打标机说明书中文

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明书.

1、简介

激光打标是利用激光的高能量作用于工件表面，使工件表面达到瞬间气化，并按预定的轨迹，刻写出具有一定深度的文字、图案。

HGL—LSY50型系列激光打标机是利用波长为1064nm的固体YAG 激光，通过控制振镜的偏转来达到标刻的目的。

激光振镜打标具有标记速度快、连续工作稳定性好、软件功能强、定位精度和重复精度高等优点，广泛应用于集成电路芯片、电脑配件、工业轴承、钟表、电子及通讯产品、航天航空器件、各种汽车零件、家电、五金工具、电线电缆、食品包装、首饰、烟草等众多领域的图形和文字的标记。

型号说明：

HGL—LSY50F

表示进口振镜头

激光器输出功率

YAG激光器

振镜打标机

表示为中小功率激光设备

华工激光

主要技术参数：

激光波长： 1064 nm

激光器输出功率： 50W

声光调制频率： 500 ~ 20 kHz

最大直线刻写速度： 3000 mm/s, 视材料

标刻范围： 70*70mm(110*110mm,220*220 mm)

重复精度： 0.02 mm

定位精度： 0.02 mm

标刻线深： 0.05 ~ 0.1 mm

供电：三相 ~ 380V、4.5 KVA

2、激光打标机工作原理

激光电源产生瞬间高压（约2万伏）触发氪灯，并以预设定电流维持，氪灯点燃；当工作电流达到阈值，光腔输出连续激光；调Q器件对连续激光进行腔内调制，产生准连续激光（频率可调），以提高输出激光的峰值功率；输出激光通过由计算机控制的振镜反射偏转，经F-θ透镜聚集到工作表面，形成高功率密度光斑（约106 w/mm2）使工件表面瞬间气化，刻蚀出一定深度的图案文字。

3、HGL-LSY50激光振镜打标机的构成及各部件功能

3．1 总则

HGL—LSY50型激光振镜打标机是由氪灯泵浦的固体YAG激光打标机，它主要由五部分组成，即：激光器系统、声光调制系统、振镜扫描系统、计算机控制系统及冷却系统，外形结构如图一所示。

图一整机外形构造图

3．2 激光器系统

激光器系统主要由激光工作物质、泵浦氪灯、聚光腔、谐振腔组

成。

3．2．1 激光工作物质

HGL–LSY50型系列激光打标机激光工作物质为掺钕钇铝石榴石

（Y

3A1

5

O

12

），简称Nd3+：YAG棒。Nd3+: YAG晶体的工作机理是通过晶

体内3价钕离子的能级跃迁产生1064 nm波长的红外激光。Nd3+: YAG 材料具有阈值低、效率高、晶体使用寿命长等特点，是目前研究和使用比较广泛、能做成具有实际使用价值的能连续工作的一种激光材料。YAG晶体外形为圆柱形结构，棒的两个端面严格平行，与棒轴垂直，并且经过抛光镀膜。使用过程中要保持棒端面光洁。

激光器工作时，YAG棒需用水冷却至一定温度，以保持激光输出的稳定性。

3．2．2泵浦源

对于连续运行的固体YAG激光器，一般采用氪灯泵浦的方式，氪灯的最大输入功率6KW，工作电流7~30A，工作电压110V~200V。氪灯有正负极性，圆头为正，尖头为负。氪灯在工作时，需用水冷却。

注意：氪灯正负极务必与激光电源输出正负极一致,错误的接法将导致氪灯严重损坏,并有可能引发棒和聚光器的损害.

3．2．3 聚光腔

为了使氪灯发射的能量尽可能多地为工作物质所吸收，需要采取聚光耦合的方法，将氪灯发射的光能会聚到YAG棒上，即采用通常所说的聚光器。

第一种，单椭圆柱面聚光器

图二单椭圆聚光腔示意图

聚光器腔体由铜材加工而成，内表面为高反射率镀金面，氪灯和YAG棒分别用不同的玻璃管密封，并置于椭圆的两个焦点上，以保证氪灯发出的光线最大限度地被棒吸收，聚光器腔体加工有冷却水路，并同玻璃管一起组成冷却水通路。

第二种，紧包腔聚光器

图三紧包腔聚光腔示意图

腔体采用紧包的方式，氪灯和YAG棒等距离地直接置于腔内，腔内全部水冷却。

聚光腔的耦合效率是决定激光器转换效率的关键环节，聚光器采用优质黄铜材料，经严格光学加工处理而成。对于第一种聚光腔，

应保持腔内光洁，否则严重影响激光器出光效率。

3．2．4 谐振腔

在工作物质的两端，各放上一块反射镜，两个反射镜面调整到严格平行，并与晶体棒的轴线垂直，这两块反向镜即构成谐振腔。

YAG棒发出的光，并不能直接形成严格意义上的激光，它需要经过谐振腔不断反射放大，才能产生高强度的、能够用于加工的激光。 HGL—LSY50型系列激光打标机采用稳定的平行平面镜腔。谐振腔的一块反射镜为全反射镜，另一块反射镜为部分反射镜，激光从部分反射镜一端输出。

注意：在无激光状态下，不要随意调动反射镜架。否则，会导致激光器不能输出激光。

3．3 激光电源

激光电源是专门为点燃氪灯而设计的高性能自动引燃连续恒流电源，该电源采用新型功率器件IGBT构成功率驱动的单元，电源效率95%以上。

3．3．1面板说明

图四激光电源前面板图

图五激光电源后面板图

·数显表: 停机时显示电源的电流设定值，起动状态时显示实际输出电流值。

·允许启动（READY）灯: 灯亮时，表示允许机器起动，否则机器

无法启动。

·电源指示（POWER）灯: 灯亮时，表示控制电源电压正常，允许输出电流。

·报警（ALARM）灯: 报警灯亮时，表示欠压或过流保护动作。

·电流调节旋钮: 以内控方式，调节电流值的大小。

·启动旋钮（RUN）: 在允许启动灯亮时按动此按钮，可启动机器。

·内、外控（INNER—OUTER）开关: 将内、外控开关拨到相应位置，可以选择机器由内面板控制（即内控方式）或者由外控接口控制（即外控方式）。

·停止(STOP)开关: 任何时候按动此按钮，激光电源停止工作。

·激光电源开关: 拨动开关，可接通或分断总电源。

·电流插座: 电源进线插座为四芯针式航空插座，型号为P20J6Q。见图六。

·高压输出端子: 电源输出接线端子分红、黑二色，红色为正极，黑色为负极。

·外控插座: 电源外控接口为十九芯孔式航空插座，其型号为X24J19AJ。

·外控保护端子: 外控保护端子为两只红色接线柱，连接外控保护触点，触点接通时允许电源工作。

·钥匙开关: 外控面板上钥匙开关为设备总电源开关。

·振镜开关: 为振镜扫描头电源开关。

3．3．2 安装接线

的国

图六三相四线电源接线

·电源线: P20J6Q航空插座第1、2、3脚分别接三相火线（无相序

要求），第四脚接零线。

·氪灯连接线: 氪灯的连接线是通过电源后面板绝缘板上的两个接线柱接出的，红色接线柱是正极高压端（在上端），黑色接线柱是负极低压端（在下端）。这两个接线柱在点火时将出现数万伏的高压脉冲，接线在保证载流量力而行40A的前提下要求有高压防护。

注意:电源输出正负极性与氪灯正负极性一致

·外控线: 外控接口接收外部控制信号并向外输出电源工作状态信号。外控接口由一只19芯航空插头引出。

图七外控接口线

3．4 声光调Q

3.4.1概述

SG-2750声光Q开关驱动电源（Acousto-0ptic Q-switch driver）是专门为进口和国产的各种型号声光Ｑ开关器件而设计的高精度驱动电源。可驱动电气参数相匹的不同厂家的声光Ｑ开关器件。其稳定性、可靠性等指标达到国外同类产品水平。

本驱动电源具有首脉冲抑制功能，在有效控制脉冲作用下，在第

一个调Q脉冲其间，叠加上幅度大小适中、频率与器件工作中心频率一致的射频信号，保持激光腔内具有一定损耗，使第一个激光脉冲的峰值功率与后续脉冲的峰值功率保持一致，消除激光加工中常见的“火柴头”效应，使每一个标刻点的深度更均匀。

本驱动电源允许通过控制面板上的旋钮调节射频输出功率，调节范围从20W到50W连续可调。一方面，可满足要求输入功率不同的器件的需要；另一方面，在加工不同材质工件时，要求不同的激光功率，您可以很方便地通过控制面板上的功率控制旋钮，调整射频输出功率，以满足当前的激光关断功率。例如，在要求激光功率较低的场合，可适当调低驱动电源射频输出功率。这样既可以降低声光器件发热和驱动电源本身的功耗，改善了声光器件和驱动电源的运行环境。同时使整个激光系统处在最佳的工作状态。

本电源结构紧凑，外形美观大方，操作简单，维修方便、性能稳定可靠。它可最大限度满足激光刻标、激光医疗等应用领域。

型号说明

LM X X X

设计序号

最大射频输出功率（50代表50W）

射频中心频率（27代表27MHz）

产品名称代号

主要性能和技术指标

1）射频输出功率：

SG 2750X：27MHz，50W。

2）输出阻抗50Ω。

3）驻波比：≤1.2（在输出50Ω，负载为50W纯电阻测试结果）。

4）反射功率：≤0.4（在输出50Ω，负载为50W纯电阻测试结果）。

5）调Q脉冲重复率分两档：200Hz-8KHz；4KHz-30KHz。

主要特点

1)具有“射频开”和“射频关”转换，便于激光器光路的调整、以及声光器件与激光器联合调试。

2）具有“测试”、和“运行”转换功能。“测试”配合“射频开”，可检测激光器的调整状态和声光Q开关效果，此时开关脉冲由内

部控制板产生。

3）设有“+”、“-”输入转换，适用不同极性的输入信号。机器处在“待命”状态时，若控制信号为高电平有效，必须用短路片将

控制板上的PJ的2脚和3脚短路。若控制信号为低电平有效，与

此对应，必须用短路片将控制板上的JP的2脚和1脚短路。

4）具有首脉冲抑制功能。抑制第一个Q开关激光脉冲过高的峰值，消除常见的所谓“火柴头效应”，使刻标更均匀。

5）输入电路采用光电隔离，减少外界对本机的干扰。

6）采用直流开关电源供电，使整机效率提高到50%以上。

7）射频功率可以从20W到50W连续可调。

8）采用一个数字面板表实现频率和功率转换显示。

3.4.2 SG-2750声光Q开关工作原理及其作用

1) Q开关作用的原理

声光驱动电源输出的射频电信号作用在声光器件的压电换能器上，通过逆压电效应原理，形成一列列（超声）应力波沿着与激光束相互垂直的方向在超声介质内传播，在应力波的作用下，超声介质的折射率发生周期性变化，形成一系列“相位光栅”（参看图一a、b），由于这种光栅对入射的定向光束的衍射作用，使得激光腔内相当一部分激光振荡以衍射光束的形式折出激光腔外，从而增大了内腔损耗，使激光振荡不能形成，粒子数反转得到较多的积累。当超声场突然去除后，内腔损耗突然变小，从而可形成较强的激光振荡。一般在调Q脉冲重复率小于5千赫时，输出峰值功率约为激光器连续输出功率的500-1000倍。因此，中小功率连续固体激光器在进行激光加工过程中无法完成的工作，在采用声光Q开关技术后就可以迎刃而解了。

目前国内生产的声光器件多采用布拉格衍射原理，工作频率为40MHz。而国外生产的器件多采用喇曼-奈斯衍射原理,工作频率为27 MHz 和24MHz。

图一声光衍射原理示意图

调Q脉冲宽度一般在8μS-15μS之间，重复率一般在2KHz-5KHz之间，调Q脉冲周期在500μS -200μS之间。因此，当激光器工作在Q开关状态时，在激光器停止出光期间，激光工作物质的激光上能级有足够的时间积累比在连续激光荡时大得多的高能粒子，一旦超声场消失后，这些粒子立即参与激光振荡，使调Q激光脉冲的峰值功率比平均功率高得多。

图三调Q激光控制示意图（控制电平为高电平有效）

2) SG-2750声光驱动电源的结构和框图

SG-2750声光驱动电源主要由CD 12V直流开关电源、主控制板、射

频单元、控制接口、控制面板组成。

图四声光驱动电源的结构框图

3) DC 12V直流开关电源

DC 12V直流开关电源给射频单元和主控板供电。其输入电压为AC220V+/-15%或110V+/-15%（出厂时已配置为AC220V）。输出电压可以在8V-12V之间连续调节，因此，调节开关电源的输出电压可以在一定范围内调节输出射频功率的大小。

4) 射频单元

射频单元装在一个屏蔽盒里以防止射频泄漏。射频单元由射频信号发生、射频放大、前置放大、推动级和末级功放等单元电

路组成。射频单元受主控板输出调Q脉冲信号控制，输出相应的

射频包络波列，控制声光Q开关器件上报工作。当出现过热、输

出短路或开路时，射频单元反馈保护信号给主控板，主控板驱动

保护单元动作。

5) 主控板

主控板是声光驱动电源的控制中枢，它接受来自控制面板和通过控制信号输入口来的控制信号，控制和保护射频单元的工作。同

时，它把电源运行状态信号输出到控制面板。主控板内的PJ是专门

为满足不同极性的控制信号而设置，当控制信号为高电平有效时（有

调Q激光脉冲输出），分别将PJ中的2脚和3脚连接；当控制信号

为低电平有效时（有激光脉冲输出），分别将PJ的2脚和1脚连接。

6)面板及控制按钮

a.电源开关：开关接通，内庄指示灯亮。

b. 射频开关：向上拨，为“射频开”，激光被关断；往下拨,

为“射频关”，激光器出光。

c.控制开关：向上拨，为“运行”，有外部控制信号时，调Q脉冲才起控制作用；向下拨，为“测试”，门控开关总是受调Q脉冲的控制。此时，若是有控制信号输入时，“运行”指示灯闪烁。

d.功率调节旋钮：反时针方向功率降低，顺时针方向功率升高。

e. 频率旋钮：反时针方向频率降低，顺时针方向频率升高。故障指示灯：平时不亮，当过温、空载、短路等故障出现时亮。

f. 数字面板表：指示调Q脉冲重复频率和射频输出功率。

g. 频率和功率转换开关：向下拨，指示频率（KHz）；向上拨，指示射频输出功率（W）。

7)后盖板

（1） 220V电源插座。

（2）冷却风扇。

（3）声光器件温控入口。

（4）控制入口：1脚正，2脚负。

（5）射频50Ω输出端子。

8) 首脉冲抑制

在2。1。曾提到，激光器处在Q开关工作状态时，激光工作物质积累能量的时间比出光的时间长得多，在有效控制脉冲到来时，参预第一个激光脉冲的能量比后续脉冲要多得多。因此，第一激光脉冲的峰值功率自然要比后续脉冲高得多，第一激光脉冲的烧蚀点也要比后续烧蚀点深得多，出现所谓“火柴头”效应。为了解决这一难题，YM系列声光驱动电源引入了首脉冲抑制功能。参看图七，让第一个出光期间的射频包络保持一定的幅度。抑制住第一个激光脉冲的峰值功率，使首脉冲的峰值功率与后续脉冲的相等，消除“火柴头”现象，使标刻深度更均匀。

9) 调制脉冲的产生

调Q脉冲由内部线路产生。当控制开关处在“测试”状态时，调Q 脉冲自动由内部线路产生；当控制开关处在“运行”状态，无控制信号时，射频输出不断加在声光Q开关器件上，激光输出被关断。

3.4.3声光Q开关器件与声光驱动电源的匹配

本声光驱动电源在出厂前已经进行过全面测试，在输出功率为50W，以50Ω纯电阻作为负载时，射频反射波功率小于0.4W，驻波比小于1.1。

因此，当它驱动输入阻抗为50Ω纯电阻的声光器件时，射频反射波很小，驻波比也很小。但是，如果声光器件的波阻抗与50Ω纯电阻有阻抗角或阻抗值偏差时，射频反射波和驻波比都变大，此时，必须调整声光Q开关器件的匹配网络中的电感或电容，使它的输入阻抗与驱动电源的阻抗匹配。否则，开关效果变差，射频干扰增加，更为严重者，由于射频反射功率过大，会损坏驱动电源。

1) 声光Q开关器件的等效阻抗

图九是声光Q开关器件的等效电路图。它的等效阻抗Z=R+X（L，C，f）I，X是电感L、电容C和频率f 函数。对于确定的频率f，调节电感L或电容C，总可以使X=0，于是Z=R，等效于50Ω纯电阻。使它刚好与驱动电源的输出阻抗相匹配

2) 阻抗匹配调整方法

声光Q开关驱动电源在出厂前，其输出阻抗均调整到50Ω，因此，在进行阻抗匹配时，请不要轻易去动它。而声光Q开关器件内部都装有由电感和微调电容组成的阻抗匹配网络，在进行阻抗匹配时，调整声光器件内的电感和微调电容，使其输入阻抗与驱动电源输出阻抗相匹配（进口器件与本电源匹配得很好，无须进行阻抗匹配）。步骤如下：