本世纪最为重要的发明之一就是激光技术，而其他几项发明如原子能技术、半导体技术、计算机技术现如今已经发展的较为成熟^[1]。迄今为止，激光的制造技术以及应用技术是激光技术研究的两个主要方向，其中激光应用技术的一个最为重要的研究方向就是激光打标技术^[2]。随着激光打标技术的不断进步，它的应用领域也在不断进行扩展，工业市场上对于激光制造设备的要求也在朝着集成化、高效率、小型化的方向发展^[3]。为此能否应用激光打标技术实现飞机样板加工标记，提高样板打标速率，有待于进行试验认证分析。

1 激光打标技术工作原理

激光打标技术是一种新型的高精度标刻技术，它的工作原理是利用高能量密度的激光对待标刻物体的表面进行烧灼来形成凹槽，从而在工件表面留下永久性的图案^[4]。在进行飞机样板加工标记时使用激光打标机技术的主要流程如图1所示。

图1 激光打标机的打标流程图

为探究激光打标机能否应用于飞机检验样板的加工标记，从漆面材料、焦距、打标深度、刮痕效果等几个方面进行操作试验，由于各数据参数之间有相互叠加的影响，因此，通过正交试验的方法对打标结果进行系统性的对比分析，以实现项目研究的最终效果。

2 飞机样板的漆面材料选择

对于实际生产中，样板多以黑色（军机）、灰色（民机）和黄色（化铣）漆面为主。并配合红色保护底漆实现样板的漆面构成。试验主要针对黑色军机样板为研究对象，通过试验观察不同工艺参数对样板打标效果的影响。

3 激光打标机各工艺参数的性能试验

3.1焦距高度对激光打标效果的测试

焦距是判断在一定距离使激光工作最优化的工作距离，本次测试主要是对激光头外沿到工作面的距离进行反复试验，并根据多个试验的工作距离，找出能达到聚焦效果最佳，切割最快的效果的最佳工作距离。根据相应的数据库资料，通过选取焦距为140mm-180mm之间，每相差5mm作为一组试验数据来进行反复的对比论证。试验结果显示，它的聚焦效果呈现规则的抛物线形状，当工作距离即焦距在最小值140mm和最大值180mm时，在样板的工作面上只出现一个红点的形态；而当焦距在150mm和170mm附近时，则出现了明显的灼烧痕迹。通过试验测试，灼烧漆面的熔点如图2所示，从漆表面、底漆不同情况下的灼烧效果分析，只有在激光头外延到工作面的距离为165mm时，为激光聚焦最好、工作效率最高的一点。因此，通过大量试验结果可以得出，当对激光头外沿到工作面的距离为165mm时，即焦距为165mm时为最优的焦距点，此时样板上的打标效果为最佳状态，如图3所示。

图2不同工作距离下样板灼烧状态分析         图3 焦距为165mm时样板打标效果

在图2所示的灼烧状态中，可以看到样板的打标效果是通过以下3个步骤来实现的：

第一步：把样板上的第一层黑色漆面灼烧掉，使其露出红色底漆，灼烧效果为红色；如图2中a区域所示。

第二步：继续灼烧掉红色底漆至钢板表层，灼烧后效果为白色（按照露出情况分浅白和白色）；如图2中b区域所示

第三步：最后，激光继续对钢板进行灼烧，是钢板表面形成氧化结构，灼烧效果为黑色（按照露出情况分浅黑和黑色）；如图2中c区域所示。

白色易于使用观察，黑色耐磨。试验界定在白色与灼烧材料至浅黑色的临界点，以保证钢材在打标过后的直接氧化，耐磨也无需保护。即浅黑色与白色的临界点。

3.2参数影响分析

根据激光打标机所提供的数据参数,影响其打标效果的重要因素是速度、功率和频率,因此试验重点是对这些数据参数进行对比分析。试验选定的打标字体为宋体；打标速度以100mm/s为基数，选定从100mm/s到500mm/s五组数据；功率以10%为基数，选定从20%到100%九组数据；频率以10KHz为基数，选定从20KHz到100KHz九组数据，测试激光打标机的打标效果，如图4所示。

图4 不同参数下的打标效果

根据打标机的激光打标效果可以看出：在字体相同的条件下，影响激光打标机打标深度的重要因素是功率，若打标功率越大，打标机的打标深度就越深；而在相同功率条件下，若打标速度越大，打标效果越清晰。由于频率只是在单位时间内激光震动的次数，从试验的测试结果可以看出频率越高，打标机的视觉效果就越细腻。因此，通过上述情况分析，试验以黑色漆面钢板为研究依据，在不同激光参数的情况下进行了比对。经过图4可以进一步证明方案中对参数的预期，即功率越小、速度越快，打标深度越浅。因此，经过大量试验结果得出，在保证打标效率的前提下，按照95%功率进行输出，选择速度(mm/s) /频率(KHz)=500 /100为打标最优参数，完成上述图片中一组文字用时7s。

同时为验证字体对打标结果的影响，试验选取当速度(mm/s) /频率(KHz)=200/30时，不同字体条件下进行试验，试验结果如图5所示。从图中可以得出，当使用宋体作为所选择的字体时，打标机的打标效果处于最佳状态，明显可以看出此种状态下打标字体最为美观，而且打标的痕迹也最为清晰，此时所选择的字体为高度为6mm。

图5 不同字体条件下的打标效果

3.3刮痕效果

目前，影响样板使用的关键要素是对字头的辨识，实际样板主要存在抹掉漆面后的效果，大致分为磨痕、划痕、彻底划掉三种情况。在未经过保护的情况下，如图6所示，经过彻底划掉漆面的情况下，文字本身仍能够清晰可见，同时字体因打标后的快速氧化，也能起到耐腐蚀作用。

图6 划痕试验

4 保护措施

试验在论证是否需要保护的同时，提出了三种可行性的保护措施方案，分别是胶带保护、透明快干漆保护以及锌白厚漆保护。经过分析试验，胶带的抗磨和抗氧化性最好，但是不宜粘贴、影响效率；透明快干漆则散发难闻气味，且快干时间较长；第三种锌白厚漆，主要原理是将白漆沁入文字内，形成浆状白色字体，但是通过试验发现，文字在打标后，无法将白漆有效填充进沟槽使其附着,因此该方案无法实行。

综合上述试验，最有效、最快速的方案就是不进行其他保护，通过控制参数直接进行打标加工，完全能够达到预期效果，对样板的使用、返修均无任何影响，也大大提升了加工效率。如果出现错打标记情况，正常在错误文字上进行砂纸打磨，后喷黑色速干漆，即可重新打标，方便快速。

5 结论

经过对激光打标机各工艺参数的试验分析以及对样板加工标记的实用性论证，可以实现应用激光打标机对飞机样板进行标记加工的方式来替代工人手工打标的方式，使用激光打标机进行飞机样板加工标记的最佳工艺参数为：字体宋体、打标高度6mm、速度500mm/s、频率100KHz为打标的最佳工艺参数，且可以不做任何保护进行标记。应用激光打标机进行标记加工不仅提高了工人加工标记的精准度和样板的使用效果，更重要的是经过实际测试，通过该方式进行三类标记的打标效率，由原来工人手工需要1分钟变为激光打标只需12s，提升了5倍以上的工作效率。

参考文献

[1] 朱萍.激光加工技术发展现状及展望[J].安徽科技,2013(1):51-52.

[2] 尹杰,董松金,刘言学,姜立勇.激光加工技术在工程机械制造中的应用探讨[J].工程机械,2011,42(9):50-54.

[3] 唐海缤.激光打标机的标刻质量及评判标准的研究[D].成都:电子科技大学,2012.

[4] 周洪莹.激光标记二维条码在皮革上的应用研究[D].济南:山东大学, 2012.