聚焦后的極細(xì)的激光光束如同刀具,可將物體表面材料逐點(diǎn)去除,其先進(jìn)性在于標(biāo)記過(guò)程為非接觸性加工,不產(chǎn)生機(jī)械擠壓或機(jī)械應(yīng)力,因此不會(huì)損壞被加工物品;由于激光聚焦后的尺寸很小,熱影響區(qū)域小,加工精細(xì),因此,可以完成一些常規(guī)方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的工藝。
激光加工使用的“刀具”是聚焦后的光點(diǎn),不需要額外增添其它設(shè)備和材料,只要激光器能正常工作,就可以長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)加工。激光加工速度快,成本低廉。激光加工由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制,生產(chǎn)時(shí)不需人為干預(yù)。
激光能標(biāo)記何種信息,僅與計(jì)算機(jī)里設(shè)計(jì)的內(nèi)容相關(guān),只要計(jì)算機(jī)里設(shè)計(jì)出的圖稿打標(biāo)系統(tǒng)能夠識(shí)別,那么打標(biāo)機(jī)就可以將設(shè)計(jì)信息的還原
目前國(guó)內(nèi)的激光打標(biāo)按其工作方式可分為掩模式打標(biāo)、陣列式打標(biāo)和掃描式打標(biāo)。
掩模式打標(biāo)
掩模式打標(biāo)又叫投影式打標(biāo)。掩模式打標(biāo)系統(tǒng)由激光器、掩模板和成像透鏡組成,其工作原理,經(jīng)過(guò)望遠(yuǎn)鏡擴(kuò)束的激光,均勻的投射在事先做好的掩模板上,光從雕空部分透射。掩模板上的圖形通過(guò)透鏡成像到工件(焦面)上。通常每個(gè)脈沖即可形成一個(gè)標(biāo)記。受激光輻射的材料表面被迅速加熱汽化或產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),發(fā)生顏色變化形成可分辨的清晰標(biāo)記。掩模式打標(biāo)一般采用CO2激光器和YAG激光器。掩模式打標(biāo)主要優(yōu)點(diǎn)是一個(gè)激光脈沖一次就能打出一個(gè)完整的、包括幾種符號(hào)的標(biāo)記,因此打標(biāo)速度快。對(duì)于大批量產(chǎn)品,可在生產(chǎn)線上直接打標(biāo)。缺點(diǎn)是打標(biāo)靈活性差,能量利用率低。
陣列式打標(biāo)
它是使用幾臺(tái)小型激光器同時(shí)發(fā)射脈沖,經(jīng)反射鏡和聚焦透鏡后,使幾個(gè)激光脈沖在被打標(biāo)材料表面上燒蝕(熔化)出大小及深度均勻的小凹坑,每個(gè)字符、圖案都是由這些小圓黑凹坑構(gòu)成的,一般是橫筆劃5個(gè)點(diǎn),豎筆劃7個(gè)點(diǎn),從而形成5×7的陣列。陣列式打標(biāo)一般采用小功率射頻激勵(lì)CO2激光器,其打標(biāo)速度可達(dá)6000字符/妙,因而成為高速在線打標(biāo)的理想選擇,其缺點(diǎn)是只能標(biāo)記點(diǎn)陣字符,且只能達(dá)到5×7的分辨率,對(duì)于漢字無(wú)能為力。
掃描式打標(biāo)
掃描式打標(biāo)系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、激光器和X-Y掃描機(jī)構(gòu)三部分組成,其工作原理是將需要打標(biāo)的信息輸入計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)按照事先設(shè)計(jì)好的程序控制激光器和X-Y掃描機(jī)構(gòu),使經(jīng)過(guò)特殊光學(xué)系統(tǒng)變換的高能量激光點(diǎn)在被加工表面上掃描運(yùn)動(dòng),形成標(biāo)記。
通常X-Y掃描機(jī)構(gòu)有兩種結(jié)構(gòu)形式:一種是機(jī)械掃描式,另一種是振鏡掃描式。
(1) 機(jī)械掃描式
機(jī)械掃描式打標(biāo)系統(tǒng)不是采用通過(guò)改變反射鏡的旋轉(zhuǎn)角度去移動(dòng)光束,而是通過(guò)機(jī)械的方法對(duì)反射鏡進(jìn)行X-Y坐標(biāo)的平移,從而改變激光束到達(dá)工件的位置,這種打標(biāo)系統(tǒng)的X-Y掃描機(jī)構(gòu)通常是用繪圖儀改裝。其工作過(guò)程:激光束經(jīng)過(guò)反光鏡①、②轉(zhuǎn)折光路后,再經(jīng)過(guò)光筆(聚焦透鏡)③作用射到被加工工件上。其中繪圖儀筆臂④只能帶著反光鏡①和②沿X軸方向來(lái)回運(yùn)動(dòng);光筆③連同它上端的反光鏡②(兩者固定在一起)只能沿Y軸方向運(yùn)動(dòng)。在計(jì)算機(jī)的控制下(一般通過(guò)并口輸出控制信號(hào)),光筆在Y方向上的運(yùn)動(dòng)與筆臂 在X方向上的運(yùn)動(dòng)合成,可使輸出激光到達(dá)平面內(nèi)任意點(diǎn),從而標(biāo)刻出任意圖形和文字。
(2)振鏡掃描式
振鏡掃描式打標(biāo)系統(tǒng)主要由激光器、XY偏轉(zhuǎn)鏡、聚焦透鏡、計(jì)算機(jī)等構(gòu)成。其工作原理是將激光束入射到兩反射鏡(振鏡)上,用計(jì)算機(jī)控制反射鏡的反射角度,這兩個(gè)反射鏡可分別沿X、Y軸掃描,從而達(dá)到激光束的偏轉(zhuǎn),使具有一定功率密度的激光聚焦點(diǎn)在打標(biāo)材料上按所需的要求運(yùn)動(dòng),從而在材料表面上留下的標(biāo)記,聚焦的光斑可以是圓形或矩形。
在振鏡打標(biāo)系統(tǒng)中,可以采用矢量圖形及文字,這種方法采用了計(jì)算機(jī)中圖形軟件對(duì)圖形的處理方式,具有作圖效率高,圖形精度好,無(wú)失真等特點(diǎn),極大的提高了激光打標(biāo)的質(zhì)量和速度。同時(shí)振鏡式打標(biāo)也可采用點(diǎn)陣式打標(biāo)方式,采用這種方式對(duì)于在線打標(biāo)很適用,根據(jù)于不同速度的生產(chǎn)線可以采用一個(gè)掃描振鏡或兩個(gè)掃描振鏡,與前面所述的陣列式打標(biāo)相比,可以標(biāo)記更多的點(diǎn)陣信息,對(duì)于標(biāo)記漢字字符具有更大的優(yōu)。
振鏡掃描式打標(biāo)系統(tǒng)一般使用連續(xù)光泵工作波長(zhǎng)為1.06μm的Nd:YAG激光器,輸出功率為10~120W,激光輸出可以是連續(xù)的,也可以是Q開關(guān)調(diào)制的。發(fā)展的射頻激勵(lì)CO2激光器,也被用于振鏡掃描式激光打標(biāo)機(jī)。
振鏡掃描式打標(biāo)因其應(yīng)用范圍廣,可進(jìn)行矢量打標(biāo)和點(diǎn)陣打標(biāo),標(biāo)記范圍可調(diào),而且具有響應(yīng)速度快、打標(biāo)速度高(每秒鐘可打標(biāo)幾百個(gè)字符)、打標(biāo)質(zhì)量較高、光路密封性能好、對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)已成為主流產(chǎn)品,并被認(rèn)為代表了未來(lái)激光打標(biāo)機(jī)的發(fā)展方向,具有廣闊的應(yīng)用前景。
用于打標(biāo)的激光器主要有Nd:YAG激光器和CO2激光器。Nd:YAG激光器產(chǎn)生的激光能被金屬和絕大多數(shù)塑料很好地吸收,而且其波長(zhǎng)短(為1.06μm),聚焦的光斑小,因而適合在金屬等材料上進(jìn)行高清晰度的標(biāo)記。CO2激光器產(chǎn)生的激光波長(zhǎng)為10.6μm,木制品、玻璃、聚合物和多數(shù)透明材料對(duì)其有很好的吸收效果,因而特別適合在非金屬表面上進(jìn)行標(biāo)記。
Nd:YAG激光器和CO2激光器的缺點(diǎn)是對(duì)材料的熱損傷及熱擴(kuò)散比較嚴(yán)重,產(chǎn)生的熱邊效應(yīng)常會(huì)使標(biāo)記模糊。相比之下,由準(zhǔn)分子激光器產(chǎn)生的紫外光打標(biāo)時(shí),不加熱物質(zhì),只蒸發(fā)物質(zhì)的表面,在表面組織產(chǎn)生光化學(xué)效應(yīng),而在物質(zhì)表層留下標(biāo)記。所以,用準(zhǔn)分子激光打標(biāo)時(shí),標(biāo)記邊緣十分清晰。由于材料對(duì)紫外光的吸收大,激光對(duì)材料的作用只發(fā)生在材料的表層,對(duì)材料幾乎沒有燒損現(xiàn)象,因此準(zhǔn)分子激光器更適合于材料的標(biāo)記。 [1]
激光打標(biāo)技術(shù)具有以下的特點(diǎn)
1、可對(duì)絕大多數(shù)金屬或非金屬材料進(jìn)行加工。
2、激光是以非機(jī)械式的“刀具”進(jìn)行加工,對(duì)材料不產(chǎn)生機(jī)械擠壓或機(jī)械應(yīng)力,無(wú)“刀具”磨損,,很少造成環(huán)境污染。
3、激光束很細(xì),使被加工材料的消耗很小。
4、加工時(shí),不像電子束轟擊等加工方法那樣產(chǎn)生X射線,也不會(huì)受電場(chǎng)和磁場(chǎng)的干擾。
5、操作簡(jiǎn)單,使用微機(jī)數(shù)控技術(shù)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工,能用于生產(chǎn)線上對(duì)零部件進(jìn)行率加工,能作為柔性加工系統(tǒng)的一部分。
6、使用精密工作臺(tái)能進(jìn)行精細(xì)微加工。
7、使用顯微系統(tǒng)或攝像系統(tǒng),能對(duì)被加工表面狀況進(jìn)行觀察或監(jiān)控。
8、可以穿過(guò)透光物質(zhì)(如石英、玻璃)對(duì)其內(nèi)部零件進(jìn)行加工。
9、可以利用棱鏡、反射系統(tǒng)將光束聚集到工件的內(nèi)表面或傾斜表面上進(jìn)行加工。
10、能標(biāo)記條形碼、數(shù)字、字符、圖案等標(biāo)志。
11、這些標(biāo)志的線寬可小至20μm,線深度可達(dá)10mm以下,故能對(duì)“好密集”尺寸大小的零件表面進(jìn)行標(biāo)記。
激光打標(biāo)是用激光束在各種不同的物質(zhì)表面打上的標(biāo)記。打標(biāo)的效應(yīng)是通過(guò)表層物質(zhì)的蒸發(fā)露出深層物質(zhì),或者是通過(guò)光能導(dǎo)致表層物質(zhì)的化學(xué)物理變化而"刻"出痕跡,或者是通過(guò)光能燒掉部分物質(zhì),顯出所需刻蝕的圖案、文字 [1] 。