CN111347164A - 一种氧化锆陶瓷表面激光标记方法及激光设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种氧化锆陶瓷表面激光标记方法及激光设备，氧化锆陶瓷表面激光标记方法，包括：将氧化锆陶瓷定位并固定；调整工作激光的焦点，使工作激光的焦点落在氧化锆陶瓷的表面，工作激光采用绿光皮秒激光；对氧化锆陶瓷的表面进行坐标定位；设置工艺参数，工艺参数包括工作激光的扫描速度、平均功率、填充线间距和重复频率，使工作激光沿着预定标记图案对氧化锆陶瓷表面进行标记。激光设备包括工作台组件、加工组件、调节组件、及控制组件。与传统的陶瓷表面标记方法相比，本方案的方法工艺流程更加简单，加工效率高，精度高，且加工区域损伤小，能使标记质量更高，并且可以减少污染，提高自动化程度。

Description

一种氧化锆陶瓷表面激光标记方法及激光设备
技术领域
本发明属于激光加工技术领域，尤其涉及一种氧化锆陶瓷表面激光标记方法及激光设备。
背景技术
随着5G通信技术的发展，全国已公布52个5G试商用城市名单，5G技术最显著特点是信号传输速度快(传输速度为4G的10-100倍)，因其将采用3Ghz以上的频谱，其毫米波的波长很短，若5G终端采用常用的金属外壳会有非常严重的信号干扰，而陶瓷材料具有无信号屏蔽、硬度高、观感强及接近金属材料的优异散热性等特点使其成为手机企业进军5G时代的重要选择。
现有的陶瓷加工手段，根据加工原理的不同，可以分为机械加工方法、电火花加工方法、超声加工方法、激光加工方法等。机械加工的主要方法有车削、钻削、磨削、研磨和抛光,其优点在于速度快，成本低，但同时普遍存在着易使陶瓷材料碎裂的问题，无法满足定点、复杂结构、高精度的加工要求。电火花加工是利用电火花放电产生击穿作用进行刻蚀去除的加工过程。其优点是成本低，能进行精密加工。缺点是电火花加工过程中不断地产生气体、材料屑末和碳黑等污染物，且难以排出，容易对加工效率、加工结果和环境造成不利的影响。超声加工方法是靠磨料的冲击作用实现材料的去蚀，首先工具在电流的驱动下超声频小振幅的振动，迫使分散在工作液中的磨料对材料表面反复不停地进行冲击，逐渐使材料表面发生碎裂，进而脱离材料基体，实现去除。优点在于结构简单，缺点是加工速度较慢，不同材料需要不同的磨料，并且对于工具的磨损较为严重。以上方法均无法满足对黑色氧化锆陶瓷表面的加工需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种氧化锆陶瓷表面激光标记方法及激光设备，能够实现对黑色氧化锆陶瓷表面高效、高精度、高质量的标记加工。
为解决上述技术问题，本发明是这样实现的，提供一种氧化锆陶瓷表面激光标记方法，包括：
将所述氧化锆陶瓷定位并固定；
调整工作激光的焦点，使所述工作激光的焦点落在所述氧化锆陶瓷的表面，所述工作激光采用绿光皮秒激光；对所述氧化锆陶瓷的表面进行坐标定位；
设置工艺参数，所述工艺参数包括所述工作激光的扫描速度、平均功率、填充线间距和重复频率，使所述工作激光沿着预定标记图案对所述氧化锆陶瓷表面进行标记。
进一步地，所述将所述氧化锆陶瓷定位并固定包括：根据所述氧化锆陶瓷的大小和高度制作定位治具，用所述定位治具将所述氧化锆陶瓷固定于加工工位。
进一步地，还包括：在对所述氧化锆陶瓷表面进行标记前制作所述预定标记图案。
进一步地，所述设置工艺参数包括：将所述扫描速度设置为100-300mm/s，将所述平均功率设置为4-4.8w，将所述填充线间距设置为0.0001-0.001mm，将所述激光重复频率设置为300-800KHz。
进一步地，所述氧化锆陶瓷为黑色氧化锆陶瓷。
进一步地，所述工作激光的波长为532nm，脉冲宽度<10ps。
进一步地，提供一种激光设备，用于实现对氧化锆陶瓷表面的激光标记加工，包括：工作台组件、用于产生工作激光的加工组件、用于带动所述工作台组件和所述加工组件运动的调节组件、及控制组件；所述工作台组件用于将氧化锆陶瓷定位并固定；所述工作台组件由所述调节组件带动以调节所述氧化锆陶瓷与加工组件之间的空间关系，使所述工作激光的焦点落在所述氧化锆陶瓷的表面，所述工作激光采用绿光皮秒激光；所述加工组件对所述氧化锆陶瓷的表面进行坐标定位；向所述控制组件设置工艺参数和预定标记图案，所述工艺参数包括所述工作激光的扫描速度、平均功率、填充线间距和重复频率，所述控制组件根据所述工艺参数和所述预定标记图案控制所述调节组件驱动所述加工组件动作，使所述工作激光以所述工艺参数沿着所述预定标记图案对所述氧化锆陶瓷表面进行标记。
进一步地，所述加工组件包括绿光皮秒激光器和CCD定位相机，所述绿光皮秒激光器用于产生所述工作激光，所述CCD定位相机用于对所述氧化锆陶瓷的表面进行坐标定位。
进一步地，所述预定标记图案在CAD或Coreldraw制图软件上编辑相应的PLT图档后导入到所述控制组件内。
进一步地，所述激光设备还包括辅助吹气组件，所述辅助吹气组件用于产生经过激光加工点位且朝向所述工作台组件外的压缩空气。
本发明中氧化锆陶瓷表面激光标记方法及激光设备与现有技术相比，有益效果在于：
与传统的陶瓷表面标记方法相比，上述激光标记方法工艺流程更加简单，加工效率高，精度高，且加工区域损伤小，能使标记质量更高，并且可以减少污染，提高自动化程度。
附图说明
图1是本发明实施例中氧化锆陶瓷表面激光标记方法的流程示意图；
图2是本发明实施例中氧化锆陶瓷表面激光标记方法的子流程示意图一；
图3是本发明实施例中氧化锆陶瓷表面激光标记方法的子流程示意图二；
图4是本发明实施例中激光设备的结构示意图。
在附图中，各附图标记表示：1、工作台组件；2、加工组件；3、调节组件；4、控制组件；5、辅助吹气组件。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例：
在本实施例中，结合图1-3，提供一种氧化锆陶瓷表面激光标记方法，包括：
S1、将氧化锆陶瓷定位并固定；
S2、调整工作激光的焦点，使工作激光的焦点落在氧化锆陶瓷的表面，工作激光采用绿光皮秒激光；对氧化锆陶瓷的表面进行坐标定位；
S3、设置工艺参数，工艺参数包括工作激光的扫描速度、平均功率、填充线间距和重复频率，使工作激光沿着预定标记图案对氧化锆陶瓷表面进行标记。
与传统的陶瓷表面标记方法相比，上述激光标记方法工艺流程更加简单，加工效率高，精度高，且加工区域损伤小，能使标记质量更高，并且可以减少污染，提高自动化程度。
具体的，在本实施例中，步骤S1包括
S101：根据氧化锆陶瓷的大小和高度制作定位治具，用定位治具将氧化锆陶瓷固定于加工工位。不同的氧化锆陶瓷可以采用不同的定位治具，从而保证氧化锆陶瓷定位的准确性，提高加工精度和质量。
步骤S3还包括步骤S301：在对氧化锆陶瓷表面进行标记前制作预定标记图案。具体的，在本实施例中，采用CAD或Coreldraw等矢量制图软件制作预定标记图案，预定标记图案可以是文字、图形等。
在步骤S3过程中，设置工艺参数包括：将扫描速度设置为100-300mm/s，将平均功率设置为4-4.8w，将填充线间距设置为0.0001-0.001mm，将激光重复频率设置为300-800KHz。本实施例中，氧化锆陶瓷为黑色氧化锆陶瓷，在加工黑色氧化锆陶瓷的过程中，采用的工作激光的波长为532nm，脉冲宽度<10ps，扫描速度可以设置为120mm/s、140mm/s、160mm/s、180mm/s、200mm/s、220mm/s、240mm/s、260mm/s、280mm/s等，平均功率可以设置为4.1w、4.2w、4.3w、4.4w、4.5w、4.6w、4.7w等，填充线间距可以设置为0.0002mm、0.0003mm、0.0004mm、0.0005mm、0.0006mm、0.0007mm、0.0008mm、0.0009mm等，激光重复频率可以设置为350KHz、400KHz、450KHz、500KHz、550KHz、600KHz、650KHz、700KHz、750KHz等。采用激光在黑色氧化锆陶瓷表面打白的过程中，存在两个过程，激光热机制造成陶瓷分离形成白色氧化锆陶瓷粉末过程和粉末合成白色薄膜过程。两个过程同时进行，形成白色薄膜的质量取决于两者分离速度和合成速度的大小，若分离速度大于合成速度，则只是陶瓷简单去除，造成原色凹坑；若合成速度与分离速度接近，则形成的薄膜不牢固，容易断裂或吹散；若合成速度大于分离速度，则形成质量很好的白色薄膜层，达到黑色陶瓷表面标记白色的目的，而采用上述工艺参数可以达到合成速度大于分离速度，形成质量很好的白色薄膜层的效果，使得黑色氧化锆陶瓷表面标记后的图案L值达到85以上，各工艺参数可以根据实际加工的氧化锆材料进行调整，从而达到相应的效果。
在一些实施例中，采用的工作激光的波长可以在532nm-556nm之间，例如535nm、540nm、546nm、550nm等。
结合图4，为了实现对氧化锆陶瓷表面的激光标记加工，本实施例还提供一种激光设备，包括：工作台组件1、用于产生工作激光的加工组件2、用于带动工作台组件1和加工组件2运动的调节组件3、及控制组件4；
工作台组件1用于将氧化锆陶瓷定位并固定；
工作台组件1由调节组件3带动以调节氧化锆陶瓷与加工组件2之间的空间关系，使工作激光的焦点落在氧化锆陶瓷的表面，工作激光采用绿光皮秒激光；加工组件2对氧化锆陶瓷的表面进行坐标定位；
向控制组件4设置工艺参数和预定标记图案，工艺参数包括工作激光的扫描速度、平均功率、填充线间距和重复频率，控制组件4根据工艺参数和预定标记图案控制调节组件3驱动加工组件2动作，使工作激光以工艺参数沿着预定标记图案对氧化锆陶瓷表面进行标记。
具体的，加工组件2包括绿光皮秒激光器和CCD定位相机，绿光皮秒激光器用于产生工作激光，CCD定位相机用于对氧化锆陶瓷的表面进行坐标定位。
预定标记图案在CAD或Coreldraw制图软件上编辑相应的PLT图档后导入到控制组件4内。
激光设备还包括辅助吹气组件5，辅助吹气组件5用于产生经过激光加工点位且朝向工作台组件1外的压缩空气，从而将加工产生的粉末等吹离工作台组件1，保证加工质量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种氧化锆陶瓷表面激光标记方法，其特征在于，包括：
将所述氧化锆陶瓷定位并固定；
调整工作激光的焦点，使所述工作激光的焦点落在所述氧化锆陶瓷的表面，所述工作激光采用绿光皮秒激光；对所述氧化锆陶瓷的表面进行坐标定位；
设置工艺参数，所述工艺参数包括所述工作激光的扫描速度、平均功率、填充线间距和重复频率，使所述工作激光沿着预定标记图案对所述氧化锆陶瓷表面进行标记。
2.根据权利要求1所述的氧化锆陶瓷表面激光标记方法，其特征在于，所述将所述氧化锆陶瓷定位并固定包括：
根据所述氧化锆陶瓷的大小和高度制作定位治具，用所述定位治具将所述氧化锆陶瓷固定于加工工位。
3.根据权利要求1所述的氧化锆陶瓷表面激光标记方法，其特征在于，还包括：在对所述氧化锆陶瓷表面进行标记前制作所述预定标记图案。
4.根据权利要求1所述的氧化锆陶瓷表面激光标记方法，其特征在于，所述设置工艺参数包括：将所述扫描速度设置为100-300mm/s，将所述平均功率设置为4-4.8w，将所述填充线间距设置为0.0001-0.001mm，将所述激光重复频率设置为300-800KHz。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的氧化锆陶瓷表面激光标记方法，其特征在于，所述氧化锆陶瓷为黑色氧化锆陶瓷。
6.根据权利要求5所述的氧化锆陶瓷表面激光标记方法，其特征在于，所述工作激光的波长为532nm，脉冲宽度<10ps。
7.一种激光设备，用于实现对氧化锆陶瓷表面的激光标记加工，其特征在于，包括：工作台组件(1)、用于产生工作激光的加工组件(2)、用于带动所述工作台组件(1)和所述加工组件(2)运动的调节组件(3)、及控制组件(4)；
所述工作台组件(1)用于将氧化锆陶瓷定位并固定；
所述工作台组件(1)由所述调节组件(3)带动以调节所述氧化锆陶瓷与加工组件(2)之间的空间关系，使所述工作激光的焦点落在所述氧化锆陶瓷的表面，所述工作激光采用绿光皮秒激光；所述加工组件(2)对所述氧化锆陶瓷的表面进行坐标定位；
向所述控制组件(4)设置工艺参数和预定标记图案，所述工艺参数包括所述工作激光的扫描速度、平均功率、填充线间距和重复频率，所述控制组件(4)根据所述工艺参数和所述预定标记图案控制所述调节组件(3)驱动所述加工组件(2)动作，使所述工作激光以所述工艺参数沿着所述预定标记图案对所述氧化锆陶瓷表面进行标记。
8.根据权利要求7所述的激光设备，其特征在于，所述加工组件(2)包括绿光皮秒激光器和CCD定位相机，所述绿光皮秒激光器用于产生所述工作激光，所述CCD定位相机用于对所述氧化锆陶瓷的表面进行坐标定位。
9.根据权利要求7所述的激光设备，其特征在于，所述预定标记图案在CAD或Coreldraw制图软件上编辑相应的PLT图档后导入到所述控制组件(4)内。
10.根据权利要求7所述的激光设备，其特征在于，所述激光设备还包括辅助吹气组件(5)，所述辅助吹气组件(5)用于产生经过激光加工点位且朝向所述工作台组件(1)外的压缩空气。
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