半岛·综合体育矢量方式Nd_YAG激光打标系统及工艺研究

　　半岛·综合体育矢量方式Nd_YAG激光打标系统及工艺研究矢量方式Nd:YAG激光打标系统及工艺研究Nd:YAGLaserMarkingSystemTechnicalResearchUsingVectorScanningMethod北京航空工艺研究所摘要]介绍了激光打标系统的计算机控制振镜式激光打标机为例,说明了主要控制原理和基于矢量扫描方式对图形进行处理的打标方法激光打标计算机控制矢量扫描工艺computercontrollasermarkingsystemintroduced.Takinglasermarkingmachinegalvolasermarkingmachineex2amplemaincontrolprinciplemarkingmethodprocessinggraphbasedvectorscanningmethodtechnicalparam2eterspaper.KeywordsLasermarkingComputercontrolVectorscanningProcess激光打标就是利用激光束照射在工件表面上扫描表面雕刻上永久性的标记。雕刻效应是通过表层物质的蒸发,暴露出深层物质,或通过辐射导致表层物质发生化学变化产生的。与传统的雕刻技术相比具有适用面广(对不同材料、形状的加工表面均适合)工件无机械变形、无污染,打标速度快、重复性好、自动化程度高等特点,在工业、国防、科研等许多领域具有广泛的用途。在激光打标方法中,现在常用的有掩膜方式和扫描方式。扫描方式是用计算机控制扫描振镜使高度聚焦的激光束在工件上移动扫描进行打标采用扫描方式打标的系统中,计算机对图形、文字的处理可以采用点阵的方法,但这种方法速度较慢,而且图、文字放大时边界不光滑。本文介绍了美国通用扫描公司GSI)生产的矢量方式的激光打标系统,它最大的特点是用矢量(有向线段)来表示图形和文字。这种方法采用了计算机中高级图形系统对图形的处理方,具有作图效率高、图形精度高、可无失真和无变形地任意放大和缩小图形的功能。矢量方式的采用系统组成激光打标系统由以下部分组成,如图激光器和振镜扫描头。激光器为一连续泵浦YAG激光器Hz,激光器连续输出功率为100均功率为1～47计算机,包括连接扫描的接口板。计算机用以完成扫描图形、文字的绘制、输入、生成并转换成扫描振镜的驱动信号激光打标系统的组成ermarkingsystem系统控制211控制原理激光打标系统的工作原理是:计算机将编辑好的文字、图形转换成电信号,按一定的频率分别传送到振镜和激光器,在一系列信号的控制下二维进行有序振动,使激光点扫描出相应的文字和图形,与此同时激光器在电信号的控制下发出一定频率的激光脉冲,将激光点扫描出的文字和图形刻蚀在工件上半岛·综合体育。控制原理简图如图YAG激光扫描雕刻原理图Fig.Carvingprinciplelaserscanningworkpiece212计算机对激光打标系统的控制激光打标系统的雕刻面积为114mm114mm刻线mm上的分辨率是,完全满足打标和雕刻的要求(远小于激光光斑大小),控制系统的主要软、硬件结构如图作为一台高性能的激光打标机,它的控制软件非常重要。其打标控制驱动软件Truview为一功能非常强的软件,不但可以利用它进行手工编程,而且可以接受一些基础绘图软件处理的矢量图形和文字矢量格式的文件。此外它的图形界面非常方便,可以在计算机屏幕上真实地显示矢量图形和文字,并可通过键盘输入命令或菜单选择修改图形,如大小变换、移动、旋转、镜像、成组等,同时可以对屏幕上不同的图形和文字选择不同的工艺参数以达到不同层次的雕刻。但该软件没有绘制图形和中文输入的功能格式的矢量图形和文字通过打标控制驱动软件Truview自动转换成激光打标机所特有的“NC”语言,经过控制板,转化成电信号向激光打标机输出,并在工件上雕刻出图形和文字控制系统结构图Fig.Structurecontrolsystem我们应用HiMark400YA激光打标系统在不同材料上进行了不同层次的打标工艺试验研究及实际应用。该激光打标系统的主要性能如下000mm/单笔英文字符输出0～280字符/重复定位精度25μ打标范围114mm114mm光斑大小范围50～150μ激光器功率100调制频率范围1～50调制后输出功率1～47311工件生成软件工具的选择由于Truview,因此选择适合Truview和较好雕刻品质的基础性图形设计软件就显得非常重要。CorelDRAW,Auto2CAD是当前非常盛行的图形设计系统,它们可以提供一组用来构成图形的实体,即以直线、字符串为基础的图形元素,用户可从键盘输入命令或利用菜单选。Corel2DRAW,AutoCAD对图形的处理方式主要是基于用矢量来表示图形,具有作图效率高、图形精度高等许多优出的图形在雕刻时不是顺序输出的,雕刻出的图形上有接缝;而用CorelDRAW作出的图形在雕刻时是顺序输出的因此选择CorelDRAW图形设计软件作为工件生成软件的工具为了弥补CorelDRAW绘图软件对中文信息处理能力的不足,我们采用了最新的矢量汉字字库,它具有40多种字体,并具有斜体字、扇形字、填充的平面汉字和立体汉字等各种艺术汉字,字形放大时无锯齿,比点阵汉字更美观。此外还可利用扫描仪输入图形和手写体文字CorelDRAW软件对图形和文字进行一系列处理并转换成矢量图形和文字312多种材料激光打标工艺参数的优化31211打标工艺过程分析连续激光被扫描头里的检流计用来控制一系列激光脉冲沿着图形或文字的矢量路径进行打标。其光斑距离为两相邻激光脉冲间的尺寸。而激光脉冲的重叠将影响激光束对工件材料的相互作用,重叠与不重叠取决于光斑大小(由硬件所设定)、扫描速度和频率(均由软件控制),如图调制后产生的激光脉冲示意图Fig.laserpulse频率对激光打标脉冲的影响Fig.scanningspeedlasermarkingpulse31212激光打标工艺参数矢量方式激光打标时,打标面积上的分辨率、激光功率因此在实际加工时,上述参数要综合考虑,才能雕刻出高质量的产品我们以矢量文字激光打标为例,研究打标面积上的分辨率、激光功率开关频率、打标速度以及其他一些参数对打标质量的影响3121211分辨率与扫描速度打标面积上的分辨率实际上是由设备决定的lsb),使得打标精度远远高于普通的雕刻设备,因此可以进行高精度产品的雕刻所示,其中,实线箭头表示打标矢量,虚线表示跳跃。对于不同的打标材料 其打标速度不同,具体由打标步长与步长时间来确定 跳跃速度由跳跃步长与步长时间确定,跳跃通过的时 间越短越好 矢量打标、打标延迟 半岛·综合体育、跳跃延迟示意图 Fig. Vectormarking markingdelay jumpdelay scheme 15310 打标或跳跃的步长为每一DAC 指令的lsb ,步长时间为一DAC 指令的时间 标速度为3121213 其他打标参数对打标质量的影响 影响打标 质量的其他一些激光打标参数有打标步 、跳跃步长半岛·综合体育、步长时间 、打标延迟 、跳跃延迟 、激光开/ 调制脉冲宽度及频率等。其中 ,打标步长 跃步长、步长时间是与打标速度互相关联的 调制脉冲宽度及频率主要用来进行不同深度的打标 114打标延迟产生于打标要改变方向之前 ,如图 65535 (单位为 mm/ 114一般在改变打标方向之前都有一细小的延迟 65535 (单位为 mm/ 果打标延迟时间较短,那么在低的打标速度下不会产 生明显影响 ,但在高的打标速度下会产生一些变形 000mm/ 其打标速度比传统工艺要快许多倍。具体打标时 调制频率与激光功率本激光打标系统的 调制频率范围为1～50