EA 025906B1 20170228 Номер и дата охранного документа [PDF] EAPO2017\PDF/025906 Полный текст описания [**] EA201490246 20120719 Регистрационный номер и дата заявки EP11007184.2 20110905 Регистрационные номера и даты приоритетных заявок EP2012/003067 Номер международной заявки (PCT) WO2013/034212 20130314 Номер публикации международной заявки (PCT) EAB1 Код вида документа [PDF] eab21702 Номер бюллетеня [GIF] EAB1\00000025\906BS000#(982:931) Основной чертеж [**] УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАРКИРОВКИ С МНОЖЕСТВОМ ЛАЗЕРОВ И ИНДИВИДУАЛЬНО НАСТРАИВАЕМЫМИ НАБОРАМИ ОТКЛОНЯЮЩИХ СРЕДСТВ Название документа [8] B23K 26/06, [8] B23K 26/08, [8] B23K 26/00, [8] B23K 26/36, [8] H01S 3/07 Индексы МПК [US] Армбрустер Кевин Л., [US] Гилмартин Брэд Д., [DE] Кюкендаль Петер Дж., [US] Ричард Бернард Дж., [US] Райан Даниэль Дж. Сведения об авторах [DE] АЛЛЬТЕК АНГЕВАНДТЕ ЛАЗЕРЛИХТ ТЕХНОЛОГИ ГМБХ Сведения о патентообладателях [DE] АЛЛЬТЕК АНГЕВАНДТЕ ЛАЗЕРЛИХТ ТЕХНОЛОГИ ГМБХ Сведения о заявителях
 

Патентная документация ЕАПВ

 
Запрос:  ea000025906b*\id

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

1. Маркировочный аппарат для маркировки объекта (1) посредством лазерного излучения, содержащий множество лазеров (10), в частности газовых лазеров (10), и блок (20) управления, обеспечивающий индивидуальное активирование каждого из лазеров (10) для испускания лазерного пучка (90a-90i) в соответствии с наносимым знаком, отличающийся тем, что содержит набор (30) отклоняющих средств для гибкого перестраивания лазерных пучков (90a-90i) с получением любой желательной конфигурации лазерных пучков (90a-90i), причем набор (30) отклоняющих средств содержит по меньшей мере два отклоняющих средства (33a-33i, 34a-34i) на каждый лазерный пучок (90a-90i), в частности по меньшей мере два перестраивающих зеркала (33a-33i, 34a-34i) или по меньшей мере один световод и одну линзу на каждый лазерный пучок (90a-90i), каждое отклоняющее средство (33a-33i, 34a-34i) выполнено с возможностью индивидуальной регулировки обеспечиваемого им направления отклонения и/или с возможностью индивидуального смещения, а блок (20) управления выполнен с возможностью смещения отклоняющих средств (33a-33i, 34a-34i) и/или регулировки обеспечиваемых ими направлений отклонения, при этом маркировочный аппарат дополнительно содержит по меньшей мере одно сканирующее зеркальное устройство (50), содержащее общее зеркало (50а), на которое направлены все лазерные пучки (90a-90i), отходящие от набора (30) отклоняющих средств, а блок (20) управления обеспечивает возможность осуществления поворота зеркального сканирующего устройства (50).

2. Маркировочный аппарат по п.1, отличающийся тем, что отклоняющие средства (33a-33i, 34a-34i) отрегулированы так, чтобы обеспечить уменьшение расстояний между лазерными пучками (90a-90i).

3. Маркировочный аппарат по п.1 или 2, отличающийся тем, что блок (20) управления выполнен с возможностью смещения отклоняющих средств (33a-33i, 34а-34i) и/или регулировки направлений отклонения, обеспечиваемых отклоняющими средствами (33a-33i, 34a-34i), посредством карданных подвесов.

4. Маркировочный аппарат по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что блок (20) управления выполнен с возможностью смещения отклоняющих средств (33a-33i, 34a-34i) и/или регулировки, в частности посредством карданных подвесов, направлений отклонения, обеспечиваемых отклоняющими средствами (33a-33i, 34а-34i), в процессе маркировки для осуществления сканирующего движения лазерных пучков (90a-90i).

5. Маркировочный аппарат по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что блок (20) управления выполнен с возможностью осуществления поворота зеркального сканирующего устройства (50) посредством гальванометрического привода.

6. Маркировочный аппарат по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что с целью маркировки объекта (1) при его движении относительно маркировочного аппарата (100) блок (20) управления выполнен с возможностью регулировки отклоняющих средств (33a-33i, 34a-34i) и/или по меньшей мере одного зеркального сканирующего устройства (50) в соответствии с информацией о движении объекта (1).

7. Маркировочный аппарат по любому из пп.3-6, отличающийся тем, что набор (30) отклоняющих средств содержит первый и второй наборы (33, 34) перестраивающих зеркал, каждый набор (33, 34) перестраивающих зеркал содержит по меньшей мере одно перестраивающее зеркало (33a-33i, 34a-34i) на каждый лазерный пучок (90a-90i), первый набор (33) перестраивающих зеркал способен направлять лазерные пучки (90a-90i) на второй набор (34) перестраивающих зеркал, каждый из первого и второго наборов (33, 34) перестраивающих зеркал сконфигурирован как линейный набор (35, 36), а каждое перестраивающее зеркало (33a-33i, 34a-34i) установлено с возможностью поворота.

8. Маркировочный аппарат по п.7, отличающийся тем, что содержит позиционирующее средство (60) для регулировки положения по меньшей мере одного из линейных наборов (35, 36) перестраивающих зеркал.

9. Маркировочный аппарат по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что блок (20) управления выполнен с возможностью управления отклоняющими средствами (33a-33i, 34a-34i) для задания степени сближения или разведения лазерных пучков (90a-90i), отходящих от отклоняющих средств (33a-33i, 34a-34i).

10. Маркировочный аппарат по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что блок (20) управления выполнен с возможностью регулировки отклоняющих средств (33a-33i, 34a-34i) для осуществления поворота линейной конфигурации лазерных пучков (90а-90i), падающих на отклоняющие средства (33a-33i), на 90° вокруг оси, параллельной направлению распространения указанных лазерных пучков (90a-90i).

11. Маркировочный аппарат по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что дополнительно содержит телескопическое устройство (45) для одновременной регулировки фокусных расстояний лазерных пучков (90a-90i), имеющее по меньшей мере две линзы.

12. Маркировочный аппарат по п.11, отличающийся тем, что блок (20) управления выполнен с возможностью регулировать телескопическое устройство (45) для приведения фокусных расстояний лазерных пучков (90a-90i) в соответствие с расстоянием до маркируемого объекта (1), в частности до движущегося объекта (1).

13. Маркировочный аппарат по любому из пп.1-12, отличающийся тем, что блок (20) управления выполнен с возможностью задерживать в индивидуальном порядке активирование любого лазера (10) таким образом, чтобы в случае движения объекта (1) относительно маркировочного аппарата (100) в заданном направлении (2) обеспечить падение на один и тот же участок на объекте (1) в направлении (2) движения объекта по меньшей мере двух лазерных пучков (90a-90i).

14. Маркировочный аппарат по любому из пп.1-13, отличающийся тем, что содержит в качестве отклоняющих средств (33a-33i, 34a-34i) для каждого лазерного пучка (90a-90i) по меньшей мере один световод и одну линзу, при этом все световоды имеют одинаковую длину.

15. Маркировочный аппарат по любому из пп.1-14, отличающийся тем, что содержит набор (40) средств для профилирования пучка с целью индивидуального профилирования каждого лазерного пучка (90a-90i), в частности для задания степени сходимости или расходимости каждого лазерного пучка (90a-90i).

16. Маркировочная система, содержащая маркировочный аппарат (100), выполненный согласно любому из пп.1-15, и поворачивающее средство (110) для осуществления поворота маркировочного аппарата (100) относительно направления (2) движения маркируемого объекта (1).


Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

1. Маркировочный аппарат для маркировки объекта (1) посредством лазерного излучения, содержащий множество лазеров (10), в частности газовых лазеров (10), и блок (20) управления, обеспечивающий индивидуальное активирование каждого из лазеров (10) для испускания лазерного пучка (90a-90i) в соответствии с наносимым знаком, отличающийся тем, что содержит набор (30) отклоняющих средств для гибкого перестраивания лазерных пучков (90a-90i) с получением любой желательной конфигурации лазерных пучков (90a-90i), причем набор (30) отклоняющих средств содержит по меньшей мере два отклоняющих средства (33a-33i, 34a-34i) на каждый лазерный пучок (90a-90i), в частности по меньшей мере два перестраивающих зеркала (33a-33i, 34a-34i) или по меньшей мере один световод и одну линзу на каждый лазерный пучок (90a-90i), каждое отклоняющее средство (33a-33i, 34a-34i) выполнено с возможностью индивидуальной регулировки обеспечиваемого им направления отклонения и/или с возможностью индивидуального смещения, а блок (20) управления выполнен с возможностью смещения отклоняющих средств (33a-33i, 34a-34i) и/или регулировки обеспечиваемых ими направлений отклонения, при этом маркировочный аппарат дополнительно содержит по меньшей мере одно сканирующее зеркальное устройство (50), содержащее общее зеркало (50а), на которое направлены все лазерные пучки (90a-90i), отходящие от набора (30) отклоняющих средств, а блок (20) управления обеспечивает возможность осуществления поворота зеркального сканирующего устройства (50).

2. Маркировочный аппарат по п.1, отличающийся тем, что отклоняющие средства (33a-33i, 34a-34i) отрегулированы так, чтобы обеспечить уменьшение расстояний между лазерными пучками (90a-90i).

3. Маркировочный аппарат по п.1 или 2, отличающийся тем, что блок (20) управления выполнен с возможностью смещения отклоняющих средств (33a-33i, 34а-34i) и/или регулировки направлений отклонения, обеспечиваемых отклоняющими средствами (33a-33i, 34a-34i), посредством карданных подвесов.

4. Маркировочный аппарат по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что блок (20) управления выполнен с возможностью смещения отклоняющих средств (33a-33i, 34a-34i) и/или регулировки, в частности посредством карданных подвесов, направлений отклонения, обеспечиваемых отклоняющими средствами (33a-33i, 34а-34i), в процессе маркировки для осуществления сканирующего движения лазерных пучков (90a-90i).

5. Маркировочный аппарат по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что блок (20) управления выполнен с возможностью осуществления поворота зеркального сканирующего устройства (50) посредством гальванометрического привода.

6. Маркировочный аппарат по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что с целью маркировки объекта (1) при его движении относительно маркировочного аппарата (100) блок (20) управления выполнен с возможностью регулировки отклоняющих средств (33a-33i, 34a-34i) и/или по меньшей мере одного зеркального сканирующего устройства (50) в соответствии с информацией о движении объекта (1).

7. Маркировочный аппарат по любому из пп.3-6, отличающийся тем, что набор (30) отклоняющих средств содержит первый и второй наборы (33, 34) перестраивающих зеркал, каждый набор (33, 34) перестраивающих зеркал содержит по меньшей мере одно перестраивающее зеркало (33a-33i, 34a-34i) на каждый лазерный пучок (90a-90i), первый набор (33) перестраивающих зеркал способен направлять лазерные пучки (90a-90i) на второй набор (34) перестраивающих зеркал, каждый из первого и второго наборов (33, 34) перестраивающих зеркал сконфигурирован как линейный набор (35, 36), а каждое перестраивающее зеркало (33a-33i, 34a-34i) установлено с возможностью поворота.

8. Маркировочный аппарат по п.7, отличающийся тем, что содержит позиционирующее средство (60) для регулировки положения по меньшей мере одного из линейных наборов (35, 36) перестраивающих зеркал.

9. Маркировочный аппарат по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что блок (20) управления выполнен с возможностью управления отклоняющими средствами (33a-33i, 34a-34i) для задания степени сближения или разведения лазерных пучков (90a-90i), отходящих от отклоняющих средств (33a-33i, 34a-34i).

10. Маркировочный аппарат по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что блок (20) управления выполнен с возможностью регулировки отклоняющих средств (33a-33i, 34a-34i) для осуществления поворота линейной конфигурации лазерных пучков (90а-90i), падающих на отклоняющие средства (33a-33i), на 90° вокруг оси, параллельной направлению распространения указанных лазерных пучков (90a-90i).

11. Маркировочный аппарат по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что дополнительно содержит телескопическое устройство (45) для одновременной регулировки фокусных расстояний лазерных пучков (90a-90i), имеющее по меньшей мере две линзы.

12. Маркировочный аппарат по п.11, отличающийся тем, что блок (20) управления выполнен с возможностью регулировать телескопическое устройство (45) для приведения фокусных расстояний лазерных пучков (90a-90i) в соответствие с расстоянием до маркируемого объекта (1), в частности до движущегося объекта (1).

13. Маркировочный аппарат по любому из пп.1-12, отличающийся тем, что блок (20) управления выполнен с возможностью задерживать в индивидуальном порядке активирование любого лазера (10) таким образом, чтобы в случае движения объекта (1) относительно маркировочного аппарата (100) в заданном направлении (2) обеспечить падение на один и тот же участок на объекте (1) в направлении (2) движения объекта по меньшей мере двух лазерных пучков (90a-90i).

14. Маркировочный аппарат по любому из пп.1-13, отличающийся тем, что содержит в качестве отклоняющих средств (33a-33i, 34a-34i) для каждого лазерного пучка (90a-90i) по меньшей мере один световод и одну линзу, при этом все световоды имеют одинаковую длину.

15. Маркировочный аппарат по любому из пп.1-14, отличающийся тем, что содержит набор (40) средств для профилирования пучка с целью индивидуального профилирования каждого лазерного пучка (90a-90i), в частности для задания степени сходимости или расходимости каждого лазерного пучка (90a-90i).

16. Маркировочная система, содержащая маркировочный аппарат (100), выполненный согласно любому из пп.1-15, и поворачивающее средство (110) для осуществления поворота маркировочного аппарата (100) относительно направления (2) движения маркируемого объекта (1).


Евразийское ои 025906 (13) В1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2017.02.28
(21) Номер заявки 201490246
(22) Дата подачи заявки
2012.07.19
(51) Int. Cl. B23K26/06 (2006.01) B23K26/08 (2006.01) B23K26/00 (2006.01) B23K26/36 (2006.01) H01S 3/07 (2006.01)
(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАРКИРОВКИ С МНОЖЕСТВОМ ЛАЗЕРОВ И
ИНДИВИДУАЛЬНО НАСТРАИВАЕМЫМИ НАБОРАМИ ОТКЛОНЯЮЩИХ СРЕДСТВ
(31) 11007184.2
(32) 2011.09.05
(33) EP
(43) 2014.08.29
(86) PCT/EP2012/003067
(87) WO 2013/034212 2013.03.14
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
АЛЛЬТЕК АНГЕВАНДТЕ ЛАЗЕРЛИХТ ТЕХНОЛОГИ ГМБХ (DE)
(72) Изобретатель:
Армбрустер Кевин Л., Гилмартин Брэд Д. (US), Кюкендаль Петер Дж. (DE), Ричард Бернард Дж., Райан Даниэль Дж. (US)
(74) Представитель:
Хмара М.В., Рыбаков В.М., Новоселова С.В., Дощечкина В.В., Липатова И.И. (RU)
(56) GB-A-2304641
US-A1-2005056626 US-B1-6421159 US-A-5339737 US-A-5115446
(57) Изобретение относится к маркировочному аппарату для маркировки объекта посредством лазерного излучения. Аппарат содержит множество лазеров и блок управления для индивидуального активирования каждого из лазеров для испускания лазерного пучка (90a-90i) в соответствии с наносимым знаком. Имеется также набор (30) отклоняющих средств для перестраивания лазерных пучков (90) в желательную конфигурацию лазерных пучков (90a-90i), причем набор (30) отклоняющих средств содержит на каждый лазерный пучок (90a-90i) по меньшей мере два отклоняющих средства (33a-33i, 34a-34i), в частности по меньшей мере два перестраивающих зеркала (33a-33i, 34a-34i) или по меньшей мере один световод и одну линзу. Каждое отклоняющее средство (33a-33i, 34a-34i) выполнено с возможностью индивидуальной регулировки обеспечиваемого им направления отклонения и/или с возможностью индивидуального смещения.
Область техники
Изобретение относится к маркировочному аппарату (устройству для маркировки) согласно ограничительной части п.1, предназначенному для маркировки объекта посредством лазерного излучения.
Предшествующий уровень техники
Известны маркировочные аппараты, которые используют единственный лазер (например СО2 лазер), испускающий пучок излучения, который подводится к маркируемому объекту. Объект перемещают на конвейерной ленте относительно маркировочного аппарата. Обычно для направления пучка излучения на объект в соответствии с наносимым знаком используется сканирующее устройство. Поскольку обычно представляется желательным обеспечить высокую производительность маркирования объектов, скорость объекта, движущегося на конвейерной ленте относительно маркировочного аппарата, должна быть высокой. Однако произвольно повышать эту скорость нельзя, поскольку сканирующее устройство требует достаточного времени, чтобы нанести маркировку на проходящий перед ним объект. Как следствие, производительность подобных маркировочных аппаратов ограничивается быстродействием сканирующих устройств.
Производительность может быть повышена с помощью маркировочных аппаратов, которые содержат группу лазеров, например газовых, и блок управления для индивидуального активирования каждого из лазеров для испускания лазерного пучка в соответствии с наносимым знаком. Такие маркировочные аппараты описаны в US 5229573 и US 5229574.
Чтобы добиться еще больших скоростей маркировки, требуются маркировочные аппараты с увеличенными количествами лазеров. Однако до настоящего времени возможное количество лазеров ограничивалось размерами индивидуальных лазеров, приводящими к недопустимо крупногабаритным аппаратам и к трудностям подведения лазерных пучков к маркируемому объекту.
В GB 2304641 описана система для маркировки изделий посредством лазерных пучков. Множество пучков направляется на сегментированное зеркало, чтобы расположить их в виде вертикального столбца.
В US 4652722 рассмотрен аппарат для гравирования букв на движущихся изделиях. Аппарат содержит группу лазеров, которые испускают пучки, направляемые на набор зеркал, которые в исходном положении взаимно согласованы по положению.
В US 6421159 В1 описан лазерный маркировочный аппарат, в котором лазеры установлены под углом друг к другу, чтобы уменьшить расстояния между испускаемыми ими пучками.
В US 5339737 А рассмотрены офсетные печатные формы, которые используются совместно с лазерным аппаратом. Лазерные пучки направляют на шаблон записываемых знаков, на выходе из которого они приобретают требуемую конфигурацию.
В US 5115446 А описана несущая конструкция для фланцев и других элементов лазерного аппарата, которая поддерживает лазерные трубки, образующие прямоугольную конфигурацию.
Сущность изобретения
Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в создании маркировочного аппарата, обеспечивающего особенно гибкое управление пучками излучения множества лазеров.
Эта задача решена разработкой маркировочного аппарата с признаками, включенными в п.1 прилагаемой формулы.
Предпочтительные варианты раскрыты в зависимых пунктах, а также в нижеследующем описании, содержащем ссылки на прилагаемые чертежи.
Согласно изобретению маркировочный аппарат описанного типа характеризуется тем, что содержит набор отклоняющих средств для перестраивания лазерных пучков с получением их желательной конфигурации. При этом набор отклоняющих средств содержит по меньшей мере два отклоняющих средства на каждый лазерный пучок, в частности по меньшей мере два перестраивающих зеркала или по меньшей мере один световод и одну линзу на каждый лазерный пучок. Каждое отклоняющее средство выполнено с возможностью индивидуальной регулировки обеспечиваемого им направления отклонения и/или с возможностью индивидуального смещения.
Использование на каждый пучок излучения по меньшей мере двух отклоняющих средств для индивидуального отклонения каждого пучка может рассматриваться в качестве основной идеи изобретения. Такое решение означает, что каждый пучок излучения направляется на соответствующее ему отклоняющее средство, регулируемое независимо от других таких средств, так что в принципе возможно получить любую желательную конфигурацию пучков.
Пучки излучения, испускаемые лазерами, образуют определенную конфигурацию, например линейную конфигурацию (т.е. строку или столбец) взаимно параллельных пучков излучения. В качестве важного преимущества изобретения можно отметить его способность гибко перестроить линейную конфигурацию в любую другую конфигурацию. Так, с помощью набора отклоняющих средств можно изменять (в частности уменьшать) расстояние между пучками излучения.
Базовая идея изобретения состоит в использовании регулируемых (настраиваемых) отклоняющих средств, которые могут устанавливаться в желательное положение в процессе или перед началом функционирования маркировочного аппарата. С этой целью каждое отклоняющее средство может быть перемещено посредством электродвигателя, контролируемого блоком управления.
Преимуществом предлагаемого набора отклоняющих средств перед призмами является меньшая дисторсия, особенно когда в качестве отклоняющих средств применяются зеркала.
Если отклоняющими средствами являются зеркала, их регулировка (настройка) может производиться посредством индивидуальных поворотов (наклонов) и, как следствие, изменением направлений отклонения пучков, т.е. направлений, по которым пучки отходят от зеркал. Дополнительно или альтернативно, зеркала могут иметь возможность перемещения. Поскольку посредством зеркал может производиться перестройка лазерных пучков, зеркала могут рассматриваться как перестраивающие зеркала.
В контексте изобретения под активированием каждого из лазеров для испускания лазерного пучка может пониматься любой процесс, который определяет, должен ли соответствующий пучок излучения падать на маркируемый объект. Следовательно, такое активирование может выполняться посредством затвора, перекрывающего пучок. Другими словами, лазер остается активным, а затвор управляет пропусканием и блокированием пучка лазера.
Возможно использование лазеров любых типов. Изобретение особенно эффективно, если критическим фактором для используемых лазеров является занимаемое ими пространство, т.е. если мощность лазера сильно зависит от его размеров. Другое преимущество изобретения наглядно проявляется, если размеры лазера препятствуют генерированию лазерных пучков, расположенных очень близко друг к другу. Изобретение позволяет в таких случаях произвести реконфигурирование лазерных пучков с обеспечением малых расстояний между ними, т.е маркировки с высоким разрешением.
Примерами подобных лазеров являются газовые, химические, волоконные и твердотельные лазеры, а также лазеры на красителях. Могут использоваться также полупроводниковые лазеры или лазеры на парах металлов. При использовании газовых лазеров они могут быть любых известных типов, например He-Ne, CO, аргоновыми, азотными или эксимерными лазерами. Желательно, чтобы газовые лазеры являлись СО2 лазерами, которые способны работать в непрерывном или импульсном режиме, например в режиме управления добротностью или синхронизации мод.
Под знаком маркировки, который нужно сформировать, может пониматься любой знак, например буква, изображение или единственный пиксель. Знак может состоять из множества точек или линий. Соответственно, лазеры можно активировать на короткие периоды, чтобы сформировать точки на объекте, или в течение заданного времени, чтобы сформировать линии определенной длины.
В контексте изобретения маркируемым объектом может быть любой продукт или изделие с поверхностью, которую можно изменить под воздействием излучения лазеров. В частности, объект может являться упаковкой, например, для пищевого продукта или напитка, фруктом или этикеткой. Материалом объекта могут быть пластики, бумага, металлы, керамика, материи, композиты или ткани органического происхождения.
Маркировка может создаваться посредством любых изменений поверхности объекта, например путем изменения цвета, гравирования или вырезания.
Далее под "желательной конфигурацией лазерных пучков" может пониматься любая конфигурация этих пучков, пригодная для соответствующего применения. Желательным конфигурациям могут соответствовать различные исходные конфигурации пучков излучения, т.е. конфигурации, имевшие место до падения пучков на набор отклоняющих средств. В частности, желательной может являться линейная конфигурация, развернутая относительно исходного положения пучков.
Согласно предпочтительному варианту изобретения отклоняющие средства регулируют так, чтобы обеспечить уменьшение расстояний между лазерными пучками. Тем самым устраняется недостаток, состоящий в больших расстояниях между пучками вследствие больших размеров лазеров, и обеспечивается возможность маркировки с высоким разрешением. В отличие от специальных устройств для уменьшения расстояния между пучками, в которых все пучки излучения направляют на общий оптический элемент, например на подходящую призму, отклоняющие средства аппарата по изобретению характеризуются меньшей дисторсией пучков излучения.
Уменьшение расстояния между пучками позволяет также получить лазерные пучки, падающие на общие оптические элементы ближе к их центральной зоне. Это может быть критично в отношении сферической аберрации и других искажений, имеющих место для краевых лучей, т.е. лазерных пучков, падающих на линзу или зеркало далеко от центральной зоны, в отличие от параксиальных лучей, т.е. лазерных пучков, падающих на центральную зону линзы или зеркала. Таким образом, уменьшение расстояний между пучками приводит к желательному уменьшению сферической аберрации.
Другой предпочтительный вариант изобретения характеризуется тем, что наборы отклоняющих средств, обеспечивающие два отклоняющих средства на каждый лазерный пучок, выполнены в виде первого и второго наборов перестраивающих зеркал, каждый из которых содержит по меньшей мере одно перестраивающее зеркало на каждый лазерный пучок. При этом первый набор перестраивающих зеркал направляет лазерные пучки на второй набор перестраивающих зеркал. Таким образом, направление каждого пучка излучения индивидуально задается посредством по меньшей мере двух перестраивающих зеркал. Тем самым обеспечивается особенно гибкое реконфигурирование пучка излучения.
Отклоняющие средства могут регулироваться, в частности смещаться, вручную. Однако желательно, чтобы блок управления был адаптирован для смещения отклоняющих средств и/или регулировки
направлений отклонения, обеспечиваемых отклоняющими средствами, посредством карданных подвесов. Применительно к широкому кругу приложений блок управления может индивидуально регулировать каждое отклоняющее средство. В относительно экономичном варианте блок управления способен регулировать по меньшей мере одно отклоняющее средство на каждый лазерный пучок. Желательно, чтобы карданные подвесы обеспечивали для установленных в них отклоняющих средств по меньшей мере две или даже три вращательные степени свободы.
Регулировка отклоняющих средств посредством блока управления позволяет задавать положения, соответствующие различным значениям кода. Это означает, что направления лазерных пучков, выходящих из аппарата, можно изменять с целью изменить положение кода, который нужно сформировать на объекте лазерными пучками. Кроме того, можно также варьировать высоту кода.
Блок управления предпочтительно адаптирован для регулировки отклоняющих средств в процессе маркировки с целью осуществления сканирующего движения лазерных пучков. Сканирующие движения индивидуальных лазерных пучков могут осуществляться независимо одно от другого, что дополнительно повышает гибкость или скорость маркировки.
Возможна также статическая маркировка. В этом случае в течение всего процесса маркировки объект неподвижен относительно маркировочного аппарата. Отклоняющие средства приводятся в действие для осуществления сканирующего перемещения лазерных пучков таким образом, чтобы распечатать на неподвижном объекте все требуемые знаки. Этот вариант особенно предпочтителен для распечатывания двумерной графической информации, когда требуется печать высокого разрешения.
Желательно также адаптировать блок управления для реализации опции с множеством импульсов. Если лазерные пучки являются импульсными, в одну и ту же точку на объекте будет подаваться множество импульсов. Этот режим может быть реализован при взаимном перемещении объекта и аппарата и при соответствующей синхронизации срабатывания лазеров. Альтернативно, настройку средств, отклоняющих один лазерный пучок, можно изменять таким образом, чтобы последовательные импульсы излучения одного лазера направлялись в одну общую точку. Данный режим позволяет реализовать, например, печать с использованием серой шкалы.
Блок управления может быть также адаптирован для автоматической подстройки отклоняющих средств к изменениям положения объекта, например, с целью компенсации влияния вибраций объекта. Изменения положения могут детектироваться датчиком, например ультразвуковым или оптическим датчиком или датчиком ближней локации.
Предпочтительный вариант аппарата по изобретению характеризуется тем, что в нем имеется по меньшей мере одно сканирующее зеркальное устройство, содержащее общее зеркало, на которое направлены все лазерные пучки, отходящие от набора отклоняющих средств, а блок управления выполнен с возможностью обеспечения поворота зеркального сканирующего устройства, например, посредством гальванометрического привода.
Сканирующим зеркальным устройством может являться любое средство, которое обеспечивает последовательное проведение пучка излучения через множество различных пространственных положений.
В простых вариантах такие устройства могут содержать зеркало, способное поворачиваться вокруг оси, нормальной к плоскости падающего пучка излучения.
Поворотное зеркало может являться зеркальным барабаном, т.е. многогранником, несущим зеркала, которые вместе поворачиваются вокруг единственной оси.
Устройства, содержащие гальванометрический привод, с которым связано зеркало, обычно именуются гальванометрическими сканерами. Гальванометрический сканер способен преобразовывать входные электрические сигналы в угловое положение зеркала этого сканера, например, использующего подвижную обмотку или сплошной железный ротор. Желательно, чтобы любое место, в которое должен быть направлен отраженный пучок излучения, могло задаваться независимо от предыдущего положения этого пучка. Желательно также, чтобы имелись по меньшей мере два гальванометрических сканера. Если гальванометрические сканеры установлены так, что каждый лазерный пучок направляется от первого гальванометрического сканера на второй гальванометрический сканер, становится возможным обеспечить любое желательное двумерное сканирующее перемещение.
Функции зеркального сканирующего устройства могут быть также реализованы посредством аку-стооптических устройств. В этих устройствах в акустооптический материал вводится акустическая волна. Частота акустической волны определяет угол отклонения лазерного пучка, проходящего через аку-стооптический материал. Быстро изменяя частоту акустической волны, можно осуществить быстрое сканирующее движение лазерного пучка.
В другом предпочтительном варианте блок управления с целью маркировки объекта при его движении относительно маркировочного аппарата адаптирован для регулировки отклоняющих средств и/или по меньшей мере одного зеркального сканирующего устройства в соответствии с информацией о движении объекта. Это позволяет осуществлять отслеживание объекта. Имеется возможность ускорять или замедлять относительное перемещение аппарата и средства, транспортирующего движущийся объект, с обеспечением желательной возможности повысить производительность процесса маркировки.
Согласно еще одному предпочтительному варианту изобретения набор отклоняющих средств со
держит первый и второй наборы перестраивающих зеркал, причем каждый из этих наборов содержит по меньшей мере одно перестраивающее зеркало на каждый лазерный пучок, а первый набор перестраивающих зеркал направляет лазерные пучки на второй набор перестраивающих зеркал. Каждый из первого и второго наборов перестраивающих зеркал сконфигурирован, как линейный набор, а каждое перестраивающее зеркало установлено с возможностью поворота. В этом варианте расстояние между смежными перестраивающими зеркалами одного из наборов перестраивающих зеркал может быть фиксированным, что позволит использовать общее несущее средство, которое задает линейную конфигурацию перестраивающих зеркал при сохранении возможности их поворота. Второй набор перестраивающих зеркал может быть развернут относительно плоскости, образуемой лазерными пучками, падающими на первый набор перестраивающих зеркал. Может иметься также позиционирующее средство для регулировки положения по меньшей мере одного из линейных наборов перестраивающих зеркал. В частности, позиционирующее средство может перемещать общее несущее средство.
Другой предпочтительный вариант аппарата по изобретению характеризуется тем, что блок управления выполнен с возможностью управления отклоняющими средствами для задания степени сближения или разведения лазерных пучков, отходящих от отклоняющих средств, в частности от второго набора отклоняющих средств. Это позволяет отрегулировать отклоняющие средства так, чтобы получить заданный шаг лазерных пучков (расстояние между смежными пучками) на заданном расстоянии от аппарата. Высота знака, формируемого лазерными пучками, и разрешение маркировки, т.е. расстояние между элементами маркировки, формируемыми на объекте смежными лазерными пучками, определяются расстоянием между лазерными пучками и, следовательно, могут настраиваться регулировкой степени сближения. Для этой цели достаточно использовать быстрые повороты отклоняющего средства без необходимости изменять расстояние между отклоняющими средствами, что могло бы оказаться более времяемким.
Расположение лазеров может быть таким, что лазерные пучки на выходе лазеров взаимно параллельны и образуют линейную конфигурацию. Однако в зависимости от конкретного применения может оказаться желательным изменить ориентацию этой линейной конфигурации лазерных пучков. С этой целью блок управления может быть адаптирован для регулировки отклоняющих средств таким образом, чтобы линейная конфигурация лазерных пучков, падающих на отклоняющие средства, поворачивалась на 90° вокруг оси, параллельной направлению распространения этих пучков. Например, они могут быть развернуты из горизонтального расположения в вертикальное и наоборот. Это свойство является особенно желательным, поскольку обычно знаки или буквы должны распечатываться на изделии либо в горизонтальном, либо в вертикальном направлении и блок управления может обеспечивать переход, по меньшей мере, между этими двумя важными случаями. Чтобы обеспечивать разворот линейной конфигурации лазерных пучков, набор отклоняющих средств может содержать первый набор перестраивающих зеркал, используемый по меньшей мере с одним или двумя сканирующими зеркальными устройствами.
Согласно еще одному предпочтительному варианту изобретения предусмотрено телескопическое устройство, имеющее по меньшей мере две линзы и служащее для одновременной регулировки фокусных расстояний лазерных пучков. Одновременность регулировки означает, что лазерные пучки всех лазеров проходят через телескопическое устройство и, следовательно, испытывают одинаковое влияние. В частности, блок управления может быть выполнен с возможностью регулировать телескопическое устройство в зависимости от расстояния до объекта, например, так, чтобы привести фокусные расстояния лазерных пучков в соответствие с расстоянием до объекта. При этом желательно, чтобы при приближении объекта к аппарату или удалении от него можно было поддерживать постоянными размеры маркировок, формируемых на объекте. Информация о расстоянии до объекта может поступать в блок управления от транспортирующего модуля, перемещающего объект, и/или с использованием известных средств для измерения расстояния. Целесообразно установить телескопическое устройство за отклоняющими средствами, поскольку отклоняющие средства способны уменьшить максимальное расстояние между любыми двумя лазерными пучками. Это позволит уменьшить размеры оптических элементов телескопического устройства.
В предпочтительном варианте аппарата по изобретению предусмотрен набор телескопических средств для профилирования, в частности для задания степени сходимости или расходимости и, соответственно, фокусного расстояния каждого лазерного пучка, т.е. профилирование может производиться отдельно для каждого пучка. Тем самым обеспечивается желательная возможность скомпенсировать вариации длины хода лучей, т.е. различия в оптических длинах путей, которые проходят индивидуальные пучки излучения, пока не достигнут объекта. Эти различия могут быть вызваны профилем поверхности объекта или различиями оптических длин путей внутри маркировочного аппарата.
Каждое телескопическое средство может содержать по меньшей мере два оптических элемента, установленных с возможностью регулировки расстояния между ними для осуществления настройки фокусного расстояния, в частности по меньшей мере две линзы или два криволинейных зеркала. Таким образом, телескопические средства можно сконструировать, как телескопы-рефракторы, использующие линзы, как телескопы-рефлекторы, использующие зеркала, или как катадиоптрические телескопы, использующие по меньшей мере одно зеркало и по меньшей мере одну линзу.
Желательно также, чтобы блок управления мог обеспечивать линейную регулировку телескопических средств (которые можно рассматривать так же как средства профилирования пучков), т.е. изменение положения по меньшей мере одного оптического элемента каждого телескопического средства вдоль направления распространения соответствующего лазерного пучка.
Блок управления может быть адаптирован для управления телескопическими средствами так, чтобы компенсировать различия в оптических длинах пути лазерных пучков, в частности различия, обусловленные расположением отклоняющих средств. Действительно, оптические длины пути лазерных пучков могут различаться в зависимости от местонахождения отклоняющих средств, а это может приводить к различным размерам облучаемых участков на объекте. При применении телескопических средств можно обеспечить плоское поле, когда все лазерные пучки имеют одинаковое фокусное расстояние, измеряемое от выходной стороны аппарата.
Блок управления может быть также адаптирован для настройки телескопических средств в реальном времени в случае изменения оптических длин пути в результате регулировки отклоняющих средств. Дополнительно или альтернативно, блок управления может быть выполнен с возможностью установки набора телескопических средств в соответствии с любой информацией, относящейся к изменению оптических длин пути, например о вибрации, или о любом другом движении объекта или о перенаправлении сканирующим устройством лазерных пучков.
Согласно другому варианту изобретения блок управления выполнен с возможностью задерживать в индивидуальном порядке активирование любого лазера таким образом, чтобы в случае движения объекта относительно маркировочного аппарата в заданном направлении обеспечить падение на один и тот же участок на объекте в направлении движения объекта по меньшей мере двух лазерных пучков.
Кроме того, независимо от взаимной ориентации испускаемых лазерных пучков и направления движения объекта, различные лазерные пучки могут создавать пятна (точки) маркировки вдоль линии, перпендикулярной направлению движения объекта. Длина такой линии зависит от ориентации испускаемых лазерных пучков относительно направления движения объекта.
Лазеры предпочтительно собраны в стопу, так что испускаемые ими пучки образуют упорядоченную конфигурацию лазерных пучков, в частности упорядоченную конфигурацию взаимно параллельных лазерных пучков. Каждый лазер может содержать лазерные трубки, которые, по меньшей мере частично, окружают внутреннее пространство, т.е. образуют замкнутое или разомкнутое кольцо. Испускаемые лазерные пучки направляются во внутреннее пространство посредством направляющих средств, предпочтительно выполненных в виде комплекта зеркал. Альтернативно, направляющие средства могут быть образованы выходными зеркальными компонентами лазеров. В этом случае концевая лазерная трубка каждого лазера может быть направлена во внутреннее пространство, благодаря чему набор отклоняющих средств может находиться во внутреннем пространстве.
Под лазерной трубкой должна пониматься трубка, вмещающая в себя активную среду лазера или состоящая из этой среды. В случае газовых лазеров эти трубки являются полыми и предназначены для приема активного газа. В твердотельных лазерах трубки могут не быть полыми, т.е. они могут состоять из активной среды.
Охлаждение лазерных трубок может быть облегчено за счет того, что трубки, установленные на противоположных сторонах замкнутого или разомкнутого кольца, находятся на максимальном расстоянии одна от другой. Этот эффект достигается без увеличения габаритных размеров аппарата, поскольку оптические элементы размещены во внутреннем пространстве, что соответствует эффективному использованию пространства аппарата.
В другом предпочтительном варианте каждый лазер содержит лазерные трубки, которые, по меньшей мере частично, окружают внутреннее пространство, и направляющие средства, служащие для направления лазерных пучков, испускаемых лазерами, во внутреннее пространство и являющиеся частью телескопических средств. Направляющие средства могут содержать одно зеркало на каждый лазерный пучок, причем этим зеркалом может являться первый оптический элемент каждого телескопического средства.
Альтернативно, частями телескопических средств могут являться выходные компоненты лазеров, служащие для выведения лазерных пучков. Выходными компонентами могут быть частично отражающие зеркала, причем наружная поверхность каждого такого зеркала, т.е. поверхность, обращенная от активного газа, может иметь любую форму. В связи с этим желательно придать ей такую форму, чтобы каждый выходной компонент функционировал как первая линза телескопа известной конструкции.
Предпочтительный вариант изобретения решает проблему вышедшего из строя пикселя, наличие которого указывает, что соответствующий лазер дефектен и не испускает требуемый лазерный пучок. С целью замещения лазерного пучка вышедшего из строя лазера блок управления может быть адаптирован для настройки отклоняющих и телескопических средств таким образом, чтобы отклонять лазерный пучок функционирующего лазера в направлении дефектного лазерного пучка. В этом случае телескопические средства управляются таким образом, чтобы скомпенсировать различия между оптическими длинами пути дефектного лазерного пучка и лазерного пучка, используемого для его замещения.
Другой предпочтительный вариант изобретения характеризуется тем, что содержит в качестве от
клоняющих средств для каждого лазерного пучка по меньшей мере один световод и одну линзу. В качестве световодов применимы любые гибкие световоды, способные проводить излучение с длинами волн, испускаемыми лазерами, в частности инфракрасное излучение с длинами волн около 10 мкм. Примерами таких световодов являются оптоволокна или полые трубки с отражающей внутренней поверхностью.
Каждый световод может быть снабжен входными оптическими элементами, служащими в качестве первого отклоняющего средства для направления падающего на них лазерного пучка под требуемым углом в сердцевину световода. Световоды могут быть также снабжены выходными оптическими элементами, содержащими, в частности, по меньшей мере две линзы для сбора лазерного излучения, выходящего из световода. Эти оптические элементы могут задавать поперечные размеры лазерного пучка, его фокусное расстояние и глубину фокуса. В частности, выходные оптические элементы могут быть выполнены, как телескопические средства.
Световоды предпочтительно имеют одинаковую длину. Это позволяет улучшить стабильность размеров облучаемого пятна и, соответственно, качество маркировок, сформированных на объекте.
Изобретение относится также к маркировочной системе, которая содержит описанный маркировочный аппарат, а также поворачивающее средство для осуществления поворота маркировочного аппарата относительно направления движения маркируемого объекта.
Как будет пояснено далее, осуществление поворота маркировочного аппарата позволяет изменять разрешение печати, т.е. расстояние между точками маркировки на объекте в направлении, перпендикулярном направлению движения объекта. Это разрешение задается расстоянием между пучками в указанном направлении. При этом расстояние между пучками в направлении движения объекта не оказывает неблагоприятного влияния на разрешение печати, поскольку моменты активирования лазеров могут быть задержаны до тех пор, пока объект не пройдет расстояние, равное расстоянию между пучками в направлении движения объекта.
Таким образом, можно изменять расстояние между пучками в направлении, перпендикулярном направлению движения объекта, осуществлением поворота маркировочного аппарата и, следовательно, упорядоченного набора лазерных пучков. Блок управления предпочтительно выполнен с возможностью поворачивать маркировочный аппарат с помощью поворачивающего средства в зависимости от желательного разрешения печати.
В случае линейной конфигурации лазерных пучков угол между линейной конфигурацией лазерных пучков и направлением движения объекта задает расстояния между точками маркировки на объекте в направлении, перпендикулярном направлению движения объекта. Расстояние между смежными точками маркировки является максимальным, если линейная конфигурация лазерных пучков перпендикулярна направлению движения объекта. Чтобы задать меньшее расстояние, можно уменьшить угол поворота. В сочетании с правильным выбором моментов срабатывания лазеров, угол поворота можно задать таким, чтобы точки маркировки формировали непрерывную линию или разделенные точки маркировки. Можно также формировать точки маркировки с взаимным наложением, чтобы обеспечить различные интенсивности точек маркировки, например в режиме печати по серой шкале. Кроме того, угол поворота может быть равен нулю, что приведет, при введении соответствующих задержек между моментами испускания, т.е. моментами активирования лазеров, к полному наложению всех точек маркировки.
Перечень чертежей
Сущность изобретения, а также его различные особенности и преимущества станут более понятны из нижеследующего описания при его рассмотрении совместно с прилагаемыми чертежами, которые служат в качестве не вносящих ограничений иллюстраций, и на которых сходные компоненты имеют сходные обозначения.
На фиг. 1 схематично изображен первый вариант маркировочного аппарата по изобретению;
на фиг. 2А-2С представлена на различных видах первая конфигурация наборов средств для профилирования пучка и отклоняющих средств;
на фиг. 3А-3С представлена на различных видах вторая конфигурация наборов средств для профилирования пучка и отклоняющих средств;
на фиг. 4А и 4В представлена на различных видах третья конфигурация наборов средств для профилирования пучка и отклоняющих средств;
на фиг. 5 представлена еще одна конфигурация набора отклоняющих средств;
на фиг. 6 проиллюстрирована конфигурация перестраивающих зеркал набора отклоняющих средств, служащая для придания лазерным пучкам двумерной конфигурации;
на фиг. 7 показаны маркировочная система согласно изобретению и маркируемый объект, движущийся относительно нее;
на фиг. 8A-8D схематично проиллюстрированы варианты расположения лазерных пучков, выходящих из маркировочного аппарата по изобретению, относительно направления движения объекта, и формируемые ими маркировки.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
На фиг. 1 схематично изображен первый вариант маркировочного аппарата 100 согласно изобретению. Данный аппарат содержит множество лазеров 10, каждый из которых испускает лазерный пучок,
используемый для получения маркировки на объекте (не изображен). Аппарат 100 содержит также оптические средства 30, 40, 45, 50, чтобы конфигурировать и направлять лазерные пучки.
В представленном примере множество лазеров 10 состоит из 9 газовых лазеров 10a-10i. Вместо газовых лазеров могут быть использованы лазеры других типов. В общем случае желательно иметь достаточно большое количество газовых лазеров 10, например по меньшей мере 4 или 6 лазеров. Каждый газовый лазер 10 содержит лазерные трубки 12, сообщающиеся одна с другой по текучей среде. Это означает, что лазерные трубки 12 одного газового лазера образуют общий объем. Сообщение по текучей среде допустимо также между лазерными трубками 12 различных лазеров 10.
В представленном варианте газовые лазеры являются СО2 лазерами; соответственно, активный газ содержит, среди прочих компонентов, СО2, N2 и Не.
Лазерные трубки 12 расположены в форме кольца, окружающего внутреннее (т.е. свободное центральное) пространство 5 между ними. Кольцо сформировано с использованием соединительных элементов 16 для соединения взаимно примыкающих лазерных трубок 12, принадлежащих одному лазеру. Соединительные элементы 16, расположенные по углам собранных в стопу лазеров, несут зеркала для отражения лазерного излучения из одной из взаимно примыкающих трубок 12 в другую. Разумеется, все зеркала подбираются с учетом используемого активного газа. В рассматриваемом варианте зеркала содержат материал, отражающий на длинах волн, испускаемых СО2 лазером, т.е. в средней ИК-области, прежде всего, у 10,6 мкм. Так, могут использоваться медные зеркала и/или зеркала с подложкой и покрытием, повышающим отражательную способность и/или предотвращающим потемнение под действием воздуха.
В представленном примере лазерные трубки 12 образуют герметичное кольцо прямоугольной формы. В общем случае допустима и любая иная форма, обеспечивающая, по меньшей мере, частичный охват внутреннего пространства 5, такая как треугольная, квадратная или U-образная.
Лазерные трубки 12 каждого газового лазера 10a-10i образуют герметичный объем. Объемы различных лазеров могут быть отделены друг от друга или сообщаться, чтобы получить общий герметичный объем. При использовании герметизированных лазеров обычно представляется желательным, чтобы состав активного газа оставался постоянным в течение длительного периода. С этой целью суммарный объем газа увеличивают с помощью дополнительного газового резервуара 19. Газ в этом резервуаре не возбуждают с целью генерировать лазерное излучение. Вместо этого резервуар 19 соединяют с объемами одной или нескольких лазерных трубок 12.
Маркировочный аппарат 100 содержит также возбуждающие средства (не изображены) для каждой лазерной трубки 12 и охлаждающие блоки (не изображены), прикрепленные к лазерным трубкам 12. Может иметься один охлаждающий блок на каждой стороне кубической конфигурации лазерных трубок 12, так что каждый охлаждающий блок охлаждает не единственную лазерную трубку, а множество трубок 12 различных лазеров 10a-10i. В охлаждающих блоках может быть выполнено множество каналов, по которым может циркулировать хладагент.
Лазерные трубки 12 каждого лазера 10 находятся в отдельных, индивидуальных плоских слоях. Лазеры 10, по существу, идентичны, причем они установлены друг на друга и взаимно параллельны.
Прямоугольный контур лазеров 10 может быть выполнен открытым (разомкнутым) на одном углу. В представленном варианте таким углом является левый верхний угол, в котором находится интегральный выходной фланец 17. В этом углу объем лазера завершается задним зеркалом 18 для отражения лазерного излучения обратно внутрь трубки 12. Заднее зеркало может быть присоединено к концу трубки 12, который поддерживается интегральным выходным фланцем 17, или непосредственно к этому фланцу.
Другой конец объема лазера завершается на том же углу выходным компонентом 13. Этот компонент, обеспечивающий выведение лазерного пучка, также может быть присоединен к концу трубки 12 или к интегральному выходному фланцу 17. Выходной компонент 13 может являться частично отражающим зеркалом и в этом случае рассматриваться как частично отражающий выходной компонент. Испускаемые лазерные пучки направляют во внутреннее пространство 5 посредством направляющих средств 14. В представленном варианте направляющее средство 14 содержит по меньшей мере одно зеркало, установленное на интегральном выходном фланце 17. Лазерные пучки, отраженные от направляющих средств 14, входят во внутреннее пространство 5 через отверстие в интегральном выходном фланце 17. В общем случае допустимо использовать один интегральный выходной фланец 17, общий для всех лазеров 10. В представленном варианте, однако, имеется по одному интегральному выходному фланцу 17 на каждый лазер 10, причем каждый интегральный выходной фланец 17 имеет одно направляющее средство 14 и одно отверстие, через которое может проходить соответствующий лазерный пучок.
Во внутреннем пространстве 5 находятся оптические средства 30, 40, 45, 50 для профилирования и отклонения лазерных пучков. Такая конфигурация позволяет уменьшить объем пространства, требуемого для аппарата. Кроме того, поскольку противолежащие лазерные трубки 12 каждого лазера разделены внутренним пространством 5, облегчается охлаждение трубок 12.
Лазерные пучки, отходящие от направляющих средств 14, направляются на набор 40 средств для профилирования пучка с целью перефокусирования лазерных пучков. Набор 40 средств для профилирования пучка содержит одно такое средство 40a-40i для каждого лазерного пучка. В результате фокусные
расстояния лазерных пучков могут задаваться независимо одно от другого. На чертеже показано, что каждое из средств 40a-40i профилирования пучка содержит одну линзу. Однако каждое такое средство может содержать по меньшей мере два оптических элемента, например два зеркала или две линзы, которые образуют телескопическое средство. В этом случае регулировка фокусных расстояний лазерных пучков требует лишь небольших перемещений оптических элементов телескопического средства.
Затем лазерные пучки падают на набор 30 отклоняющих средств. В проиллюстрированном примере лазерные пучки сначала проходят сквозь наборы 40 средств для профилирования пучка. Однако этот порядок может быть изменен; альтернативно, элементы обоих наборов могут чередоваться, т.е. один элемент набора 40 для профилирования пучка может быть установлен между двумя элементами отклоняющего средства.
Допустимо также, чтобы направляющее средство 14 составляло часть набора 40 телескопических средств или набора 30 отклоняющих средств. В последнем варианте направляющие средства 14 могут составлять первый набор перестраивающих зеркал. В результате будет достигнуто желательное уменьшение количества оптических элементов.
В представленном варианте набор 30 отклоняющих средств содержит два отклоняющих средства на каждый лазерный пучок (на фиг. 1 показано только одно отклоняющее средство 33a-33i на каждый пучок). Эти отклоняющие средства могут рассматриваться также как первый набор 33 перестраивающих средств. В общем случае отклоняющими средствами могут быть любые средства, которые изменяют направление распространения лазерного пучка. В проиллюстрированном примере отклоняющими средствами являются зеркала. Зеркала могут устанавливаться независимо одно от другого. Как следствие, конфигурация лазерных пучков, падающих на отклоняющие средства набора 30, может быть изменена регулировкой положения индивидуальных зеркал 33a-33i, которые, следовательно, могут рассматриваться как перестраивающие зеркала.
Перестраивающие зеркала 33a-33i установлены с возможностью поворота и поступательного перемещения. Для обеспечения возможности поворота каждое перестраивающее зеркало 33a-33i установлено в карданном подвесе. Блок управления (не изображен) может быть выполнен с возможностью задавать желательное положение каждого перестраивающего зеркала 33a-33i, воздействуя на его подвес.
Лазерные пучки, отходящие от набора 30 отклоняющих средств, падают на общие оптические элементы, т.е. оптические элементы, на которые направлены все лазерные пучки. Эти элементы могут представлять собой телескопическое устройство 45 для совместной регулировки фокусов лазерных пучков. В отличие от описанного набора 40 телескопических средств, телескопическое устройство 45 воздействует в равной степени на все лазерные пучки.
Оптические элементы, расположенные по ходу пучков, могут содержать также средства для изменения или повышения однородности профиля интенсивности лазерных пучков, средства для изменения поляризации лазерных пучков, в частности для обеспечения постоянной поляризации по всему поперечному сечению лазерного пучка или для деполяризации лазерных пучков.
В завершение, лазерные пучки выводятся из аппарата 100 посредством зеркального сканирующего устройства. Это устройство может содержать два гальванометрических сканера 50, в каждом из которых имеется общее поворотное зеркало 50а, на которое направлены все лазерные пучки. Наличие двух гальванометрических сканеров 50 позволяет легко задать для лазерных пучков любое направление распространения.
На фиг. 2А-2С представлен на различных видах первый вариант конфигурации набора 30 отклоняющих средств и набора 40 средств для профилирования пучка.
Чтобы обеспечить профилирование и коллимирование лазерных пучков 90a-90i, набор 40 средств для профилирования пучка содержит множество средств 40a-40i для профилирования пучка, в каждом из которых имеются по меньшей мере две линзы 41, 42. Для регулировки фокуса каждого лазерного пучка 90a-90i и, тем самым, размеров облучаемого пятна на маркируемом объекте, можно перемещать линзы 41 и 42 в направлении распространения лазерных пучков 90a-90i. Таким образом, средства 40а-40i для профилирования пучка образуют телескопические средства. Поскольку имеется по одному телескопическому средству 40a-40i на каждый лазерный пучок 90а-90^ возможна также регулировка пучков с целью скомпенсировать различия их оптических длин пути.
После прохождения через телескопические средства 40a-40i лазерные пучки 90a-90i падают на набор 30 отклоняющих средств, который содержит первый и второй наборы 33, 34 перестраивающих зеркал. В результате каждый пучок 90a-90i излучения направляется одним из первых перестраивающих зеркал 33a-33i на одно из вторых перестраивающих зеркал 34a-34i. Перестраивающие зеркала первого набора 33 и второго набора 34 сконфигурированы в виде линейных наборов 35, 36 соответственно.
В представленном примере лазерные пучки 90a-90i перестроены посредством набора 30 отклоняющих средств таким образом, что линейная конфигурация лазерных пучков оказывается развернутой, например, на 90°. Таким образом, описанная конфигурация может рассматриваться как устройство попик-сельной перестройки горизонтального линейного набора в вертикальный. Первый и второй наборы 33, 34 перестраивающих зеркал находятся в одной плоскости и перпендикулярны друг другу.
При использовании карданных подвесов наборы 33, 34 перестраивающих зеркал могут быть отре
гулированы таким образом, чтобы выходящие лазерные пучки 90a-90i были взаимно параллельны и имели желательное направление.
Второй набор 34 перестраивающих зеркал может осуществлять сканирующее движение лазерных пучков 90a-90i для распечатывания знака на объекте. Альтернативно, этот набор может направлять лазерные пучки 90a-90i на зеркальное сканирующее устройство.
На фиг. 3А-3С схематично представлена на различных видах другая конфигурация набора 40 средств для профилирования пучка и набора 30 отклоняющих средств.
Эта конфигурация отличается от предыдущей построением первого и второго наборов 33, 34 перестраивающих зеркал. В рассматриваемом варианте эти наборы образуют линейные наборы, которые в отличие от предыдущей конфигурации не лежат в одной плоскости, а с целью уменьшить расстояния между лазерными пучками 90a-90i расположены относительно друг друга под углом, равным в этом варианте 45°. При этом линейная конфигурация лазерных пучков 90a-90i развернута на 90°.
На фиг. 4А и 4В проиллюстрирована еще одна предпочтительная конфигурация наборов 33, 34 перестраивающих зеркал. Как и в предыдущих вариантах, конфигурация по фиг. 4А и 4В содержит перестраивающие зеркала первого и второго наборов 33, 34, каждый из которых сконфигурирован, как линейный набор 35, 36.
Однако в данном варианте перестраивающие зеркала второго набора 34 повернуты (наклонены) таким образом, что отраженные лазерные пучки 90a-90i сближаются. Другими словами, с целью варьирования разрешения и размеров формируемых маркировок, расстояния между пучками дополнительно уменьшаются с учетом желательного расстояния между ними на нужном расстоянии от аппарата.
Перестраивающие зеркала второго набора 34 предпочтительно выполнены поворотными (наклоняемыми) посредством карданных подвесов по командам блока управления. Перестраивающие зеркала первого набора 33 могут быть зафиксированы (что сделает невозможными смещения этих зеркал в процессе печати) или также установлены на карданных подвесах.
В вариантах, показанных на фиг. 1-4В, сканирующее движение лазерных пучков 90a-90i может осуществляться поворотом перестраивающих зеркал 34a-34i второго набора 34 перестраивающих зеркал. В этом случае сканирующие устройства типа гальванометрических сканеров с общим зеркалом для перенаправления всех лазерных пучков 90a-90i не являются обязательными. Однако наличие таких сканирующих устройств также может быть полезным.
Для придания отклоняющим средствам любой из конфигураций по фиг. 1, 2А-2С, 3А-3С и 4А, 4В целесообразно использовать блок управления.
На фиг. 5 схематично показана другая конфигурация перестраивающих зеркал 33a-33i (показан только первый набор 33 таких зеркал в составе набора 30 отклоняющих средств). Образующие линейную конфигурацию лазерные пучки 90a-90i, прошедшие через телескопические средства 40a-40i, отражаются от перестраивающих зеркал 33a-33i таким образом, что расстояния между этими пучками уменьшаются. При этом расстояния между любыми двумя смежными отраженными лазерными пучками 90a-90i равны между собой. В проиллюстрированном примере линейная конфигурация лазерных пучков 90a-90i не разворачивается относительно плоскости, задаваемой перестраивающими зеркалами 33a-33i и телескопическими средствами 40a-40i. Подобный разворот перестраивающих зеркал привел бы к изменению расстояний между пучками. Поэтому в данном варианте сканирующее движение лазерных пучков 90a-90i может производиться вторым набором отклоняющих средств или по меньшей мере одним сканирующим устройством типа показанного на фиг. 1.
Уменьшение расстояний между пучками позволяет оптимизировать конструкцию стопы газовых лазеров в отношении охлаждения посредством теплопроводности и радиочастотного возбуждения без ухудшения разрешения или ограничений на размеры печатаемых знаков, т.е. удается компенсировать значительные расстояния между газовыми лазерами.
На фиг. 6 представлена конфигурация перестраивающих зеркал для перестраивания лазерных пучков 90a-90i в двумерную конфигурацию этих пучков, например в виде квадрата 3x3. В этом случае набор 30 отклоняющих средств также содержит первый и второй наборы 33, 34 перестраивающих зеркал. В проиллюстрированном примере телескопические средства 40a-40i установлены между первым и вторым наборами 33, 34 перестраивающих зеркал. Однако вместо этого телескопические средства 40a-40i могут находиться перед первым набором 33 или за вторым набором 34 перестраивающих зеркал.
На фиг. 6 показаны также направляющие средства, которые перенаправляют пучки 90a-90i излучения, идущие от лазеров к первому набору 33 перестраивающих зеркал. Эти средства образованы набором зеркал 14a-14i. В других вариантах данный набор может быть заменен одним длинным зеркалом.
Перестраивающие зеркала 34a-34i второго набора сконфигурированы в виде двумерного набора, придающего отраженным от них лазерным пучкам 90a-90i двумерную конфигурацию. Преимущество данного варианта состоит в существенном уменьшении расстояния между наиболее удаленными друг от друга лазерными пучками 90а, 90i особенно по сравнению с любой линейной конфигурацией лазерных пучков. Пучки сгруппированы значительно более плотно, так что они проходят через центральные части оптических элементов, включая фокусирующую оптику 45. Поскольку оптические аберрации создаются, в основном, наружными зонами оптических элементов, двумерная конфигурация обеспечивает преиму
щество улучшенной фокусировки и улучшенного качества лазерных пучков. Уменьшение дисторсии по сравнению с линейной конфигурацией лазерных пучков особенно заметно для наружных лазерных пучков. В дополнение можно уменьшить размеры оптических элементов, что приведет к снижению общей себестоимости аппарата.
Хотя в вариантах по фиг. 1-6 отклоняющие средства образованы зеркалами, вместо них можно использовать световоды. По меньшей мере один конец каждого световода, желательно оба конца, можно связать с позиционирующими средствами, управляемыми блоком управления с целью индивидуальной настройки отклонения, обеспечиваемого соответствующим световодом. После установки конца оптоволокна в заданное положение производится соответствующая настройка линзы, служащей для подачи лазерного излучения в оптоволокно или для сбора этого излучения на выходе из оптоволокна. Данная линза образует второе отклоняющее средство.
На фиг. 7 схематично показана маркировочная система 120 и маркируемый объект 1.
Объект 1, движущийся в направлении 2, представлен в трех различных положениях, т.е. в три различных момента. Маркировочная система 120 содержит маркировочный аппарат 100 и поворачивающее средство 110 для осуществления поворота маркировочного аппарата 100.
Маркировочный аппарат 100 может содержать любые из описанных компонентов, например отклоняющие средства, образованные двумя наборами перестраивающих зеркал, сконфигурированными, как линейные наборы. Как это показано на фиг. 7, имеются также блок 20 управления и позиционирующие средства 60, служащие для позиционирования линейных наборов перестраивающих зеркал. Индивидуальные перестраивающие зеркала соответствующего набора могут быть установлены без возможности поступательного перемещения, но с возможностью поворота (наклона), например, с использованием карданных подвесов.
Маркировочный аппарат 100 испускает множество лазерных пучков, три из которых (пучки 90а, 90b, 90с) показаны на фиг. 7. В процессе движения объекта 1 соответственно изменяются направления лазерных пучков 90а, 90b, 90с.
Изменение (обозначенное, как d) расстояния между аппаратом 100 и объектом 1 может зависеть от формы и положения объекта 1. Кроме того, в конкретный момент это расстояние для каждого лазерного пучка 90а, 90b, 90с может быть различным. Несмотря на это, размеры пятен, облучаемых лазерными пучками 90а, 90b, 90с на объекте 1, должны быть одинаковыми. С этой целью предусмотрены описанные средства для профилирования пучка, настраиваемые блоком 20 управления.
Далее со ссылками на фиг. 8A-8D, на которых схематично проиллюстрировано расположение лазерных пучков 90a-90i, испускаемых аппаратом 100 относительно направления 2 движения объекта, будет пояснено функционирование поворачивающего средства 110.
Фиг. 8А соответствует линейной конфигурации лазерных пучков 90a-90i, параллельных направлению движения объекта. По меньшей мере два из лазерных пучков 90a-90i падают на один и тот же участок 80 на объекте 1 в результате индивидуального подбора задержек активации газовых лазеров. Так, задержка может быть задана равной расстоянию между лазерными пучками 90a-90i, деленному на скорость объекта или на составляющую этой скорости в направлении к линейной конфигурации лазерных пучков.
На фиг. 8B-8D линейная конфигурация лазерных пучков 90a-90i развернута, например, с помощью поворачивающего средства 110 относительно направления 2 движения объекта на угол а. В совокупности с задержкой активирования данный разворот приводит к распечатыванию линии, образованной точками (пятнами) 81-89.
Эти точки 81-89 могут иметь частичное наложение (см. фиг. 8В) или быть пространственно разделены (см. фиг. 8С и 8D). Длина сформированной таким образом линии задается углами между лазерными пучками 90a-90i и направлением 2 движения объекта. Размер каждой из точек 81-89 и, следовательно, ширина линии могут задаваться с помощью средств для профилирования пучка.
Описанный маркировочный аппарат позволяет эффективно изменить расстояния между пучками и конфигурацию множества пучков, генерируемых лазерами. Каждый лазерный пучок может индивидуально регулироваться с помощью средств для профилирования пучка. Размещение оптических элементов в пространстве, окруженном лазерами, позволяет ослабить пространственные ограничения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Маркировочный аппарат для маркировки объекта (1) посредством лазерного излучения, содержащий
множество лазеров (10), в частности газовых лазеров (10), и
блок (20) управления, обеспечивающий индивидуальное активирование каждого из лазеров (10) для испускания лазерного пучка (90a-90i) в соответствии с наносимым знаком, отличающийся тем, что
содержит набор (30) отклоняющих средств для гибкого перестраивания лазерных пучков (90a-90i) с получением любой желательной конфигурации лазерных пучков (90a-90i), причем
набор (30) отклоняющих средств содержит по меньшей мере два отклоняющих средства (33a-33i, 34a-34i) на каждый лазерный пучок (90a-90i), в частности по меньшей мере два перестраивающих зеркала (33a-33i, 34a-34i) или по меньшей мере один световод и одну линзу на каждый лазерный пучок (90a-
90i),
каждое отклоняющее средство (33a-33i, 34a-34i) выполнено с возможностью индивидуальной регулировки обеспечиваемого им направления отклонения и/или с возможностью индивидуального смещения, а
блок (20) управления выполнен с возможностью смещения отклоняющих средств (33a-33i, 34a-34i) и/или регулировки обеспечиваемых ими направлений отклонения,
при этом маркировочный аппарат дополнительно содержит по меньшей мере одно сканирующее зеркальное устройство (50), содержащее общее зеркало (50а), на которое направлены все лазерные пучки (90a-90i), отходящие от набора (30) отклоняющих средств, а
блок (20) управления обеспечивает возможность осуществления поворота зеркального сканирующего устройства (50).
2. Маркировочный аппарат по п.1, отличающийся тем, что отклоняющие средства (33a-33i, 34a-34i) отрегулированы так, чтобы обеспечить уменьшение расстояний между лазерными пучками (90a-90i).
3. Маркировочный аппарат по п.1 или 2, отличающийся тем, что блок (20) управления выполнен с возможностью смещения отклоняющих средств (33a-33i, 34а-34!) и/или регулировки направлений отклонения, обеспечиваемых отклоняющими средствами (33a-33i, 34a-34i), посредством карданных подвесов.
4. Маркировочный аппарат по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что блок (20) управления выполнен с возможностью смещения отклоняющих средств (33a-33i, 34a-34i) и/или регулировки, в частности посредством карданных подвесов, направлений отклонения, обеспечиваемых отклоняющими средствами (33a-33i, 34а-34Г), в процессе маркировки для осуществления сканирующего движения лазерных пучков (90a-90i).
5. Маркировочный аппарат по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что блок (20) управления выполнен с возможностью осуществления поворота зеркального сканирующего устройства (50) посредством гальванометрического привода.
6. Маркировочный аппарат по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что с целью маркировки объекта (1) при его движении относительно маркировочного аппарата (100) блок (20) управления выполнен с возможностью регулировки отклоняющих средств (33a-33i, 34a-34i) и/или по меньшей мере одного зеркального сканирующего устройства (50) в соответствии с информацией о движении объекта (1).
7. Маркировочный аппарат по любому из пп.3-6, отличающийся тем, что
набор (30) отклоняющих средств содержит первый и второй наборы (33, 34) перестраивающих зеркал,
каждый набор (33, 34) перестраивающих зеркал содержит по меньшей мере одно перестраивающее зеркало (33a-33i, 34a-34i) на каждый лазерный пучок (90a-90i),
первый набор (33) перестраивающих зеркал способен направлять лазерные пучки (90a-90i) на второй набор (34) перестраивающих зеркал,
каждый из первого и второго наборов (33, 34) перестраивающих зеркал сконфигурирован как линейный набор (35, 36), а
каждое перестраивающее зеркало (33a-33i, 34a-34i) установлено с возможностью поворота.
8. Маркировочный аппарат по п.7, отличающийся тем, что содержит позиционирующее средство (60) для регулировки положения по меньшей мере одного из линейных наборов (35, 36) перестраивающих зеркал.
9. Маркировочный аппарат по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что блок (20) управления выполнен с возможностью управления отклоняющими средствами (33a-33i, 34a-34i) для задания степени сближения или разведения лазерных пучков (90a-90i), отходящих от отклоняющих средств (33a-33i, 34a-
34i).
10. Маркировочный аппарат по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что блок (20) управления выполнен с возможностью регулировки отклоняющих средств (33a-33i, 34a-34i) для осуществления поворота линейной конфигурации лазерных пучков (90а-90Г), падающих на отклоняющие средства (33a-33i), на 90° вокруг оси, параллельной направлению распространения указанных лазерных пучков (90a-90i).
11. Маркировочный аппарат по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что дополнительно содержит телескопическое устройство (45) для одновременной регулировки фокусных расстояний лазерных пучков (90a-90i), имеющее по меньшей мере две линзы.
12. Маркировочный аппарат по п.11, отличающийся тем, что блок (20) управления выполнен с возможностью регулировать телескопическое устройство (45) для приведения фокусных расстояний лазерных пучков (90a-90i) в соответствие с расстоянием до маркируемого объекта (1), в частности до движущегося объекта (1).
13. Маркировочный аппарат по любому из пп.1-12, отличающийся тем, что блок (20) управления выполнен с возможностью задерживать в индивидуальном порядке активирование любого лазера (10) таким образом, чтобы в случае движения объекта (1) относительно маркировочного аппарата (100) в за
10.
данном направлении (2) обеспечить падение на один и тот же участок на объекте (1) в направлении (2) движения объекта по меньшей мере двух лазерных пучков (90a-90i).
14. Маркировочный аппарат по любому из пп.1-13, отличающийся тем, что содержит в качестве отклоняющих средств (33a-33i, 34a-34i) для каждого лазерного пучка (90a-90i) по меньшей мере один световод и одну линзу, при этом все световоды имеют одинаковую длину.
15. Маркировочный аппарат по любому из пп.1-14, отличающийся тем, что содержит набор (40) средств для профилирования пучка с целью индивидуального профилирования каждого лазерного пучка (90a-90i), в частности для задания степени сходимости или расходимости каждого лазерного пучка (90a-
90i).
16. Маркировочная система, содержащая маркировочный аппарат (100), выполненный согласно любому из пп.1-15, и поворачивающее средство (110) для осуществления поворота маркировочного аппарата (100) относительно направления (2) движения маркируемого объекта (1).
16.
16.
I 36
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
025906
- 1 -
025906
- 1 -
025906
- 1 -
025906
- 1 -
025906
- 4 -
025906
- 13 -
025906
- 14 -
025906
- 15 -