Aus dem Applikationslabor: Wie weit aus dem Fokus ist noch lesbar?
Markieren mit Laserstrahlung ist ein etablierter Prozess. Trotzdem erreichen uns immer wieder Fragen, wie tolerant der Laserprozess gegenüber Positionsabweichungen ist.
Nachfolgend finden Sie einige Überlegungen und eine Bilderstrecke zum Markieren bewegter Teile. Bei der Markierung bewegter Teile – auch „Marking on the Fly“ genannt, kommen neben der optischen Wirkung der Defokussierung auch noch Effekte aus der Synchronisation zwischen Materialbewegung und Strahlablenkung zum Tragen. Diese Effekte werden in einem eigenen Artikel behandelt werden. Dem Thema zugehörig seien der Artikel: Produktmarkierung in der Bewegung – Wie geht das? und das Video-Tutorial: „Tipps und Tricks zum Drehimpulsgeber“. Im Fortgang beschränken wir uns auf die optische Abbildung.
Wenn unterschiedlich hohe Produkte auf einer Linie gefertigt werden oder die Markierstation mobil ist und an unterschiedlichen Linien eingesetzt wird, können Probleme bei der Fokussierung der Laserstrahlung auftreten.
In jedem Fall ist es gängige Praxis, den Arbeitsabstand zu justieren und zu prüfen. Das ist auch gut so. Jedoch kann man bei dem Prozess „die Kirche im Dorf lassen“. Denn bei geschickter Wahl der Planfeldlinse ist die Einstellung der Fokuslage kein Hexenwerk – und in manchen Fällen gar nicht erforderlich.
Im abgebildeten Beispiel handelt es sich um PVC-Profile unterschiedlicher Geometrie. Da zum Teil Weich-PVC eingesetzt wird, ist die Formtreue an der Markierposition nicht immer konstant.
In unserem Applikationslabor wurde daher im ersten Schritt die maximale Markiergeschwindigkeit mit dem Laser der gewünschten Leistungsklasse (hier ein 10 W CO2-Laser) ermittelt.
Das Ergebnis ist in Abbildung 1 zu sehen – die maximale Bandgeschwindigkeit des Extruders könnte bei einer 100 mm Brennweite 14 m/min betragen. Dabei lassen sich zwischen der Einstellung im Fokus und 5 mm außerhalb (Abb. 2) des Fokus so gut wie keine Unterschiede in der Markierqualität ausmachen.
Geht man bei der maximalen Geschwindigkeit von 14 m/min ganze 10 Prozent der Brennweite aus dem Fokus, also 10 mm, wird die Markierqualität eingeschränkt und das Prozessfenster verlassen. (Abb. 3)
In diesem Fall reicht die „Streckenleistung“ gerade nicht mehr aus, alle Zeichen sicher zu markieren.
Da die tatsächliche Prozessgeschwindigkeit des Kunden jedoch deutlich geringer ist und selbst 5 m/min noch einiges an Reserve bieten, wurde die gleiche Versuchsfolge noch einmal mit 5 m/min erstellt. Soviel sei vorweggenommen, der Prozess wurde noch deutlich toleranter gegenüber der Defokussierung.
In diesem Fall wurde um 15 mm aus dem Fokus gegangen. Da die Streckenleistung immer noch gut ausreicht, ist das Markierergebnis sehr gut – bei einer Abweichung zur Fokuslage von 15 Prozent der Brennweite.
Tatsächlich liegt jetzt die Schwelle des Prozessfensters bei gleicher Leistung, gleicher Brennweite und auf 5 m/min reduzierter Geschwindigkeit bei knapp 20 mm Abstand zum Fokus. Sie hat sich also fast verdoppelt.
Abschließend wurde unter Beibehaltung der 10W und der 5 m/min noch auf eine 200 mm Brennweite gewechselt.
Dabei hat die Linienbreite der Markierung im Fokus leicht zugenommen und selbst bei 50 mm Abweichung von der Fokusposition noch ein akzeptables Markierergebnis erstellt (Abb. 6 und 7).
Was eine akzeptable Markierqualität ist, liegt also im subjektiven Ermessen, solange keine Maschinenlesbarkeit gefordert ist. Die Versuchsergebnisse sollten auch nicht so aufgefasst werden, dass Fokussierung im Laserprozess nebensächlich ist. Es ist wichtig, die benötigte Sorgfalt anzuwenden. Markierprozesse mit bewegten Produkten sind diesbezüglich anspruchsvoller als Markierungen in Stillstand.
Auffällig ist jedoch der breite Anpassungsbereich, der allein durch die Auswahl der Brennweite und die Anpassung der Markiergeschwindigkeit in dieser Anwendung erschließbar ist.
Eine breite Auswahl an Planfeldlinsen ermöglicht es, ohne Einsatz weiterer technologischer oder finanzieller Aufwendungen die Abweichungen durch Positionierfehler oder unterschiedliche Produkthöhen in den gezeigten Grenzen zu kompensieren.
Inwieweit dies möglich ist, bedarf jedoch der Abklärung von Fall zu Fall. Denn auch Material, Wellenlänge, Markiergeschwindigkeit und nicht zuletzt die Erwartungshaltung der Kunden haben hier maßgeblichen Einfluss.
Sollten Sie eine entsprechende Anwendung haben, prüfen wir gerne gemeinsam mit Ihnen, wie der Prozess optimal auf Kosteneffizienz und Qualität ausgelegt werden kann. Sprechen Sie mit unseren Experten.
Autor: Christian Dini, Laserexperte bei REA Elektronik GmbH
Kontakt zum Autor: cdini(at)rea.de
