CN207433047U - 一种rgb三原色的激光彩色打标系统 - Google Patents

Abstract

一种RGB三原色的激光彩色打标系统，所述系统包括激光器、扩束镜、反射镜、激光聚焦镜、送粉系统、红色送粉头、绿色送粉头和蓝色送粉头，所述激光器的输出侧安置有扩束镜，所述扩束镜输出侧安置有反射镜，所述反射镜下方安置有激光聚焦镜，所述激光器输出光和激光聚焦镜的光轴相互垂直，所述送粉系统与所述红色送粉头、绿色送粉头和蓝色送粉头均连接，所述红色送粉头、绿色送粉头、蓝色送粉头和激光聚焦镜的输出侧均位于加工工位内。本实用新型提供了一种工艺调试方便、可重复性较好的RGB三原色的激光彩色打标系统。

Description

一种RGB三原色的激光彩色打标系统

技术领域

本实用新型属于激光打标技术领域，涉及一种RGB三原色的激光彩色打标系统。

背景技术

近几年来随着激光技术的快速发展，激光技术的应用水平逐渐提高，不仅成为现在工业生产过程中不可替代的一个重要组成部分，同时优异的性能特点正在逐渐引领现在的加工制造迈向新的台阶。

激光打标作为激光应用的一个重要应用方向，在现在的标记加工中有着举足轻重的作用。采用一定强度的聚焦激光束按照给定轨迹对工件进行局部照射，使表层材料熔化、汽化或发生颜色变化，从而留下永久性标记。不仅可以打出各种文字、符号和图案，同时加工的字符大小可以从毫米到微米量级，这就使得激光标记可以实现更加精细的标记加工。与传统印刷、电镀或喷漆等传统工艺相比，激光打标具有应用范围广、不产生机械压力和机械变形、不易被擦除、修改、抗刮、抗磨、工序少、成本低、无污染、无腐蚀、加工速度快、加工重复性好、加工质量高、加工灵活性好、可进行高分辨率的缩微打标等优势。

但是激光打标是蒸发表层物质漏出深层物质，或者通过表层物质的化学物理变化标记出痕迹，或通过光能烧掉部分物质，标识图案或文字的加工方式。对于非金属材料来说，只能是通过氧化作用标记出黑色或者漏出深层物质的颜色，底层是什么颜色标记出来的就是什么颜色，是无法标记出其他彩色的，通常都是单色。而对于部分金属材料如不锈钢、钛等金属，尽管可以通过改变激光打标的工艺参数，例如激光功率、功率密度、重复频率、扫描速度、扫描方式和打标次数等来改变产生的颜色形成多彩标识，获得一种真实的装饰效果。但是由于金属彩色打标的效果对激光能量和环境因素变化比较敏感，造成工艺存在调试困难，可重复性差等问题，因此金属彩色打印工艺未能获得广泛的应用。

发明内容

为了克服已有激光打标系统通常只能单色打标，即使对于某些金属材料能进行彩色打标，也存在着工艺调试困难、可重复性差的不足，本实用新型提供了一种使用范围广、工艺调试方便、可重复性较好的RGB三原色的激光彩色打标系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种RGB三原色的激光彩色打标系统，所述系统包括激光器、扩束镜、反射镜、激光聚焦镜、送粉系统、红色送粉头、绿色送粉头和蓝色送粉头，所述激光器的输出侧安置有扩束镜，所述扩束镜输出侧安置有反射镜，所述反射镜下方安置有激光聚焦镜，所述激光器输出光和激光聚焦镜的光轴相互垂直，所述送粉系统与所述红色送粉头、绿色送粉头和蓝色送粉头均连接，所述红色送粉头、绿色送粉头、蓝色送粉头和激光聚焦镜的输出侧均位于加工工位内。

进一步，所述加工工位中，以激光聚焦镜输出的激光束为中心轴，中心轴圆周方向均匀对称地分布红色送粉头、绿色送粉头、蓝色送粉头，送粉管道的中心线汇聚于激光束的中点。

再进一步，所述激光器为增益介质为Nd:YAG的半导体泵浦固体激光器或者光纤激光器。

更进一步，所述扩束镜采用伽利略式三倍扩束镜，扩束镜由二个镜片组成，包括一个输入的凹透镜和一个输出的凸透镜，输入镜将虚焦点光束传输给输出镜，二镜片两面镀有1064nm窄带增透膜。

所述反射镜采用熔融石英基底，镀有1064nm高反膜，用于将水平传输的激光反射成竖直方向传输。

所述激光聚焦镜采用焦距为150mm的熔融石英材料的多片透镜组。

所述送粉系统采用送粉盘定量，载气输送粉末的送粉器，送粉重复精度为±2％，能输送粒度为20-200μm的各种粉末，送粉盘转速范围0-6转/分，送粉量连续可调；RGB三原色的色料分别装于不同的储粉筒中。

所述色料粉末采用矿物原料中加入金属氧化物，按照比例配合研磨成粉末。

本实用新型提出的一种RGB三原色的激光彩色打标系统采用矿物原料中加入金属氧化物以及其他化学成分，按照一定比例配合研磨成粉末，形成红、绿、蓝三色的色料。再经过系统中自动送粉器将三色色料粉末按照比例吹入激光聚焦后在基材表面形成的熔池中，经过高温煅烧和快速凝固结晶形成特定颜色涂层，从而产生激光彩色打标的效果。该系统采用的是一种无污染的材料增色方法，通过激光聚焦的高温煅烧的色料在基材表面的形成色彩效果，具有易于调色、颜色鲜艳、稳定、不易受环境温度与湿度等条件影响而改变色泽、表面光滑细腻、耐摩擦、且不会掉色等优点。

本实用新型的有益效果主要表现在：

1、采用的是一种无污染的材料增色方法，通过激光聚焦的高温煅烧色料，从而在基材表面的形成彩色效果，具有易于调色、颜色鲜艳、稳定、不易受环境温度与湿度等条件影响而改变色泽、表面光滑细腻、耐摩擦、且不会掉色等优点。

2、采用红(R)、绿(G)、蓝(B)三色叠加来获得各种各样的颜色，任何一个颜色都可以由一组RGB值来实现，使得颜色的选择多种多样，实现了激光彩色打标，并且使用非常方便。

3、采用增材加工系统替代传统激光打标的减材加工，用全新的加工工艺来克服传统打标过程中氧化作用标记出黑色或者蒸发表层物质漏出深层物质的颜色的单色打标问题；同时又解决了某些金属打标中为获得彩色激光打标而需要经过复杂的工艺参数调试，即使这样也易出现重复性不好等问题。一种RGB三原色的激光彩色打标系统必将扩大彩色激光打标范围，不再局限于不锈钢等几种金属材料，几乎可以在所有的材料表层打上永久性的彩色标记，可加工材料如各种金属、硬质和软质塑料、各种硬质合金、陶瓷、玻璃、磁带、复合材料和硅等等，必将获得大范围的应用。

4、采用矿物原料中加入金属氧化物以及其他化学成分，按照一定比例配合研磨成粉末，形成红、绿、蓝三色的色料。研磨成的粉末经过高温煅烧可获得所需颜色，符合激光加工过程中，高强度聚焦激光产生的高温使材料发生物理化学变化的加工原理，保证这种加工方式与激光打标的加工工艺及流程得到很好的吻合。

5、采用三路同轴送粉，以激光束为中心轴，中心轴圆周方向均匀对称地分布三个载气送粉头，送粉管道的中心线汇聚于激光束的中点。红(R)、绿(G)、蓝(B)三个送粉头将RGB三色色料吹入焦点处，这种送粉装置可以提供均匀、稳定以及汇聚性能比较好的粉末束流，同时控制不同送粉头的送粉量，通过它们相互之间的叠加得到各种各样的颜色，实现激光彩色打标的效果，具有工艺过程简单，色料利用率高，可控性好，容易实现自动化等优点。

6、采用同步送粉法将色料粉末添加进激光熔池，熔覆层稀释率小，界面呈冶金结合状态，工件变形小、加工余量小、熔覆层无气孔和裂纹缺陷，熔覆层耐磨和抗蚀性能优异。

7、采用一定强度的聚焦激光束按照给定轨迹对工件进行局部照射，使工件表层材料和色料一起熔化留下永久性标记。不仅可以打出各种文字、符号和图案，同时加工的字符大小可以从毫米到微米量级，这就使得激光标记可以实现更加精细的标记加工。与传统印刷、电镀或喷漆等传统工艺相比，具有应用范围广、不产生机械压力和机械变形、不易被擦除、修改、抗刮、抗磨、工序少、成本低、无污染、无腐蚀、加工速度快、加工重复性好、加工质量高、加工灵活性好、可进行高分辨率的缩微打标等优势。

附图说明

图1是RGB三原色的激光彩色打标系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

参照图1，一种RGB三原色的激光彩色打标系统，包括激光器1、扩束镜2、反射镜3、激光聚焦镜4、送粉系统5、红色送粉头6、绿色送粉头7、蓝色送粉头8和工件9。

所述激光器1为增益介质为Nd:YAG的半导体泵浦固体激光器，波长为1064nm，输出功率大小可调，也可为光纤激光器。激光器具有低功率泵浦、泵浦转换效率高、谐振腔损耗小，频率转换效率高、体积小、寿命长等特点，适合于全天候工业化生产与应用。

所述扩束镜2采用伽利略式三倍扩束镜，扩束镜由二个镜片组成，包括一个输入的凹透镜和一个输出的凸透镜，输入镜将虚焦点光束传输给输出镜，二镜片两面镀有1064nm窄带增透膜，增加红外光束的透光率，扩束镜将激光器1发出的1064nm红外激光束转变成符合激光打标需要的激光光斑形状，即对激光进行准直，减小激光束的发散角，获得更小的聚焦光斑和更高的功率密度。

所述激光器1发出的水平传输的激光，经过反射镜3反射后，发生90度偏转，形成垂直于工件9的激光。反射镜采用熔融石英基底，镀有1064nm高反膜，损伤阈值高，可以减少光路反射光的散射，用于将水平传输的激光反射成竖直方向传输。

所述激光聚焦镜4采用焦距为150mm的熔融石英材料的多片透镜组，损伤阈值高，成像质量好，可减小了加工系统的像差。激光经过激光聚焦镜4使的适当倍率扩束后的平行激光束聚焦为很小的焦斑。并可根据加工需要更换不同焦距的镜头，焦距越长,焦点光斑越大,功率密度越低,但焦深大，有效切割范围大，操作容许度大。

所述送粉系统5采用送粉盘定量，载气输送粉末的送粉器，送粉重复精度为±2％，能输送粒度为20-200μm的各种粉末，送粉盘转速范围0-6转/分，送粉量连续可调。该送粉器使用同步送粉法将色料粉末添加进激光熔池，熔覆层稀释率小，界面呈冶金结合状态，工件变形小、加工余量小、熔覆层无气孔和裂纹缺陷，熔覆层耐磨和抗蚀性能优异。RGB三原色的色料分别装于不同的储粉筒中，严格按照制造工艺向工件输送粉末，不同比例、不同重量三种色料的精准输送，保证了彩色激光打标系统的加工质量，具有可控性好、材料利用率高、工艺过程简单等优点。

RGB三原色的激光彩色打标系统中，采用三路同轴送粉，以激光束为中心轴，中心轴圆周方向均匀对称地分布三个载气送粉头，送粉管道的中心线汇聚于激光束的中点。红色送粉头6、绿色送粉头7、蓝色送粉头8将RGB三色色料吹入焦点处，经过激光的高温煅烧，熔化的色料在基材表面铺开，分别形成RGB颜色的涂层，通过对红(R)、绿(G)、蓝(B)三个颜色的变化以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜色，在工件9上实现激光彩色打标。

色料粉末采用矿物原料中加入金属氧化物以及其他化学成分，按照一定比例配合研磨成粉末，其中粉末中如果含有三氧化二铁、氧化铜、氧化钴，将分别呈现红、绿、蓝色，形成红、绿、蓝三色的色料，经过一定温度激光煅烧，会形成红(R)、绿(G)、蓝(B)三个颜色的色彩。

Claims (8)

1.一种RGB三原色的激光彩色打标系统，其特征在于：所述系统包括激光器、扩束镜、反射镜、激光聚焦镜、送粉系统、红色送粉头、绿色送粉头和蓝色送粉头，所述激光器的输出侧安置有扩束镜，所述扩束镜输出侧安置有反射镜，所述反射镜下方安置有激光聚焦镜，所述激光器输出光和激光聚焦镜的光轴相互垂直，所述送粉系统与所述红色送粉头、绿色送粉头和蓝色送粉头均连接，所述红色送粉头、绿色送粉头、蓝色送粉头和激光聚焦镜的输出侧均位于加工工位内。

2.如权利要求1所述的RGB三原色的激光彩色打标系统，其特征在于：所述加工工位中，以激光聚焦镜输出的激光束为中心轴，中心轴圆周方向均匀对称地分布红色送粉头、绿色送粉头、蓝色送粉头，送粉管道的中心线汇聚于激光束的中点。

3.如权利要求1或2所述的RGB三原色的激光彩色打标系统，其特征在于：所述激光器为增益介质为Nd:YAG的半导体泵浦固体激光器或者光纤激光器。

4.如权利要求1或2所述的RGB三原色的激光彩色打标系统，其特征在于：所述扩束镜采用伽利略式三倍扩束镜，扩束镜由二个镜片组成，包括一个输入的凹透镜和一个输出的凸透镜，输入镜将虚焦点光束传输给输出镜，二镜片两面镀有1064nm窄带增透膜。

5.如权利要求1或2所述的RGB三原色的激光彩色打标系统，其特征在于：所述反射镜采用熔融石英基底，镀有1064nm高反膜，用于将水平传输的激光反射成竖直方向传输。

6.如权利要求1或2所述的RGB三原色的激光彩色打标系统，其特征在于：所述激光聚焦镜采用焦距为150mm的熔融石英材料的多片透镜组。

7.如权利要求1或2所述的RGB三原色的激光彩色打标系统，其特征在于：所述送粉系统采用送粉盘定量，载气输送粉末的送粉器，送粉重复精度为±2％，能输送粒度为20-200μm的各种粉末，送粉盘转速范围0-6转/分，送粉量连续可调；RGB三原色的色料分别装于不同的储粉筒中。

8.如权利要求7所述的RGB三原色的激光彩色打标系统，其特征在于：所述色料粉末采用矿物原料中加入金属氧化物，按照比例配合研磨成粉末。