TEKNOLOJİLER&TANIMLAR

LAZER İŞARETLEME TEKNOLOJİLERİ

"Lazer" sözcüğü günlük hayatta en sık kullandığımız sözcüklerden biri olmakla, bu sözcüğün Oluşturulmuş Radyasyon Yayılımı ile Işın Büyütülmesi (Light Amplification by Stimulated Emission Radiation) kavramının ilk harflerinde türetilme bir kısaltma olduğunu unutma eğilimi içerisindeyiz.

Lazer genellikle yeni bir teknoloji olarak değerlendirilmektedir ama aslında sanılandan çok daha uzun bir süredir mevcuttur. Lazer teorisi 1957'de ortaya atılmıştır ve ilk lazer 1960'da imal edilmiştir. Bundan çok daha önce, yüzyılın başlarında, Einstein, kendisi lazer kavramına uzak olmakla beraber, lazer eylemini ortaya çıkartan ana fiziki mekanizmayı tarif eden denklerimi bulmuştur.

Birçok şirket ve devlet kurumu lazerlerle ilgilenmiştir ve akıllarında herhangi bir spesifik uygulama olmaksızın kendi lazerlerini geliştirmeye başlamışlardır. Sonuç olarak lazer kavramı "kendi sorununu arayan çözüm getirici" olarak tanımlanır bir nitelik kazanmıştır. Günümüzde ise lazerler özel görevler ve belirli uygulamanın ihtiyaçlarına dönük olarak geliştirilmektedirler.

Lazerler muhtemelen tüm cihazlar içinde en geniş uygulama alanına sahip olanlardır: metallerin kesilmesi ve kaynaklanması, cerrahi, veri okunması ve aktarımı, hologramlar, fiziki parametrelerin kesin ölçümleri, yıkıcı özelliksiz testler ve üretim hattındaki ürünlerin kodlanması ve işaretlenmesi.

Lazer ile işaretleme sistemleri uygulamaya yaklaşık 30 yıl önce alınmışlardır. Bu erken sistemler bilimsel ortamlarda bulunabilecek lazerleri ele almaktaydılar ve birçok fabrikanın genel özelliği olan yüksek toz ve ıslaklık ile nitelenebilecek ortamlarda çalıştırılmak için tasarlanmamışlardı. Ayrıca bunlar 24 saat 7 gün sürecek sürekli operasyon -günümüzde gayet olağan kabul edilen bir olgu- için de uygun tasarıma sahip değildiler.

Bu sebeple ilk amaçlanılan, bu sistemlerin değişen pazar ihtiyaçlarına dönük yeni formatlara kavuşması için yeni teknolojiler geliştirmek yerine, sistemlerin "sağlamlaştırılması" yönünde olmuştur.

Bir Lazer Nasıl Çalışır


Tüm lazerler aynı temel prensiplere göre çalışırlar fakat bileşenlerinin mühendisliği, kullanılan malzemeler ve lazer çıkış demeti karakteristiklerine göre farklılaşırlar.

Lazerin Bileşenleri

Tüm lazerlerde üç ana bileşen bulunmaktadır.

Lazerleme Aracı (Maddesi): Bu madde Karbon Dioksit gibi bir gaz, Ncodymium: Yaerrium Alüminyum Lal Taşı gibi bir katı madde ya da boya gibi bir sıvı olabilir. Lazerleme maddesinin özelliklerinden biri enerjiyi belli bir yolla depolayabilmesi olacaktır. Bu yol kütle (ters) çevrimi olarak da bilinir. Lazerleme aracı ışığı (fotonları) fazladan depolanan enerjiyi atacak şekilde yayacaktır.

Harekete Geçirme Mekanizması: Bu mekanizma ile lazerleme maddesindeki parçacıkların (atomlar ya da moleküller) harekete geçmesi için enerji uygulaması gerçekleştirilir. Enerji elektrik akımı, elektrik deşarjı, ışık kaynağı vb. formlarda uygulanabilir.

Optik Rezonatör: Bu sistem lazer maddesindeki depolanmış enerjiyi lazer demeti şeklinde dışarı çıkarır. En basit formunda optik rezonatör lazer maddesinin her iki ucunda bulunan birer aynadan teşkildir. Bu aynalar birbirlerine paralel olmakla bu iki ayna arasındaki eksende hareket eden fotonlar sürekli olarak geri ve ileri yansıtılırlar (rezonasyon). Aynalardan biri %100 yansıtıcıdır diğer ise kısmi olarak yansıtıcıdır ve bu sayede kendisine çarpan fotonlardan gerekli enerji seviyesine yükselmiş olanlarını (içinden) geçirir, iletir.

Lazer Demetinin Oluşması

Fotonlar lazerleme maddesinin içinden geçerken lazerleme maddesinin harekete geçmiş parçacıklarının, oluşturulmuş emisyon denen bir sürece dayalı olarak, fazla enerjiyi başka fotonlar olarak salmasına sebep olurlar. Bu yeni fotonlar oluşturulmuş emisyonu (yayılım) başlatan asıl fotonlarla aynı yapıdadırlar. Aynı renktedirler (dalga boyu), aynı yönde hareket ederler ve aynı aşama içindedirler. Kısmi yansıtıcı aynadan geçen fotonlar lazer demetini meydana getirirler. Kalan fotonlar lazerleme maddesinin içine geri yansıtılırlar ve bu şekilde oluşturulmuş yayılım süreci devam eder.

Diyagram 1
Lazer demeti oluşumu



Diyagram 2



Lazerle İşaretleme Süreci

Lazerle işaretleme, üst katmandan malzemenin kazınması (çıkarılması) ya da alt katmanın yüzeyinin değiştirilmesi operasyonları ile gerçekleşir. En önemli konu malzemenin kodlanan malzemenin lazer demetini ne ölçüde emeceğidir. Kullanılan lazerin tipi buna göre değişebilir, ayrıca farklı dalga boylarının farklı emilim karakteristiklerinin olacağı göz önünde tutulmalıdır. Lazer demeti iletiliyorsa ya da yansıtılıyorsa kodlama çok zorlaşır hatta imkansız hale gelir.

Optimum sonuçlar için lazer demeti yüzeydeki malzemenin en üstteki birkaç mikronluk derinliğince emilmelidir ve böylece aşağıdaki üç süreçten herhangi biri ile yüzeyin modifiye edilmesi için gerekli enerji yoğunluğu sağlanmış olur.

Kaplama Çıkarılması: Lazer yüzey kaplaması tarafından emilir ve kontrast halinde olan bir alt katmanı ortaya çıkarmak için buharlaştırır. Bu sürece bir örnek beyaz kağıt ya da karton üzerine basılı renkli mürekkebin çıkarılmasıdır.

Oyma: Lazer üst katman yüzey malzemesini herhangi bir renk değişikliği yaratmadan buharlaştırır. (PET lazer işaretleme süreci). Sonuçta ortaya çıkan işaret oyma baskıya benzerdir.

Termokimyasal: Lazer malzemeyi moleküler bağların kırılması için gerekli sıcaklığa ısıtarak değiştirir. Bu süreç sonrasında oluşan yeni materyalin farklı bir rengi oluşur ve sonuçta fark edilebilir bir işaret elde edilmiş olur.

İşaretleme Teknolojileri

Lazer işaretleme teknolojilerinin birçoğu iki lazer tipinden birini kullanır:

Karbon Dioksit: Elektrik deşarjı ile harekete geçirilen bir gazlar karışımı kullanır. Bu lazerlerde 10,6 µm dalga boyunda kızıl ötesi (enfraruj) çıkış gerçekleşir.

Nd:YAG: Genellikle bir flaş lambası (yoğun bir ışın kaynağı) ya da diyot lazeri tarafından harekete geçirilen bir kristaldir. 10,6 µm dalga boyunda kızıl ötesi (enfraruj) lazer çıkış gerçekleşir.

Üç farklı sistem teknolojisi bulunmaktadır:

- Yönlendirilen Lazer Demeti
- Mask Lazer
- Nokta Matrisli Lazer

Yönlendirilen Lazer Demeti

Bu tip sistemler bir kalem gibi yazdıklarından Kalem Tipi (Pen Type) olarak da bilinirler. Atımlı Nd:YAG lazerler kullanan ilk kalem tipi sistemler 1969 tarihinde devreye sokulmuşlardır.

Bir lens sayesinde statik haldeki ürünün yüzeyindeki küçük bir noktaya lazer demetinin odaklanması sağlanır. İki galvanometre aktarmalı ayna noktayı ürünün yüzeyinin üzerinde hareket ettirmek suretiyle istenen işaret ya da görüntünün çizilmesi gerçekleştirilir. Kodlama gerekli olduğunda lazer demeti açılır gerekli olmadığında ise kapatılır. Bu tıpkı bir kalemin yazmak üzere kağıdın üzerinde gezinmesi ve yazma işlemi bittiğinde kağıdın üzerinde kaldırılmasına benzer. Galvanometre aktarmalı aynaların hareketi bilgisayar kontrollüdür. Bilgisayarlar sıklıkla masa üstü kişisel bilgisayarlarıdırlar (PC) ve çok geniş bir yazılım yelpazesi kullanarak (kelime işlemciler, CAD sistemleri, veri tabanları vb.) işaretleme bilgilerini uygulayabilirler.

Yönlendirilen demet sistemleri 160x160 mm'ye kadar büyük ve geniş alanlarda yüksek kaliteli işaretleme yapmak için kullanılabilirler. İşaretlenecek alanın ebadı sebebi ile özel düz alanlı lensler kullanılmaktadır. Bu sayede, lensin merkez hattından çok uzakta işaretleme yaparak odaklama noktasının optimum konumunun işaretlenecek yüzeyden sapması sonucunu engellenir ve baskı kalitesinde düşüklük ortaya çıkması engellenmiş olur.

Bu sistemler sadece gerekli çizgilerin çekilmesi için kullanıldıklarından lazer demetini son derece etkin uygulayabilirler. Bu sayede düşük güç kullanan (10-20W) hava soğutmalı Karbon Dioksit lazerlerin düşük maliyetli giriş düzeyi sistemlerinde kullanılması mümkün olur.

Diyagram 3
Yönlendirilen Demet Lazerleri




Gelişen teknoloji ile beraber artan galvanometre hızları ve hesaplama gücü maliyetindeki düşüşler sayesinde sistemler artık üzerine kodlanacak ürüne düşük ivmelerde harekete başlayabilmektedirler. Fakat düşük ivmelerde dahi işaretleme alanı büyük ölçüde düşmekte, köşeler yuvarlaklaşmakta, kalın karakterler verilememekte ve çok sınırlı yazı büyüklükleri ile grafik yetenekleri ile uğraşılmak durumunda kalınmaktadır.

Mask Lazerler
İlk olarak 1970lerin başında kullanılmaya başlanan bu sistemler genel olarak 25x28 mm büyüklüğünde bir profil alan üzerinde atımlı lazer demeti kullanırlar. Demet gerekli kod ya da görüntünün gravürlendiği (oyulduğu, kazıldığı) ince metal bir maskeyi aydınlatır. Maske metaline vuran lazer ışığı yansıtılır ya da kaybolur. Maskeden geçen ışık ise bir lens aracılığı ile toplanır ve ürünün üzerine iletilir. Bu süreç ile oluşturulan görüntü maske üzerine kalıbın en ince detayları gravürlendiğinde dahi kaybolmaz (tekrarlar). Görüntünün ya da kodun ebatları maske, lens ya da ürünün doğru konum seçimi ile ayarlanabilir.

Diyagram 4
Mask lazerler




Lazerler genellikle yüksek zirve gücüne sahip (2-12 MW) olan ve kısa bir atım süresi (3-6µs) kullanan CO2TEA (Tersine Hareketlendirilmiş, Atmosferik Basınç) tipindedir. Bu iki özellik ve tüm görüntünün bir kerede uygulanabilmesi durumu mask lazerlere eşsiz bir kodlama kapasitesi verirler. Çok yüksek hızlarda hareket ederek (500m/dakikadan daha büyük hızlar) yüksek hızlı şişeleme hatlarında (örneğin bira dolum hatları) son uygulama için ideal işlev görürler. Bu lazerler küçük son kullanım tarihi ve parti kodları kodlamalarını saniyede 30 ürün gibi bir ölçekte gerçekleştirmek için gerekli zirve gücünü üretebilirler. Daha ufak 3 ila 5 rakamlı kodlar saniyede 100 ürün ölçeğinde basılabilirler.

Kod metal maskelere gravürlendiğinden kod formatı sabitlenir ve doğallıkla yeni bir maske takılması sureti ile yeni bir kod elde edilebilir. Bu sınırlama kod bilgilerini bilgisayar kontrollü döner disklere yerleştirip otomatik süre, tarih ve numerik kodlama yapılması suretiyle aşılabilir. Bununla beraber formatlar hızlı bir şekilde değiştirilemezler ve disk birimleri zaten pahalı olan sisteme önemli ek maliyetler getirirler.

Genel olarak bu sistemler büyüktür, dış soğutma birimleri gerektirler ve dış gaz kaynakları kullanırlar. Ayrıca, belli bir hatta uymak üzere tasarlanırlar ve sadece o hatta kullanılabilirler.

Nokta Matrisli Lazerler

İlk olarak 1980lerin sonlarında kullanılmaya başlanmışlardır. Bu lazerler programlanabilir ve esnek lazer kodlaması için geliştirilmişlerdir ve lazer ile işaretlemenin kullanım çeşitliliğinin artmasını ve bu teknolojinin uygulanma alanlarının genişletilmesini amaçlarlar.

Kod işaretleme sistemine bir klavye aracılığı ile programlanır. Mikroişlemciler kodu noktalardan oluşmuş bir kalıp haline getirirler ve lazerin aktivasyonu, tarama sistemi kontrolü (kullanılıyorsa) ve kodlanacak ürünün hareketini senkronize halde tutarak her bir noktanın üründe doğru bir şekilde konumlanmasını sağlarlar.

Bu ürün ailesi için üç farklı teknoloji geliştirilmiştir.

- Lazer dizisi
- Döner Poligon (Döner Ayna olarak da adlandırılmaktadır)
- Acousto-optik

Lazer Dizisi: İsminden de anlaşılabileceği gibi bir lazer dizisi, genellikle, 5 ya da 7 yükseklikli matristen oluşan karakterleri basmak için kullanılır. Her bir lazer 5 ya da 7 noktadan oluşan dikey bir sütundaki (raster) sabit konumlara bir noktayı basar; her bir lazer noktanın gerekip gerekmediği durumuna bağlı olarak çalışır ya da kapanır.

Bu sistem genellikle saniyede 35,000 nokta (rakama lazer sayısını tek bir lazerin maksimum atım oranı ile çarparak ulaşılmıştır) hızı ile en hızlı baskı oranına sahiptir. Fakat karakter formatları 5 ya da 7 yükseklikli matrislerle sınırlanmıştır. Ayrıca, uzun süreklilik gereken durumlarda noktaların yatay düzlemde çekilmesi ve bunun sonucunda baskı kalitesinin düşmesi sonuçları görülebilmektedir.

İki çizgili (satırlı) kodlar ya ikinci bir baskı başı ve güç kaynağı ya da metnin bir çizgisinin bir konumda basılıp daha sonra ikinci metin çizgisine geçiş yapmayı sağlayan demet değiştirme sistemi (demet anahtarı) ile gerçekleştirilebilirler. İki metin çizgisi farklı yükseklikli tek bir sıra metin olarak istenilen kesinlikle hizalanamamaktadır (10 ya da 14 nokta yükseklik).

Basit optik sistem lazer demetinin verimli kullanımına imkan vermektedir ve lazerlerin güçleri düşüşe başladığından fişten çekilip yenileri ile değiştirilmelerini mümkün kılmaktadır. Bununla beraber yeni tüpün hizalanması tam da istenildiği şekilde olamayabilmektedir ve, baskı kalitesinde tutarsızlık anlamına gelen, ayrıca eski tüpten daha parlak noktalar üretmektedir.

Diyagram 5
Lazer Dizisi




Döner Poligon: Bu sistemde yüksek hızlı döner bir poligon (çok yüzlü bir ayna) gereken her nokta için açık olan ilgili lazeri kullanarak her bir lazer demetini ardıl dizide, (sekanslı) karakterin üstünden altına ya da başka farklı şekillerde, her bir nokta pozisyonuna sektirir. Baskının yapılamayacağı belli bir süre (genel olarak 1,5 x devam süresi) bulunmaktadır. Bu süre aynanın köşesinin lazer demeti yolundan geçerken geçen zamandır. Bu doğallıkla maksimum baskı hızının düşmesine yol açar.

Nokta oluşumu oranı ve dolayısıyla baskı hızı hem lazerin açılma kapanma süreleri hem de devam süresi ile sınırlıdır. Bu sınırlama optik sisteme ürün baskı başından geçerken ürünü izleyebilen galvanometre aktarmalı aynalar takılarak bertaraf edilebilir.


Diyagram 6
Döner poligon




Poligonlar çok yüksek hızda döndüklerinden dolayı hızı hızlı bir şekilde değiştirmek zordur. Sonuç olarak üretim hattı hızlanıp yavaşladıkça basılı kodlar çekilirler ve sıkışırlar. Noktalar dikey tarama ile oluştuklarından uzun devam sürelerinde uzun oval noktalar oluşabilir ve bu da baskının görünümünü olumsuz bir şekilde etkileyebilir.

Döner poligonlar nispeten düşük maliyetlidirler ve lazer demetlerinin yüksek verimlilikle kullanılmasına imkan verirler. (genellikle % 99 verim).

Acousto-Optik: Burada lazer demeti akusto-optik bir kristalin içinden geçer ve kristalden bir ses dalgası uygulaması ile sektirilir. Sekmenin derecesi ses dalgasının frekansına bağlıdır.

Bu frekansı değiştirerek farklı baskı pozisyonları doğru bir şekilde bir mikro saniye içinde seçilebilir ve böylece en doğru ve en hızlı sektirme teknolojisi kullanılmış olur. Bu sistemde noktaların oluşturulabileceği maksimum oran sektiricinin (deflektör) fiziki özelliklerine bağlıdır.

Bu cihazlar lazer demetinin belli bir oranını emmeleri ve emilen gücün aktif soğutma ile atılması gerekliliğinden dolayı belli bir maksimum ortalama lazer gücü (genellikle 120 W) mevcut olmaktadır.

Diyagram 7
Akusto Optik




Maksimum etki ile kullanıldığında bu tip bir sistem matbaa harfine yakın kalitede bir baskıyı verebilir.

Optik sisteme galvanometre aktarmalı aynalar takmak sureti ile lazer demeti ürün baskı başını geçerken ürünü takip edebilir. Böylece nokta oluşturma hızı ve dolayısıyla baskı hızı geliştirilebilir.

Kriterlerin Konulması ve Performans

Hem ürünün kodlanması hem de kodlanma hızını etkileyen birçok parametre bulunmaktadır. Nokta matris kodlaması ile ilgili parametrelerin kısa bir listesi şöylece verilmiştir.

Emilim (Absorption): Çıplak metaller CO2 lazer ışığı yansıtırlar ve kodlanamazlar. Emilim yapacak bir kaplama gereklidir. Bazı plastikler Karbon Dioksit lazer ışığını iletirler ve kodlanamazlar. Plastiğe ışığı emen katkı maddeleri eklemek ya da farklı dalga boyu kullanan bir lazer konulması (örneğin Nd:TAG lazeri) gereklidir.

Devamlılık Süresi: Farklı malzemeler kodun oluşumu için farklı enerji yoğunlukları gerektirirler. Daha yüksek devamlılık süresi maksimum kodlama hızını yavaşlatır. Örneğin dönüştürülmüş kartonda basılı mürekkep genellikle yüzeye daha derin olarak absorbe olur ve lazer bunu kazımak için daha uzun devamlılık süresine ihtiyaç duyar.

Yüzey İşlemi: Yüzeyde cilalı bir kaplama varsa lazer yüzeye kodlama yapmadan önce bu cilayı kaldırmak zorundadır ve daha yüksek bir enerji yoğunluğu gerekecektir.

Baskı Yüksekliği (koddaki dikey nokta sayısı/metin satır sayısı): Dikey bir hattaki nokta sayısı arttıkça o hattın basılma süresi de uzar. Bu yüzden işlem yavaşlar.

Güvenlik

Lazerlerle çalışırken güvenlikten bahsetmemek gaf anlamına gelir. Bugün tüm dünyada sektörde kullanılmak üzere kurulu on binlerce lazer bulunmaktadır ve bu evrakta anlatılan işaretleme lazerleri ile aynı güvenlik sınıflandırması kurallarına tabi olarak çalışmaktadırlar. Diğer tip makineler için de kullanılan birkaç basit mühendislik tasarım kuralı kullanılarak (koruma, kilitleme vb.) operatörlerin lazer demetlerine temas etmemeleri ve yaralanmamaları kolaylıkla sağlanabilir.

Lazer Kodlamasının Faydaları

Lazer ile kodlama yapmak mümkün olduğun aşağıdaki avantajlar göz önüne alınmaktadır:
Çıkartılamaz Kodlar: Kodlar yüzeye gravürlenirler (yetkisiz silme, üzerinde oynana gibi şeyler mümkün olmaz)
Yüksek Kaliteli Kodlar: Bazı sistemler matbaa baskısı kalitesinde baskı sağlarlar. Temiz Kodlar: Ek malzeme gerekliliği yoktur, lazer işaretleme sisteminde tam bir yan ürün çıkışı sağlanır.
Düşük Bakım: Minimum haftalık kontrol, 4,000 saatlik servis aralıkları
Yüksek Güvenilirlik: Bazı sektörlerde kodlama yasal bir gerekliliktir ve kodlama olmadan ürün satılamaz. Bu durumda güvenilirlik kritik bir faktördür. Lazer kodlar ve ilgili makineleri en güvenilir kodlar ve kodlama cihazları olarak kendilerini kanıtlamışlardır.
Temassızlık Özelliği: Yüksek hızda baskı yapılır ve baskı yapılacak yüzeye herhangi bir temas gerektirmezler.
Programlanabilirlik: basılacak farklı bilgileri kullanmayı sağlar.

Gelecek

Lazer teknolojisi bir bütün olarak hızlı bir şekilde ilerlemektedir fakat bu ilerlemenin kodlama ve işaretleme uygulamaları ile ilgili çok da geniş değildir. Başka bir deyişle değişimler devrimci nitelikten çok evrimci bir nitelikte gerçekleşmektedirler. Bununla beraber lazer işaretleme sistemleri geliştiricileri sistemleri her zaman için aşağıdaki hedeflere ulaştırmak amacı ile çalışmalarına devam etmektedirler:
. daha hızlı kodlama ve daha büyük alanlar üzerinde kodlama
. daha kompakt
. daha ucuz

Kullanıcılar için bu amaçların gerçekleştirilmesi nihayette daha güçlü daha esnek ve daha ucuz sistemler anlamına gelecektir.

Genel Lazer Terimleri


CW (Sürekli Dalga) Lazeri: Demeti sürekli yayan lazer (atımlı lazer ile kıyaslanır) Devamlılık Süresi: Lazer bir nokta basmak için alt katmanda kaldığı süre Demet Modu: Bir lazer demetindeki enerji dağılımı Demet Derinliği (Büyümesi): Lazer demetinin lazer kaynağından çıkışı sonrasında kaç yarıçap büyüme sergilediği

Diyagram 8
Işın Modu




Diyagram 9
Işın Derinliği







 
Anasayfa   |   Şirket Profili   |   Ürünler   |   Teknolojiler   |   Teknik Destek   |   Sektörünüz & Çözümümüz   |   Referanslar&Uygulamalar   |   İletişim

2017 © 869TR TÜRKİYE'DE KODLAMANIN ADRESİ | YASAL UYARI