激光打标机国内现状

激光打标原理方法优势及现状趋势分析

激光打标技术是激光加工最大的应用领域之一。激光打标是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射,使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应,从而留下永久性标记的一种打标方法。激光打标可以打出各种文字、符号和图案等,字符大小可以从毫米到微米量级,这对产品的防伪有特殊的意义。

目前国内的激光打标按其工作方式可分为掩模式打标、阵列式打标和扫描式打标。

掩模式打标

掩模式打标又叫投影式打标。掩模式打标系统由激光器、掩模板和成像透镜组成,其工作原理,经过望远镜扩束的激光,均匀的投射在事先做好的掩模板上,光从雕空部分透射。掩模板上的图形通过透镜成像到工件(焦面)上。通常每个脉冲即可形成一个标记。受激光辐射的材料表面被迅速加热汽化或产生化学反应,发生颜色变化形成可分辨的清晰标记。掩模式打标一般采用CO2激光器和YAG激光器。掩模式打标主要优点是一个激光脉冲一次就能打出一个完整的、包括几种符号的标记,因此打标速度快。对于大批量产品,可在生产线上直接打标。缺点是打标灵活性差,能量利用率低。

阵列式打标
它是使用几台小型激光器同时发射脉冲,经反射镜和聚焦透镜后,使几个激光脉冲在被打标材料表面上烧蚀(熔化)出大小及深度均匀的小凹坑,每个字符、图案都是由这些小圆黑凹坑构成的,一般是横笔划5个点,竖笔划7个点,从而形成5×7的阵列。阵列式打标一般采用小功率射频激励CO2激光器,其打标速度最高可达6000字符/妙,因而成为高速在线打标的理想选择,其缺点是只能标记点阵字符,且只能达到5×7的分辨率,对于汉字无能为力。

扫描式打标
扫描式打标系统由计算机、激光器和X-Y扫描机构三部分组成,其工作原理是将需要打标的信息输入计算机,计算机按照事先设计好的程序控制激光器和X-Y扫描机构,使经过特殊光学系统变换的高能量激光点在被加工表面上扫描运动,形成标记。

通常X-Y扫描机构有两种结构形式:一种是机械扫描式,另一种是振镜扫描式。

(1) 机械扫描式

机械扫描式打标系统不是采用通过改变反射镜的旋转角度去移动光束,而是通过机械的方法对反射镜进行X-Y坐标的平移,从而改变激光束到达工件的位置,这种打标系统的X-Y扫描机构通常是用绘图仪改装。其工作过程:激光束经过反光镜①、②转折光路后,再经过光笔(聚焦透镜)③作用射到被加工工件上。其中绘图仪笔臂④只能带着反光镜①和②沿X轴方向来回运动;光笔③连同它上端的反光镜②(两者固定在一起)只能沿Y轴方向运动。在计算机的控制下(一般通过并口输出控制信号),光笔在Y方向上的运动与笔臂 在X方向上的运动合成,可使输出激光到达平面内任意点,从而标刻出任意图形和文字。

(2)振镜扫描式
        振镜扫描式打标系统主要由激光器、XY偏转镜、聚焦透镜、计算机等构成。其工作原理是将激光束入射到两反射镜(振镜)上,用计算机控制反射镜的反射角度,这两个反射镜可分别沿X、Y轴扫描,从而达到激光束的偏转,使具有一定功率密度的激光聚焦点在打标材料上按所需的要求运动,从而在材料表面上留下永久的标记,聚焦的光斑可以是圆形或矩形。

        在振镜打标系统中,可以采用矢量图形及文字,这种方法采用了计算机中图形软件对图形的处理方式,具有作图效率高,图形精度好,无失真等特点,极大的提高了激光打标的质量和速度。同时振镜式打标也可采用点阵式打标方式,采用这种方式对于在线打标很适用,根据于不同速度的生产线可以采用一个扫描振镜或两个扫描振镜,与前面所述的阵列式打标相比,可以标记更多的点阵信息,对于标记汉字字符具有更大的优。
振镜扫描式打标系统一般使用连续光泵工作波长为1.06μm的Nd:YAG激光器,输出功率为10~120W,激光输出可以是连续的,也可以是Q开关调制的。发展的射频激励CO2激光器,也被用于振镜扫描式激光打标机

        振镜扫描式打标因其应用范围广,可进行矢量打标和点阵打标,标记范围可调,而且具有响应速度快、打标速度高(每秒钟可打标几百个字符)、打标质量较高、光路密封性能好、对环境适应性强等优势已成为主流产品,并被认为代表了未来激光打标机的发展方向,具有广阔的应用前景。

        用于打标的激光器主要有Nd:YAG激光器和CO2激光器。Nd:YAG激光器产生的激光能被金属和绝大多数塑料很好地吸收,而且其波长短(为1.06μm),聚焦的光斑小,因而最适合在金属等材料上进行高清晰度的标记。CO2激光器产生的激光波长为10.6μm,木制品、玻璃、聚合物和多数透明材料对其有很好的吸收效果,因而特别适合在非金属表面上进行标记。

        Nd:YAG激光器和CO2激光器的缺点是对材料的热损伤及热扩散比较严重,产生的热边效应常会使标记模糊。相比之下,由准分子激光器产生的紫外光打标时,不加热物质,只蒸发物质的表面,在表面组织产生光化学效应,而在物质表层留下标记。所以,用准分子激光打标时,标记边缘十分清晰。由于材料对紫外光的吸收大,激光对材料的作用只发生在材料的最表层,对材料几乎没有烧损现象,因此准分子激光器更适合于材料的标记。

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