一．概述

    激光打標(biāo)是在激光焊接、激光熱處理、激光切割、激光打孔等應(yīng)用技術(shù)之后發(fā)展起來的一門新型加工技術(shù)，是一種非接觸、無污染、無磨損的新標(biāo)記工藝。近年來，隨著激光器的可靠性和實用性的提高，加上計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展和光學(xué)器件的改進(jìn)，促進(jìn)了激光打標(biāo)技術(shù)的發(fā)展。

    激光打標(biāo)是利用高能量密度的激光束對目標(biāo)作用使目標(biāo)表面發(fā)生物理或化學(xué)的變化 從而獲得可見圖案的標(biāo)記方式。高能量的激光束聚焦在材料表面上，使材料迅速汽化，形成凹坑。隨著激光束在材料表面有規(guī)律地移動同時控制激光的開斷，激光束也就在材料表面加工成了一個指定的圖案。激光打標(biāo)與傳統(tǒng)的標(biāo)記工藝相比有明顯的優(yōu)點(diǎn)：

    (1) 標(biāo)記速度快，字跡清晰、永久。

    (2) 非接觸式加工，污染小，無磨損。

    (3) 操作方便，防偽功能強(qiáng)。

    (4) 可以做到高速自動化運(yùn)行，生產(chǎn)成本低

    二．國內(nèi)激光打標(biāo)的發(fā)展歷程

    激光打標(biāo)設(shè)備的核心是激光打標(biāo)控制系統(tǒng)，因此，激光打標(biāo)的發(fā)展歷程就是打標(biāo)控制系統(tǒng)的發(fā)展過程。從1995年到2003年短短的8年時間，控制系統(tǒng)在激光打標(biāo)領(lǐng)域就經(jīng)歷了大幅面時代、轉(zhuǎn)鏡時代和振鏡時代，控制方式也完成了從軟件直接控制到上下位機(jī)控制到實時處理、分時復(fù)用的一系列演變，如今，半導(dǎo)體激光器、光纖激光器、乃至紫外激光的出現(xiàn)和發(fā)展又對光學(xué)過程控制提出了新的挑戰(zhàn)。

    1． 大幅面時代

    所謂大幅面，剛開始是將繪圖儀的控制部分直接用于激光設(shè)備上，將繪圖筆取下，在（0，0）點(diǎn)X軸基點(diǎn)、Y軸基點(diǎn)和原繪圖筆的位置上分別安裝45°折返鏡，在原繪圖筆位置下端安裝小型聚焦鏡，用以導(dǎo)通光路及使光束聚焦。直接用繪圖軟件輸出打印命令即可驅(qū)動光路的運(yùn)行，這種方式最明顯的優(yōu)勢是幅面大，而且基本上能滿足精度比較低的標(biāo)刻要求，不需要專用的標(biāo)刻軟件；但是，這種方式存在著打標(biāo)速度慢、控制精度低、筆臂機(jī)械磨損大、可靠性差、體積大等缺點(diǎn)。因此，在經(jīng)歷最初的嘗試后，繪圖儀式的大幅面激光打標(biāo)系統(tǒng)逐步退出打標(biāo)市場的，現(xiàn)在所應(yīng)用的同類型的大幅面設(shè)備基本上都是模仿以前這種控制過程，用伺服電機(jī)驅(qū)動的高速大幅面系統(tǒng)，而隨著三維動態(tài)聚焦振鏡式掃描系統(tǒng)的逐步完善，大幅面系統(tǒng)將逐步從激光標(biāo)刻領(lǐng)域銷聲匿跡。

    2． 轉(zhuǎn)鏡時代

    由于看到大幅面系統(tǒng)的一系列缺點(diǎn)，在高速振鏡技術(shù)還沒有在中國廣泛普及的情況下，一些控制工程師自行開發(fā)了由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的轉(zhuǎn)鏡式掃描系統(tǒng)，其工作原理是將從諧振腔中導(dǎo)出的激光通過擴(kuò)束，經(jīng)過成90°安裝的兩個步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的金鏡的反射，由F-theta場鏡聚焦后輸出作用于處理對象上，金鏡的轉(zhuǎn)動使工作平面上的激光作用點(diǎn)分別在X、Y軸上移動，兩個鏡面協(xié)同動作使激光可以在工作平面上完成直線和各種曲線的移動。這種控制過程無論從速度還是定位精度來說都遠(yuǎn)超過大幅面，因此在很大程度上能滿足工具行業(yè)對激光控制的要求，雖然同當(dāng)時國際上流行的振鏡式掃描系統(tǒng)還有比較明顯的差距，但嚴(yán)格來說這種設(shè)計思路的出現(xiàn)和逐步完善代表著中國激光應(yīng)用的一個里程碑，是中國完全能自行設(shè)計和生產(chǎn)激光應(yīng)用設(shè)備的典型標(biāo)志。直到振鏡在中國大規(guī)模應(yīng)用的興起，這種控制方式才逐步退出中國激光應(yīng)用的舞臺。

    3． 振鏡時代

    1998年，振鏡式掃描系統(tǒng)在中國的大規(guī)模應(yīng)用開始到來。所謂振鏡，又可以稱之為電流表計，它的設(shè)計思路完全沿襲電流表的設(shè)計方法，鏡片取代了表針，而探頭的信號由計算機(jī)控制的-5V—5V的直流信號取代，以完成預(yù)定的動作。同轉(zhuǎn)鏡式掃描系統(tǒng)相同，這種典型的控制系統(tǒng)采用了一對折返鏡，不同的是，驅(qū)動這套鏡片的步進(jìn)電機(jī)被伺服電機(jī)所取代，在這套控制系統(tǒng)中，位置傳感器的使用和負(fù)反饋回路的設(shè)計思路進(jìn)一步保證了系統(tǒng)的精度，整個系統(tǒng)的掃描速度和重復(fù)定位精度達(dá)到一個新的水平。

    三．國內(nèi)激光打標(biāo)的技術(shù)現(xiàn)狀

    目前國內(nèi)的激光打標(biāo)按其工作方式可分為掩模式打標(biāo)、陣列式打標(biāo)和掃描式打標(biāo)。

    1． 掩模式打標(biāo)

    掩模式打標(biāo)又叫投影式打標(biāo)。掩模式打標(biāo)系統(tǒng)由激光器、掩模板和成像透鏡組成，其工作原理(如圖1所示)是在一塊模板上，將待打標(biāo)的數(shù)字、字符、條碼、圖像等雕空，做成掩模，經(jīng)過望遠(yuǎn)鏡擴(kuò)束的激光，均勻的投射在事先做好的掩模板上，光從雕空部分透射。掩模板上的圖形通過透鏡成像到工件（焦面）上。通常每個脈沖即可形成一個標(biāo)記。受激光輻射的材料表面被迅速加熱汽化或產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，發(fā)生顏色變化形成可分辨的清晰標(biāo)記。掩模式打標(biāo)一般采用CO2激光器和YAG激