DE4126626A1 - Unter der oberflaeche angeordnete markierungen - Google Patents

Unter der oberflaeche angeordnete markierungen

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DE4126626A1
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Versehen eines Materialkörpers mit einer unter der Oberfläche angeordneten Markierung unter Verwendung eines Strahls hoher Engergiedichte. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf einen Körper, der in Übereinstimmung mit dem Verfahren oder durch Verwendung der Vorrichtung markiert worden ist.
Viele Erzeugnisse werden in durchsichtigen Behältern aus Glas oder Kunststoff verpackt. Es besteht seit vielen Jahren das Bestreben, Behälter dieser Art mit einem Markierungsverfahren zur Verfügung zu stellen, daß eine Markierung nicht entfernt werden kann, wenn sie angebracht ist. Ein solches Verfahren würde offensichtliche fälschungssichere Anwendungen haben, aber auch die Anwendung eines Codes ermöglichen, der spezi­ fisch für jeden Behälter ist, wodurch die Verfolgung des Vertriebsweges der Erzeugnisse und die Feststellung ihres Ortes ermöglicht werden würde.
Es ist bekannt, daß einige Hersteller von z. B. Parfums der höheren Preisklasse die Anzahl und Qualität der Detailgeschäf­ te begrenzen, die von ihnen autorisiert werden, ihre Erzeug­ nisse zu verkaufen. Als Ergebnis hiervon müssen andere Detail­ geschäfte, die dasselbe Erzeugnis verkaufen wollen, dies unter Verwendung unerlaubter Bezugsquellen tun. Es besteht ein Interesse des Herstellers, irgendwelche unautorisierten Warenlieferungen zu beeinträchtigen, die nicht nur für seinen Ruf schädigend sein können, sondern auch im starken Maß die Aktivitäten von Fälschern verstärken können, die nicht durch die Einschränkungen behindert sind, denen registrierte Detail­ geschäfte ausgesetzt sind.
Ein gegenwärtig bekanntes System der Produktverfolgung verwen­ det ein Verfahren, bei dem jeder Behälter vor der Auslieferung verdeckt mit einem Code versehen wird, der die Identität des planmäßigen Detailgeschäfts trägt. Ist jedoch dem Detailhänd­ ler die Anwesenheit dieser Markierung bekannt, so muß diese nur entfernt werden, um das System zu umgehen. Wenn es möglich wäre, jeden Behälter mit einer wirklich unauslöschli­ chen Identifizierung zu versehen, möglicherweise in der Form eines maschinenlesbaren Codes wie z. B. eines Strichcodes, so könnte das System nicht so leicht überwunden werden und würde nicht länger davon abhängen, daß die Markierung verborgen sein muß. So könnte ein Strichcode offen am Behälter angebracht werden. Er könnte auch, falls gewünscht, an seinem Deckel oder Verschluß angebracht werden, wodurch die beiden eindeutig mit­ einander verbunden bzw. in Zusammenhang gebracht werden. Wäh­ rend der gefüllte Behälter zur Verpackungsstation weiterbewegt wird, könnte der Code gelesen und auf nachfolgende Packungsma­ terialien mit Hilfe eines Druckverfahrens, Schreibverfahrens, Prägeverfahrens, Gravierverfahrens oder ähnlichen Verfahren kopiert werden, bis sowohl das Erzeugnis als auch die Verpackung für den weiteren Transport fertig sind. An diesem Punkt würde es üblich sein, daß die Versandbestimmung an der Packung markiert ist. Wenn der vorgeschlagene Identifizierungscode jedoch maschinenlesbar ist, könnte er an der Stelle gelesen werden, an der die Identität des Detailgeschäftes auf der Verpackung angebracht wird, wobei die beiden durch ein einfa­ ches Computerprogramm korreliert werden könnten. Auf diese Weise würde unabhängig davon, was mit der äußeren Verpackung geschieht, die eindeutige Beziehung zwischen dem Erzeugnis und seinem beabsichtigten Detailverkäufer immer noch von den unzerstörbaren Markierungen auf dem Behälter selbst festge­ stellt werden.
Um eine unzerstörbare oder nicht zu beseitigende Markierung herzustellen, haben Hersteller sich in der Vergangenheit fast ausschließlich auf Oberflächenmarkierung gestützt. Das Problem bei dieser Art von Markierung besteht darin, daß sie entweder durch Entfernen des Teils der Oberfläche, auf der die Markie­ rung angebracht ist zerstört oder aber dadurch imitiert werden kann, daß eine identische Markierung auf einem Ersatzbehälter angebracht wird. Im Gegensatz hierzu ist es also eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Markieren unterhalb der Oberfläche zu schaffen, bei dem ein Strahl hoher Energie­ dichte verwendet wird, wobei die Markierung von der Oberfläche des betreffenden Körpers einen Abstand aufweist. Eine solche Markierung hat den Vorteil, daß sie nicht nur irgendeiner nachfolgenden Oberflächenbehandlung zu widerstehen vermag, sondern auch sehr schwierig zu imitieren ist.
Es ist bekannt, Behälter unter Verwendung von Laserstrahlung zu markieren. Die erzeugten Markierungen haben aber häufig die Form einer Gravur oder einer detektierbaren Farbänderung an einer bestimmten Oberfläche. Z.B. beschreibt US-PS 47 58 703 ein Verfahren, ein mikroskopisch sichtbares Muster auf einer Oberfläche eines Gegenstandes versteckt zu codieren, wobei ein Strahl nicht fokussierter Laserstrahlung durch eine Maske hindurch geleitet wird, um das gewünschte Muster zu erzeugen, wobei die Intensität des Laserstrahls sorgfältig kontrolliert wird, so daß das Muster kaum auf die Oberfläche geätzt wird und für das unbewaffnete Auge unsichtbar bleibt. Andererseits beschreibt US-PS 47 69 310 ein Verfahren zum Markieren von keramischen Materialien, Glasuren, Glaskeramikmaterialien und Gläsern, das wenigstens einen strahlungsempfindlichen Zusatz­ stoff aufweist, wobei ein Laserstrahl auf die Oberfläche des zu markierenden Materials fokussiert wird, um so eine Farbän­ derung innerhalb des bestrahlten Gebiets zu induzieren.
Im Gegensatz dazu beschreibt US-PS 36 57 085 ein Verfahren zum Markieren unterhalb der Oberfläche, das einen Elektronenstrahl verwendet. Allerdings ist dort auch die Möglichkeit erwähnt, einen Laserstrahl als Alternative zu verwenden. Die Aufgabe des US-Patents besteht in der Schaffung eines Verfahrens zum Markieren eines Artikels wie z. B. einer Brillenlinse mit einer Identifizierungsmarkierung, die normalerweise unsichtbar, die aber falls erforderlich sichtbar gemacht werden kann. Zu diesem Zweck wird der Elektronen- oder Laserstrahl auf eine Maske fokussiert, die über der Brillenlinse angeordnet ist, so daß der durch die ausgeschnittenen Bereiche der Maske hin­ durchgehende Strahl auf das Material der Brillenlinse auf­ trifft. Der Strahl wird durch Stöße mit den Molekülen des die Linse bildenden Materials mit dem Ergebnis gestreut, daß die kinetische Energie des Strahls als Wärme absorbiert wird, die dauernde Spannungsmuster innerhalb der Linse erzeugt. Die Spannungsmuster sind für das unbewaffnete Auge unsichtbar, können jedoch durch Doppelbrechung in polarisiertem Licht sichtbar gemacht werden.
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zum Versehen eines Materialkörpers mit einer unter der Oberfläche angeordneten Markierung geschaffen, das die Schritte aufweist, auf eine Oberfläche eines Körpers einen Strahl hoher Energiedichte zu richten, für den das Material durchlässig ist, und den Strahl an einem Ort zu fokussieren, der von der Oberfläche einen Abstand aufweist und innerhalb des Körpers angeordnet ist, um so eine lokalisierte Ionisie­ rung des Materials und die Erzeugung einer Markierung in Form eines Gebietes erhöhter Undurchlässigkeit für elektromagneti­ sche Strahlung zu bewirken ohne daß irgendeine feststellbare Änderung an der Oberfläche stattfindet.
Um Irrtümer zu vermeiden, bezieht sich der hier verwendete Ausdruck "durchlässig" unter Bezugnahme auf ein Material auf ein Material, in das der Strahl hoher Energiedichte wenigstens bis zur Tiefe der gewünschten Markierung eindringen kann und schließt somit auch durchscheinende Materialien und Materiali­ en wie z. B. farbiges Glas oder Rauchglas ein, in dem die Durchlaßeigenschaft für elektromagnetische Strahlung bei Wellenlängen im sichtbaren Bereich verringert, jedoch nicht beseitigt ist. Der Ausdruck "durchlässig" schließt auch Materialien ein, die für elektromagnetische Strahlung bei Wellenlängen im sichtbaren Bereich undurchlässig sind, die jedoch wenigstens teilweise elektromagnetische Strahlung bei Wellenlängen durchlassen können, die im selben Bereich des elektromagnetischen Spektrums wie diejenigen des Strahls hoher Energiedichte liegen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Materialkörper für elektromagnetische Strahlung bei Wellenlängen innerhalb des sichtbaren Bereiches durchlässig, wodurch die Markierung für das unbewaffnete Auge sichtbar wird. Z.B. kann das Materi­ al Glas oder Kunststoff sein. Bei einer alternativen Ausfüh­ rungsform ist das Material für elektromagnetische Strahlung bei Wellenlängen im sichtbaren Bereich undurchlässig, so daß die Markierung für das unbewaffnete Auge verborgen ist, jedoch mit Hilfe von optischen Instrumenten "gesehen" werden kann, die bei einer geeigneten Wellenlänge innerhalb des elektroma­ gnetischen Spektrums wie z. B. derjenigen des Strahls hoher Energiedichte arbeiten. Während eine solche Markierung nicht dieselbe abschreckende Wirkung wie ihr sichtbares Gegenstück besitzt, stellt sie eine wirklich unauslöschliche verborgene Markierung dar.
Bei beiden vorstehenden Ausführungsformen kann der Brennpunkt des Strahls relativ zum zu markierenden Körper beweglich sein, so daß die Markierung von vorbestimmter Form sein kann. Z.B. kann die Markierung dreidimensional sein und/oder eine oder mehrere Ziffern, Buchstaben oder Symbole oder eine Kombination derselben aufweisen, die wiederum eine Identifizierung, ein Warenzeichen, einen maschinenlesbaren Code oder irgendein anderes gewünschtes Merkmal darstellen können.
Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Versehen eines Materialkörpers mit einer unter der Oberfläche angeordneten Markierung geschaffen, die Mittel zum Erzeugen eines Strahls hoher Energiedichte aufweist, für den das Material durchsichtig ist, wobei weiter Mittel vorgesehen sind, um den Strahl an einem Ort innerhalb des Körpers und in einem Abstand von einer seiner Oberflächen zu fokussieren, so daß lokalisierte Ionisierung des Materials und die Schaffung einer Markierung in Form eines Gebietes erhöhter Undurchlässigkeit für elektromagnetische Strahlung bewirkt wird, ohne daß im wesentlichen irgendeine feststellba­ re Änderung an der Oberfläche stattfindet.
Während man verstehen wird, daß der Strahl hoher Energiedichte ein fokussierbarer Teilchenstrahl sein kann, wie z. B. ein Elektronenstrahl, der ausreichend Energie zum Bewirken lokali­ sierter Ionisierung innerhalb des Körpers des Materials aufweist, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform das Mittel zum Erzeugen des Strahls mit hoher Engergiedichte ein Laser.
Die möglichen Arten von Wechselwirkung zwischen Laserstrahlung und einem Materialkörper können unter drei Überschriften kategorisiert werden, und zwar in Abhängigkeit von der Lei­ stungsdichte der betreffenden Laserstrahlung. In der Reihen­ folge wachsender Leistungsdichte sind die drei Überschriften wie folgt:
  • 1) Fotochemische Wechselwirkungen einschließlich Fotoinduktion und Fotoaktivierung;
  • 2) Thermische Wechselwirkungen, bei denen die einfallende Strahlung als Wärme absorbiert wird;
  • 3) Ionisierende Wechselwirkungen, die den nichtthermischen Fotozerfall des bestrahlten Materi­ als einschließen.
Der Unterschied zwischen den Schwellenwerten dieser drei Wechselwirkungen wird deutlich, wenn man die typische Lei­ stungsdichte von 10-3 W/cm2, die für eine fotochemische Wechselwirkung erforderlich ist, mit der Leistungsdichte von 1012 W/cm2 vergleicht, die für Ionisationswechselwirkungen wie z. B. Fotoabtragung und Fotozertrümmerung (photoablation, photodisruption) typisch sind.
Damit lokalisierte Ionisierung des Materials stattfindet, muß der Strahl ausreichend Energie besitzen, um am Ort des Brenn­ punkts Molekülbindungen zu zerstören und ein Plasma zu erzeu­ gen. Ist der Strahl entfernt, so kühlt das Plasma ab, um eine lokalisierte Zone von Beschädigung oder Zerstörung zu bilden, die irgendwelche elektromagnetische Strahlung streut, die dort einfällt, mit dem Ergebnis, daß die Zone als ein Bereich erhöhter Undurchlässigkeit erscheint.
Gegenwärtig sind die einzigen kommerziell erhältlichen Laser, die Ionisierungswechselwirkungen induzieren können, gepulste Laser mit einer Spitzenenergie, die, wenn sie fokussiert ist, ausreicht, ein Plasma im betreffenden Material zu erzeugen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung ist die Leistungsdichte des Lasers im Brennpunkt wenig­ stens 107 W/cm2, während die Pulsdauer nicht mehr als 10-6 sek. beträgt, so daß die Energiedichte jedes Pulses wenigstens 10 J/cm2 und ausreichend ist, um lokalisierte Ionisierung des Materials am Brennpunkt des Strahls zu induzieren.
Wenn der zu markierende Materialkörper für elektromagnetische Strahlung bei Wellenlängen innerhalb des sichtbaren Bereichs durchlässig ist, dann ist das Mittel zum Erzeugen des Strahls mit der erforderlichen hohen Engergiedichte vorzugsweise ein Nd-YAG-Laser (mit Neodym gedopter Yttriumaluminiumgranat), der bei einer Wellenlänge von 1,06 µm arbeitet.
Vorteilhafterweise können Mittel vorgesehen sein, um den Brennpunkt des Strahls relativ zum Körper zu bewegen. Insbe­ sondere können die Mittel wenigstens einen bewegbaren Spiegel aufweisen, der im Weg des Strahls angeordnet ist. Die Bewegung des Spiegels kann durch ein Computerprogramm gesteuert werden, was es ermöglicht, die endgültige Form der Markierung auf einfache Weise zu verändern, während der bewegbare Spiegel selbst einen Galvanometerspiegel aufweisen kann. Obwohl man anerkennen wird, daß irgendwelche geeigneten Mittel zum Bewegen des Spiegels vorgesehen sein können, wie z. B. ein Servomotor oder ein von Hand zu bedienender Steuerknüppel, erhält man durch die Eigenschaften eines Galvanometerspiegels die Reaktionsgeschwindigkeit und einfache Steuerung, die einen wesentlichen Vorteil über alternative Steuermittel darstellen.
Bei einer anderen Ausführungsform können die Mittel zum Fokussieren des Strahles ein Linsenelement von variabler Brennweite entweder in Form einer korrigierenden Linse aufwei­ sen, die den Strahl in derselben Tiefe innerhalb des Körpers unabhängig von irgendwelchen Krümmungen in dessen Oberfläche fokussiert, oder aber es kann eine Zoomlinse oder ein Zoom­ objektiv (Objektiv mit veränderlicher Brennweite) vorgesehen sein, so daß Markierungen in unterschiedlichen Tiefen inner­ halb des Körpers hergestellt werden können, so daß dreidimen­ sionale Markierungen erzeugt werden können.
Bei noch einer anderen Ausführungsform kann eine Sekundärquel­ le von sichtbarer Laserstrahlung vorgesehen sein, um die Ausrichtung des Strahls hoher Energiedichte zu erleichtern.
Gemäß einem dritten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein markierter Körper aus Material geschaffen, in dem die Markie­ rung eine innere Beschädigungszone aufweist, die das Ergebnis von lokalisierter Ionisierung ist und einen Abstand von der Oberfläche des Körpers aufweist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Materialkörper für elektromagnetische Strahlung bei Wellenlängen innerhalb des sichtbaren Bereiches durchlässig, wodurch die Markierung für das unbewaffnete Auge sichtbar wird. Z.B. kann das Materi­ al aus Glas oder Kunststoff bestehen. Bei einer alternativen Ausführungsform ist der Materialkörper jedoch für elektromagnetische Strahlung bei Wellenlängen innerhalb des sichtbaren Bereiches undurchlässig, so daß die Markierung für das unbewaffnete Auge verborgen ist, jedoch durch optische Instrumente "gesehen" werden kann, die bei einer geeigneten Wellenlänge innerhalb des elektromagnetischen Spektrums arbeiten.
Die Markierung kann dreidimensional sein und/oder eine oder mehrere Zahlen, Buchstaben oder Symbole oder eine Kombination davon aufweisen, während vorteilhafterweise der Materialkörper einen Behälter aufweisen kann.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen bspw. beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Art, in der die elektrische Leistung innerhalb der Vorrichtung der Fig. 1 verteilt wird.
Wie dies aus Fig. 1 ersichtlich ist, erzeugt eine Quelle 10 einen Strahl von Laserstrahlung 12, die so gerichtet ist, daß sie auf einen Materialkörper 14 auffällt, der im vorliegenden Beispiel die Form einer Flasche hat. Da die zu erzeugende unterhalb der Oberfläche angeordnete Markierung für das unbewaffnete Auge sichtbar sein soll, ist die Flasche 14 so ausgewählt, daß sie aus Material wie Glas oder Kunststoff besteht, das für elektromagnetische Strahlung innerhalb des sichtbaren Bereiches des elektromagnetischen Spektrums durch­ lässig ist. Außerdem ist die Quelle so ausgewählt, daß das Material der Flasche 14 für den Strahl der Laserstrahlung 2, die diese erzeugt, ähnlich durchlässig ist.
In der gezeigten Vorrichtung weist die Quelle 10 einen gepuls­ ten Nd-YAG-Laser (mit Neodym gedopter Yttriumaluminiumgranat) hoher Energiedichte auf, der einen gepulsten Strahl von Laserstrahlung 12 mit einer Wellenlänge von 1,06 µm aussendet, der dann für das unbewaffnete Auge unsichtbar ist. Nachdem der gepulste Strahl 12 vom Nd-YAG-Laser 10 ausgesandt ist, fällt er auf eine erste reflektierende Oberfläche 16, die den Strahl 12 durch einen Strahlaufweiter 18 und einen Strahlvereiniger 20 zu einer zweiten reflektierenden Oberfläche 22 richtet. Eine zweite Quelle von Laserstrahlung in Form eines He-Ne-La­ sers 24 (Helium-Neon-Laser) niedriger Leistung ist in der Nähe des Nd-YAG-Lasers 10 angeordnet und gibt einen Sekundärstrahl von sichtbarer Laserstrahlung 26 mit einer Wellenlänge von 638 nm ab. Der Sekundärstrahl 26 fällt auf den Strahlvereiniger 20 auf, wo er zur zweiten Reflexionsoberfläche 22 zusammenfal­ lend mit dem gepulsten Laserstrahl 12 vom Nd-YAG-Laser 10 reflektiert wird. So sind die notwendigen Eigenschaften des Strahlvereinigers 20, daß dieser elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von 1,06 µm durchlassen sollte, während er elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von 638 nm reflektiert. Auf diese Weise versieht der He-Ne-Laserstrahl 26 den kombinierten He-Ne/Nd-YAG-Strahl 12, 26 mit einer sichtbaren Komponente, die die optische Ausrichtung erleich­ tert.
Nachdem die Strahlen vereinigt worden sind, werden die beiden zusammenfallenden Strahlen 12, 26 bei der zweiten reflektie­ renden Oberfläche 22 zu einer dritten reflektierenden Oberflä­ che 28 und von der dritten reflektierenden Oberfläche 28 weiter zu einer vierten reflektierenden Oberfläche 30 reflek­ tiert. Von der vierten reflektierten Oberfläche 30 wird der kombinierte Strahl 12, 26 noch einmal zu einer Kopfeinheit 32 reflektiert, von der der kombinierte Strahl 12, 26 schließlich zur Flasche 14 gerichtet wird. Um das Markieren in verschiede­ nen Höhen von der Basis der Flasche 14 gerechnet zu ermögli­ chen, sind die dritten und vierten reflektierenden Oberflächen 28 und 30 zusammen mit der Kopfeinheit 32 einstückig montiert, so daß sie in einer Vertikalebene unter Wirkung eines Schritt­ motors 34 (nicht gezeigt) einstellbar sind.
Innerhalb der Kopfeinheit 32 fällt der kombinierte He-Ne/Nd- YAG-Strahl 12, 26 nacheinander auf zwei bewegbare Spiegel 36 und 38 auf. Der erste der beiden Spiegel 36 ist so angeordnet, daß er in bezug auf den kombinierten Strahl 12, 26, der auf ihn als Ergebnis der Reflexion von der vierten reflektierten reflektierenden Oberfläche 30 auffällt, geneigt ist, und ist auf solche Weise bewegbar, daß der von ihm reflektierte Strahl in einer vertikalen Ebene bewegbar ist. Der zweite der beiden Spiegel 38 ist ähnlich geneigt, in diesem Falle zum Strahl 12, 26, der auf ihn als Ergebnis der Reflexion vom ersten Spiegel 36 auftrifft, und ist auf solche Weise bewegbar, daß ein reflektierter Strahl 12, 26 in einer Horizontalebene bewegt werden kann. Als Ergebnis hiervon wird es der Fachmann verste­ hen, daß der aus der Kopfeinheit 32 austretende Strahl 12, 26 in irgendeine beliebige Richtung durch gleichzeitige Bewegung der ersten und zweiten Spiegel 36 und 38 bewegt werden kann. Um diese Bewegung zu erleichtern, sind die beiden bewegbaren Spiegel 36 und 38 auf entsprechenden ersten und zweiten Galvanometern 40 und 42 befestigt. Während man erkennen wird, daß zum Steuern der Bewegung der beiden Spiegel 36 und 38 irgendwelche geeigneten Mittel vorgesehen sein können, wie z. B. die Verwendung von individuellen Servomotoren oder ein von Hand zu betätigender Steuerknüppel, so kombiniert der angewandte Lösungsweg eine Reaktionsgeschwindigkeit mit einer leichten Steuerbarkeit, die einen wesentlichen Vorteil über alternative Steuermittel darstellen.
Wenn der kombinierte Strahl 12, 26 aus der Kopfeinheit 32 austritt, so wird er beim Hindurchgehen durch eine Linsenan­ ordnung 44 fokussiert, die eine oder mehrere Linsenelemente aufweisen kann. Ein erstes Linsenelement 46 fokussiert den Strahl 12, 26 an einen vorgegebenen Punkt in einem Abstand von der Oberfläche der Flasche 14 innerhalb der Dicke des Glas- oder Kunststoffmaterials, aus dem die Flasche 14 hergestellt ist. Wie dies wohlbekannt ist, ist die maximale Leistungsdich­ te des Strahls 12, 26 umgekehrt proportional zum Quadrat des Radiusstrahls 12, 26 in seinem Brennpunkt, der wiederum umgekehrt proportional zum Radius des Strahls 12, 26 ist, der auf die Fokussierlinse 46 auftrifft. Daher ist die Leistungs­ dichte des Strahls 12, 26 von elektromagnetischer Strahlung der Wellenlänge λ und des Radius R, der auf eine Linse mit Brennweite f auffällt, am Brennpunkt E in erster Näherung durch den Ausdruck
gegeben, wobei P die vom Laser erzeugte Leistung ist. Aus diesem Ausdruck wird der Wert und der Zweck des Strahlaufwei­ ters 18 leicht ersichtlich, da ein vergrößerter Strahlradius R dazu dient, die Leistungsdichte E des Brennpunkts zu erhöhen. Zusätzlich ist das Linsenelement 46 eine Linse mit kurzer Brennweite mit einer Brennweite im Bereich zwischen 20 mm und 100 mm, so daß typische Leistungsdichten im Brennpunkt des Strahls 12, 26 größer sind als 107 W/cm2. Wenn die Pulsdauer des Nd-YAG-Lasers 10 auf nicht mehr als 10-6 sek. gehalten wird, dann entspricht diese Leistungsdichte einer Energiedich­ te von wenigstens 10 J/cm2. Bei Energiedichten dieser Größen­ ordnung tritt lokalisierte Ionisierung innerhalb des Glas- oder Kunststoffmaterials am Brennpunkt des einfallenden Strahls 12, 26 statt, was zu einer Bildung einer Beschädi­ gungszone führt, die irgendwelche elektromagnetische Strahlung streut, die dort einfällt, was zu dem Ergebnis führt, daß die Zone als eine Markierung in Form eines Gebietes erhöhter Undurchlässigkeit erscheint, ohne das irgendeine sichtbare Änderung an der Oberfläche der Flasche 14 bewirkt wird. Durch Bewegen des Brennpunkts des Strahles 12, 46 unter Verwendung der Spiegel 36 und 38 kann die Markierung in einer vorbestimm­ ten Form und insbesondere so hergestellt werden, daß sie eine oder mehrere Ziffern, Buchstaben oder Symbole oder eine Kombination derselben aufweist, was wiederum eine Identifizie­ rung, ein Warenzeichen, eine maschinenlesbare Codierung oder irgendeine andere Information darstellen kann.
Ein zweites Linsenelement 48 kann in Reihe mit dem fokussie­ renden Linsenelement 46 angeordnet sein, um irgendwelche Krümmungen der Oberfläche der Flasche 14 zu kompensieren. Man wird erkennen, daß eine solche korrigierende Linse nicht erforderlich sein wird, wenn der zu markierende Körper 14 dem einfallenden Strahl eine im wesentlichen ebene Oberfläche darbietet. Die Notwendigkeit für ein solches Element kann vollständig verneint werden, wenn das erste Element 46 von variabler Brennweite ist und z. B. eine flache Feldlinse aufweist. Man sollte jedoch festhalten, daß diese Verwendung von einem oder mehreren optischen Elementen eine besonders einfache und elegante Weise bedeutet, um sicherzustellen, daß die Markierung in einer konstanten Tiefe innerhalb des Körpers 14 unabhängig von irgendwelchen Krümmungen auf dessen Oberflä­ che erzeugt wird.
Wenn die Dicke des zu markierenden Körpers 14 es erlaubt, kann auch ein drittes Linsenelement 50 in Form einer Zoomlinse in der Linsenanordnung 44 vorgesehen sein, wodurch die Schaffung von dreidimensionalen Markierungen innerhalb des Materials des Körpers 14 erleichtert wird.
Im Interesse der Sicherheit sind die beiden Laser 10 und 24 und ihre entsprechenden Strahlen 12 und 26 innerhalb einer Sicherheitskammer 52 eingeschlossen, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, wobei die kombinierten Strahlen 12, 26 aus der Sicherheitskammer 52 erst austreten, nachdem sie durch die Linsenanordnung 44 hindurchgegangen sind. Zugang zu den beiden Lasern 10 und 24 und den verschiedenen im Weg der entsprechen­ den Strahlen 12, 26 angeordneten optischen Elemente wird mit Hilfe einer Tür 54 erhalten, die mit einer Stromverriegelungs­ schaltung 56 versehen ist, die Betrieb des gepulsten Nd-YAG-Lasers 10 verhindert, während die Tür 54 offen ist. Es sollte bemerkt werden, daß der He-Ne-Laser 24 nicht notwendigerweise in derselben Weise mit einer Stromverriegelungsschaltung versehen sein muß, da er nur mit sehr niedriger Leistung arbeitet und für die ausgebildete Bedienungsperson keine wesentliche Gefahr bedeutet. Die Leistung des kombinierten Strahls 12, 26 ist in der Tat so überwiegend dem gepulsten Nd-YAG-Laser 10 zuzuschreiben, so daß, nachdem der He-Ne-Laser 24 zum Ausrichten der notwendigen optischen Elemente verwendet worden ist, er vor dem Markieren des Körpers 14 abgeschaltet werden kann.
Eine einphasige Netzversorgung von 240 V wird über die elek­ trische Türverriegelungsschaltung 56 zu einer Hauptvertei­ lungseinheit 58 zugeführt, die unterhalb der Sicherheitskammer 52 angeordnet und von derselben isoliert ist, um zu vermeiden, daß irgendwelche elektrischen Wirkungen den Betrieb der Laser 10 und 24 beeinflussen. Von der Verteilungseinheit 58 wird die elektrische Leitung dem gepulsten Nd-YAG-Laser 10 und dem He-Ne-Laser 24 und auch einer Kühleinheit 60 zugeführt, die zum Kühlen des gepulsten Nd-YAG-Lasers 10 dient. Zusätzlich wird die elektrische Netzleistung auch dem Schrittmotor 34 und einem Computer 62 zugeführt. Drei Wechselspannungs/Gleich­ spannungswandler und damit verknüpfte Spannungsstabilisatoren schaffen geregelte Gleichspannungsversorgungen von 9 V, 12 V und 15 V, die dem He-Ne-Laser 24 zum Erleichtern des Pumpme­ chanismus, einer weiteren elektrischen Verriegelung 64, die vorzeitiges Einschalten des gepulsten Nd-YAG-Lasers 10, und der Kopfeinheit 32 und insbesondere den ersten und zweiten Galvanometern 40 und 42 zugeführt werden, um eine vorbestimmte Bewegung der ersten und zweiten Spiegel 36 und 38 zu bewirken.
Um eine Markierung von einer gewünschten Form innerhalb des Körpers 14 zu erzeugen, wird die 15 V-Gleichspannungsversor­ gung mit Hilfe des Computers 62 moduliert, so daß eine Reihe von Bewegungen der ersten und zweiten Galvanometerspiegel 36 und 38 in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Computerpro­ gramm bewirkt wird. Da die Bewegung der beiden Spiegel 36 und 38 den Ort des Brennpunkts steuern, kann durch Koordinieren der Pulsation des Nd-YAG-Lasers mit der Bewegung der beiden Spiegel 36 und 38 ein Gebiet mit lokalisierter Ionisierung in der gewünschten Form erzeugt werden. Der Computer 62 kann auch dazu verwendet werden, die Zoomlinse 50 zu steuern, falls eine solche vorgesehen ist, was es ermöglicht, daß die Markierung dreidimensional werden kann, wobei dann der Strahl 12, 26 in verschiedenen Tiefen innerhalb des Körpers des Materials 14 fokussiert wird.

Claims (25)

1. Verfahren zum Versehen eines Materialkörpers mit einer unter der Oberfläche angeordneten Markierung, dadurch gekennzeichnet, daß es die Schritte aufweist, auf eine Oberfläche des Körpers einen Strahl hoher Energiedichte zu richten, für den das Material durchlässig ist, und den Strahl an einem Ort zu fokussieren, der von der Oberfläche einen Abstand aufweist und innerhalb des Körpers angeord­ net ist, so daß lokalisierte Ionisierung des Materials und die Schaffung einer Markierung in Form eines Gebietes von erhöhter Undurchlässigkeit für elektromagnetische Strah­ lung im wesentlichen ohne irgendeine feststellbare Ände­ rung an der Oberfläche bewirkt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialkörper für elektromagnetische Strahlung bei Wellenlängen innerhalb des sichtbaren Bereiches durchläs­ sig ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialkörper für elektromagnetische Strahlung bei Wellenlängen innerhalb des sichtbaren Bereiches undurch­ lässig ist, so daß die Markierung nur durch optische Instrumente detektierbar ist, die bei einer geeigneten Wellenlänge des elektromagnetischen Spektrums arbeiten.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennpunkt des Strahls in bezug auf den zu markierenden Körper bewegbar ist, so daß eine Markierung einer vorbestimmten Form herstellbar ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung dreidimensional ist.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung eine oder mehrere Ziffern, Buchstaben, Symbole oder eine Kombination derselben aufweist.
7. Vorrichtung zum Versehen eines Materialkörpers (14) mit einer unterhalb der Oberfläche angeordneten Markierung, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (10) zum Erzeugen eines Strahls hoher Energiedichte, für den das Material durchlässig ist, und Mittel (44) zum Fokussieren des Strahls (12) an einem Ort innerhalb des Körpers und in einem Abstand von der Oberfläche desselben aufweist, so daß lokalisierte Ionisierung des Materials und die Erzeu­ gung eine Markierung in Form eines Gebiets erhöhter Undurchlässigkeit für elektromagnetische Strahlung im wesentlichen ohne irgendeine feststellbare Änderung an der Oberfläche bewirkt wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl hoher Energiedichte (12) ein fokussierbarer Teilchenstrahl ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (10) zum Erzeugen eines Strahls hoher Energie­ dichte ein Laser sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser (10) eine Spitzenenergiedichte am Brennpunkt von wenigstens 10 J/cm2 hat.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeich­ net, daß der Laser eine Leistungsdichte am Brennpunkt von wenigstens 107 W/cm2 aufweist und mit einer Pulsdauer von weniger als 10-6 sek. gepulst ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser (10) ein Nd-YAG-Laser ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (36, 38, 48) vorgesehen sind, um den Brennpunkt des Strahls (12) relativ zum Körper (14) zu bewegen, um so eine Markierung vorbestimmter Form zu ermöglichen.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (36, 38, 48) zum Bewegen des Brennpunkts des Strahls (12) wenigstens einen beweglichen Spiegel (36, 38) aufweisen, der im Weg des Strahls (12) angeordnet ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des wenigstens einen bewegbaren Spiegels (36, 38) durch ein Computerprogramm gesteuert ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeich­ net, daß der wenigstens eine bewegbare Spiegel (36, 38) ein Galvanometerspiegel ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Fokussieren des Strahls (12) ein Linsenelement (50) variabler Brennweite aufwei­ sen.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sekundärquelle (24) sichtbarer Laserstrahlung vorgesehen ist, um die Ausrichtung des Strahls (12) hoher Energiedichte zu erleichtern.
19. Markierter Materialkörper, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung eine innere Beschädigungszone aufweist, die von einer Oberfläche des Körpers als Ergebnis lokalisierter Ionisierung einen Abstand aufweist.
20. Markierter Materialkörper nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialkörper (14) für elektromagnetische Strahlung bei Wellenlängen innerhalb des sichtbaren Bereiches durchlässig ist.
21. Markierter Materialkörper nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialkörper (14) aus Glas oder Kunststoff besteht.
22. Markierter Materialkörper nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialkörper (14) auf elektroma­ gnetische Strahlung bei Wellenlängen innerhalb des sicht­ baren Bereiches undurchlässig ist, so daß die Markierung nur durch optische Instrumente detektierbar ist, die bei einer geeigneten Wellenlänge innerhalb des elektromagneti­ schen Spektrums betrieben werden.
23. Markierter Materialkörper nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung dreidimen­ sional ist.
24. Markierter Materialkörper nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung eine oder mehrere Ziffern, Buchstaben oder Symbole oder eine Kombi­ nation davon aufweist.
25. Markierter Materialkörper nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialkörper (14) ein Behälter ist.
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