- Umsetzung: Anwendungslabore von Coherent / Bystronic-Rofin
- Anwendung: Kennzeichnung von Kabelisolierungen (PVC, PUR, Silikon) im Mark-On-The-Fly-Verfahren (MOTF).
- Zielparameter: Vorschubgeschwindigkeit 2 m/s (120 m/min).
- Codierung: 1D-Barcode (ca. 50 x 6 mm), mit Aussicht auf 2D-QR-Codes.
- Erfolgskriterien: Hohe maschinelle Lesbarkeit, langfristige Haltbarkeit und absolute Wiederholbarkeit des Prozesses.
Inhalt
1. Analyse alternativer Wellenlängen (1064 nm und 532 nm)
Vor der Umstellung auf die UV-Technologie wurden Systeme mit unterschiedlichen Wellenlängen getestet, um die physikalischen Reaktionen der Materialien auf die Absorption des Strahls bei hohen Geschwindigkeiten zu überprüfen.
Faserlaser (1064 nm)
Faserlaser mit einer Leistung von 30 W und 100 W (PowerLine F 30 Basic, PowerLine F 100-1064) sind nachweislich in der Lage, alle drei getesteten Arten von Drahtisolierungen zu markieren. Die gewünschte Reaktion des Materials tritt ein, allerdings ist die Dynamik des Prozesses bei hohen Geschwindigkeiten begrenzt.
- Bei einer Zielgeschwindigkeit von 2 m/s entsteht auf beiden Arten schwarzer Kabel ein Kontrast, der mit bloßem Auge sichtbar ist. Die einzelnen Spalten des 1D-Codes bestehen bei dieser Geschwindigkeit jedoch aus stark voneinander getrennten Laserlinien, was die Lesbarkeit durch maschinelle Scanner physikalisch unmöglich macht.
- Beim violetten Silikonkabel lassen sich ein sichtbarer Kontrast und eine Farbveränderung ausschließlich bei einer deutlichen Verlangsamung des Prozesses erzielen. Eine Leistungserhöhung auf 100 W führte zu schärferen Details, reichte jedoch nicht aus, um bei 2 m/s den vollen Kontrast zu erreichen.
Grüner Laser (532 nm)
Das getestete wassergekühlte System PowerLine E 25-532 (18 W) zeigte eine leichte Verbesserung der Absorption.
- Die Schaumbildung des Materials ist konsistenter als bei Faserlasern.
- Die Markierung von Barcodes ist mit dieser Technologie bei einer Geschwindigkeit von 1 m/s realisierbar und lesbar.
- Beim Versuch, die Grenzgeschwindigkeit von 2 m/s zu erreichen, lässt der Kontrast jedoch nach und wird unzureichend.
2. Einsatz der 355-nm-UV-Technologie – System PowerLine E 10 QT (10 W)
Der Kunde hatte in früheren Tests festgestellt, dass die Wellenlänge von 355 nm die besten Ergebnisse liefert, wobei sein eigenes 3-W-System bei einer Geschwindigkeit von 1 m/s an seine Produktionsgrenze stieß. Die erste Testphase beim Hersteller umfasste daher den Einsatz eines 10-W-luftgekühlten PowerLine E 10 QT-Subsystems.
Die gemessenen Daten zeigten, dass bei violettem Silikon eine Leistung von 10 W ausreicht, um die Marke von 2 m/s zu erreichen, bei schwarzen Mischungen jedoch eine Verringerung der Geschwindigkeit erforderlich ist, um die Lesbarkeit zu gewährleisten.
Ermittelte Werte bei der Markierung mit dem System PowerLine E 10 QT (10 W)
| Material | Code-Kennung | Kabelgeschwindigkeit | Markierungsdauer | Ergebnis und Lesbarkeit (mit Cognex-Lesegerät überprüft) |
|---|---|---|---|---|
| Schwarzes Kabel 1 (matt) | Code A | 2,00 m/s | 0,12 s | Unzureichender Kontrast, unlesbar. |
| Code C | 1,00 m/s | 0,22 s | Erfolgreich eingelesen. | |
| 2D-QR-Code Nr. 2 | 0,75 m/s | 0,30 s | Einfach eingelesen. | |
| Schwarzes Kabel 2 (glänzend) | Code A | 2,00 m/s | 0,12 s | Nicht lesbar, die glänzende Oberfläche schränkt die Absorption ein. |
| Code D | 0,37 m/s | 0,58 s | Leicht lesbar. | |
| Violettes Silikon | Code A | 2,00 m/s | 0,12 s | Erfolgreich eingelesen, erfüllt die Grenze |
| 2D-QR-Code Nr. 1 | 1,80 m/s | 0,12 s | Erfolgreich eingelesen. |
3. Implementierung der 355-nm-UV-Technologie – System PowerLine E 30 QT (30 W)
Um eine hundertprozentige Lesbarkeit und einen fehlerfreien Kontrast auf allen Materialien bei einer Geschwindigkeit von 2 m/s zu gewährleisten, musste eine Lichtquelle mit höherer Leistungsreserve eingesetzt werden. Das auf einem Nanosekunden-UV-Laser basierende System PowerLine E 30 QT (Nennleistung 30 W bei 60 kHz) hat die Energieübertragung in die Materialstruktur deutlich erhöht.
Der Unterschied in den Ergebnissen belegt eindeutig, dass die zusätzliche Leistung Probleme mit der Strahlabsorption bei schwarzen und glänzenden Kunststoffen vollständig beseitigt.
Ermittelte Werte bei der Markierung mit dem System PowerLine E 30 QT (30 W)
| Material | Code-Kennung | Kabelgeschwindigkeit | Markierungsdauer | Ergebnis und Lesbarkeit (mit Cognex-Lesegerät überprüft) |
|---|---|---|---|---|
| Schwarzes Kabel 1 (matt) | 1D-Code A2 | 2,00 m/s | 0,11 s | 100 % lesbar, scharfer Kontrast |
| 2D-QR-Code | 2,00 m/s | 0,10 s | Erfolgreich eingelesen | |
| Schwarzes Kabel 2 (glänzend) | 1D-Code A | 2,00 m/s | 0,11 s | 100 % lesbar, scharfer Kontrast |
| 2D-QR-Code | 2,00 m/s | 0,10 s | Erfolgreich eingelesen | |
| Violettes Silikon | 1D-Code A | 2,00 m/s | 0,11 s | 100 % lesbar, verbesserter Kontrast |
| 2D-QR-Code | 2,00 m/s | 0,10 s | Erfolgreich gelesen |
4. Prozessstabilität und Datendurchsatz
Tests im Simulator der Bystronic Rofin-Konsole haben die absolute Stabilität des Systems bei wiederholter Belastung bestätigt. Beim System PowerLine E 30 QT verlief der Prozess der Codegenerierung auch nach mehr als 100 Iterationen reibungslos, ohne dass Fehler im „Trigger Error Counter“ bei der geforderten Bandgeschwindigkeit von 120 m/min auftraten. Die Steuerungssoftware Visual Laser Marker (VLM) unterstützt zudem nativ die fortlaufende Anpassung der Codeinhalte (Seriennummern, Zeitstempel) auch bei diesen hohen Geschwindigkeiten mithilfe dedizierter Variablen in Echtzeit.
Fazit und Empfehlungen
Eine kritische Analyse der gemessenen Daten belegt, dass das UV-System Coherent PowerLine E 30 QT bei einer Geschwindigkeit von 2 m/s das unverzichtbare technische Minimum darstellt, um die Anforderungen an die Kennzeichnung komplexer Strukturen (1D- und 2D-Codes) auf schwer absorbierenden Isolierkunststoffen bei einer Geschwindigkeit von 2 m/s ist das UV-System Coherent PowerLine E 30 QT das erforderliche technische Minimum. Ein 10-W-System ist bei dieser Geschwindigkeit für schwarze Polymere energetisch unzureichend. Das 30-W-UV-System gewährleistet eine präzise Fokussierung, einen ausreichenden Leistungsüberschuss für glänzende Kunststoffe und eine stabile MOTF-Synchronisation bei voller Lesbarkeit durch die Maschine.
