EP0961688B1 - Device for laser writing on materials - Google Patents
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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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- hand
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- 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
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- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
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- 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.
Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Beschriften
von Materialien mit einem Laser gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.The invention relates to a device for labeling
of materials with a laser according to the preamble
of
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.From the literature: Walter W. Weinfurtner "Licht writes - laser marking in industry: Basics and fields of application ", Expert-Verlag 1995 (contact &Education; Volume 479) are the principle and the fundamental Structure of a laser marker known from a Solid-state lasers with a laser head, for example there is an optical rail on which the individual optical components thermally and mechanically stable are mounted.
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.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. 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.
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.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. In a beam expansion, 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.
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.Other elements of the known laser marker are a Computer for controlling a deflecting device Control device, a Q-switch driver and one Power supply facility. An additional, elaborate Cooling device is provided for cooling the pump chamber.
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. 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.
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.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.
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. As can be seen from DE 33 18 768 A1, are for one such a laser marking system also a complex Adjustment device and a number of optical components containing deflection head with a dispersion and collection optics the expansion optics, deflecting mirror and the like are required, the manufacture of the well-known laser marking system and make their maintenance and operation more expensive.
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.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.
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.The known device is used in a laser printer, to label paper. For this purpose, 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.
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.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.
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.The exact guidance also requires that 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.
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. Furthermore, it is not possible with the known device Engraving and lettering on objects using material evaporation to manufacture. This is only in use a high-power laser possible. Would you be one use in the known device, this would have to Consequence that the dimensions of the device are greatly enlarged would.
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.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.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the features of
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.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.
Durch die Zusammenfassung von jeweils mehreren Baugruppen in mindestens einem Gehäuse kann eine beliebige Konfiguration des Beschriftungslasers für einen anwendungsorientierten Aufbau geschaffen werden.By combining several modules Any configuration can be in at least one housing of the marking laser for an application-oriented Structure to be created.
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 a first variant of the solution according to the invention the labeling device from a handheld device, the 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.
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 a second variant of the solution according to the invention 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.
In einer dritten Variante können sämtliche Baugruppen in einem Gehäuse zusammengefaßt werden, das als Handgerät oder Tischgerät ausgebildet ist.In a third variant, all modules in can be summarized in a housing that as a handheld device or Tabletop device is designed.
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.In all three variants, 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. With this structure maximum mobility is achieved by the operator permitted, laser inscriptions in any place independently by a supply cabinet or the like.
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.It is particularly advantageous that the handheld device with a scanning unit, for example a scanner, a video camera or a digital camera. this makes possible for example, that 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. For example, 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.
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.In an advantageous embodiment of the invention 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. Alternatively, it is a mechanical stop for static focusing of the Laser beam provided.
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. 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.
Alternativ oder zusätzlich dazu ist zur Einstellung des Fokusabstands ein Linsenssystem, beispielsweise ein Linsensystem einer Autofokus-Kamera, vorgesehen.Alternatively or in addition to this is to adjust the focus distance a lens system, for example a lens system an autofocus camera.
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.To create a mobile unit as possible, at-r preferred embodiment, the control device wireless via a radio, infrared or ultrasound transmission and Receiver unit with an external control and / or input unit connected.
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.Preferably, the 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.
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.To ensure minimum dimensions and maximum Efficiency, 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.
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.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.
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.The laser diode preferably has the highest possible Efficiency. To keep it stable, 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.
Die einzelnen Laserkomponenten sind vorzugsweise sehr kompakt zueinander angeordnet, um eine minimale Abmessung zu erzielen, der eine mobile Handhabung gewährleistet.The individual laser components are preferably very arranged compactly to each other to a minimum dimension to achieve, which ensures mobile handling.
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.In particular, a short resonator geometry is used so that very short laser pulses and thus a high peak pulse power be generated. To be as compact as possible To get an arrangement with small external dimensions, 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.
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.In addition, the device also has optics Beam expansion, preferably by means of two lenses. As an alternative or in addition to this, 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.
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.In a preferred embodiment of the invention are polarizers provided to generate polarized laser light. However, this light can also pass through the laser crystal be generated yourself. In this way it is possible to Diffraction efficiency of an acousto-optical quality switching element to increase. This 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.
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.To further increase the compactness and the weight minimize, are the elements of the device according to the invention made of fiber composite materials, ceramic or plastic manufactured. In addition, the optics are glued assembled and / or attached.
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.To provide a fast, accurate and inexpensive drive for to obtain the deflection unit, it is a preferred one Embodiment provided as the motor of the drive unit, with which the deflection unit is adjusted, a drive unit a read / write head of a data memory, in particular a magnetic or optical data storage, to provide. However, 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.
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.
- Fig. 1 -
- a schematic block diagram of a hand-held laser marking device with a solid-state laser arranged in a carrying device;
- Fig. 2 -
- a schematic block diagram of a hand laser marking device with a solid-state laser arranged in the hand-held device;
- Fig. 3 -
- a schematic representation of an operator with a handheld device and a carrying device arranged on a hip belt;
- Fig. 4 -
- is a schematic block diagram of a hand laser marking device with wireless signal input; and
- Fig. 5 -
- possible mirror arrangements to shorten the resonator length.
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.The schematic shown in Figures 1 and 2 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.
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.The term "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.
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.FIG. 1 shows the block diagram of a compact hand laser marking device,
coming from a
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.The carrying
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.Is used to drive the mirror adjustments in the deflection unit
7 a drive unit of a read / write head
Data storage, in particular a magnetic data storage,
used, the
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.The output of the solid-
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.The
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.An external control and monitoring unit is via an
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.The solid-
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.The operation of the
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.A further increase in the compactness of the invention
Labeling device can by using
a folded beam path with mirrors and the like in
the
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.A variant shown in Figure 2 as a block diagram
a laser marking device shows the summary
of the solid-
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.The control and supply device is
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.FIG. 3 shows the use in a schematic sketch
the hand laser marking device according to the invention
and their composition from a
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.The connection between the
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.The
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.The
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.In a module arrangement according to
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.Contains to reduce the dimensions of the carrying
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.The variant shown in Figure 4 as a block diagram
a hand laser marking device shows the summary
a semiconductor laser with a
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.In this embodiment, the hand-held
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. The signal input can be via the scanning unit as well
also via a wireless connection from an external
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.FIGS. 5a to 5d each show the resonator that is made of
the
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.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
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.To make the hand laser marking device even more compact
make, the resonator according to Fig. 5b next to the already
called resonator elements on a
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.As shown in Fig. 5c, 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
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. 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.
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.Another embodiment according to FIG. 5c shows 5d. At
this embodiment are in the beam path between the
two
Claims (26)
- A device for inscribing materials with a laser (4), a refraction unit (7), a control unit (21) and a power pack (22), whereby the laser (4), the refraction unit (7), the control unit (21) and the power pack (22) consist of compact, transportable components
characterised in that
several of the components are brought together in a hand-held device (1). - A device according to Claim 1 characterised in that the hand-held device (1) contains the refraction unit (7) and the laser (4), and the device has a support device (2) containing the control unit (21) and the power pack (22) as well as an interface (15) for connecting the control unit (21) to an external control and / or input unit (3).
- A device according to Claim 1 characterised in that the hand-held device (1) contains the refraction unit (7), whereby this hand-held device (1) is connected by means of a glass fibre cable (17) to a support device (2), which has the laser (4), the control unit (21) and the power pack (22) as well as an interface (15) for connecting the control unit (21) to an external control and / or input unit (3).
- A device according to Claim 1 characterised in that all the components are brought together in the hand-held device.
- A device according to one of the Claims 2 to 4 characterised in that the hand-held device (1) is connected to a sensor unit (8), in particular to a scanner, video camera, digital camera or similar.
- A device according to at least one of the preceding claims characterised in that the hand-held device (1) is in a form suited to the anatomy of the hand.
- A device according to at least one of the preceding claims characterised in that the support device (2) can preferably be connected to a waist and / or shoulder strap (16).
- A device according to at least one of the preceding claims characterised in that there is a recording unit for objects to be inscribed, whereby this recording unit has a distance-measuring device for emitting a distance reading which controls the focusing of the laser beam, and a switching device for releasing the laser beam when the object to be inscribed is correctly positioned.
- A device according to at least one of the preceding claims characterised in that for the purpose of adjusting the focus distance, there is a lens system, in particular a lens system of an auto-focus camera.
- A device according to at least one of the preceding claims characterised in that there is a recording unit with a mechanical catch for objects to be inscribed.
- A device according to at least one of the preceding claims characterised in that the control unit (21) is connected to an external control and / or input unit wirelessly by means of a radio, infra-red or ultrasound transceiver.
- A device according to at least one of the preceding claims characterised in that at least the control unit (21) and / or the power pack (22) consists of foil circuits with components secured in SMD technology.
- A device according to at least one of the preceding claims characterised in that the laser (4) consists of a solid-state laser which is longitudinally or transversally pumped with a laser diode (6), whereby the pump volume thereof preferably corresponds to the basic mode volume of the material to be pumped, and further characterised in that the laser (4) has a laser bank (5) with a laser crystal (50), a Q-switch (51), a highly-reflecting resonator reflector (52) and an output reflector (53).
- A device according to Claim 13 characterised in that the laser crystal (50) does not have tension birefringence / its tension birefringence is as low as possible, and that the laser crystal has high fluorescence durability as well as having the smallest possible dimensions.
- A device according to Claim 13 or Claim 14 characterised by a solid-state laser (4) which is continuously pumped and is Q-switched / modulated by means of an opto-acoustic crystal, FTIR crystal or similar.
- A device according to Claim 13 or Claim 14 characterised in that there is a solid-state laser (4) driven by means of a passive Q-switch component and a continuous wave or pulse-controlled laser diode (6).
- A device according to at least one of the preceding claims characterised in that the efficiency rate of the laser diode (6) is as high as possible.
- A device according to at least one of the preceding claims characterised in that the device for cooling the laser diode has a cooling component, in particular a Peltier component.
- A device according to Claim 18 characterised in that both the laser diode driver and the Peltier driver are positioned either in the hand-held device or in the support device.
- A device according to at least one of the preceding claims characterised in that there is a compact configuration of the individual laser components including a resonator length which is as short as possible, in particular by means of a folded optical train.
- A device according to at least one of the preceding claims characterised by a reflector system as a widening lens system, in particular with a reflector configuration with a folded optical train, and / or a widening lens system by means of two lenses.
- A device according to at least one of the preceding claims characterised in that the reflector configuration has at least two reflectors positioned at 45° to the axis of the beam.
- A device according to at least one of the preceding claims characterised by optical components or by the laser crystal for generating polarised light, in order to increase the diffraction efficiency rate of the acoustic-optical Q-switching component.
- A device according to at least one of the preceding claims characterised in that there is at least one lens system with a high diffraction efficiency rate, in particular a crystal, whereby this lens system efficiently interrupts the laser process in the resonator at the same time as there is low high-frequency power input.
- A device according to at least one of the preceding claims characterised by components made from fibre-reinforced material, ceramics and / or synthetic material, as well as by stuck-on components.
- A device according to at least one of the preceding claims characterised in that the motor of the drive unit, by means of which the refraction unit is adjusted, is constituted by the drive unit of a read / write head of a data storage unit, in particular a magnetic or optical data storage unit.
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