DE3703809A1

DE3703809A1 - Vorrichtung zum markieren von gegenstaenden mittels laserstrahlen

Info

Publication number: DE3703809A1
Application number: DE19873703809
Authority: DE
Inventors: Werner Walther; Bernd Dr Ing Trebitz
Original assignee: Braun GmbH
Current assignee: Braun GmbH
Priority date: 1987-02-07
Filing date: 1987-02-07
Publication date: 1988-08-18
Also published as: DE3703809C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Markierung von Gegenständen mit gepulsten Excimer-Lasern, die mit Hilfe von Linsen und mindestens einer Maske auf den zu markierenden Gegen stand geleitet werden.

Es sind bereits CO₂-Gas-Laserbeschriftungsvorrichtungen bekannt (Prospekt der Siemens AG: "SILAMATIK-Laserbeschriftung schnell, flexibel und dauerhaft", Druckvermerk 184 095 SB 4855), zu der ein optischer Resonator für eine stehende Lichtquelle gehört. Der ausgekoppelte Laserstrahl wird über einen Ablenkspiegel und eine Optik auf eine Maske geleitet, die unmittelbar vor der Beschrif tungsebene eines zu beschriftenden Gegenstandes vorgesehen ist. Somit lassen sich die Schriftzeichen in der Maske lediglich in einem Maßstab von 1 : 1 auf den Gegenstand abbilden. Mit einer derartigen Vorrichtung muß die Maske die gesamte Energie aus dem Laserstrahl verkraften, so daß sie eine bestimmte Mindeststärke und -größe aufweisen muß, um der thermischen Beanspruchung wider stehen zu können. Daher lassen sich mittels dieser Maske und einem CO₂-Laser keine kleinen Schriften unter 1/10 mm Strich stärke abbilden. Außerdem wird durch den geführten CO ₂-Laser strahl auf der Oberfläche des Gegenstandes eine Beschädigung bewirkt (wulstartiges Aufschmelzen - Prospektblatt der Firma Lambda Physik GmbH "Berührungsfrei markieren").

Ferner ist es bekannt, mittels eines Excimerlasers Glasoberflä chen zu markieren. Vorichtungen zur Glasmarkierung mittels Exci merlasern verwenden ebenfalls Masken, die wie eine Schablone die zu markierenden Symbole enthalten. Mit Hilfe einer ultraviolettes Licht durchlassenden Linse wird der Laserstrahl über eine Maske auf die Glasoberfläche geleitet und bildet dadurch die entspre chenden Symbole auf der Glasoberfläche ab. Durch Abdampfen der Oberflächenschicht des Glases entsteht eine Markierung mit sehr scharfen Kanten. Die hierbei verwendete Maske hat ebenfalls einen Abbildungsmaßstab von 1 : 1, so daß sehr kleine Schriftzeichen mit dieser Vorrichtung nicht oder allenfalls mit erheblichen Abbildungsschwächen bzw. -ungenauigkeiten auf dem Gegenstand bzw. auf der Glasoberfläche aufgebracht werden können.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Vor richtung zur Markierung von Gegenständen mit Excimer-Laserstrah len derart auszubilden und anzuordnen, daß auch sehr kleine Mar kierungen bzw. Schriftzeichen auf Gegenständen verschiedenster Art und Materials aufgebracht werden können.

Diese Aufgabe ist dadurch gelöst worden, daß die Maske in der energiearmen Zone eines aufgeweiteten Excimer-Laserstrahls zwi schen einer Sammellinse und einer Abbildungslinse derart angeord net ist, daß die in der Maske enthaltenen Zeicheninformationen im verkleinerten Maßstab auf den so zu kennzeichnenden Gegenstand übertragen werden. Durch die vorteilhafte Anordnung einer Maske innerhalb der energiearmen Zone des Strahlenganges des Exci mer-Lasers lassen sich erstmals auch sehr kleine Schriftzeichen unter einem Zehntel Millimeter Strichstärke auf den Gegenstand aufbringen. Durch die vorteilhafte Anordnung der Maske innerhalb der energiearmen Zone des Excimer-Laserstrahls werden die in der Maske enthaltenen Verbindungs-Stege, die mitunter notwendig sind, um einzelne Zeichenteile untereinander oder mit anderen Teilen der Maske zu verbinden, nicht mehr auf dem Gegenstand selbst in der erzeugten Abbildung sichtbar. Durch den Excimer-Laserstrahl lassen sich die in der Maske enthaltenen Informationen extrem verkleinern, so daß ein gestochen scharfes Schriftzeichen auf einen Gegenstand aufgebracht werden kann, das sich ohne Zerstö rung der Oberfläche des Gegenstandes nicht mehr beseitigen läßt. Durch die vorteilhafte Anordnung einer Maske in der energiearmen Zone wird die Maske durch den Laserstrahl nicht übermäßig stark der Wärmeenergie ausgesetzt.

Mit der Vorrichtung nach Erfindung wird keinerlei Beschädigung der Oberfläche des Gegenstandes bei der Aufbringung der Abbildung erzeugt.

Der Abbildungsmaßstab der Maske sollte mindestens im Verhältnis 3 : 1 gewählt werden; eine besonders bevorzugte Ausbildungsform der Maske ist bei einem Abbildungsverhältnis Maske/Abbildung im Verhältnis 10 : 1 erreicht. Bei diesem Abbildungsverhältnis sind Stege oder sonstige Verbindungen zwischen einzelnen Symbolen, Schriftzeichen u.ä. und den übrigen Teilen der Maske, die bei der Erstellung von Masken z.B. mit typographisch korrekten Schrift zeichen notwendigerweise vorgesehen werden müssen, in der ver kleinerten Abbildung nicht mehr wahrnehmbar. Damit wird die Abbildung in einwandfreier Schrift erzeugt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von einer lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnung (Fig. 1) näher erläutert. Maske und Abbildung sind in den Fig. 2 bzw. 3 im korrekten Größenverhältnis dargestellt.

In der Zeichnung (Fig. 1) ist eine Vorrichtung zur Markierung von Gegenständen mit gepulsten Excimer-Lasern mit 10 bezeichnet. Der Laserstrahl wird dabei in einem optischen Resonator (nicht dar gestellt) in bekannter Weise erzeugt und über einen in der Fig. 1 nicht gezeigten Scanner (z.B. mit beweglichen Spiegeln) zunächst zu einer Aufweitungslinse 20 geführt (Strahlengangrichtung mit X gekennzeichnet). Diese weitet den Excimer-Laserstrahl z.B. in einem Verhältnis 1 : 5 auf. An die Aufweitungslinse 20 schließt sich eine Sammellinse 22 an. Diese Sammellinse 22 ist beispiels weise als Fresnellinse ausgeführt; von ihr gelangt der Excimer-Laserstrahl zu einer Abbildungslinse 24, die unmittelbar vor einem zu markierenden Gegenstand 26 angeordnet ist. Zwischen der Sammellinse 22 und der Abbildungslinse 24 befindet sich eine Maske 30, die die entsprechenden Symbole bzw. Schriftzeichen enthält, die auf dem Gegenstand 26 abgebildet werden sollen.

Eine solche Maske 30 ist in Fig. 2 in Originalgröße gezeigt. Teile der Symbole bzw. Schriftzeichen (z.B. beim "B" und beim "a" in Braun, das "e" in Eire usw.) sind mit den übrigen Symbolen bzw. den übrigen Teilen der Maske durch Stege verbunden.

Die im Bereich der Sammellinse 22 mit A gekennzeichnete Zone bezeichnet man als energiearme Zone. Durch die Aufweitung des Laserstrahls mittels der Aufweitungslinse 20 nimmt seine Energie in Strahlrichtung X kontinuierlich ab; durch die Fokussierung des Laserstrahles mittels der Sammellinse 22 nimmt die Energie des Laserstrahles dann wieder kontinuierlich zu und erreicht im Brennpunkt der Abbildungslinse 24 die höchste Konzentration. Die Maske 30 ist also in vorteilhafter Weise in der energiearmen Zone A des Laserstrahles angeordnet, so daß sie nur geringen thermi schen Belastungen ausgesetzt ist. In vorteilhafter Weise ist der Abbildungsmaßstab der Maske 30 z.B. 10 : 1. Dies ist z.B. darge stellt in Fig. 2 (Maske) gegenüber der Abbildung in Fig. 3, wie sie dann auf dem Objekt 26 erscheint.

Der aus dem Resonator austretende Laserstrahl ist scharf gebün delt. Er ist monokromatisch und räumlich sowie zeitlich kohärent. Der Resonator gibt dabei acht Impulse bzw. acht Laserblitze in nerhalb von 0,5 Sekunden über die Optik 20, 22, 24 und die Maske 30 auf den Gegenstand 26 ab. durch das Auftreffen des Laserstrah les auf den Gegenstand 26 tritt z.B. bei Kunststoffen unmittelbar unterhalb der Oberfläche des Gegenstandes eine farbliche Verände rung auf, und das abzubildende Symbol wird dauerhaft auf dem Ge genstand ohne Oberflächenbeschädigung festgehalten. Durch die starke Verkleinerung der in der Maske enthaltenen Symbole werden beispielsweise Stege nicht mit übertragen (siehe Fig. 2 und 3), und es können extrem kleine Schriftzeichen auf dem Gegenstand 26 abgebildet werden, deren Größe im µ-Bereich liegen kann. Die Abbildung erfolgt dabei mit typographisch einwandfrei wiedergege benen Schriftzeichen. Durch das Anbringen der Maske 30 in der energiearmen Zone A des Excimer-Laserstrahles kann eine Beschädi gung bzw. ein Verschleiß der Maske ausgeschaltet werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Markierung von Gegenständen (26) mit ge pulsten Excimer-Laserstrahlen, die über eine Maske (30) auf den zu markierenden Gegenstand (26) geleitet werden, da durch gekennzeichnet, daß die Maske (30) in der energiear men Zone (A) eines mittels einer im Strahlengang vor der Maske (30) angeordneten Aufweitungslinse (20) aufgeweiteten Excimer-Laserstrahls zwischen einer Sammellinse (22) und einer Abbildunglinse (24) angeordnet ist, die die in der Maske (30) enthaltenen Zeicheninformationen im verkleiner ten Maßstab auf den zu kennzeichnenden Gegenstand (26) dauerhaft abbildet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abbildungsmaßstab der Maske (30) mindestens 3 : 1 ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abbildungsmaßstab der Maske (30) in etwa 10 : 1 und größer ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Maske (30) und Sammellinse (22) in der energiearmen Zone (A) angeordnet sind.