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激光打标发展历程

2021-11-19 08:06:40    103次浏览

激光打标设备的核心是激光打标控制系统,因此,激光打标的发展历程就是打标控制系统的发展过程。从1995年到2003年短短的8年时间,控制系统在激光打标领域就经历了大幅面时代、转镜时代和振镜时代,控制方式也完成了从软件直接控制到上下位机控制到实时处理、分时复用的一系列演变,如今,半导体激光器、光纤激光器、乃至紫外激光的出现和发展又对光学过程控制提出了新的挑战。

大幅面时代所谓大幅面,刚开始是将绘图仪的控制部分直接用于激光设备上,将绘图笔取下,在(0,0)点X轴基点、Y轴基点和原绘图笔的位置上分别安装45°折返镜,在原绘图笔位置下端安装小型聚焦镜,用以导通光路及使光束聚焦。直接用绘图软件输出打印命令即可驱动光路的运行,这种方式明显的优势是幅面大,而且基本上能满足精度比较低的标刻要求,不需要专用的标刻软件;但是,这种方式存在着打标速度慢、控制精度低、笔臂机械磨损大、可靠性差、体积大等缺点。因此,在经历初的尝试后,绘图仪式的大幅面激光打标系统逐步退出打标市场的,所应用的同类型的大幅面设备基本上都是模仿以前这种控制过程,用伺服电机驱动的高速大幅面系统,而随着三维动态聚焦振镜式扫描系统的逐步完善,大幅面系统将逐步从激光标刻领域销声匿迹。

转镜时代由于看到大幅面系统的一系列缺点,在高速振镜技术还没有在中国广泛普及的情况下,一些控制工程师自行开发了由步进电机驱动的转镜式扫描系统,其工作原理是将从谐振腔中导出的激光通过扩束,经过成90°安装的两个步进电机驱动的金镜的反射,由F-theta场镜聚焦后输出作用于处理对象上,金镜的转动使工作平面上的激光作用点分别在X、Y轴上移动,两个镜面协同动作使激光可以在工作平面上完成直线和各种曲线的移动。这种控制过程无论从速度还是定位精度来说都远超过大幅面,因此在很大程度上能满足工具行业对激光控制的要求,虽然同当时国际上流行的振镜式扫描系统还有比较明显的差距,但严格来说这种设计思路的出现和逐步完善代表着中国激光应用的一个里程碑,是中国完全能自行设计和生产激光应用设备的典型标志。直到振镜在中国大规模应用的兴起,这种控制方式才逐步退出中国激光应用的舞台。

振镜时代1998年,振镜式扫描系统在中国的大规模应用开始到来。[所谓振镜,又可以称之为电流表计,它的设计思路完全沿袭电流表的设计方法,镜片取代了表针,而探头的信号由计算机控制的-5V—5V的直流信号取代,以完成预定的动作。同转镜式扫描系统相同,这种典型的控制系统采用了一对折返镜,不同的是,驱动这套镜片的步进电机被伺服电机所取代,在这套控制系统中,位置传感器的使用和负反馈回路的设计思路进一步保证了系统的精度,整个系统的扫描速度和重复定位精度达到一个新的水平。

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