随着企业信息化的发展,越来越多的生产制造企业要求零部件具有可识读性,以实现产品质量的跟踪。激光直接标刻二维条码是实现零部件可追溯性的最佳选择。由于激光加工参量和零件材料的多样性,如何连续加工出机器可识读的高质量二维条码是必须解决的关键问题。本文选择工业上应用广泛的钛合金作为标记材料,从激光直接标刻Data Matrix码的可行性入手,以提高标识质量和选择连续加工出可识读二维条码的参量为目的,对激光参量、标识对比度与几何特征,标识质量与激光参量的关系等方面进行研究。以期在钛合金上连续加工出可识读的、对表面损伤小的二维条码。研究成果对企业信息化发展具有重要意义和应用价值。开展了以下研究工作:(1)分析了标刻二维条码的技术要求,搭建了标刻实验装置。对钛合金表面激光直接标刻Data Matrix码的可行性进行了实验研究,利用环境扫描电镜和X射线衍射仪对标刻区域的微观形貌进行了测量分析。实验在2mm厚的薄板上进行,测量结果表明激光标记区既没有出现裂纹也没有发生变形,说明激光不会对基底材料产生破坏性的影响。该结论为本文后续研究奠定了基础。(2)对基于条码质量的激光直接标刻工艺进行了研究。提出了激光直接标刻Data Matrix码的质量评定方法,给出了条码符号对比度、标刻深度和表面粗糙度计算模型。通过对激光参量的作用和相关性分析,初选出对条码质量具有重要影响的6个参量,进行单因素实验。研究了这些激光参量对标刻条码质量及表面微观质量的影响。分析了激光参量与Data Matrix码的几何特征及其质量之间的关系。通过方差分析,进一步确定了对Data Matrix码质量有显著影响的4个激光参量为泵浦电流、有效矢量步长、激光线间距和Q频率。(3)从激光与材料相互作用入手,以提高激光直接标刻的Data Matrix码识读质量为目的,开展了基于田口方法的激光直接标刻参量优化研究,并对实验结果进行了信噪比分析和多因素方差分析,确定了 Data Matrix码的符号对比度的最佳加工参量组合及各参量对其质量影响的统计显著性。开展了基于神经网络和智能优化方法的激光标刻参数优化,并进行了两种优化结果的对比分析。研究了 Data Matrix码的几何特征与符号对比度之间的关系,为连续标刻高质量二维条码提供了保障。(4)开展钛合金表面激光直接标刻质量预测建模研究。通过逐步回归法,开发了能预测钛合金表面激光直接标刻的Data Matrix码的符号对比度、表面粗糙度和标记深度的多元非线性回归模型,采用方差分析法对3个回归方程的显著性分别进行了检验,采用t检验法对3个回归模型的偏回归系数分别进行了假设检验,对回归模型的拟合效果进行了评价。最后通过其他实验条件对3个回归模型分别进行了验证,并从推荐的最佳参量范围内任意选取了 20组参量组合对本文所建立的预测模型进行了应用检验。该研究有利于提高Data Matrix码的质量等级和激光标记区的表面质量,进而提高工业上条码的机器识读效率,促进制造业信息化的进一步发展。该研究成果也为其他材料的激光直接标刻研究提供参考。(5)研究了钛合金表面激光彩色打标技术。基于干涉原理,推导出色度和色度系数计算模型,对钛合金表面的氧化膜色度进行了计算和实验验证。基于色度系数计算出钛合金表面激光着色的参数范围。以此为基础,开展了激光参数对着色效果的影响规律研究。对蓝色色块进行了 ESEM和XRD分析。研究了激光着色的稳定性和耐久性。将激光彩色打标技术应用到Data Matrix码的标记中,成功加工出彩色Data Matrix二维码,完全能满足工业上的识读要求。这种彩色标记方法,不仅美观,而且对表面损伤小,最大程度保证了零件本身的完整性。因此激光彩色打标技术具有良好的应用前景。