CN108262564A - 一种激光打标装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光打标装置及方法，涉及激光加工领域，该激光打标装置包括：激光器，用于提供激光光源，并向阳极氧化铝表面发射激光；控制模块，用于设置激光器运行的激光参数；光学组件，用于根据激光参数控制激光的输出光斑直径以及运行轨迹；电气控制部，用于为激光器及光学组件提供能量电源，以及控制激光的输出方式。本发明实施例可以在不破坏阳极氧化铝的情况下，通过设定相应的激光参数控制激光器输出激光来去除阳极氧化铝的染料，具有更好的打标效果和更高的打标效率，打标完成后的阳极氧化铝具有稳定的结构以及更美观的外形。

Description

一种激光打标装置及方法

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种激光打标装置及方法。

背景技术

随着消费电子市场需求的多样化，越来越多的电子产品的外壳使用阳极氧化铝材料，并且阳极氧化铝材料的颜色也丰富很多，比如黑色、灰色、红色、金色、玫瑰金等。

而传统的激光在阳极氧化铝表面标记时是打标成黑色，如果是黑色的阳极铝材料，激光打黑标记会显得非常不明显，大大影响了产品的外观。

彩色阳极氧化铝的生产工艺是铝合金在电解氧化后生成一层透明的阳极氧化膜(氧化膜厚度在10um左右)，阳极氧化膜是由大量垂直与金属表面的多边形晶胞组成，每个晶胞中心有一个膜孔(孔大小10-15nm)，并具有极强的吸附力，当氧化过的铝制品浸入染料溶液中，染料分子通过扩散作用进入氧化膜孔中，产品就呈现与染料相同的颜色。染色后再对阳极氧化铝进行封孔处理，将染料固定在膜孔中，以防染料分解流失造成彩色阳极氧化铝的掉色。

如图1所示，为阳极氧化膜表面的微观示意图，从图片中可以看到阳极氧化膜是由很多个纳米级的蜂窝状微孔(黑色圆点)组成的，这些膜孔的深度非常深，具有很强的吸附性，而阳极氧化膜染色的机理就是把染料封存到这些膜孔中，使阳极氧化铝呈现出各种各样的颜色。如图2所示为阳极氧化膜染色封孔后的阳极膜结构示意图。从图中可以看出阳极氧化膜的有色染料是封存在大小约10-15nm的封孔中的。

倘若需要在深色阳极氧化铝上面进行比较明显的白色标记，由于氧化膜厚度非常薄(10um)，并且染料是直接封存到氧化膜孔中的，与氧化膜紧密结合。传统工艺是利用光纤激光器的长脉宽、大能量激光直接把阳极膜和位于阳极膜封孔内的染料一并去除，呈现出铝材本身的颜色，类似于阳极氧化铝的破阳工艺。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：去除阳极膜后铝材表面呈现磨砂颗粒状，结构很不稳定，并且没有氧化膜的保护，在日常使用过程中容易沾染脏污，难于去除；并且大能量激光加工后字符会呈现一定的深度，容易藏污纳垢，边缘粗糙，外观效果较差。

发明内容

为了克服现有技术中相关产品的不足，本发明提出一种激光打标装置及方法，解决当前彩色阳极氧化铝打标时，去除表面染料后破坏结构稳定性、外观效果差等问题。

本发明提供了一种激光打标装置，包括：激光器，用于提供激光光源，并向阳极氧化铝表面发射激光；控制模块，用于设置激光器运行的激光参数；光学组件，用于根据激光参数控制激光的输出光斑直径以及运行轨迹；电气控制部，用于为激光器及光学组件提供能量电源，以及控制激光的输出方式。

作为本发明的进一步改进，所述的激光器为红外光纤激光器。

作为本发明的进一步改进，所述的激光参数包括脉冲宽度、重复频率、打标速度以及填充密度。

作为本发明的进一步改进，所述的脉冲宽度为200ns-500ns，所述的重复频率为600kHz-1000kHz，所述的打标速度不超过100mm/s，所述的填充密度小于0.02mm。

作为本发明的进一步改进，所述的光学组件包括依次设置的：扩束镜，用于扩大激光的输出光斑直径；振镜组件，用于根据激光参数控制激光的运行轨迹；光学聚焦镜，用于使激光光束聚焦的激光光斑特性保持一致。

作为本发明的进一步改进，所述装置还包括：气嘴，用于通过气压去除所述阳极氧化铝表面经过激光加工后染料汽化所产生的气体。

本发明提供了一种激光打标方法，应用于上述任一项所述的激光打标装置，包括：设置激光器运行的激光参数；调整激光器和光学组件的安装位置，使激光器输出的激光聚焦到阳极氧化铝表面的打标位置；光学组件根据所述激光参数控制所述激光器输出的激光并对所述阳极氧化铝表面进行激光打标。

作为本发明的进一步改进，所述激光参数包括脉冲宽度、重复频率、打标速度以及填充密度。

作为本发明的进一步改进，所述的脉冲宽度为200ns-500ns，所述的重复频率为600kHz-1000kHz，所述的打标速度不超过100mm/s，所述的填充密度小于0.02mm。

作为本发明的进一步改进，所述方法还包括：通过气压去除所述阳极氧化铝表面经过激光加工后染料汽化所产生的气体。

与现有技术相比，本发明有以下优点：

本发明实施例可以在不破坏阳极氧化铝的情况下，通过设定相应的激光参数控制激光器输出激光来去除阳极氧化铝的染料，具有更好的打标效果和更高的打标效率，打标完成后的阳极氧化铝具有稳定的结构以及更美观的外形。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为阳极氧化膜表面的微观示意图；

图2为染色后封孔的结构示意图；

图3为本发明所述激光打标装置的结构示意图；

图4为激光打标工作示意图；

图5为去除染色后封孔的结构示意图；

图6为本发明所述激光打标装置的流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例,附图中给出了本发明的较佳实施例。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

参阅图3所示，所述激光打标装置包括激光器1、控制模块2、光学组件3、电气控制部4以及气嘴5。

所述激光器1用于提供激光光源，并向阳极氧化铝表面发射激光，本发明实施例所述的激光器1包括但不限于红外光纤激光器1，所述激光器1发射的激光为脉冲激光。

所述控制模块2与所述激光器1电性连接，用于设置激光器1运行的激光参数，所述控制模块2内置有控制软件，在接收到用户输入的控制指令之后，自动设置所述激光参数。

在本发明实施例中，所述的激光参数包括脉冲宽度、重复频率、打标速度以及填充密度，其中：

所述脉冲宽度是指激光单个脉冲持续的时间，由于激光主要体现为热能，其脉冲宽度越小，所述激光的持续时间越短、峰值功率越高，激光的破坏力也越大；反之，脉冲宽度越大，激光的持续时间越长、峰值功率越低，本发明实施例所设定的脉冲宽度为200ns-500ns。

所述重复频率是指激光器1每秒发出的脉冲数，在单位时间内，重复频率越高，单个脉冲的能量越小，激光的破坏力也越小，相应的，重复频率越低，单个脉冲的能量越大，激光的破坏力也越大，本发明实施例所设定的重复频率为600kHz-1000kHz。

在本发明实施例中，所述打标速度越快，激光脉冲停留的时间越短，热量散发越快，反之，打标速度越慢，激光停留作用时间越长，热量堆积不易散发，即打标速度影响激光的工作时间，本发明实施例设所定的打标速度不超过100mm/s。

由于激光打标是线扫描方式，即用激光脉冲组成线，多条线往同一个方向按照一定的间距叠加，达到激光完全覆盖打标的效果，所述填充密度需要设定合适的数值，填充密度过大时影响加工效率，填充密度过小时会遗漏而影响打标效果，为了保证填充线的叠加率，本发明实施例所设定的所述填充密度小于0.02mm。

在本发明的实施例中，在所述脉冲宽度设定为500ns，所述的重复频率设定为1MHz，所述的打标速度设定为100mm/s，所述的填充密度设定为0.03mm时，可以获得较佳的打标效果；在本发明的其他实施方式中，所述脉冲宽度、重复频率、打标速度以及填充密度也可以根据实际需求设定为其他的数值，本发明实施例对此并无限制。

参阅图4所示，为本发明激光打标工作示意图，其中，所述打标速度和重复频率决定横向的点叠加率，所述填充密度决定纵向的线叠加率，本发明实施例去除所述阳极氧化铝内染料需要较高的点叠加率达到加热汽化染料的效果，所述线叠加率需要设置合适的数值，在本发明实施例中，所述线叠加率只要小于光斑直径即可，可以保证激光按线扫描时的覆盖性，使扫描时线与线之间有效叠加。

所述光学组件3用于根据激光参数控制激光的输出光斑直径以及运行轨迹，所述光学组件3包括依次设置的扩束镜31、振镜组件32以及光学聚焦镜33，本发明实施例调整所述激光器1和光学组件3的安装位置，使激光器1输出的激光聚焦到阳极氧化铝表面的打标位置。

所述扩束镜31用于扩大激光的输出光斑直径，提高所述激光的传输特性以使其更好地将激光能量作用到材料表面。

所述振镜组件32用于根据激光参数控制激光的运行轨迹，所述振镜组件32包括X振镜和Y振镜，所述X振镜和Y振镜分别控制X轴方向和Y轴方向的激光运行轨迹；所述振镜由扫描电机和光学反射镜片组成，所述振镜组件32利用扫描电机带动光学镜片进行偏转式的运动，根据激光参数控制激光的运行轨迹并对阳极氧化铝进行定位标记。

所述光学聚焦镜33用于使激光光束聚焦的激光光斑特性保持一致，通过所述光学聚焦镜33可以使激光光束聚焦到某一平面(如阳极氧化铝表面)，保持了激光光斑特性良好的一致性，提升了激光的加工效果。

所述电气控制部4用于为激光器1及光学组件3提供能量电源，以及控制激光的输出方式。

本发明所述的激光打标装置设置有气嘴5，用于通过气压去除所述阳极氧化铝表面经过激光加工后染料汽化所产生的气体，可以有效避免因染料气化产生的气体遮挡激光造成激光能量减弱或者不均匀而使染料去除不均匀、不干净的问题。

在发明的实施例中，对所述阳极氧化铝的激光打标在开始和结束之后均可以对阳极氧化铝的表面进行去污处理，去除阳极氧化铝打标位置的污垢以及打标完成后凝固的附着染料，该过程可以使阳极氧化铝获得更好的打标效果，提高了打标效率。

在发明的实施例中，所述的激光打标装置通过设置激光的激光参数，控制激光器1输出激光，所述的光学组件3根据激光参数控制激光的输出光斑直径以及运行轨迹，并将激光输出到阳极氧化铝表面进行打标处理，参阅图5所示，为本发明实施例打标完成后阳极氧化铝的封孔的示意图，与现有技术相比，本发明实施例可以在不破坏阳极氧化铝的情况下，通过设定相应的激光参数控制激光器1输出激光来去除阳极氧化铝的染料，具有更好的打标效果和更高的打标效率，打标完成后的阳极氧化铝具有稳定的结构以及更美观的外形。

在上述实施例的基础上，参阅图6所示，为发明实施例所述的激光打标方法的流程示意图，所述激光打标方法应用于上述的激光打标装置，所述激光打标方法包括：

S101：设置激光器运行的激光参数。

S102：调整激光器和光学组件的安装位置，使激光器输出的激光聚焦到阳极氧化铝表面的打标位置。

S103：光学组件根据所述激光参数控制所述激光器输出的激光并对所述阳极氧化铝表面进行激光打标。

S104：通过气压去除所述阳极氧化铝表面经过激光加工后染料汽化所产生的气体。

在本发明实施例中，所述激光参数包括脉冲宽度、重复频率、打标速度以及填充密度，所述的脉冲宽度为200ns-500ns，所述的重复频率为600kHz-1000kHz，所述的打标速度不超过100mm/s，所述的填充密度小于0.02mm。

上述实施例所述的激光打标装置可执行本发明实施例所提供的激光打标方法，所述激光打标方法具备上述激光打标装置相应的功能模块和有益效果，具体请参阅上述激光打标装置的实施例，本发明实施例在此不再赘述。

在本发明所提供的上述实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

以上仅为本发明的实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光打标装置，其特征在于，包括：

激光器，用于提供激光光源，并向阳极氧化铝表面发射激光；

控制模块，用于设置激光器运行的激光参数；

光学组件，用于根据激光参数控制激光的输出光斑直径以及运行轨迹；

电气控制部，用于为激光器及光学组件提供能量电源，以及控制激光的输出方式。

2.根据权利要求1所述的激光打标的装置，其特征在于：所述的激光器为红外光纤激光器。

3.根据权利要求1所述的激光打标的装置，其特征在于：所述的激光参数包括脉冲宽度、重复频率、打标速度以及填充密度。

4.根据权利要求3所述的激光打标装置，其特征在于：所述的脉冲宽度为200ns-500ns，所述的重复频率为600kHz-1000kHz，所述的打标速度不超过100mm/s，所述的填充密度小于0.02mm。

5.根据权利要求1所述的激光打标装置，其特征在于，所述的光学组件包括依次设置的：

扩束镜，用于扩大激光的输出光斑直径；

振镜组件，用于根据激光参数控制激光的运行轨迹；

光学聚焦镜，用于使激光光束聚焦的激光光斑特性保持一致。

6.根据权利要求1所述的激光打标装置，其特征在于，所述装置还包括：

气嘴，用于通过气压去除所述阳极氧化铝表面经过激光加工后染料汽化所产生的气体。

7.一种激光打标方法，应用于权利要求1-6任一项所述的激光打标装置，其特征在于，包括：

设置激光器运行的激光参数；

调整激光器和光学组件的安装位置，使激光器输出的激光聚焦到阳极氧化铝表面的打标位置；

光学组件根据所述激光参数控制所述激光器输出的激光并对所述阳极氧化铝表面进行激光打标。

8.根据权利要求7所述的激光打标方法，其特征在于：所述激光参数包括脉冲宽度、重复频率、打标速度以及填充密度。

9.根据权利要求8所述的激光打标方法，其特征在于：所述的脉冲宽度为200ns-500ns，所述的重复频率为600kHz-1000kHz，所述的打标速度不超过100mm/s，所述的填充密度小于0.02mm。

10.根据权利要求7所述的激光打标方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过气压去除所述阳极氧化铝表面经过激光加工后染料汽化所产生的气体。