本發(fā)明屬于激光打標(biāo)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于表面覆膜的包裝材料的激光在線打標(biāo)方法和裝置。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代人生活水平的提高，對人體自身健康方面的關(guān)注越來越多，特別是在快速消費品領(lǐng)域，很多包裝材料的內(nèi)表面都覆有一層透明的保護膜，以阻止直接進入人體口中的食品、藥品、飲料和乳制品等與包裝材料直接接觸，因為未覆膜的包裝材料內(nèi)表面通常會有油墨、油漆和顏料等對人體有害的物質(zhì)。

另一方面，隨著現(xiàn)代科技的高速發(fā)展，假冒偽劣商品也越來越猖獗。傳統(tǒng)的防偽技術(shù)很容易被仿冒，而激光打標(biāo)技術(shù)因為產(chǎn)生的標(biāo)識是永久性的，不容易被擦除，越來越多的被應(yīng)用在商品防偽上。同時，很多商品需要對其生產(chǎn)、加工、流通和銷售的各個環(huán)節(jié)進行追溯，也進一步催生了激光打標(biāo)技術(shù)在包裝材料上的應(yīng)用。

對于內(nèi)表面覆膜的包裝材料，采用激光打標(biāo)技術(shù)進行加工時，一種情況是存在將內(nèi)表面的膜層擊穿的問題，另一種情況是存在激光光束無法穿透膜層也不會被膜層吸收的問題。前一種情況會造成透明膜層在一個局部無法起到應(yīng)有的保護作用，特別是對飲料和乳制品等流體性物質(zhì)，會造成其與包裝材料的有害層直接接觸的幾率更大，缺點尤為明顯。后一種情況會造成激光打標(biāo)根本無法實現(xiàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了解決上述背景技術(shù)存在的不足，提供一種用于表面覆膜的包裝材料的激光在線打標(biāo)方法和裝置，使其打標(biāo)時不破壞包裝材料內(nèi)表面，確保其密封保護功能

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種用于表面覆膜的包裝材料激光在線打標(biāo)的方法，過程為：在工控機中導(dǎo)入待打標(biāo)的圖案，設(shè)置激光器的參數(shù)，控制激光器產(chǎn)生的激光束作用于包裝材料內(nèi)層的透明薄膜層內(nèi)部或穿過透明薄膜層作用于有色層內(nèi)部，使圖案打標(biāo)于包裝材料內(nèi)層的透明薄膜層內(nèi)部或有色層內(nèi)部，打標(biāo)完成后對打標(biāo)的圖案進行檢測，將檢測的打標(biāo)不合格的產(chǎn)品剔除。

進一步地，所述透明薄膜層內(nèi)部或有色層內(nèi)部的圖案的打標(biāo)深度小于10μm。

根據(jù)采用的激光光源的波段的不同，該方法的工作原理有所不同。對于波長小于650nm的激光光源，該方法的工作原理是：通過對伺服電機的精細(xì)控制在z方向?qū)ι抵Ъ苓M行精細(xì)調(diào)節(jié)，使得激光束透過材料內(nèi)表面的透明薄膜層，激光束會聚的焦點在第二層有色層上，有色層吸收到的激光能量密度大于材料破壞的臨界值，從而在其表面產(chǎn)生微米量級的破裂層。通過計算機等控制技術(shù)調(diào)控激光束的能量大小，使其剛好能讓第二層有色層的微觀性能發(fā)生轉(zhuǎn)變但不產(chǎn)生宏觀的爆裂層，激光束的作用范圍被限制在第二層有色層表面的幾個微米之內(nèi)，沒有穿透整個第二層有色層。這樣，觀察者無論從包裝材料正面或者反面垂直材料表面的角度去觀察，是無法清晰觀察到激光打標(biāo)后形成的標(biāo)識圖案的。只有當(dāng)采用強光照射材料表面，或者觀察的角度與垂直方向有一定的傾斜后，才能通過第二層有色層表面粗糙度的反差識別出激光打標(biāo)后的標(biāo)識圖案。

對于波長大于650nm的激光光源，該方法的工作原理是：，激光束大部分被材料表面的第一層透明薄膜層所吸收，激光束未能透過包裝材料內(nèi)表面的透明薄膜層到達(dá)第二層有色層。通過對伺服電機的精細(xì)控制在z方向?qū)す獯驑?biāo)頭的高低進行精細(xì)調(diào)節(jié)，使得激光束會聚的焦點剛好位于包裝材料內(nèi)表面的透明薄膜層內(nèi)部，透明薄膜層吸收到的激光能量密度大于其破壞的臨界值，從而使其表面產(chǎn)生微米量級的破裂層。通過計算機等控制技術(shù)調(diào)控激光束的能量大小，使其剛好能讓第一層透明薄膜層的微觀性能發(fā)生轉(zhuǎn)變但不造成其爆裂，激光束的作用范圍被限制在第一層透明薄膜層表面的幾個微米之內(nèi)，沒有穿透整個透明薄膜層。這樣，觀察者正面或者反面垂直材料表面的角度去觀察，是無法清晰觀察到激光打標(biāo)后形成的標(biāo)識圖案的。只有當(dāng)采用強光照射材料表面，或者觀察的角度與垂直方向有一定的傾斜后，才能通過其表面粗糙度的反差識別出激光打標(biāo)后的標(biāo)識圖案。

一種用于表面覆膜的包裝材料的激光在線打標(biāo)裝置，包括支座和設(shè)置于支座一側(cè)的操作柜和升降支架，所述操作柜上安裝工控機，所述升降支架上安裝激光器，所述工控機與激光器電連接，所述支座上安裝輸送平臺，輸送平臺上放置表面覆膜的包裝材料，所述激光器的打標(biāo)頭正對輸送平臺上方，所述支座上設(shè)有檢測機構(gòu)和剔除機構(gòu)，所述檢測機構(gòu)設(shè)置于輸送平臺上方，所述剔除機構(gòu)設(shè)置于輸送平臺一側(cè)，所述打標(biāo)頭、檢測機構(gòu)和剔除機構(gòu)沿輸送平臺的前進方向依次布置。

進一步地，所述檢測機構(gòu)包括用于提供光照檢測的強光光源和用于對打標(biāo)的圖案進行甄別的工業(yè)相機。

進一步地，所述包裝材料包括依次疊層布置的第一透明薄膜層、有色層和基底層，所述第一透明薄膜層為包裝材料的內(nèi)層。

進一步地，所述第一透明薄膜層包括多層透明薄膜，所述透明薄膜材質(zhì)為eva透明薄膜、pe透明薄膜、pp透明薄膜、pet透明薄膜、pvc透明薄膜、tpr透明薄膜或tpu透明薄膜。

進一步地，所述有色層與基底層之間設(shè)有第二透明薄膜層。

進一步地，所述激光器為全固態(tài)紅外激光器、綠光激光器、紫外激光器、光纖激光器或二氧化碳激光器中的任意一種，所述激光器輸出的激光為脈沖激光或連續(xù)激光。

更進一步地，所述升降支架包括絲桿、進行粗調(diào)的渦輪和進行細(xì)調(diào)的伺服電機，所述絲桿與渦輪配合連接，所述絲桿與伺服電機之間通過聯(lián)軸器連接，所述伺服電機與工控機電連接。

本發(fā)明在表面覆膜的包裝材料上的激光打標(biāo)方法可以選擇在透明膜層表面用激光打標(biāo)出10微米以下的淺層圖案，也可以選擇讓激光束透過表面透明薄膜層到達(dá)包裝材料的中間有色層層，在中間層表面用激光打標(biāo)出10微米以下的淺層圖案。這兩種方法均不會造成包裝材料表面的透明膜層被擊穿，密封性能好；打標(biāo)出的圖案因為很淺，用肉眼從垂直材料表面的角度去觀察，是無法清晰觀察到激光打標(biāo)后形成的圖案的，只有在采用強光照射材料表面，或者觀察的角度與垂直方向有一定的傾斜后，才能通過被打標(biāo)層表面粗糙度的反差識別出激光打標(biāo)后的圖案。而且，被加工的表面均是在包裝材料的內(nèi)表面，在實際的商品包裝中，只有拆開包裝，才可能尋找到被加工的部位。因此，假冒偽劣的可能性被大大的降低了，商品的可追溯性也更容易通過這種方式實現(xiàn)。

本發(fā)明圖案打標(biāo)于透明薄膜層或有色層內(nèi)部，二維碼、批號等防偽識別碼永不磨損，包裝材料內(nèi)表面沒有損傷，不會破壞原有包裝材料的組織層結(jié)構(gòu)及其密封性能。本發(fā)明裝置集打標(biāo)、檢測、剔除為一體，縮短了后續(xù)的操作工序，效率更高，打標(biāo)二維碼、批號等防偽識別碼速度快、效果清晰美觀、適應(yīng)各類表面覆膜的包裝材料，可以廣泛應(yīng)用于液態(tài)食品奶飲品、固態(tài)食品、藥品、化工產(chǎn)品、生活日用品等行業(yè)領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為本發(fā)明打標(biāo)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明表面覆膜的包裝材料的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明打標(biāo)位置的示意圖。

圖中：1-第一透明薄膜層，2透明薄膜，3-有色層，4-第二透明薄膜層，5-基底層，6-第三透明薄膜層，7-操作柜、8-工控機、9-激光器、10-打標(biāo)頭、11-升降支架、12-輸送平臺、13-包裝材料、14-光源、15-工業(yè)相機，16-檢測機構(gòu)，17-剔除機構(gòu)，18-支座。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明，便于清楚地了解本發(fā)明，但它們不對本發(fā)明構(gòu)成限定。

如圖1所示，本發(fā)明用于表面覆膜的包裝材料的激光在線打標(biāo)裝置包括支座18、操作柜7和升降支架11，操作柜7和升降支架11位于支座18的兩側(cè)或同一側(cè)，所述操作柜7上安裝工控機8，所述升降支架11上安裝激光器9，所述工控機7與激光器9電連接，所述支座18上安裝輸送平臺12，輸送平臺12上放置表面覆膜的包裝材料13，輸送平臺12按一定的速度輸送表面覆膜的包裝材料13，所述激光器9的打標(biāo)頭10正對輸送平臺12上方，所述支座08上設(shè)有檢測機構(gòu)16和剔除機構(gòu)17，所述檢測機構(gòu)16設(shè)置于輸送平臺12上方，所述剔除機構(gòu)17設(shè)置于輸送平臺12一側(cè)，所述打標(biāo)頭10、檢測機構(gòu)16和剔除機構(gòu)17沿輸送平臺12的前進方向(即圖1所示的箭頭x方向)依次布置。

工控機8內(nèi)安裝打標(biāo)控制系統(tǒng)，打標(biāo)控制系統(tǒng)能實現(xiàn)控制激光器的開關(guān)光、激光打標(biāo)頭上的振鏡動作、升降支架的精細(xì)調(diào)節(jié)、待打標(biāo)內(nèi)容的獲取和在線編輯，與輸送平臺控制系統(tǒng)的通訊，與工業(yè)相機的通訊，重要信號的輸入和輸出等多種功能。

升降支架11是以細(xì)導(dǎo)程的絲桿為主體結(jié)構(gòu)，同時配有手動的渦輪和伺服電機，伺服電機與工控機電連接，手動的渦輪能實現(xiàn)粗略調(diào)節(jié)，伺服電機與絲桿之間通過聯(lián)軸器相連，可實現(xiàn)電動的精細(xì)調(diào)節(jié)。

檢測機構(gòu)16包括用于提供光照檢測的強光光源14和用于對打標(biāo)的圖案進行甄別的工業(yè)相機15。

剔除機構(gòu)17由支撐座、旋轉(zhuǎn)氣缸、升降氣缸和吸盤組成，旋轉(zhuǎn)氣缸和升降氣缸與工控機電連接。當(dāng)檢測到不合格的產(chǎn)品時，升降氣缸先向下動作，這樣吸盤就能接觸到包裝材料靠吸附力將其吸住，接著升降氣缸向上運動。然后，旋轉(zhuǎn)氣缸旋轉(zhuǎn)180度將吸附有包裝材料的那一頭旋轉(zhuǎn)到輸送平臺的外側(cè)，接著升降氣缸向下動作接近廢料盒，吸盤退去吸附力，打標(biāo)不合格的包裝材料靠重力的作用回落到廢料盒內(nèi)。

如圖2所示，表面覆膜的包裝材料13由從內(nèi)到外的第一透明薄膜層1、有色層3和基底層5緊密貼合構(gòu)成。其中，第一透明薄膜層1還可進一步由多層厚度更薄的透明薄膜2構(gòu)成。同樣，中間的有色層3和外部的基底層5也可以由多層材料構(gòu)成。有色層3和基底層5之間也可以再加入一個第二透明薄膜層4?；讓?的外部也可以再加入一個第三透明薄膜層6。

上述第一透明薄膜層1、第二透明薄膜層4和第三透明薄膜層6結(jié)構(gòu)基本相同，第一透明薄膜層1為eva透明薄膜、pe透明薄膜、pp透明薄膜、pet透明薄膜、pvc透明薄膜、tpr透明薄膜或tpu透明薄膜中的任意一種，或者是這些薄膜的層疊構(gòu)成，其厚度一般在0.2mm以下。

有色層3為顏料層、油漆層、油墨層或金屬箔，其厚度一般在1mm以下。

基底層5為紙板、塑料板或金屬板，其厚度一般在1-3mm。

激光器9為全固態(tài)的紅外激光器、綠光激光器、紫外激光器、光纖激光器或二氧化碳激光器中的任意一種，所述激光器輸出的激光為脈沖激光或連續(xù)激光。

采用上述打標(biāo)裝置實現(xiàn)在表面覆膜的包裝材料的內(nèi)表面激光打標(biāo)的方法，包括如下步驟：

1)將需要打標(biāo)的內(nèi)容導(dǎo)入到工控機中，打標(biāo)的內(nèi)容一般為包裝材料的生產(chǎn)日期、批號、保質(zhì)期、條形碼和二維碼等；

2)手動搖動升降支架上的手輪，粗略調(diào)節(jié)升降支架，使得激光束經(jīng)過激光器的打標(biāo)頭后會聚的焦點位置大致在輸送平臺上的包裝材料上；

3)根據(jù)激光光源波段的不同，在打標(biāo)控制系統(tǒng)上輸入相應(yīng)的指令，通過指令控制升降支架上的伺服電機，由其帶動升降支架上的激光器的打標(biāo)頭上下精細(xì)調(diào)節(jié)，使得激光束的焦點位置在包裝材料的第一層透明薄膜層或有色層上，如圖3所示；

對于波長小于650nm的激光光源，控制激光束透過包裝材料的第一透明薄膜層，激光束會聚的焦點作用在有色層上的b點，有色層吸收到的激光能量密度大于材料破壞的臨界值，從而在其表面產(chǎn)生微米量級的破裂層。通過計算機等控制技術(shù)調(diào)控激光束的能量大小，使其剛好能讓有色層的微觀性能發(fā)生轉(zhuǎn)變但不產(chǎn)生宏觀的爆裂層，激光束的作用范圍被限制在有色層表面的10微米之內(nèi)(即b點與有色層表面3.1之間的垂直距離小于10μm)，沒有穿透整個有色層。這樣，觀察者無論從包裝材料正面或者反面垂直材料表面的角度去觀察，是無法清晰觀察到激光打標(biāo)后形成的標(biāo)識圖案的。只有當(dāng)采用強光照射材料表面，或者觀察的角度與垂直方向有一定的傾斜后，才能通過有色層表面粗糙度的反差識別出激光打標(biāo)后的標(biāo)識圖案。

對于波長大于650nm的激光光源，激光束大部分被包裝材料的第一透明薄膜層所吸收，激光束會聚的焦點作用在有色層上的a點，激光束未能透過第一透明薄膜層到達(dá)有色層，通過調(diào)節(jié)設(shè)備上激光打標(biāo)頭的高低，使得激光束會聚的焦點剛好位于第一透明薄膜層上，第一透明薄膜層吸收到的激光能量密度大于其破壞的臨界值，從而在其表面產(chǎn)生微米量級的破裂層。通過計算機等控制技術(shù)調(diào)控激光束的能量大小，使其剛好能讓第一透明薄膜層的微觀性能發(fā)生轉(zhuǎn)變但不造成其爆裂，激光束的作用范圍被限制在第一透明薄膜層表面的10微米之內(nèi)(即a點與第一透明薄膜層表面1.1之間的垂直距離小于10μm)，沒有穿透整個第一透明薄膜層。這樣，觀察者正面或者反面垂直材料表面的角度去觀察，是無法清晰觀察到激光打標(biāo)后形成的標(biāo)識圖案的。只有當(dāng)采用強光照射材料表面，或者觀察的角度與垂直方向有一定的傾斜后，才能通過其表面粗糙度的反差識別出激光打標(biāo)后的標(biāo)識圖案。

4)在打標(biāo)控制系統(tǒng)上編輯好打標(biāo)所需要的激光器功率、激光器頻率、打標(biāo)速度和開關(guān)光延時等工藝參數(shù)；

5)輸送平臺上的傳感器檢測到輸送過來的包裝材料，觸發(fā)激光器出光和激光打標(biāo)頭上的振鏡動作，完成在線打標(biāo)；

6)打標(biāo)完成的包裝材料通過輸送平臺傳送到光源和工業(yè)相機所在的位置，在強光照射下由工業(yè)相機對打標(biāo)的圖案進行甄別，如合格，包裝材料輸送到下一道工序；如不合格，工業(yè)相機對打標(biāo)控制系統(tǒng)輸出信息，由打標(biāo)控制系統(tǒng)給緊挨著工業(yè)相機的剔除機構(gòu)發(fā)出指令，將不合格的包裝材料從輸送平臺上剔除。

按照圖1所示的設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖連接好設(shè)備后。打標(biāo)控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)連接線與打標(biāo)控制系統(tǒng)的硬件相連，打標(biāo)控制系統(tǒng)的硬件再與激光器和打標(biāo)頭相連，打標(biāo)控制系統(tǒng)接收到輸送平臺上的傳感器發(fā)送過來的觸發(fā)信號之后，控制激光器開關(guān)光和打標(biāo)頭上的振鏡動作，實現(xiàn)所需要的圖案的打標(biāo)，下面以兩種包裝材料為例具體說明打標(biāo)過程。

實例一：乳制品包裝盒打標(biāo)。

乳制品包裝盒從內(nèi)到外依次由pe透明薄膜、pe透明薄膜、鋁箔、pe透明薄膜、紙板和pe透明薄膜共6層構(gòu)成。本實例實現(xiàn)在表面的兩層pe透明薄膜上在線打標(biāo)出每一張包裝盒的生產(chǎn)日期和批號，其步驟如下：

1)需打標(biāo)的生產(chǎn)日期和批號通過相應(yīng)的接口傳送給工控機，工控機將其導(dǎo)入到打標(biāo)控制系統(tǒng)的軟件中；

2)手動搖動升降支架上的手輪，粗略調(diào)節(jié)升降支架，使得激光束經(jīng)過激光打標(biāo)頭后會聚的焦點位置大致在輸送平臺上表面覆膜的乳制品包裝盒上；

3)選擇的激光器為波長在9.3-10.6微米的二氧化碳激光器，在打標(biāo)控制系統(tǒng)上輸入相應(yīng)的指令，通過指令控制升降支架上的伺服電機，由其帶動升降支架上的激光打標(biāo)頭上下精細(xì)調(diào)節(jié)，使得激光束的焦點位置剛好在乳制品包裝盒的第一層pe透明薄膜上；

4)在打標(biāo)控制系統(tǒng)的軟件上選擇激光重復(fù)頻率為50khz,開激光延時為50μs,關(guān)激光延時為30μs，跳轉(zhuǎn)延時為30μs，振鏡掃描速度為4500mm/s，跳轉(zhuǎn)速度為9000mm/s；

5)輸送平臺上的傳感器檢測到輸送過來的乳制品包裝盒，觸發(fā)激光器出光和激光打標(biāo)頭上的振鏡動作，完成在線打標(biāo)；

6)打標(biāo)完成的乳制品包裝盒通過輸送平臺傳送到強光光源和工業(yè)相機所在的位置，在強光照射下由工業(yè)相機對打標(biāo)的圖案進行甄別，短時間內(nèi)測試了100張乳制品包裝盒，全部合格。

在實際的產(chǎn)品中，該乳制品包裝盒打標(biāo)有生產(chǎn)日期和批號的那一面在包裝盒的內(nèi)表面的，打標(biāo)的深度在10微米以下，打標(biāo)出來的內(nèi)容用肉眼不容易識別，只有在強光的照射下才能通過其表面粗糙度的反差識別出來，所以能很好的起到防偽和追溯的作用。

實例二：食品包裝蓋打標(biāo)。

食品包裝蓋從內(nèi)到外依次由pet透明薄膜、油漆層和鋁板共3層構(gòu)成。本實例實現(xiàn)在中間的油漆層上在線打標(biāo)出每一片食品包裝蓋的生產(chǎn)日期和批號，其步驟如下：

1)需打標(biāo)的生產(chǎn)日期和批號通過相應(yīng)的接口傳送給工控機，工控機將其導(dǎo)入到打標(biāo)控制系統(tǒng)的軟件中；

2)手動搖動升降支架上的手輪，粗略調(diào)節(jié)升降支架，使得激光束經(jīng)過激光打標(biāo)頭后會聚的焦點位置大致在輸送平臺上表面覆膜的包裝材料上；

3)選擇的激光器為波長在355nm的紫外激光器，在打標(biāo)控制系統(tǒng)上輸入相應(yīng)的指令，通過指令控制升降支架上的伺服電機，由其帶動升降支架上的激光打標(biāo)頭上下精細(xì)調(diào)節(jié)，使得激光束的焦點位置剛好在食品包裝蓋的中間油漆層上；

4)在打標(biāo)控制系統(tǒng)的軟件上選擇激光重復(fù)頻率為20khz,開激光延時為80μs,關(guān)激光延時為120μs，跳轉(zhuǎn)延時為50μs，振鏡掃描速度為7000mm/s，跳轉(zhuǎn)速度為10000mm/s；

5)輸送平臺上的傳感器檢測到輸送過來的表面覆膜的包裝材料，觸發(fā)激光器出光和激光打標(biāo)頭上的振鏡動作，完成在線打標(biāo)；

6)打標(biāo)完成的食品包裝蓋通過輸送平臺傳送到強光光源和工業(yè)相機所在的位置，在強光照射下由工業(yè)相機對打標(biāo)的圖案進行甄別，短時間內(nèi)測試了200片食品包裝蓋，全部合格。

在實際的產(chǎn)品中，該食品包裝蓋打標(biāo)有生產(chǎn)日期和批號的那一面是朝著食品包裝罐內(nèi)部的，打標(biāo)深度在10微米以下，只有在開啟該食品包裝蓋的情況下，采用強光照射才能通過其表面粗糙度的反差識別出來，用肉眼是不容易識別的，所以能很好的起到防偽和追溯的作用。

本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。