CN108581242A - 一种激光设备打标边缘的能量增强优化方法 - Google Patents

一种激光设备打标边缘的能量增强优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种激光设备打标边缘的能量增强优化方法，包括：步骤一：选定打标工作区域S，以打标工作区域中心为基点O，取得工作区域中心基点O的能量设定初始值E1；步骤二：根据需要打标的目标物的材料进行计算实测，选择方程系数；步骤三：通过补偿方程F(x)和选择的方程系数进行计算，计算后得到需补偿的能量值E2；步骤四：计算后得到的需补偿的能量值E2越接近工作区域中心O，补偿的能量值E2应越少；越接近打标工作区域S的边缘，补偿的能量值E2应越大。本发明通过针对打标机打标的特性，即对于打标工作区域边缘能量相较于打标区域中心点的能量少，使用能量补偿对打标工作区域边缘能量进行补偿，使打标效果更佳。

Description

一种激光设备打标边缘的能量增强优化方法
技术领域
本发明涉及激光设备打标、切割技术领域，特别涉及一种激光设备打标边缘的能量增强优化方法。
背景技术
激光打标是将需要加工的工件放在高功率高密度的聚焦激光束下进行局部照射，使被加工材料表面发生气化或氧化来改变表面色泽或形状，从而在被加工物件表面留下永久性文字、图案、颜色等标记的一种打标方法。
现有的激光打标机一般包括激光器、调焦器以及振镜腔。通过激光器发出的激光由调焦器进行聚焦，随后进入振镜腔中，随振镜的摆动在工件表面移动，从而完成激光打标作业。
而在实际的打标中，通常会有以下的问题，由于激光进行局部照射的距离和角度不一样，造成了激光打标、切割时，相同的能量，标刻出的线条中心和边缘的痕迹不一样；同等的速度，中心和边缘的痕迹不一样。中间能量过大切割痕迹明显，边缘能量弱切割痕迹不明显，出现了中心和边缘线条痕迹深度不同的问题。这是激光标刻存在的客观现象。
造成现有技术缺陷的原因是由于激光束易于导向、聚集和发散，可根据加工要求，通过光路系统来得到不同的光斑尺寸、密度和功率，通过外光路系统可改变光束方向。在激光加工过程中，虽然设定了相同的打标能量和速度，但是由于光路系统改变了光束的方向与角度不同，产生了不同的能量点和不一样的照射面积。
激光标刻是利用场镜将激光束聚焦在一点进行标刻的技术，激光在场镜中心可以形成能量强烈的小圆点，而在场镜能折射的最大范围边缘，激光会形成能量较弱的椭圆点。在有些要标刻的图形、图像和模型范围较大的时候，这种物理现象就会导致激光标刻或切割不能达到工艺标准。常见的现象是：(1)中心位置聚集面积小，能量聚集强而集中；(2)边缘位置相对中心位置照射面积大，能量聚集相对弱而分散。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供一种激光设备打标边缘的能量增强优化方法，该方法通过使用软件经过特定函数计算来实现透过场镜的激光在大范围边缘保持标刻最佳效果。
为实现上述目的，本发明提供了一种激光设备打标边缘的能量增强优化方法，包括：
步骤一：选定打标工作区域S，以打标工作区域中心为基点O，取得工作区域中心基点O的能量设定初始值E1；
步骤二：根据需要打标的目标物的材料进行计算实测，选择方程系数；
步骤三：通过补偿方程F(x)和选择的方程系数进行计算，计算后得到需补偿的能量值E2；
步骤四：计算后得到的需补偿的能量值E2越接近工作区域中心O，补偿的能量值E2应越少；越接近打标工作区域S的边缘，补偿的能量值E2应越大；
优选的，所述补偿方程为能量补偿一次方程、能量补偿二次方程或能量补偿三次方程。
优选的，若补偿方程为能量补偿一次方程，则方程式为F(x)＝ax+b，其中，x为打标点，F(x)为点x对应的补偿能量值E2，得到的能量值E2为直线增量；此时，所述方程系数为a与b。
优选的，若补偿方程为能量补偿二次方程，则方程式为F(x)＝ax2+bx+c，其中，x为打标点，F(x)为点x对应的补偿能量值E2，得到的能量值E2以抛物线的方式增长，越靠近打标工作区域S边缘，补偿的能量值E2增长速度越快；此时，所述方程系数为a、b与c。
优选的，若补偿方程为能量补偿三次方程，则方程式为F(x)＝ax3+bx2+cx+d，其中，x为打标点，F(x)为点x对应的补偿能量值E2，得到的能量值E2以回归抛物线的方式增长，越靠近打标工作区域S边缘，补偿的能量值E2增长速度越快，增长速度比能量补偿二次方程快；此时，所述方程系数为a、b、c与d。
优选的，所述补偿方程F(x)的常数项为零。
优选的，在所述步骤四中，计算后得到的需补偿的能量值E2越接近工作区域中心O，补偿的能量值E2为零，则在中心O的能量保持为设定初始值E1；越接近打标工作区域S的边缘点A，若A点处的打标能量值为EA，则补偿的能量值E2＝E1-EA。
优选的，使用所述能量补偿三次方程对打标区域S内的打标点x进行补偿，越远离中心O，在相同打标点x1处，其补偿值比能量补偿二次方程或能量补偿一次方程高。
优选的，使用所述能量补偿二次方程对打标区域S内的打标点x进行补偿，越远离中心O，在相同打标点x2处，其补偿值比能量补偿一次方程高。
本发明的工作原理以及有益效果：本发明通过针对打标机打标的特性，即对于打标工作区域边缘能量相较于打标区域中心点的能量少，使用能量补偿对打标工作区域边缘能量进行补偿，使打标效果更佳；通过使用能量补偿三种计算方式(即能量补偿一次方程、能量补偿二次方程以及能量补偿三次方程)，通过调整方程系数，利用函数计算出在不同打标点所需的各种参数，控制补偿激光的能量大小，实现了激光在大范围内边缘依旧保持最佳效果。
附图说明
图1为本发明提供的能量增强优化方法的实施例1的方法流程示意图；
图2为本发明提供的能量增强优化方法的能量补偿一次方程；
图3为本发明提供的能量增强优化方法的实施例1的实验示意图；
图4为本发明提供的能量增强优化方法的实施例1的实验示意图；
图5为本发明提供的速度增强优化方法的实施例2的方法流程示意图；
图6为本发明提供的速度增强优化方法的速度补偿二次方程；
图7为本发明提供的速度增强优化方法的实施例3的方法流程示意图；
图8为本发明提供的速度增强优化方法的速度补偿三次方程。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。
实施例1
一种激光设备打标边缘的能量增强优化方法，包括：
步骤一：选定打标工作区域S，以打标工作区域中心为基点O，取得工作区域中心基点O的能量设定初始值E1；
步骤二：根据需要打标的目标物的材料进行计算实测，选择方程系数；
步骤三：通过补偿方程F(x)和选择的方程系数进行计算，计算后得到需补偿的能量值E2；
步骤四：计算后得到的需补偿的能量值E2越接近工作区域中心O，补偿的能量值E2应越少；越接近打标工作区域S的边缘，补偿的能量值E2应越大。
如附图1与2所示，本实施例1采用能量补偿一次方程，所述方法还包括：
步骤五：选择能量补偿一次方程，其方程式为F(x)＝ax+b，x为打标点，b等于零，F(x)为点x对应的补偿能量值E2，得到的能量值E2为直线增量；
在所述步骤四中，计算后得到的需补偿的能量值E2越接近工作区域中心O，补偿的能量值E2为零，则在中心O的能量保持为设定初始值E1；越接近打标工作区域S的边缘点A，若A点处的打标能量值为EA，则补偿的能量值E2＝E1-EA。
例如，为了更好比对在距离打标区域中心O的边缘处A的打标补偿效果，向右上方移动纸张以及改变系数a的大小，实际激光打标形状以及激光发射打标的位置A不变；从上往下、从右往左依次增加系数a，打标效果如图3所示；
由图3可看出，在边缘的打标位置A处，增加方程系数，标刻痕迹由上到下、由右到左，其能量补偿值E2越大，打标的刻痕越深；由此可看出，使用能量补偿一次方程对其进行补偿是有效的。
同时，为了更好比对在距离打标区域中心O处的能量补偿为零，向右上方移动纸张以及改变系数a的大小，实际激光打标形状以及激光发射打标的位置中心O不变；从上往下、从右往左依次增加系数a，打标效果如图4所示；
由图4可看出，从上往下、从右往左依次增加系数a，中心区域O的打标位置标刻痕迹并无变化，边缘能量补偿只会对打标区域的非中心O处进行能量补偿。
实施例2
一种激光设备打标边缘的能量增强优化方法，包括：
步骤一：选定打标工作区域S，以打标工作区域中心为基点O，取得工作区域中心基点O的能量设定初始值E1；
步骤二：根据需要打标的目标物的材料进行计算实测，选择方程系数；
步骤三：通过补偿方程F(x)和选择的方程系数进行计算，计算后得到需补偿的能量值E2；
步骤四：计算后得到的需补偿的能量值E2越接近工作区域中心O，补偿的能量值E2应越少；越接近打标工作区域S的边缘，补偿的能量值E2应越大。
如附图5与6所示，本实施例2采用能量补偿二次方程，所述方法还包括：
步骤五'：选择能量补偿二次方程，其方程式为F(x)＝ax2+bx+c，其中，x为打标点，b与c等于零，F(x)为点x对应的补偿能量值E2，得到的能量值E2以抛物线的方式增长，越靠近打标工作区域S边缘，补偿的能量值E2增长速度越快；
在所述步骤四中，计算后得到的需补偿的能量值E2越接近工作区域中心O，补偿的能量值E2为零，则在中心O的能量保持为设定初始值E1；越接近打标工作区域S的边缘点A，若A点处的打标能量值为EA，则补偿的能量值E2＝E1-EA。
实施例3
一种激光设备打标边缘的能量增强优化方法，包括：
步骤一：选定打标工作区域S，以打标工作区域中心为基点O，取得工作区域中心基点O的能量设定初始值E1；
步骤二：根据需要打标的目标物的材料进行计算实测，选择方程系数；
步骤三：通过补偿方程F(x)和选择的方程系数进行计算，计算后得到需补偿的能量值E2；
步骤四：计算后得到的需补偿的能量值E2越接近工作区域中心O，补偿的能量值E2应越少；越接近打标工作区域S的边缘，补偿的能量值E2应越大。
如附图7与8所示，本实施例3采用能量补偿三次方程，所述方法还包括：
步骤五”：选择能量补偿三次方程，其方程式F(x)＝ax3+bx2+cx+d，其中，x为打标点，F(x)为点x对应的补偿能量值E2，得到的能量值E2以回归抛物线的方式增长，越靠近打标工作区域S边缘，补偿的能量值E2增长速度越快，增长速度比能量补偿二次方程快。
在所述步骤四中，计算后得到的需补偿的能量值E2越接近工作区域中心O，补偿的能量值E2为零，则在中心O的能量保持为设定初始值E1；越接近打标工作区域S的边缘点A，若A点处的打标能量值为EA，则补偿的能量值E2＝E1-EA。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (9)

1.一种激光设备打标边缘的能量增强优化方法，其特征在于：所述方法包括：
步骤一：选定打标工作区域S，以打标工作区域中心为基点O，取得工作区域中心基点O的能量设定初始值E1；
步骤二：根据需要打标的目标物的材料进行计算实测，选择方程系数；
步骤三：通过补偿方程F(x)和选择的方程系数进行计算，计算后得到需补偿的能量值E2；
步骤四：计算后得到的需补偿的能量值E2越接近工作区域中心O，补偿的能量值E2应越少；越接近打标工作区域S的边缘，补偿的能量值E2越大。
2.根据权利要求1所述的一种激光设备打标边缘的能量增强优化方法，其特征在于：所述补偿方程为能量补偿一次方程、能量补偿二次方程或能量补偿三次方程。
3.根据权利要求2所述的一种激光设备打标边缘的能量增强优化方法，其特征在于：若所述补偿方程为能量补偿一次方程，则方程式为F(x)＝ax+b，得到的能量值E2为直线增量；此时，所述方程系数为a与b。
4.根据权利要求2所述的一种激光设备打标边缘的能量增强优化方法，其特征在于：若所述补偿方程为能量补偿二次方程，则方程式为F(x)＝ax2+bx+c，得到的能量值E2以抛物线的方式增长，越靠近打标工作区域S边缘，补偿的能量值E2增长速度越快；此时，所述方程系数为a、b与c。
5.根据权利要求2所述的一种激光设备打标边缘的能量增强优化方法，其特征在于：若所述补偿方程为能量补偿三次方程，则方程式F(x)＝ax3+bx2+cx+d，得到的能量值E2以回归抛物线的方式增长，越靠近打标工作区域S边缘，补偿的能量值E2增长速度越快，增长速度比能量补偿二次方程快；此时，所述方程系数为a、b、c与d。
6.根据权利要求1所述的一种激光设备打标边缘的能量增强优化方法，其特征在于：在所述步骤四中，计算后得到的需补偿的能量值E2越接近工作区域中心O，补偿的能量值E2为零，则在中心O的能量保持为设定初始值E1；越接近打标工作区域S的边缘点A，若A点处的打标能量值为EA，则补偿的能量值E2＝E1-EA。
7.根据权利要求2所述的一种激光设备打标边缘的能量增强优化方法，其特征在于：使用所述能量补偿三次方程对打标区域S内的打标点x进行补偿，越远离中心O，在相同打标点x1处，其补偿值比能量补偿二次方程或能量补偿一次方程高。
8.根据权利要求2所述的一种激光设备打标边缘的能量增强优化方法，其特征在于：使用所述能量补偿二次方程对打标区域S内的打标点x进行补偿，越远离中心O，在相同打标点x2处，其补偿值比能量补偿一次方程高。
9.根据权利要求2所述的一种激光设备打标边缘的能量增强优化方法，其特征在于：所述补偿方程的常数项为零。
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