การวิจัยเกี่ยวกับผลของการทำเครื่องหมายด้วยชุดพัลส์เลเซอร์บนเปลือกส้ม

ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของมาตรฐานการครองชีพ ความสนใจในเรื่องความปลอดภัยของอาหารของสาธารณชนก็เพิ่มขึ้น ในบริบทนี้ การติดตามย้อนกลับผลไม้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งผลไม้สดใหม่ ได้กลายเป็นความต้องการที่แท้จริง ในปัจจุบัน การแปะฉลากบาร์โค้ดแบบกระดาษบนผิวของผลไม้เป็นวิธีหลักในการทำให้เกิดการติดตามย้อนกลับของผลไม้ อย่างไรก็ตาม ฉลากบางประเภทมักจะหลุดออกได้ง่าย ส่งผลให้สูญเสียข้อมูลสำคัญ ในขณะที่ฉลากบางประเภทถูกติดแน่นจนยากที่จะลบออกได้ ดังนั้น การศึกษานี้จึงเลือกส้มเป็นวัตถุสำหรับการศึกษา และมีแนวโน้มที่จะใช้เทคโนโลยีเลเซอร์ในการแกะสลักบาร์โค้ดสองมิติลงบนผิวของผลไม้โดยตรง โดยการเปรียบเทียบผลของการแกะสลักจากเลเซอร์ pulsed อัลตร้าสั้น (ps) และเลเซอร์ pulsed สั้น (ns) มีเป้าหมายเพื่อให้ได้เทคโนโลยีการแกะสลักที่มีบาร์โค้ดชัดเจนและคงทนสำหรับการติดตามย้อนกลับของผลไม้

1 เครื่องมือและวิธีการทดลอง

1.1 โครงสร้างและการประกอบของ เครื่องทำเครื่องหมาย

รูปที่ 1 แผนภาพโครงสร้างของอุปกรณ์สลักด้วยเลเซอร์

1.2 แหล่งกำเนิดแสง

แหล่งกำเนิดเลเซอร์นาโนวินาทีชั่วคราวใช้เลเซอร์ Nd:YAG แบบ Q-switched โดยใช้เทคนิค acousto-optic มีความถี่ในการทำงานที่ 3 KHz กว้างของชั่วพักชั่วภัยที่ 15 ns และคลื่นความยาวของแสงที่ออกมาคือ 532 nm เลเซอร์พิโควินาทีชั่วคราวซึ่งเป็นเลเซอร์แบบ MOPA mode-locked โครงสร้างแท่ง Nd:YVO₄ (Penny-pico-10, Ziyun Laser Technology Co., Ltd.) มีคลื่นความยาวของแสงที่ออกมาคือ 532 nm พลังงานสูงสุดที่ 10 W กว้างของชั่วพักชั่วภัยที่ 5 ps และความถี่ในการทำงานระหว่าง 1 - 100 kHz

1.3 วิธีการทดลอง

ส้มที่ซื้อมาในล็อตเดียวกันและมีความเรียบของผิวคล้ายกันถูกคัดเลือกมาใช้ พลัชเลเซอร์แบบพิโควินาทีและนาโนวินาทีถูกนำมาใช้ในการทำเครื่องหมายบนผิวของส้ม โดยแต่ละวิธีทำการซ้ำ 10 ครั้ง จากนั้นจุลทรรศน์แบบขั้วไฟฟ้า (OLYMPUS - BX51, Olympus Corporation) ถูกนำมาใช้เพื่อการสังเกตและการวิเคราะห์ที่ 100 เท่า เพื่อเปรียบเทียบและวิเคราะห์ผลการทำเครื่องหมายจากเลเซอร์สองชนิดนี้บนเปลือกส้ม

2 ผลลัพธ์และการวิเคราะห์

2.1 การวิเคราะห์พารามิเตอร์ของการทดลอง

พารามิเตอร์ เช่น คุณภาพลำแสง ความกว้างของชั้นพัลส์ และพลังงานของเลเซอร์ จะส่งผลต่อความแม่นยำของการทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์ ซึ่งจะส่งผลกระทบต่อคุณภาพและความสำเร็จของการทำเครื่องหมาย ความกว้างของชั้นพัลส์ของเลเซอร์แบบนาโนวินาทีและพิโควินาทีได้รับการปรับให้อยู่ในสภาพที่เหมาะสมที่สุด ความกว้างของชั้นพัลส์ที่วัดได้จากออสซิลโลสโคปของเลเซอร์โปรเบสำหรับเลเซอร์แบบนาโนวินาทีอยู่ที่ 8.48 นาโนวินาที และสำหรับเลเซอร์แบบพิโควินาทีอยู่ที่ 14.2 พิโควินาที

การทดลองหลายครั้งแสดงให้เห็นว่า กำลังเลเซอร์ ความเร็วในการทำเครื่องหมาย และระยะห่างระหว่างเส้น เป็นปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อคุณภาพของบาร์โค้ด ยิ่งความถี่ของเลเซอร์สูงและเวลาของช่วงพัลส์สั้นเท่าไร ความเร็วในการทำเครื่องหมายก็จะเร็วขึ้นและระยะห่างระหว่างเส้นจะเล็กลง ส่งผลให้เกิดประสิทธิภาพในการทำเครื่องหมายที่ดีขึ้น

2.2 ผลลัพธ์ของการทำเครื่องหมายและการวิเคราะห์

หลังจากนำภาพ QR code เข้าสู่เครื่องทำเครื่องหมายนาโนวินาทีผ่านอินเตอร์เฟซ USB ตำแหน่งของเปลือกส้มได้รับการปรับโดยใช้แท่นแปลงตำแหน่ง จากนั้นเริ่มทำการทำเครื่องหมาย ผลลัพธ์ได้รับการสังเกตภายใต้กล้องจุลทรรศน์แบบ поляร์ขนาด 100X เช่นเดียวกับที่แสดงในรูปที่ 2

รูปที่ 2 ผลลัพธ์จากการทำเครื่องหมายนาโนวินาที

กราฟิก QR code ได้ถูกนำเข้าสู่ซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์ของเลเซอร์พิโควินาที หลังจากเปิดระบบทำความเย็นและปรับระนาบโฟกัส การทำเครื่องหมายได้ดำเนินการบนพื้นผิวของเปลือกส้ม ผลลัพธ์ได้รับการสังเกตภายใต้กล้องจุลทรรศน์แบบโพลาไรซ์ขนาด 100X เช่นเดียวกับที่แสดงในรูปที่ 3

รูปที่ 3 ผลลัพธ์จากการทำเครื่องหมายพิโควินาที

จากการสังเกตเครื่องหมายบนเปลือกส้มภายใต้กล้องจุลทรรศน์โพลาไรซิ่ง พบว่าเลเซอร์พิกอินที่สองและเลเซอร์นาโนวินาทีสามารถทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางรูปร่างอย่างชัดเจนบนผิวเปลือกส้มและพิมพ์เครื่องหมายที่ค่อนข้างชัดเจนได้ อย่างไรก็ตาม เลเซอร์พิกอินที่สองพิมพ์เส้นที่ตรงกว่า มีขอบเขตเรียบและชัดเจนบนผิวเปลือกส้ม และทำลายผิวหนังภายนอกน้อยกว่า ในทางกลับกัน เส้นที่พิมพ์โดยเลเซอร์นาโนวินาทีบนผิวเปลือกส้มไม่เป็นระเบียบเท่าใดนัก และขอบเขตของเครื่องหมายมีความคลุมเครือมากกว่า

พารามิเตอร์ที่มีผลโดยตรงต่อคุณภาพของการทำเครื่องหมายคือกำลังสูงสุด ซึ่งเป็นสัดส่วนผกผันกับความกว้างของชั้นพัลส์เลเซอร์ ดังนั้น เมื่อความกว้างของพัลส์ลดลง กำลังสูงสุดจะเพิ่มขึ้น เมื่อเปรียบเทียบกับเลเซอร์พัลส์นาโนวินาที เลเซอร์ที่ปล่อยออกมาจากเลเซอร์พิโควินาทีมีความกว้างพัลส์แคบกว่า มีพลังงานสูงกว่า และมีความแม่นยำมากกว่า ผลกระทบของการหลุดออกทางเคมีบนผิวเปลือกส้มชัดเจน ส่งผลให้เกิดการคาร์บอนไนซ์บริเวณขอบของรหัส QR โดยไม่มีรอยแตกเล็ก ๆ หรือเศษผิวอย่างเห็นได้ชัด จึงทำให้ขอบเขตชัดเจนขึ้น

3 ข้อสรุปและการอภิปราย

เพื่อให้ได้บาร์โค้ดสองมิติที่ชัดเจนและคงทนสำหรับการติดตามผลไม้โดยไม่ส่งผลกระทบต่อการบริโภค ได้มีการทดลองเปรียบเทียบเพื่อศึกษาความเป็นไปได้ของการใช้เทคโนโลยีเลเซอร์ในการพิมพ์บนผิวของผลไม้ ส้มถูกเลือกเป็นวัตถุสำหรับการทดลอง และเลเซอร์แบบนาโนวินาทีและพิโควินาทีถูกนำมาใช้ในการพิมพ์ QR codes บนเปลือกส้ม โดยสังเกตการเปลี่ยนแปลงบนผิวเปลือกส้ม ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเลเซอร์แบบช่วงนาโนวินาที เลเซอร์แบบช่วงพิโควินาทีมีความแม่นยำในการพิมพ์สูงกว่า มีความลึกของการทำเครื่องหมายมากกว่า และมีขอบเขตของเครื่องหมายที่ชัดเจนกว่า