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雕刻式激光打标的范围和质量
作者:中国机电工程网    发布于:2018-08-24 16:45:17    文字:【】【】【
雕刻式打标范围由扫描振镜的偏转角度和平场透镜的焦距决定。如果要扩大打标面积,可辅以较大行程的x-y工作台实现。

  减小激光器的发散角和减小平场镜的焦距,都可以使打标线宽变小。当使用焦距为70mm的聚焦透镜,并通过精心设计激光器,可使打标线宽达到50μm或更小。

  雕刻方式打标的深度由去除材料的量决定。一般雕刻方式的打标深度要比掩模方式打标深得多。如果要想进一步加深打标深度,除了可以采用增大激光束的功率密度的方法外,还可以采用使用辅助气体的方法,例如采用吹氧气的方法即可加深打标深度。

  雕刻打标方式中常用的激光器为连续泵浦、声光调Q的Nd:YAG激光器,并输出波长为1.06μm。泵浦灯为连续氪灯,聚光腔常采用慢反腔、金属腔或者陶瓷腔。聚光腔可以采用单灯器件,也可以采用双灯器件。单灯器件的效率比双灯器件高,但泵浦灯的寿命比双灯器件短。调Q方式多采用声光调Q,此时输出激光的脉冲宽度及重复频率由声光调Q的特性决定,一般脉宽约为200ns,重复频率在1~30kHz之间。激光的重复频率越高,可获得的打标速度越快。根据打标材料的不同,所用激光器的输出功率也不一样,一般激光器的输出平均功率在10~10W之间,峰值功率几十千瓦。

  为了减小激光器的发散角,提高打标质量,激光谐振腔内常常加入小孔光阑进行选模。对于φ5mm的Nd:YAG晶体,小孔光阑直径可取φ2mm左右。通过精心设计激光谐振腔参数,可使激光器的发散角减小到2~3mrad。减小发散角也可通过采用非稳腔的谐振腔结构获得。激光器输出的光束一般要经过扩束,以进一步减小发散角和降低振镜上的功率密度。扩束镜的选取一般遵循两个原则:一是使扩束后的激光束在经过平场透镜聚焦后的标记线宽满足应用的要求;二是使激光束在扩束后到达扫描振镜时的光斑直径小于振镜的口径,以避免造成激光能量的损失。振镜的口径由振镜马达额定的负载惯量决定。目前大多数雕刻式激光打标机采用的扩束镜的倍数为2.5倍到6倍,经过扩束后激光束的发散角小于一个毫弧度。

  对于高质量的激光打标机,要求在改变激光器的输出功率时,激光束的光束质量基本保持不变,这样所获得的打标效果才不会发生变化。这时需要对激光器进行稳定性设计和机械稳定性设计。另外,为了提高激光器寿命和无故障工作时间,对激光器的冷却系统也需要进行精心设计。一般采用双循环水冷系统。聚光腔的冷却采用去离子水及微粒过滤器,然后用冷的自来水通过不锈钢板式换热器,冷却被加热的去离子水。

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