动态聚焦众生相

来源:菲雷泰克

发布时间:2019年11月7日下午 06:11:15

本文跳出激光打标的圈子聊聊动态聚焦,实际落脚还是在打标圈。  
一、 不长的历史
 
激光打标加工并没有经历大幅面时代、转镜时代和振镜时代,其实整个加起来就没有多久的日子。二轴振镜加工兴起的时候,转镜的应用也开始出现了,大幅面本身不是个清晰的概念,算不上一个独立的单元。
 
提到振镜加工就需要面对振镜和振镜电机的考究,虽说振镜电机从电流计演化而来,技术佬不太喜欢逐本溯源。一是技术的每一个升级都是一次巨大的进步和创新,用最原始的模型去解释一个自控的运动系统,并没有体现出对历代升级创新的技术专家的尊重。同时也是考虑公开的资料并不能很好的讲述这段变化进程。
 
二、二维振镜
 
二轴振镜的发展过程中确实不仅让激光变的那么地贴近生活,而且激光加工和激光加工装备也因此规模兴起,在同时代的大恒和楚天之外快速崛起的大族和华工在后续的发展过程中接过了这一接力棒。
 
是时候科普一下二轴振镜这个概念了:
 
 
有人会说:“这个不是很常见也很简单嘛?”
是的,确实很直观就能看的懂。
 
激光束通过扩束以后,进入二轴振镜,通过X轴和Y轴的偏转,然后光束穿过F-θ扫描透镜在打标头下方的二维平面上刻画出需要的图案。当然,除了打标还可以焊接和切割,控制原理是一样的,光源和工艺有差别。
 
可是回到1996年代,这个产品还有很多需要攻克的难题,比如扫描透镜加工工艺,再比如由于光点在Y轴镜片不是单点反射,路径的畸变校正问题等等。就好比3D打印的原理很简单一样,细节问题往往才是产业化的难关。如果请大族激光的高云峰先生去央视《开课啦》讲述大族的兴起与振镜技术的发展,那宣传的持久力度绝对远超其怒斥央视记者那种。
 
中国市场的变迁和兴起速度带动激光市场的快速迭代,激光作为一项新兴技术在2001年中国加入WTO之前一直还是很神秘的,产业界众多关键技术都绕着中国走。2001年之后局势发生了巨大变化,资本和资本主义生产力嗅到了中国市场的巨大诱惑,巨头们纷纷进入中国市场,在收割巨大利润的同时也留下了大量的产业空间,技术的准入门槛也降低到了能快速入门的水准。
 
三、升级到三维动态
 
再后来,随着皮革加工和服装辅料产业的巨大产能要求,即:需要更大幅面和更快加工速度的激光设备来适应产业的更新。
 
这个时候,传统二维运动平台切割机的厂家闯入到了打标机这个市场,更大幅面的诉求促生了前聚焦的动态聚焦打标机在中国市场的兴起。大族激光的领导地位在这个时候牢牢不可动摇,金运激光、粤銘激光等一大批后起之秀推动皮革加工和服装辅料市场大面积地使用激光切割机和激光打标机,以此来取代传统的刀具加工装备。
 
大幅面的三维动态打标机作为一个新名词开始被激光圈广泛关注。
 
 
相比二维振镜,三维动态聚焦振镜系统多了一组动态调节激光光束聚焦焦点的镜头组,下面这个原理图可能更能清晰的表达:
 
 
通过软件控制Z轴协同X、Y轴,随着光斑在二维平面的不同位置移动精准的根据光程计算匹配,使得全幅面任意位置都在激光作用的焦点上。
 
 相比普通二维振镜,前聚焦的动态聚焦系统不需要增配F-θ透镜,使得振镜的通过光斑不再被约束,30mm、甚至从40到70mm的振镜有了用武之处(此处不展开激光的聚焦焦斑与通过的最后一片聚焦镜上的光斑大小的换算关系)。
 
这种大光斑振镜系统的普及使得高速大幅面激光加工快速的被导入到了各个激光应用行业,并被追捧。
 
一时间,不会做动态聚焦的打标机公司都不是好演员,有动态聚焦利器的好厨师都纷纷被追捧为国际级导演。
 
再后来,随着制造业升级,三维激光加工被提上日程,苛刻的乔布斯提出iphone4S将会是3C行业空前绝后的标杆,4S也着实让富士康费了些脑细胞来组织激光、视觉、自动化等一大批产业明星。
曲面打标和激光二维码追溯以及LDS等产业将动态聚焦打标从大幅面拉到了三维空间的舞台,当然技术原理还是一样的原理,只是控制工艺做了改变,光斑校正从二维视场变成了三维空间。三维动画、投影、贴图、视觉等成熟的技术跨界加盟到激光圈,使得动态聚焦的控制工艺更加智能化,武力值更上一个台阶。激光开始被称之为一种通用的工具。
 
四、专业的三维模块——动态聚集系统
 
激光的应用一直是从欧美发起、发展和成熟,再到中国市场的繁荣,放量。
在欧洲的激光圈,动态聚焦系统往往是一个动态聚焦模组加一个二维振镜来组成,如下图所示:
 
系统集成商来开发子系统,光学计算和匹配控制都是设备集成商操刀,传统知名的打标设备开发商都用自己的控制软件,器件供应商往往只是配合就可以。
当大量应用崛起的时候,少数能储备全产业技术的公司无法提供大量的设备和多元化的需求,产业需要有开发能力的集成商去做器件供应商的活,将设备集成商和器件供应商连线。
也就是说,送礼不再需要费劲购买各种糖果来搭配了,由礼品开发公司准备好的套装礼盒已经可以马上使用。可以将这类产业公司姑且称之为子系统供应商,他们不做器件,也不做设备,但是需要有器件的开发能力和设备的控制整合能力,能够定制和挑选器件,完成设备的工艺控制和方案开发,备出可选的礼盒。
 
于是动态聚焦系统变成了下面这样:
 
设备集成商可以打包采购动态聚焦系统,通过在动态聚焦系统供应商提供的控制单元基础上做二次开发,供需双方合理分配任务,一方解决控制工艺,一方拓展应用工艺,取长补短,协同作战;
这里要指出的是,动态聚焦的系统核心在于能有效控制振镜和激光光束、懂工艺、拥有开发接口对接行业应用的控制单元。也就是未来的打标卡会分解成驱动控制和应用控制。随着数字驱动器的出现,这一产业分割线已经开始明朗的显现出来了,做应用软件和控制软件的公司由竞争走向了协同合作之路。
 
五、门派的出现
 
动态聚焦在面向LDS和深雕、钻孔、蚀刻等3C和半导体应用场景时衍生出来的并不是更大幅面,而是更均匀的后聚焦光学追踪补偿和3D分层精度考量,我们称之为后聚焦的动态聚焦系统。
就好比华山剑法分化为剑宗和气宗,溯本则是同宗。
 
六、跨界的积极一面
 
动态聚焦的出现源于振镜加工的产业困境需要突破,随着跨界三维技术的加盟,使得难点得以攻克,得到了长足的发展。随着产业分工的进一步模块化,专业的动态聚焦系统供应商的出现使得产业链得以完善和快速发展,很多非激光圈的产业集成商和自动化公司也因此展开快速的激光加工布局,让激光从一种工具变成了一种创新工具,很多细分行业例如模具加工、电火花加工和修复、清洗等领域出现了大量的激光工艺,跨界的整合进一步拓展了激光圈的维度。
 
七、后记
 
激光从一种工具变成一种创新工具,有工艺内涵的动态聚焦系统位居功臣之列,专业开发动态聚焦系统的团队和企业被赋予了更多的期待,菲镭泰克立足以推动一种创新的3D激光加工工艺为战略,深耕动态聚焦系统的应用工艺,先后推出基于激光器输出光束的前聚焦动态聚焦系统(通光直径10、15、20、30、40、50、70mm,可选波长10640、1064、532、355等),和后聚焦的动态聚焦系统(通光直径10、15、20mm,可选波长1064、960、532、355、193等)以及可灵活定制的动态聚焦单元DFM(Dynamic Focus Module)(放大倍数:1.1、1.33、1.66、2、2.1、2.57、2.66等)。
 

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