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国内激光打标的发展及应用二

时间:2022-05-19 来源网站:郑州化工机械网

国内激光打标的发展及应用二

(2)振镜扫描式

振镜扫描式打标系统主要由激光器、XY偏转镜、聚焦透镜、计算机等构成。其工作原理是将激光束入射到两反射镜(振镜)上,用计算机控制反射镜的反射角度,这两个反射镜可分别沿X、Y轴扫描,从而达到激光束的偏转,使具有一定功率密度的激光聚焦点在打标材料上按所需的要求运动,从而在材料表面上留下永久的标记,聚焦的光斑可以是圆形或矩形。在振镜打标系统中,可以采用矢量图形及文字,这种方法采用了计算机中图形软件对图形的处理方式,具有作图效率高,图形精度好,无失真等特点,极大的提高了激光打标的质量和速度。同时振镜式打标也可采用点阵式打标方式,采用这种方式对于在线打标很适用,根据于不同速度的生产线可以采用一个扫描振镜或两个扫描振镜,与前面所述的阵列式打标相比,可以标记更多的点阵信息,对于标记汉字字符具有更大的优。

振镜扫描式打标系统一般使用连续光泵工作波长为1.06μm的Nd:YAG激光器,输出功率为10~120W,激光输出可以是连续的,也可以是Q开关调制的。近年发展的射频激励CO2激光器,也被用于振镜扫描式激光打标机。

振镜扫描式打标因其应用范围广,可进行矢量打标和点阵打标,标记范围可调,而且具有响应速度快、打标速度高(每秒钟可打标几百个字符)、打标质量较高、光路密封性能好、对环境适应性强等优势已成为主流产品,并被认为代表了未来激光打标机的发展方向,具有广阔的应用前景。

目前用于打标的激光器主要有Nd:YAG激光器和CO2激光器。Nd:YAG激光器产生的激光能被金属和绝大多数塑料很好地吸收,而且其波长短(为1.06μm),聚焦的光斑小,因而最适合在金属等材料上进行高清晰度的标记。CO2激光器产生的激光波长为10.6μm,木制品、玻璃、聚合物和多数透明材料对其有很好的吸收效果,因而特别适合在非金属表面上进行标记。

Nd:YAG激光器和CO2激光器的缺点是对材料的热损伤及热扩散比较严重,产生的热边效应常会使标记模糊。相比之下,由准分子激光器产生的紫外光打标时,不加热物质,只蒸发物质的表面,在表面组织产生光化学效应,而在物质表层留下标记。所以,用准分子激光打标时,标记边缘十分清晰。由于材料对紫外光的吸收大,激光对材料的作用只发生在材料的最表层,对材料几乎没有烧损现象,因此准分子激光器更适合于材料的标记。

四.国内激光打标的市场现状

国家自“六.五”计划起支持激光加工项目,“七.五”末至“八.五”初期开始出现激光加工系统的专业生产企业。国产激光加工系统的销售额从1991年的1518万元,增至2003年的9.8亿元,13年增长64倍。激光标刻系统是其中代表产品之一,其在激光加工设备中的比例最高而且正在逐年提高。

目前,国内从事激光标刻系统生产和销售的企业大概有30多家,主要分布在武汉、北京、深圳、南京和广州等地。

通过各地光电子、激光行业协会和激光设备生产企业对近三年多来全国激光行业激光设备的销售情况进行调查、统计和分析,2001年、2002年、2003年我国激光加工设备销售统计与分析的各类数据简要归纳如下:

2001年我国激光加工产品市场销售总额为5.8亿元;2002年为7.4亿元;2003年销售额为9.8亿元。其中激光标刻系统的销售额2001年为1.9亿元,2002年为2.48亿元,2003年为3.33亿元,分别占当年激光加工销售总额的32.7%、33.5%、34.0%。

在激光标刻系统中,YAG激光打标机2001年的销售额为1.45亿元,2002年为1.9亿元,2003年为2.5亿元;2001年YAG激光打标机销售总量为864台,2002年为1142台,2003年达1600台。

从以上数据,我们可以看出:1.激光标刻系统的销售额在逐年稳步提高,其在激光加工销售总额的比例也在不断增加;2. YAG 激光打标机在激光标刻系统中占据着绝对统治地位。

五.国内激光打标的发展前景

激光打标系统是综合了激光技术和计算机技术的光、机电一体化系统,当今激光技术和计算机技术的发展为激光打标技术的发展带来了前所未有的机遇和挑战。

目前,在振镜式扫描激光打标系统中,硬件控制电路都是基于计算机ISA总线或者PCI总线而设计的,必须安装在计算机主板的ISA总线或PCI总线扩展槽中。这种方式使得1台计算机控制打标机的台数受到了限制(现在绝大部分情况是1台计算机控制1台打标机)。另外,硬件安装于计算机主板上,给整个系统的稳定运行带来影响,降低了打标系统的稳定性,同时也增加了打标机的成本和体积。

USB的出现和发展使得激光打标硬件控制电路脱离计算机ISA总线或者PCI总线成为可能。USB2.0的传输速率可达480Mbit/s,完全可以胜任激光打标对数据传输速率的要求,而且,它可以支持1台计算机同时连接127台设备,这样就可以用1台计算机同时控制几台打标机而不必增加额外的费用,而且打标机也可以不带计算机进行销售,从而降低了打标机的价格。

现在激光打标使用的Nd:YAG激光器都是以氪灯或氙灯来泵浦的,其泵浦效率很低,致使激光器的总效率只能达到2%~5%,这意味着绝大部分所加于泵浦灯的电功率都转化为热量。因此,这种激光打标机都配有庞大的冷却系统,其体积可占整个系统体积的40%。

近几年出现的半导体激光泵浦的固体激光器,其总体转换效率可达20%以上,因而可以大大缩小激光器冷却系统的体积,这就为激光打标机向轻型化、小型化方向发展创造了条件。而近年来出现的大功率光纤激光器,其散热性能好、转换效率高(是半导体激光泵浦的固体激光器的2倍以上)、激光阈值低、可调谐范围宽、光束质量好、免维护和价格低廉、制作灵活等显著优势,更加促进了激光打标向轻型化、小型化方向发展。

激光打标技术目前在国内外工业上的应用正被人们逐渐重视,各种新型的打标系统层出不穷,它以其独特的优点正在取代传统的标记方法,如:冲压、印刷、化学腐蚀等,在各种机械零部件、电子元器件、集成电路模块、仪器、仪表、电机铭牌、工具甚至食品包装等物体表面上,标记出汉字、英文字符、数字、图形等,从而在这些领域取得了广泛的应用。国际上一些发达国家已将该技术作为工业加工的工艺标准,我国也非常重视这一技术,国家科委已将该技术列为“八五火炬计划”进行研制和推广。现在它已经引起了国内越来越多生产厂家的重视,必将会代替传统的标记工艺,给产品生产注入新的活力。因此,激光打标具有巨大的发展潜力和广阔的市场前景。(文/陈义红 廖洪海 胡兵 )

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