[發明專利]一種無損式激光沖擊打標裝置及打標方法

在審

• 申請號: 202210136195.7
• 申請日: 2022-02-15
• 公開（公告）號: CN114473225A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 王建磊;周軍;陳衛標
• 申請（專利權）人: 南京先進激光技術研究院;中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: B23K26/362
• 分類號: B23K26/362;B23K26/0622;B23K26/70
• 代理公司: 南京睿之博知識產權代理有限公司 32296
• 代理人: 楊曉玲

本發明公開了一種無損式激光沖擊打標裝置及打標方法，在待沖擊金屬表面增加吸收保護層，吸收保護層帶有與打標需求一致的編碼信息，在進行激光沖擊打標過程中由于激光作用汽化、電離、形成爆炸等離子體，生成帶有編碼信息的沖擊波，沖擊波作用到待沖擊打標金屬部件上，最終在待沖擊打標金屬部件上形成編碼；本發明能夠實現金屬部件的無損傷打碼，降低對激光光源的穩定性與精度需求，既保護金屬部件不被激光燒蝕破壞，同時在金屬表面產生壓應力，增強金屬部件的耐疲勞、防腐蝕和高周疲勞壽命。

技術領域

本發明涉及金屬表面激光加工技術領域，具體涉及一種無損式激光沖擊打標裝置及打標方法。

背景技術

激光以其優異特性廣泛應用于多個領域，其中，激光沖擊強化(LSP)技術基于高峰值功率(GW級)納秒級脈沖激光與金屬材料相互作用產生高壓沖擊波，使金屬表層發生塑性形變，形成殘余壓應力、高密度位錯和表面納米化，大大改善其物理與機械性能，顯著提升金屬材料抗疲勞、耐磨損和抗腐蝕等性能；作為一種先進的金屬表面加工手段，激光沖擊強化技術在航空航天及國防、船舶制造、核工業、石油化工、生物醫療、軌道交通、電網電力等領域核心部件的性能提升方面極具應用價值，并得到越來越廣泛的應用和發展。

另一方面，在高性能金屬部件加工生產、使用及維修過程中，需要對金屬部件進行標記以保證金屬部件溯源，利于金屬部件生產、組裝及維修，常規標記手段包括油墨標記、鋼印標記及激光燒蝕標記等，這些標記手段存在較明顯的缺陷問題，比如油墨標記易消退不耐久、鋼碼壓印嚴重破壞金屬部件狀態且清晰度低，激光燒蝕標記同樣破壞了金屬部件的表面狀態，導致金屬部件表面缺陷加重，帶來金屬部件裂紋萌生及惡化，嚴重影響金屬部件的耐疲勞、防腐蝕及使用壽命。

激光沖擊強化技術利用激光誘導沖擊波的力學效應在金屬部件表面形成塑性形變結構使得無損式激光打標變為可能，美國專利US 6423935，提出利用激光沖擊波力學效應進行無損打標，其主要采用光調制器件對激光進行調控，借助調控光作用到金屬部件表面進行沖擊打標，該方案對激光器穩定性、高質量光調制器件的研制提出苛刻要求。中國專利CN101332728B公開了“壓印式激光打標方法及裝置”，提出用脈沖激光與金屬部件表面直接作用產生沖擊波，借助約束層實現沖擊波對金屬部件沖擊產生塑性形變，進而實現金屬部件表面打標，該方案使用高峰值功率脈沖激光直接照射金屬部件表面，會帶來金屬表面粗糙度的惡化，同時由于不同金屬部件對激光的吸收率不同，對激光器輸出能量提出更高要求。

發明內容

技術目的：針對現有打標裝置在打標過程中會對金屬表面產生局部破壞，影響產品質量的不足，本發明公開了一種可實現金屬部件快速、無損傷打標，大大提升金屬部件無損傷打標質量和加工效率的無損式激光沖擊打標裝置及打標方法。

技術方案：為實現上述技術目的，本發明采用了如下技術方案：

一種無損式激光沖擊打標裝置，包括用于進行待打標金屬切換的加工輸送平臺，用于產生激光的激光器，用于將激光傳輸至待打標金屬表面的激光傳輸鏡組，用于在激光沖擊打標時送水并在待打標金屬表面形成水約束層的送水模塊，用于對激光沖擊打標進程控制的總控制器以及貼合在打標金屬表面的吸收保護層，吸收保護層帶有與打標要求一致的編碼信息；總控制器與加工輸送平臺的驅動部電連接，通過總控制器控制加工輸送平臺進行待打標金屬的切換。

優選地，所述吸收保護層采用編碼膠帶，編碼膠帶上編碼區域的厚度為編碼膠帶整體厚度的一半。

優選地，所述加工輸送平臺采用轉軸式移動平臺，包括水平設置的轉動平臺，在轉動平臺的下方設有用于帶動轉動平臺進行轉動的伺服電機，伺服電機與總控制器電連接。

優選地，所述激光器采用脈沖激光器，脈沖激光器的光斑為矩形光斑。

優選地，所述激光器的脈沖能量為2-10J，脈沖寬度為10-15ns,工作頻率為1-25Hz。