Laser Framework erzeugt Markierungen in der Siemens Digital Factory

Hersteller müssen ihre Produkte zunehmend mit eindeutigen Kennzeichnungen versehen. Dies geschieht zum Teil, um die gesetzlichen Vorschriften zu erfüllen. Auch die Nachfrage von Industrieanwendern und Verbrauchern nach einer detaillierten Rückverfolgbarkeit der Produkte nimmt stetig zu. 

Regierung und Industrie erwarten zudem von den Herstellern, dass sie ihren CO₂-Fußabdruck verringern und ihre Produkte auf umweltfreundlichere Weise herstellen. Diese Anforderungen an eine bessere Rückverfolgbarkeit und Dokumentation stehen jedoch mitunter im Widerspruch zu umweltfreundlicheren Produktionsmethoden. Dies gilt insbesondere bei der Einhaltung von Compliance-Standards, da diese in der Regel einen hohen Papieraufwand mit sich bringen.

Der führende Fertigungskonzern Siemens hat mit dem „ID Link“-Programm eine effektive Methode entwickelt, um diesen beiden Anforderungen gerecht zu werden – ein vollständig digitalisiertes Verfahren zur Produktdokumentation. Die Coherent Präzisions-Lasermarkiersysteme (die hochpräzise Markierungen erzeugen und sich nahtlos in die digitale Fabrik integrieren lassen) sind die entscheidende Technologie, die die Umsetzung des ID Link-Programms in der Produktion ermöglicht. 

Herausforderungen bei der Kennzeichnung

Die Erstellung von ID-Link-Codes in einer Massenproduktionsumgebung stellt eine große technische Herausforderung dar. Einige dieser Herausforderungen hängen mit den Codes selbst zusammen. Konkret enthalten ID-Link-QR-Codes eine große Datenmenge. Ist das Produkt selbst sehr klein, muss der Code mit sehr hoher Auflösung erstellt werden, um die Lesbarkeit zu gewährleisten. 

Darüber hinaus wird während des Markierungsvorgangs in der Regel nicht nur der ID-Link eingraviert. Oft kommen noch zahlreiche weitere Markierungen und Symbole hinzu. Abbildung 1 zeigt ein typisches Produkt der Siemens-Gruppe „Factory Automation“. Es ist tatsächlich auf beiden Seiten markiert. 

Bei der Erstellung der für dieses spezielle Gerät erforderlichen Markierungen treten noch einige weitere Probleme auf. Ein Problem besteht darin, dass ein Teil der Oberfläche des Geräts in das Innere des Geräts hineinragt. Das heißt, dieser Bereich liegt tiefer als der Rest der Oberfläche. Daher muss das Markierungssystem in der Lage sein, die Fokussierung anzupassen, um auf der gesamten Oberfläche hochauflösende Markierungen zu erzielen. 

Außerdem befinden sich neben den LED-Anzeigen mehrere Markierungen. Dadurch kommt der absoluten Position der Markierungen eine große Bedeutung zu. Daher muss jede Zahl genau neben der richtigen LED stehen. Darüber hinaus legt Siemens Wert auf eine hohe Konsistenz zwischen den einzelnen Bauteilen – der Abstand zwischen den Markierungen auf jedem Bauteil und den LEDs sollte stets gleich sein.

Da viele Produkte der Siemens-Industrieautomation in sehr großen Stückzahlen hergestellt werden, ist die Anbringung dieser Kennzeichnungen besonders anspruchsvoll. Daher muss die Taktzeit für den jeweiligen Prozess – beispielsweise das Anbringen all dieser Kennzeichnungen – sehr kurz sein. Sie darf nur wenige Sekunden betragen. 

Eine weitere Herausforderung bei der Implementierung von ID Link in der Produktion betrifft die Software. Insbesondere muss das Markierungssystem mit anderen Fabrikautomations- und Fertigungssteuerungssystemen (MES) verbunden sein, um die für die korrekte Identifizierung der Teile erforderlichen Informationen zu empfangen und anschließend die spezifischen Daten der Markierung selbst (z. B. Seriennummern) abzurufen. Nach der Markierung muss das Lasersystem die relevanten Daten der fertigen Teile an die Produktionssteuerungssoftware zurücksenden. 

Entwicklung von Markierungssystemen

„Wir haben nie in Betracht gezogen, in dieser Anwendung eine andere Technologie als die Laserbeschriftung einzusetzen“, betont Tobias Mittnacht, Projektleiter bei Siemens ID Link. „Wir produzieren hochwertige Produkte in großen Stückzahlen und wünschen uns eine klare Beschriftung, die sowohl ästhetisch ansprechend ist als auch der Qualität und dem wahrgenommenen Wert unserer Teile entspricht. Außerdem muss die Beschriftung unauslöschlich sein; die meisten dieser Teile werden vom Anwender weiterverarbeitet, und wir möchten nicht, dass die Beschriftung abblättert oder verschmutzt.“

„Außerdem müssen wir in der Lage sein, diese Markierungen schnell zu erzeugen und die Markierungsmuster rasch an die unterschiedlichen Teile in der Produktionslinie anzupassen. Und schließlich müssen wir, um die Markierungen vollständig in unsere digitale Fabrik zu integrieren, das Markierungssystem so einrichten, dass es jede einzelne Markierung automatisch auf der Grundlage der Daten aus unserem PLM-System generiert. Die Lasermarkierung ist die einzige Technologie, die all diese Anforderungen erfüllt“, fügte Herbert Biller hinzu.

In diesem Fall muss zur Herstellung der Markierung eine dünne Schicht aus dunklem thermoplastischem Kunststoff abgetragen werden, um den darunterliegenden hellen Kunststoff freizulegen. Infrarot-Nd:YAG-Laser sind die ideale Lichtquelle für diese Aufgabe. In bestimmten Fällen, in denen bestimmte Polymere Infrarotstrahlung nur schlecht absorbieren, können stattdessen UV-Nd:YAG-Laser verwendet werden. 

Die Coherent angebotene Hardware-Lösung ist die LasermarkierungsmaschinePowerLine . Diese Engine vereint einen Nd:YAG-Laser mit einem XY-Galvanometer-Scanner und einer F-Theta-Scanningslinse sowie der gesamten erforderlichen Steuerelektronik. In der Praxis werden in Produktionssystemen zwei Laser eingesetzt, die unabhängig voneinander auf beiden Seiten des Bauteils markieren. Im Scanner kommt ein Schnellfokussiermodul zum Einsatz, das die Oberfläche in zwei unterschiedliche Ebenen unterteilt. Dadurch kann der Scanner unabhängig von der Oberflächenhöhe neu fokussieren und eine möglichst klare Markierung erzeugen.

Ein entscheidender Faktor für die erforderliche Präzision bei der Markierungsplatzierung ist das integrierte Linsen-Bildverarbeitungssystem (TTL) PartVision. Dieses System überprüft und verifiziert die Teile vor der Markierung und gibt dem Scanner Anweisungen, wie er Positionsabweichungen ausgleichen kann, die durch Toleranzen bei der Materialhandhabung und beim Transport der Teile entstehen.

PartVision ist erforderlich, da es jegliche Abweichungen zwischen der Sicht des Bildverarbeitungssystems und der des Laserscanners verhindert. Dasselbe Bildverarbeitungssystem wird auch für die Nachprüfung der Markierungen verwendet.

Integration in die digitale Fabrik

„Wir haben uns für Coherent mit Coherent entschieden Coherent da dies der einzige Laserhersteller ist, der den von uns benötigten Grad an vertikaler Integration bietet. Das bedeutet insbesondere, dass Laserhardware und anwendungsbezogene Unterstützung zur Optimierung der Prozessrezepturen bereitgestellt werden können. Dazu gehört auch die Fähigkeit und Bereitschaft, alle erforderlichen Softwareebenen zu entwickeln, die für die reibungslose Integration der Markiermaschine in unsere digitale Fabrik notwendig sind“, erklärt Bernhard Mayer, Leiter der Abteilung für neue Maschinen und Produktvorstellungen. 

„Meiner Meinung nach ist es dem Laser FrameWorkzu verdanken, dass Coherent diese Softwareintegration so schnell Coherent . Es handelt sich dabei nicht nur um eine Benutzeroberfläche und eine Umgebung zur schnellen Definition neuer Prozessrezepte. Es ist auch ein Framework, das die Anbindung an andere Elemente der digitalen Fabrik ermöglicht.“

„Ein weiterer Vorteil, den uns Laser FrameWork bietet, ist die nahtlose Integration des Bildverarbeitungssystems. Die Präzision bei der Markierungsplatzierung ist für uns von entscheidender Bedeutung, und zudem müssen unsere Anwendungen mit hoher Geschwindigkeit laufen. Nach unserer Erfahrung ist es schwierig, diese Ziele zu erreichen, wenn man ein Bildverarbeitungssystem eines Drittanbieters in das Lasermarkierungs-Subsystem integriert. Es bedarf eines eingebetteten Bildverarbeitungssystems, um das von uns benötigte Maß an Präzision zu gewährleisten.“

Tobias Mittnacht erklärte: „Ein Beispiel für die Flexibilität von Laser FrameWork sowie die Bereitschaft Coherent spezifischen Anforderungen Coherent , zeigt sich in der Umsetzung des Rahmenkonzepts für ID Link. Dieser Rahmen muss sich dynamisch an die Größe des QR-Codes anpassen. Coherent , der diese Funktion in Coherent Software anbietet.“ 

Herbert Biller fügte hinzu: „Ein weiterer Vorteil von Laser FrameWork ist die Abwärtskompatibilität. Wir verfügen über Coherent großen Coherent . Mit Laser FrameWork können wir diese Kunden auf unseren aktuellen Standard aufrüsten. Das spart uns erhebliche Investitionskosten.“ 

Die digitale Fertigung gewinnt zunehmend an Bedeutung, da sie es Unternehmen ermöglicht, schneller auf sich ändernde Anforderungen zu reagieren, die Produktionseffizienz zu steigern, den Arbeitsaufwand zu reduzieren und die Qualität zu verbessern. Mit Coherent Laser FrameWork Coherent lassen sich Coherent erfolgreich in einer digitalen Umgebung einsetzen. Darüber hinaus Coherent die Entwicklung von Anwendungen auf Basis des Laser FrameWork, wodurch diese Lösungen schnell in die Produktion übernommen werden können. 

Weitere Erfolgsgeschichten anzeigen