塑料油箱上的激光编码

作者：David A. Belforte

欢迎访问e展厅 展厅 3 激光打标机展厅 半导体激光打标机, CO2激光打标机, 光纤激光打标机, ... 美国Kautex Textron公司宣称是首个研制汽车塑料油箱的企业。相比金属油箱，塑料油箱有诸多重要优点，如抗腐蚀性、渗透性、可再利用性、重量更轻（这在行驶过程中尤为重要，可以减少整个车辆的重量，从而降低油耗），而且设计方案更多样化。由于汽车制造商提高了燃料系统的复杂性——包括减少尾气排放、车载诊断系统，以及存储代用燃料的能力等，所以油箱制造商了相应地提高了燃料系统的功能性和复杂性。Kautex Textron很好地应对了这一挑战，世界各地的车辆上都能见到该公司产品。现今，北美所产油箱中85%是塑料油箱。 在美国印第安纳州东北部的小镇阿维拉（Avilla），Kautex Textron公司（网址：www.kautex.de）经营着一家占地面积7万平方英尺的工厂，拥有九条塑料油箱生产线。阿维拉工厂建立于1993年，创建之初是德国Kautex Textron股份有限公司在美国的分公司，现在是美国Textron公司的子公司，该工厂2003年被《工业周刊》评为最佳工厂，称该公司“具有远大的前景，而工艺的改进推动其步入世界顶级行列”，成为美国的顶尖工厂之一。 《工业激光解决方案》英文版杂志采访了该公司的信息技术经理Gene Collison和高级控制工程师Glenn Suever，了解Kautex Textron公司（以下简称“Kautex”）用激光技术替代聚乙烯标签的情况。 油箱构造 油箱曾是单层塑料结构，不符合挥发性碳氢化合物排放的要求。多层油箱符合美国环保总署关于碳氢化合物的排放水平标准，多年以来这一标准一直在提高。油箱由六层塑料组成，其中一层是防止碳氢化合物挥发到空气中的屏障。这一过程类似于多层三明治包装袋，可以让水份入内而将空气阻隔在外，从而保持三明治的新鲜。 Kautex构建的燃料系统现用于世界上大多数汽车上。在美国，该公司现在每年向通用汽车、福特、克莱斯勒、丰田和本田等公司装运120万个油箱。汽车公司依据准时化存货计划进行采购，因此油箱生产线若出现故障将引起严重的物流问题。Collison表示，即使油箱是空的，它们也占据很多空间，因此Kautex一直保持着较低的存货。因此，如果公司的生产线出现问题，不仅会搅乱Kautex的生产，也会对准时化（JIT）客户产生同样的影响。 Kautex使用高密度聚乙烯塑料制造油箱，并在外层涂上碳黑色。公司使用激光蚀刻平坦的黑色外层表面，留下棕黄色的标记，既清晰易见，又能被扫描出来。Kautex一开始使用印刷的聚乙烯标签，但是两年后在为福特公司提供产品的时候，该公司试着使用二极管泵浦Nd:YAG固体激光器在油箱上蚀刻出标签。蚀刻出来的文字很清晰，但是在蚀刻Code 39条形码时效果不佳。Kautex设法优化激光工艺，但是蚀刻出来的锐线（由扫描器读取），从未达到期望的A级质量。 光纤激光器的引入 因此，Kautex邀请ID Technology公司展示Macsa F-9000光纤激光器及基于Windows的Marca软件。ID Technology公司带来了一套系统，并使用一些条形码进行编程。Kautex本来需要数小时或数日才能获得一条合格的条形码，使用这套系统几乎可以即刻获得。 油箱外层的碳黑色能够吸收光纤激光器发出的能量，使颜色变为浅棕褐色，为随后的读取提供了所需的对比度。人们可以控制这一软件，无需深度蚀刻也能获得良好的对比度，因为深度蚀刻可能会损害油箱的完整性，还会对条形码的线条边缘产生负面影响，从而增加读取的难度。 激光蚀刻标签标记必须保证至少在10年内仍可读取。公司对油箱生产记录数据库进行维护，可以用于追溯或质保。我们询问，路面上沉积的盐类是否会对标记的清晰度产生影响？Collison表示，现在的要求是让汽车制造商可以读取纸质标签或聚乙烯标签，因此对于以条形码格式显示Kautex数据的激光蚀刻标签来说，要求也是相同的。与明显成本更低的印刷标签相比，激光蚀刻有何好处？Collison和Suever回答：印刷标签需要经常对机械印刷机进行维护，而激光蚀刻减少了这一方面的工作，降低了标签的成本，降低了色带的成本，以及减少了更换标签卷的时间。 他们指出激光器的固定设备成本高，但是运营成本低。印刷机维护费用高，关闭印刷标签机以及再次启动的成本高昂，此外在重启时总会造成一些浪费。而使用激光器的话，可以连续运转。他们承认在一开始激光器比较昂贵，但激光器不是耗材，因而可以抵消纸质标签的运营成本。可能更重要的是，使用激光可以保证蚀刻在油箱上的信息，而标签可能在转换或在重新装载过程中被撕毁。管理层从一开始就支持使用激光器，当他们看到激光器在运营成本上相比印刷标签工艺所能节约的成本，也就不再顾虑高投资成本问题，他们希望采用一个有效的工艺，且维护费用较低。 Kautex将客户提供的某些数据——日期/时间和产品型号——也加入激光蚀刻标签中。 客户的纸质标签也含有Kautex的条形码号码，因此一旦纸质标签丢失，也有办法利用激光蚀刻标签来追踪油箱。Collison推测，随着汽车业更多地采用二维条形编码，汽车制造商可能会决定走激光蚀刻这条路。 Code39条形码不足4英寸长。这是一个16位数字序列号，最多可以有20个字符。Code128或二维编码则更可靠，但它们可能需要变更生产线扫描器控制器，因为其无法读取二维条形码。Kautex公司运转着九条生产线，其中三条使用激光器蚀刻标签。Kautex曾考虑过使用其它激光器供应商的光纤激光器，但和目前使用的固体激光器相比，结果并未更出色。Collison表示，区别在于Macsa激光器的脉冲频率输出，他认为这对于其应用来说至关重要。 蚀刻工艺 当前的工艺是：一开始在模具机上进行激光蚀刻，这时候油箱温度仍接近80度，即使带上手套也无法进行操作。油箱被模制成型，但是塑料尚未成型。激光设备沿着输送线工作，以确保每个工位的工艺妥善地完成。 Kautex公司生产线上设备的每个部件必须能够清晰地读取到激光蚀刻的结果。在制模工艺之后，每个油箱大约还需要5到6个制造步骤。验证扫描器被安装到激光器附近，因此油箱在经过蚀刻后会被机械手带到验证扫描器的位置，由验证扫描器确定是否蚀刻正确。如果蚀刻不正确，会发出警告声。 每个油箱的循环时间在1小时左右，其中45分钟用于冷却和稳定剂操作。接下来的激光蚀刻仅仅需要5到8秒钟时间，取决于标记信息的多寡。紧接着是阀门焊接操作。再接下来是安装燃油泵、导通性检查、压力密封性检验以及放置隔热板或者其他外部零件。 Kautex公司已经7×24小时运行其油箱生产线超过1年。纸制标签会带来停机的问题。固体激光器冷却系统需要例行维护，但是风冷光纤激光器不需要例行维护，这对于7×24小时运行的公司来说是一个福音，因为公司不需要为了维护而强制关闭生产线。正是由于光纤激光器不需要维护，困扰也大大减少，因此光纤激光器有着很好的成本优势。第一条光纤激光器生产线在今年初投产运行。投产后的第一项就是来自本田的业务。 当被问到公司对光纤激光器是否满意时，Collison和Suever回答说还有更多的光纤激光器正在计划中，福特生产线将再购买两台光纤激光器，而且如果客户赞同使用这种工艺，那么任何新的生产线都将采用光纤激光器。 (end)

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