【深度解析】三維動態(tài)聚焦激光打標(biāo)機的核心“激光掃描振鏡”技術(shù)
Time: 2018-07-16 Reads: 4190 Edit: Admin

 激光打標(biāo)生產(chǎn)工藝是廣泛應(yīng)用的新技術(shù),它是利用適當(dāng)能量密度的、會聚在工件表面的激光光束對目標(biāo)表面掃描,使材料發(fā)生物理或化學(xué)變化,在表面上形成痕跡,從而形成標(biāo)記的過程。它具有應(yīng)用范圍廣、打標(biāo)速度快、性能穩(wěn)定、質(zhì)量高、運行成本低、環(huán)境污染小、易于用計算機控制等優(yōu)點,已經(jīng)成為激光重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一。 
 
       振鏡掃描式激光標(biāo)記技術(shù)就是通過控制兩片高速振鏡的偏轉(zhuǎn)角, 改變激光的傳播方向, 經(jīng)過F-Theata透鏡在工件表面的聚焦, 在工件表面作標(biāo)記。與傳統(tǒng)的標(biāo)記技術(shù)相比, 它具有適用面廣(對不同材料、形狀的加工表面均適合) , 工件無機械變形, 無污染, 標(biāo)記速度快, 重復(fù)性好, 自動化程度高等特點, 在工業(yè)、國防、科研等許多領(lǐng)域具有廣泛的用途。高速高精度的振鏡標(biāo)記已成為當(dāng)今標(biāo)記行業(yè)的發(fā)展方向。
    
傳統(tǒng)的振鏡標(biāo)記控制系統(tǒng)通過PC 機的串口、并口ISA 總線與單片控制板相連,這種方式接口簡單、連接方便, 開發(fā)費用低, 但由于傳輸速度低, 已不能滿足現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的實時性要求。本文在激光標(biāo)記控制技術(shù)方面進行了一些新的探索:利用PCI的高速數(shù)據(jù)傳輸和DSP高速數(shù)據(jù)處理能力,提出一種“PC機+PCI總線+DSP控制板卡”的方式,用于振鏡標(biāo)記控制系統(tǒng),從而實現(xiàn)對標(biāo)記控制的精確控制,提高控制效率,保障系統(tǒng)實時性。DSP控制板卡是整個系統(tǒng)的核心,它直接決定著系統(tǒng)的掃描速度和掃描精度,本文將著重介紹該控制板卡的設(shè)計。
 
        作為后聚焦掃描系統(tǒng)和機械傳動裝置的完美結(jié)合, 三維動態(tài)掃描系統(tǒng)由于其優(yōu)越特性已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代激光加工領(lǐng)域(切割, 達標(biāo)或三維成型等),在傳統(tǒng)的前聚焦式掃描系統(tǒng)中, 掃描振鏡放置在聚焦目鏡(比如平常聚焦鏡和遠心掃描透鏡)的前面, 在目鏡的焦平面出得到一個平面掃描場。
 
        這種系統(tǒng)成本較低, 掃描速度較快, 可是掃描場大小和光斑質(zhì)量嚴(yán)重的受限于透鏡設(shè)計。不同于前聚焦式掃描系統(tǒng), 在三維動態(tài)掃描系統(tǒng)中, 掃描振鏡被放置于聚焦鏡的后方. 其聚焦鏡系統(tǒng)由一片可移動的擴束鏡片和一個聚焦鏡片組構(gòu)成,激光束先進入擴束鏡片,再進入聚焦鏡片組,然后經(jīng)過掃描振鏡的反射,最后才到達焦平面,利用一個傳動裝置沿光軸方向移動擴束鏡片,將會改變擴束鏡片與聚焦鏡片組之間的距離, 從而可以再在二維或三維空間內(nèi)改變聚焦光點的位置, 稱之為"三維掃描". 這個系統(tǒng)的聚焦面是一個曲面,平場可以通過配合掃描振鏡的轉(zhuǎn)動微調(diào)擴束鏡片與聚焦鏡片組之間的距離來實現(xiàn)。
 
 
一個三維動態(tài)掃描系統(tǒng)通常具有以下優(yōu)點:
1.一組系統(tǒng)即可實現(xiàn)掃描范圍從100毫米x100毫米到2000毫米x2000毫米。
2.相對于前聚焦式系統(tǒng)可以得到更小的聚焦光斑。
3.可以提高聚焦光斑的均勻性。
 
        在各種打標(biāo)方式中,振鏡式打標(biāo)因其應(yīng)用范圍廣,可進行矢量打標(biāo),也可以標(biāo)記點陣字符,且標(biāo)記范圍可調(diào),標(biāo)記速度也較快,因而成為目前的主流打標(biāo)方式,并被認(rèn)為代表了未來激光打標(biāo)的發(fā)展方向。 
 
振鏡式在線激光打標(biāo)的原理如下: 
 
        激光器輸出的激光依次經(jīng)過X軸掃描振鏡、Y軸掃描振鏡、平場聚焦鏡會聚到生產(chǎn)線的工件表面上,通過控制X軸、Y軸掃描振鏡的轉(zhuǎn)動可以控制激光光束在材料表面的X軸方向(平行于生產(chǎn)線方向)和Y軸方向(垂直于生產(chǎn)線方向)上任意移動,從而打出相應(yīng)的標(biāo)記。 

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