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振镜式激光打标机的研究

陈兴海

  激光打标机是集激光、光学、机械、电子和计算机等技术于一体的机电一体化设备。激光打标是利用高能量密度的激光束在物件表面制作永久性标记。激光打标已经在很多领域取代传统的打标方式而成为常规的加工方式,甚至形成新的工业标准。目前激光打标以在线打标市场前景最大,而在线打标对于标记速度要求较高,目前国内在线打标只能实现较低的打标速度,高速在线打标为国外产品所垄断,目前国外在线打标产品最高标记速度可达到2000字/秒,适用生产线速度可达到7m/s。本文设计的在线激光打标机能够实现高速在线达标可替代国外同类产品。本文对激光打标系统的设计进行了全面的讨论,着重介绍了激光打标系统的打标控制软件、激光器系统及光学系统的研究和设计方法。本文的创新之处为,采用点阵式标记方法实现了高速在线打标功能,并分别设计了精确定位方案、快速扫描方案和分步扫描方案三种不同的打标方案,可适用于不同的在线打标要求。主要内容如下:1、分析了国内外激光加工业特别是激光打标机及其市场现状、发展趋势和市场前景等。2、对于打标机系统设计,分别设计了Nd:YAG激光打标机和射频CO_2激光打标机两种打标机系统的设计。(1)分析了在线激光打标机对于激光器选择的标准。分析了声光调Q Nd:YAG激光器调Q原理、腔型设计及其用于激光打标的调Q频率的确定。介绍了光路传输系统的设计方案及其工作原理,讨论了光束的扩束、准直及聚焦的实现方法和其对打标效果的影响。分析了采用扫描振镜实现激光打标的光束二维偏转原理。介绍了用计算机控制激光器、扫描振镜及检测系统实现激光打标的方法;对冷却系统及供电系统进行了相应的设计,以保证激光打标机稳定正常工作。(2)分析了采用射频CO_2激光器作为打标机光源的依据。介绍了射频CO_2激光器的优越性能,及射频CO_2激光打标机各部分的设计。曲阜师范大学硕士论文振镜或激光打标机的设计针对两种打标机系统的产品化作了相应的设计。3、针对点阵字符打标,开发从点阵字库提取点阵信息的软件系统。该软件能够在计算机点阵字库中直接提取不同结构的字符点阵信息,提高了软件系统的灵活性和易用性。4、为了实现在线激光打标功能,分别提出了精确定位方案、快速扫描方案和分步扫描方案三种不同的打标方案,三种打标方案均采用点阵字符打标,分别可适用于不同的在线打标要求。精确定位方案为普遍采用的标方法,其标记精度高,但速度较低。快速扫描方案标记速度较快,但对于激光器要求较高,且对于一些工件不能很好标记。分析两种方案特点,提出了分步扫描方案。分步扫描方案能够有效的解决标记速度和标记精度问题,能够适应大多数的打标要求。5、分析了矢量打标和填克式打标的工作原理,实现了两种标i己方式的静态标记功能。讨论了目前两种打标方式用于在线打标存在的困难和问题。……   
[关键词]:激光打标机;在线打标;射频CO_2激光器;声光调Q Nd;激光器;点阵打标
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:曲阜师范大学2003年