一种铝合金高亮光加工的激光打标方法及装置
阅读说明：本技术 一种铝合金高亮光加工的激光打标方法及装置 (Laser marking method and device for aluminum alloy high-brightness light processing ) 是由 王建刚 李凤 纪涛 刘勇 于 2021-06-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开提供一种铝合金高亮光加工的激光打标方法及装置,所述方法包括导入打标图档、图档处理、放置工件和对工件进行打标,图档处理包括根据不同的工件表面处理工艺,设置不同的激光打标参数；工件表面处理工艺包括：铝合金-喷砂-预处理-镭雕或铝合金-喷砂-阳极-镭雕-二阳；激光打标参数包括：高亮光镭雕参数和/或破阳参数。本发明针对不同的工件表面处理工艺,设置不同的激光打标参数,使得同一套设备同一产线能够适配不同工艺处理后的工件表面,设备包容性强且工厂成本较低；且能够达到针对不同表面处理工艺处理后的工件表面,通过不同的激光参数设置实现高亮光效果的目的,简化LOGO制标流程,提高全制程良率。(The invention discloses a laser marking method and a device for highlight processing of aluminum alloy, wherein the method comprises the steps of introducing a marking drawing file, processing the drawing file, placing a workpiece and marking the workpiece, wherein the processing of the drawing file comprises the steps of setting different laser marking parameters according to different workpiece surface processing technologies; the workpiece surface treatment process comprises the following steps: aluminum alloy-sand blasting-pretreatment-laser etching or aluminum alloy-sand blasting-anode-laser etching-two-anode; the laser marking parameters include: and (3) high-brightness laser etching parameters and/or sun-breaking parameters. According to the invention, different laser marking parameters are set aiming at different workpiece surface treatment processes, so that the same production line of the same set of equipment can be adapted to the surfaces of workpieces treated by different processes, the equipment containment is strong, and the factory cost is lower; the purpose of realizing the high-brightness effect through different laser parameter settings aiming at the surfaces of the workpieces treated by different surface treatment processes can be achieved, the LOGO marking process is simplified, and the yield of the whole process is improved.)
技术领域
本发明涉及连续脉冲激光打标
技术领域
，特别是对大幅面的铝合金笔电壳体表面进行LOGO高亮光镭雕的激光加工装置及方法，具体为一种铝合金高亮光加工的激光打标方法及装置。背景技术
铝合金有较高的强度，良好的铸造性能和塑性加工性能，良好的耐蚀性和可焊性，广泛的应用在航天、航空、交通运输、建筑、机电、轻化和电子等行业中。由于其质轻、强度高等特点，在3C行业中，制造笔电壳体广泛采用铝合金材料。
传统的笔电壳体LOGO贴标制作过程包括上游供应商采购LOGO、开字模、冲压、贴装、修边，打磨，镀膜等工序，过程繁琐且复杂，贴一个标可能全制程算下来要几分钟，工厂投入成本高，且全制成良率较低，不利于产业化应用；另外，传统贴标流程对于不同工艺处理后的工件表面需要采用不同的产线，比如对于喷砂铝和阳极铝就可能需要两条产线，加大了产线投入，导致产线成本提高。并且，传统工艺方法制作的LOGO种类少、尺寸小，满足不了定制化复杂图案要求，因此工业上越来越多的使用聚焦激光束来进行笔电壳体的LOGO加工。
激光打标是由激光器产生的激光经过一系列光学传导，最终通过光学镜片进行光束聚焦，利用高能量密度的激光偏转到待加工物体表面的指定位置，使表层材料发生物理变化或化学变化，从而留下永久性标记。如公开号CN105543928B的中国专利于2018年1月16日公开了一种金属或合金壳体及其制作方法，该制作方法通过使用激光镭雕的方法在金属或合金壳体材料表面的预设位置镭雕出多个亮点，再对镭雕处理后的金属或合金壳体材料进行着色处理，得到所述金属或合金壳体。该专利的目的是使制作出的金属或合金壳体具有闪点效果，增强产品的时尚性，其只需要加工出亮点即可，不能用于解决LOGO贴标全制程的过程繁琐、成本高且良率低的问题。
又如，公开号CN110560916A的中国专利于2019年12月13日公开了一种利用激光在铝合金阳极层表面打标的设备及方法，该专利申请通过设置扩束镜和聚焦镜，扩束镜进行激光光束的扩散，增大光束直径，再通过聚焦镜对光束进行聚焦，进行光束的集中，使光束密度增大，便于破坏阳极层进行打标，但是该专利申请的目的通过其提供的设备解决在铝合金的阳极层上进行打标时激光对材料的热损伤及热扩散严重的问题，同样不能解决LOGO贴标全制程的过程繁琐、成本高且良率低的问题。
因此，提供一种方法，能够解决LOGO贴标全制程的过程繁琐、成本高且良率低的问题，实现复杂LOGO图案的高效加工并扩大LOGO图案的量产尺寸是十分必要的。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种铝合金高亮光加工的激光打标方法及装置，能够在普通配置的情况下，有效解决LOGO贴标全制程的过程繁琐、成本高且良率低的问题。
根据本发明说明书的一方面，提供一种铝合金高亮光加工的激光打标方法，包括导入打标图档、图档处理、放置工件和对工件进行打标，其中，所述图档处理进一步包括：根据不同的工件表面处理工艺，设置不同的激光打标参数；所述工件表面处理工艺包括：铝合金-喷砂-预处理-镭雕或铝合金-喷砂-阳极-镭雕-二阳；所述激光打标参数包括：高亮光镭雕参数和/或破阳参数。
上述技术方案在对待打标图档进行处理时，针对不同的工件表面处理工艺，设置不同的激光打标参数，使得同一套设备同一产线能够适配不同工艺处理后的工件表面，设备包容性强且工厂成本较低；当工件表面为喷砂铝时，采用连续光模式镭雕高亮光效果，当工件表面为阳极铝时，采用先脉冲光破除表面阳极层、再连续光镭雕的方式实现高亮光效果，达到针对不同表面处理工艺处理后的工件表面，通过不同的激光参数设置实现高亮光效果的目的，简化LOGO制标流程，提高全制程良率。
进一步地，导入打标图档的步骤用于将需要打标的图档导入到计算机系统中；放置工件的步骤用于将待处理的工件放置在夹具上且夹具呈水平放置；对工件进行打标的步骤中，计算机系统通过控制振镜和调焦镜组在工件的对应位置上打标出对应的打标图档。这里的振镜为前聚焦的三维动态聚焦振镜，激光器为连续脉冲激光器。
进一步地，所述图档包括图形、文字或者两者结合。
作为进一步的技术方案，当工件表面处理工艺为铝合金-喷砂-预处理-镭雕时，在铝合金工件表面进行喷砂和预处理后，采用连续光模式镭雕高亮光效果。
作为进一步的技术方案，所述预处理包括：超声波水洗-化学试剂浸泡-超声波水洗-烘干。在工件喷砂后采用预处理工艺以加强工件表面平整度及光滑度。
作为进一步的技术方案，当工件表面处理工艺为铝合金-喷砂-阳极-镭雕-二阳时，在铝合金工件表面进行喷砂和阳极处理后，采用脉冲光模式破除表面阳极层，采用连续光模式镭雕高亮光效果，采用二次阳极处理增加表面保护层。
作为进一步的技术方案，所述高亮光镭雕参数包括：激光功率为60％至90％，打标速度为1000mm/s至2500mm/s，填充密度为0.01mm至0.03mm。
作为进一步的技术方案，所述破阳参数包括：激光脉冲宽度为50ns至100ns，激光功率为50％至70％，激光重复频率为80kHz至150kHz，打标速度为1000mm/s至2500mm/s，填充密度为0.01mm至0.03mm。
作为进一步的技术方案，镭雕高亮光效果时，激光束偏离焦点1-1.5mm。
作为进一步的技术方案，所述方法还包括：在放置工件后，依次对工件进行吸附和吹气。
进一步地，所述吸附装置至少耐高温250℃。所述吹气装置的气压约为0.1-0.4MPa。通过打开吸附装置控制开关实现工件吸附，通过打开吹气装置控制开关实现对工件吹气。
根据本发明说明书的一方面，提供一种铝合金高亮加工的激光打标装置，包括激光器、三维动态聚焦振镜、吹气装置、吸附装置、机械装置和控制系统；其中，所述控制系统与激光器相连，用于设置激光器的运行参数，包括焦距、功率、脉冲宽度、重复频率、打标速度及填充密度；所述控制系统与三维动态聚焦振镜相连，用于对激光器发出的激光进行调焦并控制激光焦点在工件上的位置；所述控制系统与吹气装置相连，用于对工件进行吹气；所述控制系统与吸附装置相连，用于对工件进行吸附；所述控制系统与机械装置相连，用于控制工件的移动。
作为进一步的技术方案，所述三维动态聚焦振镜的打标幅面范围为0-400mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明提供一种方法，所述方法在对待打标图档进行处理时，针对不同的工件表面处理工艺，设置不同的激光打标参数，使得同一套设备同一产线能够适配不同工艺处理后的工件表面，设备包容性强且工厂成本较低；当工件表面为喷砂铝时，采用连续光模式镭雕高亮光效果，当工件表面为阳极铝时，采用先脉冲光破除表面阳极层、再连续光镭雕的方式实现高亮光效果，达到针对不同表面处理工艺处理后的工件表面，通过不同的激光参数设置实现高亮光效果的目的，简化LOGO制标流程，提高全制程良率。
(2)本发明提供一种装置，包括激光器、三维动态聚焦振镜、吹气装置、吸附装置、机械装置和控制系统；其中，所述控制系统与激光器相连，用于设置激光器的运行参数，包括焦距、功率、脉冲宽度、重复频率、打标速度及填充密度；所述控制系统与三维动态聚焦振镜相连，用于对激光器发出的激光进行调焦并控制激光焦点在工件上的位置；所述控制系统与吹气装置相连，用于对工件进行吹气；所述控制系统与吸附装置相连，用于对工件进行吸附；所述控制系统与机械装置相连，用于控制工件的移动。所述装置成本较低，且与所述方法配合能够对不同表面工艺处理后的工件进行LOGO制标，适于产线应用，降低工厂成本。
附图说明
图1为根据本发明实施例的铝合金高亮光加工的激光打标方法的流程示意图。
图2为根据本发明实施例的脉冲激光破阳效果图。
图3为根据本发明实施例的连续激光破阳效果图。
图4为根据本发明实施例的连续激光高亮效果图。
图5为根据本发明实施例的高亮镭雕效果对比示意图。
图6为根据本发明实施例的铝合金高亮光加工的激光打标装置的结构示意图。
图7为根据本发明实施例的三维动态聚焦振镜内部结构示意图。
图中：激光器-1，三维动态聚焦振镜-2，吹气装置-3，吸附装置-4，机械装置-5，扩束镜-21、凹透镜-22、聚焦前镜-23、聚焦后镜-24、第一反射镜-25、第二反射镜-26、第一高速电机-27、第二高速电机-28、第三高速电机-29。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述发实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种铝合金高亮光加工的激光打标方法，包括：
S1：导入打标图档：将需要打标的图档导入到所述计算机系统中。所述图档包括图形、文字或者两者结合。
S2：图档处理：根据不同的工件表面处理工艺，设置不同的激光打标参数。其中，所述工件表面处理工艺包括：铝合金-喷砂-预处理-镭雕或铝合金-喷砂-阳极-镭雕-二阳；所述激光打标参数包括：高亮光镭雕参数和/或破阳参数。
S3：放置工件：将工件放置夹具上，夹具呈水平面放置。
S4：吸附工件：打开吸附装置控制开关。所述吸附装置至少耐高温250℃。
S5：工件吹气：打开吹气装置控制开关。所述吹气装置的气压约为0.1-0.4MPa。
S6：对工件进行打标：所述计算机系统通过控制所述振镜和调焦镜组在工件的对应位置上打标出对应的打标图档。
进一步地，当工件表面处理工艺为铝合金-喷砂-预处理-镭雕时，在铝合金工件表面进行喷砂和预处理后，采用连续光模式镭雕高亮光效果。所述预处理包括：超声波水洗-化学试剂浸泡-超声波水洗-烘干，在工件喷砂后采用预处理工艺以加强工件表面平整度及光滑度。
进一步地，当工件表面处理工艺为铝合金-喷砂-阳极-镭雕-二阳时，在铝合金工件表面进行喷砂和阳极处理后，采用脉冲光模式破除表面阳极层，采用连续光模式镭雕高亮光效果，采用二次阳极处理增加表面保护层。在其他条件相同的情况下，采用脉冲光破阳，工件表面光滑细腻，破阳后样色呈白色，如图2所示；而采用连续光破阳，工件表面粗糙发黑，效果不佳，如图3所示。采用连续光高亮的效果如图4所示。采用脉冲光高亮打出来就是普通的白色，和破阳后产生的白色效果差不多，因此无法采用脉冲光进行高亮。
进一步地，所述高亮光镭雕参数包括：激光功率为60％至90％，打标速度为1000mm/s至2500mm/s，填充密度为0.01mm至0.03mm。
进一步地，所述破阳参数包括：激光脉冲宽度为50ns至100ns，激光功率为50％至70％，激光重复频率为80kHz至150kHz，打标速度为1000mm/s至2500mm/s，填充密度为0.01mm至0.03mm。
进一步地，镭雕高亮光效果时，激光束偏离焦点1-1.5mm。如图5所示为正焦镭雕和离焦1mm镭雕的效果对比图，正焦镭雕表面爆点多，效果不良，而离焦镭雕表面更平整，效果较好。
本实施例在对待打标图档进行处理时，针对不同的工件表面处理工艺，设置不同的激光打标参数，使得同一套设备同一产线能够适配不同工艺处理后的工件表面，设备包容性强且工厂成本较低；当工件表面为喷砂铝时，采用连续光模式镭雕高亮光效果，当工件表面为阳极铝时，采用先脉冲光破除表面阳极层、再连续光镭雕的方式实现高亮光效果，达到针对不同表面处理工艺处理后的工件表面，通过不同的激光参数设置实现高亮光效果的目的，简化LOGO制标流程，提高全制程良率。
实施例2
如图6所示，本实施例提供一种铝合金高亮加工的激光打标装置，包括激光器1、三维动态聚焦振镜2、吹气装置3、吸附装置4、机械装置5和控制系统；其中，所述控制系统与激光器1相连，用于设置激光器1的运行参数，包括焦距、功率、脉冲宽度、重复频率、打标速度及填充密度；所述控制系统与三维动态聚焦振镜2相连，用于对激光器1发出的激光进行调焦并控制激光焦点在工件上的位置；所述控制系统与吹气装置3相连，用于对工件进行吹气；所述控制系统与吸附装置4相连，用于对工件进行吸附；所述控制系统与机械装置5相连，用于控制工件的移动。
如图7所示，所述三维动态聚焦振镜2包括扩束镜21、凹透镜22、聚焦前镜23、聚焦后镜24、第一反射镜25、第二反射镜26、第一高速电机27、第二高速电机28、第三高速电机29。所述的激光器1出口的激光的经扩束镜21后由凹透镜22发散激光，发散激光依次经过聚焦前镜23和聚焦后镜24聚焦后，再依次经过第一反射镜25和第二反射镜26后照射到工作台上；所述凹透镜22上设有第一高速电机27，该第一高速电机27控制凹透镜22往返运动；所述第一反射镜25设置第二高速电机28，第二高速电机28控制第一反射镜25旋转；所述第二反射镜26设置第三高速电机29，第三高速电机29控制第二反射镜26旋转。
所述三维动态聚焦振镜的打标幅面范围为0-400mm。
本实施例中，所述激光器1发出的激光通过所述三维动态聚焦振镜2进行调焦后射出到机械装置5上对打标物进行打标；所述控制系统通过所述三维动态聚焦振镜2控制激光焦点在打标物X、Y和Z轴方向上的位置。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。
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