激光打標設(shè)備的核心是激光打標控制系統(tǒng),因此,激光打標的發(fā)展歷程就是打標控制系統(tǒng)的發(fā)展過程。從1995年到2003年短短的8年時間,控制系統(tǒng)在激光打標領(lǐng)域就經(jīng)歷了大幅面時代、轉(zhuǎn)鏡時代和振鏡時代,控制方式也完成了從軟件直接控制到上下位機控制到實時處理、分時復(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)展又對光學(xué)過程控制提出了新的挑戰(zhàn)。
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刻要求,不需要專用的標刻軟件;但是,這種方式存在著打標速度慢、控制精度低、筆臂機械磨損大、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系統(tǒng)逐步退出打標市場的,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)將逐步從激光標刻領(lǐng)域銷聲匿跡。
轉(zhuǎn)鏡時代
由于看到大幅面系統(tǒng)的一系列缺點,在高速振鏡技術(shù)還沒有在中國廣泛普及的情況下,一些控制工程師自行開發(fā)了由步進電機驅(qū)動的轉(zhuǎn)鏡式掃描系統(tǒng),其工作原理是將從諧振腔中導(dǎo)出的激光通過擴束,經(jīng)過成90°安裝的兩個步進電機驅(qū)動的金鏡的反射,由F-theta場鏡聚焦后輸出作用于處理對象上,金鏡的轉(zhuǎn)動使工作平面上的激光作用點分別在X、Y軸上移動,兩個鏡面協(xié)同動作使激光可以在工作平面上完成直線和各種曲線的移動。這種控制過程無論從速度還是定位精度來說都遠超過大幅面,因此在很大程度上能滿足工具行業(yè)對激光控制的要求,雖然同當(dāng)時國際上流行的振鏡式掃描系統(tǒng)還有比較明顯的差距,但嚴格來說這種設(shè)計思路的出現(xiàn)和逐步完善代表著中國激光應(yīng)用的一個里程碑,是中國完全能自行設(shè)計和生產(chǎn)激光應(yīng)用設(shè)備的典型標志。直到振鏡在中國大規(guī)模應(yīng)用的興起,這種控制方式才逐步退出中國激光應(yīng)用的舞臺。
振鏡時代
1998年,振鏡式掃描系統(tǒng)在中國的大規(guī)模應(yīng)用開始到來。[所謂振鏡,又可以稱之為電流表計,它的設(shè)計思路完全沿襲電流表的設(shè)計方法,鏡片取代了表針,而探頭的信號由計算機控制的-5V—5V的直流信號取代,以完成預(yù)定的動作。同轉(zhuǎn)鏡式掃描系統(tǒng)相同,這種典型的控制系統(tǒng)采用了一對折返鏡,不同的是,驅(qū)動這套鏡片的步進電機被伺服電機所取代,在這套控制系統(tǒng)中,位置傳感器的使用和負反饋回路的設(shè)計思路進一步保證了系統(tǒng)的精度,整個系統(tǒng)的掃描速度和重復(fù)定位精度達到一個新的水平。
激光打標技術(shù)是激光加工的應(yīng)用領(lǐng)域之一。激光打標可以打出各種文字、符號和圖案等,字符大小可以從毫米到微米量級,這對產(chǎn)品的防偽有特殊的意義。準分子激光打標是來發(fā)展起來的一項新技術(shù),特別適用于金屬打標,可實現(xiàn)亞微米打標,已廣泛用于微電子工業(yè)和生物工程。
激光打標是用激光束在各種不同的物質(zhì)表面打上的標記。打標的效應(yīng)是通過表層物質(zhì)的蒸發(fā)露出深層物質(zhì),或者是通過光能導(dǎo)致表層物質(zhì)的化學(xué)物理變化而"刻"出痕跡,或者是通過光能燒掉部分物質(zhì),顯出所需刻蝕的圖案、文字 [1] 。
激光電源
光纖激光打標機激光電源是為光纖激光器提供動力的裝置,其輸入電壓為AC220V的交流電。安裝于打標機控制盒內(nèi)。
光纖激光器
光纖激光打標機采用進口脈沖式光纖激光器,其輸出激光模式好使用壽命長,被設(shè)計安裝于打標機機殼內(nèi)。
振鏡掃描系統(tǒng)
振鏡掃描系統(tǒng)是由光學(xué)掃描器和伺服控制二部分組成。整個系統(tǒng)采用新技術(shù)、新材料、新工藝、新工作原理設(shè)計和制造。
光學(xué)掃描器采用動磁式偏轉(zhuǎn)工作方式的伺服電機。具有掃描角度大、峰值力矩大、負載慣量大、機電時間常數(shù)小、工作速度快、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。精密軸承消隙機構(gòu)提供了超底軸向和徑向跳動誤差;“電子扭力棒”取代傳統(tǒng)彈性材料扭力棒,大大提高了使用壽命和長期工作的可靠性;任意位置零功率保持工作原理既降低了使用功耗,又減少了器件的發(fā)熱效應(yīng),省卻了恒溫裝置;先進的高穩(wěn)定性精密位置檢測傳感技術(shù)提供高線性度、高分辨率、高重復(fù)性、低漂移的性能。
光學(xué)掃描器分為X方向掃描系統(tǒng)和Y方向掃描系統(tǒng),每個伺服電機軸上固定著激光反射鏡片。每個伺服電機分別由計算機發(fā)出數(shù)字信號控制其掃描軌跡。
聚焦系統(tǒng)
聚焦系統(tǒng)的作用是將平行的激光束聚焦于一點。主要采用f-θ透鏡,不同的f-θ透鏡的焦距不同,打標效果和范圍也不一樣,光纖激光打標機選用進口高性能聚焦系統(tǒng),其標準配置的透鏡焦距f=160mm,有效掃描范圍Φ110mm。用戶可根據(jù)需要選配型號的透鏡。
可選配的F-θ透鏡有:
f=100mm,有效聚焦范圍Φ65mm。
f=160mm,有效聚焦范圍Φ110mm。
計算機控制系統(tǒng)
計算機控制系統(tǒng)是整個激光打標機控制和指揮的中心,同時也是軟件安裝的載體。通過對聲光調(diào)制系統(tǒng)、振鏡掃描系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制完成對工件打標處理。
光纖激光打標機的計算機控制系統(tǒng)主要包括機箱、主板、CPU、硬盤、內(nèi)存條、D/A卡、軟驅(qū)、顯示器、鍵盤、鼠標等。