激光打標(biāo)設(shè)備的核心是激光打標(biāo)控制系統(tǒng)，因此，激光打標(biāo)的發(fā)展歷程就是打標(biāo)控制系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程。從1995年到2003年短短的8年時(shí)間，控制系統(tǒng)在激光打標(biāo)領(lǐng)域就經(jīng)歷了大幅面時(shí)代、轉(zhuǎn)鏡時(shí)代和振鏡時(shí)代，控制方式也完成了從軟件直接控制到上下位機(jī)控制到實(shí)時(shí)處理、分時(shí)復(fù)用的一系列演變，如今，半導(dǎo)體激光器、光纖激光器、乃至紫外激光的出現(xiàn)和發(fā)展又對(duì)光學(xué)過(guò)程控制提出了新的挑戰(zhàn)。

大幅面時(shí)代

所謂大幅面，剛開(kāi)始是將繪圖儀的控制部分直接用于激光設(shè)備上，將繪圖筆取下，在（0，0）點(diǎn)X軸基點(diǎn)、Y軸基點(diǎn)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(dǎo)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(qū)動(dòng)光路的運(yùn)行，這種方式明顯的優(yōu)勢(shì)是幅面大，而且基本上能滿(mǎn)足精度比較低的標(biāo)刻要求，不需要專(zhuān)用的標(biāo)刻軟件；但是，這種方式存在著打標(biāo)速度慢、控制精度低、筆臂機(jī)械磨損大、可靠性差、體積大等缺點(diǎn)。因此，在經(jīng)歷初的嘗試后，繪圖儀式的大幅面激光打標(biāo)系統(tǒng)逐步退出打標(biāo)市場(chǎng)的，所應(yīng)用的同類(lèi)型的大幅面設(shè)備基本上都是模仿以前這種控制過(guò)程，用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的高速大幅面系統(tǒng)，而隨著三維動(dòng)態(tài)聚焦振鏡式掃描系統(tǒng)的逐步完善，大幅面系統(tǒng)將逐步從激光標(biāo)刻領(lǐng)域銷(xiāo)聲匿跡。

轉(zhuǎn)鏡時(shí)代

由于看到大幅面系統(tǒng)的一系列缺點(diǎn)，在高速振鏡技術(shù)還沒(méi)有在中國(guó)廣泛普及的情況下，一些控制工程師自行開(kāi)發(fā)了由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)鏡式掃描系統(tǒng)，其工作原理是將從諧振腔中導(dǎo)出的激光通過(guò)擴(kuò)束，經(jīng)過(guò)成90°安裝的兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的金鏡的反射，由F-theta場(chǎng)鏡聚焦后輸出作用于處理對(duì)象上，金鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)使工作平面上的激光作用點(diǎn)分別在X、Y軸上移動(dòng)，兩個(gè)鏡面協(xié)同動(dòng)作使激光可以在工作平面上完成直線和各種曲線的移動(dòng)。這種控制過(guò)程無(wú)論從速度還是定位精度來(lái)說(shuō)都遠(yuǎn)超過(guò)大幅面，因此在很大程度上能滿(mǎn)足工具行業(yè)對(duì)激光控制的要求，雖然同當(dāng)時(shí)國(guó)際上流行的振鏡式掃描系統(tǒng)還有比較明顯的差距，但嚴(yán)格來(lái)說(shuō)這種設(shè)計(jì)思路的出現(xiàn)和逐步完善代表著中國(guó)激光應(yīng)用的一個(gè)里程碑，是中國(guó)完全能自行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)激光應(yīng)用設(shè)備的典型標(biāo)志。直到振鏡在中國(guó)大規(guī)模應(yīng)用的興起，這種控制方式才逐步退出中國(guó)激光應(yīng)用的舞臺(tái)。

振鏡時(shí)代

1998年，振鏡式掃描系統(tǒng)在中國(guó)的大規(guī)模應(yīng)用開(kāi)始到來(lái)。[所謂振鏡，又可以稱(chēng)之為電流表計(jì)，它的設(shè)計(jì)思路完全沿襲電流表的設(shè)計(jì)方法，鏡片取代了表針，而探頭的信號(hào)由計(jì)算機(jī)控制的-5V—5V的直流信號(hào)取代，以完成預(yù)定的動(dòng)作。同轉(zhuǎn)鏡式掃描系統(tǒng)相同，這種典型的控制系統(tǒng)采用了一對(duì)折返鏡，不同的是，驅(qū)動(dòng)這套鏡片的步進(jìn)電機(jī)被伺服電機(jī)所取代，在這套控制系統(tǒng)中，位置傳感器的使用和負(fù)反饋回路的設(shè)計(jì)思路進(jìn)一步保證了系統(tǒng)的精度，整個(gè)系統(tǒng)的掃描速度和重復(fù)定位精度達(dá)到一個(gè)新的水平。

目前國(guó)內(nèi)的激光打標(biāo)按其工作方式可分為掩模式打標(biāo)、陣列式打標(biāo)和掃描式打標(biāo)。

掩模式打標(biāo)

掩模式打標(biāo)又叫投影式打標(biāo)。掩模式打標(biāo)系統(tǒng)由激光器、掩模板和成像透鏡組成，其工作原理，經(jīng)過(guò)望遠(yuǎn)鏡擴(kuò)束的激光，均勻的投射在事先做好的掩模板上，光從雕空部分透射。掩模板上的圖形通過(guò)透鏡成像到工件（焦面）上。通常每個(gè)脈沖即可形成一個(gè)標(biāo)記。受激光輻射的材料表面被迅速加熱汽化或產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，發(fā)生顏色變化形成可分辨的清晰標(biāo)記。掩模式打標(biāo)一般采用CO2激光器和YAG激光器。掩模式打標(biāo)主要優(yōu)點(diǎn)是一個(gè)激光脈沖一次就能打出一個(gè)完整的、包括幾種符號(hào)的標(biāo)記，因此打標(biāo)速度快。對(duì)于大批量產(chǎn)品，可在生產(chǎn)線上直接打標(biāo)。缺點(diǎn)是打標(biāo)靈活性差，能量利用率低。

陣列式打標(biāo)

它是使用幾臺(tái)小型激光器同時(shí)發(fā)射脈沖，經(jīng)反射鏡和聚焦透鏡后，使幾個(gè)激光脈沖在被打標(biāo)材料表面上燒蝕（熔化）出大小及深度均勻的小凹坑，每個(gè)字符、圖案都是由這些小圓黑凹坑構(gòu)成的，一般是橫筆劃5個(gè)點(diǎn)，豎筆劃7個(gè)點(diǎn)，從而形成5×7的陣列。陣列式打標(biāo)一般采用小功率射頻激勵(lì)CO2激光器，其打標(biāo)速度可達(dá)6000字符/妙，因而成為高速在線打標(biāo)的理想選擇，其缺點(diǎn)是只能標(biāo)記點(diǎn)陣字符，且只能達(dá)到5×7的分辨率，對(duì)于漢字無(wú)能為力。

掃描式打標(biāo)

掃描式打標(biāo)系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、激光器和X-Y掃描機(jī)構(gòu)三部分組成，其工作原理是將需要打標(biāo)的信息輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)按照事先設(shè)計(jì)好的程序控制激光器和X-Y掃描機(jī)構(gòu)，使經(jīng)過(guò)特殊光學(xué)系統(tǒng)變換的高能量激光點(diǎn)在被加工表面上掃描運(yùn)動(dòng)，形成標(biāo)記。

通常X-Y掃描機(jī)構(gòu)有兩種結(jié)構(gòu)形式：一種是機(jī)械掃描式，另一種是振鏡掃描式。

（1） 機(jī)械掃描式

機(jī)械掃描式打標(biāo)系統(tǒng)不是采用通過(guò)改變反射鏡的旋轉(zhuǎn)角度去移動(dòng)光束，而是通過(guò)機(jī)械的方法對(duì)反射鏡進(jìn)行X-Y坐標(biāo)的平移，從而改變激光束到達(dá)工件的位置，這種打標(biāo)系統(tǒng)的X-Y掃描機(jī)構(gòu)通常是用繪圖儀改裝。其工作過(guò)程：激光束經(jīng)過(guò)反光鏡①、②轉(zhuǎn)折光路后，再經(jīng)過(guò)光筆（聚焦透鏡）③作用射到被加工工件上。其中繪圖儀筆臂④只能帶著反光鏡①和②沿X軸方向來(lái)回運(yùn)動(dòng)；光筆③連同它上端的反光鏡②（兩者固定在一起）只能沿Y軸方向運(yùn)動(dòng)。在計(jì)算機(jī)的控制下（一般通過(guò)并口輸出控制信號(hào)），光筆在Y方向上的運(yùn)動(dòng)與筆臂 在X方向上的運(yùn)動(dòng)合成，可使輸出激光到達(dá)平面內(nèi)任意點(diǎn)，從而標(biāo)刻出任意圖形和文字。

（2）振鏡掃描式

振鏡掃描式打標(biāo)系統(tǒng)主要由激光器、XY偏轉(zhuǎn)鏡、聚焦透鏡、計(jì)算機(jī)等構(gòu)成。其工作原理是將激光束入射到兩反射鏡（振鏡）上，用計(jì)算機(jī)控制反射鏡的反射角度，這兩個(gè)反射鏡可分別沿X、Y軸掃描，從而達(dá)到激光束的偏轉(zhuǎn)，使具有一定功率密度的激光聚焦點(diǎn)在打標(biāo)材料上按所需的要求運(yùn)動(dòng)，從而在材料表面上留下的標(biāo)記，聚焦的光斑可以是圓形或矩形。

在振鏡打標(biāo)系統(tǒng)中，可以采用矢量圖形及文字，這種方法采用了計(jì)算機(jī)中圖形軟件對(duì)圖形的處理方式，具有作圖效率高，圖形精度好，無(wú)失真等特點(diǎn)，極大的提高了激光打標(biāo)的質(zhì)量和速度。同時(shí)振鏡式打標(biāo)也可采用點(diǎn)陣式打標(biāo)方式，采用這種方式對(duì)于在線打標(biāo)很適用，根據(jù)于不同速度的生產(chǎn)線可以采用一個(gè)掃描振鏡或兩個(gè)掃描振鏡，與前面所述的陣列式打標(biāo)相比，可以標(biāo)記更多的點(diǎn)陣信息，對(duì)于標(biāo)記漢字字符具有更大的優(yōu)。

振鏡掃描式打標(biāo)系統(tǒng)一般使用連續(xù)光泵工作波長(zhǎng)為1.06μm的Nd:YAG激光器，輸出功率為10～120W，激光輸出可以是連續(xù)的，也可以是Q開(kāi)關(guān)調(diào)制的。發(fā)展的射頻激勵(lì)CO2激光器，也被用于振鏡掃描式激光打標(biāo)機(jī)。

振鏡掃描式打標(biāo)因其應(yīng)用范圍廣，可進(jìn)行矢量打標(biāo)和點(diǎn)陣打標(biāo)，標(biāo)記范圍可調(diào)，而且具有響應(yīng)速度快、打標(biāo)速度高（每秒鐘可打標(biāo)幾百個(gè)字符）、打標(biāo)質(zhì)量較高、光路密封性能好、對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)已成為主流產(chǎn)品，并被認(rèn)為代表了未來(lái)激光打標(biāo)機(jī)的發(fā)展方向，具有廣闊的應(yīng)用前景。

用于打標(biāo)的激光器主要有Nd:YAG激光器和CO2激光器。Nd:YAG激光器產(chǎn)生的激光能被金屬和絕大多數(shù)塑料很好地吸收，而且其波長(zhǎng)短(為1.06μm)，聚焦的光斑小，因而適合在金屬等材料上進(jìn)行高清晰度的標(biāo)記。CO2激光器產(chǎn)生的激光波長(zhǎng)為10.6μm，木制品、玻璃、聚合物和多數(shù)透明材料對(duì)其有很好的吸收效果，因而特別適合在非金屬表面上進(jìn)行標(biāo)記。

Nd:YAG激光器和CO2激光器的缺點(diǎn)是對(duì)材料的熱損傷及熱擴(kuò)散比較嚴(yán)重，產(chǎn)生的熱邊效應(yīng)常會(huì)使標(biāo)記模糊。相比之下，由準(zhǔn)分子激光器產(chǎn)生的紫外光打標(biāo)時(shí)，不加熱物質(zhì)，只蒸發(fā)物質(zhì)的表面，在表面組織產(chǎn)生光化學(xué)效應(yīng)，而在物質(zhì)表層留下標(biāo)記。所以，用準(zhǔn)分子激光打標(biāo)時(shí)，標(biāo)記邊緣十分清晰。由于材料對(duì)紫外光的吸收大，激光對(duì)材料的作用只發(fā)生在材料的表層，對(duì)材料幾乎沒(méi)有燒損現(xiàn)象，因此準(zhǔn)分子激光器更適合于材料的標(biāo)記。 [1]

激光打標(biāo)技術(shù)具有以下的特點(diǎn)

1、可對(duì)絕大多數(shù)金屬或非金屬材料進(jìn)行加工。

2、激光是以非機(jī)械式的“刀具”進(jìn)行加工，對(duì)材料不產(chǎn)生機(jī)械擠壓或機(jī)械應(yīng)力，無(wú)“刀具”磨損，，很少造成環(huán)境污染。

3、激光束很細(xì)，使被加工材料的消耗很小。

4、加工時(shí)，不像電子束轟擊等加工方法那樣產(chǎn)生X射線，也不會(huì)受電場(chǎng)和磁場(chǎng)的干擾。

5、操作簡(jiǎn)單，使用微機(jī)數(shù)控技術(shù)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工，能用于生產(chǎn)線上對(duì)零部件進(jìn)行率加工，能作為柔性加工系統(tǒng)的一部分。

6、使用精密工作臺(tái)能進(jìn)行精細(xì)微加工。

7、使用顯微系統(tǒng)或攝像系統(tǒng)，能對(duì)被加工表面狀況進(jìn)行觀察或監(jiān)控。

8、可以穿過(guò)透光物質(zhì)（如石英、玻璃）對(duì)其內(nèi)部零件進(jìn)行加工。

9、可以利用棱鏡、反射系統(tǒng)將光束聚集到工件的內(nèi)表面或傾斜表面上進(jìn)行加工。

10、能標(biāo)記條形碼、數(shù)字、字符、圖案等標(biāo)志。

11、這些標(biāo)志的線寬可小至20μm，線深度可達(dá)10mm以下，故能對(duì)“好密集”尺寸大小的零件表面進(jìn)行標(biāo)記。

“光聯(lián)”激光可雕刻多種非金屬材料。 用于服裝輔料、醫(yī)藥包裝、酒類(lèi)包裝、建筑陶瓷、飲料包裝、織物切割、橡膠制品、外殼銘牌、工藝禮品、電子元件、皮革等行業(yè)。

●“光聯(lián)”激光可雕刻金屬及多種非金屬材料。更適合應(yīng)用于一些要求精細(xì)、精度高的產(chǎn)品加工。

●“光聯(lián)”激光應(yīng)用于電子元器件、集成電路（IC）、電工電器、手機(jī)通訊、五金制品、工具配件、精密器械、眼鏡鐘表、首飾飾品、汽車(chē)配件、塑膠按鍵、建材、PVC管材、醫(yī)療器械等行業(yè)。

●“光聯(lián)”激光適用材料包括：普通金屬及合金（鐵、銅、鋁、鎂、鋅等所有金屬），稀有金屬及合金（金、銀、鈦），金屬氧化物（各種金屬氧化物均可），特殊表面處理（磷化、鋁陽(yáng)極化、電鍍表面），ABS料（電器用品外殼，日用品），油墨（透光按鍵、印刷制品），環(huán)氧樹(shù)脂（電子元件的封裝、絕緣層）。