CN116275537A - 一种牛仔布超快激光精密打标镂花方法和系统 - Google Patents

一种牛仔布超快激光精密打标镂花方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种牛仔布超快激光精密打标镂花方法和系统，所述方法包括步骤：1)设置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超快激光器，所述频率为1KHz‑1MHz，所述单脉冲能量为10uJ‑10000uJ；2)锁定发射频率为定值；3)所述超快激光经过整形光路、再经过光束传输光路输入到激光打标头或激光切割头后聚焦在连续打标平台上的牛仔布上；4)在软硬件控制器的控制下完成牛仔布的精密打标镂花。本发明牛仔布的精密打标镂花方法是通过高单脉冲能量的超快激光汽化材料加工面来实现的，几乎没有热影响区出现，标记内容精细清晰、不改变布料强度，无有害气体释放。

Description

一种牛仔布超快激光精密打标镂花方法和系统
技术领域
本发明涉及激光精密打标镂花技术领域，具体涉及一种牛仔布超快激光精密打标镂花方法和系统。
背景技术
牛仔布的激光打标镂花是利用激光打标机对牛仔服饰做出美观图案的设备，激光打标机是用激光束在各种不同的物质表面打上永久的标记的机器，而打标的效应是通过表层物质的蒸发露出深层物质，或者是通过光能导致表层物质的化学物理变化而“刻画”出痕迹，或者是通过光能烧掉部分物质，显出所需刻蚀的图案和文字。
随着人们对衣物美感质量的要求提升，现有的激光打标图案的清晰精细程度不能满足人们对牛仔服饰多层次的要求。并且激光在打标镂花牛仔布的过程中有一定的烧灼，产生花边、黄边，甚至黑边。
发明内容
有鉴于此，为了克服现有技术的不足，本发明提供一种牛仔布超快激光精密打标镂花方法和系统。该方法的打标图案精细清晰，如同印刷；且无烧蚀、无花边、黄边、黑边。
本发明提供的一种牛仔布超快激光精密打标镂花方法，包括步骤：
1)设置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超快激光器，所述高重复频率为1KHz-1MHz，所述高能量单脉冲能量为10uJ-10000uJ，所述单脉冲能量一致性为：单脉冲间能量差异≤±5％；
2)锁定发射频率为1KHz-1MHz之间的一定值；
3)所述激光器发射的超快激光，经过整形光路、再经过光束传输光路输入到激光打标头或激光切割头后聚焦在连续打标平台上的牛仔布上；
4)在软硬件控制器的控制下，设置激光参数和加工参数；控制振镜及激光发射，完成牛仔布的激光精密打标镂花。
优选地，所述高重复频率为10KHz-200KHz，所述高能量单脉冲能量为50uJ-1000uJ；
进一步，所述激光打标头内设振镜和场镜；
所述激光切割头内设聚光透镜组和高压空气喷嘴。
进一步，所述激光器为全固态皮秒激光器，所述激光波长为1064±5nm或532±5nm。
进一步，所述单脉冲宽度为1-10ps。
进一步，所述激光器窗口光斑为1-3mm，发散角为0.5-1.5mrad。
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10-1000mm的传输光路组成。
进一步，所述振镜是3D振镜，变焦范围1-40mm，振镜的转动速度为每秒100-5000转。
进一步，所述场镜是F-θ场镜、远心场镜或3D场镜，焦距为30-500mm。
进一步，形成所述精密打标镂花图案微型结构的最小分辨率特征尺寸为0.5-15um。
本发明还提供实现上述方法的精密打标镂花系统，所述系统包括超快激光器、整形光路和光束传输光路、激光打标头或激光切割头、连续打标平台和控制器，
所述超快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超快激光器，所述高重复频率为1KHz-1MHz，所述高能量单脉冲能量为10uJ-10000uJ，所述单脉冲能量一致性为≤±5％；锁定发射频率为1KHz-1MHz之间的一定值；
所述激光打标头内设聚焦透镜，包括控制激光束偏转的扫描振镜与聚焦激光束的场镜；
所述激光切割头内设聚光透镜组和高压空气喷嘴。
所述连续打标平台设有X、Y和Z轴驱动机构；
激光器通过数据线与安装有激光精密打标镂花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，同时控制光路、激光打标头、激光切割头和连续打标平台完成牛仔布的精密打标镂花。
所述整形光路和光束传输光路之间设有光闸，由控制器控制其开关。
本发明方法可用于牛仔布上的精密打标镂花。
本发明的有益效果在于：
1.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精密打标镂花方法，可用于牛仔布上的精密打标镂花，该方法的打标图案精细清晰，如同印刷；且无烧蚀、无花边、黄边、黑边。
2.本发明方法通过高单脉冲能量的超快激光汽化材料加工面来实现精密打标镂花，而不是通过热至熔化作用来实现精密打标镂花，因此几乎没有热影响区出现、加工面齐整，标记内容精细清晰、不改变牛仔布的强度。
3.本发明精密打标镂花方法输出的高能量单脉冲，在时域上表现唯一，精密打标镂花时牛仔布材料加工面的具体位置点非常准确，不会在空间上发生漂移，精密打标镂花的质量非常好。
4.本发明精密打标镂花方法加工时间快，几乎不出现漏点、漏标记，时序匹配精准。
5.在本发明单脉冲能量一致性高的超快激光设备照射下，光加工过程一致性好，没有重复照射，牛仔布不会变暗。
附图说明：
图1为本发明牛仔布超快激光精密打标系统结构示意图；
其中：1.超快激光器；2.光路；2-1.整形光路；2-2.光束传输光路；3.振镜；4.场镜；5.需要精密打标镂花的牛仔布6.连续打标平台，7.控制器，8.反射镜，9.激光打标头。
图2.为本发明牛仔布超快激光精密镂花系统结构示意图；
其中：1.超快激光器；2.光路；2-1.整形光路；2-2.光束传输光路；5.需要精密打标镂花的牛仔布6.连续打标平台，7.控制器，8.反射镜，10.高压空气喷嘴，11.聚焦透镜组，12.激光切割头。
图3为本发明方法的一个效果照片。
图4为本发明方法的另一个效果照片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明牛仔布超快激光精密打标镂花方法和系统进一步解释而本发明并不局限于以下实施例。
本发明牛仔布超快激光精密打标镂花方法，包括步骤：
1)设置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超快激光器1，所述高重复频率为1KHz-1MHz，所述高能量单脉冲能量为10uJ-10000uJ，所述单脉冲能量一致性为≤±5％；
2)锁定发射频率为1KHz-1MHz之间的一定值；
3)所述激光器发射的超快激光，经过整形光路2-1放大光束尺寸、再经过光束传输光路2-2、反射镜8输入到激光打标头9或激光切割头12后聚焦在连续打标平台上的牛仔布上；
4)在软硬件控制器7的控制下，设置激光参数和加工参数；控制激光发射和连续打标平台沿预定轨迹运动，完成牛仔布的激光精密打标镂花。
所述激光打标头9内设振镜3和场镜4；
所述激光切割头12内设聚光透镜组11和高压空气喷嘴10。
所述整形光路和光束传输光路之间设有光闸，由控制器控制其开关。
步骤4)包括以下步骤：
1.设定激光发射参数及电平形式的激光脉冲同步信号，将所述激光脉冲同步信号和起始时间T1发送给软硬件控制器，作为加工基准时间；
2.调试激光光束：光束经光束传输、光闸和整形光路，所述光闸由TTL电平控制；所述软硬件控制器向光闸发送控制其开关的信号以及起始时间T2；
3.调试振镜：所述软硬件控制器将振镜的5V高低电平形式的控制信号以及起始时间T3，发送给振镜，
4.调试激光光束，经场镜聚焦在连续打标平台附近，在场镜有效范围内工作。
5.将所述连续打标平台设有X、Y和Z轴驱动机构，将目标牛仔布固定在连续打标平台上。精密调整连续打标平台的位置和边界，校准移动路经。调节激光聚焦在牛仔布附近，作用于待精密打标镂花牛仔布上，等待加工。
6.通过计算机、单片机，ARM或者手机，来实现输入输出的手动或者自动方式，来控制软硬件控制器。
7.通过软硬件控制器将准备精密打标镂花的内容分解，得到可读格式的像素、直径、填充密度，走线路径和图形，其边界范围以不大于所述激光精密打标镂花机的区域边界为限。
8.根据切片图形内容和次序，以激光同步信号输入给软硬件控制器作为时间基准，校准连续打标平台的坐标为空间基准，经软硬件控制器依次给振镜、光闸、连续打标平台发射控制信号，时间基准，延时时间和控制信号时序，进行整体时序校准以及初步打样。
9.根据初步打样效果，验证其与预设的效果符合程度，如果有差异，微调各个部件的工艺和参数，直到效果最佳，锁定参数，开始精密打标镂花。
本发明还提供实现上述方法的精密打标镂花系统，所述系统包括超快激光器1、整形光路2-1和光束传输光路2-2、反射镜8、激光打标头9或激光切割头12、连续打标平台6和控制器7，
所述超快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超快激光器，所述高重复频率为1KHz-1MHz，所述高能量单脉冲能量为10uJ-10000uJ，所述单脉冲能量一致性为≤±5％；锁定发射频率为1KHz-1MHz之间的一定值；
所述激光打标头9内设聚焦透镜，包括控制激光束偏转的扫描振镜3与聚焦激光束的场镜4；
所述激光切割头12内设聚光透镜组11和高压空气喷嘴10。
所述连续打标平台6设有X、Y和Z轴驱动机构；
激光器1通过数据线与安装有激光精密打标镂花系统软件的计算机控制器7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1，并接收激光器的脉冲同步信号，同时控制光路2、激光打标头9或激光切割头12和连续打标平台6完成牛仔布的精密打标镂花。
实施例1：牛仔布上图案的精密打标
将激光器通过数据线与安装有激光精密打标镂花系统软件的计算机相连，计算机将控制的激光功率，扫描速度，重复频率信号输入到激光器，激光器为全固态皮秒激光器。控制器接收激光器的脉冲同步信号，同时控制光路、打标头和连续打标平台完成精密打标。
激光波长为1064±5nm。
锁定发射频率为100KHz；单脉冲能量为100uJ。单脉冲宽度为10ps。
激光器窗口光斑为2mm，发散角为1.0mrad。
整形光路为放大倍率为5倍的扩束光路。
光束传输光路为传输距离50mm的传输光路组成。
所述3D振镜变焦范围为40mm,振镜的转速为1000转/秒。
场镜是F-θ场镜，焦距为400mm。
形成所述精密打标镂花图案微型结构的最小分辨率特征尺寸为8um。
使用上述激光器进行精密打标镂花：
(1)将要精密打标镂花的图像导入到计算机中；
(2)通过安装于计算机的激光精密打标镂花系统软件读取待精密打标镂花图像，设置激光输出功率、激光器重复频率和振镜工作频率；
打开激光器，激光运动控制系统根据计算机输出的图像信号进行扫描，高能量的激光束透过牛仔布在工作面上进行激光标刻。
上述精密打标结构示意图如图1所示，效果如图3所示。
实施例2：牛仔布上图案的精密打标
与实施例1基本相同，所不同之处在于，
激光波长为532±5nm。
锁定发射频率为10KHz；单脉冲能量为1000uJ。单脉冲宽度为1ps。
激光器窗口光斑为3mm，发散角为0.5mrad。
整形光路为放大倍率为8倍的扩束光路。
光束传输光路为传输距离500mm的传输光路组成。
所述3D振镜变焦范围为40mm,振镜的转速为1000转/秒。
场镜是F-θ场镜，焦距为400mm。
形成所述精密打标镂花图案微型结构的最小分辨率特征尺寸为1um。
上述精密打标结构示意图如图1所述示，效果如图4所示。
实施例3：牛仔布上图案的精密镂花
将激光器通过数据线与安装有激光精密打标镂花系统软件的计算机相连，计算机将控制的激光功率，扫描速度，重复频率信号输入到激光器，激光器为全固态皮秒激光器。控制器接收激光器的脉冲同步信号，同时控制光路、切割头和连续打标平台完成精密镂花。
激光波长为532±5nm。
锁定发射频率为50KHz；单脉冲能量为10000uJ。单脉冲宽度为1ps。
激光器窗口光斑为1mm，发散角为1.5mrad。
整形光路为放大倍率为3倍的扩束光路。
光束传输光路为传输距离1000mm的传输光路组成。
激光切割头焦距为30mm，辅助喷气嘴喷出的是压缩空气。
形成所述精密打标镂花图案微型结构的最小分辨率特征尺寸为0.5um。
上述精密镂花结构示意图如图2所述示，
本领域技术人员应当知晓，本发明的打标系统和镂花系统既可以各自分开使用，也可以合为一个系统使用。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种牛仔布超快激光精密打标镂花方法，其特征在于，包括步骤：
1)设置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超快激光器，所述高重复频率为1KHz-1MHz，所述高能量单脉冲能量为10uJ-10000uJ，所述单脉冲能量一致性为：单脉冲间能量差异≤±5％；
2)锁定发射频率为1KHz-1MHz之间的一定值；
3)所述激光器发射的超快激光，经过整形光路、再经过光束传输光路输入到激光打标头或激光切割头后聚焦在连续打标平台上的牛仔布上；
4)在软硬件控制器的控制下，设置激光参数和加工参数；控制激光发射和连续打标平台沿预定轨迹运动，完成牛仔布的激光精密打标镂花。
2.根据权利要求1所述的超快激光精密打标镂花方法，其特征在于，
所述激光打标头内设振镜和场镜；
所述激光切割头内设聚光透镜组和高压空气喷嘴。
3.根据权利要求1所述的超快激光精密打标镂花方法，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1064±5nm或532±5nm。
4.根据权利要求1所述的超快激光精密打标镂花方法，其特征在于，所述单脉冲宽度为1-10ps。
5.根据权利要求1所述的超快激光精密打标镂花方法，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所述的超快激光精密打标镂花方法，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10-1000mm的传输光路组成。
7.根据权利要求1所述的超快激光精密打标镂花方法，其特征在于，所述振镜是3D振镜，变焦范围1-40mm，振镜的转动速度为每秒100-5000转。
8.根据权利要求1所述的超快激光精密打标镂花方法，其特征在于，所述场镜是F-θ场镜、远心场镜或3D场镜，焦距为30-500mm。
9.根据权利要求1所述的超快激光精密打标镂花方法，其特征在于，形成所述精密打标镂花图案微型结构的最小分辨率特征尺寸为0.5-15um。
10.实现权利要求1所述方法的精密打标镂花系统，其特征在于，所述系统包括超快激光器、整形光路和光束传输光路、激光打标头、激光切割头、连续打标平台和控制器，
所述超快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超快激光器，所述高重复频率为1KHz-1MHz，所述高能量单脉冲能量为10uJ-10000uJ，所述单脉冲能量一致性为：单脉冲间能量差异≤±5％；
锁定发射频率为1KHz-1MHz之间的一定值；
所述激光打标头内设聚焦透镜，包括控制激光束偏转的扫描振镜与聚焦激光束的场镜；
所述激光切割头内设聚光透镜组和高压空气喷嘴。
所述连续打标平台设有X、Y和Z轴驱动机构；
激光器通过数据线与安装有激光精密打标镂花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，同时控制光路、激光打标头或激光切割头和连续打标平台完成牛仔布的精密打标镂花。
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