RU2096149C1

RU2096149C1 - Method of marking of moving body and device for its embodiment

Info

Publication number: RU2096149C1
Application number: RU9293051538A
Authority: RU
Inventors: Марк Клемент Роберт; Ричард Леджер Невилле
Original assignee: Юнайтед Дистиллерс ПЛС
Priority date: 1991-11-05
Filing date: 1992-01-15
Publication date: 1997-11-20

Abstract

FIELD: treatment by laser; methods and devices for marking of moving bodies applicable in various branches of mechanical engineering. SUBSTANCE: the offered method includes stages of directing of high-density energy beam 46,58 onto moving body 26, beam concentration to produce lighted spot in some point on surface or inside moving body 26 and moving of this spot in compliance with resultant of two movement components. In this case, the first of components equals the speed of moving body 26, and the second component is associated with the moving body 26 to produce marking of preset definite type. The device for embodiment of the offered method includes, at least, one movable galvanometric mirror 68 capable of moving the spot in compliance with the resultant of the two components. EFFECT: higher efficiency. 33 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к способу и устройству для маркировки движущегося материального тела с использованием пучка с высокой плотностью энергии. The invention relates to a method and apparatus for marking a moving material body using a beam with a high energy density.

Множество изделий производится или обрабатывается на производственных линиях, причем изделие, о котором идет речь, непрерывно движется от одного обрабатывающего участка до другого до тех пор, пока все стадии изготовления или обработки не будут завершены. Часто маркировка изделия интегрирована в производственную линию, так что возникает необходимость в устройстве, способном маркировать изделие, не создавая помех для непрерывного движения производственной линии. Many products are manufactured or processed on production lines, and the product in question continuously moves from one processing site to another until all stages of manufacturing or processing are completed. Often, product labeling is integrated into the production line, so there is a need for a device capable of marking the product without interfering with the continuous movement of the production line.

Предшествующий уровень техники. The prior art.

Одним из таких устройств, используемых в настоящее время, является чернильный струйный маркер, который способен направить управляемую струю чернил на движущийся пакет с целью создания нужного знака. Такие устройства способны маркировать до 1000 предметом в минуту, но требуют постоянного внимания и частот тщательного осмотра с целью предотвращения засорения чернильного сопла. Такой осмотр может потребовать остановки производственной линии с вытекающими отсюда потерями рабочего времени. Кроме того, устройства этого типа потребляют большое количество таких материалов, как чернила и растворитель, что влечет за собой довольно значительные эксплуатационные затраты. Возникли также вопросы и относительно несмываемости получающейся маркировки. One such device currently in use is an inkjet marker, which is capable of directing a controlled stream of ink at a moving bag in order to create the desired character. Such devices are capable of marking up to 1000 objects per minute, but require constant attention and frequencies of careful inspection in order to prevent clogging of the ink nozzle. Such an inspection may require a shutdown of the production line with the consequent loss of working time. In addition, devices of this type consume a large amount of materials such as ink and solvent, which entails quite significant operating costs. Questions also arose regarding the indelibility of the resulting marking.

Лазерная маркировка, с другой стороны, предлагает чистую и элегантную альтернативу чернильной струйной маркировке и снабжает предмет действительно несмываемой маркировкой. Laser marking, on the other hand, offers a clean and elegant alternative to inkjet marking and provides the subject with truly indelible markings.

Вообще говоря, существующие промышленные способы лазерной маркировки попадают в одну из двух категорий. В первой из этих категорий пучок несфокусированного лазерного излучения проходит сквозь маску так, чтобы создать нужный рисунок, в то время как второй пучок лазерного излучения сканирует предмет, о котором идет речь, вычерчивая нужный рисунок. Generally speaking, existing industrial laser marking methods fall into one of two categories. In the first of these categories, an unfocused laser beam passes through the mask to create the desired pattern, while the second laser beam scans the item in question, drawing the desired pattern.

Патент США N 4758703 дает пример метода маркировки, попадающего в первую категорию, и описывает способ скрытого кодирования рисунка, различимого только под микроскопом, на поверхности движущегося предмета. В описанном способе присутствие движущегося предмета детектируется, а скорость его приближения измеряется, так что в соответствующий момент, когда предмет проходит мимо лазерной головки, пучок несфокусированного лазерного излучения направляется на предмет через маску. Именно маска ответственна за создание рисунка маркировки, эта маска состоит из маскирующей пластины с площадью поперечного сечения, большей площади поперечного сечения пучка, и включает в себя матрицу отверстий, которые могут быть затемнены или не затемнены. Пройдя сквозь маску, пучок фокусируется, чтобы уменьшить размер рисунка, получаемого на поверхности пакета, а также увеличить интенсивность пучка. В конкретном описанном способе интенсивностью пучка тщательно управляют, так что окончательный рисунок едва протравливается на поверхности и остается невидимым невооруженному глазу. US patent N 4758703 gives an example of a marking method that falls into the first category, and describes a method for coded coding of a pattern, distinguishable only under a microscope, on the surface of a moving object. In the described method, the presence of a moving object is detected, and its approaching speed is measured, so that at the appropriate moment when the object passes by the laser head, a beam of unfocused laser radiation is directed to the object through the mask. It is the mask that is responsible for creating the marking pattern, this mask consists of a masking plate with a cross-sectional area larger than the cross-sectional area of the beam, and includes a matrix of holes that can be darkened or not darkened. After passing through the mask, the beam is focused to reduce the size of the pattern obtained on the surface of the packet, as well as increase the intensity of the beam. In the particular method described, the beam intensity is carefully controlled so that the final pattern is barely etched on the surface and remains invisible to the naked eye.

Заявка на патент Великобритании N 9117521.6 дает пример сканирующего способа лазерной маркировки и относится к способу и установке для снабжения материального тела подповерхностной маркировкой в виде области повышенной непрозрачности для электромагнитного излучения. Этот способ включает в себя стадии направления на поверхность тела пучка с высокой плотностью энергии, для которого материал прозрачен, и фокусирования этого пучка в точке, находящейся на некотором расстоянии от поверхности внутри тела, с целью вызвать локальную ионизацию материала. Заявка на патент Великобритании N 9117521.6 относится дополнительно к маркируемому телу в соответствии с упомянутым способом или при использовании упомянутой установки. British patent application N 9117521.6 gives an example of a scanning laser marking method and relates to a method and apparatus for supplying a material body with a subsurface marking in the form of a region of increased opacity for electromagnetic radiation. This method includes the steps of directing a beam with a high energy density to the body surface for which the material is transparent, and focusing the beam at a point located at a certain distance from the surface inside the body in order to cause localized ionization of the material. UK patent application N 9117521.6 additionally relates to a marked body in accordance with said method or when using said apparatus.

Хотя сканирующий способ лазерной маркировки имеет то преимущество, что он более гибок, а именно форма желаемой маркировки может быть изменена путем внешнего вмешательства без прерывания работы лазера для смены маскирующего элемента, этот способ пока не используется в промышленности для маркировки движущихся тел из-за опасений, что полученная маркировка будет расплываться или же "растягиваться" в направлении движения тела. Это опасение до сих пор ограничивало применение способа сканирующей лазерной маркировки теми случаями, где тело, которое должно быть промаркировано, стационарно относительно остальных движущихся тел, которые должны быть промаркированы с использованием способа маскируемого пучка, хотя четкость маркировки, получаемой с использованием этого способа, также сильно ограничена скоростью движения движущегося тела. Although the scanning method of laser marking has the advantage that it is more flexible, namely, the shape of the desired marking can be changed by external intervention without interrupting the laser to change the masking element, this method has not yet been used in industry for marking moving bodies because of concerns, that the resulting marking will blur or "stretch" in the direction of movement of the body. This concern has so far limited the use of the scanning laser marking method to those cases where the body to be marked is stationary relative to other moving bodies that must be marked using the masked beam method, although the clarity of the markings obtained using this method is also very strong. limited by the speed of the moving body.

Раскрытие изобретения. Disclosure of the invention.

В основу данного изобретения положена задача устранить вышеуказанные недостатки. The basis of this invention is to eliminate the above disadvantages.

Поставленная задача решается тем, что в способе маркировки движущегося материального тела, согласно изобретению, направляют на движущееся тело пучок с высокой плотностью энергии, осуществляют концентрирование этого пучка для получения освещенного пятна в точке на поверхности или внутри движущегося тела и перемещают указанное пятно в соответствии с результирующей двух составляющих движения, причем первая из них равна скорости движущегося тела, а вторая связана с движущимся телом, для создания маркировки заранее определенного вида. The problem is solved in that in the method of marking a moving material body, according to the invention, a beam with a high energy density is directed to a moving body, this beam is concentrated to obtain an illuminated spot at a point on the surface or inside the moving body and the specified spot is moved in accordance with the resulting two components of motion, the first of which is equal to the speed of the moving body, and the second is connected with the moving body, to create a marking of a predetermined kind.

Предпочтительно включить дополнительную стадию определения скорости движущегося тела. Хотя признано, что скорость движущегося тела может быть определена путем мониторирования скорости движения средства, используемого для транспортировки тела, предпочтительно скорость движущегося тела определяется путем непосредственного измерения. It is preferable to include an additional step for determining the speed of a moving body. Although it is recognized that the speed of a moving body can be determined by monitoring the speed of the vehicle used to transport the body, preferably the speed of the moving body is determined by direct measurement.

Преимущественно, пучок с высокой плотностью энергии направляется на движущееся тело путем обеспечения пересечения траектории движущегося тела с траекторией генерируемого пучка с высокой плотностью энергии и генерации пучка с высокой плотностью энергии в заранее определенный момент времени после того, как движущееся тело проходит положение, находящееся на известном расстоянии от точки пересечения, причем это время зависит от скорости движущегося тела. Advantageously, a beam with a high energy density is directed towards a moving body by ensuring that the path of the moving body intersects the path of the generated beam with a high energy density and generates a beam with a high energy density at a predetermined point in time after the moving body passes a position at a known distance from the point of intersection, and this time depends on the speed of the moving body.

В конкретном примере воплощении, в котором маркировка включает в себя подповерхностную маркировку, пучок с высокой плотностью энергии предпочтительно фокусируется в точке внутри движущегося тела, так чтобы вызвать локальную ионизацию материала и создание маркировки в виде области повышенной непрозрачности для электромагнитного излучения. В таком воплощении движущееся материальное тело может быть прозрачным для электромагнитного излучения на длинах волн видимого диапазона, в связи с чем маркировка становится видимой невооруженным глазом. Например, этим материалом может быть стекло или пластик. И наоборот, движущееся материальное тело может быть непрозрачным для электромагнитного излучения на длинах волн видимого диапазона, так что эта маркировка может быть "видна" только с помощью оптических инструментов, работающих на соответствующей длине волны электромагнитного спектра. Хотя такая маркировка не способна выполнять многие из функций ее видимых аналогов, она представляет собой действительно несмываемую скрытую маркировку. In a specific embodiment, in which the marking includes subsurface marking, the high energy density beam is preferably focused at a point inside the moving body so as to cause localized ionization of the material and create a marking in the form of a region of increased opacity for electromagnetic radiation. In such an embodiment, a moving material body can be transparent to electromagnetic radiation at visible wavelengths, and therefore the marking becomes visible to the naked eye. For example, this material may be glass or plastic. Conversely, a moving material body can be opaque to electromagnetic radiation at visible wavelengths, so this marking can only be "visible" with optical instruments operating at the corresponding wavelength of the electromagnetic spectrum. Although such marking is not capable of performing many of the functions of its visible analogues, it is a truly indelible hidden marking.

В данном или любом другом примере воплощении маркировка может состоять из одной или более цифр, букв или символов либо их комбинации, которая, в свою очередь, может представлять собой идентификационную метку, торговую марку, машинно-читаемый код или любой другой желаемый знак. Кроме того, маркировка может быть трехмерной. In this or any other example embodiment, the marking may consist of one or more numbers, letters or symbols, or a combination thereof, which, in turn, may be an identification mark, a trademark, a machine-readable code, or any other desired character. In addition, the marking may be three-dimensional.

Поставленная задача решается тем, что согласно настоящему изобретению устройство для маркировки движущегося материального тела, включающая в себя средства для создания пучка с высокой плотностью энергии и направления этого пучка на движущееся тело, средство для концентрирования пучка для получения освещенного пятна в точке на поверхности или внутри движущегося тела и средства для перемещения указанного пятна в соответствии с результирующей двух составляющих движения, причем первая из них равна скорости движущегося тела, а вторая связана с движущимся телом, так что создается маркировка заранее определенного вида. The problem is solved according to the fact that according to the present invention, a device for marking a moving material body, including means for creating a beam with a high energy density and directing this beam to a moving body, means for concentrating the beam to obtain an illuminated spot at a point on the surface or inside the moving bodies and means for moving said spot in accordance with the resulting two components of motion, the first of which is equal to the speed of the moving body, and the second is connected It is associated with a moving body, so that a marking of a predetermined form is created.

Преимущественно, средство для перемещения пятна в соответствии с результирующей двух компонент включает в себя средства для перемещения упомянутого пятна в соответствии с упомянутой второй из двух составляющих, причем это средство предпочтительно включает, по меньшей мере, одно подвижное зеркало, размещенное на пути пучка. Движением зеркала можно управлять в соответствии с компьютерной программой, позволяющей легко манипулировать окончательным видом маркировки, в то время как само подвижное зеркало может представлять собой гальванометрическое зеркало. Хотя признано, что для перемещения зеркала может использоваться любое подходящее средство, например серводвигатель или ручной джойстик, свойства гальванометрического зеркала обеспечивают скорость отклика и легкость управления, предоставляющее значительные преимущества над альтернативными средствами управления. Advantageously, the means for moving the spot in accordance with the resulting two components includes means for moving the said spot in accordance with the second of the two components, and this means preferably includes at least one movable mirror placed in the path of the beam. The movement of the mirror can be controlled in accordance with a computer program that makes it easy to manipulate the final type of marking, while the movable mirror itself can be a galvanometric mirror. Although it is recognized that any suitable means may be used to move the mirror, such as a servomotor or a manual joystick, the properties of the galvanometric mirror provide response speed and ease of control, providing significant advantages over alternative controls.

В предпочтительном варианте воплощении средство для перемещения пятна в соответствии с упомянутой второй из двух составляющих способно также перемещать пятно в соответствии с упомянутой первой из двух составляющих. In a preferred embodiment, the means for moving the stain in accordance with said second of the two components is also capable of moving the stain in accordance with said first of two components.

В другом примере средство для перемещения упомянутого пятна в соответствии с результирующей двух составляющих включает в себя дополнительное средство для перемещения пятна в соответствии с упомянутой первой из двух составляющих, причем это средство предпочтительно включает в себя, по меньшей мере, одно зеркало, смонтированное так, что оно может вращаться, причем скорость вращения этого зеркала меняется в соответствии со скоростью движущегося тела. In another example, the means for moving the stain in accordance with the resulting two components includes additional means for moving the stain in accordance with the first of the two components, moreover, this means preferably includes at least one mirror mounted so that it can rotate, and the rotation speed of this mirror varies in accordance with the speed of a moving body.

Еще в одном примере зеркало из предыдущего примера, смонтированное так, что оно может вращаться, является многогранным. In yet another example, the mirror from the previous example, mounted so that it can rotate, is multifaceted.

Еще в одном из примеров средство для перемещения пятна в соответствии с упомянутой первой из двух составляющих включает в себя, по меньшей мере, одно зеркало, которое может двигаться с той же скоростью, что и движущееся тело. In yet another example, the means for moving the spot in accordance with said first of the two components includes at least one mirror that can move at the same speed as the moving body.

Еще в одном из примеров средство для перемещения пятна в соответствии с упомянутой первой из двух составляющих включает в себя, по меньшей мере, один акустооптический или электрооптический кристалл. In yet another example, the means for moving the spot in accordance with said first of two components includes at least one acousto-optical or electro-optical crystal.

В предпочтительном воплощении предусмотрено также средство для определения скорости движущегося тела. Хотя признано, что скорость движущегося тела может быть определена путем мониторирования скорости движения средства, используемого для транспортировки тела, скорость движущегося тела предпочтительно определяется путем непосредственного измерения. Например, в конкретной установке скорость движущегося тела может определяться путем измерения времени, которое необходимо телу, чтобы пройти путь между двумя оптическими детекторами, расположенными на известном расстоянии друг от друга. In a preferred embodiment, means are also provided for determining the speed of a moving body. Although it is recognized that the speed of a moving body can be determined by monitoring the speed of the vehicle used to transport the body, the speed of the moving body is preferably determined by direct measurement. For example, in a particular installation, the speed of a moving body can be determined by measuring the time it takes for the body to travel between two optical detectors located at a known distance from each other.

Преимущественно, пучок с высокой плотностью энергии направляется на движущееся тело путем обеспечения пересечения траектории движущегося тела с траекторией пучка с высокой плотностью энергии, когда пучок генерирован, и обеспечения средства для генерации пучка с высокой плотностью энергии в заранее определенный момент времени после того, как движущееся тело пройдет положение, находящееся на известном расстоянии от точки пересечения, причем это время зависит от скорости движущегося тела. Advantageously, a beam with a high energy density is directed towards a moving body by ensuring that the path of the moving body intersects the path of the beam with a high energy density when the beam is generated, and providing means for generating the beam with a high energy density at a predetermined point in time after the moving body will pass a position located at a known distance from the point of intersection, and this time depends on the speed of the moving body.

Средство для концентрации пучка может включать в себя линзовый элемент с фокусным расстоянием, которое меняется по его ширине так, чтобы компенсировать определенный дефокусирующий эффект. И наоборот или в дополнении к этому, средство для концентрации пучка может включать линзу с переменным фокусным расстоянием, предназначенную либо также для компенсации определенного дефокусирующего эффекта, либо для обеспечения возможности получения маркировки на различных глубинах внутри тела и, таким образом, обеспечения создания трехмерной маркировки. В конкретной установке средство для концентрации пучка может включать в себя рассеивающую линзу. The means for concentrating the beam may include a lens element with a focal length that varies along its width so as to compensate for a certain defocusing effect. Conversely, or in addition to this, the means for concentrating the beam may include a zoom lens, designed either to compensate for a certain defocusing effect, or to enable marking at various depths inside the body and, thus, create a three-dimensional marking. In a particular installation, the means for concentrating the beam may include a scattering lens.

В конкретном воплощении, в котором маркировка представляет собой поверхностную маркировку, средство для создания пучка с высокой плотностью энергии предпочтительно представляет собой СО₂-лазер.In a specific embodiment, in which the marking is a surface marking, the means for creating a beam with a high energy density is preferably a CO ₂ laser.

В воплощении, в котором маркировка состоит из подповерхностной маркировки, средство для создания пучка с высокой плотностью энергии предпочтительно представляет собой лазер, который фокусируется так, чтобы пиковая плотность энергии в фокусе составляла не менее 10 Дж/см². Эта пиковая плотность энергии достигается предпочтительно с помощью лазера, который фокусируется так, чтобы плотность его мощности в фокусе составляла, по меньшей мере, 10⁷ Вт/см², и работает в импульсном режиме с длительностью импульса, по меньшей мере, 10^-6 с. Если в таких обстоятельствах материальное тело, которое должно быть промаркировано, прозрачно для электромагнитного излучения на длинах волн видимого диапазона, то средство для создания требуемого пучка с высокой плотностью энергии представляет собой предпочтительно Nd-YAG лазер (лазер на иттриево-алюминиевом гранате с неодимом), генерирующий на длине волны 1,06 мкм.In an embodiment in which the marking consists of subsurface marking, the means for creating a beam with a high energy density is preferably a laser that focuses so that the peak energy density at the focus is at least 10 J / cm ² . This peak energy density is preferably achieved with a laser, which is focused so that its power density in focus is at least 10 ⁷ W / cm ² and operates in a pulsed mode with a pulse duration of at least 10 ^-6 s . If in such circumstances the material body that is to be marked is transparent to electromagnetic radiation at visible wavelengths, then the means for creating the desired beam with a high energy density is preferably an Nd-YAG laser (yttrium-aluminum garnet laser with neodymium), generating at a wavelength of 1.06 microns.

Преимущественно, для того, чтобы облегчить юстировку пучка с высокой плотностью энергии, может быть предусмотрен вспомогательный источник видимого лазерного излучения. Advantageously, in order to facilitate alignment of the beam with a high energy density, an auxiliary source of visible laser radiation may be provided.

Для транспортировки движущегося тела предпочтительно использовать конвейерную ленту, в таких обстоятельствах конвейерная лента может быть снабжена средством для управления поперечным положением движущегося тела относительно этой ленты. For transporting a moving body, it is preferable to use a conveyor belt, in such circumstances, the conveyor belt may be provided with means for controlling the transverse position of the moving body relative to this belt.

Далее будет на примерах описан ряд возможных воплощений настоящего изобретения с отсылкой к соответствующим рисункам. A number of possible embodiments of the present invention will be described below with reference to the corresponding drawings.

На фиг. 1 представлен схематический вид сверху на лазерную маркировочную станцию в соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения, на котором маркировочное устройство и детектирующий модуль показаны как расположенные рядом с непрерывно движущейся конвейерной лентой; на фиг. 2 схема детектирующего модуля фиг. 1; на фиг. 3 схема маркировочного устройства фиг. 1; на фиг. 4 схема распределения электрической энергии в маркировочном устройстве фиг. 1; на фиг. 5 блок-схема объединенной последовательности операций маркировочного устройства и детектирующего модуля фиг. 1; на фиг. 6 - схема маркировочного устройства в соответствии с вторым воплощением; на фиг. 7 схема маркировочного устройства в соответствии с третьим воплощением; на фиг. 8 схема маркировочного устройства в соответствии с четвертым воплощением. In FIG. 1 is a schematic plan view of a laser marking station in accordance with a second aspect of the present invention, wherein the marking device and the detecting module are shown as being adjacent to a continuously moving conveyor belt; in FIG. 2 is a diagram of a detection module of FIG. one; in FIG. 3 is a diagram of the marking device of FIG. one; in FIG. 4 is a diagram of the distribution of electrical energy in the marking device of FIG. one; in FIG. 5 is a flowchart of a combined flowchart of a marking device and a detecting module of FIG. one; in FIG. 6 is a diagram of a marking device in accordance with a second embodiment; in FIG. 7 is a diagram of a marking device in accordance with a third embodiment; in FIG. 8 is a diagram of a marking device in accordance with a fourth embodiment.

Лазерная маркировочная станция, изображенная на фиг. 1, включает в себя маркировочное устройство 10 и детектирующий модуль 12, причем оба они заключены в защитный кожух 14, который накрывает непрерывно движущуюся конвейерную ленту 16. Конвейерная лента 16 имеет ширину, достаточную для того, чтобы транспортировать к лазерной маркировочной станции материальное тело, которое должно быть промаркировано, и определяемую движущимся полотном 18 и двумя вертикально выступающими боковыми бортиками 20 и 22. Обычно первый из двух боковых бортиков 20 неподвижен относительно движущегося полотна 18, тогда как другой боковой бортик 22 может смещаться относительно этого полотна при помощи регулировочного винта 24. После затягивания регулировочного винта 24 расстояние между двумя боковыми бортиками 20 и 22 уменьшается, тем самым сужая эффективную ширину конвейерной ленты 16. The laser marking station shown in FIG. 1 includes a marking device 10 and a detecting module 12, both of which are enclosed in a protective casing 14 that covers a continuously moving conveyor belt 16. The conveyor belt 16 has a width sufficient to transport a material body to the laser marking station, which should be marked and defined by the moving web 18 and two vertically protruding side walls 20 and 22. Usually the first of the two side walls 20 is stationary relative to the moving web 18, while the other Second side rim 22 can be displaced with respect to this fabric using the adjusting screw 24. Upon tightening the adjusting screw 24 the distance between the two side flanges 20 and 22 is decreased thereby narrowing the effective width of the conveyor belt 16.

Материальное тело, которое должно быть промаркировано, изображенное в прилагаемых рисунках в виде стеклянной бутылки 26, транспортируется к лазерной маркировочной станции при помощи конвейерной ленты 16 и входит в защитный кожух 14 через первое отверстие 28. После этого тело 26 проходит мимо детектирующего модуля 12 и маркировочного устройства 10, прежде чем выйти из защитного кожуха 14 через второе отверстие 30. Из соображений безопасности расстояние между маркировочным устройством 10 и либо первым отверстием 28, либо вторым отверстием 30 таково, что обеспечивает невозможность случайного попадания оператора внутрь защитного кожуха 14 и помещения его руки перед маркировочным устройством 10. The material body to be marked, shown in the accompanying drawings as a glass bottle 26, is transported to the laser marking station using a conveyor belt 16 and enters the protective casing 14 through the first hole 28. After that, the body 26 passes by the detection module 12 and the marking device 10, before leaving the protective casing 14 through the second hole 30. For security reasons, the distance between the marking device 10 and either the first hole 28 or the second hole 30 is it makes it impossible to accidentally hitting the operator inside the protective cover 14 and the premises of his hands in front of the marking device 10.

Детектирующий модуль 12 более подробно изображен на фиг.2 и состоит из пары оптических детекторов 32 и 34, расположенных бок о бок рядом с конвейерной лентой 16. Каждый из оптических детекторов 32 и 34 включает в себя источник света 36 и подходящий детектор 38 и настроен соответственно на одну из пар обратных отражателей 40 и 42, расположенных на противоположной стороне конвейерной ленты 16. Свет исходит из источника света 36 по направлению к связанному с ним обратному отражателю, от которого отражается обратно по направлению к оптическому детектору и затем детектируется детектором 38. Таким образом, когда между оптическим детектором и соответствующим ему обратным отражателем ничего нет, как показано в отношении оптического детектора 34 на фиг. 2, количество света, детектируемое детектором 38, максимально. Однако, когда оптический путь между оптическим детектором и соответствующим ему обратным отражателем затемнен, например, вследствие прохождения тела, которое должно быть промаркировано, вдоль конвейерной ленты 16, как показано на фиг. 2 в отношении оптического детектора 32, то количество света, отраженного соответствующим обратным отражателем, в данном случае обратным отражателем 40, и детектируемого детектором 38, падает ниже заранее установленного порогового значения, и генерируется соответствующий сигнал. The detection module 12 is shown in more detail in FIG. 2 and consists of a pair of optical detectors 32 and 34 located side by side next to the conveyor belt 16. Each of the optical detectors 32 and 34 includes a light source 36 and a suitable detector 38 and is configured accordingly to one of the pairs of return reflectors 40 and 42 located on the opposite side of the conveyor belt 16. The light emits from the light source 36 towards the associated back reflector, from which it is reflected back towards the optical detector and ATEM detected by the detector 38. Thus when between the optical detector and the corresponding retroreflectors nothing, as shown in relation to the optical detector 34 in FIG. 2, the amount of light detected by the detector 38 is maximum. However, when the optical path between the optical detector and its corresponding back reflector is darkened, for example, due to the passage of the body to be marked along the conveyor belt 16, as shown in FIG. 2 with respect to the optical detector 32, the amount of light reflected by the corresponding back reflector, in this case the back reflector 40, and detected by the detector 38, falls below a predetermined threshold value, and a corresponding signal is generated.

Чтобы повысить чувствительность каждого из оптических детекторов 32 и 34, источник света 36 выбирается таким образом, чтобы он испускал свет в видимом или ближнем инфракрасном диапазоне электромагнитного спектра, хотя детектор 38 выбирается не только из соображений селективной чувствительности к данному конкретному частотному диапазону, но также так, чтобы он реагировал только на свет, имеющий поляризационные характеристики источника 36. Таким образом, детектор 38 является не чувствительным к свету, испускаемому иными источниками, отличными от источника 36, или к свету, отраженному от поверхностей, иных чем связанный с ним обратный отражатель, таких, например, как поверхность маркируемого тела, поскольку такие отражения, как правило, обладают другими поляризационными характеристиками. In order to increase the sensitivity of each of the optical detectors 32 and 34, the light source 36 is selected so that it emits light in the visible or near infrared range of the electromagnetic spectrum, although the detector 38 is selected not only for reasons of selective sensitivity to this particular frequency range, but also so that it only responds to light having the polarization characteristics of the source 36. Thus, the detector 38 is not sensitive to the light emitted by other sources, excellent from the source 36 or to light reflected from surfaces other than the associated retroreflector, such as the surface of the body to be marked since such reflections are usually possess different polarization characteristics.

Маркировочное устройство 19 более детально изображено на фиг. 3 и состоит из источника 44 лазерного излучения 46, которое направлено так, чтобы оно пересекало траекторию движущегося тела 26. The marking device 19 is shown in more detail in FIG. 3 and consists of a source 44 of laser radiation 46, which is directed so that it intersects the trajectory of the moving body 26.

В первом воплощении маркировочное устройство 10 предназначено для обеспечения поверхностной маркировки движущегося тела 26. С этой целью лазерное излучение с достаточной плотностью энергии направляется на тело 26, заставляя области поверхности, на которые оно падает, плавиться и перетекать, в результате чего возникает маркировка. В конкретном воплощении, проиллюстрированном на фиг. 3, источник 44 представляет собой квазинепрерывный СО₂-лазер с ВЧ-накачкой, испускающий пучок лазерного излучения 46, который имеет длину волны 10,6 мкм и, следовательно, невидим невооруженным глазом. Испущенный СО₂-лазером пучок 44 лазерного излучения 46 падает на первую отражающую поверхность 48, которая направляет пучок 46 через расширитель пучка 30 и устройство сведения пучков 52 на вторую отражающую поверхность 54. Второй источник лазерного излучения в виде низкоэнергетичного Не-Ne (гелий-неон) лазера 56 расположен рядом с СО₂ -лазером 44 и испускает вспомогательный пучок видимого лазерного излучения 58 с длиной волны 638 км. Вспомогательный пучок 58 падает на устройство сведения пучков 52, где отражается по направлению к второй отражающей поверхности 54, совпадая с пучком лазерного излучения 46 от СО₂ -лазера 44. Таким образом, необходимые свойства устройства сведения пучка 52 таковы, что оно должно пропускать электромагнитное излучение с длиной волны 10,6 мкм, отражая при этом электромагнитное излучение с длиной волны 638 нм. Таким образом пучок гелий-неонового лазера 58 снабжает сведенный пучок от СО₂ -лазера и Не-Ne лазера 46, 58 видимой компонентой, которая облегчает оптическую юстировку.In the first embodiment, the marking device 10 is intended to provide surface marking of the moving body 26. To this end, laser radiation with a sufficient energy density is directed to the body 26, causing the surface areas on which it falls to melt and flow, resulting in marking. In the specific embodiment illustrated in FIG. 3, the source 44 is an RF pumped quasi-continuous CO ₂ laser emitting a laser beam 46 that has a wavelength of 10.6 μm and is therefore invisible to the naked eye. The laser beam 44 emitted by the CO ₂ laser 46 falls onto the first reflecting surface 48, which directs the beam 46 through the beam expander 30 and the beam converting device 52 to the second reflecting surface 54. The second laser source is in the form of low-energy He-Ne (helium-neon ) of the laser 56 is located next to the CO ₂ laser 44 and emits an auxiliary beam of visible laser radiation 58 with a wavelength of 638 km. The auxiliary beam 58 is incident on the beam-converting device 52, where it is reflected towards the second reflecting surface 54, coinciding with the laser beam 46 from the CO ₂ laser 44. Thus, the necessary properties of the beam-converting device 52 are such that it must transmit electromagnetic radiation with a wavelength of 10.6 μm, while reflecting electromagnetic radiation with a wavelength of 638 nm. Thus, the beam of the helium-neon laser 58 supplies the reduced beam from the CO ₂ laser and He-Ne laser 46, 58 with a visible component, which facilitates optical alignment.

После сведения два совпадающих пучка 46, 58 отражаются от второй отражающей поверхности 54 в направлении третьей отражающей поверхности 60 и от третьей отражающей поверхности 60 отражаются далее по направлению к четвертой отражающей поверхности 62. От четвертой отражающей поверхности 62 сведенный пучок 46, 58 отражается снова по направлению к узлу лазерной головки 64, от которой сведенный пучок 46, 58, наконец, направляется так, чтобы пересечь траекторию движения движущегося тела 26. Чтобы облегчить маркировку на различных высотах от основания тела 26, третья и четвертая отражающие поверхности 60 и 62 монтируются как одно целое, вместе с узлом головки 64, так чтобы была возможность их юстировки в вертикальной плоскости под воздействием шагового двигателя 66 (не показан). After convergence, two coincident beams 46, 58 are reflected from the second reflective surface 54 in the direction of the third reflective surface 60 and from the third reflective surface 60 are reflected further towards the fourth reflective surface 62. From the fourth reflective surface 62, the collapsed beam 46, 58 is reflected again in the direction to the laser head assembly 64, from which the flattened beam 46, 58 is finally guided so as to cross the path of the moving body 26. To facilitate marking at different heights from the base of the body 26 , the third and fourth reflective surfaces 60 and 62 are mounted as a whole, together with the head assembly 64, so that it is possible to align them in a vertical plane under the influence of a stepper motor 66 (not shown).

Внутри узла головки 64 сведенный пучок от СО₂ и Не-Ne лазеров 46,58 последовательно падает на два подвижных зеркала 68 и 70. Первое из этих двух зеркал 68 расположено наклонно к сведенному пучку 46, 58, который падает на него в результате отражения от четвертой отражающей поверхности 62, и может двигаться таким образом, чтобы вызывать движение отраженного от него пуска в вертикальной плоскости. Второе из двух зеркал 70 наклонено таким же образом, на этот раз к пучку 46, 58, который падает на него в результате отражения от первого зеркала 68, и может двигаться таким образом, чтобы заставить отраженный пучок 46, 58 двигаться в горизонтальной плоскости. Следовательно, специалистам в этой области будет ясно, что пучок 46, 58, выходящий из узла головки 64, может двигаться в любом желаемом направлении в результате одновременного движения первого и второго зеркал 68 и 70. Чтобы обеспечить это движение, два подвижных зеркала 68 и 70 смонтированы соответственно на первом и втором гальванометрах 72 и 74. Хотя признано, что для управления движения двух этих зеркал 68 и 70 может использоваться любое подходящее средство, например отдельный серводвигатель или ручной джойстик, принятый подход обеспечивает сочетание скорости отклика с легкостью управления, что представляет собой значительное преимущество над альтернативными средствами управления.Inside the head assembly 64, the converged beam from CO ₂ and He-Ne lasers 46.58 successively falls onto two movable mirrors 68 and 70. The first of these two mirrors 68 is inclined to the converged beam 46, 58, which falls on it as a result of reflection from fourth reflecting surface 62, and can move in such a way as to cause the movement of the reflected start from it in a vertical plane. The second of the two mirrors 70 is inclined in the same way, this time to the beam 46, 58, which falls on it as a result of reflection from the first mirror 68, and can move in such a way as to make the reflected beam 46, 58 move in the horizontal plane. Therefore, it will be clear to those skilled in the art that the beam 46, 58 exiting the head assembly 64 can move in any desired direction as a result of the simultaneous movement of the first and second mirrors 68 and 70. To provide this movement, two movable mirrors 68 and 70 mounted respectively on the first and second galvanometers 72 and 74. Although it is recognized that any suitable means can be used to control the movement of these two mirrors 68 and 70, for example, a separate servomotor or manual joystick, the adopted approach provides a combination of Improving response speed with ease of control, which is a significant advantage over alternative controls.

Выходя из узла головки 64, сведенный пучок 46, 58 фокусируется при прохождении через набор линз 76, который может включать один или более линзовых элементов. Первый линзовый элемент 78 способен сфокусировать пучок 46, 58 в выбранной точке на поверхности маркируемого тела. Как хорошо известно, максимальная плотность мощности пучка 46, 58 обратно пропорциональна квадрату радиуса пучка 46, 58 в его фокусе, который, в свою очередь, обратно пропорционален радиусу пучка 46, 58, падающего на фокусирующую линзу 78. Таким образом, для пучка 46, 58 электромагнитного излучения с длиной волны и радиусом R, подающего на линзу с фокусным расстоянием, плотность модности в фокусе Е в первом приближении определяется формулой:
E = PP²λ²f²[Вт/м²]
где Р мощность лазера. Из этого выражения очевидны значение и роль расширителя пучка 50, так как увеличение радиуса пучка R приводит к увеличению плотности энергии Е в фокусе. Кроме того, линзовый элемент 78 обычно представляет собой короткофокусную линзу с фокусным расстоянием в диапазоне от 70 до 80 мм, так что типичные плотности мощности в фокусе пучка 46, 58 обычно превышают 300 Вт/см². При плотностях энергии такого порядка тепловые взаимодействия происходят на поверхности маркируемого тела, в котором падающее излучение 46, 58 поглощается в виде тепла. Этот локальный нагрев приводит к тому, что поверхность тела 26 плавится и перетекает, оставляя остаточную маркировку, сделанную на поверхности. Перемещая фокус пучка 46, 58 c использованием зеркал 68 и 70, можно сделать маркировку заранее определенного вида, в частности, состоящую из одной или более цифр, букв или символов либо их комбинации, которая, в свою очередь, может представить собой идентификационную метку, торговую марку, машинно-читаемый код или любой другой желаемый знак.Leaving the head assembly 64, the flattened beam 46, 58 is focused as it passes through a set of lenses 76, which may include one or more lens elements. The first lens element 78 is able to focus the beam 46, 58 at a selected point on the surface of the marked body. As is well known, the maximum power density of the beam 46, 58 is inversely proportional to the square of the radius of the beam 46, 58 at its focus, which, in turn, is inversely proportional to the radius of the beam 46, 58 incident on the focusing lens 78. Thus, for the beam 46, 58 of electromagnetic radiation with a wavelength and radius R, which feeds on a lens with a focal length, the density of modality in focus E in the first approximation is determined by the formula:
E = PP ² λ ² f ² [W / m ² ]
where P is the laser power. The importance and role of the beam expander 50 are obvious from this expression, since an increase in the beam radius R leads to an increase in the energy density E in focus. In addition, the lens element 78 is usually a short-focus lens with a focal length in the range of 70 to 80 mm, so that typical power densities at the focus of the beam 46, 58 typically exceed 300 W / cm ² . At energy densities of this order, thermal interactions occur on the surface of the marked body, in which the incident radiation 46, 58 is absorbed in the form of heat. This local heating causes the surface of the body 26 to melt and flow, leaving a residual marking made on the surface. Moving the focus of the beam 46, 58 using mirrors 68 and 70, you can make a marking of a predetermined type, in particular, consisting of one or more numbers, letters or symbols, or a combination of them, which, in turn, can be an identification tag, a trade mark brand, machine-readable code, or any other desired character.

Плотность мощности, необходимая для стимулирования тепловых взаимодействий на поверхности тела, будет, конечно, зависеть от материала тела и скорости сканирования пучка 46, 58. Такие материалы, как перспекс, могут маркироваться с использованием пучка 46, 58 с плотностью мощности всего 58 Вт/см², тогда как для маркировки некоторых металлов пучок 46, 58 должен иметь плотность мощности около 1 МВт/см². Предметы из стекла попадают в промежуток между двумя этими экстремальными случаями и могут маркироваться с использованием пучка 46, 58 с плотностью мощности, превышающей 300 Вт/см², и скоростью сканирования 3 м/с.The power density needed to stimulate thermal interactions on the surface of the body will, of course, depend on the body material and the scanning speed of the beam 46, 58. Materials such as perspex can be marked using a beam 46, 58 with a power density of only 58 W / cm ² , while for marking some metals, beam 46, 58 must have a power density of about 1 MW / cm ² . Glass objects fall between these two extreme cases and can be marked using a beam 46, 58 with a power density exceeding 300 W / cm ² and a scanning speed of 3 m / s.

В интересах безопасности два лазера 44, 56 и соответственно их пучки 46 и 58 заключены внутри камеры безопасности 80, такой как показанна на фиг. 4, причем сведенный пучок 46, 58 выходит из камеры безопасности 80 только после прохождения набора линз 76. Доступ к двум лазерам 44 и 56 и различным оптическим элементам, расположенным на пути соответствующих пучков 46, 58, обеспечивается через дверцу 82, которая соединена с блокировочным устройством 84, делающим невозможной работу СО₂ -лазера 44 при открытой дверце 82. Следует отметить, что Не-Nе лазер 56 необязательно соединять с блокировочным устройством таким же образом, поскольку он работает только с очень малой мощностью и не представляет значительной опасности для опытного оператора.In the interest of safety, two lasers 44, 56 and their beams 46 and 58 respectively are enclosed within a security chamber 80, such as that shown in FIG. 4, the reduced beam 46, 58 leaving the security camera 80 only after passing through a set of lenses 76. Access to two lasers 44 and 56 and various optical elements located in the path of the corresponding beams 46, 58 is provided through the door 82, which is connected to the interlock device 84 that makes it impossible for the CO ₂ laser 44 while the door is open 82. it should be noted that the he-Ne laser 56 is optionally connected to an interlock in the same way since it only operates at a very low power and does not represent significant Noah danger for the experienced operator.

Однофазное сетевое электрическое напряжение 240 В подается через блокировочное устройство дверцы 84 к сетевому распределительному устройству 86, которое расположено внизу, и изолировано от камеры безопасности 80 для предотвращения электрических помех работе лазеров 44 и 56. Из распределительного устройства 86 электрическое питание от сети подводится к СО₂ -лазеру 44 и Не-Nе лазеру 56, а также к блоку охлаждения 83, который служит для охлаждения СО₂ -лазера 44. Кроме того, сетевое электрическое питание подается также на шаговый двигатель 66 и компьютер 90. Три преобразователя переменного тока в постоянный и соответствующие регуляторы напряжения обеспечивают регулируемое постоянное напряжение 9 В, 12 В и 15 В, подаваемое соответственно на Не-Nе лазер 56 для обеспечения механизма накачки, на еще одно блокировочное устройство 92, предотвращающее преждевременный запуск СО₂-лазера 44, на узел головки 64 и, в частности, на первый и второй гальванометры 72 и 74 для создания заранее заданного движения первого и второго зеркал 68 и 70.A single-phase mains voltage of 240 V is supplied through the blocking device of the door 84 to the network switchgear 86, which is located below and isolated from the security camera 80 to prevent electrical interference to the operation of the lasers 44 and 56. From the switchgear 86, the electrical supply from the network is supplied to CO ₂ laser 44 and He-Ne laser 56 as well as to a cooling unit 83 which serves to cool the CO ₂ laser 44. in addition, mains electrical power is also supplied to the stepping motor 66 and the computer f 90. Three AC to DC converter and associated voltage regulators provide regulated DC voltage of 9 V, 12 V and 15 V, respectively, applied to He-Ne laser 56 to provide the pumping mechanism, to another locking device 92 which prevents the premature start of the CO ₂ laser 44, to the head assembly 64 and, in particular, to the first and second galvanometers 72 and 74 to create a predetermined movement of the first and second mirrors 68 and 70.

Объединенная последовательность операций маркировочного устройства 10 и детектирующего модуля 12 схематически показана на фиг. 5 и начинается с компьютера 90, вычисляющего или выпоняющего просмотр с целью идентификации следующей маркировки, которая должна быть нанесена. Таким образом, если лазерная маркировочная станция используется для маркировки целого ряда предметов, каждый из которых имеет свой серийный номер, компьютер 90 может вычислить следующую маркировку путем добавления необходимого приращения к опорному номеру, составляющему предыдущую маркировку. И наоборот, в начале партии или в процессе более сложной последовательности операций маркировки компьютер 90 может идентифицировать следующую маркировку из заранее запрограммированного перечня маркировок, содержащегося в соответствующем запоминающем устройстве. Когда следующая маркировка идентифицирована, она может быть выведена на дисплей пульта оператора вместе с иной информацией, такой как количество маркируемых предметов в конкретной партии, средняя линейная скорость предметов, проходящих мимо детектирующего модуля 12, а также любой другой желательной информацией. The combined flow of the marking device 10 and the detecting module 12 is shown schematically in FIG. 5 and begins with a computer 90 calculating or executing a scan in order to identify the next marking to be applied. Thus, if a laser marking station is used to mark a number of items, each of which has its own serial number, computer 90 can calculate the next marking by adding the necessary increment to the reference number constituting the previous marking. Conversely, at the beginning of a batch or during a more complex marking process, computer 90 can identify the next marking from a pre-programmed list of markings contained in the corresponding memory device. When the next marking is identified, it can be displayed on the operator console along with other information, such as the number of marked items in a particular batch, the average linear speed of the items passing by the detection module 12, as well as any other desirable information.

Идентифицировав маркировку, которая должна быть нанесена на движущееся тело 26, компьютер 90 вычисляет векторы, необходимые для вычерчивания маркировки в предположении, что тело 26 будет неподвижным в момент маркировки. Эти векторы трансформируются в электрический сигнал, который, если используется для модулирования постоянного напряжения 15 В, поступая на первый и второй гальванометры 72 и 74, произведет серию движений первого и второго зеркал 68 и 70, способных перемещать фокус возбужденного лазерного пучка таким образом, чтобы вычертить желаемую маркировку. By identifying the marking to be applied to the moving body 26, the computer 90 calculates the vectors needed to draw the marking under the assumption that the body 26 will be stationary at the time of marking. These vectors are transformed into an electrical signal, which, if used to modulate a constant voltage of 15 V, arriving at the first and second galvanometers 72 and 74, will produce a series of motions of the first and second mirrors 68 and 70, capable of moving the focus of the excited laser beam in such a way as to draw desired labeling.

Поскольку маркируемое тело транспортируется к лазерной маркировочной станции с помощью конвейерной ленты 16, положение движущегося тела 26 относительно неподвижного бокового бортика 20 может быть изменено с помощью регулировочного винта 24. Как правило, регулировочный винт 24 используется для сужения эффективной ширины конвейерной ленты 16 рядом с первым отверстием 28 в защитном кожухе 14. Таким образом, эффективная ширина конвейерной ленты 16 становится ненамного шире, чем само движущееся тело 26, тем самым обеспечивая некоторую степень контроля за поперечным расстоянием между маркируемым телом и различными компонентами детектирующего модуля 12 и маркировочной установки 10. Since the body to be marked is transported to the laser marking station using a conveyor belt 16, the position of the moving body 26 relative to the fixed side flange 20 can be changed using the adjusting screw 24. Typically, the adjusting screw 24 is used to narrow the effective width of the conveyor belt 16 near the first hole 28 in the protective casing 14. Thus, the effective width of the conveyor belt 16 does not become much wider than the moving body 26 itself, thereby providing some degree of counter la for the transverse distance between the body to be marked and the various components of the detection module 12 and the marking apparatus 10.

В течение всего этого времени детектирующий модуль используется для детектирования приближения маркируемого тела. Как только тело 26 достигает оптического детектора 32, его ведущая кромка затемняет оптический путь между источником света 36, обратным отражателем 40 и детектором 38, приводя к тому, что количество детектируемого света падает ниже установленного порогового значения. В результате генерируется соответствующий сигнал, который посылается на компьютер 90, запуская его часовой механизм. Этот часовой механизм не останавливается до момента времени t₁, когда ведущая кромка движущегося тела 26 детектируется таким же образом вторым оптическим детектором 34. Поскольку два оптических детектора 32 и 34 расположены на известном расстоянии d₁ друг от друга, скорость V маркируемого тела можно легко вычислить путем деления известного расстояния d₁ на время t₁, измеренное часовым механизмом. Таким образом V d₁/t₁
Чтобы создать компактную установку, способную маркировать тела, движущиеся с относительно большой линейной скоростью, расстояние d₁ между двумя оптическими детекторами 32 и 34 предпочтительно делать как можно меньше. В предельном случае оптический детектор 34 устанавливают впритык к оптическому детектору 34, что позволяет снизить d₁ до 1 мм. Даже при таких маленьких расстояниях генератор, составляющий основу часового механизма, способен провести свыше 5 циклов в течение типичного временного интервала t₁, так что уменьшение d₁ не оказывает заметного влияния на точность, с которой может быть измерена скорость V.Throughout this time, the detection module is used to detect the proximity of the marked body. As soon as the body 26 reaches the optical detector 32, its leading edge obscures the optical path between the light source 36, the back reflector 40 and the detector 38, causing the amount of detected light to fall below a predetermined threshold value. As a result, a corresponding signal is generated, which is sent to the computer 90, starting its clock mechanism. This clock mechanism does not stop until time t ₁ , when the leading edge of the moving body 26 is detected in the same way by the second optical detector 34. Since the two optical detectors 32 and 34 are located at a known distance d ₁ from each other, the speed V of the marked body can be easily calculated by dividing the known distance d ₁ by time t ₁ measured by the clock. Thus, V d ₁ / t ₁
In order to create a compact setup capable of marking bodies moving with a relatively high linear velocity, the distance d ₁ between the two optical detectors 32 and 34 is preferably made as small as possible. In the extreme case, the optical detector 34 is mounted right next to the optical detector 34, which reduces d ₁ to 1 mm. Even at such small distances, the generator, which forms the basis of the clockwork, is able to carry out more than 5 cycles during a typical time interval t ₁ , so that a decrease in d ₁ does not significantly affect the accuracy with which the speed V can be measured.

Пройдя мимо второго оптического детектора 34, маркируемое тело продолжает двигаться на конвейерной ленте 16 до тех пор, пока в момент времени t₂ не окажется рядом с маркировочной установкой 10. Поскольку второй оптический детектор 34 и маркировочная установка 10 находятся также на известном расстоянии d₂ друг от друга, время t₂ может быть вычислено путем деления расстояния d₂ на скорость V движущегося тела 26. Таким образом, t₂ d₂/V или t₂ d₂/d₁•t₁
С другой стороны, чтобы обеспечить компактность установки, расстояние d₁ может быть уменьшено до минимума, ограниченного мощностью компьютера 90, но, как правило, оно составляет величину порядка 5 мм.Having passed the second optical detector 34, the marked body continues to move on the conveyor belt 16 until at the time t ₂ it is near the marking unit 10. Since the second optical detector 34 and marking unit 10 are also at a known distance d ₂ each away from each other, the time t ₂ can be calculated by dividing the distance d ₂ by the speed V of the moving body 26. Thus, t ₂ d ₂ / V or t ₂ d ₂ / d ₁ • t ₁
On the other hand, to ensure compactness of the installation, the distance d ₁ can be reduced to a minimum limited by the power of the computer 90, but, as a rule, it is of the order of 5 mm.

Используя приведенное выше уравнение, компьютер 90 вычисляет расчетное время прибытия t₂ маркируемого тела к маркировочной установке 10. Этот временной интервал, однако, представляет собой время, когда ведущая кромка тела 26 находится рядом с маркировочной установкой 10, и если желаемая маркировка должна быть нанесена не на ведущую кромку, к временному интервалу t₂ добавляется дополнительная временная задержка δt чтобы получить время t₃, когда маркируемая часть тела 26 будет находиться рядом с маркировочной установкой 10.Using the above equation, computer 90 calculates the estimated arrival time t _{2 of the} body to be marked at marking unit 10. This time interval, however, is the time when the leading edge of body 26 is adjacent to marking unit 10, and if the desired marking should not be applied on the leading edge, an additional time delay δt is added to the time interval t ₂ to get the time t ₃ when the marked part of the body 26 will be next to the marking unit 10.

В момент времени t₃после того как сигнал генерирован вторым оптическим детектором 34, СО₂-лазер 44 начинает работать, и сведенный пучок СО₂ и Не-Nе лазеров 46 и 58 фокусируется в вычисленную точку на поверхности тела 26. В этот же самый момент генерируется электрический сигнал для модуляции постоянного напряжения 15 В, приложенного к первому и второму гальванометрам 72 и 74; этот сигнал не только воспроизводит векторы, необходимые для вычерчивания желательной маркировки, но также включает в себя наложенную компоненту, компенсирующую движение тела 26 со скоростью V. Модулированное постоянное напряжение 15 В производит серию движений первого и второго зеркал 68 и 70, которые направляют фокус сведенного пучка СО₂ и Не-Nе лазеров 46, 58 так, чтобы он вычерчивал желательную маркировку, в то же самое время перемещая вычерчиваемую маркировку со скоростью V, что позволяет осуществлять динамическое сканирование в масштабе реального времени.At time t ₃ after the signal is generated by the second optical detector 34, the CO ₂ laser 44 starts to work, and the combined beam of CO ₂ and He-Ne lasers 46 and 58 focuses on the calculated point on the surface of the body 26. At the same moment an electrical signal is generated to modulate a DC voltage of 15 V applied to the first and second galvanometers 72 and 74; this signal not only reproduces the vectors necessary for drawing the desired marking, but also includes an superimposed component that compensates for the motion of the body 26 with a speed V. The modulated constant voltage of 15 V produces a series of motions of the first and second mirrors 68 and 70, which direct the focus of the reduced beam CO ₂ and He-Ne lasers 46, 58 so that he draws the desired marking, while at the same time moving the drawn marking at a speed of V, which allows dynamic scanning at a scale of p real time.

После того как тело 26 промаркировано, оно продолжает перемещаться с помощью конвейерной ленты 16, выходит из защитного кожуха 14 и уходит из лазерной маркировочной станции через второе отверстие 30. Промаркированное тело 26 может после этого быть перемещено к следующей обрабатывающей станции, если это требуется, в то время как компьютер 90 вычисляет следующую маркировку, которая должна быть нанесена, и вся последовательность операций начинается снова. After the body 26 is marked, it continues to move with the conveyor belt 16, leaves the protective casing 14 and leaves the laser marking station through the second hole 30. The marked body 26 can then be moved to the next processing station, if necessary, in while computer 90 calculates the next marking to be applied, and the whole sequence of operations starts again.

Специалистам будет ясно, что когда тело 26 движется мимо маркировочной установки 10, расстояние между набором линз 76 и той частью поверхности тела 26, которая должна маркироваться, непрерывно изменяется. Даже если тело 26 было бы неподвижным при маркировке, если желательная маркировка была бы достаточно большого размера, любая кривизна тела 26 также приводила бы к различным расстояниям между набором линз 76 и различными точками на поверхности. Сверх этого, следующие друг за другом маркируемые тела могут располагаться на конвейерной ленте 16 на различных расстояниях от неподвижного бокового бортика 20, несмотря на сужение эффективной ширины конвейерной ленты 16 перед лазерной маркировочной станцией. Если, как это было описано, первый линзовый элемент 78 имеет фиксированное фокусное расстояние, каждый из указанных выше факторов будет способствовать тому, что части наносимой на тело маркировки будут ближе или дальше от фокуса. Однако тщательно выбирая фокусное расстояние линзового элемента 78, можно свести эту проблему к минимуму. It will be clear to those skilled in the art that when the body 26 moves past the marking unit 10, the distance between the lens set 76 and that part of the surface of the body 26 that is to be marked is continuously changing. Even if the body 26 would be stationary during the marking, if the desired marking would be large enough, any curvature of the body 26 would also lead to different distances between the set of lenses 76 and different points on the surface. On top of this, sequentially marked bodies can be located on the conveyor belt 16 at various distances from the fixed side flange 20, despite the narrowing of the effective width of the conveyor belt 16 in front of the laser marking station. If, as described, the first lens element 78 has a fixed focal length, each of the above factors will help to ensure that parts of the markings applied to the body are closer or farther from the focus. However, by carefully choosing the focal length of the lens element 78, this problem can be minimized.

Как уже было ранее сказано, фокусное расстояние первого линзового элемента 78 обычно составляет от 70 до 80 мм, и этот элемент способен фокусировать сведенный пучок СО₂ и Не-Nе лазеров 46, 58 так, чтобы получить в фокусе плотность мощности, как правило, свыше 300 Вт/см². Однако, при всем этом, для линзового элемента с фокусным расстоянием в этих пределах плотность мощности на малом расстоянии δx от фокуса все еще недостаточна, чтобы привести к тепловым взаимодействиям внутри маркируемого тела. В предпочтительном варианте линзовый элемент 78 имеет фокусное расстояние 75 мм, что позволяет получить для стекла δx больше 5 мм, хотя величина δx конечно, зависит от материала, из которого сделано тело 26. Однако с использованием такой линзы описанная установка может эффективно маркировать движущиеся тела, поверхности которых лежат в узком диапазоне вокруг оптимального расстояния от набора линз 76.As already mentioned, the focal length of the first lens element 78 is usually from 70 to 80 mm, and this element is able to focus the combined beam of CO ₂ and He-Ne lasers 46, 58 so as to obtain a power density in focus, usually above 300 W / cm ² . However, for all this, for a lens element with a focal length within these limits, the power density at a small distance δx from the focus is still insufficient to lead to thermal interactions inside the marked body. In a preferred embodiment, the lens element 78 has a focal length of 75 mm, which makes it possible to obtain for glass δx greater than 5 mm, although the value of δx of course depends on the material of which the body 26 is made. However, using such a lens, the described apparatus can effectively mark moving bodies, the surfaces of which lie in a narrow range around the optimal distance from the set of lenses 76.

И наоборот или в дополнение к этому, второй линзовый элемент 92 может быть помещен последовательно с первым линзовым элементом 78, чтобы компенсировать один или более описанных выше дефокусирующих эффектов. Такой линзовый элемент 92 может обладать фокусным расстоянием, которое меняется по его ширине, и может, например, представлять собой плоский объектив, компенсирующий любую кривизну поверхности маркируемого тела. Conversely, or in addition to this, the second lens element 92 may be placed in series with the first lens element 78 to compensate for one or more of the defocusing effects described above. Such a lens element 92 may have a focal length that varies along its width, and may, for example, be a flat lens that compensates for any curvature of the surface of the marked body.

В еще одной из установок набор линз 76 может включать в себя третий линзовый элемент 94 в виде линзы с переменным фокусным расстоянием, фокусное расстояние которой может меняться, когда маркируемое тело проходит мимо маркировочной установки 10, тем самым удерживая фокус сведенного пучка СО₂ и Не-Nе лазеров 46, 58 в нужной точке на поверхности тела 26, несмотря на описанные выше дефокусирующие эффекты.In yet another installation, the lens set 76 may include a third lens element 94 in the form of a variable focal length lens, the focal length of which can change when the body being marked passes by the marking unit 10, thereby holding the focus of the combined beam of CO ₂ and He There are no lasers 46, 58 at the desired point on the surface of the body 26, despite the defocusing effects described above.

Еще в одной из установок вместо второго линзового элемента 92 или третьего линзового элемента 94 может быть помещен четвертый линзовый элемент 95 (не показан) в виде рассеивающей линзы. Четвертый линзовый элемент 95 с фокусным расстоянием предпочтительно располагается на расстоянии f₂ перед фокусом, который был бы создан первым линзовым элементом 78. Таким образом, четвертый линзовый элемент 95 дает узкий параллельный пучок излучения с высокой плотностью энергии, который может быть направлен на движущееся тело 26 для получения освещенного пятна на его поверхности. Если узкий пучок имеет достаточную плотность мощности, он может быть использован для обеспечения маркировки поверхности движущегося тела 26, в то же самое время не имея тенденции к любому из описанных выше дефокусирующих эффектов.In yet another installation, instead of a second lens element 92 or a third lens element 94, a fourth lens element 95 (not shown) in the form of a diffusing lens can be placed. The fourth lens element 95 with a focal length is preferably located at a distance f ₂ in front of the focus that would be created by the first lens element 78. Thus, the fourth lens element 95 gives a narrow parallel beam of radiation with a high energy density, which can be directed to a moving body 26 to get a lighted spot on its surface. If the narrow beam has a sufficient power density, it can be used to mark the surface of the moving body 26, while at the same time not tending to any of the defocusing effects described above.

Во втором воплощении, изображенном на фиг. 6, маркировочная установка 10 также предназначена для обеспечения маркировки движущегося материального тела 26, за исключением того, что вместо наложения составляющей, которая компенсирует это движение, на уже и без того сложное движение первого и второго зеркал 68 и 70, движение тела 26 полностью компенсируется пятой отражающей поверхностью 96. In the second embodiment shown in FIG. 6, the marking unit 10 is also designed to mark the moving material body 26, except that instead of superimposing a component that compensates for this movement on the already complex movement of the first and second mirrors 68 and 70, the movement of the body 26 is fully compensated by the fifth reflective surface 96.

Пятая отражающая поверхность 96 закреплена на оси 98 так, что может вращаться вокруг нее, и расположена так, чтобы направлять на движущееся тело 26 сведенный пучок СО₂ и Не-Nе лазеров 46, 58, который падает на нее в результате отражения от второго зеркала 70. Когда маркируемое тело проходит мимо маркировочной установки 10, пятая отражающая поверхность 96 поворачивается вокруг оси 98 таким образом, чтобы удержать сведенный пучок СО₂ и Не-Nе лазеров 46, 58 направленным на движущееся тело 26.The fifth reflective surface 96 is mounted on the axis 98 so that it can rotate around it, and is positioned so as to direct a mixed beam of CO ₂ and He-Ne lasers 46, 58 that are incident on it as a result of reflection from the second mirror 70 on the moving body 26 When the body to be marked passes by the marking unit 10, the fifth reflective surface 96 rotates about an axis 98 so as to keep the flattened beam of CO ₂ and He-Ne lasers 46, 58 directed toward the moving body 26.

Пятая отражающая поверхность 96 предпочтительно состоит из зеркала третьего гальванометра 100 (не показано). Таким образом, может быть обеспечено движение пятой отражающей поверхности 96 с той же самой скоростью отклика и легкостью управления, что и в случае первого и второго зеркал 68 и 70. При таких обстоятельствах, когда СО₂-лазер 44 введен в действие и постоянно напряжение 15 В, приложенное к первому и второму гальванометрам 72 и 74, модулируется для создания заранее определенного движения первого и второго зеркал 68 и 70, к третьему гальванометру 100 может быть приложено отдельное постоянное напряжение 16 В, которое модулируется в соответствии с предварительно измеренной скоростной характеристикой движущегося тела 26. Как и раньше, суммарный эффект движения зеркал трех гальванометров 72, 74 и 100 должен позволять производить динамическое сканирование движущегося тела 26 в масштабе реального времени сведенным пучком СО₂ и Не-Nе лазеров 46, 58.The fifth reflective surface 96 preferably consists of a mirror of a third galvanometer 100 (not shown). Thus, the movement of the fifth reflective surface 96 can be ensured with the same response speed and ease of control as in the case of the first and second mirrors 68 and 70. Under such circumstances, when the CO ₂ laser 44 is activated and the voltage is constant 15 B, applied to the first and second galvanometers 72 and 74, is modulated to create a predetermined movement of the first and second mirrors 68 and 70, a separate DC voltage of 16 V can be applied to the third galvanometer 100, which is modulated in accordance with the preliminary measured by the speed characteristic of a moving body 26. As before, the total effect of the movement of the mirrors of the three galvanometers 72, 74, and 100 should allow the dynamic scanning of the moving body 26 in real time by a combined beam of CO ₂ and He-Ne lasers 46, 58.

На фиг. 6 показана пятая отражающая поверхность 96, расположенная между вторым зеркалом 70 и набором линз 76, хотя специалистам будет ясно, что пятая отражающая поверхность 96 может с тем же успехом располагаться в других точках вдоль оптического пути сведенного пучка СО₂ и Не-Nе лазеров 46, 58, например непосредственно после набора линз 76.In FIG. 6 shows a fifth reflective surface 96 located between the second mirror 70 and the lens kit 76, although it will be clear to those skilled in the art that the fifth reflective surface 96 can equally well be located at other points along the optical path of the combined beam of CO ₂ and He-Ne lasers 46, 58, for example immediately after a set of lenses 76.

В третьем воплощении, которое аналогично второму в том, что компенсация движения тела 26 осуществляется отдельно от генерации самой маркировки, пятая отражающая поверхность 96 заменена многогранным зеркалом 102, как показано на фиг. 7. Как и пятая отражающая поверхность 9, многогранное зеркало 102 укреплено на оси 104 так, что может вращаться вокруг нее, и расположено так, что направляет на движущееся тело сведенный пучок СО₂ и Не-Nе лазеров 46, 58, который падает на него в результате отражения от второго зеркала 70. Когда маркируемое тело проходит мимо маркировочной установки 10, многогранное зеркало 102 поворачивается вокруг оси 104 таким образом, чтобы удерживать сведенный пучок СО₂ и Не-Nе лазеров 46, 58 направленным на движущееся тело 26.In the third embodiment, which is similar to the second in that the movement of the body 26 is compensated separately from the generation of the marking itself, the fifth reflective surface 96 is replaced by a polyhedral mirror 102, as shown in FIG. 7. Like the fifth reflective surface 9, the multifaceted mirror 102 is mounted on the axis 104 so that it can rotate around it, and is positioned so that it directs a reduced beam of CO ₂ and He-Ne lasers 46, 58 onto the moving body, which falls on it as a result of reflection from the second mirror 70. When the marked body passes by the marking unit 10, the multifaceted mirror 102 rotates around the axis 104 so as to keep the flattened beam of CO ₂ and He-Ne lasers 46, 58 directed to the moving body 26.

Преимуществом третьего воплощения в отличие от второго воплощения, описанного выше, является то, что после того, как движущееся тело 26 промаркировано, многогранное зеркало 102, в отличие от пятой отражающей поверхности 96 из второго воплощения, не должно быстро вращаться вокруг оси 102 в каком-либо направлении, чтобы соответствующим образом настроиться на следующее маркируемое тело. Вместо этого многогранное зеркало 102 может продолжать вращаться в том же самом направлении и с той же скоростью, чтобы удержать сведенный пучок СО₂ и Не-Nе лазеров 46, 58 направленным на следующее маркируемое тело посредством отражения от другой поверхности многогранного зеркала 102. Форма многогранного зеркала 102 налагает, однако, определенные требования на его собственную скорость вращения, которая должна быть такой, чтобы гарантировать, что оно не повернется на угол, больший, чем угол, стягиваемый рабочей гранью, в течение времени, необходимого для маркировки движущегося тела 26.An advantage of the third embodiment, in contrast to the second embodiment described above, is that after the moving body 26 is marked, the polyhedral mirror 102, unlike the fifth reflective surface 96 of the second embodiment, should not rotate quickly around the axis 102 in some or direction to adjust accordingly to the next body to be marked. Instead, the multifaceted mirror 102 can continue to rotate in the same direction and at the same speed to keep the flattened beam of CO ₂ and He-Ne lasers 46, 58 directed toward the next marked body by reflection from another surface of the multifaceted mirror 102. The shape of the multifaceted mirror 102, however, imposes certain requirements on its own rotation speed, which must be such as to ensure that it does not rotate at an angle greater than the angle pulled together by the working face, over time, th marking of the moving body 26.

Вращением многогранного зеркала 102 можно управлять с помощью компьютера 30, если скорость движущегося тела 26 уже измерена и количество векторов, необходимых для вычерчивания желательной маркировки, известно, поскольку последнее позволяет предсказать необходимое время маркировки, тогда как первая позволяет вычислить расстояние, на которое тело 26 будет перемещено в процессе маркировки. The rotation of the multifaceted mirror 102 can be controlled by computer 30, if the speed of the moving body 26 has already been measured and the number of vectors needed to draw the desired marking is known, since the latter allows you to predict the required marking time, while the former allows you to calculate the distance over which the body 26 will moved during the marking process.

На фиг. 7 многогранное зеркало 102 показано расположенным между вторым зеркалом РО и набором линз 76, хотя специалистам будет ясно, что многогранное зеркало 102 с тем же успехом может располагаться в других точках вдоль оптического пути сведенного пучка СО₂ и Не-Nе лазеров 46, 58, например непосредственно после набора линз 76.In FIG. 7, a multi-faceted mirror 102 is shown located between the second mirror RO and a set of lenses 76, although it will be clear to those skilled in the art that the multi-faceted mirror 102 can equally well be located at other points along the optical path of the combined beam of CO ₂ and He-Ne lasers 46, 58, for example immediately after a set of lenses 76.

В четвертом примере воплощений маркировочной установки 10, показанном на фиг.8, движение тела 26 компенсируется поперечным смещением всего узла головки 64 и набора линз 76. После измерения скорости маркируемого тела узел головки 64 и набор линз 76 движутся в направлении, параллельном движущемуся телу 26, под воздействием двигателя 106 (не показан). Если перемещать узел головки 64 и набор линз 76 с той же самой скоростью, что и у движущегося тела 26, относительную скорость между ними можно снизить до нуля, пока желаемая маркировка не будет нанесена. Когда движущееся тело промаркировано, узел головки 64 и набор линз 76 быстро возвращаются в исходные положения снова под действием двигателя 106 (не показан) так, чтобы быть готовыми промаркировать следующее тело. In a fourth embodiment example of the marking apparatus 10 shown in FIG. 8, the movement of the body 26 is compensated by the lateral displacement of the entire head assembly 64 and the set of lenses 76. After measuring the speed of the marked body, the head assembly 64 and the set of lenses 76 move in a direction parallel to the moving body 26. under the influence of an engine 106 (not shown). If you move the head assembly 64 and the set of lenses 76 at the same speed as the moving body 26, the relative speed between them can be reduced to zero until the desired marking is applied. When the moving body is marked, the head assembly 64 and the set of lenses 76 quickly return to their original positions again under the action of an engine 106 (not shown) so as to be ready to mark the next body.

При обеспечении распространения сведенного пучка СО₂ и Не-лазеров 46, 58, который отражается от первого зеркала 68, в направлении, параллельном конвейерной ленте 16, до отражения в направлении движущегося тела 26 вторым зеркалом 70, специалистам будет ясно, что для достижения желаемого эффекта только второе зеркало 70 и набор линз 76 должны приводиться в движение двигателем 106 (не показан). Действительно, если набор линз 76 был бы расположен на оптическом пути сведенного пучка СО₂ и Не-Nе лазеров 46, 58 между четвертой отражающей поверхностью 60 и первым зеркалом 68, тогда только второе зеркало 70 было бы необходимо приводить в движение двигателем 106.When propagating the mixed beam of CO ₂ and He-lasers 46, 58, which is reflected from the first mirror 68, in a direction parallel to the conveyor belt 16, before reflection in the direction of the moving body 26 by the second mirror 70, it will be clear to those skilled in the art that to achieve the desired effect only the second mirror 70 and the lens kit 76 should be driven by an engine 106 (not shown). Indeed, if the set of lenses 76 would be located on the optical path of the reduced beam of CO ₂ and He-Ne lasers 46, 58 between the fourth reflective surface 60 and the first mirror 68, then only the second mirror 70 would need to be driven by the motor 106.

В пятом воплощении один или более акустооптических или электрооптических кристаллов 108 (не показаны) могут быть расположены на пути пучка 46, 58, чтобы компенсировать движение тела 26. Кристаллы этих типов обладают свойством отклонять падающий пучок на различные углы в зависимости от значения приложенного к ним напряжения. Поэтому, прилагая меняющееся соответствующим образом напряжение к кристаллам 108 (не показаны), можно продолжать направлять сведенный пучок CO₂ и Не-Nе лазеров 46, 58 на движущееся тело 26, когда оно проходит мимо маркировочной установки 10.In the fifth embodiment, one or more acousto-optical or electro-optical crystals 108 (not shown) can be located on the path of the beam 46, 58 to compensate for the movement of the body 26. These types of crystals have the property of deflecting the incident beam at different angles depending on the value of the voltage applied to them . Therefore, by applying a correspondingly varying voltage to the crystals 108 (not shown), one can continue to direct the reduced beam of CO ₂ and He-Ne lasers 46, 58 to the moving body 26 as it passes by the marking unit 10.

Специалистам будет также ясно, что в свете поданной одновременно заявителем его же заявки на патент Великобритании N 9117521.6 установка, описанная в связи с любым из предыдущих воплощений, может быть также использована для осуществления подповерхностной маркировки движущегося материального тела без существенных изменений. It will also be clear to those skilled in the art that, in light of the British patent application N 9117521.6 filed simultaneously by the applicant, the apparatus described in connection with any of the previous embodiments can also be used to perform subsurface marking of a moving material body without significant changes.

В прошлом, чтобы создать несмываемую маркировку, производители почти исключительно прибегали к поверхностной маркировке. Однако одна из основных трудностей с маркировкой этого типа состоит в том, что она может быть либо разрушена при удалении части поверхности, на которую нанесена маркировка, либо имитирование путем нанесения идентичной маркировки на подделку. С использованием установки, аналогичной уже описанной, движущееся материальное тело может быть снабжено подповерхностной маркировкой путем направления на поверхность тела сфокусированного пучка лазерного излучения с высокой плотностью энергии, для которого данный материал прозрачен. Пучок фокусируется в точке, расположенной на некотором расстоянии от поверхности внутри тела так, чтобы вызвать локальную ионизацию материала и создать маркировку в виде области повышенной непрозрачности к электромагнитному излучению, причем, что существенно, без заметных изменений на поверхности. In the past, to create indelible marking, manufacturers almost exclusively resorted to surface marking. However, one of the main difficulties with marking of this type is that it can either be destroyed by removing part of the surface that is marked, or imitation by applying the same marking to a fake. Using a setup similar to that already described, a moving material body can be provided with subsurface marking by directing a focused laser beam with a high energy density onto the surface of the body for which this material is transparent. The beam is focused at a point located at a certain distance from the surface inside the body so as to cause localized ionization of the material and create a marking in the form of a region of increased opacity to electromagnetic radiation, moreover, which is essential, without noticeable changes on the surface.

Во избежание неоднозначности трактовки следует отметить, что термин "прозрачный", так как он используется выше по отношению к маркируемому материалу, относится к материалу, в котором пучок с высокой плотностью энергии может проникнуть, по меньшей мере, до глубины желаемой маркировки, и, как таковой, включает в себя полупрозрачные материалы и такие материалы, как цветные или задымленные стекла, в которых характеристики пропускания электромагнитного излучения на длинах волн видимого диапазона хотя и снижены, но пропускание все же не исключено полностью. Термин "прозрачный" включает также в себя материалы, которые непрозрачны для электромагнитного излучения с длинами волн видимого диапазона, но, по меньшей мере, способны пропускать электромагнитное излучение с длинами волн в том же самом диапазоне электромагнитного спектра, что и длина волны пучка с высокой плотностью энергии. In order to avoid ambiguity in the interpretation, it should be noted that the term “transparent”, as used above with respect to the material being marked, refers to a material in which a beam with a high energy density can penetrate at least to the depth of the desired marking, and, as such, includes translucent materials and materials such as colored or smoked glass, in which the transmission characteristics of electromagnetic radiation at wavelengths of the visible range, although reduced, but transmission is still possible but completely. The term "transparent" also includes materials that are opaque to electromagnetic radiation with visible wavelengths, but at least capable of transmitting electromagnetic radiation with wavelengths in the same range of the electromagnetic spectrum as the wavelength of a high-density beam energy.

Возможные типы взаимодействия между лазерным излучением и материальным телом могут быть разделены на три категории в зависимости от плотности мощности лазерного излучения, о котором идет речь. В порядке увеличения плотности мощности эти категории таковы:
фотохимические взаимодействия, включая фотоиндукцию и фотоактивацию;
тепловые взаимодействия, в которых падающее излучение поглощается в виде тепла; и
ионизирующие взаимодействия, которые включают в себя нетепловое фоторасщепление облученного материала.Possible types of interaction between laser radiation and a material body can be divided into three categories depending on the power density of the laser radiation in question. In order of increasing power density, these categories are as follows:
photochemical interactions, including photoinduction and photoactivation;
thermal interactions in which the incident radiation is absorbed in the form of heat; and
ionizing interactions, which include non-thermal photodisintegration of the irradiated material.

Разница между порогами этих трех типов взаимодействия четко демонстрируется путем сравнения типичной плотности мощности 10^-3 Вт/см², необходимой для возникновения фотохимического взаимодействия, с плотностью мощности 10¹² Вт/см², типичной для ионизирующих взаимодействий, таких как фотоабляция и фоторазрушение.The difference between the thresholds of these three types of interaction is clearly demonstrated by comparing the typical power density of 10 ^-3 W / cm ² necessary for the occurrence of photochemical interaction with the power density of 10 ¹² W / cm ² typical of ionizing interactions such as photoablation and photodestruction.

Для того, чтобы произошла локальная ионизация, пучок с высокой плотностью энергии должен обладать энергией, достаточной для расщепления молекулярных связей и создания плазмы в фокальной точке. Когда пучок убирают, плазма охлаждается, формируя локальную область повреждения или разрушения, которая рассеивает падающее на нее электромагнитное излучение, в результате чего эта зона проявляет себя как область повышенной непрозрачности. In order for local ionization to occur, a beam with a high energy density must have enough energy to split molecular bonds and create a plasma at the focal point. When the beam is removed, the plasma cools, forming a local area of damage or destruction, which scatters the electromagnetic radiation incident on it, as a result of which this zone manifests itself as a region of increased opacity.

В настоящее время единственными предлагающимися на рынке лазерами, способными вызвать ионизационые взаимодействия, являются импульсные лазеры, имеющие пиковую энергию, которая при фокусировании достаточна для создания плазмы внутри материала, о котором идет речь. Поэтому, чтобы осуществить подповерхностную маркировку движущегося тела, источник 48 лазерного излучения 30 предпочтительно заменить лазером, имеющим плотность мощность в фокусе не менее 10⁷ Вт/см² и длительность импульса не более 10^-6 с. Таким образом, плотность энергии в каждом импульсе составляет не менее 10 Дж/см² и достаточна для того, чтобы вызвать локальную ионизацию материала в фокусе пучка.Currently, the only lasers on the market that can cause ionization interactions are pulsed lasers having peak energy, which, when focused, is sufficient to create a plasma inside the material in question. Therefore, in order to carry out subsurface marking of a moving body, the laser radiation source 48 is preferably replaced by a laser having a power density in focus of at least 10 ⁷ W / cm ² and a pulse duration of not more than 10 ^-6 s. Thus, the energy density in each pulse is at least 10 J / cm ² and sufficient to cause localized ionization of the material at the focus of the beam.

Если подповерхностная маркировка должна быть видимой невооруженным глазом, маркируемое тело должно быть прозрачным для электромагнитного излучения с длинами волн видимого диапазона. Например, такое тело может быть изготовлено из стекла или пластика. Однако такие ограничения не являются обязательными для маркируемых тел; они могут также изготавливаться из материала, не прозрачного для электромагнитного излучения с длинами волн видимого диапазона. При этом получающаяся подповерхностная маркировка скрыта для невооруженного глаза, но может быть "видна" с помощью оптических инструментов, работающих на соответствующей длине волны в пределах электромагнитного спектра, совпадающей с длиной волны пучка с высокой плотностью энергии. Хотя такая маркировка не способна выполнять многие из функций ее видимых аналогов, она представляет собой действительно несмываемую скрытую маркировку. If the subsurface marking is to be visible to the naked eye, the body to be marked must be transparent to electromagnetic radiation with visible wavelengths. For example, such a body may be made of glass or plastic. However, such restrictions are not mandatory for marked bodies; they can also be made of a material that is not transparent to electromagnetic radiation with visible wavelengths. In this case, the resulting subsurface marking is hidden to the naked eye, but can be "visible" with optical instruments operating at the appropriate wavelength within the electromagnetic spectrum, which coincides with the wavelength of the beam with a high energy density. Although such marking is not capable of performing many of the functions of its visible analogues, it is a truly indelible hidden marking.

В предположении, что вероятная подповерхностная маркировка предназначена для того, чтобы быть видимой невооруженным глазом, и что поэтому движущееся тело 26 изготовлено из такого материала, как стекло или пластик, которые прозрачны для электромагнитного излучения в видимом диапазоне спектра, источник 48, в дополнение к ограничениям, указанным выше, должен также выбираться так, чтобы материал, из которого изготовлено тело 26, был прозрачен для лазерного излучения 30, которое этот источник генерирует. При этом источник 48 предпочтительно представляет собой Nd-YAG лазер (лазер на иттриево-алюминиевом гранате с неодимом), генерирующий а длине волны 1,06 мкм. Assuming that the probable subsurface marking is intended to be visible to the naked eye, and that therefore the moving body 26 is made of a material such as glass or plastic that is transparent to electromagnetic radiation in the visible spectrum, source 48, in addition to the limitations mentioned above should also be selected so that the material from which the body 26 is made is transparent to the laser radiation 30 that this source generates. In this case, the source 48 is preferably an Nd-YAG laser (a neodymium yttrium-aluminum garnet laser) generating a wavelength of 1.06 μm.

Остальная часть описанного устройства не нуждается в существенных изменениях, чтобы осуществлять подповерхностную маркировку, хотя выбор источника 40 будет, конечно, влиять на выбор оптических элементов, используемых для направления и фокусирования получающего лазерного излучения 50, поскольку не все эти элементы будут работать с одинаковой эффективностью при различных длинах волн в пределах электромагнитного спектра. Считается, однако, что соответствующий выбор элементов нетруден для специалиста. The rest of the described device does not need significant changes to carry out subsurface marking, although the choice of source 40 will, of course, affect the choice of optical elements used to direct and focus the receiving laser radiation 50, since not all of these elements will work with the same efficiency at different wavelengths within the electromagnetic spectrum. However, it is believed that the appropriate choice of elements is not difficult for a specialist.

При использовании для осуществления подповерхностной маркировки движущегося тела набор линз 76 может включать в себя третий линзовый элемент 94 в виде линзы с переменным фокусным расстоянием, так что маркировки могут выполняться на различных глубинах внутри движущегося тела 26, что создает возможность получения трехмерной маркировки. When used to perform subsurface marking of a moving body, the set of lenses 76 may include a third lens element 94 in the form of a zoom lens, so that markings can be performed at different depths inside the moving body 26, which makes it possible to obtain three-dimensional markings.

Специалистам будет ясно, что, хотя описанное устройство включает средства для определения скорости движущегося тела 26, это необязательно, поскольку в установку может быть интегрирована механическая связь, которая придает сведенному пучку СО₂ и Не-Nе лазеров 46, 58 составляющую движения, равную скорости движущегося тела 26, даже без определения величины этой скорости.It will be clear to those skilled in the art that although the described device includes means for determining the speed of a moving body 26, this is not necessary since a mechanical coupling can be integrated into the setup, which imparts a component of motion equal to the speed of the moving beam of CO ₂ and He-Ne lasers 46, 58 body 26, even without determining the magnitude of this speed.

Claims

1. A method of marking a moving material body, in which a beam with a high energy density is directed to the body being marked, the beam is concentrated to obtain an illuminated spot on a site located on or inside the moving body, this spot is moved and its movement is controlled in accordance with the resulting two components movements, the first of which is equal to the speed of the body, and the second corresponds to the mark of the mark of a given shape, characterized in that it further determines the presence of the marked body on charge it given portion of a given path to a beam directing high energy density at the body and controlling the movement of spots in response to the presence of the body portion and a predetermined controlled motion spots begin at the time of incidence on the body at a predetermined site.

2. The method according to claim 1, characterized in that it further determines the speed of movement of the body.

3. The method according to claim 2, characterized in that the speed of the body is determined by direct measurement.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the radiation beam with a high energy density is sent to the moving body at a predetermined point in time, which is counted from the moment the body passes a predetermined point that is at a known distance from the point of intersection of the trajectory of the moving body with the trajectory of the generated beam with a high energy density.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the beam with a high energy density is focused at a point inside the wall of the moving body and cause localized ionization of the body material, creating a marking in the form of a region of increased opacity.

6. The method according to claim 5, characterized in that the marking is performed on the body of a material transparent to electromagnetic radiation with visible wavelengths.

7. The method according to claim 5, characterized in that the marking is performed on a moving body of material not transparent to electromagnetic radiation with visible wavelengths.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the marking is performed in the form of one or more numbers, letters, or symbols, or combinations thereof.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the marking is three-dimensional.

10. A device for marking a moving material body, comprising means for generating a beam with a high energy density and pointing the beam to the body to be marked, means for concentrating the beam to obtain an illuminated spot in the area located on or inside the moving body, means for moving the spot and means for controlling movement spots in accordance with the resulting two components of the movement, the first of which is equal to the speed of movement of the body, and the second corresponds to the marking mark of a given shape, excellent scheesya in that it further comprises means for detecting the presence of the body to be marked at a predetermined portion of the trajectory, wherein the control means is connected to the detection means for moving the start managed at the time of incidence spot on the predetermined portion.

11. The device according to claim 10, characterized in that the spot moving means includes a spot moving means in accordance with the second of the two components of the movement, containing at least one movable mirror located on the beam path.

12. The device according to claim 11, characterized in that the means for moving the spot in accordance with the second of the two components of the movement also contains programmable control means for controlling the movement of at least one movable mirror.

13. The device according to p. 11 or 12, characterized in that at least one movable mirror is galvanometric.

14. The device according to any one of paragraphs.11 to 13, characterized in that the means for moving the spot in accordance with the second of the two components of the movement is configured to move the spot in accordance with the first of the two components.

15. The device according to any one of paragraphs.11 to 13, characterized in that the means for moving the spot further comprises means for moving the spot in accordance with the first of the two components of the movement.

16. The device according to p. 15, characterized in that the means for moving the spot in accordance with the first of the two components of the movement contains at least one mounted with a possibility of rotation of the mirror and means for controlling the frequency of rotation of the mirror in accordance with the speed of the body.

17. The device according to clause 16, wherein the at least one mirror mounted rotatably is multifaceted.

18. The device according to clause 15, wherein the means for moving the spot in accordance with the first of the two components of the movement contains at least one movable mirror and a means of moving this at least one mirror with the speed of the body.

19. The device according to p. 15, characterized in that the means for moving the spot in accordance with the first of two components of the movement contains at least one acousto-or electro-optical crystal.

20. The device according to any one of paragraphs.10-19, characterized in that it is further provided with means for determining the speed of movement of the body.

21. The device according to p. 20, characterized in that the means for determining the speed of movement of the body is made with the possibility of directly measuring the speed of movement of the body.

22. The device according to p. 21, characterized in that the means for determining the speed of the body contains two optical detectors located at a given distance.

23. The device according to any one of claims 10 to 22, characterized in that the means for guiding the beam with a high energy density contains means for ensuring the intersection of the path of the generated beam with a high energy density with the path of the body and the means for controlling the movement of the spot contains means for generating a beam with a high density energy at a given point in time after the body passes a given point that is at a given distance from the intersection point.

24. A device according to any one of claims 10 to 23, characterized in that the beam concentration means comprises a lens element with a variable focal length along its width.

25. The device according to any one of paragraphs.10-24, wherein the beam concentration means comprises a lens element with a variable focal length.

26. The device according to PP.10 24, characterized in that the means of concentration of the beam contains a scattering lens.

27. The device according to any one of paragraphs.10-26, characterized in that the means for generating a beam with a high energy density is made in the form of a CO ₂ laser.

28. The device according to any one of paragraphs.10-26, characterized in that the means of generating a beam with a high energy density is made in the form of a laser with an energy density in focus of at least 10 J / m ² .

29. The device according to any one of claims 10 to 26, characterized in that the means of generating a beam with a high energy density is made in the form of a laser with an energy density in focus of at least 10 W / cm ² and with the ability to work in pulsed mode with a pulse duration of at least 10 ^- ⁶ sec.

30. The device according to any one of paragraphs.10-26, characterized in that the means for generating a beam with a high energy density is made in the form of an Nd-UAST laser.

31. The device according to any one of paragraphs.10-30, characterized in that it is equipped with a second source of visible laser radiation to facilitate alignment of the beam with a high energy density.

32. The device according to any one of paragraphs.10 to 31, characterized in that it is equipped with a conveyor belt for transporting the marked body.

33. The device according to p, characterized in that it is provided with means for controlling the transverse position of the marked body relative to the conveyor belt.