CN116275551A - 一种高速激光标刻方法 - Google Patents

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周志凯
刘进
郭永华
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Carmanhaas Laser Technology Suzhou Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种高速激光标刻方法，将涵盖需要激光标刻的封闭区域设定为电机扫描区域，扫描电机在电机扫描区域内进行全幅面扫描，并在扫描过程中，根据激光标刻位置来控制激光器的出光，只在需要激光标刻的部分出光，不需要激光标刻的部分不出光。该高速激光标刻方法，无热影响、无激光翻渣，能避免不同字符、图案或图形标刻过程中不断开停激光，降低激光加工路径的复杂化，提升激光标刻的效率和标刻效果，并在一定幅面内不受标刻字符、图案或图形数量多少限制。

Description

一种高速激光标刻方法
技术领域
本发明涉及激光标刻技术领域，具体涉及一种高速激光标刻工艺。
背景技术
传统标刻方法分为化学蚀刻、机械雕刻和激光标刻。传统激光标刻，采用激光对需要标刻的字符进行填充的方式进行标刻。
此填充方式一般有如下两种：方法一，在字符的笔迹轨迹线范围内进行直线填充，如图1所示，例如标刻“A”字符，就在字符的笔迹轨迹范围内根据轨迹宽度进行直线填充，此方法的问题是：字体大小不同导致的笔迹轨迹宽度不同，笔迹窄，填充时扫描电机的摆动频率越大，速度慢，而且电机容易坏，同时频繁的转向，导致电机高频率的频繁启动和停止，在启动和停止的时候速度和中心速度不一致，导致轨迹边缘过烧，中间相对轻，这样边缘金属翻渣，而且热影响大。同时标刻效率也比较低。方案二，在字符的笔迹轨迹线范围内进行螺旋填充，如图2所示，标刻“A”字符，就在字符的笔迹轨迹范围内根据轨迹宽度进行螺旋填充；此方法可以避免电机频繁转向问题，但是因为螺旋弧形是两个电机通过插补实现的，实际电机还是需要根据笔迹宽度进行转向，只是转向距离有增大，所以此方法也有类似直线填充的问题，只是稍微改善；但此方法带来另外一个问题，因为螺旋线填充会在中间位置带来很多重叠，这就导致中间比边缘过烧，导致中心深、边缘浅，线宽底部凹凸不平。上述两种激光标刻方法的标刻效率均在19位字符/40秒左右。
发明内容
鉴于此，本发明旨在提出一种无热影响、无激光翻渣的高速激光标刻方法，能避免不同字符、图案或图形标刻过程中不断开停激光，降低激光加工路径的复杂化，提升激光标刻的效率和标刻效果，并在一定幅面内不受标刻字符、图案或图形数量多少限制。
为了实现上述目的，本发明提出了一种高速激光标刻方法，包括以下步骤：将涵盖需要激光标刻的封闭区域设定为电机扫描区域，扫描电机在电机扫描区域内进行全幅面扫描，并在扫描过程中，根据激光标刻位置来控制激光器的出光，只在需要激光标刻的部分出光，不需要激光标刻的部分不出光。
作为上述方案的优选，所述扫描电机的扫描轨迹为直线或斜线。
进一步优选为，所述激光标刻的内容为字符、图形或图案。
进一步优选为，当激光标刻的内容为多个字符、图形或图案，超出单个扫描系统的范围时，将涵盖需要激光标刻的区域分隔成至少两个扫描系统扫描区域，在每个扫描系统扫描区域内分别进行高速激光标刻。
进一步优选为，所述扫描电机在电机扫描区域内匀速扫描，激光器在需要激光标刻的部分均匀出光。
进一步优选为，所述电机扫描区域包括矩形、多边形、圆形或椭圆形。
本发明的有益效果是：扫描电机进行全幅面扫描，这样扫描电机就不需要小距离的频繁转向。扫描电机只需要在整个幅面的边缘转向，而且边缘没有标刻需求，不影响标刻效果，可以实现匀速高速扫描。在扫描过程中，根据扫描区域内激光标刻位置来控制激光器的出光时间，保证需要标刻的地方激光器出光，不需要标刻的地方激光不出光。该方法的标刻效率比传统方法高很多倍，而且无翻渣，无热影响区，底部平坦，加工效率不受字符、图形或图案限制，数量多少标刻效率都是一样的。
附图说明
图1仅在有字符的笔迹轨迹线范围内进行直线填充的激光标刻方式。
图2仅在有字符的笔迹轨迹线范围内进行螺旋填充的激光标刻方式。
图3为本发明的激光标刻方式。
图4为激光标刻的内容为字母“A”的路线。
图5为激光标刻的内容为一串字符的产品效果。
具体实施方式
为描述本发明，下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
如图3所示，一种高速激光标刻方法，将涵盖需要激光标刻的封闭区域设定为电机扫描区域，扫描电机在电机扫描区域内进行全幅面扫描；电机扫描区域不限于固定的图形，可以是矩形，但不排除椭圆形、圆形、多边形或其它形状的区域，只要是包含需要标刻位置区域即可认为是全幅面。最好是直线，也可以是斜线、螺旋线等各类轨迹线。并在扫描过程中，根据激光标刻位置来控制激光器的出光，只在需要激光标刻的部分出光，不需要激光标刻的部分不出光，只在有激光标刻内容的地方出光。
激光标刻的内容可以是字符、图形或图案，但不以此为限。图3所示为激光标刻的内容为字母“A”的效果。其中扫描电机在电机扫描区域内按直线依次进行全幅面扫描(如图中灰色和红色是一条完整的电机扫描路线)，字母“A”的部分为激光标刻位置，当扫描电机扫描至该位置时，激光器出光(如图中红线条所示)。
当激光标刻的内容为多个字符、图形或图案，超出单个扫描系统的范围时，将涵盖需要激光标刻的区域分隔成至少两个扫描系统扫描区域，在每个扫描系统扫描区域内分别进行高速激光标刻。
另外，扫描电机在电机扫描区域内匀速扫描，激光器在需要激光标刻的部分均匀出光。
本方法的原理来自：任何的扫描激光加工，原理都是扫描电机带动反射镜片(如图4所示，Galvanometer Scanner电机带着下面的X镜片转动，同样Y镜片也是同样电机带着转动)进行转动，激光照射到X、Y反射镜上，随着镜片的摆动，激光在工作面上移动实现加工。因为任何电机的启动与停止都存在加速和减速的过程，运动速度不可能从零直接到高速，所以当进行激光加工的时候，传统加工工艺是激光只扫描需要加工的区域，这样就在此区域会出现激光在扫描运动的起始或者停止时间段因为速度不一致出现激光加工效果不一致的问题。本方法实际解决的问题就是保证在加工区域匀速扫描。本方法通过算法让扫描系统进行全幅面扫描，期间不再有加减速，使得整个过程为匀速运动，这样不会出现激光在加工区域的加工不一致的情况。
全幅面扫描能让非匀速区域避开需要加工的区域，确保在需要加工的区域扫描电机始终保持匀速扫描；同时该算法利用独创的skywriting功能，将扫描图形输入存储器中，并设定扫描电机的扫描速度(根据需要进行设定)，启动扫描电机后，skywriting功能根据扫描速度扫描图形进行预判，在需要激光标刻的加工区域无延迟的打开激光，在不需要激光加工的地方关掉激光。该skywriting功能创造性的将扫描与激光加工本来应该是同步关联的功能实现独立成两个相互不影响的功能，实现扫描只管运动，不管激光的出光，激光的出光完全由存储器图形特征根据扫描速度实时控制。
在扫描过程中，激光与扫描电机的控制卡与软件根据扫描区域内字符位置来控制激光器的出光时间，保证有字符的地方激光器出光，无字符的地方激光不出光。因为激光器出光响应事件为us级别，所以在加工过程中激光器的出光延迟时间可以忽略。这样就可以保证扫描电机在高速扫描过程激光只有在字符位置出光。此方法可以实现比传统方法效率高很多倍的效率，而且无翻渣，无热影响区，底部平坦，加工效率不受字符数量先做，字符多少效率一样。如图5所示为该方法的加工效果，材料表面无挂渣残留，底纹平整。
该方法在扫描过程中不针对字符大小进行轨迹填充或者字迹轨迹单独填充。扫描过程中，只在有字符部分出光，无字符部分不出光，但是在涵盖字符组成的区域进行全区域扫描，或者将需要加工的区域分隔成多个区域进行类似工艺加工。
专利的特征与独创性：
1、精准定位的无断点扫描配合定点出激光技术，使标刻图形的实现不依靠振镜的扫描路径，而是通过激光出光的位置实现，全过程扫描无停顿与断点。
2、全区域扫描，但只在字符区域出光工艺。加工时包含需要加工的字符或者图形区域是被振镜或者振镜同功能的扫描器全域扫描，和字符或者图形无关，但是只是在有需要加工的区域出光，其它区域激光不出光。
3、指定加工区域的效率与需要加工的符号数量、大小等特征无关，只与扫描区域、电机扫描速度有关；使加工不再受被加工字符或者图形的形状、大小、数量等限制，可以实现任意形状的等时加工。
4、标刻轨迹过程无激光能量变化(无扫描启动与停止的惯性带来的延迟)。整个加工过程中激光的出光能量始终保持一致，加工位置被激光照射的时间也保持一致，从而实现了整个加工区域的质量一致。
5、点阵与线阵结合技术。扫描轨迹是由振镜或者类似振镜功能的二维扫描器通过连续的直线或者曲线线阵进行扫描，但是实际的加工却是通过激光在对应图形位置点进行加工。两者结合一个负责轨迹，一个负责识别位置坐标点加工，两者结合实现加工。

Claims (6)

1.一种高速激光标刻方法，其特征在于：将涵盖需要激光标刻的封闭区域设定为电机扫描区域，扫描电机在电机扫描区域内进行全幅面扫描，并在扫描过程中，根据激光标刻位置来控制激光器的出光，只在需要激光标刻的部分出光，不需要激光标刻的部分不出光。
2.根据权利要求1所述的高速激光标刻方法，其特征在于：所述扫描电机的扫描轨迹为直线或斜线。
3.根据权利要求1所述的高速激光标刻方法，其特征在于：所述激光标刻的内容为字符、图形或图案。
4.根据权利要求3所述的高速激光标刻方法，其特征在于：当激光标刻的内容为多个字符、图形或图案，超出单个扫描系统的范围时，将涵盖需要激光标刻的区域分隔成至少两个扫描系统扫描区域，在每个扫描系统扫描区域内分别进行高速激光标刻。
5.根据权利要求1所述的高速激光标刻方法，其特征在于：所述扫描电机在电机扫描区域内匀速扫描，激光器在需要激光标刻的部分均匀出光。
6.根据权利要求1所述的高速激光标刻方法，其特征在于：所述电机扫描区域包括矩形、多边形、圆形或椭圆形。
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