金屬表面激光打標漸變圖標工藝研究

中圖分類號：TN249 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）23-0070-04

Abstract：Inordertorealizelasermarkingofthelogoiconwithablackandwhitegradientefectonthesurfaceof aluminumaloymetal，drawingsoftwareandfiberlasermarkingequipmentareusedforimageprocesing，bitmapbinarization procesingandlasermarkingtest，andimportantinfluencingparametersofmarkingareanalyzedregularly.Experimentshave shownthat themainoptionsafectingthegradientefectinimageprocessingarecolormodeandimageresolution.Themain factorsaffctingthegradientefectinlasermarkingincudebitmapsetingparameters（contrast，brightness），laserpower，dot spacing，marking times，etc.Selectingmatchingandreasonablelasermarkingparametersbasedonmaterialcharacteristicscan meet the processing needs of gradient icons on metal surfaces.

Keywords： laser marking; gradient icon;image processing; resolution; contrast

激光打標是近年新興的一種刻字技術，可在多種材料表面標刻出精細的永久性標記。激光打標具有光束質量好、速度快、精度高、清潔無污染和自動化加工等優點，已在很多領域取代了機械雕刻、噴碼、絲印和化學蝕刻等技術，成為常見的標識加工方式。

激光打標原理是利用高能量激光束照射被加工材料表面，材料吸收激光能量轉變為熱能，使工件表面發生熔化、汽化、相變等物理或化學變化，生成不同的氧化物和微觀峰谷，材料的表面質地、反射率發生變化，呈現出不同顏色。

漸變logo圖標是一種標識外觀設計，可增加產品質感和設計感，使其更清晰、美觀，具有辨識度。實際需求要在5A06鋁合金表面激光標刻上深下淺的漸變logo 圖標并具有一定刻蝕深度。

1 實現原理

激光打標漸變圖標實現的原理：激光作用在金屬表面時，一種是通過調節激光點的疏密程度、不同密度分布改變圖像視覺效果，高密度區重疊度高，表面發生明顯變化形成深色，而低密度區顏色分散逐漸接近材料原色形成淺色，金屬表面呈現黑白漸變的效果；另外一種是控制激光斑點的能量大小，使材料表面形成不同深淺微型谷峰和不同厚度氧化物，從視覺上達到明暗漸變效果。

試驗用激光打標設備的類型為光纖激光打標機，激光波長 1062nm ，最大激光輸出功率 ，聚焦激光束直徑為 0.04mm ，可實現精密、精細的矢量圖打標和位圖打標。繪圖軟件為CorelDRAW。

因此，利用現有激光打標設備具有的功能和繪圖軟件，進行圖像處理、位圖打標設置、打標參數試驗及打標后金屬表面處理。

根據試驗樣件實際效果對試驗數據進行分析，找到漸變圖標打標的變化規律，最終得到5A06鋁合金表面漸變激光標刻的適配參數。

2 圖像處理

目前應用于激光打標的圖像類型有2種：一種是矢量圖，也稱向量圖，其使用包含顏色和位置屬性的線段和曲線描述圖像，這種圖像文件小，占用系統資源少，縮擴不失真，標刻效率高，成為目前激光打標的主要應用類型。均一填充顏色的圖標更適合選用矢量圖，可進行均勻的激光填充。

另一種是位圖，又稱點陣圖或像素圖，是由許多個點（像素）組成，每一個像素有其特定的位置和顏色信息，其能夠制作出顏色和色調變化豐富的圖像，缺點是放大會產生鋸齒等失真現象。文件較大，處理速度慢。位圖激光打標時可得到明暗色調變化的圖像，

適于打標的位圖又有灰度圖像和二值圖像2種方式。灰度位圖對比度非常好，適合高品質圖像，主要是控制單點的能量達到打標效果要求；二值圖像指圖像只有2種可能的取值或灰度等級，圖像細節簡化，通過調節激光點稀密程度達到打標效果要求。漸變logo圖標更適合選擇位圖格式處理，可體現出過渡變化效果。

試驗用激光打標機的激光器為IPG激光器，只能進行二值圖像處理，本文通過調節激光點的疏密來實現漸變圖標效果。

圖像的質量是影響打標效果的重要因素。打標設備能識別的位圖圖像文件包括BMP、JPG、PNG等格式，如果圖像處理不當，就容易出現圖像不清楚、對比度不高、細節模糊等問題。因此，在計算機中需先進行圖像處理與位圖輸出。

漸變logo標識原圖為CDR格式圖片。在Corel-DRAW軟件中打開CDR圖片，選中圖片，調整對比度、亮度等參數。然后，選擇“文件”一“導出\"功能，將矢量圖形導出轉換為BMP格式位圖。

在轉換過程中，通過修改位圖屬性，使圖像色彩過渡更加自然，細節更清楚。影響最終打標漸變效果較明顯的選項為顏色模式和圖像的分辨率。

顏色模式：幾種顏色模式的位圖效果如圖1所示。其中灰度圖像和RGB圖像分別有 2⁸ 和 2²⁴ 種色彩表示，能表現更豐富的圖像信息和細節，漸變效果更柔和。但是RGB顏色信息更多，打標時間更長。因此，選擇灰度顏色模式。

分辨率：圖像是由像素點組合而成，在位圖成像中分辨率表示每單位面積或每單位長度有多少像素。其是衡量圖像細節表現力的技術參數，是位圖清晰程度的標志。圖像處理時，分辨率的合理選取是影響圖像處理效果的重要因素。

由繪圖軟件導出不同分辨率效果，圖像局部圖如圖2所示。

在其他打標參數（對比度/明亮度、間距、功率、Q值和遍數等）固定條件下，不同分辨率圖片激光打標效果和打標時間如圖3所示。

試驗顯示分辨率過低會導致圖像清晰度低，損失細節或產生鋸齒，還導致標刻不充分，漸變效果不明顯和不自然；而分辨率過高則會出現漸變效果對比不明顯、標刻偏深、時間增長情況

綜合分析打標效果和打標時間，分辨率在600～900dpi 之間，圖像打標效果可滿足清晰、過渡自然。

圖3不同分辨率打標效果圖

3 打標處理

本試驗激光打標設備只能進行二值圖像打標。首先將灰度位圖二值化處理，將具有多級灰度值的多值圖像轉變為只有2個取值的圖像，簡化、去噪，與激光器開關對應，實現圖案打標。

影響激光打標漸變效果的因素有很多，包括位圖設置參數（對比度、明亮度）激光器可調節參數（激光功率、點間距、Q頻率）打標次數等，這些參數直接影響激光輸入能量的大小、能量密度分布及作用時長，從而產生激光標刻圖像外觀、質量的差異。

分別從以下幾個重要參數進行試驗研究，實現滿足漸變圖像打標效果的最優組合。

3.1 對比度、明亮度

對比度是指圖像中最亮的部分和最暗的部分之間的明暗差異程度，明亮度是指整個圖像的明亮程度。以獲得清晰、明暗對比度較大的漸變視覺效果為依據，尋找合適的平衡值。

在其他打標參數（分辨率、間距、功率、Q值和遍數等）固定條件下，改變對比度和明亮度數值，研究變化規律。打標時間和打標效果如圖4所示。

當對比度小于0，明亮度小于0時，均會有背景暗點，無法形成干凈的背景色，圖像整體暗淡，細節難以辨認，缺乏層次感，不符合外觀要求。

當對比度、明亮度大于等于0時，對比度越高，圖像的明暗差別越大，圖像漸變越明顯。但過大會造成淺色區增大，過于銳化，圖像不完整失真；明亮度越高，圖像看起來越明亮。但過高，圖像會過曝光，細節激光點有丟失。

圖4不同對比度、明亮度打標效果圖

當對比度、明亮度大于等于0時，打標時間隨著對比度數值的增大逐漸增大，隨著明亮度數值的增大而逐漸減小。

因此，對比度和明亮度不能選擇小于0的數值，可選擇對比度0.05～0.1，明亮度0.05～0.01之間數值。

3.2 點間距

點間距是指生成的二值的點與點的距離，設置包括 X 軸方向和 Y 軸方向。點間距越小，點越密，工件材料上光刻的重疊度越高，表面對光線的反射能力越低，即視覺上呈現的黑色效果越好。

在其他打標參數（分辨率、對比度/明亮度、功率、Q值和遍數等）固定條件下，通過改變 X 軸和 Y 軸間距進行打標試驗，研究變化規律，打標時間和打標效果如圖5所示。

當 X 方向間距小于 0.05mm 或 Y 方向間距小于0.05mm 時，點間隔小于激光光斑直徑，激光點密集重疊高，材料表面完全被光刻處理，顏色整體較深，不能形成清晰的漸變效果。

當 X 方向或 Y 方向間距大于等于 0.05mm 時，間距逐漸增大，圖像漸變越明顯。但當 X 方向和 Y 方向間距大于 0.08mm 時，間隔大于激光光斑直徑，金屬表面未標刻區域增大，顏色整體較淺，也不能形成清晰的漸變效果。

打標時間隨著 X，Y 方向間距的逐漸增大而逐漸減小。

綜合考慮打標效果和打標效率，可選擇 X 方向和Y 方向點間距 0.05～0.07mm 之間數值。

圖5X、Y方向不同間距打標效果圖

3.3功率和激光關延時

位圖點陣打標時，通過激光功率和關延時調節激光點的能量。激光打標功率是打標機輸出的激光能量大小，直接影響打標的深度和清晰度。較高功率時，材料表面產生較深的凹點，形成深黑色部分，降低功率，凹點變淺變小，顏色也變淺。但功率過大，使單位面積能量過大，會增大激光點的反應范圍，使圖案出現模糊現象。

激光關延時是指在有效矢量執行完畢后多久才關閉激光輸出。適當增大關延時，會增加激光打標時間從而增加點的光刻深度，但打標時間會延長，打標效率降低。

在其他打標參數（分辨率、對比度/明亮度、間距、Q 值和遍數等）固定條件下，通過改變打標功率和激光關延時進行打標試驗，研究變化規律，打標時間和打標效果如圖6所示。

5A06鋁合金熔點較高，打標后顏色變化不明顯，提高功率和關延時，可增加打標深度，使漸變效果更突出。因此選擇總功率的 90% 作為漸變打標功率，適當增加關延時的時間 200～300us 。

圖6不同功率、不同關延時打標效果圖（放大50倍）

3.4其他參數

打標次數是在相同位置重復打標的次數，隨著打標次數增多，凹凸結構、大量孔洞逐漸成形，表面氧化膜越來越多，可形成更深的顏色效果，但表面粗糙度也隨之增加，可根據效果調整次數。

4金屬表面處理

5A06鋁合金表面打標后，logo圖標比較粗糙，需要進行表面處理。通過化學拋光去除表面毛刺和粉塵，然后陽極氧化形成一層致密的氧化膜。圖標樣件表面手觸摸光滑，有明顯凹凸感，視覺上未打標處銀灰亞光，打標處呈現清晰的黑灰色漸變顏色，整體顏色典雅、柔和、對比度高，達到了預期的漸變效果。

5 結論

針對5A06鋁合金表面激光打標漸變logo圖標的需求，利用現有激光打標設備和軟件，進行圖像處理

和位圖二值化處理，并對打標時重要影響參數進行工藝試驗和規律分析。

試驗結果表明，實現漸變打標的影響因素有很多，各參數密切聯系，打標時要綜合考慮和合理匹配，根據材料特點和需求選擇最優組合參數域值。

參考文獻：

[1]孟瑤.圖形和圖像間的轉換方法[J].輕工科技，2019，35（8）：94-95.

[2]司徒加旻，劉玉，嚴牧西，等.一種新的激光灰度圖像標記方法研究[J].激光技術，2010，34（3）：389-391.

[3]李彤彤，沈寶東，李重河，等.陽極氧化鋁表面激光處理工藝與機理[J].激光與光電子學進展，2019，56（18）：177-183.

[4]劉福康，李建美.皮秒激光鋁合金黑色標刻實驗與理論建模分析[J].激光與光電子學進展，2023，60（23）：219-225.