摘要：本文簡要介紹了國內(nei) 激光打標的發展曆程，著重介紹了目前國內(nei) 激光打標的技術現狀和市場現狀，並對其技術和市場的發展前景作了展望。
關(guan) 鍵詞：激光打標；激光器；振鏡

一．概述
　　激光打標是在激光焊接、激光熱處理、激光切割、激光打孔等應用技術之後發展起來的一門新型加工技術，是一種非接觸、無汙染、無磨損的新標記工藝。近年來，隨著激光器的可靠性和實用性的提高，加上計算機技術的迅速發展和光學器件的改進，促進了激光打標技術的發展。
激光打標是利用高能量密度的激光束對目標作用,使目標表麵發生物理或化學的變化 ,從(cong) 而獲得可見圖案的標記方式。高能量的激光束聚焦在材料表麵上，使材料迅速汽化，形成凹坑。隨著激光束在材料表麵有規律地移動同時控製激光的開斷，激光束也就在材料表麵加工成了一個(ge) 指定的圖案。激光打標與(yu) 傳(chuan) 統的標記工藝相比有明顯的優(you) 點：
(1) 標記速度快，字跡清晰、永久。
(2) 非接觸式加工，汙染小，無磨損。
(3) *作方便，防偽(wei) 功能強。
(4) 可以做到高速自動化運行，生產(chan) 成本低
二．國內(nei) 激光打標的發展曆程
　　激光打標設備的核心是激光打標控製係統，因此，激光打標的發展曆程就是打標控製係統的發展過程。從(cong) 1995年到2003年短短的8年時間，控製係統在激光打標領域就經曆了大幅麵時代、轉鏡時代和振鏡時代，控製方式也完成了從(cong) 軟件直接控製到上下位機控製到實時處理、分時複用的一係列演變，如今，半導體(ti) 激光器、光纖激光器、乃至紫外激光的出現和發展又對光學過程控製提出了新的挑戰。
1． 大幅麵時代
　　所謂大幅麵，剛開始是將繪圖儀(yi) 的控製部分直接用於(yu) 激光設備上，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動光路的運行，這種方式最明顯的優(you) 勢是幅麵大，而且基本上能滿足精度比較低的標刻要求，不需要專(zhuan) 用的標刻軟件；但是，這種方式存在著打標速度慢、控製精度低、筆臂機械磨損大、可靠性差、體(ti) 積大等缺點。因此，在經曆最初的嚐試後，繪圖儀(yi) 式的大幅麵激光打標係統逐步退出打標市場的，現在所應用的同類型的大幅麵設備基本上都是模仿以前這種控製過程，用伺服電機驅動的高速大幅麵係統，而隨著三維動態聚焦振鏡式掃描係統的逐步完善，大幅麵係統將逐步從(cong) 激光標刻領域銷聲匿跡。
2． 轉鏡時代
　　由於(yu) 看到大幅麵係統的一係列缺點，在高速振鏡技術還沒有在中國廣泛普及的情況下，一些控製工程師自行開發了由步進電機驅動的轉鏡式掃描係統，其工作原理是將從(cong) 諧振腔中導出的激光通過擴束，經過成90°安裝的兩(liang) 個(ge) 步進電機驅動的金鏡的反射，由F-theta場鏡聚焦後輸出作用於(yu) 處理對象上，金鏡的轉動使工作平麵上的激光作用點分別在X、Y軸上移動，兩(liang) 個(ge) 鏡麵協同動作使激光可以在工作平麵上完成直線和各種曲線的移動。這種控製過程無論從(cong) 速度還是定位精度來說都遠超過大幅麵，因此在很大程度上能滿足工具行業(ye) 對激光控製的要求，雖然同當時國際上流行的振鏡式掃描係統還有比較明顯的差距，但嚴(yan) 格來說這種設計思路的出現和逐步完善代表著fun88官网平台應用的一個(ge) 裏程碑，是中國完全能自行設計和生產(chan) 激光應用設備的典型標誌。直到振鏡在中國大規模應用的興(xing) 起，這種控製方式才逐步退出fun88官网平台應用的舞台。
3． 振鏡時代
　　1998年，振鏡式掃描係統在中國的大規模應用開始到來。所謂振鏡，又可以稱之為(wei) 電流表計，它的設計思路完全沿襲電流表的設計方法，鏡片取代了表針，而探頭的信號由計算機控製的-5V—5V的直流信號取代，以完成預定的動作。同轉鏡式掃描係統相同，這種典型的控製係統采用了一對折返鏡，不同的是，驅動這套鏡片的步進電機被伺服電機所取代，在這套控製係統中，位置傳(chuan) 感器的使用和負反饋回路的設計思路進一步保證了係統的精度，整個(ge) 係統的掃描速度和重複定位精度達到一個(ge) 新的水平。
三．國內(nei) 激光打標的技術現狀
　　目前國內(nei) 的激光打標按其工作方式可分為(wei) 掩模式打標、陣列式打標和掃描式打標。
1． 掩模式打標
　　掩模式打標又叫投影式打標。掩模式打標係統由激光器、掩模板和成像透鏡組成，其工作原理(如圖1所示)是在一塊模板上，將待打標的數字、字符、條碼、圖像等雕空，做成掩模，經過望遠鏡擴束的激光，均勻的投射在事先做好的掩模板上，光從(cong) 雕空部分透射。掩模板上的圖形通過透鏡成像到工件（焦麵）上。通常每個(ge) 脈衝(chong) 即可形成一個(ge) 標記。受激光輻射的材料表麵被迅速加熱汽化或產(chan) 生化學反應，發生顏色變化形成可分辨的清晰標記。掩模式打標一般采用CO2激光器和YAG激光器。掩模式打標主要優(you) 點是一個(ge) 激光脈衝(chong) 一次就能打出一個(ge) 完整的、包括幾種符號的標記，因此打標速度快。對於(yu) 大批量產(chan) 品，可在生產(chan) 線上直接打標。缺點是打標靈活性差，能量利用率低。
2． 陣列式打標
　　陣列式打標係統如圖2所示，它是使用幾台小型激光器同時發射脈衝(chong) ，經反射鏡和聚焦透鏡後，使幾個(ge) 激光脈衝(chong) 在被打標材料表麵上燒蝕（熔化）出大小及深度均勻的小凹坑，每個(ge) 字符、圖案都是由這些小圓黑凹坑構成的，一般是橫筆劃5個(ge) 點，豎筆劃7個(ge) 點，從(cong) 而形成5×7的陣列。陣列式打標一般采用小功率射頻激勵CO2激光器，其打標速度最高可達6000字符／妙，因而成為(wei) 高速在線打標的理想選擇，其缺點是隻能標記點陣字符，且隻能達到5×7的分辨率，對於(yu) 漢字無能為(wei) 力。
3． 掃描式打標
　　掃描式打標係統由計算機、激光器和X-Y掃描機構三部分組成，其工作原理是將需要打標的信息輸入計算機，計算機按照事先設計好的程序控製激光器和X-Y掃描機構，使經過特殊光學係統變換的高能量激光點在被加工表麵上掃描運動，形成標記。
　　通常X-Y掃描機構有兩(liang) 種結構形式：一種是機械掃描式，另一種是振鏡掃描式。
(1) 機械掃描式
　　機械掃描式打標係統不是采用通過改變反射鏡的旋轉角度去移動光束，而是通過機械的方法對反射鏡進行X-Y坐標的平移，從(cong) 而改變激光束到達工件的位置，這種打標係統的X-Y掃描機構通常是用繪圖儀(yi) 改裝（如圖3所示）。其工作過程：激光束經過反光鏡①、②轉折光路後，再經過光筆（聚焦透鏡）③作用射到被加工工件上。其中繪圖儀(yi) 筆臂④隻能帶著反光鏡①和②沿X軸方向來回運動；光筆③連同它上端的反光鏡②（兩(liang) 者固定在一起）隻能沿Y軸方向運動。在計算機的控製下（一般通過並口輸出控製信號），光筆在Y方向上的運動與(yu) 筆臂 在X方向上的運動合成，可使輸出激光到達平麵內(nei) 任意點，從(cong) 而標刻出任意圖形和文字。
（2）振鏡掃描式
　　振鏡掃描式打標係統主要由激光器、XY偏轉鏡、聚焦透鏡、計算機等構成。其工作原理是將激光束入射到兩(liang) 反射鏡（振鏡）上，用計算機控製反射鏡的反射角度，這兩(liang) 個(ge) 反射鏡可分別沿X、Y軸掃描，從(cong) 而達到激光束的偏轉，使具有一定功率密度的激光聚焦點在打標材料上按所需的要求運動，從(cong) 而在材料表麵上留下永久的標記，聚焦的光斑可以是圓形或矩形，其原理如圖4所示。在振鏡打標係統中，可以采用矢量圖形及文字，這種方法采用了計算機中圖形軟件對圖形的處理方式，具有作圖效率高，圖形精度好，無失真等特點，極大的提高了激光打標的質量和速度。同時振鏡式打標也可采用點陣式打標方式，采用這種方式對於(yu) 在線打標很適用，根據於(yu) 不同速度的生產(chan) 線可以采用一個(ge) 掃描振鏡或兩(liang) 個(ge) 掃描振鏡，與(yu) 前麵所述的陣列式打標相比，可以標記更多的點陣信息，對於(yu) 標記漢字字符具有更大的優(you) 。 #p#分頁標題#e#
　　振鏡掃描式打標係統一般使用連續光泵工作波長為(wei) 1.06μm的Nd:YAG激光器，輸出功率為(wei) 10～120W，激光輸出可以是連續的，也可以是Q開關(guan) 調製的。近年發展的射頻激勵CO2激光器，也被用於(yu) 振鏡掃描式激光打標機。
　　振鏡掃描式打標因其應用範圍廣，可進行矢量打標和點陣打標，標記範圍可調，而且具有響應速度快、打標速度高（每秒鍾可打標幾百個(ge) 字符）、打標質量較高、光路密封性能好、對環境適應性強等優(you) 勢已成為(wei) 主流產(chan) 品，並被認為(wei) 代表了未來激光打標機的發展方向，具有廣闊的應用前景。
　　目前用於(yu) 打標的激光器主要有Nd:YAG激光器和CO2激光器。Nd:YAG激光器產(chan) 生的激光能被金屬和絕大多數塑料很好地吸收，而且其波長短(為(wei) 1.06μm)，聚焦的光斑小，因而最適合在金屬等材料上進行高清晰度的標記。CO2激光器產(chan) 生的激光波長為(wei) 10.6μm，木製品、玻璃、聚合物和多數透明材料對其有很好的吸收效果，因而特別適合在非金屬表麵上進行標記。
　　Nd:YAG激光器和CO2激光器的缺點是對材料的熱損傷(shang) 及熱擴散比較嚴(yan) 重，產(chan) 生的熱邊效應常會(hui) 使標記模糊。相比之下，由準分子激光器產(chan) 生的紫外光打標時，不加熱物質，隻蒸發物質的表麵，在表麵組織產(chan) 生光化學效應，而在物質表層留下標記。所以，用準分子激光打標時，標記邊緣十分清晰。由於(yu) 材料對紫外光的吸收大，激光對材料的作用隻發生在材料的最表層，對材料幾乎沒有燒損現象，因此準分子激光器更適合於(yu) 材料的標記。
四．國內(nei) 激光打標的市場現狀
　　國家自“六.五”計劃起支持激光加工項目，“七.五”末至“八.五”初期開始出現激光加工係統的專(zhuan) 業(ye) 生產(chan) 企業(ye) 。國產(chan) 激光加工係統的銷售額從(cong) 1991年的1518萬(wan) 元，增至2003年的9.8億(yi) 元，13年增長64倍。激光標刻係統是其中代表產(chan) 品之一，其在激光加工設備中的比例最高而且正在逐年提高。
　　目前，國內(nei) 從(cong) 事激光標刻係統生產(chan) 和銷售的企業(ye) 大概有30多家，主要分布在武漢、北京、深圳、南京和廣州等地。
　　通過各地光電子、激光行業(ye) 協會(hui) 和激光設備生產(chan) 企業(ye) 對近三年多來全國激光行業(ye) 激光設備的銷售情況進行調查、統計和分析，2001年、2002年、2003年我國激光加工設備銷售統計與(yu) 分析的各類數據簡要歸納如下：
　　2001年我國激光加工產(chan) 品市場銷售總額為(wei) 5.8億(yi) 元；2002年為(wei) 7.4億(yi) 元；2003年銷售額為(wei) 9.8億(yi) 元。其中激光標刻係統的銷售額2001年為(wei) 1.9億(yi) 元，2002年為(wei) 2.48億(yi) 元，2003年為(wei) 3.33億(yi) 元，分別占當年激光加工銷售總額的32.7%、33.5%、34.0%。
　　在激光標刻係統中，YAG激光打標機2001年的銷售額為(wei) 1.45億(yi) 元，2002年為(wei) 1.9億(yi) 元，2003年為(wei) 2.5億(yi) 元；2001年YAG激光打標機銷售總量為(wei) 864台，2002年為(wei) 1142台，2003年達1600台。
　　從(cong) 以上數據，我們(men) 可以看出：1.激光標刻係統的銷售額在逐年穩步提高，其在激光加工銷售總額的比例也在不斷增加；2. YAG 激光打標機在激光標刻係統中占據著絕對統治地位。
五．國內(nei) 激光打標的發展前景
　　激光打標係統是綜合了激光技術和計算機技術的光、機電一體(ti) 化係統，當今激光技術和計算機技術的發展為(wei) 激光打標技術的發展帶來了前所未有的機遇和挑戰。
　　目前，在振鏡式掃描激光打標係統中，硬件控製電路都是基於(yu) 計算機ISA總線或者PCI總線而設計的，必須安裝在計算機主板的ISA總線或PCI總線擴展槽中。這種方式使得1台計算機控製打標機的台數受到了限製（現在絕大部分情況是1台計算機控製1台打標機）。另外，硬件安裝於(yu) 計算機主板上，給整個(ge) 係統的穩定運行帶來影響，降低了打標係統的穩定性，同時也增加了打標機的成本和體(ti) 積。
　　USB的出現和發展使得激光打標硬件控製電路脫離計算機ISA總線或者PCI總線成為(wei) 可能。USB2.0的傳(chuan) 輸速率可達480Mbit／s，完全可以勝任激光打標對數據傳(chuan) 輸速率的要求，而且，它可以支持1台計算機同時連接127台設備，這樣就可以用1台計算機同時控製幾台打標機而不必增加額外的費用，而且打標機也可以不帶計算機進行銷售，從(cong) 而降低了打標機的價(jia) 格。
現在激光打標使用的Nd：YAG激光器都是以氪燈或氙燈來泵浦的，其泵浦效率很低，致使激光器的總效率隻能達到2％～5％，這意味著絕大部分所加於(yu) 泵浦燈的電功率都轉化為(wei) 熱量。因此，這種激光打標機都配有龐大的冷卻係統，其體(ti) 積可占整個(ge) 係統體(ti) 積的40％。
　　近幾年出現的半導體(ti) 激光泵浦的固體(ti) 激光器，其總體(ti) 轉換效率可達20％以上，因而可以大大縮小激光器冷卻係統的體(ti) 積，這就為(wei) 激光打標機向輕型化、小型化方向發展創造了條件。而近年來出現的大功率光纖激光器，其散熱性能好、轉換效率高（是半導體(ti) 激光泵浦的固體(ti) 激光器的2倍以上）、激光閾值低、可調諧範圍寬、光束質量好、免維護和價(jia) 格低廉、製作靈活等顯著優(you) 勢，更加促進了激光打標向輕型化、小型化方向發展。
　　激光打標技術目前在國內(nei) 外工業(ye) 上的應用正被人們(men) 逐漸重視，各種新型的打標係統層出不窮，它以其獨特的優(you) 點正在取代傳(chuan) 統的標記方法，如：衝(chong) 壓、印刷、化學腐蝕等,在各種機械零部件、電子元器件、集成電路模塊、儀(yi) 器、儀(yi) 表、電機銘牌、工具甚至食品包裝等物體(ti) 表麵上,標記出漢字、英文字符、數字、圖形等，從(cong) 而在這些領域取得了廣泛的應用。國際上一些發達國家已將該技術作為(wei) 工業(ye) 加工的工藝標準，我國也非常重視這一技術，國家科委已將該技術列為(wei) “八五火炬計劃”進行研製和推廣。現在它已經引起了國內(nei) 越來越多生產(chan) 廠家的重視，必將會(hui) 代替傳(chuan) 統的標記工藝，給產(chan) 品生產(chan) 注入新的活力。因此，激光打標具有巨大的發展潛力和廣闊的市場前景。