激光打標技術是激光加工的應用領域之一。激光打標是利用高能量密度的激光對工件進行局部照射,使表層材料汽化或發(fā)生顏色變化的化學反應,從而留下性標記的一種打標方法。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,這對產品的防偽有特殊的意義。
聚焦后的極細的激光光束如同刀具,可將物體表面材料逐點去除,其先進性在于標記過程為非接觸性加工,不產生機械擠壓或機械應力,因此不會損壞被加工物品;由于激光聚焦后的尺寸很小,熱影響區(qū)域小,加工精細,因此,可以完成一些常規(guī)方法無法實現(xiàn)的工藝。
激光加工使用的“刀具”是聚焦后的光點,不需要額外增添其它設備和材料,只要激光器能正常工作,就可以長時間連續(xù)加工。激光加工速度快,成本低廉。激光加工由計算機自動控制,生產時不需人為干預。
激光能標記何種信息,僅與計算機里設計的內容相關,只要計算機里設計出的圖稿打標系統(tǒng)能夠識別,那么打標機就可以將設計信息的還原在合適的載體上。因此軟件的功能實際上很大程度上決定了系統(tǒng)的功能。
陣列式打標
它是使用幾臺小型激光器同時發(fā)射脈沖,經反射鏡和聚焦透鏡后,使幾個激光脈沖在被打標材料表面上燒蝕(熔化)出大小及深度均勻的小凹坑,每個字符、圖案都是由這些小圓黑凹坑構成的,一般是橫筆劃5個點,豎筆劃7個點,從而形成5×7的陣列。陣列式打標一般采用小功率射頻激勵CO2激光器,其打標速度可達6000字符/妙,因而成為高速在線打標的理想選擇,其缺點是只能標記點陣字符,且只能達到5×7的分辨率,對于漢字無能為力。
掃描式打標
掃描式打標系統(tǒng)由計算機、激光器和X-Y掃描機構三部分組成,其工作原理是將需要打標的信息輸入計算機,計算機按照事先設計好的程序控制激光器和X-Y掃描機構,使經過特殊光學系統(tǒng)變換的高能量激光點在被加工表面上掃描運動,形成標記。
通常X-Y掃描機構有兩種結構形式:一種是機械掃描式,另一種是振鏡掃描式。
(1) 機械掃描式
機械掃描式打標系統(tǒng)不是采用通過改變反射鏡的旋轉角度去移動光束,而是通過機械的方法對反射鏡進行X-Y坐標的平移,從而改變激光束到達工件的位置,這種打標系統(tǒng)的X-Y掃描機構通常是用繪圖儀改裝。其工作過程:激光束經過反光鏡①、②轉折光路后,再經過光筆(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,可使輸出激光到達平面內任意點,從而標刻出任意圖形和文字。
(2)振鏡掃描式
振鏡掃描式打標系統(tǒng)主要由激光器、XY偏轉鏡、聚焦透鏡、計算機等構成。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,從而達到激光束的偏轉,使具有一定功率密度的激光聚焦點在打標材料上按所需的要求運動,從而在材料表面上留下的標記,聚焦的光斑可以是圓形或矩形。
在振鏡打標系統(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的質量和速度。同時振鏡式打標也可采用點陣式打標方式,采用這種方式對于在線打標很適用,根據(jù)于不同速度的生產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相比,可以標記更多的點陣信息,對于標記漢字字符具有更大的優(yōu)。
振鏡掃描式打標系統(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開關調制的。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機。
振鏡掃描式打標因其應用范圍廣,可進行矢量打標和點陣打標,標記范圍可調,而且具有響應速度快、打標速度高(每秒鐘可打標幾百個字符)、打標質量較高、光路密封性能好、對環(huán)境適應性強等優(yōu)勢已成為主流產品,并被認為代表了未來激光打標機的發(fā)展方向,具有廣闊的應用前景。
用于打標的激光器主要有Nd:YAG激光器和CO2激光器。Nd:YAG激光器產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行高清晰度的標記。CO2激光器產生的激光波長為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行標記。
Nd:YAG激光器和CO2激光器的缺點是對材料的熱損傷及熱擴散比較嚴重,產生的熱邊效應常會使標記模糊。相比之下,由準分子激光器產生的紫外光打標時,不加熱物質,只蒸發(fā)物質的表面,在表面組織產生光化學效應,而在物質表層留下標記。所以,用準分子激光打標時,標記邊緣十分清晰。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,因此準分子激光器更適合于材料的標記