紫外激光缩微打标机制造技术

本发明专利技术紫外激光缩微打标机属激光加工技术。紫外激光因为光子能量大，与材料不产生热作用，形成“冷剥离”，因而能很好地控制剥离材料薄层的厚度，本发明专利技术采用非线性光学晶体ＢＢＯ倍频技术，使ＹＡＧ固体激光器产生滤长为０．２６６μｍ的紫外激光，ＹＡＧ固体激光器由于体积小，结构简单，操作维护方便，寿命长，给使用者带来诸多好处，短波长降低了衍射效应，可以实现微型打标和亚微米加工。本发明专利技术已成功地实现了在人工晶体上打微型商标的要求，放大１０—１５倍观察，字迹清晰，线间无模糊，它还可用在隐形眼镜、玻璃器皿及聚合物材料上打标。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术紫外激光缩微打标机属激光加工技术。激光技术已经历了三十年的发展历程，它的应用遍及科学、文教、医药卫生、工农业及国防建设等各个部门。目前世界激光市场发展迅速，而在激光市场中激光加工系统约占三分之二以上。激光加工包括切割、焊接、表面处理，打孔及激光标记、书写等。近些年激光标记/书写正以40-50%的速度迅速发展。激光打标比传统打标(机械印痕、电火花加工、喷涂等)优越得多。它能对所有的材料打标并且是非接触打标。这使得工件热变形小，标记线条细，无环境污染，不产生机械形变，是高速度，高产量、高分辨的显微打标。激光打标分掩模式和书写式两大类。国外掩模式激光打标机一般多使用TEACO2激光器作为光源，随着准分子激光器的发展，也被用作掩模式激光打标机的光源。而用YAG激光器作掩模式激光打标机的较少，YAG激光器多被用来作书写式激光打标机的光源。现有的激光打标机都有一定的不足，如TEACO2激光打标机波长10.6微米，由于波长在红外区，对材料加工热效应严重，甚至使材料上有龟裂现象发生。准分子激光打标机波长虽在紫外区，但由于气体激光器一次充气寿命短，换气麻烦，加之体积大，价格高，实际应用受到局限。为了弥补现有激光打标机的不足，提高激光打标机的分辨率和扩大其应用范围，特作出本专利技术一紫外激光缩微打标机。打标材料表面标记的形成主要基于材料对特定波长能量的瞬时吸收，达到一定能量密度阀值便可产生标记效应。这种可见的标记效应既可通过材料表面的局部改性形成，也可通过材料表面的局部剥离形成。就紫外激光而言，它的单个光子能量已足够大，可以打断大部分非金属材料的化学键，分子碎片体积膨胀而喷出表面，从而形成被剥离的轮廓标记;而对于金属材料，由于吸收紫外光子脉冲能量而被瞬时局部熔化，接着又迅速冷却固化，从而局部改变了材料表面金相结构形成可见标记。这两种标记均是永久性的，而且不存在红外激光打标热效应引起的缺点。根据以上原理，本专利技术采用NdYAG倍频以产生紫外(0.266μm波长的)激光。NdYAG器件采用振荡放大方案，以减轻单级NdYAG振荡器工作物质的负担，确保工作物质的安全，放大系数选3-4，调Q方式选择氟化锂调Q或KDP电光调Q。本专利技术采用字模盘与工作台Z轴分别由两台步进电机带动，用微机控制，同步转动。本专利技术的整个系统由微机控制，从激光电源的开启，打激光到工作台X、Y方向定好位，Z轴上工件与字模盘同步转动打出预定标记都由微机按预定程序执行。本专利技术，如附附图说明图1所示，图1中1.-后腔片 2.-调Q晶体 3.-氙灯 4.-YAG棒 5.-前腔片6.-45°反射镜 7.-45°反射镜 8.-YAG棒 9.-氙灯 10.-KTP晶体 11.-BBO晶体 12.-扩束镜 13.-字模盘 14.-45°反射镜 15.-聚焦镜组 16.-工件本专利技术由后腔片1，调Q晶体2，氙灯3，YAG棒4，前腔片5组成激光振荡器，YAG棒8，氙灯9组成激光放大器。激光电源，给氙灯3、9供电后，给触发信号、氙灯发光，YAG激光棒4、8内的Nd″离子吸收光能后发生离子数反转，在谐振腔1、5内形成激光振荡并逸出腔外进入放大级，形成更强的激光输出(静态激光输出)。开启调Q电源2进入工作状态，于是激光器发出调Q脉冲(动态、高功率输出)，激光波长1.06μm，调Q脉冲激光进入倍频晶体KTP(2倍频)，输出波长为0.53μm的强光，然后进入倍频晶体BBO(四倍频)输出波长为0.266μm的紫外光，经扩束镜12，使光斑扩大，同时改善激光束的发散度。13是由步进电机带动的字模盘，在计算机程序控制下，将要打标的字模轮番送入光路。紫外激光照射字模盘，通过聚焦透镜组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标记来(字符、图案、条形码等)。工件放在四维运动的工作台上(即X、Y、Z、φ)四维运动分别由四个步进电机驱动，步进电机通过其驱动电源由计算机按程序控制，激光电源，调Q驱动电源，字模盘步进电机，工作台步进电机都是在计算机由软件统一控制并协调动作，完成整个打标过程的。本专利技术的特点是1)利用我国专利技术的非线性光学晶体BBO对YAG激光器四倍频而产生0.2660μm的紫外光，照射微机编程控制的字模盘，投影在工件上成字，2)由于紫外光衍射小，经聚焦透镜组聚焦在工件上打出微米量级的字符，分辨率比CO2打标机提高40倍，比YAG(工作在1.06μm)打标机提高4倍，可实现缩微打标，易于保密。本专利技术已用于在人工晶体边缘1mm的环形区域内打微形商标字符大小为高200μm，刻线宽度20μm，定位误差25μm，打标速度1个字符/秒，字符清晰，线间无模糊。人工晶体是帮助白内障患者手术后复明的重要元件，如有假冒伪劣产品，将给患者造成终身残废，打上微型商标，解决了这一难题，并且保护了生产厂家的利益和声誉。本专利技术达到如下指标波长0.2660μm，能量不小于20mJ，字符尺寸不大于200μm，刻线宽度20μm，字符定位误差不大于25μm，打标速度3600字符/每小时，自由工作距离不小于10cm，字符清晰，线间无模糊。本专利技术还可在隐形眼镜上打标，玻璃上，以及聚合物材料上打标等等。权利要求1.一种紫外激光缩微打标机，其特征在于a.激光器采用NdYAG倍频、振荡放大和氟化锂调Q技术；b.字模盘由一台步进电机控制，工作台的X、Y、Z轴由三台步进电机带动；c.用计算机控制激光电源的开、关、打激光，工作台X、Y方向的定位，Z轴上工件与字横盘同步转动，打出预定标记。2.如权利要求1所述的紫外激光缩微打标机，其特征在于，激光基本波长是1.06μm，用KTP晶体2倍频和使用BBO晶体四倍频产生0.266μm的紫外光，调Q技术还可以使用KDP电光调Q。全文摘要本专利技术紫外激光缩微打标机属激光加工技术。紫外激光因为光子能量大，与材料不产生热作用，形成“冷剥离”，因而能很好地控制剥离材料薄层的厚度，本专利技术采用非线性光学晶体BBO倍频技术，使YAG固体激光器产生滤长为0.266μm的紫外激光，YAG固体激光器由于体积小，结构简单，操作维护方便，寿命长，给使用者带来诸多好处，短波长降低了衍射效应，可以实现微型打标和亚微米加工。本专利技术已成功地实现了在人工晶体上打微型商标的要求，放大10-15倍观察，字迹清晰，线间无模糊，它还可用在隐形眼镜、玻璃器皿及聚合物材料上打标。文档编号B23K26/00GK1058740SQ9110510公开日1992年2月19日 申请日期1991年7月22日 优先权日1991年7月22日专利技术者汝金超, 蔡善明, 秦树军, 陆志贤, 王进祖, 赵琨, 赵天尧 申请人:中国科学院安徽光学精密机械研究所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种紫外激光缩微打标机，其特征在于：ａ．激光器采用Ｎｄ：ＹＡＧ倍频、振荡放大和氟化锂调Ｑ技术；ｂ．字模盘由一台步进电机控制，工作台的Ｘ、Ｙ、Ｚ轴由三台步进电机带动；ｃ．用计算机控制激光电源的开、关、打激光，工作台Ｘ、Ｙ方向的定位 ，Ｚ轴上工件与字横盘同步转动，打出预定标记。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汝金超，蔡善明，秦树军，陆志贤，王进祖，赵琨，赵天尧，
申请(专利权)人：中国科学院安徽光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]