DE3118938A1 - DEVICE FOR MARKING SURFACES BY LASER RADIATION - Google Patents
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Description
Vorrichtung zur Markierung von Oberflächen durch LaserstrahlungDevice for marking surfaces using laser radiation
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.The invention relates to a device for marking surfaces by laser radiation, in which a emanating from a laser light source through beam shaping means shaped radiation illuminates a mask and imaging means the illuminated mask map onto the surface to be marked.
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 markierendeWith the known devices of this type, it is possible by exposure to intense laser pulses Surfaces of objects, for example packaged goods, to cause marking effects, for example Apply packaging or consumption data. The data can consist of letters, numbers or other characters. Metallic masks, which are recesses, are used to apply them in the form of the data to be applied and are evenly illuminated with laser radiation. The part of the radiation passing through the mask is controlled by an optical system, similar to the lens in the case of a slide projection, onto the one to be marked
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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.Surface shown. It is advantageous to work with a scaled-down image so the mask only has to be exposed to a relatively low power density and yet at the location of the marking sufficient intensity is available.
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. In the known devices this is made up of beam shaping means, Mask and imaging means existing system including any necessary deflecting mirrors designed as a separate unit and attached to a suitable, commercially available laser. In doing so, surrender problems arise with regard to the stability of the entire arrangement, in particular the optical beam path. Above all, the sealing of the radiation-guiding system against environmental influences (dust, moisture) only possible by accepting difficult accessibility of the device components. A Another shortcoming of known marking devices of the type in question is that the replacement the mask is cumbersome and time-consuming when applying different marking data, and often the in itself desired number of different marking data is not available at all.
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.The invention is based on the object of creating a device of the generic type which is inherently stable and is designed to save space. T-Jaiterhin shall it Mask can be varied in a simple manner and the display of a wide variety of marking data enable.
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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.The object is achieved according to the invention in that the laser light source / the beam shaping means, the mask and the imaging means at a common ' Frames are arranged, and the steel corridor for optimal use of the available space around the outside the laser light source is guided around, the mask advantageously several, side by side may comprise metal strips arranged in front of a mask window, which are displaceable relative to one another are.
Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:The following description of preferred embodiments of the invention serves in connection with the enclosed Drawing for further explanation. Show it:
Fig. 1 schematisch und schaubildlich sine Markiervorrichtung mittels Laserstrahlung; 1 shows schematically and diagrammatically a marking device by means of laser radiation;
Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in Fig. 1;Figure 2 is a sectional view taken along line 2-2 in Figure 1;
Fig. 3 eine erste Ausführungsform einer variablen Maske;Fig. 3 shows a first embodiment of a variable mask;
Fig. 4 eine zweite Ausführungsform einer variablen Maske;Fig. 4 shows a second embodiment of a variable mask;
Fig. 5 eine Schnittansicht einer Maske undFig. 5 is a sectional view of a mask and
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Fig. 6 eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform einer Maske.6 is a sectional view of another embodiment of a mask.
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.1 shows a laser light source 1 with dashed lines. The actual laser light source can be a CO 2 laser of a type known per se, which operates in pulse mode and which is tightly enclosed by a housing 2. The laser 1 as such is only shown in phantom in FIG. Laser 1 and housing 2 are firmly connected to a frame 4 formed from metal profile strips 3. Also arranged firmly on the frame 4 are: a deflecting mirror 5 / another deflecting mirror 6, which, for example as a spatially ground mirror, represents a beam shaping means, a mask 7, another deflecting mirror 8 and an objective 9 comprising, for example, several lenses and the radiation exiting the housing 2 reaches the first deflecting mirror 5, is guided around the outside of the laser 1 and the housing 2 in the manner shown and leaves the objective 9 in order to strike an object 1o to be marked, for example a packaged ■ Well, especially the crown cap of a bottle can be. The arrangement shown results in a very compact structure which enables the individual components to be precisely, invariably and mutually adjusted. Redirecting the beam path around the outside of the laser is particularly space-saving.
• W **« %V • W ** « % V
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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.On the frame 4 is also with the interposition of sealing means 11, for example in the form of Elastomer strips, a hood 12 is sealingly attached and fixedly connected to the frame so that all components of the device are hermetically sealed are enclosed. As shown in FIGS. 1 and 2, the objective 9 can also be provided on the hood 12 and be removable with this. In another embodiment, the objective 9, as mentioned, is fixed connected to the frame 4, the radiation then through a window provided on the hood 12 to the Item 1o exits.
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.Because of the sealed arrangement, it is possible according to the invention, in the interior between the hood 12 and the housing 2 enclosing the laser light source 1, a clean, dry purge gas, e.g. B. N ", to be initiated under slight overpressure in order to avoid contamination of the device. If the laser light source 1 comprises a preferably pulsed CO 2 laser, it is advantageous to use CO 3 gas from the laser that has been consumed as the flushing gas.
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.The frame 4 can have a base plate 13 on its upper side, which on the one hand is firmly connected to the frame and on the other hand the device components, thus in particular the laser light source and the parts 5, 6, 7, 8 and 9, which may be provided with sockets wearing.
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Die Figuren 3 bis 6 zeigen bevorzugte Ausführungsformen von variablen Masken gemäß der Erfindung. Figures 3 to 6 show preferred embodiments of variable masks according to the invention.
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. 3 shows a mask window 14, behind which several metal strips 15, 16, 17 and 18 arranged next to one another are displaceable relative to one another. In the the markings to be transferred are introduced, preferably in the manner of a template, on top of each other in individual strips by photo-etching techniques known per se. The individual strips made of metal foil can be wound up next to each other on two rolls or unwound from these rolls. The in Fig. Overhead rollers 19 can be driven manually or by a motor, including tubular concentric with one another guided drive shafts 21 can serve. The underlying rollers 22 can be used as blinds Heretofore known to be biased by springs, so that an automatic backwashing of the individual metal strips is possible. In this way it is possible to use a wide variety of character combinations in the To bring in mask windows and these combinations, for example manufacturing data of packaging goods, to be permanently transferred to the good in question.
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 daßFig. 4 shows a modified embodiment of a Change mask. The band-like metal strips of FIG. 1 running in a straight line next to one another are through to one another concentric rings 23, 24, 25, 26, 27 and 28 replaced. On its front is again a Mask window 14 is provided. Preferably there is a window on the back of the rings so that
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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.the rings between the two windows are guided. The rings, in turn, carry 2u transmitters Marking data in the form of template-like openings. To adjust the rings, these are each in places provided with a perforation 29, in which the spines or teeth of barbed or Gear wheels 31 engage. Are these wheels 31 with the help of drive shafts 32 manually or with the help rotated by drive motors, the individual rings 23 to 28 can be adjusted so that in the mask window 14 the desired overall marking appears.
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.As shown in Fig. 5, the metal strips described, namely the bands 15 to 18 or the Rings 23 to 28, be designed so that they overlap each other. This prevents harmful Light emerges between the individual strips. The same effect can also be obtained using the embodiment achieve according to FIG. 6, in which each of the parting lines between the individual metal strips are covered by cover webs 33 at least in the area of the mask window 14 (FIGS. 3 and 4).
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.The change masks described have the advantage that they are used to display a large number of characters and can be applied to objects in the form of marking data. The masks described are suitable in particular for labeling food or beverages with their best-before date. Also the consecutive numbering of workpieces or the like is possible.
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Also Published As
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