Принципы лазерной маркировки промышленных материалов.
Автор: Горный С.Г., Ряховских С.А.
Журнал ТехСовет № 9 (72) от 11 сентября 2009, в рубрике: Промзона
оригинал статьи Принципы лазерной маркировки промышленных материалов.
На сегодняшний день, несмотря на то, что человечество изобрело огромное количество лазеров, фактически в промышленности для обработки материалов используются только два типа лазерных излучателей – газовые на молекулах СО2 с длиной волны 10,6 мкм, и твердотельные на различных атомах редкоземельных элементов с длиной волны 1,06 мкм. Следует отметить, что излучение СО2 лазеров гораздо труднее поддается временному и пространственному преобразованию, чем излучение твердотельных лазеров. Это обуславливает применение в основном непрерывных СО2 излучателей и импульсных и непрерывных твердотельных излучателей для лазерной маркировки. Успехи развития полупроводниковых и волоконных технологий привели в последнее время к существенным изменениям в производстве твердотельных лазеров и появлению компактных, высоконадежных волоконных лазерных излучателей с диодной накачкой. Волоконные лазеры обладают минимальными массогабаритными характеристиками, отличаются высокой надежностью и имеют уникальные пространственно-временные параметры излучения.
Поскольку различные материалы – металлы и их сплавы, пластмассы, резина, дерево и другие материалы по разному поглощают излучение (например, стекло, прозрачно для излучения с длиной волны 1,06 мкм и полностью поглощает излучение с длиной волны 10,6 мкм), то для эффективной маркировки материала необходимо соответственно выбирать тот или иной тип излучателя. При этом некоторые материалы, например PC пластики, взаимодействуют с обеими длинами волн и, соответственно, хорошо обрабатываются обоими типами лазеров.
Под воздействием сфокусированного лазерного излучения материал модифицируется (нагревается, плавится, испаряется и.т.д.) и в зоне взаимодействия образуется структура, воспринимаемая как графическая точка. Комбинация таких точек, при лазерной маркировке, позволяет получать любые графические символы и образы. Для создания любой графической информации необходимо управлять точкой взаимодействия излучения с материалом в пространстве (перемещение) и времени (включение - выключение). С этой целью используют различные типы развертки лазерного луча, наиболее важными из которых является – сканаторная и плоттерная, см. рис. 1.
Рис.1. Сканаторная и плоттерная системы перемещения луча в плоскости маркировки.
Существуют также другие способы развертки излучения, однако все они чрезвычайно экзотичны и какого-либо реального промышленного применения не имеют. Лазерную маркировку, по методу формирования изображения, можно разделить на растровую и векторную, рис.2.
Рис. 2. Способы формирования изображений при лазерной маркировке.
При растровой маркировке изображение формируется путем нанесения последовательных линий (строк), при векторной - путем контурной его обводки. Естественно, может быть комбинация этих методов. Таким образом, возможно, наносить любую информацию - цифробуквенную, графическую, символьную, кодовую и др.
Высокая скорость перемещения луча, при высокой степени концентрации энергии позволяет обрабатывать любые материалы – металлы, сплавы, твердые материалы, неметаллические материалы и прочее. Это обуславливает широкое применение лазерной маркировки для целей учета, контроля, кодирования и идентификации продукции, товаров, изделий во всех отраслях промышленности – от атомной индустрии до рекламно-сувенирной продукции. Современные конструкции систем лазерной маркировки высокоэффективны, компакты, надежны и легко интегрируются в любой технологический процесс. Примером такого станка может служить система прецизионной лазерной маркировки «МиниМаркер»®, внешний вид которой представлен на рис.3.
Рис. 3. Внешний вид системы прецизионной лазерный маркировки "МиниМаркер"®.
Система "МиниМаркер"® выполнена на базе волоконного лазера производства НПО «ИРЭ-Полюс» (входит в состав международной группы IPG), при работе не требует расходных материалов (за исключение электроэнергии), обладает уникальной стабильностью параметров лазерного излучения, а также скоростью перемещения лазерного луча до 8,7 метров в секунду с точностью +/- 2,5 микрон. На сегодняшний день имеется опыт промышленной эксплуатации СПЛМ "МиниМаркер"® свыше 25000 рабочих часов без каких-либо сервисных или эксплуатационных расходов. Современные системы лазерной маркировки отвечают самым высоким требованиям и могут эффективно использоваться в любых отраслях промышленности.
Горный С.Г. ("Лазерный Центр" г. Санкт-Петербург),
Ряховских С.А. ("Лазерный Центр Урала", г. Екатеринбург.