激光标记技术的原理及应用
激光是一种与普通光源截然不同的相干光源，由于具有高方向性、高单色性和高能量的特点，自20世纪60年代初出现以来，就备受关注。激光在印刷业主要应用在计算机直接制版系统、激光照排机、激光打印机、全息图像印刷、电子出版、激光标记印刷等方面。其中，激光标记印刷已占到激光加工业的45.3%，且应用领域仍在发展和扩大。
激光标记印刷也称激光打标、激光印标，近年来在印刷领域，如包装印刷、票据印刷、防伪标识印刷中的应用越来越多，有些已用于联机生产。本文将系统介绍激光标记印刷技术及相关设备。
激光标记印刷原理
激光标记印刷是通过激光打标机实现图文印刷的，其基本原理是，由激光发生器生成高能量的连续激光光束，当激光作用于承印材料时，处于基态的原子跃迁到较高能量状态；处于较高能量状态的原子是不稳定的，会很快回到基态，当原子返回基态时，会以光子或量子的形式释放出额外的能量，并由光能转换为热能，使表面材料瞬间熔融，甚至气化，从而形成图文标记。
1．激光发生器
下文将以氪灯激光打标系统为例，说明激光发生器的原理。氪灯通电后，以20kV的高压击穿氪灯中的氪气后，电源自动转换输出电压为100V(5A)，维持氪灯连续的弧光放电。在激光发生器中，氪灯位于椭圆形聚光腔的1个焦点上，氪灯产生的弧光经聚光腔反射后，再全部聚焦在另一个焦点--晶体钇铝石榴石 (YAG)上，YAG吸收泵浦光后，形成波长为1060nm的连续激光，连续激光在谐振腔中垂直于光轴的前镜和后镜间往返振荡，并从前镜输出。
2．打标原理
射频驱动器(RFDriver)控制Q-开关的开关状态，连续激光在Q-开关的作用下，变成峰值功率达110kW的脉冲光波，经过光孔的脉冲光达到阈值后，由谐振腔输出到达扩束镜，光束经扩束镜放大后传输到扫描镜，由伺服电机带动X轴、Y轴方向的扫描镜片旋转进行光扫描，最后经平面聚焦场将激光的功率进一步放大后，聚焦在工作平面上进行打标。整个过程由计算机按程序控制。
3．激光打标的特点
激光打标机因其特殊的工作原理，与传统标记方式(移印、喷码、电腐蚀等)相比，具有许多优越性；
1)非接触加工
可在任何规则或不规则表面打印标记，且打标后工件不会产生内应力；
2)材料适用面广
可在金属、塑料、陶瓷、玻璃、纸张、皮革等不同种类或不同硬度的材料上打印；
3)可与生产线上的其他设备集成，提高生产线的自动化程度；
4)标记清晰、持久、美观，并可有效防伪；
5)使用寿命长、无污染；
6)运行成本低
打标速度快且标记一次成型，能耗小，因而运行成本低。
虽然激光打标机的设备投资比传统标记设备大，但从运行成本而言，使用激光打标机要低得多。
①塑封三极管打标：打标机工作速度为10个/秒，若设备折旧以5年计算，打标费用为0.00048元/ 个。如果使用移印机，其综合运行成本约为0.002元/个，甚至更高。
②轴承表面打标：若轴承三等分打字，总共18个4号字，采用振镜式打标机，以氪灯灯管的使用寿命为700小时计算，则每个轴承的打标综合成本为 0.00915元。电腐蚀刻字的成本约为0.015元/个。以年产量400万套轴承计算，仅打标一项，1年最少可以降低成本约6.5万元。
7)加工效率高
计算机控制下的激光光束可以高速移动(速度达5～7米/秒)，计算机键盘的印字可在12秒内完成。激光打标系统均配有计算机控制系统，可以与高速流水线灵活配合
打标机既能用于非金属材料打标，也能用于金属材料打标。
②所用耗材不同。二氧化碳激光打标机的主要耗材是混合气体和激光管，另外锗镜片也是易损件，价格比较昂贵；YAG固体激光打标机的主要耗材是泵浦灯(脉冲式激光器使用氙灯，连续式激光器使用氪灯)，价格低廉。
2．根据激光输出形式分类
激光打标机根据激光的输出形式不同，可分为固体掩模式，气体掩模式、机械扫描式、振镜扫描式等类型。
3．激光打标机的选型
激光打标机的选型主要是根据需要印标产品的材质、产量和标记面积决定，选型原则如下。
1)固体掩模式激光打标机
适用于非金属材料、标记面积在￠7mm的柱面内，大批量生产的产品，如电子元件等。
2)气体掩模式激光打标机
适用于非金属材料，标记面积在￠20mm的柱面内、大批量生产的产品，如电子元件、塑料瓶、烟 酒和食品包装容器等。
3)机械扫描式激光打标机
适用于单个标记面积在80mm ×100mm范围内，单班产量为数千件的产品。
4)振镜扫描式激光打标机
适用于单个标记面积在￠300mm的柱面内、单班产量为数万件的产品。
激光打标系统硬件与软件
1．激光打标系统硬件的组成
激光打标系统包括激光打标机、工作台和外部水冷系统三大部分。激光打标机由控制柜和激光打标头组成，并通过系统控制线相连；控制柜包括激光电源，RF射频驱动器，控制计算机、显示器 、主控制板和激光冷却系统。
2．激光打标系统软件
具有自主版权的激光打标系统软件要具有界面友好和强大的图形编辑功能，简单易学，操作方便 的特点，带有视屏监视及热屏显示功能，系统可扩展性能强；可进行图标、字库、位图的灵活转 换，支持条码(128码、39码)、二维码(PDF417码、ID MAIRIX码)、OCR-A软件、矢量图及位图输 入、支持Auto CAD-A等绘图格式；具备系统错误及故障报警显示。
激光是一种与普通光源截然不同的相干光源，由于具有高方向性、高单色性和高能量的特点，自20世纪60年代初出现以来，就备受关注。激光在印刷业主要应用在计算机直接制版系统、激光照排机、激光打印机、全息图像印刷、电子出版、激光标记印刷等方面。其中，激光标记印刷已占到激光加工业的45.3%，且应用领域仍在发展和扩大。
激光标记印刷也称激光打标、激光印标，近年来在印刷领域，如包装印刷、票据印刷、防伪标识印刷中的应用越来越多，有些已用于联机生产。本文将系统介绍激光标记印刷技术及相关设备。
激光标记印刷原理
激光标记印刷是通过激光打标机实现图文印刷的，其基本原理是，由激光发生器生成高能量的连续激光光束，当激光作用于承印材料时，处于基态的原子跃迁到较高能量状态；处于较高能量状态的原子是不稳定的，会很快回到基态，当原子返回基态时，会以光子或量子的形式释放出额外的能量，并由光能转换为热能，使表面材料瞬间熔融，甚至气化，从而形成图文标记。
1．激光发生器
下文将以氪灯激光打标系统为例，说明激光发生器的原理。氪灯通电后，以20kV的高压击穿氪灯中的氪气后，电源自动转换输出电压为100V(5A)，维持氪灯连续的弧光放电。在激光发生器中，氪灯位于椭圆形聚光腔的1个焦点上，氪灯产生的弧光经聚光腔反射后，再全部聚焦在另一个焦点--晶体钇铝石榴石 (YAG)上，YAG吸收泵浦光后，形成波长为1060nm的连续激光，连续激光在谐振腔中垂直于光轴的前镜和后镜间往返振荡，并从前镜输出。
2．打标原理
射频驱动器(RFDriver)控制Q-开关的开关状态，连续激光在Q-开关的作用下，变成峰值功率达110kW的脉冲光波，经过光孔的脉冲光达到阈值后，由谐振腔输出到达扩束镜，光束经扩束镜放大后传输到扫描镜，由伺服电机带动X轴、Y轴方向的扫描镜片旋转进行光扫描，最后经平面聚焦场将激光的功率进一步放大后，聚焦在工作平面上进行打标。整个过程由计算机按程序控制。
3．激光打标的特点
激光打标机因其特殊的工作原理，与传统标记方式(移印、喷码、电腐蚀等)相比，具有许多优越性；
1)非接触加工
可在任何规则或不规则表面打印标记，且打标后工件不会产生内应力；
2)材料适用面广
可在金属、塑料、陶瓷、玻璃、纸张、皮革等不同种类或不同硬度的材料上打印；
3)可与生产线上的其他设备集成，提高生产线的自动化程度；
4)标记清晰、持久、美观，并可有效防伪；
5)使用寿命长、无污染；
6)运行成本低
打标速度快且标记一次成型，能耗小，因而运行成本低。
虽然激光打标机的设备投资比传统标记设备大，但从运行成本而言，使用激光打标机要低得多。
①塑封三极管打标：打标机工作速度为10个/秒，若设备折旧以5年计算，打标费用为0.00048元/ 个。如果使用移印机，其综合运行成本约为0.002元/个，甚至更高。
②轴承表面打标：若轴承三等分打字，总共18个4号字，采用振镜式打标机，以氪灯灯管的使用寿命为700小时计算，则每个轴承的打标综合成本为 0.00915元。电腐蚀刻字的成本约为0.015元/个。以年产量400万套轴承计算，仅打标一项，1年最少可以降低成本约6.5万元。
7)加工效率高
计算机控制下的激光光束可以高速移动(速度达5～7米/秒)，计算机键盘的印字可在12秒内完成。激光打标系统均配有计算机控制系统，可以与高速流水线灵活配合
打标机既能用于非金属材料打标，也能用于金属材料打标。
②所用耗材不同。二氧化碳激光打标机的主要耗材是混合气体和激光管，另外锗镜片也是易损件，价格比较昂贵；YAG固体激光打标机的主要耗材是泵浦灯(脉冲式激光器使用氙灯，连续式激光器使用氪灯)，价格低廉。
2．根据激光输出形式分类
激光打标机根据激光的输出形式不同，可分为固体掩模式，气体掩模式、机械扫描式、振镜扫描式等类型。
3．激光打标机的选型
激光打标机的选型主要是根据需要印标产品的材质、产量和标记面积决定，选型原则如下。
1)固体掩模式激光打标机
适用于非金属材料、标记面积在￠7mm的柱面内，大批量生产的产品，如电子元件等。
2)气体掩模式激光打标机
适用于非金属材料，标记面积在￠20mm的柱面内、大批量生产的产品，如电子元件、塑料瓶、烟 酒和食品包装容器等。
3)机械扫描式激光打标机
适用于单个标记面积在80mm ×100mm范围内，单班产量为数千件的产品。
4)振镜扫描式激光打标机
适用于单个标记面积在￠300mm的柱面内、单班产量为数万件的产品。
激光打标系统硬件与软件
1．激光打标系统硬件的组成
激光打标系统包括激光打标机、工作台和外部水冷系统三大部分。激光打标机由控制柜和激光打标头组成，并通过系统控制线相连；控制柜包括激光电源，RF射频驱动器，控制计算机、显示器 、主控制板和激光冷却系统。
2．激光打标系统软件
具有自主版权的激光打标系统软件要具有界面友好和强大的图形编辑功能，简单易学，操作方便 的特点，带有视屏监视及热屏显示功能，系统可扩展性能强；可进行图标、字库、位图的灵活转 换，支持条码(128码、39码)、二维码(PDF417码、ID MAIRIX码)、OCR-A软件、矢量图及位图输 入、支持Auto CAD-A等绘图格式；具备系统错误及故障报警显示。