振镜式雷射打标技术.PPT

第 2 章雷射打標技術 2.1　振鏡式雷射打標技術 2.2　掩模式雷射打標技術 2.3　點陣式雷射打標技術 2.4　雷射打標技術的發展 2.1　振鏡式雷射打標技術 專門研製雷射打標用振鏡元件的公司在國內外也出現了很多家，如德國的施肯拉（Scanlab）公司，美國的Cambridge Technology Inc、Nutfield Technology，中國的上海通用掃描公司、漢華科技公司和世紀桑尼等許多公司，都專門研製生產雷射打標用振鏡頭和相關零件。 圖2.2是振鏡內部結構原理，圖(a)是動圈式結構，即訊號電流進入線圈時，帶電流線圈產生磁場與作為定子的永磁體相互作用，線圈帶動反光鏡片轉動，轉動角度的大小、方向與進入線圈的電流大小和方向有關。圖(b)是動磁式結構，其轉子為一永磁體，訊號電流進入定子上的線圈，線圈產生的磁場與轉子上的永磁體相互作用，推動轉子帶動反光鏡轉動。 圖2.3是小型CO2雷射管電源，提供給直管式CO2雷射管的電流波形。圖2.3(a)、(c)、(e)表示雷射管工作於連續狀態的情況，出光時間由電流控制，即可以連續出光，還可以連續狀態間斷出光，圖中表示的就是依照打標加工設置的間斷出光狀態。 圖2.3(b)、(d)、(f)表示的就是在100Hz調制下，各種出光狀態。 如果有特殊要求，需要選用紫外波段的雷射光束，則必須使用準分子雷射器，輸出雷射波長為308nm的是XeCl雷射器，輸出雷射波長為248nm的是KrF雷射器，輸出雷射波長為193nm的是ArF雷射器。輸出波長短，可以實現對塑料、玻璃和陶瓷等材料進行無熱影響的微細加工，表2.2列出了型號為XL122A的KrF準分子雷射器的主要性能，這種雷射器品質穩定，實現了全自動化運轉，能夠在生產線上長期工作。 2.1.1　振鏡式雷射打標技術原理 圖2.7是振鏡式打標技術的結構原理簡圖，圖中3和5是兩個振動鏡，在接到電訊號後，轉動軸帶動振動鏡發生偏轉，如果接收到交變電訊號，則鏡片發生振動，使光線掃描出一條條直線。 圖中8表示打標機光束掃描的範圍，兩個鏡片分別負責X方向和Y方向的掃描，這與電視成像原理相同，鏡片4負責行掃描，鏡片2負責列掃描。雷射光束1以一定的角度照射到鏡片2，再反射到鏡片4，最後通過ｆ－θ聚焦鏡照射到打標物體上。 2.1.2　振鏡式雷射打標的誤差及修正 圖2.10表示了由振鏡的轉動引起打標範圍內，邊緣部份與中心路徑長度不同，由此產生了枕形失真，振鏡轉動角度越大，失真也越大。 圖2.11表示出由於平場鏡引起的桶形失真。綜合上述兩種失真，振鏡掃描系統引起的是枕桶形綜合失真，如圖2.12所示。 圖2.13表示了以5mm為間隔作出的方格圖形，將實測結果用牛頓插值法修正打標圖形與設計圖形之間的誤差。通過軟體把補償量增加進去，使雷射光斑落到圖形實際要求的位置。在德國Scanlab公司生產的RTC3介面卡和其提供的矯正文件中提供了這項功能，保證了打標光斑落到正確位置，圖2.14是用RTC3介面卡打出的光斑示意圖，可以看出無論是枕形失真，還是桶形失真，均得到了精確的修正。 2.1.3　振鏡式雷射打標開關雷射訊號的調整 一、振鏡式打標運行過程中的開光與跳轉 從圖形末端開始計算機將發出跳轉命令，使振鏡快速移動到下一個圖形的始端，在跳轉命令執行階段，一般雷射器不出光，振鏡快速運動，使雷射光斑跳到下一個需要打標圖形的始端，跳轉速度加快是為了減少整個加工過程所需的時間。跳轉速度也是可以設置的，當跳轉速度足夠快時，雷射器也可以在這一階段保持出光狀態，由於掃描速度極快，所以在跳轉期間在工件上不會打出痕跡。 實際掃描過程是以微步形式運動的，沿X、Y方向跳轉命令與打標命令均分為多個微步，一般每微步的時段是10?s，當打標速度很慢，向量又很長時，每微步的時間間隔會自動變為20?s，微步改變的數目限制是216，超過這個數目時，微步的間隔時間變大。圖2.15表示向量的X座標分量被分為微步的情況，X0是掃描起始點的X座標值，X1是掃描結束時X座標值，Δt是步長時間間隔。 二、振鏡式打標開關雷射訊號設置調整方法 當振鏡由靜止狀態開始運動時，由於慣性的作用，振動角速度達不到預定值，此時雷射打開，則在圖形始端會出現火柴頭現象。如圖2.16所示。 如果開雷射時刻比振鏡掃描動作訊號延遲過多，則會出現圖形始端有部份被吃掉的現象，如圖2.17所示。 由於振鏡有一定的慣性，加速階段需要一定的時間，在每一次振鏡設定值與實際值之間會產生偏差，掃描頭尚未到達所需的位置，所以此時雷射器不要立即關閉，而要加一定的延遲。圖2.18表示的就是沒有增加延遲的情況，RTC三個字母每次掃描末尾都缺少一小段。 振鏡已經停止運動，或者是已經處於慢速運動，而雷射器仍處於出光狀態，才造成了火柴頭現象，圖2.19是雷射打印的RTC