點(diǎn)陣式在線激光打碼技術(shù)原理及其應(yīng)用

點(diǎn)陣式在線激光打碼技術(shù)能實(shí)現(xiàn)高速高精度在線編碼，代表了當(dāng)前在線編碼技術(shù)的最新發(fā)展方向，能為企業(yè)提供高效可行的產(chǎn)品編碼解決方案。

　　一、  點(diǎn)陣式在線激光打碼技術(shù)原理介紹

　　點(diǎn)陣式在線激光打碼技術(shù)采用振鏡式掃描策略。如圖1所示，打碼系統(tǒng)通過X、Y兩個(gè)振鏡的角度偏轉(zhuǎn)來控制激光的掃描路徑。

圖1 振鏡式掃描策略

　　點(diǎn)陣式在線激光打碼技術(shù)采用點(diǎn)陣字符進(jìn)行在線編碼。點(diǎn)陣字符由一系列的點(diǎn)組成。圖2所示為5×7的點(diǎn)陣字符“N”和“C”標(biāo)記時(shí)的情況。當(dāng)振鏡掃描到紅色位置時(shí)，激光器出光，物體被激光標(biāo)記上一個(gè)點(diǎn)。當(dāng)振鏡掃描到白色位置時(shí)，激光器閉光，物體不會(huì)被標(biāo)記。

圖2 點(diǎn)陣字符的激光標(biāo)記

　　當(dāng)被編碼產(chǎn)品在生產(chǎn)線上運(yùn)動(dòng)時(shí)，其相對振鏡掃描有一個(gè)反方向速度誤差V（如圖3所示）。該速度誤差V與生產(chǎn)線的速度相等。點(diǎn)陣式在線激光打碼技術(shù)通過在線監(jiān)測生產(chǎn)線的速度來得到這個(gè)速度誤差，并能夠根據(jù)這個(gè)速度誤差產(chǎn)生一個(gè)補(bǔ)償信號來驅(qū)動(dòng)振鏡，從而抵消這個(gè)誤差。

　　二、  點(diǎn)陣式在線激光打碼技術(shù)的優(yōu)勢

　　點(diǎn)陣式在線激光打碼技術(shù)具有很多優(yōu)異的特點(diǎn)：

　?。?）點(diǎn)陣式在線激光打碼技術(shù)采用振鏡式掃描策略，振鏡在掃描運(yùn)動(dòng)過程中，幾乎不受外界阻力的影響，具有速度快、運(yùn)動(dòng)過程穩(wěn)定可靠、定位精確等特點(diǎn)。

　　（2）點(diǎn)陣式在線激光打碼技術(shù)相對傳統(tǒng)的噴墨編碼類技術(shù)，不需要油墨等耗材，容易維護(hù)、節(jié)約成本、綠色環(huán)保。

　?。?）點(diǎn)陣式在線激光打碼技術(shù)利用高能量密度的激光束對目標(biāo)作用，使目標(biāo)表面發(fā)生物理或化學(xué)變化，從而獲得高質(zhì)量的、永久的標(biāo)記。

　?。?）點(diǎn)陣式在線激光打碼技術(shù)能夠很方便的與數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)出多樣化的產(chǎn)品。

　　上述優(yōu)點(diǎn)使點(diǎn)陣式在線激光打碼技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景。當(dāng)前，在國外，該技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。一些公司已經(jīng)開發(fā)出了較成熟的產(chǎn)品。

圖3 產(chǎn)品在生產(chǎn)線上運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生反向速度誤差V

　　三、 華南理工大學(xué)的點(diǎn)陣式在線激光打碼技術(shù)進(jìn)展

　?。ㄒ唬〥SP在線激光打碼控制系統(tǒng)

　　自2007年起，華南理工大學(xué)開始了點(diǎn)陣式在線激光打碼技術(shù)的研究。目前已經(jīng)成功自主研發(fā)了DSP在線激光打碼控制系統(tǒng)。如圖4所示，該系統(tǒng)由主控單元和遠(yuǎn)程操作單元兩部分組成。

圖4 DSP在線激光打碼控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
 

 圖5 DSP在線激光打碼控制系統(tǒng)的主控單元硬件結(jié)構(gòu)

　　主控單元能夠控制激光器的出光、振鏡的角度偏轉(zhuǎn)，并能實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)線的速度，生成速度誤差補(bǔ)償信號。其硬件結(jié)構(gòu)如圖5所示。

　　遠(yuǎn)程操作單元負(fù)責(zé)系統(tǒng)與操作人員的人機(jī)交互。通過遠(yuǎn)程操作單元，操作人員能夠進(jìn)行編制自定義編碼、控制系統(tǒng)的運(yùn)行與停止等操作。遠(yuǎn)程操作單元接受操作人員的相關(guān)操作后，將其轉(zhuǎn)發(fā)給主控單元去執(zhí)行。其硬件結(jié)構(gòu)如圖6所示。

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圖6 DSP在線激光打碼控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操作單元硬件結(jié)構(gòu)該控制系統(tǒng)的特點(diǎn)包括：

　?。?）主控單元采用DSP控制的方式，運(yùn)算速度快，精度高，功耗低。

　?。?）遠(yuǎn)程控制單元采用嵌入式解決方案，相對傳統(tǒng)的PC機(jī)，具有體積小，可靠性高，成本低的優(yōu)點(diǎn)。

　?。?）開放式的控制結(jié)構(gòu)，靈活性好，能夠容易的應(yīng)用到多種激光器上，構(gòu)成不同種類的打碼系統(tǒng)。

　?。ǘ〥SP在線激光打碼控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例

　　華南理工大學(xué)的DSP在線激光打碼控制系統(tǒng)正日趨成熟，截止2009年已與東莞創(chuàng)普光電技術(shù)有限公司合作將其成功應(yīng)用到了Nd:YAG激光器上，開發(fā)出了Nd:YAG在線激光打碼機(jī)。目前，華南理工大學(xué)正在利用DSP在線激光打碼控制系統(tǒng)進(jìn)行CO2激光打碼機(jī)的研究，并已經(jīng)成功開發(fā)出樣機(jī)。

圖7 Nd:YAG在線激光打碼機(jī)

　　1 Nd:YAG在線激光打碼機(jī)

　　Nd:YAG打碼機(jī)可以在各種金屬材料和部分非金屬材料上制作字符、圖形、一維、二維條形碼以及連續(xù)可變序列號標(biāo)記；配上生產(chǎn)線后可以飛行打碼。應(yīng)用領(lǐng)域包括電子、五金工具、衛(wèi)浴器材、設(shè)備標(biāo)牌、塑膠等行業(yè)。

　　圖7是華南理工大學(xué)與東莞創(chuàng)普光電技術(shù)有限公司合作開發(fā)的Nd:YAG在線激光打碼機(jī)的外觀圖。

　　2 CO2在線激光打碼機(jī)

　　CO2激光打碼機(jī)可以在各種非金屬材料上制作字符、圖形、條形碼以及連續(xù)變化序列號碼記；配上生產(chǎn)線后可以飛行打碼，生產(chǎn)線速度大于60米/分鐘。應(yīng)用領(lǐng)域包括皮革、化妝品、酒類、煙草、藥品、飲料以及IT行業(yè)。

圖8 CO2在線激光打碼機(jī)整體

　　圖8為華南理工大學(xué)自主開發(fā)的樣機(jī)整體機(jī)身，長850mm（加振鏡頭），寬200mm，高150mm。能夠方便的安裝到升降臺(tái)上。振鏡頭能夠以打碼機(jī)長度方向?yàn)檩S向360旋轉(zhuǎn)。能夠進(jìn)行不同方向的打碼。

　　樣機(jī)能夠進(jìn)行流水碼、自定義生產(chǎn)日期、自定義有效日期、自定義字符串等多種編碼的組合打碼。圖9是用該打碼機(jī)打碼后的藥品包裝，圖10是用該打碼機(jī)打碼的飲料包裝。樣機(jī)還具有紅光預(yù)覽的功能。

圖9 在藥品包裝上打碼

圖10 在飲料包裝上打碼 

　　四、結(jié)束語

　　點(diǎn)陣式在線激光打碼技術(shù)滿足產(chǎn)品在線快速編碼的需要，是一種很有發(fā)展前景的在線編碼技術(shù)。目前該技術(shù)在國外得到了長足的發(fā)展，在我國還處于剛剛起步的階段。相信市場對產(chǎn)品快速編碼的需求，點(diǎn)陣式在線激光打碼技術(shù)將逐漸取代傳統(tǒng)技術(shù)成為主流。