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激光防偽打標的技術現狀-刀具激光打標機

來源: 時間:2020-05-04 10:36:48 次數:

激光打標是在激光焊接、激光熱處理、激光切割、激光打孔等應用技術之后發展起來的一門新型加工技術,是一種非接觸、無污染、無磨損的新標記工藝。近年來,隨著激光器的可靠性和實用性的提高,加上計算機技術的迅速發展和光學器件的改進,促進了激光打標技術的發展。

激光打標是在激光焊接、激光熱處理、激光切割、激光打孔等應用技術之后發展起來的一門新型加工技術,是一種非接觸、無污染、無磨損的新標記工藝。近年來,隨著激光器的可靠性和實用性的提高,加上計算機技術的迅速發展和光學器件的改進,促進了激光打標技術的發展。

 

激光打標機是利用高能量密度的激光束對目標作用,使目標表面發生物理或化學的變化,從而獲得可見圖案的標記方式。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。隨著激光束在材料表面有規律地移動同時控制激光的開斷,激光束也就在材料表面加工成了一個指定的圖案。激光打標與傳統的標記工藝相比有明顯的優點:

 

(1) 標記速度快,字跡清晰、永久。

 

(2) 非接觸式加工,污染小,無磨損。

 

(3) 操作方便,防偽功能強。

 

(4) 可以做到高速自動化運行,生產成本低

 

 

國內激光打標機的技術現狀

 

目前國內的激光打標機按其工作方式可分為掩模式打標、陣列式打標和掃描式打標。

 

1.掩模式打標

 

掩模式打標又叫投影式打標。掩模式打標系統由激光器、掩模板和成像透鏡組成,其工作原理,經過望遠鏡擴束的激光,均勻的投射在事先做好的掩模板上,光從雕空部分透射。掩模板上的圖形通過透鏡成像到工件(焦面)上。通常每個脈沖即可形成一個標記。受激光輻射的材料表面被迅速加熱汽化或產生化學反應,發生顏色變化形成可分辨的清晰標記。掩模式打標一般采用CO2激光器和YAG激光器。掩模式打標主要優點是一個激光脈沖一次就能打出一個完整的、包括幾種符號的標記,因此打標速度快。對于大批量產品,可在生產線上直接打標。缺點是打標靈活性差,能量利用率低。

 

它是使用幾臺小型激光器同時發射脈沖,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,其打標速度最高可達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。

 

2.掃描式打標

 

掃描式打標系統由計算機、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XY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永久的標記,聚焦的光斑可以是圓形或矩形。

 

在振鏡打標系統中,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。

 

振鏡掃描式打標系統一般使用連續光泵工作波長為1.06μmNd:YAG激光器,輸出功率為10120W,激光輸出可以是連續的,也可以是Q開關調制的。近年發展的射頻激勵CO2激光器,也被用于振鏡掃描式激光打標機。

 

振鏡掃描式打標機因其應用范圍廣,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、對環境適應性強等優勢已成為主流產品,并被認為代表了未來激光打標機的發展方向,具有廣闊的應用前景。

 

 

USB的出現和發展使得激光打標機的硬件控制電路脫離計算機ISA總線或者PCI總線成為可能。USB2.0的傳輸速率可達480Mbits,完全可以勝任激光打標機對數據傳輸速率的要求,而且,它可以支持1臺計算機同時連接127臺設備,這樣就可以用1臺計算機同時控制幾臺激光打標機而不必增加額外的費用,而且激光打標機也可以不帶計算機進行銷售,從而降低了激光打標機的價格。

 

現在激光打標機使用的NdYAG激光器都是以氪燈或氙燈來泵浦的,其泵浦效率很低,致使激光器的總效率只能達到2%~5%,這意味著絕大部分所加于泵浦燈的電功率都轉化為熱量。因此,這種激光打標機都配有龐大的冷卻系統,其體積可占整個系統體積的40%。

 

 

 

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