激光打標(biāo)的基本原理是,由激光發(fā)生器生成高能量的連續(xù)激光光束,聚焦后的激光作用于承印材料,使表面材料瞬間熔融,甚至氣化,通過(guò)控制激光在材料表面的路徑,從而形成需要的圖文標(biāo)記。
激光打標(biāo)的特點(diǎn)是非接觸加工,可在任何異型表面標(biāo)刻,工件不會(huì)變形和產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,適于金屬、塑料、玻璃、陶瓷、木材、皮革等材料的標(biāo)記。
激光幾乎可對(duì)所有零件(如活塞、活塞環(huán)、氣門、閥座、五金工具、衛(wèi)生潔具、電子元器件等)進(jìn)行打標(biāo),且標(biāo)記耐磨,生產(chǎn)工藝易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,被標(biāo)記部件變形小。
激光打標(biāo)機(jī)采用掃描法打標(biāo),即將激光束入射到兩反射鏡上,利用計(jì)算機(jī)控制掃描電機(jī)帶動(dòng)反射鏡分別沿X、Y軸轉(zhuǎn)動(dòng),激光束聚焦后落到被標(biāo)記的工件上,從而形成了激光標(biāo)記的痕跡
珠三角、港臺(tái)地區(qū)把激光打標(biāo)按激光的英文(Laser)音譯稱為激光鐳射加工。
激光打標(biāo)設(shè)備的核心是激光打標(biāo)控制系統(tǒng),因此,激光打標(biāo)的發(fā)展歷程就是打標(biāo)控制系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程。從1995年到2003年短短的8年時(shí)間,控制系統(tǒng)在激光打標(biāo)領(lǐng)域就經(jīng)歷了大幅面時(shí)代、轉(zhuǎn)鏡時(shí)代和振鏡時(shí)代,控制方式也完成了從軟件直接控制到上下位機(jī)控制到實(shí)時(shí)處理、分時(shí)復(fù)用的一系列演變,如今,半導(dǎo)體激光器、光纖激光器、乃至紫外激光的出現(xiàn)和發(fā)展又對(duì)光學(xué)過(guò)程控制提出了新的挑戰(zhàn)。
大幅面時(shí)代
所謂大幅面,剛開(kāi)始是將繪圖儀的控制部分直接用于激光設(shè)備上,將繪圖筆取下,在(0,0)點(diǎn)X軸基點(diǎn)、Y軸基點(diǎn)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(dǎo)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(qū)動(dòng)光路的運(yùn)行,這種方式明顯的優(yōu)勢(shì)是幅面大,而且基本上能滿足精度比較低的標(biāo)刻要求,不需要專用的標(biāo)刻軟件;但是,這種方式存在著打標(biāo)速度慢、控制精度低、筆臂機(jī)械磨損大、可靠性差、體積大等缺點(diǎn)。因此,在經(jīng)歷初的嘗試后,繪圖儀式的大幅面激光打標(biāo)系統(tǒng)逐步退出打標(biāo)市場(chǎng)的,所應(yīng)用的同類型的大幅面設(shè)備基本上都是模仿以前這種控制過(guò)程,用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的高速大幅面系統(tǒng),而隨著三維動(dòng)態(tài)聚焦振鏡式掃描系統(tǒng)的逐步完善,大幅面系統(tǒng)將逐步從激光標(biāo)刻領(lǐng)域銷聲匿跡。
轉(zhuǎn)鏡時(shí)代
由于看到大幅面系統(tǒng)的一系列缺點(diǎn),在高速振鏡技術(shù)還沒(méi)有在中國(guó)廣泛普及的情況下,一些控制工程師自行開(kāi)發(fā)了由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)鏡式掃描系統(tǒng),其工作原理是將從諧振腔中導(dǎo)出的激光通過(guò)擴(kuò)束,經(jīng)過(guò)成90°安裝的兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的金鏡的反射,由F-theta場(chǎng)鏡聚焦后輸出作用于處理對(duì)象上,金鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)使工作平面上的激光作用點(diǎn)分別在X、Y軸上移動(dòng),兩個(gè)鏡面協(xié)同動(dòng)作使激光可以在工作平面上完成直線和各種曲線的移動(dòng)。這種控制過(guò)程無(wú)論從速度還是定位精度來(lái)說(shuō)都遠(yuǎn)超過(guò)大幅面,因此在很大程度上能滿足工具行業(yè)對(duì)激光控制的要求,雖然同當(dāng)時(shí)國(guó)際上流行的振鏡式掃描系統(tǒng)還有比較明顯的差距,但嚴(yán)格來(lái)說(shuō)這種設(shè)計(jì)思路的出現(xiàn)和逐步完善代表著中國(guó)激光應(yīng)用的一個(gè)里程碑,是中國(guó)完全能自行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)激光應(yīng)用設(shè)備的典型標(biāo)志。直到振鏡在中國(guó)大規(guī)模應(yīng)用的興起,這種控制方式才逐步退出中國(guó)激光應(yīng)用的舞臺(tái)。
振鏡時(shí)代
1998年,振鏡式掃描系統(tǒng)在中國(guó)的大規(guī)模應(yīng)用開(kāi)始到來(lái)。[所謂振鏡,又可以稱之為電流表計(jì),它的設(shè)計(jì)思路完全沿襲電流表的設(shè)計(jì)方法,鏡片取代了表針,而探頭的信號(hào)由計(jì)算機(jī)控制的-5V—5V的直流信號(hào)取代,以完成預(yù)定的動(dòng)作。同轉(zhuǎn)鏡式掃描系統(tǒng)相同,這種典型的控制系統(tǒng)采用了一對(duì)折返鏡,不同的是,驅(qū)動(dòng)這套鏡片的步進(jìn)電機(jī)被伺服電機(jī)所取代,在這套控制系統(tǒng)中,位置傳感器的使用和負(fù)反饋回路的設(shè)計(jì)思路進(jìn)一步保證了系統(tǒng)的精度,整個(gè)系統(tǒng)的掃描速度和重復(fù)定位精度達(dá)到一個(gè)新的水平。
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。
氪燈不能觸發(fā)
解決方法:
①檢查所有的電源連接線;
②高壓氪燈老化,更換氪燈。 操作激光打標(biāo)機(jī)注意事項(xiàng)
嚴(yán)禁無(wú)水或水循環(huán)不正常情況下啟動(dòng)激光電源和調(diào)Q電源;
不允許Q電源空載工作(即調(diào)Q電源輸出端懸空);
出現(xiàn)異常現(xiàn)象,首先關(guān)閉振鏡開(kāi)關(guān)和鑰匙開(kāi)關(guān),再行檢查;
不允許在氪燈點(diǎn)燃前啟動(dòng)其他組件,以防高壓竄入損壞組件;
注意激光電源輸出端(陽(yáng)極)懸空,以防與其他電器打火、擊穿;
保持內(nèi)循環(huán)水干凈。定期清洗水箱并換干凈去離子水或純水。