Телефон: 8-800-350-22-65
WhatsApp: 8-800-350-22-65
Telegram: sibac
Прием заявок круглосуточно
График работы офиса: с 9.00 до 18.00 Нск (5.00 - 14.00 Мск)

Статья опубликована в рамках: LVIII Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ» (Россия, г. Новосибирск, 30 октября 2017 г.)

Наука: Технические науки

Секция: Лазерные технологии

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Зуева Ю.С. ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ ЛАЗЕРНОЙ МАРКИРОВКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА МЕТОДОМ ПЛАНИРОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА // Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: сб. ст. по мат. LVIII междунар. студ. науч.-практ. конф. № 10(57). URL: https://sibac.info/archive/technic/10(57).pdf (дата обращения: 05.03.2024)
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 26 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ ЛАЗЕРНОЙ МАРКИРОВКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА МЕТОДОМ ПЛАНИРОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

Зуева Юлия Сергеевна

студент кафедры материаловедения и технологии художественных изделий, Санкт-Петербургский Горный Университет,

РФ, г. Санкт-Петербург

Кончус Дарина Александровна

научный руководитель,

аспирант кафедры материаловедения и технологии художественных изделий, Санкт-Петербургский Горный Университет,

РФ, г. Санкт-Петербург

Лазерная маркировка - перспективный и динамично развивающийся технологический процесс. Прогресс в электронике и программных продуктах существенно повышает его конкурентоспособность по сравнению с традиционными методами вследствие дополнительных графических и технологических возможностей. Появление новых типов мощных лазеров позволяет создавать компактные установки, удобные для пользователя.

Это простая процедура, надежная технология со стойким результатом. Лазерная маркировка металла позволяет быстро создавать долговечные и качественные результаты маркировки металла с исключением возможности порчи исходного материала. Для создания маркировки на металлических материалах и изделиях используются мощные волоконные лазеры. Одним из способов маркировки деталей является применение Qr-кодов. [1, 2]

Объектом изучения в данной статье является нанесение Qr-кода на металлические поверхности с помощью лазерной маркировки, предметом – оптимизация параметров режима лазерной маркировки с целью получения максимального контраста.

Маркировка в виде Qr-кода наносилась на алюминий Д16 (химический состав в соответствии с ГОСТ 4784–97).

Работа осуществлялась на прецизионном маркере с повышенными скоростными и качественными характеристиками с импульсным волоконным лазером МиниМаркер 2-20А4. [3]

Для оптимизации режимов маркировки было выполнено дробное планирование эксперимента с дублированием центра плана вида 28-4. [4]

За нулевой уровень планирования были взяты режимы нанесения подложки и кода, представленные в табл. 1. Параметры линеатура и длительность импульса были взяты одинаковыми в обоих случаях. Парные корреляции были установлены между: х1×х3ºх5, х1×х4ºх6, х2×х3ºх7, х2×х4ºх8. Подложка формировалась за 2 прохода, код наносился за один проход.

Таблица 1

Параметры лазерной маркировки основногоуровня

Факторы

Скорость

V, мм/с

Линеатура,

lpi, л/мм

Длительность

импульса, τи, нс

Частота

υ, кГц

Мощность

Р, %

Х1, Х2

Х3

Х4

Х5, Х6

Х7, Х8

подложка

550

20

150

55

45

код

200

80

90

 

 

Затем были выбраны интервалы варьирования, представленные в табл. 2.

Дробный факторный эксперимент вида 28-4 помог минимизировать количество опытов до 16 вместо 256.

Таблица 2

Уровни варьирования факторов

Факторы, Хi

Уровни варьирования факторов

Интервал выравнивания, ∆Хi

хmin= -1

хi= 0

хmax= + 1

число

код

число

код

число

код

Подложка

Х1

500

-1

550

0

600

+1

50

Х3

10

-1

20

0

30

+1

10

Х4

100

-1

150

0

200

+1

50

Х5

50

-1

55

0

60

+1

5

Х7

40

-1

45

0

50

+1

5

Код

Х2

150

-1

200

0

250

+1

50

Х3

10

-1

20

150

0

30

+1

10

Х4

100

-1

0

200

+1

50

Х5

70

-1

80

0

90

+1

10

Х8

85

-1

90

0

95

+1

5

 

 

На основе табл. 2 формируется план реализации эксперимента по значениям которой в случайном порядке было проведено 21 опыт, из них 5 опытов дублировались в центре плана.

По полученным параметрам был реализован ряд опытов: вначале нанесение подложки, затем нанесение Qr-кода (рис. 1) для лучшего контраста нанесенного изображения. Qr-код содержит зашифрованную информацию следующего содержания: «Изучение материаловедения позволяет осуществить рациональный выбор материалов для конкретного применения. Наука о металлах все ближе подходит к тому состоянию, когда можно будет с использованием компьютеров прогнозировать и рассчитывать с достаточной точностью свойства новых уникальных сталей и сплавов» [5].

qr-code 5

Рисунок 1. Qr-код, 25×25 мм

 

На рис. 2 представлены контрастные коды, получившиеся при изменении параметров лазерной маркировки. Для изучения микроструктуры использовался микроскоп Leica DM ILM HC с подключенной к нему камерой, позволяющей сделать снимки поверхности.

 

Рисунок 2. Qr-коды образцов 13 и 03с высокой контрастностью

 

Для изучения поверхности образца после нанесения маркировки было применено увеличение в 5 и 20 раз (рис. 3(а)). Меньшее увеличение позволило увидеть общую картину расположения борозд от проходов лазера, рельеф поверхности. Поскольку код и подложка находятся на разной высоте, фокусировка была сначала на коде, затем на подложке (рис. 3(б))

 

 а)                                                               б)

Рисунок 3. Граница подложки и кода образца 6: а) ×5; б) ×20

 

Функцией отклика был выбран показатель контрастности изображения, для его нахождения необходимо было провести аналитическую работу с полученными образцами лазерной маркировки кодов. С помощью программы Photoshop CS6 были оценены цветовые показатели подложки и нанесенного на нее кода (табл. 3).

Расчет контрастности (функции отклика) для дальнейшего планирования эксперимента производится по следующей формуле:

,

где: В1 - показатель фона изображения (RGB подложки); В2 - показатель изображения (RGB маркировки).

По данным расчетам получаем, что самыми оптимальными маркировками являются Qr-коды опытов 6 и 13 с контрастностью 0,55-0,56.

После проведения оценки статистической значимости по критерию Стьюдента полученных значений контрастности и проверки адекватности полученной модели по критерию Фишера уравнение функции отклика модели имеет следующий вид:

Y = 0,475 – 0,036x7 + 0,028x8.

Таблица 3

Показатели RGB

Номер образца

RGB подложки, В1

RGB маркировки, В2

Контрастность,

К

1

130

63

0,52

2

145

76

0,48

3

135

70

0,48

4

143

72

0,50

5

136

68

0,50

6

151

67

0,56

7

140

85

0,39

8

135

91

0,33

9

140

73

0,48

10

129

82

0,36

11

150

72

0,52

12

140

70

0,50

13

143

65

0,55

14

135

69

0,49

15

145

73

0,50

16

130

70

0,46

01 центр плана

138

74

0,46

02 центр плана

140

72

0,49

03 центр плана

145

69

0,52

04 центр плана

147

73

0,50

05 центр плана

140

68

0,51

 

 

Полученная модель является адекватной. Из рассчитанных коэффициентов значимыми являются только х7ºх2×х3 и х8ºх2×х4, остальные коэффициенты уравнения не значимы. С учетом величины коэффициентов, наибольшее влияние оказывает мощность лазера при нанесении подложки х7, а затем мощность лазера при нанесении кода. х8. С учетом знака для увеличения контраста изображения мощность лазера при обработке подложки нужно уменьшать, а при нанесении кода – увеличивать. С учетом линейной корреляции на контраст оказывают влияние высокая скорость нанесения кода при снижении линеатуры и увеличении длительности импульса.

Максимальный контраст был получен на образцах 6, 13.

Выводы

  1. Применение метода планирования эксперимента позволило получить оптимальный режим лазерной маркировки для алюминиевого сплава Д16 c контрастом 0,55-0,56.
  2. Из полученного уравнения следует, что наибольшее влияние оказывает мощность лазера. Для увеличения контрастносчти изображения мощность лазера при обработке подложки нужно уменьшать, а при нанесении кода – увеличивать.
  3. На контрастность Qr-кода оказывают влияние высокая скорость нанесения кода при снижении линеатуры и увеличении длительности импульса.

 

Список литературы:

  1. Пряхин Е.И., Захаренко Е.А., Кончус Д.А., Сивенков А.В. Лазерная маркировка нанобар-кодом. «Профессиональное образование, наука, инновации в XXI веке»: сборник трудов VIII Санкт-Петербургского конгресса 24-25 октября 2014 г. – СПб: РИЦ НМСУ «Горный», 2014. – С. 186-188.
  2. Sivenkov A., Konovalov K., Zverkova E. Influence laser marking on structure and properties steel//International Scientific Review. 2016. – № 11 (21). – С. 38-40.
  3. Лазерный центр [Электронный ресурс]//Лазерное оборудование. URL: http://www.newlaser.ru/laser/lc/minimarker2.php (дата обращения: 19.05.17)
  4. Горский, В.Г. Планирование промышленных экспериментов (модели динамики) /В.Г Горский, Ю.П. Адлер, A.M. Талалай. – М.: Металлургия, 1987, – 112 с
  5. Солнцев, Ю.П. Материаловедение: учебник для вузов/Ю.П. Солнцев, Е.И. Пряхин; под ред. Ю.П. Солнцева. – Изд. 4-е, перераб. и доп. – СПб: Химиздат, 2007. – 783 с
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 26 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Комментарии (1)

# Артем 04.11.2017 05:24
Статья помогла разобраться в этой теме

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом
CAPTCHA
Этот вопрос задается для того, чтобы выяснить, являетесь ли Вы человеком или представляете из себя автоматическую спам-рассылку.