CN107695529B - 一种利用激光在铝合金上打深槽的方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施方式涉及激光加工领域，公开了一种利用激光在铝合金上打深槽的方法，包括：通过测量组装物的厚度获取到第一深度值；对激光器发射的第一激光束进行腰束扩大形成第二激光束，然后将所述第二激光束进行聚焦，使聚焦后的所述第二激光束光斑小于所述第一激光束的光斑并且焦深长度大于所述第一激光束的焦深；在所述铝合金上激光雕刻深度为所述第一深度值的深槽，其中，所述深槽是至少两次分层雕刻而成；在每次雕刻之后都对所述深槽的侧壁进行激光修整，以使所述深槽侧壁与所述铝合金表面的角度趋于直角。通过上述方式，本发明实施方式能够比现有的雕刻方法大大提高了速度和效率。

Description

一种利用激光在铝合金上打深槽的方法及设备

技术领域

本发明实施方式涉及激光加工领域，特别是涉及一种利用激光在铝合金上打深槽的方法及设备。

背景技术

随着消费电子市场的竞争越来越激烈，各厂商对电子产品的外观、轻便度、耐用等要求越来越高。而轻便的铝合金材料成为了当下电子产品外壳的最佳选择。生产厂商要在铝合金外壳上做LOGO通常会有几种方式，丝印、激光表面打标、激光深雕后镶嵌LOGO等。而激光深雕后镶嵌LOGO的效果更具立体感，LOGO材料可选择性更多，一些高端的电子产品经常会使用这种方式。

而在激光深雕后镶嵌LOGO应用中，技术要求LOGO边缘直角小于98 度以内，才能达到LOGO与直角完美结合，大于98度将会造成组装干涉，无法满足此工艺要求。现有的激光在铝合金上打深度的工艺，是直接利用传统的设备来雕刻出有深度的标记槽。由于激光光束聚焦的特性，是无法雕出边缘直角接近90度的LOGO槽，而且会随着字体所在位置的不同，锥度的方向也会不同，是随激光入射角的不同而发生变化的，锥度会随着深度的增加而增加，综上因素的干涉，不能很好实现此工艺。

发明内容

本发明实施方式主要解决的技术问题是提供一种利用激光在铝合金上打深槽的方法，能够解决无法雕出边缘直角接近90度深槽的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的一个技术方案是：提供一种利用激光在铝合金上打深槽的方法，包括：通过测量组装物的厚度获取到第一深度值；对激光器发射的第一激光束进行腰束扩大形成第二激光束，然后将所述第二激光束进行聚焦，使聚焦后的所述第二激光束光斑小于所述第一激光束的光斑并且焦深长度大于所述第一激光束的焦深长度；在所述铝合金上激光雕刻深度为所述第一深度值的深槽，其中，所述深槽是至少两次分层雕刻而成；在每次雕刻之后都对所述深槽的侧壁进行激光修整，以使所述深槽侧壁与所述铝合金表面的角度趋于直角。

优选地，在每次雕刻之后都对所述深槽的侧壁进行激光修整，以使所述深槽侧壁与所述铝合金表面的角度趋于直角的具体内容包括：每次进行激光深度雕刻后获取所述深槽侧壁相对于所述铝合金表面的角度；测量出当前所述深槽的深度值；计算出所述深槽侧壁底边的边距；根据所述边距调整所述激光雕刻参数，以使所述第二激光束精准的从所述深槽侧壁的最底端开始修整雕刻。

优选地，所述计算出所述深槽侧壁底边的边距的具体内容包括：根据计算公式进行计算出每次对深槽深度雕刻之后所述深槽侧壁底边的边距，计算公式为：L＝tana*h,其中，L是所述边距，h是当前深槽的深度值，a是每次激光进行深度雕刻后所述深槽侧壁相对于所述铝合金表面的角度。

优选地，所述通过测量组装物的厚度获取到第一深度值的步骤之后，所述方法还包括：获取到要雕刻的所述深槽的指定位置；根据所述指定位置，规划出激光照射的路线。

优选地，所述方法还包括：对所述深槽的底部进行去除毛刺。

优选地，采用254镜头的聚焦镜对所述激光束进行聚焦处理；所述激光器为红外激光器。

为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的另一个技术方案是：提供一种利用激光在铝合金上打深槽的设备，包括：激光器、扩束镜、振镜***、聚焦镜、控制***以及工作平台；所述控制***包括控制模块、采集模块、规划模块和计算模块，所述控制模块用于控制所述激光器雕刻和控制所述振镜***，所述采集模块用于采集数据信息，所述规划模块用于规划激光束传输路线，所述计算模块用于计算所述深槽侧壁底边的边距。

优选地，所述控制模块与所述激光器和振镜***均连接，所述采集模块与所述规划模块连接。

优选地，所述聚焦镜采用254镜头；所述激光器为红外激光器。

本发明实施方式的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施方式提供一种利用激光在铝合金上打深槽的方法，通过将激光束进行扩大腰束处理，然后将所述激光束聚焦成焦深长和光斑小的激光，光斑小可增加激光光束能量密度，同时对铝合金表面上多次分层雕刻形成一个完整的深槽，在每次雕刻后都进行深槽侧壁修整，使深槽侧壁与铝合金表面的角度趋于直角，这种角度可以很好的将组装物镶嵌到深槽中，这种雕刻深槽的方法比现有的雕刻方法大大提高了速度和效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的利用激光在铝合金上打深槽的方法的流程图；

图2是本发明实施例一提供的利用激光在铝合金上打深槽的方法中修整深槽侧壁的流程图；

图3是本发明实施例二提供的利用激光在铝合金上打深槽的方法的流程图；

图4是本发明实施例三提供的利用激光在铝合金上打深槽的方法的流程图；

图5是本发明提供的利用激光在铝合金上打深槽设备的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。

参阅图1，图1是本发明实施例一提供的利用激光在铝合金上打深槽的方法的流程图，本发明实施方式提供的利用激光在铝合金上打深槽的方法，包括：

11：通过测量组装物的厚度获取到第一深度值；

本发明实施例中所雕刻的深槽是为了镶嵌组装物，所以深槽的深度要能够将组装物镶嵌在内，所述第一深度值就是组装物的厚度或者略小于组装物的厚度，例如，需要在铝合金上镶嵌某个logo，则需要先测量此logo的厚度，再根据这个厚度雕刻可以容纳此logo的深槽，深槽的深度可以略小于此logo的厚度，这样logo镶嵌之后可以突出于深槽这样更加美观，需要说明的是，所述第一深度值是铝合金表面到深槽最底部的深度。

12：对激光器发射的第一激光束进行腰束扩大形成第二激光束，然后将所述第二激光束进行聚焦，使聚焦后的所述第二激光束光斑小于所述第一激光束的光斑并且焦深长度大于所述第一激光束的焦深长度；

在本发明实施例中，采用的聚焦镜是254镜头的聚焦镜，这种聚焦镜可使聚焦后的激光焦深长，并且深度雕刻时可使深槽的侧壁与铝合金表面的角度较其他聚焦镜产生的角度小，由于这种镜头产生的光斑较大，因为聚焦镜的特性是聚焦光斑直径与入射光斑直径成反比，所以采用扩束镜与之进行配合，利用扩束镜将光束进行扩大，聚焦镜就可以使光束的光斑聚焦的很小，这样光斑的能量密度就会很大。

13：在所述铝合金上激光雕刻深度为所述第一深度值的深槽，其中，所述深槽是至少两次分层雕刻而成；

14：在每次雕刻之后都对所述深槽的侧壁进行激光修整，以使所述深槽侧壁与所述铝合金表面的角度趋于直角；

利用激光雕刻深槽并不是一次性对深槽雕刻完成，而是分为多次进行雕刻，并且是每雕刻一次修一次深槽的侧壁，例如，可以先对深槽进行二分之一第一深度值的深度进行雕刻，再进行修整深槽侧壁，然后进行剩余二分之一第一深度值的深度进行雕刻，再进行修整深槽侧壁；或者也可以将第一深度值分为三次对深槽进行雕刻，且每雕刻一次对深槽的侧壁修整一次。

因为需要雕刻的深槽并不是一个而是多个，这种情况下，可以更好的控制铝合金上槽与槽之间深度的一致性，由于铝合金材料受热效应影响，如果直接将深槽雕刻完整的深度，铝合金材料处于受热状态，铝合金材料的温度升高对激光的吸收率也会发生变化，这时再雕刻第二个深槽的时候，深槽必然与之前的深槽的深度不一致。而将一个槽分为多次雕刻的这种方式可以快速分散能量，避免热量过于集中，让铝合金受热均衡达到能量吸收均衡。

由于利用激光雕刻的深槽的侧壁与铝合金表面的角度较大，这样无法将组装物完整的镶嵌到深槽中，所以还需要对深槽的侧壁进行修整，通常情况下，在深槽侧壁与铝合金表面的角度在90度至98度之间时，可以使组装物与深槽实现完美贴合，达到最佳镶嵌。在实施例中，对深槽侧壁修整也不是一次性修整完全，而是分为多次修整，所以在进行修侧壁时不需要很强能量的激光，这样修整侧壁就不会造成边角毛刺很严重，同时这样修边的地方不会有残杂的堆积，底纹会更平整，同时提高了工作效率；如果在深槽全部雕刻完后一次性修整侧壁，由于需要修整的深槽侧壁较多，就需要能量较强的激光，激光能量过强会导致边角出现很深很严重的毛刺，这样再对底纹进行去毛刺时会使深槽的深度与第一深度值偏差较大，造成深槽雕刻失败。

在本发明实施例中，通过将激光束进行扩大腰束处理，然后将所述激光束聚焦成焦深长和光斑小的激光，光斑小可增加激光光束能量密度，同时对铝合金表面上多次分层雕刻形成一个完整的深槽，在每次雕刻后都进行深槽侧壁修整，使深槽侧壁与铝合金表面的角度趋于直角，这种角度可以很好的将组装物镶嵌到深槽中，这种雕刻深槽的方法比现有的雕刻方法大大提高了速度和效率。

请参阅图2，图2是本发明实施例一提供的利用激光在铝合金上打深槽的方法中修整深槽侧壁的流程图，步骤14包括：

141：每次进行激光深度雕刻后获取所述深槽侧壁相对于所述铝合金表面的角度；

142：测量出当前所述深槽的深度值；

143：计算出所述深槽侧壁底边的边距；

144：根据所述边距调整所述激光雕刻参数，以使所述第二激光束精准的对所述深槽侧壁的最底端开始雕刻修整；

根据计算公式进行计算出每次雕刻之后所述深槽侧壁底边的边距，计算公式为：

L＝tana*h,其中，L是所述边距，h是当前深槽的深度值，a是每次激光进行深度雕刻后所述深槽侧壁相对于所述铝合金表面的角度。

需要说明的是，此公式是根据三角函数的计算公式推导得来。

因为在激光进行深度雕刻时设置的参数是不适用进行对深槽侧壁修整的参数设置，所以通过计算出深槽侧壁底边的边距，能够确定激光将要对侧壁修整的位置，也就是所述深槽侧壁最低端的位置，然后调整激光雕刻的参数，使所述第二激光束精准的从所述深槽侧壁的最底端开始修整雕刻，而不会使激光照射在深槽的其他位置造成失败。而对深槽侧壁修整的范围是不限制的，只要使深槽侧壁与铝合金表面的角度趋于直角就可以。

在本发明实施例中，通过计算当前深槽侧壁底边的边距，可以确定所述激光对所述深槽侧壁进行修整雕刻的位置，这样可以防止出现因为参数不适用而造成误差。

请参阅图3，图3是本发明实施例二提供的利用激光在铝合金上打深槽的方法的流程图，其中步骤11-步骤14与实施例一种的步骤11-步骤14是相同的，此处不再一一赘述。进一步地，步骤11之后所述方法还包括：

15：获取到要雕刻的所述深槽的指定位置；

先获取到深槽的指定位置是为了可以防止在激光雕刻过程中误对铝合金其他部位进行破坏。

16：根据所述指定位置，规划出激光照射的路线；

所述路线是激光器到需要雕刻的深槽之间激光束照射的路线。

在本发明实施例中，通过对需要雕刻的深槽的位置与激光器之间激光束照射的路线进行规划可以快速的使激光直接照射在需要雕刻的深槽的位置上，并且也能防止激光照射偏差造成铝合金的破坏，既提高了工作效率又减少了误差。

请参阅图4，图4是本发明实施例三提供的利用激光在铝合金上打深槽的方法的流程图，其中步骤11-步骤16与实施例一种的步骤11-步骤16是相同的，此处不再一一赘述。进一步地，所述方法还包括：

17：对所述深槽的底部进行去除毛刺；

雕刻的深槽的底部会产生毛刺，不平整，去除毛刺可以保证深槽底部平整。

请参阅图5，图5是本发明提供的利用激光在铝合金上打深槽设备的示意图，利用激光在铝合金上打深槽的设备包括：激光器1，用于为激光加工材料提供光源；扩束镜2，用于将激光源发出的光扩大，提高激光的传输特性以使其更好地将激光汇聚到材料上，扩束镜扩束倍数为 1-8倍可调；振镜***3，包括X振镜和Y振镜，由扫描电机和光学反射镜片组合而成，用于利用扫描电机带动光学镜片进行偏转式运动将激光按照控制软件给定的指定位置进行定位标记；聚焦镜4，用于使激光光束在每个平面聚焦到点的激光光斑一致性；控制***(图未示)，所述控制***包括控制模块、采集模块、规划模块和计算模块，所述控制模块用于控制所述激光器雕刻和控制所述振镜***，所述采集模块用于采集数据信息，所述规划模块用于规划激光束传输路线，所述计算模块用于计算所述深槽侧壁底边的边距；工作平台5，用于金属工件激光加工打标时放置的地方。

所述扩束器2、振镜***3和聚焦镜4均设置于所述激光器1和工作平台5之间的激光传播路径上；

所述扩束镜2将所述激光器1发射的激光束进行扩束调整，振镜***3进行偏转运动并将扩束后的所述激光束反射到需要雕刻的铝合金的指定位置上，所述激光光束经过聚焦镜4时，所述聚焦镜4将所述激光束进行聚焦使光束的光斑变小。

聚焦镜4的镜头采用的是254镜头，245镜头聚焦后的激光束焦深长，但是245镜头聚焦光斑较大，所以在本发明实施例中，增加了扩束镜2，来获得更小的光斑，增加激光光束能量密度。

具体的，所述控制***的所述控制模块与所述激光器和振镜***均连接，所述采集模块与所述规划模块连接，所述计算模块与所述控制模块连接；采集模块首先获取到铝合金表面需要雕刻深槽的指定位置，并将所述指定位置发送给规划模块，规划模块对激光器和指定位置之间的距离进行规划传输路线，规划好之后控制模块振镜***的X振镜和Y振镜进行偏振运动，以使激光束能够沿着规划的路线照射到铝合金上的指定位置，由于本发明实施例需要对每次雕刻完对深槽侧壁进行修整的方式，所以计算模块需要对深槽侧壁底边的边距进行计算，得到深槽侧壁底边的边距之后重新调整激光雕刻的参数，以使所述激光精准的对所述深槽侧壁进行修整雕刻。

其中，激光器1为红外光纤激光器，其脉冲波长为1055nm-1075nm，脉宽为100-140ns，平均功率为50W，并且红外激光器对金属材料吸收更好，加工效率更高。

X振镜和Y振镜均采用CTI的l i ght i ng II 14mm全数字振镜，此款振镜精度高，在254镜头下打160乘160mm的范围，DA转换板是24位的分辨率，24位的分辨率是9.5nm，而普通用的振镜DA转换板是16位的分辨率，同在254镜头下打160乘160的范围，它的分辨率是2.38um,24 位振镜精度高很明显，比起一般的振镜更不容易出现打标线段错位等问题，再加上湿度漂移小，更能保证振镜的重复精度及定位精度。

在本发明实施例中，通过将激光束进行扩大腰束处理，然后将所述激光束聚焦成焦深长和光斑小的激光，光斑小可增加激光光束能量密度，同时对铝合金表面上多次分层雕刻形成一个完整的深槽，在每次雕刻后都进行深槽侧壁修整，使深槽侧壁与铝合金表面的角度趋于直角，这种角度可以很好的将组装物镶嵌到深槽中，这种雕刻深槽的方法比现有的雕刻方法大大提高了速度和效率。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种利用激光在铝合金上打深槽的方法，其特征在于，包括：

通过测量组装物的厚度获取到第一深度值；

对激光器发射的第一激光束进行腰束扩大形成第二激光束，然后将所述第二激光束进行聚焦，使聚焦后的所述第二激光束光斑小于所述第一激光束的光斑并且焦深长度大于所述第一激光束的焦深长度；

在所述铝合金上激光雕刻深度为所述第一深度值的深槽，其中，所述深槽是至少两次分层雕刻而成；

在每次雕刻之后都对所述深槽的侧壁进行激光修整，以使所述深槽侧壁与所述铝合金表面的角度趋于直角；

在每次雕刻之后都对所述深槽的侧壁进行激光修整，以使所述深槽侧壁与所述铝合金表面的角度趋于直角的具体内容包括：

每次进行激光深度雕刻后获取所述深槽侧壁相对于所述铝合金表面的角度；

测量出当前所述深槽的深度值；

计算出所述深槽侧壁底边的边距；

根据所述边距调整所述激光雕刻参数，以使所述第二激光束精准的从所述深槽侧壁的最底端开始雕刻修整。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算出所述深槽侧壁底边的边距的具体内容包括：

根据计算公式进行计算出每次对深槽深度雕刻之后所述深槽侧壁底边的边距，计算公式为：

L＝tana*h,其中，L是所述边距，h是当前深槽的深度值，a是每次激光进行深度雕刻后所述深槽侧壁相对于所述铝合金表面的角度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述通过测量组装物的厚度获取到第一深度值的步骤之后，所述方法还包括：

获取到要雕刻的所述深槽的指定位置；

根据所述指定位置，规划出激光照射的路线。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

对所述深槽的底部进行去除毛刺。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

采用254镜头的聚焦镜对所述激光束进行聚焦处理；

所述激光器为红外激光器。

6.一种与权利要求1-5任意一项的利用激光在铝合金上打深槽的方法相对应的利用激光在铝合金上打深槽的设备，其特征在于，包括：激光器、扩束镜、振镜***、聚焦镜、控制***以及工作平台；

所述控制***包括控制模块、采集模块、规划模块和计算模块，所述控制模块用于控制所述激光器雕刻和控制所述振镜***，所述采集模块用于采集数据信息，所述规划模块用于规划激光束传输路线，所述计算模块用于计算所述深槽侧壁底边的边距。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，

所述控制模块与所述激光器和振镜***均连接，所述采集模块与所述规划模块连接。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，

所述聚焦镜采用254镜头；

所述激光器为红外激光器。