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(shè)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(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)動光路的運行，這種方式明顯的優(yōu)勢是幅面大，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。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程，用伺服電機(jī)驅(qū)動的高速大幅面系統(tǒng)，而隨著三維動態(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。

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透鏡成像到工件（焦面）上。通常每個脈沖即可形成一個標(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)點是一個激光脈沖一次就能打出一個完整的、包括幾種符號的標(biāo)記，因此打標(biāo)速度快。對于大批量產(chǎn)品，可在生產(chǎn)線上直接打標(biāo)。缺點是打標(biāo)靈活性差，能量利用率低。

掃描式打標(biāo)

掃描式打標(biāo)系統(tǒng)由計算機(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)的信息輸入計算機(jī)，計算機(jī)按照事先設(shè)計好的程序控制激光器和X-Y掃描機(jī)構(gòu)，使經(jīng)過特殊光學(xué)系統(tǒng)變換的高能量激光點在被加工表面上掃描運動，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)不是采用通過改變反射鏡的旋轉(zhuǎn)角度去移動光束，而是通過機(jī)械的方法對反射鏡進(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。其工作過程：激光束經(jīng)過反光鏡①、②轉(zhuǎn)折光路后，再經(jīng)過光筆（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軸方向來回運動；光筆③連同它上端的反光鏡②（兩者固定在一起）只能沿Y軸方向運動。在計算機(jī)的控制下（一般通過并口輸出控制信號），光筆在Y方向上的運動與筆臂 在X方向上的運動合成，可使輸出激光到達(dá)平面內(nèi)任意點，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，用計算機(jī)控制反射鏡的反射角度，這兩個反射鏡可分別沿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在打標(biāo)材料上按所需的要求運動，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，這種方法采用了計算機(jī)中圖形軟件對圖形的處理方式，具有作圖效率高，圖形精度好，無失真等特點，極大的提高了激光打標(biāo)的質(zhì)量和速度。同時振鏡式打標(biāo)也可采用點陣式打標(biāo)方式，采用這種方式對于在線打標(biāo)很適用，根據(jù)于不同速度的生產(chǎn)線可以采用一個掃描振鏡或兩個掃描振鏡，與前面所述的陣列式打標(biāo)相比，可以標(biāo)記更多的點陣信息，對于標(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)幾百個字符）、打標(biāo)質(zhì)量較高、光路密封性能好、對環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢已成為主流產(chǎn)品，并被認(rèn)為代表了未來激光打標(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)生的激光波長為10.6μm，木制品、玻璃、聚合物和多數(shù)透明材料對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激光器的缺點是對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，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，標(biāo)記邊緣十分清晰。由于材料對紫外光的吸收大，激光對材料的作用只發(fā)生在材料的表層，對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

紫外激光加工進(jìn)程稱為“光蝕”效應(yīng)，“冷加工”具有很高負(fù)荷能量的(紫外)光子，能夠打斷資料或周圍介質(zhì)內(nèi)的化學(xué)鍵，至使資料發(fā)作非熱進(jìn)程損壞。這種冷加工在激光符號加工中具有特別的含義，因為它不是熱燒蝕，而是不發(fā)生"熱損傷"副作用的、打斷化學(xué)鍵的冷剝離，因此對被加工外表的里層和鄰近區(qū)域不發(fā)生加熱或熱變形等作用。所加工出來的資料具有潤滑的邊緣和極低限度的碳化.

工業(yè)化大批量自動化生產(chǎn)流水線環(huán)境下，紫外激光打標(biāo)機(jī)因為其光質(zhì)量，峰值高，脈寬窄，加工過程熱影響小等優(yōu)勢，在電光轉(zhuǎn)換效率更高的條件下，成為工業(yè)加工制造生產(chǎn)商的寵兒，能滿足工業(yè)化大批量生產(chǎn)的需求打標(biāo)。