Laser-Produktmarkierung in der Bewegung – Wie geht das?
In der Einzelfertigung bis zur Kleinserie erfolgt die Kennzeichnung meist getaktet. Wohingegen in der Großserienfertigung oder der kontinuierlichen Fertigung wie beispielsweise der Extrusion meist vorbeifahrende Produkte in Bewegung gekennzeichnet werden. Diese Vorgehensweise wird „Marking on the Fly“ genannt – kurz: MOTF. Dabei werden die Bewegungen des Produkts und der Ablenkeinheit für den Laserstrahl in besonderer Art kombiniert – für eine makellose und präzise positionierte Kennzeichnung.
Stillstandsmarkierung vs. MOTF
Die REA JET FL und CL – also Faser- und CO2-Laserbeschriftungssysteme – sind sowohl für die Beschriftung ruhender als auch bewegter Produkte geeignet. Bei der Kennzeichnung ruhender Produkte werden die Polygonzüge (1) abgearbeitet, wie sie im Etikettenlayout (2) definiert sind. Für die Beschriftung bewegter Produkte werden diese durch den sogenannten zeitaktuellen Trackingvektor modifiziert. Die REA-Systeme können ohne weitere Eingriffe in beiden Betriebsmodi arbeiten – und zwar durch Verwendung unterschiedlicher Anlageneinstellungen für verschiedene Druckjobs.
Betriebsmodus Stillstandsmarkierung
Die Deaktivierung der Produktbewegung in der Anlageneinstellung konfiguriert das Gerät für eine Kennzeichnung im Stillstand. Das Etikett muss in beiden Dimensionen kleiner als das Markierfeld der entsprechenden Linse sein und kann dann innerhalb des Feldes mit den Parametern x-Versatz, y-Versatz und Etikettendrehung frei positioniert werden. Dabei ist zu beachten, dass die Markierfelder für unterschiedliche Fokussierlinsen unterschiedlich groß sind. So kann ein Etikett, das für den Einsatz mit einer f=160mm Linse vorgesehen ist, für eine f=100mm Linse zu groß sein.
Betriebsmodus MOTF
Mit Aktivierung der Produktbewegung in der Anlageneinstellung kann das Gerät für eine Beschriftung auf bewegte Produkte eingerichtet werden. Zusätzliche Parameter wie Taktquelle (3), Sensorabstand (4), etc. müssen hierfür angegeben werden.
Bei der Kennzeichnung bewegter Produkte werden die Vektorzüge des zu markierenden Etiketts um die (evtl. zeitlich variierenden) Trackingvektoren modifiziert. Damit wird aus der in Abbildung 1 dargestellten Spiegelbewegung das in Abbildung 2 dargestellte Muster, bei einer Produktbewegung von rechts nach links.
Diese Deformierung der Vektorzüge wird durch die reale Produktbewegung kompensiert, sodass auf dem Produkt die gewünschte Kennzeichnung entsteht. Damit beim MOTF die Korrektur durch den Trackingvektor jederzeit korrekt erfolgt, ist eine präzise Definition der Produktbewegung essenziell. Dazu gehören sowohl Richtung als auch Betrag der Produktgeschwindigkeit. Die Richtung der Produktbewegung wird in Form der Kopfdrehung(5) angegeben. Der Betrag der Geschwindigkeit wird bei Auswahl des internen Taktes direkt angegeben, bei Auswahl eines externen Taktes durch Angabe der Drehgebertaktrate.
Ein Fehler in diesem Trackingvektor kann je nach Produktgeschwindigkeit, Markierzeit und Art des zu markierenden Objektes unterschiedliche, teilweise schwerwiegende Folgen haben. Während eine Klarschrift bei kleinen Geschwindigkeiten nur leicht verzerrt wird, kann das bei größeren Geschwindigkeiten beziehungsweise größeren Abweichungen zur vollkommenen Unleserlichkeit führen. So werden maschinenlesbare Codes durch Fehler im Trackingvektor sehr schnell unlesbar.
Die erforderliche Genauigkeit bei der Angabe des Trackingvektors übersteigt oft die Möglichkeiten des menschlichen Auges und der mechanischen Justage. Daher ist eine Feinjustierung über die Gerätesoftware mit Blick auf das Kennzeichnungsergebnis unabdingbar. Die folgenden beiden Abbildungen zeigen die hierfür vorgeschlagene Vorgehensweise, bei der testweise ein Rechteck im Durchlauf markiert wird. Für die Markierung dieses Rechteckes sollte die gesamte Markierfeldlänge genutzt werden, um die maximalen Effekte beobachten zu können.
Abbildung 3 zeigt das Ergebnis der Lasermarkierung eines Quadrats bei fehlerhafter Kopfdrehung. Aufgrund einer falschen Vorgabe des Trackingvektors weicht die Markierung senkrecht zur Bewegungsrichtung vom gewünschten Ergebnis (geschlossenes Quadrat) ab. Im linken Teil der Abbildung ist die Kopfdrehung zu niedrig angegeben, rechts zu groß.
Abbildung 4 zeigt das Ergebnis der Lasermarkierung des Quadrats bei fehlerhafter Drehgebertaktrate (Produktgeschwindigkeit). Durch die Fehlanpassung des Trackingvektors weicht die Markierung in Bewegungsrichtung vom gewünschten Ergebnis (geschlossenes Quadrat) ab. Im linken Teil der Abbildung ist die Geschwindigkeit zu hoch angegeben, rechts zu niedrig.
Meist beobachtet man bei einer Fehlanpassung des Trackingvektors beide Effekte. Das überlagerte Ergebnis lässt beide Effekte einzeln erkennen:
Die Verfolgung des geradlinig bewegten Produktes (Tracking) erfolgt durch eine angepasste Drehbewegung der Spiegel der Ablenkeinheit. Die hierzu erforderliche zusätzliche Drehbewegung der Spiegel hängt vom Abstand des Produktes zum Spiegel ab. Eine Abweichung vom nominellen (von der eingesetzten Linse abhängigen) Fokusabstand hat daher die gleichen Auswirkungen wie eine fehlerhafte Produktgeschwindigkeit (fehlerhafte Drehgebertaktrate oder falsche Produktgeschwindigkeit bei interner Taktquelle).
Glossar
(1) Polygonzüge: Ein Polygonzug ist die Spur eines Weges, der sich aus endlich vielen Geradenstücken zusammensetzt.
(2) Etikett: Auch Label genannt – der zu markierende Inhalt mit Angaben zur Position
(3) Taktquelle: Ein Sensor, der das Eintreffen eines zu markierenden Produktes erkennt
(4) Sensorabstand: Abstand der Taktquelle zum Markierfeld aus Richtung des einlaufenden Produktes
(5) Kopfdrehung: Abweichung der Laserachse in beliebigen Winkeln zur Bewegungsrichtung, abhängig von der Montageposition
Autor: Christian Dini, Laserexperte bei REA Elektronik GmbH
Kontakt zum Autor: cdini(at)rea.de
