WO2010076309A1 - Verfahren und vorrichtung zum kennzeichnen einer kunststofffaser - Google Patents

Abstract

Zum Kennzeichnen einer Kunststofffaser (2) durch Anbringen von Codemerkmalen (41) wird die vorzugsweise monolithische Kunststofffaser (2) mit Hilfe eines Laserstrahls (39), für den das Material der Kunststofffaser (2) durchlässig ist, in ihrem Inneren durch Plasma-Wechselwirkung gekennzeichnet, wobei der kegelige Laserstrahl (39) auf das Innere der Kunststofffaser (2) fokussiert wird, um dort lokal begrenzt die Plasma-Wechselwirkung im Fokusbereich hervorzurufen.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Kennzeichnen einer Kunststofffaser

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Kennzeichnen einer Kunststofffaser durch Anbringen von Codemerkmalen .

In der Bekleidungsindustrie sehen sich immer mehr Hersteller, insbesondere Markenanbieter, einem immer größeren Konkurrenzdruck ausgesetzt, wobei sie Schäden dadurch erleiden, dass in steigendem Umfang Kopien von Markenbekleidungsstücken auf den Markt gelangen; die unter bekannten Marken vertriebenen Billigprodukte sind häufig für Kunden ebenso wie für den Einzelhandel kaum, zumindest nicht ohne direkten Vergleich, von der Originalware unterscheidbar.

Zur Authentizitätsprüfung von Waren, insbesondere auch Textiler- zeugnissen, wurde in der DE 10 2004 060 315 Al bereits vorgeschlagen, eine Markierung in Form eines Musters auf der Oberfläche der jeweiligen Ware aufzubringen, um so eine lokale Änderung von physikalisch messbaren Eigenschaften der Oberfläche zu erhalten. In einem späteren Identifikationsschritt werden Transmission, Reflexion oder Streuung einer Analysestrahlung infolge der so geänderten Oberfläche detektiert; bei der Kennzeichnung erfolgt die Bestrahlung, die gegebenenfalls auch eine photochemische Reaktion an der Oberfläche der jeweiligen Ware bewirken kann, insbesondere durch eine Maske hindurch, welche das Muster enthält, das auf die Oberfläche der Ware abgebildet wird. Diese Technologie ist einerseits aufwändig und auch wegen der Veränderung der Oberfläche für Bekleidungsstücke, die in Bereichen ein unerwünschtes anderes Aussehen erhalten kann, nachteilig, wobei überdies eine Fälschung von so gekennzeichneten Waren weiterhin möglich ist.

Aufwendig ist auch die in der DE 195 18 231 A vorgeschlagene Technologie, wobei ein textiles Gewebe, insbesondere für Etiketten und Bänder, beschrieben wird, in dem mindestens ein Kettfaden und/oder Schussfaden enthalten sein soll, der die Kodierung unmittelbar enthalten soll. Im Einzelnen sollen die Fäden dadurch kodiert werden, dass innerhalb des Garnkörpers mikrosko- pisch kleine Farbpartikel beim Spinnvorgang der Spinnschmelze zugesetzt werden.

In der DE 101 59 047 Al ist andererseits die Kodierung eines Fadens durch insbesondere plastische Verformung der Faden-Oberfläche beschrieben, wobei beispielsweise in vorgegebenen Abständen Markierungen am Faden angebracht werden. Hiefür wird auch vorgeschlagen, nur vorübergehend derartige Markierungen, nämlich in Form von Vertiefungen in einer Faden-Ummantelung, vorzusehen, wobei die Ummantelung mit Hilfe von Wasser bzw. Lösungsmittel aufgelöst und entfernt werden kann, um so den Kern, d.h. den eigentlichen Faden, ohne Markierungen freizulegen. Die Markierung wird hier in erster Linie zwecks einfacher Identifizierung, Verarbeitung und Prüfung vorgesehen. Insbesondere wird dabei angeregt, dass jede Markierung Informationen über den Hersteller, den Faden, die Charge etc. enthält. Eine Authentizitätsprüfung, insbesondere eine Kodierung zum Verhindern eines Fälschens der Ware bzw. zum raschen Feststellen von gefälschter Ware, ist hier nicht angesprochen.

In der nicht vorveröffentlichten PCT/EP2008/004965 ist eine Kennzeichnung von Fasern mit Hilfe von Laserstrahlung geoffenbart, wobei eine eigene „Seele" der Verbundfaser, die von einer Hülle umgeben ist, durch die Laserstrahlung lokal verändert, insbesondere auch geschmolzen wird. Diese an sich vorzügliche und hinsichtlich der Anbringung von Codeelementen in der Faser praktisch fälschungssichere Kennzeichnung bietet einen guten Ausweg im Hinblick auf das Verhindern von Fälschen von Markentextilien; allerdings hat diese Technik den Nachteil, dass eine spezifische Verbundfaser zugrunde gelegt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Kennzeichnung von Kunststofffasern in effizienter, kostengünstiger Weise auch dann zu ermöglichen, wenn die Kunststofffaser eine homogene, monolithische Kunststofffaser ist. Weiters ist es Aufgabe der Erfindung, eine möglichst einfache, mit hoher Geschwindigkeit durchführbare „Beschriftung" der Kunststofffasern zu ermöglichen. Ferner soll ein einfaches Auslesen der Codeelemente bei fertigen Textilien sichergestellt werden. Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen vor. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der vorliegenden Technik wird vorzugsweise eine monolithische Kunststofffaser, bevorzugt aus Polyamid, eingesetzt, wobei örtlich im Zentrum dieser Kunststofffaser mit Hilfe eines Laserstrahls durch Plasma-Wechselwirkung Kennzeichen (Codeelemente) angebracht werden. Diese lokal begrenzte Plasma-Wechselwirkung wird dann erzielt, wenn die Dämpfung für den Laserstrahl innerhalb der Faser, im Strahlengang, nicht zum allgemeinen Aufschmelzen des Fasermaterials führt. Der Laserstrahl muss zum Überschreiten der Plasmaschwelle eine entsprechende Energiedichte haben, z.B. 64 GW/cm², wobei eine Wechselwirkung bereits mit einer Energie von 8 μJ bis 25 μJ pro „Schuss", auch abhängig von der verwendeten Wellenlänge und bei einer Impulsdauer von ca. 1 ns, erreicht wird. Die Laserstrahl-Wellenlänge kann beispielsweise zwischen 337 nm und 633 nm oder 1065 nm liegen. Tests wurden hierbei erfolgreich bei Wellenlängen von 337 nm, 488 nm, 633 nm und auch 1065 nm durchgeführt. Abhängig von der Färbung der Kunststofffasern und der damit verbundenen Dämpfung wird bei der Kennzeichnung mit unterschiedlichen Lasereinheiten gearbeitet. Dabei ist es durch einfache Versuche ohne Weiteres möglich, passende gängige Laser für die jeweilige Kunststofffaser, aufgrund von einfachen Versuchen, herauszufinden. Um die hohe Energiedichte im Zentrum der Kunststofffasern zu erreichen, ist eine möglichst enge Fokussierung des Laserstrahls im Zentrum der Faser anzustreben, wobei es hierfür weiters günstig ist, eine kegelige Strahlform des Laserstrahls vorzusehen, wobei die Kegelspitze möglichst exakt im Zentrum der Kunststofffaser zu liegen kommen soll. Zu diesem Zweck wird die Lasereinheit mit ihrem Objektiv relativ nahe der Kunststofffaser angeordnet, wobei die Distanz beispielsweise nur ungefähr 500 μm beträgt. Mit einem derartigen „flachen" Kegel kann ein kleiner Fokuspunkt im Zentrum der Faser, mit der damit einhergehenden hohen Energiedichte, erreicht werden. Die Faserstärke, d.h. der Durchmesser der Kunststofffaser, spielt bezüglich der Fokussierung eine geringere Rolle, da nichtsdestoweniger eine gute Fokussierung im Zentrum erreicht werden kann. Gegebenenfalls kann das Objektiv - A - der Lasereinheit geringfügig relativ zur Faser verstellbar sein. Abhängig von der Faserstärke ist allerdings die unterschiedliche Astigmatismus-Wirkung, wobei die Faser-Oberflächenkrümmung je nach Durchmesser der Fasern, beispielsweise im Bereich von 40 μm bis 200 μm, variieren kann. Um hier für eine Kompensation zu sorgen, kann der Strahl auf die Apertur des Objektivs durch einen im Strahlengang des Lasers vorgesehenen asphärischen Spiegel (oder aber auch durch eine asphärische Linse, allgemein durch ein asphärisches optisches Element) aufgeweitet werden, um so die radiale Krümmung der Projektionsfläche zu kompensieren.

Die notwendige Energiedichte wird aufgrund der Strahl-Kegelgeometrie erst unmittelbar im Brennpunkt erreicht, wobei der Brennpunkt-Durchmesser beispielsweise mit 1 μm angenommen werden soll: in diesem Beispiel liegt im Brennpunkt eine 3,2 Mio. -mal so hohe Energiedichte im Vergleich zum Austrittsort des Strahls am Objektiv vor. Die Energiedichte nimmt im Faserinneren umgekehrt proportional mit dem Quadrat des Radius in Richtung Brennpunkt zu.

Im Hinblick auf diese kritischen Parameter mit dem möglichst scharfen Brennpunkt im Zentrum der Kunststofffaser zur Erzielung der hohen Energiedichte und somit der Plasma-Wechselwirkung ist auch eine möglichst exakte Führung der Kunststofffaser beim Kennzeichnen von Bedeutung. Zu diesem Zweck wird ein Führungskörper oder allgemein Anlagekörper vorgesehen, wobei seitliche Anlage- bzw. Führungsflächen für die Kunststofffaser vorhanden sind. Diese Anlage- bzw. Führungsflächen sind bevorzugt durch die Seitenwände einer im Querschnitt V-förmigen Nut im Anlagebzw. Führungskörper gebildet. Dabei ist weiters die Nut in jenen Bereichen, wo die Faser nicht in Wechselwirkung mit dem Laserstrahl tritt, vergleichsweise tief, um hier eine gute Anlage bzw. Führung der Kunststofffaser zu erzielen. Im „Beschriftungsbereich", d.h. im Bereich des Auftreffens des Laserstrahls, wird, insbesondere wenn das Objektiv der Lasereinheit nicht in der Mittenebene der Kunststofffaser bzw. Nut ausgerichtet ist, sondern schräg dazu, nämlich auf einer Seite bezüglich dieser Mittenebene, wobei auf der anderen Seite eine Kamera zum Auslesen der soeben vorgenommenen Kennzeichnungen angeordnet werden kann, die Nut seichter vorgesehen, so dass ein größerer Teil des Querschnitts bzw. Umfangs der Kunststofffaser - für die Bestrahlung mit dem Laserstrahl bzw. zum Auslesen der Kennzeichnung mit Hilfe von Lichtstrahlen bzw. Laserstrahlen - zugänglich wird.

Wenngleich es an sich möglich wäre, für die Kennzeichnung eines Abschnitts der Kunststofffaser die Faser stationär festzuhalten und die Lasereinheit entlang der Kunststofffaser über diesen Abschnitt hinweg zu bewegen, ist es doch einfacher und rationeller, die Faser - schrittweise - vorzubewegen, wobei dann die Lasereinheit (und falls vorhanden die Prüf-Kamera) stationär angebracht werden kann. Diese schrittweise Vorbewegung der Faser ist insbesondere dann möglich, wenn ein Führungskörper mit seitlichen Führungsflächen, wie vorstehend erwähnt, insbesondere mit einer dreieckförmigen Führungsnut, vorgesehen ist. Dabei ist auch die Kunststofffaser während der Beschriftung und während der Vorbewegung gespannt zu halten, und die Schrittlängen der Vorbewegung sind möglichst exakt einzuhalten. Hierzu kann ein Schrittmotor von an sich gängiger Bauart verwendet werden, etwa ein Stepper-Motor, der mit ca. 56 000 Schritten über 360° antreiben kann, so dass - abhängig selbstverständlich vom Durchmesser der eigentlichen Transport- oder Antriebsrolle - Schrittlängen bei der Faserbewegung von ca. 1,3 μm realisiert werden können, wie die Praxis gezeigt hat. Zur Vorbewegung der Kunststofffaser wirkt bevorzugt eine Andruckrolle mit der motorbetriebenen Antriebsrolle zusammen, wobei vorzugsweise die Faser über die Antriebsrolle, zweckmäßig auch über die Andruckrolle, gemäß einem Umschlingungswinkel von mindestens 180° geführt ist. Die Antriebsrolle und die Andruckrolle können mit einem Friktionsbelag (Gummibelag) mit entsprechender Weichheit und Friktion ausgestattet sein, um so ein Durchrutschen der Faser zu vermeiden. Beim Vorbewegen wird die Kunststofffaser in vorteilhafter Weise mit Hilfe einer Bremseinrichtung gespannt gehalten, wobei eine einfache Friktionsbremse, beispielsweise mit einem entgegen Federkraft verstellbaren Bremsschuh, die Faser gegen eine Wand (z.B. eine Aluminium-Gehäusewand) drückt. Für den Bremsschuh kann, um die Bremskraft gut dosieren zu können, ein Belag aus einem feinen Filz vorgesehen werden.

Um den Achs-Abstand zwischen der Antriebsrolle und der Andruckrolle in der Antriebseinheit für die Kunststofffaser je nach de- ren Stärke optimieren zu können, kann die Andruckrolle zur Justierung exzentrisch gelagert sein, d.h. die Achse der Andruckrolle läuft in einem Lager um, das exzentrisch gebohrt ist. Wenn nun das Lager etwas verdreht wird, ändert sich damit automatisch der Abstand der Achse der Andruckrolle von der Achse der Antriebsrolle. Das Lager, beispielsweise ein Rotguss-Lager, kann in einem Aufnahmeteil mit Hilfe von Schrauben fixiert werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen, auf die sie jedoch nicht beschränkt sein soll, und unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch weiter erläutert. In der Zeichnung zeigen dabei im Einzelnen:

Fig. 1 ganz schematisch, teilweise in einer Ansicht und teilweise als Blockschaltbild, eine Vorrichtung zum Kennzeichnen von Kunststofffasern;

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Teil der Vorrichtung gemäß Fig. 1, wobei die Bremseinrichtung, der Führungskörper und die Antriebseinheit schematisch veranschaulicht und die Lasereinheit sowie die Prüf-Kamera nur andeutungsweise gezeigt sind;

Fig. 3 in einer schaubildlichen Ansicht den Führungskörper und die Antriebseinheit in ihrer an einem plattenförmigen Montagekörper montierten Position;

Fig. 4 in einer schaubildlichen Untersicht die Antriebseinheit und die Bremseinrichtung, wobei der Führungskörper sowie die Lasereinheit und die Prüf-Kamera weggelassen sind;

Fig. 5 schaubildlich die Antriebseinheit von der gegenüberliegenden Seite, zur Veranschaulichung der exzentrischen Lagerung der Andruckrolle;

Fig. 6 schematisch in einer Ansicht die Antriebsrolle und die Andruckrolle beim Antreiben einer Kunststofffaser, die durch ein Loch in der Montageplatte gezogen wird;

die Figuren 7A und 7B schematische Querschnitte durch die Führungsnut des Führungskörpers an einer Stelle in Entfernung von der flachen Oberseite des Führungskörpers (Fig. 7A) sowie von der abgeflachten Oberseite, wo die Nut sehr seicht ist (Fig. 7B) ;

Fig. 8 schematisch im Bereich der seichten Nut, in der Beschriftungsstation, in einer Querschnitts-Darstellung die Relation von Objektiv der Lasereinheit, Objektiv der Prüf-Kamera und der im seichten Nutabschnitt geführten Kunststofffaser;

Fig. 9 schematisch den Strahlengang des Laserstrahls in der Lasereinheit vom eigentlichen Laser über einen asphärischen Spiegel zum Objektiv, mit dessen Hilfe der „Schreib"-Fokus erzeugt wird; und

Fig. 10 schematisch eine Draufsicht auf einen Teil einer gemäß der vorliegenden Technik gekennzeichneten (codierten) Faser.

In Fig. 1 ist ganz schematisch eine Vorrichtung 1 zum Beschriften einer Faser 2 (Kunststofffaser) gezeigt, welche von einer Vorratsspule 3 abgewickelt, durch die Vorrichtung 1 geführt, dabei in einer Beschriftungsstation 4 mit Codemerkmalen gekennzeichnet wird und schließlich auf einer Aufwickelspule 5 wieder aufgewickelt wird. Die auf der Faser 2 aufgezeichneten Codes dienen zur Kennzeichnung der Fasern 2 und in weiterer Folge, nach Verarbeitung der Fasern zu Textilien, zur Kennzeichnung dieser Textilien, insbesondere Bekleidungsstücke, um so Originalware rasch und eindeutig von einer Fälschung unterscheiden zu können, wie dies an sich bekannt ist.

Zur Beschriftung wird die Faser 2 in der Beschriftungsstation 4 über einen Führungskörper 6 (allgemein Anlagekörper 6) geführt, um so für die Faser 2 während des Beschriftens oder Kennzeichnens eine stabile, reproduzierbare Position sicherzustellen. An sich wäre es denkbar, die Faser 2 auf einem längeren Abschnitt gerade anzuordnen und festzuhalten sowie mit den zur Beschriftung vorgesehenen Komponenten eine achsparallele Bewegung relativ zur Faser 2 durchzuführen, was aber einen relativ großen Aufwand für die zur Beschriftung vorgesehenen Komponenten bedeuten würde. In diesem Fall würde jedoch ein entsprechender Anlagekörper mit Spannelementen für die Faser mit entsprechender Länge vorgesehen sein.

Im vorliegenden, bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der (Gleit-) Führungskörper 6 für die sich bewegende Faser 2 vorgesehen, der während der Vorbewegung der Faser 2 eine exakte seitliche Führung der Faser 2 sicherstellt, um so die Kennzeichnung reproduzierbar und verlässlich im Kern der Faser 2 vornehmen zu können. Die Faser 2 wird dabei gespannt gehalten, um so ein Wellen oder Ausbauchen der Faser 2 zu vermeiden.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird diese Führung der Faser 2 in vorteilhafter Weise mit Hilfe eines speziellen Führungskörpers 6 erreicht, der im Wesentlichen halbzylindrisch ausgebildet ist, jedoch an seiner Oberseite 7 eine plane Abflachung 8 aufweist. In der Mantelfläche des halbzylindrischen Führungskörpers 6 ist eine V-förmige Führungsnut 9 vorgesehen, die an der Oberseite 7 aufgrund der Abflachung 8 eine wesentlich geringere Tiefe hat als im übrigen (teilzylindrischen) Mantelbereich, vgl. auch Fig. 2 sowie Fig. 7A und 7B. Die Führungsnut 9 ist im Querschnitt dreieckig, wobei der Scheitelwinkel beispielsweise 90° beträgt. Im Bereich der Abflachung 8 beträgt die Höhe H der Führungsnut 9 (s. Fig. 8) beispielsweise nur ca. 40 μm.

Während somit im übrigen Mantelbereich des Führungskörpers 6 die Faser 2 mehr oder weniger zur Gänze innerhalb der Führungsnut 9 liegen kann, vgl. Fig. 7A, wobei der Führungswinkel ident zum Öffnungswinkel der Nut 9, also beispielsweise 90°, ist, vgl. den Winkel od in Fig. 7A, liegt die Faser 2 im Bereich der Abflachung 8 des Führungskörpers 6, s. Fig. 7B, fast zur Gänze außerhalb der Führungsnut 9, so dass sich ein wesentlich kleinerer Führungswinkel OL₂ ergibt, wobei nur mehr die beiden Außenkanten 10 der Führungsnut 9 zur Führung beitragen. Verlässt somit die Faser 2 weitgehend die Nut 9, so dass nur mehr die beiden Außenkanten 10 der Führungsnut 9 die Faser 2 führen, reduziert sich der Führungswinkel α₂ in dem Maße, wie sich der von der Führungsnut 9 noch überspannte Umfang der Faser 2 verringert. Der Führungswinkel OL₂ ergibt sich allgemein aus dem Größen-Verhältnis der Sekante (Öffnungsweite der Nut 9) und des Radius r der Faser 2 der Nut 9, nämlich sin(α₂/2) = (Η Sekante) /r, somit OL₂ = 2arc sin (Sekante/2r) ; wenn eine Nut 9 mit 90° Scheitelwinkel angenommen wird, so ist die halbe Sekante gleich H (s. Fig. 8), und demgemäß α₂ = 2arc sin (H/r) .

Wie insbesondere auch aus Fig. 3 ersichtlich ist, ist der beispielsweise aus Stahl bestehende Führungskörper 6 an einer Grundplatte 11 montiert, die auch in Fig. 1 schematisch angedeutet ist, und die die allgemeine Montageplatte der Vorrichtung 1 bildet, an deren Unterseite weiters eine Antriebseinheit 12 für die Faser 2 sowie, hinsichtlich des Führungskörpers 6 auf der anderen Seite gelegen, eine Bremseinrichtung 13 montiert sind; die beiden Komponenten 12, 13 dienen zum Vortrieb der Faser 2 unter Gespannthalten derselben. In der Grundplatte 11 sind dabei in Ausrichtung zu den ausmündenden Führungsnuten 9 entsprechende Bohrungen 14, 15 vorgesehen, die in Fig. 1 und 2 nur schematisch angedeutet sind, und durch die die Faser 2 beim Vorbewegen läuft; in Fig. 2 ist zwar die Grundplatte 11 zwecks Veranschaulichung der Antriebseinheit 12 und der Bremseinrichtung 13 weggelassen, nichtsdestoweniger sind aber die Positionen der Bohrungen 14, 15 angedeutet.

Die Antriebseinheit 12 ist im Besonderen aus den Fig. 4 und 5, aber auch aus Fig. 6, ersichtlich, wobei die Darstellungen in Fig. 4 und 5 die Antriebseinheit 12 an der Grundplatte 11 von der Unterseite her zeigen. Ein Schrittmotor 16 treibt über eine Welle 17 eine Antriebsrolle 18 an; diese Antriebsrolle 18 ist mit einem Friktionsbelag 19 versehen, ebenso wie eine Andruckrolle 20, die im Übrigen in einer exzentrischen Lagerbohrung 21 einer Rotguss-Lagerbuchse 22 gelagert ist, die in Rahmenteilen 23, 24 der Antriebseinheit 12 verdrehbar gehalten und beispielsweise mit Hilfe von Madenschrauben 25 in der jeweiligen eingestellten Drehlage fixiert werden kann. Durch Verdrehen des Lagers 22 kann somit der Abstand der Achse der Andruckrolle 20 zur Achse der Antriebsrolle 18 eingestellt werden, um zwischen den beiden Rollen 18, 20 die (in Fig. 4 und 5 nicht dargestellte) Faser 2 sicher reibschlüssig mitnehmen zu können. Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, umschlingt die Faser 2 die beiden Rollen 18, 20 jeweils um zumindest 180°, d.h. den halben Umfang, um so - auch im Zusammenwirken mit dem Friktionsbelag 19 auf den beiden Rollen 18, 20 - eine sichere Mitnahme der Faser auch bei äußerst kurzen Schritten, bei der schrittweisen Vorbewegung, zu erzielen. Die kurzen Schritte sind im Hinblick auf die Kennzeichnung (Codierung) der Faser 2 vorgesehen, wobei die Schrittlänge beispielsweise kleiner als 2 μm, z.B. ca. 1,5 μm, sein kann .

Der Friktionsbelag 19 kann beispielsweise 2,5 mm dick sein und aus NBR (Perbunan) -Material bestehen.

Aus Fig. 4 ist weiters im Detail die Bremseinrichtung 13 ersichtlich, die einen federnd gelagerten Stößel 26 aufweist, der einen Bremsschuh 27 trägt, der gegen eine Bremsplatte 28, z.B. einen Steg eines Aluminium-Profils 29, das den Stößel 26 auch lagert, drückt. Zwischen dem Bremsschuh 27 und der Platte 28 wird die aus Fig. 4 nicht ersichtliche Faser 2 im Sinne eines Bremsens geklemmt, wobei ein Durchrutschen der Faser 2 bei diesem Bremsen jedoch möglich ist, ohne dass die Faser 2 reißt. Der Bremsschuh 27 kann beispielsweise einen feinen Filzbelag aufweisen, um die Dosierung der Brems-Reibung möglichst exakt einstellen zu können.

In Fig. 1 ist sodann noch eine Umlenkrolle 30 gezeigt, über die die Faser 2 von der Antriebseinheit 12 zur Aufwickelspule 5 läuft.

Weiters sind in Fig. 1 schematisch eine Lasereinheit 31 zum Beschriften der Faser 2 sowie eine Prüf-Kamera 32 schematisch veranschaulicht, wobei mit der Prüf-Kamera 32 die mit der Lasereinheit 31 durchgeführte Beschriftung unmittelbar darauffolgend ausgelesen wird, um so eine Überprüfung zu ermöglichen. In Fig. 2 sind Teile der Lasereinheit 31 und der Prüf-Kamera 32 schematisch veranschaulicht, wobei auch ersichtlich ist, dass sie oberhalb der Abflachung 8 des Führungskörpers 6 seitlich einer Mittenebene durch die Führungsnut 9 sowie weiters beispielsweise auch schräg zur Längsachse der Faser 2 im Bereich der Abflachung 8 angeordnet sind.

Weiters sind aus Fig. 1 eine zentrale Steuereinheit 33 sowie An- steuer- bzw. Treiberschaltungen 34 bzw. 35 einerseits für die Lasereinheit 31 und andererseits für die Antriebseinheit 12, d.h. konkret von deren Motor 16, veranschaulicht. Mit der Kamera 32 ist eine Signalaufbereitungseinheit 36 verbunden, mit deren Ausgang die Steuereinheit 33 verbunden ist, um so die Prüf-Si- gnale unmittelbar zu verarbeiten und im Hinblick auf etwaige erforderliche Steuervorgänge auszuwerten. Insbesondere koordiniert die Steuereinheit 33 den Vorschub der Faser 2 durch den Schrittmotor 16, mit z.B. 2 μm-Schritten am Umfang der Antriebsrolle 18, und die Trigger-Signale für die Lasereinheit 31, um so immer beim Stillstand des Motors 16 die Lasereinheit 31 zu einem „Schuss" zu triggern. Dabei können z.B. Schussfrequenzen von 1 bis 10 x 10⁶ pro Sekunde in Verbindung mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 20 m/s vorgesehen werden.

Das Lesegerät, d.h. die Kamera 32, kann mit einer einfachen 1,3 mpi-USB-Cam-Kamera mit großem Sichtfeld aufgebaut werden, wobei durch das große Sichtfeld die Suche nach beschrifteten Fasern 2 in einer fertigen Textilware extrem verkürzt werden kann. Insofern kann die Kamera 32 als Lesegerät auch bei der Überprüfung codierter Textilien eingesetzt werden.

Für die Beschriftung (Codierung) in der jeweiligen Faser 2 ist eine exakte Wechselwirkung des Laserstrahls mit der Fasermitte erforderlich, was zum einen durch die beschriebene Führungstechnik, mit dem Führungskörper 6 sowie dem Antrieb der Faser 2 unter Gespannthalten im Beschriftungsbereich, mit einer Toleranz im einstelligen μm-Bereich, erzielt wird. Zum anderen ist die Lasereinheit 31 mit einer entsprechenden Optik ausgestattet, um einerseits einen möglichst lokal begrenzten Fokuspunkt im Inneren der Faser 2 zu erreichen und dabei eine Kompensation der Linsenwirkung der konvexen Oberfläche der Faser 2 - zur Vermeidung einer Streckung des Brennpunktes - zu erzielen.

Die angesprochene Plasma-Wechselwirkung zwischen dem Laserstrahl und dem Fasermaterial soll wie erwähnt lokal im Kern der Faser begrenzt sein; hierfür ist ein örtlich scharfer Fokuspunkt erforderlich, um die für die Plasma-Wechselwirkung erforderliche Plasmaschwelle, d.h. lokale Energiedichte, zu erreichen und zu überschreiten. Diese Energiedichte beträgt beispielsweise 64 GW/cm². Diese Energiedichte kann abhängig von der verwendeten Wellenlänge, z.B. zwischen 337 nm bis 633 nm oder aber 1065 nm, und der Impulsdauer, z.B. ca. 1 ns, bei Energien von 8 μJ bis 21 μj bzw. 25 μJ pro „Schuss" erreicht werden. Maßgeblich hierfür ist selbstverständlich auch die Dämpfung im Material der Faser 2, wobei hier je nach Faser 2, insbesondere von deren Farbe, auch mit unterschiedlichen Lasern gearbeitet werden kann. Die Plasma-Wechselwirkung kann nur erzielt werden, wenn die Dämpfung in der Faser im Bereich des Strahlengangs nicht zum Aufschmelzen des Fasermaterials führt. Mit anderen Worten, es darf nicht die Energie des Laserstrahls bereits im äußeren Bereich der Faser 2 ein Aufschmelzen derselben zufolge haben. Bei entsprechender Abstimmung können durchaus Fasern 2 mit unterschiedlicher Färbung, bei Einsatz entsprechender Laserquellen, gemäß der vorliegenden Technik gekennzeichnet bzw. codiert werden. Die Fasern 2 können dabei monolithische Fasern 2, beispielsweise aus einem Polyamid, sein .

In Fig. 8 ist schematisch ein Objektiv 37 der Lasereinheit 31 teilweise veranschaulicht, wobei auch ersichtlich ist, dass ein äußerst geringer Abstand x zur Fasermitte 38 vorgesehen ist. Dieser Abstand x kann beispielsweise nur 500 μm oder 550 μm betragen. Durch diese Anordnung und eine entsprechende Aufweitung des Laserstrahls 39 vor dem Objektiv 37, vgl. auch Fig. 9, wird bei entsprechender Linsenwirkung des Objektivs 37 eine starke Fokussierung hin zum Zentrum 38 der Faser 2 erzielt, so dass dort ein scharf begrenzter Brennpunkt (Fokuspunkt) im μm-Bereich oder kleiner erzielt wird. Der Laserstrahl 39 hat in der Praxis vom Objektiv 37 zum Zentrum 38 der Faser 2 hin eine flach kegelige Form, wobei angenommen bei einer kreisrunden Apertur des Objektivs 37 von 3,5 mm ein Kegelwinkel von beispielsweise 140° bis 150° im Zentrum 38 erhalten wird. Dadurch wird ein in Laserstrahlrichtung länglicher Fokusbereich innerhalb der Faser 2 vermieden und der gewünschte scharf begrenzte Fokuspunkt erzielt.

Der Abstand zum Mittelpunkt der Faser 2 ändert sich bei einem geänderten Durchmesser der Faser 2 wenig. Die dabei eventuell zu berücksichtigende Größe ist die von der Faserstärke her unterschiedliche Astigmatismus-Wirkung. Zur Kompensation dieser Wirkung, d.h. der Faseroberflächen-Krümmung, wird im Strahlengang des Laserstrahls 39 (s. Fig. 9) ein den Strahl auf die Apertur des Objektivs 37 aufweitendes, asphärisches optisches Element, insbesondere ein asphärischer Spiegel 40, angeordnet, um so die unterschiedliche Krümmung der Oberfläche der Fasern 2 je nach Durchmesser (z.B. zwischen 40 μm und 200 μm) zu berücksichtigen.

In Fig. 10 ist ganz schematisch in stark vergrößertem Maßstab eine Faser 2 mit auf die beschriebene Weise hergestellten zur Kennzeichnung vorgesehenen Codemerkmalen 41 veranschaulicht.

Diese Codemerkmale 41 werden unmittelbar nach ihrer Anbringung mit Hilfe der Prüf-Kamera 32 - zumindest stichprobenartig - ausgelesen, wobei die Kamera 32 mit der Lasereinheit 31 synchronisiert sein kann. Zum Auslesen kann beispielsweise Licht einer weiß-blauen LED schräg auf die Faser 2 gerichtet werden, wie aus Fig. 2 und 8 ersichtlich ist, um so die Wechselwirkungsstellen, d.h. Codemerkmale 41, zu erkennen.

Die Lasereinheit 31 samt Optik ebenso wie die Kamera 32 werden zweckmäßigerweise auf derselben Grundplatte 11 montiert, an der auch der Führungskörper 6, die Antriebseinheit 12 und die Bremseinrichtung 13 angebracht sind.

Im Betrieb der beschriebenen Vorrichtung 1, bei der Kennzeichnung einer Faser 2, wird der Schrittmotor 12 nach Hindurchführen einer Faser 2, die auch über den Führungskörper 6 gelegt wurde, mit seinem schrittweisen Vortrieb gestartet, wobei der Motor 16 beispielsweise mit 56 000 Schritten pro Umdrehung bei Berücksichtigung des Durchmessers der Antriebsrolle 18 Schrittweiten von ca. 1 bis 1,5 μm, etwa 1,3 μm, realisiert. Mit diesem schrittweisen Vorschub der Faser 2 ist die Lasereinheit 31 synchronisiert, um jeweils beim kurzzeitigen Stillstand den Laserstrahl 39 zu aktivieren und auf die zentrale Stelle innerhalb der Faser 2 zu fokussieren, um dort die gewünschte Plasma-Wechselwirkung zu erzeugen. Wie erwähnt wird dabei im Brennpunkt, im Zentrum 38 der Faser 2, eine beispielsweise mehr als 3 Mio. -fache Energiedichte gegenüber dem Laserstrahl an der Stelle des Austritts aus dem Objektiv 37 erzielt, wenn ein Brennpunkt- Durchmesser von 1 μm angenommen wird und die kreisrunde Apertur des Objektivs 37 beispielsweise 3,5 mm beträgt. Am Führungskörper 6 wird die Faser 2 während dieser Beschriftung praktisch 100%ig geführt, wobei die Nut-Seitenflächen als effiziente Füh- rungsflachen 9' für die Faser 2 im Bereich der gekrümmten Abschnitte der Führungsnut 9 verantwortlich sind. Bei dieser exakten Seitenführung der Faser 2 ist das radiale Spiel praktisch Null, und Fertigungstoleranzen der Führung spielen ebenfalls keine Rolle, da die Beschriftung im Verhältnis zur Führung ortsfest vorgenommen wird, da sowohl der Führungskörper 6 als auch die Lasereinheit 31 an der Grundplatte 11 montiert sind. Ungeachtet der praktisch 100%igen Führung verlässt die Faser 2 in der Mitte der Abflachung 8 für eine kurze Wegstrecke fast vollständig den Bereich der 100%igen Seitenführung, s. Fig. 7B, wobei in diesem Bereich die Beschriftung erfolgt und der Beschriftungsprozess mit Hilfe der mit den Laserpulsen synchronisierten Kamera 32 beobachtet wird.

Die Faser 2 wird am Führungskörper 6 mit Hilfe der Bremseinrichtung 13 gespannt gehalten. Selbstverständlich kann die Bremseinrichtung 13 auch in anderer Form als gezeigt und insbesondere anhand der Fig. 4 beschrieben realisiert sein. Was die Ausführungsform gemäß Fig. 4 betrifft, so ist es auch denkbar, den federbelasteten Stößel 26 durch einen außen mit einem Gewinde versehenen Hohlzylinder 42, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, an der Innenseite des gezeigten U-Profils 29 zu justieren, um so die Bremskraft mit Hilfe des Bremsschuhs 27 exakt einstellen zu können .

Claims

Patentansprüche :

1. Verfahren zum Kennzeichnen einer Kunststofffaser (2) durch Anbringen von Codemerkmalen (41), dadurch gekennzeichnet, dass die, vorzugsweise monolithische, Kunststofffaser (2) mit Hilfe eines Laserstrahls (39) , für den das Material der Kunststofffaser (2) durchlässig ist, in ihrem Inneren durch Plasma-Wechselwirkung gekennzeichnet wird, wobei der kegelige Laserstrahl (39) auf das Innere der Kunststofffaser (2) fokussiert wird, um dort lokal begrenzt die Plasma-Wechselwirkung im Fokusbereich hervorzurufen .

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kunststofffaser (2) aus Polyamid eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststofffaser (2) beim Kennzeichnen vorbewegt und hierbei an einem Führungskörper (6) seitlich geführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststofffaser (2) schrittweise vorbewegt und in den Bewegungspausen mit dem Laserstrahl (39) bestrahlt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststofffaser (2) bei der Vorbewegung über den Führungskörper (6) gezogen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststofffaser (2) mit Hilfe einer Bremseinrichtung (13) beim Vorbewegen gespannt gehalten wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststofffaser (2) zur Vorbewegung reibschlüssig angetrieben wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die angebrachte Kennzeichnung unmittelbar nach der Anbringung mit Hilfe einer Prüf-Kamera (32) kontrolliert wird.

9. Vorrichtung (1) zum Kennzeichnen einer Kunststofffaser (2) durch Anbringen von Codemerkmalen (41), gekennzeichnet durch einen Auflagekörper, insbesondere Führungskörper (6), mit seitlichen Anlageflächen (9') für die Kunststofffaser (2), dem benachbart eine Lasereinrichtung (31) mit einem Objektiv (37) zur Fokussierung des Laserstrahls (39) an einer Stelle (38) im Inneren der Kunststofffaser (2) angeordnet ist, wobei die Lasereinrichtung (31) eine ausreichende Energiedichte für eine lokal begrenzte Plasma-Wechselwirkung im Inneren der Kunststofffaser

(2) aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskörper (6) eine im Querschnitt dreieckförmige Führungsnut (9) für die Kunststofffaser (2) aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskörper (6) eine gekrümmte Oberfläche aufweist, in der die Führungsnut (9) angebracht ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsnut (9) eine in Nut-Längsrichtung variierende Tiefe aufweist, wobei die Tiefe (H) im Bereich (4) der Durchführung der Laserstrahl-Kennzeichnung am geringsten ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasereinrichtung (31) ein asphärisches optisches Element, vorzugsweise einen asphärischen Spiegel (40), zur Kompensation der gekrümmten Faseroberfläche aufweist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur, vorzugsweise schrittweisen, Vorbewegung der Kunststofffaser (2) eine motorbetriebene Antriebsrolle (18) in Kombination mit einer Andruckrolle (20) vorgesehen ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststofffaser zumindest über die Antriebsrolle (18) gemäß einem Umschlingungswinkel von mindestens 180° geführt ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsrolle (18) und die Andruckrolle (20) einen Friktionsbelag (19) aufweisen.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Andruckrolle (20) zur Justierung exzentrisch gelagert ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass dem Führungskörper (6) eine Faser-Bremseinrichtung (13) vorgeordnet ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung (13) einen gegen eine Metallfläche (28) federnd verschiebbaren Bremsschuh (27) aufweist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass dem Auflagekörper (6) benachbart eine Prüf- Kamera (32) zum Auslesen der in der Kunststofffaser (2) angebrachten Kennzeichnung angeordnet ist.

AW/bq/ms/clu