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研究生:林永欽
研究生(外文):Yung-Chin Lin
論文名稱:應用田口方法探討光纖雷射對色彩雕刻製程之最佳化參數分析
論文名稱(外文):Optimal Parameters Analysis of Fiber Laser-Induced Color Marking by Taguchi Method
指導教授:張金龍張金龍引用關係
指導教授(外文):Chin-Lung Chang
學位類別:碩士
校院名稱:國立屏東科技大學
系所名稱:車輛工程系所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:88
中文關鍵詞:光纖雷射色彩雕刻光斑重疊率田口方法
外文關鍵詞:fiber lasercolor markingspot size overlap ratioTaguchi method
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本論文利用YVO4光纖雷射與振鏡式掃描頭對304不鏽鋼表面進行色彩雕刻並藉由田口方法來探討最佳化製程參數。整個實驗首先設定不同的加工參數,如雷射功率、掃瞄速度、脈衝頻率、線間距及雕刻次數來進行試驗,然後並優化雕刻製程參數,而僅考慮雷射功率、水平光斑重疊率及垂直光班重疊率來進行雕刻,以期成功雕刻出規律的色彩變化。之後並應用田口方法搭配灰關聯分析,欲求得最佳化加工參數組合,希望能夠在不鏽鋼表面雕刻出既鮮豔又飽和的色彩。最後並使用光學顯微鏡和光譜儀GER1500對試片上的顏色進行色彩表面觀察及反射率分析。實驗結果顯示,設定不同的加工參數,皆會使不鏽鋼表面所吸收的雕刻能量不同,而形成不同厚度或組成的氧化物,進而顯現出不同顏色。經過優化製程參數後,在水平重疊率83%~97%、垂直重疊率83%~97%、雷射功率5 W時,可得到規律的色彩變化。此外,在xy色度圖分析中,未最佳化參數所雕刻出紅綠藍三色的xy值平均半徑距離白色中心點(x = y = 0.333)較近,其值約為0.0494;而經過參數優化及田口方法搭配灰關聯分析後,可得到最佳化參數所雕刻出紅綠藍三色的xy值平均半徑距離白色中心點較遠,其值約為0.1072。顯見,優化後的雕刻製程參數並應用田口方法及灰關聯分析,可有效獲得較鮮明及飽和的色彩。再者,透過光學顯微鏡可觀察出,最佳化參數因光班重疊率較高,而所雕刻出的表面較為平整,因此顏色分佈較為均勻。最後,透過光譜儀的色彩反射率量測可得到,紅色表面測得波長段600 nm至650 nm中有65%的最高反射率,綠色表面測得波長段475 nm至525 nm中有45%的最高反射率,藍色表面測得波長段400 nm至450 nm中有65%的最高反射率。其與三原色的理論反射率值,在主波長段十分接近,但在非主波長段因有其他波長顏色摻雜及不鏽鋼表面拋光效應而造成偏高的反射率值。
The purpose of this thesis is to obtain the color marking using YVO4 fiber laser and scan head and to investigate the optimal process parameters of fiber laser-induced color marking by Taguchi method. First, the experiment was set with different processing parameters, such as laser power, scanning velocity, pulse frequency, line spacing and marking times. Then the marking process parameters was optimized and only to consider the laser power, horizontal overlap rate and vertical overlap rate to investigate the marking process. After that, the bright and saturated colors on stainless steel surface were expected to achieve with the optimal parameters by using Taguchi method with gray relational analysis. Finally, optical microscopy and spectroscopy GER 1500 were used to observe the surface colors and reflectance on the specimen. Experimental results showed that the different sets of process parameters will make the stainless steel surface absorb different laser energy and form the oxides of different thickness or compositions, which is leading to demonstrate different marking colors. Once the process parameters was optimized, the horizontal overlap rate varied from 83% to 97% and the vertical overlap rate from 83% to 97% with 5W laser power, a regular color variations can be achieved. Furthermore, when the process was not be optimized, the obtained average radius of the red, green and blue colors in the analysis of the xy chromaticity diagram is about 0.0494. However, after the parameter optimization process by Taguchi method with gray relational analysis, its value is approximately 0.1072 in the analysis of the xy chromaticity diagram. Obviously, the brighter and saturated colors can be effectively obtained by Taguchi method and gray relational analysis. Moreover, from the observation of optical microscope, a smoother surface will be obtained by using optimal process parameters and will lead to a well-mixed color distribution. Finally, through the color reflectance analysis by spectrometer measurements, we can get that red color at wavelength 600 nm ~ 650 nm band has a 65%, green color at wavelengths 475 nm ~ 525 nm band 45% reflectivity, and blue color at 400 nm ~ 450 nm band 65% reflectivity. Compared with the theory value of reflectivity for trichromatic colors, the reflectivity values were very close at primary color waveband. Although, the reflectivity have a higher value on stainless steel surface in the non-primary wavelengths due to doping effect of other colors and the polishing effects.
摘要 I
Abstract III
謝誌 V
目錄 VI
表目錄 X
圖目錄 XII
符號索引 XV
第1章 緒論 1
1.1前言 1
1.2文獻回顧 3
1.3研究動機 5
1.4研究目的 6
1.5論文架構 7
第2章 理論基礎 8
2.1光纖雷射原理 8
2.2雕刻色彩的形成 11
2.2.1氧化化合物 11
2.2.2薄膜干涉 12
2.3田口方法 15
2.3.1品質特性 15
2.3.2控制因子及水準值 16
2.3.3直交表 17
2.4灰關聯分析 18
2.4.1序列之可比性(Comparison) 18
2.4.2灰關聯度的四項公理(Axiom) 19
2.4.3灰關聯度(Grey Relational Grade) 20
2.5 表色系統 21
2.5.1 RGB色度系統 23
2.5.2 XYZ色度系統 25
第3章 實驗建立 28
3.1實驗流程 28
3.2試片材料 30
3.3加工參數設定 31
3.3.1雷射光斑 31
3.3.2雷射功率 32
3.3.3雕刻速度 33
3.3.4脈衝頻率 34
3.3.5線間距 35
3.4色彩RGB值量測 36
3.5實驗設備 37
3.5.1光纖雷射雕刻機 37
3.5.2攝影器材 39
3.5.3光學顯微鏡 40
3.5.4光譜分析儀 41
第4章 結果與討論 44
4.1探討改變各加工參數對色彩變化的影響 44
4.1.1改變雕刻掃描速度與雷射脈衝頻率對色彩
變化的影響 44
4.1.2改變雷射功率對色彩變化的影響 45
4.1.3改變雕刻線間距對色彩變化的影響 46
4.1.4改變雕刻次數對色彩變化的影響 47
4.1.5加工參數分析 48
4.2探討優化參數後對色彩的影響 53
4.2.1改變水平重疊率與垂直重疊率對色彩變化的影響 53
4.2.2改變雷射功率對色彩變化的影響 54
4.2.3改變雕刻次數對色彩變化的影響 55
4.2.4改變材料表面對色彩變化的影響 56
4.3田口方法搭配灰關聯分析色彩雕刻參數最佳化 58
4.3.1紅色目標的最佳雕刻參數分析 59
4.3.2綠色目標雕刻參數最佳化分析 66
4.3.3藍色目標雕刻參數最佳化分析 70
4.3.4最佳化雕刻參數分析 74
4.4使用光學顯微鏡觀察雕刻痕跡 78
4.5使用光譜分析儀分析色彩 81
第5章 結論 83
參考文獻 85
作者簡介 88

[1] 翁俊仁,2007,高功率光纖雷射介紹,儀科中心簡訊81期,第10-11頁。
[2] 丁勝懋,1993,雷射工程導論,中央圖書出版社,第456頁。
[3] Scott. R., 2005, “New Technologies for High Speed Color Laser Marking of Plastics”, Plastics, Additives and Compounding.
[4] 張國順、鄭壽昌,2008,現代雷射製造技術,新文京開發出版有限公司。
[5] SPI Lasers, 2008, “Fiber Laser Marking”, pp.1-2.
[6] Švantner. M., Kučera. M., and Houdková. Š., 2012, “Possibilities of Stainless Steel Laser Marking”, METAL 2012.
[7] Dusser. B., Sagan. Z., Soder. H., Faure. N., Colombier. J. P., Jourlin. M., and Audouard. E., 2010, “Controlled Nanostructrures Formation by Ultrafast Laser Pulses for Color Marking, Optics Express”, Vol.18, Issue 3, pp.2913-2924.
[8] Zheng. H. Y., Lim. G. C., Wang. X. C., and J. L. Tan, 2002, “Process Study for Laser-Induced Surface Coloration, Journal of laser application”, V14, pp.215-220.
[9] Laakso. P., Ruotsalainen. S., Pantsar. H., and Penttilä. R., 2009, “Relation of Laser Parameters in Color Marking of Stainless Steel”, VTT Technical Research Centre of Finland.
[10] Antonczak. A. J., Nowak. M., Koziol. P., Kaczmarek. P. R., Waz. A. T., and Abramski. K. M., 2012, “Laser-Induced Color Marking of Stainless Steel”, Laser Technology 2012 : Applications of Lasers.
[11] 蔡孟宏,2010,以光纖雷射對不鏽鋼車輛零件進行雷射變色標誌處理之研究,碩士論文,屏東科技大學。
[12] 趙宏亮,2008,金屬雷射色彩雕刻技術研究,碩士論文,北京工業大學。
[13] Lehmuskero. A., Kontturi. V., Hiltunen. J., and Kuittinen. M., 2010, “Modeling of Laser-Colored Stainless Steel Surfaces by Colorpixels”, Applied Physics B98, pp.497-500.
[14] 陳冠宇,2012,應用田口法於輕量化車體之鋁合金與鍍鋅鋼板TIG搭接製程分析,碩士論文,屏東科技大學。
[15] 黃信賢,2007,ND:YAG雷射切割陶瓷基板之製程參數最佳化研究,碩士論文,屏東科技大學。
[16] 林三寶,2005,雷射原理與應用,全華科技圖書股份有限公司。
[17] 楊國輝、黃宏彥,2006,雷射原理與量測概論,五南圖書出版股份有限公司。
[18] Matin. T. R., Leong. M. K., Majlis. B. Y., and Gebeshuber. I. C., 2010, “Correlating Nanostructures with Function: Structural Colors on the Wings of a Malaysian Bee”, The Third Nanoscience and Nanotechnology Symposium, pp.5-14.
[19] http://zh.wikipedia.org
[20] https://www.google.com.tw
[21] Kinoshita. S., Yoshioka. S., and Miyazaki. J., 2008, “Physics of Structural Colors”, IOP Science, pp.3-5.
[22] 李輝煌,2011,田口方法,品質設計與原理與實務,高立圖書有限公司。
[23] 鄧聚龍、郭洪,1986,灰預測原理與應用,全華科技圖書股份有限公司。
[24] 吳漢雄、張偉哲、溫坤禮、張廷政,1990,灰關聯模型方法與應用,高立圖書有限公司。
[25] 陳明儀,2003,以田口實驗設計法與灰關聯分析應用於生物膜反應器之建模與分析,博士論文,成功大學。
[26] 夏郭賢,吳漢雄,「灰關聯分析之線性數據前處理探討」,灰色系統學刊,第一卷,第一期,1998,頁47-53。
[27] 大田 登、陳鴻興、陳詩涵,2008,色彩工程學理論與應用,全華科技圖書股份有限公司。
[28] 林昆範,2008,色彩原論,全華科技圖書股份有限公司。
[29] 張永楠,2012,以光纖雷射對不鏽鋼薄板進行雷射變色處理之製程分析,碩士論文,屏東科技大學。
[30] Tai. K. C., Li. M. H., Lin. H. P., Chuang. C. F., 2005, “Improving Productive of SUS 304 Stainless Steel Using Taguchi Method, Journal of Technology”, Vol. 20, No. 4, pp. 333-338.
[31] 韋孟育,1980,材料實驗方法-金相分析技術,全華科技圖書股份有限公司。
[32] 曾怡穎,2011,小花蔓澤蘭嶼香澤蘭反射光譜季節動態,碩士論文,屏東科技大學。

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