Способ и устройство для переноса изображения на деревянное основание с помощью лазерного луча - RU2413623C2

Чертежи

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству и способу для переноса изображения на деревянное основание посредством управляемого лазерного луча.

Уровень техники

Использование лазерного луча для нанесения отметок, резки или воспроизведения рисунков на любом основании, таком как бумага, пластик, металл или дерево известно. Наиболее подходящая длина волны лазерного луча может быть установлена для любого материала, который представляет собой обрабатываемое основание, то есть может быть установлен наиболее походящий тип лазера для материала, составляющего это основание, а также мощность излучения и частота импульсов лазерного луча, которые позволяют резать и воспроизводить требуемый рисунок. Таблицы и взаимозависимости, связывающие длину волны, тип лазера (то есть, тип активного вещества, тип накачки для этого активного вещества и относительные рабочие условия), мощность излучения и частоту импульсов, а также материал основания, обрабатываемого с помощью лазерного луча, можно найти в технической литературе, относящейся к данной области техники.

В частности, известен перенос изображения на деревянное основание, такое как рама зеркала или дверь шкафа, который предпочтительно выполняют, используя лазер с активным веществом в газообразном состоянии, такой как CO₂ лазеры, или активным веществом в твердом состоянии, таким как ионные кристаллы, такие как рубин или неодим.

Изображение в цифровом формате вначале может быть преобразовано в набор рабочих инструкций для управления лазерным источником и затем может быть перенесено на деревянное основание путем модуляции мощности и частоты импульсов, излучаемых лазерным лучом, на основе указанных рабочих инструкций.

Упрощенная схема способа переноса изображения на деревянное основание, начиная от получения или создания цифрового изображения, через систему, называемую "Компьютерная лазерная система", кратко описана в публикации US-A1-2005/0006357.

В этой публикации не упоминается ни тип лазера, который можно использовать для такого переноса изображения, ни рабочие режимы для регулировки лазерного луча в отношении мощности излучения и частоты импульсов, и перемещения и фокусирования его относительно деревянного основания, или наоборот.

Кроме того, в патентной заявке США US-A1-2005/0006357 не упоминается перенос изображений, воспроизводящих текстуру древесины, на деревянное основание.

В патенте США US 4847184, выданном на имя Taniguchi, описано, как использовать источник на основе CO₂ лазера, соединенный с акустико-оптическим (или электрооптическим) модулятором, предпочтительно на основе германия (или Cd-Te), который расположен после источника лазерного луча, в результате чего последний модулируют на деревянном основании, предпочтительно предварительно обработанном агентами, ускоряющими карбонизацию и/или обесцвечивание.

Более подробно, в способе, описанном в патенте US 4847184, предусмотрен этап получения одного или больше изображений в виде оттенков серого цвета, предварительной обработки деревянного основания с помощью указанных добавок, формирования лазерного луча и модулирования его с использованием указанного акустико-оптического или электрооптического модулятора, который установлен снаружи от лазерного источника, и затем направления этого лазерного луча на деревянное основание в соответствии с графической информацией ранее созданных изображений.

При использовании известного модулятора, который установлен снаружи от лазерного источника, возникает определенная трудность при модуляции луча и при этом невозможно использовать высокую мощность излучения из-за типа модулятора (на основе Ge или Cd-Te), который должен использоваться в устройстве этого типа. Это означает, что устройство, описанное в US 4847184, и соответствующий способ его использования не позволяют обеспечить высокую точность при воспроизведении изображения на деревянном основании, и они не позволяют получить высокую скорость обработки и/или глубину резки последнего. Кроме того, в патенте США 4847184 не предусматривается использование системы передачи луча, с помощью которой фокусируют и перемещают последний по деревянному основанию, которая могла бы отслеживать сложный трехмерный контур последнего, а предусматривается только система передачи луча, которая позволяет направлять и фокусировать лазерный луч на плоских или в лучшем случае цилиндрических поверхностях.

Наконец, в патенте автора Taniguchi не упоминается возможность переноса изображений текстуры дерева на деревянное основание, а также не указан тот факт, что изображение переносят на глубину в несколько десятков миллиметров ниже поверхности.

Цель настоящего изобретения, таким образом, состоит в создании устройства для переноса изображения на деревянное основание с использованием лазера, в котором отсутствуют указанные выше недостатки, и поэтому обеспечивается возможность воспроизведения изображений на таком деревянном основании, в соответствии с пожеланиями, с высокой точностью, обеспечивая возможность достижения высоких скоростей обработки и/или больших глубин переноса изображения в пределах основания.

Другая цель настоящего изобретения состоит в создании устройства для переноса изображений на деревянное основание с помощью лазера и к способу его работы, которые позволяют переносить изображения на основание, имеющее сложную трехмерную форму, то есть не только на плоские поверхности или трехмерные поверхности с осевой симметрией, но также и на асимметричные детали, такие как приклад (или ложе) ружья или рукоятка пистолета. Другая цель настоящего изобретения состоит в создании способа переноса изображений на деревянное основание с использованием лазерного луча, который также можно легко реализовать и который обеспечивает высокую эффективность работы при использовании указанного выше устройства.

Еще одна цель настоящего изобретение состоит в создании способа переноса изображения, воспроизводящего текстуру дерева, на деревянное основание с использованием лазера, который позволяет получить законченные изделия с чрезвычайно естественным внешним видом.

Раскрытие изобретения

Эти и другие цели достигаются с помощью устройства переноса изображений на деревянное основание с использованием лазера в соответствии с первым независимым пунктом формулы изобретения и последующими зависимыми от него пунктами формулы изобретения, зависящими от него, и с использованием способа переноса изображения на деревянное основание с помощью лазера в соответствии с двенадцатым независимым пунктом формулы изобретения и последующими зависимыми пунктами формулы изобретения. Устройство переноса изображения на деревянное основание в соответствии с настоящим изобретением, содержит средство, предназначенное для получения и/или создания изображения, по меньшей мере, один источник лазерного луча, средство, предназначенное для фокусирования и перемещения с возможностью вращения и/или поступательного перемещения лазерного луча относительно деревянного основания, или, наоборот, по меньшей мере, один модуль регулирования излучения лазерного луча, по меньшей мере, один модуль управления указанным средством фокусирования и перемещения, а также средство преобразования информации изображения, предназначенное для передачи инструкций для модуля регулировки излучения лазерного луча и для модуля управления указанным средством фокусирования и перемещения.

Предпочтительно, указанный модуль регулирования лазерного луча выполнен с возможностью регулировки излучения указанного лазерного луча путем непосредственного изменения накачки активного вещества и/или изменения режима работы модулятора, установленного в резонаторе указанного источника лазерного луча. В частности, в соответствии с предпочтительными аспектами настоящего изобретения, когда газовый лазерный источник (такой как СО или СО₂) используется в качестве лазерного источника, указанный модуль регулирования излучения лазерного луча позволяет непосредственно регулировать радиочастотную накачку газа, представляющего собой активное вещество. В качестве альтернативы, когда в устройстве в соответствии с настоящим изобретением используется лазер с активным веществом в твердом состоянии, этот модуль регулирования позволяет регулировать модулятор добротности, который установлен непосредственно внутри резонатора лазерного источника. Путем управления накачкой активного вещества, или регулирования модулятора, установленного внутри резонатора, может быть получено устройство в соответствии с настоящим изобретением, обеспечивающее чрезвычайную точность при управлении интенсивностью излучаемого луча, и следовательно, обладающего большей точностью воспроизведения изображений на деревянном основании, в основном, когда изображения представлены в сером цвете, и при этом может использоваться намного более высокая мощность (до 1500 Вт и больше) для обработки такого деревянного основания.

Кроме того, путем непосредственного управления накачкой или модулятором внутри резонатора можно обеспечить заметную экономию энергии по сравнению с известным устройством (в частности, когда используются CO₂ лазеры, возбуждаемые электромагнитным полем в радиочастотном режиме, что является предпочтительным).

Кроме того, в соответствии с предпочтительным аспектом настоящего изобретения указанное средство фокусирования и перемещения с вращением и/или линейного перемещения лазерного луча относительно деревянного основания может быть такого типа, которое имеет сканирующую головку с 2 или 3 осями. Таким образом, можно получить высокую точность при фокусировании, то есть при регулировании фокусного расстояния, и при перемещении, то есть при перемещении лазерного луча (или лучше его следа или пятна на обрабатываемом основании) относительно этого деревянного основания, что позволяет с помощью устройства в соответствии с настоящим изобретением переносить изображения также на основания, имеющие трехмерную, не симметричную форму.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предложен способ переноса изображений на деревянное основание с использованием устройства, в котором предусмотрен, по меньшей мере, один источник лазерного луча, средство фокусирования и перемещения лазерного луча относительно этого деревянного основания, а также, по меньшей мере, один модуль регулирования излучения указанного лазерного луча, содержащий следующие этапы:

- получения и/или создания изображения, предназначенного для переноса;

- преобразования информации этого изображения в инструкции для регулирования излучения, перемещения и фокусирования лазерного луча относительно указанного основания;

- управления средством перемещения и фокусирования и модулем регулирования лазерного луча в соответствии с указанными выше инструкциями, для воспроизведения изображения на деревянном основании.

Способ в соответствии с настоящим изобретением также обеспечивает с помощью модуля регулирования управление излучением лазерного луча путем непосредственного регулирования накачки активного вещества и/или путем регулирования модулятора, установленного в пределах резонатора лазерного источника.

В конкретном варианте выполнения способа в соответствии с настоящим изобретением, кроме того, цель этого способа состоит в переносе изображения, предпочтительно, такого типа, которое содержит 16-256 полутонов серого, воспроизведении текстуры древесины на деревянном основании так, что воспроизводимая текстура имеет естественный внешний вид.

С этой целью, в соответствии с указанным конкретным вариантом выполнения способа в соответствии с настоящим изобретением, заявитель установил интервал в диапазоне от 2,35 Дж/см² до 43,7 Дж/см² энергии на единицу поверхности, в котором обеспечивается локальное воздействие лазерного луча на деревянное основание с целью зачернения его вплоть до толщины в несколько десятков миллиметров, без обугливания или удаления с него излишнего материала. В соответствии с другим аспектом способа согласно настоящему изобретению изображение, предназначенное для переноса, по меньшей мере, частично, формируют случайным образом и переносят на деревянные части огнестрельного оружия, такие как рукоятки пистолетов или карабинов, приклады и цевье винтовок и т.п.

Краткое описание чертежей

Конкретный вариант выполнения устройства в соответствии с настоящим изобретением и конкретный вариант выполнения способа работы этого устройства будут описаны ниже с использованием не ограничивающего примера, со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:

на фиг.1 показана функциональная схема устройства в соответствии с предпочтительным аспектом настоящего изобретения;

на фиг.2 показана блок-схема способа работы устройства по фиг.1.

Осуществление изобретения

Как показано на фиг.1, устройство для переноса изображения на деревянное основание 10 в конкретном варианте выполнения настоящего изобретения содержит средства 1, 2, 3, предназначенные для получения и/или создания изображения I, по меньшей мере, один источник 5 лазерного луча L, средства 6, 8 фокусирования и направления лазерного луча L на деревянное основание 10 (или наоборот, для перемещения деревянного основания 10 относительно лазерного луча L), по меньшей мере, один модуль 4 регулирования излучения лазерного луча L, воздействующий на источник 5 лазерного луча, и, по меньшей мере, один модуль 7, 9 управления указанными средствами 6, 8, для фокусирования и направления (или перемещения) лазерного луча L.

Следует понимать, что выражение "средство фокусирования и направления (или направления, или перемещения) лазерного луча на основание" означает здесь и ниже средство, позволяющее определять размер пятна, то есть следа, лазерного луча L на обрабатываемом основании 10 путем фокусирования и установки, например, с помощью оптических волокон или зеркал, с приводом от двигателя, или других оптических средств, или электрооптических средств, известных в данной области техники. Устройство, иллюстрируемое здесь, также содержит средство 1 преобразования графической информации изображения I в набор рабочих инструкций для указанного модуля 4 регулирования излучения лазерного луча L, и модуль 7, 9 управления средством 6, 8 фокусирования и перемещения (или направления) лазерного луча L на деревянном основании 10.

В конкретном варианте выполнения устройства в соответствии с изобретением, как описано, средство получения и/или генерирования изображения I может содержать процессор 1, в случае необходимости соединенный с элементом 2 для получения изображений (сканер), для которого предусмотрено программное средство 3, управляющее, по меньшей мере. изображением i. В этом случае, изображением i управляют и сохраняют его в процессоре 1 в цифровом формате, таком как изображение в виде битового отображения, растрового отображения или непосредственно векторного изображения. Предпочтительно, как будет показано ниже, такое изображение I может быть обработано и сохранено так, что будет получено цифровое изображение, представленное либо в черно-белых тонах или с использованием 16-256 оттенков серого.

Программное средство 3, управляющее изображением I, может либо содержать любую программу редактирования изображения, адаптированную, например, для редактирования любого изображения, переведенного в цифровую форму с помощью сканера 3, или может содержать систему САПР (CAD, система автоматизированного проектирования) для импровизированного создания изображения I, или также может представлять собой любую программу, пригодную для формирования также случайным или псевдослучайным способом любого изображения I в соответствии с требованиями оператора.

Когда описанное здесь устройство используется для переноса изображений I, воспроизводящих текстуру дерева, на деревянное основание 10, в соответствии с предпочтительным аспектом настоящего изобретения, программное средство 3 позволяет формировать случайным или псевдослучайным способом изображения в виде текстуры древесины на основе соответствующих базисных элементов, которые были установлены в программном средстве 3 во время этапа разработки, или также могут быть запрограммированы перед использованием программного средства 3.

В иллюстрируемом здесь варианте выполнения устройства в соответствии с настоящим изобретением в процессоре 1 также может быть предусмотрено дополнительное программное средство 3, такое как средство типа АК-АПР (САЕ-САМ, автоматизированное конструирование и производство), для преобразования графической информации полученного изображения I в рабочие инструкции для устройства 1.

Такие рабочие инструкции, как обычно в системах АПР, могут быть инструкциями геометрического типа, предназначенными для управления направлением лазерного луча L на деревянном основании 10, и функционального типа, предназначенными для регулирования интенсивности, частоты импульсов и фокусирования лазерного луча L с целью обеспечения возможности воспроизведения, в случае необходимости, с использованием полутонов, изображения I на деревянном основании 10.

В частности в описанном здесь устройстве процессор 1, действующий в данном случае также как средство АК-АПР преобразования графической информации в рабочие инструкции для описанного здесь устройства, функционально соединен с модулем 4 регулирования для лазерного источника 5 с модулем 7 управления для системы 6 фокусирования и направления, то есть перемещения лазерного луча L (или лучше, его пятна) поступательно и с вращением относительно основания 10, а также с модулем 9 управления стола 8 - держателя детали, снабженным механизмом (не показан) перемещения стола 8 и/или основания 10.

Лазерный источник 5 в соответствии с настоящим изобретением может быть любого известного типа, но, в частности, он может быть такого типа, который содержит газообразное активное вещество, такое как CO₂, СО, или твердое активное вещество, такое как кристаллы, легированные неодимом, иттербием, эрбием или на основе эксимеров с ультрафиолетовьм излучением. Следует отметить, что использование лазерных источников СО₂ и СО с накачкой электромагнитным полем в радиочастотном режиме (27-81 МГц) доказало заметное их преимущество как в отношении длины волны лазерного луча (приблизительно 10 мкм), приводящей к оптимальной обработке древесины, так и в отношении широкого диапазона мощности и выходных значений, которые могут быть получены.

Лазерным источником 5 представленного здесь устройства, кроме того, предпочтительно, управляют с помощью модуля 4 регулирования такого типа, который позволяет непосредственно регулировать накачку активного вещества, находящегося в газообразном состоянии, и/или регулировать модулятор, если он предусмотрен, предпочтительно, типа модулятора добротности, непосредственно установленный в резонаторе лазерного источника 5, когда активное вещество находится в твердом состоянии.

Модуль 4 регулирования позволяет регулировать как мощность, излучаемую лазерным лучом L, так и частоту импульсов последнего как функцию конкретных требований обработки деревянного основания 10.

Благодаря непосредственному регулированию накачки активного вещества или при использовании модуляции внутри резонатора лазерного луча L можно более эффективно управлять мощностью излучения луча L и можно обеспечить значительную экономию энергии по сравнению с устройством предшествующего уровня техники (в основном, когда используются CO₂/СО лазеры, которые являются предпочтительными).

Кроме того, такое решение не накладывает чрезмерно малые верхние ограничения на мощность излучения, которые могут достигать 1500 Вт и больше.

Таким образом, в отличие от предшествующего уровня техники, после лазерного источника 5 не предусмотрены модуляторы, расположенные снаружи от резонатора, а непосредственно установлено средство 6 фокусирования и направления лазерного луча L на деревянное основание 10.

Предпочтительно, это средство 6 является средством такого типа, которое имеет сканирующую головку, то есть средства с зеркалами (и линзами), управляемыми двигателем, для направления лазера L по 2 или 3 осям, которые известны в других промышленных вариантах применения лазерных лучей. Использование головок, сканирующих по 2 или 3 осям, является особенно предпочтительным в устройстве в соответствии с настоящим изобретением, поскольку позволяет обрабатывать основания 10, имеющие сложные трехмерные поверхности, лазерным лучом L с высокими скоростями обработки (в основном, когда используют гальванометрические двигатели для сканирующих головок) и при этом обеспечивается высокая точность установки положения и фокусировании луча L (или его пятна) на основании 10.

Как известно в данной области техники, сканирующей головкой 6 лазерного луча L можно управлять с помощью соответствующего модуля 7 управления, который позволяет управлять головкой 6, направляя луч L точно на основание 10 и регулируя фокусное расстояние луча L, устанавливая его на основание 10. Модулем 7 управления, в свою очередь, соответственно, управляют в конкретном устройстве, как показано на фиг.1, с помощью процессора 1.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения устройство также может содержать стол 8 держателя детали, на котором предусмотрены исполнительные механизмы, например, механические или гидравлические, предназначенные для удержания деревянного основания 10 и работающие под управлением модуля 9 управления, который также функционально связан с процессором 1. Держатель 8 детали может быть такого типа, в котором предусмотрены простые зажимы для установки на нем основания 10, или также в нем могут быть предусмотрены оправка, план-шайба (то есть, стол) с губками и центрующей бабкой (или центром), что также обеспечивает возможность поворота основания 10, которое установлено консольно относительно сканирующей головки 6.

Исполнительные устройства стола 8 держателя заготовки, которые обеспечивают возможность линейного перемещения или поворота деревянного основания 10 относительно сканирующей головки 6 лазерного луча L, управляются с помощью обычного модуля 9 управления, которым, в свою очередь, управляют в описываемом здесь варианте выполнения с помощью процессора 1.

Следует, однако, отметить, что хотя выше были описаны сканирующая головка 6 для фокусирования лазерного луча L на основание 10 и стол 8 держателя детали, управляемый механически или гидравлически, другие соответствующие средства фокусирования и/или перемещения лазерного луча L относительно основания 10, или наоборот, передвигающие основание 10 относительно лазерного луча L, такие как система плоттера или система с множеством сканирующих головок или комбинированные системы, известные в данной области техники, можно использовать без выхода за пределы объема охраны настоящего изобретения.

Аналогично, хотя было описано использование центрального процессора 1, который позволяет управлять как источником 5 лазерного луча L, так и различными исполнительными устройствами, требуемыми для фокусирования и направления лазерного луча L, настоящее изобретение не ограничивается использованием процессора, но и любые другие средства, которые пригодны для регулирования и управления источником 5 и исполнительными устройствами 6, 8, такие как один или больше ПЛК (PLC, программируемый логический контроллер), можно использовать в качестве альтернативы, без выхода за пределы объема охраны настоящего изобретения.

Наконец, настоящее изобретение также распространяется на устройства, не только снабженные отдельным лазерным лучом L, но также и на устройства, в которых предусмотрено множество лазерных лучей L, которые воздействуют согласованно друг с другом или индивидуально на деревянное основание 10.

Устройство, такое как описано выше, может быть запрограммировано для работы в соответствии с одним из возможных вариантов выполнения способа переноса изображений на деревянное основание с помощью лазерного луча L в соответствии с настоящим изобретением.

В этом способе переноса изображения I на деревянное основание 10 с помощью устройства, в котором используется лазерный источник 5, средства 6, 7, 8, 9 фокусирования и перемещения лазерного луча L относительно основания 10, а также, по меньшей мере, один модуль 4 регулирования излучения лазерного луча L, в общем, предусматриваются следующие этапы:

- получение и/или создание изображения I, предназначенного для переноса на основание 10;

- преобразование информации изображения I в инструкции для регулирования излучения, перемещения и фокусирования лазерного луча L относительно указанного деревянного основания 10;

- привод в действие указанных средств 6, 7, 8, 9 перемещения и фокусирования, а также активация модуля 4 регулирования лазерного луча 5 в соответствии с указанными инструкциями, для воспроизведения изображения I на деревянном основании 10.

В этом способе также предусматривается, как описано выше, возможность управления с помощью модуля 4 регулирования излучения лазерного луча L путем непосредственного регулирования накачки активного вещества лазерного источника 5 и/или путем регулирования модулятора, который надлежащим образом установлен в резонаторе источника 5.

Более подробно, как показано на схеме, представленной на фиг.2, предпочтительный вариант выполнения способа в соответствии с настоящим изобретением относится к переносу изображения, воспроизводящего текстуру дерева, на деревянное основание, такое как деревянные детали для огнестрельного оружия.

В соответствии с данным предпочтительным вариантом выполнения способа в соответствии с настоящим изобретением, такого как описан здесь со ссылкой на компоновку устройства, представленного на фиг.1, указанный этап получения и/или создания изображения 1 может выполняться с помощью процессора 1, в котором может быть реализовано соответствующее интегрированное программное средство 3, предназначенное для управления изображением I и рабочими инструкциями для лазерного источника 5, с помощью модуля 4 регулирования и средств 6, 7, 8, 9, предназначенных для фокусирования и направления лазерного луча L, излучаемого источником 5.

В этом случае полученное или созданное изображение I предпочтительно представлено в цифровом формате, в черно-белых тонах или с использованием оттенков серого.

Следует отметить, что в соответствии с предпочтительным способом непосредственного управления лазерным лучом L на деревянном основании 10, как предусмотрено в описанном здесь конкретном варианте выполнения способа в соответствии с настоящим изобретением, было бы бесполезно обрабатывать и сохранять изображение I, представленное в цвете, поскольку цвета невозможно воспроизвести на основании 10. Однако нельзя исключить возможность переноса цветных изображений I на деревянное основание 10, например, с применением нагреваемых и чувствительных к цвету веществ или других средств, известных в данной области техники, с использованием способа в соответствии с настоящим изобретением.

Типичный рабочий цикл процессора 1, в котором реализовано подходящее программное средство 3 интегрированного типа (получение - редактирование изображений (или использование САПР) - АК - АПР), может состоять из операций:

a) получение цифрового изображения через сканер 3;

b) редактирование изображения I (например, наложение фильтров для уменьшения шумов, присутствующих в цифровом сигнале, и/или преобразование изображения в 256 оттенков серого и т.д.);

c) сохранение изображения I в битовом или растровом формате;

d) преобразование изображения I в векторный формат;

e) ввод и сохранение физических характеристик (конфигурация, материал и т.д.) деревянного основания, предназначенного для обработки;

f) считывание векторных параметров изображения I и преобразование их на основе указанных физических характеристик основания 10 с получением: геометрических инструкций для отслеживания контура объектов, воспроизводимых в изображении I; функциональных инструкций, относящихся к излучению лазерного луча (излучаемой мощности и частоте следования импульсов лазера) и фокусированию луча на основании для достижения оптимальных условий резки или испарения, или карбонизации заданного слоя основания 10 и, предпочтительно, воспроизведения полутонов серого, которые могут быть представлены в изображении I;

g) передача этих инструкций как относящихся к конфигурации, так и к функциям, в соответствующий модуль 4 регулирования лазерного источника 5 и в модуль 6, 9 управления средством фокусирования и направления лазерного луча L.

Когда изображение I, которое должно быть передано, состоит в воспроизведении текстуры древесины, такое воспроизведение может быть получено с использованием псевдослучайного генерирования такой текстуры, например, с помощью программного средства, которое, начиная с нескольких заданных исходных значений текстуры, позволяет формировать текстуру путем генерирования случайной конфигурации (например, фрактальной), в данном случае, программное средство может непосредственно генерировать изображение I в векторном формате, который может быть преобразован в технологические инструкции для управления лазерным источником 5 и средством 6, 7, 8, 9 фокусирования и направления лазерного луча L.

Следует отметить, что способ обработки древесины с помощью импульсного, соответствующим образом модулированного лазерного луча (с заданной частотой f) может быть смоделирован следующим образом, при условии, что требуется определить и поддерживать постоянным количество энергии, поглощаемой материалом на единицу поверхности на заданном отрезке времени.

В частности, следует отметить, что требуемый эффект является постоянным, когда импульсы лазера также равномерно распределены по поверхности материала. При этом справедливо следующее (приблизительное) уравнение:

где E_i - энергия отдельного импульса;

Р - средняя мощность, излучаемая источником;

d - диаметр пятна лазера на материале;

v - линейная скорость лазера на поверхности материала;

S - поверхность, охватываемая пятном лазера (S=πd²/4).

Мощность лазера, требуемая для получения заданного эффекта, таким образом составляет:

В соответствии с этим средняя мощность на импульс лазерного луча L, требуемая для получения заданного постоянного воздействия на основание 10, обратно пропорциональна диаметру d пятна и прямо пропорциональна энергии E_i импульса и скорости v обработки. Следует, однако, отметить, что для получения данного эффекта на деревянном основании 10 также следует учитывать так называемое "пространственное наложение множества импульсов

где f = частота повторения импульсов лазера.

f_s представляет собой константу, которая может быть задана для получения требуемого эффекта.

В частности, в основном, для предотвращения нежелательного перемещения материала и/или чрезмерного обугливания древесины заявитель установил, что для переноса изображений I как черно-белых, так и представленных оттенками серого, на деревянное основание 10, такое основание 10 должно быть в идеальном случае подвергнуто воздействию энергии на единицу поверхности со значением в диапазоне от 2,35 Дж/см² до 43,7 Дж/см² с целью изменения цвета деревянного материала на черный до глубины, которая может достигать несколько десятков миллиметров.

Таким образом, в зависимости от глубины проникновения изображения I в деревянное основание 10, оттенка серого (или области черного и белого) изображения I, предназначенного для переноса, и, очевидно, типа используемого древесного материала, энергия, излучаемая лазером на см² деревянного основания 10, будет находиться в диапазоне от 0 Дж/см² (для передачи "белой" области изображения I) до 43,7 Дж/см² (для передачи "черной" области изображения I до глубины в несколько десятков миллиметров).

В соответствии с этими рабочими условиями обеспечивается пониженное испарение молекул воды, содержащихся в поверхностных слоях древесного материала, что, в свою очередь, приводит к уменьшенному удалению материала из основания 10 и снижению обугливания основания 10, если оно вообще проявляется. Когда переносят изображения I древесной текстуры на деревянное основание 10, такие рабочие условия лазерного луча L позволяют получить "очень натуральный" результат обрабатываемого деревянного основания. После того как изображение I, предназначенное для воспроизведения, будет получено или создано, и графическая информация, содержащаяся в изображении I, будет преобразована в рабочие инструкции для модуля 4 регулирования лазерного источника 5 и для средства 6, 7, 8, 9 фокусирования и направления лазерного луча на деревянное основание 10, также с учетом указанных выше уравнений и пространственной формы основания 10, конкретный вариант выполнения способа в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает то, что под управлением процессора 1, в котором установлено соответствующее программное средство 3, модуль 4 регулирования лазерного источника 5 путем непосредственного регулирования накачки активного вещества или регулирования модулятора, установленного внутри резонатора, обеспечивает излучение лазерного луча L с соответствующей мощностью (или интенсивностью) и частотой импульсов для точечной или векторной обработки основания 10 лазерным лучом L. Одновременно, процессор 1 должен управлять модулями 7, 9 управления средства 6, 8 фокусирования и направления, предпочтительно состоящего из сканирующей головки 6 и стола 8 держателя детали, в результате чего лазерный луч L направляют и фокусируют для воспроизведения изображения I на деревянном основании 10 точечно или векторным способом.

Таким образом, для каждой точки или вектора воспроизводимого изображения I процессор 1 и модули 4, 7, 9 регулирования и управления определяют интенсивность (или мощность), частоту импульсов, фокусное расстояние лазерного луча L на основании 10 (которое определяет пятно лазера на поверхности основания 10), а также положение, предпочтительно, по трем осям этого пятна (или следа) лазерного луча L на основании 10. Источник 5 и средство 6, 7, 8, 9, очевидно, должны работать до тех пор, пока изображение I не будет полностью воспроизведено на деревянном основании 10. Наконец, следует отметить, что, в случае необходимости, деревянное основание 10 до облучения его лазерным лучом L можно обработать соответствующими реагентами, известными в данной области техники (см., например, US 4847184), для ускорения или замедления карбонизации или обесцвечивания поверхности.

Реферат

Устройство для переноса изображения на деревянное основание содержит средство для получения и/или создания изображения, по меньшей мере один источник лазерного луча, средство для перемещения с вращением и/или с поступательным перемещением лазерного луча относительно указанного деревянного основания или, наоборот, для перемещения деревянного основания относительно лазерного луча, а также для фокусирования лазерного луча относительно указанного основания, по меньшей мере один модуль регулирования мощности излучения лазерного луча, по меньшей мере один модуль управления указанным средством перемещения и фокусирования, средство преобразования информации указанного изображения в инструкции для указанного, по меньшей мере, одного модуля регулирования и указанного, по меньшей мере, одного модуля управления. При этом указанный, по меньшей мере, один модуль регулирования осуществляет регулировку мощности излучения лазерного луча путем непосредственного изменения накачки активного вещества и/или изменения работы модулятора, расположенного в резонаторе источника лазерного луча. Предложенное решение обеспечивает воспроизведение изображений на деревянном основании сложной формы с высокой точностью и скоростью обработки, а также с большой глубиной переноса в пределах основания. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула