项目二激光打标设备整体结构认识及维护

第1章激光产生原理及激光打标机

课题项目二激光打标设备整体结构认识及维护（第

一次课）

课时2学时

教学内容掌握激光标刻机的种类及结构，开关机流程。

教学目标1、认知目标：激光打标机的种类及结构

2、技能目标：能够熟练进行激光标刻机的开关机流程操作。

3、情感目标：培养学生探索、运用学习能力。

教学重点激光打标机的开关机流程

教学难点激光打标机的结构认识

教学方法设疑法、讲解法、提问法、示范法、演示法

教学过程学生活动

一、创设意境，导入新课

导入：复习激光产生原理-引入新课程

同学们看到这个设备想到什么？同学们想知道它的结构吗？那接下来我们来一起学习激光打标机的结构和开关机流程？

二、新课教学

（一）激光标刻机种类及总体结构（第一节课理论教学）

1、激光标刻机种类观察学生反映(对导入是否产生兴趣):

激光标刻设备的核心是激光标刻控制系统。可以说，激光标刻的发展历程就

是标刻控制系统的发展过程。激光标刻控制系统经历了大幅面时代、转镜时代和

振镜时代，控制方式也经历了从软件直接控制到上下位机控制到实时处理、分时

复用的一系列演变。如今，半导体激光器、光纤激光器、可见光激光器乃至紫外

激光的出现和发展又对光学过程控制提出了新的挑战。

激光标刻机的种类主要可以从设备所用激光器和光束扫描方式上来划分。

（1）以激光器的工作方式来划分：标刻机可以分为连续型和脉冲型两种。

（2）以激光器的种类来划分：标刻机主要包括固体YAG激光标刻机、气体2

CO

激光标刻机、准分子激光标刻机、光纤激光标刻机四种。

（3）以激光器的波长划分：可以分为红外光、可见光、紫外光等。波长为1064nm 的YAG和波长为10600n

的2

CO标刻机都是属于红外加工的设备。在1064nm

的基

础上进行倍频得到532nm的绿光属于可见光的范围。在532nm和1064nm

的基础上采

用倍频及和频技术，可以产生355nm和266nm的紫外激光，适用于精细加工。

（4）以扫描方式来分

以扫描方式来分可以分为光路静止和光路运动型两种。所谓光路静止就是工件由工作台带动来进行扫描刻画。这种方式标刻的速度相当缓慢，特别是当工件体积庞大，重量较重时。因而除了在某些不要求速度和标刻切割多用的设备中外，已经基本退出了激光标刻市场。其优点是标刻点的大小较均匀，如果排除激光器能量波动等因素，这种扫描方式刻出来的点在平面内各处是一致的。

光路运动型是目前市面上最流行的扫描方式，其特点是速度较快，灵活。其中又可以划分为X-Y扫描式和振镜扫描式。X-Y扫描式的原理就跟十字绘图仪的原理相同，是利用X-Y轴的电机带动导光系统在平面上运动形成标刻轨迹。其特点是速度相对较慢，但是标刻深度较深，标刻范围较大。振镜扫描式的工作原理是将激光束入射到两反射镜（扫描镜）上，用计算机控制反射镜的反射角度，两个反射镜分别沿X、Y轴扫描，从而达到控制激光束的偏转，使具有一定功率密度的激光聚焦点在标刻材料上按所需的要求运动。

常见光路运动型激光标刻机有灯泵浦YAG激光标刻机、半导体泵浦YAG激光标刻机、光纤激光标刻机和2

CO激光标刻机等。

灯泵浦激光标刻机采用灯泵YAG固体激光器，其产生的激光波长为1064nm

，属于近红外光频段。灯泵YAG固体激光器是目前技术最成熟，应用范围最广的一种固体激光器。灯泵浦YAG激光器采用氪灯作为能量来源（激励器），YAG

:

Nd作学生听课状态:

为产生激光的介质（工作物质），激励源发出的特定波长的光可以促使工作物质发生能级跃迁，从而释放出激光。将释放的激光能量通过声光调Q调制后，形成对

材料进行加工的激光束。灯泵浦激光标刻机因其价格便宜，在目前的激光标刻机市场中仍占有相当大的份额，被广泛应用于电子、轴承、钟表、眼镜、通讯产品、电器产品、汽车配件、塑胶按健、五金工具、医疗器械等行业的标刻加工。

2.激光标刻机总体结构

振镜式YAG固体激光标刻设备由如下九个部分组成：

（1）激光电源：是激光泵浦源（氪灯或半导体激光二极管阵列）的电力提供系统；

（2）YAG

:

Nd激光器谐振腔系统：产生加工所需的连续激光束；

（3）冷却系统：通过连接到冷水机的水管分别对聚光腔或半导体泵浦模块、声光调Q驱动开关进行冷却，使激光标刻机能更稳定、更高效地工作。

（4）声光调制系统：其作用是将连续的激光调制成所需的高峰值脉冲激光（频率：50k

~

200Hz

），由于Q开关器件的插入损耗，激光器的平均输出功率有所下降，但峰值功率大大提高，从而改善激光标刻的效果。

（5）振镜扫描系统：振镜扫描系统包括光学扫描器和伺服控制二个部分，是使激光按照预定轨迹运行的执行机构，它主要由高精度伺服电机、电机驱动板卡、反射镜及直流电源组成。其作用是产生需标刻的点、线形式的字符或图案。

（6）指示光系统：指示光为红色光，安装于光具座的后端。早期多用Ne

-

He

激光器作指示红光光源，现多用红光二极管激光器。指示光的主要作用是指示激光加工位置（与YAG激光同轴）和为光路调整提供指示基准。

（7）准直聚焦系统：在固体激光标刻机中使用倒置望远镜系统先进行准直扩束，然后用一种特殊的透镜聚焦系统，称为平场透镜系统或F-θ聚焦系统，对激光进行匀光和普通聚焦作用。

（8）工作台：加工工件的承载台。固体激光标刻机工作台一般为手动三维工作台，若有圆柱或圆盘工件标刻要求，还可选配旋转工作台。

（9）计算机控制系统：计算机控制系统是整个激光标刻机控制和指挥中心，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标刻处理。计算机配置抗干扰的电脑主板，中文操作系统，专业标刻软件，并配备有专用的ISA总线D/A控制卡，方便快捷地与振镜扫描系统进行数据传递及学生练习情况：学生兴趣焦点总结: