[发明专利]紫外激光缩微打标机

说明书

本发明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，特作出本发明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都熔化，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，本发明采用Nd：YAG倍频以产生紫外（0.266μm波长的）激光。Nd：YAG器件采用振荡放大方案，以减轻单级Nd：YAG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。

本发明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。

本发明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。

本发明，如附图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

本发明由后腔片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。

紫外激光器射字模盘，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。

本发明的特点是：1）利用我国发明的非线性光学晶体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。