激光打标机TGB-50W
使
用
说
明
书
乐 清 天 工 激 光 科 技 有 限 公 司
Y U E Q I N G T I A N G O N G L A S E R C O.,C T D
尊敬的用户：您好！
感谢您选用天工激光TGB-50W打标机，它将以优异的性能为您的产品提供高质量、高效率的标记服务。
为使您的机器达到最佳使用效果，请在使用前仔细阅读本操作说明书。特别提醒注意以下事项：
1、因本机主要部件为光学元件，为保持其清洁，应确保安装室内干澡清洁，无灰尘，最好是空调环境。
2、机器内部有220V、380V及2万伏高压，请勿擅自打开电源机箱，以防触电。
3、每次开机前请确保水箱内水位达到温度探头的位置，定期更换水箱的水源以确保其干净清洁。
4、定期更换过滤器的滤芯，以确保经过激光腔体的水流清洁。
乐清天工激光科技有限公司
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目 录
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。
TGB-50W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：
TGB—50W
设备型号
天工激光
主要技术参数：
激光波长： 1.064μm
激光器输出功率： 50W
声光调制频率： 200—50KHZ
最大直线刻写速度：7000mm/s
标刻范围： 70*70mm, 100*100mm 200*200mm
重复精度： 0.02mm
定位精度： 0.02mm
标刻线深： 0.01-0.3mm ,视材料
供 电： 220v、3.8KVA
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器件对连续激光实行腔内调制，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106w/mm2）使工件表面瞬间气化，刻蚀出一定深度的图案文字。
3.1总则
TGB-50W激光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。
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
TGB-50W激光打标机激光工作物质为掺钕钇铝石榴石（Y3A15O12），简称Nd3+:YAG。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1064nm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。
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。
聚光腔的耦合效率是决定激光器转换效率的关键环节，聚光器腔体由铜材或陶瓷加工而成，经严格光学加工处理，端面呈椭圆形，内表面反射率高，氪灯和YAG棒分别，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。
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。
TGB-50W激光打标机采用稳定的平行平面镜腔。谐振镜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。
3.4.1概述
Q50271声光Q开关驱动电源（Acousto-OpticQ-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片在最佳的工作状态。
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。
主要性能和技术指标
1）射频输出功率：
Q52071：27MHz，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-5KHz；5KHz-50KHz。
主要特点
1）具有“测试TEST”、和“运行RUN”转换功能。可检测激光器的调整状态和声光Q开关效果。
2）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。
3）输入电路采用光电隔离，减少外界对本机的干扰。
4）采用直流开关电源供电，使整机效率提高到50%以上。
5）射频功率可以从20W到50W连续可调。
3.4.2 Q50271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，通过逆压电效应效果，形成一列（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”,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。
2）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，本系列声光驱动电源引入了首脉抑制功能。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。
3）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RUN”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。
射频功率的调整：
射频功率的大小直接影响声光Q器件的工作性能。射频功率过小，声光Q开关器件能开断的激光功率偏小；射频功率过大声光器件能关断的激光功率增大，但调制的激光峰值功率减小。因此，针对不同的声光器件和不同的应用场合，将射频功率调整到适当的值。
3.4.4操作步骤
（1）接通激光器和声光器件冷却循环水泵，待水压稳定后进行一步（注意：此步不可缺少，否则要烧坏声光器件）。
（2）接通电源，电源指示灯亮，数字面板有指示。
（3）进入功能菜单,选择控制方式POOX(M1,M2,M3),选择出光有效电平、数字调制/模拟调制A00X，设置首脉冲抑制宽度FXXX、落笔延时b XXX、释放时间d XXX、或使用默认参数/设置：P001、b000、F150、d06、A003、LOO1、5.OKHZ。
（4）确认Q开关已有冷却水的前提下，合上电源总开关，电源指示灯亮。上电时处于RUN状态
（“RUN”灯亮），按RUN/STOP键切换到STOP状态（“RUN”灯灭），然后按TEST键进入测试状态（“TEST”灯亮），应出光；再按TEST键返回STOP状态（“TEST”灯灭），应不出光。
（5）将驱动器与上位机连接，按RUN/STOP键切换为（“RUN”状态），由上位机控制驱动器。
注意：1、在任何情况下，打开声光驱动电源之前，务必使声光器件充分通水冷却，否则将烧坏声光器件；2、输出必须通过50Ω同轴电缆连接声光器件或50Ω60瓦的纯电阻负载上，否则因反射波使功放管发热，导致功放定烧坏。
3.4.5常见故障及维修
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故 障 现 象
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原 因
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排 除 方 法
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输出为功率0。风机运转正常。
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1）出短路；
2）声光器件不正常；
3）射频开关置于“射频关”。
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1）查输出电缆和两头是否接触良好。
2）更换声光器件。
3）将射频开关置于“INNER”。
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激光不能完全关断，时断时续。
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直流开关供电是电源不正常
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更换直流开关供电是电源
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“测试”起作用，“运行”不起作用。
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1）计算机接口板输出不正常；
2）计算机与“外控口”输入之间的连接有故障；
3）机内各接插件接触不良；
4）或控制板与面板之间的连接线脱落。
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1）检查计算机接口板；
2）用万用表测量信号连接线是否通；
3）将接插件重插一遍；
4）检查控制板与面板之间的连线是否接好。
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“测试”和“运行”都不起作用
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1）0蕊偏电缆插头接触不好；
2）若无上述原因，可能是集成电路损坏。
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1）将偏电缆插头重插一遍；
2）送回返修。
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Q开关是激光光学系统中一个重要光学元件，它通过光路偏转阻断和不阻断光的反射通道来抑制和产生激光脉冲。当激光器开始工作时，先让谐振腔处于低Q值状态，此时激光腔不断积累能量，当腔的Q值突然增大，此时，在部分反射锐端就有一个强的激光脉冲输出。因而Q开关能够达到提高激光峰值功率和实现光路开关控制双重功能。
3.5振镜扫描系统
振镜是使激光按照预定轨迹运行的执行机构，它主要由高精度伺服电机、电机驱动板、反射镜、F—θ透镜及直流供给电源组成。
3.6计算机系统
计算机配置为具有抗干扰能力强工控电脑，中文WINDOWS 98/WINDOWS2000/WINDOWS XP操作系统。打标软件为美国公司提供的专业打标软件，并配备有专用ISA总线的D/A控制卡，方便快捷地给与振镜扫描系统数据传递及控制声光调制开关的起停，达到按照软件设计的要求进行标刻的目的。
3.6.1打标软件
基于windows界面的打标软件具有：
.图形化的操作界面.软件采用WINDOWS界面，可兼容 CORELDRAW、AUTOCAD、PHOTOSHOP等多种软件输出的文件
.支持PLT、PCX、DXF、BMP、等文件，直接使用SHX、TTF字库
.支持自动编码，打印序列号、批号、日期、条形码、二维码、自动跳号等。
.支持自动编码，打印序列号、批号、日期、条形码、二维码、自动跳号等。
3.6.2 D/A控制卡
D/A控制卡是基于ISA总线的数字、模拟数据转换卡。它通过37针连接线与振镜扫描系统电机驱动板和声光驱动电源相连。
3.7冷却系统
3.7.1冷却系统的用途及特点
冷却系统是专为激光器散热而设计的制冷冷却设备。它提供激光器的冷却循环水温度在5℃～30℃间可任意选择，其数值采用数字显示。
为满足激光器的清洁要求，冷却系统的水箱、水泵均采用不锈钢或非金属零件。为防止灰尘进入箱内，六面尽量采用密封结构，它具有耐腐蚀、寿命长、防灰尘等优点。冷却系统具有低噪音、可靠性高、性能稳定的特点，且具有高温声音报警功能。
3.7.2冷却系统的性能参数
①总电功率 3KW
②制冷量 2匹
③制冷剂 R22
④水箱容积 30升
⑤水泵流量 30升/分
3.7.3冷却系统安装说明
①冷却系统接有空调室外机组，室外机组通过两根铜管作为气管与激光器冷却水箱内蒸发管相连，此项连接须由专业人员完成。
②冷却水箱里须注入纯净水或蒸馏水，水面须浸满盘形管的上端面；
③合上两个单节空气开关（以后让其一直合上）。其起停由温度控制器控制。
注意：连接管两端连接处一定要严格检漏，否则冷却系统将无法制冷。
3.7.4注意事项
温控仪的设置（通电后进行）：
a、按温控仪SET键设置压缩机启动温度，到此温度压缩机启动（下限温度）；
b、按温控仪SET键设置冷却机组的高温报警温度（上限温度）；
为防止温差过大而结露，工作温度一般根据环境设置，如环境温度为22℃，可将下限温度设定在18℃，上限温度设置在30℃。
注意：结露的产生将导致激光器功率下降，并有可能带来破坏性损坏。
3.7.5维护保养
①制冷压缩机按一般制冷技术书中介绍的方法进行维护保养。
②冷却水箱应经常保持清洁，若水垢严重时应清刷或酸洗（包括蒸发器）以保持较高的传热效力。
开机顺序：
第一步：检查水箱水是否充足，电路是否接通，无误后打开”钥匙开关”；
第二步：按下绿色“总电源开关”，此时机器抽风及制冷系统通电；`
第三步：合上激光电源面板上“激光电源空气开关”（POWER），此时电流表显示数值7A左右，指示灯亮；
第四步：等待3～5秒钟之后，按动激光电源控制面板上“运行”（RUN/STOP）黄色按钮，氪灯预燃，此时电流变为0A，氪灯点燃后，电流表又显示为7A；
第五步：分别按下绿色“声光Q驱开关”、“振镜开关”；
第六步：检查声光系统状态：Q驱动器频率显示”200HZ-50KHZ”,状态为”RUN”；
第七步：打开“电脑开关”，调出所需打标文件准备打标。
打标结束后，按以上顺序逆向关闭各组件电源：
第一步：退出所有计算机程序，关闭“工控电脑开关”，计算机停止运行；
第二步：将电源功率,”工作电流”调至最小（7A左右）；
第三步：分别关闭绿色“振镜开关”、“声光Q驱动器开关”；
第四步：按动激光电源面板上黄色“停止”（RUN/STOP）按钮——关灯；
第五步：关闭激光电源面板上的“激光电源开关”（POWER）；
第六步：关闭“总电源开关”，断开进线电源。
注意：错误的操作顺序将导致激光器不能正常工作。
打标速度、调Q频率和激光功率是决定打标效果的主要因素。对同一材料，设定速度越高，为保证线条的连续性，要求的调Q频率越大；要保证打标深度，要求的激光功率亦越大，即激光电流要增大。一般设定调Q频率为2～3KHz。激光工作电流为10～16A，以此设定相应打标速度。当Q开关关断功率太小（即无输出信号时仍有漏光）可适当增大Q开关的功率。
①严禁无水或水循环不正常情况下启动激光电源和调Q电源；
②不允许Q电源空载工作（即调Q电源输出端悬空）；
③出现异常现象，首先关闭振镜开关和钥匙开关，再行检查；
④不允许在氪灯点燃前启动其他组件，以防高压窜入损坏组件。
⑤注意激光电源输出端（阳极）悬空，以防与其他电器打火、击穿；
⑥保持内循环水干净。定期清洗水箱并换干净去离子水或纯水。
7.1 激光强度下降，标记不够清晰
①激光谐振腔是否变化；微调谐振腔镜片。使输出光斑最好；
②声光晶体偏移或者声光电源输出能量偏低；调整声光晶体位置或者加大声光电源工作电流；
③进入振镜的激光偏离中心：调节激光器；
④若电流调到18A左右仍感光强不够：氪灯老化，更换新灯。
7.2氪灯不能触发
①检查所有的电源连接线； ②高压氪灯老化，更换氪灯。