Три основные системы лазерной маркировки: подробное объяснение

Масковая система лазерной маркировки (Mask Mode)

Также — проекционная маркировка. Состоит из лазера, маски (шаблона) и образующей линзы. Принцип: расширенный телескопом луч равномерно проецируется на заранее изготовленную маску, свет проходит через выгравированные участки. Образ на маске проецируется на заготовку (фокальную плоскость) через линзу. Обычно каждый импульс формирует один знак. Поверхность, облученная лазером, быстро нагревается до испарения или химической реакции со сменой цвета — чёткий знак. Обычно используют CO₂ и YAG лазеры. Главное преимущество: один импульс даёт полный знак с несколькими символами — высокая скорость. Для крупносерийной продукции — маркировка прямо на линии. Недостатки: низкая гибкость маркировки, низкое энергоиспользование.

Матричная система лазерной маркировки (Array)

Использует несколько малых лазеров, излучающих импульсы одновременно. Проходя через зеркала и фокусирующую линзу, несколько импульсов аблатируют (плавят) поверхность, образуя мелкие ямки равного размера и глубины. Каждый символ/узор состоит из таких точек — обычно 5 точек по горизонтали и 7 по вертикали, образуя матрицу 5×7. Матричная маркировка использует низкоэнергетические РЧ-возбуждённые CO₂ лазеры, скорость до 6000 знаков/с — идеальный выбор для высокоскоростной онлайн-маркировки. Недостаток: только точечные символы, только 5×7.

Сканирующая система лазерной маркировки (Scanning)

Состоит из трёх частей: компьютер, лазер, XY-сканирующий механизм. Принцип: ввод информации для маркировки в компьютер. Компьютер управляет лазером и XY-сканером по заданной программе, специальная оптическая система трансформирует высокоэнергетическое лазерное пятно, сканируя и двигаясь по обрабатываемой поверхности — формируется знак.

Обычно XY-сканирующий механизм двух типов: механическое сканирование и гальванометрическое.

1. Механическое сканирование

Не использует изменение угла зеркала для перемещения луча, а механически перемещает XY-координаты зеркала, меняя позицию луча относительно заготовки. XY-механизм обычно модифицирован из плоттера. Процесс: луч проходит через зеркало и поворот оптического пути, затем попадает на заготовку через действие светового пера (фокусирующая линза). Перо плоттера несет только зеркало и движется вперёд-назад по X; световое перо с верхним зеркалом (фиксированы вместе) движется только по Y. Под управлением компьютера (обычно параллельный порт) движение пера по Y и пера-руки по X позволяет лучу достигать любой точки плоскости — маркировка любых графики и текста.

2. Гальванометрическое сканирование

Состоит из лазера, XY-дефлекционных зеркал, фокусирующей линзы, компьютера. Принцип: луч падает на два зеркала (гальванометра), угол отражения управляется компьютером. Два зеркала сканируют по X и Y, обеспечивая дефлекцию луча, чтобы фокус заданной плотности мощности двигался по материалу маркировки по заданным требованиям — постоянный знак на поверхности. Фокусное пятно может быть круглым или прямоугольным.

В гальванометрической системе можно использовать векторную графику и текст. Метод использует графическую обработку графического ПО в компьютере. Характеристики: высокая эффективность рисования, хорошая точность графики, нет искажений. Кардинально повышает качество и скорость лазерной маркировки. Одновременно гальванометр может использовать точечно-матричный метод. Этот метод очень подходит для онлайн-маркировки. В зависимости от скорости линии — один или два сканирующих гальванометра. По сравнению с матричным — можно маркировать больше точечно-матричной информации, преимущество для китайских иероглифов.

Гальванометрические сканирующие лазерные маркеры обычно используют непрерывно оптически качаемый Nd:YAG лазер с длиной волны 1,06 мкм. Выходная мощность 10–120 Вт. Выход может быть непрерывным или Q-switched. Развитые РЧ-возбуждённые CO₂ лазеры тоже применяются в гальванометрических маркерах.

Гальванометрическое сканирование — векторная и точечно-матричная маркировка, широкий диапазон, регулируемое поле, быстрый отклик, высокая скорость (сотни знаков/с), высокое качество, хорошая герметичность оптического пути, сильная адаптивность к среде — стали мейнстримом, считаются направлением будущего лазерных маркеров, широкие перспективы.

Лазеры для маркировки — преимущественно Nd:YAG и CO₂. Nd:YAG хорошо поглощается металлами и большинством пластиков, короткая длина волны (1,06 мкм) и малое пятно — идеально для высокочёткой маркировки на металлах и др. CO₂ — длина волны 10,6 мкм. Дерево, стекло, полимеры, прозрачные материалы — хорошее поглощение, особенно для неметаллов.

Недостаток Nd:YAG и CO₂ — серьезные термические повреждения и термическая диффузия материала, горячий край часто размывает знак. В отличие, при маркировке УФ излучением эксимерного лазера материал не нагревается, только поверхностный слой испаряется, фотокинетический эффект на поверхностной ткани, знак на поверхности. Край знака очень чёткий. Благодаря большому поглощению УФ материалом, воздействие лазера только на внешнем слое, практически нет ожоговых повреждений — эксимерный лазер более подходит для маркировки материалов.