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0431-81702023
光學工程
光纖激光打標系統

 一、概述  

  在光纖激光器出現前,激光打標系統的激光源一般是用連續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后,很快就被應用于激光打標系統上。與傳統打標機激光光源相比,光纖激光器是完全風冷式的,不需要冷卻水及與此相關的制冷機,冷卻水管道和溫控儀等配套設備,體積及能耗大為縮小,能夠期望在短期內使整機成本及用戶的使用成本低于使用傳統激光光源的打標系統,具有很大的市場潛力。  

    二、光纖激光打標系統的結構及工作原理  

  光纖激光標刻系統的基本結構如圖1所示。方框a內是光纖激光器,是激光標刻系統的核心,它采用多個小功率風冷激光二極管作為泵浦源,通過多分枝耦合進單根激光光纖,以摻稀土元素(Nd,Yb或者Er)光纖作為激光介質,以反射鏡,光纖光柵作為諧振腔,可脈沖和連續運轉。新型光纖激光器具有單模輸出,散熱特性好,效率高,結構緊湊等特點,特別適合高精度的激光標刻工業。典型的10-100KHz高重復率工作,10W-20W平均功率輸出的光纖激光器成品的體積僅有22′25′10cm,而且沒有水冷系統,體積大為縮小。因為激光二極管是低電壓工作,光纖激光器的電光效率高達70%,驅動電源的大小與燈泵Nd-YAG激光器相比是微不足道的。 

    光纖激光器應用于激光標刻的優勢:  

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

  2.脈沖重復頻率高,輸出功率穩定,單脈沖能量波動小于1%,從而可實現高速激光標刻,還可精確控制光斑的大小,深度,形狀;  

  3.高效率,插頭效率高達20%,電光轉換效率可達70%;  

  4.環境適應能力強,可在高震動,高濕度的環境下連續正常工作。  

  5.無水冷裝置,體積小,效率高,可靠性高,長時間免維修,節約使用成本。
  
  b是激光二級光驅動電源。c光纖激光器控制器,用于控制光纖激光器的工作狀態,同時,打標機的控制微機通過它控制激光輸出。d為振鏡系統,是光纖激光打標系統的重要部件,激光通過振鏡的運動,在需打標的部件上走出特定的軌跡。e是f-q鏡,激光束通過它聚焦到工件表面。  

    振鏡系統內部共有兩塊分別由高精度伺服電機驅動的反射鏡。伺服電機在微機的控制下分別轉動兩塊反射鏡的角度,激光束通過這兩塊反射鏡的反射,由f-q鏡聚焦到工件的不同位置上。在微機上通過專用的打標控制軟件輸入需要標刻的文字及圖樣,設定文字及圖樣的大小,總的標刻面積,激光束的行走速度和需要重復的次數,振鏡就能在微機的控制下運動,操控激光束在工件上標刻出設定的文字和圖樣。 

    計算機專用打標軟件能夠識別采集通過數碼相機或掃描儀輸入,因特網上下載和電腦中制作的任何復雜的平面圖像圖形文字以及二維碼和條形碼,制作多種標記,將其變換成數字信號,經編程計算轉換成電流控制信號再輸入驅動器,形成相應的控制信號并通過D/A卡控制高精度伺服電機運轉,從而分別控制對x方向及y方向上反射振鏡偏轉角度,使激光束聚焦光斑按照設定的圖案,文字軌跡運動,在工件表面刻蝕形成永久刻痕。刻劃線寬可以達到20微米量級,且軟件具有自動圖象失真矯正功能,能夠實現精密圖像的標刻。  

 三、光纖激光打標系統的應用  

  1、在金屬材料上的標刻,光纖激光打標機可以在很多金屬樣品上刻畫出清晰的痕跡,特別是在一些經過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刻。圖3是一些金屬部件的標刻樣品。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、有機聚合物, 皮革及塑料制品上的標刻,主要應用于一些電子元件,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、金屬及有機聚合物薄片上的精密加工,光纖激光打標機可以在這些材料上加工出一些  

    尺寸微小的復雜圖案,這是普通加工機床無法達到的。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置,最小孔徑達到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置。  

 


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