[發明專利]一種基于空間整形的一體化飛秒激光標印方法

有效

• 申請號: 202011329490.1
• 申請日: 2020-11-24
• 公開（公告）號: CN112496531B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 李明;李珣;劉紅軍;李晨晨
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: B23K26/046
• 分類號: B23K26/046;B23K26/067;B23K26/073;B23K26/362
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 汪海艷

本發明涉及一種標印方法，具體為一種基于空間整形的一體化飛秒激光標印方法。解決利用飛秒激光標印極小尺寸二維碼存在粗糙度大、極易產生微裂紋損傷的問題，主要包括將目標二維碼圖案轉換為相位圖，并將變換后的頻域圖案加載于空間光調制器；開啟激光器，激光光束進入加載二維碼頻域圖案的空間光調制器，將經空間光調制器整形后形成二維碼圖案形狀的光束聚焦后直接作用于加工面。系統主要由激光器，設置在激光器出射光路中的變倍擴束鏡及分光鏡，以及設置在分光鏡透射光路中的空間光調制器構成，本發明可以在實現超小尺寸二維碼打標的同時，確保高精度、高品質、高效率打標。

技術領域

本發明涉及一種標印方法，具體為一種基于空間整形的一體化飛秒激光標印方法。

背景技術

航空航天業在技術高度和技術密集度方面一直遠遠的超出民用工業。飛機制造是航空航天業中主要的一部分，也是最大的部分之一。飛機制造包括民用飛機以及通用飛機等的制造，其制造過程中要求的加工技術和加工水平都遠遠高于民用工業水平，關鍵零部件的加工技術要求會更為苛刻。其中飛機零部件的標識和追蹤技術就是一項要求很高的技術。

美國國家宇航局(NASA)規定飛機零部件必須在飛機制造中使用打標追跡，跟蹤零部件的生產、安裝、修復和替換等。美國國家宇航局方面聲明，在已發生的飛機空難中，事故原因與劣質零部件分不開，為了避免這類原因造成空難，必須對這類劣質零部件進行識別，這就不僅需要必須對飛機的零部件進行標示，還要對標示的信息進行計算機直接處理，減少轉換錯誤，避免人為誤操作造成零部件位置的錯誤安裝或者劣質零部件的安裝等。

目前采用機械震動、機械刻劃和電解標印等觸式打標方法只能實現簡單字母及數字標印，且存在識讀性及持久性差、材料受限等問題，不能滿足自動裝配及故障追溯的信息需求。更重要的是，針對微小部件，若采用上述接觸式打標方式，會帶來部件的損傷，會直接導致零部件的性能的降低或者引發飛機安全事故。因此飛機零部件的二維碼標識工作是一個很迫切的工作。

普通激光標印(長脈沖激光)由于熱累積效應存在重鑄層、微裂紋、毛刺、氣孔、再結晶等熱缺陷。該缺陷會造成材料在高溫高壓的惡劣環境下工作時，引起開裂或者破壞從而直接產生重大事故。

飛秒激光應用在材料加工領域，具有傳統機械加工、電火花加工和長脈沖激光加工沒有的優勢。飛秒激光加工過程是種冷加工過程，由于飛秒激光具有超高的峰值功率和作用時間極端的特點，它可以使作用在材料加工區域的物料在強磁場下造成區域電子的丟失，形成庫倫爆炸機理，直接造成激光加工區域的材料蒸發，達到材料去除的目的。激光作用加工區域時，在作用集中點會產生一定的熱量，但是由于飛秒激光極短的作用時間特性，在熱量傳遞過程還未完成時，激光的作用已經結束，這就是飛秒激光作用于材料加工區域無熱效應的原因。鑒于飛秒激光在材料加工領域具有這樣的優勢，飛秒激光加工對于傳統的制造業來說是一種革新性的加工技術手段，是裝備制造技術領域的一個新的里程碑。但是飛秒激光應用在常規掃描加工時，形成高斯光斑，高斯光斑加工的每一個點都為“坑狀”會導致二維碼標印的粗糙度較大，且容易產生微裂紋等損傷，將直接影響二維碼的識讀率及制造品質。

發明內容

為了解決利用飛秒激光標印極小尺寸(單字符最小可標印尺寸1μm，9mm*10^-4mm²中含不少于100個字符)二維碼存在粗糙度大、極易產生微裂紋損傷的問題，本發明提供一種基于空間整形的一體化飛秒激光標印方法及系統。對激光能量進行了全二維碼范圍內的勻化，使得該方法可以在實現超小尺寸二維碼打標的同時，確保了高精度、高品質、高效率打標。

本發明的技術方案是提供一種基于空間整形的一體化飛秒激光標印方法，其特殊之處在于，包括以下步驟：

步驟1、目標二維碼圖案轉換為相位圖；

將目標二維碼圖案進行傅里葉變換，獲得其頻域圖案，并將變換后的頻域圖案加載于空間光調制器；

步驟2、獲得加工深度與出光時間之間的關系；