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高功率光纤激光打标系统的应用

光纤激光打标系统一经面世,便以其光束质量好,散热性好,可靠性高,免维护时间长,整机电光转换效率高,结构紧凑,体积小的优势成为高速,高精度激光标刻应用的唯一选择。

光纤激光打标系统由光纤激光器,振镜扫描系统和计算机控制系统三部分组成,是目前世界上最小的激光标刻系统。由于光纤激光器是完全风冷式,不需要冷却水,所以无需笨重的制冷机,冷却水配管和温控仪等配套设备,同时也无需纯水,离子交换脂等耗材,大大降低了整机的成本和用户使用费用。图1是日本某种集成好的脉冲光纤激光标刻机的样机,与庞大的传统水冷式激光标刻系统相比,它结构小巧灵活,便于推广使用。

光纤激光器是光纤激光标刻系统的核心。其基本结构如图2所示。它采用激光二极管作为泵浦源,以掺稀土元素（Nd,Yb或者Er）光纤作为激光介质,以反射镜,光纤光栅或者光纤环作为谐振腔,可脉冲和连续运转。新型高功率光纤激光器具有单模输出,散热特性好,效率高,结构紧凑等特点,特别适合高精度的激光标刻工业。光纤激光器应用于切线机激光标刻的优势：

1． 激光波长较短,仅为1.06um,聚焦后光斑尺寸可达到10um量级,峰值功率密度可达109W/cm2,打孔圆度好平整光滑；

2． 光束质量好,接近衍射极限。TEM00基横模输出,M2接近1,光束发散角为 0.24mrad；

3．脉冲重复频率高,输出功率稳定,单脉冲能量波动小于1％,从而可实现石材楼梯高速激光标刻,还可精确控制光斑的大小,深度,形状；

4．高效率,插头效率高达20％,电光转换效率可达70％；

5．环境适应能力强,可在高震动,高湿度的环境下连续正常工作。可靠性高,体积小,效率高,长时间免维修,节约使用成本。

激光标记扫描系统根据激光束的运动可分为定光式和动光式两大类。定光式激光束固定,用数控二维工作台拖动被打标工件运动,造价相对低廉,但是打标速度慢,精度低,不易实现生产；动光式则是工件固定,激光束运动,性能显著优于定光式。振镜式激光扫描打标系统则是动光式中的佼佼者。编码器振镜又叫电流计扫描器,是一种优良的矢量扫描器件,其基本原理是通电线圈在磁场中产生力矩,其转子上通过机械纽簧或电子的方法加有复位力矩,大小与转子偏离平衡位子的角度成正比。当线圈通以一定的电流而转子发生偏转到一定的角度时,电磁力矩与回复力矩大小相等,形成偏转,偏转角与电流成正比,与电流计类似。振镜扫描打标系统的结构如图3所示,由光纤激光器输出的激光束经反射振镜1反射到反射镜2上,再由反射振镜2反射到F～θ透镜上,最后由F～θ透镜聚焦到焦平面的打标区域。由于高精度伺服电机可控制反射振镜高速运转,打标平面上的最大直线几次重复实验后刻写速度可达3000mm/s。

计算机专用打标软件能够识别采集通过数码相机或扫描仪输入,inter上下载和电脑中制作的9、压 缩 空 间： 0⑶000mm任何复杂的平面图像图形文字以及二维码和条形码,制作多种标记,将其变换成数字信号,经编程优化对电场的均化效果计算转换成电流控制信号再输入驱动器,形成相应的控制信号并通过D/A卡控制高精度伺服电机运转,从而分别控制对x方向及y方向上反射振镜液压马达偏转角度,使激光束的方位和聚焦光斑按照设定的图案,文字轨迹运动,在工件表面刻蚀形成永久刻痕。刻划线宽仅为微米量级,象素可达3000dpi以上,且软件具有自动图象失真矫正功能,能够高清晰度,高保真的实现高精密图像的标刻。

来源: 中国激光