專利名稱：一種透明物體內激光三維雕刻方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在透明物體內進行雕刻的方法，特別是一種利用激光在透明物體內任意位置進行雕刻的方法。
現(xiàn)有技術中，激光雕刻主要是利用10.6μm波長CO2激光對非金屬材料表面進行雕刻，利用1.06μm波長YAG激光對金屬材料表面進行雕刻，而在透明物體如玻璃、有機塑料、寶石等體內進行雕刻，對激光系統(tǒng)有比較高的要求。中國專利97234928.6是利用1.06μm波長短脈沖NdYAG激光進行玻璃體內雕刻。經(jīng)過進一步研究發(fā)現(xiàn)，激光之所以能在透明物體內產生損傷點，主要是利用材料對激光的非線性吸收現(xiàn)象即當激光的強度達到某一功率密度(由材料性質決定)，材料對激光產生極強非線性吸收，造成多光子電離損傷并產生等離子體，從而使透明材料的體內形成損傷。激光損傷閾值即引起材料破壞的激光功率密度對破壞點的大小有很大影響，激光波長越長則對透明材料的損傷閾值越高，損傷點越大。由于1.06μm波長倍頻NdYAG激光對透明材料的損傷閾值遠遠高于0.5-0.6μm波長激光，所以利用1.06μm波長短脈沖NdYAG激光進行玻璃體內雕刻時，雕刻圖案的分辨率較低。同時，現(xiàn)有技術中，激光在透明物體體內進行三維立體雕刻時，為避免上層圖案擋住激光光束而影響下層圖案的雕刻，一般采用分層運動雕刻方式，即先從圖案的最下一層開始雕刻，再逐層向上，最后在最上一層結束整個圖案的雕刻。這種雕刻方式為了完成雕刻圖案必須逐層在整個圖形區(qū)域內來回運動，增加了運動距離，浪費時間，減小雕刻效率。
本發(fā)明的目的在于提供一種可以克服已有技術中的上述缺點的激光三維雕刻方法，本發(fā)明的方法可以縮小激光在透明物體中產生的損傷點，提高雕刻圖案的分辨率，同時可減少因逐層在整個圖形區(qū)域內來回運動形成的運動距離，增加雕刻效率。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明一種透明物體內激光三維雕刻方法，采用了已有技術中的三維運動定位和聚焦機構和激光源，其中所述的激光源采用0.5-0.6μm波長激光器，其工作步驟為1，設定聚焦點的位移路徑范圍，所述的聚焦點的位移路徑范圍是這樣來設定的將被雕刻的物體劃分為至少兩個鍥形的雕刻區(qū)域，所述的鍥形的雕刻區(qū)域是由至少一個與X-Y軸平面呈α角的平面與被雕刻的物體的外表面所形成，第二個這樣的平面與前述的平面平行，所述的平面與X-Y軸平面間的夾角α≤90°-γ/2，所述的γ是激光通過聚焦透鏡后的聚焦角度，2，控制所述的三維運動定位和聚焦機構，將激光源發(fā)出的0.5-0.6μm波長激光的聚焦點在步驟1中所設定的一個位移路徑范圍內運動，并在透明物體內的最下層的一個雕刻點聚焦處聚焦在聚焦點處形成一個損傷點，然后控制所述的三維運動定位和聚焦機構，將聚焦點移動到與前一步驟的雕刻點距離最小的一個雕刻點聚焦，在聚焦點處形成一個損傷點，所述的兩個雕塑點之間的距離根據(jù)兩個雕塑點的坐標(x1，y1，z1)和(xn，yn，zn)得出，即距離 3，控制所述的三維運動定位和聚焦機構，將激光聚焦點移動到步驟2中所設定的下一個位移路徑范圍內運動，重復步驟2的工作，直到完成整個圖形雕刻。
因為激光光束通過透鏡聚焦后呈圓錐形，本發(fā)明將被雕刻物體分塊后，由一端向另一端逐塊雕刻，既避免已雕刻圖案對激光光束的阻擋，又可顯著減少因逐層來回運動形成的運動距離，明顯提高了雕刻效率，又因為采用0.5-0.6μm波長激光器，所以可以減小損傷點的直徑，提高單位體積內的雕刻點數(shù)，提高了雕像的分辨精度。
以下結合附圖和實施例，對本發(fā)明作進一步的說明。


圖1是本發(fā)明中對透明物體劃分雕刻區(qū)域的示意圖。
本發(fā)明一種透明物體內激光三維雕刻方法，采用了已有技術中的三維運動定位和聚焦機構和激光源，其中所述的激光源采用0.5-0.6μm波長激光器，在本發(fā)明的一個實施例中，激光源采用倍頻NdYAG激光器；其工作步驟為1，設定聚焦點的位移路徑范圍，如圖1所示，所述的聚焦點的位移路徑范圍是這樣來設定的將被雕刻的物體劃分為至少兩個鍥形的雕刻區(qū)域，所述的鍥形的雕刻區(qū)域是由至少一個與X-Y軸平面呈α角的平面與被雕刻的物體的外表面所形成，第二個這樣的平面與前述的平面平行，所述的平面與X-Y軸平面間的夾角α≤90°-γ/2，所述的γ是激光通過聚焦透鏡后的聚焦角度，2，控制所述的三維運動定位和聚焦機構，將激光源發(fā)出的0.5-0.6μm波長激光的聚焦點在步驟1中所設定的一個位移路徑范圍內運動，并在透明物體內的最下層的一個雕刻點聚焦處聚焦，在聚焦點處形成一個損傷點，然后控制所述的三維運動定位和聚焦機構，將聚焦點移動到與前一步驟的雕刻點距離最小的一個雕刻點聚焦，在聚焦點處形成一個損傷點，所述的兩個雕塑點之間的距離根據(jù)兩個雕塑點的坐標(x1，y1，z1)和(xn，yn，zn)得出，即距離 3，控制所述的三維運動定位和聚焦機構，將激光聚焦點移動到步驟2中所設定的下一個位移路徑范圍內運動，重復步驟2的工作，直到完成整個圖形雕刻。
權利要求
1，一種透明物體內激光三維雕刻方法，采用了已有技術中的三維運動定位和聚焦機構和激光源，其特征在于所述的激光源采用0.5-0.6μm波長范圍激光器。
2，如權利要求1所述的一種透明物體內激光三維雕刻方法，其特征在于所述的方法包括如下步驟1，設定聚焦點的位移路徑范圍，所述的聚焦點的位移路徑范圍是這樣來設定的將被雕刻的物體劃分為至少兩個鍥形的雕刻區(qū)域，所述的鍥形的雕刻區(qū)域是由至少一個與X-Y軸平面呈α角的平面與被雕刻的物體的外表面所形成，第二個這樣的平面與前述的平面平行，所述的平面與X-Y軸平面間的夾角α≤90°-γ/2，所述的γ是激光通過聚焦透鏡后的聚焦角度，2，控制所述的三維運動定位和聚焦機構，將激光源發(fā)出激光的聚焦點在步驟1中所設定的一個位移路徑范圍內運動，并在透明物體內的最下層的一個雕刻點處聚焦，然后控制所述的三維運動定位和聚焦機構，將聚焦點移動到與前一步驟的雕刻點距離最小的一個雕刻點聚焦，所述的兩個雕塑點之間的距離根據(jù)兩個雕塑點的坐標(x1，y1，z1)和(xn，yn，zn)得出，即距離 3，控制所述的三維運動定位和聚焦機構，將激光聚焦點移動到步驟2中所設定的下一個位移路徑范圍內運動，重復步驟2的工作，直到完成整個圖形雕刻。
全文摘要
一種透明物體內激光三維雕刻方法,激光源采用0.5－0.6μm波長范圍激光器,將被雕刻物體劃分為至少兩個鍥形的雕刻區(qū)域,分塊后,由一端向另一端逐塊雕刻,既避免已雕刻圖案對激光光束的阻擋,又可顯著減少因逐層來回運動形成的運動距離,明顯提高了雕刻效率,又因為采用0.5－0.6μm波長激光器,所以可以減小損傷點的直徑,提高單位體積內的雕刻點數(shù),提高了雕像的分辨精度。
文檔編號B23K26/36GK1380194SQ01105938
公開日2002年11月20日 申請日期2001年4月10日 優(yōu)先權日2001年4月10日
發(fā)明者龔輝 申請人:龔輝