在陶瓷表面进行紫外超快激光精密标刻的方法和系统与流程

本发明涉及激光标刻，具体涉及一种在陶瓷表面进行紫外超快激光精密标刻的方法和系统。

背景技术：

1、陶瓷是以粘土为主要原料以及各种天然矿物经过粉碎混炼、成型和煅烧制得到的材料。陶瓷装饰与器物的用途、造型、社会审美取向等方面有着密切的联系。

2、陶瓷装饰，是指利用具有美感的图文对陶瓷器进行艺术加工。传统的陶瓷装饰工艺复杂，效率低。而随着技术的进步，出现了激光标刻陶瓷工艺，典型的代表是基于co2激光或者纳秒激光的标刻机，其原理是利用激光的热效应烧蚀掉物体最外层表面，留下印迹的技术。然而，对于陶瓷材料采用典型的激光标刻技术有一定难度，是因为陶瓷材料对激光的吸收很弱，会发生漫反射，甚至接近全反射，导致典型的激光很难在陶瓷表面直接打出永久痕迹，因此一般在标刻工艺中利用颜料、涂料或者染色纸作用在陶瓷材料表面位置，通过激光产生局部的高温，再和颜料实现热诱导效应来标刻。因此，在陶瓷上进行激光标刻，不光很难直接刻出永久精细的标记，而且由于纳秒激光热效应导致分辨率低，热影响区大，挂渣和裂纹比较严重，还会受限于颜料、涂料或者染色纸的质量、分辨率，均匀性甚至环保要求的限制，造成标刻质量差，良率低等问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，为了克服现有技术的不足，本发明提供一种在陶瓷表面进行紫外超快激光精密标刻的方法和系统。该方法基于锁定的高重复频率、高能量单脉冲工作、单脉冲间能量一致性高的超快激光，无需对陶瓷材料表面处理即可实现加工一致性好的精密标刻。

2、本发明提供的在陶瓷表面进行紫外超快激光精密标刻的方法，包括步骤：

3、1)将陶瓷置于工作台上；

4、2)将激光器设于工作台的一侧；所述激光器为能够在高重复频率下发射高能量单脉冲且单脉冲能量一致性高的紫外超快激光器，所述高重复频率为 10khz-200khz，所述高能量单脉冲能量为50uj-1000uj,所述单脉冲间能量差异≤±5％；

5、3)锁定发射频率为10khz-200khz之间的一定值；

6、4)所述激光器发射的超快激光，经过整形光路放大光束尺寸、再经过光束传输光路输入到振镜、再经过场镜后聚焦在工作台上的陶瓷工件表面；

7、5)在软硬件控制器的控制下，设置激光参数和加工参数，控制激光束x、y、 z轴的移动，完成陶瓷表面图案的激光标刻。

8、进一步，所述经过光束传输光路的激光经光隔离器后输入到振镜。

9、进一步，所述单脉冲为单脉冲光子尖峰波，所述单脉冲宽度为1-15ps。

10、进一步，所述激光器为全固态皮秒激光器，所述激光波长为355±5nm。

11、进一步，所述激光器窗口光斑为1-3mm，发散角为0.5-1.5mrad。

12、进一步，所述整形光路为放大倍率为1-8倍的扩束光路，所述光束传输光路为传输距离100-1000mm的传输光路组成。

13、进一步，所述振镜转速为100-10000转/秒。

14、进一步，所述场镜是f-θ场镜或远心场镜，焦距为30-300mm。

15、进一步，形成所述标刻图案微型结构的最小分辨率特征尺寸为0.5-25um。

16、本发明还提供实现上述紫外超快激光精密标刻方法的标刻系统，所述系统包括工作台、激光器光路系统和控制器；

17、其中，所述工作台上设有陶瓷抓握旋转机构，所述工作台的一侧设有激光器光路系统和控制器，所述控制器分别与所述激光器光路系统、陶瓷抓握旋转机构连接；

18、激光器通过数据线与安装有激光标刻系统软件的计算机控制器相连，计算机控制器将控制的激光功率、扫描速度及重复频率信号输入到激光器，并接收激光器的脉冲同步信号，同时控制激光器光路系统和所述陶瓷旋转机构完成陶瓷工件的激光标刻。

19、所述激光器光路系统包括装有激光器的承载柜和装载光路的四轴机器人，所述四轴机器人手臂底端设有激光标刻头。

20、所述激光标刻头旁边设置有位置传感器。

21、所述激光标刻头旁边还设置有ccd视觉系统。

22、所述光束传输光路与振镜之间设置光隔离器，隔离反射激光。

23、本发明所述锁频均匀能量单脉冲是指超快激光工作方式为锁定频率下均匀能量单脉冲周期性输出。

24、本发明的有益效果在于：

25、本发明基于锁定的高重复频率、单脉冲工作、高单脉冲能量、单脉冲能量一致性高的超快激光标刻的方法，能够直接对陶瓷表面进行标刻：

26、1.该方法陶瓷激光标刻机光子单脉冲能量高，均匀性好，无须调节光子脉冲宽度，在时域上表现唯一，分辨率高。

27、2.该方法聚焦超精细，均匀光叠加，在加工过程中对陶瓷材料表面形成的颗粒能够达到纳米尺寸级别，提高了标刻精度。

28、3.该方法不是通过热致熔化材料，而是通过直接汽化材料来实现标刻。材料的晶格和分子之间，还没来得及传热就已经被去除，几乎无挂渣，无裂纹，无热影响区。

29、4.该方法标刻的效果具有永久性，不会因触摸、高低温、酸碱性等环境关系而消退。

30、5.该方法标刻效果是激光和材料表面直接作用成型，无需辅助物料、颜料、涂料或者染色纸等耗材和辅料，标刻效果质量好、分辨率高，均匀性高，满足节能环保的要求，良率高。

技术特征：

1.一种在陶瓷表面进行紫外超快激光精密标刻的方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述的紫外超快激光精密标刻方法，其特征在于，所述经过光束传输光路的激光经光隔离器后输入到振镜。

3.根据权利要求1所述的紫外超快激光精密标刻方法，其特征在于，所述单脉冲为单脉冲光子尖峰波，所述单脉冲宽度为1-15ps。

4.根据权利要求1所述的紫外超快激光精密标刻方法，其特征在于，所述激光器为全固态皮秒激光器，所述激光波长为355±5nm。

5.根据权利要求1所述的紫外超快激光精密标刻方法，其特征在于，所述激光器窗口光斑为1-3mm，发散角为0.5-1.5mrad。

6.根据权利要求1所述的紫外超快激光精密标刻方法，其特征在于，所述整形光路为放大倍率为1-8倍的扩束光路，所述光束传输光路为传输距离100-1000mm的传输光路组成。

7.根据权利要求1所述的紫外超快激光精密标刻方法，其特征在于，所述振镜转速为100-10000转/秒。

8.根据权利要求1所述的紫外超快激光精密标刻方法，其特征在于，所述场镜是f-θ场镜或远心场镜，焦距为30-300mm。

9.根据权利要求1所述的紫外超快激光精密标刻方法，其特征在于，形成所述标刻图案微型结构的最小分辨率特征尺寸为0.5-25um。

10.实现权利要求1所述紫外超快激光精密标刻方法的标刻系统，其特征在于，所述系统包括工作台、激光器光路系统和控制器；

技术总结
本发明提供一种在陶瓷表面进行紫外超快激光精密标刻的方法和系统，包括步骤：1)将陶瓷工件置于工作台上；2)将激光器设于工作台的一侧；3)锁定发射频率为10KHz‑200KHz之间的一定值；4)所述激光器发射的超快激光，经过整形光路放大光束尺寸、再经过光束传输光路输入到振镜、再经过场镜后聚焦在工作台上的陶瓷工件表面；5)在软硬件控制器的控制下，设置激光参数和加工参数，控制激光束X、Y、Z轴的移动，完成陶瓷表面图案的激光标刻。本发明基于锁定的高重复频率、单脉冲工作、高单脉冲能量、单脉冲能量一致性高的超快激光标刻方法，光子均匀，在时域上表现唯一，聚焦超精细，均匀光叠加形成纳米级别的加工面，提高了标刻精度。

技术研发人员：请求不公布姓名
受保护的技术使用者：北京赢圣科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13