专利名称：一种基于激光冲击的三维防伪标记辨别的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及防伪识别及激光加工技术领域，特指一种基于激光冲击的三维防伪标记辨别的方法和装置，它利用激光冲击波的力学效应逐点在工件表面形成不同的三维标记，根据每一点的形貌不同对光的反射强度不同，绘出光强度曲线作为防伪辨别的依据，同时将激光束参数与三维形貌结合起来以标签的形式作为防伪辨别的依据。
背景技术：
近年来，随着经济的快速发展，假冒伪劣产品在大幅度的增多，促使了防伪技术的快速发展。传统的防伪标记技术有油墨标记、钢码压印等，这些标记技术存在大量的缺陷， 比如油墨标记易消退不耐久和无防伪功效；钢码压印严重破坏零件表面状态、清晰度不稳定、效率低。正是由于存在这些缺陷，不能满足经济发展和防伪技术的需要而逐渐被淘汰。随着激光技术的发展，激光标记取代了传统防伪标记技术得到广泛的应用。目前使用的激光标记技术是利用激光的热效应，高能激光束照射在工件表面使表面材料迅速的汽化蒸发形成标记，这种利用激光烧蚀热效应的标记技术存在一个很大的缺点，激光烧蚀将金属零件的表面材料去除一层，从而破坏了零件表面的残余应力状态，形成残余拉应力状态和微细的裂纹，因此，激光热效应的标记技术不适合使用在关键零件以及零件的关键部位上。激光冲击力学效应能在材料表面形成明显的塑性变形凹坑，可以作为防伪标识的标记。激光冲击力学效应打标的突出优点是它是利用激光冲击波的力学效应使材料表面发生塑性变形，进而产生残余压应力，不仅能够产生清晰可辨的标识，起到防伪的作用，而且还可以有效改变材料表面的应力状态，在材料表面产生残余压应力，提高材料的使用寿命。在2001年，美国利弗莫尔国家重点实验室Dance C Brent和Hackel Lloyda等人就申 艮了激光喷丸打标专禾1J (Identification marking by means of laser peening ，Patent Number: WoO 161619, 2001-08-23 )，是利用激光冲击波力学效应的无损打标。国内江苏大学激光技术研究所张永康课题组也申报了关于激光冲击力学效应的无损打标专利 激光冲击波三维高防伪无损标识的方法和装置[P]，专利申请号200510037968. 2，申请人江苏大学，申请日期2005. 3. 4 ；一种基于虚共焦的激光冲击波三维标识的方法和装置 [P]，专利申请号=200810123828. 0，申请人江苏大学，申请日期:2008. 6. 5。它们都是将激光冲击波对材料的无损性与液晶掩膜灰度的可控性结合起来，获得不同时间和空间分布的塑性变形力来实现三维塑性变形，但是目前这些发明方法和装置的缺点在于都使用了液晶掩膜吸收光谱，降低了靶材表面的激光冲击功率密度即降低了激光的利用率，操作复杂， 并且没有说明识别方法。本发明提出了一种基于激光冲击的三维防伪标记辨别的方法和装置解决了这些问题，它的有益效果在于充分利用激光冲击波的力学效应，在逐点冲击三维标记的同时利用冲击点形貌不同对光的反射强度不同，将功率计采集的光强度绘出的曲线作为防伪辨别的依据。同时将激光束参数(脉冲宽度、脉冲能量、脉冲波长)和三维标记的完整形貌结合起来以标签的形式作为防伪辨别的依据。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提出了一种基于激光冲击的三维防伪标记辨别的方法和装置。一种基于激光冲击的三维防伪标记辨别的方法，利用激光冲击波的力学效应，改变激光束参数、冲击次数和冲击路径，获取不同时间和空间分布的塑性变形力得到三维标记，其特征在于在激光逐点冲击打标的同时将一束探测激光照射在凹坑处，由于凹坑的形貌不同对探测激光的反射强度不同，使用探头接受反射光传递给功率计，功率计实时与工控机通讯，工控机根据功率计采集的数据绘出光强度曲线作为防伪辨别的依据储存在激光冲击三维标记的识别信息库；同时将激光束参数以及三维标记的形貌结合起来以标签的形式粘贴在标记处，便于消费者根据激光束参数不同，三维标记凹坑的大小、深浅不同当场识别真假。所述的激光束参数为脉冲宽度、脉冲能量和脉冲波长。一种基于激光冲击的三维防伪标记辨别的装置，包括工控机、打印机、力源激光器、光束空间调制器、运动控制卡和工件夹具系统，其特征在于还设有作为探测光源的 He-Ne激光器、功率计、探头和CXD标记获取装置，He-Ne激光器的位置应当保证发出的激光束与经光束空间调制器调节后的力源激光器发出的激光束交汇在同一点，He-Ne激光器和探头对称分布，确保He-Ne激光器的发出的光束经凹坑反射后能够被探头接受，探头与功率计相连，工控机控制功率计和CXD标记获取装置。所述工件夹具系统由约束层(水或者玻璃)、柔性贴膜、工件、五轴工作台组成。其实施过程如下
(1)根据工件材料和标记区尺寸，选择柔性贴膜，粘贴在标记区作为吸收层，其作用是保护工件表面不被激光束烧蚀；
(2)根据工件材料和标记图案，选择激光束参数脉冲能量1(Γ100焦耳，脉冲宽度有 8^80纳秒、脉冲波长根据激光器提供的波长进行选择、冲击次数广100次；通过工控机按选择的激光束参数驱动激光器工作，产生的激光束经过光束空间调制器汇聚在工件表面的柔性贴膜上，柔性贴膜表层汽化、电离、形成等离子体爆炸，产生高幅冲击波，在冲击波力效应作用下材料发生塑性变形；工控机根据图案形状通过运动控制卡控制五轴工作台带动工件运动，实现需要标记的三维图案；
(3)作为探测光源的He-Ne激光器能量比较小对力源激光器冲击过程中的冲击波力效应没有影响。激光逐点冲击标记之前，调节力源激光器的光斑与He-Ne激光器的光斑始终作用在同一点处。力源激光器产生的经光束空间调制器调节后的激光束静止不动，确保 He-Ne激光器的光斑始终与力源激光器的光斑重合，照射在冲击凹坑处；由于激光束参数的不同，得到的凹坑形貌不同，对He-Ne激光器探测光源的反射光强度不同，通过位于激光器冲击力源光束另一侧的探头接受经过凹坑反射的光传递给功率计，工控机在线实时控制功率计根据探头采集的光强度数值，绘出光强度曲线作为防伪辨别的依据储存在激光冲击三维标记的识别信息库；(4)工控机将激光冲击标记时的激光束参数和CCD标记获取装置获取的激光冲击后的三维标记形貌结合在一起通过打印机打印出来，以标签的形式粘贴在标记区附近，便于消费者根据激光束参数不同，三维标记凹坑的大小、深浅不同当场识别真假。本发明的优点在于
1、根据三维标记形貌的不同，功率计采集的光强度数据不同，绘出光强度曲线储存在激光冲击三维标记的识别信息库，同时将激光束参数(脉冲宽度、脉冲能量、脉冲波长)和三维标记的形貌结合以标签的形式粘贴在标记区，便于消费者现场辨别。真正起到方便、简单的立体标识防伪的作用；
2、本发明装置的结构简单，操作方便，没用使用液晶掩膜，大大提高了激光的利用率；
3、利用激光冲击波的力学效应而不是利用激光的热烧蚀效应，在工件表面形成标记的同时改变了冲击区的应力状态，在冲击区形成残余压应力并且降低了冲击区的粗糙度，提高了工件的使用寿命。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明；
图1是激光冲击的三维防伪标记辨别装置的整体结构1、打印机；2、工控机；3、运动控制卡；4、功率计；5、探头；6、五轴工作台；7、工件；8、柔性贴膜；9、约束层；10、He-Ne激光器；11、(XD标记获取装置；12、光束空间调制器；13、力源激光器。
具体实施例方式下面结合图1详细说明本发明提出的具体装置的细节和工作情况。本发明装置由打印机1、工控机2、运动控制卡3、功率计4、探头5、五轴工作台6、 工件7、柔性贴膜8、约束层9、He-Ne激光器10、CXD标记获取装置11、光束空间调制器12 和力源激光器13组成。根据五轴工作台6上，工件7的材料和标记区尺寸，选择柔性贴膜8，并且在柔性贴膜8的上方覆盖约束层9用于增加冲击波幅值；根据标记图案的要求，选择激光束参数，力源激光器13产生脉冲能量1(Γ100焦耳，脉冲宽度纩80纳秒、脉冲波长 (1064nm, 532nm, 355nm)、冲击次数广100次，激光束的光斑模式可以是基模和多模等多种模式；在激光冲击标记之前，调节设备使He-Ne激光器10的探测光斑与力源激光器13的光斑重合，在冲击标记过程中，力源激光器产生的经光束空间调制器调节后的激光束静止不动，确保He-Ne激光器的光斑和力源激光器的光斑始终作用在标记区的同一位置，通过工控机2按选择的激光束参数驱动激光器13工作，产生的激光束经过光束空间调制器12 汇聚在工件6表面的柔性贴膜8上，柔性贴膜8表层汽化、电离、形成等离子体爆炸，产生高幅冲击波，在冲击波力学效应作用下材料发生塑性变形；He-Ne激光器10和探头5对称位于力源激光器13的光束两侧，由于激光逐点冲击时激光束参数不同，在材料表面形成的凹坑形貌不同，对He-Ne激光器10发射的激光照射在冲击凹坑处的反射光被位于激光器冲击力源光束另一侧的探头5采集传递给功率计4，功率计4实时与工控机2通讯，工控机2根据功率计4采集的数据绘出光强度曲线作为防伪辨别的依据储存在激光冲击三维标记的识别信息库，工控机2根据图案形状通过运动控制卡3控制五轴工作台6带动工件7运动， 实现需要标记的三维图案；工控机2将激光冲击标记时的激光束参数和CCD标记获取装置 11获取的激光冲击后三维标记形貌放在一起通过打印机1打印出来，以标签的形式粘贴在标记区附近，便于消费者根据激光束参数不同，三维标记凹坑的大小、深浅不同当场识别真假，真正起到方便、简单的立体标识防伪的作用。
权利要求
1.一种基于激光冲击的三维防伪标记辨别的方法，利用激光冲击波的力学效应，改变激光束参数、冲击次数和冲击路径，获取不同时间和空间分布的塑性变形力得到三维标记， 其特征在于在激光逐点冲击打标的同时将一束探测激光照射在凹坑处，由于凹坑的形貌不同对探测激光的反射强度不同，使用探头接受反射光传递给功率计，功率计实时与工控机通讯，工控机根据功率计采集的数据绘出光强度曲线作为防伪辨别的依据储存在激光冲击三维标记的识别信息库；同时将激光束参数以及三维标记的形貌结合起来以标签的形式粘贴在标记处，便于消费者根据激光束参数不同，三维标记凹坑的大小、深浅不同当场识别真假。
2.如权利要求1所述的一种基于激光冲击的三维防伪标记辨别的方法，其特征在于 所述激光束参数为脉冲宽度、脉冲能量和脉冲波长。
3.如权利要求1所述的一种基于激光冲击的三维防伪标记辨别的方法，步骤具体为(1)根据工件材料和标记区尺寸，选择柔性贴膜，粘贴在标记区作为吸收层，其作用是保护工件表面不被激光束烧蚀；(2)根据工件材料和标记图案，选择激光束参数脉冲能量IiTlOO焦耳，脉冲宽度有 8^80纳秒、脉冲波长根据激光器提供的波长进行选择、冲击次数广100次；通过工控机按选择的激光束参数驱动激光器工作，产生的激光束经过光束空间调制器汇聚在工件表面的柔性贴膜上，柔性贴膜表层汽化、电离、形成等离子体爆炸，产生高幅冲击波，在冲击波力效应作用下材料发生塑性变形；工控机根据图案形状通过运动控制卡控制五轴工作台带动工件运动，实现需要标记的三维图案；(3)激光逐点冲击标记之前，调节力源激光器的光斑与He-Ne激光器的光斑始终作用在同一点处，力源激光器产生的经光束空间调制器调节后的激光束静止不动，确保He-Ne 激光器的光斑始终与力源激光器的光斑重合，照射在冲击凹坑处；由于激光束参数的不同， 得到的凹坑形貌不同，对He-Ne激光器探测光源的反射光强度不同，通过位于激光器冲击力源光束另一侧的探头接受经过凹坑反射的光传递给功率计，工控机在线实时控制功率计根据探头采集的光强度数值，绘出光强度曲线作为防伪辨别的依据储存在激光冲击三维标记的识别信息库；(4)工控机将激光冲击标记时的激光束参数和CCD标记获取装置获取的激光冲击后的三维标记形貌结合在一起通过打印机打印出来，以标签的形式粘贴在标记区附近，便于消费者根据激光束参数不同，三维标记凹坑的大小、深浅不同当场识别真假。
4.一种基于激光冲击的三维防伪标记辨别的装置，包括工控机(2)、力源激光器(13)、 光束空间调制器(12)、运动控制卡(3)和工件夹具系统，其特征在于还设有作为探测光源的He-Ne激光器(10 )、功率计(4)、探头(5 )和CCD标记获取装置(11)，He-Ne激光器的位置 (10)应当保证发出的激光束与经光束空间调制器调节(12)后的力源激光器(13)发出的激光束交汇在同一点，He-Ne激光器(10)和探头(5)对称分布，确保He-Ne激光器(10)的发出的光束经凹坑反射后能够被探头(5)接受，探头(5)与功率计(4)相连，工控机(2)控制功率计(4 )和CXD标记获取装置(11)。
5.如权利要求4所述的一种基于激光冲击的三维防伪标记辨别的装置，其特征在于 所述工件夹具系统由约束层(9)、柔性贴膜(8)、工件(7)和五轴工作台(6)组成。
全文摘要
本发明涉及防伪识别及激光加工技术领域，特指一种基于激光冲击的三维防伪标记辨别的方法和装置，它利用激光冲击波的力学效应逐点在工件表面形成不同的三维标记，根据每一点的形貌不同对光的反射强度不同，绘出光强度曲线作为防伪辨别的依据，同时将激光束参数与三维形貌结合起来以标签的形式作为防伪辨别的依据。
文档编号B41J3/00GK102152651SQ201010548
公开日2011年8月17日 申请日期2010年11月18日 优先权日2010年11月18日
发明者冯爱新, 周鹏程, 孙淮阳, 徐传超, 施芬, 王俊伟, 聂贵锋 申请人:江苏大学