Optionen zur Automatisierung der industriellen Lasermarkierung

Von der Markierungsausrichtungssoftware bis hin zu Tray-Infeed-Modulen sind Lasermarkierungslösungen maßgeschneidert.

Heutzutage fordern industrielle Hersteller zunehmend die Rückverfolgbarkeit von Teilen. Ob im Medizin-, Automobil- oder Elektronikbereich; Verwendung von Kunststoffen oder Metallen; oder bei der Herstellung von Geräten, Werkzeugen oder Formen profitieren sie davon, dass jedes Teil eindeutig identifizierbar ist. Die Laserbeschriftung erreicht dies in bester Qualität und spart gleichzeitig Zeit und Produktionskosten. Darüber hinaus gibt es eine Vielzahl von Anpassungsmöglichkeiten, die in Verbindung mit Laserbeschriftungsarbeitsplätzen verwendet werden können, um diese für bestimmte Anwendungen noch effizienter zu machen. Im Folgenden untersuchen wir diese Technologien und bieten Lösungen für die Lasermarkierung von Teilen aller Art.

Die Wahl des geeigneten Markiersystems und einer möglichen Automatisierung hängt von der Art, Menge und dem Material der Werkstücke sowie der erforderlichen Größe des Markierfeldes ab. Auch die gewünschte Sichtkontrolle vor, während und nach der Markierung ist zu berücksichtigen. Hinzu kommen die eigentlichen Automatisierungsprozesse: Be- und Entladen, Pick-and-Place-Vorgänge, Stapeln, Sortieren, Verpacken und Reinigen. Schließlich kommt die Wahl zwischen einem halbautomatischen oder einem vollautomatischen System.

Im Vordergrund des Prozesses steht natürlich die Möglichkeit, die Lasermarkierung exakt dort zu positionieren, wo sie auf dem Produkt vorgesehen ist. Mit Hilfe einer integrierten Kamera und entsprechender Software ist es möglich, diese Funktion nicht nur zu automatisieren, sondern auch mit gleichbleibender Genauigkeit wiederholbar zu machen. Die Markierungsausrichtung durch automatisierte optische Teileerkennung ermöglicht beispielsweise eine präzise Markierungsplatzierung sowie eine softwaregesteuerte Inspektion während des gesamten Prozesses. Die richtige Software kann den Zeit- und Arbeitsaufwand für die manuelle Ausrichtung von Teilen am Laser sowie die erheblichen Kosten für die Entwicklung, Herstellung, Validierung und Wartung von Produktionsvorrichtungen drastisch reduzieren. Mosaik™, eine patentierte Komponente der Markierungssoftware FOBA MarkUS, nutzt die interne Kamera des Lasers, um mehrere kleine Bilder eines oder mehrerer Teile im Markierungsfeld aufzunehmen und ein großes, unverzerrtes Bild zu erstellen. Dies ermöglicht eine vorrichtungslose Ausrichtung von Teilen, die frei im Beschriftungsfeld platziert werden können. Dies ist besonders nützlich bei der Herstellung medizinischer Geräte, wo es erhebliche Unterschiede in Art, Material und Form der Produkte gibt. Durch die große Anzahl an Stock Keeping Units (SKUs) in Verbindung mit kleinen Losgrößen ergeben sich auch vielfältige Anforderungen an die Kennzeichnung. Mit verschiedenen möglichen Automatisierungsgraden und -arten Auch die technische Integration eines Laserbeschriftungssystems und eines Automatisierungssystems oder gar eines Roboters erfordert reibungslose Schnittstellen. Insbesondere erfordert die integrierte Kameralösung von FOBA keine zusätzliche Validierung mit separater Kamerasoftware für die Teilekennzeichnung medizinischer Geräte. Alle Elemente des Markierungsprozesses, einschließlich Kamera und Beleuchtung, werden von einer einzigen Software gesteuert. Unter Berücksichtigung der Anforderungen beim Be- und Entladen werden wir als Nächstes verschiedene Optionen mit unterschiedlichem Grad an Autonomie zur Bewältigung dieser mühsamen Aufgabe untersuchen.

Es kann hilfreich sein, sich zunächst das Beispiel der Zusatzlösungen des Spezialisten für direkte Teilelasermarkierung unter Verwendung des Industrieroboters „Horst“ von Fruitcore Robotics anzusehen. Diese Fallstudie zeigt, wie eine robotergestützte halbautomatische Lasermarkierungslösung aussehen kann: Die Markierungssoftware weist den Roboter an, jeweils ein Tablett mit einem medizinischen Instrumenten- oder Implantattyp aus einem Wagen zu entnehmen. Anschließend platziert Horst es in der geräumigen Schutzkabine einer FOBA M3000-P Laserbeschriftungsstation (Abbildung 1). Die integrierte Kamera ermöglicht eine automatische Inspektion der Teile und sorgt für eine präzise Ausrichtung, bevor sie mit dauerhaften UDI-Codes (Unique Device Identification) gekennzeichnet werden. Produktmanager Markus Vetter: „Die Markierungssoftware kann den Umriss (bzw. Konturumfang), die Größe oder fehlerhafte Zuordnungen erkennen und bei Bedarf einzelne Teile unterscheiden, die von der Markierung ausgeschlossen werden sollen.“ Nach der Lasermarkierung öffnet sich die Zugangstür zur Station, Der Roboter entnimmt das Tablett und ordnet es wieder dem ursprünglichen Einschubplatz im Servicewagen zu.

Für eine vollautomatische und besonders flexible Markierlösung kann je nach Losgröße ein Dockingmodul an einen Markierarbeitsplatz der FOBA M-Serie, M2000 oder M3000, angeschlossen werden. WeStore-Module des Schweizer Automatisierungsspezialisten Wenger sind ebenfalls in zwei Größen erhältlich und bieten eine nahtlose Integration (Abbildung 2), da die angedockte Zelle in Format und Aussehen an den Markierarbeitsplatz angepasst ist. Es kann mit bis zu 20 Paletten beladen werden, die über eine Linearkinematik einzeln in die Markiereinheit eingezogen werden.

Gängigere Lösungen sind eigens entwickelte Spezialmaschinen für die automatisierte Stapeltray-Beladung. Eine Anwendung, bei der dies nützlich ist, ist die sogenannte „Tag/Nacht-Markierung“, bei der Farbe von Kunststoff gelasert wird, um ein Wort oder Symbol zu erzeugen, das sowohl bei Licht als auch bei Dunkelheit beleuchtet wird – Armaturenbretter von Fahrzeugen und Flugzeugen sowie Bedienelemente oder Displays von Haushaltsgeräten sind typische Beispiele. Hierfür hat FOBA eine Lösung entwickelt, bei der autonome Greif- und Beladesysteme kontinuierlich Trays von einem Stapel zum Markierungsarbeitsplatz zuführen und so eine stundenlange, bedienerlose Großserienproduktion ermöglichen.

Markierungssysteme können auch individuell konfiguriert werden. Für Anwendungen mit kleinen Losgrößen oder Teilen, die besonders empfindlich oder schwierig zu markieren sind, wie etwa eine zylindrische Knochenschraube, wäre ein Roboter ein schlechter Ersatz für einen Menschen. Dennoch kann der Markierungsprozess durch zusätzliche Anpassungen optimiert werden. Das in den USA ansässige Unternehmen Centex Machining hat genau das mit einer Rotationseinheit (siehe Foto oben) und einer M3000 erreicht, eine Kombination, die die Herstellung erheblich vereinfacht hat. Das Unternehmen gibt an, einen Prozess integriert zu haben, der bisher 12 Einzelschritte und 18 Stunden Markierzeit erforderte; Jetzt dauert es nur noch drei Stunden – zwei Stunden für die Einrichtung und eine Stunde für die Markierung. Die Hinzufügung einer Lasermarkierungs-Workstation und ihrer verschiedenen Anpassungen (Abbildung 3) kann sowohl die Abläufe der Hersteller radikal verbessern als auch sicherstellen, dass sie für die Bewältigung neuer Herausforderungen gerüstet sind Chancen in ihren sich schnell verändernden Branchen. Für einen tieferen Einblick in die Lasermarkierung in der Medizinbranche steht außerdem ein kostenloses On-Demand-Webinar mit Dr. Faycal Benayad-Cherif von FOBA Laser Marking + Gravur zur Verfügung. Dr. Benayad-Cherif ist Experte für die Automatisierung von Lasermarkierungen und Entwickler mehrerer patentierter Lasermarkierungslösungen.

Philipp Febel ist Director Product Management bei FOBA und konzentriert sich auf die Entwicklung innovativer Lasermarkierungslösungen, die steigende Anforderungen an die Produktkennzeichnung in allen Branchen erfüllen. FOBA Laser Marking + Engraving (Marke der ALLTEC Angewandte Laserlicht Technologie GmbH) ist einer der führenden Anbieter von fortschrittlichen Laserbeschriftungssystemen. FOBA entwickelt und produziert Beschriftungslaser für die Integration sowie Laserbeschriftungsarbeitsplätze mit bildgestützten Beschriftungsabläufen. Mit seinen weltweiten Vertriebs- und Serviceniederlassungen und seinem Hauptsitz in der Nähe von Lübeck/Hamburg (Deutschland) ist ALLTEC/FOBA Teil der Danaher Corporation.

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