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毕业设计
本科毕业论文(设计)
论文(设计)题目:
固体
激光打标工艺设计
学院:
专业:
机械设计制造及其自动化
班级:
机自061班
学号:
学生姓名:
指导教师:
2010年5月10日
贵州大学本科毕业论文(设计)
诚信责任书
本人郑重声明:
本人所呈交的毕业论文(设计),是在导师的指导下独立进行研究所完成。
毕业论文(设计)中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等,均已明确注明出处。
特此声明。
论文(设计)作者签名:
日期:
2010
激光打标工艺设计
摘要
激光打标技术现在在国内外工业上的应用正被人们逐渐重视,各种新型的打标系统层出不穷,它以其独特的优点正在取代传统的标记方法。
国际上一些发达国家以将该技术作为工业加工的工艺标准,我国也非常重视这一技术,国家科委已将该技术列为“八五火炬计划”进行研制和推广。
现在它已经引起国内越来越多生产厂家的重视,必将会代替传统的标记工艺,给产品生产注入新的活力,因此,激光打标具有巨大的发展潜力和广阔的市场前景。
本论文以激光打标机LST50F为对象,主要介绍了设备的基本配置、设备的系统组成及其功能、系统参数、图形文字的编辑、基本操作及简单的维护等知识。
熟悉了产品的设计,设备的编辑指令、系统参数、以及操作过程,在操作中尤其要注意对一些参数的设置,如:
网点、反转、双向扫描和电流的调节。
关键词:
激光打标机,工艺设计,激光加工
Thelaserhitsthesigntechnologicaldesign
Abstract
Thelaserhitsthesigntechnologygraduallytotakeatpresentinthedomesticandforeignindustryapplicationbythepeople,eachkindnewhitsthesignsystemtoemergeoneafteranotherincessantly,itissubstitutingfortraditionalbyitsuniquemeritthemarkmethod.Ontheinternationalsomedevelopedcountriesbythistechnologytooktheindustryprocessingthecraftstandard,ourcountryalsoextremelytakesthistechnology,NationalSciencecommitteehaslistedas“85torchplans”thistechnologytocarryonthedevelopmentandthepromotion.Nowitalreadybroughttothedomesticmoreandmoremanymanufacturerattention,willcertainlytobeabletoreplacetraditionalthemarkcraft,pouredintothenewvigorfortheproductproduction,therefore,thelaserhitthesigntohavethehugedevelopmentpotentialandthebroadmarketprospect.
ThepresentpaperhitssignmachineLST50Ftakethelaserasanobject,mainlyintroducedtheequipmentbasicdisposition,equipmentknowledgeandsoonsystemcompositionandfunction,systemparameter,graphwritingedition,elementaryoperationeoandsimplemaintenance.Hasbeenfamiliarwiththeproductdesign,theequipmenteditioninstruction,thesystemparameter,aswellastheoperatingprocess,mustpayattentionespeciallyintheoperationtosomeparameterestablishment,forexample:
Meshpoint,reverse,bilateralscanningandelectriccurrentadjustment.
Keywords:
Thelaserhitsthesignmachine,technologicaldesign,laserprocessing
第一章设计导言
1.1什么是激光打标技术
在激光加工领域中,激光打标是应用最广泛的技术之一,激光打标技术是当代高科技激光技术和计算机技术的结晶产品。
激光打标技术也称激光标记、激光印标,近年来在印刷领域应用越来越多,激光打标可应用于包括塑料与橡胶、金属、硅晶片等多种材料上。
激光打标与传统的机械雕刻、化学腐蚀、丝网印刷、油墨打印等方式相比,具有成本低、灵活性高、可以计算机系统控制,而激光作用于工件表面所产生标记的牢固永久性是其突出特点。
激光打标系统可对大批量生产的工件实行产品单个识别编号,再以条行码或者二维码阵列标在产品上,可极为有效地帮助实行生产工序控制、质量控制以及防止假冒产品。
同时可对各种金属材料及部分非金属材料进行刻写或制作难以仿制的永久性防伪标记。
通过计算机输入及输出,采用振镜扫描方式,速度快;全封闭导光系统,对环境的适应性强;组合式内部结构,便于维修及保养;尤其适宜在线作业。
应用范畴非常广泛,比如各种五金制品、金属器皿、精密器械、汽车配件、电子元器件、刀具、礼品、钟表、水暖器材、眼镜架、箱包带扣、拉链、纽扣、鞋扣、电脑键盘等产品的商标、批号、日期、条码、标记打标等。
1.2激光打标基本原理
激光打标的基本原理是,由激光发生器生成高能量的连续激光光束,当激光作用于承印材料时,处于基态的原子跃迁到较高能量状态;处于较高能量状态的原子是不稳定的,会很快回到基态,当原子返回基态时,会以光子或量子的形式释放出额外的能量,并由光能转换为热能,使表面材料瞬间熔融,甚至气化,从而在物体表面上刻出任意所需要的文字、图形和图像,服务于各行各业。
激光打标是非接触加工,可以在任何异型表面标刻,物体不会变型,也不会产生内应力,适于金属(需要配置相应的激光器)、塑料、玻璃、陶瓷、木材、皮革等各种材料;标记清晰、永久、美观,并能有效防伪;具有标刻速度快、运行成本低、无污染等优点。
1.3激光打标机各系统组成和原理
激光是指为使激工作光物质实现并维持粒子数反转而提供能量来源的机构或装置。
根据工作物质和激光器运转条件的不同,可采取不同的激励方式和激励装置,常见的有四种。
光学激励(光泵):
是利用外界光源发出的光来辐照工作物质以实现粒子数反转的,整个激励装置,通常是由气体放电光源(如氪灯、氙灯)和聚光器组成。
1.气体放电激励:
是利用在气体工作物质内发生的气体放电过程来实现粒子数反转的,整个激励装置通常由放电电极和放电电源组成。
2.化学激励:
是利用在工作物质内部发生的化学反应过程来实现粒子反转的,通常要求有适当的化学反应物和相应的引发措施。
3.核能激励:
是利用小型核裂变反应所产生的裂变碎片、高能粒子或放射线来激励工作物质并实现粒子数反转。
光学共振腔
通常是由具有一定几何形状和光学反射特性的两快反射镜按特定的方式组合而成。
其作用为:
1、提供光学反馈力,使受激辐射光子在腔内多次往返形成相干的持续震荡。
2、对腔内往返震荡光束的方向和频率进行限制,以保证输出激光具有一定的单色性和定向性。
共振腔作用1是由通常组成腔的两个反射镜的集合形状(反射面曲率半径)和相对的组合方式所决定;而作用2则是由给定共振腔型对腔内不同行进方向和不同频率的光,具有不同的选择性损耗性所决定的。
1.4激光打标的主要特点
1.应用范围广:
几乎可以在所有材料上打标。
2.打标效率高:
计算机控制下的激光光束可以高速移动,通常的打标过程可以在数秒内完成,可实现在线打标。
3.标精度高:
激光可以形成极细光束,在材料表面的最细线宽可达微米量级,可以打印各种图形、商标、条形码、两维码。
激光打标还可以改善产品外观形象和名牌效应,增强产品的市场竞争能力。
4.使用成本低:
激光打标是非接触式打标,不受通常模具打标的疲劳使用寿命的限制。
在批量加工使用中的维护成本极低。
1.5激光打标机与传统标记方式具有的优越性
1、非接触加工
可在任何规则或不规则表面打印标记,且打标后工件不会产生内应力。
2、材料适用面广
可在金属、塑料、陶瓷、玻璃、纸张、皮革等不同种类或不同硬度的材料上打印。
3、可与生产线上的其他设备集成,提高生产线的自动化程度。
4、标记清晰、持久、美观,并可有效防伪。
5、使用寿命长、无污染。
6、运行成本低。
打标速度快且标记一次成型,能耗小,因而运行成本低。
7、加工效率高。
计算机控制下的激光光束可以高速移动(速度达5~7米/秒),打标过程可在数秒内完成。
1个标准计算机键盘的印字可在12秒内完成。
激光打标系统均配有计算机控制系统,可以与高速流水线灵活配合。
8、开发速度快
由于激光技术和计算机技术的结合,用户只要在计算机上编程即可实现激光打印输出,并可随时变换打印设计,从根本上替代了传统的模具制作过程,为缩短产品升级换代周期和柔性生产提供了便利工具。
第二章生产设备
表2.1生产设备:
LSY50F激光打标机主要技术参数
激光波长
1064nm
最大激光输出攻效率
50W
声光调制频率
200~50HZ
最大直线标刻速度
7000mm/s
标刻范围
65mm*65mm*(110mm*110mm,145mm*145mm,175mm*175mm)可选
标刻深度
0.01~0.2mm视材料
供电
三相380V/4.5KVA50HZ,单相220V/4.5KVA50HZ
2.1设备的组成及原理
激光标刻设备是激光束通过计算机控制的振镜反射偏转,经F—θ透镜聚焦到工件表面,形成高功率密度光斑(约10
W/mm2)使工件表面瞬间汽化,刻蚀出一顶深度的图案文字。
LSY50F灯泵浦振镜打标机是由氪灯泵浦的固体YAG激光打标机,它主要由四部分组成,既:
主控机箱,制冷机,激光头,工作机架。
如下图。
表2.2LSYF激光打标机的组成及各部分功能
名称
说明
功能
1
主控机箱
包括电源控制箱,计算机,声光电源,激光电源
2
激光头
包括激光发生器,扩束镜。
同轴指示红光.振镜头F-θ
执行激光打标
3
冷却单元
包括水箱,水管,空调连接管,空调室外机
(分机体)
水管
(1)冷却进水-激光头出水
(2)冷却出水-激光头进水
空调连接管(空调室外机-蒸发器)
总体控制功能
4
电缆线
电源控制箱
电源进线(配点箱-控制器)
激光电源(电源控制箱-激光电源)
制冷电源(电源控制箱-水箱)
振镜红光电源(电源控制箱-振镜头,
半导体激光器)
D/A卡输出(电源控制箱-D/A卡)
风扇电源(电源控制箱-后盖风扇)
脚踏开关(电源控制箱-脚踏开关)
计算机电源(电源控制箱-计算机主体)
显示器电源(电源控制箱-显示器)
Q开关电源(电源控制箱-声光电源)
总体控制功能
计算机
A/D卡输出
(D/A卡-电源控制箱)
(D/A卡-振镜X,Y轴扫描)
编程与控制振镜
声光电源
外控接口线
外控接口线-D/A卡
驱动与控制Q开关
激光电源
外控保护接点
输出端子(激光电源-氪灯)
氪灯电源
2.2激光头各部分名称和功能
激光头由激光发生器、扩束镜、同轴指示红光和振镜组成。
2.2.1激光发生器
激光发生器主要由激光工作物质、泵浦源、聚光腔、谐振腔组成
激光工作物质:
LSY50F型系列激光打标机激光工作物质为掺钕离子的钇铝石榴石,简称Nd+:
YAG晶体。
它的工作原理是通过晶体内3价钕离子的能级跃迁产生1064波长的共外激光。
泵浦源:
对于连续运行的固体YAG激光器,一般采用氪灯泵浦的方式,氪灯的最大输出功率6KW,工作电流7~22A,工作电压110V~200V。
氪灯有正负极性,圆头为正,尖头为负。
氪灯在工作时,需用水冷却。
聚光腔:
为了使氪灯发射的能量尽可能的为工作物质所吸收,需要采用聚光耦合的方法,将氪灯发射的光能会聚到YAG棒上,既采用通常所说的聚光腔。
该聚光腔采用紧包的方式的陶瓷腔,氪灯的YAG棒等距离地直接属于内腔,腔内全部水冷却。
淘神聚光腔具有聚光效率高,稳定耐用,免维护等优点。
谐振腔:
在工作物质的两端,各放上一块反射镜,两个反射镜面须调整到严格平行,并与晶体棒的轴线垂直,这两块反射镜和聚光腔既构成激光谐振腔。
YAG棒发出的光,并不能直接形成严格实用意义的激光,它需要经过在谐振腔内不断振荡放大,才能产生高强度的、能有用于加工的激光束。
LSY50F型系列激光打标采用稳定的平行平面镜腔。
谐振腔的后反射镜为全反射镜,另一块反射镜为部分反射镜,激光从部分反射镜一端输出。
2.2.2扩束镜
扩束镜由多片透镜组成,它将激光器产生的激光束扩大一定倍数,也成倍压缩了激光束的发散角,以利于缩小聚焦光斑.
2.2.3同轴指示红光
同轴指示红光是一个半导体发光二极管,发出显明的红光,它与激光器调到严格同轴,是激光器调整的定位依据,也是打标时的定位指示.
2.2.4振镜头
振镜头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、反射镜、F-θ透镜及直流电源组成。
2.3主控机箱组成及各部分功能
电源控制箱:
电源控制箱提供了整机的电源控制
表2.3电源控制箱
名称
说明
钥匙开关
接通、断开激光器、冷却系统、主控机箱内的各控制单元的电源
振镜电源按扭
按下按扭时,振镜电机通电
急停
按下急停按扭,激光器、冷却系统、主控机箱内的各控制单元都停止工作
取消急停按扭,将旋按扭按箭头方向返回初始位置
空气开关
合上此开光时接通设备所有供电,断开时,切断设备所有供电
计算机:
计算机在出厂前已经安装D/A卡和专用打标软件,给振镜扫描系统提供数据传递及控制声光调制开关的起停。
2.4激光电源(面板说明)
数显表:
停机时显示电源的电流设定值,启动状态时显示实际输出电流值
允许启动(READY)灯:
灯亮时,表示允许电源启动。
若交流电网电压低于额定电压的15%,电源的欠压保护动作,面板上的“READY”指示灯亮,电源停止工作,此时按下“RUN”启动按扭无效,当电网电压恢复正常后,“READY”灯亮,欠压保护撤消,机器允许重新启动。
电源指示(POWER)灯:
灯亮时,表示电源控制电压正常,允许电源工作。
过载报警(OVERLOAD)灯:
当电源的输出电流超出机器的最大输出电流时,面板“OVERLOAD”指示灯亮,电源停止工作,电源自动停机,只有断电后才能重启。
此时应断电检查主电路是否损坏,若没有坏,可更换主控板。
过热报警(OVERHEAT)灯:
电源内功率单元散热器表面温度高于750C时,过热保护动作,面板上过热报警“OVERHEAT”指示灯亮,电源自动停机,待温度降至正常值时,方可重新启动,投入工作。
灯电流调节旋扭:
调节输出电流值的大小。
控制开光(WORK/SLEEP):
当开光处于“WOPK”时,电源输出电流为电流调节旋扭给定的电流。
当开关处于“SLEEP”时,电源处于“休眠”状态,也就是输出电流保持在7A左右。
启动按扭(RUN):
在允许启动灯亮时按动此按扭,可启动机器。
停止(STOP)开关:
任何时候按动此按扭,激光电源停止工作。
激光电源总开关:
拨动开关,可连通或切断激光电源总电源。
高压输出端子:
电源输出接线端子分红、黑二色,红色为正极,黑色为负极。
外控保护端子:
外控保护端子为两只红色接线柱,用于外控保护触点,触点接通时允许电源工作,断开时,电源不能工作。
2.5声光电源(面板说明)
声光电源是专门为各种型号声个Q开关器件而设计的高精度驱动电源,她它能接受外部的控制信号,产生相应的射频信号并施加到Q开关器件惊醒激光有无控制及波形调制。
频率显示表:
显示内部V/F脉冲发生器的脉冲频率。
频率显示表跟随频率换挡开光换挡。
RUN(运行)指示灯:
指示出光控制信号的状态,当出光控制信号为出光有效电平时,指示灯亮;反之,指示灯灭。
ALARM(报警)指示灯:
当驱动器出现过热或外保护接点断开时,保护单元动作,报警(ALARM)指示灯亮。
此时,无射频信号输出。
2.6运行与测试选择开关
运行状态:
拨到RUN位置,驱动器接收外部输入的信号控制,输出相应的射频信号正常工作时,应处于运行状态。
测试状态:
是为了方便用户将驱动器与上位机脱离单独的状态。
拨到“T-on”,驱动器不受外部输入信号的控制,强制性地发出“出光命令”。
可以在此时状态下进行光路的测试与调整。
拨到“T-off”,驱动器不受外部输入信号的控制,强制发出”关断“命令,工作在关断状态。
此时,驱动器输出射频功率最大。
只能在此状态下调节驱动器输出射频功率。
频率调制旋扭:
逆时针旋转内调制脉冲频率降低:
顺时针旋转频率提高。
电源开关:
接通/关断驱动器电源。
第三章文件菜单
“文件”菜单实现一般的文件操作,如新键、打开、保存文件、从Twain设备输入图象等功能。
3.1新键(N)
“新键”子菜单用于新键一个空白工作空间以供作图,快捷键为Ctrl+N。
选择“新键”子菜单时,软件将会关闭当前正在编辑的文件,同时建立一个新菜单。
如果当前正在编辑的文件没有保存,则软件会提示是否保存该文件。
当将鼠标指针移动到工具栏中的新键图标并稍微停顿后,系统将会出现一条提示信息,简单说明该图标的功能,同时在主界面窗口下方状态栏上将会显示该功能的详细解释,如果将鼠标指针移动到菜单栏中的“新键”子菜单上,则只会在状态栏出现详细解释,提示信息不会出现。
3.2打开(O)
“打开”子菜单用于打开一个保存在硬盘上的.ezd文件,其快捷键为Ctrl+O。
当选择“打开”子菜单时,系统将会出现一个打开文件的对话框,要求选择需要打开的文件。
当选择了一个有效的ezd文件后,该对话框下方将显示该文件的预览图形(本功能需要在保存该文件同时保存了预览图形)。
不能使用“打开”子菜单来打开不符合.ezd文件格式的文件。
3.3保存(S)、另寸为(A)
“保存”子菜单以当前的文件名保存正在绘制的图形,“另寸为”子菜单用来将当前绘制的图形保存为另外一个文件名。
两者都实现保存文件的功能。
如果当前文件已经有了文件名,则“保存”命令以该文件名保存当前绘制的图形,否则将弹出文件对话框,要求现在保存文件的路径以及提供文件名,无论当前文件是否有文件名,“另村为”命令都会弹出文件对话框,要求提供新的文件名以供保存,此时,旧的文件不会被覆盖。
如果现在了“保持预览图片”,则在打开该文件时,将可以预览该文件的图形。
3.4获取扫描图象(M)
“获取扫描图象”子菜单用于从Twain设备中读取图象。
选择该命令后会弹出对话框,要求选择Twain设备(所列出的设备是在你的电脑上已经安装过的合法的Twain程序)。
当选定了Twain设备后,系统会出现对应的Twain图象处理对话框,可以选择对应的图象输入。
(该对话框根据设备不用而有所不同)
3.5系统参数(P)
“系统参数”子菜单用于进行系统参数的设置。
可以使用该命令来设置程序运行时的一些特性,包括显示、保存、语言等。
选择“系统参数”命令,弹出对话框。
在对话框中可以设置软件所使用的单位类型,所显示的颜色。
工作空间相关参数,自动备份时间,显示的语言等多种参数。
第四章:
设备系统参数
“系统参数”子菜单用于进行系统参数的设置。
可以使用该命令来设置程序进行时的一些特性,包括显示,保存,语言等。
选择“系统参数”命令,弹出的对话框可以设置软件的单位类型,所有颜色,工作空间相关参数,自动备份时间,显示的语言多种参数。
4.1常规
在常规参数中,主要设置一些通用的参数。
单位类型指软件在显示坐标、距离等数据时所使用的单位类型。
可选项为毫米和英尺。
水平/垂直粘贴偏移:
指定了当使用复制/粘贴功能时,新生成的对象(被粘贴的对象)相对于其原先的位置的偏移量。
网格:
是否显示视图的距离。
网格间距:
网格线之间的距离。
使能标刻互斥量(HFLASERMARKMUTEX_MARKING):
如果使用该选项,AGLASERMARK会创建一个内核互斥对象HGLASERMARKMUTEX_MARLING。
在开始打标时,HGLASERMARK等待第三方程序将该互斥量变为“有信号”状态才开始打标;打标完成后HGLASERMARK将互斥量变为“无信号”状态。
此功能用于HGLASERMARK与其他程序同步加工。
当HGLasermark启动时,运行程序:
当HGLasermark关闭时,运行程序:
用于启动第三方提供的可执行程序已实现某些关联操作。
4.2颜色
设置背景、工作空间、辅助线、网格等元素的颜色。
双击颜色条可更改相应的颜色
4.3工作空间
设置工作空间的属性,包括工作空间的大小及位置。
工作空间指主界面中的矩形部分。
该矩形对应实际设备的有效工作区域,在该矩形框内绘制的所有图形,实际加工时都会被加工。
矩形框外的图形由于尺寸限制,将有可能不会被加工。
4.4自动备份
设定HGLasermark软件自动备份的时间间隔,以1分钟为基本单位自动备份的文件保存在主目录下的AutoSave.Ezd文件中。
4.5移动旋转
微调距离:
指当使用键盘的方向键一定图形时,每次按键盘所选对象的移动距离。
大调整比例:
指当使用键盘的方向键移动图形时,如果同时按shift键时,每次按键盘所选对象的移动的距离等于微调距离*大调整比例。
旋转角度:
指当适应键盘的方向键移动图形时,如果同时按ctrl键时,每次按键盘所选对象的旋转的角度。
回原点方式:
指当用户执行选取命令中的回原点时把被选取对象的哪一个放置到原点。
4.6插件管理器
显示当前的电脑上已经安装的HGLasermark软件插件。
可以设置没一个插件是否使用,按空格键或双击插件名称改变使用状态,
最近文件:
在“系统菜单之后,列出了用户最近所打开过的文件,列出的文件条数最大为10。
如果该软件从来木打开/保存过任何ezd文件,则不会有文件列出,该菜单项不可用。
退出(X)
退出HGLasermark软件。
如果有未保存的文件,系统将会提示是否进行保存。
4.7位图
显示预览图片:
当用户更该当前文件时会自动显示当前文件的图片在预览框里
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