Již od roku 2002 řešíme Vaše projekty průmyslového značení.

Konstrukce vektorového laseru SOLARIS

Systém vektorového vychylování paprsku byl poprvé použit u Nd:YAG laseru v roce 1969. Pro CO2 lasery se představil uvedený systém na začátku 80. let.

Vychylovací systém je tvořen soustavou dvou zrcadel umístěných tak, aby docházelo k vychylování v obou osách (XY). Tomuto způsobu se říká PEN TYPE. Je to jako kreslení perem. Laser značí přesně, jako když kreslíme perem, při přemístění na jinou polohu pero nadzvedneme a zde laser vypneme a zapneme jej až s „dotykem pera“ povrchu. Za vychylovací soustavou zrcátek je optika, která soustřeďuje laserový paprsek do ohniska. Volbou typu optiky měníme velikost značeného povrchu a také i vlastnosti značení (tloušťka čáry a krok, neboli vzdálenost mezi další čarou – něco jako rozlišení).

laser 4 1

Legenda: 1- laserový zdroj, 2- beam expander, optika rozšiřující paprsek, 3 a 4 - galvo motory pro X a Y osu se zrcátky směřující paprsek na 5 - výstupní optiku laseru

Princip značení SOLARIS laseru

Vlastní značení na povrch předmětu je působení laserového paprsku na povrch předmětu. Působíme tedy značnou energií na malou plochu povrchu. Vlastní laserový paprsek je soustavou optiky soustředěn do ohniska optiky.
Výsledný tisk je soustavou křivek, tedy jde o spojitý obrazec, bez vytečkování nebo bez použití masky. Nádherné křivky. Spojitý přesný tvar křivek, které je možné získat z textu, grafiky, přičemž je podporován formát z CAD, nebo CorelDraw!. Výsledkem je nadstandardně přesné značení na většinu povrchů. Data k tisku mohou mít měnící hodnotu s časem, proto je možné tisk z databáze, data, času, čísla směny, počtu výrobků.
Předmět může být statický nebo dynamicky se pohybující, pro oba systémy je možné použít jeden typ našeho SOLARIS laseru.
Značení do předmětu je tedy destruktivní nevratná změna jeho povrchu. Dokáže tedy vypařit látku. Toho se používá ke značení na lakované, eloxované, barvené povrchy, kdy odpaříme povrch laku, barvy...a vytvoříme viditelný nápis. Různé povrchy mají různé vlastnosti svých změn, některé mění barevné vlastnosti (některé plasty), jiné se odpařují. Skleněný povrch je možné značit na povrchu, nebo zaostřit optiku dovnitř skleněného povrchu a značit uvnitř skla, tím měníme vlastnosti materiálu. Vždy mějme na paměti mechanické poškození povrchu, které může mít vliv na výsledné vlastnosti předmětu, příkladem jsou PET láhve, kdy snížíme tlakovou pevnost láhve. Navíc jde o nevratnou změnu, proto pozor, kde značíme, když jde o vratné lahve.
Nelze značit úspěšně s CO2 laserem kovy (v podstatě mají vysokou tepelnou vodivost a je potřeba tedy vysoký výkon – nebo použít YAG laser, vláknové lasery, které pracují na jiné vlnové délce IR).
Další kapitolou jsou YAG lasery a vláknové lasery. Základem je krystal yttrio hlinitého granátu s příměsí neodymu nebo chromu. Jde často o Nd:YAG označované lasery, což je Neodymium: Ytterium Aluminium Garnet, ale jsou i další lasery nazývané například Vanadové, tedy NdYVO4 nebo Lithium Fluoridové tedy Nd:YLF. K inicializaci stačí obyčejná žárovka a konstantní výkon je i okolo 300 W. Na inicializaci se v průmyslu používá výkonná výbojka nebo blok LED laserových diod. Oproti vláknovým laserům mají velmi malou životnost, ale zase malinko jiné vlastnosti při značení do plastů (dělají často kontrastnější značení než vláknové lasery).

laser 4 2

Princip skenovací hlavy a vektorový tisk

Vektorové značení znamená, že laserový paprsek začíná v bodě daným souřadnicemi a přejíždí na další souřadnice tak, jak je zobrazeno na obrázku. Skenovací zrcátka mají jistou hmotnost a z toho plyne i dynamická setrvačnost, to znamená, že když se rozjedou zrcátka na nějakou rychlost, tak jejich zastavení vyžaduje nějaký čas a zrcátka překmitnou přes bod, kde by měly zastavit a vrací se na další výchozí bod. Z toho vyplývá jednoduchá rovnice, čím vyšší rychlost laserového značení, tím musí být menší hmotnost zrcátek na galvu. Každý laser má nastavení několika zpoždění, která právě eliminují překmity a zlepšují dokreslování znaků. Správné pochopení zpoždění (Delays) u nastavení skenovací hlavy má za následek zrychlení značení a zkvalitnění značení. Naopak nesprávné nastavení nedokresluje vektory a zůstávají otevřená písmenka např. O nebo nuly.
Vektorový laser funguje jako pero, když kreslí na papír. Položíte jej a pohybujete, tak kreslí, zvednete jej, tak přestane kreslit.
Přesněji je to, jako když je to pero inkoustové a píšete na savý materiál - jak s perem stojíte, teče inkoust a rozpíjí se po papíře. Podobně to je s laserem, položíte paprsek a nehýbete s ním, přenáší se energie a propalují se místa, nebo laser dělá tečky v místě položení paprsku. Toto se nastavuje v parametrech laseru funkcí Zpoždění (Delay) s indexem Pero dolů. Stejně jak rozjedete paprsek a na konci křivky jej musíte zvednout, toto se nastavuje funkcí Zpoždění (Delay) s indexem Paprsek nahoru. Laser má více nastavení zpoždění, jako je zpoždění mezi vektory, zpoždění mezi vrstvami atd. Správným nastavením se eliminuje mimo jiné setrvačná hmotnost zrcátek skenovací - vychylovací hlavy a propalování laserovým paprskem při začátku vektoru a také nedokreslování konce vektoru.
Vlastní výkonová elektronika skenovací hlavy ovládající galvomotory je nejčastěji analogová. Používá se analogových galvomotorů. Spíše by bylo lepší napsat galvoservo, protože vlastní galvoaktuátor má na své ose rotoru ještě připevněný kapacitní enkodér, tedy snímač polohy vychýlení galva, tedy zrcátka. Vychýlení je v několika málo desítkách stupňů, většinou například okolo 40°.
Velikost galva udává jeho točivý moment a tedy i velikost zrcátka, s kterým dokáže hýbat. Procházejícím proudem se galvo zahřívá a jeho maximální teplota může být až 110°C, z toho vyplývá také tepelná stabilita celého systému a následná přesnost značení. Pro představu, proudy do skenovacího galva používaného ve značících skenovacích hlavách jsou okolo 3 A. Galvo snese špičky proudu až 20 A. Platí, že čím je tepelně stabilnější galvo, tím je přesnost značení stabilnější. Tepelná odchylka může být typicky 5 μrad/°C (mikroradianů na stupeň celsia). Rychlost galva je například na pohyb a ustálení o 0,1° přibližně
100 µs (mikrosekund).
Snímač polohy býval kdysi odporový, ale nyní se téměř nepoužívá a je v nabídce kapacitní snímač polohy. Jeho přesnost, linearita je 99,9% přes 20° a například typicky 99,5% pro 40° mechanických stupňů.
Vzhledem k analogovému kapacitnímu snímání polohy galva, je použita analogová elektronika skenovací hlavy. Analogová je tedy zpětná vazba o poloze galva. Ovládání motoru galva je možné mít analogové nebo digitální. Analogové je stále rychlejší než digitální, ale stabilita a přesnost závisí na PID regulátoru ve zpětné vazbě elektroniky. Vyladěním PID regulátoru a analogového budiče, lze dosáhnout mnohem vyšších rychlostí než u digitálních skenovacích hlav. Existují varianty digitálních hlav, kde není použita žádná zpětná vazba o poloze a pouze se budí motor galva a předpokládá se ustálení polohy za nějaký čas (empiricky zjištěný). Hybridní digitální hlavy obsahují analogovou budící část pro motor a zpětnou vazbu a digitální část je na vstupu do skenovací hlavy.

laser 4 3
Digitální skenovací hlava má obvykle 12bit slovo (rozlišení 4096 bodů na hranu značící plochy) nebo i větší hodnotu 16bit. Rychlé převodníky jsou drahé a vysoká rychlost u převodníku je také drahá, takže je zde kompromis mezi cenou a parametry rychlosti. Někdy je řídící jednotka s 16bit převodníkem a skenovací hlava je 12bit, pak se stavové slovo doplní o nuly na rozsah pro 12bit převodník (ze 16bit slova se udělá 12bit).
Skenovací hlava má díky PID regulátoru časovou závislost na ustálení polohy. PID regulátor je naopak velmi přesný a rychlý. Parametry ustálení se nastavují softwarově, řekněme nastavujeme právě charakteristiku PID regulátoru a optimalizujeme značení. Je možnost nastavit zpoždění:

Before Down
Zapálení laseru ještě dříve a pak jsou tečky před vlastním započetím pálení písmenka, galvo nedojelo na polohu, ale laser už je zapálený).

Before down delay:
Typická hodnota 350 µs (malá zrcátka menší hodnota např. 250 µs, větší zrcátka, větší hodnota).

After down delay:
Pro vláknový laser se nepoužívá tak často, většinou je 0 (někdy se dá 50 µs).
Galvo tak čeká na laser, než se zapálí (propálení produktu na začátku pálení).

Between vector delay:
Změna vektoru na jiný směr a čekání na této poloze před rozjetím na jinou polohu. To se často nepoužívá, ale někdy je dobré nastavit okolo 20 µs.

Before up delay:
Když nedopisuje vektor, dává se například 150 µm.

Jump Delay:
Je pro značení za pohybu na dopravníku (nepoužívá se při statickém značení).

Power step
Pouze pro CO2 lasery - hodnota se pohybuje od 1 do 9. Jedná se o parametry, které definují řadu kroků, ve kterém výkon laseru dosahuje požadované hodnoty. Typická je hodnota 1.

Power delay:
Hodnota se pohybuje od 0 do 255. Je to doba zpoždění startu laserové emise ve vztahu ke snímací hlavě. Typická hodnota je 0 až 50.  Tento typ zpoždění může nahradit doby prodlení.

Before layer delay:
Někdy se používá v ms, například 500 ms.

Passes:
Opakování značení do stejného místa.

Wobbling:
Hodnota se pohybuje v rozmezí 0 až 15. Jedná se o parametr vytvářející chvění čar a textu. Pomocí parametru lze získat širokou linku. Typická hodnota je 0.

Optika laseru
Optika laseru má AR coating, což je povrchová úprava optiky, aplikovaná na čočky, která zabraňuje, respektive omezuje odrazivost světla od povrchu, což zlepšuje transmitanci - přenos laserového paprsku. Pro CO2 lasery se používá optiky ZnFe, proto mají nažloutlý nádech. Existuje zde termín Feeding light - laserové světlo, které jde zpět do laserového oscilátoru, po té co laserový paprsek se dostane na produkt a odrazí se zpět přes optiku do oscilátoru. Tento odrazený paprsek není vhodný pro správný chod laseru, proto se používá optický izolátor.

Optický izolátor je součástka rozdílně polarizovaných sklíček, která zabrání odrazenému laserovému paprsku projít zpět do laserového zdroje. Je zde předpoklad, že laserový paprsek je směrově polarizovaný. Někteří výrobci laserů velmi riskují na úkor ceny laseru a nedávají do svých systémů Optický izolátor, což může velmi rychle poškodit laserový zdroj, nebo v lepším případě odrazený paprsek jen sníží výkon laseru.

Máme řešení na míru pro každého!

Elektrotechnika, potravinářství, lahvárenství, automotive, chemie, kosmetika, mlékárenství, zdravotnictví.

Domluvte si schůzku

Abychom vám zajistili lepší uživatelské prostředí, používá tento web soubory cookie. Používáním webu s jejich užíváním souhlasíte. Přijmout