Optimalizace vysokorychlostního značení (MOTF) plastových izolací kabelů

• Realizace: Aplikační laboratoře Coherent / Bystronic-Rofin
• Aplikace: Značení izolací kabelů (PVC, PUR, silikon) v režimu Mark-On-The-Fly (MOTF).
• Cílové parametry: Rychlost posuvu 2 m/s (120 m/min).
• Kódování: 1D čárový kód (cca 50 x 6 mm), s výhledem na 2D QR kódy.
• Kritéria úspěchu: Vysoká čitelnost strojem, dlouhodobá trvanlivost a absolutní opakovatelnost procesu.

Obsah

1. Analýza alternativních vlnových délek (1064 nm a 532 nm)
2. Implementace UV technologie 355 nm – Systém PowerLine E 10 QT (10 W)
3. Implementace UV technologie 355 nm – Systém PowerLine E 30 QT (30 W)
4. Stabilita procesu a datová propustnost
5. Závěr a doporučení

1. Analýza alternativních vlnových délek (1064 nm a 532 nm)

Před přechodem k UV technologii byly testovány systémy s odlišnými vlnovými délkami pro ověření fyzikálních reakcí materiálů na absorpci paprsku při vysokých rychlostech.

Vláknové lasery (1064 nm)

Vláknové lasery o výkonu 30 W a 100 W (PowerLine F 30 Basic, PowerLine F 100-1064) prokazatelně dokážou značit všechny tři testované typy drátových izolací. K požadované reakci materiálu dochází, limitem je však dynamika procesu při vysokých rychlostech.

• Při cílové rychlosti 2 m/s vzniká na obou typech černých kabelů kontrast, který je okem viditelný. Jednotlivé sloupce 1D kódu se ovšem při této rychlosti skládají ze silně oddělených laserových čar, což fyzicky znemožňuje čitelnost strojovými snímači.
• U fialového silikonového kabelu lze dosáhnout viditelného kontrastu a barevné změny výhradně při výrazném zpomalení procesu. Zvýšení výkonu na 100 W přineslo ostřejší detaily, nicméně k dosažení plného kontrastu při 2 m/s to nestačilo.

Zelený laser (532 nm)

Testovaný vodou chlazený systém PowerLine E 25-532 (18 W) vykázal mírné zlepšení v absorpci.

• Pěnivá reakce materiálu je konzistentnější než u vláknových laserů.
• Značení čárového kódu je s touto technologií realizovatelné a čitelné při rychlosti 1 m/s.
• Při pokusu o dosažení hraniční rychlosti 2 m/s však úroveň kontrastu bledne a stává se nevyhovující.

2. Implementace UV technologie 355 nm – Systém PowerLine E 10 QT (10 W)

Zákazník z předchozích testů identifikoval, že vlnová délka 355 nm dosahuje nejlepších výsledků, přičemž jeho vlastní 3W systém narážel na produkční strop při rychlosti 1 m/s. První fáze testování u výrobce proto zahrnovala nasazení 10W vzduchem chlazeného subsystému PowerLine E 10 QT.

Naměřená data prokázala, že u fialového silikonu 10 W výkonu postačuje k dosažení mety 2 m/s, ale u černých směsí je k udržení čitelnosti nutná redukce rychlosti.

Zjištěné hodnoty při značení systémem PowerLine E 10 QT (10 W)

3. Implementace UV technologie 355 nm – Systém PowerLine E 30 QT (30 W)

K zajištění stoprocentní čitelnosti a bezchybného kontrastu na všech materiálech při rychlosti 2 m/s bylo nutné nasadit zdroj s vyšší výkonovou rezervou. Systém PowerLine E 30 QT pracující na bázi nanosekundového UV laseru (nominální výkon 30 W @ 60 kHz) razantně zvýšil energetický přenos do struktury materiálu.

Rozdíl ve výsledcích jasně dokládá, že dodatečný výkon kompletně eliminuje problémy s absorpcí paprsku u černých a lesklých plastů.

Zjištěné hodnoty při značení systémem PowerLine E 30 QT (30 W)

4. Stabilita procesu a datová propustnost

Zkoušky provedené v simulátoru konzole Bystronic Rofin ověřily naprostou stabilitu systému při opakovaném zatížení. U systému PowerLine E 30 QT probíhal proces generování kódů plynule i po více než 100 iteracích bez vyvolání chyb v "Trigger Error Counter" na požadované webové rychlosti 120 m/min. Ovládací software Visual Laser Marker (VLM) navíc nativně podporuje průběžnou úpravu obsahu kódů (sériová čísla, časové značky) i při těchto vysokých rychlostech pomocí dedikovaných proměnných v reálném čase.

Závěr a doporučení

Kritická analýza naměřených dat prokazuje, že pro bezkompromisní splnění požadavku značení složitých struktur (1D a 2D kódy) do těžko absorbujících izolačních plastů při rychlosti 2 m/s je UV systém Coherent PowerLine E 30 QT nezbytným technickým minimem. 10W systém je na dané rychlosti pro černé polymery energeticky nedostačující. 30W UV systém zaručuje přesnou fokusaci, dostatečný výkonový přebytek pro lesklé plasty a stabilní MOTF synchronizaci za zachování plné strojové čitelnosti.