CN114425655A - 一种脆性材料的激光标记方法及激光标记系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于激光标记技术领域，涉及一种脆性材料的激光标记方法及激光标记系统，脆性材料的待加工工件包括层叠设置的第一层和第二层，其中，第一层采用脆性透明材料制成，第二层采用有色材料制成；激光标记方法包括如下步骤：安装、调整所述待加工工件至目标加工位置，待加工工件设置有第二层的一侧远离激光器；通过激光器射出激光光束，激光光束穿过第一层后在第二层上进行标记以得到目标标记图案。该脆性材料的激光标记方法及激光标记系统提供的技术方案能够在脆性材料如玻璃上得到目标标记图案的同时，避免直接在脆性材料上进行标记造成的损伤，从而有效避免影响脆性材料的强度和表面平整度；具有加工效率高、加工精度高、加工损伤较低的特点。

Description

一种脆性材料的激光标记方法及激光标记系统

技术领域

本发明涉及激光标记技术领域，尤其涉及一种脆性材料的激光标记方法及激光标记系统。

背景技术

随着电子行业的飞速发展，人们对电子产品外观要求越来越高，对于手机行业，传统的塑料或金属材质的后盖已经逐渐被淘汰。而陶瓷、玻璃等脆性材料因外形美、质地好、无信号干扰等优势逐渐占领手机市场。现有技术中，通常需要对手机后盖表面进行图形、文字、LOGO标记。传统材料如塑料、金属、等均可以在表面直接进行激光标记。而针对一些脆性材质的产品如玻璃后盖，由于玻璃自身的强度、质感等问题，现有的标记方法会导致降低玻璃强度以及影响玻璃的表面平整度。

发明内容

本发明实施例的目的在于解决现有脆性材料的标记方法会导致降低脆性材料强度以及影响脆性材料表面平整度的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种脆性材料的激光标记方法，采用了如下所述的技术方案：

该脆性材料的激光标记方法包括如下步骤：

安装、调整所述待加工工件至目标加工位置，所述待加工工件设置有所述第二层的一侧远离激光器；

通过所述激光器射出激光光束，所述激光光束穿过所述第一层后在所述第二层上进行标记以得到目标标记图案。

作为上述技术方案的进一步改进，在所述安装、调整所述待加工工件至目标加工位置的步骤之后，以及在所述通过所述激光器射出激光光束的步骤之前，所述激光标记方法还包括如下步骤：

调整激光焦点；于靠近所述第一层的一侧，调整所述激光焦点使所述激光焦点位于所述第二层表面的目标区域。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第二层包括具有颜色的油墨层。

作为上述技术方案的进一步改进，采用的所述激光器为紫外激光器。

作为上述技术方案的进一步改进，采用的所述激光器为紫外皮秒激光器，所述紫外皮秒激光器的波长为355nm，脉冲宽度<10ps。

作为上述技术方案的进一步改进，所述通过所述激光器射出激光光束，所述激光光束穿过所述第一层后在所述第二层上进行标记以得到目标标记图案的步骤具体包括如下步骤：

根据预设激光标记参数和预设标记图案规划目标加工路径；

根据所述目标加工路径，通过所述激光器射出激光光束，所述激光光束穿过所述第一层后在所述第二层上进行标记以得到目标标记图案。

作为上述技术方案的进一步改进，所述根据预设激光标记参数和预设标记图案规划目标加工路径的步骤具体包括如下步骤：

通过视觉定位系统对待加工工件进行定位并得到定位信息；

处理所述定位信息，并根据预设激光标记参数和预设标记图案规划目标加工路径。

作为上述技术方案的进一步改进，在所述通过所述激光器射出激光光束，所述激光光束穿过所述第一层后在所述第二层上进行标记以得到目标标记图案的步骤中，所述激光器的平均激光功率为0.1～0.4W。

作为上述技术方案的进一步改进，所述激光器的激光重复频率为300～600KHz，激光扫描速度为600～1000mm/s，填充线间距为0.01～0.03mm。

为了解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种激光标记系统，采用了如下所述的技术方案：该激光标记系统用于执行上述的激光标记方法；所述激光标记系统包括激光器、加工平台和控制系统；

所述激光器用于发出激光光束对待加工工件进行激光标记；

所述加工平台用于安装待加工工件；

所述控制系统与所述激光器、所述加工平台电连接。

与现有技术相比，本发明实施例提供的脆性材料的激光标记方法及激光标记系统主要有以下有益效果：

该脆性材料的激光标记方法通过在待加工工件的第一层如玻璃上设置有色材料的第二层，并通过激光器射出激光光束穿过第一层后在第二层上进行标记得到目标标记图案，能够在脆性材料如玻璃上得到目标标记图案的同时，避免直接在脆性材料如玻璃上进行标记造成的损伤，从而能够有效避免影响脆性材料如玻璃的强度和表面平整度；综上，该性材料的激光标记方法及激光标记系统具有加工效率高、加工精度高、加工质量好、加工损伤较低的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明中的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明一个实施例中脆性材料的激光标记方法的流程示意图；

图2是本发明另一个实施例中脆性材料的激光标记方法的流程示意图；

图3是本发明一个实施例中的激光标记系统的示意简图。

附图中的标号如下：

1、激光光束；2、待加工工件；21、第一层；22、第二层。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文在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，例如，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“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。本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中，当元件被称为“固定于”或“安装于”或“设置于”或“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接位于该另一个元件上。例如，当一个元件被称为“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接连接到该另一个元件上。

此外，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。

需说明的是，该激光标记方法主要用于对玻璃进行激光标记，从而在玻璃上形成图形、文字或LOGO等图标。当然，在其他实施例中，还可以对其他脆性透明材料的产品进行标记。

本发明实施例提供一种脆性材料的激光标记方法，如图1和图3所示，其中，脆性材料的待加工工件2包括层叠设置的第一层21和第二层22，其中，第一层21采用脆性透明材料制成，该第一层21例如为玻璃产品，第二层22采用有色材料制成；该激光标记方法包括如下步骤：

S100、安装、调整待加工工件2至目标加工位置，待加工工件2设置有第二层22的一侧远离激光器。可以理解地，待加工工件2设置有第二层22的一侧远离激光器，即是指将待加工工件2的第一层21远离第二层22的一侧朝向激光器，由于第一层21采用脆性透明材料制成，使得激光器射出的激光光束1能够穿过第一层21后到达第二层22。具体在本实施例中，可以通过将待加工工件2放置于治具上，以使待加工工件2位于激光器的激光辐射区域，待加工工件2设置有第二层22的一侧远离激光器。

S200、通过激光器射出激光光束1，激光光束1穿过第一层21后在第二层22上进行标记以得到目标标记图案。

可以理解地，该激光标记方法的工作原理大致如下：该激光标记方法首先将待加工工件2安装、调整至激光器的激光辐射区域，其中，待加工工件2设置有第二层22的一侧远离激光器，即该待加工工件2的第一层21远离第二层22的一侧朝向激光器，通过激光器射出激光光束1，激光光束1穿过第一层21后在第二层22上进行标记以得到目标标记图案，随后将标记完成后的待加工工件2取出留到后续加工工序。

综上，相比现有技术，该激光标记方法至少具有以下有益效果：该激光标记方法通过在待加工工件2的第一层21如玻璃上设置有色材料的第二层22，并通过激光器射出激光光束1穿过第一层21后在第二层22上进行标记得到目标标记图案，能够在脆性材料如玻璃上得到目标标记图案的同时，避免直接在脆性材料如玻璃上进行标记造成的损伤，从而能够有效避免影响脆性材料如玻璃的强度和表面平整度；总之，该激光标记方法具有加工效率高、加工精度高、加工质量好、加工损伤较低的特点。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在一些实施例中，如图2所示，在步骤S100之后，以及在步骤S200之前，激光标记方法还包括如下步骤：

S110、调整激光焦点；于靠近第一层21的一侧，调整激光焦点使该激光焦点位于第二层22表面的目标区域。可以理解地，将激光光束1的焦点设置于第二层22表面的目标区域，以使激光光束1能够对第二层22进行精确标记得到目标标记图案，且能够有效避免激光光束1在加工过程中对第一层21造成伤害，从而降低对第一层21的热影响，因此能够有效避免影响玻璃的强度和表面平整度。

在一些实施例中，如图2所示，在步骤S110中，该调整激光焦点的步骤具体包括如下步骤：

调节激光焦点的位置落在第一层21远离第二层22的表面；

具体在本实施例中，调整激光焦点的位置落在玻璃远离第二层22的表面；

再根据第一层21的厚度微调激光焦点的位置使激光焦点落在第二层22靠近第一层21的表面。

可以理解地，通过两次调节激光器的位置，以使激光焦点能够准确落在第二层22的表面，从而对第二层22进行精确标记得到目标标记图案，避免影响第一层21的强度和表面平整度。具体在本实施例中，可以通过升降装置对激光器的高度进行调整。当然，在其他实施例中，也可以通过对待加工工件2的高度进行调整，以使激光焦点的位置落在第二层22靠近第一层21的表面。

在一些实施例中，第二层22包括具有颜色的油墨层；需要说明的是，该油墨层具体可以通过印刷等方式印刷于第一层21如玻璃上，具有制备简单、成本低的特点。可以理解地，通过在具有颜色的油墨层的表面采用激光进行标记形成目标标记图案，能够提高目标标记图案的清晰度。具体地，该油墨层可以为红色油墨层、黑色油墨层、黄色油墨层等。优选的，该油墨层优选为黑色油墨层。

在一些实施例中，采用的激光器为紫外激光器。紫外激光器具有热影响区域小、光斑小、光束质量高的特点，因此能够有效聚焦于第二层22上进行激光标记，能够降低加工时对第一层21造成的热影响，具有标记质量高、精度高的特点。

在一些实施例中，采用的激光器为紫外皮秒激光器，紫外皮秒激光器的波长为355nm，脉冲宽度<10ps。可以理解地，紫外皮秒激光器具有光斑小、皮秒级超短脉宽、重复频率可调、脉冲能量高的特点，能够对第二层22形成良好的标记图案，进一步降低对第一层21如玻璃的热影响。当然，在其他实施例中，该紫外激光器也可以选用紫外飞秒激光器。

在一些实施例中，如图2所示，在步骤S200中，通过激光器射出激光光束1，激光光束1穿过第一层21后在第二层22上进行标记以得到目标标记图案的步骤具体包括如下步骤：

S210、根据预设激光标记参数和预设标记图案规划目标加工路径。

具体地，该预设标记图案可以通过如下步骤得到：确认所需标记的待加工工件2形状、厚度及标记图案，在激光软件或CorelDRAW、CAD等制图软件中编辑对应的目标二维矢量图、并输出存储为激光器可读取格式的标记图档。预设激光标记参数具体包括激光扫描速度、激光平均功率、填充线间距和激光重复频率等。将该存储有标记图案的标记图档导入至控制系统，控制系统对该标记图档中的标记图案进行读取，并根据预设激光标记参数和该预设标记图案规划目标加工路径。

S220、根据目标加工路径，通过激光器射出激光光束1，激光光束1穿过第一层21后在第二层22上进行标记以得到目标标记图案。需要说明的是，作为一个实施例，具体可以将待加工工件2放置在运动平台上，通过控制运动平台沿该目标加工路径运动，从而通过激光光束1对待加工工件2进行标记。当然，在其他实施例中，可以通过激光光束1沿加工路径移动以对待加工工件2进行标记，如通过振镜系统控制该激光光束1沿加工路径对待加工工件2进行标记。

在一些实施例中，如图2所示，在步骤S210中，根据预设激光标记参数和预设标记图案规划目标加工路径的步骤具体包括如下步骤：

S211、通过视觉定位系统对待加工工件2进行定位并得到定位信息；

S212、处理定位信息，并根据预设激光标记参数和预设标记图案规划目标加工路径。

可以理解地，可以通过视觉定位系统对待加工工件2进行视觉定位确定标记位点；具体地，该视觉定位系统通过CCD相机与镜头组合使用，其中，CCD(Charge CoupledDevice)，称为图像传感器，是一种半导体器件，可以直接将光信号转换为模拟电流信号，电流信号经过放大和模数转换，实现图像的获取、存储、传输、处理和复现，因此通过CCD相机与镜头组合使用能够准确、清晰地拍摄待加工工件2的图像信息，以便能够对待加工工件2进行精准识别定位，以保证加工质量与精度。具体在本实施例中，将待加工工件2固定于治具上，治具的形状根据待加工工件2的大小及高度对应设置，且待加工工件2位于镜头的下方，便于镜头对待加工工件2进行图像捕捉及成像。此外，该视觉定位系统还可以通过配合使用光源投射到待加工工件2上，以进一步提高成像质量。

在一些实施例中，在通过激光器射出激光光束1，激光光束1穿过第一层21后在第二层22上进行标记以得到目标标记图案的步骤中，激光器的平均激光功率为0.1～0.4W。可以理解地，以第一层21为玻璃，第二层22为油墨层为例，在通过激光光束1对待加工工件2进行激光标记过程中，存在两个损伤阈值，玻璃损伤阈值和油墨损伤阈值，其中玻璃损伤阈值远大于油墨损伤阈值；因此，在进行激光标记时，将平均激光功率设置在0.1～0.4W之间，例如可以为0.1W、0.2W、0.3W、0.4W等，使得激光光束1的激光能量在油墨损伤阈值附近，以能够在油墨层的表面形成标记。当激光能量大于玻璃损伤阈值时，激光会在玻璃表面标记，导致损伤玻璃；当激光能量小于玻璃损伤阈值而大于油墨损伤阈值，油墨会因激光产生的热量排不出去而在油墨背面起泡；激光能量小于油墨损伤阈值时，油墨表面标记不清晰或者标记不上。

由于待加工工件2的自身结构特性，因此在进行激光标记的过程中，激光的重复频率、速度和填充线间距均会影响标记效果。因此，在一些实施例中，激光器的激光重复频率为300～600KHz，例如可以为300KHz、350KHz、400KHz、450KHz、500KHz、550KHz、600KHz等；激光扫描速度为600～1000mm/s，例如可以为600mm/s、700mm/s、800mm/s、900mm/s、1000mm/s等；填充线间距为0.01～0.03mm，例如可以为0.01mm、0.02mm、0.03mm等。可以理解地，填充线间距为0.01～0.03mm，使得能够在待加工工件2的第二层22表面打出宽度为0.01～0.03mm的标记。因此，通过设置激光器的激光重复频率为300～600KHz，激光扫描速度为600～1000mm/s，填充线间距为0.01～0.03mm，能够进一步提高标记质量和标记效率。

综上，针对本发明提供的一种脆性材料的激光标记方法，如图2所示，采用如下一个具体实施例进行说明：

S100、安装、调整待加工工件2至目标加工位置，待加工工件2设置有第二层22的一侧远离激光器；

S110、调整激光焦点；于靠近第一层21的一侧，调整激光焦点使激光焦点位于第二层22表面的目标区域；

S211、通过视觉定位系统对待加工工件2进行定位并得到定位信息；

S212、处理定位信息，并根据预设激光标记参数和预设标记图案规划目标加工路径；

S220、根据目标加工路径，通过激光器射出激光光束1，激光光束1穿过第一层21后在第二层22上进行标记以得到目标标记图案。

基于上述的激光标记方法，本发明实施例还提供一种激光标记系统，其中，该激光标记系统用于执行上述的激光标记方法，激光标记系统包括激光器、加工平台和控制系统。激光器用于发出激光光束1对待加工工件2进行激光标记；加工平台用于安装待加工工件2；其中，待加工工件2包括层叠设置的第一层21和第二层22，第一层21采用脆性透明材料制成，第二层22采用有色材料制成，待加工工件2设置有第二层22的一侧远离激光器；控制系统与激光器、加工平台电连接，根据目标加工路径，控制系统控制激光器射出激光光束1对待加工工件2进行标记以得到目标标记图案。

综上，相比现有技术，该激光标记系统至少具有以下有益效果：该激光标记系统通过采用上述的激光标记方法，通过在脆性透明材料的第一层21如玻璃上设置有色材料的第二层22，并通过激光器射出激光光束1穿过第一层21后在第二层22上进行标记得到目标标记图案，能够在脆性材料如玻璃上得到目标标记图案的同时，避免直接在脆性材料如玻璃上进行标记造成的损伤，从而能够有效避免影响脆性材料如玻璃的强度和表面平整度；总之，该激光标记系统具有加工效率高、加工精度高、加工质量好、加工损伤较低的特点。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种脆性材料的激光标记方法，其特征在于，脆性材料的待加工工件包括层叠设置的第一层和第二层，其中，所述第一层采用脆性透明材料制成，所述第二层采用有色材料制成；所述激光标记方法包括如下步骤：

安装、调整所述待加工工件至目标加工位置，所述待加工工件设置有所述第二层的一侧远离激光器；

通过所述激光器射出激光光束，所述激光光束穿过所述第一层后在所述第二层上进行标记以得到目标标记图案。

2.根据权利要求1所述的激光标记方法，其特征在于，在所述安装、调整所述待加工工件至目标加工位置的步骤之后，以及在所述通过所述激光器射出激光光束的步骤之前，所述激光标记方法还包括如下步骤：

调整激光焦点；于靠近所述第一层的一侧，调整所述激光焦点使所述激光焦点位于所述第二层表面的目标区域。

3.根据权利要求1所述的激光标记方法，其特征在于，所述第二层包括具有颜色的油墨层。

4.根据权利要求1所述的激光标记方法，其特征在于，采用的所述激光器为紫外激光器。

5.根据权利要求4所述的激光标记方法，其特征在于，采用的所述激光器为紫外皮秒激光器，所述紫外皮秒激光器的波长为355nm，脉冲宽度<10ps。

6.根据权利要求1所述的激光标记方法，其特征在于，所述通过所述激光器射出激光光束，所述激光光束穿过所述第一层后在所述第二层上进行标记以得到目标标记图案的步骤具体包括如下步骤：

根据预设激光标记参数和预设标记图案规划目标加工路径；

根据所述目标加工路径，通过所述激光器射出激光光束，所述激光光束穿过所述第一层后在所述第二层上进行标记以得到目标标记图案。

7.根据权利要求6所述的激光标记方法，其特征在于，所述根据预设激光标记参数和预设标记图案规划目标加工路径的步骤具体包括如下步骤：

通过视觉定位系统对待加工工件进行定位并得到定位信息；

处理所述定位信息，并根据预设激光标记参数和预设标记图案规划目标加工路径。

8.根据权利要求1至7任一项所述的激光标记方法，其特征在于，在所述通过所述激光器射出激光光束，所述激光光束穿过所述第一层后在所述第二层上进行标记以得到目标标记图案的步骤中，所述激光器的平均激光功率为0.1～0.4W。

9.根据权利要求8所述的激光标记方法，其特征在于，所述激光器的激光重复频率为300～600KHz，激光扫描速度为600～1000mm/s，填充线间距为0.01～0.03mm。

10.一种激光标记系统，其特征在于，所述激光标记系统用于执行权利要求1至9任一项所述的激光标记方法；所述激光标记系统包括激光器、加工平台和控制系统；

所述激光器用于发出激光光束对待加工工件进行激光标记；

所述加工平台用于安装待加工工件；

所述控制系统与所述激光器、所述加工平台电连接。

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