Yaşam standartlarının sürekli artmasıyla birlikte, kamuoyunun gıda güvenliğine olan dikkati artmaya devam ediyor. Bu bağlamda, özellikle yeşil meyveler arasında meyve izlenebilirliği, bir nesnel gereksinim haline gelmiştir. Şu anda, meyvelerin yüzeyine kağıt şeritli barkod etiketleri yapıştırılması, meyve izlenebilirliğini sağlamak için ana yöntemdir. Ancak bazı kağıt etiketler kolayca düşebiliyor ve bu da anahtar bilgilerin kaybına neden oluyor, diğerleri ise genellikle çıkarmak için çok sıkı tutunuyor. Bu nedenle, bu çalışma portakalları araştırma nesnesi olarak seçti ve meyvenin yüzeyine doğrudan lazer teknolojisi kullanarak iki boyutlu barkodlar kazımayı amaçlıyor. Ultra kısa süreli pikosani (ps) lazer darbeleri ve kısa süreli nanosani (ns) lazer darbelerinin işaretlemesi etkilerini karşılaştırmak suretiyle, net ve dayanıklı barkodlu bir işaretlemeye yönelik teknoloji sunmayı hedefliyor.
The i̇şaretleme makinesi bir lazer, optik sistem, sayısal kontrol işleme sistemi ve bir bilgisayar kontrol sisteminden oluşur. Belirli yapı Şekil 1'de gösterilmiştir.
Şekil 1 Lazer işaretleyici cihazının şema diyagramı
Çalışma prensibi şunun i̇şaretleme makinesi şöyledir: Lazer ışınınin fototermal etkisinden yararlanarak malzemenin yüzey malzemesini buharlaştırır ve alttaki malzemeyi ortaya çıkarır veya ışık enerjisiyle malzemenin bir kısmını yakar ve oyuklu desenleri ve karakterleri gösterir. Farklı işleme gereksinimlerini karşılamak için, lazerden çıkan lazer ışını optik sistem tarafından iletilip işlenebilir. İşaretleyici makinedeki optik sistem çoğunlukla odaklama ve alan mercek sistemiyle oluşur. Lazerler, bir semi-iletken yan pompalı nanosaniye Nd:YAG lazeri ve pikosaniye lazerdir.
İşaretleme yazılımı, Beijing Century Sunny Technology Co., Ltd. tarafından geliştirilen CS Mark seri işaretleme yazılımıdır. Özel olarak tasarlanmış bir işaretleme uygulama yazılımıdır lazer Markalama , güçlü grafik düzenleme ve çeşitli işaretlemeye yarayan fonksiyonları entegre eder. Kontrol kartı ve tarama galvanometresiyle birlikte kullanıldığında, çeşitli yüksek hassasiyetli ve hızlı lazer işleme gereksinimlerini karşılayabilir.
Kısa-impuls nanosaniye lazer kaynağı, kendinden üretilen Nd:YAG sesoptik Q-değiştirici lazerini kullanır, 3 KHz işlem frekansıyla, 15 ns impuls genişliğiyle ve 532 nm çıkış dalga boyuyla. Ultra-kısa-impuls pikosaniye lazer kaynağı, Nd:YVO₄ çubuk yapısına sahip MOPA kilitlenme modlu lazer (Penny-pico-10, Ziyun Lazer Teknolojisi Co., Ltd.), 532 nm çıkış dalga boyuyla, maksimum 10 W güçle, 5 ps impuls genişliğiyle ve 1-100 kHz işlem frekansıyla kullanılır.
Benzer yüzey pürüzlülüğüne sahip aynı partide alınan portakallar seçildi. Yüzeylerinde işaretlemek için pikosaniye lazer darbeleri ve nanosaniye lazer darbeleri kullanıldı ve her yöntem 10 kez tekrarlandı. Daha sonra, iki lazerin portakal kabukları üzerindeki işaretlemeye etkileri karşılaştırılarak analiz edildi ve bu analiz için 100X büyütme altında bir kutuplaşmalı mikroskop (OLYMPUS - BX51, Olympus Corporation) kullanıldı.
Işın kalitesi, darbe genişliği ve enerjisi gibi parametreler lazer işaretlemenin doğruluğunu etkileyebilir ki bu da işaretlemenin kalitesini ve etkisini değiştirir. Nanosaniye ve pikosaniye lazerlerinin darbe genişlikleri optimal duruma getirildi. Lazer sonda oloskopuyla ölçülen nanosaniye lazerinin çıkış darbe genişliği 8.48 ns idi ve pikosaniye lazeri için ise 14.2 ps idi.
Birçok deney, lazer gücünün, işaretlememe hızının ve çizgi aralığının barkod kalitesini etkileyen ana faktörler olduğunu göstermiştir. Lazer frekansı ne kadar yüksekse ve pulsa zamanı ne kadar kısa ise, işaretlememe hızı daha hızlı olur ve çizgi aralığı daha küçüldüğü için daha iyi bir işaretlememe etkisi elde edilir.
QR kodu görüntüsü USB arabiriminden nanosaniye işaretleyici makinesine aktarıldıktan sonra, portakal kabuğu pozisyonu çeviri phasesi kullanılarak ayarlandı ve ardından işaretlemeye başlandı. Sonuçlar 100X kutuplaşmış bir mikroskop altında gözlemlendi ve Şekil 2'de gösterildiği gibi oldu.
Şekil 2 Nanosaniye işaretlememe sonuçları
QR kod grafikleri pikosaniye lasera ait bilgisayar yazılımına aktarıldı. Su soğutmayı açıp odak düzlemini ayarladıktan sonra, portakal kabuğuna işaretlemeye başlandı. Sonuçlar 100X kutuplaşmış bir mikroskop altında gözlemlendi ve Şekil 3'te gösterildiği gibi oldu.
Şekil 3 Pikosaniye işaretlememe sonuçları
Portakal kabuklarındaki işaretlerin kutuplaştırıcı mikroskop altında gözlemlenmesi sonucunda, hem pikosaniyer hem de nanosaniyer lazerlerinin portakal kabuğunda belirgin morfolojik değişikliklere neden olduğunu ve nispeten net işaretler bırakabileceğini bulduk. Ancak, pikosaniyer lazer, portakal kabuğu üzerinde daha iyi doğrultulu ve düzgün, net konturlu çizgiler yazdırır ve epidermi daha az hasarlandırır. Karşılaştırmalı olarak, nanosaniyer lazer tarafından portakal kabuğuna basılan çizgiler daha düzensizdir ve işaretlerin konturları daha bulanıktır.
İşaretlemenin etkisini en doğrudan etkileyen parametre, lazer impuls genişliğiyle ters orantılı olan zirai güçtür. Dolayısıyla, impuls genişliği azalırken zirai güç artar. Nanosaniye-impulslu lazerle karşılaştırıldığında, pikosaniye lazeri tarafından üretilen lazer ışını daha dar bir impuls genişliğine, daha yüksek enerjiye ve daha yüksek hassasiyete sahiptir. Portakal kabuğu yüzeyindeki foto kimyasal ablasyon etkisi açıktır ve bu da QR kodunun kenarlarında karbonlaşma yaratır; ancak belirgin küçük çatlaklar veya yüzey parçacıkları olmadığı için sınırlar daha nettedir.
Meyve izlenebilirliği için net ve dayanıklı iki boyutlu barkodlar elde etmek amacıyla, yemeğe uygunluk etkilenmeden bu teknolojinin uygulanabilirliğine ilişkin karşılaştırmalı bir deney yapıldı. Araştırmaya portakallar seçildi ve nanosaniye laserleri ile pikosaniye laserleri kullanılarak sırasıyla portakal kabuğuna QR kodları yazdırıldı ve portakal kabuğu yüzeyindeki değişiklikler gözlemlendi. Deneysel sonuçlar gösteriyor ki, nanosaniye-impuls lasera kıyasla, pikosaniye-impuls laseri daha yüksek yazdırma doğruluğu, daha derin işaretlemeye sahip ve daha net işaretlemeli konturlara sahiptir.
EN
AR
CS
NL
FR
DE
IT
JA
KO
PL
PT
RU
ES
UK
TH
TR
