激光打標生產工藝是廣泛應用的（de）新技術（shù），它（tā）是利用適當能量密（mì）度的、會聚（jù）在工件表麵的激光光束對目標（biāo）表麵掃描，使材料發生物理或化學變化，在表麵上形成痕跡，從而形成標記的過程。它具有應用（yòng）範圍廣、打標速度快、性能穩定、質量高、運行成本低、環（huán）境汙染（rǎn）小、易於用計算機控（kòng）製等優點，已經成為激光重要（yào）的應用領域之一（yī）。
在（zài）各種打標方式中，振（zhèn）鏡式打（dǎ）標因其應用（yòng）範圍（wéi）廣，可進行矢（shǐ）量打標，也可以標記（jì）點陣字符，且標記（jì）範圍可調，標記速度也較快，因而成為目前的主流打標方式（shì），並被認為代表了未來激光（guāng）打標的發展方向。
振鏡式在線激光打標的原理如下：
激光器輸出的激光依次經（jīng）過X軸掃描振鏡、Y軸掃描振鏡、平場聚（jù）焦鏡會聚（jù）到生產線的工件表麵上，通（tōng）過控製X軸（zhóu）、Y軸掃描振鏡的轉動可以控（kòng）製（zhì）激光光束在材料表麵的X軸（zhóu）方向（平行於生產線方向）和Y軸（zhóu）方向（垂直於生產線方向）上任意移動，從（cóng）而打出（chū）相應的標記。
掃描方案的實現
由於在線打標的標記工作麵是隨生產線運動的，所以在打標過程中垂直於（yú）生產線方向（Y軸方向（xiàng））的標（biāo）記線會（huì）因為（wéi）生產線的運動發生一定（dìng）角度的傾斜，生產（chǎn）線速度越快傾斜角度越大，所以要在生產線上的工件（jiàn）表麵打出（chū）精美的標記，關鍵（jiàn）在（zài）於如何實（shí）現對生（shēng）產線的速（sù）度進行補償，確保打標機的精確定位。
掃描方案分析
生產（chǎn）線的運（yùn）動方向與打標振鏡X軸的偏轉方向相同，那麽在進行打標操作時，首先給X軸振鏡預置一個與生產線相同的速度分量，就可以實現對其速度的補償，這樣（yàng）就可以像靜態打標一樣進行標記了。然（rán）而（ér）在實（shí）際操作中，上述補償校正方案操（cāo）作起來非常困難，因為掃描（miáo）振鏡的內部是用一個精密步進電機控製的（de），並且步（bù）進電機（jī）的轉（zhuǎn）動角速度是固定的（de）。我們對掃描振鏡隻能控製其偏轉角度的大小，而（ér）不能控製其偏轉線速度，而對固定角速度（dù）的掃描（miáo）振鏡來講，它在平行於生產線的X軸方向上的線（xiàn）速度是不穩定的，要想實現對其偏轉線速度的控製，保證掃描振鏡速度與生產線同步，隻（zhī）能將掃描振鏡的整個偏轉過程分解為多步完成，通過（guò）調節步（bù）與步之間的延遲時間調（diào）節其偏轉線速度，從而使其偏轉線（xiàn）速度與生產線速度同步。這（zhè）種補償方案軟件開發非常困難。
由於難以實現對生產線的速（sù）度進（jìn）行直接補償。又因為激光打（dǎ）標首先把要利用控製軟件把需要（yào）標記的信息轉化為點陣信息，然後在相應位置進行（háng）打點操作，我們（men）考慮不直接對生產線的速度進行補償，而是對所要標記的點進行（háng）位置補償。具體分析如下：
設生產線速度為V1振鏡掃描速度為V2，點陣字符每列（liè）中相鄰點間距為S1 ， 則Y軸振鏡由前（qián）一點（diǎn）掃描到下一點的時間為：
（1）而在這段時間內由於生產線的（de）運動而造成（chéng）的位置偏移：
（2）由於（yú）點陣字符的點間距離（lí）較小（xiǎo），所以T1約等於振鏡的小角度（dù）響應時間（jiān）。這樣在標記每個點時，按照該點原本的位置坐標加上由於生產線的運動造成的位置偏移，得到（dào）該點的（de）實際位置坐標，而控製X軸及Y軸振鏡直接按該點的實際坐標偏轉到相應位置進（jìn）行打點操（cāo）作。這樣（yàng）可以有效地實現在線打標（biāo），並且提高了標記速度。
方案運行過程
按（àn）照點陣結構從第一列的第一點開始，首先將振鏡擺（bǎi）動到原點位置，然後取該點的（de）點陣信息（xī），判斷是否打點（diǎn），是則控製激光器出光。標記完（wán）成（chéng）後，控製（zhì）Y軸振鏡擺動到該列第二點（diǎn）位置，同時X軸振鏡按與（yǔ）生產線相同的運（yùn）動方向（xiàng）擺動一定距離（lí）進行點（diǎn）位置補償，使其在標（biāo）記該點時，其位置處（chù）於上一點的正下方，振（zhèn）鏡穩定後判斷是否標記第二點，以此類推，直到該（gāi）列所有的點（diǎn）標記完成。然後Y軸振鏡回到初始位置，而X軸振鏡則繼續擺（bǎi）動（dòng）一定距離，這個距（jù）離與前麵的點補償距離不同，擺動完成後（hòu）應使光束所處位置在上一列第一點的後麵一定距離，所以稱它為列補（bǔ）償。然後開始標記第二列，方（fāng）法與（yǔ）第一列相同，以此類推直到標記完所有（yǒu）字符。
方案的優化
上述定位方案的特（tè）點是標記字符的精度高、字符美（měi）觀度好，對點陣字符的每一點（diǎn）的位置都進（jìn）行了補償，完全克服了生產線運動對打標造成的影響。但（dàn）是由於振鏡的小角度響應時間約為（wéi）0.3ms，由公式得其標記速度（dù）隻能達到100字符/秒，對於一（yī）些速度較高（gāo）的生產線難以滿足要求，必須對上述方案進行改進：
進（jìn）一步分析，速度慢的主要原因為Y軸振鏡在（zài）標記（jì）列（liè）的每一點時（shí）的穩定時間，如果在標記每一列時，不是讓Y軸振鏡在每一點（diǎn）都停（tíng）下來，而是由初始位置直接（jiē）擺（bǎi）動（dòng）到末點位置，然後在擺動過程中進行標記，這樣對位置補償隻進行列位置補償，而不進行點位置補償，這樣就完全省去了在標記列的每一點時所耗費的穩定時間，大大（dà）提（tí）高了標（biāo）記的速度。這就是我們的快（kuài）速掃（sǎo）描方案，采用這（zhè）種方案進行標記，公式（shì）2修正（zhèng）為：
（3）式中V為標記字符速率，n為每個字符的列數，t為小角度響應時間（jiān）。目前標記7×5點陣字符其（qí）速度（dù）可達到200字符/秒。
利（lì）用上述方案由於標（biāo）記速度較（jiào）快，加上隻（zhī）進行列定（dìng）位而沒有對每一點進行定位，從而在快速打標過（guò）程中（zhōng）容（róng）易使打標字符發（fā）生微小傾斜，這可以通過（guò）把（bǎ）打標機與（yǔ）生產線以（yǐ）一定角度放置來解決（jué），但是由於打標機傾斜（xié）放置後，打（dǎ）標機的坐標與（yǔ）生產線（xiàn）的坐標將不再重合，從而使標記的（de）整列字符發（fā）生傾斜，所以每標記完一列點陣後，要對Y軸（zhóu）的振鏡“0”點位置進行補償（cháng），使其在生產（chǎn）線上的位置與前一列的“0”點位置相同，這樣就（jiù）可以完全避免字符的傾斜現象。另外，由於標（biāo）記速度較（jiào）快，要求激光器要有較高的開關頻率和功率較強的激光脈衝，射頻CO2激光器（qì）的開關頻率可達到25kHz，而Nd:YAG激（jī）光（guāng）器的開關頻率可達到10kHz，均能滿（mǎn）足要求（qiú）。
我們的掃描方案完成實際的打標操作，標記效果字符美觀，精（jīng）度較高，速度可以滿足生產線的要求，經過我們（men）在青島卷煙廠的和青島啤酒廠的實踐檢驗（yàn），完全可以實（shí）現在線打標。
