CN117584437A - 一种增强塑件表面金属质感的激光照射装置及调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及成型塑制件加工技术领域，且特别涉及一种增强塑件表面金属质感的激光照射装置，包括密封舱体，密封舱体上设置有用于进出产品的密封门，密封舱体的内部设置有用于放置产品的载物机构和被配置在载物机构上方的激光照射装置。该增强塑件表面金属质感的激光照射装置，通过激光照射对目标塑件产品表面进行处理，能改变目标塑件产品表面的微观结构，并且，随着激光位置的调整，目标塑件产品表面会快速的熔融重塑，以去除目标塑件产品表面的微小凹凸和划痕，进一步，还可通过对激光照射装置参数的设定，使目标塑件产品表面形成一层高度有序的表面层，提高塑件产品表面的金属质感，为传统塑件的金属化处理提供了一个全新的、非化学的选择。

Description

一种增强塑件表面金属质感的激光照射装置及调节方法

技术领域

本发明涉及成型塑制件加工领域，尤其涉及一种通过激光抛光技术来增强塑制品表面金属质感的激光照射装置及其调节方法。

背景技术

在塑料制品的生产和加工中，为了提高塑件的外观质感，尤其是模拟金属的光泽和质感，传统方法通常包括电镀或喷涂金属漆。这些方法可以提供满意的外观效果，但存在环境污染、成本高昂、耐用性差和工艺复杂等问题。近年来，随着环保法规的加强和生产成本的控制，以及对产品性能和耐久性提出更高要求的背景下，出现了一些无需电镀或喷涂的新技术，这些技术旨在直接在塑件生产过程中实现高光金属质感。这些技术包括开发新型的树脂和添加剂配方，以及采用特殊的加工工艺，例如选择合适的色粉、相容剂和润滑剂，以改善色粉在基体树脂中的相容性和分散性，直接生产具有金属质感的塑件。

然而，尽管这些无需喷涂的材料技术在环保和成本上有所改进，但在实际应用中，要达到与传统工艺相同或更优的金属质感效果仍然具有挑战性。特别是在保持塑件的结构和性能的同时，增强其表面的金属光泽和质感。针对这一问题，需要提出一种全新的解决方案，以增强无喷涂材料制成的塑件产品表面的金属质感。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过激光抛光技术来增强塑制品表面金属质感的激光照射装置及其调节方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种增强塑件表面金属质感的激光照射装置，包括密封舱体，所述密封舱体上设置有用于进出所述塑件的密封门，所述密封舱体的内部设置有用于放置所述塑件的载物机构和被配置在所述载物机构上方的激光照射装置。

所述载物机构包括用于放置所述塑件的载物台，所述塑件被限制在所述杂物台上。

所述激光照射装置通过第一行程位移机构安装在所述载物台的上方，并且，所述激光照射装置包括用于发射激光的发射器，所述发射器被限制在所述塑件的上方，以使所述激光照射在所述塑件的表面。

所述密封舱体上还设有气体发生装置和用于控制所述发射器的控制器，所述气体发生装置可向所述密封舱体内通入保护气体，所述控制器可用于调节所述激光的功率P。

优选地，所述载物台上至少构造有一置物平面，以放置所述塑件。

所述载物机构包括用于安装所述载物台的安装座，所述安装座上设置有受控转动的旋转机构，以驱动所述载物台转动，并且，所述载物机构被配置为具有使所述置物平面与水平面平行的第一状态。

其中，所述置物平面上设置有夹持机构，以限制所述塑件移动。

优选地，所述密封舱体的内部还设置有用于检测所述塑件外观参数的外观检测机构，所述外观检测机构通过第二行程位移机构设置在所述载物机构的上方，以对所述塑件的外观进行检测。

优选地，所述第一行程位移机构包括第一固定座，所述发射器被安装在所述第一固定座上，且所述第一固定座被配置为可沿第一方向移动、第二方向移动和第三方向移动，并且，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向被限制为两两之间相互垂直，所述第三方向被定义为竖向方向。

所述第二行程位移机构包括第二固定座，所述第二固定座被配置为可沿所述第一方向移动和所述第二方向移动。

具体的，所述外观检测机构包括结构光发生器和采集单元，所述结构光发生器和所述采集单元均设置在所述第二固定座上，并且，所述结构光发生器的光线投射方向和所述采集单元的信息采集方向均朝下设置，以与所述置物平面上的所述塑件相对设置。

优选地，所采集单元的数量为两个，两个所述采集单元以对称的方式设置于所述结构光发生器的两侧，并且，所述采集单元包括与第二固定座连接的转台和安装在所述转台上的拍摄装置，所述转台受控转动。

特别的，一种用于上述一种增强塑件表面金属质感的激光照射装置的调节方法：

获取同批次塑件的特性参数。

根据获得的所述同批次塑件的特性参数调整所述激光的功率P，以使所述同批次塑件表面的金属质感M趋近预设值。

优选地，所述获取同批次塑件的特性参数，包括如下步骤：

获取所述同批次塑件的平均粗糙度R，获取所述同批次塑件的平均折射率n，获取所述同批次塑件的平均变形温度，获取所述同批次塑件的平均光泽度GU。

优选地，所述根据获得的所述同批次塑件的特性参数调整所述激光的功率P，以使所述同批次塑件表面的金属质感M趋近预设值，包括如下步骤：

根据所述同批次塑件的所述平均粗糙度R、所述平均折射率n、所述平均变形温度和所述平均光泽度GU计算出所述同批次塑件表面金属质感M。

根据计算出的所述同批次塑件表面金属质感M调整所述激光的功率P，以使所述同批次塑件表面金属质感M趋近预设值。

优选地，所述同批次塑件表面金属质感M通过如下计算公式获得：

其中，/>均为权重系数，/>和/>均为额外的模型参数。/>是塑件对激光的吸收率。

是关于塑件表面平均折射率/>的非线性函数，/>。

是关于激光功率密度/>的非线性函数，，W代表激光束的直径，/>代表激光的扫描速率。

是关于塑件的材料变形温度/>的非线性函数，，且/>为环境温度。

是关于塑件表面平均光泽度/>的非线性函数，。

均为额外的模型参数，以代表非线性关系的系数。

优选地，所述根据计算出的所述同批次塑件表面金属质感M值调整所述激光的能量密度，以使所述同批次塑件表面金属质感M趋近预设值，通过如下步骤实现：

将所述塑件表面金属质感M的预设值设为1。

调节激光的功率P，使功率密度趋近理想能量密度/>，理想能量密度/>通过如下公式获得：

。

有益效果

该增强塑件表面金属质感的激光照射装置，通过激光照射对目标塑件产品表面进行处理，能够在不同程度上改变目标塑件产品表面的微观结构，并且，随着激光位置的调整，目标塑件产品表面会快速的熔融重塑，以去除目标塑件产品表面的微小凹凸和划痕，并且，还可通过对激光照射装置参数的设定，使目标塑件产品表面形成一层高度有序的表面层，令目标塑件产品表面更加平滑，从而改变塑料的视觉外观，提高目标塑件产品表面的金属质感，为传统塑件的金属化处理提供了一个全新的、非化学的选择。

附图说明

图1示出了根据本发明一个实施例的一种增强塑件表面金属质感的激光照射装置的示意性剖视图。

图2示出根据本发明一个实施例的一种增强塑件表面金属质感的激光照射装置的示意性结构图。

图3示出了根据本发明一个实施例的第一行程位移机构、第二行程位移机构以及载物机构配合状态下的示意性结构图。

图4示出了根据本发明一个实施例的第一行程位移机构的示意性结构图。

图5示出了根据本发明一个实施例的第二行程位移机构的示意性结构图。

图6示出了根据本发明一个实施例的一种增强塑件表面金属质感的激光照射装置的调节方法的示意性流程图。

图7示出了步骤S100中获取同批次塑件的具体参数的示意性流程图。

图8示出了步骤S200中使同批次塑件表面的金属质感值等于预设值方法的示意性流程图。

其中：1、密封舱体；2、载物机构；210、安装座；220、旋转机构；230、载物台；3、第一行程位移机构；310、第一安装架；320、第二安装架；330、第三安装架；4、发射器；5、第二行程位移机构；510、桁架梁；520、第二固定座；6、外观检测机构；610、结构光发生器；620、采集单元；7、梁架结构；8、气体发生装置；9、控制器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请的技术方案是基于增强目标塑件产品表面的金属质感而进行设计的，该类目标塑件产品通过优选色粉、树脂和相容剂、润滑剂等配方原料，在生产过程中采用特殊的加工工艺制备出高光免喷涂材料，可显著提高免喷涂色粉在基体树脂中的相容性和分散性，使用该种材料制成的目标塑件产品具有金属光泽质感突出、抗虎皮纹效果优异和性能衰减轻微等优点，并且，该目标塑件产品可通过注塑一次成型，省去了污染较高的电镀工序，在环保和成本节约方面具有良好的效果。

图1示出了根据本发明一个实施例的一种增强塑件表面金属质感的激光照射装置的示意性剖视图，图2示出根据本发明一个实施例的一种增强塑件表面金属质感的激光照射装置的示意性结构图。如图1-2所示，本申请一较佳实施例中的增强塑件表面金属质感的激光照射装置，包括密封舱体1，密封舱体1上设置有用于进出产品的密封门，密封舱体1的内部设置有用于放置目标塑件产品的载物机构2和被配置在载物机构2上方的激光照射装置，激光照射装置通过第一行程位移机构3安装在载物机构2的上方，具体包括用于发射激光的发射器4，发射器4被限制在目标塑件产品的上方，以使激光能照射在目标塑件产品的表面。并且，为了避免目标塑件产品在被激光照射时发生氧化还需向密封舱体1内通入保护性气体，所以在密封舱体1上还应设置气体发生装置8，同时，为了对激光照射装置的各项参数进行调节，还需要设置控制器9，其中，控制器9可控制发射器4，以实现对激光的功率P的调节，而气体发生装置8则可向密封舱体1内通入保护气体。在受控的激光照射在目标塑件产品表面的过程中，随着激光位置的调整，目标塑件产品表面快速的熔融重塑，以去除目标塑件产品表面的微小凹凸和划痕，并且，还可通过对激光照射装置的参数的设定，使目标塑件产品表面形成一层高度有序的表面层，令目标塑件产品表面更加平滑，从而改变塑料的视觉外观，以提高目标塑件产品表面的金属质感。

具体的，在本实施例中，密封舱体1由作为支撑骨架的内支架和由拼合板件组成的密封结构组成，密封结构安装在内支架上，以实现对内部空间的密封，可以理解的是，内支架与密封结构的连接处及板件的拼合处均需设置密封件（图中未示出），以防止连接处漏气。激光照射装置为现有技术，可参考飞秒激光机床中的激光模块，具体可调节的参数包括激光功率P、激光脉冲频率f、激光束的焦点及聚焦深度、扫描速率S及路径、激光束直径W及形状和气体环境及辅助材料等，这些参数的调节可以单独或者组合使用，以实现特定的加工效果，例如提高表面光洁度、加速材料去除速度或者精细加工等。

图3示出了根据本发明一个实施例的第一行程位移机构3、第二行程位移机构5以及载物机构2配合状态下的示意性结构图，图4示出了根据本发明一个实施例的第一行程位移机构3的示意性结构图，图5示出了根据本发明一个实施例的第二行程位移机构5的示意性结构图。如图3-5所示，在一些实施例中，第一行程位移机构3（如图4所示）被安装在密封舱体1的内部，具体的，密封舱体1内部固定设置有由若干横梁和若干总量组成的梁架结构7，在本实施例中，梁架结构7包括以对称方式设置在密封舱体1两侧内壁的两个纵梁，两个纵梁之间设有将其连接为一个整体的两个横梁，第一行程位移机构3还包括被限制为沿第一方向移动的第一安装架310、被限制为沿第二方向移动的第二安装架320和被限制为沿第三方向移动的第三安装架330，并且，第一安装架310上还设置有用于安装发射器4的第一固定座（图中未示出），具体的，第一安装架310通过线性导轨与两个纵梁相连接，即第一安装架310跨接在两个纵梁之间，且第一方向与纵梁的延伸方向相同，第二安装架320通过线性导轨副安装在第一安装架310上，第二方向为横梁的延伸方向，第三安装架330架通过线性导轨副安装在第二安装架320上，第三方向与由第一方向和第二方向构成的平面相垂直的方向保持一致，如此，第一行程位移机构3便可带动发射器4沿三个方向进行移动，更进一步，使第一方向、第二方向以及第三方向两两之间相互垂直设置，且第一方向和第二方向均被限制在水平方向上，第三方向被限制于与由第一方向和第二方向构成的平面相垂直的第三方向，使得第三安装架330可升降移动，从而发射器4在第一行程位移机构3的作用下可在上述三个方向上独立移动。载物机构2包括用于放置目标塑件产品的载物台230和固定安装于密封舱体1内底壁的安装座210，安装座210上设置有受控转动的旋转机构220，载物台230通过旋转机构220与安装座210连接，在一个实施例中，载物台230为由板件组成，至少具有一个置物平面，以放置目标塑件产品，安装座210的数量被设置为两个并以对置的方式安装在载物台230的两侧，使载物台230可绕两个旋转机构220的旋转中心的连线转动，并且置物平面需被设置两个安装座210的中间，而整个载物机构2基于加工便利的考虑则需被安装在密封舱体1的中部位置。气体发生装置8的主要结构为外连保护气体的管路或容纳有保护气体的容器，两者均可向密封舱体1中通入保护气体，以防止目标塑件产品在被激光照射时发生氧化。

需要说明的是，前文激光照射装置在对目标塑件产品表面进行加工处理后，可使目标塑件产品表面形成一层高度有序的表面层，而在这个过程中需要精心选择和控制多个参数，以确保激光能量均匀分布并产生所需的热效应。需要控制的激光照射装置的参数包括激光的功率P、激光脉冲的频率f、激光束的聚焦深度、扫描速率S和激光束的直径W等，首先，激光的功率P必须足够高以产生塑料表面的熔融，但不能过高以至于损坏材料，功率P的选择取决于目标塑性产品原料的种类和热性质；其次，对于脉冲激光而言，激光脉冲的频率f将影响表面每一点接收的激光能量，频率f过高可能导致目标塑件产品表面受热过度，而频率f过低则可能导致目标塑件产品表面得不到连续的抛光效果；接着，激光束的聚焦深度需要根据目标塑件产品的材料吸收特性和预期的加工深度进行调整，以确保激光能量可以正确地分布在目标塑件产品的表面层；然后，扫描速率S需要与激光功率P和脉冲频率f相匹配，以确保所需的热效应，同时激光的扫描路径应设计为重叠以避免目标塑件产品表面存在未处理区域。最后，激光束直径W直接影响了目标塑件表面加工区域的大小，激光束直径W需要与扫描路径密切配合，同时激光束的光强分布也会影响表面精加工的结果。

具体实施时，目标塑件产品为ABS塑料件：

激光功率P为95-105W。

激光脉冲频率f：480-520Hz。

激光焦点位置：聚焦在目标塑件产品表面之上约0.1mm的位置，以利用焦点上方较大的光斑平滑处理。

聚焦深度：适当选择以覆盖整个加工区域。

扫描速率：200-205mm/s。

扫描路径：重叠率约为30%，以确保无缝覆盖整个处理区域。

激光束直径W：0.2mm。

激光束的光强分布：高斯分布。

气体环境：使用惰性气体，如氮气，以防止加工过程中的氧化。

可以理解的是，上述案例仅为激光照射装置参数设置的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。

为了便于对加工中的目标塑件产品外观情况进行监测，密封舱体1的内部还可设置用于监测产品外观被加工状态的外观检测机构6，外观检测机构6通过第二行程位移机构5设置在载物机构2的上方，以对目标塑件产品的外观进行检测。

具体的，外观检测机构6包括结构光发生器610和采集单元620，结构光发生器610和采集单元620均被限制在平行于水平面的平面内动，并且，结构光发生器610的光线投射方向和采集单元620的信息采集方向均朝下设置，以与置物平面上的目标塑性产品相对应，其中，结构光发生器610可采用线结构光投影设备，采集单元620可采用工业相机，以实现微米级的高精度检测，从而对目标塑件产品表面的粗糙度进行实时监测，可以理解的是，外观检测机构6中的结构光发生器610和采集单元620均为现有技术，并且，用于结构光发生器610和采集单元620控制和处理的装置、方法或系统也同为现有技术，再次不多做赘述。第二行程位移机构5包括桁架梁510和设置在桁架梁510上并被限制为沿桁架梁510延伸方向移动的第二固定座520，桁架梁510跨设在两个纵梁上，且桁架梁510通过线性导轨副与纵梁连接，以使桁架梁510的移动方向与第一方向同向，而第二固定座520同样通过线性导轨副安装在桁架梁510上，以将第二固定座520的移动方向限位为与桁架梁510的延伸方向同向，而桁架梁510的延伸方向则与第二方向同向。结构光发生器610和采集单元620均固定安装在第二固定座520上。在一些实施例中，采集单元620的数量被限定为两个，并且两个采集单元620以对称的方式设置于结构光发生器610的两侧，有时采集单元620还包括用于控制工业相机转动的转台，转台受控转动并固定安装在第二固定座520上。

目标塑件产品是基于在生产过程中采用特殊的加工工艺制备出高光免喷涂材料注塑成型的塑件，使用该种材料制成的目标塑件产品具有金属光泽质感突出、抗虎皮纹效果优异和性能衰减轻微等优点，但经过实际试产，发现不同批次目标塑性产品表面金属质感有时存在较大偏差，对此，技术人员在对生产工艺进行分析后，得出了以下几点原因：

1、材料差异：不同批次的材料可能存在成分、纯度或供应商之间的差异，这可能导致制成的塑件表面质感不同。即使是同一种材料，也可能存在微小的变化，影响最终的金属质感。

2、加工参数变化：生产过程中，可能由于设备磨损、参数设置变化或操作员技术水平等原因导致加工参数的变化。这种变化可能会影响塑件的成型质量和最终表面的质感。

3、工艺控制不足：加工过程中的温度、压力、冷却速度等工艺参数控制不精确或不稳定可能导致成型效果的差异。例如，温度过高或过低、压力变化或冷却不均匀等情况都可能影响塑件的表面质感。

4、模具磨损或不良状态：模具的磨损、损坏或者使用不当也会导致塑件表面质感的变化。模具表面状况的差异可能会直接影响到塑件的最终质感。

5、质量控制不严格：生产过程中的质量控制环节，包括检验、清洁、处理等步骤如果不严格执行，可能会导致一批次产品之间的质感差异。

在通过综合考量后，发现除材料差异和工艺控制不足外加工参数变化、模具磨损或不良状态和质量控制不严格等因素都可通过对生产步骤的严格把控以排除。唯有不同批次的材料存在成分或纯度的差异和加工过程中的温度、压力、冷却速度等工艺参数控制不精确或不稳定导致的成型效果差异难以解决，因为材料差异与工艺控制不足是一个综合性问题，难以将两者分离进行单独解决，

图6示出了根据本发明一个实施例的一种增强塑件表面金属质感的激光照射装置的调节方法的示意性流程图。如图6所示，基于上述问题，本申请结合增强塑件表面金属质感的激光照射装置提出了一种调节方法。包括如下步骤：

步骤S100：获取同批次塑件的特性参数。

步骤S200：根据获得的同批次塑件的特性参数调整激光的能量密度，以使同批次塑件表面的金属质感趋近预设值。

在步骤S100中，可对该批次注塑成型的目标塑性产品进行实验，以得出各相与目标塑件产品表面金属质感相关的参数。在步骤S200中，将各项与目标塑件产品表面金属质感相关的参数代入计算公式中，以算出该批次目标塑性产品表面金属质感对应的数值，并与金属质感的预设值进行比较，最后通过调节激光照射装置的功率，以改变该批次产品表面的金属质感对应的数值，使该数值等于或尽可能趋近预设值。

图7示出了步骤S100中获取同批次塑件的具体参数的示意性流程图。如图7所示，步骤S100包括如下步骤：

步骤S110：获取同批次塑件的平均粗糙度R，获取同批次塑件的平均折射率n，获取同批次塑件的平均变形温度，获取同批次塑件的平均光泽度GU。

通过实验比对出不同参数对成型塑件表面金属质感的影响，总结出以上四个对目标塑件产品表面金属质感影响较大的特性参数，分别为平均粗糙度R、平均折射率n、平均变形温度和平均光泽度GU。具体的，目标塑件产品表面的粗糙度可通过横截面分析法或触针式表面粗糙度测量法获得。目标塑件产品表面的折射率可通过光学折射仪或自制的折射测量设备测量获得。目标塑件产品的变形温度可通过热差示扫描量热仪（DSC）或热机械分析仪（TMA）获得，其中DSC能够测量材料在加热或冷却过程中吸收或释放的热量。通过记录样品温度和对比参考物质的温度之间的差异，可以确定样品在不同温度下的热行为，TMA则测量材料在恒定或变化的温度条件下的尺寸变化，通过施加压力并测量样品在加热或冷却过程中的变形程度，可以确定材料的变形温度。目标塑件产品表面的光泽度可以通过光泽度计来测量。而平均粗糙度R、平均折射率n、平均变形温度/>和平均光泽度GU均可通过在同批次塑件产品中随机选择若干样品，对这些样品进行测试，然后计算这些测试结果的平均值来得到，平均后的特性参数有助于评估整个批次的表面质量的一致性。需要注意的是，样品的选择和测试的方式应该尽量保持随机性和代表性，以确保获得的特性参数值具有可靠性。

图8示出了步骤S200中使同批次塑件表面的金属质感值等于预设值方法的示意性流程图。如图8所示，步骤S200包括如下步骤：

步骤S210:根据同批次塑件的平均粗糙度R、平均折射率n、平均变形温度和平均光泽度GU计算出同批次塑件表面金属质感M值。

步骤S220:根据计算出的同批次塑件表面金属质感M值调整激光的功率P，以使同批次塑件表面金属质感M等于预设值。

在步骤S210中，同批次塑件表面金属质感M可通过如下公式获得：

其中，/>均为代表了非线性关系的权重系数，/>和/>均为代表了非线性关系的指数；

是关于塑件表面平均折射率的非线性函数，/>；

是关于激光的功率密度的非线性函数，，W代表激光束的直径，/>代表激光的扫描速率；

是关于塑件的材料变形温度的非线性函数，，且/>为环境温度；

是塑件对激光的吸收率；

是关于塑件表面光泽度的非线性函数，/>；

均为额外的模型参数，代表了非线性关系的系数。

在步骤S220中，激光的功率P可通过如下公式获得：

将目标塑件产品表面金属质感M的预设值设为1，此时目标塑件产品表面的金属质感为最优状态。需要说明的是，金属质感的最优状态可通过实验进行评估，通过实验对不同产品样本进行测试，并从实际观察和使用者的主观反馈中获取关于金属质感的评价。主要利用表面形貌分析仪、光谱仪、光泽计来测量和量化目标塑件产品表面的质量参数，以实现客观的测量和分析。具体的，金属质感M为1时对应的各测量值为经验参数，不同的材料在金属质感M为1时对应的各测量值都存在不同。

调节激光的功率P，使功率密度等于理想能量密度/>，理想能量密度/>通过如下公式获得；

需要说明的是，在一个实施例中激光束沿其横截面观察的形状在本实施例中被限制为圆形，因此激光的能量密度/>与激光的功率/>之间的关系如下：/>理想能量密度/>对应的激光的功率/>可通过如下公式获得：

因此，在对不同批次产品表面的进行加工时，可通过控制激光的功率P使激光的能量密度趋向理想能量密度/>，从而令被加工的目标塑件产品表面的金属质感M值趋向预设值1，以使不同批次目标塑件产品表面金属质感趋近相同，令目标塑件产品能得到有效保证。

需要注意的是，上述为权重系数，/>和/>为对应列的指数，/>和/>均为额外的模型参数，以代表非线性关系的系数或指数，需要通过实验数据来确定，具体如下：

（1）函数中模型参数的确定

折射率是光在某种介质中传播时相对于真空的光速的比值。这个参数在光学中是一个非常重要的物理量，因为它决定了光在不同介质中传播时的速度和方向的改变程度。对于塑制品表面金属质感的折射率的描述，可用于描述在特定条件下光线在表面的折射率变化，进而影响视觉上感知到的金属质感。

光学折射实验可以通过多种方法来获取实验数据，并利用这些数据拟合非线性函数以确定和/>的值。一个可能的实验流程如下：

实验设定：

样本准备：选择具有光学透明性的目标塑性产品样本，并使用激光照射装置对其表面进行特定处理。

实验装置：使用折射计或自制测量装置，记录光线通过样本时的入射角度和折射角度。

光源：使用可控光源，例如激光或白光源。

实验步骤：

测量设定：固定入射角度，并记录相应的折射角度。以不同波长或不同入射角度进行测量，以获得多组数据。

实验数据收集：记录不同入射角度下的折射率值。这些值可以通过测量仪器读数或计算得出。

数据处理：整理收集到的数据，包括入射角度和对应的折射率值。

拟合非线性函数：

将收集到的折射率数据与非线性函数进行拟合，以确定/>和/>的值。可使用下列模型拟合：

通过拟合实验数据，使用优化算法（如最小二乘法）来调整和/>的值，使得模型预测的折射率值与实际测量值之间的误差最小化，具体过程需要专业的数据分析软件或编程工具来实现，以下为示例：

#入射角度（degrees）

incident_angles=np.array([10，20，30，40，50])

#对应的折射率数据

refractive_indices=np.array([1.45，1.42，1.39，1.36，1.33])

使用curve_fit函数进行拟合，计算出最佳的alpha和beta值，以使得该非线性函数最好地适合实验数据。

需要说明的是，使用来描述/>的具体原因如下：

物理基础：在某些物理系统中，响应变量与折射率的平方是成正比的，这常见于光学系统中的非线性效应，例如克尔效应等。因此，项可以描述这类现象。

实验观察：在实验数据中可能观察到当折射率变化时，对应的物理性质表现出明显的非线性变化，而且是二次方的形式。然后为了捕捉这种非线性关系，自然会在模型中使用项。

经验和先例：在材料科学和光学工程中，经验表明，项能够很好地描述材料特定性质随折射率变化的情况，所以使用这个形式有着先前研究的支持。/>

数学灵活性：从纯数学的角度，该公式结合了二次项和对数项/>，这样可以描述更宽范围内的非线性关系。对数项可以在/>较小的时候提供较为敏感的变化，而二次项则在/>较大的时候支配函数的行为。

模型拟合：在拟合实验数据时，发现这个形式的函数比其他函数（如线性、指数或高次多项式）更能准确地描述与目标变量之间的关系。

计算简便：这个公式相较于更复杂的非线性函数，如指数或正弦函数，计算上通常更简便，同时仍然可以提供足够的灵活性来拟合数据。

（2）函数中模型参数的确定

和/>在这个方程中代表了温度非线性函数中的系数和指数。他们共同表示了变形温度对于金属表面质感变化的影响程度。实验可以调整塑制件的温度，观察其表面质感的变化情况。这包括对塑制件在不同温度条件下进行加工或暴露，并测量其表面质感特征的变化，比如光泽度、粗糙度或反射率等。这些实验数据可以用于拟合非线性函数模型，以确定温度非线性函数中的系数/>。通过分析塑制件在不同温度下的质感变化，可以更好地理解温度对外观质感的影响程度，从而确定/>的数值。一个可能的实验流程如下：

使用塑制件表面质感的光泽度作为衡量指标，并通过调整塑制件的变形温度来观察其变化。

实验步骤：

样品准备：准备一批具有金属质感外观的目标塑件产品。

表面测量：使用光泽度计测量每个塑制件的初始光泽度，并记录。

温度调节：将这些塑制件置于温度控制仪器中，在不同温度下进行处理。调节温度，使其在不同的变形温度范围内进行加工或暴露，确保覆盖到较宽的温度范围。

光泽度测量：在每个温度点上，使用光泽度计测量塑制件表面的光泽度，并记录测量值。

数据记录：记录每个温度下塑制件的光泽度数据。

数据分析：将光泽度数据与温度数据相对应，并建立温度和光泽度之间的关系模型。这个模型可以是的非线性函数，通过拟合实验数据得出/>的数值。

通过实验数据，可以拟合一个非线性函数模型来描述温度对光泽度的影响。使用适当的数学工具和拟合算法（如非线性最小二乘法），通过拟合模型，便可得到和/>的数值。

这个过程中，实验数据会提供温度和光泽度之间关系的变化规律，进而通过模型拟合得到温度函数中的系数和系数/>。

需要说明的是，使用来描述/>的具体原因如下：

物理学基础：物理过程，尤其是那些涉及热能转换或传递的过程，往往表现出非线性的温度依赖性。例如，反应速率可能随温度的升高而加速，但这种加速并不一定是线性的。非线性函数能够更好地模拟这种依赖性。

经验法则：Arrhenius方程就是一个描述温度对反应速率影响的著名例子，其表达式中包含了温度的指数函数。在其他领域，对于温度依赖性的描述也可能采取类似的形式，即包含一个温度差的幂次项。

数据拟合：经验数据可能表明，物理量随温度变化的趋势最适合用一个幂次函数来描述。在数据分析过程中，该公式可能提供了最好的拟合效果。

简化的模型：虽然实际的物理过程可能非常复杂，但在建模时常常会寻求一个既能够合理近似实际情况又不至于过于复杂的模型。函数提供了一个既简洁又能表达非线性依赖关系的形式。

温差考虑：模型中使用而不是单独的/>来表示温度的影响，意味着关注的是对象表面与环境之间的温度差异。这样的温度差异通常更能直接地关联到热传递和物理过程的驱动力。

参数解释性：在公式中，参数可以解释为温度差异的某种效应系数，而/>可以解释为描述温度效应非线性程度的指数。这两个参数的数值可以通过拟合实验数据来确定，并且有着明确的物理或经验解释。

（3）函数中模型参数的确定

参数（γ、x、μ、λ）代表了激光抛光对金属质感的非线性影响，以下是对它们的初步解释：

γ：代表了激光的能量密度和激光束的直径W之间的关系，更宽泛的来说，是激光能量密度对金属质感的影响程度。

x：控制了激光束的直径W对金属质感的影响程度，描述了激光束的直径W在激光抛光效果中的权重。

μ：代表了激光的扫描速率S对金属质感的影响。

λ：可能控制了激光的扫描速率S对金属质感的衰减程度，这个参数表示了激光的扫描速率S在质感上的持续性或衰减程度。

这些参数通常需要通过对激光抛光过程的实验来确定。例如，可以调整激光的能量密度、抛光宽度和深度，并测量不同条件下金属质感的变化。利用实验数据进行非线性拟合分析，可以估计出这些参数的值，以使模型与实验数据拟合得更好。这种拟合通常使用非线性回归或优化方法。

这样的实验可能需要测量和记录不同激光参数下金属表面质感的定量特征，例如光泽度、表面粗糙度、反射率等。通过对比实验结果和模型预测的数据来调整参数值，最终得到使模型与实际情况相符的参数值。

一个可能的实验流程如下：

改变激光的能量密度、抛光宽度W和抛光深度S。实验测得的数据包括光泽度、表面粗糙度和反射率等质感定量特征，之后，可以利用这些数据来拟合激光抛光参数与金属表面质感之间的关系。首先，需要定义一个非线性函数/>来描述这种关系，并使用适当的工具（如Python中的拟合算法）来拟合该函数并得到参数（γ、x、μ、λ）的估计值。

具体的，可以定义非线性函数（ψ），非线性函数（ψ）作为激光抛光参数与金属表面质感之间的关系。用之前提到的函数形式：

使用拟合算法拟合参数：将这个函数与实验数据拟合，得出参数γ、x、μ、λ的估计值。通常，可以使用非线性回归或优化算法来完成这个拟合过程。例如，Python中的curve_fit函数（在scipy.optimize模块中）可以用于这种拟合。

需要说明的是，使用来描述/>的具体原因如下：

，这样可以考虑到激光束的直径W的影响。激光束的直径W通常会对激光的能量传递效率产生影响，/>可以代表这种效应的减弱。

扫描速率效应：第二项描述了扫描速率S的影响。这个指数项表明，随着扫描速率的增加，可能会有一个迅速减弱的效果，这可以是由于激光与材料作用时间的减少，导致材料接收的能量减少。

物理过程模拟：在激光加工过程中，能量密度和扫描速率是两个主要的过程参数，这些参数直接影响材料去除率、热影响区域和表面完成度等。该公式基于理论分析和实验数据得出的，能很好地模拟这些物理过程。

复杂过程的简化：尽管实际的激光加工过程可能非常复杂，涉及多种物理效应，但在建模时，需要找到一个平衡点，能够既不过于简化，又不会使模型过于复杂，这个公式是一个简化的表达，能够捕捉关键的影响因素。

非线性描述：通过组合线性项和非线性项/>以及/>，模型能够描述多种非线性行为，提升了模型的适用性和准确性。

（4）函数中模型参数的确定

获取(a，b，g)参数的步骤：

实验设计：设计一系列包含不同光泽度GU的实验，同时控制其他变量，如激光抛光参数、温度等。

数据收集：

对每个样品进行光泽度测量，获得GU的值。

记录样品的其他相关参数，如反射率和折射率，以及激光抛光参数和温度/>。

参数估计：使用非线性回归分析来拟合数据，确定(a，b，g)，以及其他参数。

模型验证：使用部分数据进行参数拟合，并使用剩余数据进行模型验证，确保模型具有良好的预测能力。

需要说明的是，使用来描述/>的具体原因如下：

针对而言，函数/>是某个依赖于光泽度的过程或性质的模型，这个函数将/>与另一个变量或一组变量联系起来。在这个公式中，a、b和g都是模型参数，需要通过实验数据来确定。以下是选择这个公式的原因：

非线性关系：光泽度与目标塑型产品表面金属质感M存在非线性关系。项允许我们通过调整g的值来控制这种非线性的程度，并且能够描述光泽度较低和较高时变量的变化速度。

对数项的灵敏度：对数项能够对GU的低值更加敏感，适合于描述在GU较低时的细微变化。它也可以帮助模拟在GU较低区间内可能出现的饱和或非线性效应。

易于参数估计：该模型提供了数学上相对简单的形式，可以通过现有的非线性回归技术来估计参数a、b和g。这样的模型更容易理解和应用。

处理极端值：这种公式结合了幂函数和对数函数是为了处理GU极端值产生的问题。在数据中，极端的高值或低值有时会对模型预测产生不利影响，这种组合可能有助于平衡这些影响。

综上，使用这个公式来代表GU是为了捕捉光泽度与目标塑型产品表面金属质感M之间的复杂关系，同时保持模型的可操作性和准确性。最终目的是通过拟合实验数据来确定模型参数，确保模型可以有效地预测目标变量。

（5）“等权重系数以及/>和/>等指数”的确定

实验设计：

确定因变量：预测或解释的变量，具体为某种质感指标，如表面粗糙度、光泽度、折射率等。

确定自变量：输入变量，包括抛光参数，如能量强度、扫描速率、激光束的直径和变形温度。

样品准备：根据实验目的准备一系列目标塑件产品为样品，尽可能保持样品的一致性，减少非控制因素的影响。

数据收集：

实施实验：在控制的条件下，系统地修改自变量，对每个样品进行测试。

测量数据：表面粗糙度、光泽度、折射率。

参数拟合：

数据预处理：根据需要清洗和格式化数据，处理缺失值和异常值。

选择模型形式：基于现有的理论知识确定模型的基本形式，包括决定哪些交互项和非线性项可能重要。

非线性回归分析：利用统计软件（如R、MATLAB或Python等）进行非线性回归分析，使用最小二乘法或其他优化方法来估计模型的参数。

验证与修正：

模型验证：使用留出的测试数据集或通过交叉验证的方法来检查模型的预测能力。

诊断与修正：对模型残差进行分析，检查是否存在模式（这可能表明模型未能捕捉到数据中的某些信息），或者是否有高影响力的数据点。根据这些发现，可能需要重新考虑模型形式或删除某些数据点。

参数优化：可能需要反复进行参数拟合和模型验证步骤，以优化模型参数，并确保模型有最佳的预测性能和解释力。

以上步骤可能需要多次迭代，每次实验和分析都可能提供对系统行为的更深入了解，从而允许进一步的模型调整和改进。

本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种增强塑件表面金属质感的激光照射装置，其特征在于，包括密封舱体，所述密封舱体上设置有用于进出所述塑件的密封门，所述密封舱体的内部设置有用于放置所述塑件的载物机构和被配置在所述载物机构上方的激光照射装置；

所述载物机构包括用于放置所述塑件的载物台，所述塑件被限制在所述载物台上；

所述激光照射装置通过第一行程位移机构安装在所述载物台的上方，并且，所述激光照射装置包括用于发射激光的发射器，所述发射器被限制在所述塑件的上方，以使所述激光照射在所述塑件的表面；

所述密封舱体上还设有气体发生装置和用于控制所述发射器的控制器，所述气体发生装置可向所述密封舱体内通入保护气体，所述控制器可用于调节所述激光的功率P。

2.根据权利要求1所述的一种增强塑件表面金属质感的激光照射装置，其特征在于，所述载物台上至少构造有一置物平面，以放置所述塑件；

所述载物机构包括用于安装所述载物台的安装座，所述安装座上设置有受控转动的旋转机构，以驱动所述载物台转动，并且，所述载物机构被配置为具有使所述置物平面与水平面平行的第一状态；

其中，所述置物平面上设置有夹持机构，以限制所述塑件移动。

3.根据权利要求2所述的一种增强塑件表面金属质感的激光照射装置，其特征在于，所述密封舱体的内部还设置有用于检测所述塑件外观参数的外观检测机构，所述外观检测机构通过第二行程位移机构设置在所述载物机构的上方，以对所述塑件的外观进行检测。

4.根据权利要求3所述的一种增强塑件表面金属质感的激光照射装置，其特征在于，所述第一行程位移机构包括第一固定座，所述发射器被安装在所述第一固定座上，且所述第一固定座被配置为可沿第一方向移动、第二方向移动和第三方向移动，并且，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向被限制为两两之间相互垂直，所述第三方向被定义为竖向方向；

所述第二行程位移机构包括第二固定座，所述第二固定座被配置为可沿所述第一方向移动和所述第二方向移动；

具体的，所述外观检测机构包括结构光发生器和采集单元，所述结构光发生器和所述采集单元均设置在所述第二固定座上，并且，所述结构光发生器的光线投射方向和所述采集单元的信息采集方向均朝下设置，以与所述置物平面上的所述塑件相对设置。

5.根据权利要求4所述的一种增强塑件表面金属质感的激光照射装置，其特征在于，所采集单元的数量为两个，两个所述采集单元以对称的方式设置于所述结构光发生器的两侧，并且，所述采集单元包括与第二固定座连接的转台和安装在所述转台上的拍摄装置，所述转台受控转动。

6.一种如权利要求1或5中任一项所述一种增强塑件表面金属质感的激光照射装置的调节方法，其特征在于：

获取同批次塑件的特性参数；

根据获得的所述同批次塑件的特性参数调整所述激光的功率P，以使所述同批次塑件表面的金属质感M趋近预设值。

7.根据权利要求6所述的一种增强塑件表面金属质感的激光照射装置的调节方法，其特征在于，所述获取同批次塑件的特性参数，包括如下步骤：

获取所述同批次塑件的平均粗糙度R，获取所述同批次塑件的平均折射率n，获取所述同批次塑件的平均变形温度，获取所述同批次塑件的平均光泽度GU。

8.根据权利要求7所述的一种增强塑件表面金属质感的激光照射装置的调节方法，其特征在于，所述根据获得的所述同批次塑件的特性参数调整所述激光的功率P，以使所述同批次塑件表面的金属质感M趋近预设值，包括如下步骤：

根据所述同批次塑件的所述平均粗糙度R、所述平均折射率n、所述平均变形温度和所述平均光泽度GU计算出所述同批次塑件表面金属质感M；

根据计算出的所述同批次塑件表面金属质感M调整所述激光的功率P，以使所述同批次塑件表面金属质感M趋近预设值。

9.根据权利要求8所述的一种增强塑件表面金属质感的激光照射装置的调节方法，其特征在于，所述同批次塑件表面金属质感M通过如下计算公式获得：

其中，/>均为权重系数，/>和/>均为额外的模型参数；/>是塑件对激光的吸收率；/>是关于塑件表面平均折射率/>的非线性函数，；/>是关于激光功率密度/>的非线性函数，，W代表激光束的直径，/>代表激光的扫描速率；/>是关于塑件的材料变形温度/>的非线性函数，，且/>为环境温度；/>是关于塑件表面平均光泽度/>的非线性函数，/>；均为额外的模型参数，以代表非线性关系的系数。

10.根据权利要求9所述的一种增强塑件表面金属质感的激光照射装置的调节方法，其特征在于，所述根据计算出的所述同批次塑件表面金属质感M值调整所述激光的能量密度，以使所述同批次塑件表面金属质感M趋近预设值，通过如下步骤实现：

将所述塑件表面金属质感M的预设值设为1；

调节激光的功率P，使功率密度趋近理想能量密度/>，理想能量密度/>通过如下公式获得：

。