- Zákazník / Integrátor: OptiXs s.r.o. pro významného výrobce ručního nářadí (koncový zákazník).
- Zpracovatel: Aplikační laboratoře Coherent / Bystronic - Rofin
- Zadání: Zkrácení taktu (cycle time) při zachování nebo zlepšení kontrastu laserového značení na kovových nástavcích (bitech) s různými povrchovými úpravami (niklování, niklování S2, lakování).
- Cílové parametry: Integrace do stroje ExactMark, plné nahrazení stávajícího staršího systému (PowerLine 100 D) a odstranění produkčních prodlev.
- Kritéria úspěchu: Dosažení tmavého, bezchybného kontrastu bez fyzického narušení povrchové vrstvy (povrchové žíhání/oxidace, nikoliv gravírování) a spolehlivé strojové zarovnání pomocí on-axis kamerového systému.
1. Analýza 100W vláknového laseru (PowerLine F 100-1064)
Jako primární řešení byl testován 100W vláknový laser Coherent PowerLine F 100 - 1064. Výkonová rezerva tohoto systému umožňuje rychlou povrchovou oxidaci bez poškození ochranného povlaku (např. niklu).
Systém prokazatelně překonal stanovené časové cíle u většiny vzorků. V případě extrémně náročného povrchu "Nikl S2" došlo ke zkrácení procesního času o 11 %. U specifického lakovaného bitu (TX 9x89) trval proces mírně déle, ale výsledkem byl neporovnatelně vyšší a stabilnější kontrast, a to i při mírném rozostření (defocus).
Tabulka 1: Výsledky značení systémem PowerLine F 100-1064 (1064 nm, 100 W)
| Typ povrchu / vzorek | Referenční čas (původní proces) | Dosažený čas (100 W) | Výsledek testu |
|---|---|---|---|
| Niklovaný povrch (840/BTZ) | 0,30 s | 0,17 s | Splněno. Tmavý kontrast, hladký povrch. |
| Niklovaný povrch (HOP 2x89) | 0,30 s | 0,30 s | Splněno. (Pro extra tmavý kontrast lze prodloužit na 1,00 s) . |
| Niklovaný povrch S2 (1,2x6,5x89) | 3,60 s | 3,20 s | Splněno. Zlepšená čitelnost na problematickém povrchu. |
| Lakovaný povrch (TX 30) | 0,30 s | 0,19 s | Splněno. Ideální při využití výkonu pod 50 %. |
| Lakovaný povrch (TX 9x89) | 0,30 s | 0,45 s | Čas překročen. Výrazně lepší čitelnost než u referenčního kusu. |
2. Porovnávací testování 50W vláknového laseru (PowerLine F 50-1064)
Pro přímou komparaci byl otestován i 50W systém Coherent PowerLine F 50 - 1064. Z dat jasně vyplývá, že poloviční výkon naráží na fyzikální bariéry absorpce energie do materiálu.
I když systém dokázal u některých vzorků replikovat rychlost 100W stroje, vizuální kontrast byl značně degradován. Nápis byl vybledlejší a odrážel více světla. Výkonová rezerva u 100W verze hraje klíčovou roli v kompenzaci nepřesností fokusace a v dosažení sytě černého oxidačního odstínu.
Tabulka 2: Výsledky značení systémem PowerLine F 50-1064 (1064 nm, 50 W)
| Typ povrchu / vzorek | Referenční čas | Dosažený čas (50 W) | Vizuální výsledek a odchylky |
|---|---|---|---|
| Typ povrchu / vzorek | Referenční čas | Dosažený čas (50 W) | Vizuální výsledek a odchylky |
| Niklovaný povrch (840/BTZ) | 0,30 s | 0,17 s – 0,25 s | Viditelný nápis, ale znatelně světlejší než u 100W systému. |
| Niklovaný povrch (HOP 2x89) | 0,30 s | 0,30 s – 1,20 s | Nižší konzistence. Zásadně silnější odlesky, méně sytý kontrast. |
| Niklovaný povrch S2 (1,2x6,5x89) | 3,60 s | 3,20 s | Výrazný pokles čitelnosti na obou značených plochách vzorku. |
| Lakovaný povrch (TX 30) | 0,30 s | 0,17 s | Shodný výsledek s 100W systémem (využit výkon pod 50 W). |
| Lakovaný povrch (TX 9x89) | 0,30 s | 0,45 s – 0,64 s | Nižší schopnost kompenzovat odchylky fokusu na oblinách bitu. |
3. Limitace 532nm technologie (PowerLine E 25-532)
Zákazník vyžadoval otestování zeleného DPSS laseru (vlnová délka 532 nm), který se běžně používá pro speciální kovy.
Technologie přinesla radikální zrychlení u nejproblematičtějšího materiálu (Nikl S2), kde zredukovala čas z 3,60 s na 1,60 s. Tento přínos je ovšem anulován nestabilitou procesu. Paprsek 532 nm se do těchto konkrétních materiálů absorbuje nekonzistentně. Výsledkem je chybějící plynulost čar a neschopnost zaručit opakovatelnost procesu s identickým vizuálním výstupem.
Tabulka 3: Tvrdá data pro PowerLine E 25-532 (532 nm, 25 W)
| Typ povrchu / vzorek | Dosažený čas (25 W) | Výsledek |
|---|---|---|
| Niklovaný povrch (840/BTZ) | 0,28 s | Tmavý kontrast, ale neplynulé a nejednotné hrany čar. |
| Niklovaný povrch (HOP 2x89) | 0,50 s | Značení s ofsetem. Horší vzhled oxidace. |
| Niklovaný povrch S2 (1,2x6,5x89) | 1,60 s | Zásadní zrychlení (z 3,6 s), avšak absolutně nekonzistentní výstup u různých kusů. |
4. Optické zarovnání – Vision systém (PartVision Basic)
Součástí navrženého stroje ExactMark je integrovaný kamerový systém (TTL kamera zabudovaná přímo v optické trase laseru) obsluhovaný softwarem Laser Framework. Během testů bylo prokázáno rychlé a spolehlivé rozeznání hran bitů (přesnost rozeznání vzoru tzv. "pattern score" vykazovala hodnoty nad 80 %). Systém dokáže automaticky detekovat orientaci dílu a přizpůsobit úhel značení i v případě, že je bit vložen nakřivo (tolerována odchylka vložení ± 15°). Proces detekce hran je otázkou milisekund a je plně automatizován před samotným startem laseru.
Závěr a doporučení
Analýza tvrdých dat jednoznačně favorizuje systém PowerLine F 100-1064. Varianta s 50 W neposkytuje dostatečnou rezervu pro udržení sytého a stabilního kontrastu. Nasazení 532nm laseru se ukázalo jako nevhodné kvůli špatné absorpční stabilitě povrchových vrstev zkoumaných nástrojů.
100W vláknový laser nejen zkrátil produkční časy pod požadovanou hranici, ale zároveň generuje špičkový kontrast povrchové oxidace, který nelze nižším výkonem spolehlivě replikovat. Tento systém je plně připraven na náročnou integraci do stroje ExactMark.
