CN113369701B - 在透明塑料制品上加工防伪图案的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在透明塑料制品上加工防伪图案的方法，包括步骤：获取目标图案；识别所述目标图案的线条，并将所述线条转换为点阵；用激光器在透明塑料制品的待加工区域内加工出激光点阵，所述激光点阵与所述点阵相对应，以在透明塑料制品上获得所述目标图案。本发明还公开了一种在透明塑料制品上加工防伪图案的装置，主要包括图案获取装置、图案转换装置和激光器，图案获取装置用于获取目标图案；图案转换装置用于识别所述目标图案的线条，并将所述线条转换为点阵；激光器与所述图案转换装置信号连接，且用于在透明塑料制品的待加工区域内加工出与所述点阵相对应的激光点阵，以在透明塑料制品上获得所述目标图案。

Description

在透明塑料制品上加工防伪图案的方法及装置

技术领域

本发明涉及激光微加工技术领域，具体涉及一种在透明塑料制品上加工防伪图案的方法及装置。

背景技术

在医疗器材、电子电器、汽车配件等行业经常会用到透明塑料制品，出于产品标识、品牌宣传等方面的考虑，经常需要在塑料制品上加工图案。随着技术水平的进步，图案加工的需求也朝着防伪、隐形等方向发展，需要在塑料制品上加工微型图案，现在针对塑料制品加工图案主要有以下几种方法：

1、传统丝印：通过印版图文部分的网孔使油墨漏印在透明塑料制品上，而印版上非图文部分网孔因封闭不能透过油墨，最终在透明塑料制品上形成目标图文。

2、热转印：使用热转印机通过热压力的方式将目标图案印在透明塑料制品上。

3、模具注塑：在模具指定位置凹下或凸起目标图案，注塑脱模后，透明塑料制品上与模具接触位置即形成目标图案。

上述三种加工图案的方法都存在相应的弊端，例如传统丝印方法需要定做网版，成本较高，制程中所使用的浆料、染料等污染较大；热转印方法会在透明塑料制品上产生明显热熔，加工出的图案有较强的凹凸感，不美观；而模具注塑的方法需要事先在模具上雕刻出同样的图案，当图案较复杂时，加工难度大，每加工一个图案就需要换一个模具，生产成本高，且该方法只能加工尺寸在0.4mm以上的图案，难以加工微型复杂图案。

因此，需要提供一种新的防伪图案加工方式，能够解决以上的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种在透明塑料制品上加工防伪图案的方法及装置，以解决现有技术中污染较大、不美观、成产成本较高、难以加工微型复杂图案的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种在透明塑料制品上加工防伪图案的方法，包括步骤：

获取目标图案；

识别所述目标图案的线条，并将所述线条转换为点阵；

用激光器在透明塑料制品的待加工区域内加工出激光点阵，所述激光点阵与所述点阵相对应，以在透明塑料制品上获得所述目标图案。

一种在透明塑料制品上加工防伪图案的装置，包括：

图案获取装置，用于获取目标图案；

图案转换装置，用于识别所述目标图案的线条，并将所述线条转换为点阵；以及

激光器，与所述图案转换装置信号连接，且用于在透明塑料制品的待加工区域内加工出与所述点阵相对应的激光点阵，以在透明塑料制品上获得所述目标图案。

实施本发明实施例，将具有如下有益效果：

本发明使用激光器在透明塑料制品上加工防伪图案，只需将目标图案导入本发明的装置内，即可在透明塑料制品上加工出对应的图案，避免像传统丝印那样污染环境，而且本发明的方法和装置能够适应多种目标图案，无需针对每一个图案更换模具，生产成本较低。

更重要的是，本发明将目标图案中的线条全部转换为点阵，也即，将线条用多个点来代替，加工难度降低，且加工效果更好，在激光器加工的过程中，可以避免在目标图案尺寸过小的情况下因激光器振镜精度不够而导致的图案变形问题，可用于加工尺寸较小的微型复杂图案。加工完成后，透明塑料制品表面基本不会有明显的凹凸感，使得目标图案具有一定的隐形效果，美观度较好，但在透明塑料制品逆光的情况下目标图案可见，使得目标图案能够较好的满足防伪识别的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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。

其中：

图1为一个实施例中在透明塑料制品上加工防伪图案的方法的流程图；

图2为一个实施例中将目标图案转换为点阵的效果示意图；

图3为另一个实施例中在透明塑料制品上加工防伪图案的方法的流程图；

图4为一个实施例中的在透明塑料制品上加工防伪图案的装置的结构框体。

具体实施方式

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的一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果所述特定姿态发生改变时，则所述方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个所述特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参照图1，本发明提出了一种在透明塑料制品上加工防伪图案的方法，该方法主要包括如下步骤：

步骤102，获取目标图案。

其中，目标图案就是待加工到透明塑料制品上的图案，该图案可以是由一个或者多个线条组成的，每个线条均可以是曲线或者直线。

步骤104，识别所述目标图案中的线条，并将所述线条转换为点阵。

在该步骤中，可以使用专门的图案处理软件，图案处理软件可以识别到目标图案中的所有线条，然后将各个线条转换为点阵，如图2所示，在保证目标图案整体尺寸不变的前提下，将目标图案中的每一个线条用多个间隔设置的点来代替。可避免传统的线条加工方式在加工微型图案的过程中容易出现因振镜精度不够而导致图形变形问题。

转换成的点阵中包括多个点，且点与点之间的距离为40um以上。点与点之间的距离小于40um时，容易导致在激光器加工的过程中透明塑料制品的局部热量过于集中而产生爆点现象。可以理解的，当目标图案较小时，点与点之间的距离也不可过大，因为点与点之间的距离过大会导致无法形成可识别的有效图案。

在具体的实施例中，点与点之间的距离可根据目标图案的大小而定，当目标图案较大时，点与点之间的距离可适当设置得大一些，使得激光器在透明塑料制品上较快地加工处目标图案；当目标图案较小时，点与点之间的距离可适当设置得小一些，使得点阵能够清晰地形成可识别的目标图案。

可以理解的，在同一个目标图案中，点与点之间的间隔可以是均匀的，也可以使不均匀的。例如，在同一个目标图案对应的点阵中，精细小巧的部位所对应的线条上的点间距可设置得较小，而外部大轮廓所对应的线条上的点间距可设置得较大些。

步骤106，用激光器在透明塑料制品的待加工区域内加工出激光点阵，所述激光点阵与所述点阵相对应，以在透明塑料制品上获得所述目标图案。

根据点阵的信息，激光器在透明料制品的待加工区域内加工出激光点阵，从而在透明塑料制品上获得目标图案。当然，该目标图案中的每一个线条全部都被多个激光点所组成的虚线所代替了。

本发明所提到的透明塑料制品可以是PC材料、PV材料或PE材料等制成的透明制品。优选的，在本实施例中，透明塑料制品为PC膜片，PC膜片由聚碳酸酯材料制成，具有高透明性、抗冲击性、耐热性、耐低温性以及优异的尺寸稳定性，可广泛应用于医疗器材、电子电器、汽车配件等行业。

本发明使用激光器在透明塑料制品上加工防伪图案，只需将目标图案导入，即可在透明塑料制品上加工出对应的图案，避免像传统丝印那样污染环境，而且本发明的方法能够适应多种目标图案，无需针对每一个图案更换模具，生产成本较低。更重要的是，本发明将目标图案中的线条全部转换为点阵，也即，将线条用多个点来代替，加工难度降低，且加工效果更好，在激光器加工的过程中，可以避免在目标图案尺寸过小的情况下因激光器振镜精度不够而导致的图案变形问题，可用于加工尺寸较小的微型复杂图案。加工完成后，透明塑料制品表面基本不会有明显的凹凸感，使得目标图案具有一定的隐形效果，美观度较好，但在透明塑料制品逆光的情况下目标图案可见，使得目标图案能够较好的满足防伪识别的需求。

如图3所示，在一个实施例中，提出了一种在透明塑料制品上加工防伪图案的方法，该方法包括：

步骤202，获取目标图案。

步骤204，识别所述目标图案的线条，并将所述线条转换为点阵。

步骤206，将测试制品放置在平台上，将平台移动至预设位置。

其中，测试制品可以是透明塑料制品，也可以是与透明塑料制品相似的其他东西，仅用于测试激光器的工作位置是否正确。预设位置是提前设定好的限位位置，例如，可将一个限位块固定在某一位置，当平台与该限位块抵接时，平台即位于预设位置处。平台移动至预设位置的过程可以是由操作人员手动移动，也可以将平台连接于移动设备，由移动设备驱动平台进行自动移动。

步骤208，开启激光器，观察所述激光器发射出的光束是否落在所述测试制品的目标位置上。当所述激光器发射出的光束未落在所述测试制品的目标位置上时，进入步骤210，当激光器发射出的光束落在测试制品的目标位置时，进入步骤212。

其中，当激光器发射出的光束落在测试制品的目标位置，则代表激光器发出的光束与预设位置处的测试制品的相对位置正确；当激光器发射出的光束未落在测试制品的目标位置，则代表激光器发出的光束与预设位置处的测试制品的相对位置不正确。

步骤210，调整预设位置，并使所述平台再次移动至调整后的预设位置；或者，调整所述激光器的位置；或者，调整目标图案，然后返回步骤208。

当激光器发出的光束与预设位置处的测试制品的相对位置不正确时，可以采取三种措施来调整激光器发出的光束与预设位置处的测试制品之间的相对位置。第一种方式就是改变预设位置，也即改变限位块的位置，然后移动平台，使平台重新与限位块抵接。第二种方式就是直接改变激光器的位置，使激光器发射出的光线落在测试制品的目标位置处。第三种方式可以调节步骤S202中获取的目标图案，例如改变目标图案的坐标，当目标图案的坐标改变时，与目标图案所对应的点阵也会发生改变，相应的，受点阵信息控制的激光器发出的光束也会相应偏移。

步骤212，标记当前的预设位置为加工位置。

步骤214，从所述平台上取下所述测试制品，将透明塑料制品放置在所述平台上。

步骤206-212是在正式加工前的一个调试过程，在后续透明塑料制品的正式加工过程中，可保持加工位置、激光器的位置以及目标图案不变，无需再进行步骤206-212，直接将透明塑料制品放在平台上，并使平台保持在加工位置处，激光器可直接在塑料制品上进行加工，可适用于大批量生产。

为便于批量透明塑料制品的加工，可使平台在上料位置和加工位置之间来回移动。在步骤214中，可将所述平台移动至上料位置，并从所述平台上取下所述测试制品，在上料位置处将透明塑料制品放置在所述平台上，然后将平台移动至所述加工位置，加工完成后，可使平台再次移回上料位置取料，并在平台上放置新的待加工的透明塑料制品。

步骤216，用激光器在透明塑料制品的待加工区域内加工出激光点阵，激光点阵与点阵相对应，以在透明塑料制品上获得所述目标图案。

在激光器对透明塑料制品加工之前，可使用压块把透明塑料制品压平，保证没有褶皱或者翘起，保证图案加工的精准度。可以理解的，压块需要压在透明塑料制品的非加工区域，避免压块挡到激光光束。

在一实施例中，平台上设置有镂空治具，镂空治具具有镂空区。在步骤214中，可以将透明塑料制品放置在镂空治具上，并使透明塑料制品的待加工区域正对镂空治具的镂空区。优选的，镂空治具的镂空区的尺寸需要大于透明塑料制品的待加工区域的尺寸，在镂空治具上放置透明塑料制品时，需要保证待加工区域在所述镂空治具上的投影全部位于所述镂空区内，从而使待加工区域在加工的过程中处于镂空状态，避免激光器发出的光束的能量反射后再作用于透明塑料制品。

在一实施例中，激光器选用波长为355nm的紫外纳秒激光器，该激光器的紫外激光脉宽达到纳秒级，具有较高的峰值功率，热影响较小，加工精度高，在微型图案加工方面具有较好的优势。所述激光器的光束质量M2介于1.1～1.4之间。优选的，激光器的光束质量M2介于1.1～1.2之间，光束质量M2越接近1，激光器发出的光束越接近单模高斯光束，光束的可聚焦性越好，从而可以实现更好的加工效果。同时，在激光器上装配焦距为100mm的平面聚焦透镜，聚焦透镜的焦距与光束聚焦后的光斑尺寸呈正相关，采用焦距为100mm的聚焦透镜可以得到较小的光斑尺寸，有利于加工出微型图案。

在一实施例中，在透明塑料制品上加工出激光点阵之前，可使激光器开机预热15-30分钟，一般情况下预热20分钟，使激光器达到一个较稳定的工作状态之后再开始点阵的加工，同时还需要调节激光器与透明塑料制品之间的距离，使得激光器发出的光束能够聚焦在透明塑料制品上。例如，可在透明塑料制品上放置一个遮光片，使激光器对遮光片进行镭射，在对遮光片镭射的过程中，不断调整激光器和遮光片之间的距离，找到所述激光器发射出的光束在所述遮光片上呈现最亮的光斑且能听到最清晰的声音时的聚焦位置，然后将激光器固定在聚焦位置，并将遮光片从透明塑料制品上取走。可以理解的，为了保证激光器在遮光片上聚焦就基本等于激光器能够在透明塑料制品上聚焦，遮光片厚度不能太厚，至少不能超过1mm。在本实施例中，遮光片的厚度为0.2mm。遮光片的材质为金属，金属的遮光片在镭射的过程中容易发出声音，有助于调试人员更好地判断聚焦位置。

在激光器工作的过程中，可开启加工环境中的空调，保证加工环境温度稳定，有利于激光器在加工过程中进行散热，保证加工的稳定性和一致性。

为保证激光器在透明塑料制品上加工出激光点阵，需要事先设定激光器的工艺参数，使得激光器以单脉冲的方式发射光束。并调整所述激光器的输出功率、开光延时、关光延时以及打点时间，以对所述激光器的单脉冲能量进行调节，使得所述激光器以单脉冲的方式加工出的激光点的深度为5um～10um。单脉冲能量与单点加工深度呈正相关，控制单点加工深度在5um～10um可以保证产品加工后无触感的同时具有一定隐形效果，逆光可见。

具体的，将激光器的输出功率设置为0.2W～3W，功率低于0.2W时，难以在透明PC膜上加工出图案痕迹，功率高于3W时，瞬间过高的激光热量容易使透明PC膜出现烧融，影响外观。将激光器的输出频率设置为5KHz～150KHz，输出频率在较宽的范围内可调，输出频率高于150KHz时，单个激光脉冲的能量较小，不利于激光加工出痕迹，输出频率低于5KHz时，单个激光脉冲的能量较高，容易破坏透明塑料制品。可将激光器的开光延时设置为0us以下，将关光延时设置为0us以上，开光延时越小、关光延时越大，则激光器加工出的痕迹越深，开光延时越大、关光延时越小，则激光器加工出的痕迹越浅。需要说明的是，开光延时的设置数值为正值时，代表激光器延迟出光，开光延时的设置数值为负值时，代表激光器提前出光。同理，关光延时的设置数值为正值时，代表激光器延迟关光，关光延时的设置数值为负值时，代表激光器提前关光。激光器的振镜扫描速度为10mm/s～4000mm/s，振镜扫描速度高于4000mm/s时，容易形成激光点拖尾，加工效果较差，振镜扫描速度低于10mm/s时，加工效率较低，不适合批量生产。

在一实施例中，激光器的工艺参数如下：输出功率为0.9W、输出频率为20KHz、开光延时为-80us(激光器提前80us出光)、关光延时为100us、振镜扫描速度为300mm/s、打点时间为0.2ms。

本实施例在透明塑料制品上可以加工的最小图案尺寸为40um*40um，图案尺寸能够达到亚微米级，可有效实现防伪、隐形的效果。

在一实施例中，在用激光器在透明塑料制品的待加工区域内加工出所述激光点阵时，使用吹气装置将加工过程中产生的浮粒吹走。具体的，可将吹气装置的吹气口对准透明塑料制品的待加工区域，在激光器工作时开启吹气装置，从而将加工过程中产生的浮粒吹离待加工区域，避免浮粒影响激光能量。

进一步的，在用激光器在透明塑料制品的待加工区域内加工出所述激光点阵时，还可使用抽吸装置将加工过程中产生的浮粒吸走，避免浮粒乱飞。优选的，可同时使用吹气装置和抽吸装置，并使吹气装置的吹气口与抽吸装置的抽吸口正对，抽吸装置和吹气装置同时工作，可更迅速地使浮粒离开待加工区域。

在一实施例中，还需要对加工后的透明塑料制品进行检查，看其是否符合要求。首先，使用显微镜观察透明塑料制品上的所述激光点阵中的各个激光点是否分布均匀且形状一致、图案是否完整清晰；当所述激光点阵中的各个激光点分布均匀且形状一致、图案完整清晰时，代表该透明塑料制品为合格品，可将透明塑料制品放置于成品区；否则，将透明塑料制品放置于观察区。

在一实施例中，对图案的防伪要求比较高，需要严格控制透明塑料制品上的激光点阵中的各个激光点的深度是否符合预设深度，当所述激光点阵中的各个激光点的深度均满足预设深度时，将透明塑料制品放置于成品区；否则，将将透明塑料制品放置于观察区。例如，激光点的预设深度为5-10um，可使用深度测量仪器测量各个激光点的深度是在此范围内。

本发明以激光点阵的方式对目标图案中的线条进行替换，设置合适的激光点间距，通过精确控制单脉冲能量，在透明塑料制品上加工出均匀的激光点痕迹，且单点加工深度为5um～10um，数量众多的激光点组成完整的加工图案，肉眼直接观察较难发现图案，在特定角度逆光看，激光点对光照反射，可以被肉眼识别。该方法加工的图形尺寸小，加工后产品表面无触感，具有一定的隐形效果，生产工艺稳定，可以用于在透明塑料制品上加工最小尺寸达到40um*40um的微型防伪图案。

如图4所示，本发明还提供了一种在透明塑料制品上加工防伪图案的装置，主要包括图案获取装置301、图案转换装置302和激光器304，其中，图案获取装置301用于获取目标图案；图案转换装置302用于识别所述目标图案的线条，并将所述线条转换为点阵；激光器304与所述图案转换装置302信号连接，且用于在透明塑料制品的待加工区域内加工出与所述点阵相对应的激光点阵，以在透明塑料制品上获得所述目标图案。

可以理解的，本发明的装置还包括控制器303，该控制器303与图案转换装置302和激光器304连接，用于根据图案转换装置转换出的点阵控制激光器的动作，从而使激光器能够在透明塑料制品上加工出与点阵相对应的激光点阵。

进一步的，本发明的装置还包括移动平台、限位块、升降装置、吹气装置和抽吸装置，其中，移动平台用于承载透明塑料制品，且用于带动透明塑料制品移动。限位块用于对移动平台进行定位，当移动平台与限位块抵接时，移动平台上的透明塑料制品刚好位于加工位置。升降装置连接于激光器，用于调节激光器与加工位置处的透明塑料制品之间的距离，使得激光器能够聚焦于透明塑料制品的表面，例如，激光器从塑料制品的上方对塑料制品进行加工时，激光器的光束是聚焦于塑料制品的上表面。吹气装置和抽吸装置设置于加工位置的相对两侧，且吹气装置的吹气口和抽吸装置的抽吸口均朝向加工位置设置。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种在透明塑料制品上加工防伪图案的方法，其特征在于，包括：

获取目标图案；

识别所述目标图案的线条，并将所述线条转换为点阵；

将透明塑料制品放置在具有镂空区的镂空治具上，并使透明塑料制品的待加工区域正对所述镂空区；

设定激光器的工艺参数，使激光器以单脉冲的方式发射光束；

调整所述激光器的输出功率、开光延时、关光延时以及打点时间，将激光器的输出频率设置为5KHz～150KHz，以对所述激光器的单脉冲能量进行调节，使得所述激光器以单脉冲的方式加工出的激光点的深度为5um～10um；

用激光器在透明塑料制品的待加工区域内加工出激光点阵，所述激光点阵与所述点阵相对应，以在透明塑料制品的表面上获得所述目标图案；

使用深度测量仪器测量各个激光点的深度是否符合预设深度。

2.如权利要求1所述的在透明塑料制品上加工防伪图案的方法，其特征在于，所述激光点阵包括多个激光点，且相邻两个所述激光点之间的距离为40um以上。

3.如权利要求1所述的在透明塑料制品上加工防伪图案的方法，其特征在于，在所述用激光器在透明塑料制品的待加工区域内加工出所述激光点阵之前，还包括：

将测试制品放置在平台上，将所述平台移动至预设位置；

开启所述激光器，观察所述激光器发射出的光束是否落在所述测试制品的目标位置上；

当所述激光器发射出的光束未落在所述测试制品的目标位置上时，调整预设位置，并使所述平台再次移动至调整后的预设位置；或者，调整所述激光器的位置；或者，调整目标图案；直到所述激光器发射出的光束落在所述测试制品的目标位置上为止；

标记当前的预设位置为加工位置；

将透明塑料制品放置在所述平台上，并使所述平台位于所述加工位置。

4.如权利要求1所述的在透明塑料制品上加工防伪图案的方法，其特征在于，所述用激光器在透明塑料制品的待加工区域内加工出所述激光点阵之前，还包括：

调节所述激光器与透明塑料制品之间的距离，使得所述激光器的光束聚焦于透明塑料制品的表面。

5.如权利要求1所述的在透明塑料制品上加工防伪图案的方法，其特征在于，所述用激光器在透明塑料制品的待加工区域内加工出所述激光点阵之前，还包括：

在透明塑料制品上放置遮光片，使所述激光器对所述遮光片进行镭射；

在镭射的过程中调整所述激光器与所述遮光片之间的距离，找到所述激光器发射出的光束在所述遮光片上呈现最亮的光斑且能听到最清晰的声音时的聚焦位置；

将所述激光器固定在所述聚焦位置；

从透明塑料制品上取走所述遮光片。

6.如权利要求1所述的在透明塑料制品上加工防伪图案的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述激光器在透明塑料制品的待加工区域内加工出所述激光点阵的同时，使用吹气装置将加工过程中产生的浮粒吹离透明塑料制品；

和/或，

在所述激光器在透明塑料制品的待加工区域内加工出所述激光点阵的同时，将加工过程中产生的浮粒吸入抽吸装置内。

7.一种在透明塑料制品上加工防伪图案的装置，其特征在于，包括：

图案获取装置，用于获取目标图案；

图案转换装置，用于识别所述目标图案的线条，并将所述线条转换为点阵；

镂空治具，具有镂空区，用于放置透明塑料制品，并使所述透明塑料制品的待加工区域正对所述镂空区；

激光器，与所述图案转换装置信号连接，且用于在透明塑料制品的待加工区域内加工出与所述点阵相对应的激光点阵，以在透明塑料制品的表面上获得所述目标图案，所述激光器的输出频率设置为5KHz～150KHz，并能够以单脉冲的方式加工出的激光点的深度为5um～10um；以及

深度测量仪器，所述深度测量仪器用于测量各个激光点的深度是否符合预设深度。