CN114273786A - 一种皮革超快激光精密雕刻方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种皮革超快激光精密雕刻方法和***，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2uJ‑2000uJ；2)锁定发射频率为定值；3)设定激光波长为1064±5nm或532±5nm；4)所述超快激光经过整形光路、光束传输光路输入到振镜、再经过场镜后聚焦在皮革上；5)在软硬件控制器的控制下完成皮革的精密雕刻。本发明皮革的精密雕刻方法是通过高单脉冲能量的超快***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，无灼伤、无热、冷加工、如同丝印一样，无有害气体释放。

Description

一种皮革超快激光精密雕刻方法和***

技术领域

本发明涉及激光精密雕刻技术领域，具体涉及一种皮革超快激光精密雕刻方法和***。

背景技术

皮革激光雕刻花纹逐渐风行,激光雕刻机的研制与生产也日益普及。

激光雕刻机速度快，操作简单的特点，打破了传统手工和电剪速度慢、难以排版、效率低及材料浪费现象严重的难题。为皮革行业的发展带来了非常大的效益。激光雕刻机不同于机械雕刻机和其他传统的手工雕刻方式，其使用范围更广、雕刻精度更高、雕刻速度更快捷。尤其适合裘皮及各种皮革面料的大幅面雕花及打孔，为产品美感及附加值的提升提供了全新的解决方案。而且相对于传统的手工雕刻方式，激光雕刻也可以将雕刻效果做到很细腻，丝毫不亚于手工雕刻的工艺水平。

正是因为激光雕刻机有着如此多的优越性，所以现在激光雕刻机的应用已经逐渐取代了传统的雕刻设备和方式。激光雕刻机是使用激光的热能对材料进行雕刻，激光雕刻机内的激光器是其核心所在。但目前的激光雕刻机散热效果不佳，温度过高会导致机器故障，尤其是在对皮革进行图案雕刻，一旦机器、皮革温度过高，皮革会被烧毁，机器发生故障，人员受到伤害。

并且，目前皮革激光雕刻机多数采用CO2激光器，CO2激光器在加工过程中容易对皮革产生灼烧，释放出有毒气体。

发明内容

有鉴于此，为了克服现有技术的不足，本发明提供一种皮革超快激光精密雕刻方法和***。该方法对皮革无灼伤、无热、冷加工、如同丝印一样，无有毒气体释放。

本发明所述的皮革超快激光精密雕刻方法，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2uJ-2000uJ，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，经过整形光路放大光束尺寸、再经过光束传输光路输入到振镜、再经过F-θ场镜后聚焦在连续雕刻平台上的皮革上；

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，完成皮革的激光精密雕刻。

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

优选为高重复频率10KHz-200KHz，所述高能量单脉冲能量为50uJ-1000uJ。

所述激光器为全固态皮秒激光器。所述激光波长为1064±5nm、532±5nm或355nm.

所述单脉冲宽度为1-10ps。

所述激光器窗口光斑为1-3mm，发散角0.5-1.5mrad。

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。

所述振镜工作转速为100-10000转/秒。

所述场镜是F-θ场镜或远心场镜，焦距为50-500mm。

形成所述精密雕刻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雕刻***，所述***包括超快激光器、整形光路和光束传输光路、聚焦透镜、连续雕刻平台和控制器，

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2uJ-2000uJ，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；

所述连续雕刻平台设有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雕刻***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、振镜、场镜和连续雕刻平台完成精密雕刻。

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。

本发明方法可用于皮革上的精密雕刻。

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雕刻方法，可用于皮革上的精密雕刻，无灼伤，无热，冷加工，如同丝印一样，无有害气体释放。

2.本发明方法通过高单脉冲能量的超快***化材料加工面来实现精密雕刻，而不是通过热至熔化作用来实现精密雕刻，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、不改变皮革的强度。

3.本发明精密雕刻方法输出的高能量单脉冲，在时域上表现唯一，精密雕刻时皮革材料加工面的具***置点非常准确，不会在空间上发生漂移，精密雕刻的质量非常好。

4.本发明精密雕刻方法加工时间快，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，皮革不会变暗。

附图说明：

图1为本发明皮革超快激光精密雕刻***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.需要精密雕刻的皮革6.连续雕刻平台，7.控制器，8.反射镜。

图2为本发明方法在皮革上精密雕刻的一个效果照片。

图3为本发明方法在皮革上精密雕刻的另一个效果照片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明皮革超快激光精密雕刻方法和***进一步解释而本发明并不局限于以下实施例。

本发明皮革超快激光精密雕刻方法，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，高重复频率为1KHz-1MHz，高能量单脉冲能量为2uJ-2000uJ，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)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输入到振镜3、再经过场镜4后聚焦在连续雕刻平台6上的皮革5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；控制振镜及激光发射，完成皮革上图案的激光精密雕刻。

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，经场镜聚焦在连续雕刻平台附近，在场镜有效范围内工作。

5.将目标皮革固定在连续雕刻平台上。精密调整连续雕刻平台的位置和边界，校准移动路经。调节激光聚焦在皮革附近，作用于待精密雕刻的皮革上，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雕刻的内容分解，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雕刻机的区域边界为限。

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，校准连续雕刻平台的坐标为空间基准，经软硬件控制器依次给振镜、光闸、连续雕刻平台发射控制信号，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，开始精密雕刻。

本发明还提供实现上述方法的皮革精密雕刻***，包括超快激光器1、整形光路2-1和光束传输光路2-2、聚焦透镜3、4、连续雕刻平台6和控制器7；

超快激光器1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，高重复频率为1KHz-1MHz，高能量单脉冲能量为2uJ-2000uJ，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；

其中通过反射镜8完成光束传输；

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；

所述连续雕刻平台6设有X、Y和Z轴驱动机构；

超快激光器1通过数据线与安装有激光精密雕刻***软件的计算机控制器7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1，并接收激光器的脉冲同步信号，同时控制光路2、振镜3、场镜4和连续雕刻平台上的皮革5完成精密雕刻。如图1所示。

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。

实施例1：

将激光器通过数据线与安装有激光精密雕刻***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、振镜、场镜和连续雕刻平台完成精密雕刻。

激光波长为355±5nm。

锁定发射频率为500KHz；单脉冲能量为4uJ。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500mm的传输光路组成。

振镜转速为1000转/秒。

场镜是F-θ场镜，焦距为200mm。

形成所述精密雕刻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雕刻：

(1)将要精密雕刻的图像导入到计算机中；

(2)通过安装于计算机的激光精密雕刻***软件读取待精密雕刻图像，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***根据计算机输出的图像信号进行扫描，高能量的激光束在皮革上进行激光雕刻。

精密雕刻效果如图2所示。

实施例2：

与实施例2基本相同，所不同之处在于，

激光波长为1064±5nm。

锁定发射频率为1KHz；单脉冲能量为500uJ。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1倍的扩束光路。

光束传输光路为传输距离10mm的传输光路组成。

振镜转速为10000转/秒。

场镜是F-θ场镜，焦距为500mm。

形成所述精密雕刻图案微型结构的最小分辨率特征尺寸为10um。

使用上述激光器对皮革进行精密雕刻：

精密雕刻效果如图3所示。

实施例3：

与实施例2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1MHz；单脉冲能量为10uJ。单脉冲宽度为5ps。

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8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。

振镜工作转速为100转/秒。

场镜是远心场镜，焦距为50mm。

形成所述精密雕刻图案微型结构的最小分辨率特征尺寸为0.5um。

使用上述激光器对皮革进行精密雕刻。

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)

1.一种皮革超快激光精密雕刻方法，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2uJ-2000uJ，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连续雕刻平台上的皮革上；

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，完成皮革的激光精密雕刻。

2.根据权利要求1所述的超快激光精密雕刻皮革的方法，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、532±5nm或355±5nm。

3.根据权利要求1所述的超快激光精密雕刻皮革的方法，其特征在于，所述单脉冲宽度为1-10ps。

4.根据权利要求1所述的超快激光精密雕刻皮革的方法，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。

5.根据权利要求1所述的超快激光精密雕刻皮革的方法，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。

6.根据权利要求1所述的超快激光精密雕刻皮革的方法，其特征在于，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雕刻皮革的方法，其特征在于，所述振镜工作转速为100-10000转/秒。

8.根据权利要求1所述的超快激光精密雕刻皮革的方法，其特征在于，所述场镜是F-θ场镜或远心场镜，焦距为50-500mm。

9.根据权利要求1所述的超快激光精密雕刻皮革的方法，其特征在于，形成所述精密雕刻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所述方法的精密雕刻***，其特征在于，所述***包括超快激光器、整形光路和光束传输光路、聚焦透镜、连续雕刻平台和控制器，

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2uJ-2000uJ，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；

所述连续雕刻平台设有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雕刻***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、振镜、场镜和连续雕刻平台完成皮革的精密雕刻。

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