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水果表面二维码标刻激光系统研究
 
 
周博+徐浩元+吴杨
摘要：基于激光标刻编码技术和工艺，利用半导体泵浦激光器在水果表面标刻二维码，以椰子为试验对象进行标刻工艺参数优化。试验结果表明： W、标刻速度500 mm/s时，标刻二维码的清晰度最高；在冷藏储存状态下，椰子表面的二维码具有较好的耐久性。
关键词：激光标刻；二维码；设计；水果
：S237 ：A ：1674-1161（2017）07-0031-02
近年来，食品安全问题频发，严重影响人们的身体健康。为从源头上遏制食品安全问题，对食品进行有效跟踪和追溯成为国内外研究热点。目前，水果来源追溯大多依赖其表面粘贴的纸质标签。然而，纸质标签存在一些弊端：粘贴稳定性差，容易脱落，造成信息丢失；或是难以除去，给消费者带来不必要的麻烦。为此，在水果表面直接标刻二维码信息的技术，成为新的研究热点。
基于激光标刻编码技术和工艺，利用半导体泵浦激光器在水果表面标刻二维码，以椰子为试验对象，优化相关工艺参数。同时，在椰子冷藏储存状态下，通过二维码识别装置检测二维码的耐久性，为水果表面标刻二维码技术提供借鉴。
1 激光标刻二维码系统设计
标刻激光器的结构
激光器采用LD侧面泵浦和高重复频率声光调Q技术，运行时的重复频率为5 KHz。M1镜和M2镜构成激光器谐振腔，其中M1镜镀1 064 nm全反膜，M2镜镀1 064 nm增透膜和部分反射膜。具有布拉格衍射效应的声光调Q晶体放置在M1镜和Nd：YAG晶体之间。声光调Q晶体两端面镀1 064 nm增透膜。激光棒的尺寸为2 mm×80 mm，棒两端面镀1 064 nm增透膜。标刻激光器结构见图1。
为避免激光工作时产生的热透镜效应对声光调Q晶体和激光棒造成損伤，对声光调Q晶体和激光棒采用循环水冷却。
标刻系统及控制电路
计算机对激光打标系统的控制，是通过振镜控制板卡控制振镜系统实现的。振镜系统是由伺服控制卡和摆动电机组成的高精度伺服控制系统，输入1个驱动信号后，摆动电机会按一定电压与角度的转换比例摆动相应角度。控制卡除输出2路振镜控制信号及1路激光控制脉冲信号外，还提供脚踏开关接口。
控制系统是激光打标加工技术系统的核心，也是接受发出指令的“控制中心”。设备采用的LMC2014VISPI系列控制板卡，是有多元化及多功能的控制通讯模块，可执行正向、反向、回原点等动作，速度、长度和加速度可任意设定，相对位置、参考位置均可显示，且XY轴控制及抗干扰能力强。同时，
LMC2014VISPI系列控制板卡具有效能佳、性价比高、可控行程大等优点，其与外部链接如图2所示。
2 激光标刻二维码系统参数优化
在重复频率恒定时不断增加泵浦电流，记录不同泵浦电流所对应的输出功率，并通过软件绘制成泵浦电流与输出功率关系图，如图3所示。
从图3中可以看出，泵浦电流与输出功率之间近似呈线型关系，输出功率随泵浦电流增加而增加。当泵浦电流为16 A时， W。在泵浦电流恒定时不断调整标刻扫描速度，并对二维码清晰度进行比较，当扫描速度为500 mm/s时，二维码的清晰度最佳。
使用半导体泵浦激光器对椰子进行试验，研究在椰子表面直接激光标刻二维码的可行性，并分析激光功率和标刻速度对二维码标记质量的影响。在椰子