DOD 噴碼技術在激光切割行業的應用

倪振興，李亞敏，賈明明，趙 洋

（江蘇亞威機床機床股份有限公司 江蘇省金屬板材智能裝備重點實驗室，江蘇 揚州225200）

在激光切割行業，產品標識處理的方法大部分為激光打標，其原理是使用切割用激光頭，配合數控軸在小功率模式下，進行工件表面激光標刻處理。

激光打標的原理是在工件表面形成融化或汽化凹陷，此過程不可逆，不能應對某些行業后道標識清除的需求；其次，由于激光頭的加工范圍僅為光束聚焦后的一點，且數控軸的運動軌跡是由直線運動擬合而成，故激光打標復雜圖形需要花費很大編程工作量，且打標時間長，打標效果差。

為了滿足客戶快速打標及后續標識可清除的需求，本文講述了激光切割專用的油墨噴碼標識裝置的應用。

1 噴碼結構組成

如圖1 所示，噴碼結構由激光切割機常用數控系統、DOD 油墨噴碼系統組成。

2 噴碼應用原理

按需供墨式噴碼機（drop on demand，簡稱DOD式），由多個高精密閥門組成，在噴字時，字型相對應的閥門迅速啟閉，墨水依靠內部恒定壓力噴出，在運動的表面形成字符或圖形。

激光數控系統將需要打印的字符信息、噴頭運行速度、噴碼開始信號等參數通過通信方式傳送到噴碼控制器，同時控制噴頭保持與噴印物體的相對運動，噴頭通過控制閥門啟閉，完成字符噴印。

圖1 噴碼系統組成

根據噴碼圖形的復雜程度，可以選用7 點、16點、32 點的噴頭，針對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，利用原有數控軸控制噴頭運動。通過編程軟件識別客戶編程文件（.dxf/.dwg 等格式）中的噴碼內容，將其轉換為噴碼系統識別的Unicode 編碼，同時生成數控軸的運動軌跡。

圖3 切割頭噴頭一體化

經測試，一個包含16 個字符的打標內容，激光打標時間31s，噴碼打標時間3 秒，噴碼打標速度是激光打標的10 倍。此一體化方案可無縫對接至標準機床，是目前最經濟的選配方案。噴碼打標樣例如圖4 所示。

圖4 噴碼打標樣例

3.2 噴碼—切割連續生產線方案

為噴碼單獨設計橫梁，將噴碼動作與切割動作獨立，實現送料—噴碼—切割連續生產。離線軟件提前生成噴碼與加工程序，第一張產品原料由送料軸送入噴碼區域，系統執行噴碼動作，噴碼完成后將第一張原料送入切割區域，同時將第二張原料送入噴碼區域，系統同時執行第一張原料的切割及第二張原料的噴碼，后續動作按此節拍循環。如圖5 所示，連續生產線可實現噴碼、切割同時運行，極大提升產品產出率。

圖5 噴碼—切割連續生產線方案

同時，為了產品美觀，成品經分揀后，可以通過酸洗將噴印內容去除（圖6）。

圖6 噴印內容酸洗去除

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力或熱變形，或產生錯位或翹起的情況，現階段激光分揀系統成功率一般不超過85%。通過在切割前增加噴印定位點工序，配合分揀裝置配備的CCD 視覺識別系統，可以實現錯位工件的準確抓取，分揀成功率可提升到95%。得益于視覺系統的坐標系糾偏，成品工件的碼垛整齊度可達±8mm。

4 總結

（1）油墨噴碼方案具有材料表面無損，后道可清除等優點。

（2）噴碼系統可應用于工件信息標記，定位點標記等多種場合，后續開發方向是服務于智能工廠產品流轉體系的二維碼噴印及識別系統。