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我国激光打标技术现状及发展前景
编辑:深圳市创科达精密机电有限公司   时间:2020-04-10

     激光打标是在激光焊接、激光热处理、激光切割、激光打孔等应用技术之后发展起来的一门新型加工技术,是一种非接触、无污染、无磨损的新标记工艺。近年来,随着激光器的可靠性和实用性的提高,加上计算机技术的迅速发展和光学器件的改进,促进了激光打标技术的发展。

  激光打标是利用高能量密度的激光束对目标作用,使目标表面发生物理或化学的变化 ,从而获得可见图案的标记方式。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。随着激光束在材料表面有规律地移动同时控制激光的开断,激光束也就在材料表面加工成了一个指定的图案。激光打标与传统的标记工艺相比有明显的优点:
  (1) 标记速度快,字迹清晰、永久。
  (2) 非接触式加工,污染小,无磨损。
  (3) 操作方便,防伪功能强。
  (4) 可以做到高速自动化运行,生产成本低
  二.国内激光打标的发展历程
  激光打标设备的核心是激光打标控制系统,因此,激光打标的发展历程就是打标控制系统的发展过程。从1995年到2003年短短的8年时间,控制系统在激光打标领域就经历了大幅面时代、转镜时代和振镜时代,控制方式也完成了从软件直接控制到上下位机控制到实时处理、分时复用的一系列演变,如今,半导体激光器、光纤激光器、乃至紫外激光的出现和发展又对光学过程控制提出了新的挑战。
  三.国内激光打标的技术现状
  目前国内的激光打标按其工作方式可分为掩模式打标、阵列式打标和扫描式打标。
  1. 掩模式打标
  掩模式打标又叫投影式打标。掩模式打标系统由激光器、掩模板和成像透镜组成,其工作原理(如图1所示)是在一块模板上,将待打标的数字、字符、条码、图像等雕空,做成掩模,经过望远镜扩束的激光,均匀的投射在事先做好的掩模板上,光从雕空部分透射。掩模板上的图形通过透镜成像到工件(焦面)上。通常每个脉冲即可形成一个标记。受激光辐射的材料表面被迅速加热汽化或产生化学反应,发生颜色变化形成可分辨的清晰标记。掩模式打标一般采用CO2激光器和YAG激光器。掩模式打标主要优点是一个激光脉冲一次就能打出一个完整的、包括几种符号的标记,因此打标速度快。对于大批量产品,可在生产线上直接打标。缺点是打标灵活性差,能量利用率低。
  2. 阵列式打标
  阵列式打标系统如图2所示,它是使用几台小型激光器同时发射脉冲,经反射镜和聚焦透镜后,使几个激光脉冲在被打标材料表面上烧蚀(熔化)出大小及深度均匀的小凹坑,每个字符、图案都是由这些小圆黑凹坑构成的,一般是横笔划5个点,竖笔划7个点,从而形成5×7的阵列。阵列式打标一般采用小功率射频激励CO2激光器,其打标速度最高可达6000字符/妙,因而成为高速在线打标的理想选择,其缺点是只能标记点阵字符,且只能达到5×7的分辨率,对于汉字无能为力。
  3. 扫描式打标
  扫描式打标系统由计算机、激光器和X-Y扫描机构三部分组成,其工作原理是将需要打标的信息输入计算机,计算机按照事先设计好的程序控制激光器和X-Y扫描机构,使经过特殊光学系统变换的高能量激光点在被加工表面上扫描运动,形成标记。
  通常X-Y扫描机构有两种结构形式:一种是机械扫描式,另一种是振镜扫描式。
  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。
  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。


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