CN117884766A - 一种用于瓶盖激光表面处理的加工方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于瓶盖激光表面处理的加工方法及系统，方法包括：根据获取的瓶盖高度和宽度，分别调节激光焦距和光斑尺寸；根据获取的瓶盖颜色，调用预先构建的工艺参数库，确定当前瓶盖对应的激光输出功率；在检测到瓶盖运动到预设位置时，触发激光器出光，激光按照确定好的焦距、光斑尺寸及输出功率照射到瓶盖表面，以对其进行表面处理。本发明通过自动识别瓶盖颜色、尺寸来调节激光工艺参数，进而对瓶盖表面进行处理，达到提高瓶盖表面印刷亲和性的目的。

Description

一种用于瓶盖激光表面处理的加工方法及系统

技术领域

本发明涉及瓶盖表面处理，具体涉及一种用于瓶盖激光表面处理的加工方法及系统。

背景技术

在快消品领域，塑料瓶盖印刷效果、质量要求越来越高，但瓶盖限于材质、表面质量不一致，导致需要对瓶盖表面进行二次处理，获得更高的表面质量来保证印刷质量。其核心表征指标张力值，单位为1mN/m，张力值越高表明与油墨结合效果越好。

现有的常规处理方法为火焰处理法，缺点是瓶盖易过烧以及安全隐患；等离子处理方法由于等离子体体积较小，实施过程等离子机械头易与瓶盖相撞，同时易过烧；其他化学处理周期过长等皆有一定缺陷。

现有常规激光处理技术通常有纳秒以及超快激光两种方式，其中主要原理都是在光化学以及光热冲击情况下使高分子链断链并引入氧气形成亲水基团，以及在表面形成凹坑与凸起，在两种效应共同作用下提高了表面张力，但现有激光技术的应用缺陷是激光作用会使瓶盖颜色发生变化，从而无法得到应用。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种用于瓶盖激光表面处理的加工方法及系统，通过自动识别瓶盖颜色、尺寸来调节激光工艺参数，进而对瓶盖表面进行处理，达到提高瓶盖表面印刷亲和性的目的。

根据本发明说明书的一方面，提供一种用于瓶盖激光表面处理的加工方法，包括：

根据获取的瓶盖高度和宽度，分别调节激光焦距和光斑尺寸；

根据获取的瓶盖颜色，调用预先构建的工艺参数库，确定当前瓶盖对应的激光输出功率；

在检测到瓶盖运动到预设位置时，触发激光器出光，激光按照确定好的焦距、光斑尺寸及输出功率照射到瓶盖表面，以对其进行表面处理。

上述技术方案根据瓶盖的实际高度、宽度及颜色，实时调节激光加工的焦距、光斑尺寸及输出功率，利用调节后的激光加工参数进行瓶盖表面处理，通过光化学作用以及光热作用改变瓶盖表面高分子状态、清洁度等以获得更高张力，实现通过为瓶盖表面处理提供更有针对性的激光加工参数，有效提升瓶盖表面亲水性及吸附力的效果。

作为进一步的技术方案，所述方法还包括：在距离激光头预设位置处设置光电传感器，用于在检测到瓶盖时，触发激光器出光。

该技术方案在瓶盖运动到距离出光位置一定距离时，触发激光器出光，使得激光器出光时瓶盖正好运动到激光出光位置，以保证对动态瓶盖进行表面处理的准确性。

作为进一步的技术方案，所述方法还包括：实时监测瓶盖表面温度，并在监测的实时表面温度不满足要求时，进行功率调节。

该技术方案通过实时监测瓶盖表面温度，可有效避免因温度过低导致的处理效率低问题，以及因温度过高导致材料变性，进而降低亲水性的问题。

作为进一步的技术方案，在监测的实时表面温度未达到预测温度范围时，对功率进行实时补偿；在监测的实时表面温度高于预设温度范围时，对功率进行负向调节。

该技术方案在瓶盖表面温度未达到预测温度时，实时进行功率补偿，提高表面温度；在表面温度偏高时，对功率进行负向调节，避免因材料变性、引起亲水性降低的问题。

作为进一步的技术方案，所述方法还包括：获取输送瓶盖的输送带的速度，在所述输送带的速度变化时，按比例同步调节激光输出功率。

该技术方案可随输送带速度的变化而同步调节激光输出功率，以保证动态状态下对瓶盖进行表面处理的效果。

作为进一步的技术方案，所述工艺参数库的构建，包括：获取瓶盖在不同光谱下的吸收率，根据所述吸收率确定不同颜色瓶盖适配的激光波长及激光输出功率，形成工艺参数库，所述激光波长的范围为450nm-5um之间，所述激光输出功率的范围为10-1000W之间。

进一步地，通过测定瓶盖在不同光谱下吸收率，选定合适的激光波长，通过对激光进行调制，生成矩形光斑照射于瓶盖表面。

根据本发明说明书的一方面，提供一种用于瓶盖激光表面处理的加工系统，包括：测量模块，用于获取瓶盖的尺寸、颜色及瓶盖距离预设点的距离；控制模块，用于根据测量数据实时调节激光的焦距、光斑尺寸及输出功率，并在接收到触发信号时触发激光器出光；激光器，用于根据调节好的焦距、光斑尺寸及输出功率出射激光到瓶盖表面，以对其进行表面处理。

作为进一步的技术方案，所述系统配置为单通道多激光头或多通道多激光头。

作为进一步的技术方案，所述系统还包括输送带，用于输送瓶盖来完成动态表面处理。

作为进一步的技术方案，所述测量模块包括沿输送带依次设置的尺寸测量传感器、色标传感器、测距传感器及温度传感器。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明通过构建工艺参数库，获取瓶盖在不同光谱吸收率下的激光输出功率，以实现根据不同的瓶盖颜色选定不同的激光输出功率，并根据瓶盖的实际高度和宽度对激光进行调制，生成矩形光斑照射于瓶盖表面，瓶盖表面在光热作用下杂质受热脱落、分解并形成凹凸不平的表面形貌增加了表面积；而在光化学作用下瓶盖表面高分子链断裂并与空气中的氧离子结合，生成更多的亲水基团-羟基、羧基等，以上物理、化学性质的改善使得瓶盖表面亲水性、吸附力得到了较好的提升。

相对于现有技术而言，本发明为不同颜色的瓶盖提供更有针对性的激光加工参数，在有效提高表面张力的同时，避免了激光作用导致瓶盖颜色发生变化的问题。

附图说明

图1为根据本发明实施例的一种用于瓶盖激光表面处理的加工方法的流程示意图。

具体实施方式

需要说明的是，本发明针对现有瓶盖表面处理方式存在的问题，提供了一种瓶盖激光表面处理的加工方法，该方法根据瓶盖的实际高度、宽度及颜色，实时调节激光加工的焦距、光斑尺寸及输出功率，利用调节后的激光加工参数进行瓶盖表面处理，提高了瓶盖表面的可印刷性，保证了印刷质量。相对于现有激光处理方式而言，解决了激光作用导致瓶盖颜色发生变化的问题，而相对于现有火焰处理方式而言，获得了表面质量无损伤的处理效果，且无安全隐患。

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，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。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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发明和简化描述，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发明的限制。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，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，也可以是电连接或可以相互通讯；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本实施例提供一种用于瓶盖激光表面处理的加工方法，该方法可自动识别瓶盖颜色、尺寸并自动调节光斑尺寸、焦距以及功率，利用调节后的激光聚焦于瓶盖表面，通过光化学作用以及光热作用改变瓶盖表面高分子状态、清洁度等，从而获得更高张力，解决了现有激光表面处理方式、火焰表面处理方式所存在的问题。

如图1所示，所述方法包括：

步骤1，根据获取的瓶盖高度和宽度，分别调节激光焦距和光斑尺寸。

可选地，在瓶盖输送带的起始端安装尺寸测量传感器，以测量瓶盖的高度和宽度。测量的数据传送给控制模块，控制模块根据瓶盖的测量高度调节焦距，根据瓶盖的测量宽度调节匀化光斑尺寸，以使得调节的激光参数更适用于当前瓶盖的表面处理。

通常情况下，瓶盖为圆柱形，其宽度即为瓶盖直径。

本实施例中，激光光斑为矩形匀化光斑，长度20-50mm可调，宽度0.1-3mm可调。

通常情况下，调节匀化光斑尺寸时，一般调节匀化光斑的长度。

本实施例中，瓶盖由输送带传送，瓶盖飞行速度在10-100m/s之间。

步骤2，根据获取的瓶盖颜色，调用预先构建的工艺参数库，确定当前瓶盖对应的激光输出功率。

可选地，在尺寸测量传感器的一侧安装色标传感器，用于测量瓶盖的颜色，测量的颜色数据传送给控制模块，控制模块根据瓶盖的实际颜色，结合工艺参数库，确定当前瓶盖对应的激光输出功率。

作为一种实施方式，放置瓶盖于输送线初始端，初始端两侧安装有尺寸测量传感器，上方依次安装有色标传感器、测距传感器，经传感器检测，识别瓶盖颜色以及测定瓶盖宽度、高度，根据测定的颜色，自动选择对应的工艺参数。

所述工艺参数库的构建中，利用不同波长的激光进行表面处理，然后测试处理后的达因值，最后选取能够明显提高达因值的波长作为所需的波长，存入工艺参数库中。达因值有一个预设值，只有达到该预设值，才认为对应的波长起到了明显提高达因值的作用。举例而言，达因值处理前一般在30-40之间，处理后如果能达到58以上，则将其对应的波长存入工艺参数库。

举例而言，识别瓶盖颜色为白色(如表1)，宽度28mm，高度16mm；白色瓶盖对应工艺参数为：激光器：100W，波长1900nm，连续模式，占空比为70％，匀化光斑参数为28*0.5mm(L*W)，控制模块选定控制参数并控制激光调制模块进行激光光斑的尺寸、焦距调节，同时输送带速度为12m/min，则效率最高为400pcs/min。

可选地，当输送速度提高时，需按比例同步提高激光输出功率。

本实施例中，激光波长在450nm-5um之间，功率为10-1000W之间。

作为一种实施方式，构建的工艺参数库如表1所示。

表1工艺参数库

序号	瓶盖颜色	使用功率
			1	白色	70％
2	黑色	60％
			3	红色	90％
4	黄色	85％
			5	蓝色	85％
6	绿色	95％

表1以100W激光器，28*0.5mm光斑为基准，以上功率值会根据实际节拍以及监测的表面温度实时调节，不代表最终功率值。不同颜色对应的功率百分比是以100W为基准，根据实际照射温度高低判定，如需要照射点为80℃，进行输出功率的上下微调，超过80℃较多就降功率，低于80则加功率。

其他颜色瓶盖则可在上述基准下对功率进行微调，以满足实际表面温度时为基准功率。

步骤3，在检测到瓶盖运动到预设位置时，触发激光器出光，激光按照确定好的焦距、光斑尺寸及输出功率照射到瓶盖表面，以对其进行表面处理。

可选地，在色标传感器的一侧安装光电传感器，用于测量瓶盖距离预设点的距离。

输送带带动瓶盖前行，当距离激光头一定距离时，光电传感器检测到瓶盖产生触发信号，并控制激光器工作出光，出光功率为预设置的模板参数70％，出光时瓶盖正好运动到激光出光位置。

当激光照射到瓶盖表面时，温度传感器实时监测瓶盖表面温度，当温度达到一定数值时，表面活化反应开启，高分子链由于光子能量开始断链并开始与空气中的氧离子结合生成大量的亲水基团，如羟基、羧基等。在光热作用下，影响材料表面均匀性的一些杂质会膨胀从基体上脱落，提高了材料表面的均匀性，同时光热作用使得瓶盖表面发生微融反应，使得材料表面生成大量弥散分布的凸起与凹坑，这些凸起与凹坑增加了材料的表面积使得油墨与瓶盖表面接触面增加从而提高了印刷亲和性。

进一步地，当瓶盖以12m/min速度通过激光后，此时，单个瓶盖的处理即已完成，后续瓶盖进入印刷通道开始进行印刷，以上步骤进行循环工作即可完成对瓶盖表面的连续处理。

在实际应用中，并可根据实际生产需求进行单通道多激光头、或多通道多激光头的布置，以获得更高的生产效率。

实施例2

基于与实施例1相同的发明构思，提供一种用于瓶盖激光表面处理的加工系统，包括：测量模块，用于获取瓶盖的尺寸、颜色及瓶盖距离预设点的距离；控制模块，用于根据测量数据实时调节激光的焦距、光斑尺寸及输出功率，并在接收到触发信号时触发激光器出光；激光器，用于根据调节好的焦距、光斑尺寸及输出功率出射激光到瓶盖表面，以对其进行表面处理。

前述各部件的实施方式与实施例1相同，在此不做赘述，需要特别指出的是，

所述系统配置为单通道多激光头或多通道多激光头。

所述系统还包括输送带，用于输送瓶盖来完成动态表面处理。

所述测量模块包括沿输送带依次设置的尺寸测量传感器、色标传感器、测距传感器及温度传感器。所述尺寸测量传感器测量瓶盖的实际高度及宽度并发送给控制模块，用于控制模块进行激光焦距及光斑尺寸的调节。所述色标传感器测量瓶盖的颜色并发送给控制模块，用于控制模块从工艺参数库中确定与该颜色对应的激光输出功率。所述测距传感器测量瓶盖距离触发点的距离，以触发激光器出光。所述温度传感器测量瓶盖表面温度，以便于实时功率调节。

综上实施例，本发明通过测定塑料瓶盖在不同光谱下吸收率，选定合适的激光波长，通过对激光进行调制，生成矩形光斑照射于瓶盖表面。瓶盖表面在光热作用下杂质受热脱落、分解并形成凹凸不平的表面形貌增加了表面积；而在光化学作用下瓶盖表面高分子链断裂并与空气中的氧离子结合，生成更多的亲水基团-羟基、羧基等。以上物理、化学性质的改善是的瓶盖表面亲水性、吸附力得到了较好的提升。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。

Claims (10)

1.一种用于瓶盖激光表面处理的加工方法，其特征在于，包括：

根据获取的瓶盖高度和宽度，分别调节激光焦距和光斑尺寸；

根据获取的瓶盖颜色，调用预先构建的工艺参数库，确定当前瓶盖对应的激光输出功率；

在检测到瓶盖运动到预设位置时，触发激光器出光，激光按照确定好的焦距、光斑尺寸及输出功率照射到瓶盖表面，以对其进行表面处理。

2.根据权利要求1所述一种用于瓶盖激光表面处理的加工方法，其特征在于，所述方法还包括：在距离激光头预设位置处设置光电传感器，用于在检测到瓶盖时，触发激光器出光。

3.根据权利要求1所述一种用于瓶盖激光表面处理的加工方法，其特征在于，所述方法还包括：实时监测瓶盖表面温度，并在监测的实时表面温度不满足要求时，进行功率调节。

4.根据权利要求3所述一种用于瓶盖激光表面处理的加工方法，其特征在于，在监测的实时表面温度未达到预测温度范围时，对功率进行实时补偿；在监测的实时表面温度高于预设温度范围时，对功率进行负向调节。

5.根据权利要求1所述一种用于瓶盖激光表面处理的加工方法，其特征在于，所述方法还包括：获取输送瓶盖的输送带的速度，在所述输送带的速度变化时，按比例同步调节激光输出功率。

6.根据权利要求1所述一种用于瓶盖激光表面处理的加工方法，其特征在于，所述工艺参数库的构建，包括：获取瓶盖在不同光谱下的吸收率，根据所述吸收率确定不同颜色瓶盖适配的激光波长及激光输出功率，形成工艺参数库，所述激光波长的范围为450nm-5um之间，所述激光输出功率的范围为10-1000W之间。

7.一种用于瓶盖激光表面处理的加工系统，其特征在于，包括：测量模块，用于获取瓶盖的尺寸、颜色及瓶盖距离预设点的距离；控制模块，用于根据测量数据实时调节激光的焦距、光斑尺寸及输出功率，并在接收到触发信号时触发激光器出光；激光器，用于根据调节好的焦距、光斑尺寸及输出功率出射激光到瓶盖表面，以对其进行表面处理。

8.根据权利要求7所述一种用于瓶盖激光表面处理的加工系统，其特征在于，所述系统配置为单通道多激光头或多通道多激光头。

9.根据权利要求7所述一种用于瓶盖激光表面处理的加工系统，其特征在于，所述系统还包括输送带，用于输送瓶盖来完成动态表面处理。

10.根据权利要求9所述一种用于瓶盖激光表面处理的加工系统，其特征在于，所述测量模块包括沿输送带依次设置的尺寸测量传感器、色标传感器、测距传感器及温度传感器。