激光打标机原理是什么呢？不知道的小伙伴来看看小编今天的分享吧！
激光打标机原理：
激光打标是用激光束在各种不同的物质表面打上永久的标记。打标的效应是通过表层物质的蒸发露出深层物质，或者是通过光能导致表层物质的化学物理变化而"刻"出痕迹，或者是通过光能烧掉部分物质，显出所需刻蚀的图案、文字。
激光打标机的结构：
激光电源
光纤激光打标机激光电源是为光纤激光器提供动力的装置，其输入电压为AC220V的交流电。安装于打标机控制盒内。
光纤激光器
光纤激光打标机采用进口脉冲式光纤激光器，其输出激光模式好使用寿命长，被设计安装于打标机机壳内。
振镜扫描系统
振镜扫描系统是由光学扫描器和伺服控制二部分组成。整个系统采用新技术、新材料、新工艺、新工作原理设计和制造。
光学扫描器采用动磁式偏转工作方式的伺服电机。具有扫描角度大、峰值力矩大、负载惯量大、机电时间常数小、工作速度快、稳定可靠等优点。精密轴承消隙机构提供了超底轴向和径向跳动误差；“电子扭力棒”取代传统弹性材料扭力棒，大大提高了使用寿命和长期工作的可靠性；任意位置零功率保持工作原理既降低了使用功耗，又减少了器件的发热效应，省却了恒温装置；先进的高稳定性精密位置检测传感技术提供高线性度、高分辨率、高重复性、低漂移的性能。
光学扫描器分为X方向扫描系统和Y方向扫描系统，每个伺服电机轴上固定着激光反射镜片。每个伺服电机分别由计算机发出数字信号控制其扫描轨迹。
聚焦系统
聚焦系统的作用是将平行的激光束聚焦于一点。主要采用f-θ透镜，不同的f-θ透镜的焦距不同，打标效果和范围也不一样，光纤激光打标机选用进口高性能聚焦系统，其标准配置的透镜焦距f=160mm，有效扫描范围Φ110mm。用户可根据需要选配型号的透镜。
可选配的F-θ透镜有：
f=100mm，有效聚焦范围Φ65mm。
f=160mm，有效聚焦范围Φ110mm。
计算机控制系统
计算机控制系统是整个激光打标机控制和指挥的中心，同时也是软件安装的载体。通过对声光调制系统、振镜扫描系统的协调控制完成对工件打标处理。
光纤激光打标机的计算机控制系统主要包括机箱、主板、CPU、硬盘、内存条、D/A卡、软驱、显示器、键盘、鼠标等。
以上就是小编今天的分享了，希望可以帮助到大家。
光斑效果不理想？别忽略了场镜的设计
激光工业加工、医疗、科研和测量应用等领域通常会使用振镜扫描系统。激光束经过准直或扩束后入射到 X、Y 两个方向的振镜片上，再经过F-theta透镜聚焦于工作面，如图1。同时光束入射角与像面上的光斑位置满足线性关系，从而通过控制入射光束的扫描角来控制聚焦光斑在像面上的位置。
图1 激光打标机工作原理图
与普通成像物镜不同，F-Theta镜头的像高与视场角成正比。如图2所示镜头的视场角、焦距和像高满足下式所示的关系：
y = f × θ （1）
式中 θ、f、y 分别表示F-Theta镜头的视场角、焦距和像高。当F-Theta焦距一定时，像高 y 与视场角 θ 成正比，满足线性关系。
图2 F-Theta镜头原理图与实物图
与场镜相关的几个显著参数有入射激光波长、扫描幅面、场镜焦距、入射激光口径和聚焦光斑大小等。常见的场镜型号如SL-1064-110-163Q-D10。1064表示激光波长为1064 nm，Nd:YAG激光器；110表示场镜扫描幅面是110 mm×110 mm；163表示场镜焦距163 mm；Q表示场镜材料为全石英，石英对激光吸收少，温漂小；D10表示激光入射光束直径为10 mm（在1/e2）。
选择场镜时，需要注意各参数之间的关系；掌握其使用技巧可以延长相关光学组件的使用寿命。
1）
焦距与幅面的关系：
L = f × 2θ （2）
其中 L 为方形扫描幅面的对角线长度，θ 为以弧度表示的最大光学偏转角，f为透镜的有效焦距。通过将 θ 最大化，系统焦距可以最小化。一般这是维持 L 优先考虑的方法，因为它能减小光学元件的尺寸，从而搭建更紧凑、更高性价比的系统。
此外，由扫描反射镜电机的不稳定性所引起的f-theta畸变也能降低，因为这些畸变与EFL成正比(EFL越小，畸变越小)。这里要提一点，θ 表示的最大光学偏转角，与振镜的最大光学偏转角有区别。以scanlab 10 振镜为例，它的最大光学偏转角为 ±0.35 rad，即 ±20°，则 θ 为±28.28°。所以，当设计一款场镜时，不能一味的追求场镜焦距小、幅面大，要考虑振镜的偏转角能否达到要求值，也要考虑设计成本。
2）
聚焦光斑大小公式
Spot size = 1.83×λ×f/D （3）
通常在进行场镜设计时，聚焦光斑都在衍射极限内，其中λ为激光波长，f为透镜的有效焦距，D为1/e2处的入射光束直径。1.83为常数，与光瞳照明和输入截断的程度有关(对于高斯光束，当入射光束在1/e2直径处截断时，取1.83)。
如果对聚焦光斑大小有要求，可以根据该公式选择合适的场镜焦距和入射光束直径。
3）
场镜的后反点和内反点
场镜为了达到更好的平场性，大多数使用多镜片设计, 激光在透镜表面的后反射点能量高度集中，随着工业使用中激光功率的不断提升，如果后反射点聚焦在 X、Y 振镜片上（图3），会烧蚀振镜片的反射膜层，造成系统透过率的大幅降低；如果内反射点聚焦在扫描镜内部镜片上（图4），造成明显的热透镜效应，该透镜折射率随着能量的积聚发生变化，直接改变扫描镜的工作距离，反映为标记光斑变大、标记颜色变浅甚至无法标记。
图3 后返点靠近 Y 振镜片
图4 内返点靠近镜片内部
不同的场镜设计厂家会以不同的方式给出一个场镜所有后反射点的数据，如图5。后反射点是一个场镜的固有数据，与振镜没有关系。当场镜和振镜配合使用的时候，无论是直接连接还是通过转接圈连接，都应该注意后反射点离振镜 X、Y 片间的距离，避免后反点直接在振镜片上，设计转接圈的时候保证每一个后反点离振镜片的距离在3 mm以上。
图5 后反射点数据（左上角）
此外，当后反射点数据过大时，还应该关注这些后反射点对振镜前的光学组件造成的影响。当振镜和场镜配合使用需要转接圈的时候，转接圈的长度有限制：
（1）装上转接圈，要避开后返点；
（2）转接圈太短，场镜和振镜机械部分会产生干涉；
（3）转接圈过长，会减小扫描幅面，因此为了减少转接圈长度的限制，选择场镜幅面的时候最好留余量。
4）
场镜的远心角
场镜的远心角指边缘光线经过场镜后的光束光轴与工作面之间的夹角。场镜一般分为普通场镜和远心场镜，普通场镜远心角在4°-17°；远心场镜远心角在0°-4°。远心场镜的好处是整个幅面聚焦光斑大小一致，主要用于精密打标（边缘和中间打标效果一致）和切割（OLED屏切边更垂直）等应用中。
图6 远心场镜
图7 普通场镜
当光路中有同轴视觉监控的时候，远心场镜成像效果比普通场镜好。远心度越小，使用的镜片数量也越多，镜片口径也会变大，场镜价格也就越高。应该根据实际使用需求来选择场镜的远心角。
5）
场镜全石英设计和水冷
石英热稳定性好、低羟基，对紫外、绿光、半导体和Nd:YAG等激光具备高透过率，因此很多场镜为全石英设计。但石英折射率比大多数玻璃低，所以全石英场镜镜片数量比全玻璃设计的多，价格也更高。针对高功率1064 nm激光，场镜还必须增加水冷设计，高功率镀膜，增强散热，减少吸收。
6）
损伤阈值
图8 波长光电场镜
连续激光和脉冲激光对激光损伤阈值的要求是不同的，连续激光（W/cm2）和脉冲激光（J/cm2），与激光脉宽和重复频率有关。脉冲激光器一般会给出脉冲宽度、峰值功率和重复频率，可计算如下：
脉冲能量=峰值功率×脉冲宽度
平均功率=脉冲能量×重复频率
功率密度=平均功率/光斑面积
能量密度=脉冲能量/光斑面积
当场镜承受的损伤阈值大于激光器损伤阈值的两倍时，场镜使用才是保险的。场镜抗激光损伤的判断实际上很难，除了理论计算外，还需要考虑透镜的吸收率、表面粗糙度、光洁度、超光滑加工、设计上的内反射消除等等因素，需要大量实验数据支撑，所以，以上只是一些理论概念，用于引导其设计与制造。
作者简介
Yan H. W ，南京波长光电科技股份有限公司的产品运用经理，光电专业硕士，在波长光电负责激光光学镜头、DOE衍射镜片、视觉镜头的开发和运用。Yan 曾在国内大型激光上市企业担任研发工程师。
