CZ141893A3

CZ141893A3 - Process and apparatus for marking a moving object

Info

Publication number: CZ141893A3
Application number: CZ931418A
Authority: CZ
Inventors: Robert Marc Clement; Neville Richard Ledger
Original assignee: United Distillers Plc
Priority date: 1991-01-17
Filing date: 1992-01-15
Publication date: 1993-12-15
Also published as: US5653900A; HU9302067D0; NO308240B1; FI933238A0; JP2863872B2; EP0495647B1; HUT64888A; GR3024276T3; HK1007118A1; JPH06504484A; CA2100550C; ATE152387T1; CA2100550A1; PL169904B1; SK74493A3; FI933238A; NO932586D0; AU659131B2; HU217738B; RO110428B1

Description

Vynález se týká způsobu a zařízení pro značkování pohybujíciho .se. .předmětu pomocí paprsku s vysokou hustotou energie. ...........

Dosavadní stav technikv

Mnoho výrobků se vyrábí nebo zpracovává na výrobních linkách, na kterých se předměty a výrobky dopravují plynulým pohybem z jedné pracovní stanice do další, dokud neproběhne celý výrobní proces nebo dokud se neuskuteční všechny pracovní operace. Do výrobních linek je často zařazováno značení zpracovávaných předmětů, které ovšem vyvolává požadavek, aby zařízení bylo schopno označovat předměty bez výrazného ovlivnění plynulého pohybu výrobní linky.

Jedním z takových známých a v současné době používaných zařízení je inkoustový tryskový značkovač, který je schopen usněrňovat řízený paprsek inkoustu na pohybující se obal, na kterém se tak vytváří požadovaný znak nebo označení. Taková zařízení jsou schopna označit až 1000 předmětů za minutu, ale vyžadují trvalé sledování a provádění častých prohlídek, aby se předešlo ucpání trysek nebo jiným závadám ve vytváření paprsku značkovací barvy. Pro provádění těchto prohlídek je v mnoha případech nutno zastavit výrobní linku, což má za následek ztráty výrobního nebo pracovního času. Kromě toho zařízení tohoto typu mají velkou spotřebu značkovacího materiálu. například inkoustu a rozpouštědel, což vede k vysokým provozním nákladům. U tohoto značkování je také problematickou trvanlivost a nesmazatelnost vytvořených značek.

Laserové značení poskytuje na druhé straně čistou a příznivou alternativu k inkoustovému tryskovému označování předmětů a vytváří označené předměty se skutečně nesmazatel-

nou značkou.

Obecně řečeno, běžné průmyslové laserové označovací techniky spadají do jedné ze dvou základních.kategorií. V prvním z těchto^dvou kategorií paprsekSnezaostřehého ·. záření lasěruv prochází ^.maskou tak , že na předmětu-, vytváří . <.obrazec, požadovaného „tvaru,; zatímco v druhé kategor ii ;sevpaprsek záření laseru pohybuje po povrchu označovaného předmětu a zanechává za sebou stopu tvořící postupně požadovaný obrazec.

i

i.

US-PS 4 758 703 obsahuje příklad takové označovací metody spadající do první kategorie a popisuje způsob skrytého zakódování obrazce viditelného pouze mikroskopem na povrch pohybujícího se předmětu. .Při provádění tohoto způsobu se přítomnost pohybujícího se předmětu snímá a rychlost přibližování předmětu se měří, přičemž ve vhodném okamžiku, kdy předmět prochází kolem hlavy laseru, se vyšle paprsek neostrého záření laseru, které je usměrněno na povrch předmětu přes tvarovou masku. Tato tvarová maska svým tvarem odpovídá vytvářenému obrazci značky a obsahuje clonící desku nající průřezovou plochu větší než je průřezová plocha paprsku a obsahuje soustavu otvorů, které mohou nebo nemusí být zakryty. Při svém průchodu maskou se paprsek zaostřuje, aby se zmenšila velikost obrazce vy-cvářeného na povrchu obalu a také aby se zvýšila intenzita paprsku. Při provádění tohoto způsobu je intenzita paprsku pečlivě kontrolována, aby výsledný obrazec byl jen zcela nepatrně vyleptán a zůstával tak prostým okem neviditelný.

GB-PA 9117521.6 stejného přihlašovatele obsahuje příklad rozkladového způsobu laserového značení povrchu předmětu a týká se způsobu a zařízení pro vytváření označených těles z materiálu s podpovrchovou značkou ve formě oblasti se zvýšenou opacitou pro elektromagnetické záření. Při provádění tohoto způsobu se. usměrňuje na povrchu označovaného předmětu paprsek s vysokou hustotou energie, pro který je materiál předmětu transparentní, paprsek se soustřeďuje do ohniska v místě vzdáleném od povrchu předmětu a nacházejícím se uvnitř předmětu tak, aby se vyvolala lokalizovaná ionizace materiálu. GB-PA 9117521.6 se kromě toho týká také předmětu označeného·způsobem podle., tohoto, .řešení nebo využití zaří zeni k provádění tohoto způsobu.

I když má rozkladový způsob laserového označování výhodu spočívající v tom, že tato metoda je podstatně pružnější, protože umožňuje provádět změny tvaru hotovené značky z vnějšku bez přerušování činnosti laseru, nezbytného při výměně částí clonící masky, nemohla ještě tato technika být využita v průmyslovém měřítku pro označování pohybujících se předmětů, protože byla obava, že by výsledná značka mohla být rozmazaná nebo jinak zdeformovaná ve směru pohybu předmětu. Tato obava vedla k tomu, že rozkladová laserová označovací metoda bylá pužívána v případech, kdy byl označovaný předmět nepohyblivý, zatímco pro pohybující se předměty byla vyčleněna metoda označování předmětu paprskem procházejícím clonící maskou, i když ostrost a zřetelnost značky vytvářené touto maskovací metodou je také výrazně omezena a je závislá na rychlosti pohybujícího se předmětu.

Podstata vynálezu

Nedostatky těchto známých metod jsou odstraněny způsobem značení pohybujícího se předmětu podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že na pohybující se předmět se usměrňuje paprsek s vysokou hustotou energie, tento paprsek se potom soustřeďuje pro vytvoření osvětlovacího bodu v místě na povrchu nebo uvnitř pohybujícího se předmětu a tento bod se přemísťuje souhlasně s výslednicí dvou pohybových složek, z nichž první je rovna rychlosti pohybu předmětu a druhá se vztahuje k pohybujicimu.se předmětu pro vytvoření značky předem stanoveného tvaru.

V dalším výhodném provedení způsobu podle vynálezu se přídavně zjišťuje rychlost pohybujícího se předmětu. I když bylo zjištěno. že rychlost pohybu pohybujícího se předmětu může; byt-, určována snímáním rychlost i⁵'pohybu dopravní Řo’; ústrojí , 'na - kterém se pohybující se předmět dopravuje,.*je výhody . nějšív určovat rychlost pohybujícího se předmětu·' pomocíýpřímé-;, ho měření¹.

Ve výhodném provedení způsobu podle vynálezu se paprsek s vysokou hustotou energie usměrní na pohybuj icí se předmět tak, že dráha pohybujícího se předmětu protne dráhu vyslaného paprsku s vysokou hustotou energie a že paprsek s vysokou hustotou energie se vyšle v předem stanoveném čase po průchodu pohybujícího se předmětu polohou se známou vzdáleností od bodu vzájemného protnutí, přičemž tento čas je závislý na rychlosti pohybujícího se předmětu.

V jiném konkrétním provedení způsobu podle vynálezu se paprsek s vysokou hustotou energie přivede do ohniska v místě nacházejícím se uvnitř pohybujícího se předmětu, aby se vyvolala lokalizovaná ionizace materiálu a vytvářela se značka ve formě oblasti materiálu, mající zvýšenou opacitu pro elektromagnetické záření . V tomto výhodném provedení vynálezu může být pohybující sě předmět z materiálu transparentního pro elektromagnetické záření s vlnovou délkou ve viditelné oblasti, takže vytvořená značka je viditelná prostým okem. Transparentním materiálem v tomto smyslu může být sklo nebo plast. V alternativním výhodném provedení může být pohybující se předmět vytvořen z materiálu opakního pro elektromagnetické záření s vlnovou délkou ve viditelné oblasti, takže značka může být viděna jen s pomocí optických přístrojů pracujících s příslušnou vlnovou délkou elektromagnetického spektra.

I když tato značka není schopna plnit některé funkce viditelného označení předmětu, představuje v tomto provedení dokonale nesmazatelnou a skrytou značku.

Značka může v tomto nebo libovolném jiném provedení obsahovat nejméně jednu číslici, písmeno nebo symbol, popřípadě jejich kombinaci, přičemž tyto znaky mohou tvořit identifikační. znak_,_och_rannou__známkAi_,,._,,s_tro_j..oyě„ či.t-e_l.ný..kó.d._rie-br)-.-l.i-b-o-volné jiné označení. Značka může být navíc trojrozměrná. ,

Podstata zařízení k provádění tohoto způsobu podle vynálezu pro označování pohybujícího se předmětu spočívá v tom, že toto zařízení obsahuje ústrojí pro tvorbu paprsku s vysokou hustotou energie a usměrňování tohoto paprsku na pohybující se předmět, ústrojí pro soustřeďování paprsku a vytvoření osvětleného bodu v místě na pohybujícím se předmětu nebo uvnitř' pohybujícího se předmětu a ústrojí pro ovládání pohybu tohoto osvětleného bodu souhlasně s výslednicí dvou pohybových složek, z nichž první je rovna rychlosti pohybujícího se předmětu a druhá má takový vztah k pohybujícímu se předmětu, aby se vytvořila značka předem stanoveného tvaru.

Ve výhodném provedení zařízení podle vynálezu obsahuje ústrojí pro ovládání pohybu osvětleného bodu podle výslednice dvou pohybových složek prostředky pro ovládání pohybu tohoto bodu souhlasně s druhou pohybovou složkou, přičemž tyto prostředky zejména obsahují nejméně jedno pohyblivé zrcadlo, umístěné v dráze paprsku. Pohyb pohyblivého zrcadla může být ovládán programem počítače, umožňujícím snadné ovládání zrcadla pro vytvoření konečného tvaru značky, přičemž pohyblivé zrcadlo může obsahovat zrcadlo galvanometru. I když ovládání pohybu pohyblivého zrcadla může být zajišťováno libovolnými vhodnými prostředky a ústrojími, například servomotory nebo ručními pákovými ovladači, zrcadlo upravené jako součást galvanometru má výhodu v rychlé reakci a ve snadnosti ovládání, což poskytuje tomuto řešení značné přednosti a výhody oproti alternativním řešením ovládacích ústrojí.

V jiném konkrétním provedení zařízení podle vynálezu je ústrojí pro ovládání pohybu osvětleného bodu v souladu s druhou ,zk pohybovýcht složek. rovněž upraveno .pro ovládání pohybu i**-ttoh'otoxboďu4v; souladu š*první* z obou pohybových složek.

--'*’ίτ.έ3 tti&ZZ /·’-! Z. - ΖΖΖ τ’;

~ V^dálšíinTvýKdném přóvedení''zářízení·- podle.' vynálezu: obsa.. '.jsw 2-...- . 5.=.·- - ' · '- Z'' ... · - ... ' ť i *< - * ‘ k a. ' · * Τ'* * - ..¹. ' hujei ústrojí pro ovládání pohybu osvětleného bodu v souladu s výslednicí 'dvou pohybových složek přídavné ústrojí pro ovládání pohybu bodu v souladu s první z obou pohybových složek, přičemž ústrojí pro ovládání pohybu osvětleného bodu v souladu s první z obou pohybových složek obsahuje nejméně jedno otočně upevněné zrcadlo, jehož rychlost otáčení je měněna v souladu s rychlostí pohybujícího se předmětu.

Nejméně jedno otočně uložené zrcadlo je v dalším krethím provedení opatřeno soustavou broušených plošek.

V ještě jiném provedení vynálezu obsahuje ústrojí pro ovládání pohybu osvětleného bodu v souladu s první z obou pohybových složek nejméně jedno zrcadlo pohyblivé stejnou rychlostí jako pohybující se předmět.

V alternativním provedení zařízení pole vynálezu obsahuje ústrojí pro ovládání pohybu osvětleného bodu v souladu s první z obou pohybových složek nejméně jeden akustickooptický nebo elektro-optický krystal.

Zařízení podle vynálezu může být podle jiného provedení opatřeno ústrojím pro zjišťování rychlosti pohybujícího se předmětu. I když bylo zjištěno, že rychlost pohybujícího se tělesa je možno určovat snínáním rychlosti pohybu dopravního prostředku dopravujícího pohybující se předměc, ovšem výhodnější je přímé určování rychlosti prováděné přímým měřením. Například ve výhodném, provedení je rychlost pohybujícího se předmětu zjišťována měřením času, který pohybující se předmět potřebuje k přemístění mezi dvěma optodetektory, umístěnými ve známém odstupu od sebe.

Za výhodné se považuje také takové provední zařízení podle vynálezu, u kterého, je. paprsek., s vysokou hustotou- energie usměrněn na pohybující se předmět protnutím dráhy paprsku s vysokou hustotou energie drahou pohybu pohybujícího se předmětu a zařízení je opatřeno ústrojím pro vyslání paprsku s vysokou hustotou energie v předem určeném čase po průchodu pohybuj ícího se předmětu polohou se známou vzdáleností od průsečíku obou drah, přičemž tento čas je závislý na rychlosti pohybu pohybujícího se předmětu.

Ústrojí pro soustřeďování paprsku zejména obsahuje čočkový prvek s ohniskovou délkou, která se mění napříč jeho šířky, aby se tak kompenzoval zejména rozostřovací účinek. V alternativním provedení nebo navíc může zařízení pro soustřeďování paprsku obsahovat objektiv s proměnnou ohniskovou vzdáleností, kterým se jednak kompenzuje zejména rozostřovací účinek nebo se umožňuje vytváření značky v různých hloubkách materiálu přemetu a tím se dosahuje vytváření trojrozměrné značky. V jiném provedení vynálezu obsahuje ústrojí pro soustřeďování paprsku rozptylnou čočku.

Jestliže je označení předmětu tvořeno kou, je ústgrojí pro vysílání paprsku s energie tvořeno C0₇ laserem.

povrchovou značvysokou hustotou

V jiném výhodném provedení, u kterého je označení předmětu tvořeno podpovrchovou značkou, obsahuje ústrojí pro vysílání paprsku s vysokou hustotou energie laser, který je zaostřen, aby měl špičkovou hodnotu hustoty energie nejméně 10 J/cm~. Této špičkové hodnoty hustoty energie je především dosazeno laserem, který je zaostřen tak, aby měl hustotu^energie v ohnisku nejméně 10~ V/c~ a který pracuje v impulzním

režimu s dobou trvání jednoho impulzu nejméně 10^ Jestliže za těchto podmínek je označovaný předmět sekundy. transpave vidivysokou dotovavlnovou rentní·pro elektromagnetické záření s vlnovou délkou telné^rsoblasti potom ústrojí pro vytváření paprsku s hustotou; energie.,obsahuje* Nd-YAG (neodymový; laser na něm ;;M;al'úminio-ýtritóvéní granátu) laser délkou1,06 gm. ' pracuj ící

Zařízení je v dalším výhodném provedení opatřeno sekundárním zdrojem viditelného záření laseru pro usnadnění zaměření paprsku s vysokou hustotou energie.

Dopravní se předmětu pás je zejména upraven pro dopravu pohybujícího, a je opatřen ústrojí pro kontrolu příčné polohy

Hd · wOpi tlVniin LI«

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže objasněn pomocí příkladů provedení zařízení pro označování pohybujícího se předmětu, zobrazených na výkresech, kde znázorňují obr. 1 schematický půdorysný pohled na laserovou označovací stanici podle druhého hlediska vynálezu, ve které jsou značkovací zařízení a snímací modul zobrazeny v polohách vedle plynule se pohybujícího dopravního pásu, obr. 2 axonometrixký pohled na snímací modul z obr. 1, obr. 3 schematické znázornění značkovacího zařízení, obr. 4 axonometrický pohled na zapojení, kterým je ve značkovacím zařízení z obr. 1 rozváděna elektrická energie, obr. 5 postupový diagram kombinovaného sledu pracovních operací značkovacího zařízení a snímacího modulu z obr. 1, obr. 6 schematické znázornění značkovacího zařízení ve druhém příkladném provedení, obr. 7 schematické znázornění značkovacíoh zařízení ve třetím příkladném provedení a obr. 8 schematické znázornění značkovacího zařízení ve čtvrtém příkladném provedení.

Příklady provedení vynálezu

Laserová značkovací stanice podle vynálezu obsahuje značkovací zařízení 10 a snímací modul 12. přičemž obě tato ústroj í jsou, uložena ve společné .ochranné skř íni-. 14. která je uspořádána obkročmo nad plynule se pohybujícím dopravním pásem 16.

Dopravní pás 16 má obecně dostatečnou šířku pro dopravu kusů materiálu nebo jiných předmětů, které mají byt označeny, do laserové značkovací stanice a je tvořen pohybujícím se rovinným pásem T_8 vystupujícími ve pásu 18.. První a dvěma svislými bočními obrubami 20 , 22.

svislém směru z podélných okrajů rovinného svislá boční obruba 20 je pevně uchycena vzhledem k rovinnému pásu 18. zatímco druhá svislá boční obruba' 22 je pohyblivá vzhledem k rovinnému pásu 18 a může se přestavovat pomocí seřizovacího šroubu 24. Dotažením seřizovacího šroubu 24 se vzájemná vzdálenost mezi oběma svislými bočními obrubami 20, 22 zmenší a tím dopravního pásu 16.

se zúží účinná šířka

Označovaný předmět 26 . kterým je v příkladném provedení zobrazeném na výkresech skleněná láhev, se dopravuje do laserové značkovací stanice dopravním pásem 16 a vstupuje do ochranné skříně 14 prvním otvorem 28 . Potom se skleněná láhev, představující v tomto příkladném provedení předmět 26. dále dopravuje kolem snímacího modulu 12 a kolem značkovacího zařízení 10, než vyjde z ochranné skříně 14 druhým otvorem 30.. Z bezpečnostních důvodů je vzdálenost mezi značkovacím ^2a-čízením 10 a každým z obou otvorů, to znamená prvním otvorem 28 a druhým otvorem 30., tak veliká, aby se zajistilo, že obsluha zařízení nemůže náhodně sáhnout dovnitř ochranné skříně rak hluboko, aby se ruka dostala před značkovací zařízení 10.

Snímací modul 12 je vé zvětšeném měříxku zobrazen na ' obr. 2 a obsahuje dvojici optodexekxorů 32. 34. umísxěných vedle sebe avedle dopravního pásu 16. Každý z opxodexekxorů 32. 34 obsahuje-zdroj 36 světla a vhodný dexekxor 38 a je umísxěn proxi dvojici <příslušných .odrazných^ reflekxorů 40. 42. umísxěnýcht-nai-protilehlé* šxřaně^dópravníhó pášu 16 Světí, lo emitované ze zdroje 36. světla směrem k protilehlým odrazným reflekxorům 40, 42 a je odraženo zpěx směrem k opxodexekxorům 32. 34. ve kxerých je zachycováno dexekxorem 3_8. Pokud není mezi opxodexekxorem 32. 34 a odpovídajícím odrazným reflekxorem 40. 42 žádná překážka, jak je xo zobrazeno z druhého opxodexekxoru 34 na obr. 2, je množsxví svěxla zachycované dexekxorem 38 maximální. Je-li naproxi xomu opxická dráha mezi opxodexekxorem 32 a odpovídajícím odrazným reflekxorem 40 přerušena například označovaným předmětem 26 . d na dopravním pásu 16., jak je xo znázorněno na obr. 2 u prvního opxodexekxoru 32. poxom množsxví svěxla odraženého příslušným odrazným reflekxorem, v xomxo případě prvním odrazným reflektorem 40., a snímaného dexekxorem 38 poklesne pod nasxavenou prahovou hodnoxu a xím se generuje odpovídající signál.

Aby se zvýšila cixlivosx každého z opxodexekxorů 32, 34, je zdroj 36 svěxla vybrán xak aby emixoval svěxlo ve viditelném pásmu nebo v pásmu blízkém infračervenému pásmu elekxromagnexického spekxra, zaxímco dexekxor 38 je volen nejen s ohledem na selekxivní cixlivosx v těchto vybraných frekvenčních rozsazích, ale xaké na schopnosx reagovax jen na svěxlo mající polarizační charakxerisxiky zdroje 36 svěxla. Při xéxo volbě je dexekxor 38 necixlivý na svěxlo emanované ² jiných zdrojů než je zdroj 36 svěxla nebo na svěxlo odražené od povrchů jiných částí zařízení než jsou povrchy přiřazených odrazných reflekxorů, například od povrchu předměxu 26 přiváděného k označování, proxože xvx.o odrazy mají zpravidla jiné polarizační charakxerisxiky.

Značkovací zařízení 10 je zobrazeno ve zvětšeném měřítku na obr. 3 a obsahuje zdroj 44 laserového záření 46. které je usměrněno tak, aby protnulo dráhu pohybujícího se předmětu 26. kterým je v tomto příkladu skleněná láhev.

V prvním příkladném provedení je značkovací zařízení 10navrženo tak, aby usnadňovalo značení povrchu pohybujícího se předmětu 26 . například skleněné láhve. Pro tento účel je laserové záření 46 s dostatečnou hustotou energie nasměrováno směrem k předmětu 26 . na kterém dochází v oblastech ozářených dopadajícím paprskem k tavení materiálu a k jeho stékání, které zanechává výsledné označení. V příkladném provedení zobrazeném na obr. 3 obsahuje zdroj 44 laserového záření 46. vysokofrekvenční excitovaný simulovaný C0₇ laser s trvalou vlnou, který emituje paprsek laserového záření 46 mající délku vlny 10.6 gm a který je v důsledku toho neviditelný prostým okem. Paprsek laserového záření 46., emitovaný zdrojem 44 ve formě C0₇ laseru, naráží na první odraznou plochu 48,, která usměrňuje paprsek laserového záření 46 skrze expandér 50 paprsku a polopropustné zrcadlo 52 na druhou odraznou plochu 54.. Druhý zdroj laserového záření ve formě nízkovýkonového He-Ne (helium-neonového) laseru 56 je umístěn vedle zdroje 44 ve formě C0₇ laseru a emituje sekundární paprsek 58. viditelného laserového záření s vlnovou délkou 638 nm. Sekundární paprsek .58 viditelného laserového záření dopadá na polopropustné zrcadlo 52 . kterým je odražen směrem k druhé odrazné ploše 5_4 koincidenčně s paprskem záření 46 laseru, emitovaným zdrojem 44 laserového záření 46 C0₉ laseru. Polopropustné zrcadlo 52 musí mít takové vlastnosti. aby bylo schopno propouštět elektromagnetické záření s vlnovou délkou 10,6 gm, zatímco elektromagnetické záření s vlnovou délkou 638 nm by mělo odrážet. Tím je vytvořen sekundárním paprskem 58 viditelného laserového záření kombinovaný paprsek C0->/He-Ne laserového zářeni 46 se sekundárním paprskem 58., který obsahuje viditelnou složku, usnadňující optické zaměření paprsku.

Po svém sloučení jsou oba koincidenční paprsky 46, 58 odráženy druhou odraznou plochou 54 směrem k třetí odrazné ploše 60 a od této třetí odrazné plochy 60 se odrážejí dále směrem ke čtvrté odrazné ploše 62. Ze čtvrté odrazné plochy 62 -se kombinovaný paprsek 46. 58 ještě jednou odráží směrem k hlavicové jednotce 64. ze které se kombinovaný paprsek 46 , 58 nakonec usměrňuje tak, aby protnul dráhu pohybujícího se předmětu 26. Aby se usnadnilo značení v různých výškách od základny předmětu 26., je třetí odrazná plocha 60 upevněna společně se čtvrtou odraznou plochou 62 a společně s hlavicovou jednotkou 64 tak, aby tyto části byly nastavitelné ve svislé rovině působením neznázorněného krokového motoru 66.

...........Uvnitř .....hlavicové jednotky- 64 naráží kombinovaný

CC^/He-Ne paprsek 46, 58 postupně na dvě pohyblivá zrcadla 68. 70. První pohyblivé zrcadlo 68 je umístěno tak, že je skloněno ke kombinovanému paprsku 46, 58. který na ně naráží po svém odrazu od čtvrté odrazné plochy 62. přičemž toto první pohyblivé zrcadlo 68 se pohybuje takovým způsobem, že vyvolává pohyb od něj odraženého paprsku ve svislé rovině. Druhé pohyblivé zrcadlo 70 je podobně skloněno, tentokrát k paprsku 46, 58, který na ně naráží po svém předchozím odrazu od prvního pohyblivého zrcadla 68. přičemž je pohyblivé takovým způsobem, že odražený paprsek 46, 58 se pohybuje ve vodorovné rovině. Z tohoto konstrukčního uspořádání je odborníkům zřejmé, že paprsek vystupující z hlavicové jednotky 64 se může pohybovat v libovolném požadovaném směru v důsledku současně probíhaj ících pohybů prvního odrazného zrcadla 6_& a druhého odrazného zrcadla 70. Aby se usnadnilo ovládání jejich pohybů, jsou obě pohyblivá zrcadla 68 upevněna na prvním galvanometru 72 a na druhém galvanometru 74. I kdvž je možno pohyb obou pohyblivých zrcadel 68, 70 ovládat různými ovládacími ústrojími, například samostatnými servomotor··,· nebo ručním pákovým ovladačem, zvolené řešení kombinuje rychlost reakce se snadností ovládání, která představuje výraznou výhodu mezi možnými altenativními provedeními ovLádacích ústroj í .

. Kpmbinpvaný_..paprs.ek .4.6,. 58-.. vystupuj-íc í z hlavicové jednotky ‘6 4 je zaostřen při svém průchodu soustavou 76 čoček, která obsahuje - jeden nebo několik čočkových prvků 78 . První čočkový prvek 78 je schopen zaostřit kombinovaný paprsek 46. 58 do ohniska nacházejícího se ve zvoleném místě na povrchu označovaného předmětu 26 . Jak známo, maximální hustota energie kombinovabného paprsku 46. 58 je nepřímo úměrná druhé mocnině poloměru paprsku 46. 58. dopadajícího na předmět 26 po svém zaostření čočkovými prvky 7 8. Tak pro paprsek 46, 58 elektromagnetického záření s vlnovou délkou λ a poloměrem R v místě dopadu na čočku s ohniskovou délkou f je přibližná hodnota hustoty energie E v ohnisku dána rovnicí:

PR² λ 2_f2

V/m², kde P je energie produkovaná laserem. Z této rovnice je také dobře patrna hodnota a účel expandéru 50 paprsku, protože zvětšení průměru R paprsku slouží ke zvětšení hustoty energie E v ohnisku. Čočkový prvek 78 je zejména tvořen čočkami s krátkou ohniskovou délkou, která se pohybuje v rozsahu od 70 mm do 80 mra, takže hustota energie je v ohnisku paprsku 46. 58 větší než 300 V/cm. U hustoty.energie tohoto řádu dochází k tepelné interakci na povrchu označovaného tělesa 2j>, na kterém je dopadající paprsek 46 , 58 absorbován ve formě tepla. Toto lokalizované zahřívání vyvolává tavení povrchu předmětu 26, přičemž roztavený materiál může stékat do jiných míst povrchu a zanechává za sebou stopu vepsanou do povrchu označovaného předmětu 26 . Pohybem ohniska paprsku 46 . 58 . vyvolávaným pohybem pohyblivých zrcadel 68 . 70 . může být značka vepsaná do povrchu předmětu 26 vytvořena v požadovaném tvaru a zejména může obsahovat nejméně jednu číslici, pišme14 no, symbol nebo jejich kombinaci, které mohou představovat ve svém celku identifikační značku, ochrannou známku nebo strojově snímatelný kód, popřípadě jiné požadované znaky.

Hustota energie, potřebná pro dosažení požadované tepelné interakce. na povrchu označovaného předmětu 26. bude pochopitelně závislá na materiálu předmětu 26 a na rychlostí, jakou se paprsek 46, 58 pohybuje po povrchu předmětu 26.. Materiály takového druhu jako je organické sklo mohou být označovány paprskem 46, 58 majícím hustotu energie jen asi kolem 50 y/cm, zatímco pro označování některých kovových materiálů je nutno, aby paprsek 46, 58 měl hustotu energie přibližně kolem 1 MV/cm^-. Předměty 26 ze skla jsou mezi oběma těmito extrémními případy a mohou být opatřovány označovacím znakem pomocí paprsku 46, 58 s hustotou energie větší než 300 V/er.^ a s rychlostí pohybu po povrchu předmětu 26 kolem 3 m/sec.

V zájmu bezpečnosti jsou oba lasery 44, 56 a také jejich paprsky 46 , 58 uzavřeny v bezpečnostní komoře 80., zobrazené na obr. 4, přičemž kombinovaný paprsek 46, 58 vystupuje z bezpečnostní komory 80 teprve po průchodu soustavou 76 čoček. Přístup k oběma laserům 44, 56 a k různým optickým prvkům umístěným . v dráze příslušných paprsků 46, 58 je umožněn dveřním křídlem . 82, které je spojeno s blokovacím ústrojím 84, které zamezuje uvedení C0₂ laseru 44 do činnosti při otevřeném dveřním křídle 82 , Je třeba připomeout, že He-Ne laser 56 nemusí být nutně podobné spojen s blokovacím ústrojím, protže pracuje s velmi malým výkonem a nepředstavuje proto pro kvalifikovanou obsluhu významnější nebezpečí.

Jedna fáze hlavního elektrického přívodu o napětí 240 V je přiváděna přes blokovací ústrojí 84 dveřního panelu 82. do hlavní rozvodné jednotky. 86, která je umístěna pod bezpečnostní komorou 80 a je od ní odizolována, aby se zamezilo jakýmkoliv elektrickým účinkům, které bv rušily, činnost laserů

44. 56. Z hlavní rozvodné jednotky 86 je hlavním přívodem přiváděna elektrická energie do C0₇ laseru 44 a do He-Ne laseru 56 a také do chladičové jednotky 88., která slouží pro chlazení CO2 laseru 44. Dalším přívodním vodičem je elektrická. energie, přiváděna, také. ke krokovému motoru 66 a--k -počítači 90. Měnič střídavého proudu na proud stejnosměrný zajišťuje společně s připojeným regulátorem napětí napájení He-Ne laseru 56 regulovaným stejnosměrným napětím 9 V, 12 V a 15 V, aby se podpořil čerpací mechanismus, a také druhého blokovacího ústrojí 92, které zamezuje předčasnému spuštění C0₇ laseru 44, přičemž touto elektrickou energií je napájena také hlavicová jednotka 64 a zejména první galvanometr 72 a druhý galvanometr 7.4, aby se zajistil předem stanovený pohyb prvního pohyblivého zrcadla 68 a druhého pohyblivého zrcadla 70.

Sled kombinovaných pracovních operací značkovacího zařízení 10 a snímacího modulu 12 je zobrazen schematicky na obr. 5 a začíná spuštěním činnosti počítače 90 provádějícím počítací operace nebo vyhledávání pro identifikaci následující značky, která má být vytvářena. Jestliže má být použito laserového značkovacího zařízení 10 pro označování většího počtu předmětů 26 . na kterých . mají vytvářené značky obsahovat postupnou řadu označovacích číslic, může počítač 90 určit formu následující značky přidáním nezbytného dodatku k označovacím číslicím, tvořícím předchozí značku. V alternativním provedení může na začátku série nebo v průběhu vytváření složitějších značkovacích postupů počítač 90 identifikovat následující značku z jednoho předem naprogramovaného seznamu značek, obsaženého ve vhodném paměťovém ústrojí. Identifikovaná následující značka však může být také zobrazena na ovládacím panelu pro informování obsluhy společně se zobrazením počtu označených předmětů 26 v dané sérii, průměrnou rychlostí přímočarého pohybu dopravovaného předmětu 26 kolem snímacího modulu 12 a také s dalšími potřebnými informacemi.

Po identifikaci značky, která má být vytvářena na pohybujícím se předmětu 26, určí počítač 90 vektory nutné pro vykreslení značky za předpokladu, že předmět 26 bude v průběhu vytváření značky stát na místě. Tyto vektory jsou potom transformovány na elektrické signály, které by v případě použití pro modulaci stejnosměrného napájecího napětí 15 V pro první galvanometr 72 a druhý galvanometr 74 produkovaly sérii pohybů prvního pohyblivého zrcadla 68 a druhého pohyblivého zrcadla 70 . kterými by bylo možno ovládat pohyb ohniska laserového paprsku takovým způsobem, aby se vykreslil požadovaný tvar značky.

Při pohybu označovaného předmětu 26 do laserové značkovací stanice pomocí dopravního pásu 16 se poloha pohybujícího se předmětu 26 vzhledem k pevné-svislé boční obrubě 20 může měnit pomocí seřizovacího šroubu 24. Seřizovači šroub 24 v základním příkladném provedení je používán pro zmenšování šířky dopravního pásu 16 v sousedství prvního otvoru 28 ochranné skříně 14. Tímto řešením je možno dosáhnout účinné šířky dopravního pásu 16 . která je jen o málo větší než je šířka pohybujícího se předmětu 26 a tím je možno dosáhnout určitého stupně ovládání příčné vzdálenosti mezi označovaným předmětem 26 a různými součástmi snímacího modulu 12 a značkovacího. zařízení 10.

Po celou dobu průchodu předmětu 26 je snímací modul 12 využíván pro snímání přiblížení předmětu 26. který má být opatřován označením. Jakmile se předmět 26 přiblíží k prvnímu optodetektoru 32 . jeho přední hrana přeruší optickou dráhu mezi zdrojem 36 světla, prvním odrazným reflektorem 40 a detektorem 38 . takže snímané množství světla poklesne pod nastavenou prahovou hodnotu. Tím je generován odpovídající signál, který je vyslán do počítače 90 . načež jsou uvedeny do chodu hodiny. Tyto hodiny se zastaví až o čas později, kdy je přední hrana pohybujícího se předmětu 26 zachycena stejným

-•Τ-^'^ίί-ί¹''

způsobem druhým optodetektorem 34. Protože oba optodetektory 32. 34 jsou od sebe vzdáleny o známou vzdálenost d.^ , může být rychlost v pohybujícího se tělesa 26 snadno vypočtena dělením známé.vzdálenosti d^ časem t^ změřeným hodinami podle vzorce

^τ1

Aby bylo možno vytvořit kompaktní zařízení, ve kterém by se označovaný předmět 26 mohl pohybovat poměrně velkou přímočarrou rychlostí, je vzdálenost mezi oběma optodetektory 32, 34 zejména co nejmenší. V krajním případě se může druhý optodetektor 34 dotýkat prvního optodetektoru 32 a tím se vzdálenost d^ zmenší až na hodnotu 1 mm. I při této malé vzdálenosti d^ je oscilátor, který tvoří základ hodin, schopný v > průběhu typického časového intervalu t^ produkovat pět taktů, takže zkrácení vzdálenosti d^ nemá výraznější vliv na přesnost měření rychlosti v pohybu předmětu 26.

Označovaný předmět 26 po svém průchodu kolem druhého optodetektoru 34 pokračuje v pohybu společně s dopravním pásem 16 , dokud se v čase t2 nedostane vedle značkovacího zařízení 10., Protože druhý optodetektor 34 a značkovací zařízení 10 jsou opět umístěny ve známé vzdálenosti d._? od sebe, je možno čas t2 vypočítat dělením vzdálenosti d_? rychlostí v pohybu označovaného předmětu 26., jak to plyne z rovnice nebo t, = - x ť-, “ d-, i Také v tomto případě je možno pro vytvoření kompaktního ^2a-řizení zmenšit vzdálenost d₇ na minimální hodnotu omezenou výpočtovou kapacitou počítače 90, přičemž táto vzdálenost činí zpravidla kolem 5 mm.

Počítač 90 vypočte s využitím této rovnice předpokládaný čas t₉, kdy dorazí označovaný předmět 26 vedle značkovacího zařízení 10 . Tento časový interval však představuje čas, ve kterém se přední hrana posouvajícího se předmětu 26 dostane vedle značkovacího zařízení 10 a tak se, pokud požadovaná značka nemá být vytvářena od této přední hrany, přidá k času t2 další prodleva St a tím se získá čas t-. ve kterém se dostane část povrchu předmětu 26 . která má být opatřena značkou, do sousedství značkovacího, zařízení 10.

čase t^ po generování signálu druhým optodetektorem 34 se uvede do činnosti C0-? laser 44 a kombinovaný C0₉/He-Ne paprsek 46, 58 se zaostří na vybranou povrchovou plochu předmětu 26. Současně se . generuje elektrický signál pro modulaci napájecího stejnosměrného napětí 15 V, přiváděného k prvnímu galvanometru 72 a k druhému galvanometru 74. které produkují nejen vektory nezbytné pro vykreslení požadované značky, ale obsahují také zadané složky, které mají kompenzovat pohyb předmětu 26 rychlostí v. Modulovaným stejnosměrným napájecím napětím 15 V se vyvolává série pohybů prvního pohyblivého zrcadla 68 a druhého pohyblivého zrcadla 70 . které usměrňují ohnisko kombinovaného CO^/He-Ne paprsku 46, 58 takovým způsobem, aby se dosáhlo . vykreslení požadované značky při současném pohybu této vykreslované značky rychlostí v, takže je umožněno dynamické sledování předmětu 26 ve skutečném čase.

Po ukončení opatřování předmětu 26 požadovanou značkou pokračuje doprava tohoto označeného předmětu 26 na dopravním pásu 16 . přičemž předmět 26 vystupuje při svém dalším pohybu z ochranné skříně 14 druhým otvorem 30 a vzdaluje se od laserové značkovací stanice 10 . Označený předmět 26 potom může být dopravován do dalších pracovních stanic, pokud je to nutné, zatímco počítač 90 určuje parametry pro další nanášenou značku a sled pracovních operací se opakuje od začátku.

Pro odborníky je zřejmé, že v průběhu pohybu předmětu 26 kolem značkovacího zařízení 10 se bude vzdálenost mezi soustavou 76 čoček a tou částí povrchové plochy předmětu 26. která-. je,-, právě/_foznačovánaplynule- -měnit .— I- - kdyby stál označovanv-předméx i-26 i v· průběhu . vvxváření značky na místě, pokud by měla požadovaná značka dosxaxečnou velikosx a povrch označovaného předměxu 26 měl jakékoliv zakřivení, pak se vždy objevuje změna vzdálenosxi mezi soustavou 76 čoček a různými body na povrchové ploše předměxu 26 . Kromě toho mohou býx jednoxlivé předměty 26, přiváděné posxupně k označování, umísxěny na dopravním pásu 16 v různých vzdálenosxech od pevné svislé boční obruby 20 i přes zúžení účinné šířky dopravního pásu 16 před laserovou značkovací sxanicí 10.. Jesxliže má první čočkový prvek 78., jak již bylo popsáno, pevnou ohniskovou délku, každý z uvedených fakxorů přispěje svým dílem k xomu, že čásx značky přenášené na povrch předměxu 26. bude více nebo méně mimo ohnisko. Pečlivou volbou ohniskové délky čočkového prvku 78 je však možno xenxo problém omezix na minimum.

.Jak bylo v předchozí čásxi popisu uvedeno, ohnisková délka prvního čočkového prvku 78 je zpravidla mezi 70 mm a 80 mm a je schopna zaosxřix kombinovaný paprsek CC^/He-Ne 46, 58 xak, aby se dosáhlo v ohnisku husxoxy energie, kxerá je zejména vetší než 300 V/cm~. Pro čočkový prvek 78 s ohniskovou délkou v uvedených mezích je husxoxa energie v malé vzdálenosxi δχ od ohniska stále ješxě dosxaxečná pro vyvolání xepelné inxerakce v předmětu 26., kxerý má býx opaxřen označením. Ve výhodném příkladném provedení má čočkový prvek 78 ohniskovou délku 75 mm, kxerá umožňuje, aby hodnoxa vzdálenosxi δχ byla pro sklo 5 mm, přičemž velikosx hodnoxy δχ je závislá pochopixelně na materiálu, ze kterého je předmět 26 vyroben. Při použití takových čoček však může zařízení podle vynálezu účinně opatřovat značkami pohybující se předměty

26. jejichž povrchy jsou vzdáleny v malých rozsazích na obě strany od optimální vzdálenosti od soustavy 76 čoček.

V alternativním provedení nebo přídavně může být v sérii s prvním čočkovým prvkem 78 umístěn druhý čočkový prvek 92. aby se kompenzoval nejméně jeden z rozostřovacích vlivů, popsaných v předchozí části popisu. Tento druhý čočkový prvek 92 může mít ohniskovou délku, která se mění napříč šířky druhého čočkového prvku 92 a může obsahovat například čočky s rovinným polem pro kompenzaci jakéhokoliv zakřivení povrchové plochy označovaného předmětu 26.

V jiném příkladném provedení může soustava 76 čoček obsahovat třetí čočkový prvek 94 ve formě transfokátoru., jehož ohnisková délka se může měnit podle toho, jak se předmět 26 posouvá kolem značkovacího zařízení 10 a tím je udržováno ohnisko kombinovaného CO-j/He-Ne paprsku 46 , 58 v požadovaném bodě na povrchu předmětu 26 bez ohledu na rozostřovací účinky popsané v předchozích částech popisu.

V ještě jiném příkladném provedení zařízení podle vynálezu je možno použít místo druhého čočkového prvku 92 a/nebo třetího čočkového prvku 94 neznázorněného čtvrtého čočkového prvku 95 , majícího formu rozptvlné čočky. Čtvrtý čočkový prvek 95 s ohniskovou délkou f₇ je umístěn s výhodou ve vzdálenosti f₂ před ohniskem, které by jinak bylo vytvořeno prvním čočkovým prvkem 7 8 . Tímto způsobem produkuje čtvrtý čočkový prvek 95 úzký paralelení paprsek s vysokou hustotou vyzařovací energie, který může být usměrněn na pohybující se předmět 26 . aby se na jeho povrchu vytvořil osvětlený bod. Tento úzký paprsek může být díky dostatečně vysoké hustotě energie využit pro usadnéní povrchového značení pohybujícího se předmětu 2 6 . přičemž současně se u něj neprojevuje citlivost na některý z rozostřovacích vlivů, popsaných v předchozí části.

V druhém příkladném provedení zařízení podle vynálezu, zobrazeném na obr. 6, je značkovací zařízení 10 opět navrženo pro provádění povrchového značení pohybujícího se tělesa 26. z' různých - materiálů - a má -podobné-—kOnstrukěn-í-;_;řešení-^jako předchozí příklady s výjimkou toho, že místo přidání další složky kompenzující pohyb předmětu 26 k již tak dost složitému pohybu prvního pohyblivého zrcadla 68 a druhého pohyblivého zrcadla 70 obsahuje pátou odraznou plochou 96 . kterou je pohyb předmětu 26 plně kompenzován.

Pátá odrazná plocha 96 je upevněna otočně kolem osy 98 a j umístěna tak, aby usměrňovala složený CC^/He-Ne paprsek 46 . 58 na pohybující se předmět 26. přičemž paprsek 46. 58 dopadá na předmět 26 po odrazu od druhého pohyblivého zrcadla 70. Při průchodu označovaného předmětu 26 kolem značkovacího zařízení 10 se pátá odrazná plocha 96 otáčí kolem osy 98 takovým způsobem, aby složený C0_?/He-Ne paprsek 46. 58 byl usměrněn na pohybující se předmět 26.

Pátá odrazná plocha 96 obsahuje zejména zrcadlo neznázorněného třetího galvanometru 100. Tímto řešením je možno dosáhnout usnadnění pohybu a ovládání páté odrazné plochy 96 stej nou rychlostí ' .odezvy jako je tomu u prvního pohyblivého zrcadla 68 a druhého pohyblivého zrcadla 70.. Za takových okolností, kdy je C0₇ laser 44 uveden v činnost a napájecí stejnosměrné napětí 15 V, přiváděné na první galvanometr 72 a druhý galvanometr 74, je modulováno pro zajištění předem stanoveného pohybu prvního odrazného zrcadla 68 a druhého odrazného zrcadla 70., je možno připojit k třetímu galvanometru 100 samostatný třetí napájecí přívod stejnosměrného napětí 15 V, přičemž toto napětí je modulováno podle předem změřených rychlostních parametrů pohybujícího se předmětu 26. Stejně jako v předchozím příkladu umožňuje složený účinek pohybu zrcadel tří galvanometrů 72. 74. 100 dynamické sledování povrchu pohybujícího se předmětu 26 složeným C0₇/He-Ne paprskem 46. 58 v reálném čase.

Na obr. 6 je pátá odrazná plocha 96 zobrazena v poloze mezi druhým odrazným zrcadlem 70 a soustavou 76 čoček, i když je odborníkům zřejmé, že pátá odrazná plocha 96 může být stejně dobře umístěna v jiném bodě optické dráhy kombinovaného C0₇/He-N'e paprsku 46 , 58. například bezprostředně za soustavou 76 čoček.

V třetím příkladném provedení zařízení podle vynálezu, které je podobné druhému příkladnému provedení v tom,, že kompenzace pohybu předmětu 26. je provedena samostatně a nezávisle na tvorbě značky, je pátá odrazná plocha 96 nahrazena mnohofasetovým zrcadlem 102. opatřeným soustavou broušených plošek a zobrazeným na obr. 7. Mnohofasetové zrcadlo 102 je podobně jako pátá odrazná plocha 96 upevněno otočně kolem osy 104 a je umístěno tak, aby usměrňovalo kombinovaný CC^/He-Ne paprsek 46 , 58 přímo na pohybující se předmět .26, který tak dopadána předmět v důsledku odrazu od druhého pohyblivého zrcadla 70.. Prochází-li předmět 26., který má být ©patřen značkou, kolem značkovacího zařízení 10, otáčí se zrcadlo 102 se soustavou broušených plošek.kolem osy 104 takovým způsobem, že . udržuje kombinovaný CO^/He-Ne paprsek 4 6 58 usměrněný na pohybující se předmět 26..

Výhoda tohoto třetího příkladného provedení zařízení podle vynálezu s jeho odlišnostmi od druhého příkladného provedení, popsanými v předchozím odstavci, spočívá v tom, že pokud se označované těleso předmětu 26 pohybuje, nemusí se zrcadlo 102 se soustavou broušených plošek na rozdíl od páté odrazné plochy 96 z druhého příkladného provedení vynálezu otáčet rychle kolem osy 104 v obou směrech, abv bvlo připraveno ve vhodné poloze pro následující označované, těleso. Místo toho může zrcadlo 102 se soustavou broušených plošek po23 kračovat v otáčení ve stejném smyslu a takovou rychlostí, aby se umožnilo odrážení kombinovaného CC^/He-Ne paprsku 46, 58 na následující označovaný předmět 26 odrazem od jiné povrchové plošky zrcadla 102 se soustavou broušených plošek. Tvar zrcadla · í02, se_; soustavou broušených ..plošek _yšak ,neurčuj e,, pod-.

. i, --c ·«.·*-; ^.í⁴»' -'Λ· , - -· · - - · ......

minky pro . vlastní - rychlost otáčení, která musí být taková, aby bylo zajištěno, že se nebude otáčet o větší úhel než jaký je určen pro natočení funkční broušené plošky v průběhu časového intervalu určeného pro označení pohybujícího se předmětu 26.

Otáčení zrcadla 102 se soustavou broušených plošek může být řízeno počítačem 90, do kterého byla dodána informace o změřené rychlosti pohybu pohybujícího se předmětu 26. a je-li znám počet vektorů potřebných pro vykreslení požadované značky, ze kterého je možno odvodit dobu potřebnou pro vytvoření značky, přičemž počet vektorů umožňuje také vypočítat vzdálenost, o kterou se přemístí označovaný předmět 26 při svém označování.

Na obr. 7 je zrcadlo 102 se soustavou broušených plošek zobrazeno v poloze mezi druhým pohyblivým zrcadlem 70 a soustavou 76 čoček, i když je odborníkům zřejmé, že zrcadlo 102 se soustavou.broušených plošek může být stejně dobře umístěno v jiném bodě podél optické dráhy kombinovaného C0₉/He-Ne paprsku 46, 58. například bezprostředně za soustavou 76 čoček .

Ve čtvrtém příkladném provedení značkovacího zařízení 10 . zobrazeném na obr. 8, je pohyb předmětu 26 kompenzován příčným pohybem celé hlavicové -jednotky 64 a soustavy 76 čoček. Po změření rychlosti pohybujícího se předmětu 26 se hlavicová jednotka 64 a soustava 76 čoček pohybuje ve směru rovnoběžném se směrem pohybu předmětu , 26 pomocí neznázorněného motoru 106. Při pohybu hlavicové jednotky 64 a soustavy 76 čoček stejnou rychlostí jako označovaný předmět 26 může být relativní rychlost mezi těmito součástmi redukována v průběhu nanášení požadované značky na povrch předmětu 26 na nulovou hodnotu. Po nanesení značky na povrch předmětu 26 se hlavicová jednotka 64 a soustava 76 čoček opět rychle vrátí do svých výchozích poloh opět účinkem nežnázorněného motoru 106. aby tak byly připraveny pro následující označovaný předmět.

Zajištěním vedení kombinovaného C0₇/He-Ne paprsku 46 .

58. odraženého od prvního pohyblivého zrcadla 68 . ve směru rovnoběžném s dopravním pásem 16 ještě před jeho odrazem směrem k pohybujícímu se předmětu 26 druhým pohyblivým zrcadlem 70 je odborníkům zřejmé, že pouze druhé pohyblivé zrcadlo 70 a soustava 76 čoček musí být uváděny do .pohybu neznázorněným motorem 106. aby se dosáhlo . požadovaného účinku. Samozřejmě kdyby byla soustava 76 čoček umístěna -v optické dráze kombinovaného CO^/He-Ne paprsku 46. 58 mezi čtvrtou odraznou plochou 60 a prvním pohyblivým zrcadlem 68 . pak by muselo být pouze druhé pohyblivé zrcadlo 70 ovládáno ve svém pohybu neznázorněným motorem 106.

V pátém výhodném .provedení zařízení podle vynálezu může. být v dráze kombinovaného C0₇/He-Ne paprsku 46. 58 umístěn nejméně-jeden neznázorněný akusticko-optický nebo elektrickoopticky krystal 108 pro kompenzaci pohybu předmětu 26.. Krystaly tohoto typu jsou schopny odklánět dopadající paprsek v různých úhlech, jejichž velikost je závislá na napětí přiváděném na krystal. Proto je možno přívodem vhodně měněného napětí na neznázorněné krystaly dosáhnout pokračování usměrňování kombinovaného C0₇/He-Ne paprsku 46. 58 na pohybující se předmětu .26, pokud tento předmět 26 prochází kolem značkovacího zařízení 10.

Odborníkům je také zřejmé jednak z tohoto popisu předchozích příkladných provedení a jednak z blízkého GB-PA

9117521.6 stejného přihlašovatele, že zařízení podle vynálezu může být využíváno pro usnadnění podpovrchového značení pohybujícího se tělesa z různých materiálů, aniž by přitom docházelo k- podstatným·změnám v materiálu předmětu.

l_V dřívější· době.- se výrobci různých předmětů spoléhali při vytváření;, nesmazatelných značek a jiného označení téměř výlučně na povrchové značení. Avšak jeden ze základních problémů tohoto typu značení spočívá v tom, že vytvořená značka bud’ může být zničena odstraněním části povrchové plochy předmětu, na kterém je značka nanesena, nebo může být snadno napodobena nanesením značky se stejným vzhledem na náhradní předmět. Použitím zařízení podobného popsanému typu zařízení může být pohybující se předmět opatřen podpovrchovou značkou usměrněním zaostřeného paprsku laserového záření s vysokou hustotou energie, pro který je materiál transparentní. Paprsek je s výhodou zaostřen do bodu vzdáleného od povrchu předmětu a nacházejícího se uvnitř předmětu, aby se tak vytvořila lokalizovaná ionizace materiálu a vytvořila se značka požadovaného tvaru ve formě oblasti se zvýšenou nepropustostí pro elektromagnetické záření bez jakékoliv zjistitelné změny povrchu.

Pro upřesnění významu použitých pojmů je třeba doplnit, že pojem transparetní používáný pro. označovné materiály se vztahuje na materiál, kterým může paprsek s vysokou hustotou energie pronikat alespoň do hloubky, ve. které je požadovaná značka vytvářena, přičemž mezi tyto materiály patří průsvitné materiály jako je barevné nebo kouřové sklo, u kterých byly přenosové charakteristiky pro elektromagnetické záření s vlnovou délkou ve viditelné oblasti redukovány, ale nikoliv eliminovány. Pojem transparentní zahrnuje také takové materiály,' které jsou neprůsvitné pro elektromagnetické záření s vlnovou délkou ve viditelné oblasti, ale které jsou alespoň schopné přenášet elektromagnetické záření s vlnovou délkou stejného rozsahu elektromagnetického spektra jako zářeni tvořící paprsek s vysokou hustotou energie.

Možné typy interakce mezi zářením laseru a předmětem vyrobeným z určitého materiálu mohou, být roztříděny do tří skupin lišících se hustotou energie v záření laseru. Pro zvyšování hustoty energie jsou k dispozici tyto skupiny:

1. fotochemická interakce zahrnující fotoindukci a fotoaktivaci;

2. tepelná interakce. při které je dopadající záření pohlcováno jako teplo:

3. ionizační interakce, která zahrnuje netepelný rozklad ozařovaného materiálu světlem.

Rozdíl mezi prahovými hodnotami těchto tří interakcí je. jasně patrný z porovnání charakteristické hustoty energie 10“ V/cm , potřebné pro fotochemickou interakci, s hustotou energie 10 V/cm“, která je typická pro ionizační interakce, zejména pro odtavení nebo rozrušení světlem.

Aby došlo k lokalizované ionizaci materiálu, musí paprsek s vysokou hustotou energie obsahovat dostatek energie pro rozštěpení molekulových vazeb a vytvoření plazmy v místě ohniska paprsku. Po odvedení paprsku do jiného místa se plazma ochladí a vytvoří omezené oblasti poškození, nebo narušení materiálu, které rozptylují všechny.druhy.elektromagnetického záření, dopadajícího na materiál, s tím výsledkem, že ozářené oblasti se jeví jako místa se zvýšenou neprůsvitností.

V současné době jsou jedinými na trhu dostupnými zařízeními, schopnými vyvolat ionizační interakci, lasery pracující v impulsním režimu a mající impulsní energii, která je po svém soustředění dostatečně velká pro vytvoření plazmy uvnitř zpracovávaného materiálu. · Aby se mohlo uskutečnit podpovrchové značení pohybujícího se tělesa. je zdroj 4a záření £6 la27 seru nahrazen s výhodou laserem majícím hustotu energie ve svém ohnisku nejméně 10 V/cm a dobu trvání jednoho impulzu nejvýše 10^ sekundy. Při tomto řešení je hustota energie v každém impulzu alespoň 10 J/cm a je dostačující pro vyvolání lokalizované ionizace materiálu... v ..ohnisku .paprsku^ záře ní. . .-/,- .·.'· .. - · ·. ·- ’ -y . '· y /

Jestliže má být podpovrchová značka viditelná prostým okem, musí být předmět určený k takovému označení průhledný pro elektromagnetické záření s vlnovou délkou ve viditelném pásmu, například musí být vytvořen ze skla nebo z plastu. Označovaný předmět však nemusí být nezbytně omezen tímto požadavkem a může být vytvořen z materiálu, který je neprůsvitný pro elektromagnetické záření s vlnovou délkou ve viditelné oblasti. Za těchto okolností je podpovrchová značka pro prosté oko skryta a může být viděna optickými přístroji pracujícími s příslušnou vlnovou délkou elektromagnetického spektra, která odpovídá vlnové délce paprsku s vysokou hustotou energie. I když tato značka není schopna plnit řadu funkcí svého viditelného protějšku, přece jen představuje dokonale skrytou a nesmazatelnou značku.

Za předpokladu, že podpovrchová značka má být viditelná prostým okem a že pohybující se těleso 26 je z materiálu, například ze skla nebo plastu, který je transparentní pro elektromagnetické záření s vlnovou délkou ve viditelné oblasti elektromagnetického spektra, je třeba volit zdroj 44 záření nejen s ohledem na energetická omezení uvedená v předchozí části, ale také s ohledem nato, aby materiál předmětu 26 byl transparentní pro generované záření 46 laseru. Za těchto podmínek je vhodným zdrojem 44 záření 46 Nd-YAG laser (neodymový laser na dotovaném aluminio-ytritovém granátu), pracující s vlnovou délkou 1,06 gm.

Zbývající část zařízení podle vynálezu nemusí být pod28 s r a t π ti j i. měněna pro pjirovci dění podpovrohového označování předmětu 26 , když volba zdroj· záření 46 bude mít pochopitelné vliv na výběr optických prvků použitých pro usměrňování a zaostřování výsledného záření 46 laseru, protože ne všechny takové prvky budou pracovat se stejnou účinností při použití jiné vlnové délky v elektromagnetickém spektru.

se však, že vhodný výběr prvků mohou odborníci využití běžných znalostí z tohoto oboru techniky.

Předpokládá provést při

Soustava 76. čoček využitá k provádění podpovrchového značení pohybujícího se předmětu 26 může obsahovat třetí čočkový prvek· · .94 ve formě transfokátoru, takže značka může být vytvářena v různých hloubkách pohybujícího se předmětu 26. takže je možno dosáhnout vytváření prostorových značek.

......- Pro odborníky; v tomto oboru je rovněž 'zřejmé, že i když popisované zařízení podle vynálezu obsahuje ústrojí pro určení rychlosti pohybujícího se předmětu 26, není takové opatření nutné, protože je možno vytvořit mechanické vazby v zařízení podle vynálezu, které udělují kombinovanému CO₉/He-Ne paprsku 46, 58 pohyb odpovídající rychlosti pohybu pohybují... čího se předmětu 26 . aniž by bylo třeba zjišťovat, jaká je rychlost pohybu předmětu 26 .

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY ' 1. Způsob' označování pohybujícího se předmětu, v y z n-.ja č.· u jy í c í __ s_ e τ _í m ,_že^se^napohybující._.sepřed‘'mět/usměrňúje ..paprsek s vysokou hustotou energie,:tento paprsek ¹ se. potom soustřeďuje pro vytvoření osvětlovacího bodu v místě na povrchu nebo uvnitř pohybujícího se předmětu a tento bod se přemísťuje souhlasně s výslednicí dvou pohybových složek, z nichž první je rovna rychlosti pohybu předmětu a druhá se vztahuje k pohybujícímu se předmětu pro vytvoření značky předem stanoveného tvaru.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se τ í m , že se přídavně určuje rychlost pohybujícího se předmětu.
3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že rychlost pohybujícího se předmětu se určuje pomocí přímého měření.
4. Způsob podle nejméně jednoho z nároků 1 až 3, vyznačuj ící se tím , že paprsek s vysokou hustotou energie se usměrní na pohybující se předmět tak, že dráha pohybujícího se předmětu protne dráhu vyslaného paprsku s vysokou hustotou energie a že paprsek s vysokou hustotou energie se vyšle v předem stanoveném čase po průchodu pohybujícího se předmětu polohou se známou vzdáleností od bodu vzájemného protnutí, přičemž tento čas je závislý na rychlosti pohybujícího se předmětu.
5. Způsob podle nejméně jednoho z nároků 1 až 4, v v z n a č u j í c í se t í m· , že paprsek s vysokou hustotou energie se přivede do .ohniska v místě nacházejícím se uvnitř pohybujícího se předmětu, abv se vyvolala lokalizovaná ioni30 zace materiálu a vytvářela se značka.ve formě oblasti materiálu, mající zvýšenou opacitu pro elektromagnetické záření.
6. Způsob podle nároku 5. vyznačující. se tím, že pohybující se předmět je z materiálu-transparentního pro elektromagnetické záření s vlnovou délkou ve viditelné oblasti.
7. Způsob .podle nároku 5-, vyznačující se t í m , že pohybující se předmět je z materiálu opakního pro elektromagnetické záření s vlnovou délkou ve viditelné ohlasTi.
8. Způsob podle nejméně jednoho z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že hotovená značka obsahuje nejméně jednu' číslici, písmeno nebo symbol, popřípadě jejich kombinaci.
9. Způsob podle nejméně jednoho z n a č u j í c í s e τ í m . že rozměrná.

z nároků 1 až 8, v v hotovená značka je troj
10. Zařízení k provádění způsobu označováni, pohybujícího se předmětu .podle nejméně jednoho z nároků 1 až. 9, vyznačuj í c í s e tím , že obsahuje ústrojí pro tvorbu paprsku (46. 58) s vysokou hustotou energie a usměrňování tohoto paprsku (46. 58) na pohybující se předmět (26), ústrojí pro soustřeďování paprsku (46. 58) a vytvoření osvětleného' bodu v místě na pohybujícím se předmětu (26) nebo uvnitř pohybujícího se předmětu (26) a ústrojí pro ovládání pohybu tohoto osvětleného bodu souhlasně s výslednicí dvou pohybových složek. z nichž první je rovna rychlosti pohybujícího se předmětu .(26) a druhá má takový vztah k pohybujícímu se předmětu (26). abv se vytvořila značka předem stanoveného tvaru.
11. Zařízení podle nároku 10, vyznačuj í c í se x í m , že ústrojí pro ovládání pohybu osvětleného bodu podle výslednice dvou pohybových složek obsahuje prostředky pro ovládání pohybu tohoto bodu souhlasně s druhou pohybovou ₄___složkou . _____„_______. ...... ... __________________........ ...... . .... .........
12. Zařízení podle nároku 11, vyznačuj ící se t í m , že ústrojí pro ovládání pohybu osvětleného bodu souhlasně s druhou z obou pohybových složek obsahuje nejméně jedno pohyblivé zrcadlo (68, 70), umístěné v dráze paprsku (46, 58).
13. Zařízení podle nároku 10, vyznačuj ícíse τ í m , že pohyb nejméně jednoho pohyblivého zrcadla (68, 70) je ovládán programem počítače (90).
14. Zařízení podle nároku 12 nebo 13, vyznačující se tím, že nejméně jedno z pohyblivých zrcadel (68, 70) je zrcadlem galvanometru.
15. Zařízení podle nejméně jednoho z nároků 11 až 14, vyznačující se t í m , že ústrojí pro ovládání pohybů osvětleného bodu v souladu s druhou z pohybových složek je rovněž upraveno pro ovládání pohybu tohoto bodu v souladu s první z obou pohybových složek.
16. Zařízení podle nejméně jednoho z nároků 11 až 14, vyznačující se tím, že ústroj í pro ovládání pohybu osvětleného bodu v souladu s výslednicí dvou pohybových složek obsahuje přídavné ústrojí pro ovládání pohybu bodu v souladu s první z obou pohybových složek.
17 Zařízení podle nároku 16 .vyznačující se tím, že ústrojí pro ovládání pohybu osvětleného bodu v souladu s první z obou pohybových složek obsahuje nejméně jedno otočně upevněné zrcadlo, jehož rychlost otáčení je měněna v souladu s rychlostí pohybujícího se předmětu (26).
18. Zařízení podle nároku 17. v y z n a č u j í c í se tím, že nejméně jedno otočně uložené zrcadLo (102) je opatřeno soustavou broušených plošek.
19. Zařízení podle nároku 16, vyznačuj ící. se tím, že ústrojí pro ovládání pohybu osvětleného bodu v souladu s první z obou pohybových složek obsahuje nejméně jedno zrcadlo pohyblivé stejnou rychlostí jako pohybující se předmět (26) .

tim . _Λ . . T__1 - . _
20. Zařízení podle nároku 16, vyznačuj ící se že ústrojí pro ovládání pohybu osvětleného bodu 'souladů s první - zObou-pohybových složekobsahuje nejméně jeden akusticko-Optický nebo elektro-optický krystal.
21. Zařízení podle nejméně.jednoho z nároků 10 až 20, vyznačuj ící ze je opatřeno ustrojím pro zjišťování rychlosti pohybujícího se předmětu (26).

vznacuj ící
22..... Zařízení, podle nároku 21 , v tím. že rychlost pohybujícího se předmětu (26) je.zjišťo vána pomocí přímého měření.
23. Zařízení podle nároku 22, vyznačuj ící se tim, že rychlost pohybujícího se předmětu (26) je zjišťována měřením času. který pohybující se předmět.(26) potřebuje k přemístění mezi dvěma optodetektorv (32, 34), umístěnými ve známém odstupu od sebe.

-4. Zařízení podle nejméně jednoho . z nároků 10 až 23. v y z n a. č .u j í c í s e c í m. , že paprsek (46. 58) s vysokou hustotou energie je usměrněn na pohybující se předmět protnutím dráhy paprsku (46, 58) s vysokou hustotou energie drahou pohybu pohybujícího se předmětu (26) a zařízení je opatřeno ústrojím pro vyslání paprsku (46, 58) s vysokou hustotou energie v předem určeném čase po průchodu pohybujícího se předmětu (26) polohou se známou vzdáleností od průsečíku drah, přičemž tento čas je závislý na rychlosti pohybu pohybujícího se předmětu (26).
25. Zařízení vyznačuj í vání paprsku (46, vou délkou, která
26. Zařízení vyznačuj í vání/paprsku (46, vou vzdáleností.

podle nejméně jednoho z nároků 10 až 24, c í se tím, že ústrojí pro sousťřeďo58) obsahuje čočkový prvek (78) s ohniskose mění napříč jeho šířky.

podle nejméně jednoho z nároků 10 až 25, cí se tím, že ústrojí pro soustřeďo58) obsahuje objektiv s proměnnou ohnisko
27. Zařízení podle nejméně jednoho z nároků 10 až 24, vyznačující se tím, že ústrojí pro soustřeďování paprsku (46, 58) obsahuje rozptylnou čočku.
28. Zařízení podle nejméně jednoho z nároků 10 až 27, vyznačuj í c í s e t í m , že značka obsahuje povrchovou značku.
29. Zařízení podle nároku 28, vyznačující se tím, že ústrojí pro vysílání paprsku (46) s vysokou hustotou energie obsahuje CO2 laser.
30. Zařízení podle vyznačující s vrchovou značku.

nejméně jednoho z nároků 10 až 26, e t í m , že značka obsahuje podpo
31. Zařízení podle nároku 30, vyznačuj ící

- U> tím energie hodnotu že úst roj í pro obsahuje Laser, hustoty energie vysílání paprsku který je zaostřen nejméně 10 J/cm“.

s vysokou hustotou aby měl špičkovou
32. Zařízení podle nároku 30 nebo 31, vyznačující s e t í m . že ústrojí pro vytváření paprsku s vysokou hustotou energie obsahuje laser, který je zaostřen tak, aby mel nustotu energie v ohnisku nejméně 1O^Z V/c~ a který pracuje v impulzním. režimu s dobou trvání jednoho impulzu nejméně 10 seKunav.

(i .
33. Zařízení vyznačuj í paprsku (58) s laser.

podle nejméně jednoho z nároků 30 až 32, c í se t í m , že ústrojí pro vytváření vysokou, hustotou energie obsahuje Nd-YAG
34. Zařízení podle nejméně jednoho z nároků 10 až 33, vyznačující se tím, že je opatřeno sekundárním zdrojem viditelného záření laseru pro usnadnění zaměření paprsku (58) s vysokou hustotou energie..
35. Zařízení podle nejméně jednoho z nároků 10 až 35. vyznačuj ící se tím , že dopravní pás (16) je upraven pro, dopravu pohybuj íčího se předmětu (26).
36. Zařízení podle nároku 3.5, v v z n a č u j ící se tím , že je opatřeno ústrojím pro kontrolu příčné polohy pohybujícího se ·předmětu (26) vzhledem k dopravnímu pásu (16) .