Машины для лазерной маркировки с их эффективными и бесконтактными методами обработки широко используются в различных отраслях. Будь то обеспечение прослеживаемости продукции, повышение ценности бренда или гарантия качества производства и мастерства, точность лазерной маркировки имеет решающее значение.
1.Что такое лазерная маркировка?
Лазерная маркировка — это технология, которая использует лазерные лучи высокой энергии для маркировки поверхности материалов. Принцип лазерной маркировки заключается в фокусировке лазерного луча для создания высоких температур на поверхности материала, вызывающих физические или химические изменения, которые приводят к постоянным маркировкам. Лазерная маркировка может гравировать текст, цифры, узоры, QR-коды, штрих-коды и многое другое, что делает ее применимой в широком спектре отраслей.
Характеристики и преимущества лазерной маркировки:
Высокая точность: Лазерная маркировка позволяет достигать чрезвычайно тонких линий и сложных узоров с высокой точностью. Она позволяет выполнять точную маркировку на очень маленьких участках, не затрагивая окружающие материалы.
Постоянство: Текст и узоры, созданные с помощью лазерной маркировки, не выцветают и не изнашиваются со временем, что гарантирует четкость и точность маркировки в течение длительного времени. Устойчивы к износу и коррозии.
Бесконтактная маркировка: Лазерная маркировка — бесконтактный процесс, то есть он не касается поверхности материала физически, что позволяет избежать непреднамеренных царапин или повреждений.
Широкая применимость: Лазерные маркировочные машины могут маркировать практически любой материал, включая металлы, пластик, керамику, стекло, дерево, кожу и т. д. Для оптимальной маркировки на различных материалах можно выбрать различные типы лазеров, такие как волоконные лазеры, лазеры CO2 и УФ-лазеры.
Высокая эффективность и экологичность: Поскольку лазерная маркировка не требует химикатов или чернил, процесс очень чистый и экологически чистый. По сравнению с традиционными методами маркировки лазерная маркировка быстрее и эффективнее, что делает ее пригодной для быстрой маркировки в массовом производстве.
2. Факторы, влияющие на лазерную маркировку точность
2.1 Система движения и программное обеспечение управления
Как правило, точность лазерной маркировки не зависит от источника света, но тесно связана с системой движения машины и управляющим программным обеспечением.
Давайте сначала разберемся, что собой представляют система движения и программное обеспечение управления.
Система движения лазерной маркировочной машины в основном состоит из гальвосканера и оптической системы регулировки, часто называемой гальвосистемой. Гальвосканер — это оптическое устройство, состоящее из одного или двух высокоскоростных колеблющихся зеркал и драйверов. Регулируя угол зеркал, гальвосканер направляет лазерный луч по заданному пути.
Управляющее программное обеспечение преобразует дизайн или текст, который необходимо маркировать, в исполняемые инструкции для гальванической системы. Программное обеспечение должно точно контролировать траекторию лазерного луча, скорость, мощность и последовательность маркировки.
Наиболее распространенные гальванические системы являются аналоговыми и имеют управление с открытым контуром. Аналоговые гальванические системы управляются аналоговыми сигналами, обычно сигналами напряжения. Гальванические зеркала регулируются на основе изменений напряжения, направляя направление лазерного луча. Управление с открытым контуром означает, что система не использует обратную связь для контроля или коррекции фактического положения гальванометра. Вот пример, иллюстрирующий это:
Если управляющее программное обеспечение дает команду двигателю двигаться со скоростью 1000 мм/с, двигатель начнет работать на основе этой команды. Однако в системе управления с открытым контуром контроллер не отслеживает фактическую скорость или положение двигателя. Поэтому системе неизвестно, действительно ли двигатель достигает скорости 1000 мм/с.
Высокоточные гальванические системы используют цифровые гальванические датчики с замкнутым контуром управления. Например, если управляющее программное обеспечение дает команду двигателю двигаться со скоростью 1000 мм/с, система определит, если скорость ниже 1000 мм/с, и автоматически выполнит компенсацию. В этом примере основное внимание уделяется скорости как параметру маркировки, но другие параметры, такие как задержка угла, время паузы и компенсация конечной точки, также корректируются. Система непрерывно отслеживает и корректирует в режиме реального времени, чтобы гарантировать, что фактические операции соответствуют предполагаемым инструкциям.
2.2 Параметры лазерной системы
Качество лазерного луча: Качество лазерного луча является критическим фактором, определяющим точность лазерной маркировки. Высококачественный лазерный луч имеет малый угол расхождения, что означает, что он меньше рассеивается по мере прохождения и образует пятно меньшего размера. Такая концентрация энергии позволяет маркировочной машине достигать более тонких, более сложных символов и узоров.
Диаметр пятна: Диаметр пятна относится к наименьшей точке, в которой может быть сфокусирован лазерный луч после прохождения через фокусирующую линзу. В реальной маркировке меньший диаметр пятна означает, что энергия лазера более сконцентрирована, что позволяет использовать более тонкие линии в символах или узорах, тем самым позволяя делать более мелкую и точную маркировку.
Мощность лазера: Мощность и частота импульсов лазера также влияют на точность маркировки. Избыточная мощность или несоответствующая частота могут привести к переплавлению или обугливанию материала, что повлияет на четкость линий маркировки и точность краев. И наоборот, слишком низкая мощность может привести к недостаточной глубине маркировки, не отвечая желаемым требованиям маркировки.
Частота пульса: Более высокая частота импульсов может привести к более гладким и более точным результатам маркировки. Однако, поскольку высокочастотные импульсы излучают лазерную энергию с более короткими интервалами, энергия на импульс ниже, что может повлиять на глубину и точность обработки материала. Более низкие частоты импульсов могут обеспечить глубину маркировки, поскольку каждый импульс несет больше энергии. Однако, поскольку лазер взаимодействует с материалом в течение более длительного времени, поглощается больше тепла, что потенциально увеличивает зону термического воздействия и вызывает расширение или плавление окружающего материала, тем самым влияя на точность маркировки.
2.3 Характеристики материала
Различные свойства материалов также влияют на точность процесса лазерной маркировки.
Теплопроводность и чувствительность: Точность маркировки тесно связана с материалом, особенно с материалом с высокой теплопроводностью или чувствительностью. В процессе маркировки тепло может вызвать локальное плавление или размягчение, при этом тепло распространяется в окружающую область. Это распространение тепла может привести к ширине линии маркировки, которая превышает теоретическое значение, создавая отметку шире диаметра пятна лазера.
Например, при использовании волоконно-лазерного маркировочного станка для маркировки алюминиевого сплава, металла с высокой теплопроводностью, если целевая ширина линии составляет 0.1 мм (теоретически диаметр пятна), металл в области маркировки расплавится, но окружающая область также может размягчиться или расплавиться из-за теплопроводности, в результате чего маркировка будет шире предполагаемых 0.1 мм, потенциально достигая 0.15 мм и более.
Материалы с высокой отражательной способностью: Некоторые материалы отражают значительное количество лазерной энергии, что снижает эффективную энергию на поверхности материала и влияет на точность маркировки. Например, медь имеет особенно высокую отражательную способность, особенно на длине волны, обычно используемой волоконными лазерами (1064 нм), где отражательная способность может превышать 80%. Поэтому при маркировке металлов с высокой отражательной способностью, таких как медь, рекомендуется использовать машину для маркировки УФ-лазером. УФ-лазеры с типичной длиной волны 355 нм попадают в ультрафиолетовый спектр и легче поглощаются материалами с высокой отражательной способностью, такими как медь. Кроме того, маркировка УФ-лазером использует технологию «холодной маркировки», которая оказывает минимальное тепловое воздействие на материал, что приводит к более тонким и точным маркировкам.
Цвет материала: Как правило, более темные материалы поглощают лазерную энергию более эффективно, особенно с видимыми и ближними инфракрасными лазерами, и рассеивают меньше света, что приводит к более четким и точным отметкам. И наоборот, более светлые материалы имеют более высокую отражательную способность для лазерной энергии. Например, маркировка CO2-лазером на коже: CO2-лазеры могут быстро наносить глубокую маркировку на темную кожу, что делает их пригодными для крупномасштабного производства. Однако на светлой коже процесс маркировки может производить дым, который прилипает к поверхности кожи. Хотя этот дым можно легко стереть, он может немного повлиять на эффективность маркировки.
Толщина материала: Толщина материала существенно влияет на точность лазерной маркировки. Более толстые материалы могут потребовать более высокой мощности лазера и нескольких проходов для достижения желаемого эффекта, особенно при маркировке сложных узоров или тонких линий. Более тонкие материалы требуют осторожного обращения, чтобы избежать деформации или плавления из-за теплового воздействия лазера. Независимо от толщины материала, выбор подходящей маркировочной машины и настройка параметров лазера имеют решающее значение для обеспечения четких и точных результатов маркировки.
Факторы, влияющие на точность лазерной маркировки, взаимосвязаны. Хотя система движения и программное обеспечение управления являются основными определяющими факторами, параметры лазерной системы, механическая стабильность и характеристики материала также существенно влияют на конечный результат маркировки.