國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司市南供電分公司 陳 鐵 馮德倫 吳文勤 夏 榮

激光打標(biāo)機(jī)是用摻稀土元素玻璃光纖作為增益介質(zhì)的激光器，光纖激光打標(biāo)機(jī)近年來(lái)成為激光物理研究的一個(gè)熱門，被一致認(rèn)為是有可能全面替代固體激光器的新一代產(chǎn)品。光纖激光器可在光纖放大器的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)：在泵浦光的作用下光纖內(nèi)極易形成高功率密度，造成激光工作物質(zhì)的激光能級(jí)“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)”，當(dāng)適當(dāng)加入正反饋回路（構(gòu)成諧振腔）便可形成激光振蕩輸出。

1 電纜絕緣材料表面打標(biāo)技術(shù)優(yōu)化

1.1 現(xiàn)有噴墨打標(biāo)技術(shù)的困境

以前通常使用的是絕緣分色，絕緣表面印字及噴墨打標(biāo)技術(shù)，這種噴墨打標(biāo)技術(shù)差的原因在于所采用的油墨在絕大數(shù)電纜絕緣表面附著性差。這門技術(shù)的原理是供電系統(tǒng)將流出來(lái)的墨水進(jìn)行充電，讓他們帶有電并將帶電墨水通過(guò)磁場(chǎng)作用滴落在電纜絕緣材料上，這樣就能形成一個(gè)打標(biāo)。但使用的油墨材料是極性材料，因此附著力很差，由于太容易被擦掉，電纜上的標(biāo)識(shí)很難通過(guò)相關(guān)國(guó)家抽檢和電纜絕緣材料表面印字耐擦實(shí)驗(yàn)[1]。

1.2 壓印打標(biāo)技術(shù)

壓印打標(biāo)技術(shù)是采取壓印打標(biāo)機(jī)，通過(guò)凹印方式直接在電纜絕緣表面上進(jìn)行壓印打標(biāo)。這項(xiàng)技術(shù)唯一的美中不足在于，如電纜厚度過(guò)薄則很有可能是電纜絕緣表面被擊穿，這樣使得絕緣表面破裂、無(wú)法使用。因此這項(xiàng)技術(shù)不太夠采用，因?yàn)闊o(wú)法追蹤，需采用更好的技術(shù)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。那么經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，激光打標(biāo)技術(shù)能夠更好解決這個(gè)問(wèn)題，且這門技術(shù)具有打標(biāo)效果良好、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)。

1.3 導(dǎo)體激光打標(biāo)技術(shù)

在這種情況下會(huì)遇到一些問(wèn)題。如：我國(guó)電纜生產(chǎn)廠家中電纜材料品種多、顏色多，如果用同一款激光打標(biāo)技術(shù)會(huì)無(wú)法跟所有電纜配合默契，也就沒(méi)有什么好的作用。如需購(gòu)買配套激光打標(biāo)機(jī)，首先每款機(jī)器參數(shù)不同、比較復(fù)雜，另外機(jī)器的成本過(guò)高，很少?gòu)S家會(huì)購(gòu)買，須使激光打標(biāo)技術(shù)變得更加成熟，使用性更高。對(duì)激光打標(biāo)技術(shù)與一種噴墨式打標(biāo)技術(shù)進(jìn)行對(duì)比：

對(duì)比兩者是否可能會(huì)直接影響絕緣材料電性能及機(jī)械動(dòng)力學(xué)性能，結(jié)果顯示都為否、且這種噴墨式打標(biāo)技術(shù)跟一種噴墨式打標(biāo)相關(guān)。在這一點(diǎn)上兩者都是合格的；兩者同時(shí)在油墨中進(jìn)行耐擦性試驗(yàn)相比，噴墨打標(biāo)技術(shù)打印的標(biāo)識(shí)代碼已模糊不清，但激光打標(biāo)技術(shù)打印的標(biāo)識(shí)是通過(guò)利用高能量密度的激光脈沖輸出對(duì)著銅線局部進(jìn)行照射，通過(guò)瞬間形成上萬(wàn)度的高溫留下痕跡、完成打標(biāo)，所以在擦拭實(shí)驗(yàn)中它的產(chǎn)品信息完好無(wú)損，因此激光打標(biāo)的耐擦效果更好。

對(duì)比兩者的生產(chǎn)效率及進(jìn)度，雖然噴墨打標(biāo)速度較快，而激光打標(biāo)技術(shù)前期需確認(rèn)位置、解決怎么固定等問(wèn)題，且要計(jì)算出打標(biāo)參數(shù)等，針對(duì)這個(gè)問(wèn)題也作出了相應(yīng)的解決方式，并經(jīng)多次試驗(yàn)也確保了質(zhì)量，同時(shí)可將激光打標(biāo)速度提高了200m/min；對(duì)比兩者的價(jià)格。噴墨打標(biāo)技術(shù)是屬于消耗性的，因?yàn)樾栌湍拍軄?lái)完成，經(jīng)實(shí)驗(yàn)需用到的油墨大概是60桶/年，每桶60元也需3000元成本，但噴墨打標(biāo)技術(shù)因?yàn)闀?huì)出現(xiàn)被擦拭模糊不清、無(wú)法確認(rèn)來(lái)源等原因，且一旦送去抽檢或不合格又是一筆損失。與其相比激光打標(biāo)技術(shù)屬于無(wú)耗性，雖設(shè)備成本較大，但后續(xù)費(fèi)用基本為零，且打標(biāo)信息不會(huì)輕易被擦拭，被送去抽檢也不會(huì)造成不合格問(wèn)題，且客戶使用更好，這樣更多的客戶去購(gòu)買也能給廠家?guī)?lái)更好的經(jīng)濟(jì)利益。

2 激光打標(biāo)技術(shù)研究

設(shè)備主要由主機(jī)控制部分、激光控制部分、夾具部分、平整打磨部分、電源供電、外型機(jī)構(gòu)部分六大部分組成，該產(chǎn)品是貫徹科技創(chuàng)新、提高作業(yè)效率的理念，主要針對(duì)電力電纜本體制作標(biāo)識(shí)標(biāo)記開(kāi)發(fā)的一款電纜本體現(xiàn)場(chǎng)打標(biāo)系統(tǒng)，該設(shè)備主要采用光纖激光器原理方式制作，由220V 移動(dòng)電源供電（也可采用220V市電供電）?？稍陔娏Ψ啪€現(xiàn)場(chǎng)、電纜溝道、電纜井、電纜接頭、端頭等不同的電纜場(chǎng)所進(jìn)行作業(yè)，電纜本體現(xiàn)場(chǎng)打標(biāo)系統(tǒng)可滿足在25～400mm2等規(guī)格的電纜上進(jìn)行標(biāo)識(shí)標(biāo)記。

激光打標(biāo)設(shè)備參數(shù)：設(shè)備尺寸800 mm×600mm×350mm，設(shè)備功率≤500W，設(shè)備重量50kg，電源要求220V/50Hz，工作電流≤2A，工作環(huán)境干凈、灰塵較少的地方，工作溫度13～45℃，功率調(diào)整范圍5～10 0%，冷卻系統(tǒng)風(fēng)冷，編譯方式USB 接口輸入或在線編譯，激光重復(fù)頻率20～80kHz，延長(zhǎng)范圍5m，激光功率35W，激光波長(zhǎng)1060nm，打標(biāo)范圍140mm×50mm，最小字符0.2mm×0.2mm，刻度深度0.01～0.05mm（材質(zhì)決定），最小線寬0.013mm，打標(biāo)速度≤12000mm/s。

該設(shè)備內(nèi)部有便攜式移動(dòng)箱體、主機(jī)（內(nèi)置激光發(fā)生器，電腦主板，顯卡等）、內(nèi)置式液晶觸摸顯示屏、無(wú)線鼠標(biāo)和無(wú)線鍵盤（備用）、手持式激光打標(biāo)頭、光纖電纜、220V 戶外用移動(dòng)電源、激光定距工裝、電纜外徑適配器等部件。主機(jī)控制部分包含主要由輸入設(shè)備、聲光設(shè)備、主控電腦、顯示操控設(shè)備等組成。該裝置已經(jīng)申請(qǐng)發(fā)明專利，專利號(hào)202011184853.7。

3 激光打標(biāo)技術(shù)的效益及使用前景

3.1 效益

電纜本體現(xiàn)場(chǎng)打標(biāo)系統(tǒng)的使用不僅降低了施工作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度，且加強(qiáng)了線纜標(biāo)識(shí)的規(guī)范化管理?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)無(wú)需拖動(dòng)線纜查看標(biāo)簽來(lái)分辨線纜，減少了線纜磨損、降低了誤操作的風(fēng)險(xiǎn)、提升了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)與線纜運(yùn)行的安全性。以往攜帶標(biāo)簽給電纜打標(biāo)時(shí)，平均每根線纜的打標(biāo)時(shí)間約65分鐘/條，電纜本體現(xiàn)場(chǎng)打標(biāo)系統(tǒng)使用后平均打標(biāo)時(shí)間為23分鐘/次，提高工效65/23=2.8倍。根據(jù)以往電纜標(biāo)簽尋找電纜需耗時(shí)約15分鐘/條，電纜本體現(xiàn)場(chǎng)打標(biāo)系統(tǒng)使用后辨識(shí)電纜僅需3分鐘/條，提高功效5倍。

為提高激光打標(biāo)技術(shù)應(yīng)用效果需試驗(yàn)很多方面，如激光波長(zhǎng)的選擇、電纜絕緣材料的顏色等問(wèn)題。由于不同絕緣材料對(duì)波長(zhǎng)敏感度不一樣，可能某一處對(duì)波長(zhǎng)較敏感，那么燒灼痕跡就會(huì)加深、打標(biāo)效果就會(huì)更好。但在目前市場(chǎng)中我們的激光打標(biāo)機(jī)只能選定一個(gè)波長(zhǎng)，所以需通過(guò)非極性絕緣材料的分子結(jié)構(gòu)和吸光率的分析來(lái)確定一個(gè)最適合的波長(zhǎng)，還能滿足激光打標(biāo)更好的效果。市場(chǎng)上絕緣材料種類偏多、不是單一的材料，因此這項(xiàng)試驗(yàn)是需不斷測(cè)試才能得出結(jié)論。

3.2 使用前景

電纜溝道內(nèi)部堆疊大量電纜，存在電纜標(biāo)識(shí)打標(biāo)困難且標(biāo)簽較易磨損的現(xiàn)象，目前無(wú)有效可靠的措施對(duì)光纜進(jìn)行打標(biāo)處理，該裝置可在電力行業(yè)廣泛使用，極具推廣價(jià)值。該裝置可廣泛適用于集成電路芯片、電腦配件、工業(yè)軸承、鐘表、電子及通訊產(chǎn)品、航天航空器件、各種汽車零件、家電、五金工具、模具、電線電纜、食品包裝、首飾、煙草以及軍用事等眾多領(lǐng)域圖形和文字的標(biāo)記，以及大批量生產(chǎn)線作業(yè)。

采用激光做加工手段與工件間沒(méi)有加工力的作用，具有無(wú)接觸、無(wú)切削力、熱影響小的優(yōu)點(diǎn)，保證了工件的原有精度。同時(shí)對(duì)材料的適應(yīng)性較廣，可在多種材料表面制作出非常精細(xì)的標(biāo)記且耐久性非常好。激光的空間控制性和時(shí)間控制性很好，對(duì)加工對(duì)象的材質(zhì)、形狀、尺寸和加工環(huán)境的自由度都很大，特別適用于自動(dòng)化加工和特殊面加工，且加工方式靈活，既可適應(yīng)實(shí)驗(yàn)室式單項(xiàng)設(shè)計(jì)的需要，也可滿足工業(yè)化大批量生產(chǎn)的要求。