倪振興，李亞敏，賈明明，趙 洋

（江蘇亞威機(jī)床機(jī)床股份有限公司 江蘇省金屬板材智能裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 揚(yáng)州225200）

在激光切割行業(yè)，產(chǎn)品標(biāo)識(shí)處理的方法大部分為激光打標(biāo)，其原理是使用切割用激光頭，配合數(shù)控軸在小功率模式下，進(jìn)行工件表面激光標(biāo)刻處理。

激光打標(biāo)的原理是在工件表面形成融化或汽化凹陷，此過程不可逆，不能應(yīng)對(duì)某些行業(yè)后道標(biāo)識(shí)清除的需求；其次，由于激光頭的加工范圍僅為光束聚焦后的一點(diǎn)，且數(shù)控軸的運(yùn)動(dòng)軌跡是由直線運(yùn)動(dòng)擬合而成，故激光打標(biāo)復(fù)雜圖形需要花費(fèi)很大編程工作量，且打標(biāo)時(shí)間長，打標(biāo)效果差。

為了滿足客戶快速打標(biāo)及后續(xù)標(biāo)識(shí)可清除的需求，本文講述了激光切割專用的油墨噴碼標(biāo)識(shí)裝置的應(yīng)用。

1 噴碼結(jié)構(gòu)組成

如圖1 所示，噴碼結(jié)構(gòu)由激光切割機(jī)常用數(shù)控系統(tǒng)、DOD 油墨噴碼系統(tǒng)組成。

2 噴碼應(yīng)用原理

按需供墨式噴碼機(jī)（drop on demand，簡稱DOD式），由多個(gè)高精密閥門組成，在噴字時(shí)，字型相對(duì)應(yīng)的閥門迅速啟閉，墨水依靠內(nèi)部恒定壓力噴出，在運(yùn)動(dòng)的表面形成字符或圖形。

激光數(shù)控系統(tǒng)將需要打印的字符信息、噴頭運(yùn)行速度、噴碼開始信號(hào)等參數(shù)通過通信方式傳送到噴碼控制器，同時(shí)控制噴頭保持與噴印物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，噴頭通過控制閥門啟閉，完成字符噴印。

圖1 噴碼系統(tǒng)組成

根據(jù)噴碼圖形的復(fù)雜程度，可以選用7 點(diǎn)、16點(diǎn)、32 點(diǎn)的噴頭，針對(duì)更大幅面或像素要求更高的場景，也可支持多噴頭并行組合方案。如圖2 所示。

圖2 噴頭方案

3 噴碼應(yīng)用方案

3.1 切割頭-噴頭一體化方案

如圖3 所示，將噴碼裝置集成在激光切割頭安裝位置，利用原有數(shù)控軸控制噴頭運(yùn)動(dòng)。通過編程軟件識(shí)別客戶編程文件（.dxf/.dwg 等格式）中的噴碼內(nèi)容，將其轉(zhuǎn)換為噴碼系統(tǒng)識(shí)別的Unicode 編碼，同時(shí)生成數(shù)控軸的運(yùn)動(dòng)軌跡。

圖3 切割頭噴頭一體化

經(jīng)測試，一個(gè)包含16 個(gè)字符的打標(biāo)內(nèi)容，激光打標(biāo)時(shí)間31s，噴碼打標(biāo)時(shí)間3 秒，噴碼打標(biāo)速度是激光打標(biāo)的10 倍。此一體化方案可無縫對(duì)接至標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床，是目前最經(jīng)濟(jì)的選配方案。噴碼打標(biāo)樣例如圖4 所示。

圖4 噴碼打標(biāo)樣例

3.2 噴碼—切割連續(xù)生產(chǎn)線方案

為噴碼單獨(dú)設(shè)計(jì)橫梁，將噴碼動(dòng)作與切割動(dòng)作獨(dú)立，實(shí)現(xiàn)送料—噴碼—切割連續(xù)生產(chǎn)。離線軟件提前生成噴碼與加工程序，第一張產(chǎn)品原料由送料軸送入噴碼區(qū)域，系統(tǒng)執(zhí)行噴碼動(dòng)作，噴碼完成后將第一張?jiān)纤腿肭懈顓^(qū)域，同時(shí)將第二張?jiān)纤腿雵姶a區(qū)域，系統(tǒng)同時(shí)執(zhí)行第一張?jiān)系那懈罴暗诙堅(jiān)系膰姶a，后續(xù)動(dòng)作按此節(jié)拍循環(huán)。如圖5 所示，連續(xù)生產(chǎn)線可實(shí)現(xiàn)噴碼、切割同時(shí)運(yùn)行，極大提升產(chǎn)品產(chǎn)出率。

圖5 噴碼—切割連續(xù)生產(chǎn)線方案

同時(shí)，為了產(chǎn)品美觀，成品經(jīng)分揀后，可以通過酸洗將噴印內(nèi)容去除（圖6）。

圖6 噴印內(nèi)容酸洗去除

3.3 噴碼+視覺定位方案

圖7 視覺定位方案

定位方案如圖7 所示。受限于切割工件在切割過程由于板材應(yīng)力或熱變形，或產(chǎn)生錯(cuò)位或翹起的情況，現(xiàn)階段激光分揀系統(tǒng)成功率一般不超過85%。通過在切割前增加噴印定位點(diǎn)工序，配合分揀裝置配備的CCD 視覺識(shí)別系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)錯(cuò)位工件的準(zhǔn)確抓取，分揀成功率可提升到95%。得益于視覺系統(tǒng)的坐標(biāo)系糾偏，成品工件的碼垛整齊度可達(dá)±8mm。

4 總結(jié)

（1）油墨噴碼方案具有材料表面無損，后道可清除等優(yōu)點(diǎn)。

（2）噴碼系統(tǒng)可應(yīng)用于工件信息標(biāo)記，定位點(diǎn)標(biāo)記等多種場合，后續(xù)開發(fā)方向是服務(wù)于智能工廠產(chǎn)品流轉(zhuǎn)體系的二維碼噴印及識(shí)別系統(tǒng)。