Steigende Nachfrage nach 3D-Laserbeschriftung

Der Markt für Lasermarkierung zeichnet sich durch einen steigenden Bedarf an der Markierung oder Strukturierung unebener Oberflächen aus, wie beispielsweise gekrümmte, geneigte und stufenförmige Oberflächen, frei geformte Objekte oder vertiefte Oberflächen. Herkömmliche Lasermarkierer und integrierte Maschinen sind leider auf ebene Arbeitsflächen beschränkt, die gegebenenfalls durch Drehen des Werkstücks während der Markierung an einfache schräge Ebenen oder zylindrische Oberflächen angepasst werden können. Lange Zeit war der Einsatz kostspieliger und aufwendig zu programmierender Robotersysteme und 5-Achsen-Maschinen die einzige Möglichkeit, komplexer geformte Oberflächen zu markieren.

Das Unternehmen Coherenthat eine automatisierte „intelligente“ Lösung namens SmartMap 3D entwickelt, die neue Hardware und Software kombiniert – insbesondere die bewährte Methode der schnellen variablen Fokussierung und neues 3D-Maschinensichtverfahren, und all dies unter der Kontrolle der leistungsstarken Markierungssoftware VLM (Visual Laser Marker). Diese benutzerfreundliche Kombination vereinfacht nicht nur den gesamten Prozess, sondern spart auch Kosten und Zeit bei der Implementierung präziser Befestigungs-, Spann- oder Positionierungsvorrichtungen für das Werkstück. Da VLM lasertypunabhängig ist, kann SmartMap 3D zur Herstellung aller Arten von Lasermarkierungen, präziser Oberflächenbearbeitungen (z. B. Aufrauen und Strukturieren) und sogar zur schwarzen Markierung von Produkten aus Edelstahl und Aluminium mit ultrakurzen Pulslasern (USP) eingesetzt werden. Es ist mit allen Coherent-Lasermarkierern erhältlich.

Überwindung der Einschränkungen herkömmlicher Systeme und Subsysteme

Mit Ausnahme der Markierung mittels hochenergetischer Impulse aus Excimer-Lasern basiert der Großteil der Lasermarkierung darauf, den fokussierten Laserstrahl über die zu markierende Oberfläche zu scannen, manchmal in Kombination mit einer kontinuierlichen oder schrittweisen Bewegung des zu markierenden Werkstücks. Die drei wichtigsten optischen Komponenten zur Umsetzung dieses Prozesses sind der Laser, zwei Galvanometerspiegel für das orthogonale Abtasten des Strahls in der X/Y-Achse und eine Linse zur Fokussierung des Strahls im richtigen Z-Abstand, d. h. auf die Arbeitsfläche. Die Linse ist in der Regel als f-Theta-Linse ausgeführt. Im Gegensatz zu einer herkömmlichen sphärischen Fokussierlinse, die eine gekrümmte Brennebene aufweist, ist die f-Theta-Linse so konstruiert, dass sie eine ebene Brennebene erzeugt, sodass die Fokustiefe des Laserstrahls unabhängig von der Position quer zur Linse ist. Dies eignet sich hervorragend für ebene Oberflächen, die senkrecht zur Richtung des Laserstrahls stehen, doch die geringe Schärfentiefe bedeutet, dass sie für die 3D-Markierung, bei der sich der Abstand von der Fokussierlinse zur Oberfläche ändert, nicht geeignet ist.

Früher war es für die 3D-Markierung von Oberflächen notwendig, die relative Position von Lasersystem und Werkstück so zu verändern, dass der Abstand zwischen der Linse und der gerade markierten Oberfläche konstant blieb. Dies ist umständlich, kostspielig, erfordert eine komplexe Programmierung und kann zu Problemen bei der Erreichung der gewünschten Genauigkeit führen. SmartMap 3D bietet eine alternative Lösung, die wesentlich einfacher, schneller und wirtschaftlicher ist, da dank des in der Optik integrierten Schnellfokussiermoduls weder das optische System noch das Werkstück bewegt werden müssen. Je nach den spezifischen Eigenschaften des Lasers und des Abtastsystems lässt sich ein Gesamtbereich von bis zu ± 130 mm ab der Nennbrennweite erreichen. Die Kombination dieses Z-Scans mit dem X/Y-Scan bietet die Möglichkeit, den Laser an jedem beliebigen Punkt im XYZ-Raum zu fokussieren, ohne dass sich die Größe oder Form des Punktes verändert.

SmartMap 3D – eine Kombination aus Hardware, Software und 3D-Bildverarbeitung

Ein weiteres Schlüsselelement für die einfache 3D-Markierung ist die benutzerfreundliche Softwareumgebung des Visual Laser Marker (VLM)-Systems, die automatisch die Konfiguration des Fokussiermoduls und die Bewegungen des Galvanometers kombiniert, die zur Erzeugung einer Markierung auf dem Werkstück erforderlich sind. Der Benutzer platziert die Markierung somit lediglich über eine intuitive grafische Benutzeroberfläche auf der Oberfläche. Die intuitivste Methode ist das sogenannte Projektions-Mapping, bei dem die Markierung als eine Reihe von Punkten definiert wird, die sich alle auf Vektoren relativ zu einem festen Blickpunkt befinden. Für regelmäßige Körper wie Kugeln, Kegel und Würfel kann VLM eine UV-Abbildung erstellen. Hier wird die Markierung auf einer Reihe von 2D-Oberflächensegmenten (Flachflächen) mithilfe der orthogonalen Koordinaten U und V definiert. Dies ermöglicht die Verwendung bestehender Dateien wie PDF- und DXF-Dokumente und unterstützt flexible Inhalte wie QR-Codes, Barcodes und zugehörige Markierungen. Bei Werkstücken mit komplexen Formen oder Grafiken, die um Bauteile gewickelt sind, ziehen es anspruchsvollere Anwender möglicherweise vor, Daten aus ihrer bevorzugten CAD-Software zu importieren und anschließend in VLM zu bearbeiten. Die 3D-Darstellungsmöglichkeiten in VLM bieten zudem eine absolut präzise Vorschau darauf, wie das Teil nach der Markierung aussehen wird, und helfen dabei, Markierungen zu platzieren, den Schnittwinkel in Falschfarben zu visualisieren und sogar die Bewegung der Maschinenachsen einzustellen – alles im Vorschaufenster.

Die dritte Komponente des SmartMap 3D-Systems ist die Hardware – eine Zeilenkamera für die industrielle Bildverarbeitung, die jedes Teil vor der Markierung scannt. Diese ist in zwei verschiedenen Wellenlängen erhältlich, um sich an die Reflektivität und Farbe praktisch jedes markierbaren Materials anzupassen. Durch die Integration dieser Bildverarbeitungskomponente kann die Software für die intelligente Markierung die Form und Ausrichtung der Teile vor der Markierung ermitteln, also ein dreidimensionales Punktwolkenmodell. Diese Ergebnisse werden anschließend mit den gespeicherten CAD-Modelldateien für das jeweilige Teil verglichen. Der Übereinstimmungsgrad wird als prozentualer Wert ausgedrückt. Die grafische Benutzeroberfläche kann den Übereinstimmungsgrad optional in einer Falschfarbenüberlagerung des Kamerabildes (der Kamerabilder) anzeigen. Der Vorgang kann so automatisiert werden, dass die Maschine den Auftrag ausführt, sobald die Gesamtübereinstimmung einen Mindestwert überschreitet. Dieser minimal akzeptable Wert ist einer von mehreren Parametern, die der Benutzer in der gespeicherten Routine für jeden Auftragstyp festlegt. Alternativ kann der Bediener anhand der Vorschau in der grafischen Benutzeroberfläche und des Übereinstimmungswerts entscheiden, ob er mit der Markierung beginnt oder die Position/Neigung des Werkstücks anpasst, um eine bessere Übereinstimmung zu erzielen. Die Punktwolke kann auch in eine 3D-Oberfläche umgewandelt und direkt im VLM verwendet werden, falls kein CAD-Modell verfügbar ist. 

Das intelligente System ist in der Lage, sich an unterschiedliche Werkstückpositionen anzupassen, ohne dass der Laser oder das Werkstück verschoben werden muss, da es mehrere wichtige Parameter berücksichtigt, darunter Projektionsverzerrung, des Abschneidewinkels, des Scheitelwinkels und der Ausrichtung der 3D-Oberfläche.

Zusammenfassung

Die Lasermarkierung bietet einzigartige Vorteile bei der Erzeugung von Zahlen, Symbolen, Logos und anderen Grafiken auf praktisch jedem Materialtyp. Bislang war die Lasermarkierung meist auf ebene Oberflächen oder einfache Formen beschränkt. Die Markierung auf frei geformten Objekten war für viele potenzielle Anwendungen zu komplex und kostspielig. Das hat sich nun grundlegend geändert; die Einführung des intelligenten 3D-Markiersystems SmartMap 3D sorgt für einfache Bedienung per Knopfdruck und Automatisierung und erschließt damit das volle Potenzial der Lasermarkierung für Branchen wie die Automobilindustrie, die Unterhaltungselektronik, Haushaltsgeräte und viele andere.

Quelle:Coherent.com