レーザーマーキング速度が遅いですか?実際のサイクルタイムを制御する 5 つの隠しパラメータ

生産現場でよくある苦情:レーザーマーキングマシンスペックシート上では十分に強力に見えますが、実際のバッチ生産では各部品が予想より 2 ～ 3 秒長くかかります -。最終的には、そのギャップにより数百、数千個のコストがかかります。

通常、最初の反応はレーザー光源のせいにして、より高いワット数のモデルを注文することです。{0}}アップグレード後、サイクル タイムはほとんど変わりません。ボトルネックがレーザー出力であることはほとんどないからです。ほとんどの場合、ビームが実際に移動、ジャンプ、充填する速度を決定するのは、ガルバノスキャナと制御パラメータです。

このガイドでは、ほとんどのオペレータがインストール後に決して触れない 5 つのパラメータ グループ - をリストし、ハードウェアを変更せずにそれらを調整する方法について説明します。チェックリストを指定された順序で実行すると、通常、1 つの生産シフト内で目に見える速度の向上が見られます。

特定の数字が表示されている場合、それらは代表的な業界の方向性のみを示しています。必ず実際の材料と形状をテストして最終設定を確認してください。-

1. ガルバノスキャン速度: 本当の上限は最高値ではなく、加速度に隠れています

ガルボ スキャナは、ワークピース上でビームを移動させるコンポーネントです。最大スキャン速度は話の一部にすぎません。通常、ヘッドラインの速度評価よりも、加速、減速、各ストロークの開始と停止にかかる時間の方が重要です。

1) 定格速度は生産速度ではありません

一般的な産業用ガルボ スキャナの定格は 7,000 mm/s ～ 12,000 mm/s で、一部の輸入ユニットではそれより高い数値が要求されます。これらの数値は、実際のマーキング中の実効速度ではなく、無負荷の直線ピーク速度 - を表します。-。

実際のマーキング作業では、ガルバノは常に加速、惰行、減速を繰り返します。コーナー付近や各ハッチ ラインの始点と終点では、速度が急激に低下します。小さな文字や密集したパターンでは、スキャナはほとんどの時間を加速ゾーンに費やし、定格最高速度ではほとんど時間を費やさない可能性があります。

エンジニアのメモ:ローエンドのアナログ ガルバノ システムでは、加速度パラメータがハードウェアによってロックされているため、ソフトウェアを変更しても効果がありません。{0}以下の調整アプローチは、オープンパラメータページを持つデジタルガルバノシステムに主に役立ちます。

2) 加減速時間(ms)

ガルバノが新しいラインを開始するたびに、静止状態からプログラムされたスキャン速度まで加速する必要があります。このランプが緩やかすぎる場合、開始/停止ごとに数ミリ秒が追加されます。単一のマークにはこれらの遷移が数百または数千含まれる場合があるため、イベントごとの小さな遅延が合計の遅延として大きくなります。-

国内の主流のデジタル ガルバノ システムの場合、多くの場合、加速時間は 1 ～ 2 ミリ秒の範囲まで最適化できます。一部の工場出荷時のデフォルト値は意図的に控えめに設定されており (3 ～ 5 ミリ秒)、同じコントロール カードで幅広いスキャン ヘッドを駆動できます。通常、失われた時間を取り戻すには、この控えめな設定が最初の場所です。

3) スキャン遅延/開始遅延 (μs)

これは、コントローラが動作を命令してからガルバノが実際に動き始めるまでの待ち時間です。 EZCAD- スタイルのソフトウェアでは、多くの場合、デフォルトの範囲は 100 ～ 300 μs です。値を上限にすると、ストロークの開始ごとに目に見えない一時停止が追加されます。

4) パルス周波数はスキャン速度に追従する必要があります

これは、作業現場で最も一般的なスピード違反取り締まりです。レーザーは固定周波数でパルスを発射します。ビームの移動がその周波数に対して速すぎる場合、パルスの間隔が空き、実線が点線に変わります。

簡単な経験則:スキャン速度 (mm/s) ≈ スポット径 (mm) × パルス周波数 (Hz).

たとえば、スポットが 0.05 mm、パルス周波数が 20 kHz の場合、実際のスキャン速度の上限は約 1,000 mm/s です。周波数を上げずにガルバノを 2,000 mm/s または 3,000 mm/s まで押すと破線のマークが表示され、オペレーターは速度を落としてジョブを再実行する必要があります。-周波数の上限自体はレーザー光源によって異なります。MOPA ユニットは独立して調整可能なパルス幅でより高いパルスレートに達しますが、標準の Q- スイッチファイバーレーザーは固定-幅のパルス列 - に制限されています。Q-金属マーキング用に MOPA と比較して切り替えこのガイドでは、2 つのソース ファミリとその周波数範囲を詳細に比較しています。

セルフチェック-:ガルバノ-パラメータ ページを開いて、次のことを確認します。

• ハードウェアで許可されている場合、加速時間は 2 ミリ秒以下です。
• スキャン/開始遅延は 200 μs 以下です。
• パルス周波数は、上記のスポット直径ルールを使用して現在のスキャン速度と一致します。{0}

規格上ファイバーレーザーマーキングマシン多くの場合、これら 3 つのチェックだけで、失われたサイクル タイムの 10 ～ 30% が回復します。

図 1: ガルバノ スキャナと F- レンズ アセンブリにより、ビームがフィールド上をどれだけ速く正確に移動できるかが決まります。通常、制御パラメータを調整することは、単にレーザー出力を増やすよりも効果的です。

2. ハッチング戦略: 方向を変更し、充填時間を半分にします。

広い領域が平行な走査線で満たされている場合、ハッチング戦略が総マーキング時間の大半を占めます。一般的な戦略は 3 つあります。

1) 一方向ハッチング - シンプルですが遅い

スキャナは左から右にマークを付けた後、左端に戻って次の行をマークします。すべての行に非生産的なジャンプが含まれています。-ジャンプ距離が長ければ長いほど、より多くの時間をロスします。

2) 双方向ハッチ - 単一の最大ゲイン

スキャナーは、戻りパスでジャンプバックするのではなく、右から左にマークします。ジャンプはおよそ半分に減り、充填時間は通常 30 ～ 50% 減少します。

3) 特定の形状の円形 (同心) ハッチング -

スキャナは外側の輪郭から開始し、閉じたループで内側に向かって作業します。線-から-へのジャンプはほとんどないため、リング、円、不規則な閉じた形状に適しています。

双方向の継ぎ目に注目してください

双方向ハッチングは高速ですが、各方向の反転でレーザーのオンとオフのタイミングにより、塗りつぶしの端にわずかな色や深さの段差が発生して目に見える継ぎ目 - が作成される可能性があります。これは、陽極酸化アルミニウムや鏡面仕上げのステンレス鋼で最も顕著であり、小さなエネルギーの差がはっきりと現れます。

双方向塗りつぶしを実行する前に、サンプルを実行して塗りつぶし領域の両端を検査します。継ぎ目が現れない場合は、双方向を使用してください。継ぎ目が現れた場合は、一方向のままにするか、不一致を最小限に抑えるために-レーザーのオンとオフの遅延を微調整-します。-

セルフチェック-:ハッチング設定で、「ハッチング スタイル」または「スキャン モード」を探します。現在単方向の場合は、双方向に切り替えて実際のパーツのサイクル タイムとエッジ品質を比較します。あUVレーザーマーキング機熱に弱いプラスチックに使用すると、継ぎ目がさらに目立つ可能性があるため、実際の素材でテストしてください。{0}}

図 2: 一方向ハッチング (左) では、各行の後にジャンプが必要です。双方向ハッチ (中央) はリターン パスを使用し、円形ハッチ (右) はほぼゼロ ジャンプの輪郭に従います。-。

3. ジャンプ遅延: 目に見えない時間のシンク

「ジャンプ」とは、レーザーがオフになっているときの個別のマーキング領域間の動きです -。たとえば、シリアル番号のある文字から次の文字に移動します。ジャンプ遅延とは、ガルバノが新しい位置に到達してからレーザーが再びオンになるまでの待ち時間です。

各ジャンプは 1 ミリ秒のほんの一部しか消費しませんが、1 つの部分に数百または数千のジャンプが含まれる場合があります。 20 文字のシリアル番号をマークすると、少なくとも 19 回のジャンプが必要になります。ジャンプ遅延が 5 ミリ秒長すぎる場合、その 1 つの部分で約 95 ミリ秒が失われます。 5,000 を超えるパーツは、純粋に 8 分以上待つことになります。

機械製造業者は同じ制御カードが低速のガルバノ システムでも動作することを望んでいるから、ジャンプ遅延は多くの場合保守的です。適切に適合したデジタル ガルバノの場合、多くの場合、ジャンプ遅延を 0.3 ～ 1 ミリ秒の範囲に抑えることができます。-

安全に最適化する方法:ジャンプ遅延を一度に 0.1 ミリ秒ずつ減らし、位置決めテスト パターンをマークします。-マークの位置がずれ始めたら停止し、一歩後退します。

セルフチェック-:パラメータページで「Jump Delay」を見つけます。 1msを超える場合は、測位精度を確認しながら少しずつ減らしてください。

4. ほとんどの人が決して調整しない追加の 4 つのパラメータ

1) レーザー-オン遅延とレーザー-オフ遅延

• レーザー-の遅延:ガルバノが位置に到達してからレーザーが実際に発射されるまで待ちます。
• レーザー-オフの遅延:レーザーをオフにするコマンドの後にレーザーが発射され続ける時間。

EZCAD- スタイル ソフトウェアの基準範囲は、レーザー オン遅延がおよそ 50 ～ 150 μs で、レーザー-オフ遅延が 100 ～ 300 μs です。{6}}レーザーオン遅延が長いと、各ストロークの開始時に空のリードインが作成されます。-レーザーオフの遅延が長いと、各ラインの最後に余分な焼き付きスポットが残り、時間と品質の両方が犠牲になります。

2) コーナー減速

ガルバノは位置精度を維持するためにコーナーでは速度を落とします。減速が強すぎると、複雑な形状や小さな文字をマークするのに非常に時間がかかります。たとえば、コーナー-のしきい値 - を 30 度から 45 度 - に緩和すると、多くの製造部品で目に見える品質の低下をほとんど抑えながら速度を向上させることができます。

3) ハッチングの間隔（線の間隔）

ハッチングの間隔は、隣接する塗りつぶし線の間の距離です。実際的なルールは、スポット直径の 50% ～ 80% の間に設定することです。 0.06 mm のスポットの場合、通常は 0.03 ～ 0.05 mm の間隔で十分な密度になります。 0.03 mm 未満にすると、表面仕上げに目に見える改善が見られず、マーキング時間が 2 倍になることがよくあります。

多くのオペレーターは、「可能な限り最高の外観」を求めて、必要以上に間隔を狭く設定します。バッチ生産では、許容可能な表面を生成できる最も広い間隔を使用します。

4) パス数

一部の演算子は、単一パス パラメータを調整する代わりに、パス数を 2 または 3 に増やします。-各パスはフルスキャン、ジャンプ、レーザー出力サイクルです。-マークが暗くないか、十分に深くない場合は、まず出力、周波数、スキャン速度を最適化します。パスの追加はデフォルトではなく最後の手段である必要があります。

A MOPAレーザーマーキングマシンパルス幅を調整できるため、標準的な Q スイッチ マシンでは 2 つのパスが必要なところを 1 つのパスで所望のコントラストに達成できる場合があるため、ソースの選択もこの決定に影響します。

5. 10- 分の速度セルフチェック チェックリスト

重要：パラメータを変更する前に、現在の構成をエクスポートまたはスクリーンショットしてください。何かのパフォーマンスが悪くなった場合は、すぐに復元できます。

ソフトウェアが以下のパラメータの一部を公開していない場合は、それらの項目をスキップしてください。- これは、コントロール カードがソフトウェア側の速度調整をサポートしていないことを意味します。-

3 つの ★★★ 項目 -、ハッチング モード、周波数マッチング、およびハッチング間隔 - は、通常、合計速度の 60 ～ 80% の向上をもたらします。 ★★ と ★ の項目は微調整ステップです。-個別には部品ごとに 0.1～0.5 秒しか節約できませんが、大量生産では累積的なメリットが大きくなります。-

双方向の継ぎ目が現れる場合は、別のガイドを参照してください。レーザーマーキングの深さが不均一なトラブルシューティングなぜなら、縫い目の色の違いと深さの変化は、多くの場合、レーザーのオン/オフのタイミングと塗りつぶしパラメータの不一致という同じ根本原因を共有しているからです。

6. King のレーザー マシンがすでに最適化された状態で出荷される理由

- 上のすべての項目を処理して各変更をテストし、元の値を追跡し、パラメータ - 間の相互作用を監視するには、半日以上かかる場合があります。また、あるパラメータを悪化させて別のパラメータを改善することも簡単です。

これが、多くのマシンが本番環境で「遅く感じる」理由です。パラメータは、出荷前に実際のアプリケーションに合わせて調整されていませんでした。

レーザー マーキング機械メーカーとして、King's Laser は、工場出荷前にすべてのユニットを事前に最適化し、お客様の材料、マーキング内容、サイクル タイムの目標に合わせて構成を適合させます。-

• ガルバノ加速度曲線:選択したスキャンヘッド モデルと典型的なパターン セットに合わせて調整します。-
• パルス周波数/スキャン速度のマッチング:レーザー周波数が指令された速度に追いつくように校正されます。
• ハッチング戦略のデフォルト:双方向ハッチングが標準であり、輪郭形状の塗りつぶしには円形ハッチングが推奨されます。-
• ジャンプと遅延の値:コントロール カードのデフォルトのままではなく、実際のマーキング ファイルを使用して測定されます。-
• ハッチング間隔のバランス:可能な限り短いサイクルタイムで必要な表面密度に達するように選択されます。
• 全サイクルのレビュー:レーザースキャン時間に、ロード、位置決め、回転、通信時間を加えたものです。

その結果、お客様が長時間のパラメータ調整プロジェクトを実行しなくても、マシンは電源投入後すぐに最良の実稼働状態に近づくことができます。{0}

既存のマシンがすでに予想よりも遅い場合は、まずこの記事のチェックリストを実行してください。ギャップが残る場合は、材料、部品寸法、マーキング ファイル、目標サイクル タイムをお送りください。-問題がパラメータの不一致なのか、ハードウェア仕様なのか、プロセス レイアウトなのかを診断できます。多くの場合、答えは新しいマシンではありません。それは単にジョブに適合しなかったパラメータです。

よくある質問

Q1: より高出力のレーザー光源を使用すると、遅いマーキング速度は修正されますか?

必ずしもそうとは限りません。制限がパルスあたりのエネルギーである場合には電力が役に立ちますが、ほとんどの生産速度制限はガルバノ動作、ハッチ戦略、および遅延パラメーターによって決まります。これらを修正せずに電力を上げると、サイクル時間のわずかな改善しか得られないことがよくあります。-

Q2: 双方向ハッチングは常に単方向ハッチングよりも高速ですか?

ほぼいつもそうです。例外は、特定の素材または仕上げで方向反転の縫い目が受け入れられない場合です。-その場合、単方向ハッチとレーザーのオン/オフの遅延を調整することがより良い妥協策となる可能性があります。{3}

Q3: すべてのガルボ スキャナをこの方法で調整できますか?

いいえ。ローエンドのアナログ ガルバノ システムでは、多くの場合、加速値と遅延値がロックされています。パラメータ ページがこれらのフィールドを公開しない場合、ハードウェアが制限要因になります。

Q4: 速度の最大のボトルネックを最も早く特定する方法は何ですか?

まず、ハッチング モード、周波数-対-の速度マッチング、ハッチング間隔の 3 つの ★★★ 項目から始めます。通常、これら 3 つが速度低下の大部分を占めます。

Q5: King's Laser は新規顧客の速度の最適化をどのように処理しますか?

当社では、出荷前のセットアップ時にお客様の実際の材料とマーキング ファイルを実行し、ガルバノ パラメータ、周波数マッチング、ハッチ間隔、遅延をアプリケーションに合わせて調整します。{0}マシンは、一般的なデフォルトではなく、検証済みのパラメータ セットを使用して工場から出荷されます。

新しいマーキング システムを選択する場合、または既存のマーキング システムからより多くのスループットを絞り出そうとしている場合は、適切なソース ルートの一致から始めます。{0}}私たちのより広範なレーザーマーキングマシン購入ガイドでは、ファイバー、MOPA、CO₂、および UV システムがどのように異なるか、および材料混合の正しい出発点はどれであるかを説明します。部品サンプル、目標効果、毎日の量をお送りください - 実際のサイクルタイムを測定し、定格電力だけでなく、お客様の作業に最適化された構成を推奨します。