Гравировальная головка устройства для лазерной гравировки

Область техники.
Заявляемое техническое решение относится к гравировальным устройствам, предназначенным для обработки плоских и изогнутых поверхностей твердых материалов и содержащим механические элементы слежения за поверхностью.
Предшествующий уровень техники.
Среди гравировальных устройств с механическим слежением за поверхностью обработки известно гравировальное устройство (патент РФ на изобретение № 2505417, МПК B44B3/00 (2006.01), 2014), которое, как и заявленное устройство, содержит корпус, снабженный механическим следящим устройством. Следящее устройство выполнено в виде закрепленного к корпусу опорного колеса. Нижний край колеса расположен ниже корпуса.
В корпусе известного гравировального устройства, в отличие от заявленного устройства, закреплен шаговый электродвигатель, на оси которого установлен ударник с алмазной иглой. К ударнику по разные стороны от оси закреплены первый и второй магниты. Третий и четвертый магниты закреплены к корпусу напротив первого и второго магнитов соответственно.
Использование ударника с алмазной иглой является недостатком гравировального устройства-аналога. Необходимость ударного движения для каждой точки формируемой гравюры ограничивает скорость обработки материала. Физические размеры иглы ограничивают разрешение гравюры.
Известно также ударно-гравировальное устройство (патент РФ на полезную модель № 174356, МПК B44B3/02 (2006.01), 2017), которое, как и заявленная гравировальная головка, содержит корпус, снабженный механическим следящим устройством. Следящее устройство выполнено в виде закрепленной к корпусу опоры, скользящей по обрабатываемой поверхности.
В корпусе известного ударно-гравировального устройства, в отличие от заявленной гравировальной головки, закреплен шаговый электродвигатель, на оси которого установлен ударник с алмазной иглой.
Использование ударника с алмазной иглой является недостатком ударно-гравировального устройства-аналога, аналогично описанному выше аналогу по патенту № 2505417.
Раскрытие технического решения.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение скорости гравировки.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым техническим решением, является повышение скорости гравировки и разрешения при обработке изогнутых поверхностей или поверхностей с уклоном.
Сущность полезной модели состоит в том, что гравировальная головка устройства для лазерной гравировки содержит корпус, снабженный опорой, выполненной с возможностью механического контакта с обрабатываемой поверхностью. Отличается тем, что к корпусу закреплен проекционный объектив, в котором размещена фокусирующая линза.
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения, обеспечивающих достижение заявленного технического результата.
В частных случаях допустимо выполнять техническое решение следующим образом.
Опору целесообразно выполнять с возможностью скольжения по обрабатываемой поверхности. При этом опора выполнена из материала, имеющего жесткость меньше жесткости обрабатываемого материала. Опора может быть выполнена из фторопласта или капролона.
Опора может быть выполнена в виде колеса.
Опору допустимо подвижно закреплять к корпусу с возможностью перемещения в вертикальном направлении.
Опора может быть неподвижно закреплена к корпусу. При этом проекционный объектив закреплен к корпусу с возможностью перемещения в вертикальном направлении. Проекционный объектив предпочтительно снабжен цилиндрическим кожухом, в котором неподвижно закреплена фокусирующая линза. При этом кожух посредством двух держателей закреплен к корпусу снаружи.
Краткое описание чертежей.
На фиг. 1 показана схема гравировальной головки, вид спереди, на фиг. 2 — схема гравировальной головки, вид сбоку (вид А фиг. 1), на фиг. 3 — схема гравировальной головки по примеру 5, вид спереди, на фиг. 4 — схема гравировальной головки по примеру 5, вид сбоку, на фиг. 5 - схема гравировальной головки по примеру 4 с вырезом, вид спереди, на фиг. 6 — схема гравировальной головки по примеру 6 с вырезом, вид спереди.
Варианты осуществления технического решения.
Гравировальная головка устройства для лазерной гравировки содержит закрепленный к корпусу (1) проекционный объектив (2) (фиг. 1, 2). Проекционный объектив (2) содержит по крайней мере фокусирующую линзу и предназначен для передачи направленного излучения от лазера к гравируемой поверхности. Проекционный объектив (2) может быть выполнен с возможностью обдува фокусирующей линзы. На представленном на фигурах варианте исполнения конструктивные элементы проекционного объектива (2) размещены в цилиндрическом кожухе, который с помощью двух держателей (3) закреплен к корпусу (1) снаружи. При настройке цилиндрический кожух могут перемещать вдоль его оси и фиксировать в держателях винтами в любом положении. Фокусирующая линза проекционного объектива (2) может быть неподвижно закреплена в кожухе, а может быть размещена в нем с возможностью перемещения вдоль оптической оси.  По другим вариантам исполнения (не показаны) компоненты проекционного объектива могут быть размещены внутри корпуса, в том числе неподвижно относительно корпуса.
Корпус (1) также снабжен опорой (4), предназначенной для выдерживания заданного расстояния между проекционным объективом (2) и обрабатываемой поверхностью (5). Опора (4) также предотвращает контакт корпуса (1) с обрабатываемой поверхностью (5). При этом нижний край опоры (4) расположен ниже других точек корпуса (1) и проекционного объектива (2).
Опора (4) может быть выполнена в виде одного или двух тел (6), скользящих по обрабатываемой поверхности (на фигурах 1 и 2 тело выполнено в форме параллелепипеда), или в виде одного или двух опорных колес (7) (фиг. 3, 4). Опорные колеса (7) предпочтительно выполнены в виде подшипников качения. Для предотвращения царапин и повышения, таким образом, качества гравировки скользящие тела (6) должны быть выполнены из материала, имеющего жесткость меньше жесткости обрабатываемого материала. Целесообразно выполнять такие тела (6) из материала, имеющего низкий коэффициент трения о материал обрабатываемой поверхности.
Опора (4) может находиться в любом месте корпуса (1). Однако для качественной обработки криволинейных поверхностей желательно располагать опору (4) вблизи проекционного объектива (2).
Примеры конкретного выполнения.
Пример 1.
Опора (4) выполнена в виде одного цилиндрического тела (6), неподвижно закрепленного к корпусу (1) снизу. Выполнение области контакта цилиндра (6) с обрабатываемой поверхностью в форме круга обеспечивает большую независимость силы трения опоры от направления движения корпуса.
Для целей обработки камня тело (6) выполнено из полимерных материалов, таких как фторопласт, или капролон, или других полиамидов.
Пример 2.
Опора выполнена в виде тела, представляющего собой наплыв снизу металлического корпуса. Наплыв выполнен полированным или имеет снизу фторопластовое покрытие.
Пример 3.
Опора (4) выполнена в виде тела (6) заодно с корпусом (1) из фторопласта или полиамида (например, капролона), и имеет квадратное или прямоугольное пятно контакта с обрабатываемой поверхностью.
Пример 4.
Для обеспечения возможности регулирования рабочего зазора между нижним краем проекционного объектива (2) и обрабатываемой поверхностью (5) опора в виде скользящего по обрабатываемой поверхности тела (6) закреплена к корпусу (1) с возможностью изменения ее положения по высоте (фиг. 5). При этом тело (6) опоры закреплено к корпусу (1) с возможностью скольжения вверх и вниз вдоль его поверхности. Сверху тело (6) опоры упирается в ограничительный винт (8), ввернутый в выступ (9) корпуса (1).
Пример 5.
Опора (4) выполнена в виде одного опорного колеса (7), ось которого неподвижно закреплена в корпусе (1).
Пример 6.
Для обеспечения возможности регулирования рабочего зазора между нижним краем проекционного объектива (2) и обрабатываемой поверхностью (5) опорное колесо (7) закреплено к корпусу (1) с возможностью изменения его положения по высоте (фиг. 6). При этом ось колеса (7) жестко закреплена в держателе (10), который закреплен на корпусе (1) с возможностью скольжения вверх и вниз вдоль его поверхности. Сверху держатель (10) упирается в ограничительный винт (8), ввернутый в выступ (9) корпуса (1).
Реализация конструктивных элементов заявляемой гравировальной головки устройства для лазерной гравировки не ограничивается приведенными выше примерами.
Описание работы.
При использовании гравировальной головки ее свободно устанавливают на вертикальной оси устройства для лазерной гравировки (гравировального станка) так, что излучение от лазера через систему зеркал попадает на фокусирующую линзу проекционного объектива (2). Под действием силы тяжести гравировальная головка занимает положение на обрабатываемой поверхности. При этом опора (4) механически соприкасается с обрабатываемой поверхностью (5).
Перед проведением работ по гравировке выставляют зазор между проекционным объективом  (2) и обрабатываемой поверхностью (5). Для этого либо выставляют положение проекционного объектива относительно корпуса (1), либо настраивают опору (4) на заданную высоту корпуса над обрабатываемой поверхностью (5). Преимущественно упомянутый зазор устанавливают так, чтобы обрабатываемая поверхность находилась в фокусе линзы проекционного объектива (2).
С помощью контроллера управления на лазерное устройство подают импульсы управления. Выбор длительности и мощности импульсов, а также  скорости перемещения гравировальной головки производят в зависимости от требуемой степени изменения обрабатываемой поверхности (5) в той точке, куда направлено излучение проекционным объективом.
Под действием этого излучения свойства обрабатываемой поверхности изменяются, в результате чего на ней остается точка или линия.
При перемещении гравировальной головки по обрабатываемой поверхности (5) опора (4) поддерживает неизменным расстояние между проекционным объективом (2) и поверхностью (5).
Промышленная применимость.
Заявляемая гравировальная головка устройства для лазерной гравировки реализована с применением промышленно выпускаемых устройств и материалов, может быть изготовлена на любом машиностроительном предприятии и найдет широкое применение в области гравировальных устройств.