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浅谈3D动态激光打标机的核心(激光扫描振镜)

文章出处:/ 日期:2016-03-03 人气:

        激光打标生产工艺是广泛应用的新技术,它是利用适当能量密度的、会聚在工件表面的激光光束对目标表面扫描,使材料发生物理或化学变化,在表面上形成痕迹,从而形成标记的过程。它具有应用范围广、打标速度快、性能稳定、质量高、运行成本低、环境污染小、易于用计算机控制等优点,已经成为激光重要的应用领域之一。 
 
       振镜扫描式激光标记技术就是通过控制两片高速振镜的偏转角, 改变激光的传播方向, 经过F-Theata透镜在工件表面的聚焦, 在工件表面作标记。与传统的标记技术相比, 它具有适用面广(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, 标记速度快, 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。高速高精度的振镜标记已成为当今标记行业的发展方向。

 
浅谈3D动态激光打标机的核心(激光扫描振镜)
        传统的振镜标记控制系统通过PC 机的串口、并口ISA 总线与单片控制板相连,这种方式接口简单、连接方便, 开发费用低, 但由于传输速度低, 已不能满足现代数控系统的实时性要求。本文在激光标记控制技术方面进行了一些新的探索:利用PCI的高速数据传输和DSP高速数据处理能力,提出一种“PC机+PCI总线+DSP控制板卡”的方式,用于振镜标记控制系统,从而实现对标记控制的精确控制,提高控制效率,保障系统实时性。DSP控制板卡是整个系统的核心,它直接决定着系统的扫描速度和扫描精度,本文将着重介绍该控制板卡的设计。
 
        作为后聚焦扫描系统和机械传动装置的完美结合, 三维动态扫描系统由于其优越特性已经广泛地应用于现代激光加工领域(切割, 达标或三维成型等),在传统的前聚焦式扫描系统中, 扫描振镜放置在聚焦目镜(比如平常聚焦镜和远心扫描透镜)的前面, 在目镜的焦平面出得到一个平面扫描场。
 
        这种系统成本较低, 扫描速度较快, 可是扫描场大小和光斑质量严重的受限于透镜设计。不同于前聚焦式扫描系统, 在三维动态扫描系统中, 扫描振镜被放置于聚焦镜的后方. 其聚焦镜系统由一片可移动的扩束镜片和一个聚焦镜片组构成,激光束先进入扩束镜片,再进入聚焦镜片组,然后经过扫描振镜的反射,最后才到达焦平面,利用一个传动装置沿光轴方向移动扩束镜片,将会改变扩束镜片与聚焦镜片组之间的距离, 从而可以再在二维或三维空间内改变聚焦光点的位置, 称之为"三维扫描". 这个系统的聚焦面是一个曲面,平场可以通过配合扫描振镜的转动微调扩束镜片与聚焦镜片组之间的距离来实现。
 
        一个三维动态扫描系统通常具有以下优点:
        1.一组系统即可实现扫描范围从100毫米x100毫米到2000毫米x2000毫米。
        2.相对于前聚焦式系统可以得到更小的聚焦光斑。
        3.可以提高聚焦光斑的均匀性。
 
        在各种打标方式中,振镜式打标因其应用范围广,可进行矢量打标,也可以标记点阵字符,且标记范围可调,标记速度也较快,因而成为目前的主流打标方式,并被认为代表了未来激光打标的发展方向。 
 
        振镜式在线激光打标的原理如下: 
 
        激光器输出的激光依次经过X轴扫描振镜、Y轴扫描振镜、平场聚焦镜会聚到生产线的工件表面上,通过控制X轴、Y轴扫描振镜的转动可以控制激光光束在材料表面的X轴方向(平行于生产线方向)和Y轴方向(垂直于生产线方向)上任意移动,从而打出相应的标记。 

编辑:菲镭泰克


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