Coherent LASER FRAMEWORK助力西门子在其数字工厂中生成标记

时间： 2024-07-12 来源：COHERENT官网

技术问答

借助 COHERENT 应用程序开发支持和 Coherent 出品的 Laser FrameWork 软件，西门子能够成功实施其 ID Link 制造计划。

制造商越来越需要在其产品上放置独特的识别标记。其中一部分原因是为了满足政府规定的法规要求。工业用户和消费者对详细的产品可追溯性的需求也越来越大。

政府和行业还希望制造商减少碳足迹并使用更环保的方法制造产品。但这些对更好的可追溯性和文档记录的要求以及更环保的生产方法有时会发生冲突。在满足合规性标准时尤其如此，因为合规性标准通常会产生大量纸质文档。

制造业领导者西门子公司开发了一种有效的方法来满足这两种需求，即“ID Link”计划 – 一种全数字化的产品文档记录方法。 Coherent 生产的精密激光打标系统（可产生高精度标记并无缝集成到数字工厂中）是将 ID Link 计划投入生产的关键支持技术。

打标挑战

在大批量生产环境中生成 ID Link 标记是重大的技术挑战。其中一些挑战与标记本身有关。具体来说，ID Link 二维码包含大量数据。如果产品本身很小，则必须以非常高的分辨率生成此标记以保持可读性。

此外，在打标期间，通常不仅仅写入 ID Link。此时通常还有许多其他标记和符号。图 1 显示了 Siemens Factory Automation 集团的典型产品。它实际上在两侧都有标记。

在生成此特定设备上所需的一组标记时，还有其他一些问题。一个问题是设备的一部分表面会嵌入设备内部。也就是说，它比表面的其他部分低。因此，打标系统必须能够重新聚焦以在整个表面上提供高分辨率标记。

此外，LED 指示灯旁边还放置了几个标记。这使得标记的绝对位置很重要。所以每个数字都必须出现在正确的 LED 旁边。此外，西门子希望部件与部件之间具有良好的一致性 – 每个部件上的标记与 LED 的距离应始终相同。

由于许多西门子工业自动化产品的产量非常大，因此制作这些标记的难度更大。因此，指定过程（比如对所有这些标识符进行打标）的节拍时间必须很短。只能有几秒钟。

在生产中实施 ID Link 的另一项挑战与软件相关。特别是，打标系统必须与其他工厂自动化和制造执行系统 (MES) 相连接，以接收正确识别零件所需的信息，然后获取标记本身的具体信息（序列号等）。打标后，激光系统必须将成品零件的相关数据传回生产控制软件。

打标系统开发

“我们从未考虑过在该应用中使用任何非激光打标技术，”Siemens ID Link 项目经理 Tobias Mittnacht 指出。 “我们正在大量生产高价值产品，我们想要一个清晰的标记，既美观又与我们零件的质量和感知价值相符。另外，标记必须是不可磨灭的；这些零件大多数由用户进行处理，我们不希望标记脱落或弄脏。

“此外，我们需要能够快速生成这些标记，并随着生产线上不同零件的变化快速改变标记图案。最后，为了将标记完全集成到我们的数字工厂中，我们需要让打标系统根据来自我们 PLM 系统的数据自动生成每个唯一标记。激光打标是唯一能够满足所有这些要求的技术，”Herbert Biller 补充道。

在这种情况下制作实际标记需要去除一层薄薄的深色热塑性塑料，以露出其下方的浅色塑料。红外 Nd:YAG 激光器是完成这项任务的理想光源。在某些情况下，特定聚合物在红外光中吸收不佳，可使用紫外 Nd:YAG 激光器代替。

Coherent 为此应用提供的硬件解决方案是 PowerLine E25 激光打标引擎。这款引擎将 Nd:YAG 激光器与 xy 检流计扫描仪和 F-theta 扫描透镜以及所有必要的控制电子设备集成在一起。实际生产系统采用两路激光器同时在器件两侧独立打标。扫描仪中使用快速聚焦模块，将表面标记为具有两个不同的层次。这使无论表面高度如何，扫描仪都能够重新聚焦并生成尽可能清晰的标记。

实现所需标记放置精度的关键因素是集成式透镜 (TTL) 视觉系统 PartVision。该系统能够在打标之前检查和验证零件，并告诉扫描仪如何调整由材料处理和零件运输公差引起的位置变化。

PartVision 是必需的，因为它避免了视觉系统的视图与激光扫描仪视图之间的任何不匹配情形。这个相同的视觉系统用于打标后检查。

与数字工厂整合

“我们选择与 Coherent 合作，因为他们是唯一一家提供我们所需垂直整合程度的激光公司。特别是，这意味着能够提供激光硬件和应用帮助来改进工艺配方。这包括有能力和愿意开发将打标机顺利集成到我们的数字工厂所需的所有软件层，”新机器和新产品简介部门主管 Bernhard Mayer 指出。

“我认为 Coherent 能够如此迅速地实现这种软件集成是因为 Laser FrameWork。它不仅仅是用于快速定义新工艺配方的用户界面和环境。它还是一个框架，可以实现与数字工厂中其他元素的连接。”

“Laser FrameWork 为我们提供的另一个优势是视觉系统的无缝集成。标记放置精度对我们来说非常重要，再加上我们的应用程序需要高速运行。根据我们的经验，当您将第三方供应商的视觉系统添加到激光打标子系统中时，很难实现这些目标。它需要一个嵌入式视觉系统来提供我们需要的按需精度水平。”

Tobias Mittnacht 指出，“Laser FrameWork 灵活性的一个例子，加上 Coherent 支持我们的特定需求的意愿，体现在为 ID Link 实施周围框架。此框架必须动态适应二维码大小。 Coherent 是第一家在其软件中提供此功能的激光器制造商。”

Herbert Biller 补充道，“Laser FrameWork 的最后一个优势是它可以向后兼容。我们拥有大量 Coherent 打标系统客户群。我们可以使用 Laser FrameWork 将这些客户升级到我们当前的标准。这为我们节省了大量资本支出。”

数字化制造正变得越来越流行，因为它使公司能够更快地响应不断变化的需求、提高生产效率、减少劳动量并提高质量。 Coherent 出品的 Laser FrameWork 使 Coherent 的激光器能够在数字环境中成功运行。而且， Coherent 支持开发基于 Laser FrameWork 的应用程序，从而可以快速将这些解决方案投入生产。

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