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Wissen · Prozess

Vorrichtung für die Laserbeschriftung: Werkstücke wiederholgenau aufnehmen

Die Parameter können stimmen und die Beschriftung sitzt trotzdem schief oder blass, weil das Teil bei jedem Auflegen ein wenig anders liegt. Eine passende Vorrichtung für die Laserbeschriftung legt Position und Fokushöhe fest und macht die Maschine erst serientauglich. Wir zeigen, wie Sie Aufnahmen planen, vom einfachen Anschlag bis zur pneumatischen Mehrfachaufnahme.

Auf einen Blick

  • Die Vorrichtung legt Lage in X und Y, Winkel und Fokushöhe jedes Teils fest
  • Bezugsfläche ist die Markierfläche, weil die Fokustiefe nur Bruchteile eines Millimeters bis etwa einen Millimeter beträgt
  • Mehrfachaufnahmen nutzen das Markierfeld aus und senken die Nebenzeit pro Teil
  • Im Strahlbereich keine blanken, spiegelnden Flächen und keine Kunststoffe, die schmelzen
  • Kamera-Lageerkennung ersetzt die Vorrichtung dort, wo Teile stark variieren

Wer eine Seriennummer auf ein Teil lasert, stellt zuerst die Parameter ein und merkt dann beim zehnten Teil, dass der Code zwei Millimeter weiter links sitzt als beim ersten. Die Ursache liegt fast nie im Laser. Das Teil liegt bei jedem Auflegen etwas anders. Eine Vorrichtung für die Laserbeschriftung löst genau dieses Problem: Sie legt fest, wo und wie hoch jedes Werkstück im Markierfeld liegt, und macht aus einer Beschriftung, die beim Muster gut aussah, einen reproduzierbaren Prozess.

Was eine Vorrichtung für die Laserbeschriftung festlegen muss

Der Galvo-Scanner setzt die Beschriftung exakt dorthin, wo die Software sie hinschickt. Er weiß aber nicht, wo das Teil liegt. Die Vorrichtung übernimmt diese Aufgabe und bestimmt drei Dinge.

Die Lage in X und Y entscheidet, ob Text und Code an der vorgesehenen Stelle sitzen. Bei einem Typenschild mit Rahmen oder einem Bauteil mit schmaler Markierfläche fällt schon ein Versatz von einem halben Millimeter auf. Dazu kommt der Winkel: Liegt ein rechteckiges Teil zwei Grad verdreht, läuft eine 60 mm lange Textzeile am Ende um gut zwei Millimeter aus der Flucht.

Am häufigsten unterschätzen Anwender die Höhe. Der Laserfokus hat nur eine geringe Tiefenschärfe, bei üblichen F-Theta-Objektiven sind das je nach Brennweite wenige Zehntelmillimeter bis etwa ein Millimeter. Liegt die Markierfläche darüber oder darunter, wird der Spot größer und die Energiedichte sinkt. Eine Schwarzmarkierung auf Edelstahl kippt dann ins Graue, obwohl an den Parametern nichts falsch ist. Wie Brennweite, Spotgröße und Markierfeld zusammenhängen, steht im Beitrag zu Galvo-Scanner und Brennweite.

Die Markierfläche ist der Bezug

Beim Konstruieren einer Werkstückaufnahme greifen viele zur naheliegenden Lösung und legen das Teil mit der Unterseite auf eine ebene Platte. Das funktioniert, solange die Teilhöhe eng toleriert ist. Bei Gussteilen, Schmiederohlingen oder gestapelten Blechen schwankt die Höhe aber oft um mehr als die Tiefenschärfe des Objektivs.

Besser referenzieren Sie auf die Fläche, die beschriftet wird. Das Teil liegt dann zum Beispiel kopfüber in einer Aufnahme, oder ein Federelement drückt es von unten gegen einen Anschlag auf Höhe der Markierfläche. So steht die Oberfläche bei jedem Teil auf derselben Höhe, egal wie dick das Teil darunter ist. Wo das konstruktiv nicht geht, hilft ein Autofokus, der die Höhe vor jeder Beschriftung misst und die Z-Achse nachstellt.

Nester, Anschläge und Passstifte

Für flache, prismatische Teile ist das 3-2-1-Prinzip die Grundlage: drei Punkte definieren die Auflageebene, zwei Punkte eine Kante, ein Punkt die Position entlang dieser Kante. Jeder weitere Anlagepunkt überbestimmt das Teil: Kommen Grat oder Späne dazwischen, wippt es.

In der Praxis heißt das: Ein gefrästes Nest mit etwas Spiel an zwei Seiten und festen Anlagen an den anderen beiden, oder eine ebene Platte mit Passstiften, gegen die der Bediener das Teil schiebt. Bei Teilen mit zwei Bohrungen sind zwei Stifte oft die einfachste und genaueste Lösung, weil sie Lage und Winkel gleichzeitig festlegen. Planen Sie an den Ecken der Nester Freistiche ein, damit Grat oder Kantenbruch nicht an der Anlage aufsitzt.

Runde Teile legen Sie in ein Prisma oder eine V-Aufnahme. Die Achse liegt damit fest, allerdings wandert die Höhe der Oberkante mit dem Durchmesser. Bei Wellen mit unterschiedlichen Durchmessern brauchen Sie entweder austauschbare Einsätze oder einen Höhenausgleich. Soll die Beschriftung rundum laufen, kommt eine Rotationsachse ins Spiel, mehr dazu unter Rundgravur mit der Rotationsachse.

Das richtige Material für die Aufnahme

Der Laserstrahl trifft früher oder später auch die Vorrichtung, spätestens wenn ein Teil fehlt oder die Beschriftung über den Rand hinausläuft. Das Material muss das aushalten.

Aluminium ist der Standard für die meisten Aufnahmen: leicht, gut zu fräsen, und ein Streifschuss hinterlässt nur eine Markierung. Schwarz eloxiert oder gestrahlt reflektiert es deutlich weniger als blank gefräst. Für Aufnahmen, die stark beansprucht werden oder an denen schwere Teile anschlagen, nehmen Sie Stahl. Kunststoffe wie POM oder 3D-gedruckte Teile sind für kleine Serien schnell gebaut und schonen empfindliche Oberflächen. Im Strahlbereich haben sie aber nichts zu suchen, weil sie schmelzen und Dämpfe abgeben, die Absaugung und Optik belasten.

Unter dem Markierbereich sollten keine polierten, spiegelnden Flächen liegen. Beim Faserlaser mit 1064 nm oder beim UV-Laser mit 355 nm kann reflektierte Strahlung das Ergebnis stören und in ungünstigen Fällen zurück in die Optik laufen. Bei dünnen Folien oder transparenten Teilen hilft eine Aussparung unter der Markierstelle, damit der Strahl nicht die Auflage darunter markiert.

Mehrfachaufnahmen: das Markierfeld ausnutzen

Bei kleinen Teilen dauert das eigentliche Lasern oft nur wenige Sekunden. Die meiste Zeit geht für Einlegen, Tür schließen, Starten und Entnehmen drauf. Eine Mehrfachaufnahme verteilt diese Nebenzeit auf viele Teile.

Ein Rechenbeispiel: Eine Hülse braucht vier Sekunden Laserzeit, das Handling eines einzelnen Teils dauert zehn Sekunden. Einzeln kommen Sie auf 14 Sekunden pro Teil. Liegen zwanzig Hülsen in einer Aufnahme und das Befüllen der ganzen Platte dauert zwei Minuten, sinkt die Zeit pro Teil auf etwa zehn Sekunden, weil Tür, Start und Entnahme nur einmal anfallen. Mit einer zweiten Platte, die der Bediener befüllt, während die erste im Laser liegt, fällt die Befüllzeit fast ganz aus der Taktzeit heraus.

In der Software legen Sie die Beschriftung als Array auf die Nester. Bei Seriennummern oder DataMatrix-Codes mit variablen Daten zählt der Zähler pro Nest weiter, wie im Beitrag zu Seriennummern und variablen Daten beschrieben. Achten Sie darauf, dass die Aufnahme innerhalb des Markierfelds bleibt oder dass eine X-Achse die Platte abschnittsweise unter den Scanner fährt. Am Rand des Markierfelds nimmt die Verzeichnung zu, die äußersten Nester sollten deshalb etwas Abstand zur Feldgrenze halten.

Vorrichtung im Programm einmessen

Eine neue Aufnahme muss einmal zur Beschriftung passen. Gehen Sie so vor:

  1. Aufnahme fest und reproduzierbar auf dem Arbeitstisch positionieren, am besten mit Passstiften oder Anschlagleisten im Tisch.
  2. Ein Musterteil einlegen und die Markierfläche per Z-Achse in den Fokus fahren. Die Fokushöhe notieren.
  3. Mit der Rahmenfahrt des Pilotlasers die Lage der Beschriftung auf dem Teil prüfen und im Programm verschieben, bis sie passt.
  4. Ein Probeteil lasern und die Position mit Messschieber oder Messlupe kontrollieren.
  5. Programm, Fokushöhe und die Kennung der Vorrichtung zusammen speichern.

Den letzten Schritt überspringen viele. Er ist aber der Grund, warum die Aufnahme nach drei Monaten wieder ohne Einrichten läuft. Eine eingravierte Nummer auf der Vorrichtung und derselbe Name im Programm verhindern Verwechslungen. Die Laserparameter selbst ermitteln Sie wie im Beitrag Laserparameter einstellen beschrieben, und zwar erst, wenn die Aufnahme steht.

Welche Lösung passt zu welcher Stückzahl

Für Muster und Einzelteile reicht meist ein Anschlagwinkel auf dem Rastertisch. Die Rahmenfahrt zeigt, ob das Teil richtig liegt, und bei wechselnden Teilen lohnt sich keine eigene Aufnahme.

Läuft dasselbe Teil regelmäßig in Losen von einigen Dutzend bis einigen hundert Stück, rechnet sich eine gefräste Nestplatte schnell. Sie spart bei jedem Auftrag das Ausrichten und senkt das Risiko, dass ein Teil mit schiefer Beschriftung durchrutscht.

In der Großserie kommen pneumatische Spanner dazu, die das Teil definiert gegen die Anlage drücken. Ein Sensor in der Aufnahme meldet der SPS, ob ein Teil eingelegt ist, und der Laser startet nur dann. Beschriftet die Anlage automatisch, zum Beispiel mit einem Roboter, ist die Aufnahme zugleich die Übergabestelle und muss auch die Toleranzen des Greifers auffangen.

Wo Teile in vielen Varianten kommen oder sich schlecht spannen lassen, ist eine Kamera mit Lageerkennung die Alternative. Sie erkennt Position und Drehung und verschiebt die Beschriftung passend. Die Höhe muss trotzdem stimmen, entweder über eine feste Auflage oder über einen Autofokus.

Aufnahmen für GLT-Beschriftungslaser

Unsere Systeme bringen die Voraussetzungen für wiederholgenaue Aufnahmen mit. Der GRAVIS nimmt Bauteile bis 500 × 400 mm auf, hat eine höhenverstellbare Z-Achse mit digitaler Anzeige der Fokushöhe und lässt sich über SPS an eine automatisierte Beladung anbinden. Der GLX500 ist für große Teile und Automation gebaut, mit elektrischer Z-Achse und optionalem Spannmittel-Set aus kundenspezifischen Vorrichtungen oder Pneumatik-Spannern. Für beide gibt es Autofokus und Kamera-Lageerkennung als Option. Wer den Laser in eine eigene Anlage einbaut, findet im INTEGRA die passende Einheit.

Schicken Sie uns ein Musterteil und nennen Sie die geplante Stückzahl. Wir lasern Probeteile und besprechen mit Ihnen, welche Aufnahme für Ihren Ablauf sinnvoll ist. Nehmen Sie Kontakt auf.

FAQ

Häufige Fragen

Die wichtigsten Antworten kompakt zusammengefasst.

Q01 Brauche ich für jede Laserbeschriftung eine Vorrichtung?
Für Einzelteile und Muster reicht oft ein Anschlagwinkel auf dem Arbeitstisch, dazu die Rahmenfahrt des Pilotlasers zur Kontrolle. Sobald dasselbe Teil öfter läuft, zahlt sich eine eigene Aufnahme aus: Das Teil liegt jedes Mal gleich, der Bediener muss nicht nachjustieren und der Code sitzt immer an derselben Stelle. In der Serie mit mehreren hundert Teilen pro Schicht ist eine Vorrichtung praktisch Pflicht.
Q02 Aus welchem Material baue ich eine Werkstückaufnahme für den Laser?
Bewährt haben sich Aluminium, idealerweise schwarz eloxiert oder gestrahlt, und Stahl für stark beanspruchte Aufnahmen. Beide vertragen einen Streifschuss des Strahls. POM oder 3D-gedruckte Kunststoffe eignen sich für Kleinserien, dürfen aber nicht im Strahlbereich liegen, weil sie dort schmelzen oder Dämpfe abgeben. Blanke, polierte Flächen direkt unter dem Markierfeld sollten Sie vermeiden, weil sie Strahlung zurückwerfen.
Q03 Warum muss die Vorrichtung auf die Markierfläche referenzieren?
Der Fokus des Lasers hat nur eine geringe Tiefenschärfe, bei üblichen F-Theta-Objektiven liegt sie im Bereich weniger Zehntelmillimeter bis etwa einen Millimeter. Schwankt die Teilhöhe, weil die Aufnahme auf der Unterseite eines Gussteils mit Maßtoleranz referenziert, wandert die Markierfläche aus dem Fokus. Die Beschriftung wird blass oder unscharf. Wer die Markierfläche selbst als Bezug nimmt, hält die Fokushöhe konstant.
Q04 Wie viele Teile passen auf eine Mehrfachaufnahme?
Das hängt von Teilgröße und Markierfeld ab. Mit einem Objektiv für ein Markierfeld von etwa 110 × 110 mm passen kleine Teile wie Hülsen oder Plättchen zu zwanzig oder mehr in ein Raster. Die Software legt die Beschriftung als Array auf die Nester, bei variablen Daten mit fortlaufender Seriennummer. Größere Aufnahmen über das Markierfeld hinaus sind mit einer X-Achse möglich, die die Platte abschnittsweise unter den Scanner fährt.
Q05 Kann eine Kamera die Vorrichtung ersetzen?
Teilweise. Eine Kamera mit Lageerkennung findet Position und Drehung eines Teils und verschiebt die Beschriftung entsprechend. Das hilft bei Teilen, die sich schlecht spannen lassen oder in vielen Varianten kommen. Die Fokushöhe korrigiert die Kamera allein nicht, dafür braucht es eine feste Auflagehöhe oder einen Autofokus. In der Praxis kombinieren viele Anwender eine einfache Auflage mit Kamera statt einer teuren Formaufnahme.

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Sie wissen noch nicht, welcher Beschriftungslaser zu Ihrer Anwendung passt? Schicken Sie uns ein Beispielteil ein, wir fertigen Ihnen daraus eine Musterbeschriftung und Sie sehen das Ergebnis vor der Kaufentscheidung.