在掃描激光打標(biāo)設(shè)備的世界里，振鏡馬達(dá)使得高度聚焦的激光束投向一個(gè)x/y平面。這些鏡子以難以置信的速度移動(dòng)，從而在生產(chǎn)線的部件上標(biāo)刻出文字、條形碼、二維碼，以及其他各種圖案。使用激光進(jìn)行標(biāo)刻的優(yōu)點(diǎn)廣為人知。高速、高質(zhì)量和永久標(biāo)刻取代了速度更慢且可靠性更差的技術(shù)，如撞針或噴墨方式。只要目標(biāo)對(duì)象為二維且在激光的焦距范圍內(nèi)（一般在±2mm），那么激光打標(biāo)機(jī)能帶來(lái)經(jīng)久耐用、一勞永逸的標(biāo)刻效果。但是如果一旦需要使用激光在非平面上標(biāo)刻呢？或者如果需要連續(xù)在所處高度不同的兩個(gè)平面上完成標(biāo)刻呢？

       對(duì)于后一種情況來(lái)說(shuō)，當(dāng)在產(chǎn)品更換期間高度發(fā)生變化的情況下，傳統(tǒng)的解決方案是把激光頭安裝于可移動(dòng)的接頭上。當(dāng)產(chǎn)品即將發(fā)生更換時(shí)，操作員將使用工具調(diào)整接頭至一個(gè)預(yù)定的高度水平。從某種程度來(lái)說(shuō)，這是勞動(dòng)密集型的步驟，因此可能出現(xiàn)不可靠的情況，因?yàn)榻Y(jié)果依賴于操作人員的經(jīng)驗(yàn)或技巧。

       尤其是在一個(gè)打標(biāo)周期中需要完成多層零件的標(biāo)刻時(shí)，該方案變得相當(dāng)復(fù)雜。通常來(lái)說(shuō)，一個(gè)機(jī)械線性滑塊被安裝于一個(gè)固定的裝置上。線性滑塊能通過(guò)運(yùn)行在工業(yè)PC上的外部軟件包控制，或者在使用較為高級(jí)的激光頭情況下，通過(guò)激光單元自身進(jìn)行控制。

       盡管這兩種方案看似可行，但很容易發(fā)生問(wèn)題。因?yàn)樯a(chǎn)線在高速調(diào)整重達(dá)15磅激光頭時(shí)必然會(huì)產(chǎn)生不精確的結(jié)果。除了精度的因素之外，日常維護(hù)，如更換軸承或齒輪，都將是耗費(fèi)時(shí)間且繁重的工作。所有這些問(wèn)題加起來(lái)，會(huì)加大成本及集成上的復(fù)雜程度。直到2007年底，這種情況才得以改變。

三軸控制
       該技術(shù)采用了目前x/y振鏡的配置，并將其應(yīng)用于z軸，而通常被固定在激光光路輸出端的激光擴(kuò)束鏡，被安裝在一個(gè)滑動(dòng)的電子振鏡上，從而能使鏡片更遠(yuǎn)或更近地相對(duì)激光輸出端運(yùn)動(dòng)。隨著擴(kuò)束鏡向激光輸出端移動(dòng)，激光束焦點(diǎn)也隨之移動(dòng)。實(shí)際上，這創(chuàng)造出z軸的場(chǎng)域，在其中激光能自由標(biāo)刻任何表面，前提是該表面應(yīng)位于原始聚焦位置的±21mm范圍內(nèi)。這一增加的柔性使得這些單元能夠標(biāo)刻許多之前無(wú)法對(duì)付的表面類型，例如圓柱體、球面、斜面和多層零件，并在精度和速度上無(wú)任何降低。

       這種突破技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)很快為一家生產(chǎn)多層界面電子設(shè)備的制造商帶來(lái)好處。該公司的許多零件都要求對(duì)相距20~30mm的雙層界面進(jìn)行打標(biāo)。該公司之前的方案是采用兩只位于不同高度的墨水噴頭進(jìn)行標(biāo)刻。在收到來(lái)自客戶的抱怨——表示噴墨標(biāo)記很容易磨損之后，這家公司決定采用更牢靠的打標(biāo)手段。

       起初使用標(biāo)準(zhǔn)二維激光打標(biāo)系統(tǒng)的測(cè)試生成了不令人滿意的結(jié)果。因?yàn)樵摦a(chǎn)品面向終端用戶推出，字體必須清晰可辨。另一出現(xiàn)的問(wèn)題和速度有關(guān)。噴墨設(shè)備能在部件運(yùn)動(dòng)中完成打標(biāo)，使得制造商能將生產(chǎn)能力保持在最優(yōu)水平。傳統(tǒng)的機(jī)械式Z-軸調(diào)節(jié)手段太慢，以至于無(wú)法配合生產(chǎn)線的速度，使用戶不得不停止生產(chǎn)線來(lái)完成激光打標(biāo)。結(jié)果降低了生產(chǎn)能力，難以證明其相對(duì)噴墨手段的優(yōu)越性。


       三軸控制技術(shù)提供一種完美適合該特殊應(yīng)用需求的方案。因?yàn)樗尨驑?biāo)機(jī)能在高達(dá)12000 mm/s的速度下調(diào)節(jié)其焦點(diǎn)，雙層界面都能在生產(chǎn)線速度下獲得無(wú)變形的標(biāo)刻效果。

在按鈕的曲面上打標(biāo)

       對(duì)一家大型汽車零部件制造商來(lái)說(shuō)，面臨著同樣的問(wèn)題。我們中的許多人對(duì)平時(shí)每天在自己車上用到的按鈕不以為然，加熱、除霜、 A/C、調(diào)節(jié)音量和電臺(tái)。這些按鈕以前一直以噴墨方式標(biāo)刻，使用不久后，最常用的按鈕便會(huì)出現(xiàn)磨損的跡象。該汽車零部件供應(yīng)商希望獲得一種新的、更耐久的方法用于把各種不同的設(shè)計(jì)標(biāo)刻于按鈕上，而激光很自然地成為一種選擇。

       采用激光的想法對(duì)于平面按鈕來(lái)說(shuō)有效，但控制面板上的許多按鈕帶有微小弧度。為了完全實(shí)現(xiàn)激光的方案，該公司必須找到一種方法去除平面和多個(gè)曲面頂層的涂層，尤其是曲面正越來(lái)越多出現(xiàn)在工學(xué)設(shè)計(jì)的乘客艙中。初期的方案包括一個(gè)復(fù)雜的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)臺(tái)，以精確控制按鈕支架的高度，使其在激光下方運(yùn)動(dòng)。然而，這一技術(shù)被證明為不可靠且昂貴。質(zhì)量對(duì)于消費(fèi)類產(chǎn)品來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的；沒(méi)有人希望在空調(diào)控制按鈕上標(biāo)刻的小人本應(yīng)為圓形的腦袋變成矩形。

       而激光機(jī)配備的三維軟件提供了在曲面按鈕上實(shí)現(xiàn)接近無(wú)縫標(biāo)刻的一種簡(jiǎn)單且精密的方法。為了完成打標(biāo)，激光機(jī)操作員只需完成三個(gè)簡(jiǎn)單的步驟：

1、在二維**中將dxf圖形格式的文件排列開(kāi)來(lái)。
2、選擇“圓柱”并輸入按鈕的直徑參數(shù)。實(shí)時(shí)的軟件三維顯示使用戶能驗(yàn)證所有標(biāo)記的位置。
3、上傳設(shè)置數(shù)據(jù)給激光頭。

       隨著三個(gè)步驟的完成，MD-V已經(jīng)準(zhǔn)備好打標(biāo)了。顯示出激光標(biāo)刻的結(jié)果；一致的標(biāo)刻質(zhì)量等同甚至超越了噴墨標(biāo)記。

 

寬區(qū)域打標(biāo)及切割
       移動(dòng)擴(kuò)束鏡所帶來(lái)的另一項(xiàng)微小的優(yōu)勢(shì)可能是其免除了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的F-Theta鏡。對(duì)于F-Theta鏡的技術(shù)定義是，“一種能壓縮被多棱鏡偏光處理過(guò)并投射于平坦表面的激光束的修正鏡頭。”通俗地說(shuō)就是，F(xiàn)-Theta鏡意味著在整個(gè)標(biāo)刻區(qū)域保持一定的掃描速度并減少因凸透鏡引起的焦點(diǎn)錯(cuò)誤。不幸的是，F(xiàn)-Theta鏡只能減少這種效果，而非徹底消除。

        通過(guò)采用三軸控制技術(shù)，F(xiàn)-Theta鏡就變得多余了。Z軸振鏡的速度能基于光束在視野中不同的位置而變化。通過(guò)移向或離開(kāi)激光管，光束被推上推下，從而保持焦點(diǎn)始終在標(biāo)刻區(qū)域的同一平面上。保持焦平面的穩(wěn)定具有一系列優(yōu)點(diǎn)，在下列應(yīng)用案例中顯得格外突出。

       F-Theta鏡的效果在廣闊的區(qū)域內(nèi)表現(xiàn)得最為顯著，使得采用激光標(biāo)刻集成電力芯片和電子元件之類的部件變得困難。在一個(gè)大的標(biāo)刻區(qū)域（如300mm×300mm）的邊緣，字體可能發(fā)生模糊，并且較標(biāo)刻中心區(qū)域的文字來(lái)說(shuō)顯得更大。不一致的聚焦位置還會(huì)引起標(biāo)刻發(fā)生多達(dá)1mm的偏移。這可能聽(tīng)上去并不是很大的偏差，但對(duì)于寬度僅為5mm的IC芯片來(lái)說(shuō)，1mm的位置差異將帶來(lái)巨大的問(wèn)題。

        這一問(wèn)題對(duì)于一家位于美國(guó)北加州地區(qū)的IC 生產(chǎn)商來(lái)說(shuō)，是非常現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題。過(guò)去，該公司接受了字體變形作為激光打標(biāo)機(jī)的自然產(chǎn)物。如果標(biāo)刻需要出眾的質(zhì)量或零件特別小的話，該公司常使用一個(gè)機(jī)械平臺(tái)來(lái)將托盤(pán)移到激光下方并以50mm×50mm的尺寸進(jìn)行標(biāo)刻，其結(jié)果被證實(shí)為耗時(shí)且費(fèi)錢。這家公司聯(lián)系Keyence公司以尋找一種提升其工藝的方法，由此獲得測(cè)試結(jié)果是毫無(wú)爭(zhēng)議的：在整個(gè)托盤(pán)區(qū)域內(nèi)發(fā)生零變形。該客戶目前正在替換其落后技術(shù)。

其他可能性

       以上所描述的三軸控制技術(shù)可能應(yīng)用于其他工業(yè)材料加工中，例如，裁剪注塑件的澆口，修剪橡膠包裹的粗線纜，以及精確在織物或薄塑料片上切割出大范圍的圖案。

       三軸控制技術(shù)現(xiàn)在仍然是市場(chǎng)上的新產(chǎn)品，并剛剛開(kāi)始激發(fā)人們富有想象力地找出能解決制造業(yè)問(wèn)題的方案。生產(chǎn)能力的增加、精密標(biāo)刻大范圍區(qū)域、以及在不平坦表面標(biāo)刻的能力，只是三軸激光在提升效率、降低成本上的幾種體現(xiàn)。其潛在的應(yīng)用機(jī)會(huì)實(shí)際是無(wú)限的。