振镜式在线激光打标扫描方案的设计

2008/6/23/09:03 来源：激光网

    振镜式在线激光打标扫描方案的设计 
 
    摘要：本文论述了振镜式激光打标扫描方案的设计和实现过程，通过对振镜扫描速度的补偿解决了由于生产线的运动而造成的打标字符倾斜问题，并且有效提高了打标的速度，实现了在不同速度生产线对不同材质进行打标。  

    1 引言 
  
　　激光打标生产工艺是广泛应用的新技术，它是利用适当能量密度的、会聚在工件表面的激光光束对目标表面扫描，使材料发生物理或化学变化，在表面上形成痕迹，从而形成标记的过程。它具有应用范围广、打标速度快、性能稳定、质量高、运行成本低、环境污染小、易于用计算机控制等优点，已经成为激光重要的应用领域之一。 

　　在各种打标方式中，振镜式打标因其应用范围广，可进行矢量打标，也可以标记点阵字符，且标记范围可调，标记速度也较快，因而成为目前的主流打标方式，并被认为代表了未来激光打标的发展方向。  

    振镜式在线激光打标的原理如下： 

    激光器输出的激光依次经过X轴扫描振镜、Y轴扫描振镜、平场聚焦镜会聚到生产线的工件表面上，通过控制X轴、Y轴扫描振镜的转动可以控制激光光束在材料表面的X轴方向（平行于生产线方向）和Y轴方向（垂直于生产线方向）上任意移动，从而打出相应的标记。  

    2 扫描方案的实现  

　　由于在线打标的标记工作面是随生产线运动的，所以在打标过程中垂直于生产线方向（Y轴方向）的标记线会因为生产线的运动发生一定角度的倾斜，生产线速度越快倾斜角度越大，所以要在生产线上的工件表面打出精美的标记，关键在于如何实现对生产线的速度进行补偿，确保打标机的精确定位。
  
    2.1扫描方案分析  

　　生产线的运动方向与打标振镜X轴的偏转方向相同，那么在进行打标操作时，首先给X轴振镜预置一个与生产线相同的速度分量，就可以实现对其速度的补偿，这样就可以像静态打标一样进行标记了。然而在实际操作中，上述补偿校正方案操作起来非常困难，因为扫描振镜的内部是用一个精密步进电机控制的，并且步进电机的转动角速度是固定的。我们对扫描振镜只能控制其偏转角度的大小，而不能控制其偏转线速度，而对固定角速度的扫描振镜来讲，它在平行于生产线的X轴方向上的线速度是不稳定的，要想实现对其偏转线速度的控制，保证扫描振镜速度与生产线同步，只能将扫描振镜的整个偏转过程分解为多步完成，通过调节步与步之间的延迟时间调节其偏转线速度，从而使其偏转线速度与生产线速度同步。这种补偿方案软件开发非常困难。 

    由于难以实现对生产线的速度进行直接补偿。又因为激光打标首先把要利用控制软件把需要标记的信息转化为点阵信息，然后在相应位置进行打点操作，我们考虑不直接对生产线的速度进行补偿，而是对所要标记的点进行位置补偿。具体分析如下：
  
    设生产线速度为V1振镜扫描速度为V2，点阵字符每列中相邻点间距为S1 ， 则Y轴振镜由前一点扫描到下一点的时间为：  

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