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 создавать чрезвычайно тонкие линии и сложные узоры с высокой точностью. Она обеспечивает точную маркировку на очень малых участках, не затрагивая окружающие материалы.
Долговечность: Текст и узоры, созданные лазерной маркировкой, не выцветают и не стираются со временем, обеспечивая четкость и точность меток в течение длительного периода. Маркировка устойчива к износу и коррозии.
Бесконтактная маркировка: Лазерная маркировка — это бесконтактный процесс, то есть она физически не касается поверхности материала, что позволяет избежать непреднамеренных царапин или повреждений.
Широкая область применения: Лазерные маркировочные станки могут маркировать практически любые материалы, включая металлы, пластмассы, керамику, стекло, дерево, кожу и многое другое. Для оптимальной маркировки различных материалов можно выбрать различные типы лазеров, такие как волоконные лазеры, CO2-лазеры и УФ-лазеры.
Высокая эффективность и экологичность: поскольку лазерная маркировка не требует использования химикатов или чернил, процесс очень чистый и экологичный. По сравнению с традиционными методами маркировки, лазерная маркировка быстрее и эффективнее, что делает ее подходящей 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 критически важным фактором, определяющим точность лазерной маркировки. Высококачественный лазерный луч имеет малый угол расходимости, что означает, что он меньше рассеивается при распространении и образует меньшее пятно. Такая концентрация энергии позволяет маркировочному станку создавать более тонкие и сложные символы и узоры.
Диаметр пятна: Диаметр пятна обозначает наименьшую точку, в которую может быть сфокусирован лазерный луч после прохождения через фокусирующую линзу. В практической маркировке меньший диаметр пятна означает более высокую концентрацию энергии лазера, что позволяет создавать более тонкие линии в символах или узорах, обеспечивая тем самым более мелкую и точную маркировку.
Мощность лазера: Мощность и частота импульсов лазера также влияют на точность маркировки. Избыточная мощность или несоответствие частоты 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, что не будет соответствовать требуемым параметрам.
Частота импульсов: Более высокая частота импульсов может привести к более гладким и качественным 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 низкая частота импульсов может обеспечить более глубокую маркировку, поскольку каждый импульс несет больше энергии. Однако, поскольку лазер взаимодействует с материалом дольше, 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 материалами с высокой теплопроводностью или чувствительностью. В процессе маркировки тепло может вызывать локальное плавление или размягчение, при этом тепло распространяется на окружающую область. Это распространение тепла может привести к тому, что ширина линии маркировки превысит теоретическое значение, создавая метку шире диаметра лазерного пятна.
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, уменьшая эффективную энергию на поверхности материала и влияя на точность маркировки. Например, медь обладает особенно высокой отражательной способностью, 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, целесообразно использовать УФ-лазерный маркировочный аппарат. 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, в УФ-лазерной маркировке используется технология «холодной маркировки», которая оказывает минимальное тепловое воздействие на материал, что приводит к более тонким и точным меткам.
Цвет материала : Как правило, более темные материалы более эффективно поглощают энергию лазера, особенно видимого и ближнего инфракрасного диапазона, и рассеивают меньше света, что приводит к более четким и точным меткам. И наоборот, более светлые материалы обладают более высокой отражательной способностью по отношению к энергии лазера. Например, лазерная маркировка кожи с помощью CO2: CO2-лазеры позволяют быстро создавать глубокие метки на темной коже, что делает их подходящими для крупномасштабного производства. Однако на светлой коже в процессе маркировки может образовываться дым, который прилипает к поверхности кожи. Хотя этот дым легко удаляется, он может незначительно повлиять на эффективность маркировки.
Толщина материала : Толщина материала существенно влияет на точность лазерной маркировки. Для более толстых материалов может потребоваться более высокая мощность лазера и несколько проходов для достижения желаемого эффекта, особенно при нанесении сложных узоров или тонких линий. С более тонкими материалами необходимо обращаться осторожно, чтобы избежать деформации или плавления из-за теплового воздействия лазера. Независимо от толщины материала, выбор подходящего маркировочного аппарата 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.