專利名稱：利用激光在鋁合金陽極層表面打標(biāo)的設(shè)備及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光加工技術(shù)，尤其涉及一種利用激光在鋁合金陽極層表面打標(biāo)的設(shè)備及方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的在鋁合金表面打標(biāo)的工藝，通常包括如下步驟用激光在陽極層表面打標(biāo)， 待顯示白色后，再對(duì)打標(biāo)后的鋁合金陽極進(jìn)行陽極處理；邊打標(biāo)邊吹氣，以在該陽極形成氧化膜保護(hù)層；增加特殊物質(zhì)，激光照射后產(chǎn)生變化，形成對(duì)比鮮明的效果。但是，上述的加工方法存在一定的缺陷，主要體現(xiàn)在一是在激光作用區(qū)陽極層被完全除去，導(dǎo)致該區(qū)域的鋁合金質(zhì)金屬層沒有得到很好的保護(hù)，因此該區(qū)域容易被腐蝕，其強(qiáng)度很難保證；二是要加入輔助材料或進(jìn)行二次處理，比較費(fèi)時(shí)，不利于工業(yè)生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種利用激光在鋁合金陽極層表面打標(biāo)的設(shè)備及方法，以使在打標(biāo)的同時(shí)能夠在陽極層打標(biāo)區(qū)域形成致密的保護(hù)膜，而不需要破壞表面陽極層及陽極層的屬性強(qiáng)度，即可形成光滑、顏色對(duì)比鮮明、沒有觸感的打標(biāo)標(biāo)記。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的
一種利用激光在鋁合金陽極層表面打標(biāo)的設(shè)備，包括紅色指示燈，光路防護(hù)罩，還包括激光器、可調(diào)擴(kuò)束鏡、振鏡頭和光學(xué)透鏡；其中 激光器，用于為激光加工材料表面提供光源；
可調(diào)擴(kuò)束鏡，用于將激光源發(fā)出的光擴(kuò)大，提高激光的傳輸特性以使其更好地將激光匯聚到材料表面；
紅色指示燈，用于定位指示；
振鏡頭，由電機(jī)和光學(xué)部件組合而成，用于利用電機(jī)帶動(dòng)鏡片偏轉(zhuǎn)式的激光按照電腦給定的指定位置進(jìn)行定位；
光學(xué)透鏡，用于使激光光束在某一平面聚焦到點(diǎn)的激光光斑特性一致； 光路防護(hù)罩，用于密封光路。其中，所述的激光器為脈沖激光器，其脈沖波長為IOOOnm llOOnm。所述的激光器的脈寬為2ns 20ns?！N利用激光在鋁合金陽極層表面打標(biāo)的方法，包括
A、啟動(dòng)在鋁合金陽極層表面打標(biāo)的設(shè)備；
B、根據(jù)被加工的鋁合金的陽極層厚度，調(diào)整激光器的脈沖波長和脈沖寬度；
C、當(dāng)激光束透過可調(diào)擴(kuò)束裝置，經(jīng)處理后的脈沖激光再通過光學(xué)透鏡聚焦在所述鋁合金的陽極層表面，利用所述激光器發(fā)出的激光束對(duì)鋁合金的陽極層表面進(jìn)行打標(biāo)。本發(fā)明所提供的利用激光在鋁合金陽極表層打標(biāo)的設(shè)備及方法，具有以下優(yōu)點(diǎn) 與現(xiàn)有的工藝相比，其打出的標(biāo)記顏色為墨黑色，因此能使打標(biāo)區(qū)域與非打標(biāo)區(qū)域形成鮮明對(duì)比，而且能夠在打標(biāo)后的區(qū)域不破壞鋁合金表面的陽極層，既保證了打標(biāo)區(qū)域的強(qiáng)度， 又可有效避免被腐蝕。打標(biāo)后的鋁合金表面，外觀漂亮，適合工業(yè)生產(chǎn)。


圖1為打標(biāo)后的鋁合金板(如筆記本電腦外殼)示意圖； 圖IA為鋁合金板經(jīng)激光打標(biāo)加工前后的放大效果對(duì)比圖； 圖2為本發(fā)明鋁合金板經(jīng)激光打標(biāo)后的剖面結(jié)構(gòu)示意圖2A為圖2所示材料經(jīng)激光打標(biāo)后的厚度測量數(shù)據(jù)示意圖； 圖3為本發(fā)明激光打標(biāo)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。主要部件符號(hào)說明
1鋁合金板⑶口筆記本電腦外殼)
2非打標(biāo)區(qū)域
3打標(biāo)區(qū)域(即激光加工區(qū)域)
4陽極層表面 5:陽極層
6 阻擋層 7:基材
8激光器
9可調(diào)擴(kuò)束鏡
10紅色指示燈
11振鏡頭
12光學(xué)透鏡
13光路防護(hù)罩。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及本發(fā)明的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的方法作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。本發(fā)明的基本原理采用一種由納秒級(jí)的激光器、可調(diào)擴(kuò)束系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)和軟件控制集成一體的專為鋁合金表面陽極層打標(biāo)的設(shè)備，利用該激光器發(fā)出的激光束對(duì)金屬尤其是鋁合金材料的陽極層表面進(jìn)行打標(biāo)，當(dāng)激光束透過可調(diào)擴(kuò)束裝置，經(jīng)處理后的脈沖光再通過光學(xué)透鏡聚焦，利用軟件控制，設(shè)置適當(dāng)?shù)乃俣?、頻率，最后在激光的作用下在鋁合金的陽極層表面形成光滑的黑色效果。圖1為打標(biāo)后的鋁合金板(如筆記本電腦外殼)示意圖，如圖1所示，在鋁合金板1 的表面，打標(biāo)后的區(qū)域非常明顯，外殼非打標(biāo)區(qū)域2，保持著鋁合金的原樣，打標(biāo)區(qū)域3顏色呈黑色。用色差計(jì)檢測L值為四 31，a值為0.6 0.96，b值為1. 5 2. 3。相比較其他的陽極膜區(qū)域其亮度較低，有非常鮮明的對(duì)比度。這里，采用L*a*b*色空間色主體表示法，其中L代表亮度，a*和b*是色度坐標(biāo)。 a*和b*表示色方向+a*為紅色方向，_a*為綠色方向，+b*為黃色方向，_b*為藍(lán)色方向。圖IA為鋁合金板經(jīng)激光打標(biāo)加工前后的放大效果對(duì)比圖，如圖所示，在放大500 倍的顯微鏡下，左側(cè)加工前的區(qū)域比較粗糙，而右側(cè)加工后的區(qū)域則相對(duì)比較平滑。從圖中可以看出，打標(biāo)后并沒有破壞陽極層原有的底紋，用膜厚儀測量，打標(biāo)區(qū)域的陽極層和沒有打標(biāo)區(qū)域陽極層厚度是一樣的。進(jìn)一步說明了這種激光打標(biāo)技術(shù)沒有破壞陽極層表面。圖2為本發(fā)明鋁合金板經(jīng)激光打標(biāo)后的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，鋁合金板上的陽極層表面4，打標(biāo)區(qū)域3即激光加工區(qū)域的深度相比非打標(biāo)區(qū)域約深I(lǐng)um左右，陽極層 5的厚度約在5um 20um?？梢钥闯觯钃鯇?在激光加工的作用下，由于受熱產(chǎn)生了微小的空穴，已經(jīng)發(fā)生了晶相變化(可參考圖1A)?；?為鋁材3-6各種系列的鋁材料。圖2A為圖2所示材料經(jīng)激光打標(biāo)后的厚度測量數(shù)據(jù)示意圖，如圖所示，基材為鋁材3 6各種系列的鋁材料，經(jīng)激光打標(biāo)加工后，在材料表面陽極的表面上形成氧化鋁薄層，其厚度為5 20um，硬質(zhì)陽極氧化膜厚度可達(dá)60 200um，激光正是作用在該層面改變了表面的顏色特性而不影響膜的特性的效果。圖3為本發(fā)明激光打標(biāo)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；如圖3所示的激光打標(biāo)設(shè)備，主要包括激光器8、可調(diào)擴(kuò)束鏡9、紅色指示燈10、振鏡頭11、光學(xué)透鏡12、光路防護(hù)罩13共6個(gè)部件。其中
激光器8，采用紅外激光光源，平均功率20W，峰值功率為1. 6kff,使用頻率為500kHz的激光發(fā)生器，為激光加工材料表面提供光源。要在鋁合金表面的陽極層打標(biāo)出光滑而且黑的效果，對(duì)激光器的選擇比較重要1)波長選擇其波長必須對(duì)這種材料有比較好的吸收， 采用脈沖激光器，激光器波長IOOOnm IlOOnm之間。例如1064nm就比較合適。2)脈寬的選擇該激光器的脈寬可在2ns 20ns之間調(diào)節(jié)。對(duì)于陽極層比較薄的，例如表面陽極層厚度在4um 7um，脈寬在20ns左右比較合適；若表面陽極層厚度在IOum 15um，則脈寬選擇2ns左右比較合適?？烧{(diào)擴(kuò)束鏡9，用于將激光光源發(fā)出的光擴(kuò)大，提高激光的傳輸特性以使其更好地將激光匯聚到材料表面。紅色指示燈10，是一種小功率的發(fā)光激光器，通過紅光斜反鏡10將紅光和激光的路徑保持一致，用于定位指示。振鏡頭11，該部件是由電機(jī)和光學(xué)部件組合而成，用于利用電機(jī)帶動(dòng)鏡片偏轉(zhuǎn)式的激光按照電腦給定的指定位置進(jìn)行定位。光學(xué)透鏡12，用于使激光光束在某一平面聚焦到點(diǎn)的激光光斑特性一致。光路防護(hù)罩13，用于密封光路，避免光路鏡片污染。其工作過程中，通過電腦控制激光的各種參數(shù)，以及對(duì)不同擴(kuò)束倍數(shù)的調(diào)節(jié)，用激光振鏡掃描利用透鏡將激光匯聚到表面，形成陽極鋁價(jià)的顏色變化，而保證不破壞掉陽極層的一種工作方式。在通常情況下，陽極層很容易破壞掉。而改變了材料的性能，使用這種方法能夠解決材料性能不變化而顏色發(fā)生變化的特性。這種工藝方法能夠替代傳統(tǒng)的噴涂的方式。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種利用激光在鋁合金陽極層表面打標(biāo)的設(shè)備，包括紅色指示燈，光路防護(hù)罩，其特征在于，該設(shè)備還包括激光器、可調(diào)擴(kuò)束鏡、振鏡頭和光學(xué)透鏡；其中激光器，用于為激光加工材料表面提供光源；可調(diào)擴(kuò)束鏡，用于將激光源發(fā)出的光擴(kuò)大，提高激光的傳輸特性以使其更好地將激光匯聚到材料表面；紅色指示燈，用于定位指示；振鏡頭，由電機(jī)和光學(xué)部件組合而成，用于利用電機(jī)帶動(dòng)鏡片偏轉(zhuǎn)式的激光按照電腦給定的指定位置進(jìn)行定位；光學(xué)透鏡，用于使激光光束在某一平面聚焦到點(diǎn)的激光光斑特性一致；光路防護(hù)罩，用于密封光路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用激光在鋁合金陽極層表面打標(biāo)的設(shè)備，其特征在于，所述的激光器為脈沖激光器，其脈沖波長為IOOOnm llOOnm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用激光在鋁合金陽極層表面打標(biāo)的設(shè)備，其特征在于， 所述的激光器的脈寬為2ns 20ns。
4.一種利用激光在鋁合金陽極層表面打標(biāo)的方法，其特征在于，包括A、啟動(dòng)在鋁合金陽極層表面打標(biāo)的設(shè)備；B、根據(jù)被加工的鋁合金的陽極層厚度，調(diào)整激光器的脈沖波長和脈沖寬度；C、當(dāng)激光束透過可調(diào)擴(kuò)束裝置，經(jīng)處理后的脈沖激光再通過光學(xué)透鏡聚焦在所述鋁合金的陽極層表面，利用所述激光器發(fā)出的激光束對(duì)鋁合金的陽極層表面進(jìn)行打標(biāo)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用激光在鋁合金陽極層表面打標(biāo)的設(shè)備及方法，該設(shè)備包括用于為激光加工材料表面提供光源的激光器；用于將激光源發(fā)出的光擴(kuò)大，以提高激光傳輸特性使其更好地將激光匯聚到材料表面的可調(diào)擴(kuò)束鏡；用于利用電機(jī)帶動(dòng)鏡片偏轉(zhuǎn)式的激光按照電腦給定的指定位置進(jìn)行定位的振鏡頭；用于使激光光束在某一平面聚焦到點(diǎn)的激光光斑特性一致的光學(xué)透鏡；以及用于密封光路的光路防護(hù)罩。啟動(dòng)該設(shè)備，根據(jù)被加工的鋁合金的陽極層厚度，調(diào)整激光器的脈沖波長和脈沖寬度，對(duì)鋁合金的陽極層表面進(jìn)行打標(biāo)。利用本發(fā)明進(jìn)行打標(biāo)，可在陽極層形成致密的保護(hù)膜，且不破壞陽極層表面，也不改變其屬性強(qiáng)度。
文檔編號(hào)B41J3/413GK102442082SQ201110296
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者劉勇, 盧飛星, 程英 申請(qǐng)人:武漢華工激光工程有限責(zé)任公司