激光打標工藝 畢業(yè)設計論文.doc

畢業(yè)設計（論文） 選 題_激光打標工藝_ _ 系 別_信息工程系_ 班級_10電子信息工程技術1班 學生姓名*_ 學號_20101483_指導教師_*_完成日期 2012 年 11 月 12 日內容提要可以肯定地說：本世紀最后的偉大發(fā)明之一是激光技術。它自一九五八年問世以來，已經逐步地然而是堅定地滲透到了科研、軍事、工業(yè)等各個領域。激光打標機可雕刻金屬及多種非金屬材料。更適合應用于一些要求更精細、精度更高的場合。應用于電子元器件、集成電路（ic）、電工電器、手機通訊、五金制品、工具配件、精密器械、眼鏡鐘表、首飾飾品、汽車配件、塑膠按鍵、建材、pvc管材。 但是由于成本較高，近年來在針對一些金屬或非金屬零件的標記領域，激光打標機逐漸被氣動打標機所取代。本文是對歌爾激光打標工藝的詳細論述，其內容如下：1、 激光打標機工作原理以及其優(yōu)點2、 激光打標機種類及其各種類型比較3、 激光打標機使用、保養(yǎng)、維修以及故障排除方法4、 激光打標機對人體危害以及防護方法指導教師批語：成績： 簽字： 年月日摘 要激光打標是用激光束在各種不同的物質表面打上永久的標記。打標的效應是通過表層物質的蒸發(fā)露出深層物質，或者是通過光能導致表層物質的化學物理變化而刻出痕跡，或者是通過光能燒掉部分物質，顯出所需刻蝕的圖案、文字。 關鍵詞：歌爾 激光打標工藝 激光打標機使用目 錄內容提要i摘要ii第一章緒論引言.1歌爾有限公司以及產品簡介.1 第二章本論2.1激光打標機工作原理以及其優(yōu)點 22.2 激光打標機種類及其各種類型比較.52.3 激光打標機使用、保養(yǎng)、維修以及故障排除方法72.4 激光打標機對人體危害以及防護方法14 總結.14致 謝2參考文獻3附 錄4第一章 緒論1.1 引言激光的原理早在 1916 年被著名的美國物理學家愛因斯坦發(fā)現(xiàn)，但直到 1960 年激光才被首次成功制造。激光是在有理論準備和生產實踐迫切需要的背景下應運而生的，它一問世，就獲得了異乎尋常的飛快發(fā)展，激光的發(fā)展不僅使古老的光學科學和光學技術獲得了新生，而且導致整個一門新興產業(yè)的出現(xiàn)。激光可使人們有效地利用前所未有的先進方法和手段，去獲得空前的效益和成果，從而促進了生產力的發(fā)展。1.2歌爾有限公司以及產品簡介：歌爾聲學自創(chuàng)立以來，始終專注于電聲行業(yè)微型電聲元器件和消費類電聲產品的 研發(fā)和制造，主要產品包括微型麥克風、微型揚聲器/受話器、藍牙系列產品和便攜式音頻產品，廣泛應用在移動通訊設備及其周邊產品、筆記本電腦、個人數(shù)碼產品和汽車電子等領域。公司贏得了包括三星、惠普、思科、lg、松下、西門子、nec、富士康、偉創(chuàng)力、宏碁、華碩、聯(lián)想、京瓷、中興通訊、繽特力、哈曼、羅技等在內的優(yōu)質客戶資源，在電聲行業(yè)取得了 歌爾聲學股份有限公司有利的競爭地位。 歌爾聲學屬于省級高新技術企業(yè)，與中科院聲學所、北京郵電大學等國內外多家知名高校和科研機構建立了長期的戰(zhàn)略合作伙伴關系，致力于電聲領域前沿技術的基礎研究和新技術、新產品的開發(fā)。歌爾聲學設有中科-歌爾通信聲學聯(lián)合實驗室、北郵-歌爾通信技術聯(lián)合實驗室等國內一流的研發(fā)機構。 歌爾聲學堅持自主創(chuàng)新，專注聲學科技；致力成為世界一流的聲學整體解決方案提供商。經營范圍：開發(fā)、制造、銷售：聲學與多媒體技術及產品，短距離無線通信、網(wǎng)絡化會議系統(tǒng)相關產品，電子產品自動化生產設備，精密電子產品模具，半導體類微機電產品，消費類電子產品、電腦周邊產品；與以上產品相關的嵌入式軟件的開發(fā)、銷售；與以上技術、產品相關的服務；貨物進出口、技術進出口。 主營業(yè)務：微型電聲元器件和消費類電聲產品的研發(fā)、制造和銷售，主要產品包括微型麥克風、微型揚聲器/受話器、藍牙系列產品和便攜式音頻產品。核心能力：歌爾已建立起多技術融合的產品研發(fā)平臺，包括聲信號處理技術平臺、短距離無線通信技術平臺、mems技術平臺和產品測試技術平臺。 藍牙耳機2、實驗室 歌爾建成了包括聲學實驗室、可靠性實驗室、無線實驗室、環(huán)保實驗室等多個產品測試和驗證實驗室。3、研發(fā)團隊 歌爾現(xiàn)有博士4名，碩士55名，各類研發(fā)技術人員400余名，具有多年的聲學或電子相關領域的理論基礎和實踐經驗，部分成員還擁有國際化知識背景。 公司分別在青島、濰坊、北京、深圳等地設置了研發(fā)機構，并組建了三個研發(fā)中心，包括基礎研發(fā)中心、零件研發(fā)中心、整機研發(fā)中心 第二章 本論2.1激光打標機工作原理以及其優(yōu)點激光標記印刷也稱激光打標、激光印標，近年來在印刷領域，如包裝印刷、票據(jù)印刷、防偽標識印刷中的應用越來越多，有些已用于聯(lián)機生產。 基本原理：激光打標是用激光束在各種不同的物質表面打上永久的標記。打標的效應是通過表層物質的蒸發(fā)露出深層物質，或者是通過光能導致表層物質的化學物理變化而刻出痕跡，或者是通過光能燒掉部分物質，顯出所需刻蝕的圖案、文字。 目前，公認的原理是兩種： 熱加工具有較高能量密度的激光束(它是集中的能量流)，照射在被加工材料表面上，材料表面吸收激光能量，在照射區(qū)域內產生熱激發(fā)過程，從而使材料表面(或涂層)溫度上升，產生變態(tài)、熔融、燒蝕、蒸發(fā)等現(xiàn)象。 冷加工具有很高負荷能量的(紫外)光子，能夠打斷材料(特別是有機材料)或周圍介質內的化學鍵，至使材料發(fā)生非熱過程破壞。這種冷加工在激光標記加工中具有特殊的意義，因為它不是熱燒蝕，而是不產生熱損傷副作用的、打斷化學鍵的冷剝離，因而對被加工表面的里層和附近區(qū)域不產生加熱或熱變形等作用。例如，電子工業(yè)中使用準分子激光器在基底材料上沉積化學物質薄膜，在半導體基片上開出狹窄的槽。 激光標記印刷原理：激光標記印刷是通過激光打標機實現(xiàn)圖文印刷的，其基本原理是，由激光發(fā)生器生成高能量的連續(xù)激光光束，當激光作用于承印材料時，處于基態(tài)的原子躍遷到較高能量狀態(tài)；處于較高能量狀態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，會很快回到基態(tài)，當原子返回基態(tài)時，會以光子或量子的形式釋放出額外的能量，并由光能轉換為熱能，使表面材料瞬間熔融，甚至氣化，從而形成圖文標記。 1激光發(fā)生器 下文將以氪燈激光打標系統(tǒng)為例，說明激光發(fā)生器的原理。氪燈通電后，以20kv的高壓擊穿氪燈中的氪氣后，電源自動轉換輸出電壓為100v(5a)，維持氪燈連續(xù)的弧光放電。在激光發(fā)生器中，氪燈位于橢圓形聚光腔的1個焦點上，氪燈產生的弧光經聚光腔反射后，再全部聚焦在另一個焦點-晶體釔鋁石榴石 (yag)上，yag吸收泵浦光后，形成波長為1060nm的連續(xù)激光，連續(xù)激光在諧振腔中垂直于光軸的前鏡和后鏡間往返振蕩，并從前鏡輸出。 2打標原理 射頻驅動器(rfdriver)控制q-開關的開關狀態(tài)，連續(xù)激光在q-開關的作用下，變成峰值功率達110kw的脈沖光波，經過光孔的脈沖光達到閾值后，由諧振腔輸出到達擴束鏡，光束經擴束鏡放大后傳輸?shù)綊呙桤R，由伺服電機帶動x軸、y軸方向的掃描鏡片旋轉進行光掃描，最后經平面聚焦場將激光的功率進一步放大后，聚焦在工作平面上進行打標。整個過程由計算機按程序控制。 3激光打標的特點 激光打標機因其特殊的工作原理，與傳統(tǒng)標記方式(移印、噴碼、電腐蝕等)相比，具有許多優(yōu)越性； 1)非接觸加工 可在任何規(guī)則或不規(guī)則表面打印標記，且打標后工件不會產生內應力； 2)材料適用面廣 優(yōu)點：1）可在金屬、塑料、陶瓷、玻璃、紙張、皮革等不同種類或不同硬度的材料上打??； 2)可與生產線上的其他設備集成，提高生產線的自動化程度； 3)標記清晰、持久、美觀，并可有效防偽； 4)使用壽命長、無污染； 5)運行成本低 6）打標速度快且標記一次成型，能耗小，因而運行成本低。 雖然激光打標機的設備投資比傳統(tǒng)標記設備大，但從運行成本而言，使用激光打標機要低得多。 塑封三極管打標：打標機工作速度為10個/秒，若設備折舊以5年計算，打標費用為0.00048元/個。如果使用移印機，其綜合運行成本約為0.002元/個，甚至更高。 軸承表面打標：若軸承三等分打字，總共18個4號字，采用振鏡式打標機，以氪燈燈管的使用壽命為700小時計算，則每個軸承的打標綜合成本為 0.00915元。電腐蝕刻字的成本約為0.015元/個。以年產量400萬套軸承計算，僅打標一項，1年最少可以降低成本約6.5萬元。 7)加工效率高 計算機控制下的激光光束可以高速移動(速度達57米/秒)，打標過程可在數(shù)秒內完成。1個標準計算機鍵盤的印字可在12秒內完成。激光打標系統(tǒng)均配有計算機控制系統(tǒng)，可以與高速流水線靈活配合。 8)開發(fā)速度快 由于激光技術和計算機技術的結合，用戶只要在計算機上編程即可實現(xiàn)激光打印輸出，并可隨時變換打印設計，從根本上替代了傳統(tǒng)的模具制作過程，為縮短產品升級換代周期和柔性生產提供了便利工具。 9)加工精度高 激光能以極細的光束作用于材料表面，最細線寬可達到0.05mm。為精密加工和增加防偽功能開創(chuàng)了寬廣的應用空間。 激光印標能滿足在極小的塑料制件上印制大量數(shù)據(jù)的需要。例如，可印制要求更精確，清晰度更高的二維條碼，與壓印或噴射打標方式相比，有更強的市場競爭力。 10)維護成本低 激光打標是非接觸式打標，不像模版印標工藝有使用壽命的限制，在批量加工中的維護成本極低。 11)具有環(huán)保性 激光打標為非接觸式打標，節(jié)約能源，相對于腐蝕法，避免了化學污染；相對于機械式打標，也可減少噪聲污染。激光打標與其它標記技術的比較打標工藝 速度 性能 圖象文字變更激光打標 快 好 不易變更激光掩模打標 快 較好 不易變更化學腐蝕 較快 好 不易變更照相腐蝕 較快 好 不易變更噴墨打印 快 較差 易于變更機械壓痕 快 較差 不易變更熔模 快 好 不易變更氣動沖針 中速 較好 易于變更2.2激光打標機種類介紹及各種類型比較激光打標機分類：按照激光器不同分：激光打標機按照激光器不同可分為：co2激光打標機，半導體激光打標機，yag激光打標機，光纖激光打標機。按照激光可見度不同分為：紫外激光打標機（不可見）、打標機（可見激光）、紅外激光打標機（不可見激光）、按照激光波長分類按照激光波長的不同可分為：深紫外激光打標機（ 266 nm ）、綠激光打標機（ 532nm ）、燈泵yag激光打標機（1064nm）、半導體側泵yag激光打標機、半導體端泵yag激光打標機（1064nm ）、光纖激光打標機（1064nm）、co2激光打標機（10.64um）。激光打標機的區(qū)分1、激光波長不同深紫外激光打標機： 266 nm綠激光打標機： 532nm燈泵yag激光打標機：1064nm半導體側泵yag激光打標機、半導體端泵yag激光打標機：1064nm光纖激光打標機：1064nmco2激光打標機：10.64um2、工作原理不同燈泵浦yag激光打標機： 采用氪燈作為能量源（激勵源），nd：yag作為產生激光的介質，發(fā)出特定波長可以促使工作物質生產能級躍遷釋放出激光，將激光能量放大后就形成對材料加工的激光束。co2激光打標機： 采用co2氣體充入放電管作為產生激光的介質，當在電極上加高電壓，放電管中產生輝光放電，就可使氣體分子釋放出激光，將激光能量放大后就形成對材料加工的激光束。半導體側泵yag激光打標機：使用波長為 808nm 半導體激光二極管泵浦 nd: yag 介質，使介質產生大量的反轉粒子在q開關的作用下形成波長1064nm 的巨脈沖激光輸出，電光轉換效率高。半導體端泵yag激光打標機：直接從激光晶體的端面將半導體泵浦光（808nm）泵入，經光學鏡組輸出產生激光。使行光轉換效率大大提高。光纖激光打標機：由光纖直接輸出激光。3、標記范圍及價格不同co2激光打標機：主要用于非金屬（木頭、亞克力、紙張 、皮革等），價格便宜。綠激光打標機、紫外激光打標機：主要用于高端極精細ic等產品。價格較高，產品定制為主。燈泵yag激光打標機：主要用于金屬、塑膠等低要求產品，激光打標機價格適中。半導體側泵激光打標機：與燈泵yag激光打標機使用面相同，但較穩(wěn)定，價格適中。半導體端泵激光打標機：與燈泵yag激光打標機使用面相同，穩(wěn)定且省電，但用于高端產，價格較高。光纖激光打標機：打標精細、省電、免維護，用于手機、按鍵等高端產品。價格高。半導體激光打標機特點：其發(fā)光源采用的是半導體列陣，所以光光轉換效率非常高，達到40%以上；熱耗損低。2.3激光打標機使用、保養(yǎng)、維修以及故障排除方法激光打標機的使用及維護注意事項： 嚴禁任意改動保護電路及激光器主要部件； 不允許聲光電源空載工作（即聲光電源輸出端懸空）； 出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，首先關閉急停開關，主電源后再行檢查； 不允許在氪燈點燃前啟動其它組件，以防高壓串入損壞組件。 注意激光電源輸出端（陽極）不能懸空,以防與其它電器間打火、擊穿； 保持內循環(huán)水干凈，定期清洗水箱并換干凈去離子水或純水。 保持室內及機器表面整潔干凈。 定期檢查各光學鏡片是否有污垢(期限視工作環(huán)境而定)，如有污垢應急時擦洗。擦洗方法如下：清洗鏡片時，一定要非常小心，鏡片清洗前，請看下面的注意事項：1用工具來拿取鏡片，例如鑷子等。如有條件拿鏡片時一定要戴指套或橡膠手套。2鏡片要放在鏡頭紙上，以避免損傷。3不要把鏡片放在硬或粗糙的表面，鏡片很容易被刮傷。4純金或純銅的表面不要清潔和觸摸。第一步用吹氣球把鏡片表面的浮物吹掉，如果吹不掉污染物，繼續(xù)第二步注意：不要用工廠的壓縮空氣，因為其中含有大量的油和水，油和水會在膜層表面形成有害的吸收薄膜。第二步用丙酮或乙醇（必需分析純），擦鏡紙疊成一小方塊夾如四指之間沾濕擦鏡紙，一手拿鏡片一手拿紙以鏡片鍍膜紋路方向輕輕擦過，如不干凈重復以上動作（擦一次換張紙）。注意：如果這一步不能除去污垢，建議換一鏡片。yag棒的清洗如一上步。（操做此步之前必需受過光腔安裝陪訓方可進行此步操作）。注意：1在任何情況下，打開聲光電源之前，務必使聲光器件充分通水冷卻，否則將燒壞聲光器件；2輸出必須通過50同軸電纜連接到聲光器件或50/ 60瓦的純電阻負載上，否則因反射波使功放管發(fā)熱，導致功放管燒壞。3下限溫度一般設定在25,但為防止溫差過大而結露，工作溫度一般根據(jù)環(huán)境和濕度設置，如環(huán)境溫度為32，可將溫度設定在28。如環(huán)境溫度低于20下限溫度就設定在20。一般不低于環(huán)境溫度5否則結露將導致激光器功率下降，并有可能帶來破壞性損失。4錯誤的操作順序將導致激光器不能正常工作。5打標機外殼一定要可靠接地，否則可能導致精密振鏡頭部分的損壞。6電源輸出正負極性與氪燈正負極性一致，錯誤的接法將導致氪燈嚴重損壞,并有可能引發(fā)棒和聚光器的損害。7在無激光狀態(tài)下，嚴禁隨意調動反射鏡架。否則，可能導致激光器不能輸出激光。8連接管兩端連接處一定要嚴格檢漏，否則冷卻系統(tǒng)將無法制冷。常見故障及處理措施:一.異常現(xiàn)象原因排除方法1.電源指示燈不亮。 1）交流220v未連好。2）指示燈壞。 連接電源線更換。2.保護指示燈亮且無射頻輸出。 1）內部過熱，保護單元動作。2）外保護接點斷開。3）q元件與驅動器不匹配，或兩者的連接不可靠，引起反射過大導致內部保護單元動作。 改善散熱條件。檢查外保護接點。測駐波比3.運行指示燈亮，無射頻輸出。 1）出光控制信號恒有效。2）run/t-on/t-off選擇開關位置不對。檢查出光控制信號脈沖。把開關撥到正確位置。4.加工圖文錯亂。出光有效電平設置錯誤。重新設置出光有效電平。5.可關斷激光功率偏小。 1）q開關元件有問題。2）輸出射頻功率偏小。檢查q開關。調節(jié)輸出射頻功率。6.激光脈沖峰值功率偏小。 1）激光平均功率偏小。2）q開關元件有問題。調節(jié)光路。檢查q開關元件。一般常見故障及處理措施：1使用時間不長的新設備，激光器激光輸出功率較弱的原因： 出廠時測得的激光器輸出功率是否達到技術指標； 諧振腔調整的準確性是否達到要求； 全反膜片是否有漏光現(xiàn)象； 聲光開關插入損耗是否在規(guī)定范圍內。2. 使用一段時間以后，激光器激光輸出功率下降的原因： 激光諧振腔是否變化：微調諧振腔鏡片，使輸出光斑最好； 全反及輸出膜片是否有污損現(xiàn)象； 聲光晶體偏移或者聲光電源輸出能量偏低：調整聲光晶體位置； 冷卻水箱水溫設置與環(huán)境溫度溫差是否超過5； 氪燈使用壽命是否到期； 進入振鏡的激光偏離中心：調節(jié)激光器； 若電流調到20a左右仍感光強不夠：氪燈老化，更換新燈。3激光輸出功率正常，但激光光束不能起到標刻作用： 光路系統(tǒng)調整是否準確； 聲光開關是否能夠起到開關作用； d/a卡控制聲光輸出信號是否達到5v。4聲光開關不能起到開關激光作用的原因： 聲光電源射頻輸出功率是否正常； 電源各開關是否都在正確位置； 射頻線連接是否可靠； q開關通光端面有無污損現(xiàn)象。5不能達到預期的打標深度的原因： 激光輸出功率是否達到要求； 聲光開關關斷功率是否滿足要求； 光路調整是否準確； 擴束鏡位置、方向調整是否準確； 透鏡表面有無污染； 工件表面是否在焦平面上； 激光電源輸出直流電壓28v是否下降，導致激光輸出功率下降。6. 氪燈不能被點燃的原因： 氪燈是否達到使用壽命； 氪燈兩端電極至激光電源連接線聯(lián)結是否牢靠； 激光電源工作狀態(tài)是否正常。7. d/a卡表現(xiàn)出的幾種主要問題： 第4腳沒有聲光打開信號（+5v）,導致聲光電源不能打開； 模擬信號輸出不能準確反映設計內容，即出現(xiàn)亂碼現(xiàn)象； ad工作不正常，表現(xiàn)出來的現(xiàn)象為打印線條為虛線。8. 振鏡掃描頭表現(xiàn)出的幾種主要問題： 標準的正方形打印成梯形或菱形； 正方形邊框發(fā)生枕形或桶形變形。9. 振鏡掃描頭打印失真的解決方法： 產生枕形或桶形失真是振鏡打標的一種固有現(xiàn)象,它是由振鏡掃描方式所決定的。解決的方法是對失真進行信號校正； 校正的方法有兩種，一種是硬件校正，目前用的較少。另一種就是軟件校正，這是目前我們用得較多的一種； 硬件校正的方法是將d/a卡輸出的模擬信號通過一塊校正卡按照一定的規(guī)律改變其電壓值，再將信號傳送到振鏡頭； 軟件校正的方法是打標軟件本身附帶有校正功能，在打標過程中，先將數(shù)字信號按照一定的方法進行處理，然后再將信號傳送給d/a卡。10. 激光打印線條成虛線狀： 信號線是否連接好，有沒有虛焊； 振鏡頭驅動板至電機連接線是否有問題； d/a卡插入pci插槽時位置是否正確； ad工作是否正常。11. 電路方面的問題： 由于長時間的運行，氪燈接線端頭出現(xiàn)松動，導致氪燈點不燃或出現(xiàn)打火現(xiàn)象； 由于長時間運行，空調出現(xiàn)不制冷現(xiàn)象，首先應查明各連接部件是否緊固，其次應檢查溫控儀的上下限溫度設定是否合理。溫控儀的上下限設定應根據(jù)環(huán)境溫度4左右取值。若存在氟里昂泄漏現(xiàn)象，應加固連接部件，并請專業(yè)人員添加氟里昂。12. 光路方面的問題： 由于長時間的運行，氪燈出現(xiàn)老化，導致激光輸出功率下降； 由于長時間運行，介質膜片出現(xiàn)不同程度的污損，導致全反鏡漏光或輸出功率下降； 由于人為因素，客戶方在不了解具體情況下，調整諧振腔的位置或介質膜片的位置，導致激光輸出功率下降或激光發(fā)散角變大，導致輸出激光位置發(fā)生較大變化。13擴束鏡調整問題： 擴束鏡的調整要求：入射光要在擴束鏡進光孔中心，出射光要在出光孔中心； 擴束鏡調整的好壞對激光打標效果有很大影響。主要表現(xiàn)在：a.激光功率下降；b.打標幅面內激光強度不均勻；c.計算機軟件設計中心偏離振鏡頭出光物理中心；d.不能起到擴束效果。14 激光輸出光斑有閃爍現(xiàn)象： 諧振腔調整是否精確； 膜片架是否固定牢靠； 聚光腔固定是否有問題； yag晶體固定是否松緊適度。15軟件調用plt文件時需注意的問題： dwg文件轉化為plt文件時要注意打印機的設置； 調用后的圖形尺寸要從新進行調整； 放大、縮小要用固定比例，以免造成設計圖形產生失真2.4 激光打標機對人體危害以及防護方法：激光打標機采用的激光器屬于4類激光器，其輸出激光為不可見紅外光，即使在偏焦的情況下也可能造成三級燒傷。激光輸出的光束包含有可見和不可見的輻射，對人眼有害。所以要注意避免眼睛或者皮膚暴露在直射的激光光束或散射的輻射之中。設備周圍所有人員必須使用為其配備的專用安全防護裝置。另外激光打標機在工作時會產生一定的廢料，廢氣和煙霧等，需要配備專用的煙氣凈化器和廢氣吸收裝置。結論 通過這次畢業(yè)設計，讓我學到很多，使我知道了一篇好的畢業(yè)設計，必須前期做大量的調研，但是又不能被調研所限制，在設計中，既要聽取別人的意見，