Лазеры в промышленности

Во многих отраслях необходимо наносить на продукцию маркировку. Эта необходимость может быть следствием существующих положений национального или международного права, а также внутренних потребностей предприятия. Постоянный знак, нанесенный на продукт, становится витриной производителя, помогает отслеживать продукт в процессе производства. Он также информирует потребителей о характеристиках продукта, например о сроке годности. Такие знаки чаще всего наносят на изделия методом печати, механической и лазерной гравировки.

Промышленная маркировка должна быть устойчивой и экологически устойчивой на рабочем месте, а маркировка должна быть разборчивой. Маркировка методом печати заключается в нанесении на объект краски, туши или краски. Нанесенная таким образом маркировка может ухудшиться, особенно в течение длительного периода времени. Нетрудно представить себе, что краску можно просто стереть с предмета. Гравировка в этом отношении лучше.

Метод заключается в удалении тонкого слоя материала определенной формы с поверхности объекта. Благодаря возможности настройки параметров лазерные маркеры позволяют гравировать и маркировать практически любой материал: различные металлы, дерево, пластик или даже бумагу. Также стоит упомянуть о проблемах производителей, связанных с высокими эксплуатационными расходами на струйные печатные машины из-за необходимости частой замены чернил и красок. В этой области лазерные маркеры не требуют затрат на эксплуатацию и заменяют другие технологии в рентабельных проектах. В мире работают известные лазерные бренды - компании, занимающиеся лазерной маркировкой и гравировкой во многих странах мира. Один из лидеров - компания LASIT, работающая в России, Франции, Испании, Италии и других странах мира. Для таких компаний как LASIT лазерная маркировка - это основной вид деятельности.

Как работает лазер?

Принцип действия лазеров сложен, но постараемся объяснить его по-простому, хоть это и потребует концентрации при чтении. Вот где главное внимание. Лазерная маркировка возможна путем фокусировки лазерного луча и, следовательно, энергии и мощности в одной точке. Достижение высокой плотности мощности позволяет материалу нагреваться, плавиться или испаряться. Но как возникает этот свет?

Объяснить этот вопрос без обращения к законам физики невозможно, но мы постараемся озвучить основные принципы:

• атомы могут находиться в разных энергетических состояниях (иметь разное количество энергии);
• атомы могут принимать (поглощать) энергию и отдавать ее (излучать);
• атомы испускают (излучают) энергию в определенном направлении;
• поглощение или излучение энергии может происходить самопроизвольно или принудительно.

Использование вышеуказанных свойств атомов и тот факт, что атомы некоторых элементов позволяют накапливать большое количество энергии, позволило создать лазеры.

Лазер состоит как минимум из резонатора, системы накачки и активной среды.

Активная среда - это именно атомы, которые будут получать и отдавать энергию. Для этого можно использовать кристаллы определенных элементов, газ (чаще всего СО2) или стекловолокно.

Система накачки - это устройство, которое должно подавать энергию в активную среду. Это можно сделать с помощью вспышки, другого лазера, химической реакции или электрического разряда (в газе). Когда в активной среде больше атомов в более высоком энергетическом состоянии (те, которые поглотили энергию), происходит лазерное воздействие, то есть высвобождение энергии в виде излучения.

Резонатор предназначен для достижения желаемых параметров лазерного луча. Прежде всего, речь идет о конкретной длине волны. Чаще всего он состоит из двух точно изготовленных зеркал, от которых могут отражаться фотоны с определенными параметрами. Одно из зеркал полупрозрачное, что позволяет лазерному лучу выходить за пределы резонатора. Зеркала передают энергию, излучаемую атомами в нужном направлении.

Лазерная маркировка

Самым большим преимуществом лазерного луча является его монохроматичность. Это означает, что все фотоны имеют одинаковую длину волны. В результате луч когерентен, и все фотоны движутся примерно параллельно друг другу. Это позволяет управлять лучом с помощью системы зеркал.

Зеркала лазерного луча поворачиваются так, что лазерный луч достигает желаемого места в рабочем пространстве. Обычно при маркировке используются комплексные решения. Лазер, зеркала, фокусирующие линзы и программное обеспечение интегрированы друг с другом, чтобы гарантировать правильную и не требующую обслуживания работу системы в любое время.

Программное обеспечение позволяет создавать проекты, вводить символы и настраивать такие параметры, как мощность или скорость лазерного луча. Оператору не нужно беспокоиться о том, как система будет вращать зеркала, чтобы получить желаемую форму. Такая стрельба происходит невероятно быстро и точно благодаря гальваническим двигателям, вращающим зеркала. На видео в Ютубе вы можете посмотреть, как это работает на практике.

Благодаря программному обеспечению таких лазеров вы также можете записывать символы, которые меняются со временем, например дату, время, серийные номера, коды матрицы данных и штрих-коды, зависящие от продукта. Данные для лазера загружаются с использованием промышленных протоколов связи, таких как RS232 или Ethernet. Примерами использования такой функции являются запись информации о компонентах, начиная с автомобильной промышленности и заканчивая приложениями в электронной и фармацевтической промышленности и заканчивая пищевой промышленностью. Пример такого продукта  можно увидеть в любом магазине. Обычно на любой этикетке указана дата, прожженная лазером, с серийным номером в золотом поле. В этом приложении был нанесен специальный слой краски, на котором лазер прожигает соответствующую форму, показывая, что находится под краской. Так создается обозначение.

Системы лазерной маркировки

В мире существует множество систем лазерной маркировки от разных производителей. Мы можем найти решения для горизонтальной и вертикальной стрельбы, а также на большие дистанции, используя дополнительные трубы и перископы со специальной оптикой. Также существуют системы маркировки, встроенные в готовые станции.

Интересный пример - решение Panasonic, в портфолио которого уже есть готовые рабочие станции. Системы маркировки, которые мы можем реализовать в них, разделены на маркировочные машины с источником CO2, адаптированные для маркировки пластмасс, ПЭТ-бутылок, органических материалов, упаковки, текстиля и бумаги, и на маркировочные машины для источников FAYb, адаптированные для маркировки более требовательных пластиков и металлы. В этой статье мы остановимся на последней группе, в которую входят маркеры из семейств LP-Z и LP-M.

Что отличает эти устройства, так это контроль оси Z и, следовательно, возможность маркировать неровные поверхности. Panasonic называет это 3D-маркировкой, и на самом деле этот термин, вероятно, здесь лучше всего подходит. Благодаря встроенному индикатору высоты устройство может быстро визуализировать расстояние до отмеченной поверхности и, таким образом, автоматически установить фокусное расстояние лазера. Активной средой в LP-Z-лазерах являются стеклянные волокна, обогащенные иттербием (химическим элементом), что позволяет достичь гораздо более высокого КПД, чем в случае газовых лазеров или лазеров с кристаллом рубина. Лазеры Panasonic оснащены специальным интерфейсом, позволяющим маркировать как статические, так и движущиеся объекты со скоростью до 240 м / мин. Маркировочные машины имеют множество встроенных функций. Некоторые из них представлены ниже:

• оптимизация последовательности маркировки,
• применение следующего числа (счетчик),
• печать текущей даты и времени,
• применение срока годности,
• лазерный указатель,
• многослойная маркировка,
• измерение и коррекция мощности,
• независимая коррекция скорости и мощности для каждого элемента,
• нанесение штрих-кодов, 2D-кодов.

Интегрированное управление по оси Z дает большие возможности для точной маркировки объектов сложной формы: управление по оси Z позволяет маркировать наклонные, выпуклые и вогнутые поверхности. Волоконные лазерные маркеры LP-Z и LP-M с 3D-маркировкой являются одними из лучших и наиболее универсальных систем лазерной маркировки Panasonic.