紫外激光縮微打標(biāo)機制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)紫外激光縮微打標(biāo)機屬激光加工技術(shù)。紫外激光因為光子能量大，與材料不產(chǎn)生熱作用，形成“冷剝離”，因而能很好地控制剝離材料薄層的厚度，本發(fā)明專利技術(shù)采用非線性光學(xué)晶體ＢＢＯ倍頻技術(shù)，使ＹＡＧ固體激光器產(chǎn)生濾長為０．２６６μｍ的紫外激光，ＹＡＧ固體激光器由于體積小，結(jié)構(gòu)簡單，操作維護(hù)方便，壽命長，給使用者帶來諸多好處，短波長降低了衍射效應(yīng)，可以實現(xiàn)微型打標(biāo)和亞微米加工。本發(fā)明專利技術(shù)已成功地實現(xiàn)了在人工晶體上打微型商標(biāo)的要求，放大１０—１５倍觀察，字跡清晰，線間無模糊，它還可用在隱形眼鏡、玻璃器皿及聚合物材料上打標(biāo)。（*該技術(shù)在2011年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)紫外激光縮微打標(biāo)機屬激光加工技術(shù)。激光技術(shù)已經(jīng)歷了三十年的發(fā)展歷程，它的應(yīng)用遍及科學(xué)、文教、醫(yī)藥衛(wèi)生、工農(nóng)業(yè)及國防建設(shè)等各個部門。目前世界激光市場發(fā)展迅速，而在激光市場中激光加工系統(tǒng)約占三分之二以上。激光加工包括切割、焊接、表面處理，打孔及激光標(biāo)記、書寫等。近些年激光標(biāo)記/書寫正以40-50%的速度迅速發(fā)展。激光打標(biāo)比傳統(tǒng)打標(biāo)(機械印痕、電火花加工、噴涂等)優(yōu)越得多。它能對所有的材料打標(biāo)并且是非接觸打標(biāo)。這使得工件熱變形小，標(biāo)記線條細(xì)，無環(huán)境污染，不產(chǎn)生機械形變，是高速度，高產(chǎn)量、高分辨的顯微打標(biāo)。激光打標(biāo)分掩模式和書寫式兩大類。國外掩模式激光打標(biāo)機一般多使用TEACO2激光器作為光源，隨著準(zhǔn)分子激光器的發(fā)展，也被用作掩模式激光打標(biāo)機的光源。而用YAG激光器作掩模式激光打標(biāo)機的較少，YAG激光器多被用來作書寫式激光打標(biāo)機的光源。現(xiàn)有的激光打標(biāo)機都有一定的不足，如TEACO2激光打標(biāo)機波長10.6微米，由于波長在紅外區(qū)，對材料加工熱效應(yīng)嚴(yán)重，甚至使材料上有龜裂現(xiàn)象發(fā)生。準(zhǔn)分子激光打標(biāo)機波長雖在紫外區(qū)，但由于氣體激光器一次充氣壽命短，換氣麻煩，加之體積大，價格高，實際應(yīng)用受到局限。為了彌補現(xiàn)有激光打標(biāo)機的不足，提高激光打標(biāo)機的分辨率和擴大其應(yīng)用范圍，特作出本專利技術(shù)一紫外激光縮微打標(biāo)機。打標(biāo)材料表面標(biāo)記的形成主要基于材料對特定波長能量的瞬時吸收，達(dá)到一定能量密度閥值便可產(chǎn)生標(biāo)記效應(yīng)。這種可見的標(biāo)記效應(yīng)既可通過材料表面的局部改性形成，也可通過材料表面的局部剝離形成。就紫外激光而言，它的單個光子能量已足夠大，可以打斷大部分非金屬材料的化學(xué)鍵，分子碎片體積膨脹而噴出表面，從而形成被剝離的輪廓標(biāo)記;而對于金屬材料，由于吸收紫外光子脈沖能量而被瞬時局部熔化，接著又迅速冷卻固化，從而局部改變了材料表面金相結(jié)構(gòu)形成可見標(biāo)記。這兩種標(biāo)記均是永久性的，而且不存在紅外激光打標(biāo)熱效應(yīng)引起的缺點。根據(jù)以上原理，本專利技術(shù)采用NdYAG倍頻以產(chǎn)生紫外(0.266μm波長的)激光。NdYAG器件采用振蕩放大方案，以減輕單級NdYAG振蕩器工作物質(zhì)的負(fù)擔(dān)，確保工作物質(zhì)的安全，放大系數(shù)選3-4，調(diào)Q方式選擇氟化鋰調(diào)Q或KDP電光調(diào)Q。本專利技術(shù)采用字模盤與工作臺Z軸分別由兩臺步進(jìn)電機帶動，用微機控制，同步轉(zhuǎn)動。本專利技術(shù)的整個系統(tǒng)由微機控制，從激光電源的開啟，打激光到工作臺X、Y方向定好位，Z軸上工件與字模盤同步轉(zhuǎn)動打出預(yù)定標(biāo)記都由微機按預(yù)定程序執(zhí)行。本專利技術(shù)，如附附圖說明圖1所示，圖1中1.-后腔片 2.-調(diào)Q晶體 3.-氙燈 4.-YAG棒 5.-前腔片6.-45°反射鏡 7.-45°反射鏡 8.-YAG棒 9.-氙燈 10.-KTP晶體 11.-BBO晶體 12.-擴束鏡 13.-字模盤 14.-45°反射鏡 15.-聚焦鏡組 16.-工件本專利技術(shù)由后腔片1，調(diào)Q晶體2，氙燈3，YAG棒4，前腔片5組成激光振蕩器，YAG棒8，氙燈9組成激光放大器。激光電源，給氙燈3、9供電后，給觸發(fā)信號、氙燈發(fā)光，YAG激光棒4、8內(nèi)的Nd″離子吸收光能后發(fā)生離子數(shù)反轉(zhuǎn)，在諧振腔1、5內(nèi)形成激光振蕩并逸出腔外進(jìn)入放大級，形成更強的激光輸出(靜態(tài)激光輸出)。開啟調(diào)Q電源2進(jìn)入工作狀態(tài)，于是激光器發(fā)出調(diào)Q脈沖(動態(tài)、高功率輸出)，激光波長1.06μm，調(diào)Q脈沖激光進(jìn)入倍頻晶體KTP(2倍頻)，輸出波長為0.53μm的強光，然后進(jìn)入倍頻晶體BBO(四倍頻)輸出波長為0.266μm的紫外光，經(jīng)擴束鏡12，使光斑擴大，同時改善激光束的發(fā)散度。13是由步進(jìn)電機帶動的字模盤，在計算機程序控制下，將要打標(biāo)的字模輪番送入光路。紫外激光照射字模盤，通過聚焦透鏡組15，成相在工件16上，利用激光的高功率密度，在工件上打出所要打的標(biāo)記來(字符、圖案、條形碼等)。工件放在四維運動的工作臺上(即X、Y、Z、φ)四維運動分別由四個步進(jìn)電機驅(qū)動，步進(jìn)電機通過其驅(qū)動電源由計算機按程序控制，激光電源，調(diào)Q驅(qū)動電源，字模盤步進(jìn)電機，工作臺步進(jìn)電機都是在計算機由軟件統(tǒng)一控制并協(xié)調(diào)動作，完成整個打標(biāo)過程的。本專利技術(shù)的特點是1)利用我國專利技術(shù)的非線性光學(xué)晶體BBO對YAG激光器四倍頻而產(chǎn)生0.2660μm的紫外光，照射微機編程控制的字模盤，投影在工件上成字，2)由于紫外光衍射小，經(jīng)聚焦透鏡組聚焦在工件上打出微米量級的字符，分辨率比CO2打標(biāo)機提高40倍，比YAG(工作在1.06μm)打標(biāo)機提高4倍，可實現(xiàn)縮微打標(biāo)，易于保密。本專利技術(shù)已用于在人工晶體邊緣1mm的環(huán)形區(qū)域內(nèi)打微形商標(biāo)字符大小為高200μm，刻線寬度20μm，定位誤差25μm，打標(biāo)速度1個字符/秒，字符清晰，線間無模糊。人工晶體是幫助白內(nèi)障患者手術(shù)后復(fù)明的重要元件，如有假冒偽劣產(chǎn)品，將給患者造成終身殘廢，打上微型商標(biāo)，解決了這一難題，并且保護(hù)了生產(chǎn)廠家的利益和聲譽。本專利技術(shù)達(dá)到如下指標(biāo)波長0.2660μm，能量不小于20mJ，字符尺寸不大于200μm，刻線寬度20μm，字符定位誤差不大于25μm，打標(biāo)速度3600字符/每小時，自由工作距離不小于10cm，字符清晰，線間無模糊。本專利技術(shù)還可在隱形眼鏡上打標(biāo)，玻璃上，以及聚合物材料上打標(biāo)等等。權(quán)利要求1.一種紫外激光縮微打標(biāo)機，其特征在于a.激光器采用NdYAG倍頻、振蕩放大和氟化鋰調(diào)Q技術(shù)；b.字模盤由一臺步進(jìn)電機控制，工作臺的X、Y、Z軸由三臺步進(jìn)電機帶動；c.用計算機控制激光電源的開、關(guān)、打激光，工作臺X、Y方向的定位，Z軸上工件與字橫盤同步轉(zhuǎn)動，打出預(yù)定標(biāo)記。2.如權(quán)利要求1所述的紫外激光縮微打標(biāo)機，其特征在于，激光基本波長是1.06μm，用KTP晶體2倍頻和使用BBO晶體四倍頻產(chǎn)生0.266μm的紫外光，調(diào)Q技術(shù)還可以使用KDP電光調(diào)Q。全文摘要本專利技術(shù)紫外激光縮微打標(biāo)機屬激光加工技術(shù)。紫外激光因為光子能量大，與材料不產(chǎn)生熱作用，形成“冷剝離”，因而能很好地控制剝離材料薄層的厚度，本專利技術(shù)采用非線性光學(xué)晶體BBO倍頻技術(shù)，使YAG固體激光器產(chǎn)生濾長為0.266μm的紫外激光，YAG固體激光器由于體積小，結(jié)構(gòu)簡單，操作維護(hù)方便，壽命長，給使用者帶來諸多好處，短波長降低了衍射效應(yīng)，可以實現(xiàn)微型打標(biāo)和亞微米加工。本專利技術(shù)已成功地實現(xiàn)了在人工晶體上打微型商標(biāo)的要求，放大10-15倍觀察，字跡清晰，線間無模糊，它還可用在隱形眼鏡、玻璃器皿及聚合物材料上打標(biāo)。文檔編號B23K26/00GK1058740SQ9110510公開日1992年2月19日 申請日期1991年7月22日 優(yōu)先權(quán)日1991年7月22日專利技術(shù)者汝金超, 蔡善明, 秦樹軍, 陸志賢, 王進(jìn)祖, 趙琨, 趙天堯 申請人:中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機械研究所本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種紫外激光縮微打標(biāo)機，其特征在于：ａ．激光器采用Ｎｄ：ＹＡＧ倍頻、振蕩放大和氟化鋰調(diào)Ｑ技術(shù)；ｂ．字模盤由一臺步進(jìn)電機控制，工作臺的Ｘ、Ｙ、Ｚ軸由三臺步進(jìn)電機帶動；ｃ．用計算機控制激光電源的開、關(guān)、打激光，工作臺Ｘ、Ｙ方向的定位 ，Ｚ軸上工件與字橫盤同步轉(zhuǎn)動，打出預(yù)定標(biāo)記。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：汝金超，蔡善明，秦樹軍，陸志賢，王進(jìn)祖，趙琨，趙天堯，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機械研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：34[中國|安徽]