DE69002130T2

DE69002130T2 - Ein System zum Markieren von Gegenständen durch Laserstrahlen.

Info

Publication number: DE69002130T2
Application number: DE90500051T
Authority: DE
Inventors: Ravellat Ramon Sans
Original assignee: Codilaser SA
Current assignee: Codilaser SA
Priority date: 1989-06-07
Filing date: 1990-06-04
Publication date: 1994-01-27
Anticipated expiration: 2010-06-05
Also published as: EP0402298A2; EP0402298B1; ATE91246T1; ES2013193A6; JP2852693B2; DE69002130D1; DK0402298T3; ES2043336T3; EP0402298A3; US5021631A; JPH03170917A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zum Kennzeichnen sich bewegender Objekte durch Laserstrahlen, das eine Quelle umfaßt, die Laserstrahlen entlang eines Weges emittiert.
Mit zunehmender Häufigkeit müssen Packungen oder Produkte selbst mit Daten gekennzeichnet werden, die ein Datum, eine Losnummer, ein Verfallsdatum oder ein anderes Detail anzeigen, das nur als besonderer Zeitpunkt bekannt ist, wie z.B. wann das Produkt verpackt wurde, oder wann das Produkt selbst hergestellt wurde. Diese Anforderung, die mit dem Zeitpunkt des Kennzeichnens zusammenhängt, verhindert eine vorherige Aufnahme in den Etikettendruck, in den Druck der Packung oder z.B. in die Form für die Endherstellung des Produkts.
Überdies geht die Produktion, das Verpacken o.ä. häufig mit sehr hoher Geschwindigkeit vor sich, wodurch das Kennzeichnen mit herkömmlichen Mitteln einen sehr großen Zeitverlust mit sich bringen wurde.
Als Folge der obigen Umstände wurde für den genannten Kennzeichnungsvorgang aufgrund dessen, daß Laserstrahlen am Auftreffpunkt eine große Energiemenge erzeugen können, bereits zu den genannten Laserstrahlen gegriffen. Dennoch basieren die allgemein bekannten Systeme auf dem Einsetzen einer Maske zwischen der Quelle der Laserstrahlen und der zu kennzeichnenden Fläche. Eine Maske ist eine Vorrichtung, die den Strahlen nur gestattet, durch Spalten hindurchzugehen, die die anzubringenden Zeichen definieren. Dennoch liefern diese Masken Bilder, die zeitlich nicht variabel sind, und um verschiedene Bilder herstellen zu können, ist es notwendig, eine Vielzahl von Masken verfügbar zu haben, deren entsprechende Anordnung mit einer langen Übergangszeit von einem Buchstaben zum anderen von etwa 200 Millisekunden von einem Schrittmotor gesteuert wird. Unter Übergangszeit zwischen Buchstaben wird die Zeit verstanden, die zwischen einem alphanumerischen Zeichen und dem nächsten verstreichen muß, damit der Vorgang fehlerfrei ist.
Andererseits ist eine Eigenschaft des Germaniumkristalls bekannt, die es befähigt, seinen Brechungsindex abhängig von der Frequenz eines empfangenen akustischen Signals zu verändern. Um diese Veränderungen zu erreichen, wird ein Wandler aus gut leitendem Material angepaßt, der die Funktion des Anpassens des Germaniumkristalls an ein akustisches Signal, d.h. die Schallgeschwindigkeit (5500 m/s) innerhalb des Kristalls erfüllt.
Eine Anwendung dieser Eigenschaft ist in bezug auf die Konfiguration eines Lasergenerators bekannt. Diese Konfiguration ist im wesentlichen wie folgt:
Es wird eine Generatoreinrichtung für Photonen konstanter Wellenlänge, wie z.B. eine Unterdruck-Plasmaröhre mit einem Gasgemisch (CO&sub2;, N&sub2;, He) genommen und darin eine elektrisches Feld erzeugt, wodurch ein Photonenstrahl erzeugt wird. Dieser Photonenstrahl wird in einen von zwei Spiegeln gebildeten Hohlraum geführt, von denen einer teilweise reflektierend und der andere 100% reflektierend ist. Wenn die akkumulierte Lichtenergie hoch genug ist, tritt eine Laseremission durch den teilweise reflektierenden Spiegel auf.
Um einen gepulsten Laserstrahl zu erzeugen, wird in dem Laserhohlraum in der Richtung des Photonenstrahls ein Germaniumkristall mit einem Wandler eingesetzt, das, wenn es mit einem Radiofrequenzsignal angeregt wird, eine Abweichung des Photonenstrahlweges bewirkt, wodurch die Laseremission unterbrochen wird.
Wenn das Radiofrequenzsignal unterbrochen wird, wird der Photonenstrahlweg wiederhergestellt, wodurch wiederum eine Laseremission erzeugt wird. Es ist zu bemerken, daß während der Zeit, in der der Strahl unterbrochen ist, eine beträchtliche Erhöhung der Energie innerhalb des Hohlraums auftritt, wodurch ein hochenergetischer Laserpuls erzeugt wird, wenn die Emission wiederhergestellt wird.
Unabhängig vom obigen ist es Aufgabe der Erfindung, für ein Kennzeichnungssystem für sich bewegende Objekte Vorteil aus der obengenannten Eigenschaft des Germaniumkristalls zu ziehen, das außerhalb des obengenannten Hohlraums angeordnet (außerhalb des Hohlraums befindlich) ist.
Diese Aufgabe wird durch ein System gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß in den Weg des Laserstrahls ein außerhalb des Hohlraums befindlicher optischer Deflektor eingesetzt wird, der ein Germaniumkristall und einen Wandler umfaßt, der angepaßt ist, um Radiofrequenzsignale in Schallwellen umzuwandeln, die zum Anregen des genannten Germaniumkristalls geeignet sind; daß es außerdem eine Schalteinheit gibt, die eine Serie von wenigstens fünf Festfrequenz-Oszillatoren umfaßt, wobei die Frequenz jedes Oszillators von der der anderen verschieden ist, wobei die Schalteinheit außerdem einen elektronischen Schalter mit einer Schaltzeit von weniger als 3 Mikrosekunden umfaßt, der am Ausgang eines jeden Oszillators angeordnet ist; und daß eine Steuereinheit immer einen der genannten Schalter auswählt, um zu jeder Zeit einen der genannten Oszillatoren mit dem genannten Wandler zu verbinden.
Daher basiert das System, auf welches sich der vorangehende Absatz bezieht, darauf, daß es bewirkt, daß nacheinander vorher programmierte unterschiedliche Frequenzen den genannten Wandler erreichen; jede unterschiedlich Frequenz erzeugt einen anderen Brechungsindex in dem Germaniumkristall, und offensichtlich korrespondiert zu jedem Brechungsindex eine andere Brechung (Ablenkung) der einfallenden Strahlen.
Nach umfangreichen Versuchen wurde ermittelt, daß die optimalen Arbeitsfrequenzen des Germaniumkristalls mit seinem Wandler im Radiofrequenzband (z.B. 70 MHz) liegen, und es ist möglich, eine Bandbreite von 20 MHz bei ±3 Dezibel zu erhalten.
Wie oben erklärt wurde, muß beim System der Erfindung der optische Deflektor von einer geeigneten elektronischen Einrichtung begleitet sein, die jederzeit die Steuerung jeder der Ablenkungen gestattet.
Die genannte elektronische Einrichtung wurde auf der Basis einer Serie von mit hoher Geschwindigkeit geschalteten Festfrequenz-Oszillatoren entwickelt, wodurch ein frequenzmoduliertes Signal erhalten wird, und zu jeder der Frequenzen korrespondiert ein Punkt, der anschließend benutzt wird, um das Laserbild zu bilden.
Durch Verändern des Schaltens der verschiedenen Frequenzen ist es möglich, alphanumerische Zeichen und jedes Zeichen, das von einer Längsmatrix von 20 Punkten gebildet werden kann, zu erzeugen, d.h. in der Brennweite können wenigstens zwanzig verschiedene Laserpunkte erhalten werden.
Das erfindungsgemäße System liefert dadurch den bedeutenden Vorteil gegenüber anderen Laser-Kennzeichnungssystemen, daß Zeichenwechsel in sehr kurzer Zeit (weniger als 1 Mikrosekunde) ohne Begrenzung der Zeichen pro Zeile ausgeführt werden können.
Außer der Serie von Festfrequenz-Oszillatoren ist die elektronische Einrichtung am Ausgang jedes Oszillators mit einem elektronischen Schalter mit einer Schaltzeit von weniger als 2,5 Mikrosekunden versehen. Jeder Schalter wird von einem Mikroprozessor (z.B. einem 8085er Mikroprozessor) gesteuert, der eine vom zum relevanten Zeitpunkt anzubringenden Punkt abhängige Ein/Aus-Information erzeugt.
Die zur Erzeugung der Zeichen benutzte Form kann die einer 5 x 5-Punktmatrix sein. Dadurch werden nur 5 Punkte in Längsrichtung, d.h. in vertikaler Richtung, erzeugt, wobei es die horizontale Geschwindigkeit des zu kennzeichnenden Objekts ist, die automatisch die Bewegung verursacht, um das entsprechende 5 x 5-Bild zu erhalten. Im folgenden ist ein Beispiel beschrieben, bei dem die zu kennzeichnenden Objekte in einer Produktionslinie mit einer Bewegungsgeschwindigkeit von 30 Meter/Minute, äquivalent zu 0,5 mm pro Millisekunde, integriert sind. Wenn in diesem Fall in jeder Millisekunde 5 Punkte erzeugt werden können, kann ein Zeichen mit einer Breite von 4 x 0,5 mm, d.h. 2 mm, erhalten werden.
Um 5 Punkte pro Millisekunde zu erzeugen, ist die dazwischenliegende Zeit 1 Millisekunde geteilt durch die Anzahl der Punkte minus eins, d.h. 250 Mikrosekunden. Wenn die elektronische Einrichtung die Geschwindigkeit der Produktionslinie liest, muß sie folglich Punkte in einer angemessenen Zeit erzeugen, die in diesem Fall 250 Mikrosekunden ist. Die genannte Geschwindigkeit kann von einer Codiereinrichtung gelesen werden. Es ist zu bemerken, daß die genannte Zeit von 250 Mikrosekunden viel länger als die des Germaniumkristalls ist, die in der Größenordnung von 750 Nanosekunden ist. Die genannte Zeit des Germaniumkristalls bezieht sich auf die Zeit des Übergangs von der 0-Linie, d.h. Abwesenheit eines akustischen Signals, zu der Linie, die der gewählten Frequenz entspricht.
Es wird darauf hingewiesen, daß die Anregungsenergie des Lasers, die jeder Punkt haben wird, 250 Mikrosekunden mal der Laserleistung ist. Die erforderliche Leistung hängt vom zu kennzeichnenden Material ab. Für Tapete oder Glanzpapier ist eine Energie von 7,5 Millijoules erforderlich, wodurch die Leistung eines 30 W-Lasers bei 10,6 Mikrometern (CO&sub2;) erforderlich würde.
Im folgenden wird auf die Figuren Bezug genommen, die eine bevorzugte Ausführungsform des Systems der Erfindung betreffen.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm der genannten bevorzugten Ausführungsform,
Fig. 2 ist ein Diagramm des Aufbaus der Steuereinheit.
Eine Lasereingangslinie 2 trifft auf das Germaniumkristall 1 auf und geht bei Abwesenheit eines akustischen Signals innerhalb des Kristalls ohne Brechung entlang der Linie 3 durch es hindurch. Wenn das Kristall mit einem 40 W-Radiofrequenzsignal vom Wandler 4 angeregt wird, wird die Linie 2 wie durch Linie 5 dargestellt gebrochen, wobei sich ein Brechungswinkel von 77 Milliradianen ergibt.
Das dem Wandler eingegebene Signal kommt von einem Linearverstärker 6 für Radiofrequenzen mit einem 50 W-Ausgang, mit einem 600 Milliwatt-Eingang, einer Ausgangsimpedanz von 50 Ohm und einer Bandbreite von ±10 MHz.
Die Schalteinheit 7 umfaßt eine Serie von Festfrequenz-Oszillatoren und die Schalter, die für die Erzeugung des frequenzmodulierten Signals erforderlich sind.
Die Steuereinheit 8 umfaßt zusammen mit einem Permanentspeicher (PROM), in dem der Zeichengenerator gespeichert ist, einen Mikroprozessor für die Prozeßsteuerung. Der Mikroprozessor wird zur Durchführung des Schaltens 9 über eine RS 232- Schnittstelle mit einem nicht gezeigten externen Rechner und um sowohl die verschiedenen anzubringenden Zeichen bilden als auch eine fortlaufende Numerierung und/oder Datums- und Zeitmarkierung ausführen zu können, von einem Programm mit Ein- Ausgabe-Protokollen gesteuert.
Um den Teil der Steuereinheit 8, der den Mikroprozessor bildet, mit dem vorgenannten externen Rechner zu verbinden, wird eine Schnittstellenschaltung 10 verwendet, d.h. er fungiert als Peripheriegerät des Zentralrechners.
Schließlich umfaßt ein Geschwindigkeitsmesser 11 eine Codiereinrichtung, die in Verbindung mit der Produktionslinie steht, auf der die zu kennzeichnenden Objekte liegen. Er umfaßt außerdem die für das Konvertieren der erhaltenen Geschwindigkeitsablesungen in für den Mikroprozessor geeignete Information nötige elektronische Einrichtung.
Mit Bezug auf Fig. 2 ist zu erkennen, daß die Steuereinheit 8 die folgenden Untereinheiten umfaßt: einen Mikroprozessor 12, eine programmierbare Zeitbasis und Steuerung 13 und den Zeichengenerator 14. Der Mikroprozessor 12 empfängt vom externen Rechner, nicht gezeigt, über die Schnittstelle 10 über die Leitung 15 die Information über die Zusammensetzung des anzubringenden Codes. Eine solche Information umfaßt die folgenden Aspekte: a) Zeichenformat, b) Anzahl der Druckzeilen und c) anzubringender alphanumerischer Code.
Mit dieser Information konfiguriert der Mikroprozessor 12 die Untereinheiten 13 und 14.
Die Leitung 16 wird benutzt, um die verschiedenen alphanumerischen Codes zum Zeichengenerator 14 zu übertragen. Diese Übertragung ist senquentiell und durch das Ende der Code-Druckzeilen 17 gesteuert. Die Übertragung ist ein Parallelsignal von n Bits, d.h. es ist möglich, 2n verschiedene Codes zu konfigurieren.
Ein Teil der programmierbaren Steuerung 13, der einen Zähler bildet, führt eine fortlaufende Zählung durch; der maximale hexadezimale Wert des Zählers und die Zeit, in der der Zähler auf demselben Wert ist, hängt von der Anzahl der Druckzeilen und der Geschwindigkeit des zu kennzeichnenden Objekts ab.
Die Leitung 18 ist der Zählungsausgang der Untereinheit 13. Die Anzahl der Informationsbits ist dieselbe wie die minimale Anzahl der benutzten Frequenzen, daher besteht eine direkte Beziehung zwischen dem Code auf Leitung 18 und dem Code auf Leitung 16. Mit anderen Worten: auf Leitung 16 ist der Code des anzubringenden alphanumerischen Zeichens, welches das von dem Permanentspeicher (PROM) verarbeitete ist. Am Ausgang des PROM gibt es einen Binärcode, der sowohl die Schalter, auf die zugegriffen werden soll, und jene, auf die nicht zugegriffen werden soll, als auch den Zeitpunkt des Zugriffs oder der Betätigung des entsprechenden Schalters angibt, welche durch die Leitung 19 stattfindet, die sich zu der Schalteinheit 7 erstreckt. Es wird nur zugegriffen, wenn die Zählungsausgangs- Leitung 18 mit dem entsprechenden Bit des Codegenerators beim PROM übereinstimmt.
Der Geschwindigkeitsmesser 11 arbeitet auf zwei Arten. Erstens verändert er die Zeitbasis der Untereinheit 13 über die Leitung 20, und zweitens liefert er einen Binärcode von n Bits zum Verändern und Korrigieren der allgemeinen Arbeitszeit über die Leitung 21 an den Mikroprozessor 12. Der Geschwindigkeitsmesser 11 kann mit einer Anzeige 22 verbunden werden, die die Geschwindigkeit der Bewegung (d.h. in Metern pro Sekunde) der zu kennzeichnenden Objekte zeigt.

Claims

1. System zum Kennzeichnen sich bewegender Objekte durch Laserstrahlen, das eine Quelle umfaßt, die Laserstrahlen entlang eines Weges (2) emittiert, dadurch gekennzeichnet, daß in dem genannten Weg (2) ein außerhalb des Hohlraums befindlicher optischer Deflektor eingesetzt wird, der ein Germaniumkristall (1) und einen Wandler (4) umfaßt, der angepaßt ist, um Radiofrequenzsignale in Schallwellen umzuwandeln, die zum Anregen des genannten Germaniumkristalls (1) geeignet sind; daß es außerdem eine Schalteinheit (7) gibt, die eine Serie von wenigstens fünf Festfrequenz-Oszillatoren umfaßt, wobei die Frequenz jedes Oszillators von der der anderen verschieden ist, wobei die Schalteinheit (7) außerdem einen elektronischen Schalter mit einer Schaltzeit von weniger als 3 Mikrosekunden umfaßt, der am Ausgang eines jeden Oszillators angeordnet ist; und daß eine Steuereinheit (8) angepaßt ist, um immer einen der genannten Schalter auszuwählen, um zu jeder Zeit einen der genannten Oszillatoren mit dem genannten Wandler (4) zu verbinden.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz jedes der genannten Festfrequenz-Oszillatoren im Radiofrequenzband mit einer Bandbreite von 20 MHz liegt.

3. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es einen linearen Radiofrequenz-Verstärker (6) umfaßt, der das Signal von den Festfrequenz-Oszillatoren empfängt und es zu dem genannten Wandler (4) überträgt.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Verstärker (6) einen 50 W-Ausgang, einen 600 mW-Eingang und eine Ausgangsimpedanz von 50 Ohm hat.

5. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Steuereinheit (8) einen Mikroprozessor (12) und einen Permanentspeicher, der einen Zeichengenerator (l4) enthält, umfaßt.

6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Mikroprozessor (12) von einem Programm mit Ein-Ausgabe-Protokollen zum Ausführen des Schaltens mit einem externen Rechner gesteuert wird, um die anzubringenden Zeichen zu bilden.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Schalten durch eine Schnittstellenschaltung (10) bewirkt wird.

8. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Meßeinrichtung (11) für die Geschwindigkeit der zu kennzeichnenden sich bewegenden Objekte umfaßt.

9. System nach Anspruch 8, bei dem die sich bewegenden Objekte von einer Produktionslinie befördert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Meßeinrichtung (11) für die Geschwindigkeit mit der genannten Produktionslinie in Verbindung steht.