本發明涉及激光加工技術領域，尤其涉及一種利用激光在金屬材料表面標記隱形二維碼的方法及設備。

背景技術：

隨著消費電子市場需求的變化，包括鋁合金在內的金屬材料在電子產品上的應用越來越廣泛，使激光加工在消費電子產品上標記應用也越來越多，其中比較常見應用就是在產品表面標記二維碼進行產品的追溯。現有的激光加工在鋁合金表面標記二維碼標記的工藝，通常都是破壞材料表面達到標記為白色或者是暗灰色的二維碼，此種加工工藝是通過破壞鋁合金材料表面，露出鋁合金材料的本色或者大能量燒成暗灰色；標記出來的二維碼有一定深度，在日常使用過程中容易沾染贓物，難于去除，邊緣會有較重毛刺，外觀效果較差，且鋁合金材料本身光亮平滑，有很強的金屬手感，此效果嚴重影響消費者對產品的手感體驗及美的感觀度。

因此，現有技術還有待于改進和發展。

技術實現要素：

鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供利用激光在金屬材料表面標記隱形二維碼的方法及設備，從而克服現有技術中的用激光在鋁合金表面標記二維碼標記的工藝，破壞鋁合金材料表面，難于去除，外觀效果差、嚴重影響消費者對產品的手感體驗的問題。

本發明的技術方案如下：

一方面，本發明提供了一種利用激光在金屬材料表面標記隱形二維碼的設備，其包括：

標記系統，用于編輯生成隱形二維碼的內容并設定對應的標記參數；

激光器，用于提供光源；所述激光器的激光脈沖寬度為1～100ns；

控制系統，用于控制激光光束的輸出方式；

擴束鏡，用于將所述激光器發出的激光光束擴大；

振鏡系統，用于根據所述標記系統設定的標記參數，將經所述擴束鏡擴大后的激光光束在金屬材料表面做定位標記；

f-theta透鏡，用于使激光光束均勻聚焦至金屬材料表面；所述f-theta透鏡鏡頭的標稱焦距不大于160mm；

工業相機系統，用于對標記后的隱形二位碼進行放大拍照；以及

讀碼系統，用于讀取所述工業相機系統拍攝的隱形二維碼。

所述的利用激光在金屬材料表面標記隱形二維碼的設備，其中，所述設備還包括：

旋轉工作臺，用于提供標記隱形二維碼的打標工位、以及對標記后的隱形二位碼進行放大拍照的拍照工位，并通過旋轉實現打標工位和拍照工位的切換。

所述的利用激光在金屬材料表面標記隱形二維碼的設備，其中，所述設備還包括：

二維碼數據庫系統，用于將所述讀碼系統讀取的隱形二維碼數據進行重碼判斷及存儲。

所述的利用激光在金屬材料表面標記隱形二維碼的設備，其中，所述擴束鏡為6～16倍擴束鏡；所述振鏡系統包括x振鏡和y振鏡，所述x振鏡和所述y振鏡為10～20mm振鏡。

所述的利用激光在金屬材料表面標記隱形二維碼的設備，其中，所述工業相機系統包括：ccd工業相機，以及為ccd工業相機提供拍照光源的相機光源；所述ccd工業相機的相機和鏡頭像素為500～2000萬；所述相機光源為60～90°的光源。

另一方面，本發明還提供了一種基于以上所述的設備的利用激光在金屬材料表面標記隱形二維碼的方法，包括：

步驟a、通過標記系統預先編輯生成隱形二維碼的內容，并預先設定對應的標記軌跡，以及預先設定將要進行標記的二維碼點陣的點間距；

步驟b、控制激光器發出脈沖寬度為1～20ns的激光光束，同時控制振鏡系統根據所述標記系統預先設定的標記軌跡、以及二維碼點陣的點間距運動，進行激光標記二維碼；

步驟c、完成標記后，通過工業相機系統對標記后的隱形二位碼進行放大拍照；然后通過讀碼系統讀取工業相機系統拍攝的隱形二維碼。

所述的利用激光在金屬材料表面標記隱形二維碼的方法，其中，所述步驟a之前還包括：

將需要進行隱形二維碼標記的金屬材料表面清潔干凈。

所述的利用激光在金屬材料表面標記隱形二維碼的方法，其中，所述步驟c之后還包括：

將讀碼系統讀取的隱形二維碼上傳至二維碼數據庫系統；

將當前上傳的隱形二維碼與二維碼數據庫系統中已存儲的隱形二維碼進行對比分析，判斷是否重碼，當不重碼時，存儲當前上傳的隱形二維碼。

所述的利用激光在金屬材料表面標記隱形二維碼的方法，其中，所述步驟b還包括：

控制振鏡系統運動標記二維碼時的標記速度為10～20mm/s。

所述的利用激光在金屬材料表面標記隱形二維碼的方法，其中，所述步驟a中，預先設定將要進行標記的二維碼點陣的點間距為0.14～0.16mm。

本發明的有益效果是：本發明提供了一種利用激光在金屬材料表面標記隱形二維碼的方法及設備，本發明基于創新的激光打標設備，通過控制激光脈沖寬度、二維碼點陣的點直徑以及點間距，實現在金屬材料上標記出人眼看不到的隱形二維碼，并通過工業相機系統與讀碼系統實現標記的隱形二維碼的拍照和讀取，從而實現隱形防偽的功能。本發明標記方法不會破壞金屬材料表面，完全沒手感且不影響外觀，并且能夠做到永久標刻，加工過程無污染，無需使用任何輔助化學藥品，成本低廉。

附圖說明

圖1是本發明利用激光在金屬材料表面標記隱形二維碼的設備較佳實施例的結構示意圖。

圖2為本發明利用激光在金屬材料表面標記隱形二維碼的方法較佳實施例的流程圖。

圖3為本發明激光打標效果的顯微效果圖(200倍顯微鏡下拍攝)。

具體實施方式

本發明提供利用激光在金屬材料表面標記隱形二維碼的方法及設備，為使本發明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

本發明較佳實施例的利用激光在金屬材料表面標記隱形二維碼的設備，如圖1所示，包括：標記系統1、激光器2、控制系統3、擴束鏡4、振鏡系統5、f-theta透鏡6、工業相機系統、以及讀碼系統9。

其中所述標記系統用于編輯生成隱形二維碼的內容并設定對應的標記參數；所述激光器用于提供光源；所述控制系統用于控制激光光束的輸出方式；所述擴束鏡用于將所述激光器發出的激光光束擴大；所述振鏡系統用于根據所述標記系統設定的標記參數，將經所述擴束鏡擴大后的激光光束在金屬材料表面做定位標記；激光束經過擴束鏡后，再通過f-theta鏡聚焦到工作表面，所述f-theta透鏡用于使激光光束均勻聚焦至金屬材料表面；所述工業相機系統用于對標記后的隱形二位碼進行放大拍照；所述讀碼系統用于讀取所述工業相機系統拍攝的隱形二維碼。

進一步的，本實施例中，所述控制系統也即是電氣控制部，其不僅對激光器提供能量電源，還控制激光光束的輸出方式；所述標記系統主要由標記軟件構成，用于編輯二維碼的內容，自動設置日期跳號等，進行標記。所述讀碼系統主要由讀碼軟件構成，讀碼軟件也即是視覺軟件，用于解碼讀取內容。

進一步的，本實施例中，本發明所述激光器的激光脈沖寬度為1～100ns。不同的激光器，其脈沖寬度可以在很大范圍內變化，而脈沖寬度是保證本發明標記隱形二維碼的其中一個重要因素，脈沖寬度越小，激光瞬間能量越高，峰值功率越高，能有效縮短激光在材料表面作用時間，瞬間的單脈沖激光作用在材料表面，才能達到不損傷材料的情況下做出標記。本發明限定激光器的激光脈沖寬度為1～100ns，使激光器能夠發出足夠小的脈沖，以達到隱形二維碼的效果。本發明所述激光器優選為紅外光纖激光器，其脈沖波長為1058～1070nm，平均功率為20w。

進一步的，如圖1所示，本實施例中，所述設備還包括二維碼數據庫系統10，其可以為一在線服務器的數據庫。所述二維碼數據庫系統用于將所述讀碼系統讀取的隱形二維碼數據進行重碼判斷、對比糾錯及存儲，防止打標重碼，方便后續制程追溯及售后防偽查詢。

進一步的，如圖1所示，本實施例中，所述設備還包括一旋轉工作臺11。所述旋轉工作臺用于提供標記隱形二維碼的打標工位a、以及對標記后的隱形二位碼進行放大拍照的拍照工位b，并通過旋轉實現打標工位和拍照工位的切換。所述旋轉工作臺11上放置金屬材料進行雙工位旋轉打標，一個工位打標，打標完成后旋轉至另一工位進行讀取，從而提高打標效率。

進一步的，本實施例中，所述振鏡系統包括x振鏡和y振鏡，由掃描電機和光學反射鏡片組合而成，振鏡根據標記系統設定的位置及軌跡信息在金屬材料表面做出定位標記；其中，本實施所述x振鏡和所述y振鏡為10～20mm振鏡，例如10mm、14mm、20mm。從經濟角度考度，優選采用10mm振鏡。

本發明經過大量的測試發現，實現金屬材料表面的二位碼隱形需要滿足三個條件：其一，足夠小的激光脈沖寬度，以縮短作用時間，不損傷材料；其二，足夠小的二維碼點陣的點直徑；其三、合適的二維碼點陣的點間距，即合適的點密度。

所述二維碼點陣的點直徑由整套光路系統決定，點直徑受激光聚焦后的光斑大小影響，而決定聚焦后光斑大小的因素主要包括：f-theta鏡頭的標稱焦距、擴束后的聚焦前光斑直徑、激光器的光束質量因子m²等。其中，所述激光器的光束質量因子m²是激光器的一個重要指標參數，其為常數，且其值越小越好，優選的，本實施例中，m²小于1.3；所述擴束后的聚焦前光斑直徑，即激光器出來的光斑經擴束后的光斑直徑，聚焦后光斑直徑與聚焦前光斑直徑成反比，故需要對激光光束進行擴束。

進一步的，本實施例中，所述擴束鏡為6～16倍擴束鏡；當振鏡系統的反射鏡片規格為10mm時，由于激光器發出的光斑為1mm左右，當振鏡系統的反射鏡片規格為10mm時，為了保證振鏡片在偏轉運動時仍能夠完整的接住整個光斑，這個光斑須在7～8mm，否則會出現光斑缺失問題，因此選擇6～8倍擴束鏡。同理，當振鏡系統的反射鏡片尺寸(d)為：10mm＜d≤20mm時，例如20mm時，可以采用16倍擴束鏡，聚焦前光斑直徑擴束16倍，接近16mm，可以保證振鏡片在偏轉運動時仍能夠完整的接住整個光斑。

進一步的，本實施例中，所述f-theta透鏡鏡頭的標稱焦距不大于160mm。鏡頭標稱焦距越短，光斑越小，只有光斑足夠小，才能達到隱形的功能。當振鏡系統的反射鏡片規格為10mm時，所述f-theta透鏡鏡頭的標稱焦距不大于80mm。當振鏡系統的反射鏡片規格為10mm，當標稱焦距等于或小于80mm時，激光聚焦后的光斑直徑接近18μm，此時二維碼點陣的點直徑才能滿足隱形的要求。具體應用時，可以采用80mm標稱焦距的鏡頭，即f-theta-80鏡頭(f80)，其中80是指鏡頭的標稱焦距，當采用f-theta-80鏡頭時，二維碼點陣的點直徑可以滿足0.015～0.02mm，如此能夠滿足光斑足夠小，達到隱形效果。當振鏡系統的反射鏡片尺寸(d)為：10mm＜d≤20mm時，例如20mm時，聚焦前光斑直徑能做到擴束16倍，接近16mm，此時可以用f80之外的其他鏡頭(如f160鏡頭)來達到點直徑為0.015～0.02mm的效果，但是用20mm尺寸振鏡時相較10mm振鏡成本會增加。因此，基于以上優選采用10mm振鏡，所述f-theta透鏡鏡頭又優選為標稱焦距不大于80mm，相應的，所述擴束鏡又優選為6～8倍擴束鏡。

進一步的，如圖1所示，本實施例中，所述工業相機系統包括：ccd工業相機7，以及為ccd工業相機7提供拍照光源的相機光源8。其中，所述ccd工業相機7的相機和鏡頭像素為500～2000萬；所述相機光源8為60～90°的環形光源。優選的，具體實施時，從經濟角度考度，可以選用500萬像素的相機和鏡頭，如此視野范圍是10*10mm左右，分辨率是0.005mm左右，當激光點直徑為0.015～0.02mm時，一個點有3～4個像素，這樣工業相機的拍攝效果才足夠清晰。所述相機光源可以為60°、70°、80°等，優選為70°的環形光源。

本發明利用激光在金屬材料表面標記隱形二維碼的設備，是一款全新的窄脈寬光纖激光器和一整套高精度的工業相機讀取二維碼系統的結合。基于以上所述的設備，本發明實施例還提供了一種利用激光在金屬材料表面標記隱形二維碼的方法，如圖2所示，包括：

步驟s100、通過標記系統預先編輯生成隱形二維碼的內容，并預先設定對應的標記軌跡，以及預先設定將要進行標記的二維碼點陣的點間距。

步驟s200、控制激光器發出脈沖寬度為1～20ns的激光光束，同時控制振鏡系統根據所述標記系統預先設定的標記軌跡、以及二維碼點陣的點間距運動，進行激光標記二維碼。

所述步驟s200也即是激光打標二維碼，具體實施時，首先設置相應的激光打標參數，然后對金屬材料表面進行激光打標，在表面形成隱形二維碼；控制激光器發出脈沖寬度為1～20ns的激光光束也即是采用窄脈寬激光模式進行打標。其中更優選采用1～10ns的激光光束，例如3ns、5ns、10ns等，均可以很好的達到有效縮短激光在材料表面作用時間，在不損傷材料的情況下做出標記。

步驟s300、完成標記后，通過工業相機系統對標記后的隱形二位碼進行放大拍照；然后通過讀碼系統讀取工業相機系統拍攝的隱形二維碼。

所述步驟s300也即是相機拍攝和軟件讀取的過程，具體實施時，相機拍攝時，首先設置相應的相機參數和光源參數，然后對已打標完成的隱形二維碼進行拍照；軟件讀取時，首先設置相應的視覺軟件參數，然后對拍攝的圖片進行分析解碼讀取隱形二維碼內容。

由以上可知，實現金屬材料表面的二位碼隱形，除需要足夠小的二維碼點陣的點直徑之外，還需要滿足足夠小的激光脈沖寬度和合適的二維碼點陣的點間距。所述激光脈沖寬度由激光器本身特性以及控制系統對發射脈沖的控制決定。而所述二維碼點陣的點間距由標記系統(標記軟件)預先設置，再由控制振鏡運動來控制合適的點間距，具體的，首先點間距是設置到標記軟件，標記軟件再下傳至控制系統，控制系統最后控制振鏡運動來控制點間距。

所述步驟s100中，預先設定將要進行標記的二維碼點陣的點間距為0.14～0.16mm。當二維碼點陣的點間距太小即點密度高時，肉眼很容易觀察到；而當點間距過大即點密度稀疏時，肉眼看不到，但是ccd工業相機也無法識別出來，經過大量的創造性的實驗發現，當點間距在0.14～0.16mm時肉眼看不到，但是工業相機ccd能清晰拍到。只有同時滿足以上合適的點直徑和點間距，才能達到肉眼看不到，工業相機ccd可以識別的效果。只有同時滿足以上合適的脈沖寬度、合適的點直徑以及和合適的點間距時，才能滿足即不損傷材料又能達到二維碼隱形的效果。

優選的，本實施例中，所述步驟s100之前還包括：將需要進行隱形二維碼標記的金屬材料表面清潔干凈，擦拭表面以保證金屬材料的表面潔凈度，然后對潔凈的金屬材料表面進行激光打標，將更有利于在表面形成隱形二維碼。

進一步的，本實施例中，所述步驟s300之后還包括：

s400、將讀碼系統讀取的隱形二維碼上傳至二維碼數據庫系統；并將當前上傳的隱形二維碼與二維碼數據庫系統中已存儲的隱形二維碼進行對比分析，判斷是否重碼，當不重碼時，存儲當前上傳的隱形二維碼。

所述s400也即是進行追溯防偽的過程，具體實施時，首先把讀取的二維碼內容上傳至在線服務器的數據庫，然后對比數據庫數據防止重碼，最后存儲不重碼的隱形二維碼，從而方便后續制程讀取追溯以及售后的防偽。

優選的，所述步驟s200還包括：

s240、控制振鏡系統運動標記二維碼時的標記速度為10～20mm/s。其中，所述標記速度為預先通過標記系統(標記軟件)設定的，預先在標記軟件中設定好標記速度，標記軟件再下傳至控制系統，控制系統再根據標記軟件設定的標記速度數據控制振鏡運動。本發明優選10～20mm/s的低速標記，如此能使激光單脈沖作用下，每個構成二維碼點陣的點均勻飽滿，保證每個點效果一致性，能提高讀碼率，減少誤碼。

進一步的，本實施例中，所述金屬材料可以為多種金屬材料，例如碳鋼、鋁合金等，其中優選為鋁合金。鋁合金表面標記隱形二維碼后，肉眼無法看出，而通過ccd工業相機可以進行放大拍照，然后進行讀取二維碼，放大拍照的圖片可參見圖3所示。本發明標記后的鋁合金表面，肉眼無法直接看到二維碼，但是通過ccd工業相機能準確讀取二維碼信息，從而達到了隱形可追溯的功能。

本發明是一種全新的激光加工工藝，實現隱形防偽的新功能，整個標記過程不會傷到產品表面，肉眼無法觀察到，完全沒有手感，完全不影響材料外觀的美觀；做到永久標刻，加工過程無污染，無需使用任何輔助化學藥品，成本低廉；并能上傳儲存二維碼信息內容至數據庫，防止重碼方便后續追溯及售后防偽等。

綜上，本發明提供了一種利用激光在金屬材料表面標記隱形二維碼的方法及設備，本發明基于創新的激光打標設備，通過控制激光脈沖寬度、二維碼點陣的點直徑以及點間距，實現在金屬材料上標記出人眼看不到的隱形二維碼，并通過工業相機系統與讀碼系統實現標記的隱形二維碼的拍照和讀取，從而實現隱形防偽的功能。本發明標記方法不會破壞金屬材料表面，完全沒手感且不影響外觀，并且能夠做到永久標刻，加工過程無污染，無需使用任何輔助化學藥品，成本低廉。

應當理解的是，本發明的應用不限于上述的舉例，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍。