動(dòng)態(tài)聚焦振鏡系統(tǒng)的應(yīng)用
在掃描激光打標(biāo)設(shè)備的世界里，振鏡馬達(dá)使得高度聚焦的激光束投向一個(gè)x/y平面。這些鏡子以難以置信的速度移動(dòng)，從而在生產(chǎn)線的部件上標(biāo)刻出文字、條形碼、二維碼，以及其他各種圖案。使用激光進(jìn)行標(biāo)刻的優(yōu)點(diǎn)廣為人知，高速、高質(zhì)量和永久標(biāo)刻取代了速度更慢且可靠性更差的技術(shù)，如撞針或噴墨方式。只要目標(biāo)對(duì)象為二維且在激光的焦距范圍內(nèi)，那么激光打標(biāo)機(jī)能帶來(lái)經(jīng)久耐用的標(biāo)刻效果。但是如果一旦需要使用激光在非平面上標(biāo)刻呢？或者如果需要連續(xù)在所處高度不同的兩個(gè)平面上完成標(biāo)刻呢？
對(duì)于后一種情況來(lái)說(shuō)，當(dāng)在產(chǎn)品更換期間高度發(fā)生變化的情況下，傳統(tǒng)的解決方案是把激光頭安裝于可移動(dòng)的接頭上。當(dāng)產(chǎn)品即將發(fā)生更換時(shí)，操作員將使用工具調(diào)整接頭至一個(gè)預(yù)定的高度水平。從某種程度來(lái)說(shuō)，這是勞動(dòng)密集型的步驟，因此可能出現(xiàn)不可靠的情況，因?yàn)榻Y(jié)果依賴(lài)于操作人員的經(jīng)驗(yàn)或技巧。
三軸控制
該技術(shù)采用了目前x/y振鏡的配置，并將其應(yīng)用于z軸，而通常被固定在激光光路輸出端的激光擴(kuò)束鏡，被安裝在一個(gè)滑動(dòng)的電子振鏡上，從而能使鏡片更遠(yuǎn)或更近地相對(duì)激光輸出端運(yùn)動(dòng)。隨著擴(kuò)束鏡向激光輸出端移動(dòng)，激光束焦點(diǎn)也隨之移動(dòng)。實(shí)際上，這創(chuàng)造出z軸的場(chǎng)域，在其中激光能自由標(biāo)刻任何表面，前提是該表面應(yīng)位于原始聚焦位置的±21mm范圍內(nèi)。這一增加的柔性使得這些單元能夠標(biāo)刻許多之前無(wú)法對(duì)付的表面類(lèi)型，例如圓柱體、球面、斜面和多層零件，并在精度和速度上無(wú)任何降低。
圖1.該技術(shù)采用了現(xiàn)有的x/y軸振鏡的設(shè)置，并將其應(yīng)用于z軸
三軸控制技術(shù)提供一種適合該特殊應(yīng)用需求的方案。打標(biāo)機(jī)能在高達(dá)12000 mm/s的速度下調(diào)節(jié)其焦點(diǎn)，雙層界面都能在生產(chǎn)線速度下獲得無(wú)變形的標(biāo)刻效果。
曲面上打標(biāo)
對(duì)一家大型汽車(chē)零部件制造商來(lái)說(shuō)，面臨著同樣的問(wèn)題。我們中的許多人對(duì)平時(shí)每天在自己車(chē)上用到的按鈕不以為然，加熱、除霜、 A/C、調(diào)節(jié)音量和電臺(tái)。這些按鈕以前一直以噴墨方式標(biāo)刻，使用不久后，常用的按鈕便會(huì)出現(xiàn)磨損的跡象。該汽車(chē)零部件供應(yīng)商希望獲得一種新的、更耐久的方法用于把各種不同的設(shè)計(jì)標(biāo)刻于按鈕上，而激光很自然地成為一種選擇。
采用激光的想法對(duì)于平面按鈕來(lái)說(shuō)有效，但控制面板上的許多按鈕帶有微小弧度。為了完全實(shí)現(xiàn)激光的方案，該公司必須找到一種方法去除平面和多個(gè)曲面頂層的涂層，尤其是曲面正越來(lái)越多出現(xiàn)在工學(xué)設(shè)計(jì)的乘客艙中。初期的方案包括一個(gè)復(fù)雜的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)臺(tái)，以精確控制按鈕支架的高度，使其在激光下方運(yùn)動(dòng)。然而，這一技術(shù)被證明為不可靠且昂貴。質(zhì)量對(duì)于消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的；沒(méi)有人希望在空調(diào)控制按鈕上標(biāo)刻的小人本應(yīng)為圓形的腦袋變成矩形。
Marking Builder三維軟件提供了在曲面按鈕上實(shí)現(xiàn)接近無(wú)縫標(biāo)刻的一種簡(jiǎn)單且精密的方法。為了完成打標(biāo)，激光機(jī)操作員只需完成三個(gè)簡(jiǎn)單的步驟：
1.在二維布局中將dxf圖形格式的文件排列開(kāi)來(lái)。
2.選擇“圓柱”并輸入按鈕的直徑參數(shù)。實(shí)時(shí)的軟件三維顯示使用戶能驗(yàn)證所有標(biāo)記的位置。
3.上傳設(shè)置數(shù)據(jù)給激光頭。
隨著三個(gè)步驟的完成，動(dòng)態(tài)聚焦系統(tǒng)已經(jīng)準(zhǔn)備好打標(biāo)了。圖3顯示出激光標(biāo)刻的結(jié)果；一致的標(biāo)刻質(zhì)量等同已經(jīng)超越了噴墨標(biāo)記。
圖2.采用激光打標(biāo)獲得的一致的標(biāo)刻質(zhì)量，等同甚至超越了噴墨標(biāo)記。
寬區(qū)域打標(biāo)
移動(dòng)擴(kuò)束鏡所帶來(lái)的另一項(xiàng)微小的優(yōu)勢(shì)可能是其免除了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的F-Theta鏡。對(duì)于F-Theta鏡的技術(shù)定義是， “一種能壓縮被多棱鏡偏光處理過(guò)并投射于平坦表面的激光束的修正鏡頭?！蓖ㄋ椎卣f(shuō)就是，F-Theta鏡意味著在整個(gè)標(biāo)刻區(qū)域保持一定的掃描速度并減少因凸透鏡引起的焦點(diǎn)錯(cuò)誤。
通過(guò)采用三軸控制技術(shù)，F-Theta鏡就變得多余了。Z軸振鏡的速度能基于光束在視野中不同的位置而變化。通過(guò)移向或離開(kāi)激光管，光束被推上推下，從而保持焦點(diǎn)始終在標(biāo)刻區(qū)域的同一平面上，保持焦平面的穩(wěn)定具有一系列優(yōu)點(diǎn)。
其他應(yīng)用
以上所描述的三軸控制技術(shù)可能應(yīng)用于其他工業(yè)材料加工中，例如，裁剪注塑件的澆口，修剪橡膠包裹的粗線纜，以及精確在織物或薄塑料片上切割出大范圍的圖案。
三軸控制技術(shù)現(xiàn)在仍然是市場(chǎng)上的新產(chǎn)品，并剛剛開(kāi)始激發(fā)人們富有想象力地找出能解決制造業(yè)問(wèn)題的方案。生產(chǎn)能力的增加、精密標(biāo)刻大范圍區(qū)域、以及在不平坦表面標(biāo)刻的能力，只是三軸激光在提升效率、降低成本上的幾種體現(xiàn)，其潛在的應(yīng)用機(jī)會(huì)實(shí)際是巨大的。
