在掃描激光打標(biāo)設(shè)備的世界里，振鏡馬達(dá)使得高度聚焦的激光束投向一個x/y平面。這些鏡子以難以置信的速度移動，從而在生產(chǎn)線的部件上標(biāo)刻出文字、條形碼、二維碼，以及其他各種圖案。使用激光進(jìn)行標(biāo)刻的優(yōu)點(diǎn)廣為人知。高速、高質(zhì)量和永久標(biāo)刻取代了速度更慢且可靠性更差的技術(shù)，如撞針或噴墨方式。只要目標(biāo)對象為二維且在激光的焦距范圍內(nèi)（一般在±2mm），那么激光打標(biāo)機(jī)能帶來經(jīng)久耐用、一勞永逸的標(biāo)刻效果。但是如果一旦需要使用激光在非平面上標(biāo)刻呢？或者如果需要連續(xù)在所處高度不同的兩個平面上完成標(biāo)刻呢？
對于后一種情況來說，當(dāng)在產(chǎn)品更換期間高度發(fā)生變化的情況下，傳統(tǒng)的解決方案是把激光頭安裝于可移動的接頭上。當(dāng)產(chǎn)品即將發(fā)生更換時，操作員將使用工具調(diào)整接頭至一個預(yù)定的高度水平。從某種程度來說，這是勞動密集型的步驟，因此可能出現(xiàn)不可靠的情況，因?yàn)榻Y(jié)果依賴于操作人員的經(jīng)驗(yàn)或技巧。
尤其是在一個打標(biāo)周期中需要完成多層零件的標(biāo)刻時，該方案變得相當(dāng)復(fù)雜。通常來說，一個機(jī)械線性滑塊被安裝于一個固定的裝置上。線性滑塊能通過運(yùn)行在工業(yè)PC上的外部軟件包控制，或者在使用較為高級的激光頭情況下，通過激光單元自身進(jìn)行控制。
盡管這兩種方案看似可行，但很容易發(fā)生問題。因?yàn)樯a(chǎn)線在高速調(diào)整重達(dá)15磅激光頭時必然會產(chǎn)生不精確的結(jié)果。除了精度的因素之外，日常維護(hù)，如更換軸承或齒輪，都將是耗費(fèi)時間且繁重的工作。所有這些問題加起來，會加大成本及集成上的復(fù)雜程度。直到2007年底，這種情況才得以改變。
三軸控制
該技術(shù)采用了目前x/y振鏡的配置，并將其應(yīng)用于z軸，而通常被固定在激光光路輸出端的激光擴(kuò)束鏡，被安裝在一個滑動的電子振鏡上，從而能使鏡片更遠(yuǎn)或更近地相對激光輸出端運(yùn)動。隨著擴(kuò)束鏡向激光輸出端移動，激光束焦點(diǎn)也隨之移動。實(shí)際上，這創(chuàng)造出z軸的場域，在其中激光能自由標(biāo)刻任何表面，前提是該表面應(yīng)位于原始聚焦位置的±21mm范圍內(nèi)。這一增加的柔性使得這些單元能夠標(biāo)刻許多之前無法對付的表面類型，例如圓柱體、球面、斜面和多層零件，并在精度和速度上無任何降低。
這種突破技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)很快為一家生產(chǎn)多層界面電子設(shè)備的制造商帶來好處。該公司的許多零件都要求對相距20~30mm的雙層界面進(jìn)行打標(biāo)。該公司之前的方案是采用兩只位于不同高度的墨水噴頭進(jìn)行標(biāo)刻。在收到來自客戶的抱怨——表示噴墨標(biāo)記很容易磨損之后，這家公司決定采用更牢靠的打標(biāo)手段。
起初使用標(biāo)準(zhǔn)二維激光打標(biāo)系統(tǒng)的測試生成了不令人滿意的結(jié)果。因?yàn)樵摦a(chǎn)品面向終端用戶推出，字體必須清晰可辨。另一出現(xiàn)的問題和速度有關(guān)。噴墨設(shè)備能在部件運(yùn)動中完成打標(biāo)，使得制造商能將生產(chǎn)能力保持在最優(yōu)水平。傳統(tǒng)的機(jī)械式Z-軸調(diào)節(jié)手段太慢，以至于無法配合生產(chǎn)線的速度，使用戶不得不停止生產(chǎn)線來完成激光打標(biāo)。結(jié)果降低了生產(chǎn)能力，難以證明其相對噴墨手段的優(yōu)越性。
三軸控制技術(shù)提供一種完美適合該特殊應(yīng)用需求的方案。因?yàn)樗尨驑?biāo)機(jī)能在高達(dá)12000 mm/s的速度下調(diào)節(jié)其焦點(diǎn)，雙層界面都能在生產(chǎn)線速度下獲得無變形的標(biāo)刻效果。
在按鈕的曲面上打標(biāo)
對一家大型汽車零部件制造商來說，面臨著同樣的問題。我們中的許多人對平時每天在自己車上用到的按鈕不以為然，加熱、除霜、 A/C、調(diào)節(jié)音量和電臺。這些按鈕以前一直以噴墨方式標(biāo)刻，使用不久后，最常用的按鈕便會出現(xiàn)磨損的跡象。該汽車零部件供應(yīng)商希望獲得一種新的、更耐久的方法用于把各種不同的設(shè)計(jì)標(biāo)刻于按鈕上，而激光很自然地成為一種選擇。
采用激光的想法對于平面按鈕來說有效，但控制面板上的許多按鈕帶有微小弧度。為了完全實(shí)現(xiàn)激光的方案，該公司必須找到一種方法去除平面和多個曲面頂層的涂層，尤其是曲面正越來越多出現(xiàn)在工學(xué)設(shè)計(jì)的乘客艙中。初期的方案包括一個復(fù)雜的馬達(dá)驅(qū)動臺，以精確控制按鈕支架的高度，使其在激光下方運(yùn)動。然而，這一技術(shù)被證明為不可靠且昂貴。質(zhì)量對于消費(fèi)類產(chǎn)品來說是至關(guān)重要的；沒有人希望在空調(diào)控制按鈕上標(biāo)刻的小人本應(yīng)為圓形的腦袋變成矩形。
而激光機(jī)配備的三維軟件提供了在曲面按鈕上實(shí)現(xiàn)接近無縫標(biāo)刻的一種簡單且精密的方法。為了完成打標(biāo)，激光機(jī)操作員只需完成三個簡單的步驟：
1、在二維**中將dxf圖形格式的文件排列開來。
2、選擇“圓柱”并輸入按鈕的直徑參數(shù)。實(shí)時的軟件三維顯示使用戶能驗(yàn)證所有標(biāo)記的位置。
3、上傳設(shè)置數(shù)據(jù)給激光頭。
隨著三個步驟的完成，MD-V已經(jīng)準(zhǔn)備好打標(biāo)了。顯示出激光標(biāo)刻的結(jié)果；一致的標(biāo)刻質(zhì)量等同甚至超越了噴墨標(biāo)記。
寬區(qū)域打標(biāo)及切割
移動擴(kuò)束鏡所帶來的另一項(xiàng)微小的優(yōu)勢可能是其免除了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的F-Theta鏡。對于F-Theta鏡的技術(shù)定義是，“一種能壓縮被多棱鏡偏光處理過并投射于平坦表面的激光束的修正鏡頭。”通俗地說就是，F(xiàn)-Theta鏡意味著在整個標(biāo)刻區(qū)域保持一定的掃描速度并減少因凸透鏡引起的焦點(diǎn)錯誤。不幸的是，F(xiàn)-Theta鏡只能減少這種效果，而非徹底消除。
通過采用三軸控制技術(shù)，F(xiàn)-Theta鏡就變得多余了。Z軸振鏡的速度能基于光束在視野中不同的位置而變化。通過移向或離開激光管，光束被推上推下，從而保持焦點(diǎn)始終在標(biāo)刻區(qū)域的同一平面上。保持焦平面的穩(wěn)定具有一系列優(yōu)點(diǎn)，在下列應(yīng)用案例中顯得格外突出。
F-Theta鏡的效果在廣闊的區(qū)域內(nèi)表現(xiàn)得最為顯著，使得采用激光標(biāo)刻集成電力芯片和電子元件之類的部件變得困難。在一個大的標(biāo)刻區(qū)域（如300mm×300mm）的邊緣，字體可能發(fā)生模糊，并且較標(biāo)刻中心區(qū)域的文字來說顯得更大。不一致的聚焦位置還會引起標(biāo)刻發(fā)生多達(dá)1mm的偏移。這可能聽上去并不是很大的偏差，但對于寬度僅為5mm的IC芯片來說，1mm的位置差異將帶來巨大的問題。
這一問題對于一家位于美國北加州地區(qū)的IC 生產(chǎn)商來說，是非?，F(xiàn)實(shí)的問題。過去，該公司接受了字體變形作為激光打標(biāo)機(jī)的自然產(chǎn)物。如果標(biāo)刻需要出眾的質(zhì)量或零件特別小的話，該公司常使用一個機(jī)械平臺來將托盤移到激光下方并以50mm×50mm的尺寸進(jìn)行標(biāo)刻，其結(jié)果被證實(shí)為耗時且費(fèi)錢。這家公司聯(lián)系Keyence公司以尋找一種提升其工藝的方法，由此獲得測試結(jié)果是毫無爭議的：在整個托盤區(qū)域內(nèi)發(fā)生零變形。該客戶目前正在替換其落后技術(shù)。
其他可能性
以上所描述的三軸控制技術(shù)可能應(yīng)用于其他工業(yè)材料加工中，例如，裁剪注塑件的澆口，修剪橡膠包裹的粗線纜，以及精確在織物或薄塑料片上切割出大范圍的圖案。
三軸控制技術(shù)現(xiàn)在仍然是市場上的新產(chǎn)品，并剛剛開始激發(fā)人們富有想象力地找出能解決制造業(yè)問題的方案。生產(chǎn)能力的增加、精密標(biāo)刻大范圍區(qū)域、以及在不平坦表面標(biāo)刻的能力，只是三軸激光在提升效率、降低成本上的幾種體現(xiàn)。其潛在的應(yīng)用機(jī)會實(shí)際是無限的。
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