激光打標(biāo)機(jī)的原理及應(yīng)用

1、CO2激光打標(biāo)機(jī)的原理及應(yīng)用一、介紹激光技術(shù)已被廣泛應(yīng)用到軍事、醫(yī)療、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、通訊、科研等各個領(lǐng)域。激光加 工技術(shù)在切割、焊接、表面處理、打標(biāo)、打孔、快速成型、精密加工等領(lǐng)域得到了廣泛的 應(yīng)用，取得了良好的效果。利用了激光很好的單色性、相干性、方向性以及高能量密度等不 可比擬的優(yōu)點，并與計算機(jī)數(shù)控技術(shù)的結(jié)合，使激光加工系統(tǒng)具有優(yōu)質(zhì)、高效、低成本的特 點，是其他加工技術(shù)所無法比擬的。激光加工有著不接觸加工工件，保證被工件的原有精度、 加工速度快、無燥聲、激光加工速度快、無燥聲、聚焦焦斑能量密度高適合于細(xì)微加工等 優(yōu)點。激光打標(biāo)機(jī)是用激光束在各種不同的物質(zhì)表面打上永久的標(biāo)記，是集光、電子、機(jī)械

2、 和自動控制于一體的光機(jī)電一體化系統(tǒng)。打標(biāo)的效應(yīng)是通過表層物質(zhì)的蒸發(fā)露出深層物質(zhì) 從而刻出精美的圖案、商標(biāo)和文字，激光打標(biāo)機(jī)主要分為CO2激光打標(biāo)機(jī)，半導(dǎo)體激光打標(biāo) 機(jī)、纖激光打標(biāo)機(jī)和YAG激光打標(biāo)機(jī),目前激光打標(biāo)機(jī)主要應(yīng)用于一些要求更精細(xì)、精度 更高的場合。應(yīng)用于電子元器件、集成電路(IC)、虹電器、手機(jī)通訊、五金制品、工具配 件、精密器械、眼鏡鐘表、首飾飾品、汽車配件、塑膠按鍵、建材、PVC管材。圖形處理數(shù)控系統(tǒng)* 驅(qū)動系統(tǒng)* 激光電源*機(jī)械系統(tǒng)*圖形處理數(shù)控系統(tǒng)* 驅(qū)動系統(tǒng)* 激光電源*機(jī)械系統(tǒng)*激光傳導(dǎo)第統(tǒng)激光打柄圖1：激光打標(biāo)系統(tǒng)控制流程圖本文的主要目的是介紹一款CO2激光打標(biāo)機(jī)的原

3、理進(jìn)行闡述。二、激光打標(biāo)系統(tǒng)的分類激光打標(biāo)按打標(biāo)方式分為以下幾類掩模式打標(biāo)掩模式打標(biāo)應(yīng)用投影原理。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 原理如圖所示。在一塊模板上,首先將待打標(biāo)的文字、條碼、圖像等雕空制作做成掩模方法 是將待打圖樣在一塊模板上制作成掩模板。激光經(jīng)過望遠(yuǎn)鏡擴(kuò)束均勻的投射在己經(jīng)做好的 掩模板上，激光可以透過鏤空的部分，而沒有鏤空的部分被擋住了。這樣再將帶著掩模板上的圖形信息的激光經(jīng)過透鏡成像到加工表面焦面上就可以在加工表面留下與掩模板鏤空部分 相同的信息。掩模式打標(biāo)速度快，每一次脈沖可完成一個標(biāo)記。特別適用與大批量產(chǎn)品的流 水線。缺點是需要制作掩模板，靈活性差，能耗較

4、高。LaserCarbon dioxide laser圖2：掩模式打標(biāo)原理圖（2）陣列式陣列式打標(biāo)系統(tǒng)是將數(shù)臺激光器按照一定的排布排成陣列,使激光器觸發(fā)并聯(lián)即同時發(fā) 射脈沖，這些經(jīng)過排布的激光束經(jīng)過透鏡聚焦到被加工面使被加工表面發(fā)生物理或化學(xué)反 應(yīng)，便將排布的信息留在了加工表面上。其原理圖如圖所示。陣列式打標(biāo)的字符和圖案都是 由這些點組成的，一般是橫筆劃個點，豎筆劃個點，這些點構(gòu)成的陣列。陣列式打標(biāo)具有獨有 的特點，其打標(biāo)速度最高可達(dá)字符秒，如此高的速度成為了在線打標(biāo)的理想選擇。其缺點是只 能標(biāo)記分辨率的點陣字符，這個分辨率是無法標(biāo)記漢字的。*成就曲*成就曲*K舍奈贛，圖3：陣列式打標(biāo)原理圖（

5、3）掃描式掃描式打標(biāo)系統(tǒng)由計算機(jī)、激光器和掃描機(jī)構(gòu)三部分組成。其工作原理和掃描式打印機(jī)類似。計算機(jī)是接收信息的載體，需要打印的文字或圖案予存到計算機(jī)中，計算機(jī) 將指令發(fā)送給運動控制系統(tǒng)和激光器，運動控制系統(tǒng)和激光器按照程序互相配合。激光束經(jīng) 過光學(xué)系統(tǒng)變換將能量聚焦到被加工物表面并做掃描運動，在加工工件表面形成計算機(jī)中處 理好的標(biāo)記信息。圖為一種典型的掃描式激光打標(biāo)機(jī)原理圖。常見的掃描式激光打標(biāo)機(jī)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。機(jī)械掃描式打標(biāo)系統(tǒng)通過機(jī)械運動 的方式對一部分光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行一坐標(biāo)的平移來改變激光束聚焦點在工件表面的位置。振鏡 掃描式是將激光束入射到由運動控制系統(tǒng)

6、控制的兩面反射鏡振鏡上計算機(jī)通過程序控制運 動控制系統(tǒng)，運動控制系統(tǒng)帶動反射鏡進(jìn)行一定角度的旋轉(zhuǎn)，用兩個反射鏡便可以使聚焦后的 激光焦點沿、軸進(jìn)行掃描運動，在材料表面上留下計算機(jī)程序中處理好的標(biāo)記。在掃描式打 標(biāo)系計算機(jī)強(qiáng)大的圖形處理軟件使系統(tǒng)具有極大的靈活性,使系統(tǒng)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。圖4：掃描式激光打標(biāo)機(jī)原理圖三、激光打標(biāo)機(jī)工作原理如圖1所示:激光打標(biāo)機(jī)由電源系統(tǒng)、激光器、冷卻系統(tǒng)、光學(xué)掃描系統(tǒng)、Q開關(guān)、聚 焦系統(tǒng)等組成。交流電源分別給計算機(jī)、Q開關(guān)電源、冷卻循環(huán)泵、激光電源、He- Ne激 光器等供電。半反鏡、YAG聚光腔、全反鏡

7、組成了諧振腔產(chǎn)生激光經(jīng)過Q開關(guān)的調(diào)制后形 成一定頻率峰值功率很高的脈沖激光經(jīng)過光學(xué)掃描、聚焦后到達(dá)工作臺表面。工作臺的表 面可以上下移動，以適應(yīng)不同厚度的工件，工件表面處于激光的焦平面上，計算機(jī)通過專用的 打標(biāo)控制軟件輸入需要標(biāo)刻的文字及圖樣，設(shè)定文字及圖樣的大小,總的標(biāo)刻面積，激光束的 行走速度和需要重復(fù)的次數(shù)，掃描系統(tǒng)就能在計算機(jī)的控制下運動，操控激光束在工件上標(biāo)刻 出設(shè)定的文字和圖樣，現(xiàn)在的軟件具有自動圖像失真矯正功能，能夠?qū)崿F(xiàn)精密圖像的標(biāo)刻。冷 卻系統(tǒng)中的去離子循環(huán)水冷卻Q開關(guān)和聚光腔使之保持一定的溫度，防止它們燒壞。He- Ne 激光器有兩個作用:一是指示激光的加工位置,二是光路調(diào)整

8、時提供指示。圖5：激光打標(biāo)機(jī)的系統(tǒng)組成四、C02激光器的工作原理CO2激光器輸出波長為娜，其能量轉(zhuǎn)換效率高且不消耗工作介質(zhì)。激光器按氣體的工作 形式可分封閉式和循環(huán)式按激勵方式分電激勵化學(xué)激勵，熱激勵，光激勵與核激勵等。我們 知道分子有三種不同的運動形式分子中的電子存在運動分子中電子的運動決定了電子能態(tài) 分子中原子的振動，在分子中原子圍繞其平衡位置不停地作周期性振動，這個振動也決定了分 子的振動能態(tài)分子轉(zhuǎn)動,分子會在空間中做連續(xù)地旋轉(zhuǎn)運動，分子的這種旋轉(zhuǎn)決定了其轉(zhuǎn)動能 態(tài)。分子運動的復(fù)雜決定了分子的能級也很復(fù)雜.CO2激光的激發(fā)過程激光器主要的工作物 質(zhì)由口，氮氣，氦氣三種氣體組成。其中口是產(chǎn)生激光輻射的氣體、氮氣及氦氣為輔助性氣 體。氦氣的加入可以加速能級熱弛預(yù)過程有利于激光能級及的抽空。氮氣在口激光器中起 能量傳遞作用，為激光上能級粒子數(shù)的積累與大功率高效率的激光輸出起到強(qiáng)有力的作用。 分子激光躍遷能級如圖所示。200 01000圖6： CO2分子激光躍遷能級圖CO2激光器的激發(fā)條件放電管中輸入幾十或幾百的直流電流。放電叱放電管中的混合 氣體內(nèi)的氮分子由于受到電子的撞擊