《激光加工机床 标印检测方法》-征求意见稿

ICS25.080.99

CCSJ50

CAMS

团体标准

T/XXXXXXX—XXXX

激光加工机床标印检测方法

点击此处添加标准名称的英文译名

（征求意见稿）

在提交反馈意见时，请将您知道的相关专利连同支持性文件一并附上。

XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施

中国机械工业标准化技术协会  发布

T/XXXXXXX—XXXX

前言

本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定

起草。

本文件由中国机械工业标准化技术协会提出。

本文件由中国机械工业标准化技术协会机床专业委员会归口。

本文件起草单位：西安交通大学等。

本文件主要起草人：梅雪松等。

本文件为首次发布。

III

T/XXXXXXX—XXXX

激光加工机床标印检测方法

1范围

本文件规定了金属材料表面激光标印的质量检验和评价方法，以表征通过激光加工的方法在金属材

料表面制备标印图案的性能特征。

本文件适用于在金属材料表面激光标印的质量检验。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T12905-2019条码术语

GB/T35402-2017零部件直接标记二维条码符号的质量检验

GB/T33993-2017商品二维码

GB/T13298-2015金属显微组织检验方法

HB20140-2014航空零件标印方法

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

激光标印lasermarking

通过激光烧蚀或激光诱导在不同材料的工件表面形成标记。

3.2

模块module

一维条码和层排式二维条码中符号字符的最窄构成单元，或矩阵式二维码中最小的信息承载单元。

3.3

模块尺寸modulesize

当制备方形单元时，模块尺寸指单元的边长；当制备圆形单元时，模块尺寸指单元的直径。

3.4

标印深度markingdepth

激光最先到达的样片表面截面和激光沿标印深度方向最终去除材料截面间的垂直距离。

3.5

图像识读imagerecognition

通过拍照或直接读取的方式来识读条码符号的数字处理技术。

3.6

重铸层recastlayer

1

T/XXXXXXX—XXXX

当材料在熔化过程中产生的熔融物没有完全去除干净时，残留在孔壁或孔口的熔融物重新凝固所形

成的物质。

3.7

裂纹crack

标印表面上的长条形微细凹槽。

3.8

条码识读器barcodereader:scanner

识读条码符号并与计算机系统交换信息的设备。

3.9

微结构microstructures

通过激光烧蚀或激光诱导在不同材料基底表面所制备的微观结构。

4符号与缩略语

下列符号和缩略语适用于本文件，见表1。

表1符号与缩略语

缩写和符号说明单位

L模块边长mm

D模块直径mm

H标印深度μm

5测量仪器及量具

测量仪器及量具的精度应满足产品尺寸测量精度的要求。测量仪器及量具的各项性能应处于完好状

态，具有有效的检定合格证书（或合格标识）。各检测项目所使用的测量仪器、量具应符合表2的规定。

表2各检测项目所使用的测量仪器、量具

检测项目测量仪器及量具

模块尺寸

扫描电子显微镜、激光共聚焦显微镜、电子/金相显微镜

标印深度

图像识读条码识读器

重铸层

扫描电子显微镜、激光共聚焦显微镜、电子/金相显微镜

裂纹

微织构扫描电子显微镜

6样品制备

6.1样品

6.1.1样品的技术要求

2

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试样由用户设计以适应试验的要求，试样尺寸不应小于标印图案的尺寸。

6.1.2样品处理

样品处理需满足表3的制样要求。

表3制样要求

测量仪器制样要求

试样高度小于10mm、水平面内尺寸不超过50mm直径的样品座

试样在高真空中能保持稳定

含有水分或其他易挥发的试样应烘干除去

扫描电子显微镜磁性试样要预先去磁

表面受到污染的试样，要在不破坏试样表面结构的前提下清洗，

然后烘干处理

对于非导电性试样，要先进行镀膜处理

被观测的微结构表面的密切面与水平面夹角应小于85°，避免观

测结果图像发散

被观测的样品形面的深度应小于所选物镜焦距，避免物镜碰撞样

激光共聚焦显微镜品

被观测样品为非透明样品

表面受到污染的试样，要在不破坏试样表面结构的前提下清洗，

然后烘干处理

6.2金属材料表面激光标印的试验

6.2.1微织构的技术要求

采取合适的加工参数在模块表面制备出具有抗反射性能的微织构。

6.2.2标印图案的采集

图像采集器光轴与图案表面垂直，图案应置于视场中心，调整图像采集器使其与图案实现最佳对焦。

7检测方法

7.1检测环境条件

一般尺寸测量在室温下进行，有检测环境要求的检测项目，应按照以下相应要求进行：

a)检测温度25℃±5℃。

b)检测室的大气压101.5kPa±10kPa。

c)检测室环境湿度40%±20%。

d)检测室内噪声低于60dB。

注：如测试现场有明显震动，影响测量结果，需要选用带有隔振台的仪器。

7.2模块尺寸的测量方法

7.2.1模块尺寸的扫描电子显微镜测量法

a)试样水平放置于样品台，使样件处于视场中央；

b)调整电子束焦平面，测得其俯视图，并保证图像清晰；

c)放大电子显微镜放大倍数，使得图中标尺不大于模块尺寸，并保证图像清晰；

d)测得样品表面模块俯视图；

e)当制备方形单元时，模块尺寸取水平方向和垂直方向的均值；当制备圆形单元时，模块尺寸

取长轴直径和短轴直径的均值，并记录；

f)读取10个样本值，然后取平均值，作为模块尺寸。

3

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7.2.2模块尺寸的激光共聚焦显微镜测量法

a)试样水平放置于样品台，使样件处于视场中央；

b)选择5x放大倍率，手动调整激光共聚焦显微镜的物镜焦平面，测得其俯视图，并保证图像清

晰；

c)选择合适的放大倍率，使得图中标尺不大于模块尺寸，并保证图像清晰，标出激光能够成像

的最高焦平面位置和最低焦平面位置；

d)测得样品表面模块的三维俯视图；

e)当制备方形单元时，模块尺寸取水平方向和垂直方向的均值；当制备圆形单元时，模块尺寸

取长轴直径和短轴直径的均值，并记录；

f)读取10个样本值，然后取平均值，作为模块尺寸。

7.2.3模块尺寸的电子/金相显微镜测量法

a）试样水平放置于样品台，使样件处于视场中央；

b）调整光束焦平面，测得其俯视图，并保证图像清晰；

c）选择合适的放大倍率，使得图中标尺不大于模块尺寸，并保证图像清晰；

d）测得样品表面模块俯视图；

e）当制备方形单元时，模块尺寸取水平方向和垂直方向的均值；当制备圆形单元时，模块尺寸取

长轴直径和短轴直径的均值，并记录；

f）读取10个样本值，然后取平均值，作为模块尺寸。

7.3标印深度的测量方法

7.3.1聚合物翻模结构测量标印深度

a）将PDMS的预聚物和固化剂按10:1的比例混合在一起，搅拌均匀后抽真空；

b）10分钟后取出，并将其倒入放有样片的表面皿内，再次抽真空10分钟；

c）最后将PDMS和样片静置在水平位置一整天；

d）一整天后待PDMS完全固化后将结构脱模；

e）翻模结构水平放置于样品台，使样件处于视场中央；

f）调整测量设备焦平面，测得翻模结构俯视图，并保证图像清晰；

g）选择合适的放大倍率，使得图中标尺不大于翻模结构尺寸，并保证图像清晰；

h）观测并获取样品表面翻模结构俯视图；

i）测量翻模结构中心的高度，并记录；

j）读取10个样本值，然后取平均值，作为标印深度。

7.3.2研磨侧剖测量标印深度

a）将侧剖的试样水平放置于样品台，使样件处于视场中央，剖切面朝上；

b）调整测量设备焦平面，测得样品俯视图，并保证图像清晰；

c）选择合适的放大倍率，使得图中标尺不大于模块尺寸，并保证图像清晰；

d）观测并获取样品表面模块全剖视图；

e）测量侧剖模块的中心的高度，并记录；

f）读取10个样本值，然后取平均值，作为标印深度。

7.4图像识读

这一参数是关键性的定性因素，采用条码识读器直接对标印图案或对通过图像采集器获得的标印图

案进行识读。

a）试样水平放置于样品台，使图案处于视场中央；

b）调整光束焦平面，测得图案俯视图，并保证图像清晰；

c）选择合适的放大倍率，使得图中标尺不大于图案尺寸，并保证图像清晰；

4

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d）获取到图案的图片；

e）采用条码识读器直接对标印图案或对通过图像采集器获得的标印图案进行识读，并记录识读结

果。

7.5金相检测

对试样进行抛光、腐蚀处理后观察是否有重铸层和裂纹的存在，采用适当的零部件彩色照相或者断

面金相显微照相的方法可评价这些参数，具体参见GB/T13298-2015。在每一照片上都应包含有一个合

适的校准刻度。

a）将侧剖的试样水平放置于样品台，使样件处于视场中央，剖切面朝上；

b）调整测量设备焦平面，测得样品俯视图，并保证图像清晰；

c）选择合适的放大倍率，使得图中标尺不大于模块尺寸，并保证图像清晰；

d）测得样品表面模块全剖视图；

e）重铸层的晶体结构通常不同于原来的材料，可以据此判断重铸层厚度；长条形微细凹槽为裂纹，

观察并记录结果。

7.6微织构

在模块表面制备出具有抗反射性能的微织构有助于标印图案识别能力的提高，可采用扫描电子显微

镜观测并通过后续计算得到微织构的尺寸。

a）试样水平放置于样品台，使样件处于视场中央；

b）调整测量设备焦平面，测得样品俯视图，并保证图像清晰；

c）选择合适的放大倍率，使得图中标尺不大于模块尺寸，并保证图像清晰；

d）观测并获取样品表面模块俯视图；

e）对获取的模块的电镜图进行傅里叶变换，得到微织构的尺寸，并记录；

f）读取10个样本值，然后取平均值，作为微织构的尺寸。

8测试和分析

8.1概述

激光标印质量的评价是本文件的关键部分。本文件尽可能采用通用的标印评价程序。评价可以由用

户进行，而不依靠实验室。评价要考虑下述特性：

a)定量评价

模块尺寸，mm;

标印深度，μm。

b)定性评价

图像识读;

重铸层;

裂纹；

微织构。

8.2测量点

8.2.1总则

标印图案能否被识读成功是其是否合格的首要条件。标印图案的模块尺寸及加工深度取决于加工工

件的形状和尺寸，进一步的金相检测与预期的用途有关。在模块表面制备出具有抗反射性能的微织构有

助于提高标印图案的识别能力。

8.2.2测量位置

5

T/XXXXXXX—XXXX

为了衡量标印图案的一致性，从标印图案中随机选取10个标印单元进行尺寸及深度的测量，并取其

平均值。对于标印图案的识读，采用条码识读器直接对标印图案或对通过图像采集器获得的标印图案进

行识读。

8.3模块尺寸

图1模块尺寸

采用三维显微测量工具测量模块尺寸。当制备方形单元时，模块尺寸取水平方向和垂直方向的均值；

当制备圆形单元时，模块尺寸取长轴直径和短轴直径的均值。为了衡量标印图案的一致性，从标印图案

中随机选取10个标印单元并通过显微设备进行尺寸的测量，并取其平均值。GB/T33993-2017中规定最

小模块尺寸不宜小于0.254mm。

注：测试设备的视场应能覆盖单个标印单元的尺寸。

8.4标印深度

通过聚合物翻模结构或研磨至标印单元中心处的方法测量标印深度，并采用三维显微测量工具测量

标印的深度。为了衡量标印图案的一致性，从标印图案中随机选取10个标印单元并通过显微设备进行深

度的测量，并取其平均值。HB20140-2014中规定激光标印的深度不能超过70μm。

8.4.1聚合物翻模结构测量标印深度

观测并获取样品表面翻模结构俯视图，测量翻模结构中心的高度并记录，读取10个样本值，然后取

平均值作为标印深度。

图2聚合物翻模结构测量标印深度

8.4.2研磨侧剖测量标印深度

观测并获取样品表面模块全剖视图，测量侧剖模块的中心的高度并记录，读取10个样本值，然后取

平均值作为标印深度。

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T/XXXXXXX—XXXX

图3研磨侧剖测量标印深度

8.5图像识读

采用条码识读器直接对标印图案或对通过图像采集器获得的标印图案进行识读，并记录识读结果。

8.6金相检测

采用显微设备测得样品表面模块全剖视图；重铸层的晶体结构通常不同于原来的材料，可以据此判

断重铸层厚度；长条形微细凹槽为裂纹，观察并记录结果。

8.7微织构

采用显微设备观测并获取样品表面模块俯视图；对获取的模块的电镜图进行傅里叶变换，得到微织

构的尺寸并记录；读取10个样本值，然后取平均值作为微织构的尺寸。

8.8分级

金属材料表面激光标印的质量按表4所示的精度等级划分，通过将金属材料表面激光标印的测量结

果与表中所示的各级分类区域进行比较来分级。

表4激光标印质量等级划分标准

级别说明

0图像识读成功，无重铸层和裂纹，模块表面具有微织构，模块尺寸≥0.254mm，深度≤70μm

Ⅰ图像识读成功，无重铸层和裂纹，模块表面具有微织构，模块尺寸<0.254mm，深度≤70μm

Ⅱ图像识读成功，无重铸层和裂纹，模块表面具有微织构，模块尺寸≥0.254mm，深度>70μm

Ⅲ图像识读成功，无重铸层和裂纹，模块表面不具有微织构，模块尺寸≥0.254mm，深度≤70μm

N图像识读不成功

9检测报告

如需出具检测报告时，应包括下列内容：

a)试样说明（材料牌号，规格，状态，批号）；

b)试样数量；

c)测试量具、仪器的范围及其最小示值；

d)测定环境及结果；

e)测试单位、测试日期、人员；

f)本文件编号；

g)其他。

7

T/XXXXXXX—XXXX

目次

前言.....................................................................................................................................................................III

1范围...................................................................................................................................................................1

2规范性引用文件...............................................................................................................................................1

3术语和定义.......................................................................................................................................................1

3.1.......................................................................................................................................................................1

3.2.......................................................................................................................................................................1

3.3.......................................................................................................................................................................1

3.4.......................................................................................................................................................................1

3.5.......................................................................................................................................................................1

3.6.......................................................................................................................................................................1

3.7.......................................................................................................................................................................2

3.8.......................................................................................................................................................................2

3.9.......................................................................................................................................................................2

4符号与缩略语...................................................................................................................................................2

5测量仪器及量具...............................................................................................................................................2

6样品制备...........................................................................................................................................................2

6.1样品...........................................................................................................................................................2

6.1.1样品的技术要求...............................................................................................................................2

6.1.2样品处理...........................................................................................................................................3

6.2金属材料表面激光标印的试验...............................................................................................................3

6.2.1微织构的技术要求...........................................................................................................................3

6.2.2标印图案的采集...............................................................................................................................3

7检测方法...........................................................................................................................................................3

7.1检测环境条件...........................................................................................................................................3

7.2模块尺寸的测量方法...............................................................................................................................3

7.2.1模块尺寸的扫描电子显微镜测量法..............................................................................................3

7.2.2模块尺寸的激光共聚焦显微镜测量法..........................................................................................4

7.2.3模块尺寸的电子/金相显微镜测量法............................................................................................4

7.3标印深度的测量方法...............................................................................................................................4

7.3.1聚合物翻模结构测量标印深度......................................................................................................4

7.3.2研磨侧剖测量标印深度...................................................................................................................4

7.4图像识读...................................................................................................................................................4

7.5金相检测...................................................................................................................................................5

7.6微织构.......................................................................................................................................................5

8测试和分析.......................................................................................................................................................5

8.1概述...........................................................................................................................................................5

8.2测量点.......................................................................................................................................................5

I

T/XXXXXXX—XXXX

8.2.1总则...................................................................................................................................................5

8.2.2测量位置...........................................................................................................................................5

8.3模块尺寸...................................................................................................................................................6

8.4标印深度...................................................................................................................................................6

8.4.1聚合物翻模结构测量标印深度......................................................................................................6

8.4.2研磨侧剖测量标印深度...................................................................................................................6

8.5图像识读...................................................................................................................................................7

8.6金相检测...................................................................................................................................................7

8.7微织构.......................................................................................................................................................7

8.8分级...........................................................................................................................................................7

9检测报告...........................................................................................................................................................7

II

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激光加工机床标印检测方法

1范围

本文件规定了金属材料表面激光标印的质量检验和评价方法，以表征通过激光加工的方法在金属材

料表面制备标印图案的性能特征。

本文件适用于在金属材料表面激光标印的质量检验。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T12905-2019条码术语

GB/T35402-2017零部件直接标记二维条码符号的质量检验

GB/T33993-2017商品二维码

GB/T13298-2015金属显微组织检验方法

HB20140-2014航空零件标印方法

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

激光标印lasermarking

通过激光烧蚀或激光诱导在不同材料的工件表面形成标记。

3.2

模块module

一维条码和层排式二维条码中符号字符的最窄构成单元，或矩阵式二维码中最小的信息承载单元。

3.3

模块尺寸modulesize

当制备方形单元时，模块尺寸指单元的边长；当制备圆形单元时，模块尺寸指单元的直径。

3.4

标印深度markingdepth

激光最先到达的样片表面截面和激光沿标印深度方向最终去除材料截面间的垂直距离。

3.5

图像识读imagerecognition

通过拍照或直接读取的方式来识读条码符号的数字处理技术。

3.6

重铸层recastlayer

1

T/XXXXXXX—XXXX

当材料在熔化过程中产生的熔融物没有完全去除干净时，残留在孔壁或孔口的熔融物重新凝固所形

成的物质。

3.7

裂纹crack

标印表面上的长条形微细凹槽。

3.8

条码识读器barcodereader:scanner

识读条码符号并与计算机系统交换信息的设备。

3.9

微结构microstructures

通过激光烧蚀或激光诱导在不同材料基底表面所制备的微观结构。

4符号与缩略语

下列符号和缩略语适用于本文件，见表1。

表1符号与缩略语

缩写和符号说明单位

L模块边长mm

D模块直径mm

H标印深度μm

5测量仪器及量具

测量仪器及量具的精度应满足产品尺寸测量精度的要求。测量仪器及量具的各项性能应处于完好状

态，具有有效的检定合格证书（或合格标识）。各检测项目所使用的测量仪器、量具应符合表2的规定。

表2各检测项目所使用的测量仪器、量具

检测项目测量仪器及量具

模块尺寸

扫描电子显微镜、激光共聚焦显微镜、电