CN1757521A - 一种基于液晶掩模技术的激光打标方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光打标领域，特指一种基于液晶技术的激光打标方法和装置，尤其适合具有立体感的图形标记。本方法提出的装置由激光发生器、激光发生器控制装置、散光系统、液晶显示屏及显示屏控制装置、聚焦系统以及工件夹具系统组成。由于液晶屏可以任意改变所显示的图形形状，因而可以适应不同图案的标记加工，且显示屏显示的图形可以具有一定的灰度因而能够加工出具有立体感的图形标记。同时因标记图形在显示屏显示时经过放大处理，避免了激光束通过掩模时因图形线度太小而产生衍射造成加工的标记图形模糊的缺陷。

Description

一种基于液晶掩模技术的激光打标方法和装置

技术领域：

本发明涉及激光打标领域，特指一种基于液晶掩模技术的激光打标的方法和装置。尤其适合在工件表面打印立体图形标记。

背景技术：

常见的加工激光打标技术有逐点烧蚀法和掩模打标法。逐点烧蚀法利用细束激光照射工件表面使材料汽化蒸发形成点状凹坑，然后按一定轨迹移动工件，使工件表面形成一定宏观形状的凹陷标记。该法效率较低，只能用于小批量加工。掩模打标则根据标记形状制作相应掩模，利用大直径激光束照射掩模，通过掩模后形成与图形标记形状一致的镂空光斑，照射到工件表面，在工件表面烧蚀出需要的凹陷图形标记。该法加工效率较高，但掩模制作困难，当加工线度很小时因激光通过掩模缝隙发生衍射使图形标记模糊，且更换标记图形时需另外制作掩模，成本较高。

与本发明最为接近的技术是基于液晶掩模表面微细加工技术。基于液晶掩模表面微细加工技术根据工件表面要求加工的微观形状制作相应的掩模，激光通过液晶掩模后由于显示屏图形的阻断作用，激光束成为与工件表面要求加工的微观形状一致的多束微细光斑，照射到工件表面后在工件表面烧蚀出所需形状的凹坑。

发明内容：

本发明的目的是要提供一种激光加工打标的方法和装置。它可以在工件表面加工出任意形状的立体图形标记，图形清晰，立体感强。只需改变显示屏上的输出图案即可在工件上打印不同的图形标记，无需另外制作掩模，且与逐点烧蚀法相比效率大为提高。

由于液晶掩模显示的图形具有一定的灰度，激光束通过液晶掩模时不同灰度的图形对激光束的阻断作用不同，深色部分透过的激光能量密度低，浅色部分透过的激光能量密度高，使通过显示屏后的激光束强弱按图形灰度变化，当其照射工件表面时由于激光强度不同烧蚀出的凹坑深度也不同，从而在工件表面形成具有立体感的图形标记。

实施该方法的装置包括激光发生器、激光发生器控制装置、散光系统、液晶显示屏、显示屏图像控制装置、聚焦系统、工件夹具系统。其中激光冲发生器、散光系统、液晶显示屏、聚焦系统依次相联，构成激光掩模系统；而激光冲发生器、激光发生器控制装置相联构成可控激光发生装置；液晶显示屏、显示屏图像控制装置相联构成图形可控掩模系统。而散光系统由一组凹透镜和一片大曲率的凸透镜组成；聚焦系统则由一组凸透镜和一片大曲率的凹透镜组成；工件夹具系统由工件、夹具、工作台及工作台控制装置组成。

本发明的实施过程如下：

1.根据图形标记的形状、尺寸以及形成立体感的凹坑深度梯度编辑具有一定灰度的液晶显示屏显示图案文件，并将其输入显示屏控制装置以便控制显示屏显示相应图案。

2.根据工件表面加工部位外形尺寸和加工深度确定激光光斑直径和能量等工艺参数。

3.根据激光能量和液晶屏损坏阈值调节散光系统焦距。

4.根据工件表面加工部位外形尺寸调节聚焦系统焦距。

5.由激光发生器控制装置控制激光发生器按优化好的参数产生的激光脉冲，经导光管、散光系统后形成大直径的平行光束并照射到液晶屏上。激光束通过液晶屏后，由于具有一定灰度的图形阻断强度不同从而形成具有一定能量密度梯度的图形光斑，照射到工件表面烧蚀出深浅不一具有立体感的凹陷图形标记。

6.根据工件表面要求的加工深度，可进行重复烧蚀，直到达到要求为止。

本发明由于采用液晶显示屏作为掩模，可以任意改变显示屏的图形显示以适应不同形状图形标记打印，而不需要针对每一种图案制作一个掩模，降低了生产成本。而且显示的图案可以具有一定灰度从而加工出具有立体感的标记，这是普通掩模无法加工的。同时因照射显示屏的激光束经散光系统放大使其能量密度低于显示屏的损坏阈值，因而显示屏寿命很长，不存在普通掩模受激光烧蚀易损的缺点，同时显示屏显示的是图形标记的放大图形，避免了加工线度太小时产生衍射而使标记模糊不清的缺陷。

附图说明：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明提出的基于液晶掩模的激光打标装置的示意图。

1.激光发生器控制装置  2.激光发生器  3.激光束  4.散光系统  5.液晶显示屏  6.显示屏控制装置  7.聚焦系统  8.工件  9.夹具  10.工作台  11.工作台控制装置12.数字控制系统  13.计算机

具体实施方式：

下面结合图1详细说明本发明提出的具体装置的细节和工作情况。

用本发明方法进行激光打标的装置包括激光发生器控制装置1、激光发生器2、散光系统4、液晶显示屏5及显示屏控制装置6、聚焦系统7以及工件夹具系统，及与激光发生器控制装置1、显示屏控制装置6、工作台控制装置11相连的数字控制系统12、计算机13。其中散光系统4由一组凹透镜和一片大曲率的凸透镜组成；聚焦系统7由一组凸透镜和一片大曲率的凹透镜组成；工件夹具系统包括工件8、夹具9、工作台10及工作台控制装置11。

激光发生器产生能量在10～100焦尔、持续时间为8～80纳秒的激光脉冲，激光束3的光斑模式可以是基模、多模等多种模式，其由激光发生器控制装置1调节和控制。由激光发生器2产生的平行激光束通过散光系统，被散光系统中的凹透镜发散直径变大同时能量密度降低，再经凸透镜会聚成低能量密度的大直径平行光束并照射到液晶显示屏5上，显示屏5显示着具有一定灰度的图形标记的反转图像，即工件上不需要加工的部位在显示屏上的图形显示黑色，需要加工的部位呈无色，工件上标记凹坑深的地方在显示屏上的图形颜色浅，而凹坑浅的地方在显示屏上的图形颜色深。激光束通过显示屏后由于显示屏图形的阻断作用，而形成能量密度与工件表面图形标记的深度梯度一致的图形光斑，然后经过聚焦系统7，被聚焦系统中的凸透镜会聚光斑直径缩小，同时能量密度增加，再经聚焦系统中的凹透镜发散成与工件表面图形标记尺寸一致的平行图形光束，最后照射到工件8表面。工件表面材料吸收加工能量产生汽化并蒸发掉形成凹坑，因为激光束中的能量密度具有一定梯度，能量密度大的地方形成的凹坑深，能量密度小的地方凹坑浅，从而形成具有立体感的图形标记。

使用该方法进行激光打标，灵活性大，不需要更换掩模即可进行各种图形标记的加工，而且加工出的标记图形清晰，立体感强。对于外形尺寸比较大的图形标记既可以采用经聚焦系统会聚后尺寸较大的光斑进行多次烧蚀加工，也可以采用小光斑高能量的激光束分区加工，通过工作台控制装置控制工件移位，挨个区域依次加工，都能得到很好的图形效果。

Claims (2)

1.一种基于液晶掩模技术的激光打标方法，其特征在于由激光发生器控制装置控制激光发生器按优化好的参数产生的激光脉冲，经导光管、散光系统后形成大直径的平行光束并照射到液晶屏上，激光束通过液晶屏后，形成具有一定能量密度梯度的图形光斑，照射到工件表面烧蚀出深浅不一具有立体感的凹陷图形标记。

2.实现权利要求1所述的一种基于液晶掩模技术的激光打标方法的装置，包括激光发生器(2)、激光发生器控制装置(1)、散光系统(4)、聚焦系统(7)、工件夹具系统，其特征在于设有液晶显示屏(5)、显示屏控制装置(6)，其中激光发生器(2)、散光系统(4)、液晶显示屏(5)、聚焦系统(7)依次相联，构成激光掩模系统；而激光发生器(2)、激光发生器控制装置(1)相联构成可控激光发生装置；液晶显示屏(5)、显示屏控制装置(6)相联构成图形可控掩模系统；散光系统(4)由一组凹透镜和一片大曲率的凸透镜组成；聚焦系统(7)则由一组凸透镜和一片大曲率的凹透镜组成；工件夹具系统由工件(8)、夹具(9)、工作台(10)及工作台控制装置(11)组成。