【深度解析】三維動態聚焦激光打標機的核心“激光掃描振鏡”技術
Time: 2018-07-16 Reads: 2402 Edit: Admin

 激光打標生產工藝是廣泛應用的新技術,它是利用適當能量密度的、會聚在工件表面的激光光束對目標表面掃描,使材料發生物理或化學變化,在表面上形成痕跡,從而形成標記的過程。它具有應用范圍廣、打標速度快、性能穩定、質量高、運行成本低、環境污染小、易于用計算機控制等優點,已經成為激光重要的應用領域之一。 
 
       振鏡掃描式激光標記技術就是通過控制兩片高速振鏡的偏轉角, 改變激光的傳播方向, 經過F-Theata透鏡在工件表面的聚焦, 在工件表面作標記。與傳統的標記技術相比, 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, 標記速度快, 重復性好, 自動化程度高等特點, 在工業、國防、科研等許多領域具有廣泛的用途。高速高精度的振鏡標記已成為當今標記行業的發展方向。
    
傳統的振鏡標記控制系統通過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, 開發費用低, 但由于傳輸速度低, 已不能滿足現代數控系統的實時性要求。本文在激光標記控制技術方面進行了一些新的探索:利用PCI的高速數據傳輸和DSP高速數據處理能力,提出一種“PC機+PCI總線+DSP控制板卡”的方式,用于振鏡標記控制系統,從而實現對標記控制的精確控制,提高控制效率,保障系統實時性。DSP控制板卡是整個系統的核心,它直接決定著系統的掃描速度和掃描精度,本文將著重介紹該控制板卡的設計。
 
        作為后聚焦掃描系統和機械傳動裝置的完美結合, 三維動態掃描系統由于其優越特性已經廣泛地應用于現代激光加工領域(切割, 達標或三維成型等),在傳統的前聚焦式掃描系統中, 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。
 
        這種系統成本較低, 掃描速度較快, 可是掃描場大小和光斑質量嚴重的受限于透鏡設計。不同于前聚焦式掃描系統, 在三維動態掃描系統中, 掃描振鏡被放置于聚焦鏡的后方. 其聚焦鏡系統由一片可移動的擴束鏡片和一個聚焦鏡片組構成,激光束先進入擴束鏡片,再進入聚焦鏡片組,然后經過掃描振鏡的反射,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改變聚焦光點的位置, 稱之為"三維掃描". 這個系統的聚焦面是一個曲面,平場可以通過配合掃描振鏡的轉動微調擴束鏡片與聚焦鏡片組之間的距離來實現。
 
 
一個三維動態掃描系統通常具有以下優點:
1.一組系統即可實現掃描范圍從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。
 
        在各種打標方式中,振鏡式打標因其應用范圍廣,可進行矢量打標,也可以標記點陣字符,且標記范圍可調,標記速度也較快,因而成為目前的主流打標方式,并被認為代表了未來激光打標的發展方向。 
 
振鏡式在線激光打標的原理如下: 
 
        激光器輸出的激光依次經過X軸掃描振鏡、Y軸掃描振鏡、平場聚焦鏡會聚到生產線的工件表面上,通過控制X軸、Y軸掃描振鏡的轉動可以控制激光光束在材料表面的X軸方向(平行于生產線方向)和Y軸方向(垂直于生產線方向)上任意移動,從而打出相應的標記。 

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