激光打標設備的核心是激光打標控制系統,因此,激光打標的發展歷程就是打標控制系統的發展過程。從1995年到2003年短短的8年時間,控制系統在激光打標領域就經歷了大幅面時代、轉鏡時代和振鏡時代,控制方式也完成了從軟件直接控制到上下位機控制到實時處理、分時復用的一系列演變,如今,半導體激光器、光纖激光器、乃至紫外激光的出現和發展又對光學過程控制提出了新的挑戰。
大幅面時代
所謂大幅面,剛開始是將繪圖儀的控制部分直接用于激光設備上,將繪圖筆取下,在(0,0)點X軸基點、Y軸基點和原繪圖筆的位置上分別安裝45°折返鏡,在原繪圖筆位置下端安裝小型聚焦鏡,用以導通光路及使光束聚焦。直接用繪圖軟件輸出打印命令即可驅動光路的運行,這種方式明顯的優勢是幅面大,而且基本上能滿足精度比較低的標刻要求,不需要專用的標刻軟件;但是,這種方式存在著打標速度慢、控制精度低、筆臂機械磨損大、可靠性差、體積大等缺點。因此,在經歷初的嘗試后,繪圖儀式的大幅面激光打標系統逐步退出打標市場的,所應用的同類型的大幅面設備基本上都是模仿以前這種控制過程,用伺服電機驅動的高速大幅面系統,而隨著三維動態聚焦振鏡式掃描系統的逐步完善,大幅面系統將逐步從激光標刻領域銷聲匿跡。
轉鏡時代
由于看到大幅面系統的一系列缺點,在高速振鏡技術還沒有在中國廣泛普及的情況下,一些控制工程師自行開發了由步進電機驅動的轉鏡式掃描系統,其工作原理是將從諧振腔中導出的激光通過擴束,經過成90°安裝的兩個步進電機驅動的金鏡的反射,由F-theta場鏡聚焦后輸出作用于處理對象上,金鏡的轉動使工作平面上的激光作用點分別在X、Y軸上移動,兩個鏡面協同動作使激光可以在工作平面上完成直線和各種曲線的移動。這種控制過程無論從速度還是定位精度來說都遠超過大幅面,因此在很大程度上能滿足工具行業對激光控制的要求,雖然同當時國際上流行的振鏡式掃描系統還有比較明顯的差距,但嚴格來說這種設計思路的出現和逐步完善代表著中國激光應用的一個里程碑,是中國完全能自行設計和生產激光應用設備的典型標志。直到振鏡在中國大規模應用的興起,這種控制方式才逐步退出中國激光應用的舞臺。
振鏡時代
1998年,振鏡式掃描系統在中國的大規模應用開始到來。[所謂振鏡,又可以稱之為電流表計,它的設計思路完全沿襲電流表的設計方法,鏡片取代了表針,而探頭的信號由計算機控制的-5V—5V的直流信號取代,以完成預定的動作。同轉鏡式掃描系統相同,這種典型的控制系統采用了一對折返鏡,不同的是,驅動這套鏡片的步進電機被伺服電機所取代,在這套控制系統中,位置傳感器的使用和負反饋回路的設計思路進一步保證了系統的精度,整個系統的掃描速度和重復定位精度達到一個新的水平。
激光打標技術是激光加工的應用領域之一。激光打標可以打出各種文字、符號和圖案等,字符大小可以從毫米到微米量級,這對產品的防偽有特殊的意義。準分子激光打標是來發展起來的一項新技術,特別適用于金屬打標,可實現亞微米打標,已廣泛用于微電子工業和生物工程。
激光打標是用激光束在各種不同的物質表面打上的標記。打標的效應是通過表層物質的蒸發露出深層物質,或者是通過光能導致表層物質的化學物理變化而"刻"出痕跡,或者是通過光能燒掉部分物質,顯出所需刻蝕的圖案、文字 [1] 。
激光電源
光纖激光打標機激光電源是為光纖激光器提供動力的裝置,其輸入電壓為AC220V的交流電。安裝于打標機控制盒內。
光纖激光器
光纖激光打標機采用進口脈沖式光纖激光器,其輸出激光模式好使用壽命長,被設計安裝于打標機機殼內。
振鏡掃描系統
振鏡掃描系統是由光學掃描器和伺服控制二部分組成。整個系統采用新技術、新材料、新工藝、新工作原理設計和制造。
光學掃描器采用動磁式偏轉工作方式的伺服電機。具有掃描角度大、峰值力矩大、負載慣量大、機電時間常數小、工作速度快、穩定可靠等優點。精密軸承消隙機構提供了超底軸向和徑向跳動誤差;“電子扭力棒”取代傳統彈性材料扭力棒,大大提高了使用壽命和長期工作的可靠性;任意位置零功率保持工作原理既降低了使用功耗,又減少了器件的發熱效應,省卻了恒溫裝置;先進的高穩定性精密位置檢測傳感技術提供高線性度、高分辨率、高重復性、低漂移的性能。
光學掃描器分為X方向掃描系統和Y方向掃描系統,每個伺服電機軸上固定著激光反射鏡片。每個伺服電機分別由計算機發出數字信號控制其掃描軌跡。
聚焦系統
聚焦系統的作用是將平行的激光束聚焦于一點。主要采用f-θ透鏡,不同的f-θ透鏡的焦距不同,打標效果和范圍也不一樣,光纖激光打標機選用進口高性能聚焦系統,其標準配置的透鏡焦距f=160mm,有效掃描范圍Φ110mm。用戶可根據需要選配型號的透鏡。
可選配的F-θ透鏡有:
f=100mm,有效聚焦范圍Φ65mm。
f=160mm,有效聚焦范圍Φ110mm。
計算機控制系統
計算機控制系統是整個激光打標機控制和指揮的中心,同時也是軟件安裝的載體。通過對聲光調制系統、振鏡掃描系統的協調控制完成對工件打標處理。
光纖激光打標機的計算機控制系統主要包括機箱、主板、CPU、硬盤、內存條、D/A卡、軟驅、顯示器、鍵盤、鼠標等。

