20多年青春年華撞上中國激光打標機、激光焊接機、激光切割機高速發(fā)展的20多年,成就了許多年輕人的夢想,有人說一直在做同一件事情你就是專家,有人說工匠精神就是敬業(yè)、精益、專注、創(chuàng)新……
激光打標機的核心有人說是激光器,也有人說激光打標設(shè)備的核心是激光打標控制系統(tǒng),個人感覺,激光打標的發(fā)展歷程就是打標控制系統(tǒng)的發(fā)展過程和激光器不斷更新迭代的優(yōu)化的雙重結(jié)果推動下。從我人行1999年到2025年短短的20多年時間,控制系統(tǒng)在激光打標領(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控制到實時處理、分時復用的一系列演變,如今,半導體激光器、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X軸基點、Y軸基點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刻要求,不需要專用的標刻軟件;但是,這種方式存在著打標速度慢、控制精度低、筆臂機械磨損大、可靠性差、體積大等缺點。因此,在經(jīng)歷最初的嘗試后,繪圖儀式的大幅面激光打標系統(tǒng)逐步退出打標市場的,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,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)了由步進電機驅(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出的激光通過擴束,經(jīng)過成90°安裝的兩個步進電機驅(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)動這套鏡片的步進電機被伺服電機所取代,在這套控制系統(tǒng)中,位置傳感器的使用和負反饋回路的設(shè)計思路進一步保證了系統(tǒng)的精度,整個系統(tǒng)的掃描速度和重復定位精度達到一個新的水平。
隨著光纖激光器和數(shù)字振鏡的不斷縮小、激光控制系統(tǒng)脫機應(yīng)用,在不久的將來激光打標機真的實現(xiàn)了和激光打印機一般大小,20年前感覺不可思議的變化真的實現(xiàn)了。
