DE3118938A1

DE3118938A1 - Vorrichtung zur markierung von oberflaechen durch laserstrahlung

Info

Publication number: DE3118938A1
Application number: DE19813118938
Authority: DE
Inventors: Rasmus Dipl.-Phys. 6078 Neu-Isenburg Beck; Erich Ing.(grad.) 6232 Bad Soden Hansen
Original assignee: Datograf Apparatebau GmbH and Co
Current assignee: Datograf Apparatebau GmbH and Co
Priority date: 1981-05-13
Filing date: 1981-05-13
Publication date: 1982-12-02
Also published as: GB2098133A; JPS57206591A

Description

Vorrichtung zur Markierung von Oberflächen durch Laserstrahlung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Markierung von Oberflächen durch Laserstrahlung, bei der eine von einer Laserlichtquelle ausgehende, durch Strahlformungsmittel geformte Strahlung eine Maske ausleuchtet und Abbildungsmittel die ausgeleuchtete Maske auf die zu markierende Oberfläche abbilden.

Mit den bekannten Vorrichtungen dieser Art ist es möglich, durch Einwirkung intensiver Laserimpulse auf Oberflächen von Gegenständen, beispielsweise verpackten Gütern, Markierungseffekte hervorzurufen, beispielsweise Verpackungs- oder Verbrauchsdaten aufzubringen. Die Daten können dabei aus Buchstaben, Zahlen oder anderen Zeichen bestehen. Zu ihrer Aufbringung bedient man sich metallischer Masken, welche Ausnehmungen in Form der aufzubringenden Daten haben und gleichmäßig mit Laserstrahlung ausgeleuchtet werden. Der durch die Maske hindurchtretende Strahlungsanteil wird durch ein optisches System, ähnlich dem Objektiv bei einer Diapositivprojektion, auf die zu markierende

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Oberfläche abgebildet. Vorteilhafterweise arbeitet man dabei mit einer verkleinernden Abbildung, damit die Maske nur einer relativ geringen Leistungsdichte ausgesetzt werden muß und dennoch am Ort der Markierung genügend Intensität zur Verfügung steht.

Bei den bekannten Vorrichtungen wird das aus Strahlformungsmitteln, Maske und Abbildungsmitteln bestehende System einschließlich etwa erforderlicher Umlenkspiegel als separate Einheit ausgebildet und an einem geeigneten, kommerziell verfügbaren Laser angebaut. Dabei ergeben sich Probleme hinsichtlich der Stabilität der ganzen Anordnung, insbesondere des optischen Strahlengangs. Vor allem ist die Abdichtung des strahlenführenden Systems gegenüber Umwelteinflüssen (Staub, Feuchtigkeit) nur durch Inkaufnahme einer erschwerten Zugänglichkeit der Vorrichtungskomponenten nöglich. Ein weiterer Mangel bekannter Markiervorrichtungen der in Rede stehenden Art besteht darin, daß die Auswechslung der Maske bei Aufbringung unterschiedlicher Markierungsdaten umständlich und zeitraubend ist, und häufig die an sich gewünschte Anzahl verschiedener Markierungsdaten gar nicht verfügbar ist.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine gattungsgemäße Vorrichtung zu schaffen, welche in sich stabil und raumsparend ausgebildet ist. T-Jaiterhin soll die Maske in einfacher Weise variabel sein und die Darstellung einer großen Vielfalt von Markierungsdaten ermöglichen.

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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Laserlichtquelle/ die Strahlformungsmittel , die Maske und die Abbildungsmittel an einem gemeinsamen' Rahmen angeordnet sind, und der Stahlengang zur optimalen Ausnutzung des verfügbaren Raumes um die Außenseite der Laserlichtquelle herumgeführt ist, wobei die Maske vorteilhafterweise mehrere, nebeneinander vor einem Maskenfenster angeordnete Metallstreifen umfassen kann, die relativ zueinander verschiebbar sind.

Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch und schaubildlich sine Markiervorrichtung mittels Laserstrahlung;

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine erste Ausführungsform einer variablen Maske;

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform einer variablen Maske;

Fig. 5 eine Schnittansicht einer Maske und

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Fig. 6 eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform einer Maske.

Fig. 1 zeigt gestrichelt eine Laserlichtquelle 1. Bei der eigentlichen Laserlichtquelle kann es sich um einen im Impulsbetrieb arbeitenden CO₂~Laser an sich bekannter Art handeln, der dicht von einem Gehäuse 2 umschlossen ist. Der Laser 1 ist als solcher lediglich in Fig. 2 strichpunktiert dargestellt. Laser 1 und Gehäuse 2 sind fest mit einem aus Metallprofilleisten 3 gebildeten Rahmen 4 verbunden. Ebenfalls fest auf dem Rahmen 4 sind angeordnet: ein Umlenkspiegel 5/ ein weiterer Umlenkspiegel 6, der beispielsweise als räumlich geschliffener Spiegel ein Strahlenformungsmittel darstellt, eine Maske 7, noch ein Umlenkspiegel 8 und ein beispielsweise mehrere Linsen umfassendes Objektiv 9. Die aus dem Laser 1 und dem Gehäuse 2 austretende Strahlung gelangt auf den ersten Umlenkspiegel 5, wird in der dargestellten Weise um die Außenseite des Lasers 1 und des Gehäuses 2 herumgeführt und verläßt das Objektiv 9, um auf einen zu markierenden Gegenstand 1o zu treffen, der beispielsweise ein verpacktes ■ Gut, insbesondere auch der Kronenkorken einer Flasche sein kann. Durch die dargestellte Anordnung ergibt sich ein sehr kompakter Aufbau, der eine genaue, unveränderliche, gegenseitige Justierung der einzelnen Komponenten ermöglicht. Besonders platzsparend wirkt sich die Herumleitung des Strahlengangs um die Außenseite des Lasers aus.

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Auf den Rahmen 4 ist weiterhin unter Zwischenschaltung von Abdichtmitteln 11, beispielsweise in Gestalt von Elastomerstreifen, eine Haube 12 abdichtend aufgesetzt und mit dem Rahmen fest verbunden, so daß alle Komponenten der Vorrichtung hermetisch abgedichtet umschlossen sind. Wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, kann das Objektiv 9 auch an der Haube 12 vorgesehen und mit dieser abnehmbar sein. Bei einer anderen Ausführungsform ist das Objektiv 9, wie erwähnt, fest mit dem Rahmen 4 verbunden, wobei die Strahlung dann durch ein an der Haube 12 vorgesehenes Fenster zum Gegenstand 1o hin austritt.

Wegen der abgedichteten Anordnung ist es möglich, erfindungsgemäß in den Innenraum zwischen der Haube 12 und dem die Laserlichtquelle 1 umschließenden Gehäuse 2 ein sauberes, trockenes Spülgas, z. B. N„, unter leichtem überdruck einzuleiten, um eine Verschmutzung der Vorrichtung zu vermeiden. Umfaßt die Laserlichtquelle 1 einen vorzugsweise gepulsten CO₂-Laser, so ist es günstig, als Spülgas verbrauchtes CO₃-GaS aus dem Laser zu verwenden.

Der Rahmen 4 kann an seiner Oberseite eine Bodenplatte 13 aufweisen, die einerseits fest mit dem Rahmen verbunden ist und andererseits die Vorrichtungskomponenten, also insbesondere die Laserlichtquelle und die gegebenenfalls mit Fassungen versehenen Teile 5, 6, 7, 8 und 9 trägt.

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Die Figuren 3 bis 6 zeigen bevorzugte Ausführungsformen von variablen Masken gemäß der Erfindung.

Fig. 3 zeigt ein Maskenfenster 14, hinter dem mehrere nebeneinander angeordnete Metallstreifen 15, 16, 17 und 18 relativ zueinander verschiebbar sind. In die einzelnen Streifen sind übereinander schablonenartig die zu übertragenden Markierungen eingebracht, vorzugsweise durch an sich bekannte Fotoätztechniken. Die einzelnen, aus Metallfolie bestehenden Streifen sind nebeneinander jeweils auf zwei Rollen aufwickelbar, bzw. von diesen Rollen abwickelbar. Die in Fig. oben liegenden Rollen 19 können manuell oder motorisch angetrieben sein, wozu rohrförmig konzentrisch ineinander geführte Antriebswellen 21 dienen können. Die unten liegenden Rollen 22 können wie von Jalousien her bekannt durch Federn vorgespannt sein, so daß eine selbsttätige Rückspülung der einzelnen Metallstreifen möglich ist. Auf diese Weise ist es möglich, eine große Vielfalt von Zeichenkombinationen in das Maskenfenster einzubringen und diese Kombinationen, beispielsweise Herstellungsdaten von Verpackungsgütern, auf das betreffende Gut bleibend zu übertragen.

Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform einer Wechselmaske. Die geradlinig nebeneinander laufenden, bandartigen Metallstreifen der Fig. 1 sind durch zueinander konzentrische Ringe 23, 24, 25, 26, 27 und 28 ersetzt. An ihrer Vorderseite ist wiederum ein Maskenfenster 14 vorgesehen. Vorzugsweise befindet sich auf der Rückseite der Ringe ein Fenster, so daß

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die Ringe zwischen den beiden Fenstern eine Führung erfahren. Die Ringe tragen wiederum 2u übertragende Markierungsdaten in Form schablonenartiger Durchbrechungen. Zur Verstellung der Ringe sind diese jeweils stellenweise mit einer Perforation 29 versehen, in welche die Stacheln oder Zähne von Stachel- oder Zahnrädern 31 eingreifen. Werden diese Räder 31 mit Hilfe von Antriebswellen 32 manuell oder mit Hilfe von Antriebsmotoren verdreht, so können die einzelnen Ringe 23 bis 28 so verstellt werden, daß im Maskenfenster 14 die gewünschte Gesamtmarkierung erscheint.

Wie in Fig. 5 dargestellt, können die beschriebenen Metallstreifen, nämlich die Bänder 15 bis 18 oder die Ringe 23 bis 28, so ausgebildet sein, daß sie einander überlappen. Hierdurch ist verhindert, daß schädliches Licht zwischen den einzelnen Streifen austritt. Die gleiche Wirkung läßt sich auch mit Hilfe der Ausführungsform gemäß Fig. 6 erzielen, bei welcher jeweils die Trennfugen zwischen den einzelnen Metallstreifen zumindest im Bereich des Maskenfensters 14 (Fig. 3 und 4) von Blendstegen 33 überdeckt sind.

Die beschriebenen Wechselmasken haben den Vorteil, daß mit ihrer Hilfe ein großer Zeichenvorrat dargestellt und in Form von Markierungsdaten auf Gegenstände aufgebracht werden kann. Die beschriebenen Masken eignen sich insbesondere zur Kennzeichnung von Lebensmitteln oder Getränken mit ihrem Haltbarkeitsdatum. Auch die fortlaufende Numerierung von Werkstücken od. dgl. ist möglich.

Claims

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UHLANDSTRASSE 14 c · D 7000 STUTTGART 1
A 44 672 m Anmelder: Datograf Apparatebau
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8. Mai 1981 Austraße 34 - 36

71oo Heilbronn

Patentansprüche :

1.) Vorrichtung zur Markierung von Oberflächen durch Laserstrahlung, bei der eine von einer Laserlichtquelle ausgehende, durch Strahlformungsmxttel geformte Strahlung eine Maske ausleuchtet und Abbildungsmittel die ausgeleuchtete Maske auf die zu markierende Oberfläche abbilden, dadurch gekennzeichnet , daß die Laserlichtquelle (1,2), die Strahlformungsmxttel (5,6,8), die Maske (7) und die Abbildungsmittel (9) an einem gemeinsamen Rahmen (3,4) angeordnet sind und der Strahlengang zur optimalen Ausnutzung des verfügbaren Raumes um die Außenseiten der Laserlichtquelle (1,2) herumgeführt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Rahmen (3,4) eine Haube (12) abdichtend aufgesetzt ist, die alle auf dem Rahmen befestigte Komponenten (1,2,5,6,7,8,9) umschließt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsmittel (9) _f vorzugsweise ein Objektiv, an der Haube (12) angeordnet sind.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Haube (12) mit einem strahlendurchlässigen Fenster versehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Innenraum zwischen Haube (12) und einem die Laserlichtquelle (1) umschließenden Gehäuse (2) ein trockenes Spülgas unter leichtem Überdruck eingeleitet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserlichtquelle (1) einen vorzugsweise gepulsten CO_-Laser enthält und daß als Spülgas verbrauchtes CO₂-GaS der Laserlichtquelle verwendet ist.

7. Vorrichtung, insbesondere nach einem der voranstellenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske (7) mehrere nebeneinander hinter einem Maskenfenster (14) angeordnete Metallstreifen (15 bis 18; 23 bis 28) umfaßt, die relativ zueinander verschiebbar sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallstreifen (15 bis 18) bandförmig und an beiden Enden mit einer Wickelvorrichtung (19,21,22) verbunden sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallstreifen (23 bis 28) als zueinander konzentrische Ringe ausgebildet sind.

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10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrischen Ringe (23 bis 28) zwischen zwei Maskenfenstern (14) geführt und von in Perforationen (29) der Ringe eingreifenden Stachel- oder Zahnrädern (31) angetrieben sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 1o, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallstreifen (15 bis 18; 23 bis 28) einander überlappen (Fig. 5).
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 1o, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennfugen zwischen den Metallstreifen (15 bis 18; 23 bis 28) zumindest im Bereich des Maskenfensters (14) von Blendstegen (23) überdeckt sind.