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光纤激光打标机结构培训

2021-08-12 来源：

激光打标机配件说明

一、概述

激光打标机结构通常分为：电路部分，光路部分，机械部分。

图1 打标机配件图

二、光路部分

1.激光器

深圳杰普特电子技术有限公司于2008年研发生产光纤激光器至今，已经有了丰富的产品系列以供客户选购，每种系列的产品都有着各自不同的优势，以此来满足客户不同的需求。详细的产品介绍可联系公司销售人员或者技术人员，公司提供免费的样品打样服务及项目方案建议。

RUIBIAO激光器产品系列如下表：

RUIBIAO激光产品系列表

激光器型号	YDFLP-LP-20-S	YDFLP-20-M1+-S	YDFLP-20-M6+-S	YDFLP-30-LP1-S	YDFLP-30-LP1-L1	YDFLP-60-LM1-L1
脉宽(ns)	200	6~200	1~250	200	200	10~350
频率(Khz)	1-400	1-1000	1-1000	1-400	1-400	1-1000
M2	<1.3	<1.3	<1.3	<1.5	<1.8	<1.8

注：产品系列会持续研发升级，具体产品说明以向销售人员咨询为主。

2.扩束镜

扩束镜的作用：扩束镜是能够改变激光光束直径尺寸和发散角度的镜头组件。从激光厂商购买的激光器光斑以及其准直度都是默认化的，对于某些客户来说，需要更大的输出光斑直径来聚焦后达到更高的能量密度以及更小聚焦光斑直径，或者改变输出光束的准直度来使聚焦光斑能量分布更均匀，从而得到客户所需求的效果。当扩束镜配合空间滤光片使用则可以使非对称光束分布变为对称分布，并使光能量分布更加均匀。

图2 扩束镜示意图

扩束镜的主要参数有：

① 激光扩束倍数，一般从1.5倍至10倍，扩束倍数越大则对激光发散角的压缩比越大；

② 可改善激光束的准直度数；

③ 可适用功率:不同功率的激光器需使用不同的扩束镜；

扩束镜调整的好坏对激光打标效果有很大影响，主要表现在：

①激光功率下降；

②打标幅面内激光强度不均匀；

③计算机软件设计中心偏离振镜头出光物理中心；

※ 本公司提供出厂光斑定制服务，客户可根据各自需求向本司提出采购要求。光斑定制服务可避免客户外接扩束镜时引发的上述问题。

红光激光器及红光镜片

红光激光器：波长620nm~660nm的半导体激光器

功率：1~30mw

供电：5V直流 1A

作用：在激光打标机系统内用于红光指引

图3 红光激光器

红光镜片作用：通过1064nm波长的远红外激光，反射620~660nm的指引光。

红光镜片可能导致的故障：镜片镀膜的劣质、磨损、脏污会导致激光通过后衰减过大，出现这样情况建议更换质量好的镜片或者拆除镜片。

4.扫描振镜

1）功能原理

图4 振镜结构图

1 激光输入 2 “检流计”扫描镜片

3 激光输出 4 扫描区域

振镜，“检流计”式构造，它的设计思路完全等同于电流表的设计，镜片取代了表针，而探头的信号由计算机控制的0―5V（或10V）的直流信号取代，以完成预定的动作。跟电流表不同的是电流表输出的是电流读数，振镜输出的是镜片的转动角度。驱动镜片的是伺服电机，在控制系统中，使用了位置传感器和负反馈回路的设计来保证振镜系统的精度。

图2中，入射孔的大小通常会用来分类振镜型号，当入射光的直径大于入射孔或者光斑没有对准入射孔时，会造成激光聚焦功率低于预期值，这个现象称为：“入射孔挡光”;而当激光光束射入振镜时，不是垂直的而是斜射入振镜，就可能有一部分光没有射在振镜镜片上，这个现象称为：“振镜镜片缺光”。

2）振镜的主要参数

最大扫描角度（机械角）： ±20°

小步长阶跃响应时间：0.25 ms

线性度: 99.99%,范围±20°

最大零点漂移：15 µrad/º C

重复精度: 8μRad

输出信号：155µA（普通模式）

（以上为常见标准）

3）由于振镜导致的打标问题：

振镜质量问题	打标异常现象
振镜线与振镜接口不匹配	振镜异响，乱摆
发热厉害，散热不好	温漂，边缘出现波浪，锯齿，不清晰
镜片反射率低	经过振镜功率衰减，打标功率下降
控制系统、电机差	速度慢，打标字体变形，效果异常

以上故障需联系振镜供应商进行维护。

4）XY2-100振镜接口定义

2D数字扫描振镜通常使用的是XY2-100接口定义，图3是接口定义图：

图5 振镜接口定义图

5.F-Theta扫描透镜

1）透镜组成部分

图6 透镜组成

1.透镜主体 2.保护镜 3.固定环 4.防护帽

F-Theta扫描透镜又简称“场镜”，它的主体由几片聚焦镜片组成，它们共同作用使激光光束聚焦在一个曲面上，但并使这个曲面尽量趋向于平面。

2）场镜的好坏

场镜质量问题	对打标影响
镜片材料差，镀膜不好	1、透光率低，功率损耗衰减； 2、热透镜现象，样品偏焦，打标功率不够，打标效果不均匀。
镜片少，组合简单	1、平面聚焦不均匀，中间功率强，四周功率弱； 2、像差矫正不好，打标图案畸变。

3）振镜与场镜间的搭配

当选好振镜与场镜之后，我们还需要选择一个场镜衔接环，这个场镜环的除了要很好的衔接和固定场镜之外，它的长度也是需要仔细选择，如下图5：

图7 振镜与场镜配合

图5中，m2是光斑反射点与first surface(场镜前表面）之间的距离，振镜的镜片摆幅是有一个最大角度的，当m2过大，镜片到了最大角度时，会有一部分光会直接射到场镜前表面镜片之外，这个现象被称为:“场镜挡光”；当m2过小时，又可能让振镜镜

片与场镜镜片碰到一起；为了避免以上2中情况，在选择场镜衔接环时一定要选择合适的场镜。

6.光学镜片的擦洗方法

1）光学镜片清洗的注意事项

① 用工具来拿取镜片，例如镊子等。如有条件时拿镜片时一定要戴指套或橡胶手套。

② 镜片要放在镜头纸上，以避免损伤。

③ 不要把镜片放在硬或粗糙的表面，镜片很容易被刮伤。

④ 纯金或纯铜的表面不要清洁和触摸。

2）光学镜片清洗的步骤

由于设备长时间使用，空气中的灰尘将吸附在聚焦镜、振镜和隔离器镜片上，轻者降低激光器的功率，重者造成光学镜片吸热，以致炸裂。

当激光器功率下降时，如电源工作正常，此时应仔细检查各光学器件。

①聚焦镜是否因飞溅物造成污染。

②反射镜金属膜是否脱落或受损。

③激光隔离器头镜片是否有灰尘或脏污。

3）光学镜片的清洗方法：

① 用空气球把镜片表面的浮物吹掉。

注意：不要用工厂的压缩空气，因为其中含有大量的油和水，油和水会在膜层表面形成有害的吸收薄膜。

②将无水乙醇（分析纯）与乙醚（分析纯）按3:1的比例混合，(或用丙酮或乙醇)，将擦镜纸叠成一小方块夹在四指之间沾湿擦镜纸，一手拿镜片一手拿纸以镜片镀膜纹路方向轻轻擦过，如不干净换张纸重复以上动作。或用长纤维棉签或浸入混合液，轻轻擦洗光学镜片表面，每擦试一面，须更换一次棉签或镜头纸。

注意：如果这一步不能除去污垢，建议换一个镜片。

三、电路部分

1.伺服电源

配件名称	标准规格	问题
激光器电源	电压：24V±0.5 电流：＞8A（请参考说明书）	电压不稳，一但低于激光器最低要求值即会激光器断电，激光不出光并报警
振镜电源	电压：±15V~±18V 电流：2A~10A	电压正负不准，导致振镜走位摆幅不准，乱摆等。
控制卡电源	电压：5V 电流：＞3A	电压不稳，板卡报错，软件爆错。
红光电源	电压：5V 电流：＞1A	可接板卡电源或者板卡针脚进行控制，但可能分流过多，至板卡电流不够。

2.控制板卡

市面常用的激光控制卡如：SCAPS（SAMLight）、金橙子（JCZ）。

控制卡由于其功能复杂性，经常会造成激光器出光出现一下问题：

板卡信号问题	激光器出光异常
控制功率针脚错乱	输出功率不对应
控制功率针脚跳变	输出功率不稳定
开光信号缺失、延迟	不出光，打标漏笔画
信号干扰措施缺失	出光异常、振镜乱摆

金橙子（JCZ）控制卡：控制脉宽可调激光器(MOPA)，使用V2版本（2.7.6以上）的板卡，Fiber类型选IPG-YLPM。控制脉宽不可调激光器(调Q)，使用V1版本的USB或PCI板卡，Fiber类型选IPG-YLP。

图8 JCZ软件设置

SCAP（SAMLight）控制卡：控制脉宽可调激光器，按照以下步骤设置：

1）找到sc_setup.exe软件

图9 Samlight软件设置

2）在sc_setup程序的窗口中，点击HardwareSettings，即弹出如下对话框：

图10 Samlight软件设置

3）如下图所示，在Laser栏中的Type 中输入588 （可在Samlight软件中得到更宽的频率调节范围），然后在 Ver 中输入1 （可在Samlight软件中指定脉宽）。

图11 Samlight软件设置

4）点击“OK”完成并返回到HardwareSettings窗口。然后，点击Save保存，点击“OK”退出设置。

在使用scap控制卡时，必须接37Pin转25Pin的转接板，不然容易出现激光器不出光或脉宽不可调现象。

3.数据线及开关

1）DB25数据线

DB25数据线是连接控制卡和激光器的，起到传输出光数据和屏蔽外部干扰的作用，常见问题有：

①插头插芯劣质过小，导致控制卡与激光器直接接触不良，常出现“激光器温度报警”激光器不出光、激光器漏光（信号缺失）等问题；

②线芯不够粗，信号失真；

③网状屏蔽层劣质或没有，信号干扰出错。

2）USB数据线

USB数据线是连接电脑和激光控制卡的，振镜与激光器所有的数据都需要通过这条线传输，常见问题有：

①插头接触不良，劣质插头常出现镀层脱落、生锈、变形等问题导致接触不良，可能出现板卡报错、数据终端、信号错误等问题；

②没有屏蔽磁环，磁环是屏蔽干扰的作用，没有磁环很容易受到外部冲击，导致系统错误、信号失真等问题；

③线芯劣质过小，长时间使用容易出现功能失效、丢失信号、发热严重等问题。

3）振镜数据及供电线

振镜线通常由振镜商提供或者自己焊接，注意选择纤芯粗、屏蔽稳定的线材，注意不要短路、断路、接错等问题导致振镜乱摆、电路板或电机烧毁等后果。

4）激光电源线

激光电源由激光公司提供，请按照接脚标示连接，谨慎连接；错接会导致激光器防反接电路烧毁，激光器需返厂维修。

5）红光激光器线路接法：

①直接接5V电源

优点：简单易行；

缺点：红光一直常亮会

1.减少使用寿命；

2.影响调样人员观察打样过程；

3.使用者长时间使用造成视觉疲劳；

②根据使用不同控制卡的接口定义来接

1.金橙子板卡的红光接线方法：

图12 CON5接口定义

上图中，针脚5、17、4、16、1、14、2、15分别为Out0-Out7输出信号；6、7、8、19、20为GND地；把红光的正极连上Out0-Out7其中的一个（软件上

也需要更改为对应的端口），然后把负极连上任意一个GND地即可。

2. Samlight软件的红光接线方法：

图13 USC-1的DB37接口

上图的接口方法与JCZ相同，取一个OUT口一个GND口即可达成红光开关，但通常在USC-1的板卡与激光器连接中，需要一张转接卡，转接卡会把USC-1的DB37接口转换为DB25接口，其中包括把接红光的两个针脚单独标识在转接卡上，按照提示接线即可。（转接卡可向板卡出售方索要，本公司也提供转接卡）

6）脚踏

脚踏是常用到的代替手点软件出光的工具，具有长时间工作的实用性。

脚踏接线方式：

1、金橙子板卡的接线方式有：

①CON5接法

②CON3接法

③CON4接法

图14 CON5接口定义

例如图中CON5口，选12、13、24、25针脚其中一个作为输入端正极，另选一个GND地作为负极，然后根据定义更改“开始标刻端口”

，即可实现脚踏功能。

2、Samlight软件接线方法：

同红光接线方法，在转接卡上会有标识，按照标识接线即可。

4.电脑及其配件

激光打标机在7×24h不间断工作的工业环境中使用，请采购专业的工控电脑，不专业或者低劣的电脑可能导致一下问题：

①漏信号。激光打标是高重复的的信号发射，出现漏信号会导致激光漏出光。

②错信号，会导致激光乱出光。

③驱动错误，会导软件和板卡报警，也有出现板卡设置信息丢失，使软卡设置回复出厂设置。

④电脑本身的其他问题：卡死死机、内存不足、温度过高等。

注：出现以上问题，请更换稳定的电脑。

四、机械部分

图15 激光打标机示意图

1.激光机架或机箱

激光机架或者便携式激光是集成了工作台和激光安置点的功能平台，由于成本的降低，客户通常选择便宜的机台，通常会出现几个问题：

①分块式结构，安装困难；

②机台主体部位用材过少，易变形导致平台不水平，要那种影响打标范围内的效果一致性；

③机台重量过轻，容易受到外部震动或者认为外力的影响，导致打标效果突变，更严重导致其他配件受损。

2.升降平台

升降平台通常需要根据客户的打标范围选择聚焦不同的场镜进行选配；常用的机台升降又分为电动升降和手动升降，两者使用区别不大，根据终端客户需求选配。

3.工作平台

工作平台是指放样品的部位，需要根据标刻范围的大小来选配，需要注意的是平台上的螺丝孔位需要配合后面安装的夹具，并且一定要保持平台的水平。

4.固定夹具

固定夹具的作用是用来固定样品的，多用于批量性生产和固定特定形状的产品，夹具的好坏也与打标效果的一致性以及使用人员可操作性相关；夹具太紧，拿放不易；夹具太松，样品的标刻位置一致性；夹具不水平，标刻的完成性不好。请选用专业的夹具进行激光打标生产，防止出现可规避的问题。

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