DE4429110C2 - Laser marking system for identity cards or the like - Google Patents
Laser marking system for identity cards or the likeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zur Laserbeschriftung von Ausweiskarten, Bankkarten o. dgl. In einer solchen Anlage wird ein LASER-Strahl über eine Zweikoordinaten-Strahlablenkvorrichtung auf die zu bearbeitende (beschriftende) Ausweiskarte gerichtet, wobei diese über die Strahlablenkvorrichtung im Raster- oder Vektorverfahren mit dem LASER-Strahl beaufschlagt wird.The invention relates to a system for laser marking of ID cards, bank cards or the like LASER beam via a two-coordinate beam deflection device the ID card to be processed (labeled) directed, whereby this via the beam deflection device in the grid or Vector process with the LASER beam is applied.
Um auf den speziell präparierten oder strukturierten Ausweiskarten mittels LASER-Strahles für eine Beschriftung oder Bildaufzeichnung jeweils lokal eine Schwärzung oder einen Farbumschlag zu bewirken, ist eine Schwellintensität im vom LASER-Strahl erzeugten Schreibpunkt oder -fleck notwendig. Eine hierfür ausreichende Strahlintensität liefert z. B. ein Neodym-YAG-LASER im Pulsbetrieb.To use the specially prepared or structured ID cards using a LASER beam for labeling or image recording cause blackening or a color change locally, is a threshold intensity in the LASER beam Writing point or stain necessary. A sufficient one for this Beam intensity provides z. B. a neodymium YAG LASER in pulse mode.
Bei den bekannten Laserstrahlbeschriftungsanlagen ist die pro Rasterschritt auf die Ausweiskarte auftreffende Strahlenergiedosis gleich; außerdem sind die Größe und die Form des LASER- Schreibfleckes auf der Ausweiskarte in jedem Rasterpunkt dieselbe. Eine Modulation des LASER′s selbst bzgl. seiner Leistung ist aufgrund der hohen Empfindlichkeit des nicht linearen LASER-Systems nur unzureichend reproduzierbar einstellbar.In the known laser beam marking systems, the pro Raster step on radiation energy dose hitting the ID card equal; in addition, the size and shape of the LASER Writing spots on the ID card the same in every grid point. It is a modulation of the LASER itself with regard to its performance due to the high sensitivity of the non-linear LASER system only insufficiently reproducible adjustable.
Aus diesen Gründen ist die Auflösung und die Bildqualität bei der Aufzeichnung von Lichtbildern und der Beschriftung auf Ausweiskarten unzureichend. For these reasons, the resolution and image quality are the same Recording of photographs and lettering on ID cards insufficient.
Aus der DE 35 11 022 A1 ist ein Laseraufzeichnungs- und Farbprojektionssystem bekannt, bei der der Laserstrahl ebenfalls über eine Zweikoordinaten-Strahlablenkvorrichtung (Ablenkspiegel mit Galvanometerschwenkmotoren) abgelenkt wird. Eine Möglichkeit, die Größe und Form des Laserstrahls zu verändern, ist dort nicht vorgesehen.A laser recording and color projection system is known from DE 35 11 022 A1, in which the laser beam also via a two-coordinate beam deflection device (Deflection mirror with galvanometer swivel motors) is deflected. A possibility, there is no provision for changing the size and shape of the laser beam.
Aus der DE 39 12 188 A1 ist eine Lasermarkierungsvorrichtung zum Aufbringen bestimmter Muster auf Gegenstände bekannt. Zu diesem Zweck wird dort in den Strahlengang eine im wirksamen Querschnitt nicht veränderbare Markierungsmaske/Blende eingebracht, deren wirksamer Querschnitt beispielsweise die Gestalt einer Raute aufweist.DE 39 12 188 A1 describes a laser marking device for applying certain ones Patterns on objects known. For this purpose, a beam is placed in the beam path Marking mask / aperture that cannot be changed in the effective cross-section, whose effective cross-section has the shape of a diamond, for example.
Ferner ist aus der DE 36 28 915 A1 eine Laserstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung beschrieben, bei der im Strahlengang eine Blende vorgesehen ist, wobei die Größe der Blendenöffnung nach Art einer optischen Blende für eine Kamera über einen Größenwählhebel einstellbar ist. Die Einstellzeiten einer solchen Blendenvorrichtung für die Umstellung von einer Blendengröße auf eine andere sind jedoch gemessen an den Zeiten zwischen zwei Beschriftungspositionen (Ablenkzeiten) für den Laserstrahl, die im µsec-Bereich liegen, relativ groß.Furthermore, DE 36 28 915 A1 describes a laser beam recording device, in which an aperture is provided in the beam path, the size of the Aperture like an optical aperture for a camera over a Size selector lever is adjustable. The setting times of such an aperture device for the changeover from one aperture size to another is measured by the Times between two labeling positions (deflection times) for the laser beam, which in the µsec range are relatively large.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Laserbeschriftungsanlage zu schaffen, bei der die Größe oder Form des Laserschreibfleckes in schneller und reproduzierbarer Weise ohne eine Verlängerung der Gesamtbeschriftungszeit einstellbar ist, um eine verbesserte Qualität der aufzuzeichnenden Bilder oder Beschriftungen auf der Ausweiskarte zu erreichen. The object of the invention is therefore to provide a laser marking system in which the size or shape of the laser writing spot in a quick and reproducible manner without an extension of the total labeling time is adjustable in order to improve it Quality of the images or labels to be recorded on the ID card to reach.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Die sich daran anschließenden Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen der Erfindung.This object is achieved by the Features of claim 1 solved. The ones at it subsequent sub-claims contain advantageous refinements and further developments of the invention.
Die Laserbeschriftungsanlage für Ausweiskarten o. dgl., in der ein LASER-Strahl über eine Zweikoordinaten-Strahlablenkvorrichtung auf die zu bearbeitende Ausweiskarte gerichtet ist, weist erfindungsgemäß eine einstellbare Blendenvorrichtung zur Änderung der Intensität und der Querschnittsfläche des LASER-Strahles auf. Die Blendenvorrichtung ist dabei von einem den LASER-Strahl begrenzenden Blendenkörper gebildet, der an der Schwenkachse eines elektronisch ansteuerbaren Galvanometer-Schwenkmotors angeordnet ist. Der Blendenkörper ist somit innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereiches stufenlos oder schrittweise verschwenkbar. Jedem einstellbaren Schwenkwinkel entspricht eine definierte Abschattung des LASER-Strahles.The laser marking system for ID cards or the like, in the one LASER beam via a two-coordinate beam deflection device the ID card to be processed is directed according to the invention an adjustable diaphragm device for change the intensity and cross-sectional area of the LASER beam. The aperture device is one of the LASER beam limiting diaphragm body formed on the pivot axis of a electronically controlled galvanometer swivel motor arranged is. The diaphragm body is thus within a predetermined Angular range continuously or gradually swiveling. Each adjustable swivel angle corresponds to a defined shade of the LASER beam.
Durch die Verwendung eines Galvanometer-Motors erfolgt die Verschwenkung des Blendenkörpers in sehr kurzen Zeiten (µs- Bereich). Da in den bekannten Laserbeschriftungsanlagen die zur Rasterung benutzte Zweikoordinaten-Strahlablenkvorrichtung von zwei Ablenkspiegeln gebildet ist, die ebenfalls über Galvanometer-Motoren verschwenkt werden, liegen die Zeiten zur Verschwenkung des Blendenkörpers in derselben Größenordnung wie die Verschwenkzeiten für die Ablenkspiegel. Eine Synchronisation zwischen der Ansteuerung für die Blendenvorrichtung und der Ansteuerung für die Strahlablenkvorrichtung ist somit problemlos möglich. Bevor die Strahlablenkvorrichtung für den jeweils nächsten Rasterpunkt eingestellt ist, wird der Blendenkörper zur Änderung der auf die Ausweiskarte auftreffenden Strahlenergiedosis und der Größe des LASER-Schreibfleckes verschwenkt. Durch die Rasterpunkt für Rasterpunkt einstellbare Ausblendung eines Teiles der LASER- Strahlung kann die auf die Ausweiskarte auftreffende Strahlenergiedosis z. B. der Schwärzungscharakteristik des Ausweiskartenmaterials angepaßt werden. Durch die Variation der Größe des LASER-Schreibfleckes wird ebenfalls die Auflösung verändert.This is done by using a galvanometer motor Swiveling of the diaphragm body in very short times (µs- Area). Since in the known laser marking systems Screening used two-coordinate beam deflector of two Deflecting mirror is formed, which is also via galvanometer motors are pivoted, the times for pivoting the Aperture body in the same order of magnitude as the pivoting times for the deflecting mirror. A synchronization between the control for the aperture device and the control for the Beam deflection device is therefore possible without any problems. Before that Beam deflection device for the next raster point is set, the diaphragm body to change the to ID card impinging radiation dose and the size of the LASER writing spot swiveled. Through the grid point for Hiding point adjustable blanking of part of the LASER Radiation can be the one that hits the ID card Radiation energy dose e.g. B. the density characteristic of ID card material can be adjusted. By varying the The size of the LASER writing spot also becomes the resolution changed.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele dargestellt, welche nachfolgend näher erläutert werden. Es zeigt:Exemplary embodiments are shown in the drawings, which are explained in more detail below. It shows:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Laserbeschriftungsanlage, Fig. 1 is a schematic view of a laser marking machine,
Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch einen rohrförmigen Blendenkörper mit daran befestigter Galvanometer- Schwenkachse, Fig. 2 is a vertical section through a tubular diaphragm body with attached galvanometer pivot axis,
Fig. 3 einen Schnitt durch den rohrförmigen Blendenkörper senkrecht zur Rohrlängsachse, Fig. 3 is a section through the tubular visor body perpendicular to the tube longitudinal axis,
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht (Schräg von unten) auf den rohrförmigen Blendenkörper mit rautenartigen Blendenöffnungen und stirnseitig befestigter Schwenkachse, Fig. 4 is a perspective view (sloping from the bottom) on the tubular visor body with rhombic apertures and frontally fixed pivot axis,
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht (Schräg von oben) auf einen Blendenkörper mit halbierten Rohrmantelabschnitten und sich gegenüberliegenden in der senkrechten Projektion zu einer Raute ergänzenden Blendenöffnungen in Form einer Rautenhälfte, Fig. 5 is a perspective view (sloping from above) to a visor body with halved pipe jacket portions and opposing complementary in the vertical projection to a diamond diaphragm openings in the form of a lozenge half,
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines U-profilförmigen Blendenkörpers mit auf den Stirnseiten sich deckungsgleich gegenüberliegenden rautenförmigen Blendenöffnungen, Fig. 6 is a perspective view of a U-shaped visor body having on the end opposite sides congruent diamond-shaped apertures,
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht wie in Fig. 6, jedoch mit halbierten Stirnseiten, Fig. 7 is a perspective view as in Fig. 6, but with halved end faces,
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines U-profilförmigen Blendenkörpers mit auf den Stirnseiten sich deckungsgleich gegenüberliegenden kreisrunden Blendenöffnungen, Fig. 8 is a perspective view of a U-shaped visor body having on the end opposite sides congruent circular apertures,
Fig. 9 eine perspektivische Ansicht wie in Fig. 8, jedoch mit halbierten Stirnseiten, Fig. 9 is a perspective view as in Fig. 8, but with halved end faces,
Fig. 10 eine Draufsicht auf den Blendenkörper aus Fig. 9 mit zur Verdeutlichung "hochgeklappten" Stirnseiten, Fig. 10 is a plan view of the visor body from FIG. 9 for clarity "folded" end faces,
Fig. 11 die Intensitätsverteilung des LASER-Strahles über den Querschnitt zu beiden Seiten des Mittelpunktstrahles vor dem Eintritt in den Blendenkörper, Fig. 11 shows the intensity distribution of the laser beam over the cross section on both sides of the center beam before entry into the visor body,
Fig. 11A den Intensitätsverlauf des aus dem Blendenkörper austretenden LASER-Strahles, FIG. 11A the intensity profile of the emerging from the visor body LASER beam,
Fig. 12 den Strahlverlauf durch den verschwenkten Blendenkörper, Fig. 12 shows the beam passing through the pivoted visor body,
Fig. 13 den Strahlverlauf durch einen Blendenkörper mit sich deckungsgleich gegenüberliegenden Blendenöffnungen in der maximal lichtdurchlässigen Stellung, Fig. 13 shows the beam path, by a visor body is congruent with opposite apertures in the maximum light-transmitting position
Fig. 14 den Strahlverlauf bei um den Abschattungsendwinkel (ϕTot.) verschwenktem Blendenkörper, Fig. 14 shows the beam path in order to Abschattungsendwinkel (φ tot.) Pivoted visor body,
Fig. 15 eine Stirnansicht in Richtung des LASER-Strahles eines Blendenkörpers mit rautenförmigen Blendenöffnungen in der maximal lichtdurchlässigen Stellung, Fig. 15 is an end view in the direction of the laser beam of a visor body with diamond-shaped apertures in the maximum light-transmitting position,
Fig. 15A eine Stirnansicht wie in Fig. 15, jedoch in einer Abschattungs-Schwenkstellung des Blendenkörpers, FIG. 15A is an end view as in Fig. 15, but in a shading-pivoted position of the visor body,
Fig. 16 und 17 jeweils ein Draufsicht auf eine im LASER-Strahl angeordnete Platte als Blendenkörper; in der maximal lichtdurchlässigen Stellung (Fig. 16) und in einer den LASER-Strahl teilweise abschattenden Stellung (Fig. 17), Fig. 16 and 17 each a plan view of a arranged in the laser beam as a plate visor body; in the maximum translucent position ( FIG. 16) and in a position partially shading the LASER beam ( FIG. 17),
Fig. 18 eine Stirnansicht des plattenartigen Blendenkörpers mit daran befestigter Schwenkachse, Fig. 18 is an end view of the plate-like visor body with attached pivot axis,
Fig. 19 eine Stirnansicht des plattenartigen Blendenkörpers im LASER-Strahl. Fig. 19 is an end view of the plate-like diaphragm body in the LASER beam.
In Fig. 1 ist eine schematische Übersicht mit den Komponenten der Laserbeschriftungsanlage gezeigt. Das eigentliche LASER-System (1) besteht aus dem in Längsrichtung zwischen den Resonatorspiegeln (10A, 10B) angeordneten Neodym-YAG-Kristall (11), einer Hochleistungslichtquelle (12) zum optischen Pumpen des Nd-YAG- Kristalles (11), einer Modenblende (13) zur Selektion einer bestimmten Mode und einem hochfrequenten elektrooptischen Schalter (14) zum Ein- und Ausschalten des kohärenten LASER-Strahles, wodurch ein Pulsbetrieb mit für eine Laserbeschriftung ausreichend hohen Leistungen erreicht wird. Die Wellenlänge der LASER-Strahlung beim Nd-YAG-LASER beträgt 1,06 µm. Einer der Resonatorspiegel (10A) ist teildurchlässig, damit ein Teil der LASER-Strahlung aus dem Resonator ausgekoppelt wird. Der Strahldurchmesser (D1) des ausgekoppelten Strahles (2) beträgt typischerweise ca. 0, 9 mm. Dieser Strahl (2) wird nun bei herkömmlichen Laserbeschriftungsanlagen über eine Strahlaufweitungsoptik (3) direkt auf eine Zweikoordinaten-Strahlablenkvorrichtung (4) gelenkt, welche aus zwei jeweils von einem Galvanometer-Motor verschwenkbaren Ablenkspiegeln gebildet ist. Die Strahlaufweitung erfolgt, damit die Strahlintensität pro Fläche auf den Spiegeln nicht zu groß ist, wodurch eine thermische Beschädigung der Spiegel aufgrund von Absorption vermieden wird. Der Strahldurchmesser (D2) des aufgeweiteten Strahles (2) beträgt typischerweise ca. 3-5 mm. Der abgelenkte aufgeweitete LASER-Strahl (2) wird dann über ein Planfeldobjektiv (5) auf die Ausweiskarte (6) fokussiert.In Fig. 1 a schematic overview is shown with the components of the laser marking machine. The actual LASER system ( 1 ) consists of the neodymium-YAG crystal ( 11 ) arranged in the longitudinal direction between the resonator mirrors ( 10 A, 10 B), a high-power light source ( 12 ) for optically pumping the Nd-YAG crystal ( 11 ) , a mode diaphragm ( 13 ) for selecting a specific mode and a high-frequency electro-optical switch ( 14 ) for switching the coherent LASER beam on and off, as a result of which pulsed operation is achieved with powers that are sufficiently high for laser marking. The wavelength of the LASER radiation with the Nd-YAG-LASER is 1.06 µm. One of the resonator mirrors ( 10 A) is partially transparent so that part of the LASER radiation is coupled out of the resonator. The beam diameter (D1) of the coupled beam ( 2 ) is typically approximately 0.9 mm. In conventional laser marking systems, this beam ( 2 ) is now directed via a beam expansion optics ( 3 ) directly onto a two-coordinate beam deflection device ( 4 ), which is formed from two deflecting mirrors, each pivotable by a galvanometer motor. The beam is expanded so that the beam intensity per area on the mirrors is not too great, which avoids thermal damage to the mirrors due to absorption. The beam diameter (D2) of the expanded beam ( 2 ) is typically approximately 3-5 mm. The deflected, expanded LASER beam ( 2 ) is then focused on the identification card ( 6 ) via a flat field lens ( 5 ).
In der Laserbeschriftungsanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel ist zwischen der Strahlaufweitungsoptik (3) und der Strahlablenkvorrichtung (4) eine elektronisch sehr schnell einstellbare Blendenvorrichtung (7) zur Änderung der Intensität und der Querschnittsfläche des LASER- Strahles (2) angeordnet. Die Blendenvorrichtung (7) ist von einem den LASER-Strahl (2) begrenzenden Blendenkörper (70) gebildet, der an der Schwenkachse (72) eines handelsüblichen Galvanometer-Schwenkmotors (71) befestigt ist. Der Blendenkörper (70) ist innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereiches stufenlos oder schrittweise gegenüber dem LASER-Strahl verschwenkbar. Jedem einstellbaren Schwenkwinkel (ϕ) entspricht eine definierte Abschattung des LASER-Strahles (2). Durch die einstellbare Ausblendung eines Teiles der LASER-Strahlung (2) läßt sich die auf die Ausweiskarte (6) auftreffende Strahlenergiedosis Punkt für Punkt einstellen, und somit eine gewünschte Schwärzung oder ein gewünschter Farbumschlag erzielen. Die Ansteuerelektronik für die Galvanometer-Motoren der Ablenkspiegel kann in vorteilhafter Weise auch für die Ansteuerung des Galvanometer-Motors (71) zur Verschwenkung des Blendenkörpers (70) verwendet werden. Die Positionierung der Ablenkspiegel und des Blendenkörpers (70) für den jeweils nächsten Rasterpunkt erfolgt während der Auszeiten (Aufladephasen im µsec-Bereich) des gepulsten Nd-YAG-LASER′s (2).In the laser marking system according to one exemplary embodiment, an electronically very quickly adjustable diaphragm device ( 7 ) for changing the intensity and the cross-sectional area of the LASER beam ( 2 ) is arranged between the beam expansion optics ( 3 ) and the beam deflection device ( 4 ). The diaphragm device ( 7 ) is formed by a diaphragm body ( 70 ) which delimits the LASER beam ( 2 ) and which is fastened to the swivel axis ( 72 ) of a commercially available galvanometer swivel motor ( 71 ). The diaphragm body ( 70 ) can be pivoted continuously or stepwise with respect to the LASER beam within a predetermined angular range. A defined shading of the LASER beam ( 2 ) corresponds to each adjustable swivel angle (ϕ). The adjustable blanking of part of the LASER radiation ( 2 ) allows the radiation energy dose striking the identification card ( 6 ) to be set point by point, and thus to achieve a desired blackening or color change. The control electronics for the galvanometer motors of the deflection mirrors can advantageously also be used for the control of the galvanometer motor ( 71 ) for pivoting the diaphragm body ( 70 ). The positioning of the deflecting mirror and the diaphragm body ( 70 ) for the next raster point takes place during the timeouts (charging phases in the µsec range) of the pulsed Nd-YAG-LASER's ( 2 ).
In einer ersten Ausführungsform (vgl. Fig. 2 bis 4) ist der Blendenkörper (70) von einem dünnwandigen zylindrischen Rohr (73) gebildet. Dieses Rohr (73) ist an einem Ende offen und weist an dem anderen Ende eine Stirnwandung (73A) mit einer Aufnahmebuchse (75) für die Galvanometer-Schwenkachse (72) auf. Auf dem Rohrmantel (73B) befinden sich zwei in Blickrichtung senkrecht zur Rohrlängsachse (73C) deckungsgleich gegenüberliegende als Blendenöffnungen (74A, 74B) dienende Aussparungen für den LASER-Strahldurchtritt. Das Rohr (73) ist dabei um die Rohrlängsachse (73C) verschwenkbar, wobei der Mittelpunktstrahl (20) des LASER-Strahles (2) die Blendenöffnungen (74A, 74B) jeweils im Zentrum passiert. Der Blendenkörper (70) ist vorzugsweise einstückig hergestellt und aus rundem Vollmaterial gedreht, um Unwuchten zu vermeiden. Die Rohrwandungen (73D) sind möglichst dünn, damit das Massenträgheitsmoment des Blendenkörpers (70) klein ist. Unter diesen Voraussetzungen (keine Unwucht, geringes Massenträgheitsmoment) ist eine schnelle Verschwenkung des Blendenkörpers (70) mittels eines Galvanometer-Schwenkmotors (71) gewährleistet.In a first embodiment (cf. FIGS. 2 to 4), the diaphragm body ( 70 ) is formed by a thin-walled cylindrical tube ( 73 ). This tube ( 73 ) is open at one end and has an end wall ( 73 A) with a receptacle ( 75 ) for the galvanometer pivot axis ( 72 ) at the other end. On the pipe jacket ( 73 B) there are two congruent opposite cutouts for the LASER beam passage in the direction of view perpendicular to the pipe longitudinal axis ( 73 C) and serving as aperture openings ( 74 A, 74 B). The pipe ( 73 ) can be pivoted about the pipe longitudinal axis ( 73 C), the center beam ( 20 ) of the LASER beam ( 2 ) passing through the apertures ( 74 A, 74 B) in the center. The diaphragm body ( 70 ) is preferably made in one piece and rotated from round solid material in order to avoid unbalance. The tube walls ( 73 D) are as thin as possible so that the moment of inertia of the diaphragm body ( 70 ) is small. Under these conditions (no imbalance, low mass moment of inertia), rapid swiveling of the diaphragm body ( 70 ) is ensured by means of a galvanometer swivel motor ( 71 ).
Die Blendenöffnungen (74A, 74B) weisen in bevorzugter Weise in der senkrechten Projektion einen rautenförmigen Querschnitt auf. Dabei verläuft die eine Rautendiagonale auf dem Rohrmantel (73B) parallel zur Rohrlängsachse (73C), während die andere Rautendiagonale parallel zum Mantelumfang verläuft. Das Rohr (73) weist einen solchen Umfang auf, daß die zur LASER-Strahl-Abschattung dienenden Rohrmantelwandungen (73E) zu beiden Seiten der Blendenöffnungen (74A, 74B) bei der Verschwenkung des Rohres (73) um einen Abschattungsendwinkel (ϕTot.) den LASER-Strahl (2) über seinen gesamten Querschnitt abschatten - vgl. Fig. 14. Mit diesen rautenförmigen Blendenöffnungen (74A, 74B) wird aus dem LASER-Strahl (2) mit ursprünglich kreisrundem Querschnitt auf der Ausweiskarte (6) ein rautenförmiger LASER-Schreibfleck (21) mit je nach eingestelltem Abschattungs-Schwenkwinkel (ϕ) unterschiedlicher Größe erzeugt. Von diesen rautenförmigen LASER-Schreibflecken lassen sich auf einer vorgegebenen Beschriftungsfläche mehr unterbringen, als dies im Fall von kreisförmigen LASER-Schreibflecken derselben Größe möglich wäre.The diaphragm openings ( 74 A, 74 B) preferably have a diamond-shaped cross section in the vertical projection. One diamond diagonal runs on the pipe jacket ( 73 B) parallel to the pipe longitudinal axis ( 73 C), while the other diamond diagonal runs parallel to the jacket circumference. The tube ( 73 ) has such a circumference that the tube jacket walls ( 73 E) serving for LASER beam shading on both sides of the diaphragm openings ( 74 A, 74 B) when the tube ( 73 ) is pivoted by an end shading angle (ϕ Tot. ) Shade the LASER beam ( 2 ) over its entire cross-section - cf. Fig. 14. With these diamond-shaped aperture openings ( 74 A, 74 B), the LASER beam ( 2 ) with an originally circular cross-section on the ID card ( 6 ) becomes a diamond-shaped LASER writing spot ( 21 ) with the shading swivel angle set ( ϕ) of different sizes. More of these diamond-shaped LASER writing spots can be accommodated on a given labeling surface than would be possible in the case of circular LASER writing spots of the same size.
In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform des Blendenkörpers (70) dargestellt. Diese Ausführungsform geht aus dem rohrförmigen Blendenkörper - vgl. Fig. 4 - hervor, indem dieser entlang zweier jeweils parallel zur Rohrlängsachse (73C) und im Abstand zueinander parallel verlaufender Schnittflächen geschnitten wird, wobei die beiden sich deckungsgleich gegenüberliegenden Blendenöffnungen (74A, 74B) von jeweils einer Schnittfläche halbiert werden. Durch diese Maßnahme wird das Massenträgheitsmoment in vorteilhafter Weise deutlich reduziert. Die Abschattungseigenschaften dieses nur aus Rohrmantelabschnitten (73E, 73E*) bestehenden Blendenkörpers werden dadurch nicht beeinträchtigt.In FIG. 5 another embodiment of the visor body (70) is shown. This embodiment is based on the tubular diaphragm body - cf. Fig. 4 - by cutting it along two cutting surfaces each parallel to the longitudinal pipe axis ( 73 C) and at a distance parallel to each other, the two congruently opposite diaphragm openings ( 74 A, 74 B) being halved by one cutting surface each. The mass moment of inertia is advantageously significantly reduced by this measure. The shading properties of this panel body ( 73 E, 73 E *), which only consists of tubular casing sections, are not impaired by this.
In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform des Blendenkörpers (70) dargestellt, wobei dieser ein in der Seitenansicht U-förmiges Profil (76) aufweist, welches von zwei sich im Abstand parallel gegenüberliegenden und die rautenförmigen Blendenöffnungen (74A, 74B) aufweisenden Stirnseiten (76A, 76A*) und einem die Stirnseiten (76A, 76A*) verbindenden Steg (76B) gebildet ist. Im Mittelpunkt des Steges (76B) ist die Aufnahmebuchse (75) für die Galvanometer- Schwenkachse (72) angeordnet. Der U-förmige Blendenkörper ist um eine senkrecht zur Steglängsrichtung verlaufende Achse verschwenkbar. Die Blendenöffnungen (74A, 74B) liegen sich auf den Stirnseiten (76A, 76A*) in Blickrichtung zur Steglängsrichtung deckungsgleich gegenüber.In Fig. 6, another embodiment of the visor body (70) is shown, the latter having a shaped U-in side profile (76), which comprising two parallel opposed spaced apart and the diamond-shaped apertures (74 A, 74 B) End faces ( 76 A, 76 A *) and a web ( 76 B) connecting the end faces ( 76 A, 76 A *) is formed. The receptacle ( 75 ) for the galvanometer pivot axis ( 72 ) is arranged in the center of the web ( 76 B). The U-shaped panel body is pivotable about an axis running perpendicular to the longitudinal direction of the web. The apertures ( 74 A, 74 B) are congruent on the end faces ( 76 A, 76 A *) in the direction of view to the longitudinal direction of the web.
In Fig. 8 ist eine Ausführungsform eines U-profilförmigen Blendenkörpers (70) mit kreisförmigen Blendenöffnungen (74A, 74B) gezeigt. FIG. 8 shows an embodiment of a U-shaped aperture body ( 70 ) with circular aperture openings ( 74 A, 74 B).
In Fig. 7 und 9 sind weitere Ausführungsformen des Blendenkörpers (70) gezeigt. Diese gehen aus den U-profilförmigen Blendenkörpern (70) durch Abschneidung sich jeweils diagonal gegenüberliegender Stirnseitenhälften hervor. Durch diese Maßnahme wird wiederum das Massenträgheitsmoment reduziert. Zum besseren Verständnis ist in Fig. 10 eine Draufsicht (nicht maßstabsgetreu) auf den Blendenkörper (70) aus Fig. 9 mit "hochgeklappten" halbierten Stirnseiten (76A, 76A*) gezeigt.In Figs. 7 and 9 show further embodiments of the visor body (70) are shown. These emerge from the U-shaped diaphragm bodies ( 70 ) by cutting diagonally opposite end halves. This measure in turn reduces the moment of inertia. For better understanding, FIG. 10 shows a top view (not to scale) of the diaphragm body ( 70 ) from FIG. 9 with the end faces ( 76 A, 76 A *) "folded up" in half.
Der Intensitätsverlauf (I/IMax) des LASER-Strahles (2) über den Querschnitt entspricht einer Gaußverteilung (vgl. Fig. 11 und 11A). Der bei weitem überwiegende Teil der Laserintensität (I) liegt innerhalb eines definierten Strahldurchmessers (D*), wobei jedoch auch außerhalb dieses Strahldurchmessers (D*) eine nach außen exponentiell abklingende Intensität (I) vorhanden ist. Mit dieser Intensitätsverteilung tritt der LASER-Strahl (2) in den von einem verschwenkbaren Doppelblendensystem gebildeten Blendenkörper (70) ein - vgl. Fig. 11 bis 14.The intensity profile (I / I Max ) of the LASER beam ( 2 ) over the cross section corresponds to a Gaussian distribution (see FIGS. 11 and 11A). The vast majority of the laser intensity (I) lies within a defined beam diameter (D *), although an intensity (I) which exponentially decays is also present outside this beam diameter (D *). With this intensity distribution, the LASER beam ( 2 ) enters the diaphragm body ( 70 ) formed by a pivotable double diaphragm system - cf. Fig. 11 to 14.
Bei der Verschwenkung des Blendenkörpers (70) um einen Abschattungswinkel (ϕ) wird der LASER-Strahl (2) in seiner Querschnittsfläche an seinen Rändern gleichmäßig abgeschattet. Der Intensitätsverlauf (I/IMax.) des LASER-Strahles (2) nach Passieren des Blendenkörpers (70) ist in Fig. 11A dargestellt.When the diaphragm body ( 70 ) is pivoted by a shading angle (ϕ), the cross-sectional area of the LASER beam ( 2 ) is shaded evenly at its edges. The intensity curve (I / I max. ) Of the LASER beam ( 2 ) after passing through the diaphragm body ( 70 ) is shown in FIG. 11A.
Der Abschattungsendwinkel (ϕTot.) bestimmt sich aus dem Blendendurchmesser (D) und dem Abstand (L) der Blendenöffnungen (74A/74B) zueinander: ϕTot. = arctan (D/L).The end shading angle (ϕ Tot. ) Is determined from the aperture diameter (D) and the distance (L) between the apertures ( 74 A / 74 B): zueinander Tot. = arctan (D / L).
Bei den herkömmlichen Laserbeschriftungsanlagen führt der außerhalb des definierten Strahldurchmessers (D) vorhandene Intensitätsanteil oft zu "Verschmierungen" zwischen eng benachbarten LASER- Schreibflecken (21), wo diese Anteile sich überlappend addieren. Dies wird durch die oben beschriebenen von einem verschwenkbaren Doppelblendensystem gebildeten Blendenkörper (70) vermieden.In conventional laser marking systems, the intensity component outside the defined beam diameter (D) often leads to "smearing" between closely adjacent LASER writing spots ( 21 ), where these components add up overlapping. This is avoided by the diaphragm bodies ( 70 ) described above formed by a pivotable double diaphragm system.
In einer alternativen Ausführungsform ist der Blendenkörper (70) von einer dünnen Platte (77) - vgl. Fig. 16 bis 17 - oder einer dünnen Scheibe (nicht dargestellt) gebildet. Die Platte (77) ist um eine in der Plattenebene liegende und senkrecht durch den Mittelpunktstrahl (20) verlaufende Achse verschwenkbar, wobei die Platte (77) in der maximal lichtdurchlässigen Stellung parallel zum LASER-Strahl (2) angeordnet ist. Mit dieser Ausführungsform des Blendenkörpers (70) wird der LASER-Strahl (2) von innen heraus abgeschattet. Zur Befestigung der Galvanometer-Schwenkachse (72) an die Platte (77) weist die Schwenkachse (72) endseitig einen seitlich und stirnseitig offenen Aufnahmeschlitz (72A) auf, zwischen den die Platte (77) eingesteckt wird. In der eingesteckten Stellung ist die Platte (77) über eine Arretierschraube (78) fixierbar. Über entsprechende Arretierschrauben (nicht dargestellt) kann die Schwenkachse (72) auch in den Aufnahmebuchsen (75) der weiter oben beschriebenen Blendenkörper (70) befestigt werden. Statt dessen ist es auch möglich, die Galvanometer-Schwenkachse (72) jeweils in der Aufnahmebuchse (75) einzukleben.In an alternative embodiment, the diaphragm body ( 70 ) is made of a thin plate ( 77 ) - cf. Fig. 16 to 17 - (not shown) or a thin disk formed. The plate ( 77 ) can be pivoted about an axis lying in the plane of the plate and running perpendicularly through the center beam ( 20 ), the plate ( 77 ) being arranged parallel to the LASER beam ( 2 ) in the maximum translucent position. With this embodiment of the diaphragm body ( 70 ), the LASER beam ( 2 ) is shaded from the inside. To fasten the galvanometer swivel axis ( 72 ) to the plate ( 77 ), the swivel axis ( 72 ) has a receiving slot ( 72 A) which is open at the end and at the end and between which the plate ( 77 ) is inserted. In the inserted position, the plate ( 77 ) can be fixed using a locking screw ( 78 ). The pivot axis ( 72 ) can also be fastened in the receiving bushes ( 75 ) of the diaphragm bodies ( 70 ) described above by means of corresponding locking screws (not shown). Instead of this, it is also possible to glue the galvanometer pivot axis ( 72 ) in each case in the receiving bushing ( 75 ).
Damit die von den abschattenden Oberflächen des Blendenkörpers (70)
ausgebledete, intensive LASER-Strahlung keine
Sicherheitsgefährdung darstellt, sind verschiedene Maßnahmen
vorgesehen:
Bei den rohrförmigen Blendenkörpern (70) bewirken die gekrümmten
Oberflächen eine Divergenz der reflektierten LASER-Strahlung,
wodurch die Intensität pro Fläche gemindert wird. Außerdem ist es
vorgesehen, die abschattenden Oberflächen zur Erzeugung einer
diffusen Lichtreflexion aufzurauhen. Dies kann z. B. chemisch durch
Ätzen oder mechanisch durch Sandstrahlen erfolgen. Alternativ dazu
ist es vorgesehen, die abschattenden Oberflächen mit einer
absorbierenden Schicht zu versehen.Various measures are provided so that the intense LASER radiation which is shielded from the shading surfaces of the diaphragm body ( 70 ) does not pose a safety hazard:
In the case of the tubular diaphragm bodies ( 70 ), the curved surfaces cause the reflected LASER radiation to diverge, as a result of which the intensity per area is reduced. It is also provided that the shading surfaces are roughened to produce a diffuse light reflection. This can e.g. B. chemically by etching or mechanically by sandblasting. Alternatively, it is provided to provide the shading surfaces with an absorbent layer.
Als Materialien für die Blendenkörper (70) kommen solche in Betracht, die ein geringes Massenträgheitsmoment ermöglichen. Die Verwendung von Aluminium ist aufgrund des geringen spezifischen Gewichts vorteilhaft. Bei der Verwendung von Edelstahl können die Wandstärken der Blendenkörper (70) gegenüber Aluminium-Blendenkörpern bei gleicher Stabilität reduziert werden. Statt aus Metall kann der Blendenkörper (70) auch aus Kunststoff hergestellt sein.Suitable materials for the diaphragm body ( 70 ) are those that enable a low moment of inertia. The use of aluminum is advantageous due to the low specific weight. When using stainless steel, the wall thicknesses of the panel bodies ( 70 ) can be reduced compared to aluminum panel bodies with the same stability. Instead of metal, the diaphragm body ( 70 ) can also be made of plastic.
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