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CLC NO.:U465.6 Document Code:B Article ID:1671-7988(2016)01-164-02

前言

在制造汽车皮革纹理时，经常出现这样的问题：在同一个平面区域内的纹理（texture），从一边到另一边是逐渐变浅。下图是皮革纹理一边深一边浅的剖视图。由于皮革纹理极浅，照片效果很差，所以我这里用剖视图表示。

图1

许多人从软件参数，或者从图片制作过程，或者从床身本身出发研究，这是解决不了问题的。

甚至有人从注塑工艺找原因，结果越找越乱。

当然也有人从光学角度考虑，将光路从头到尾重新调校。他们的想法是，只要装配调试的时候把每一步都做对了，整个机器就不会有问题了。确实他们经常解决了这个问题，但是他们始终不知道问题产生的根源。

我现在来分析一下这一问题产生的根源。

图1的问题可以简化为下图：

图2

造成这一问题的原因是什么呢？我们来看激光雕刻机，其光路如下：

图3

激光器出来的激光束（laser beam）先经过扩束镜（teles cope）扩束，再经过聚焦镜(lens)聚焦，由扫描镜（Mirror X, Mirror Y）反射到工件表面上。激光的聚焦点恰恰在工件表面上（E’-F’），从而将工作表面烧蚀；加上电脑绘图，就可以在工件表面烧蚀出纹理（texture）。

首先必须知道的是，激光在通过透镜聚焦后，无论经过多少反射，总光程都是不变的。

图4

图4中，一个是激光束经过透镜后直接到达焦点，光程为MN，另一个是激光束经过透镜后还经过两面镜子的反射才到达焦点，光程为MO+OP+PN。不难证明MN=MO+ OP+PN。

回到问题本身。在正常情况下，两面扫描镜Mirror X和Mirror Y安装正确，激光束通过扫描镜的中心（同时也是马达的转轴处）。如图5。激光雕刻机工作时，扫描镜Mirror Y先是转到位置E，激光束反射并聚焦到位置E ’；继而Mirror Y转到位置F，激光束于是反射并聚焦到位置F ’。从Mirror Y中心到位置F ’和E ’的距离是相等的。

图 5

但是，实际应用中，经常会发生激光束偏移，或者扫描镜偏移，或者其它机械部件在长期运行中偏移了，于是激光束没有经过光路中心。其情况如图6。

这时，扫描镜Mirror Y在转到位置E和位置F时，再次反射的出发点变了，分别是点M和点N。对应于反射镜位置E，聚焦点在位置E ’； 对应于反射镜位置F，聚焦点在位置O，而不是位置F ’。

图 6

这里，光程ME ’=MN+NO。

将图6虚线圈中情景放大，如下图：

图7

显然，激光束的焦点已经离开工件表面了，能雕刻的深度自然会变浅，甚至不能雕刻。汽车的皮革纹理在制造时会有一边深一边浅的现象，其原因正在于此。

明白了这一点，我们只要做好两点，就能将工件雕刻出均称的纹理：

（1）重新对光路，将激光束调校至光路中心；