[发明专利]一种基于飞秒激光成丝的大幅面打标系统及打标范围标定方法

说明书

本发明提供了一种基于飞秒激光成丝的大幅面打标系统及打标范围标定方法，涉及大型机械件、飞机等大目标物打标领域。目前的打标系统普遍存在工作距离短、打标范围小等缺点。针对上述存在的问题，通过飞秒激光成丝技术有效增大了焦深，拓宽了打标范围。当待加工样品幅面较大时，采用长焦透镜聚焦飞秒激光，诱导产生长光丝，在整个光丝长度范围内，均可实现高质量打标。此外，打标范围的增大使得本系统也适用于曲面打标。

技术领域

本发明涉及一种基于飞秒激光成丝的大幅面打标系统及打标范围标定方法，尤其能够实现对大幅面样品以及曲面样品的打标加工，涉及大型机械件、飞机等大目标物打标领域。

背景技术

激光打标是一种利用高能量激光束在样品表面扫描，留下永久痕迹的激光加工技术，通过计算机控制激光的运动轨迹，从而形成所需的文字或图案标记。激光打标具有非接触、高精度、高效环保等优势，广泛应用于机械加工、产品符号标刻、防伪等领域。

飞秒激光成丝是光学领域中的一种非线性现象，当飞秒激光在传输过程中，克尔自聚焦与等离子散焦效应达到动态平衡时，就会形成超过瑞利长度的无衍射传输丝状通道。

飞秒激光成丝的光丝长度在一定范围内可通过改变聚焦透镜的焦距进行调控，当功率大于成丝阈值时，长焦透镜能产生更长的光丝。

目前的激光打标普遍存在打标范围小、工作距离短等弊端。大幅面打标大多采用平移台移动样品，然后拼接组合的加工方式，需要对样品位置精准控制，工作距离短导致对样品的放置位置要求较高，曲面样品的打标加工难度较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术存在的问题，提供一种基于飞秒激光成丝的大幅面打标系统。通过飞秒激光成丝技术，有效增加了打标的工作距离，实现大幅面与曲面激光打标。

本发明采用的技术方案是：

一种基于飞秒激光成丝的大幅面打标系统，其特征在于，包括飞秒激光器、第一金反射镜、格兰棱镜、二向色镜、凸透镜、二维振镜扫描系统、第二金反射镜、样品架、计算机和He-Ne激光笔；其中所述飞秒激光器，用于输出飞秒激光，为打标提供高能量脉冲；所述第一金反射镜，用于反射飞秒激光，改变光路传输方向；所述格兰棱镜，通过旋转，用于连续调节飞秒激光脉冲的功率；所述二向色镜，一是与第一金反射镜一起，用于反射准直入射的飞秒激光，二是可透射He-Ne激光笔输出的He-Ne可见光，用于标识光路，定位打标位置；所述凸透镜，用于聚焦飞秒激光，诱导空气电离成丝；所述二维振镜扫描系统包括互相垂直放置的两块镜片，用于组合控制入射光束二维扫描；所述第二金反射镜，用于将光束反射到水平方向打标；所述样品架，用于固定待加工样品；所述计算机，用于控制二维振镜扫描，控制光束运动轨迹，形成所需的文字或图案标记；所述He-Ne激光笔，用于产生可见光，精确定位在样品上的打标位置；

进一步地，以上所述的凸透镜是根据待加工样品尺寸、形貌改变焦距的。当加工曲面样品时，选用长焦凸透镜产生长光丝，提高工作范围，在整个光丝长度内实现高质量打标加工，无需对光束或样品位置进行精确控制。

进一步地，以上所述的第二金反射镜是根据样品幅面大小改变尺寸的，当加工样品幅面较大时，选用大尺寸的金反射镜即可进一步拓宽打标幅面。

进一步地，以上所述的格兰棱镜设有刻度，根据待加工样品材质不同导致的阈值损伤功率不同，旋转格兰棱镜，对入射飞秒激光脉冲的功率进行精准调节。

进一步地，以上所述的He-Ne激光笔和二向色镜组成的激光打标定位装置，其中He-Ne激光笔或选用其他任一种可见光波段激光光源。

进一步地，以上所述的第一金反射镜、格兰棱镜、二向色镜、凸透镜和第二金反射镜均安装固定在二维可调光学镜架上，光路的左右、俯仰可调。

本发明同时提供了一种基于飞秒激光成丝的大幅面打标范围标定方法，步骤包括：