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光纖激光打標(biāo)系統(tǒng)原理及應(yīng)用 

一、概述   

    在光纖激光器出現(xiàn)前，激光打標(biāo)系統(tǒng)的激光源一般是用連續(xù)或脈沖二氧化碳激光器、Nd-YAG激光器作為光源。光纖激光器在九十年代末出現(xiàn)后，很快就被應(yīng)用于激光打標(biāo)系統(tǒng)上。與傳統(tǒng)打標(biāo)機(jī)激光光源相比，光纖激光器是完全風(fēng)冷式的，不需要冷卻水及與此相關(guān)的制冷機(jī)，冷卻水管道和溫控儀等配套設(shè)備，體積及能耗大為縮小，能夠期望在短期內(nèi)使整機(jī)成本及用戶的使用成本低于使用傳統(tǒng)激光光源的打標(biāo)系統(tǒng)，具有很大的市場(chǎng)潛力。   

二、光纖激光打標(biāo)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理   

    光纖激光標(biāo)刻系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。方框a內(nèi)是光纖激光器，是激光標(biāo)刻系統(tǒng)的核心，它采用多個(gè)小功率風(fēng)冷激光二極管作為泵浦源，通過(guò)多分枝耦合進(jìn)單根激光光纖，以摻稀土元素（Nd，Yb或者Er）光纖作為激光介質(zhì)，以反射鏡，光纖光柵作為諧振腔，可脈沖和連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。新型光纖激光器具有單模輸出，散熱特性好，效率高，結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，特別適合高精度的激光標(biāo)刻工業(yè)。典型的10-100KHz高重復(fù)率工作，10W-20W平均功率輸出的光纖激光器成品的體積22′25′10cm,而且沒(méi)有水冷系統(tǒng)，體積大為縮小。因?yàn)榧す舛O管是低電壓工作，光纖激光器的電光效率高達(dá)70％，驅(qū)動(dòng)電源的大小與燈泵Nd-YAG激光器相比是微不足道的.   

光纖激光器應(yīng)用于激光標(biāo)刻的優(yōu)勢(shì)：    

1．光束質(zhì)量好，接近衍射極限。TEM00基橫模輸出，M2接近1，光束發(fā)散角為0.24mrad； 

2．脈沖重復(fù)頻率高，輸出功率穩(wěn)定，單脈沖能量波動(dòng)小于1％，從而可實(shí)現(xiàn)高速激光標(biāo)刻，還可控制光斑的大小，深度，形狀；   

3．率，插頭效率高達(dá)20％，電光轉(zhuǎn)換效率可達(dá)70％； 

4．環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，可在高震動(dòng)，高濕度的環(huán)境下連續(xù)正常工作。   

5．無(wú)水冷裝置，體積小，效率高，可靠性高，長(zhǎng)時(shí)間免維修，節(jié)約使用成本。   

   b是激光二級(jí)光驅(qū)動(dòng)電源。c光纖激光器控制器，用于控制光纖激光器的工作狀態(tài)，同時(shí)，打標(biāo)機(jī)的控制微機(jī)通過(guò)它控制激光輸出。d為振鏡系統(tǒng),是光纖激光打標(biāo)系統(tǒng)的重要部件，激光通過(guò)振鏡的運(yùn)動(dòng)，在需打標(biāo)的部件上走出特定的軌跡。e是f-q鏡，激光束通過(guò)它聚焦到工件表面。   

    振鏡系統(tǒng)內(nèi)部共有兩塊分別由高精度伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的反射鏡。伺服電機(jī)在微機(jī)的控制別轉(zhuǎn)動(dòng)兩塊反射鏡的角度，激光束通過(guò)這兩塊反射鏡的反射，由f-q鏡聚焦到工件的不同位置上。在微機(jī)上通過(guò)的打標(biāo)控制軟件輸入需要標(biāo)刻的文字及圖樣，設(shè)定文字及圖樣的大小，總的標(biāo)刻面積，激光束的行走速度和需要重復(fù)的次數(shù)，振鏡就能在微機(jī)的控制下運(yùn)動(dòng)，操控激光束在工件上標(biāo)刻出設(shè)定的文字和圖樣。   

     計(jì)算機(jī)打標(biāo)軟件能夠識(shí)別采集通過(guò)數(shù)碼相機(jī)或掃描儀輸入，因特網(wǎng)上下載和電腦中制作的任何復(fù)雜的平面圖像圖形文字以及二維碼和條形碼，制作多種標(biāo)記，將其變換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)編程計(jì)算轉(zhuǎn)換成電流控制信號(hào)再輸入驅(qū)動(dòng)器，形成相應(yīng)的控制信號(hào)并通過(guò)D/A卡控制高精度伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而分別控制對(duì)x方向及y方向上反射振鏡偏轉(zhuǎn)角度，使激光束聚焦光斑按照設(shè)定的圖案，文字軌跡運(yùn)動(dòng)，在工件表面刻蝕形成刻痕。刻劃線寬可以達(dá)到20微米量級(jí)，且軟件具有自動(dòng)圖象失真矯正功能，能夠?qū)崿F(xiàn)精密圖像的標(biāo)刻。

三、光纖激光打標(biāo)系統(tǒng)的應(yīng)用   

    1、在金屬材料上的標(biāo)刻，光纖激光打標(biāo)機(jī)可以在很多金屬樣品上刻畫出清晰的痕跡，特別是在一些經(jīng)過(guò)表面處理的金屬樣品上，比如染黑，染色，表面電鍍等，特別適合在這些樣品上做精密標(biāo)刻。圖3是一些金屬部件的標(biāo)刻樣品。a電鍍金屬零件，b表面染色的鋁制品，c拋光的不銹鋼片，d表面有色涂層的鋁片。   

    2、有機(jī)聚合物, 皮革及塑料制品上的標(biāo)刻，主要應(yīng)用于一些電子元件，如圖4a集成電路芯片，b塑封的晶體管，c皮革制品，d塑料日用品等。   

    3、金屬及有機(jī)聚合物薄片上的精密加工，光纖激光打標(biāo)機(jī)可以在這些材料上加工出一些尺寸微小的復(fù)雜圖案，這是普通加工機(jī)床無(wú)法達(dá)到的。圖5a是在0.1毫米厚鉭箔上制作的特殊軟邊光欄，其邊緣刻制的花樣可以任意設(shè)置，最小孔徑達(dá)到4毫米以下。b是在聚烯亞胺薄膜刻的0.2毫米直徑的小孔列陣，小孔的分布也可以任意設(shè)置。

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