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：在功率3.8 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

中图分类号：S237 文献标识码：A 文章编号：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

1.1 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。

2.2 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，得到最大输出功率3.8 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。在椰子上标刻的二维码如图4所示。

如图4所示，在较为水平的表面上标刻二维图，效果较好。图（a）为标刻当天的效果，图（b）为标刻20 d后的效果。在冷藏储存状态下，通过二维码识别装置检测二维码的耐久性，对比可见，椰子表面的二维码没有随时间变化而出现质量损坏现象，质量和耐久性较好。

3 结论

基于激光标刻编码技术和工艺，选用半导体泵浦激光器在水果表面标刻二维码。标刻工艺参数优化试验结果表明，在功率3.8W、标刻速度500 mm/s时，标刻二维码的质量和耐久性较好。在椰子表面直接标刻二维码时，标刻区域越水平效果越好

参考文献

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[3] 肖彬，黄焰.激光标刻系统技术参数分析[J].电子测试，2016（12）：57-58.

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