在掃描激光打標設備的世界里，振鏡馬達使得高度聚焦的激光束投向一個x/y平面。這些鏡子以難以置信的速度移動，從而在生產線的部件上標刻出文字、條形碼、二維碼，以及其他各種圖案。使用激光進行標刻的優點廣為人知。高速、高質量和永久標刻取代了速度更慢且可靠性更差的技術，如撞針或噴墨方式。只要目標對象為二維且在激光的焦距范圍內（一般在±2mm），那么激光打標機能帶來經久耐用、一勞永逸的標刻效果。但是如果一旦需要使用激光在非平面上標刻呢？或者如果需要連續在所處高度不同的兩個平面上完成標刻呢？ 對于后一種情況來說，當在產品更換期間高度發生變化的情況下，傳統的解決方案是把激光頭安裝于可移動的接頭上。當產品即將發生更換時，操作員將使用工具調整接頭至一個預定的高度水平。從某種程度來說，這是勞動密集型的步驟，因此可能出現不可靠的情況，因為結果依賴于操作人員的經驗或技巧。 尤其是在一個打標周期中需要完成多層零件的標刻時，該方案變得相當復雜。通常來說，一個機械線性滑塊被安裝于一個固定的裝置上。線性滑塊能通過運行在工業PC上的外部軟件包控制，或者在使用較為高級的激光頭情況下，通過激光單元自身進行控制。 盡管這兩種方案看似可行，但很容易發生問題。因為生產線在高速調整重達15磅激光頭時必然會產生不精確的結果。除了精度的因素之外，日常維護，如更換軸承或齒輪，都將是耗費時間且繁重的工作。所有這些問題加起來，會加大成本及集成上的復雜程度。直到2007年底，這種情況才得以改變。 三軸控制 Keyence公司在其ML-Z CO2和MD-V YVO4系列的激光打標機上采用了三軸控制技術（見圖1）。該技術采用了目前x/y振鏡的配置，并將其應用于z軸，而通常被固定在激光光路輸出端的激光擴束鏡，被安裝在一個滑動的電子振鏡上，從而能使鏡片更遠或更近地相對激光輸出端運動。隨著擴束鏡向激光輸出端移動，激光束焦點也隨之移動。實際上，這創造出z軸的場域，在其中激光能自由標刻任何表面，前提是該表面應位于原始聚焦位置的±21mm范圍內。這一增加的柔性使得這些單元能夠標刻許多之前無法對付的表面類型，例如圓柱體、球面、斜面和多層零件，并在精度和速度上無任何降低。 這種突破技術的優點很快為一家生產多層界面電子設備的制造商帶來好處。該公司的許多零件都要求對相距20~30mm的雙層界面進行打標。該公司之前的方案是采用兩只位于不同高度的墨水噴頭進行標刻。在收到來自客戶的抱怨——表示噴墨標記很容易磨損之后，這家公司決定采用更牢靠的打標手段。 起初使用標準二維激光打標系統的測試生成了不令人滿意的結果（見圖2a）。因為該產品面向終端用戶推出，字體必須清晰可辨。另一出現的問題和速度有關。噴墨設備能在部件運動中完成打標，使得制造商能將生產能力保持在最優水平。傳統的機械式Z-軸調節手段太慢，以至于無法配合生產線的速度，使用戶不得不停止生產線來完成激光打標。結果降低了生產能力，難以證明其相對噴墨手段的優越性。 三軸控制技術提供一種完美適合該特殊應用需求的方案。因為Keyence打標機能在高達12000 mm/s的速度下調節其焦點，雙層界面都能在生產線速度下獲得無變形的標刻效果。 在按鈕的曲面上打標 對一家大型汽車零部件制造商來說，面臨著同樣的問題。我們中的許多人對平時每天在自己車上用到的按鈕不以為然，加熱、除霜、 A/C、調節音量和電臺。這些按鈕以前一直以噴墨方式標刻，使用不久后，最常用的按鈕便會出現磨損的跡象。該汽車零部件供應商希望獲得一種新的、更耐久的方法用于把各種不同的設計標刻于按鈕上，而激光很自然地成為一種選擇。 采用激光的想法對于平面按鈕來說有效，但控制面板上的許多按鈕帶有微小弧度。為了完全實現激光的方案，該公司必須找到一種方法去除平面和多個曲面頂層的涂層，尤其是曲面正越來越多出現在工學設計的乘客艙中。初期的方案包括一個復雜的馬達驅動臺，以精確控制按鈕支架的高度，使其在激光下方運動。然而，這一技術被證明為不可靠且昂貴。質量對于消費類產品來說是至關重要的；沒有人希望在空調控制按鈕上標刻的小人本應為圓形的腦袋變成矩形。 MD-V9900激光機配備的Marking Builder三維軟件提供了在曲面按鈕上實現接近無縫標刻的一種簡單且精密的方法。為了完成打標，激光機操作員只需完成三個簡單的步驟： 1、在二維布局中將dxf圖形格式的文件排列開來。 2、選擇“圓柱”并輸入按鈕的直徑參數。實時的軟件三維顯示使用戶能驗證所有標記的位置。 3、上傳設置數據給激光頭。 隨著三個步驟的完成，MD-V已經準備好打標了。圖3顯示出激光標刻的結果；一致的標刻質量等同甚至超越了噴墨標記。寬區域打標及切割 移動擴束鏡所帶來的另一項微小的優勢可能是其免除了工業標準的F-Theta鏡。對于F-Theta鏡的技術定義是，“一種能壓縮被多棱鏡偏光處理過并投射于平坦表面的激光束的修正鏡頭。”通俗地說就是，F-Theta鏡意味著在整個標刻區域保持一定的掃描速度并減少因凸透鏡引起的焦點錯誤。不幸的是，F-Theta鏡只能減少這種效果，而非徹底消除。 通過采用三軸控制技術，F-Theta鏡就變得多余了。Z軸振鏡的速度能基于光束在視野中不同的位置而變化。通過移向或離開激光管，光束被推上推下，從而保持焦點始終在標刻區域的同一平面上。保持焦平面的穩定具有一系列優點，在下列應用案例中顯得格外突出。 F-Theta鏡的效果在廣闊的區域內表現得最為顯著，使得采用激光標刻集成電力芯片和電子元件之類的部件變得困難。在一個大的標刻區域（如300mm×300mm）的邊緣，字體可能發生模糊，并且較標刻中心區域的文字來說顯得更大（見圖4）。不一致的聚焦位置還會引起標刻發生多達1mm的偏移。這可能聽上去并不是很大的偏差，但對于寬度僅為5mm的IC芯片來說，1mm的位置差異將帶來巨大的問題。這一問題對于一家位于美國北加州地區的IC 生產商來說，是非常現實的問題。過去，該公司接受了字體變形作為激光打標機的自然產物。如果標刻需要出眾的質量或零件特別小的話，該公司常使用一個機械平臺來將托盤移到激光下方并以50mm×50mm的尺寸進行標刻，其結果被證實為耗時且費錢。這家公司聯系Keyence公司以尋找一種提升其工藝的方法，由此獲得測試結果是毫無爭議的：在整個托盤區域內發生零變形。該客戶目前正在替換其落后技術。 其他可能性 以上所描述的三軸控制技術可能應用于其他工業材料加工中，例如，裁剪注塑件的澆口，修剪橡膠包裹的粗線纜，以及精確在織物或薄塑料片上切割出大范圍的圖案。 三軸控制技術現在仍然是市場上的新產品，并剛剛開始激發人們富有想象力地找出能解決制造業問題的方案。生產能力的增加、精密標刻大范圍區域、以及在不平坦表面標刻的能力，只是三軸激光在提升效率、降低成本上的幾種體現。其潛在的應用機會實際是無限的。