塑料表面皮纹图案能够有效地提高塑料产品外观及使用性能,已在汽车等行业得到广泛应用。目前,塑料表面皮纹主要是通过仿形模具注塑而成。模具型腔内制作皮纹图案常用化学蚀刻的方法,但此方法存在效率低,自动化程度低,柔性差等问题,且腐蚀液会对环境产生严重的污染。本文采用先进的激光雕刻技术,增加Z轴自动聚焦模块,实现塑料表面皮纹模具的三维雕刻。主要研究内容包括:光路系统、机械系统、及控制系统的设计与搭建,并在此基础上进行了激光三维雕刻实验和模具型腔皮纹雕刻实验。本文先介绍了塑料表面的皮纹图案及皮纹图案的应用现状,并阐述了目前模具型腔皮纹加工方法化学蚀刻法的加工流程及其缺陷,再分析了当今激光雕刻的现状,提出用激光进行模具型腔皮纹雕刻。在分析皮纹模具型腔的特点后,本文提出了机械三轴式曲面雕刻及光学动态聚焦振镜扫描式曲面雕刻两个方案,并选择了后一方案的同时,提出了分次雕刻法来扩大第二个方案的雕刻范围。接着搭建了光路系统中的激光器、扩束准直镜、自动变焦扫描系统。继而进行了机械系统的设计,提出用滚珠丝杠式三轴运动机构实现分次雕刻,接着对设备的主体结构中的的床身等进行结构设计,并根据实际负载为三轴线性模组配备了步进电机。再设计了设备的钣金护罩等其他辅助性机械部件。最后应用基于FPGA的控制板卡及工控机实现控制。使用驱动器板卡相结合实现对三相感应式步进电机的速度及位置控制;利用板卡接口对主振荡、功率放大级两级式光纤脉冲激光器的激光开关、功率、脉冲频率控制;运用XY2-100传输协议完成激光器动态聚焦轴及扫描振镜的高速扫描控制。对设计装配完成的设备,本文设计了三维铝制模型进行了三维雕刻实验来验证设备的三维雕刻功能。再采用分层雕刻法对平面模具进行皮纹图案雕刻的实验,实验证实了设备能够高速、高效地完成雕刻模具型腔皮纹图案。