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Laserbeschriftung in der Verpackungsindustrie Die Individualisierung von Konsumgütern wird zukünftig eine immer größere Rolle spielen. Neben dem Verfallsdatum finden sich auf den Produkten, häufig in Verschlußkappen, auch Werbeaktionen, Gewinnspiele mit Losnummern oder Ähnliches. Diese Informationen ändern sich ständig und sind in großer Menge aufzubringen. Die Laserbeschriftung bietet ideale Voraussetzungen hinsichtlich Flexibilität, Qualität und Durchsatz. Die Wechselwirkung zwischen Laserstrahlen und Werkstoff kann für unterschiedliche Applikationen ausgenutzt werden. Dazu zählt u.a. das Beschriften, das Schneiden, das Schweißen und das Sintern. Wichtig ist die schnelle und genaue Positionierung des Strahls auf dem Werkstück. Mit einem Galvanometer-Scan-Kopf kann ein Laserstrahl, auch mit hohen Leistungen, in zwei Dimensionen über zwei Spiegel kontrolliert, positioniert und abgelenkt werden. Der Strahl kann sowohl punktgenau positioniert werden als auch vorgegebenen Linien verfolgen. Schnelle Strahlführung beim Beschriften Durch eine geeignete Software lassen sich beliebige Konturen auf der Bearbeitungsfläche aufbauen. Da eine Änderung der Kontur einfach durch einen anderen Satz von Ansteuerwerten realisiert wird, kann man mit Galvanometer-Scanner-basierten Systemen sehr einfach sich häufig ändernde Markierungen, wie Seriennummern, erzeugen. Auch komplizierte Muster, wie Firmenlogos, lassen sich in sehr guter Qualität ohne teure Hardwareanpassungen auf Produkte aufbringen. Das Prinzip der Strahlführung über bewegte Spiegel ist in der klassischen Laserbeschriftung weit verbreitet im Einsatz. Die Laserbeschriftung hat dabei gegenüber konkurrierenden Verfahren weitere Vorteile, die sie neben der hohen Flexibilität zusätzlich interessant macht. Das Verfahren benötigt weder sich abnutzende Werkzeuge noch Verbrauchsmaterialien, wie Tinte oder Thermotransferpapier. Damit entfallen auch kostenintensive Stillstandszeiten für Werkzeugwechsel oder für das Nachfüllen von Tinte. Weitere Vorteile sind die Fälschungssicherheit der Beschriftung und die hohe Beständigkeit - ideale Voraussetzungen also, um auch in der Verpackungsindustrie das Verfahren der Wahl zu sein. Hohe Anforderungen in der Verpackungsindustrie Die entscheidenden Gründe, warum bis jetzt in der Verpackungsindustrie das Feld von Tintenstrahldruckern, TEA-Flashsystemen oder lasergestützten Dot-Matrix-Verfahren dominiert wird, sind zwei: Zum einen sind die geforderten Beschriftungsgeschwindigkeiten so hoch, daß sie von üblichen Scan-Systemen bisher nicht erreicht wurden. Zum anderen ist die Beschriftung auf sich bewegenden Objekten (Marking-on-the-Fly) für vektoriell arbeitende Systeme wegen der Nachführung und der Anpassung der Feldentzerrung eine echte Herausforderung, für z.B. einen TEA-Laser, der die Beschriftung in sehr kurzer Zeit in nur einem Schuß aufbringt, aber eine Selbstverständlichkeit. Die SCANLAB GmbH Optical Scanning in Puchheim bei München hat auf beide Problemstellungen Antworten gefunden. Der Scan-Kopf hurrySCAN® kommt im Verpackungsbereich bereits seit längerem erfolgreich zum Einsatz. Der jetzt von SCANLAB vorgestellte SCANjet® geht darüber noch weit hinaus. Hohe Geschwindigkeiten und Dynamik erfordern kleine Spiegel. Der neue Kopf arbeitet deshalb mit 7 mm nutzbarer Apertur. Dadurch sind Geschwindigkeiten möglich, die bisher im Beschriftungsbereich nicht erreicht wurden. Die Beschriftungsgeschwindigkeit ist aber immer abhängig von der geforderten Beschriftungsqualität. Für Beschriftungen mit sehr hohen Qualitätsanforderungen können mit dem hurrySCAN® ungefähr 350 Zeichen pro Sekunde erreicht werden. Mit dem SCANjet® steigt dieser Wert auf etwa 500 Zeichen pro Sekunde an. Ist als Kriterium lediglich die Lesbarkeit der Beschriftung gefordert, was bei Verfallsdaten oft ausreichend ist, und werden spezielle Algorithmen zur Vektoraufbereitung eingesetzt, so steigt dieser Wert mit dem neuen Scan-Kopf auf über 1.000 Zeichen pro Sekunde. Darüber hinaus konnte das Unternehmen die Scan-Kopf-Abmessungen stark reduzieren. Damit ist die Integration der Köpfe in Produktionsanlagen viel einfacher geworden. Die Aufgabenstellung des Marking-on-the-Fly löst man im Puchheim mit einem integrierten Konzept. Die Scan-Kopf-Steuerkarte wird mit einem speziellen Zusatzboard ausgerüstet, das die Signale eines Inkrementalgebers einlesen kann. Aus dem Inkrementalgebersignal wird die aktuelle Objektgeschwindigkeit ermittelt und direkt auf der aufgerüsteten Karte weiterverarbeitet. Für den Anwender geschieht das alles "hinter den Kulissen". Die Kompensation der Objektbewegung erfolgt in "Echtzeit" bei exakter Feldkorrektur. Auch sich plötzlich ändernde Objektgeschwindigkeiten haben keinen Einfluß auf die Beschriftung. Das Verschlußkappen-Problem Die Innenbeschriftung von Verschlußkappen in der Getränkeindustrie stellt Anforderungen, die herkömmliche Verfahren nicht erfüllen können. Für die Beschriftung der Außenseite ist der Tampondruck üblich. Er zeichnet sich durch sehr gute Qualität und hohe Druckgeschwindigkeiten aus. Der Marktführer auf diesem Gebiet ist die Tampoprint GmbH in Korntal-Münchingen. Als ein Kunde mit dem Wunsch herantrat, die Verschlußkappen innen mit sich häufig ändernden Beschriftungen für Werbeaktionen und Gewinnspiele zu beschriften, war schnell klar, daß der Tampondruck wegen der Geometrie der Kappen und der vielen unterschiedlichen Druckelemente dafür nicht in Frage kam. Im Unternehmen war aber schon zu diesem Zeitpunkt Know-how im Bereich der Laserbeschriftung vorhanden. Es lag daher nahe, die bekannte Handhabungstechnik und die Laserbeschriftung zu kombinieren, um die Applikation zu realisieren. Der hurrySCAN® wurde als Ablenkeinheit ausgewählt. In der entstandenen Anlage werden die Verschlußkappen aus einem Bunker mit einem Transportband als Schüttgut in einen Zentrifugalsortierer befördert. Von dort aus werden die Kappen über diverse Zuführ- und Vereinzelungssysteme dem Beschriftungslaser lagerichtig zugeführt und nach der Beschriftung vollständig automatisch in Kartons abgefüllt. Die Füllmenge dieser Kartons kann direkt von der Software des Beschriftungssystems festgelegt werden. Bei einem typischen Beschriftungsauftrag beträgt die Gesamtstückzahl ungefähr 15 Millionen Verschlußkappen. Diese setzt sich aus eispielsweise 80 verschiedenen Beschriftungsvarianten (Layouts) zusammen. Für jedes einzelne Layout kann die Stückzahl vergeben werden. Das "Mischen" dieser Layouts geschieht vollständig automatisch. Aus einer Datenbank kann der Anwender jederzeit Informationen über vergangene und laufende Aufträge abrufen. Verschiedene Funktionen informieren über den Stand der laufenden Produktion durch die Ausgabe von Reports. Auch im Falle etwaiger Störungen durch Stromausfall und dgl. wird automatisch wieder an der richtigen Stelle mit der Produktion fortgefahren. Die Anlage beschriftet nun etwa 500 Kappen pro Minute. Es befinden sich bei Tampoprint derzeit Systeme in der Entwicklung, mit denen es möglich ist bis zu 1.000 Kappen pro Minute und auch darüber hinaus variabel zu beschriften. Die Beschriftung kann sich je nach Betriebsmodus von Kappe zu Kappe ändern, oder aber auch durch die vorgegebene Stückzahl und Reihenfolge bestimmt werden. In jede Verschlußkappe werden im Schnitt etwa 30 bis 50 Zeichen geschrieben. Diese können frei auf dem gesamten Innenbereich plaziert werden. Da die Anlagen meist im 3-Schichtbetrieb arbeiten, beträgt der Durchsatz pro Tag bis 700.000 Stück.
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