DE102009023288A1 - System für die Kalibrierung von Betriebsparametern eines Laser-Gravierers - Google Patents

System für die Kalibrierung von Betriebsparametern eines Laser-Gravierers Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System für die Kalibrierung mindestens eines Parameters eines Laser-Gravierers, wobei der Laser-Gravierer aufweist einerseits ein Gravier-System mit einer Fokussierungs-Linse, positioniert an einem Abstand der Oberfläche eines Substrats, das graviert werden soll und andererseits ein Sicht-System für mindestens die Positionierung und die Verifikation des Gravierens, wobei das Sicht-System eine mit einer passenden Beleuchtung verbundene Kamera aufweist, und wobei die Gravier-Einrichtung des Lasers so angeordnet ist, dass die Gravier-Einrichtung arbeitet, um eine bestimmte Gravur-Anordnung auf ein Substrat einzugravieren gemäß einer Variation mindestens eien ist mit einer Vergleichseinrichtung von mindestens einem gemessenen Gravier-Parameter mit dem Vorlage-Wert mindestens eines gespeicherten Datums in einer Speicher-Einrichtung, verbunden mit einer Gravier-Korrektur-Einrichtung.

Description

  • Die Erfindung betrifft das Gebiet der Einrichtungen und Verfahren für die Automatisierung des Einstellens von Betriebs-Parametern für Laser-Gravierer und insbesondere für die Kalibrierung von Farbstufen, Größe und Markierungs-Abstand bei Laser-Gravierern.
  • Was als Laser-Gravieren bezeichnet wird, ist das Verfahren der Verwendung von Lasern zum Gravieren oder Markieren eines Objektes. Die Technik kann sehr technisch und komplex sein, und oft wird ein Computer-System verwendet zum Kontrollieren des Gravierens durch einen Laser-Kopf. Trotz dieser Komplexität können sehr präzise und saubere Gravuren mit einer hohen Geschwindigkeit erreicht werden. Die Technik umfasst nicht Werkzeug-Schneiden, welche die Gravier-Oberfläche berühren und verschleißen. Sie wird als ein Vorteil gegenüber alternativen Gravier-Technologien angesehen, wo Schneid-Köpfe regelmäßig ersetzt werden müssen. Die Bedeutung von Laser-Gravieren wurde stärker für speziell ausgelegte „laserbare” Materialien ausgedrückt. Diese enthalten Polymer und neue Metall-Legierungen. Mindestens eine Eigenschaft dieser „laserbaren” Materialien ist es, eine Farbe zu haben, die sich gemäß der Menge der von dem Laser-Strahl während der Gravier-Arbeitsgänge bereitgestellten Energie ändert. In Situationen, in denen physikalische Veränderung einer Oberfläche durch Gravieren unerwünscht ist, ist eine Alternative wie „Markierung” („marking”) oder wie Beschriftung verfügbar.
  • Demzufolge ist eine Verwendung von Laser-Gravierern die zum Markieren von Anwendungsformen wie beispielsweise Plastik-Karten. Das Markieren bei diesen Anwendungsformen en durch Laser kann variable Graustufen zur Folge haben. Diese verschiedene Graustufen-Variation kann durch eine Variation in der Punkt-Dichte erreicht werden. Ein anderes Verfahren zum Erzeugen von unterschiedlichen Graustufen auf der Markierungs-Fläche kann das Ändern des Energie-Pegels des Lasers sein. Jedoch beeinflussen andere Parameter die Erzeugung dieser Graustufen, wie beispielsweise die Material-Charakteristika des Werkstückes oder der Markierungs-Abstand, welcher die Größe der laser-erzeugten Punkte der gravierten Struktur direkt beeinflussen kann. Folglich muss das Einstellen des Laser-Gravierers gemäß Graustufen, Größe und Markierungsabstand, gemessen von dem Sicht-System des Laser-Gravierers, erfolgen. Dieses Sicht-System wirkt zumindest für die Positionierung und die Verifikation der gravierten Anwendung mit.
  • Bisher werden das Einstellen des Laser-Gravierers und das Kalibrieren des Sicht-Systems unabhängig voneinander und manuell durch sukzessives Erstellen von Test-Karten durchgeführt. Die Ergebnisse werden gemessen und analysiert im Hinblick auf die einzustellenden Werte. Diese Messungen führen zu neuen Parametern für die Laser-Gravierer bzw. das Sicht-System, welche durch Erstellen und Messen von zusätzlichen Test-Karten wie oben beschrieben geprüft werden müssen. Diese Prozedur muss wiederholt werden, bis ein ausreichendes Ergebnis erhalten wurde. Jedoch benötigt dieses Kalibrierungs-Verfahren Zeit und Aufwand, wenn das Einstellen mehrerer Laser-Gravierer ausgeführt werden muss, um ein identisches Ergebnis für jeden von ihnen zu erhalten.
  • Durch die vorliegende Erfindung wird erreicht, ein System zum zeitreduzierten Kalibrieren und mühelosen Einstellens eines Laser-Gravierers in verbesserter Präzision zu schaffen, wobei dieses System eingerichtet ist zum identischen Einstellen der Ausrichtung einer Mehrzahl von Laser-Gravierern und ferner zum Vermeiden mindestens eines Defekts oder eines Nachteils des Standes der Technik.
  • Durch die Erfindung ist ein System für die Kalibrierung mindestens eines Parameters eines Laser-Gravierers geschaffen, wobei der Laser-Gravierer aufweist einerseits ein Gravier-System mit einer Fokussierungs-Linse, positioniert in einem Abstand von der Oberfläche eines Substrats, das graviert werden soll, wobei das laserbare Substrat aus mindestens einer Komponente mit gemäß der von dem Laser-Gravierer bereitgestellten Energie veränderlicher Farbe hergestellt ist, und andererseits ein Sicht-System für mindestens die Positionierung und die Verifikation des Gravierens, wobei das Sicht-System eine mit einer passenden Beleuchtung verbundene Kamera aufweist. Die Gravier-Einrichtung des Lasers ist so angeordnet ist, dass die Gravier-Einrichtung arbeitet, um eine bestimmte Gravur-Anordnung auf ein Substrat gemäß einer Variation mindestens eines Parameters einzugravieren. Das Sicht-System ist verbunden mit einer Vergleichseinrichtung zum Vergleichen mindestens eines gemessenen Gravier-Parameters mit dem Vorlage-Wert mindestens eines gespeicherten Datums in einer Speicher-Einrichtung, die an eine Gravier-Korrektur-Einrichtung angeschlossen ist.
  • Gemäß einer Variante der Erfindung ist das System für die Kalibrierung mindestens eines Parameters eines Laser-Gravierers dadurch gekennzeichnet, dass die in der Speicher-Einrichtung gespeicherten Daten mit den Werten mindestens eines gespeicherten Parameters von einer Gravur-Kalibrierungs-Karte, verwendet als ein Referenz-Element und positioniert an dem Platz des Gravur-Substrats, korrespondieren.
  • Gemäß einer Realisierung dieser Variante der Erfindung ist das System für die Kalibrierung mindestens eines Parameters eines Laser-Gravierers dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierungs-Karte ein Karomuster bereitstellt, wobei jedes Karo des Musters eine definierte Position hat und eine Variation mindestens eines von mindestens einem anderen Karo des Musters verschiedenen Parameters repräsentiert.
  • Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung ist das System für die Kalibrierung mindestens eines Parameters eines Laser-Gravierers dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter des Laser-Gravierers mindestens eine Graustufe korrespondierend mit der von dem Laser bereitgestellten Energie oder einer Größe der durch den Abstand zwischen dem Laser-Kopf und dem Gravur-Substrat bestimmten Gravur-Oberfläche ist.
  • Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung ist das System für die Kalibrierung mindestens eines Parameters eines Laser-Gravierers dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierung des Markierungs-Abstandes ausgeführt wird durch eine Arbeits-Position-Test-Karte, aufweisend mehrere graue Muster, wobei jedes Muster die gleiche graue Farbe und den gleichen Wert von Punkten-pro-Zoll („Dots-per-Inch”, dpi) hat, aber ein Gravieren in unterschiedlichen Markierungs-Abständen zwischen der Fokussierungs-Linse des Lasers des Gravier-Systems und des Gravur-Substrats repräsentiert.
  • Gemäß einer ersten Realisierung dieser Variante der Erfindung ist das System für die Kalibrierung mindestens eines Parameters eines Laser-Gravierers dadurch gekennzeichnet, dass die Brennweite der Fokussierungs-Linse definiert ist als die Referenz für die Ausrichtung der Gravier-Arbeits-Position.
  • Gemäß einer zweiten Realisierung dieser Variante der Erfindung ist das System für die Kalibrierung mindestens eines Parameters eines Laser-Gravierers dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Fokussierungs-Linse im Bezug auf ein lokales Maximum der Dunkelheit eines grauen Muster-Elementes, wenn der Markierungs-Abstand verändert wird, definiert ist als die Referenz für die Ausrichtung der Gravier-Arbeits-Position.
  • Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung ist das System für die Kalibrierung mindestens eines Parameters eines Laser-Gravierers dadurch gekennzeichnet, dass das System aufweist eine Einrichtung zum Positionieren des Gravur-Substrats bezüglich eines Winkels des Substrats während des Gravierens, zum Ändern des Einflusses der Beleuchtung während der Aufnahme des Sicht-Systems auf das Gravur-Substrat durch Bereitstellen einer Messung mindestens eines Parameters durch das Sicht-System gemäß einem neuen Winkel.
  • Gemäß einer Realisierung dieser Variante der Erfindung ist das System für die Kalibrierung mindestens eines Parameters eines Laser-Gravierers dadurch gekennzeichnet, dass der Referenz-Wert des gespeicherten Datums in der Speicher-Einrichtung, verbunden mit der Sicht-System-Korrektur-Einrichtung, verbunden ist mit einem Winkel-Wert korrespondierend mit dem Winkel der Position des Gravur-Substrats während des Mess-Vorgangs.
  • Durch die Erfindung wird auch ein Verfahren für die Implementierung mindestens einer Variante des Systems der Erfindung bereitgestellt.
  • Gemäß der Erfindung weist ein Verfahren für die Kalibrierung mindestens eines Parameters eines Laser-Gravierers unter Verwendung eines Systems gemäß mindestens einer Variante des Systems der Erfindung mindestens auf:
    • • einen Schritt zum Gravieren eines Substrats mit bestimmter Gravur-Anordnung korrespondierend mit einer Variation mindestens eines Parameters mit der Gravier-Einrichtung des Systems,
    • • einen Schritt zum Messen des Wertes des Parameters mindestens eines Musters mit dem Sicht-System gemäß eines Positions-Winkels des Substrats, verwendet als eine Referenz,
    • • einen Schritt zum Vergleichen mindestens eines gemessenen Wertes mit mindestens einem in einer Speicher-Einrichtung des verbundenen Sicht-Systems gespeicherten Vorlage-Wert,
    • • einen Schritt des Einstellens mindestens des Parameters der Gravier-Einrichtung gemäß dem Vergleichs-Ergebnis durch die Gravier-Korrektur-Einrichtung,
    • • einen Schritt zum Gravieren eines neuen Substrats gemäß neu eingestelltem Parameter jedesmal, wenn der gemessene Wert nicht mit dem in der Speicher-Einrichtung gespeicherten Vorlage-Wert übereinstimmt.
  • Gemäß einer Variante der Erfindung ist das Verfahren für die Kalibrierung mindestens eines Parameters eines Laser-Gravierers dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mindestens aufweist:
    • • einen Schritt zum Messen und Vergleichen der Größe des Musters auf dem Gravur-Substrat, oder
    • • einen Schritt zum Messen und Vergleichen der Graustufe des Musters auf dem Gravur-Substrat.
  • Gemäß einer Variante der Erfindung ist das Verfahren für die Kalibrierung mindestens eines Parameters eines Laser-Gravierers unter Verwendung einer Variante des Systems der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mindestens aufweist:
    • • einen Schritt zum Prüfen, ob alle Betrachtungs-Winkel überwacht werden,
    • • einen Schritt zum Ändern der Position des Gravur-Substrats im Hinblick auf den Gravur-Winkel, zum Ändern des Betrachtungs-Winkels von dem Sicht-System und des Einflusses der Beleuchtung auf das Gravur-Substrat,
    • • einen Schritt zum Messen mindestens eines Parameters von dem Sicht-System gemäß einem neuen Winkel.
  • Gemäß einer Variante der Erfindung ist das Verfahren für die Kalibrierung mindestens eines Parameters eines Laser-Gravierers unter Verwendung einer Variante des Systems der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bevorzugt vorher mindestens aufweist:
    • • einen Schritt zum Gravieren einer Arbeits-Position-Test-Karte aufweisend ein Muster mit mindestens einem für die Ausrichtung des Gravier-Systems benötigten Parameter,
    • • einen Schritt zum Messen und Speichern des Wertes des Parameters mindestens eines Musters der Test-Karte,
    • • einen Schritt zum Definieren eines gespeicherten Parameters als die Arbeits-Position.
  • Gemäß einer Besonderheit dieser Variante der Erfindung ist das Verfahren für die Kalibrierung mindestens eines Parameters eines Laser-Gravierers unter Verwendung einer Variante des Systems der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bevorzugt vorher mindestens aufweist:
    • • einen Schritt zum Gravieren einer Arbeits-Position-Test-Karte mit mehreren grauen Elementen, wobei jedes Element des Muster die gleiche Graustufe und den gleichen Wert von Punkten-pro-Zoll hat, aber ein Gravieren bei unterschiedlichen Markierungs-Abständen zwischen der Fokussierungs-Linse eines Gravier-Systems und Gravur-Substrat zu dem Sichtsystem repräsentiert,
    • • einen Schritt zum Messen der Graustufe jedes gravierten Elements der Test-Karte,
    • • einen Schritt zum Speichern des Markierungs-Abstands des Elements, das die am meisten interessierende oder die intensivste Graustufe repräsentiert,
    • • einen Schritt zum Definieren des gespeicherten Markierungs-Abstandes als die Arbeits-Position.
  • Gemäß einer Besonderheit dieser Variante der Erfindung ist das Verfahren für die Kalibrierung mindestens eines Parameters eines Laser-Gravierers unter Verwendung einer Variante des Systems der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt zum Gravieren einer Arbeits-Positions-Test-Karte das Verfahren mindestens aufweist:
    • • einen Schritt zum Kontrollieren, dass alle Elemente graviert sind,
    • • einen Schritt zum Erhöhen des Abstandes zwischen der Fokussierungs-Linse des Laser-Gravier-Systems und dem Material vor dieser Linse gemäß einem programmierten Inkrement, wenn mindestens ein Element fehlt,
    • • einen Schritt zum Erneuern des Gravier-Schrittes.
  • Ferner ist gemäß einer ersten Besonderheit dieser Variante der Erfindung das Verfahren für die Kalibrierung mindestens eines Parameters eines Laser-Gravierers unter Verwendung einer Variante des Systems dieser Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Gravier-Arbeits-Position an dem Markierungs-Abstand der Elemente, die die dunkelste Graustufe repräsentieren, ausgerichtet ist.
  • Gemäß einer zweiten Besonderheit dieser Variante der Erfindung ist das Verfahren für die Kalibrierung mindestens eines Parameters eines Laser-Gravierers unter Verwendung einer Variante des Systems der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Gravier-Arbeits-Position an der Brennweite der Fokussierungs-Linse ausgerichtet ist.
  • Gemäß einer dritten Besonderheit dieser Variante der Erfindung ist das Verfahren für die Kalibrierung mindestens eines Parameters eines Laser-Gravierers unter Verwendung einer Variante des Systems der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Gravier-Arbeits-Position in einem Abstand der Fokussierungs-Linse, der ein lokales Maximum der Dunkelheit erreicht, wenn der Markierungs-Abstand modifiziert wird, ausgerichtet ist.
  • Gemäß einer Variante der Erfindung ist das Verfahren für die Kalibrierung mindestens eines Parameters eines Laser-Gravierers unter Verwendung einer Variante des Systems der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bevorzugt vorher mindestens aufweist:
    • • einen Schritt zum Speichern von Daten in der Speicher-Einrichtung durch Positionieren an der Stelle des Gravur-Substrats einer Gravur-Kalibrierungs-Karte, verwendet als ein Referenz-Element mit einem Vorlage-Werte-Muster für mindestens einen Parameter.
  • Die Erfindung, mit ihren Charakteristika und Merkmalen, wird deutlicher werden und detaillierter illustriert werden in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme, auf die angehängten Figuren.
  • Es zeigen
  • 1 eine Darstellung eines Laser-Gravierers mit Sicht-System, die eine Gravier-Position und eine erste Position des Substrats mit dem Sicht-System korrespondierend zu der Standard-Position des Sicht-Systems zeigt;
  • 2 eine Darstellung eines Laser-Gravierers mit Sicht-System, die eine zweite Position des Substrats mit dem Sicht-System korrespondierend zu einer Position des Werkstücks gemäß einem Winkel mit der Position des Substrats während der Aufnahme des Sicht-Systems für eine zusätzliche Ansicht durch die Kamera des Systems zeigt;
  • 3 eine Darstellung eines Beispiels einer Kalibrierungs-Karte für das Einstellen der Graustufen und Größe (Anordnung „GS” („Graustufen und Größe”));
  • 4 eine Darstellung eines Beispiels einer Gravier-Anordnung für das Einstellen der Arbeits-Position (Anordnung „AP” („Arbeits-Position”));
  • 5 eine Darstellung eines Beispiels eines Gravier-Ergebnisses für die Ausrichtung der Arbeits-Position nach dem Gravier-Schritt;
  • 6 ein Ablauf-Diagramm des Verfahrens der Erfindung für die automatische Ausrichtung an einem unterschiedlichen Winkel und des Einstellens der unterschiedlichen Parameter;
  • 7 ein Ablauf-Diagramm des Verfahrens der Erfindung für die automatische Brennpunkt-Ausrichtung; und
  • 8 eine Darstellung, die den Graustufen-Werte abhängig von dem Markierungs-Abstand des Gravierens zeigt.
  • Es wird leicht verstanden werden, dass die Komponenten der vorliegenden Erfindung, wie sie allgemein beschrieben und in mehreren der oben genannten Figuren dargestellt sind, in einer weiten Mannigfaltigkeit von unterschiedlichen Konfigurationen angeordnet und entworfen werden können. Daher ist die folgende detailliertere Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Apparate, Systeme und Verfahren der vorliegenden Erfindung, wie in 1 bis 8 dargestellt, nicht gedacht zur Einschränkung des Umfangs der Erfindung wie beansprucht, sondern nur als repräsentativ für ausgewählte Ausführungsbeispiele der Erfindung.
  • Viele der in dieser Beschreibung beschriebenen funktionalen Einheiten werden als Einrichtungen bezeichnet, um besonders ihre Implementierungs-Unabhängigkeit zu betonen. Beispielsweise kann eine Einrichtung als ein Hardware-Schaltkreis, der herkömmliche VLSI-Schaltkreise (VLSI: Very Large Scale Integration, sehr hoch integriert) oder Gatter-Anordnungen, Standard-Halbleitern wie Logik-Chips, Transistoren oder andere diskrete Bauteile implementiert werden. Eine Einrichtung kann auch aufweist, implementiert werden in programmierbaren Hardware-Mitteln, wie beispielsweise als Field Programmable Gate Arrays (Vor Ort modifizierbare Logikbausteine), Programmable Array Logic (programmierbare Anordnungs-Logik), programmierbare Logik-Mittel oder ähnliches.
  • Einrichtungen können auch implementiert werden in Software zur Ausführung durch unterschiedliche Arten von Prozessoren. Eine identifizierte Einrichtung von ausführbarem Code kann, beispielsweise, aufweisen ein oder mehrere physikalische oder logische Blöcke von Computer-Anweisungen, welche, beispielsweise, als ein Objekt, eine Prozedur oder eine Funktion organisiert sein können. Nichtsdestotrotz müssen die Programmdateien (Executables) einer identifizierten Einrichtung sich nicht physikalisch zusammen befinden, sondern können ungleiche Anweisungen, gespeichert an unterschiedlichen Stellen, aufweisen, die, wenn sie logisch zusammengefügt werden, die Einrichtung aufweisen und den festgelegten Zweck für die Einrichtung erreichen.
  • Freilich könnte eine Einrichtung von ausführbarem Code eine einzige Anweisung oder viele Anweisungen sein, und kann sogar über mehrere unterschiedliche Code-Segmente, über unterschiedliche Programme und über mehrere Speichermittel verteilt sein. Ähnlich können Betriebs-Daten hierin illustriert und identifiziert werden innerhalb von Einrichtungen, und können in passender Form verkörpert werden und in jeder passenden Art von Daten-Struktur organisiert werden. Die Betriebs-Daten können als ein einzelner Daten-Satz gesammelt werden, oder können über unterschiedliche Orte einschließlich über unterschiedliche Speicher-Mittel verteilt werden, und können, zumindest teilweise, nur als elektronische Signale in einem System oder Netzwerk existieren.
  • Überall in dieser Beschreibung bedeutet Bezug auf „eine Anordnung”, dass ein bestimmtes Merkmal, Struktur oder Charakteristikum, das in Verbindung mit der Anordnung beschrieben ist, in mindestens einer Anordnung der vorliegenden Erfindung enthalten ist. Daher bezieht sich das Auftreten des Ausdrucks „in einer Anordnung” an unterschiedlichen Stellen überall in dieser Beschreibung nicht notwendigerweise auf dieselbe Anordnung.
  • Ferner können die beschriebenen Merkmale, Strukturen oder Charakteristika in jeder passenden Art in einer oder mehreren Anordnungen kombiniert werden. In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezielle Details gegeben, wie beispielsweise der Programmierung, Software-Einrichtungen, Benutzer-Auswahl, Netzwerk-Transaktionen, Datenbank-Anfragen, Datenbank-Strukturen, Hardware-Einrichtungen, Hardware-Schaltkreise, Hardware-Chips, etc., um ein vollständiges Verständnis des Anordnungen der Erfindung bereitzustellen. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird jedoch erkennen, dass die Erfindung ohne eines oder mehrere der speziellen Details ausgeführt werden kann, oder mit anderen Verfahren, Komponenten, Materialien, etc. In anderen Beispielen sind bekannte Strukturen, Materialien oder Operationen nicht im Detail beschrieben oder gezeigt, um zu vermeiden, dass Aspekte der Erfindung unklar werden.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft das Einstellen von Graustufen, Größe und Markierungs-Abstand in einem Laser-Gravierer (1) durch Variieren der Energie des Laser-Strahls und des Abstands zwischen dem Laser-Kopf und dem mit definierten Graustufen zu gravierenden Substrat. Das Substrat, das verwendet wird, um von dem Laser-Gravier-System der Erfindung graviert zu werden, hat bestimmte Eigenschaften. Insbesondere ist das Substrat aus „laserbarem” Material hergestellt, welches seine Farbe gemäß dem Betrag der von dem Laser-Strahl während des Gravier-Betriebs bereitgestellten Energie ändern kann. Daher wird das Einstellen der Graustufe zum Kontrollieren der Energie erhalten durch Variieren des Arbeits-Abstandes, der den Laser-Gravier-Kopf und das „laserbare” Substrat trennt, wie genau beschrieben in der in 8 gezeigten Darstellung, oder oder durch Variieren der Energie-Einstellungen, wenn der Arbeits-Abstand ausgerichtet gehalten wird. Die Änderung des Abstands des Laser-Kopfes und des Substrats ist auch eine Möglichkeit um die Größe des grauen Punktes oder der grauen Oberfläche, erhalten auf dem Substrat, zu ändern.
  • Die Erfindung weist auf eine Anordnung, geeignet zum Ändern der Energie des Laser-Strahls oder zum Variieren des Brennpunktes und des Abstands zwischen Laser-Kopf des Gravier-Lasers und der Oberfläche des Substrats wie in 1 gezeigt. Daher wird die Variation von Energie des Lasers oder Abstand erhalten als Ergebnis von Schritten des durch eine solche Anordnung implementierten Verfahrens.
  • Der Laser-Gravierer (1) weist normalerweise ein Sicht-System (2), welches das Positionieren des Substrats (3) vor dem Gravier-Prozess und das Verifizieren des Gravur-Substrats (3) implementiert, auf. Dieses Sicht-System (2) weist mindestens eine Kamera (2a), verbunden mit einer Beleuchtungs-Einrichtung (2b) zum Bereitstellen eines optimalen Betrachtung und Beleuchtung des Substrats (3) wenn gemessen wird, auf. Das Sicht-System ist verbunden mit einer Speicher-Einrichtung (2c) in welcher eine Datenbank gespeichert ist. Diese Datenbank weist Werte von mindestens einem als Referenz für die Kalibrierung des Laser-Gravierers (1) verwendeten Parameter auf.
  • Das Speichern dieser Referenz-Werte ist mit einer Kalibrierungs-Karte (4) ausgeführt. Diese Kalibrierungs-Karte (4) ist eingerichtet, um an dem Ort des Gravur-Substrates (3) positioniert zu werden, wenn der Verifikations-Prozess durchgeführt wird, vor und an einem definierten Abstand zu dem Objektiv des Sicht-Systems (2). Die Kalibrierungs-Karte (4) ist eine gravierte Karte, die von einem korrekt kalibrierten Laser-Gravierer bereitgestellt werden kann, abhängig von der Art des Parameters, der kalibriert werden soll. Allerdings kann die Ausrichtung des Arbeits-Abstandes ausgeführt werden ohne Verwendung eines Kalibrierungs-Karte von einem bereits ausgerichteten System, weil die benötigte Position durch relative Messung innerhalb der Gravur-Kalibrierungs-Karte, die ein Muster wie in 4 gezeigt hat, bestimmt wird. Die Arbeits-Position ist markiert durch ein charakteristisches graues Muster relativ zu den anderen Graustufen-Mustern derselben Karte. Unterschiedlich dazu benötigt die Ausrichtung von Graustufen oder die Ausrichtung von Größe eine Kalibrierungskarte von einem bereits ausgerichteten System. Das Sicht-System des Gravierers im Arbeitsvorgang speichert die Daten von dieser Kalibrierungs-Karte von dem bereits ausgerichteten System und vergleicht diese Werte mit dem Ergebnis des Gravierers im Arbeitsvorgang. Diese Kalibrierungs-Karte führt zu denselben Ergebnissen gemäß Graustufen und Größe, wohingegen der Arbeits-Abstand eines anderen Gravierers verschieden sein kann.
  • Die Kalibrierungs-Karte (4) weist ein Muster auf, das gebildet ist von einer Mehrzahl von Vorlagen, die gemäß einer Anordnung wie beispielsweise einem Karo-Muster angeordnet sind. Jedes Karo (4a) des Musters ist definiert durch seine Position, referenziert beispielsweise mit einer Positionsnummer. Jedes Element (4a1) des Musters stellt eine Variation von mindestens einem Parameter verschieden von mindestens einem anderen Element (4a2) des Musters dar. Der variable Parameter kann die Graustufe infolge des Pegels der von dem Laser-Strahl gelieferten Energie oder die Größe jedes gravierten Musters (4a) abhängig von der Brennweite, die den Laser-Gravier-Kopf und das „laserbare” Substrat trennt, sein. Diese Änderung der Abstands stellt eine Möglichkeit zum Ändern der Größe des grauen Punktes oder der grauen Oberfläche, der/die auf dem Substrat erhalten wird, bereit.
  • Gemäß einer bestimmten Anordnung der Kalibrierungs-Karte (4), stellt die Karte ein Karo-Muster bereit, wobei jedes Karo des Musters ein Element bereitstellt, welche eine definierte Position hat, die, beispielsweise, durch eine Positionsnummer referenziert werden kann.
  • Wenn die Kalibrierungs-Karte (4) vor dem Objektiv des Sicht-Systems (2) angeordnet wird, werden die Werte mindestens eines Parameters der Kalibrierungs-Karte (4) gelesen und gemessen von dem Sicht-System und in der Speicher-Einrichtung (2c) gespeichert zum Füllen oder Komplettieren der Datenbank der Speicher-Einrichtung (2c).
  • Sobald mindestens ein Parameter in der Speicher-Einrichtung (2c) gespeichert ist, kann das Einstellen des Laser-Gravierers durchgeführt werden. Die Schritte des Einstellens dieses Gravierens sind in 6 gezeigt. Zuerst wird ein Gravieren eines Substrats durchgeführt gemäß einer bestimmten programmierten Anordnung, welche vorzugsweise identisch ist zu der Anordnung des Musters der Kalibrierungs-Karte (4). Als nächstes wird das Ergebnis dieses Gravieren, was bedeutet dieses Gravur-Substrat (3) vor dem Objektiv des Sicht-Systems (2) positioniert, wo seine gravierte Oberfläche überwacht, gelesen und gemessen wird, um mindestens einen Parameter des Gravierens mit den gespeicherten Daten in der Speicher-Einrichtung (2c) zu vergleichen. Der Wert jedes Elements des Musters, definiert durch seine Position, wird mit dem Wert korrespondierend in den gespeicherten Daten zur gleichen definierten Position verglichen.
  • Nach dem Vergleich, falls der Vergleich nicht in einer korrekten Übereinstimmung des gemessenen Parameters mit den Werten der in der Speicher-Einrichtung (2c) gespeicherten Vorlage übereinstimmt, wird das Gravier-System (1) für den verglichenen Parameter eingestellt. So werden die Größe und die Graustufe des Musters auf dem Gravur-Substrat (3) sukzessive überwacht und mit den gespeicherten Daten verglichen, um diesen Parameter oder diese Parameter des Gravier-Systems (1) einzustellen.
  • Gemäß einer Besonderheit dieser Erfindung wird das Einstellen des Gravier-Systems (1) nur betrieben, wenn das Ergebnis dieses Vergleichs nicht innerhalb eines Toleranzbereichs ist.
  • Wenn das Einstellen des Parameters durchgeführt ist für das Gravier-System (1), wird ein neues Substrat von dem Laser graviert. Dieses neue gravierte Substrat wird dann gemäß der gleichen Weise wie für das erste gravierte Substrat überwacht. Diese Operationen werden wiederholt, bis die Parameter für das Gravieren des Substrats mit den in der Speicher-Einrichtung (2c) gespeicherten Daten für diese Operation übereinstimmen. Sobald die eingestellten Parameter korrekt mit den gespeicherten Daten in Übereinstimmung gebracht sind, wird das Einstellen des Parameters auf die richtigen Werte für das Gravier-System (1) gespeichert und als Arbeits-Parameter verwendet.
  • Gemäß einer Besonderheit der Erfindung weist das System für das Kalibrieren des Laser-Gravierers eine Einrichtung auf zum Modifizieren der Positionierung des Gravur-Substrats (3) im Hinblick auf mindestens einen bestimmten Winkel (α) des Gravierens während der Aufnahme des Sicht-Systems. Diese spezielle Positionierung stellt eine Modifikation der Beleuchtung auf das Gravur-Substrat (3) bereit und modifiziert folglich die Überwachung des Gravur-Substrats (3). Diese Modifikation in der Überwachung des Gravur-Substrats (3) durch das Sicht-System stellt einen unterschiedlichen Satz von Messungen für einen gleichen Parameter bereit und kann so den Einfluss von durch Reflexionen infolge der Beleuchtung auf der Oberfläche verursachten Störungen vermeiden. Da jedoch die Werte des Parameters von der Inklination und von dem Winkel (α) abhängen, werden die in der Speicher-Einrichtung gespeicherten Werte gemäß einem bestimmten Winkel registriert. So wird der Vergleichs-Schritt zwischen den gemessenen Werten und den korrespondierenden Werten für denselben Winkel (α) der Inklination in der Speicher-Einrichtung (2c) gespeichert.
  • Während des Einstellens der Gravier-System(1)-Parameter kann das Einstellen zu den richtigen Werten mit einer Präzision gemäß der gespeicherten Daten-Funktion der unterschiedlichen Werte für den Betrachtungs-Winkel betrieben werden. Folglich wird die Genauigkeit des Einstellens verbessert. Wenn ein Einstell-Schritt für einen ersten Winkel-Wert durchgeführt wird, überprüft das System, ob ein anderer Datensatz für den eingestellten Parameter in der Speicher-Einrichtung (2c) gespeichert ist. Falls nicht alle gespeicherten Betrachtungs-Winkel überwacht wurden, wir der Betrachtungs-Winkel zwischen dem Sicht-System und dem Gravur-Substrat geändert. So optimiert die Mehrzahl von Überwachungen eines gleichen Parameters auf einem gleichen Gravur-Substrat (3) gemäß mehreren Betrachtungs-Winkeln (α) die Genauigkeit des Einstellens mit einer begrenzten Anzahl von Gravur-Substraten (3) nach sukzessivem Einstellen des Gravier-Systems (1).
  • Vor der Kalibrierung des Einstellens eines Parameters wie der Graustufe oder der Größe der Gravur, wird vorzugsweise eine Ausrichtung des Arbeits-Abstandes des Laser-Gravierers durchgeführt. Die Schritte für die Ausrichtung des Arbeits-Abstandes sind in dem Ablaufdiagram von 7 gezeigt. Ein erster Abstand zwischen der Fokussierungs-Linse des Laser-Gravier-Systems und des Substrats vor dieser Linse wird als ein Start-Abstand verwendet. Ein erstes Substrat wird von dem Laser-Gravier-System markiert gemäß einer bestimmten Anordnung, um eine Test-Karte mit der gleichen Graustufe, der gleichen Größe und dem gleichen Punkte-pro-Zoll-Wert für jedes Element (4a1) des in 4 gezeigten Gravur-Musters bereitzustellen. Jedoch wurde das Gravieren jedes Elements der Testkarte mit einem unterschiedlichen Markierungs-Abstand durchgeführt, so dass das resultierende Muster dem Sicht-System mit unterschiedlichen Graustufen erscheint (gezeigt in 5) infolge der Arbeits-Position des Gravier-Systems. In der Tat, gemäß der Variation der Graustufe als einer Funktion des Markierungs-Abstandes, wie in 8 gezeigt. Wenn das Laser-Gravieren mit dem gleichen Energie-Pegel und einem kurzen Markierungs-Abstand durchgeführt wird, erhöht sich die Graustufe durch Verlängern des Markierungs-Abstands bis zu einem lokalen Maximalwert der Dunkelheit, in 8 als Punkt A bezeichnet. Weiteres Vergrößern des Abstandes wird zu einer abnehmenden Dunkelheit zu einem lokalen Minimalwert, markiert als Punkt C in 8, führen und mit der Brennweite F der Fokussier-Linse des Gravier-Systems korrespondieren. Das weitere Erhöhen der Länge des Markierungs-Abstands führt zu einem zweiten lokalen Maximalwert der Dunkelheit, bezeichnet als Punkt B in 8.
  • Sobald das Gravieren der Testkarte durchgeführt wird, kontrolliert eine Einrichtung, ob alle Karos oder Elemente des Musters graviert sind. Falls mindestens eines von ihnen fehlt, wird der Abstand zwischen der Fokussierungs-Lins des Laser-Gravier-Systems und dem Material vor dieser Linse gemäß einem programmierten Inkrement geändert. Dieses Inkrement kann ein fester Abstand sein oder proportional zu dem fehlenden Teil des Musters. Wenn alle Elemente des Musters graviert sind, wird das Ergebnis des Gravier-Schritts von dem Sicht-System überwacht, um die Graustufe jedes gravierten Elements der Testkarte zu messen, und der Markierungs-Abstand des Elements, der die passenden Graustufe repräsentiert, wird gespeichert, um als Arbeits-Position definiert zu werden.
  • Gemäß einer Besonderheit des Ausrichtungs-Prozesses des Gravier-Systems, kann der Schritt zum Überwachen der Gravur-Test-Karte gemäß mehreren Betrachtungs-Winkeln (α) durchgeführt werden, wie vorher erklärt.
  • Mindestens ein Vorteil des Systems der Erfindung ist, dass wegen des Speicherns der Kalibrierungs-Daten in der Speicher-Einrichtung des Sicht-Systems (2) die Ausrichtung und das Einstellen von Parametern des Gravier-System in passenden Zeitintervallen neuerlich durchgeführt werden kann.

Claims (19)

  1. System für die Kalibrierung mindestens eines Parameters eines Laser-Gravierers, der Laser-Gravierer aufweisend einerseits ein Gravier-System mit einer Fokussierungs-Linse, positioniert in einem Abstand von der Oberfläche eines Substrats, das graviert werden soll, wobei das laserbare Substrat aus mindestens einer Komponente, die eine gemäß der von dem Laser-Gravierer bereitgestellten Energie veränderliche Farbe enthält, hergestellt ist, und andererseits ein Sicht-System, wobei die Gravier-Einrichtung des Lasers so angeordnet ist, dass die Gravier-Einrichtung wirkt, um eine bestimmte Gravur-Anordnung auf ein Substrat einzugravieren gemäß einer Variation mindestens eines Parameters, und wobei das Sicht-System verbunden ist mit einer Vergleichseinrichtung zum Vergleichen mindestens eines gemessenen Gravier-Parameters mit dem Vorlage-Wert mindestens eines gespeicherten Datums in einer Speicher-Einrichtung, verbunden mit einer Gravier-Korrektur-Einrichtung.
  2. System für die Kalibrierung mindestens eines Parameters eines Laser-Gravierers gemäß Anspruch 1, wobei die in der Speicher-Einrichtung gespeicherten Daten mit den Werten mindestens eines gespeicherten Parameters von einer Gravur-Kalibrierungs-Karte, verwendet als ein Referenz-Element und positioniert an dem Platz des Gravur-Substrats, korrespondiert.
  3. System für die Kalibrierung mindestens eines Parameters eines Laser-Gravierers gemäß Anspruch 2, wobei die Kalibrierungs-Karte ein Karomuster bereitstellt, wobei jedes Karo des Musters eine definierte Position hat und eine Variation mindestens eines von mindestens einem anderen Karo des Musters verschiedenen Parameters repräsentiert.
  4. System für die Kalibrierung mindestens eines Parameters eines Laser-Gravierers gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Parameter des Laser-Gravierers mindestens eine Graustufe korrespondierend mit der von dem Laser bereitgestellten Energie oder einer Größe der durch den Abstand zwischen dem Laser-Kopf und dem Gravur-Substrat bestimmten Gravur-Oberfläche ist.
  5. System für die Kalibrierung mindestens eines Parameters eines Laser-Gravierers gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kalibrierung des Markierungs-Abstandes ausgeführt wird durch eine Arbeits-Position-Test-Karte, aufweisend mehrere graue Muster, wobei jedes Muster die gleiche graue Farbe und den gleichen Wert von Punkten-pro-Zoll hat, aber ein Gravieren an verschiedenen Markierungs-Abständen zwischen der Fokussierungs-Linse des Lasers des Gravier-Systems und des Gravur-Substrats repräsentiert.
  6. System für die Kalibrierung mindestens eines Parameters eines Laser-Gravierers gemäß Anspruch 5, wobei die Brennweite der Fokussierungs-Linse definiert ist als die Referenz für die Ausrichtung der Gravier-Arbeits-Position.
  7. System für die Kalibrierung mindestens eines Parameters eines Laser-Gravierers gemäß Anspruch 5, wobei der Abstand der Fokussierungs-Linse im Bezug auf ein lokales Maximum der Dunkelheit eines grauen Muster-Elementes, wenn der Markierungs-Abstand verändert wird, definiert ist als die Referenz für die Ausrichtung der Gravier-Arbeits-Position.
  8. System für die Kalibrierung mindestens eines Parameters eines Laser-Gravierers gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das System aufweist eine Einrichtung zum Positionieren des Gravur-Substrats bezüglich eines Winkels des Substrats während des Gravierens, zum Ändern des Einflusses der Beleuchtung während der Aufnahme des Sicht-Systems auf das Gravur-Substrat durch Bereitstellen einer Messung mindestens eines Parameters durch das Sicht-System gemäß einem neuen Winkel.
  9. System für die Kalibrierung mindestens eines Parameters eines Laser-Gravierers gemäß Anspruch 8, wobei der Referenz-Wert des gespeicherten Datums in der Speicher-Einrichtung, angeschlossen an die Sicht-System-Korrektur-Einrichtung, verknüpft ist mit einem Winkel-Wert korrespondierend mit dem Winkel der Position des Gravur-Substrats während des Mess-Vorgangs.
  10. Verfahren für die Kalibrierung mindestens eines Parameters eines Laser-Gravierers unter Verwendung eines Systems gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Verfahren mindestens aufweist: • einen Schritt zum Gravieren eines Substrats mit bestimmter Gravur-Anordnung korrespondierend mit einer Variation mindestens eines Parameters von der Gravier-Einrichtung des Systems, • einen Schritt zum Messen des Wertes des Parameters mindestens eines Musters von dem Sicht-System gemäß eines Positions-Winkels des Substrats, verwendet als eine Referenz, • einen Schritt zum Vergleichen mindestens eines gemessenen Wertes mit mindestens einem in einer Speicher-Einrichtung des verbundenen Sicht-Systems gespeicherten Vorlage-Wert, • einen Schritt des Einstellens mindestens des Parameters der Gravier-Einrichtung gemäß dem Vergleichs-Ergebnis von der Gravier-Korrektur-Einrichtung, • einen Schritt zum Gravieren eines neuen Substrats gemäß neu eingestelltem Parameter, jedes mal wenn der gemessene Wert nicht mit dem in der Speicher-Einrichtung gespeicherten Vorlage-Wert übereinstimmt.
  11. Verfahren für die Kalibrierung mindestens eines Parameters eines Laser-Gravierers gemäß Anspruch 10, wobei das Verfahren mindestens aufweist: • einen Schritt zum Messen und Vergleichen der Größe des Musters auf dem Gravur-Substrat, oder • einen Schritt zum Messen und Vergleichen der Graustufe des Musters auf dem Gravur-Substrat.
  12. Verfahren für die Kalibrierung mindestens eines Parameters eines Laser-Gravierers gemäß Anspruch 10 oder 11 unter Verwendung eines Systems gemäß mindestens einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei das Verfahren mindestens aufweist: • einen Schritt zum Prüfen, ob alle Betrachtungs-Winkel überwacht werden, • einen Schritt zum Ändern der Position des Gravur-Substrats im Hinblick auf einen Winkel mit der Positionierung des Substrats während des Gravierens, zum Ändern des Betrachtungs-Winkels von dem Sicht-System und des Einflusses der Beleuchtung auf das Gravur-Substrat, • einen Schritt zum Messen mindestens eines Parameters von dem Sicht-System gemäß einem neuen Winkel.
  13. Verfahren für die Kalibrierung mindestens eines Parameters eines Laser-Gravierers gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Verfahren bevorzugt vorher mindestens aufweist: • einen Schritt zum Gravieren einer Arbeits-Position-Test-Karte aufweisend ein Muster mit mindestens einem für die Ausrichtung des Gravier-Systems benötigten Parameter, • einen Schritt zum Messen und Speichern des Wertes des Parameters mindestens eines Musters der Test-Karte, • einen Schritt zum Definieren eines gespeicherten Parameters als die Arbeits-Position.
  14. Verfahren für die Kalibrierung mindestens eines Parameters eines Laser-Gravierers gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Verfahren bevorzugt vorher mindestens aufweist: • einen Schritt zum Gravieren einer Arbeits-Position-Test-Karte aufweisend ein Muster mit mehreren grauen Elementen, wobei jedes Element des Muster die gleiche Graustufe und den gleichen Wert von Punkten-pro-Zoll hat, aber ein Gravieren bei verschiedenen Markierungs-Abständen zwischen der Fokussierungs-Linse eines Gravier-Systems und Gravur-Substrat zu dem Sichtsystem repräsentiert, • einen Schritt zum Messen der Graustufe jedes gravierten Elements der Test-Karte, • einen Schritt zum Speichern des Markierungs-Abstands des Elements, das die interessierendste Graustufe bildet, • einen Schritt zum Definieren des gespeicherten Markierungs-Abstandes als die Arbeits-Position.
  15. Verfahren für die Kalibrierung mindestens eines Parameters eines Laser-Gravierers gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei nach dem Schritt zum Gravieren der Arbeits-Positions-Test-Karte das Verfahren mindestens aufweist: • einen Schritt zum Kontrollieren, dass alle Elemente graviert sind, • einen Schritt zum Ändern des Abstandes zwischen der Fokussierungs-Linse des Laser-Gravier-Systems und dem Material vor dieser Linse gemäß einem programmierten Inkrement, wenn mindestens ein Element fehlt, • einen Schritt zum Erneuern des Gravier-Schrittes.
  16. Verfahren für die Kalibrierung mindestens eines Parameters eines Laser-Gravierers gemäß Ansprüchen 13 bis 15, wobei die Gravier-Arbeits-Position an dem Markierungs-Abstand der Elemente, die die dunkelste Graustufe bilden, ausgerichtet ist.
  17. Verfahren für die Kalibrierung mindestens eines Parameters eines Laser-Gravierers gemäß Ansprüchen 13 bis 15, wobei die Gravier-Arbeits-Position an der Brennweite der Fokussierungs-Linse ausgerichtet ist.
  18. Verfahren für die Kalibrierung mindestens eines Parameters eines Laser-Gravierers gemäß Ansprüchen 13 bis 15, wobei die Gravier-Arbeits-Position an einem Abstand der Fokussierungs-Linse, der ein lokales Maximum der Dunkelheit erreicht, wenn der Markierungs-Abstand modifiziert wird, ausgerichtet ist.
  19. Verfahren für die Kalibrierung mindestens eines Parameters eines Laser-Gravierers gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren bevorzugt vorher mindestens aufweist: • einen Schritt zum Speichern von Daten in der Speicher-Einrichtung durch Positionieren an der Stelle des Gravur-Substrats einer Gravur-Kalibrierungs-Karte, verwendet als ein Referenz-Element mit einem Vorlage-Werte-Muster für mindestens einen Parameter.
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