激光打标技术的应用.pdf

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1、电讯工程激光打标技术的应用19激光打标技术的应用王炳龙王家先(陕西黄河集团有限公司二十四车问西安710043)摘要：本文简要介绍了激光打标的工作原理，着重介绍了目前国内激光打标的技术现状和激光打标机的使用体验，并对其技术和应用前景作了展望。关键词：激光LASER激光打标激光器振镜1概述激光，英文名称LASER，全称为“受激辐射的光放大(LightAmplificationbyStimulatedE—missionofRadiation)”。它基于伟大的科学家爱因斯坦在1916年提出的一套全新的理论。这一理论是说在组成物质的原子中，有不同数

2、量的粒子(电子)分布在不同的能级上，在高能级上的粒子受到某种光子的激发，会从高能级跳到(跃迁)到低能级上，这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光，而且在某种状态下，能出现一个弱光激发出一个强光的现象。激光刚刚诞生不久就被人们称为“解决问题的工具”。迄今为止，仅仅二十多年的初步应用，激光已经对我们的生活方式产生了重大影响。激光具有单色性、相干性和方向性三大特点，能够在一个狭小的方向内集中能量。激光打标是在激光焊接、激光热处理、激光切割、激光打孔等应用技术之后发展起来的一门新型加工技术，是一种非接触、无污染、无磨损的新标记工艺。近年来，随着激

3、光器的可靠性和实用性的提高，加上计算机技术的迅速发展和光学器件的改进，促进了激光打标技术的发展。激光打标是利用高能量密度的激光束对目标作用，使目标表面发生物理或化学的变化，从而获得可见图案的标记方式。高能量的激光束聚焦在材料表面上，使材料迅速汽化，形成凹坑。随着激光束在材料表面有规律地移动同时控制激光的开断，激光束也就在材料表面加工成了一个指定的图案。激光打标与传统的标记工艺相比有明显的优点：(1)可对多种非金属材料进行加工，特别是适合加工高硬度、高熔点和脆性材料。(2)激光加工属于非接触加工，不损坏产品，无刀具磨损，无切削力，图案质量好

4、。(3)激光束很细，被加工材料损耗很小，加工影响范围小。(4)加工效率高，由于采用计算机控制，易于实现自动化。(5)能标记或雕刻各种条形码、数字、字符、图案。(6)用于防伪，不易被假冒。2国内激光打标的现状激光打标设备的核心是激光打标控制系统，因此，激光打标的发展历程就是打标控制系统的发展过程。控制系统在激光打标领域就经历了大幅面时代、转镜时代和振镜时代，控制方式也完成了从软件直接控制到上下位机控制到实时处理、分时复用的一系列演变。如今，半导体激光打标技术的应用电讯工程激光器、光纤激光器、乃至紫外激光的出现和发展又对光学过程控制提出了新的

5、挑战。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。2．1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(如图1所示)是在一块模板上，将待打标的数字、字符、条码、图像等雕空，做成掩模，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c0激光器和YAG激光器。掩模式打标主要

6、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。掩模板上件图1掩模式打标原理2．2阵列式打标阵列式打标系统如图2所示，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cO：激光器，其打标速度最高可达6000字符／秒，因而成为高速在线

7、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。·●一⋯⋯～光盎射方l；ij图2阵列式打标原理2．3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电讯工程激光打标技术的应用2l标的信息输人计算机，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

8、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(如图3所示)。其工作过程：激光束经过反光镜①、②转折光路后，