水果表面二維碼標(biāo)刻激光系統(tǒng)研究

周博+徐浩元+吳楊

摘要：基于激光標(biāo)刻編碼技術(shù)和工藝，利用半導(dǎo)體泵浦激光器在水果表面標(biāo)刻二維碼，以椰子為試驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行標(biāo)刻工藝參數(shù)優(yōu)化。試驗(yàn)結(jié)果表明：在功率3.8 W、標(biāo)刻速度500 mm/s時(shí)，標(biāo)刻二維碼的清晰度最高；在冷藏儲(chǔ)存狀態(tài)下，椰子表面的二維碼具有較好的耐久性。

關(guān)鍵詞：激光標(biāo)刻；二維碼；設(shè)計(jì)；水果

中圖分類號(hào)：S237 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2017）07-0031-02

近年來，食品安全問題頻發(fā)，嚴(yán)重影響人們的身體健康。為從源頭上遏制食品安全問題，對(duì)食品進(jìn)行有效跟蹤和追溯成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn)。目前，水果來源追溯大多依賴其表面粘貼的紙質(zhì)標(biāo)簽。然而，紙質(zhì)標(biāo)簽存在一些弊端：粘貼穩(wěn)定性差，容易脫落，造成信息丟失；或是難以除去，給消費(fèi)者帶來不必要的麻煩。為此，在水果表面直接標(biāo)刻二維碼信息的技術(shù)，成為新的研究熱點(diǎn)。

基于激光標(biāo)刻編碼技術(shù)和工藝，利用半導(dǎo)體泵浦激光器在水果表面標(biāo)刻二維碼，以椰子為試驗(yàn)對(duì)象，優(yōu)化相關(guān)工藝參數(shù)。同時(shí)，在椰子冷藏儲(chǔ)存狀態(tài)下，通過二維碼識(shí)別裝置檢測(cè)二維碼的耐久性，為水果表面標(biāo)刻二維碼技術(shù)提供借鑒。

1 激光標(biāo)刻二維碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 標(biāo)刻激光器的結(jié)構(gòu)

激光器采用LD側(cè)面泵浦和高重復(fù)頻率聲光調(diào)Q技術(shù)，運(yùn)行時(shí)的重復(fù)頻率為5 KHz。M1鏡和M2鏡構(gòu)成激光器諧振腔，其中M1鏡鍍1 064 nm全反膜，M2鏡鍍1 064 nm增透膜和部分反射膜。具有布拉格衍射效應(yīng)的聲光調(diào)Q晶體放置在M1鏡和Nd：YAG晶體之間。聲光調(diào)Q晶體兩端面鍍1 064 nm增透膜。激光棒的尺寸為2 mm×80 mm，棒兩端面鍍1 064 nm增透膜。標(biāo)刻激光器結(jié)構(gòu)見圖1。

為避免激光工作時(shí)產(chǎn)生的熱透鏡效應(yīng)對(duì)聲光調(diào)Q晶體和激光棒造成損傷，對(duì)聲光調(diào)Q晶體和激光棒采用循環(huán)水冷卻。

2.2 標(biāo)刻系統(tǒng)及控制電路

計(jì)算機(jī)對(duì)激光打標(biāo)系統(tǒng)的控制，是通過振鏡控制板卡控制振鏡系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。振鏡系統(tǒng)是由伺服控制卡和擺動(dòng)電機(jī)組成的高精度伺服控制系統(tǒng)，輸入1個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)后，擺動(dòng)電機(jī)會(huì)按一定電壓與角度的轉(zhuǎn)換比例擺動(dòng)相應(yīng)角度?？刂瓶ǔ敵?路振鏡控制信號(hào)及1路激光控制脈沖信號(hào)外，還提供腳踏開關(guān)接口。

控制系統(tǒng)是激光打標(biāo)加工技術(shù)系統(tǒng)的核心，也是接受發(fā)出指令的“控制中心”。設(shè)備采用的LMC2014VISPI系列控制板卡，是有多元化及多功能的控制通訊模塊，可執(zhí)行正向、反向、回原點(diǎn)等動(dòng)作，速度、長度和加速度可任意設(shè)定，相對(duì)位置、參考位置均可顯示，且XY軸控制及抗干擾能力強(qiáng)。同時(shí)，LMC2014VISPI系列控制板卡具有效能佳、性價(jià)比高、可控行程大等優(yōu)點(diǎn)，其與外部鏈接如圖2所示。

2 激光標(biāo)刻二維碼系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化

在重復(fù)頻率恒定時(shí)不斷增加泵浦電流，記錄不同泵浦電流所對(duì)應(yīng)的輸出功率，并通過軟件繪制成泵浦電流與輸出功率關(guān)系圖，如圖3所示。

從圖3中可以看出，泵浦電流與輸出功率之間近似呈線型關(guān)系，輸出功率隨泵浦電流增加而增加。當(dāng)泵浦電流為16 A時(shí)，得到最大輸出功率3.8 W。在泵浦電流恒定時(shí)不斷調(diào)整標(biāo)刻掃描速度，并對(duì)二維碼清晰度進(jìn)行比較，當(dāng)掃描速度為500 mm/s時(shí)，二維碼的清晰度最佳。

使用半導(dǎo)體泵浦激光器對(duì)椰子進(jìn)行試驗(yàn)，研究在椰子表面直接激光標(biāo)刻二維碼的可行性，并分析激光功率和標(biāo)刻速度對(duì)二維碼標(biāo)記質(zhì)量的影響。在椰子上標(biāo)刻的二維碼如圖4所示。

如圖4所示，在較為水平的表面上標(biāo)刻二維圖，效果較好。圖（a）為標(biāo)刻當(dāng)天的效果，圖（b）為標(biāo)刻20 d后的效果。在冷藏儲(chǔ)存狀態(tài)下，通過二維碼識(shí)別裝置檢測(cè)二維碼的耐久性，對(duì)比可見，椰子表面的二維碼沒有隨時(shí)間變化而出現(xiàn)質(zhì)量損壞現(xiàn)象，質(zhì)量和耐久性較好。

3 結(jié)論

基于激光標(biāo)刻編碼技術(shù)和工藝，選用半導(dǎo)體泵浦激光器在水果表面標(biāo)刻二維碼。標(biāo)刻工藝參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果表明，在功率3.8W、標(biāo)刻速度500 mm/s時(shí)，標(biāo)刻二維碼的質(zhì)量和耐久性較好。在椰子表面直接標(biāo)刻二維碼時(shí)，標(biāo)刻區(qū)域越水平效果越好

參考文獻(xiàn)

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Abstract： Based on laser marking coding technique and process， RQ code was marked in the surface of fruits using semiconductor pump laser. Coconut took as the experiment object， optimization experiment of marking technical parameters was done. The experimental results showed that RQ code hadthe best definition when the output power of laser is 3.8 W and the mark speed is 500 mm/s； RQ code in the surface of coconut had better durability when they were in cold storage.

Key words： laser marking； QR code； design； fruitsendprint