激光打標(biāo)

   激光打標(biāo)技術(shù)是激光加工*大的應(yīng)用領(lǐng)域之一。激光打標(biāo)是利用高能量密度的激光對(duì)工件進(jìn)行局部照射，使表層材料汽化或發(fā)生顏色變化的化學(xué)反應(yīng)，從而留下永久性標(biāo)記的一種打標(biāo)方法。激光打標(biāo)可以打出各種文字、符號(hào)和圖案等，字符大小可以從毫米到微米量級(jí)，這對(duì)產(chǎn)品的防偽有特殊的意義。

    目前國(guó)內(nèi)的激光打標(biāo)按其工作方式可分為掩模式打標(biāo)、陣列式打標(biāo)和掃描式打標(biāo)。

掩模式打標(biāo)

掩模式打標(biāo)又叫投影式打標(biāo)。掩模式打標(biāo)系統(tǒng)由激光器、掩模板和成像透鏡組成，其工作原理，經(jīng)過(guò)望遠(yuǎn)鏡擴(kuò)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(guò)透鏡成像到工件（焦面）上。通常每個(gè)脈沖即可形成一個(gè)標(biāo)記。受激光輻射的材料表面被迅速加熱汽化或產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，發(fā)生顏色變化形成可分辨的清晰標(biāo)記。掩模式打標(biāo)一般采用CO2激光器和YAG激光器。掩模式打標(biāo)主要優(yōu)點(diǎn)是一個(gè)激光脈沖一次就能打出一個(gè)完整的、包括幾種符號(hào)的標(biāo)記，因此打標(biāo)速度快。對(duì)于大批量產(chǎn)品，可在生產(chǎn)線上直接打標(biāo)。缺點(diǎn)是打標(biāo)靈活性差，能量利用率低。

陣列式打標(biāo)

它是使用幾臺(tái)小型激光器同時(shí)發(fā)射脈沖，經(jīng)反射鏡和聚焦透鏡后，使幾個(gè)激光脈沖在被打標(biāo)材料表面上燒蝕（熔化）出大小及深度均勻的小凹坑，每個(gè)字符、圖案都是由這些小圓黑凹坑構(gòu)成的，一般是橫筆劃5個(gè)點(diǎn)，豎筆劃7個(gè)點(diǎn)，從而形成5×7的陣列。陣列式打標(biāo)一般采用小功率射頻激勵(lì)CO2激光器，其打標(biāo)速度*高可達(dá)6000字符/妙，因而成為高速在線打標(biāo)的理想選擇，其缺點(diǎn)是只能標(biāo)記點(diǎn)陣字符，且只能達(dá)到5×7的分辨率，對(duì)于漢字無(wú)能為力。

掃描式打標(biāo)

掃描式打標(biāo)系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、激光器和X-Y掃描機(jī)構(gòu)三部分組成，其工作原理是將需要打標(biāo)的信息輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)按照事先設(shè)計(jì)好的程序控制激光器和X-Y掃描機(jī)構(gòu)，使經(jīng)過(guò)特殊光學(xué)系統(tǒng)變換的高能量激光點(diǎn)在被加工表面上掃描運(yùn)動(dòng)，形成標(biāo)記。

通常X-Y掃描機(jī)構(gòu)有兩種結(jié)構(gòu)形式：一種是機(jī)械掃描式，另一種是振鏡掃描式。

（1） 機(jī)械掃描式

機(jī)械掃描式打標(biāo)系統(tǒng)不是采用通過(guò)改變反射鏡的旋轉(zhuǎn)角度去移動(dòng)光束，而是通過(guò)機(jī)械的方法對(duì)反射鏡進(jìn)行X-Y坐標(biāo)的平移，從而改變激光束到達(dá)工件的位置，這種打標(biāo)系統(tǒng)的X-Y掃描機(jī)構(gòu)通常是用繪圖儀改裝。其工作過(guò)程：激光束經(jīng)過(guò)反光鏡①、②轉(zhuǎn)折光路后，再經(jīng)過(guò)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(lái)回運(yùn)動(dòng)；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(yùn)動(dòng)。在計(jì)算機(jī)的控制下（一般通過(guò)并口輸出控制信號(hào)），光筆在Y方向上的運(yùn)動(dòng)與筆臂 在X方向上的運(yùn)動(dòng)合成，可使輸出激光到達(dá)平面內(nèi)任意點(diǎn)，從而標(biāo)刻出任意圖形和文字。

（2）振鏡掃描式

振鏡掃描式打標(biāo)系統(tǒng)主要由激光器、XY偏轉(zhuǎn)鏡、聚焦透鏡、計(jì)算機(jī)等構(gòu)成。其工作原理是將激光束入射到兩反射鏡（振鏡）上，用計(jì)算機(jī)控制反射鏡的反射角度，這兩個(gè)反射鏡可分別沿X、Y軸掃描，從而達(dá)到激光束的偏轉(zhuǎn)，使具有一定功率密度的激光聚焦點(diǎn)在打標(biāo)材料上按所需的要求運(yùn)動(dòng)，從而在材料表面上留下永久的標(biāo)記，聚焦的光斑可以是圓形或矩形。

在振鏡打標(biāo)系統(tǒng)中，可以采用矢量圖形及文字，這種方法采用了計(jì)算機(jī)中圖形軟件對(duì)圖形的處理方式，具有作圖效率高，圖形精度好，無(wú)失真等特點(diǎn)，極大的提高了激光打標(biāo)的質(zhì)量和速度。同時(shí)振鏡式打標(biāo)也可采用點(diǎn)陣式打標(biāo)方式，采用這種方式對(duì)于在線打標(biāo)很適用，根據(jù)于不同速度的生產(chǎn)線可以采用一個(gè)掃描振鏡或兩個(gè)掃描振鏡，與前面所述的陣列式打標(biāo)相比，可以標(biāo)記更多的點(diǎn)陣信息，對(duì)于標(biāo)記漢字字符具有更大的優(yōu)。

振鏡掃描式打標(biāo)系統(tǒng)一般使用連續(xù)光泵工作波長(zhǎng)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(kāi)關(guān)調(diào)制的。發(fā)展的射頻激勵(lì)CO2激光器，也被用于振鏡掃描式激光打標(biāo)機(jī)。

振鏡掃描式打標(biāo)因其應(yīng)用范圍廣，可進(jìn)行矢量打標(biāo)和點(diǎn)陣打標(biāo)，標(biāo)記范圍可調(diào)，而且具有響應(yīng)速度快、打標(biāo)速度高（每秒鐘可打標(biāo)幾百個(gè)字符）、打標(biāo)質(zhì)量較高、光路密封性能好、對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)已成為主流產(chǎn)品，并被認(rèn)為代表了未來(lái)激光打標(biāo)機(jī)的發(fā)展方向，具有廣闊的應(yīng)用前景。

用于打標(biāo)的激光器主要有Nd:YAG激光器和CO2激光器。Nd:YAG激光器產(chǎn)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(zhǎng)短(為1.06μm)，聚焦的光斑小，因而*適合在金屬等材料上進(jìn)行高清晰度的標(biāo)記。CO2激光器產(chǎn)生的激光波長(zhǎng)為10.6μm，木制品、玻璃、聚合物和多數(shù)透明材料對(duì)其有很好的吸收效果，因而特別適合在非金屬表面上進(jìn)行標(biāo)記。

Nd:YAG激光器和CO2激光器的缺點(diǎn)是對(duì)材料的熱損傷及熱擴(kuò)散比較嚴(yán)重，產(chǎn)生的熱邊效應(yīng)常會(huì)使標(biāo)記模糊。相比之下，由準(zhǔn)分子激光器產(chǎn)生的紫外光打標(biāo)時(shí)，不加熱物質(zhì)，只蒸發(fā)物質(zhì)的表面，在表面組織產(chǎn)生光化學(xué)效應(yīng)，而在物質(zhì)表層留下標(biāo)記。所以，用準(zhǔn)分子激光打標(biāo)時(shí)，標(biāo)記邊緣十分清晰。由于材料對(duì)紫外光的吸收大，激光對(duì)材料的作用只發(fā)生在材料的*表層，對(duì)材料幾乎沒(méi)有燒損現(xiàn)象，因此準(zhǔn)分子激光器更適合于材料的標(biāo)記。[1] 

激光打標(biāo)技術(shù)具有以下的特點(diǎn)

 

1.可對(duì)絕大多數(shù)金屬或非金屬材料進(jìn)行加工。

 

2.激光是以非機(jī)械式的“刀具”進(jìn)行加工，對(duì)材料不產(chǎn)生機(jī)械擠壓或機(jī)械應(yīng)力，無(wú)“刀具”磨損，無(wú)毒，很少造成環(huán)境污染。

 

3.激光束很細(xì)，使被加工材料的消耗很小。

 

4.加工時(shí)，不像電子束轟擊等加工方法那樣產(chǎn)生X射線，也不會(huì)受電場(chǎng)和磁場(chǎng)的干擾。

 

5.激光打標(biāo)操作簡(jiǎn)單，使用微機(jī)數(shù)控技術(shù)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工，能用于生產(chǎn)線上對(duì)零部件進(jìn)行高效率加工，能作為柔性加工系統(tǒng)的一部分。

 

6.使用精密工作臺(tái)能進(jìn)行精細(xì)微加工。

 

7.使用顯微系統(tǒng)或攝像系統(tǒng)，能對(duì)被加工表面狀況進(jìn)行觀察或監(jiān)控。

 

8.激光打標(biāo)可以穿過(guò)透光物質(zhì)（如石英、玻璃）對(duì)其內(nèi)部零件進(jìn)行加工。

 

9.可以利用棱鏡、反射系統(tǒng)將光束聚集到工件的內(nèi)表面或傾斜表面上進(jìn)行加工。

 

10.能標(biāo)記條形碼、數(shù)字、字符、圖案等標(biāo)志。

 

11.使用激光打標(biāo)可以使標(biāo)志的線寬可小至20μm，線深度可達(dá)10mm以下，故能對(duì)“好密集”尺寸大小的零件表面進(jìn)行標(biāo)記。

 

激光打標(biāo)的特點(diǎn)是非接觸加工，可在任何異型表面標(biāo)刻，工件不會(huì)變形和產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，適于金屬、塑料、玻璃、陶瓷、木材、皮革等材料的標(biāo)記。

激光幾乎可對(duì)所有零件(如活塞、活塞環(huán)、氣門、閥座、五金工具、衛(wèi)生潔具、電子元器件等)進(jìn)行打標(biāo)，且標(biāo)記耐磨，生產(chǎn)工藝易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，被標(biāo)記部件變形小。