Das Lasersystem markiert Rohre, Rohre und Profile im Handumdrehen und ergänzt den Mühlenbetrieb

May 28, 2023

Für viele Anwendungen sind Produktidentifizierung und Rückverfolgbarkeit erforderlich, sei es per Code oder Vertrag, und die Anforderungen werden mit der Zeit zwangsläufig wachsen. Gängige Beispiele sind Rohre für Luft- und Raumfahrtanwendungen, hohle Strukturprofile für ein Bauprojekt oder Rohre für den Öltransport. Leicht lesbare, dauerhafte Markierungen können eine entscheidende Hilfe bei der Identifizierung von Material in Produktionsanlagen, auf Baustellen oder auf Ölfeldern sein und dazu beitragen, dass der Montage- oder Bauprozess reibungslos verläuft. Für viele Anwendungen ist die Rückverfolgbarkeit von der Mühle bis zum fertigen Produkt ein Muss und hilft dabei, jeden Schritt zu erfassen, der zur Bearbeitung des Werkstücks verwendet wurde.

Das Markieren von Rohren und Rohren ist oft ein Kompromiss zwischen Haltbarkeit und Geschwindigkeit – die langlebigsten Markierungen können am längsten dauern. Cajo Technologies, New Orleans, hat jedoch nicht wenig Zeit und Energie in die Optimierung der Lasermarkierung im laufenden Betrieb investiert und ein System entwickelt, das dauerhafte Markierungen erstellt und schnell genug läuft, um mit vielen der schnellsten Rohr- und Leitungsfabriken von heute mithalten zu können .

„Das sind keine Hochleistungslaser“, sagte Präsident Ismo Rantala. „Sie verbrauchen viel weniger Strom als die Laser, die zum Schneiden oder Schweißen verwendet werden.“ Die Anlagen des Unternehmens haben eine Leistung von 20 bis 300 Watt, deutlich weniger als die 2.000 bis 4.000 W, die üblicherweise zum Schneiden von Stahl verwendet werden. Zum Markieren von Kohlenstoffstahlrohren oder -rohren bei üblichen Mühlengeschwindigkeiten sind 100 W typisch.

Dennoch weisen sie einige Gemeinsamkeiten mit Laserschneidmaschinen auf. So wie ihre großen Brüder ohne harte Werkzeuge auskommen, kommen bei Lasermarkierungssystemen keine Tinte, Zusatzstoffe oder andere Verbrauchsmaterialien zum Einsatz, und wie beim Laserschneiden ist der Prozess schnell und erfordert keine Aushärtezeit. Da sie keine beweglichen Teile haben, haben sie eine lange Lebensdauer, in einigen Fällen mehr als 100.000 Stunden (das sind 24 Stunden am Tag, 356 Tage im Jahr, über 11 Jahre).

Auch die heutigen Laserbeschriftungssysteme sind vielseitig einsetzbar. Während CO2-Laser gut für Kohlenstoffstähle, rostfreie Stähle und Aluminiumlegierungen geeignet sind, ähneln die Markierungslaser des Unternehmens in ihrer Fähigkeit, nahezu jede Legierung zu bearbeiten, eher Faserlasern.

„Früher mussten wir das Material sorgfältig prüfen“, sagte Rantala. „Heutzutage können wir etwa 90 Prozent aller Materialien kennzeichnen“, womit Metalle und Polymere gemeint sind, die als Kabelummantelungen verwendet werden, ein weiterer großer Sektor im schnell wachsenden Lasermarkt.

So wie sie mit einer Vielzahl von Materialien umgehen können, arbeiten sie auch in einem weiten Temperaturbereich.

„Nichts, was wir bisher gesehen haben, ist zu heiß für diesen Prozess“, sagte Rantala. „Wir haben eine Anwendung, die Nickelbarren direkt nach der Entnahme aus einem Ofen markiert, und die Hitze trägt tatsächlich zur Klarheit der Markierung bei.“

Ein entscheidendes Element ist die Stabilität. Jedes Schweißwerk verfügt über eine große Anzahl beweglicher Teile, von denen viele zu kontinuierlichen Bewegungen auf und ab der Linie beitragen, während das Rohr geformt, geschweißt und abgeschnitten wird. Es stehen zwei Methoden zur Verfügung, um eine stabile Arbeitsfläche für den Laser bereitzustellen. Eine davon ist die Montage des Lasers an der Mühle. Solange der Laser fest am Fräser montiert ist, vibriert er zusammen mit dem Fräser, sodass die Relativbewegung zwischen Werkstück und Laser vernachlässigbar ist und klare, lesbare Markierungen entstehen. Die andere Methode basiert auf selbstgebauten Vorrichtungen, Vorrichtungen oder Rädern, um Vibrationen während der Rohrbewegung zu verhindern. „Wir brauchen etwa 4 Zoll sehr stabilen Federweg“, sagte Rantala.

Saubere Oberflächen. Die Herstellung von Rohren und Rohren kann etwas chaotisch sein. Das Rohmaterial und das Walzenwerkzeug benötigen eine Barriere, einen Schmierfilm, um einen direkten Kontakt zwischen ihnen zu verhindern. Außerdem wird in Schweißwerken die Naht direkt nach dem Schweißen durch eine Flut von Kühlmittel abgekühlt, wodurch eine weitere Verbindung zur Materialoberfläche hinzugefügt wird. Kann ein Lasermarkierungssystem – das lediglich einen stark fokussierten Lichtstrahl verwendet – eine solche Oberfläche erfolgreich markieren? Tatsächlich ist es möglich. Abhängig von der Liniengeschwindigkeit kann ein einzelner Laser Kühl- und Schmiermittel abbrennen und die erforderlichen Markierungen anbringen. Wenn die Liniengeschwindigkeit für einen einzelnen Laser zu hoch ist, liefert Cajo ein System mit zwei Lasern. Der erste übernimmt die Reinigung und der zweite die Markierung.

Außenlagerung. Wird nicht viel Rohr- und Rohrbestand im Freien gelagert? Ja tut es. Je größer der Durchmesser, desto weniger effizient wird die Lagerung in Innenräumen – niemand möchte wertvollen Lagerraum für die Lagerung von Hunderttausenden Kubikfuß Luft verschwenden –, sodass ein großer Teil davon den Elementen ausgesetzt wird und es zwangsläufig zu Oxidation kommt. Auch nach wochenlanger Einwirkung muss die Markierung noch lesbar sein. Die Markierungen sind unter solchen Bedingungen haltbar – Cajo hat Kabel und Rohre für den Einsatz auf See markiert –, aber trotzdem weiß das Unternehmen, dass jeder Kunde einen Beweis sehen muss. Standard-Salzsprühtests, wie sie beispielsweise in ASTM B117, ASTM G85, ISO 9227 und JIS Z 2371 definiert sind, sind eine Möglichkeit, aber für einen Kunden, der keinen formellen Test benötigt, kann Cajo eine weniger strukturierte Bewertung anbieten.

In einem Fall testete Rantala ein Rohrstück auf vernünftige Weise. Keine aufwendigen Prüfgeräte, keine Spritzkabine, keine streng kontrollierten (aber missbräuchlichen) Umgebungsbedingungen jeglicher Art. Er ahmte die Lagerung im Freien nach, indem er einige Pfeifen im Freien lagerte.

„Einer unserer Kunden, der weltweit größte Hersteller von Rohren für Öl-, Gas- und Chemieanwendungen, wollte, dass ich unsere Markierungen teste“, sagte Rantala. „Ich markierte ein Rohrstück, nahm es mit nach Hause und ließ es drei Wochen lang in meinem Hinterhof rosten. Ich habe ein feuchtes, salziges Handtuch verwendet und das Handtuch alle paar Tage nass gemacht.“ Am Ende waren die Markierungen noch lesbar.

Viele Jahre lang gaben industrielle Markierungssysteme Buchstaben und Ziffern an, die von Menschen gelesen werden sollten, aber die Einführung der Strichkodierung – die in den 1980er Jahren durch die Verwendung in der Lebensmittelindustrie populär wurde – führte zu großen Veränderungen in der Art und Weise, wie Informationen aufgezeichnet, gelesen und gelesen werden gebraucht. Einzelhändler müssten ihre Produkte nicht länger mit Preisaufklebern kennzeichnen und sich darauf verlassen, dass die Kassierer diese lesen und die Preise an der Kasse korrekt eingeben. Die Preise könnten sofort geändert werden, und wenn es sich bei dem neuen Preis nur um einen vorübergehenden Abschlag handelte, könnte er genauso schnell wieder auf den ursprünglichen Preis zurückgesetzt werden. Dies war ein Segen für Effizienz, Genauigkeit und Bestandskontrolle, aber es ist nichts im Vergleich zu dem, was die industrielle Kennzeichnung heute für kommerzielle Aktivitäten leistet. Moderne Systeme sind äußerst vielseitig und bieten Systementwicklern wie Cajo einen großen Spielraum beim Aufbau und der Programmierung von Markierungssystemen.

„Dieses Verfahren gibt es schon seit etwa 40 Jahren, aber in den letzten zwei oder drei Jahren haben wir große Veränderungen in der Branche erlebt – billigere Laser, mehr Fähigkeiten und so weiter“, sagte Rantala.

Wie schnell laufen sie? Es kommt auf die Markierung an. Einen großen Beitrag zur modernen Markierungsgeschwindigkeit und -genauigkeit leistet der Schnellreaktionscode (QR), der gängige zweidimensionale Code, der heutzutage für fast alles verwendet wird. Die Datenspeicherkapazität des QR-Formats ist so groß, dass ein QR-Code für eine gegebene Informationsmenge nur 10 Prozent des Platzes eines Barcodes benötigt.

Ein QR-Code ist nicht die einzige Alternative zu einem herkömmlichen Barcode. Data Matrix ist ein weiterer 2D-Code, aber er ist kleiner, leicht lesbar und laut Rantala einer der am schnellsten wachsenden Standards für die industrielle Rückverfolgbarkeit.

Cajo erweitert die Kapazitäten dieser Codes durch die Beschaffung von Lasern mit dem kleinsten verfügbaren Strahldurchmesser: 16 Mikrometer. Das bedeutet, dass die Systeme des Unternehmens extrem kleine Markierungen erzeugen können.

„Die kleinste Markierung, die wir gemacht haben, war 0,75 mal 0,75 Millimeter groß“, sagte er. „Solche Markierungen erfordern ein Mikroskoplesegerät.“ „Das ist nicht die Grenze“, fügte Rantala hinzu; die Markierungen können noch kleiner sein.

Die meisten Hersteller verwenden keine so kleine Markierung, aber Cajo kann die Markierungsgröße tatsächlich reduzieren, sodass das System weniger Zeit für die Anbringung jeder Markierung benötigt. Der Hersteller hat bei Bedarf andere Möglichkeiten, den Markierungsprozess zu beschleunigen. Da QR heutzutage nicht das einzige verfügbare Format ist, verwendet Cajo möglicherweise eines der anderen Formate.

„Wenn der Kunde ein sehr schnelles System benötigt, setzen wir auf eine einzeilige Datenmatrix“, sagte Rantala.

Wie schnell laufen sie also? Es kommt auf die Anwendung an. Jede Anwendung hat einzigartige Parameter. Ohne detaillierte Kenntnisse über das Produkt, das Material, den Prozess, mit dem das Produkt hergestellt wird, und die Umgebung, in der es hergestellt wird, ist es daher unmöglich, die Liniengeschwindigkeit zu bestimmen. Das Unternehmen kann jedoch einen guten Kostenvoranschlag erstellen, sodass ein Rohr- oder Rohrhersteller nicht in ein System investieren und eigene Tests durchführen muss, um dies herauszufinden.

„Niemand möchte ein System kaufen, ohne zu wissen, dass es funktionieren wird“, sagte Rantala. „Wir haben ein paar Testtabellen, also beginnen wir mit den Tests bei Cajo anhand tatsächlicher Produktmuster und schließen die Tests dann in der Einrichtung des Kunden ab.“

Das Unternehmen kann auch einen Laser mit höherer Leistung einsetzen, um das System etwas schneller zu machen.

Wie schnell laufen sie also? Den Herstellern stehen zwei weitere Optionen zur Auswahl. Eine davon ist die Fehlerkorrektur. Data-Matrix-Codes können eine Fehlerkorrektur beinhalten – QR hat vier Stufen –, sodass ein beschädigter Code möglicherweise immer noch 100 Prozent der ursprünglichen Informationen bereitstellt. Für einen Hersteller, der nicht die höchste Fehlerkorrekturstufe benötigt, könnte eine Abstufung um ein oder zwei Stufen die Sache etwas beschleunigen.

Auch für Edelstahlprodukte hat Cajo ein Verfahren entwickelt, das die diesen Legierungen innewohnenden Farben hervorhebt, aber eine stärkere Bearbeitung erfordert mehr Zeit.

Wie schnell laufen sie also? Eines der schnellsten Systeme, das Cajo für einen Kunden mit einer Drahtanwendung gebaut hat, läuft mit beeindruckenden 2.350 Fuß pro Minute.

Eine der Erfolgsgeschichten des Unternehmens betrifft einen Hersteller von Förderanlagen. In diesem Fall geht es weniger um die Geschwindigkeit als vielmehr um die Vielseitigkeit, was verdeutlicht, wie das System den Kunden von Cajo zugute kommen kann.

„Das Unternehmen ist dabei, alle seine Produkte mit QR-Codes zu kennzeichnen und alle diese Codes mit seiner Kundendienstabteilung zu verbinden“, sagte Rantala. „Wenn ein Kunde beispielsweise den QR-Code mit einem Smartphone scannt, erhält er sofort Zugriff auf die Dokumentation zur Verwendung oder Reparatur des Produkts und kann sogar über sein Telefon ein Teil bestellen.“

Dies ist ein Segen für den Kundenservice und macht sowohl für den Kunden von Cajo als auch für den Kunden des Kunden alles einfacher.

Cajo Technologies Inc., 1521 Washington Ave., New Orleans, LA 70130, 800-796-3080, www.cajotechnologies.com, [email protected]