点阵式在线激光打码技术原理及实现

点阵式在线激光打码技术能实现高速高精度在线编码，代表了当前在线编码技术的最新发展方向，能为企业提供高效可行的产品编码解决方案。

　　一、  点阵式在线激光打码技术原理介绍

　　点阵式在线激光打码技术采用振镜式扫描策略。如图1所示，打码系统通过X、Y两个振镜的角度偏转来控制激光的扫描路径。

 

图1 振镜式扫描策略

　　点阵式在线激光打码技术采用点阵字符进行在线编码。点阵字符由一系列的点组成。图2所示为5×7的点阵字符“N”和“C”标记时的情况。当振镜扫描到红色位置时，激光器出光，物体被激光标记上一个点。当振镜扫描到白色位置时，激光器闭光，物体不会被标记。

 

图2 点阵字符的激光标记

　　当被编码产品在生产线上运动时，其相对振镜扫描有一个反方向速度误差V（如图3所示）。该速度误差V与生产线的速度相等。点阵式在线激光打码技术通过在线监测生产线的速度来得到这个速度误差，并能够根据这个速度误差产生一个补偿信号来驱动振镜，从而抵消这个误差。

　　二、  点阵式在线激光打码技术的优势

　　点阵式在线激光打码技术具有很多优异的特点：

　　（1）点阵式在线激光打码技术采用振镜式扫描策略，振镜在扫描运动过程中，几乎不受外界阻力的影响，具有速度快、运动过程稳定可靠、定位精确等特点。

　　（2）点阵式在线激光打码技术相对传统的喷墨编码类技术，不需要油墨等耗材，容易维护、节约成本、绿色环保。

　　（3）点阵式在线激光打码技术利用高能量密度的激光束对目标作用，使目标表面发生物理或化学变化，从而获得高质量的、永久的标记。

　　（4）点阵式在线激光打码技术能够很方便的与数字控制技术相结合，开发出多样化的产品。

　　上述优点使点阵式在线激光打码技术具有广泛的应用前景。当前，在国外，该技术已经成功应用于实际生产中。一些公司已经开发出了较成熟的产品。

 

图3 产品在生产线上运动时会产生反向速度误差V

　　三、 华南理工大学的点阵式在线激光打码技术进展

　　（一）DSP在线激光打码控制系统

　　自2007年起，华南理工大学开始了点阵式在线激光打码技术的研究。目前已经成功自主研发了DSP在线激光打码控制系统。如图4所示，该系统由主控单元和远程操作单元两部分组成。

图4 DSP在线激光打码控制系统的结构

 

 图5 DSP在线激光打码控制系统的主控单元硬件结构

　　主控单元能够控制激光器的出光、振镜的角度偏转，并能实时采集生产线的速度，生成速度误差补偿信号。其硬件结构如图5所示。

　　远程操作单元负责系统与操作人员的人机交互。通过远程操作单元，操作人员能够进行编制自定义编码、控制系统的运行与停止等操作。远程操作单元接受操作人员的相关操作后，将其转发给主控单元去执行。其硬件结构如图6所示。

 

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图6 DSP在线激光打码控制系统的远程操作单元硬件结构该控制系统的特点包括：

　　（1）主控单元采用DSP控制的方式，运算速度快，精度高，功耗低。

　　（2）远程控制单元采用嵌入式解决方案，相对传统的PC机，具有体积小，可靠性高，成本低的优点。

　　（3）开放式的控制结构，灵活性好，能够容易的应用到多种激光器上，构成不同种类的打码系统。

　　（二）DSP在线激光打码控制系统的应用实例

　　华南理工大学的DSP在线激光打码控制系统正日趋成熟，截止2009年已与东莞创普光电技术有限公司合作将其成功应用到了Nd:YAG激光器上，开发出了Nd:YAG在线激光打码机。目前，华南理工大学正在利用DSP在线激光打码控制系统进行CO2激光打码机的研究，并已经成功开发出样机。

 

图7 Nd:YAG在线激光打码机

　　1 Nd:YAG在线激光打码机

　　Nd:YAG打码机可以在各种金属材料和部分非金属材料上制作字符、图形、一维、二维条形码以及连续可变序列号标记；配上生产线后可以飞行打码。应用领域包括电子、五金工具、卫浴器材、设备标牌、塑胶等行业。

　　图7是华南理工大学与东莞创普光电技术有限公司合作开发的Nd:YAG在线激光打码机的外观图。

　　2 CO2在线激光打码机

　　CO2激光打码机可以在各种非金属材料上制作字符、图形、条形码以及连续变化序列号码记；配上生产线后可以飞行打码，生产线速度大于60米/分钟。应用领域包括皮革、化妆品、酒类、烟草、药品、饮料以及IT行业。

 

图8 CO2在线激光打码机整体

　　图8为华南理工大学自主开发的样机整体机身，长850mm（加振镜头），宽200mm，高150mm。能够方便的安装到升降台上。振镜头能够以打码机长度方向为轴向360旋转。能够进行不同方向的打码。

　　样机能够进行流水码、自定义生产日期、自定义有效日期、自定义字符串等多种编码的组合打码。图9是用该打码机打码后的药品包装，图10是用该打码机打码的饮料包装。样机还具有红光预览的功能。

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图9 在药品包装上打码

 

图10 在饮料包装上打码 

　　四、结束语

　　点阵式在线激光打码技术满足产品在线快速编码的需要，是一种很有发展前景的在线编码技术。目前该技术在国外得到了长足的发展，在我国还处于刚刚起步的阶段。相信市场对产品快速编码的需求，点阵式在线激光打码技术将逐渐取代传统技术成为主流。