[发明专利]一种基于虚共焦的激光冲击波三维标识的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及机械制造及激光器件领域，特指一种基于虚共焦的激光冲击波三维高防伪无损标识的方法和装置，特别适用于既要求不能破坏零件表面状态，又要求具有高防伪性的关键零件的打标与识别，比如航空金属零部件。

背景技术

现代制造的发展呈现两大趋势，第一是多品种小批量，这是人们物质生活越来越追求个性化的体现。第二航空航天及国防事业的发展，对零件的机械性能要求越来越高，尤其是随着结构重量比的增加，对零件的抗疲劳性能也越来越高，并且需要对这些关键零部件终生服役跟踪。另外，仿造也日益猖獗，冒牌伪劣产品的数量日益增多，造成了巨大的经济损失。这就迫使人们寻找开发新的零件标记和识辨的理论与技术，用来满足日益增长的需求。同时还要求零件的标识具有高防伪性能，以对付日益猖獗的伪造，保护自己的利益。目前，假冒产品不只限于CD盘、服装和化妆品，伪造的药品、婴儿食品、汽车零部件、甚至飞机零部件也越来越多。关于由于使用伪造的飞机零部件而造成的灾难性事故时有报道，可见，现代对零件标识提出了新的要求：非破坏、高防伪、耐久。

零部件的标记与识辨是生产过程中一个不可缺少的重要环节。在早期，油墨标记方式广为使用，但由于易消退不耐久和无防伪功效，目前已经淘汰。钢码压印也是一种在生产车间使用的方式，但存在严重破坏零件表面状态、清晰度不稳定、效率低、不防伪的缺点，也被淘汰了。

利用激光烧蚀热效应的标记方式存在两个主要缺点。第一，激光烧蚀将金属工件的表面材料去除一层，从而破坏了材料表面残余应力状态，形成残余拉应力状态和微细的裂纹。在零件受到交变载荷的状态下，这标记区变成了天然的疲劳源，从而萌生裂纹造成疲劳破坏。第二，防伪性能差。从这点考虑，激光烧蚀热效应打标也不适合这些关键零部件的打标。

美国利弗莫尔国家重点实验室Dance C Brent和Hackel Lloyda等人在2001年申报了激光喷丸打标专利(Identification marking by means of laser peening，Patent Number：Wo0161619，2001-08-23)，也是利用激光冲击波力效应的无损打标，其特点是(1)二维液晶掩膜，不能实现三维标识。(2)零件表面冲击前涂黑漆，然后用水做约束层。操作复杂，不均匀，难以确保标识的高清晰度，不适合空间曲面三维。(3)标记简单，采用二进制编码形成能被条形码机器识别的矩阵标记，不能标记复杂图形，防伪性不是太高。

国内本课题2005年申请的“激光冲击波三维高防伪无损标识的方法和装置(专利号：ZL100357056C)”发明专利将激光冲击波作为材料发生塑性变形的力源，能直接对金属工件发生塑性变形，可通过改变液晶掩膜的灰度、激光脉冲能量、脉冲宽度、脉冲形状以及不同规格的约束层和吸收层，来获取不同时间和空间分布的塑性变形力以实现三维塑性变形，实现激光冲击波打标的三维高防伪性；并在标记区形成残余压缩应力和较低的表面粗糙度而不烧蚀零件表面，保证了激光冲击波打标的无损性。

上述专利由于脉冲激光的空间分布不均匀、液晶的吸收光谱、液晶本身所具有的灰度、激光冲击液晶的功率密度阈值、靶材表面的激光冲击功率密度偏小以及微纳米量级的激光衍射等因素，给精确的三维打标带来了较大的困难。

发明内容

本发明的目的是要提供一种基于虚共焦的激光冲击波三维高防伪无损标识的方法和装置，解决上述的三维打标技术的技术问题。

一种基于虚共焦的激光冲击波三维高防伪无损标识的方法，虚共焦指全反凹透镜焦点和输出境(凸透镜)的虚焦点在同一点上，将虚共焦激光发生器系统发出的空间分布的均匀激光通过液晶掩膜调制后，经过激光能量放大系统，辐射金属工件的表面，产生激光冲击波，将激光冲击波作为材料发生塑性变形的力源，能直接对金属工件发生塑性变形，可通过改变液晶掩膜的灰度、激光脉冲能量、脉冲宽度、脉冲形状、激光能量放大系统的放大系数以及不同规格的约束层和吸收层，来获取不同时间和空间分布的塑性变形力以实现三维塑性变形，并在标记区形成残余压缩应力和较低的表面粗糙度而不烧蚀零件表面。