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我國激光打標技術現狀及發展前景

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我國激光打標技術現狀及發展前景

發布日期:2019-09-08 作者: 點擊:

一.概述 
  激光打標是在激光焊接、激光熱處理、激光切割、激光打孔等應用技術之后發展起來的一門新型加工技術,是一種非接觸、無污染、無磨損的新標記工藝。近年來,隨著激光器的可靠性和實用性的提高,加上計算機技術的迅速發展和光學器件的改進,促進了激光打標技術的發展。 
    激光打標是利用高能量密度的激光束對目標作用,使目標表面發生物理或化學的變化 ,從而獲得可見圖案的標記方式。高能量的激光束聚焦在材料表面上,使材料迅速汽化,形成凹坑。隨著激光束在材料表面有規律地移動同時控制激光的開斷,激光束也就在材料表面加工成了一個指定的圖案。激光打標與傳統的標記工藝相比有明顯的優點:
    (1) 標記速度快,字跡清晰、永久。
    (2) 非接觸式加工,污染小,無磨損。
    (3) 操作方便,防偽功能強。
    (4) 可以做到高速自動化運行,生產成本低
    二.國內激光打標的發展歷程
  激光打標設備的核心是激光打標控制系統,因此,激光打標的發展歷程就是打標控制系統的發展過程。從1995年到2003年短短的8年時間,控制系統在激光打標領域就經歷了大幅面時代、轉鏡時代和振鏡時代,控制方式也完成了從軟件直接控制到上下位機控制到實時處理、分時復用的一系列演變,如今,半導體激光器、光纖激光器、乃至紫外激光的出現和發展又對光學過程控制提出了新的挑戰。
    1. 大幅面時代
  所謂大幅面,剛開始是將繪圖儀的控制部分直接用于激光設備上,將繪圖筆取下,在(0,0)點X軸基點、Y軸基點和原繪圖筆的位置上分別安裝45°折返鏡,在原繪圖筆位置下端安裝小型聚焦鏡,用以導通光路及使光束聚焦。直接用繪圖軟件輸出打印命令即可驅動光路的運行,這種方式最明顯的優勢是幅面大,而且基本上能滿足精度比較低的標刻要求,不需要專用的標刻軟件;但是,這種方式存在著打標速度慢、控制精度低、筆臂機械磨損大、可靠性差、體積大等缺點。因此,在經歷最初的嘗試后,繪圖儀式的大幅面激光打標系統逐步退出打標市場的,現在所應用的同類型的大幅面設備基本上都是模仿以前這種控制過程,用伺服電機驅動的高速大幅面系統,而隨著三維動態聚焦振鏡式掃描系統的逐步完善,大幅面系統將逐步從激光標刻領域銷聲匿跡。
    2. 轉鏡時代
  由于看到大幅面系統的一系列缺點,在高速振鏡技術還沒有在中國廣泛普及的情況下,一些控制工程師自行開發了由步進電機驅動的轉鏡式掃描系統,其工作原理是將從諧振腔中導出的激光通過擴束,經過成90°安裝的兩個步進電機驅動的金鏡的反射,由F-theta場鏡聚焦后輸出作用于處理對象上,金鏡的轉動使工作平面上的激光作用點分別在X、Y軸上移動,兩個鏡面協同動作使激光可以在工作平面上完成直線和各種曲線的移動。這種控制過程無論從速度還是定位精度來說都遠超過大幅面,因此在很大程度上能滿足工具行業對激光控制的要求,雖然同當時國際上流行的振鏡式掃描系統還有比較明顯的差距,但嚴格來說這種設計思路的出現和逐步完善代表著中國激光應用的一個里程碑,是中國完全能自行設計和生產激光應用設備的典型標志。直到振鏡在中國大規模應用的興起,這種控制方式才逐步退出中國激光應用的舞臺。
    3. 振鏡時代
  1998年,振鏡式掃描系統在中國的大規模應用開始到來。所謂振鏡,又可以稱之為電流表計,它的設計思路完全沿襲電流表的設計方法,鏡片取代了表針,而探頭的信號由計算機控制的-5V—5V的直流信號取代,以完成預定的動作。同轉鏡式掃描系統相同,這種典型的控制系統采用了一對折返鏡,不同的是,驅動這套鏡片的步進電機被伺服電機所取代,在這套控制系統中,位置傳感器的使用和負反饋回路的設計思路進一步保證了系統的精度,整個系統的掃描速度和重復定位精度達到一個新的水平。
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