Senior z těch tří byl profesor Otto Robert Frisch, velmi významný fyzik (mimo jiné vytvořil názvy „řetězová reakce“ a „jaderné štěpení“). Dalšími dvěma objeviteli byli John Rushbrooke (který zůstal v Cavendish a vedl jejich výzkumnou skupinu pro subatomární částice) a Graham Street (který se stal prvním výkonným ředitelem Laser-Scan). Akademici postavili v laboratoři prototyp stroje zvaného Sweepnik, který používali na čtení fotek atomových částic. Návštěvníci z jiných výzkumných ústavů viděli prototyp Sweepnik v Cavendish a chtěli si jeden koupit. Akademici získali finanční podporu a v roce 1969 založili firmu Laser-Scan na výrobu Sweepniků.
První Sweepnik byl odeslán do Helsinek v roce 1972 a po něm následovaly prodeje do mnoha dalších zemí včetně Francie, Ameriky, Belgie, Indie, Japonska, Řecka, Egypta atd. Aby jsme si představili, kde byli naši akademici ve vývoji, tak rozlišení dnešních skenovacích hlav na značení je např. 4000 x 4000 bodů, ale jejich druhá vyvinutá hlava měla adresovatelné rozlišení 140.000 x 100.000 bodů.
Pro CO2 lasery se představil komerčně uvedený systém vektorového vychylování na začátku 80. let.
800 instalací značících laserů od Leonardo technology - profesionálové v automatizaci průmyslového značení
Leonardo technology má za sebou na 800 instalací laserů na značení a podělí se s vámi o zkušenosti, vlastnosti, ale taky princip funkce laserů. Pokud pochopíme princip laseru, jednodušeji najdeme vhodné využití a taky naopak definujeme zcela nevhodné aplikace pro lasery. Nejoblíbenější lasery na značení jsou od Leonardo technology, ale taky díky kvalitnímu a rychlému servisu.
XY vektorové vychylování laserového paprsku na značení
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, což u laserů se neuvádí v dpi - dot per inch).
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. Výsledné značení je soustavou křivek, tedy jde o spojitý obrazec, bez vytečkování nebo bez použití masky. Nádherné souvislé křivky písma. Spojitý přesný tvar křivek, které je možné získat z textu, grafiky, přičemž je podporován formát z CAD, respektive vektorový formát. 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 na který se značí může být statický nebo dynamicky se pohybující na dopravníku, pro oba systémy je možné použít jeden typ našeho SOLARIS laseru, kde se přepnou módy na značení.
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 galvo vychylování. 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 galvo-motory je nejčastěji analogová. Používá se analogových galvo-motorů. Spíše by bylo lepší napsat galvo-servo, protože vlastní galvo-aktuátor 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 natočení zrcátka je umístění na ose galva a je jeho nedílnou součástí (zapouzdřen na těle galva). Býval kdysi odporový, ale nyní se téměř nepoužívá a je v nabídce kapacitní snímač polohy nebo optický snímač (se zacloněním optiky). 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 galvo a zpětnou vazbu a digitální část je na vstupu do skenovací hlavy.
Nejběžněji používaný komunikační protokol pro skenovací hlavy je XY2-100. Na základě tohoto protokolu lze tedy zaměnit hlavy mezi sebou. Digitální skenovací hlava má obvykle 12bit slovo (rozlišení 4096 bodů na hranu značící plochy) nebo i větší hodnotu 16bit, 18bit nebo taky 24bit. 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 s malým překmitem polohy. Parametry ustálení se nastavují softwarově, řekněme nastavujeme právě charakteristiku PID regulátoru a optimalizujeme značení. U digitálních hlav se elektronika připojí na USB konektor a nastavuje se zcela digitálně. Ceny digitálních hlav jsou nyní často již nižší než analogových.
Skenovací hlavy je možné mít v zapouzdření proti stříkající vodě, tedy až do IP66. Elektronika a optika jsou tak chráněny i proti prachu, olejovitému aerosolu z průmyslových provozů.
Jak vytunit laserovou skenovací hlavu na vyšší rychlost ?
Na značícím laseru, lze v menu pro korekci vektorů, nastavit různá zpoždění. Některé typy laserů mají tyto hodnoty schovány a tedy nelze precizně naladit laser a skenovací hlavu. Na laserech SOLARIS je mnoho parametrů k dispozici pro precizní nastavení skenovací hlavy a jejich vlastností:
Before Down Zapálení laseru ještě dříve (než se ustálí zrcátka na definované poloze) 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. Platí pravidlo, malá zrcátka menší hodnota např. 250µs (zrcátka 8mm), větší zrcátka, větší hodnota. Například pro zrcátka 13mm je to 350µs. Větší zrcátka mají větší hmotnost a setrvačnost, nejdou zastavit hned, proto se kompenzuje dokmit zrcátek. Galvo potřebuje čas, aby se dostalo na pozici.
After down delay: Pro vláknový laser se nepoužívá tak často, většinou je 0µs (někdy se dá 50µs). Galvo tak čeká na laser, než se zapálí (propálení produktu na začátku pálení). Nejtypičtější je pro diodové pevnolátkové lasery, kdy je zpoždění v reakci na "zapálení" paprsku. Ale je vhodné tedy pro pevnolátkové lasery DPSS. Chybí začátek vektoru, tak se nastaví tato hodnota.
Between vector delay: Změna vektoru na jiný směr a čekání na této poloze před rozjetím na jinou polohu. Toto zpoždění se tak často nepoužívá, ale někdy je dobré nastavit okolo 20 µs, ale typicky se ponechává na hodnotách 0µs. Použije se při velmi rychlém značení, kdy přejezd paprsku na další polohu vektoru je 6.000mm/sec, pak se nastaví 20µs. Při vysoké rychlosti přejezdu se poloha galva nedostane na definované souřadnice a pak ostré rohy písma jsou zaoblené.
Before up delay: Když nedopisuje vektor na jeho konci, dává se například 150µm. Definuje právě vypnutí laserového paprsku, při dojíždění na konec vektoru. Je to vidět například u písmenka "O" kdy není dokresleno celé a je jako otevřené.
Jump Delay: Je pro značení za pohybu na dopravníku (nepoužívá se při statickém značení).
Jump Treshold: Je pro nastavení v dynamickém módu, tedy značení za pohybu.
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 většinou u DPSS laserů. Nepoužívá se pro značení za pohybu, zpomaluje rychlost značení. Tedy pro značení "On the Fly" hodnotu zpoždění Before layer nepoužijeme.
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.
Pomůžeme s výběrem vhodného laseru na značení a identifikaci produktů
Nevíte si rady s výběrem laseru? Leonardo technology zákaznická podpora je na telefonním čísle 533 44 55 66. Za dobu 20+ let jsme nainstalovali na 800 laserů SOLARIS do průmyslových provozů a mám zkušenosti o které se s vámi podělíme.
Objevte, jak lasery SOLARIS od Leonardo technology mohou pozitivně transformovat vaše výrobní procesy. Náš profesionální tým laserových odborníků z Leonardo technology je připraven ukázat vám cestu k vyšší efektivitě, nižším nákladům a novým možnostem aplikací laserů ve vaší výrobě.
Více nejen o CO2 o laserech najdete na stránce co2laser.cz
Veškerou nabídku laserů najdete na našem webu.