動作，故在激光組2前方設置一組可變焦距的鏡片組3(因其鏡片組其結構較為復雜，故在圖示中僅以鏡片示意呈現其光學變焦方式)，利用上述鏡片組3光學變焦的移動速度絕對遠高于習用機械式帶動工作臺上下的移動速度，用以可提升其激光組2焦點投射的移動速度。
在一理想實施例中，該可變焦距的鏡片組3是可進行光學變焦的鏡頭。
在一可行實施例中，為使該激光組2所投射的激光可加工角度更大，可加設反射鏡4、5，用以折射激光并配合鏡片組3進行光學變焦的動作，便可提升其激光加工范圍及速度。
以步驟(a)所述，本發(fā)明在加工前需經由計算機在待加工工件1(或模具)計算其表面11切斷面積的曲率來換算三角含數的垂直邊長，進而可得知激光焦距的變化量。上述切斷面積的曲率系由待加工件1斷面曲線上無數的點所組成，但并非每一個點均可加工，故需計算出曲率以便計算出一近似值。經由計算斷面曲線上無數的點待加工后即可形成所需的線或表面積。
故本發(fā)明適用于金屬加工的以雅克激光器(YAG)而言，其加工是取決于激光功率(％)、激光頻率(kHz)及雕刻速度(m/s)的基本參數，由上述三項參數來控制激光加工件的條件。
如步驟(b)所述，利用可變焦距的鏡片組3，快速改變激光焦距來進行待加工件1表面11加工。上述鏡片組3光學鏡片的修正可使激光焦距均非常精確的落在待加工件1曲面的斷面上(如圖3中A及B距離的位移變焦)，并配合反射鏡4、5折射激光的作用，再經由多次不同的斷面加工，使其可組合成一加工后的表面積，進而加工以呈現高精度的工件表面。
再者如步驟(c)所述，在加工時需依其花紋圖案或加工深淺不同，調整及控制其激光組2的參數(激光功率(％)、激光頻率(kHz)及雕刻速度(mm/s)等)，使激光組2所投射的熱能可依設計移除工件表面的材料。
因每種材料其可加工功率、頻率及溫度皆不同，故在本實施例中，本發(fā)明以NAK 80材料做范例。需調整其激光組2的加工參數，使激光每一投射的焦距點所形成的熱能，剛好可讓該待加工件1表面11移除0.002mm的材料。
因激光在加工參數的調整上有極高的難度，故本發(fā)明以『溫度』參數來說明使其可更易理解其隨時改變參數的重要。以NAK-80材料(硬化型預硬鋼)為例，在合理頻率(約400至450kHz)搭配下約2000至2500℃可將其材料碳化，且加工深度約為0.002mm。而以0.002mm的加工深度其理論上比待加工件1表面11的粗糙斷差來的小，故可在其待加工件1表面11的粗糙花紋上加工欲加工的線條(花紋)，此時的激光所加工后的部分已與粗糙面融合，并產生出所設計的輪廓。
請參圖4所示，待上述步驟加工完成后，欲加工更精細的融合表面11，即進行步驟(d)及(e)。步驟(d)即使用原有的加工路徑，以計算機重新測量其激光組2加工參數(頻率及功率等)，以NAK-80材料為例其較佳加工溫度約為1500至1700℃間，較密集的頻率及較低的功率溫度，使進行加工時其金屬材料不會被碳化，僅會呈現融化作用(一般稱表面熱游離現象)，此時該待加工件1表面11會因表面熱游離現象使其分子重新排列而形成光滑面(如圖5被加工過后的部分位置)，再在相同加工路徑經過10到20次的重復加工，使其加工處會呈現類似拋光效果，如此即可形成原粗糙表面呈現出加工線條及表面積(花紋圖案)，且加工部分融合拋光面的待加工件1表面11。
綜上所述，本發(fā)明除于激光組2前方設置一組可變焦距的鏡片組3，用以提升其激光組2焦點投射的移動速度，以改善現有的機械式動作無法配合激光組2的加工動作，再經由材料移除及拋光兩次加工程序，使加工后的部分與粗糙面融合，產生出所設計的花紋圖案，并可使其加工處呈現出類似拋光的效果，以使該待加工件1(模具)模壓后所產生的產品表面會呈現不同的變化或光影折射的效果者。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，當不能以此限定本發(fā)明實施的范圍，即凡依本發(fā)明申請專利范圍及發(fā)明說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發(fā)明專利涵蓋的范圍內。
權利要求
1.一種激光加工模具表面的方法，其特征在于，在激光組前方設有一組光學式可變焦距的鏡片組，其包含有下列步驟(a)以計算機計算待加工件表面面積的曲率，藉以得到激光焦距的變化參數；(b)利用可變焦距的鏡片組的調整快速改變激光焦距，以進行待加工件表面移除加工；(c)藉由調整激光功率參數，使激光的熱能移除待加工件表面的材料；(d)待上述加工完成后，依原有加工路徑重新測量其頻率及功率；(e)降低其激光功率參數再進行多次工件表面拋光加工。
2.根據權利要求1所述的激光加工模具表面的方法，其特征在于，所述激光組是雅克激光器。
3.根據權利要求1所述的激光加工模具表面的方法，其特征在于，所述可變焦距的鏡片組是可進行光學變焦的鏡頭。
全文摘要
一種激光加工模具表面的方法，主要是在激光組前方設置一組可變焦距的鏡片組，用以提升其激光焦距投射的移動速度，以改善現有的機械式動作無法配合激光組的加工動作，并在加工前需經由計算機在待加工工件(模具)表面計算其切斷面積的曲率，進而可得知激光焦距的變化量，使其可精確控制激光加工參數，再經由材料移除及拋光兩次加工程序，使加工后的部分與粗糙面融合，產生出所設計的花紋圖案，并可使其加工處呈現出類似拋光的效果，以使該模具灌模后所產生的產品表面會呈現不同的變化或光影折射的效果者。
文檔編號B23K26/36GK1947918SQ200610145388
公開日2007年4月18日 申請日期2006年11月28日 優(yōu)先權日2006年11月28日
發(fā)明者陳宗龍 申請人:倍騰國際股份有限公司