相干公司開發(fā)了一種用于成型表面的簡單的自動化激光打標解決方案 。

新的智能化方案使得打標可以在 幾乎任何形狀或 表面定向上實現(xiàn)，甚至在孔內(nèi)和附加物中也可以實現(xiàn)打印

圖解：這些案例是在不銹鋼中利用相干的超短脈沖激光進行黑色標記法打標打出來的樣品

不斷增長的3D打標需求

激光打標市場被認為是不斷增加的一個市場，在需要打標或者紋理非平面 的場合，如曲線、傾斜或者階梯曲面 的表面以及自由成型的表面和凹面。非常遺憾地是，傳統(tǒng)地激光打標和集成機器存在的缺陷是只能對平板的表面進行打標或者圓柱地表面通過旋轉(zhuǎn)地方式或者在打標的過程中對部件進行移動的方式來實現(xiàn)打標。然而，目前現(xiàn)存地可以實現(xiàn)復(fù)雜形狀表面地打標辦法就是訴諸成本 和利用機器人或者復(fù)雜的5軸機器進行復(fù)雜的編程。

但在現(xiàn)在，一種自動化的智能解決方案，稱之為SmartMap 3D的打標方案，在相干公司問世，通過將新穎的硬件和軟件結(jié)合在一起，尤其是一個業(yè)也證明的快速可變聚焦的辦法，一個新穎的3D機器視覺，均在功能強大的打標軟件的控制下進行（可視化激光打標）。這一技術(shù)不僅可以非常容易地將整個工藝進行簡化，同時還減少了成本和對部件進行精密固定、裝夾或移動所造成的時間和成本。軟件同時也支持簡單的打標應(yīng)用，包括飛行打標。在本文中，我們?yōu)榇蠹医榻B了這一3D打標技術(shù)的主要特征和在成本-效益中的有益效果，在對子系統(tǒng)進行打標和整個設(shè)備進行打標時的效果。而且，由于激光類型的獨立性，SmartMap 3D 可以用來制造幾乎各種不同類型的激光打標（如顏色的變化、雕刻）、對粗糙表面和結(jié)構(gòu)化的表面的精密處理，甚至是采用超快脈沖激光在不銹鋼上進行黑色的打標，見上圖。如今相干公司已經(jīng)擁有完整的的激光打標系統(tǒng)和整套的機器。

激光打標——用途廣泛&其他的優(yōu)勢

激光打標廣泛的應(yīng)用在各種不同的工業(yè)領(lǐng)域，激光打標進行優(yōu)化后可以實現(xiàn)永久的在幾乎任何材料上實現(xiàn)高對比度的標記。這些標記可以用來制造識別和追溯的功用?？梢詫崿F(xiàn)防偽品牌保護或?qū)崿F(xiàn)某種功能性的目的（如時間標記）。目前有一種快速增長的需求來制造審美標記 ，如商標的logo（計算機平板電腦）和用于特殊目的裝飾性標記、在汽車部件（如修剪元件、儀表板和相應(yīng)的按鈕、換檔桿 和尾燈詳圖 ）中不同尋常的織構(gòu)等。

確切的來說，對于一個特定的打標應(yīng)用來說，其在不同場合中的應(yīng)用可謂千差萬別，但在大多數(shù)場合，制造商希望可以制造出永久性的標記，并且經(jīng)常是需要一個難以模仿造假或改變的程度。這一現(xiàn)實需求使得激光打標遠勝噴碼打標或上墨移印。此外，對于許多食品和飲料的應(yīng)用場合以及某些醫(yī)療和藥品產(chǎn)品，打標就會同攝入或直接同病人相接觸的材料相接觸。而且，這就排除了傳統(tǒng)的墨水打標。另外一個常用的需求就是打標工藝不對同周圍的環(huán)境（未打標材料）和底層的材料造成損傷。同時需要有盡可能小的或無后處理過程（如清洗）。通過將激光功率、波長和脈沖寬度同目標材料的吸收率和熱特征的匹配，這一空間選擇性就相對的可以直接的進行打標，甚至是高分辨率的打標。

激光打標可以依據(jù)是從激光輻照材料表面移除（如雕刻），或材料表面顏色變化來分類。材料移除可以是簡單的雕刻或包括選擇性的移除涂層或者漆層。顏色的變化可以是一個簡單的采用紅外激光進行局部的食品箱 的燒黑、或者采用紫外激光對應(yīng)用于廚房中的物品中的添加了含ABS的TiO2的白色塑料的黑化所造成的顏色變化、或者采用可見光激光或者紫外光激光對白色塑料的顏色的變化、或者通過發(fā)泡來實現(xiàn)白色的聚合物的打標，最近，還有采用超短脈沖激光對特定金屬的表面實現(xiàn)黑色的打標標記，見上圖。相干公司制造的所有的這些激光器具有更大范圍的激光功率水平，可以對一個公司中的所有的打標進行評估和優(yōu)化。相干可以供應(yīng)獨立的激光器 、激光打標子系統(tǒng)或者整個機器的定位和自動的分揀功能 。而且，所有的這些激光系統(tǒng)和整合的機器均可以供SmartMap 3D來優(yōu)化選擇

傳統(tǒng)系統(tǒng)和子系統(tǒng)的缺點

圖2 (a) 傳統(tǒng)的3D打標可在平面上實現(xiàn)

圖解：(b) 適用 SmartMap 3D打標，聚焦偏移模塊（focus shifter module (FFM)）可以促使系統(tǒng)實現(xiàn)對靶區(qū)體積的打標

傳統(tǒng)的打標是存在弊端的，智能實現(xiàn)2D的打標，要實現(xiàn)3D表面的打標，采用傳統(tǒng)工藝只有采用機器人才比較方便一點，需要傳輸鏡片，有時候甚至是整個激光子系統(tǒng)相對于工件表面移動和機器人進行移動。這是非常累贅復(fù)雜的、費錢的和需要復(fù)雜的編程，同時還需要同精確的復(fù)雜的圖像輸送進行斗爭。而 SmartMap 3D則可以提供一個替代的解決方案，非常簡單、快速和更經(jīng)濟的解決方案，這是因為這一系統(tǒng)不再需要光學系統(tǒng)或部件的移動，這主要得益于快速的光學系統(tǒng)中的聚焦模塊，見圖2b。這使得可以實現(xiàn)快速的聚焦長度的調(diào)整。結(jié)合兩個掃描振鏡在X方向和XY方向的掃描，提供了快速的定位聚焦激光在XYZ位置的定位，而不需要對點的尺寸和形狀進行改變。

SmartMap 3D – 系統(tǒng)整合了硬件、軟件和3D機器視覺

對3D打標來說，另外一個關(guān)鍵的元素就是在可視化選擇（ Visual Laser Marker (VLM)）激光中用戶友好的軟件選擇。VLM可以自動地決定聚焦模塊和掃描發(fā)射鏡片依據(jù)特定工件進行移動?；谙喔?0多年的在激光打標應(yīng)用經(jīng)驗，該軟件定義工件表面，然后儲存起來用以每一工作類型的需要。用戶只需要對工件表面利用直覺GUI控制。這一打標的細節(jié)可以利用兩個常用的3D表面地圖類型來生成和儲存。大多數(shù)直覺的辦法稱之為投影地圖，此時的打標被定定義為一系列矢量上的點，同固定的相對的的視覺點相對應(yīng)。對于常用的固體，如球形、圓錐形和立方體，VLM均可以創(chuàng)建出UV地圖來。在這里，打標是基于一系列的被定義的2D平面分割的角坐標系來實現(xiàn)的。這就使得利用現(xiàn)有的打標文件如pdf和dxf文件均科適用，同時支撐柔性的內(nèi)容，如QR代碼、Barcode代碼和相關(guān)的打標軟件。不同的算法地圖分割成工件表面真實的xyz 坐標系。對于特殊復(fù)雜的工件表面或圖形，更復(fù)雜的用戶則可以輸入CAD數(shù)據(jù)軟件和進行在VLM中進行編輯。大多數(shù)商業(yè)化的CAD 平臺均會提供這一輸入格式。

3D視覺可以使得VLM能夠同時提供完全的精確的預(yù)覽要打標的部件所將呈現(xiàn)的形態(tài)。并且?guī)椭胖脠D形、以錯誤色來視覺化剪切角，甚至設(shè)置機器軸的移動，所有這些均在預(yù)覽窗口完成。

該 SmartMap 3D打標系統(tǒng)的第三個部件是硬件，機器視覺線性相機，可以在打標之前掃描部件的每一部分。這是兩個不同的波長來適應(yīng)任何可以打標材料的反射和顏色。整合視覺部件可以允許智能打標軟件來探測打標前部件的形狀和方位，一個三維的點云。這些結(jié)果同儲存的特定物體的CAD模型文件來對比。對匹配度進行打分，以百分制來評價。GUI則選擇性的顯示相機圖片的匹配程度。這可以最小限度的滿足可以接受的這一打標參數(shù)的選擇。可以替代的，基于GUI預(yù)覽，操作者可以決定是否需要開始打標或調(diào)整工件的位置和方向以保證得到好的匹配度。點云可以轉(zhuǎn)換CAD表面和直接在VLM中應(yīng)用，這樣在沒有CAD模型進行對比的時候也可以使用。這樣就可以使得打標不需要進行精確的定位和固定。

智能系統(tǒng)可以使用不同的工件放置而不需要移動激光或工件，這是因為該系統(tǒng)考慮了幾個不同的重要的參數(shù)，包括投影變形、剪切角和頂角以及3D表面取向。

Projection distortion.投影變形： 由于激光束在整個打標的過程中源于一個固定點，掃描系統(tǒng)必須可以校正形狀的畸變以使得在打標過程中可能發(fā)生的其他情況，見圖3。這一類型的變形校正在過去廣泛的應(yīng)用于比較簡單的形狀的打標上，如傾斜平面和圓柱體等。但是，對于任意的、自由的3D形狀的表面就會變得比較困難?，F(xiàn)在，升級后的VLM軟件可以排除這一挑戰(zhàn)，這時候的校正是自動完成的。圖4為這一軟件有效性的演示。

圖3 當在一個非法線入射角到曲線的表面時打標的投影變形

Clipping angle.剪切角 ，傳統(tǒng)的2D打標按特定方式 安置以使得激光束能夠經(jīng)常在垂直于（±10°C）工件表面的附近對齊 ，即接近 法線入射方向。然而，在3D打標的時候，激光可以在任意角度進行，顯著偏離法線的方向進行打標。偏離的最大角度取決于工件表面的吸收情況和反射情況，這叫剪切角。這一操作依據(jù)每一具體的工作來確定以使得每一激光打標或者打標機器來適應(yīng)不同的打標材料。

圖4 應(yīng)用SmartMap 3D打標系統(tǒng)，部件的CAD模型 在軟件中進一步的提高改善，用戶對打標的部件進行定位。

Figure 4.圖解：最終結(jié)果顯示，變形的校正是非常必須的，以在目標物體上實現(xiàn)正確的打標形狀

Apex angle. 頂角：這個定義了激光打標在XY軸的體積極限。這一點在采用 f-theta棱鏡的焦平面進行標印光定系時是非常重要的。在安裝的時候，系統(tǒng)或者子系統(tǒng)中，VLM中會儲存這些信息。它會自動地排除錯誤，任何一個操作者都可以在突破打印物理極限地條件下實現(xiàn)打印。

小結(jié)

激光打標所提供的獨特的優(yōu)勢是可以在幾乎任何材料上制造數(shù)字、符號、logo和其他圖形 。直到現(xiàn)在，大多數(shù)激光打標均受限于平面或者簡單的形狀。在自由形狀表面進行特定用途的打標是非常復(fù)雜和成本比較高昂的。這一困境現(xiàn)在得到了徹底的改變。先進的智能3D打標系統(tǒng)，SmartMap 3D，只需要簡單的按一下按鈕即可自動完成，解鎖用于工業(yè)中的汽車、消費電子、(家用) 電器和其他場合中的打標應(yīng)用。