Система прецизионной лазерной маркировки «Минимаркер-М10

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА ЛАЗЕРНОЙ И СВЕТОВОЙ ТЕХНИКИ
МЕТОДИЧЕСКОЕ УКАЗАНИЕ
По лабораторной работе
СИСТЕМА ПРЕЦИЗИОННОЙ ЛАЗЕРНОЙ МАРКИРОВКИ
«МИНИМАРКЕР – М10»
ТОМСК 2009
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
СИСТЕМА ПРЕЦИЗИОННОЙ ЛАЗЕРНОЙ МАРКИРОВКИ
«МИНИМАРКЕР – М10»
Цель работы:
- ознакомиться с конструкцией и функциональными возможностями
СПЛМ «Минимаркер – М10».
–
освоить
принцип
работы
системы
прецизионной
лазерной
маркировки «Минимаркер – М10».
Введение
Сущность процесса лазерной маркировки состоит в изменении поверхности
маркируемого материала. При воздействии сфокусированного лазерного излучения
на материал происходит интенсивный нагрев, плавление и парение части материала
из зоны воздействия, сопровождающиеся образованием зоны частиц с
измененными физико-химическими свойствами. Это приводит к появлению следа
(отпечатка) на участке воздействия лазерного луча.
Перемещением луча с помощью специальных сканирующих зеркал,
управляемых ЭВМ, можно получить на поверхности то или иное изображение в
виде цифр, букв, знаков или рисунков. Это свойство лазерного излучения
пользуется для маркировки отдельных деталей и готовых промышленных
изделий. Лазерная маркировка, в отличие от других известных методов,
обладает бесспорными преимуществами, включающимися в высокой скорости
маркировки,
высокой
механического
стойкости
воздействия,
наносимого
легкости
изображения,
управления
и
отсутствии
возможности
автоматизации процесса. Благодаря этому лазерную маркировку можно
рекомендовать к применению для деталей различных размеров, имеющих
сложную конфигурацию, хрупких изделий, для маркировки с высокой скоростью
непосредственно в процессе изготовления.
КОНСТРУКЦИЯ ПРИБОРА
Система прецизионной лазерной маркировки (СПЛМ) "МиниМАРКЕР"
конструктивно состоит из нескольких узлов: блока питания и управления
(БПиУ), блока оптической транспортировки и перемещения луча (БОТиПЛ) с
оптоволокном определенной длины, являющимся частью излучателя,
рабочего стола с кронштейном для крепления БОТиПЛ и возможностью его
ручного перемещения по оси Z и управляющего компьютера.
Рисунок 1. Общий вид СПЛМ «МиниМАРКЕР»
Блок питания и управления представляет собой стандартный
технологический крейт с размещенными в нем системами питания, контроля
и обслуживания лазерной установки.
На задней панели размещены: кнопка включения/выключения питания
системы 1, кнопка включения/выключения лазера 2, разъем подключения
электропитания,
предохранитель,
разъемы
для
подключения
кабелей
сканаторов 3, 4 и педали оператора 5, разъем вывода питания -220В для
подключения внешних устройств 7. Оптоволокно лазерного излучателя 8 и
кабель USB 6, подключаемые внутри блока, выводятся наружу через
соответствующие технологические отверстия в корпусе (рисунок 2).
Рисунок 2 Блок питания и управления
Оптическая
система.
Блок
оптической
транспортировки
и
перемещения луча (БОТиПЛ) представляет собой сборную конструкцию с
элементами крепления составляющих его элементов. Лазерное излучение
заводится в систему через оптоволокно, соединенное специальным образом с
расширителем луча 3. Далее расширенный лазерный пучок последовательно
попадает на зеркало Сканатора Y 2 и Сканатора X 1, после чего выводится из
системы через фокусирующий объектив 4. (Рисунок 3)
Рисунок 3 Блок оптической транспортировки и перемещения луча
ПРИНЦИП РАБОТЫ И ОПИСАНИЕ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ.
Рисунок 4. Структурная схема установки «Мини Маркер»
1. Персональный компьютер + Программное обеспечение
2. Блок Управления Сканаторами
3. Расширитель луча
4. Отклоняющая Система
5. Блок Контроля Лазера
6. Блок Питания Лазера
7. Оптоволокно
8. Фокусирующая Система
Блок питания лазера осуществляет оптическую накачку входящих в
состав сердцевины кварцевого
оптоволокна атомов иттербия (Yb),
являющихся активной средой для получения излучения. На выходе
получается лазерный пучок с равномерным распределением мощности.
Также блок контроля лазера осуществляет контроль и управление
системами лазерной установки посредством команд, поступающих от
управляющего
компьютера,
на
котором
установлено
специальное
программное обеспечение управления.
Блок управления сканаторами служит для формирования сигнала на
гальванометрические сканаторы и обработки сигнала обратной связи по
положению и обеспечивает следующие функции: подача сигнала управления,
необходимого для позиционирования лазерного излучения в заданную точку;
прием и обработка цифровой информации от компьютера; опрос внешних
датчиков и передача информации об их состоянии в управляющий
компьютер; управление внешними устройствами; формирование сигналов
управления лазерным излучением, частотой следования импульсов и
мощностью лазерного излучения.
В
луча
состав
входят:
блока оптической
транспортировки
и
перемещения
Расширитель луча (РЛ); Отклоняющая система (ОС);
Фокусирующая система (ФС);
Отклоняющая система выполнена на основе двух устройств гальванометрических сканаторов, преобразующих электрический сигнал
управления в отклонение вала двигателя сканатора, и укрепленного на нем
зеркала.
Принцип действия такой системы заключается в следующем: луч
направляется на поворотное зеркало, укрепленное на валу Y-сканатора, и
отклоняется по оси Y. Отклоненный таким образом луч попадает на зеркало
Х-сканатора установленное под углом 90° по отношению к первому. Хсканатор осуществляет развертку луча по оси X. Таким образом,
отклоняющая система производит развертку луча по двум взаимно
перпендикулярным осям в плоскости маркировки.
Плоскость, в которой происходит фокусирование лазерного луча,
носит название фокальная плоскость (плоскость маркировки). Она и
является рабочей зоной нанесения изображения.
Расширитель луча представляет собой телескоп и предназначен для
увеличения диаметра поперечного сечения луча лазерного излучения.
Фокусирующая
система
представляет
собой
объектив,
«просветленный» на длину волны основного лазерного излучения, и
предназначена для фокусировки лазерного излучения в фокальной плоскости
(плоскости маркировки) в пятно минимальных размеров, с целью достижения
высокой плотности мощности в зоне обработки. При входной апертуре
излучения 12.. 15мм объектив позволяет получить в фокальной плоскости
пятно диаметром порядка 30 мкм, что при импульсной мощности порядка
нескольких сотен Ватт, дает плотность мощности в зоне обработки 107.. 108
Вт/см2.
Рабочее лазерное излучение находится в невидимом спектре. Для его
«подсветки» используется визуализирующий лазер, излучающий на длине
волны 0.65 мкм (красный), размещенный в блоке питания лазера.
Излучение визуализирующего лазера идет соосно с основным невидимым
излучением.
Также
составной
частью
блока
питания
лазера
является
акустооптический затвор, с его помощью осуществляется модуляция
добротности и управление частотой лазерного излучения.
Управляющее
проводить:
программное
тестирование
и
обеспечение
настройку
"SinMark
аппаратной
позволяет
части
СПЛМ
«МиниМаркер» и внешних устройств; задание технологических параметров
маркировки
в
программном
и
ручном
режимах;
возможность
автоматического режима работы СПЛМ при включении его в состав
технологической линии; контурный и растровый режимы маркировки;
быстрое создание программ для маркировки текстовых и несложных
графических изображений, поддержка шрифтов True Type, библиотека 18
«встроенных»
векторных
шрифтов
с
функцией
форматирования
и
возможностью создания собственных векторных шрифтов; задание режима
автоматической смены номера и партии маркируемого изделия; режим
генерации и нанесения штрих-кода; использование векторных данных из
программ AutoCAD™ и CorelDraw™.;
ПОДГОТОВКА ПРИБОРА К РАБОТЕ.
Для подготовки к работе необходимо произвести внешний осмотр
установки и убедиться в том, что составные части установки надежно
соединены, установка выключена и обесточена, а защитная крышка объектива
снята.
1. Включение и выключение установки.
Для включения установки последовательно произвести следующие действия:
• Включить питание управляющего компьютера и загрузить ОС;
• Включить питание установки кнопкой включения/выключения на
задней панели корпуса Блока питания.
Выключение осуществляется в обратной последовательности.
2. Далее нужно подготовить рабочую программу для маркировки, для
чего
надо
запустить программное обеспечение управления
работой
оборудования (программа «Маркер» пакета «SinMark»), открыть в ней ранее
созданное изображение или программу маркировки, установить требуемые
режимы обработки.
3. Расположить маркируемое изделие на рабочем столе в устойчивом
неподвижном положении. Для фиксации цилиндрических, сферических и др.
изделий, не имеющих устойчивого положения на горизонтальной плоскости,
рекомендуется изготовить и применять соответствующую оснастку. Для
закрепления оснастки на рабочем столе имеются отверстия с резьбой, а также
угловой фиксатор с крепежными винтами.
4. Поместить изделие (или изделие с соответствующей оснасткой) на
рабочем столе в положение, при котором джойстик (рамка) красного
визуализирующего лазера (ВЛ), будет отображать нужное место маркировки.
5. Отрегулировать положение БОТиПЛ по оси Z, обеспечив выведение
маркируемой поверхности в фокальную плоскость, для чего могут
использоваться различные способы.
В комплекте с оборудованием поставляется приспособление для поиска
фокальной плоскости. Приспособление одевается на выступающий обод
объектива и нижний конец приспособления указывает расстояние до
плоскости маркировки.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ. (ЗАДАНИЕ)
1.
Изучить устройство системы прецизионной лазерной маркировки
«Минимаркер – М10».
2.
Ознакомиться
с
программным
обеспечением
SinMark,
предназначенным для управления оборудованием в процессе маркировки.
3.
Изучить основные режимы маркировки.
4.
Нанести
пробное
изображение
на
различные
поверхности
(нержавеющая сталь, пластмасса).
5.
Изменяя параметры излучения, пронаблюдать изменение характера
воздействия лазерного излучения на поверхность нержавеющей стали.
6.
Используя
справку
программы
SinMark,
изучить
операторы
синтаксиса: BOX, CIRCLE, TEXT, BLOCK, VPA, VPR.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1.
Включить блок питания установки и запустить приложение Marker. На
рабочем столе должен появиться джойстик.
2.
Положить на рабочий стол заготовку и проверить фокусное расстояние
с помощью приспособления для нахождения фокальной плоскости.
3.
Открыть с помощью программы Marker пробное изображение (кнопка
«Открыть», либо команда «Файл – Открыть»). В появившемся новом окне
Мастера импорта растровых изображений при необходимости задать
размеры изображения.
4.
После
добавления
изображения,
джойстик
примет
форму
прямоугольника, ограничивающего область нанесения изображения. После
этого можно расположить заготовку так, чтобы рисунок оказался в заданном
месте.
5.
В зависимости от материала, используемого в качестве образца, задать
режим работы лазера:
Материал
6.
Частота, кГц
Скорость, мм/сек
Мощность, %
сталь нержавеющая
20
100
60
пластмасса
20
200
40
Правильно расположив заготовку и задав необходимый режим, нажать
кнопку «Старт».
7.
Для создания скрипта необходимо запустить приложение Editor и
создать новый файл скрипта (кнопка «Создать», либо команда «Файл –
Создать»).
8.
С помощью операторов записать последовательность операций,
которые должен будет выполнить маркировщик. Затем сохранить файл.
9.
Сохраненный файл необходимо открыть с помощью приложения
Marker и повторить последовательность действий, описанных в пунктах 4-6.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие основные узлы включает в себя установка «Мини Маркер»?
2. Для чего служит блок управления сканаторами?
3. Опишите принцип работы блока оптической транспортировки и
перемещения луча?
4. Опишите принцип действия отклоняющей системы?
ПРИЛОЖЕНИЕ
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ.
СПЛМ "МиниМАРКЕР" является источником повышенной опасности.
При работе на установке необходимо выполнять указания мер безопасности,
приведенные в настоящем техническом описании.
1.
Электробезопасность.
СПЛМ "МиниМАРКЕР" имеет в своем составе источники высокого
напряжения и лазерного излучения. В связи с этим, для соблюдения норм
электробезопасности
установка
снабжена
необходимыми
цепями
электрических блокировок и знаком лазерной опасности в соответствии с
ГОСТ 12.4.026-76.
2.
Лазерная безопасность.
СПЛМ "МиниМАРКЕР" имеет в своем составе источники повышенной
опасности, такие как:
 лазерное излучение (прямое, рассеянное, отраженное);
 световое излучение от зоны взаимодействия лазерного излучения с
материалом изделия (инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое);
 высокое напряжение в электрических цепях питания (-220В);
 опасные выделения вредных примесей в атмосферу в результате
реакции горения некоторых веществ;
3.
Требования к персоналу.
Источниками лазерной опасности являются основной лазерный
излучатель и полупроводниковые лазеры (ПЛ). Излучение ПЛ малой
мощности представляет опасность только в случае непосредственного
попадания в глаза. Основное излучение может представлять опасность не
только для глаз, но и при попадании на кожу.
При выполнении любых операций по маркировке, обслуживанию,
настойке, регулировке, поверке и пр., связанных с включением основного
и/или визуализирующего излучения с отключенной блокировкой двери
кабины (если предусмотрено комплектом поставки), оператор должен
защищать свои органы зрения (очки или экран).
Не допускается попадание прямого основного излучения лазера на
открытые участки тела оператора.