FR2690862A1

FR2690862A1 - Laser engraving of the inner surfaces of transparent receptacles - notably for identification and decoration of bottles

Info

Publication number: FR2690862A1
Application number: FR9205644A
Authority: FR
Inventors: Mathieu Guy
Original assignee: Ares SA
Current assignee: Ares SA
Priority date: 1992-05-07
Filing date: 1992-05-07
Publication date: 1993-11-12

Abstract

Laser engraving of the inner surface of the wall of a receptacle, wherein: a laser (2) with a wavelength chosen with respect to the nature of the material of the receptacle (1) is used so that the beam (3) may traverse the wall (1) of the receptacle by back projection; the layer (4) of material opaque to the wavelength of the laser beam (3) is applied in the engraving position on the inner face (11) of the wall (1) of the receptacle; and the inscription is traced by the laser beam (3) essentially focussed on the inner face (11) of the wall (1) of the receptacle. The installation used to put this method of laser engraving into service is also claimed. USE/ADVANTAGE - The method is used for the laser engraving of the inner surfaces of receptacles, notably for identification and decorative markings inside bottles. It can be readily automated for series production and has particular advantages for perfume bottles where an identification code is needed, offering advantages in that the coding is easily applied yet difficult to copy, modify or remove since it can be more readily camouflaged.

Description

" Procédé et installation de gravure au laser de la
surface intérieure d'une paroi d' un réceptacle
La présente invention concerne un procédé et une installation de gravure au laser de la surface intérieure d'une paroi d'un réceptacle."Method and installation of laser engraving of the
inner surface of a wall of a receptacle
The present invention relates to a method and an installation for laser engraving the inner surface of a wall of a receptacle.

Il est déjà connu de graver au laser des plaques transparentes, notamment des plaques de verre. It is already known to laser engrave transparent plates, in particular glass plates.

Pour cela on utilise un laser au C02 qui a la propriété de ne pas traverser le verre. Le faisceau laser est alors focalisé sur la "face extérieure" de la surface à graver. Ce faisceau détruit localement la surface de la matière en la faisant éclater par une élévation très localisée de la température qui produit un éclatement microscopique ou submicroscopique de la matière en surface. Cette destruction locale de la matière se traduit par une zone opaque ressemblant à une gravure de sablage.For this we use a C02 laser which has the property of not crossing the glass. The laser beam is then focused on the "outside face" of the surface to be etched. This beam locally destroys the surface of the material by causing it to burst by a very localized rise in temperature which produces a microscopic or submicroscopic burst of the material on the surface. This local destruction of the material results in an opaque zone resembling an engraving of sandblasting.

Toutefois, il n'est pas possible de réaliser des gravures à l'intérieur d'un récipient tel qu'un flacon, par exemple à des fins d'identification du fabricant. Or, pour de multiples raisons, il serait souhaitable de pouvoir graver des inscriptions, repères, dessins à des fins décoratives ou d'informations et de contrôle, des inscriptions sur la paroi intérieure d'un réceptacle tel qu'un flacon. However, it is not possible to make engravings inside a container such as a bottle, for example for identification of the manufacturer. However, for multiple reasons, it would be desirable to be able to engrave inscriptions, markers, drawings for decorative or information and control purposes, inscriptions on the inner wall of a receptacle such as a bottle.

Il existe également des lasers tels que les lasers de type YAG émettant un faisceau qui traverse le verre. Un tel laser ne peut réaliser une gravure sur une plaque de verre précisément parce que le faisceau traverse le verre. Même si un tel faisceau est focalisé sur la surface avant, comme il nty a pas adsorption de l'énergie du faisceau, l'échauffement local est insuffisant pour provoquer un éclatement localisé donnant une trace de gravure. There are also lasers such as YAG type lasers emitting a beam which passes through the glass. Such a laser cannot engrave on a glass plate precisely because the beam passes through the glass. Even if such a beam is focused on the front surface, as there is no adsorption of the energy of the beam, the local heating is insufficient to cause a localized burst giving a trace of etching.

Il n'est pas non plus envisageable, pour injecter une puissance suffisante à l'emplacement où doit se réaliser un point gravure, de diminuer la vitesse de balayage de gravure par le faisceau laser car cela aboutirait à un temps de fabrication trop long. It is also not conceivable, to inject sufficient power at the location where an etching point is to be made, to decrease the etching scanning speed by the laser beam because this would lead to too long a manufacturing time.

En résumé, il n'existe aucun moyen mécanique de gravure d'une surface intérieure, difficilement accessible, voire inaccessible directement de l'extérieur, dans un réceptacle tel qu'un flacon. In summary, there is no mechanical means of etching an interior surface, difficult to access, or even inaccessible directly from the outside, in a receptacle such as a bottle.

Les moyens non mécaniques de gravure tels que la gravure par un faisceau laser ne permettent qu'une gravure sur la surface externe d'une paroi transparente d'un réceptacle tel qu'un flacon. Non-mechanical etching means such as etching by a laser beam only allow etching on the external surface of a transparent wall of a receptacle such as a bottle.

La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et se propose de créer un procédé et une installation permettant de graver des inscriptions (traces, codes, dessins, symboles, etc..) sur la face intérieure d'un réceptacle ou produit similaire, en un matériau transparent. The present invention aims to remedy these drawbacks and proposes to create a method and an installation for engraving inscriptions (traces, codes, drawings, symbols, etc.) on the interior face of a receptacle or similar product. , in a transparent material.

A cet effet, l'invention concerne un procédé de gravure au laser, caractérisé en ce que - on utilise un laser dont la longueur d'onde est
choisie par rapport à la nature du matériau du
réceptacle pour que le faisceau traverse la paroi du
réceptacle, par transparence, - on applique à l'emplacement de la gravure, sur la
face intérieure de la paroi du réceptacle choisie
pour la gravure, une couche de matière opaque à la
longueur d'onde du faisceau laser, - on trace l'inscription à réaliser au faisceau laser
focalisé sensiblement sur la face intérieure de la
paroi du réceptacle.To this end, the invention relates to a laser engraving process, characterized in that - a laser is used whose wavelength is
chosen in relation to the nature of the material of the
receptacle for the beam to pass through the wall of the
receptacle, by transparency, - we apply to the location of the engraving, on the
inside face of the wall of the chosen receptacle
for engraving, a layer of material opaque to the
wavelength of the laser beam, - trace the inscription to be made with the laser beam
focused substantially on the inside of the
receptacle wall.

L'expression réceptacle utilisée tout au long de la description et dans les revendications désigne un volume relativement fermé ou du moins dont l'ouverture est relativement faible et est non alignée sur la zone destinée à la gravure pour ne pas permettre l'utilisation d'un faisceau de laser CO2, sur une gravure en surface. The expression receptacle used throughout the description and in the claims denotes a relatively closed volume or at least whose opening is relatively small and is not aligned with the zone intended for engraving so as not to allow the use of a CO2 laser beam, on a surface engraving.

Ce réceptacle est, en général, un flacon mais il peut s'agir également d'un tout autre volume ou produit différent d'un flacon, mais dont la surface à graver est difficilement accessible de l'extérieur. This receptacle is, in general, a bottle but it can also be any other volume or product different from a bottle, but whose surface to be engraved is difficult to access from the outside.

Le procédé selon l'invention s'applique, de manière préférentielle, à la gravure sur la face intérieure d'un réceptacle, transparent, à un endroit non aligné sur l'ouverture du réceptacle (goulot du flacon). En effet, toute zone peut être envisagée pour réaliser la trace. The method according to the invention is preferably applied to etching on the inner face of a receptacle, transparent, at a location not aligned with the opening of the receptacle (neck of the bottle). Indeed, any zone can be envisaged to carry out the trace.

Le choix de la zone recevant la gravure dépend de nombreux impératifs. Il peut tout d'abord s'agir de raisons esthétiques pour lesquels il faut faire apparaître la gravure participant au décor ou rendre cette gravure invisible en la plaçant à un endroit non visible Une autre raison peut être de rendre la gravure aussi difficilement accessible que possible de l'extérieur, à un outil qui pourrait effacer la gravure. The choice of the area receiving the engraving depends on many imperatives. It can first of all be aesthetic reasons for which it is necessary to make appear the engraving participating in the decoration or to make this engraving invisible by placing it in a not visible place Another reason may be to make the engraving as difficult to access as possible from the outside, to a tool that could erase the engraving.

Enfin, la réalisation d'une gravure à l'intérieur d'un réceptacle peut découler d'un choix esthétique mais aussi et surtout pour rendre la gravure inaccessible sans destruction du réceptacle et, le cas échéant, perte du produit. Finally, the realization of an engraving inside a receptacle can result from an aesthetic choice but also and above all to make the engraving inaccessible without destruction of the receptacle and, if necessary, loss of the product.

Dans le cas d'un réceptacle à paroi d'épaisseur constante, le faisceau laser d'inscription est focalisé sur la face arrière ou intérieure du réceptacle. A cet endroit, il y a échauffement de la matière au point focal du faisceau ; cet échauffement provient de la lumière transmise et de la lumière renvoyée par la couche opaque. Cela suffit pour créer très localement un point chaud, de température élevée, provoquant l'éclatement local de la matière et se traduisant par une trace de gravure. In the case of a receptacle with a constant thickness wall, the laser marking beam is focused on the rear or interior face of the receptacle. At this point, there is heating of the material at the focal point of the beam; this heating comes from the transmitted light and the light returned by the opaque layer. This is enough to very locally create a hot spot, of high temperature, causing the local bursting of the material and resulting in an engraving trace.

Lorsque l'épaisseur de la paroi est variable, il est possible d'asservir la mise au point du faisceau laser pour que le point focal se trouve toujours sensiblement au niveau de la face arrière de la paroi à graver, ceci dans un souci de grande précision de la gravure ou pour éviter d'avoir à recourir à des lasers trop puissants. When the thickness of the wall is variable, it is possible to control the focusing of the laser beam so that the focal point is always substantially at the level of the rear face of the wall to be etched, this for the sake of great engraving precision or to avoid having to use too powerful lasers.

Un tel procédé permet, non seulement de réaliser une gravure sur la face intérieure d'un réceptacle par ailleurs inaccessible pour un faisceau qui pénétrerait par l'ouverture du réceptacle, mais également sur les surfaces relativement éloignées de l'ouverture du réceptacle et qui pourraient néanmoins être atteintes directement. En effet, dans le cas de la plupart des flacons, cette distance entre l'ouverture et, par exemple, le fond du flacon serait trop importante pour permettre une gravure avec un faisceau d'un laser CO2. Such a method makes it possible not only to etch the interior face of an otherwise inaccessible receptacle for a beam which would penetrate through the opening of the receptacle, but also on surfaces relatively distant from the opening of the receptacle and which could nevertheless be reached directly. Indeed, in the case of most bottles, this distance between the opening and, for example, the bottom of the bottle would be too great to allow etching with a beam of a CO2 laser.

Par contre, comme selon l'invention, le faisceau pour lequel la paroi est transparente, n'aura à traverser qu'une épaisseur relativement faible de verre (correspondant à quelques millimètres) pour se trouver sur la face intérieure du réceptacle. By cons, as according to the invention, the beam for which the wall is transparent, will only have to pass through a relatively small thickness of glass (corresponding to a few millimeters) to be on the inner face of the receptacle.

Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre de façon automatique pour le traitement de séries importantes. The method according to the invention can be implemented automatically for the treatment of large series.

Ainsi, l'invention concerne également une installation caractérisée en ce qu'elle comprend - un laser de longueur d'onde telle que le faisceau
traverse le matériau de la paroi des réceptacles à
graver, - un poste applicateur de matière opaque au faisceau
laser, pour appliquer une couche de matière opaque
sur la face intérieure du réceptacle à l'emplacement
où doit être réalisée la gravure, - un moyen de transfert recevant les réceptacles à
graver pour les faire défiler dans le poste applica
teur de la matière opaque et dans le poste de
gravure par faisceau laser ainsi qu'un moyen
d'évacuation des réceptacles en sortie du moyen de
transfert et un moyen de commande permettant de
commander, de sélectionner la gravure à réaliser,
notamment à coder la gravure.Thus, the invention also relates to an installation characterized in that it comprises - a wavelength laser such as the beam
passes through the material of the wall of the receptacles to
engraving, - an applicator station of material opaque to the beam
laser, to apply a layer of opaque material
on the inside of the receptacle at the location
where the engraving must be carried out, - a transfer means receiving the receptacles for
burn to scroll through the applica post
opaque matter and in the
laser engraving as well as a means
evacuation of receptacles at the outlet of the means of
transfer and control means for
order, select the engraving to be produced,
in particular to code the engraving.

La présente invention sera décrite ciaprès à l'aide des dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique de la mise en
oeuvre du procédé selon l'invention, - la figure 2 est une vue à échelle agrandie de la
mise en oeuvre du procédé selon l'invention, - la figure 3 est un schéma-bloc d'une installation
pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention.The present invention will be described below using the accompanying drawings, in which - Figure 1 is a schematic view of the implementation
work of the method according to the invention, - Figure 2 is an enlarged view of the
implementation of the method according to the invention, - Figure 3 is a block diagram of an installation
for implementing the method of the invention.

Selon les figures 1 et 2, l'invention concerne un procédé de gravure au laser à travers une paroi transparente, sur la face arrière de cette paroi. Cette paroi correspond, par exemple, à un réceptacle tel qu'un flacon 1. Pour réaliser la gravure, on utilise un laser 2 dont la longueur d'onde est choisie pour que le faisceau 3 traverse la paroi 1. I1 s'agira, par exemple, d'un laser YAG pour une paroi en verre. According to Figures 1 and 2, the invention relates to a laser etching process through a transparent wall, on the rear face of this wall. This wall corresponds, for example, to a receptacle such as a bottle 1. To carry out the etching, a laser 2 is used, the wavelength of which is chosen so that the beam 3 passes through the wall 1. It will act, for example, a YAG laser for a glass wall.

Sur la face intérieure 11 de la paroi du flacon 1 dans la zone qui doit recevoir la gravure, on applique une couche 4 d'une matière opaque au rayonnement du laser 3. Dans ces conditions, le faisceau 3 focalisé sur le point 12 de la face interne 11 de la paroi 1, provoque au point 12, un échauffement entraînant l'éclatement microscopique, de la matière. Cela se traduit par un point plus ou moins opaque à cet endroit. On the inner face 11 of the wall of the bottle 1 in the area which is to receive the etching, a layer 4 of a material opaque to the radiation of the laser 3 is applied. Under these conditions, the beam 3 focused on point 12 of the inner face 11 of the wall 1, causes in point 12, a heating causing the microscopic bursting of the material. This results in a more or less opaque point at this point.

Pour réaliser la gravure, on balaie avec le faisceau 3, la trace de l'inscription à réaliser. To carry out the engraving, we scan with the beam 3, the trace of the inscription to be produced.

Cette inscription peut être un dessin, un texte, un graphisme.This inscription can be a drawing, a text, a graphic design.

La couche opaque 4 peut être appliquée par un petit pinceau à manche courbe ou autre moyen analogue. Il est également possible d'introduire du liquide dans le réceptacle 1 pour provoquer un dépôt de manière opaque à l'endroit approprié de la surface intérieure de la paroi. Cela peut se faire par exemple un inclinant le flacon ou réceptacle pour arriver dans la zone 4. The opaque layer 4 can be applied by a small brush with a curved handle or other similar means. It is also possible to introduce liquid into the receptacle 1 to cause an opaque deposit at the appropriate location on the interior surface of the wall. This can be done for example by tilting the bottle or receptacle to reach zone 4.

Après avoir réalisé la gravure, on enlève la surface opaque, sauf si cette surface participe au décor du flacon. After carrying out the etching, the opaque surface is removed, unless this surface participates in the decoration of the bottle.

La matière opaque utilisée pour réaliser la surface 4 peut être une matière quelconque, par exemple du nitrure de bore. The opaque material used to produce the surface 4 can be any material, for example boron nitride.

Le procédé selon l'invention peut se mettre en oeuvre pièce par pièce ou pour des gravures en série. The method according to the invention can be implemented piece by piece or for serial engravings.

La figure 3 montre, suivant un schéma par bloc, la structure d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé. Cette installation se compose d'un transporteur 20 recevant les produits 21 à graver pour les conduire à travers un poste 22 applicateur d'une matière opaque au faisceau laser utilisé. En aval du poste 22, les réceptacles 21 passent dans le poste de gravure à laser 23 dont le générateur 24 crée le faisceau de gravure. Ce faisceau est piloté pour balayer la gravure à effectuer comme cela a été décrit ci-dessus. FIG. 3 shows, according to a block diagram, the structure of an installation for implementing the method. This installation consists of a conveyor 20 receiving the products 21 to be etched to lead them through a station 22 applicator of a material opaque to the laser beam used. Downstream of the station 22, the receptacles 21 pass into the laser engraving station 23, the generator 24 of which creates the engraving beam. This beam is controlled to scan the etching to be carried out as described above.

En sortie du poste à laser 23, les réceptacles 21 passent dans un poste de nettoyage 25 dans lequel on enlève la couche opaque appliquée dans le poste 22. At the outlet of the laser station 23, the receptacles 21 pass into a cleaning station 25 in which the opaque layer applied in the station 22 is removed.

Enfin, l'ensemble de l'installation est piloté par un circuit de commande 26 qui gère le fonctionnement des différents postes 22, 23, 24, 25. Finally, the entire installation is controlled by a control circuit 26 which manages the operation of the various stations 22, 23, 24, 25.

Le circuit de commande 26 permet de tenir compte des multiples paramètres liés au produit 21 (épaisseur de la paroi à l'endroit de la gravure, variation de l'épaisseur, nature du matériau transparent nécessitant un balayage plus ou moins rapide ou un faisceau plus ou moins puissant, comptage dans le cas d'une gravure codée, variables en fonction de paramètres tels que la date, la nature des produits gravés ou le numéro d'ordre des produits). The control circuit 26 makes it possible to take account of the multiple parameters linked to the product 21 (thickness of the wall at the place of the etching, variation of the thickness, nature of the transparent material requiring more or less rapid scanning or a more or less powerful, counting in the case of a coded engraving, variables depending on parameters such as the date, the nature of the engraved products or the serial number of the products).

La présente invention s'applique tout particulièrement à la gravure d'identification de repérage de produits fabriqués en série relativement importantes comme par exemple le flaconnage destiné à l'industrie de la parfumerie. Ce codage, quasiment inviolable, peut difficilement être copié ou modifié ou encore supprimé, car, d'une part, cela laisserait des traces, et d'autre part, le codage est difficilement falsifiable puisqu'il peut être réduit à des dimensions extrêmement petites, rendant le codage difficile à déceler par une personne non avertie de l'emplacement de la gravure de codage. The present invention is particularly applicable to engraving identification identification of relatively large series products such as, for example, the bottles intended for the perfume industry. This almost inviolable coding can hardly be copied or modified or even deleted, because, on the one hand, this would leave traces, and on the other hand, the coding is difficult to falsify since it can be reduced to extremely small dimensions. , making coding difficult for an unaware person to locate the coding engraving.

L'extrême précision avec laquelle travaille un laser de type YAG permet d'améliorer le camouflage du codage pour le rendre difficilement décelable. The extreme precision with which a YAG laser works makes it possible to improve the camouflage of the coding to make it difficult to detect.

Enfin, l'installation mettant en oeuvre le procédé, présentant un fonctionnement automatique, les flacons étant repérés, il est possible de modifier la position du codage pour l'associer à la position du flacon et créer ainsi un paramètre supplémentaire de codification ou de contrôle. Finally, since the installation implementing the method has automatic operation, the bottles being identified, it is possible to modify the position of the coding to associate it with the position of the bottle and thus create an additional coding or control parameter. .

Claims

CLAIMS (11) of the wall (1) of the receptacle. (3) focused substantially on the inner face opaque to the wavelength of the laser beam (3), - we trace the inscription to be made with the laser beam chosen for engraving, a layer (4) of material on the inner face (11 ) from the wall (1) of the receptacle wall (1) of the receptacle, by transparency, - at the location of the engraving, it is applied to the receptacle (1) so that the beam (3) crosses the chosen one relative to the nature of the material

1 ") Method of laser engraving on the inner face of a receptacle made of a transparent material, method characterized in that - a laser (2) is used whose wavelength is

2 ") Method according to claim 1, characterized in that after the etching, the opaque layer (4) applied against the inner face (11) of the wall (1) of the receptacle is removed, at least at the level of the zone receiving registration.

laser beam engraving station (23) as well as a cleaning station (25) for the receptacles at the outlet of the transfer means (20) and a control circuit (26) for controlling and selecting the engraving to be carried out, in particular code the engraving.

applicator (22) of the opaque material and in the

(21) to engrave in order to scroll through them in the station

etching, - a transfer means (20) receiving the receptacles

receptacle (1) at the location where it is to be performed

opaque material on the inner face (11) of the

laser beam (3), for applying a layer (4) of

receptacles (1) to be engraved, - an applicator station (22) of material opaque to the

beam (3) passes through the material of the wall of the

3 ") Installation for implementing the laser engraving method according to claim 1, characterized in that it comprises - a laser (2) of wavelength such that the