EP0961688B1 - Vorrichtung zum beschriften von materialien mit einem laser - Google Patents

Vorrichtung zum beschriften von materialien mit einem laser Download PDF

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EP0961688B1
EP0961688B1 EP98912243A EP98912243A EP0961688B1 EP 0961688 B1 EP0961688 B1 EP 0961688B1 EP 98912243 A EP98912243 A EP 98912243A EP 98912243 A EP98912243 A EP 98912243A EP 0961688 B1 EP0961688 B1 EP 0961688B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
laser
unit
hand
crystal
control unit
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP98912243A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0961688A1 (de
Inventor
Andreas Kuntze
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chromatron Laser Systems GmbH
Original Assignee
Chromatron Laser Systems GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chromatron Laser Systems GmbH filed Critical Chromatron Laser Systems GmbH
Publication of EP0961688A1 publication Critical patent/EP0961688A1/de
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Publication of EP0961688B1 publication Critical patent/EP0961688B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/435—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material
    • B41J2/44—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material using single radiation source per colour, e.g. lighting beams or shutter arrangements
    • B41J2/442—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material using single radiation source per colour, e.g. lighting beams or shutter arrangements using lasers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J3/00—Typewriters or selective printing or marking mechanisms characterised by the purpose for which they are constructed
    • B41J3/36—Typewriters or selective printing or marking mechanisms characterised by the purpose for which they are constructed for portability, i.e. hand-held printers or laptop printers

Definitions

  • the invention relates to a device for labeling of materials with a laser according to the preamble of claim 1.
  • a resonator is arranged in the laser head of the solid-state laser, that of a so-called pump chamber, two mirrors and an acousto-optical switch, a so-called Q switch.
  • a so-called pump chamber There are one in the pumping chamber YAG crystal rod and one or more krypton arc lamps, whose light is imaged in the crystal stick, which on emits light with a predetermined wavelength at both end faces. This light is reflected in by the two mirrors reflects the crystal rod, with the mirror on the rear End of the resonator reflects about 99.9% during the front mirror transmits 12% and thus the working beam forms.
  • the Q-Switch interrupts the work beam up to 40,000 times per second and thus generates power peaks up to 1,000 times the continuous wave or cw laser operation.
  • the resonator also contains a mechanical switch (Shutter) to interrupt the laser beam and a bracket, in which a fashion aperture is fixed for specific applications to a higher beam quality (e.g. in basic mode) to reach.
  • a mechanical switch Shutter
  • the Laser beam leaving the resonator by a factor of 2 to 10 expanded.
  • the expanded laser beam is in one Deflection unit using two galvanometer mirrors in X and Deflected in the Y direction and via a flat field focusing lens focused on one workpiece.
  • the known laser marker is a laser system with a Coordinate table, a rotary indexing table with an inlet and outlet tunnel and optionally with a double head arrangement trained as he also as a solid-state laser Material processing, that means for cutting, joining, drilling and the like.
  • Is used with high laser powers wherein the laser also with a supply cabinet and if necessary to connect with an external heat exchanger is.
  • Such a laser marking system as they is also the subject of DE 33 18 768 Al, is voluminous built up and can therefore only be used stationary. She also has considerable power requirements and low efficiency, because a lot of the power consumed to ensure proper operation using the Cooling device must be removed.
  • Such a laser system has considerable dimensions and requires a water connection for cooling the Lasers and a three-phase connection for a power requirement of approx. 8 kW.
  • This laser system requires a lot of maintenance, an ion exchanger because of the water connection and a particle filter are required and high lamp consumption as well as considerable wear of the pump chamber must be accepted.
  • Another laser marking machine is from JP-A-08 001 999 known to have a low power laser (Low-power laser) and a deflection unit. Means this plant is on a light sensitive surface an image of a drum by electrostatic charge generated. To do this, the drum is laser beamed exposed. Expose to the entire surface of the drum to be able to, the drum rotates about its axis of rotation. In addition is the deflection unit in the longitudinal direction of the drum movably arranged along the surface of the drum.
  • the known device is used in a laser printer, to label paper.
  • toner is applied to the Drum applied to the electrostatically charged only Make the drum stick. Subsequently will use the paper to apply the toner to the paper passed over the drum.
  • the known device has the disadvantage that it an elaborate and accurate guide is required to ensure adequate Relative movement between the drum and the deflection unit to ensure the entire surface of the Drum can be reached by the laser beam. can. Amongst other things this requires a complex adjustment device to ensure that the laser beam by means of the deflection unit also reached any position on the surface of the drum.
  • the known device must be permanently installed in one place. To the well-known To be able to use the device in another location it must first be dismantled, transported to the other location and then reassembled. This requires one enormous effort that causes high costs. Basically the known device can therefore only be used in a stationary manner.
  • the object of the present invention is a device for labeling almost any material various ways with a laser with small dimensions and light weight and optimal manageability and greatest possible mobility with low operating costs create.
  • the solution according to the invention creates a mobile device for labeling objects with a solid-state laser, the themselves by small dimensions and light weight as well characterized by a simple structure.
  • the labeling device is both regarding data entry as well with regard to the dispensing head, can be configured variably and can with any additional devices, such as one digital video camera, a CCD imager, a scanner and the like.
  • Any configuration can be in at least one housing of the marking laser for an application-oriented Structure to be created.
  • the labeling device from a handheld device contains a deflection unit and a solid-state laser and which is connected to a portable device via a cable connection which is a control device and a power supply device has, for example an accumulator and / or a power supply. It is also an interface for connecting the control device to a external control and / or input unit provided.
  • the handheld device contains only the deflection unit and is over a fiber optic cable connected to a carrying device that the Solid state laser, the control device and the power supply device contains an interface for connecting the control device to the external one Control and / or input unit is provided.
  • all modules in can be summarized in a housing that as a handheld device or Tabletop device is designed.
  • the dimensions are so compact that the handheld device is designed, for example, in the form of a pistol and the carrying device can be accommodated in a housing can with a hip and / or shoulder strap Operator is connectable.
  • maximum mobility is achieved by the operator permitted, laser inscriptions in any place independently by a supply cabinet or the like.
  • the handheld device with a scanning unit, for example a scanner, a video camera or a digital camera.
  • a scanning unit for example a scanner, a video camera or a digital camera.
  • an image is taken with the scanning unit is applied to an object by means of the hand-held device can be.
  • the device is therefore particularly suitable for the management of a warehouse in which goods are stored are provided with a barcode for identification are.
  • the barcodes are Read scanners, to a computer arranged in the hand-held device or forwarded to another, higher-level central computer and processed there. Should the barcode one time need to be changed, the old barcode very easily made unrecognizable or destroyed and the new barcode is applied to the goods.
  • the solution is a recording unit for those to be labeled Objects provided in which a distance measuring device for Delivery of a controlling the focusing of the laser beam Distance measuring signal and a switching device for release of the laser beam with correct positioning of the one to be labeled Object are arranged.
  • a distance measuring device for Delivery of a controlling the focusing of the laser beam Distance measuring signal and a switching device for release of the laser beam with correct positioning of the one to be labeled Object are arranged.
  • it is a mechanical stop for static focusing of the Laser beam provided.
  • the arrangement of a recording unit for labeling Objects ensures a safe positioning of the labeling object in the focal plane of the laser beam as well as safe handling of the labeling device.
  • a lens system for example a lens system an autofocus camera.
  • control device wireless via a radio, infrared or ultrasound transmission and Receiver unit with an external control and / or input unit connected.
  • control device as well as, if applicable Parts of the power supply device from film circuits built using SMD techniques and are therefore particularly suitable for a compact Structure and housing in component housings, which on Body of the operator can be worn.
  • the laser consists of one with one Laser diode longitudinally pumped solid-state laser, the one Laser bench with a laser crystal, a Q switch, one highly reflective resonator mirror and a decoupling mirror contains, preferably the laser crystal none or the lowest possible stress birefringence and also a long fluorescence life with the lowest possible Has dimensions.
  • the solid-state laser is optionally available with an active Q-switch, i.e. with an optoacoustic crystal or with a passive Q-switch and a laser diode, which is operated in pulsed mode, among other things.
  • an active Q-switch i.e. with an optoacoustic crystal or with a passive Q-switch and a laser diode, which is operated in pulsed mode, among other things.
  • the laser diode preferably has the highest possible Efficiency.
  • the Laser diode with a cooling element, for example with a Peltier element, chilled. It is envisaged both Laser diode driver as well as the Peltier driver either in Handheld device or to be arranged in the carrying device. It is under "Driver" the corresponding supply board of a component Roger that.
  • the individual laser components are preferably very arranged compactly to each other to a minimum dimension to achieve, which ensures mobile handling.
  • a short resonator geometry is used so that very short laser pulses and thus a high peak pulse power be generated.
  • the short resonator geometry preferably by a folded Beam path by means of a corresponding mirror arrangement, for example two arranged at 45 ° to the beam axis Mirror, provided.
  • the device also has optics Beam expansion, preferably by means of two lenses.
  • optics Beam expansion preferably by means of two lenses.
  • the beam expansion by another, consisting of at least two mirrors Mirror system provided that preferably also a folded beam path through multiple Has reflection.
  • polarizers provided to generate polarized laser light.
  • this light can also pass through the laser crystal be generated yourself.
  • Diffraction efficiency of an acousto-optical quality switching element is particularly advantageous because since the device according to the invention preferably at least optics with high diffraction efficiency, in particular a crystal, which has the laser process in the resonator with low radio frequency power input at the same time interrupts efficiently.
  • the elements of the device according to the invention made of fiber composite materials, ceramic or plastic manufactured.
  • the optics are glued assembled and / or attached.
  • a drive unit a read / write head of a data memory, in particular a magnetic or optical data storage, to provide.
  • the invention is not based on this Type of drive unit restricted. Rather, too conventional drive units, for example galvanometer scanners, act as drive units for the deflection unit become.
  • Block diagrams of devices for labeling objects with a solid-state laser are made up of one different groupings of similar components together. They can be illustrated by further examples supplement, which consist of similar groups, for example the summary of all assemblies in a laser marking device provided with a housing, that in the form of a tabletop device as a mobile labeling station is trained.
  • labeling includes every type of object marking understood, for example the mistake with any font, but also the creation of Picture elements and three-dimensional engravings. Farther the term “labeling” is used to remove labeling elements by removing surface layers (e.g. barcodes, graffiti, etc.) and the like.
  • FIG. 1 shows the block diagram of a compact hand laser marking device, coming from a handheld device 1 and a one- or two-part carrying device 2.
  • the handheld device 1 contains in this embodiment a deflection unit 7 in front of the object to be labeled is placed or with a recording unit for recording and adjustment of the object to be labeled can be connected is.
  • the hand-held device 1 also contains a scanning unit 8, for example from a scanner, a CCD image converter or a digital video camera.
  • the carrying device 2 contains a control device 21, a Solid-state laser 4 and a power supply device 22, which is connected to the units of the carrying device.
  • the Control device 21 has a microprocessor 11, a RF generator 12, a read / write memory or a different storage medium 13, signal amplifier 200 for Amplification of the control signals for those in the deflection unit 7 mirror adjustments (galvanometer scanner) and an input and monitoring unit 14 on, while the solid-state laser 4 from a laser bank 5 (or another mechanically stable construction of the Laser components) and a laser diode 6.
  • the Laser bank 5 contains a longitudinal or transverse pumped laser crystal 50, a Q switch 51 (active or passive Q-switch) and a highly reflective resonator mirror 52 and a coupling mirror 53.
  • the signal amplifiers 200 may omitted because the drive unit of the read / write head is on already has such signal amplifiers.
  • the output of the solid-state laser 4 is via a glass fiber cable 17 connected to the deflection unit 7.
  • the fiber optic cable 17 can be combined with an electrical cable the connecting lines 31 between the microprocessor 11 and the scanning unit 8, the microprocessor 11 and the Deflection unit 7 and a power supply cable for connection the power supply device 22 with the handheld device 1 contains.
  • the control device is arranged separately 21 and the solid-state laser 4 from the power supply device 22, for example in different housings or parts of a housing is an additional power supply cable between the control device 21 and the solid-state laser 4 on the one hand and the power supply device 22 on the other hand.
  • the power supply device 22 is composed of an accumulator 9 and a power supply 10 together. In this Power supply device is also the driver of one Peltier element, not shown, provided for cooling arranged.
  • An external control and monitoring unit is via an interface 15 3 with the microprocessor 11 of the control device 21 connected to input any data.
  • an external control and monitoring unit is via an interface 15 3 with the microprocessor 11 of the control device 21 connected to input any data.
  • a cable external control and monitoring unit 3 is also a wireless transmission possible, so that instead of one Plug connection as interface 15 an electromagnetic electro-optical or electro-acoustic transmission of Signals between an external control and monitoring unit and the control device 21 can be provided can.
  • direct data entry for example done via a miniature laptop.
  • the solid-state laser 4 consists of a laser diode 6 longitudinally or transversely pumped solid-state lasers, its laser bank 5 to increase efficiency and thus maximum power output contains no polarizers.
  • Laser crystal 50 becomes a crystal with no or lowest possible voltage birefringence used, the has minimal dimensions.
  • its RF power for example less than or equal to 2 to 4 watts, and an optimal choice of the laser crystal 50 can the laser bench 5 can be built extremely compact, because at low Only a small amount of heat is dissipated.
  • the operation of the laser bank 5 can optionally be continuous pumped with an active Q-switch (RF source) below Use of an optoacoustic crystal or with a passive Q-switch.
  • RF source active Q-switch
  • Labeling device can by using a folded beam path with mirrors and the like in the deflection unit 7 or in the laser head, so that overall a portable laser marking device with the lowest possible outer dimensions and weight is created.
  • FIG. 2 A variant shown in Figure 2 as a block diagram a laser marking device shows the summary of the solid-state laser 4 with the deflection unit 7 in a handheld device 1 and the summary of the control device 21 with the power supply device 22 in one Carrier 2 together.
  • the control and supply device is electrical Line 18 connected to the handheld device 1.
  • a further connection is via an interface 15 with an external Control and monitoring unit 3 and with one Scanning unit 8 is provided, which is analogous to the embodiment 1 from a digital (video) camera, a CCD image converter or a scanner can exist.
  • the Scanning unit 8 can also be analogous to the arrangement according to FIG Figure 1 can be coupled with the handheld device 1, so that the Handheld device 1 can also be used for signal recording. About that in addition, two are not shown in the carrying device 2 Signal amplifier for amplifying the control signals for the mirror adjustments located in the deflection unit 7 arranged.
  • FIG. 3 shows the use in a schematic sketch the hand laser marking device according to the invention and their composition from a handheld device 1 and a Carrier 2, which in this embodiment has a hip or lap belt 16 connected around an operator's waist is attachable.
  • Alternative types of mounting the Carriers are a backpack shape with on the back too fastening carrying device as well as lateral (belt) fastenings.
  • connection between the handheld device 1 and the carrying device 2 is established via a cable connection 17, 18 optionally from a fiber optic cable and / or an electrical one Connection cable exists.
  • the handheld device 1 can be used, for example, with a video camera 80 are coupled with the recordings for signal input can be made by objects or people who via the signal processing of the control device for control the solid-state laser and the deflection unit become.
  • the handheld device 1 contains in a module arrangement according to 1 shows the deflection unit 7 and, if appropriate, the scanning unit 8 or 80, while in this embodiment the carrying device 2 the solid-state laser, the control device and power supply device contains.
  • the laser arrangement and the deflection unit 7 possibly in connection with a scanning element while the Carrier 2, the control device and the power supply device contains.
  • On the front of the carrying device 2 is a connection 15 of the support device 2 for the connection 17, 18 with the handheld device as well as for an external control and Monitoring unit provided.
  • FIG. 4 shows the summary a semiconductor laser with a laser diode 6 and a collimator optics 55 and the control device a processor 11 and a memory element 13 in one Carrying device on.
  • the power supply device 9 (accumulator) is either coupled to the carrying device or as separate carrying device attached.
  • the hand-held device 1 contains a deflection unit 7 with two deflecting mirrors. Furthermore, with the handheld device 1 has a scanning unit 8 analogous to the embodiment be connected according to Figure 1.
  • the signal input can be via the scanning unit as well also via a wireless connection from an external Data input device 3 take place.
  • an external Data input device 3 For this, a radio, infrared or ultrasound transmitter and receiver unit provided, which with a transmitting and receiving element 19 on the Side of the control device is connected. A corresponding one Transmitting and receiving element is on the external Control device 3 is provided.
  • FIGS. 5a to 5d each show the resonator that is made of the Kristall 50 and the 99.9% reflective mirror 52 and the exit mirror 53, which is about 88% of Light reflects and transmits 12% of the light.
  • FIG. 5a An arrangement of the resonator elements that has been used up to now is shown in Fig. 5a.
  • the two mirrors 52 and 53 and the crystal 50 are arranged one behind the other in such a way that the laser beam straight from the Exit mirror 53 exits.
  • the resonator according to Fig. 5b next to the already called resonator elements on a mirror 100, which in is arranged at an angle of 45 ° to the beam axis.
  • the laser beam is deflected by 90 °, before exiting through exit mirror 53.
  • the Redirection gives you a folded beam path that a more compact design of the resonator and thus one further increase in the compactness of the hand laser marking device enables.
  • this effect is further enhanced in which the laser beam deflected according to FIG. 5b again by 90 ° through another, at an angle of 45 ° to the Beam axis arranged mirror 101 is deflected before he exits through the mirror 53.
  • the folded beam path caused by this deflection enables such a compact construction of the resonator, that the resonator length over conventional resonators and significantly reduced the overall external dimensions of the device becomes.
  • FIG. 5c shows 5d.
  • this embodiment are in the beam path between the two mirrors 100 and 101 another Q switch 51 (active or passive Q-switch) and after mirror 53 Shutter 103, which is used to release the laser beam when correct Positioning of the object to be labeled, arranged.
  • Behind the shutter 103 is one of two mirrors 301 and 302 existing mirror system 300 for expansion arranged of the laser beam.
  • the one in the mirror system 300 incident laser beam is only after several Reflection on the two mirrors 301 and 302 coupled out again.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Beschriften von Materialien mit einem Laser gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der Literaturstelle: Walter W. Weinfurtner "Licht schreibt - Beschriften mit dem Laser in der Industrie: Grundlagen und Einsatzgebiete", Expert-Verlag 1995 (Kontakt & Studium; Band 479) sind das Prinzip und der grundsätzliche Aufbau eines Laserbeschrifters bekannt, der aus einem Festkörperlaser mit einem Laserkopf mit beispielsweise einer optischen Schiene besteht, auf der die einzelnen optischen Komponenten temperatur- und mechanisch stabil montiert sind.
Im Laserkopf des Festkörperlasers ist ein Resonator angeordnet, der aus einer sogenannten Pumpkammer, zwei Spiegeln und einem akusto-optischen Schalter, einem sogenannten Q-Switch, besteht. In der Pumpkammer befinden sich ein YAG-Kristallstab und eine oder mehrere Kryptonbogenlampen, deren Licht im Kristallstab abgebildet wird, welcher an beiden Endflächen Licht mit vorgegebener Wellenlänge aussendet. Dieses Licht wird von den beiden Spiegeln zurück in den Kristallstab reflektiert, wobei der Spiegel am hinteren Ende des Resonators ca. 99,9 % reflektiert, während der vordere Spiegel 12 % transmittiert und damit den Arbeitsstrahl bildet. Der Q-Switch unterbricht den Arbeitsstrahl bis zu 40.000 mal pro Sekunde und erzeugt damit Leistungsspitzen bis zum 1.000-fachen des Dauerstrich- bzw. cw-Laserbetriebes.
Weiterhin enthält der Resonator einen mechanischen Schalter (Shutter) zum Unterbrechen des Laserstrahls und eine Halterung, in der eine Modenblende anwendungsspezifisch fixiert wird, um eine höhere Strahlqualität (u.a. im Grundmodebetrieb) zu erreichen. In einer Strahlaufweitung wird der den Resonator verlassende Laserstrahl um den Faktor 2 bis 10 aufgeweitet. Der so aufgeweitete Laserstrahl wird in einer Ablenkeinheit mittels zweier Galvanometerspiegel in X- und Y-Richtung abgelenkt und über eine Planfeldfokussieroptik auf ein Werkstück fokussiert.
Weitere Elemente des bekannten Laserbeschrifters sind ein Rechner zur Ansteuerung einer die Ablenkeinrichtung steuernden Steuereinrichtung, ein Q-Switch-Treiber sowie eine Stromversorgungseinrichtung. Eine zusätzliche, aufwendige Kühleinrichtung ist zur Kühlung der Pumpkammer vorgesehen.
Der bekannte Laserbeschrifter ist als Laseranlage mit einem Koordinatentisch, einem Rundschalttisch mit Ein- und Auslauftunnel sowie gegebenenfalls mit einer Doppelkopfanordnung ausgebildet, wie er als Festkörperlaser auch zur Materialbearbeitung, das heißt zum Trennen, Fügen, Bohren und dgl. mit hohen Laserleistungen eingesetzt wird, wobei der Laser zusätzlich mit einem Versorgungsschrank und gegebenenfalls mit einem externen Wärmetauscher zu verbinden ist. Eine derartige Laser-Beschriftungsanlage, wie sie auch Gegenstand der DE 33 18 768 Al ist, ist voluminös aufgebaut und daher nur ortsfest einsetzbar. Sie hat zudem einen erheblichen Leistungsbedarf und einen geringen Wirkungsgrad, da ein großer Teil der aufgenommenen Leistung zur Gewährleistung eines einwandfreien Betriebs mittels der Kühleinrichtung abgeführt werden muß.
Eine derartige Laseranlage weist erhebliche Abmessungen auf und benötigt einen Wasseranschluß für die Kühlung des Lasers sowie einen Drehstromanschluß bei einem Leistungsbedarf von ca. 8 kW. Diese Laseranlage ist sehr wartungsbedürftig, da wegen des Wasseranschlusses ein Ionentauscher und ein Partikelfilter benötigt werden und ein hoher Lampenverbrauch sowie ein erheblicher Verschleiß der Pumpkammer in Kauf genommen werden muß.
Wie der DE 33 18 768 A1 zu entnehmen ist, sind für eine derartige Laser-Beschriftungsanlage zudem eine aufwendige Justiervorrichtung und ein zahlreiche optische Bauelemente enthaltender Ablenkkopf mit einer Zerstreuungs- und Sammeloptik der Aufweitoptik, Umlenkspiegel und dgl. erforderlich, die die Herstellung der bekannten Laser-Beschriftungsanlage sowie deren Wartung und Betrieb verteuern.
Aus der JP-A-08 001 999 ist eine weitere Laser-Beschriftungsanlage bekannt, die einen Laser von niedriger Leistung (Low-Power-Laser) sowie eine Ablenkeinheit aufweist. Mittels dieser Anlage wird auf einer lichtempfindlichen Oberfläche einer Trommel ein Bild durch elektrostatische Aufladung erzeugt. Hierzu wird die Trommel mit einem Laserstrahl belichtet. Um die gesamte Oberfläche der Trommel belichten zu können, rotiert die Trommel um ihre Rotationsachse. Zusätzlich ist die Ablenkeinheit in Längsrichtung der Trommel entlang der Oberfläche der Trommel beweglich angeordnet.
Die bekannte Vorrichtung wird in einem Laserdrucker verwendet, um Papier zu beschriften. Hierzu wird Toner auf die Trommel aufgebracht, der nur auf den elektrostatisch aufgeladenen Stellen der Trommel haften bleibt. Anschließend wird das Papier zum Aufbringen des Toners auf das Papier über die Trommel geführt.
Die bekannte Vorrichtung weist den Nachteil auf, daß sie eine aufwendige und genaue Führung benötigt, um eine ausreichende Relativbewegung zwischen der Trommel und der Ablenkeinheit zu gewährleisten, damit die gesamte Oberfläche der Trommel vom Laserstrahl erreicht werden. kann. Unter anderem bedingt dies eine aufwendige Justiervorrichtung zur Sicherstellung, daß der Laserstrahl mittels der Ablenkeinheit auch jede Position auf der Oberfläche der Trommel erreicht.
Die genaue Führung bedingt zudem, daß die bekannte Vorrichtung an einem Ort fest installiert sein muß. Um die bekannte Vorrichtung an einem anderen Ort verwenden zu können, muß sie zunächst demontiert, zu dem anderen Ort transportiert und dann wieder montiert werden. Dies erfordert einen enormen Aufwand, der hohe Kosten verursacht. Im Grunde ist die bekannte Vorrichtung daher nur ortsfest einsetzbar.
Ferner ist es mit der bekannten Vorrichtung nicht möglich, Gravuren sowie Beschriftungen an Gegenständen mittels Materialverdampfung herzustellen. Dies ist nur bei Verwendung eines Hochleistungslaser möglich. Würde man einen solchen bei der bekannten Vorrichtung verwenden, so hätte dies zur Folge, daß die Abmessungen der Vorrichtung sehr vergrößert würden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Beschriften von nahezu beliebigen Materialien auf verschiedende Weise mit einem Laser mit geringen Abmessungen und geringem Gewicht sowie optimaler Handhabbarkeit und größtmöglicher Mobilität bei geringen Betriebskosten zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Lösung schafft eine mobile Vorrichtung zum Beschriften von Objekten mit einem Festkörperlaser, die sich durch geringe Abmessungen und geringes Gewicht sowie durch einen einfachen Aufbau auszeichnen. Die Beschriftungsvorrichtung ist sowohl bezüglich der Dateneingabe als auch bezüglich des Ausgabekopfes variabel gestaltbar und kann mit beliebigen Zusatzgeräten, wie beispielsweise einer digitalen Videokamera, einem CCD-Bildwandler, einem Scanner und dgl. verbunden werden.
Durch die Zusammenfassung von jeweils mehreren Baugruppen in mindestens einem Gehäuse kann eine beliebige Konfiguration des Beschriftungslasers für einen anwendungsorientierten Aufbau geschaffen werden.
In einer ersten Variante der erfindungsgemäßen Lösung besteht die Beschriftungsvorrichtung aus einem Handgerät, das eine Ablenkeinheit und einen Festkörperlaser enthält und das über eine Kabelverbindung mit einem Traggerät verbunden ist, das eine Steuereinrichtung und eine Stromversorgungseinrichtung aufweist, beispielsweise einem Akkumulator und/oder einem Netzteil. Darüber hinaus ist eine Schnittstelle für eine Verbindung der Steuereinrichtung mit einer externen Steuer- und/oder Eingabeeinheit vorgesehen.
In einer zweiten Variante der erfindungsgemäßen Lösung enthält das Handgerät nur die Ablenkeinheit und ist über ein Glasfaserkabel mit einem Traggerät verbunden, das den Festkörperlaser, die Steuereinrichtung und die Stromversorgungseinrichtung enthält, wobei auch hier eine Schnittstelle für eine Verbindung der Steuereinrichtung mit der externen Steuer- und/oder Eingabeeinheit vorgesehen ist.
In einer dritten Variante können sämtliche Baugruppen in einem Gehäuse zusammengefaßt werden, das als Handgerät oder Tischgerät ausgebildet ist.
In allen drei Varianten sind die Abmessungen so kompakt, daß das Handgerät beispielsweise in Pistolenform ausgebildet und das Traggerät in einem Gehäuse untergebracht werden kann, das über einen Hüft- und/oder Schultergurt mit einer Bedienungsperson verbindbar ist. Durch diesen Aufbau wird eine maximale Mobilität erreicht, die es der Bedienungsperson gestattet, Laserbeschriftungen an beliebigen Orten unabhängig von einem Versorgungsschrank oder dgl. durchzuführen.
Besonders vorteilhaft ist es, daß Handgerät mit einer Abtasteinheit, beispielsweise einem Scanner, einer Videokamera oder einer Digitalkamera, zu verbinden. Dies ermöglicht beispielsweise, daß ein Bild mit der Abtasteinheit aufgenommen wird und mittels des Handgeräts auf ein Objekt aufgebracht werden kann. Damit eignet sich das Gerät vorzugsweise für die Verwaltung eines Lagers, in dem Waren eingelagert sind, die zu Identifizierung mit einem Barcode versehen sind. Beispielsweise werden die Barcodes mittels des Scanners gelesen, an einen im Handgerät angeordneten Computer oder einen weiteren, übergeordneten Zentralcomputer weitergeleitet und dort verarbeitet. Sollte der Barcode einmal geändert werden müssen, so kann mittels des Handgeräts der alte Barcode sehr leicht unkenntlich gemacht bzw. zerstört und der neue Barcode auf die Waren aufgebracht werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist eine Aufnahmeeinheit für die zu beschriftenden Objekte vorgesehen, in der eine Abstandsmeßeinrichtung zur Abgabe eines die Fokussierung des Laserstrahls steuernden Abstandsmeßsignals und eine Schalteinrichtung zur Freigabe des Laserstrahls bei korrekter Positionierung des zu beschriftenden Objekts angeordnet sind. Alternativ dazu ist ein mechanischer Anschlag zur statischen Fokussierung des Laserstrahls vorgesehen.
Die Anordnung einer Aufnahmeeinheit für zu beschriftende Objekte gewährleistet eine sichere Positionierung des zu beschriftenden Objekts in der Brennebene des Laserstrahls sowie eine sichere Handhabung der Beschriftungsvorrichtung.
Alternativ oder zusätzlich dazu ist zur Einstellung des Fokusabstands ein Linsenssystem, beispielsweise ein Linsensystem einer Autofokus-Kamera, vorgesehen.
Um eine möglichst mobile Einheit zu schaffen, ist bei eine-r bevorzugten Ausführungsform die Steuereinrichtung drahtlos über eine Funk-, Infrarot- oder Ultraschall-Sende- und Empfangseinheit mit einer externen Steuer- und/oder Eingabeeinheit verbunden.
Vorzugsweise werden die Steuereinrichtung sowie gegebenenfalls Teile der Stromversorgungseinrichtung aus Folienschaltungen unter Einbeziehung von SMD-Techniken aufgebaut und sind damit im besonderen Maße geeignet für einen kompakten Aufbau und die Unterbringung in Baugruppen-Gehäusen, die am Körper der Bedienungsperson getragen werden können.
Zur Gewährleistung minimaler Abmessungen sowie eines maximalen Wirkungsgrades besteht der Laser aus einem mit einer Laserdiode longitudinal gepumpten Festkörperlaser, der eine Laserbank mit einem Laserkristall, einem Q-Switch, einem hochreflektierenden Resonatorspiegel und einem Auskoppelspiegel enthält, wobei vorzugsweise der Laserkristall keine bzw. eine geringstmögliche Spannungs-Doppelbrechung und zudem eine hohe Fluoreszenz-Lebensdauer bei geringstmöglichen Abmessungen aufweist.
Der Festkörperlaser wird wahlweise mit einer aktiven Güteschaltung, d.h. mit einem optoakustischen Kristall, versehen oder mit einem passiven Q-Switch und einer Laserdiode, die unter anderem im gepulsten Betrieb betrieben wird.
Die Laserdiode weist vorzugsweise einen höchstmöglichen Wirkungsgrad auf. Um diesen stabil zu halten, wird die Laserdiode mit einem Kühlelement, beispielsweise mit einem Peltierelement, gekühlt. Es ist vorgesehen, sowohl den Laserdiodentreiber als auch den Peltiertreiber entweder im Handgerät oder im Traggerät anzuordnen. Dabei wird unter "Treiber" die entsprechende Versorgungsplatine eines Bauteils verstanden.
Die einzelnen Laserkomponenten sind vorzugsweise sehr kompakt zueinander angeordnet, um eine minimale Abmessung zu erzielen, der eine mobile Handhabung gewährleistet.
Insbesondere wird eine kurze Resonatorgeometrie verwendet, so daß sehr kurze Laserimpulse und damit eine hohe Impulsspitzenleistung erzeugt werden. Um eine möglichst kompakte Anordnung mit geringen Außenmaßen zu erhalten, wird die kurze Resonatorgeometrie vorzugsweise durch einen gefalteten Strahlengang mittels einer entsprechenden Spiegelanordnung, beispielsweise zwei unter 45° zur Strahlachse angeordneten Spiegeln, zur Verfügung gestellt.
Darüber hinaus weist die Vorrichtung noch eine Optik zur Strahlaufweitung, vorzugsweise mittels zweier Linsen auf. Alternativ oder zusätzlich dazu wird die Strahlaufweitung durch ein weiteres, aus mindestens zwei Spiegeln bestehendes Spiegelsystem zur Verfügung gestellt, das vorzugsweise ebenfalls einen gefalteten Strahlengang durch mehrfache Reflexion aufweist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Polarisatoren vorgesehen, um polarisiertes Laserlicht zu erzeugen. Dieses Licht kann aber auch durch den Laserkristall selbst erzeugt werden. Auf diese Weise ist es möglich, den Beugungswirkungsgrad eines akusto-optischen Güteschaltelements zu erhöhen. Dies ist insbesondere deshalb von Vorteil, da die erfindungsmäße Vorrichtung bevorzugt mindestens eine Optik mit hohem Beugungswirkungsgrad, insbesondere einen Kristall, aufweist, die den Laserprozeß im Resonator bei gleichzeitig geringer Hochfrequenz-Leistungseingabe effizient unterbricht.
Um die Kompaktheit weiter zu steigern und das Gewicht zü minimieren, sind die Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus Faserbundwerkstoffen, Keramik oder Kunststoff gefertigt. Darüber hinaus werden die Optiken mittels Klebung zusammengesetzt und/oder befestigt.
Um einen schnellen, genauen und kostengünstigen Antrieb für die Ablenkeinheit zu erhalten, ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, als Motor der Antriebseinheit, mit der die Ablenkeinheit verstellt wird, eine Antriebseinheit eines Schreib- Lesekopfes eines Datenspeichers, insbesondere eines magnetischen oder optischen Datenspeichers, vorzusehen. Die Erfindung ist aber durchaus nicht auf diese Art der Antriebseinheit eingeschränkt. Vielmehr können auch herkömmliche Antriebseinheiten, beispielsweise Galvanometerscanner, als Antriebseinheiten für die Ablenkeinheit vorgehen werden.
Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen soll der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 -
ein schematisches Blockschaltbild einer Handlaser-Beschriftungsvorrichtung mit in einem Traggerät angeordnetem Festkörperlaser;
Fig. 2 -
ein schematisches Blockschaltbild einer Handlaser-Beschriftungsvorrichtung mit im Handgerät angeordnetem Festkörperlaser;
Fig. 3 -
eine schematische Darstellung einer Bedienungsperson mit Handgerät und an einem Hüftgurt angeordnetem Traggerät;
Fig. 4 -
ein schematisches Blockschaltbild einer Handlaser-Beschriftungsvorrichtung mit drahtloser Signaleingabe; und
Fig. 5 -
mögliche Spiegelanordnungen zur Verkürzung der Resonatorlänge.
Die in den Figuren 1 und 2 dargestellten schematischen Blockschaltbilder von Vorrichtungen zum Beschriften von Objekten mit einem Festkörperlaser setzen sich aus einer unterschiedlichen Gruppierung gleichartiger Bauelemente zusammen. Sie lassen sich durch weitere Ausführungsbeispiele ergänzen, die aus gleichartigen Gruppierungen bestehen, beispielsweise die Zusammenfassung sämtlicher Baugruppen in einer mit einem Gehäuse versehenen Laser-Beschriftungsvorrichtung, die in Form eines Tischgerätes als mobile Beschriftungsstation ausgebildet ist.
Unter dem Begriff "Beschriftung" wird jede Art von Objektmarkierungen verstanden, beispielsweise das Versehen mit einer beliebigen Schrifttype, aber auch die Erstellung von Bildelementen und dreidimensionalen Gravuren. Weiterhin wird unter dem Begriff "Beschriftung" das Entfernen von Beschriftungselementen durch Abtragen von Oberflächenschichten (z.B. Barcodes, Graffiti usw.) und dergleichen verstanden.
Figur 1 zeigt das Blockschaltbild einer kompakten Handlaser-Beschriftungsvorrichtung, die sich aus einem Handgerät 1 und einem ein- oder zweiteiligen Traggerät 2 zusammensetzt. Das Handgerät 1 enthält in dieser Ausführungsform eine Ablenkeinheit 7, die vor dem zu beschriftenden Objekt plaziert wird bzw. die mit einer Aufnahmeeinheit zur Aufnahme und Justierung des zu beschriftenden Objektes verbindbar ist. Weiterhin enthält das Handgerät 1 eine Abtasteinheit 8, die beispielsweise aus einem Scanner, einem CCD-Bildwandler oder einer digitalen Videokamera bestehen kann.
Das Traggerät 2 enthält eine Steuereinrichtung 21, einen Festkörperlaser 4 und eine Stromversorgungseinrichtung 22, die mit den Einheiten des Traggeräts verbunden ist. Die Steuereinrichtung 21 weist einen Mikroprozessor 11, einen HF-Generator 12, einen Schreib/Lese-Speicher oder ein andersartiges Speichermedium 13, Signalverstärker 200 zur Verstärkung der Ansteuerungssignale für die in der Ablenkeinheit 7 befindlichen Spiegeljustierungen (Galvanometerscanner) sowie eine Eingabe- und Überwachungseinheit 14 auf, während sich der Festkörperlaser 4 aus einer Laserbank 5 (oder einer anderen mechanisch stabilen Konstruktion der Laserkomponenten) und einer Laserdiode 6 zusammensetzt. Die Laserbank 5 enthält einen longitudinal oder transversal gepumpten Laserkristall 50, einen Q-Switch 51 (aktive oder passive Güteschaltung) sowie einen hochreflektierenden Resonatorspiegel 52 und einen Auskoppelspiegel 53.
Wird als Antrieb der Spiegeljustierungen in der Ablenkeinheit 7 eine Antriebseinheit eines Schreib-Lesekopfes eines Datenspeichers, insbesondere eines magnetischen Datenspeichers, verwendet, so können die Signalverstärker 200 ggf. entfallen, da die Antriebseinheit des Schreib-Lesekopfes an sich schon ebensolche Signalverstärker aufweist.
Der Ausgang des Festkörperlasers 4 ist über ein Glasfaserkabel 17 mit der Ablenkeinheit 7 verbunden. Das Glasfaserkabel 17 kann mit einem elektrischen Kabel kombiniert werden, das Verbindungsleitungen 31 zwischen dem Mikroprozessor 11 und der Abtasteinheit 8, dem Mikroprozessor 11 und der Ablenkeinheit 7 sowie ein Stromversorgungskabel zur Verbindung der stromversorgungseinrichtung 22 mit dem Handgerät 1 enthält. Bei getrennter Anordnung der Steuereinrichtung 21 und des Festkörperlasers 4 von der Stromversorgungseinrichtung 22, beispielsweise in unterschiedlichen Gehäusen oder Teilen eines Gehäuses ist ein zusätzliches Stromversorgungskabel zwischen der Steuereinrichtung 21 und dem Festkörperlaser 4 einerseits und der Stromversorgungseinrichtung 22 andererseits vorzusehen.
Die Stromversorgungseinrichtung 22 setzt sich aus einem Akkumulator 9 und einem Netzteil 10 zusammen. In dieser Stromversorgungseinrichtung ist auch der Treiber eines nicht dargestellten, zur Kühlung vorgesehenen Peltierelements angeordnet.
Über ein Interface 15 ist eine externe Steuer- und Überwachungseinheit 3 mit dem Mikroprozessor 11 der Steuereinrichtung 21 zur Eingabe beliebiger Daten verbunden. Anstelle einer über ein Kabel mit der Steuereinrichtung 21 verbindbaren externen Steuer- und Überwachungseinheit 3 ist auch eine drahtlose Übertragung möglich, so daß anstelle einer Steckverbindung als Interface 15 eine elektromagnetische, elektrooptische oder elektroakustische Übertragung von Signalen zwischen einer externen Steuer- und Überwachungseinheit und der Steuereinrichtung 21 vorgesehen werden kann. Alternativ kann eine direkte Dateneingabe beispielsweise über einen Miniatur-Laptop erfolgen.
Der Festkörperlaser 4 besteht aus einem mit der Laserdiode 6 longitudinal oder transversal gepumpten Festkörperlaser, dessen Laserbank 5 zur Wirkungsgraderhöhung und damit maximalen Leistungsabgabe keine Polarisatoren enthält. Als Laserkristall 50 wird ein Kristall mit keiner oder geringstmöglicher Spannungs-Doppelbrechung verwendet, der minimale Abmessungen aufweist. In Verbindung mit einer geringen Leistungsabgabe eines HF-Generators, dessen HF-Leistung beispielsweise kleiner oder gleich 2 bis 4 Watt ist, und einer optimalen Wahl des Laserkristalls 50 kann die Laserbank 5 äußerst kompakt aufgebaut werden, da bei geringer Leistungsaufnahme auch nur eine geringe Wärmeabgabe erfolgt.
Der Betrieb der Laserbank 5 kann wahlweise kontinuierlich gepumpt mit einer aktiven Güteschaltung (HF-Quelle) unter Verwendung eines optoakustischen Kristalls oder mit einem passiven Q-Switch erfolgen.
Eine weitere Steigerung der Kompaktheit der erfindungsgemäßen Beschriftungsvorrichtung kann durch die Verwendung eines gefalteten Strahlenganges mit Spiegeln und dgl. in der Ablenkeinheit 7 oder im Laserkopf erfolgen, so daß insgesamt ein tragbares Laser-Beschriftungsgerät mit geringstmöglichen äußeren Abmessungen und Gewicht geschaffen wird.
Eine in Figur 2 als Blockschaltbild dargestellte Variante einer Laser-Beschriftungsvorrichtung weist die Zusammenfassung des Festkörperlasers 4 mit der Ablenkeinheit 7 in einem Handgerät 1 sowie die Zusammenfassung der Steuereinrichtung 21 mit der Stromversorgungseinrichtung 22 in einem Traggerät 2 zusammen.
Die Steuer- und Versorgungseinrichtung ist über eine elektrische Leitung 18 mit dem Handgerät 1 verbunden. Eine weitere Verbindung ist über ein Interface 15 mit einer externen Steuer- und Überwachungseinheit 3 sowie mit einer Abtasteinheit 8 vorgesehen, die analog zum Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 aus einer Digital-(Video)kamera, einem CCD-Bildwandler oder einem Scanner bestehen kann. Die Abtasteinheit 8 kann ebenfalls analog zur Anordnung gemäß Figur 1 mit dem Handgerät 1 gekoppelt werden, so daß das Handgerät 1 auch zur Signalaufnahme verwendbar ist. Darüber hinaus sind im Traggerät 2 auch zwei nicht dargestellte Signalverstärker zur Verstärkung der Ansteuerungssignale für die in der Ablenkeinheit 7 befindlichen Spiegeljustierungen angeordnet.
Figur 3 zeigt in einer schematischen Skizze die Verwendung der erfindungsgemäßen Handlaser-Beschriftungsvorrichtung und deren Zusammensetzung aus einem Handgerät 1 und einem Traggerät 2, das in dieser Ausführungsform mit einem Hüft- oder Beckengurt 16 verbunden um die Hüfte einer Bedienungsperson befestigbar ist. Alternative Befestigungsarten des Traggeräts sind eine Rucksackform mit auf dem Rücken zu befestigendem Traggerät sowie seitliche (Gürtel-) Befestigungen.
Die Verbindung zwischen dem Handgerät 1 und dem Traggerät 2 wird über eine Kabelverbindung 17, 18 hergestellt, die wahlweise aus einem Glasfaserkabel und/oder einem elektrischen Verbindungskabel besteht.
Das Handgerät 1 kann beispielsweise mit einer Videokamera 80 gekoppelt werden, mit der zur Signaleingabe Aufnahmen von Gegenständen oder Personen gemacht werden können, die über die Signalverarbeitung der Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Festkörperlasers und der Ablenkeinheit weiterverarbeitet werden.
Das Handgerät 1 enthält bei einer Baugruppenanordnung gemäß Figur 1 die Ablenkeinheit 7 sowie ggf. die Abtasteinheit 8 bzw. 80, während in dieser Ausführungsform das Traggerät 2 den Festkörperlaser, die Steuereinrichtung und Stromversorgungseinrichtung enthält.
Bei einer Baugruppenanordnung gemäß Figur 2 weist das Handgerät 1 die Laseranordnung sowie die Ablenkeinheit 7 ggf. in Verbindung mit einem Abtastelement auf, während das Traggerät 2 die Steuereinrichtung und die Stromversorgungseinrichtung enthält. An der Frontseite des Traggerätes 2 ist ein Anschluß 15 des Traggerätes 2 für die Verbindung 17, 18 mit dem Handgerät sowie für eine externe Steuer- und Überwachungseinheit vorgesehen.
Zur Verminderung der Abmessungen des Traggerätes 2 enthält dieses weitestgehend Folienschaltungen in Verbindung mit SMD-Bauelementen, so daß das Traggerät 2 bequem um die Hüfte einer Bedienungsperson zu legen ist. Alternativ dazu können statt der Folienschaltungen auch Multilayeranordnungen mit SMD-Bauelementen vorgesehen werden.
Die in Figur 4 als Blockschaltbild dargestellte Variante einer Handlaser-Beschriftungsvorrichtung weist die Zusammenfassung eines Halbleiterlasers mit einer Laserdiode 6 und einer Kollimatoroptik 55 sowie der Steuereinrichtung mit einem Prozessor 11 und einem Speicherelement 13 in einem Traggerät auf. Die Stromversorgungseinrichtung 9 (Akkumulator) wird wahlweise mit dem Traggerät gekoppelt oder als getrenntes Traggerät angebracht.
Das Handgerät 1 enthält in dieser Ausführungsform eine Ablenkeinheit 7 mit zwei Ablenkspiegeln. Weiterhin kann mit dem Handgerät 1 eine Abtasteinheit 8 analog zur Ausführungsform gemäß Figur 1 verbunden werden.
Die Signaleingabe kann sowohl über die Abtasteinheit als auch über eine drahtlose Verbindung von einem externen Dateneingabegerät 3 erfolgen. Hierzu ist eine Funk-, Infrarot- oder Ultraschall-Sende- und Empfangseinheit vorgesehen, die mit einem Sende- und Empfangselement 19 auf der Seite der Steuereinrichtung verbunden ist. Ein entsprechendes Sende- und Empfangselement ist an der externen Steuereinrichtung 3 vorgesehen.
Die Figuren 5a bis 5d zeigen jeweils den Resonator, der aus dem Kristall 50 sowie dem zu 99,9% reflektierenden Spiegel 52 sowie dem Austrittsspiegel 53 besteht, der ca. 88% des Lichtes reflektiert und 12% des Lichts durchläßt.
Eine bisher üblich verwendete Anordnung der Resonatorelemente ist in Fig. 5a gezeigt. Die beiden Spiegel 52 und 53 sowie der Kristall 50 sind derart hintereinander angeordnet, daß der Laserstrahl ohne Umlenkung geradlinig aus dem Austrittsspiegel 53 austritt.
Um die Handlaser-Beschriftungsvorrichtung noch kompakter zu machen, weist der Resonator gemäß Fig. 5b neben den schon genannten Resonatorelementen einen Spiegel 100 auf, der in einem Winkel von 45° zur Strahlachse angeordnet ist. Durch diese Anordnung wird der Laserstrahl um 90° umgelenkt, bevor er durch den Austrittsspiegel 53 austritt. Durch die Umlenkung erhält man einen gefalteten Strahlengang, der eine kompaktere Bauweise des Resonators und damit eine weitere Steigerung der Kompaktheit der Handlaser-Beschriftungsvorrichtung ermöglicht.
Wie in Fig. 5c gezeigt, wird dieser Effekt noch weiter verstärkt, in dem der nach Fig. 5b umgelenkte Laserstrahl nochmals um 90° durch einen weiteren, im Winkel von 45° zur Strahlachse angeordneten Spiegel 101 umgelenkt wird, bevor er durch den Spiegel 53 austritt.
Der durch diese Umlenkung bewirkte gefaltete Strahlengang ermöglicht eine derart kompakte Bauweise des Resonators, daß die Resonatorlänge gegenüber herkömmlichen Resonatoren und die Gesamtaußenmaße des Gerätes deutlich verringert wird.
Eine weitere Ausführungsform nach Fig. 5c zeigt 5d. Bei dieser Ausführungsform sind im Strahlengang zwischen den beiden Spiegel 100 und 101 noch ein Q-Switch 51 (aktive oder passive Güteschaltung) sowie nach dem Spiegel 53 ein Shutter 103, der zur Freigabe des Laserstrahls bei korrekter Positionierung des zu beschriftenden Objekts dient, angeordnet. Hinter den Shutter 103 ist ein aus zwei Spiegeln 301 und 302 bestehendes Spiegelsystem 300 zur Aufweitung des Laserstrahls angeordnet. Der in das Spiegelsystem 300 einfallende Laserstrahl wird erst nach mehrfacher Reflexion an den beiden Spiegeln 301 und 302 wieder ausgekoppelt.

Claims (26)

  1. Vorrichtung zum Beschriften von Materialien mit einem Laser (4), einer Ablenkeinheit (7), einer Steuereinrichtung (21) und einer Stromversorgungseinrichtung (22), wobei der Laser (4), die Ablenkeinheit (7), die Steuereinrichtung (21) und die Stromversorgungseinrichtung (22) aus kompakten, transportablen Baugruppen bestehen,
    dadurch gekennzeichnet daß mehrere der Baugruppen in einem Handgerät (1) zusammengefaßt sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Handgerät (1) die Ablenkeinheit (7) und den Laser (4) enthält, und daß die Vorrichtung ein Traggerät (2) aufweist, das die Steuereinrichtung (21) und die Stromversorgungseinrichtung (22) sowie eine Schnittstelle (15) für eine Verbindung der Steuereinrichtung (21) mit einer externen Steuer- und/oder Eingabeeinheit (3) aufweist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Handgerät (1) die Ablenkeinheit (7) aufweist und über ein Glasfaserkabel (17) mit einem Traggerät (2) verbunden ist, das den Laser (4), die Steuereinrichtung (21) und die Stromversorgungseinrichtung (22) sowie eine Schnittstelle (15) für eine Verbindung der Steuereinrichtung (21) mit einer externen Steuer- und/oder Eingabeeinheit (3) aufweist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Baugruppen in dem Handgerät zusammengefaßt sind.
  5. Vorrichtung nach einem Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Handgerät (1) mit einer Abtasteinheit (8), insbesondere einem Scanner, Videokamera, Digitalkamera oder dgl., verbunden ist.
  6. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Handgerät (1) eine der Anatomie der Hand angepaßte Form aufweist.
  7. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Traggerät (2) vorzugsweise mit einem Hüft- und/oder Schultergurt (16) verbindbar ist.
  8. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Aufnahmeeinheit für zu beschriftende Objekte, in der eine Abstandsmeßeinrichtung zur Abgabe eines die Fokussierung des Laserstrahls steuernden Abstandsmeßsignals und eine Schalteinrichtung zur Freigabe des Laserstrahls bei korrekter Positionierung des zu beschriftenden Objekts angeordnet sind.
  9. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des Fokusabstands ein Linsenssystem, insbesondere ein Linsensystem einer Autofokus-Kamera, vorgesehen ist.
  10. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Aufnahmeeinheit mit einem mechanischen Anschlag für zu beschriftende Objekte.
  11. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (21) drahtlos über eine Funk-, Infrarot- oder Ultraschall-Sende- und Empfangseinheit mit einer externen Steuer- und/oder Eingabeeinheit verbunden ist.
  12. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Steuereinrichtung (21) und/oder die Stromversorgungseinrichtung (22) aus Folienschaltungen mit in SMD-Technik befestigten Bauelementen besteht.
  13. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser (4) aus einem mit einer Laserdiode (6) longitudinal oder transversal gepumpten Festkörperlaser besteht, dessen Pumpvolumen vorzugsweise dem Grundmode-Volumen des zu pumpenden Materials entspricht, und daß der Laser (4) eine Laserbank (5) mit einem Laserkristall (50), einem Q-Switch (51), einem hochreflektierenden Resonatorspiegel (52) und einem Auskoppelspiegel (53) aufweist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserkristall (50) keine bzw. eine geringstmögliche Spannungs-Doppelbrechung und eine hohe Fluoreszenzlebensdauer bei geringstmöglichen Abmessungen aufweist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14 gekennzeichnet durch einen kontinuierlich gepumpten und mittels eines optoakustischen, eines FTIR-Kristalls oder dergleichen gütegeschalteten bzw. modulierten Festkörperlaser (4).
  16. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch einen mittels eines passiven Q-Switchelementes und einer cw- oder gepulst angesteuerten Laserdiode (6) betriebenen Festkörperlaser (4).
  17. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserdiode (6) einen höchstmöglichen Wirkungsgrad aufweist.
  18. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Kühlung der Laserdiode ein Kühlelement, insbesondere ein Peltierelement, aufweist.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Laserdiodentreiber als auch der Peltiertreiber entweder im Handgerät oder im Traggerät angeordnet sind.
  20. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine kompakte Anordnung der einzelnen Laserkomponenten unter Einschliessung einer kürzestmöglichen Resonatorlänge, insbesondere durch einen gefalteten Strahlengang.
  21. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Spiegelsystem als Aufweitungsoptik, insbesondere mit einer Spiegelanordnung mit gefaltetem Strahlengang, und/oder durch eine Aufweitungsoptik mittels zweier Linsen.
  22. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelanordnung mindestens zwei unter 45° zur Strahlachse angeordnete Spiegel aufweist.
  23. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche gekennzeichnet durch optische Komponenten oder durch den Laserkristall zur Erzeugung von polarisiertem Licht, um den Beugungswirkungsgrad des akusto-optischen Güteschaltelements zu erhöhen.
  24. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Optik mit hohem Beugungswirkungsgrad, insbesondere ein Kristall, vorgesehen ist, die den Laserprozeß im Resonator bei gleichzeitig geringer Hochfrequenz-Leistungseingabe effizient unterbricht.
  25. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Bauelemente aus Faserverbundwerkstoff, Keramik und/oder aus Kunststoff sowie durch geklebte Bauelemente.
  26. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Motor der Antriebseinheit, mit der die Ablenkeinheit verstellt wird, die Antriebseinheit eines Schreib- Lesekopfes eines Datenspeichers, insbesondere eines magnetischen oder optischen Datenspeichers, vorgesehen ist.
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