WO2025141019A1 - Procédé et installation de marquage laser - Google Patents

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WO2025141019A1
WO2025141019A1 PCT/EP2024/088300 EP2024088300W WO2025141019A1 WO 2025141019 A1 WO2025141019 A1 WO 2025141019A1 EP 2024088300 W EP2024088300 W EP 2024088300W WO 2025141019 A1 WO2025141019 A1 WO 2025141019A1
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WO
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marking
container
laser
laser beam
containers
Prior art date
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PCT/EP2024/088300
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English (en)
Inventor
Guy Feuilloley
Véronique BERNARD
Cyrille SAVARY
Frédéric Lecomte
Daniel Diesnis
Guillaume Chauvin
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Sidel Participations SAS
Original Assignee
Sidel Participations SAS
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Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J3/00—Typewriters or selective printing or marking mechanisms characterised by the purpose for which they are constructed
    • B41J3/407—Typewriters or selective printing or marking mechanisms characterised by the purpose for which they are constructed for marking on special material
    • B41J3/4073—Printing on three-dimensional objects not being in sheet or web form, e.g. spherical or cubic objects
    • B41J3/40733—Printing on cylindrical or rotationally symmetrical objects, e. g. on bottles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/435—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material
    • B41J2/44—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material using single radiation source per colour, e.g. lighting beams or shutter arrangements
    • B41J2/442—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material using single radiation source per colour, e.g. lighting beams or shutter arrangements using lasers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/0006—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring taking account of the properties of the material involved

Definitions

  • the invention relates to a laser marking method and installation, as well as a container comprising a mark obtained by laser marking according to the method in accordance with the invention.
  • container labeling has many disadvantages. Manufacturing labels, printing them, and applying them to containers is expensive, especially when producing containers in large batches. In addition, the label is likely to be torn off during handling of the container. The end user can then no longer access certain important information, such as the expiration date. Finally, recycling plastic containers is complicated by the presence of the label and glue. Indeed, to promote recycling, it is preferable to ensure that containers, labels, or other items are collected separately based on their different materials. However, manually removing labels from containers for separate collection can be a tedious task. Therefore, removing labels from containers is one of the factors that hinder the provision of separate collection.
  • a marking process has also been proposed by etching the container wall.
  • the etching is generally carried out using a carbon dioxide laser.
  • Such a marking process is achieved by removing material from the container wall, particularly by evaporation.
  • the wall has a locally reduced thickness.
  • efforts are being made to reduce the thickness of container walls. This makes it possible to produce a container using less plastic than before.
  • removing material from a very thin wall risks weakening the wall to the point of cracking the container at the slightest stress.
  • the quality of the marking becomes very random: the focal distance between the laser device and the wall of the container to be marked is not the same over the entire surface of the area to be marked.
  • the marking generated is of lower quality at the periphery of the area to be marked.
  • the present invention proposes to provide a laser marking method that makes it possible to obtain quality marking with good readability regardless of the content. This also makes it possible to mark containers at a rate compatible with the productivity levels required in the industrial sector.
  • the invention advantageously provides a method for obtaining high-quality laser marking, without the need for tedious adjustments, and with great versatility of application.
  • the invention firstly relates to a method for marking containers, in particular bottles or flasks made of thermoplastic material, said containers comprising at least one body, a shoulder in the extension of said body at an upper end thereof, a neck in the extension of the shoulder, a wall, said wall comprising a marking zone, an external skin and an internal skin and a bottom at the lower end of said body, said method comprising at least the following steps: - a step consisting of carrying out a treatment on said containers, preferably filling and capping said containers, - a marking step, consisting of generating a mark at at least one marking area of each container, said marking step being carried out by projecting a laser beam by means of a laser marking optical head equipped with a laser head unit and an optical system for focusing said laser beam to mark said area.
  • the laser beam is emitted at a fixed wavelength between 700 and 1600 nanometers.
  • the power of said laser beam is adjusted.
  • the marking step which consists of generating a mark 310 at the level of at least one marking zone 20 of each container 2, is carried out by the projection of a laser beam 31, by means of an optical laser marking head 30.
  • the laser beam 31 for performing the laser marking is generated by a single optical source.
  • the average optical power of the laser beam 31 is between 5 and 200 Watts. This embodiment is very advantageous because it allows quality laser marking to be carried out on the container 2.
  • the optical head 30 comprises a laser head unit 300 and an optical system 320, removably mounted on said laser head unit 300.
  • the laser head unit 300 emits a beam 31 of laser light directed in a predetermined direction.
  • the amplifying medium is of the fiber type.
  • bubble 200 we mean any shape, perfectly spherical or not, for example an ovoid shape.
  • the bubble 200 is generated via a phenomenon called "foaming". Foaming consists of raising the temperature of the material to a threshold, for example the melting point, which causes a release of gas and generates bubbles that expand, forming a bead on the surface, bubbles that will remain trapped upon cooling. The strength of the material is very little affected.
  • the legibility of the mark 310 obtained is much better because the gas bubbles in the material reflect light in a diffuse manner.
  • the bubbles 200 are non-solid cavities or spaces whose shape causes a variation in the refractive index or reflection.
  • the laser beam 31 causes the formation of particles 201 of degraded material.
  • the particles 201 of degraded material are particles of material, at least partially carbonized.
  • the particles 201 are made of the thermoplastic material of the container 2 which has been degraded by local heating, at the marking area 20, to the point that its coloring changes.
  • the particles 201 of degraded material have different properties from the bubbles 200: while the bubbles 200 reflect the light, the particles 201 will absorb or reduce the light following the application of the laser beam 31 during the marking.
  • the quality of the mark 310 is greatly improved.
  • the contrast of the mark 310 depending on the contents of the container 2, can be adjusted, so that the mark 310 is for example lighter than the unmarked parts or darker.
  • the improvement in the readability of the mark 310 is obtained by the presence, in the marking zone 20, and in all or part of the thickness of the wall 25 of the container 2, of both bubbles 200 and particles 201 of degraded material.
  • the projection of the laser beam 31, during the marking of the container is carried out so as to generate at least one marking zone 20: - a first layer extending from the outer skin 250 towards the inner skin 251 of said container 2, said first layer comprising both said bubbles 200 and said particles 201 of degraded material and - a second layer extending from said first layer and towards said inner skin 251, said second layer comprising said particles 201 of degraded material.
  • the first layer also comprises bubbles 200.
  • the bubbles 200 are generated by the foaming phenomenon, by a volume thermal elevation effect, while the particles 201 of degraded material are generated by a self-focusing of a portion of the laser light in the material, created by a shock wave generated by the pulsed laser energy.
  • This wave leads to an extremely temporary change in the local refractive index of the medium, which multiplies by several orders of magnitude the energy of the pulse on different focal points placed behind the point of impact, and causes a local degradation of the material at these points.
  • the marking method makes it possible not to have to adapt the adjustment parameters of the laser beam 31, whatever the contents of the container 2, while still making it possible to obtain high marking quality. This is very advantageous for the operator, by simplifying the adjustment of the optical head 30.
  • the absorption, or absorbance A characterizes the capacity of the wall 25 of the container 2 to absorb the light which passes through it.
  • the method comprises a preliminary calibration step in order to define the wavelength of the laser beam 31 to be applied as a function of the thickness of the wall 25 of the container 2 to be marked.
  • the projection of the laser beam 31 is carried out by generating pulses of a fixed duration, between 10 and 200 nanoseconds (ns), preferably 100ns, said laser beam 31 being emitted at a fixed wavelength, said wavelength having an absorption less than or equal to 3% for a thickness of the thermoplastic material of 0.25 millimeters (mm).
  • ns nanoseconds
  • the person skilled in the art knows how to define the fixed wavelength to be defined as a function of the thickness of the wall 25 of the container 2 to be marked as well as as a function of its material. It should be noted that since the wall thickness of the bottles varies within a relatively small range, it is possible to define a wavelength compatible with most of the bottle formats produced for a defined type of material.
  • the laser beam 31 is emitted at a fixed wavelength between 700 and 1600 nanometers, preferably 1064nm.
  • the power of said laser beam 31 is adjusted. This advantageously makes it possible to further improve the quality of the marking as a function of the mark 310 to be produced by making it possible to generate the appropriate quantity of bubbles 200 and/or particles 201 of degraded material.
  • the scanning speed of the laser beam 31 is variable.
  • the marking method comprises a step of rotating said containers 2, preferably filled and capped, around a vertical axis around which laser marking stations 3 are rotated, in a synchronized manner with said containers 2, - a step of adjusting the focal point of the laser marking stations 3 preferably according to the dimensions and/or the shape of said containers 2, and - the marking step being carried out during the rotation of said containers 2.
  • This embodiment is shown in Advantageously, carrying out the marking during the rotation of the containers 2 makes it possible to have a fixed distance between the optical head 30 and the at least one marking zone 20 of a container 2. This greatly reduces the need to modify the laser marking parameters with each change of format, type of container 2, or contents of container 2.
  • the method comprises in embodiments a step of adjusting the focal point, and the stations 3 are equipped with an optical head 30 making it possible to adjust the focal distance to the container 2 according to the format of said container 2 and optionally to follow the curvature of the shape of the container 2.
  • FIG. 1 There schematically shows the steps of a method according to an embodiment where the containers 2 are filled and capped during a step E1. Then, according to a possible variant, the filled and sealed container 2 is transferred to holding members 54. The gripped containers 2 are then rotated, in a synchronized manner with marking stations 3. Preferably, the rotation step is carried out continuously, without interruption: the container 2 is placed in the trajectory of the device 1 then gripped and rotated.
  • the method according to the invention comprises a step of adjusting the focal point.
  • the device 1 adjusts the focal point simultaneously with the positioning of the laser beam 31 by the optical system 320.
  • This focal point adjustment step can be done after loading the containers 2, during their rotation, prior to carrying out the marking, or even during carrying out the marking, as will be described below.
  • the characteristics of the container 2, for example its shape, its dimensions, and the mark 310 are previously recorded in a database of a central control unit 12.
  • an electronic unit 400 then transmits instructions to the central control unit 12 and the adjustment of the focal point of the laser beam 31 is done for each point of the mark 310 during the production of the mark 310.
  • These embodiments are preferred in cases where the at least one marking zone 20 is located on a complex surface of the container 2.
  • a sensor 340 will then transmit the information to the central control unit 12 which, via a calculation unit, will transmit instructions to the electronic unit 400.
  • the marking method then comprises a preliminary step of measuring the distance between the optical output 321 and the at least one marking zone 20.
  • the step of adjusting the focal point of the laser beam 31 can be done before or simultaneously with the marking step E2.
  • step E2 the containers 2 are unloaded during an unloading step E3.
  • the method comprises: - after step E1 of processing containers 2, a step of loading the containers at a loading point, - after the marking step E2, the method comprises an unloading step E3 at a point for unloading the containers 2, each station 3 and each container 2 being moved respectively around said vertical axis of rotation between said point for loading said containers 2 and said point for unloading said containers 2 marked at a zone 20 called the marking zone before resuming a new cycle comprising at least steps E1 to E3.
  • the optical head 30 comprises a laser head unit 300 and an optical system 320, removably mounted on said laser head unit 300.
  • the laser head unit 300 emits a beam 31 of laser light directed in a predetermined direction.
  • the installation comprises a marking device 1, comprising, for each marking station 3, and for each optical head 30, a single light emission source.
  • each station 3 may comprise one or more optical heads 30, each of which emits a laser beam 31 from a single light emission source.
  • the light emission source may be comprised directly in the optical head 30 or in the laser processing apparatus 40.
  • the installation comprises a marking device 1, comprising, for each marking station 3, and for each optical head 30, a laser processing apparatus 40 comprising a single light emission source. This embodiment, associated with the marking described previously, allows simplified implementation of laser marking without requiring the combination of several beams 31 to produce a mark 310.
  • the optical system 320 comprises at least one mirror for moving the laser beam 31 in a horizontal plane and/or in a vertical plane, and optionally a lens at the optical output 321 of the optical system 320, for focusing the light beam in the plane and at the at least one marking area 20, for generating a mark 310 at the said at least one area 20.
  • optical path is meant the path taken by the laser light from its emission from, for example, the laser processing apparatus 40 to the optical output 321 of the optical system 320 in the form of a laser beam 31.
  • the at least one marking zone 20 corresponds to a treatment surface within which the laser beam 31 is applied in a horizontal and/or vertical direction.
  • the device 1 comprises a fixed lens, said fixed lens being able to be of the spherical type, flat field, or preferably of the F-theta type in order to maintain the dimension of the focal point relatively constant in the plane.
  • the laser head unit 300 and the optical system 320 are in a single piece.
  • control means 4 of the laser station 3 comprise a plurality of cooling units, not shown.
  • the laser marking on at least one zone 20 of a container 2 can be done in particular by local modification of the refractive index, and/or by local modification of the transmission index, and/or by local modification of the reflection index of the material of said container 2.
  • Each marking station 3 comprises at least one optical head 30 which emits and focuses the laser beam 31. According to a possible variant, said at least one optical head 30 generates the optical beam 31.
  • the optical head 30 comprises a sensor for measuring the distance between the optical system 320 and the at least one marking zone 20 of the container 2.
  • This embodiment is very advantageous because, as will be described later, it makes it possible to adjust in real time the focus of the focal point of the laser beam 31, and therefore to obtain a precise, very readable mark 310, and this on all the points of the marking zone 20.
  • the control means 4 comprise an electronic unit 400 for controlling the movement of the laser beam 31.
  • the unit 400 can be configured at will to modify the mark 310 to be inscribed; for example, it is a digital control.
  • the parameters to be modified concern, for example, the movement coordinates of the beam 31, the speed of movement of the beam 31, etc.
  • the 310 mark may consist of characters, patterns, barcodes, etc.
  • the distance D1 between the beam output 31 and the marking area 20 of the container 2 may vary, depending on the shape and/or dimensions of the container 2.
  • the laser beam 31 can trace the mark 310 indifferently in a vector mode, that is to say by continuous tracing, or in a matrix mode, that is to say by point-by-point tracing.
  • the optical head 30 comprises a pulsed laser unit 300.
  • the unit 300 generates the laser beam 31 which is then diffused by the optical system 320.
  • the wavelength of the emitted laser is between 700 and 1600 nanometers (nm).
  • the laser light is emitted in particular from the device 40, and/or the optical channel 600 or even from the laser unit 300.
  • the wavelength of the emitted laser beam 31 is therefore between 1000 and 1100 nm, or between 1500 and 1600 nm, or between 1900 and 2000 nm, depending on the type of containers 2 to be marked and/or depending on the type of mark 310 to be affixed to the marking zone 20 of a container 2.
  • the installation 100 further comprises means for generating bubbles 200 and particles 201 of degraded material in all or part of the thickness of the wall 25 of said container 2 at the level of said marking zone 20.
  • the means are formed by an optical head 30 comprising a MOPA “Master Oscillator Power Amplifier” type laser head unit 300 whose pulse width is adjustable.
  • Foaming consists of melting the material and generating bubbles which expand to form a bead on the surface, bubbles which will remain trapped during cooling. The strength of the material is very little affected. In addition, the legibility of the mark 310 obtained is much better because the gas bubbles in the material reflect the light in a diffuse manner.
  • the marking station 3 uses a laser with a pulsed operating mode to generate short pulses with a duration of less than 500ns (nanosecond) and peak power of the order of kW (kilowatt) to several tens of kW depending on the desired marking and by focusing the beam around the wall of the container 2, at the level of the marking zone 20.
  • the laser is selected and adjusted to allow the thermoplastic material wall to be marked, on the surface or in depth, without however engraving the wall.
  • the means for generating bubbles 200 and particles 201 of degraded material in all or part of the thickness of the wall 25 of said container 2 at said marking zone 20 generate at said marking zone 20: - a first layer extending from the outer skin 250 towards the inner skin 251 of said container 2, said first layer comprising both said bubbles 200 and said particles 201 of degraded material and - a second layer extending from said first layer and towards said internal skin 251, said second layer comprising said particles 201 of degraded material.
  • the means for generating bubbles 200 and carbon particles 201 in all or part of the thickness of the wall 25 of said container 2 at the level of said marking zone 20 consist of an optical head 30 configured to generate a laser beam 31 with a fixed pulse duration of between 10 and 200 nanoseconds.
  • the means for generating bubbles 200 and carbon particles 201 in all or part of the thickness of the wall 25 of said container 2 at the level of said marking zone 20 consist of an optical head 30 configured to emit a laser beam 31 at a fixed wavelength, said wavelength having an absorption less than or equal to 5% for a thickness of the thermoplastic material of 0.25 millimeters (mm).
  • the means for generating bubbles 200 and carbon particles 201 in all or part of the thickness of the wall 25 of said container 2 at the level of said marking zone 20 consist of an optical head 30 configured to emit a laser beam 31 at a fixed wavelength of between 700 and 1600 nanometers.
  • the device 1 comprises a carousel 5 with a vertical rotation axis X, said carousel 5 being driven in rotation by at least one motor relative to a frame 7.
  • a schematic view of an exemplary embodiment of the device 1 and of the carousel 5 is visible in .
  • the rotation of the carousel 5 relative to the frame 7 is done by means of a rolling means.
  • the carousel 5 is carried by a rotating chassis 6, rotating around the vertical axis of rotation X, in the form of a slewing ring which comprises the rolling means.
  • the rolling means may be, for example, produced in the form of two rings capable of being rotated relative to one another, each ring comprising a raceway, and the crown further comprising a rotation device consisting of rolling members or bodies (such as balls or ball bearings) interposed between the two raceways and a device for fixing the constituent elements of the crown to prevent them from becoming detached while allowing the two rings to rotate relative to each other.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de marquage de récipients (2), notamment des bouteilles ou flacons en matière thermoplastique, lesdits récipients (2) comprenant au moins un corps, une épaule dans le prolongement dudit corps à une extrémité supérieure de celui-ci, un col dans le prolongement de l'épaule, une paroi (25), ladite paroi (25) comprenant une zone de marquage (20), une peau externe (250) et une peau interne (251) et un fond à l'extrémité inférieure dudit corps, ledit procédé comprenant au moins les étapes suivantes : - une étape (E1) consistant à effectuer un traitement sur lesdits récipients (2), préférentiellement de remplissage et de bouchage desdits récipients (2), - une étape de marquage (E2), consistant à générer une marque (310) au niveau d'au moins une zone (20) de marquage de chaque récipient (2), ladite étape de marquage étant réalisée par la projection d'un faisceau laser (31) au moyen d'une tête optique (30) de marquage laser équipée d'une unité de tête laser (300) et d'un système optique (320) pour focaliser ledit faisceau laser (31) pour marquer ladite zone (20), procédé caractérisé en ce que la projection dudit faisceau laser (31) est réalisée de manière à générer des bulles (200) et des particules (201) de matière dégradée dans tout ou partie de l'épaisseur de la paroi (25) dudit récipient (2) au niveau de ladite zone de marquage (20). L'invention concerne également une installation de marquage de récipients et un récipient obtenu par le procédé de marquage selon l'invention.

Description

Procédé et installation de marquage laser
Domaine Technique : L'invention concerne un procédé et une installation de marquage laser, ainsi qu’un récipient comprenant une marque obtenue par marquage laser selon le procédé conforme à l’invention.
Etat de la technique
Il est connu de faire figurer sur les récipients, notamment les bouteilles en matériau plastique, des informations et des décorations.
Les informations figurant sur un récipient peuvent, par exemple, concerner la date de péremption du contenu ou la formule du produit contenu dans le récipient. Les décorations peuvent, par exemple, représenter le logo du fabricant du produit.
Il est bien connu de faire figurer ces informations et décorations sur des étiquettes en papier ou en plastique. Les étiquettes sont collées sur le récipient final après l'étape de formage du récipient, c'est-à-dire lorsque les récipients sont conformés dans leur forme définitive.
Cependant, l'étiquetage des récipients présente de nombreux inconvénients. En effet, la fabrication des étiquettes, leur impression et leur collage sur les récipients représentent un coût élevé, notamment pour la fabrication de récipients en grandes séries.
De plus, l'étiquette est susceptible d'être arrachée pendant la manipulation du récipient. L'utilisateur final ne peut alors plus accéder à certaines informations importantes, telle que la date de péremption.
Enfin, le recyclage des récipients en matériau plastique est compliqué par la présence de l'étiquette et de la colle. En effet, afin de favoriser le recyclage, il est préférable de s'assurer que les récipients, étiquettes ou autres, soient collectés séparément en fonction de leurs différents matériaux.
Cependant, la tâche consistant à retirer manuellement les étiquettes des récipients à des fins de collecte séparée peut s'avérer fastidieuse. Par conséquent, le retrait des étiquettes des conteneurs est l’un des facteurs qui empêchent d’assurer la collecte sélective.
Pour l'inscription des informations importantes, on a déjà proposé des procédés de marquage de la paroi du récipient. Ainsi, il est connu d'imprimer directement sur la paroi du récipient certaines informations importantes au moyen d'une encre spéciale.
Néanmoins, ce procédé de marquage par impression n'est pas satisfaisant car, pour des raisons d'hygiène, l'encre utilisée pour le marquage doit sécher quasi instantanément, et elle doit aussi rester à la surface de la paroi sans pénétrer à l'intérieur du récipient par un phénomène de migration. De ce fait l'encre présente une composition spécifique qui est très onéreuse à fabriquer.
Par ailleurs, l'utilisation d'encre complique également les procédés de recyclage des récipients en plastique.
Pour contourner ces problèmes, on a aussi proposé un procédé de marquage par gravure de la paroi du récipient. La gravure est généralement effectuée au moyen d'un laser au dioxyde de carbone. Un tel procédé de marquage est réalisé en enlevant de la matière à la paroi du récipient, notamment par évaporation. De ce fait, la paroi présente localement une épaisseur réduite.
Cependant, dans un souci d'économie et d'écologie, on cherche à diminuer l'épaisseur de la paroi des récipients. Ainsi, il est possible de réaliser un récipient en utilisant moins de matériau plastique qu'auparavant. Or, l'enlèvement de matière sur une paroi très fine risque de fragiliser la paroi au point de fissurer le récipient à la moindre sollicitation.
D’autres dispositifs connus de marquage laser ont des problèmes de qualité par rapport aux pièces ou substrats qui ne sont pas plans et/ou qui ont une distance focale variable par rapport à l'optique, comme c’est le cas pour une grande majorité des récipients.
Dans un tel cas, les marquages sur le substrat sont flous, varient en hauteur ou en espacement et pourraient autrement être illisibles, rendant ainsi les caractères insatisfaisants à utiliser.
En outre, selon la nature ou les dimensions du récipient, la qualité du marquage devient très aléatoire : la distance focale entre le dispositif laser et la paroi du récipient à marquer n’est pas la même sur toute la surface de la zone à marquer. En particulier, lorsque la paroi du récipient est cylindrique, le marquage généré est de moindre qualité en périphérie de la zone à marquer.
Enfin, en fonction du contenu du récipient, le marquage sera plus ou moins lisible. Par exemple, lorsque le récipient contient de l’eau, le marquage peut être difficilement lisible, alors que lorsqu’il contient un liquide foncé ou coloré, de type soda, le marquage est lisible. Cette différence de lisibilité est contraignante et nécessite d’ajuster les paramètres de marquage en fonction de la ligne de production et de conditionnement de récipients.
Pour résoudre ces problèmes de qualité du marquage tout en restant compatible avec une production de récipients en grandes séries, la présente invention propose de fournir un procédé de marquage laser permettant d’obtenir un marquage de qualité, d’une bonne lisibilité quel que soit le contenu. Cela permet également de marquer des contenants à une cadence compatible avec les productivités demandées dans le secteur industriel.
L’invention propose de manière avantageuse un procédé permettant d’obtenir un marquage laser de grande qualité, sans nécessité des réglages fastidieux, et avec une grande versatilité d’application.
L’invention vise d’abord un procédé de marquage de récipients, notamment des bouteilles ou flacons en matière thermoplastique, lesdits récipients comprenant au moins un corps, une épaule  dans le prolongement dudit corps à une extrémité supérieure de celui-ci, un col dans le prolongement de l’épaule, une paroi, ladite paroi comprenant une zone de marquage, une peau externe et une peau interne et un fond à l’extrémité inférieure dudit corps, ledit procédé comprenant au moins les étapes suivantes :
- une étape consistant à effectuer un traitement sur lesdits récipients, préférentiellement de remplissage et de bouchage desdits récipients,
- une étape de marquage, consistant à générer une marque au niveau d’au moins une zone de marquage de chaque récipient, ladite étape de marquage étant réalisée par la projection d’un faisceau laser au moyen d’une tête optique de marquage laser équipée d’une unité de tête laser et d’un système optique pour focaliser ledit faisceau laser pour marquer ladite zone.
Le procédé se caractérise en ce que la projection dudit faisceau laser est réalisée de manière à générer des bulles et des particules de matière dégradée dans tout ou partie de l’épaisseur de la paroi dudit récipient au niveau de ladite zone de marquage.  
Selon une caractéristique additionnelle possible, la projection du faisceau laser est réalisée de manière à générer au niveau d’au moins une zone de marquage:
- une première couche s’étendant depuis la peau externe en direction de la peau interne dudit récipient, ladite première couche comprenant à la fois lesdites bulles et lesdites particules de matière dégradée et
- une deuxième couche s’étendant depuis ladite première couche et en direction de ladite peau interne, ladite deuxième couche comprenant lesdites particules de matière dégradée.
Dans des modes de réalisation, la projection du faisceau laser est réalisée de manière à ne générer ni bulles ni particules de matière dégradée au sein d’une troisième couche au niveau de la zone de marquage, ladite troisième couche s’étendant depuis ladite deuxième couche en direction de ladite peau interne.
Dans des modes de réalisation, la projection du faisceau laser est réalisée en générant des impulsions d’une durée fixe, comprise entre 10 à 200 nanosecondes, ledit faisceau laser étant émis à une longueur d’onde fixe, ladite longueur d’onde présentant une absorption inférieure ou égale à 5% pour une épaisseur de la matière thermoplastique de 0,25 millimètres (mm).
Selon une caractéristique additionnelle possible, le faisceau laser est émis à une longueur d’onde fixe présentant une absorption inférieure ou égale à 3% pour une épaisseur de la matière thermoplastique de 0,25 millimètres (mm).
Dans des modes de réalisation, le faisceau laser est émis à une longueur d’onde fixe comprise entre 700 et 1600 nanomètres.
Dans des modes de réalisation, au cours de l’étape de marquage, on ajuste la puissance dudit faisceau laser.
Selon une caractéristique additionnelle possible, la vitesse de balayage du faisceau laser est variable.
Dans des modes de réalisation, le procédé comprend, avant l’étape de marquage, les étapes suivantes :
- une étape consistant à entraîner en rotation lesdits récipients, préférentiellement remplis et bouchés, autour d’un axe vertical autour duquel sont entraînées en rotation des stations de marquage laser, de manière synchronisée avec lesdits récipients,
- une étape de réglage du point focal des stations de marquage laser de préférence en fonction des dimensions et/ou de la forme desdits récipients, et
- l’étape de marquage étant réalisée pendant la rotation desdits récipients.
L’invention vise également une installation comprenant au moins :
- un dispositif de marquage laser de récipients, notamment des bouteilles ou flacons en matière thermoplastique, ledit dispositif de marquage comprenant une pluralité de stations de marquage laser, chaque station comprenant le long d’un trajet optique au moins une tête optique de marquage laser pour projeter un faisceau laser, ladite tête optique étant équipée d’une unité de tête laser et d’un système optique pour focaliser ledit faisceau laser afin de générer une marque au niveau d’au moins une zone de marquage de chaque récipient pour marquer ladite zone, ladite tête optique étant reliée à un appareil de traitement laser via un canal optique,
- des moyens de commande reliés aux stations de marquage et comprenant ledit appareil de traitement laser et des moyens d’alimentation des stations de marquage laser.
L’installation se caractérisée en ce qu’elle comprend des moyens pour générer des bulles et des particules de matière dégradée dans tout ou partie de l’épaisseur de la paroi dudit récipient au niveau de ladite zone de marquage.
Dans des modes de réalisation, les moyens pour générer des bulles et des particules de matière dégradée dans tout ou partie de l’épaisseur de la paroi dudit récipient au niveau de ladite zone de marquage génèrent au niveau ladite zone de marquage :
- une première couche s’étendant depuis la peau externe en direction de la peau interne dudit récipient, ladite première couche comprenant à la fois lesdites bulles et lesdites particules de matière dégradée et
- une deuxième couche située s’étendant depuis ladite première couche et en direction de ladite peau interne, ladite deuxième couche comprenant lesdites particules de matière dégradée.
Dans des modes de réalisation, les moyens pour générer des bulles et des particules de carbone dans tout ou partie de l’épaisseur de la paroi dudit récipient au niveau de ladite zone de marquage consistent en une tête optique paramétrée pour générer un faisceau laser d’une durée d’impulsion fixe comprise en 10 et 200 nanosecondes.
Dans des modes de réalisation, les moyens pour générer des bulles et des particules de carbone dans tout ou partie de l’épaisseur de la paroi dudit récipient au niveau de ladite zone de marquage consistent en une tête optique paramétrée pour émettre un faisceau laser à une longueur d’onde fixe, ladite longueur d’onde présentant une absorption inférieure ou égale à 5% pour une épaisseur de la matière thermoplastique de 0,25 millimètres (mm).
Dans des modes de réalisation, les moyens pour générer des bulles et des particules de matière dégradée dans tout ou partie de l’épaisseur de la paroi dudit récipient au niveau de ladite zone de marquage consistent en une tête optique paramétrée pour émettre un faisceau laser à une longueur d’onde fixe comprise entre 700 et 1600 nanomètres
L’invention a aussi pour objet un récipient comportant au moins un corps , une épaule dans le prolongement dudit corps à une extrémité supérieure de celui-ci, un col dans le prolongement de l’épaule, une paroi, ladite paroi comprenant une zone de marquage, une peau externe et une peau interne, et un fond à l’extrémité inférieure dudit corps.
Le récipient se caractérise en ce que, au niveau de la zone de marquage, ladite paroi comprend, au niveau de ladite zone de marquage, dans tout ou partie de son épaisseur, des bulles et des particules de matière dégradée.
Selon une caractéristique additionnelle possible, la paroi dudit récipient comprend :
- une première couche s’étendant depuis la peau externe en direction de la peau interne dudit récipient, ladite première couche comprenant à la fois lesdites bulles et lesdites particules de matière dégradée et
- une deuxième couche située s’étendant depuis ladite première couche et en direction de ladite peau interne, ladite deuxième couche comprenant lesdites particules de matière dégradée.
Brève description des figures : L’invention sera mieux comprise grâce à la description ci-dessous, qui se base sur des modes de réalisations possibles, expliqués de façon illustrative et nullement limitative, en référence avec les figures annexées, dans lesquelles :
  • représente schématiquement un exemple de mise en œuvre du procédé selon l’invention ;
  • représente schématiquement un exemple de mise en œuvre du procédé selon l’invention avec une vue d’un récipient marqué obtenu ;
  • représente schématiquement un exemple de mise en œuvre du procédé selon l’invention avec une vue d’un récipient marqué obtenu ;
  • représente schématiquement un exemple de mise en œuvre du procédé selon l’invention avec une mise en rotation des récipients,
  • représente schématiquement un exemple de dispositif de marquage selon l’invention, avec un carrousel de mise en rotation des récipients,
  • représente schématiquement un exemple de dispositif de l’installation de marquage,
  • représente schématiquement un exemple d’installation de marquage selon l’invention.
Description détaillée : Dans la suite de la description, des éléments présentant une structure identique ou des fonctions analogues seront désignés par une même référence.
L’invention vise tout d’abord un procédé de marquage laser de récipients 2.
Dans le cadre de l’invention, le récipient 2 est une bouteille ou un flacon. Il est réalisé en matière plastique. De préférence, le récipient est en poly téréphtalate d'éthylène, ci-après PET.
De manière préférée, le récipient 2 ne contient pas de matériau additionnel, tel que des pigments, ou encore des adjuvants chimiques réagissant à la lumière. Plus particulièrement et de préférence, le récipient 2 ne contient pas d’additifs laser. Par « additif laser » on désigne tout pigment, ou encore adjuvant chimique additionnel spécifiquement dédié à réagir au type de rayonnement du laser de marquage, en changeant de couleur ou de contraste. En d’autres termes, le récipient 2 est de préférence exclusivement en PET et/ou PET recyclé, avec ou sans additifs non dédiés à réagir au rayonnement du laser de marquage, tels que par exemple des pigments colorés, des additifs barrière au rayonnement UV ou visibles, ou encore des absorbeurs d'oxygène.
Le récipient 2 peut être rigide ou semi-rigide. Il est destiné à contenir un fluide, un liquide, des poudres ou des granulés, notamment de type agroalimentaire ou cosmétique. Le récipient 2 peut présenter tout type de forme, symétrique ou non. Il peut avoir une section arrondie, globalement de forme circulaire ou ovoïdale, ou bien de section polygonale, notamment rectangle ou carrée. Préférentiellement, lesdits récipients 2 ont une section arrondie, notamment globalement circulaire.
Les récipients 2 présentent au moins un corps, une épaule dans le prolongement dudit corps et un fond à l’extrémité dudit corps. Le récipient 2 comprend une paroi 25. La paroi 25 d’un récipient 2 peut être cylindrique, rectangulaire, ou de toute forme. La paroi 25 est la surface qui constitue la limite entre l’intérieur et l’extérieur du récipient 2, c’est-à-dire entre le contenu du récipient 2 et son environnement extérieur, l’air ambiant par exemple. La paroi 25 comprend une peau externe 250 et une peau interne 251, et au moins une zone de marquage 20, notamment visibles en figures 1 et 2. En d’autres termes, le récipient 2 comprend au moins une zone de marquage 20, au niveau du corps, et/ou au niveau de l’épaule, et/ou du col et/ou du fond, la paroi 25 constituant la surface délimitant le contenu du récipient 2 et son environnement extérieur.
Lorsque le récipient 2 est rempli, par exemple d’un fluide, ledit fluide est en contact avec la peau interne 251.
Dans une orientation normale, le récipient 2 repose sur son fond et la direction principale est verticale. Le fond peut être globalement plat, de forme pétaloïde ou autre.
De manière préférée, les récipients 2 sont obtenus par formage à partir de préformes en matière thermoplastique. De telles préformes sont obtenues généralement par injection.
Dans le cadre de l’invention, le récipient 2 présente au moins une zone 20 de marquage, située sur sa paroi. La au moins une zone 20 de marquage est destinée à recevoir une marque 310, réalisée par un marquage laser.
La zone 20 de marquage peut être orientée de telle sorte que la marque 310 soit parallèle à la direction principale du récipient 2, ou orthogonale, ou encore présenter toute orientation possible par rapport à la paroi 25 du récipient 2 selon sa direction principale.
L’invention concerne un procédé de marquage de récipients 2 comprenant au moins les étapes suivantes :
- une étape de traitement E1 consistant à effectuer un traitement sur lesdits récipients 2, préférentiellement de remplissage et de bouchage desdits récipients 2,
- une étape de marquage E2, consistant à générer une marque 310 au niveau d’au moins une zone 20 de marquage de chaque récipient 2, ladite étape de marquage étant réalisée par la projection d’un faisceau laser 31 au moyen d’une tête optique 30 de marquage laser équipée d’une unité de tête laser 300 et d’un système optique 320 pour focaliser ledit faisceau laser 31 pour marquer ladite zone 20.
Le procédé de marquage laser se caractérise en ce que la projection dudit faisceau laser 31 est réalisée de manière à générer des bulles 200 et des particules 201 de matière dégradée dans tout ou partie de l’épaisseur de la paroi 25 dudit récipient 2 au niveau de ladite zone de marquage 20.  
Préférentiellement, l’étape de traitement E1 est une étape de remplissage et de bouchage des récipients 2. En effet, il a été constaté que le marquage laser avec le faisceau laser 31 est de meilleure qualité (en termes de lisibilité notamment) lorsque le récipient 2 est rempli.
Il a été constaté qu’il est généralement difficile d’utiliser des systèmes laser pour marquer des récipients 2 en matière plastique, et en particulier en PET, car le marquage laser tend à détériorer le récipient 2, en raison d’une forte puissance, nécessaire pour marquer les récipients 2 à forte cadence. Cela implique par exemple la formation de trous dans la paroi du récipient 2.
Avantageusement, dans des modes de réalisation, le procédé consiste donc à marquer un récipient 2 rempli, de préférence par du liquide. Cela permet au liquide de diffuser rapidement la chaleur du faisceau 31 laser transmise et de prévenir la dégradation de la paroi dudit récipient 2. L’intégrité interne du récipient 2 en contact avec le liquide est donc maintenue alors qu’il est possible de générer un fort contraste avec beaucoup de puissance pour atteindre une cadence de marquage élevée et cantonner celui-ci à la surface externe de la paroi 25 dudit récipient 2.
Préférentiellement, les récipients 2 sont donc remplis et bouchés avant d’être marqués.
L’étape de marquage, qui consiste à générer une marque 310 au niveau d’au moins une zone 20 de marquage de chaque récipient 2, est réalisée par la projection d’un faisceau laser 31, au moyen d’une tête optique 30 de marquage laser.
Dans un mode de réalisation préféré, le faisceau laser 31 permettant de réaliser le marquage laser est généré par une seule source optique.
Dans un mode de réalisation préféré, la puissance optique moyenne du faisceau laser 31 est comprise entre 5 et 200 Watts. Ce mode de réalisation est très avantageux car il permet de réaliser un marquage laser de qualité sur le récipient 2.
La tête optique 30 comprend une unité de tête laser 300 et un système optique 320, monté de manière amovible sur ladite unité de tête laser 300. Préférentiellement, l’unité de tête laser 300 émet un faisceau 31 de lumière laser dirigé dans une direction prédéterminée.
De manière préférée, le milieu amplificateur est de type fibres.
Dans des modes de réalisation préférés, le procédé de marquage est avantageusement mis en œuvre par un dispositif 1 de marquage pour chaque station 3 de marquage, comprenant pour chaque tête optique 30 une seule source d’émission de lumière.
En d’autres termes, chaque station 3 peut comprendre une ou plusieurs têtes optiques 30, chacun d’entre elles émettant un faisceau laser 31 à partir d’une seule source d’émission de lumière. En outre, la source d’émission de lumière peut être comprise directement dans la tête optique 30 ou dans l’appareil 40 de traitement laser. Dans le cadre de l’invention, la projection dudit faisceau laser 31 est réalisée de manière à générer des bulles 200 et des particules 201 de matière dégradée dans tout ou partie de l’épaisseur de la paroi 25 dudit récipient 2 au niveau de ladite zone de marquage 20.  Ainsi, on retrouve, au niveau de la zone de marquage 20, dans tout ou partie de l’épaisseur de la paroi 25 du récipient 2 marqué, à la fois des bulles 200 et des particules 201 de matière dégradée, comme visible en .
Par bulle 200, on entend toute forme, parfaitement sphérique ou non, par exemple une forme ovoïde.
En particulier, la bulle 200 est générée via un phénomène dit de « foaming », ou moussage. Le moussage consiste élever la température de la matière jusqu’à un seuil, par exemple le point de fusion, ce qui engendre un dégagement gazeux et génère des bulles qui s’expansent en formant un bourrelet en surface, bulles qui vont rester piégées au refroidissement. La résistance du matériau est très peu altérée. En outre, la lisibilité de la marque 310 obtenue est bien meilleure car les bulles de gaz dans le matériau reflètent la lumière de manière diffuse. En d’autres termes, les bulles 200 sont des cavités ou espaces non solides dont la forme engendre une variation de l'indice de réfraction ou réflexion.
De plus, le faisceau laser 31 engendre la formation de particules 201 de matière dégradée. Plus précisément, les particules 201 de matière dégradée sont des particules de matière, au moins partiellement carbonisées.
Les particules 201 sont constituées de la matière thermoplastique du récipient 2 qui a été dégradée par l'échauffement local, au niveau de la zone de marquage 20, au point que sa coloration change. Les particules 201 de matière dégradée ont des propriétés différentes des bulles 200 : alors que les bulles 200 reflètent la lumière, les particules 201 vont absorber ou diminuer la lumière suite à l’application du faisceau laser 31 au cours du marquage.
Ainsi, par la génération simultanée ou sensiblement simultanée de bulles 200 et de particules 201 de matière dégradée, la qualité de la marque 310 est grandement améliorée. En particulier, le contraste de la marque 310, en fonction du contenu du récipient 2, peut être ajusté, de manière à ce que la marque 310 soit par exemple plus claire que les parties non marquées ou plus foncée.
L’amélioration de la lisibilité de la marque 310 est obtenue par la présence, dans la zone de marquage 20, et dans tout ou partie de l’épaisseur de la paroi 25 du récipient 2, à la fois de bulles 200 et de particules 201 de matière dégradée.
Dans des modes de réalisation, la projection du faisceau laser 31, au cours du marquage du récipient, est réalisée de manière à générer au niveau d’au moins une zone de marquage 20 :
- une première couche s’étendant depuis la peau externe 250 en direction de la peau interne 251 dudit récipient 2, ladite première couche comprenant à la fois lesdites bulles 200 et lesdites particules 201 de matière dégradée et
- une deuxième couche s’étendant depuis ladite première couche et en direction de ladite peau interne 251, ladite deuxième couche comprenant lesdites particules 201 de matière dégradée.
En d’autres termes, alors que l’on retrouve des particules 201 de matière dégradée à l’intérieur de la première et la deuxième couche, seule la première couche comprend également des bulles 200. Ce mode de réalisation est illustré en .
En effet, les bulles 200 sont générées par le phénomène de moussage, par un effet d’élévation thermique volumique, alors que les particules 201 de matière dégradée sont générées par une auto-focalisation d’une partie de la lumière laser dans la matière, créée par une onde de choc engendrée par l’énergie laser pulsée. Cette onde conduit à un changement extrêmement temporaire de l’indice de réfraction local du milieu, ce qui multiplie par plusieurs ordres de grandeur l’énergie du pulse sur différents points focaux placés derrière le point d’impact, et engendre une dégradation locale de la matière en ces points. En s’approchant de la peau interne 251 du récipient 2, la température volumique baisse, d’autant plus vite que la peau interne 251 est au contact du contenu. Le phénomène de moussage est donc stoppé rapidement alors que l’onde de choc continue de se propager, ce qui continue à créer des particules 201 de matière dégradée, jusqu’à ce qu’à son tour l’onde de choc perde aussi son énergie. En fonction de cette énergie on pourra donc voir l’apparition d’une troisième couche ne contenant ni bulles, ni particules dégradées.
Le fait d’avoir une troisième couche est particulièrement avantageux, car cela permet d’avoir une couche de matière vierge en contact avec le contenu du récipient 2, ce qui réduit fortement le risque de migration de substances non souhaitées vers ledit contenu.
De manière avantageuse, la densité de particules 201 de matière dégradée décroit de la première couche à la deuxième couche. En d’autres termes, la densité de particules 201 de matière dégradée est plus importante au sein de la première couche qu’au sein de la deuxième couche.
Cet exemple de réalisation est visible en .
Dans des modes de réalisation, la projection du faisceau laser 31 est réalisée en générant des impulsions d’une durée fixe, comprise entre 10 à 200 nanosecondes (ns), préférentiellement 100ns, ledit faisceau laser 31 étant émis à une longueur d’onde fixe, ladite longueur d’onde présentant une absorption inférieure ou égale à 5% pour une épaisseur de la matière thermoplastique de 0,25 millimètres (mm). De manière surprenante, il a été constaté que, pour une épaisseur de la matière thermoplastique de la paroi 25 du récipient 2 de 0,25 millimètres (mm), lorsque le faisceau laser 31 est émis avec des impulsions d’une durée fixe, comprise entre 10 à 200 nanosecondes et à une longueur d’onde fixe, ladite longueur d’onde présentant une absorption inférieure ou égale à 5%, la projection du faisceau laser 31 génère des bulles 200 et des particules 201 de matière dégradée sur tout ou partie de l’épaisseur de la paroi 25 dudit récipient 2.
Il a été constaté que le phénomène d’auto-focalisation se produit avantageusement dans une plage de largeur d’impulsions spécifique. En outre le phénomène de moussage, différent du phénomène de marquage par gravure, apparait également préférentiellement dans une plage de longueur d’onde spécifique. Afin d’améliorer la qualité du marquage, dans des modes de réalisation, il est donc avantageux de générer des impulsions de durée fixe à une longueur d’onde fixe.
Par ailleurs, en figeant les valeurs de largeur d’impulsion et de longueur d’ondes, le procédé de marquage permet de ne pas avoir à adapter les paramètres de réglage du faisceau laser 31, quel que soit le contenu du récipient 2, tout en permettant d’obtenir une grande qualité de marquage. Cela est très avantageux pour l’opérateur, en simplifiant le réglage de la tête optique 30.
L’absorption, ou absorbance A, caractérise la capacité de la paroi 25 du récipient 2 à absorber la lumière qui la traverse.
L'absorption de la longueur d’onde du faisceau laser 31 par la paroi 25 du récipient 2 est modélisée par la loi de Beer-Lambert : A=log10*T où T est la transmittance ; et qui peut également s’écrire sous la forme suivante : I = I0 * exp(-α*d) où
- l est l’intensité du rayonnement,
- I0 est l’intensité incidente de la radiation à une longueur d’onde donnée,
- α est le coefficient d’absorption propre au matériau du récipient 2 et à la longueur d’ondes donnée,
- d est la distance parcourue dans le milieu, qui tient compte de l’épaisseur de la paroi 25.
Ce qui se traduit par une distribution prédictible dans la matière du récipient 2, au niveau de la zone de marquage 20, lorsque l’on utilise un matériau thermoplastique semi-transparent comme le PET. Ainsi, l’homme du métier saura définir avec précision quelle doit être la valeur de l’absorption de la longueur d’onde en fonction de l’épaisseur du matériau thermoplastique de la paroi 25 du récipient 2 à marquer.
Dans des modes de réalisation, le procédé comprend une étape préliminaire d’étalonnage afin de définir la longueur d’ondes du faisceau laser 31 à appliquer en fonction de l’épaisseur de la paroi 25 du récipient 2 à marquer.
Dans des modes de réalisation, la projection du faisceau laser 31 est réalisée en générant des impulsions d’une durée fixe, comprise entre 10 à 200 nanosecondes (ns), préférentiellement 100ns, ledit faisceau laser 31 étant émis à une longueur d’onde fixe, ladite longueur d’onde présentant une absorption inférieure ou égale à 3% pour une épaisseur de la matière thermoplastique de 0,25 millimètres (mm).
De manière similaire, l’homme du métier sait définir la longueur d’ondes fixe à définir en fonction de l’épaisseur de la paroi 25 du récipient 2 à marquer ainsi qu’en fonction de son matériau. Il est à remarquer que l’épaisseur de paroi des bouteilles variant dans une plage relativement faible, il est possible de définir une longueur d’onde compatible avec la plupart des formats de bouteilles produites pour un type de matière défini.
Ainsi, pour un récipient en poly téréphtalate d'éthylène, le faisceau laser 31 est émis à une longueur d’onde fixe comprise entre 700 et 1600 nanomètres, préférentiellement 1064nm.
Dans des modes de réalisation, au cours de l’étape de marquage E2, on ajuste la puissance dudit faisceau laser 31. Cela permet avantageusement d’améliorer encore la qualité du marquage en fonction de la marque 310 à réaliser en permettant de générer la quantité appropriée de bulles 200 et/ou de particules 201 de matière dégradée.
Dans des modes de réalisation, la vitesse de balayage du faisceau laser 31 est variable.
Dans des modes de réalisation, le procédé de marquage comprend une étape consistant à entraîner en rotation lesdits récipients 2, préférentiellement remplis et bouchés, autour d’un axe vertical autour duquel sont entraînées en rotation des stations 3 de marquage laser, de manière synchronisée avec lesdits récipients 2,
- une étape de réglage du point focal des stations 3 de marquage laser de préférence en fonction des dimensions et/ou de la forme desdits récipients 2, et
- l’étape de marquage étant réalisée pendant la rotation desdits récipients 2.
Ce mode de réalisation est représenté en . Avantageusement, le fait de réaliser le marquage au cours de la rotation des récipients 2 permet d’avoir une distance fixe entre la tête optique 30 et la au moins une zone de marquage 20 d’un récipient 2. Cela réduit fortement le besoin de modification des paramètres de marquage laser à chaque changement de format, de type de récipient 2, de contenu de récipient 2.
En outre, afin de s’adapter aux différents diamètres de récipients 2, le procédé comprend dans des modes de réalisation une étape de réglage du point focal, et les stations 3 sont équipées de tête optique 30 permettant d’ajuster la distance focale au récipient 2 en fonction du format dudit récipient 2 et optionnellement de suivre la courbure de la forme du récipient 2.
La montre schématiquement les étapes d’un procédé selon un mode de réalisation où les récipients 2 sont remplis et bouchés lors d’une étape E1.
Puis, selon une variante possible, le récipient 2 rempli et bouché est transféré à des organes de maintien 54.
Les récipients 2 saisis sont ensuite entraînés en rotation, de manière synchronisée avec des stations de marquage 3. Préférentiellement, l’étape de mise en rotation se fait de manière continue, sans interruption : le récipient 2 se met dans la trajectoire du dispositif 1 puis est saisi et entraîné en rotation.
Au cours de l’étape de marquage E2, et pendant leur rotation les récipients 2 sont marqués.
Selon une caractéristique technique additionnelle, le procédé selon l’invention comprend une étape de réglage du point focal. Pour chaque point de la marque 310, le dispositif 1 ajuste le point focal de façon simultanée au positionnement du faisceau 31 laser par le système optique 320.
Cette étape de réglage du point focal peut se faire après le chargement des récipients 2, au cours de leur rotation, préalablement à la réalisation du marquage, ou encore pendant la réalisation du marquage, comme il sera décrit ci-dessous.
Dans des modes de réalisation, les caractéristiques du récipient 2, par exemple sa forme, ses dimensions, et la marque 310 sont préalablement enregistrés dans une base de données d’une unité centrale 12 de commande. De manière avantageuse, une unité 400 électronique transmet alors des instructions à l’unité centrale 12 de commande et le réglage du point focal du faisceau 31 laser se fait pour chaque point de la marque 310 au cours de la réalisation de la marque 310.
Ces modes de réalisation sont privilégiés dans les cas où la au moins une zone 20 de marquage est localisée sur une surface complexe du récipient 2.
Dans des modes de réalisation, aucune donnée n’a été préalablement enregistrée. Un capteur 340 va alors transmettre les informations à l’unité centrale 12 de commande qui, via une unité de calcul, va transmettre des instructions à l’unité électronique 400. En d’autres termes, le procédé de marquage comprend alors une étape préliminaire de mesure de la distance entre la sortie optique 321 et la au moins une zone 20 de marquage.
Il est également envisageable d’ajuster le point focal du faisceau 31 laser une seule fois, préalablement à l’étape E2 de marquage, dans des cas où la marque 310 et/ou la zone 20 de marquage est de type simple.
En d’autres termes, l’étape de réglage du point focal du faisceau 31 laser peut se faire préalablement ou simultanément à l’étape E2 de marquage.
Enfin, et suite à l'étape E2, les récipients 2 sont déchargés au cours d’une étape E3 de déchargement.
Dans des modes de réalisation, l’étape E2 de marquage se fait au cours de la rotation sur un secteur angulaire inférieur à 360 degrés autour de l’axe vertical. En d’autres termes, chaque récipient 2 fait approximativement une seule circonvolution, plus précisément moins qu’un tour complet de rotation.
Dans des modes de réalisation, le procédé comprend :
- après l’étape E1 de traitement des récipients 2, une étape de chargement des récipients au niveau d’un point de chargement,
- après l’étape E2 de marquage, le procédé comprend une étape de déchargement E3 au niveau d’un point de déchargement des récipients 2, chaque station 3 et chaque récipient 2 étant déplacés respectivement autour dudit axe de rotation vertical entre ledit point de chargement  desdits récipients 2 et ledit point de déchargement desdits récipients 2 marqués au niveau d’une zone 20 dite de marquage avant de reprendre un nouveau cycle comprenant au moins les étapes E1 à E3.
Avantageusement, après l’étape de chargement et/ou avant l’étape E2, les récipients 2 sont déplacés verticalement. Selon une variante possible, les stations 3 de marquage laser sont déplacées verticalement pendant ou après ladite étape de chargement.
Ainsi, dans des modes de réalisation, les récipients 2 sont déplacés verticalement après leur chargement, afin d’ajuster le positionnement de la au moins une zone 20 de marquage en vis-à-vis des stations 3 de marquage, et en particulier en vis-à-vis de la sortie optique 321 d’un système optique 320.
Les récipients 2 sont donc déplacés depuis une position verticale – ou hauteur- initiale vers une position verticale de marquage.
Les récipients 2 et/ou les stations 3 peuvent également être déplacés au cours de leur rotation, et/ou pendant l’étape de marquage E3.
Dans des modes de réalisation, l’étape E2 de marquage est réalisée par un laser pulsé dans le proche infrarouge.
Dans des modes de réalisation, le procédé de marquage comprend une étape supplémentaire, après l’étape E2 de marquage, d’inspection des récipients 2 marqués.
L’invention concerne encore une installation 100 de marquage de récipients, dont un exemple de réalisation est illustré en .
L’installation 100 comprend :
- un dispositif 1 de marquage laser de récipients 2, notamment des bouteilles ou flacons en matière thermoplastique, ledit dispositif 1 de marquage comprenant une pluralité de stations 3 de marquage laser, chaque station 3 comprenant le long d’un trajet optique au moins une tête optique 30 de marquage laser pour projeter un faisceau laser 31, ladite tête optique 30 étant équipée d’une unité de tête laser 300 et d’un système optique 320 pour focaliser ledit faisceau laser 31 afin de générer une marque 310 au niveau d’au moins une zone 20 de marquage de chaque récipient 2 pour marquer ladite zone 20, ladite tête optique 30 étant reliée à un appareil 40 de traitement laser via un canal 600 optique,
- des moyens de commande 4 reliés aux stations 3 de marquage et comprenant ledit appareil 40 de traitement laser et des moyens d’alimentation 41 des stations 3 de marquage laser.
Le dispositif 1 selon l’invention comprend au moins une pluralité de stations 3 de marquage laser.
Une station 3 de marquage laser comprend le long d’un trajet optique au moins une tête optique 30 qui est reliée à des moyens de commande 4 de la station 3. Les moyens de commande 4 comprennent l’appareil 40 de traitement laser et les moyens d’alimentation 41 des stations 3.
L’appareil 40 de traitement laser, ou laser 40, comprend une source d’émission de lumière, ou source de pompage et éventuellement un milieu amplificateur pour émettre une lumière laser sous la forme d’un faisceau 31 laser.
Selon une variante possible, la tête optique 30 comprend le milieu amplificateur.
La tête optique 30 est reliée à l’appareil 40 de traitement laser par un réseau de fibres optiques et de liaisons électriques, ou canaux 600 optiques. Les canaux 600 optiques comprennent au moins une fibre optique qui est un guide d’onde optique de la lumière laser émise par exemple par l’appareil 40 de traitement laser.
Selon une variante possible, le milieu amplificateur est incorporé au canal 600 optique sous la forme d’une fibre optique dopée dans laquelle la lumière émise est injectée vers une unité de tête laser 300.
La station 3 contrôle la tête optique 30 et l’émission du faisceau 31 laser à partir des moyens de commande 4.
Ainsi, la tête optique 30 comprend une unité de tête laser 300 et un système optique 320, monté de manière amovible sur ladite unité de tête laser 300. Préférentiellement, l’unité de tête laser 300 émet un faisceau 31 de lumière laser dirigé dans une direction prédéterminée.
De manière préférée, le milieu amplificateur est de type fibres.
Dans des modes de réalisation préférés, l’installation comprend un dispositif 1 de marquage, comprenant, pour chaque station 3 de marquage, et pour chaque tête optique 30, une seule source d’émission de lumière.
En d’autres termes, chaque station 3 peut comprendre une ou plusieurs têtes optiques 30, chacun d’entre elles émettant un faisceau laser 31 à partir d’une seule source d’émission de lumière. En outre, la source d’émission de lumière peut être comprise directement dans la tête optique 30 ou dans l’appareil 40 de traitement laser.
Ainsi, dans des modes de réalisation, l’installation comprend un dispositif 1 de marquage, comprenant, pour chaque station 3 de marquage, et pour chaque tête optique 30, un appareil 40 de traitement laser comprenant une seule source d’émission de lumière.
Ce mode de réalisation, associé au marquage décrit précédemment, permet une mise en œuvre simplifiée du marquage laser sans nécessiter de combiner plusieurs faisceaux 31 pour réaliser une marque 310.
Le système optique 320 comprend au moins un miroir pour déplacer le faisceau 31 laser dans un plan horizontal et/ou dans un plan vertical, et optionnellement une lentille au niveau de la sortie optique 321 du système optique 320, pour focaliser le faisceau de lumière dans le plan et au niveau de la au moins une zone 20 de marquage, pour générer une marque 310 au niveau de ladite au moins une zone 20.
Par trajet optique, on entend le trajet effectué par la lumière laser depuis son émission depuis par exemple l’appareil 40 de traitement laser jusqu’à la sortie optique 321 du système optique 320 sous la forme d’un faisceau 31 laser.
En d’autres termes, la au moins une zone 20 de marquage correspond à une surface de traitement au sein de laquelle le faisceau 31 laser est appliqué dans une direction horizontale et/ou verticale. En fonction du type de marque 310 à apposer, le point focal du faisceau 31 laser n’est pas nécessairement localisé directement sur la paroi du récipient 2, c’est-à-dire que, dans une direction longitudinale par rapport à la au moins une zone 20 de marquage dudit récipient 2, le point focal du faisceau 31 laser peut être notamment localisé au-dessus de la paroi, directement sur la paroi 25, au niveau de la peau externe 250 du récipient 2, ou à l’intérieur de ladite paroi 25, par exemple au niveau de la peau interne 251 dudit récipient 2, voire même au-delà, dans une zone de focalisation.
Dans des modes de réalisation, le dispositif 1 comprend une lentille fixe, ladite lentille fixe pouvant être de type sphérique, à champ plat, ou préférentiellement de type F-theta afin de maintenir la dimension du point focal relativement constante dans le plan.
Selon une variante possible, l’unité de tête laser 300 et le système optique 320 sont d’un seul tenant.
Dans des modes de réalisation, les moyens 4 de commande de la station 3 laser comprennent une pluralité d’unités de refroidissement, non représentées.
Dans le cadre de l’invention, le marquage laser sur au moins une zone 20 d’un récipient 2 peut se faire notamment par modification locale de l’indice de réfraction, et/ou par modification locale de l’indice de transmission, et/ou par modification locale de l’indice de réflexion du matériau dudit récipient 2.
Chaque station 3 de marquage comprend au moins une tête optique 30 qui émet et focalise le faisceau 31 laser.
Selon une variante possible, ladite au moins une tête optique 30 génère le faisceau 31 optique.
Dans des modes de réalisation, le système optique 320 consiste en un système de marquage laser tridimensionnel 3D, incluant des moyens dynamiques de mise au point. Dans ce cas, les moyens dynamiques sont sous la forme d’un module de focalisation pour chaque point 200 à marquer de la moins une zone 20 de marquage d’un récipient 2.
L’utilisation d’un système de marquage tridimensionnel 3D est particulièrement avantageuse, car elle permet une coordination totale du balayage du point focal du faisceau 31 laser, simultanément horizontalement, verticalement et longitudinalement par rapport à la au moins une zone de marquage 20. Le point focal du faisceau 31 laser se déplace alors longitudinalement par rapport à la zone 20 de marquage, de manière à ajuster la mise au point. Cela permet d’assurer une uniformité du point focal sur tous les points à marquer de la zone 20 de marquage, quelle que soit la forme ou l’orientation de cette zone 20 par rapport à la direction principale du récipient 2.
Dans des modes de réalisation, la tête optique 30 comprend un capteur de mesure de la distance entre le système optique 320 et la au moins une zone 20 de marquage du récipient 2. Ce mode de réalisation est très avantageux car, comme il sera décrit plus loin, il permet d’ajuster en temps réel la mise au point du point focal du faisceau 31 laser, et donc d’obtenir une marque 310 précise, très lisible, et ceci sur tous les points de la zone 20 de marquage.
Les moyens de commande 4 comprennent une unité 400 électronique de commande du déplacement du faisceau laser 31. L’unité 400 est susceptible d'être paramétrée à volonté pour modifier la marque 310 à inscrire, il s'agit par exemple d'une commande numérique. Les paramètres à modifier concernent par exemple les coordonnées de déplacements du faisceau 31, la vitesse de déplacement du faisceau 31, etc.
La marque 310 peut consister en des caractères, motifs, codes-barres, etc.
Typiquement la distance D1 entre la sortie du faisceau 31 et la zone 20 de marquage du récipient 2 peut varier, en fonction de la forme et/ou des dimensions du récipient 2.
Le faisceau 31 laser peut tracer la marque 310 indifféremment selon un mode vectoriel, c'est-à-dire par traçage continu, ou selon un mode matriciel, c'est-à-dire par traçage point par point.
Dans des modes de réalisation, la tête optique 30 comprend une unité laser 300 à impulsion. L’unité 300 génère le faisceau laser 31 qui est ensuite diffusé par le système optique 320. Préférentiellement, la longueur d’ondes du laser émis est comprise entre 700 et 1600 nanomètres (nm).
Dans des modes de réalisation, et selon le type de marquage recherché, on pourra aussi sélectionner un laser émettant un faisceau 31 de longueurs d'ondes différentes, par exemple de type laser fibre de type Ytterbium, Erbium.
Selon différentes configurations possibles, la lumière laser est émise notamment depuis l’appareil 40, et/ou le canal 600 optique ou encore depuis l’unité laser 300.
De préférence, la longueur d’ondes du faisceau laser 31 émis est donc comprise entre 1000 et 1100 nm, ou entre 1500 et 1600 nm, ou encore entre 1900 et 2000 nm, selon le type de récipients 2 à marquer et/ou selon le type de marque 310 à apposer sur la zone 20 de marquage d’un récipient 2.
L’installation 100 selon l’invention comprend en outre des moyens pour générer des bulles 200 et des particules 201 de matière dégradée dans tout ou partie de l’épaisseur de la paroi 25 dudit récipient 2 au niveau de ladite zone de marquage 20.
Dans des modes de réalisation, les moyens sont formés par une tête optique 30 comprenant une unité de tête laser 300 type MOPA « Master Oscillator Power Amplifier » dont la largeur d’impulsion est ajustable.
Comme décrit précédemment, on a constaté que les zones 20 de marquage de paroi en « PET » du récipient 2 visées par le faisceau 31 laser dans le domaine de l’infrarouge proche avec une puissance et/ou un temps d’exposition adapté sont soumises à un phénomène dit de « moussage ». Le moussage consiste à faire fondre la matière et à générer des bulles qui s’expansent en formant un bourrelet en surface, bulles qui vont rester piégées lors du refroidissement. La résistance du matériau est très peu altérée. En outre, la lisibilité de la marque 310 obtenue est bien meilleure car les bulles de gaz dans le matériau reflètent la lumière de manière diffuse.
De préférence, la station 3 de marquage utilise un laser avec un mode opératoire pulsé pour générer des impulsions courtes d’une durée inférieure à 500ns (nanoseconde) et de puissance crête de l’ordre du kW (kilowatt) à plusieurs dizaines de kW selon le marquage souhaité et en focalisant le faisceau aux environs de la paroi du récipient 2, au niveau de la zone 20 de marquage.
Selon d'autres variantes non représentées de l'invention, d'autres types de laser peuvent être utilisés dans le cadre de la présente invention. Comme expliqué précédemment, le laser est sélectionné et réglé pour permettre de marquer la paroi en matériau thermoplastique, en surface ou en profondeur, sans toutefois graver la paroi.
Dans des modes de réalisation, les moyens pour générer des bulles 200 et des particules 201 de matière dégradée dans tout ou partie de l’épaisseur de la paroi 25 dudit récipient 2 au niveau de ladite zone de marquage 20 génèrent au niveau ladite zone de marquage 20:
- une première couche s’étendant depuis la peau externe 250 en direction de la peau interne 251 dudit récipient 2, ladite première couche comprenant à la fois lesdites bulles 200 et lesdites particules 201 de matière dégradée et
- une deuxième couche située s’étendant depuis ladite première couche et en direction de ladite peau interne 251, ladite deuxième couche comprenant lesdites particules 201 de matière dégradée.
Dans des modes de réalisation, les moyens pour générer des bulles 200 et des particules 201 de carbone dans tout ou partie de l’épaisseur de la paroi 25 dudit récipient 2 au niveau de ladite zone de marquage 20 consistent en une tête optique 30 paramétrée pour générer un faisceau laser 31 d’une durée d’impulsion fixe comprise en 10 et 200 nanosecondes.
Selon une caractéristique technique additionnelle, les moyens pour générer des bulles 200 et des particules 201 de carbone dans tout ou partie de l’épaisseur de la paroi 25 dudit récipient 2 au niveau de ladite zone de marquage 20 consistent en une tête optique 30 paramétrée pour émettre un faisceau laser 31 à une longueur d’onde fixe, ladite longueur d’onde présentant une absorption inférieure ou égale à 5% pour une épaisseur de la matière thermoplastique de 0,25 millimètres (mm).
Selon une caractéristique technique additionnelle, les moyens pour générer des bulles 200 et des particules 201 de carbone dans tout ou partie de l’épaisseur de la paroi 25 dudit récipient 2 au niveau de ladite zone de marquage 20 consistent en une tête optique 30 paramétrée pour émettre un faisceau laser 31 à une longueur d’onde fixe comprise entre 700 et 1600 nanomètres.
Dans des modes de réalisation, le dispositif 1 comprend un carrousel 5 à axe de rotation X vertical, ledit carrousel 5 étant entraîné en rotation par au moins un moteur par rapport à un bâti 7. Une vue schématique d’un exemple de réalisation du dispositif 1 et du carrousel 5 est visible en .
La rotation du carrousel 5 par rapport au bâti 7 se fait par l’intermédiaire d’un moyen de roulement.
Dans des modes de réalisation, le carrousel 5 est porté par un châssis 6 tournant, rotatif autour de l’axe de rotation X vertical, sous la forme d’une couronne d'orientation qui comprend le moyen de roulement.
Le moyen de roulement peut être, par exemple, réalisé sous la forme de deux bagues pouvant être mises en rotation relative l'une par rapport à l'autre, chaque bague comportant un chemin de roulement, et la couronne comportant par ailleurs un dispositif de rotation constitué d'organes ou corps roulants (tels que des billes ou roulements à billes) intercalé entre les deux chemins de roulement et un dispositif de fixation des éléments constitutifs de la couronne pour en empêcher la désolidarisation tout en permettant la rotation relative des deux bagues.
La mise en rotation du carrousel 5 autour de l’axe de rotation X vertical peut alors se faire en reliant une bague au bâti 7, le châssis 6 du carrousel 5 étant porté par l’autre bague. Ainsi, le carrousel 5 peut tourner relativement au bâti 7. La bague reliée au bâti 7 est dite bague fixe, et l'autre bague est dite bague tournante.
Dans des modes de réalisation, le châssis 6 sous la forme d’une couronne d'orientation peut comprendre une denture extérieure montée sur la bague tournante.
Selon une variante possible, le châssis 6 tournant est en forme de coupelle qui est montée sur la bague tournante, par exemple au travers de trous de fixation borgnes ou passants, lisses ou taraudés. Sur cette coupelle sont fixés divers organes de la machine, non représentés, l'ensemble formant un carrousel.
Dans des modes de réalisation, le châssis 6 tournant est sous la forme d’une colonne.
Selon une caractéristique additionnelle, visible en , le carrousel 5 comprend au moins un premier plateau 50, ou plateforme. L’axe de rotation du au moins un plateau 50 est coaxial à l’axe de rotation du carrousel 5.
Le plateau 50 peut être de toute forme, mais est préférentiellement circulaire.
De manière avantageuse, le plateau 50 supporte une pluralité d’organes de maintien pour positionner un récipient 2 suivant un axe sensiblement parallèle à l’axe de rotation X vertical du carrousel 5. En d’autres termes, un récipient 2 est maintenu par un organe de maintien et est entraîné en rotation par le premier plateau 50 du carrousel 5.
Comme visible en , dans des modes de réalisation, le carrousel 5 comprend également un fût 53.
Le fût 53 supporte la pluralité de stations 3 de marquage de telle sorte que chaque système optique 320 est situé en vis-à vis d’un récipient 2, lui-même maintenu par un organe de maintien. Le marquage laser est rendu possible en cours de rotation desdits récipients 2 par le fait que les stations 3 sont supportées par ledit fût 53, ledit fût 53 étant capable de supporter le poids des stations 3 tout en permettant une vitesse de rotation importante.
De manière préférée, le diamètre du fût 53 est inférieur au diamètre du premier plateau 50 afin de faciliter la mise en œuvre du dispositif 1.
De manière avantageuse, les récipients 2 et les têtes optiques 30 sont tous deux entraînés en rotation selon un axe de rotation X vertical par rapport au bâti 7. La rotation synchronisée des stations 3 de marquage et des récipients 2 et la position verticale du récipient 2 en vis-à-vis du système optique 320 d’une tête optique 30 est particulièrement avantageuse. En effet, la distance de travail D2 entre le système optique 320 et la zone 20 de marquage du récipient 2 est alors constante ou sensiblement constante : les récipients 2 sont immobilisés pendant le marquage, tout comme les systèmes optiques 320, et le marquage réalisé est de grande qualité.
Les stations 3 de marquage, les moyens de commande 4 et les récipients 2 sont donc entraînés en rotation de manière synchronisée par rapport au bâti 7.
Le carrousel 5 comprend également un joint tournant 60 rotatif qui alimente en électricité les sources d’alimentation 41.
A cet effet, le joint tournant 60 comprend un collecteur électrique tournant, situé en tête dudit joint tournant 60, qui est alimenté par un câble électrique fixe. De façon classique, le collecteur électrique tournant comporte des pistes, fixes ou tournantes, sur lesquelles sont en appui élastique des doigts respectivement tournants ou fixes, l'ensemble étant abrité sous un carter, non représenté, qui est fixé au châssis 6 et retenu par une structure anti-couple solidaire du bâti 7.
De manière préférée, le fût 53 est creux de manière à accueillir dans cette partie centrale creuse le joint tournant 60.
Ainsi, l’installation 100, dans des modes de réalisation, permet de marquer les récipients 2 au cours de leur rotation, ce qui est extrêmement avantageux. Il est alors possible de marquer des récipients 2 à grande cadence, de l’ordre de 8000 à 100000 marquages à l’heure.
Dans des modes de réalisation, au moins une tête optique 30 de chaque station 3 de marquage est apte à déplacer le faisceau 31 laser dans un plan horizontal et/ou dans un plan vertical. De manière préférée, le faisceau 31 laser est émis dans une direction orthogonale ou sensiblement orthogonale à l’axe de rotation X vertical du carrousel 5.
Le plan vertical correspond au plan qui passe par l'axe de rotation X vertical du carrousel 5 et le plan horizontal correspond au plan perpendiculaire à l'axe de rotation X du carrousel 5.
Dans des modes de réalisation, le fût 53 du carrousel 5 comprend des moyens de déplacement vertical de chaque station 3 de marquage ou de chaque tête laser 30, de sorte que chacune desdites stations 3 ou desdites têtes laser 30 puisse se déplacer verticalement le long du fût 53, par exemple par l’intermédiaire de glissières placées sur le fût 53 et d’un moyen d’actionnement (non représentées). Cela a pour avantage de pouvoir positionner le système optique 320 en vis-à-vis de la zone 20 de marquage d’un récipient 2.
En effet, le type de récipient 2, ses dimensions, sa forme, peut changer et il est alors nécessaire d’ajuster le positionnement vertical relatif des systèmes optiques 320 et des zones 20 de marquage, afin que la sortie optique 321 se situe en vis-à-vis de la au moins une zone 20 de marquage. Cet ajustement peut se faire par exemple automatiquement via une unité électronique de commande 400 comprise dans les moyens de commande 4, par une came mécanique ajustée par un opérateur ou au moyen d’un actionneur, ou encore manuellement par l’opérateur.
Dans des modes de réalisation, le carrousel 5 comprend un troisième plateau 52, dont l’axe de rotation est coaxial à l’axe de rotation du premier plateau 50. Le troisième plateau 52 supporte les moyens de commande 4 et est préférentiellement, mais non limitativement, situé au-dessus du premier plateau 50.
Il est particulièrement avantageux de positionner les moyens de commande 4 sur la partie supérieure d’un troisième plateau 52 situé en partie haute, du fût 53. En effet, cela permet d’avoir un primitif de déplacement des récipients 2 plus petit que celui des moyens de commande 4. Aussi, cela permet d’éviter d’éventuels problèmes de fuites, dans les cas où les récipients 2 sont remplis avant le marquage.
L’installation 100 comprend également un poste de traitement 10 de récipients 2 situé en amont du dispositif 1. Le poste de traitement 10 approvisionne directement ou indirectement le dispositif 1 au niveau d’un point de chargement. Un tel poste de traitement 10 peut être par exemple une remplisseuse, une boucheuse, une souffleuse, une étiqueteuse, ou tout autre poste de traitement de récipients 2 sur une ligne de conditionnement.
De manière avantageuse, l’installation 100 permet un approvisionnement en continu en récipients 2.
L’installation 100 peut également comprendre, dans des modes de réalisation, un système 11 d’inspection. Un tel système 11 d’inspection comprend au moins une caméra et une unité de commande (non représentées) pour vérifier si la marque 310 est conforme.
En cas de non-conformité, le récipient 2 devra être détruit ou au moins rejeté afin de ne pas subir de traitements postérieurs. L’installation 100 peut comprendre des moyens d’éjections 110 d’un récipient 2 dont la marque 310 n’est pas conforme.
A ces fins de contrôle, dans des modes de réalisation, l’installation 100 comprend une unité centrale 12 de contrôle permettant de saisir les informations concernant le type de récipient 2, le format, le type de marque 310 à apposer, la localisation des zones 20, 20a, 20b, de marquage, etc.
Selon une variante possible, l’unité centrale 12 de contrôle communique avec l’unité 400 électronique des moyens 4 de commande.
Dans des modes de réalisation, l’unité centrale 12 de contrôle, comprend :
- une base de données dans laquelle sont inscrits des programmes de pilotage du dispositif 1 de marquage et éventuellement d’autres postes de traitement de récipients 2, ladite base de données étant enregistrée dans un dispositif mémoire ou stockée sur un serveur indépendant,
- un processeur relié à la mémoire pour appliquer les instructions des programmes et
- une interface de communication reliée au processeur pour la communication au moins avec l’unité 400 électronique des moyens 4 de commande.
Selon une variante possible, l’unité centrale 12 de commande comprend une unité de calcul permettant de générer des instructions en temps réel en fonction des mesures prises par différents capteurs, par exemple un capteur de mesure de la hauteur d’un récipient 2, ou encore le capteur 340 de mesure de la distance entre la sortie optique 321 et la au moins une zone 20 de marquage du récipient 2.
L’unité 400 électronique de contrôle agit comme un contrôleur esclave asservi à l’unité centrale 12, dite l’unité maître.
L’unité 400 électronique de contrôle est programmée pour piloter le dispositif 1 pour l’accomplissement complet d’un cycle de marquage, et en particulier pour transmettre les instructions nécessaires au bon déroulement du marquage.
L’unité centrale 12 de contrôle peut également être reliée à un système 11 d’inspection pour permettre de paramétrer le niveau de conformité de la marque 310 d’un récipient 2. La conformité peut être par exemple la lisibilité, le positionnement de la marque, etc.
Selon une variante possible, le système 11 d’inspection transmet des informations concernant la qualité du marquage à l’unité centrale 12 de commande, qui peut ensuite envoyer des instructions à l’unité 400 électronique des moyens 4 de commande, par exemple visant à corriger l'ajustement en hauteur de la marque 310, la mise au point réalisée par la tête optique 30, ou tout autre paramètre lié au marquage.
De manière avantageuse, l’unité centrale 12 de contrôle comprend différents capteurs, notamment des capteurs de vitesse, ou encore le capteur de mesure de la distance entre la sortie optique 321 et la au moins une zone 20 à marquer, dont les informations recueillies sont stockées dans la base de données ou transmises à une unité de calcul de l’unité centrale 12 de contrôle. Par exemple, la base de données de l’unité centrale 12 de contrôle enregistre les informations concernant les formats de récipients 2 à marquer, par exemple leurs dimensions et/ou leur forme.
Dans des modes de réalisation, l’unité centrale 12 de contrôle permet de paramétrer la marque 310 à apposer sur la au moins une zone 20 de marquage d’un récipient 2.
Un opérateur peut saisir les différents paramètres au niveau d’une interface dédiée de l’unité centrale 12 de contrôle, ou éventuellement à distance.
A ces fins, l’unité centrale 12 de contrôle peut comprendre un écran de commande de l’installation 100 avec une interface homme machine dédiée permettant la saisie des informations, par exemple la saisie du format du récipient 2, du choix de la marque 310, etc.
L'installation 100 décrite précédemment est apte à mettre en œuvre le procédé décrit précédemment.
L’invention vise encore un récipient 2 comportant au moins un corps, une épaule dans le prolongement dudit corps à une extrémité supérieure de celui-ci, un col dans le prolongement de l’épaule, une paroi 25, et un fond à l’extrémité inférieure dudit corps..
La paroi 25 est la surface qui constitue la limite entre l’intérieur et l’extérieur du récipient 2. La paroi 25 comprend une peau externe 250 et une peau interne 251, et au moins une zone de marquage 20. En d’autres termes, le récipient 2 comprend au moins une zone de marquage 20, au niveau du corps, et/ou au niveau de l’épaule, et/ou du col et/ou du fond, la paroi 25 constituant la surface délimitant le contenu du récipient 2 et son environnement extérieur.
Un tel récipient 2 se caractérise en ce que, au niveau de la zone de marquage 2, ladite paroi 25 comportant une peau externe 250 et une peau interne 251, comprend, au niveau de ladite zone de marquage 20, dans tout ou partie de son épaisseur, des bulles 200 et des particules 201 de matière dégradée.
Dans des modes de réalisation, la paroi 25 dudit récipient 2 comprend :
- une première couche s’étendant depuis la peau externe 250 en direction de la peau interne 251 dudit récipient 2, ladite première couche comprenant à la fois lesdites bulles 200 et lesdites particules 201 de matière dégradée et
- une deuxième couche située s’étendant depuis ladite première couche et en direction de ladite peau interne 251, ladite deuxième couche comprenant lesdites particules 201 de matière dégradée.
Le récipient 2 comprenant au moins une marque 310 peut être obtenu par la mise en œuvre du procédé précédemment décrit.
Le récipient 2 comprenant au moins une marque 310 peut être obtenu par l’utilisation de l’installation 100 précédemment décrite.
Le procédé de marquage selon l’invention permet d’obtenir des récipients 2 marqués, comprenant au moins une marque 310 d’une très grande lisibilité, tout en bénéficiant de paramètres de réglages simplifiés. Il est possible de mettre en œuvre le procédé selon l’invention quel que soit le contenu du récipient 2 à marquer, que le récipient 2 soit préalablement ou ultérieurement rempli.

Claims (15)

  1. Procédé de marquage de récipients (2), notamment des bouteilles ou flacons en matière thermoplastique, lesdits récipients (2) comprenant au moins un corps, une épaule  dans le prolongement dudit corps à une extrémité supérieure de celui-ci, un col dans le prolongement de l’épaule, une paroi (25), ladite paroi (25) comprenant une zone de marquage (20), une peau externe (250) et une peau interne (251) et un fond à l’extrémité inférieure dudit corps, ledit procédé comprenant au moins les étapes suivantes :
    - une étape (E1) consistant à effectuer un traitement sur lesdits récipients (2), préférentiellement de remplissage et de bouchage desdits récipients (2),
    - une étape de marquage (E2), consistant à générer une marque (310) au niveau d’au moins une zone (20) de marquage de chaque récipient (2), ladite étape de marquage étant réalisée par la projection d’un faisceau laser (31) au moyen d’une tête optique (30) de marquage laser équipée d’une unité de tête laser (300) et d’un système optique (320) pour focaliser ledit faisceau laser (31) pour marquer ladite zone (20),
    procédé caractérisé en ce que la projection dudit faisceau laser (31) est réalisée de manière à générer des bulles (200) et des particules (201) de matière dégradée dans tout ou partie de l’épaisseur de la paroi (25) dudit récipient (2) au niveau de ladite zone de marquage (20) et en ce que les moyens mis en œuvre lors de l’étape de marquage (E2) sont configurés pour générer des bulles et des particules de carbone dans tout ou partie de l’épaisseur de la paroi dudit récipient (2) au niveau de ladite zone (20) de marquage et en ce que lesdits moyens consistent en une tête optique paramétrée pour émettre ledit faisceau laser (31) à une longueur d’onde fixe, ladite longueur d’onde fixe présentant une absorption inférieure ou égale à 5% pour une épaisseur de la matière thermoplastique de 0,25 millimètres (mm).  
  2. Procédé de marquage laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que la projection du faisceau laser (31) est réalisée de manière à générer au niveau d’au moins une zone de marquage (20):
    - une première couche s’étendant depuis la peau externe (250) en direction de la peau interne (251) dudit récipient (2), ladite première couche comprenant à la fois lesdites bulles (200) et lesdites particules (201) de matière dégradée et
    - une deuxième couche s’étendant depuis ladite première couche et en direction de ladite peau interne (251), ladite deuxième couche comprenant lesdites particules (201) de matière dégradée.
  3. Procédé de marquage laser selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la projection du faisceau laser (31) est réalisée de manière à ne générer ni bulles (200) ni particules (201) de matière dégradée au sein d’une troisième couche au niveau de la zone de marquage (20), ladite troisième couche s’étendant depuis ladite deuxième couche en direction de ladite peau interne (251).
  4. Procédé de marquage laser selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la projection du faisceau laser (31) est réalisée en générant des impulsions d’une durée fixe, comprise entre 10 à 200 nanosecondes, ledit faisceau laser (31) étant émis à une longueur d’onde fixe, ladite longueur d’onde présentant une absorption inférieure ou égale à 5% pour une épaisseur de la matière thermoplastique de 0,25 millimètres (mm).
  5. Procédé de marquage laser selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le faisceau laser (31) est émis à une longueur d’onde fixe présentant une absorption inférieure ou égale à 3% pour une épaisseur de la matière thermoplastique de 0,25 millimètres (mm).
  6. Procédé de marquage laser selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le faisceau laser (31) est émis à une longueur d’onde fixe comprise entre 700 et 1600 nanomètres.
  7. Procédé de marquage de récipients (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, au cours de l’étape de marquage, on ajuste la puissance dudit faisceau laser (31).
  8. Procédé de marquage de récipients (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vitesse de balayage du faisceau laser (31) est variable.
  9. Procédé de marquage de récipients (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit procédé comprend, avant l’étape de marquage, les étapes suivantes :
    - une étape consistant à entraîner en rotation lesdits récipients (2), préférentiellement remplis et bouchés, autour d’un axe vertical autour duquel sont entraînées en rotation des stations (3) de marquage laser, de manière synchronisée avec lesdits récipients (2),
    - une étape de réglage du point focal des stations (3) de marquage laser de préférence en fonction des dimensions et/ou de la forme desdits récipients (2), et
    - l’étape de marquage étant réalisée pendant la rotation desdits récipients (2).
  10. Installation (100) de marquage pour la mise en œuvre du procédé de marquage de récipients (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, ladite installation (100) comprenant au moins :
    - un dispositif (1) de marquage laser de récipients (2), notamment des bouteilles ou flacons en matière thermoplastique, ledit dispositif (1) de marquage comprenant une pluralité de stations (3) de marquage laser, chaque station (3) comprenant le long d’un trajet optique au moins une tête optique (30) de marquage laser pour projeter un faisceau laser (31), ladite tête optique (30) étant équipée d’une unité de tête laser (300) et d’un système optique (320) pour focaliser ledit faisceau laser (31) afin de générer une marque (310) au niveau d’au moins une zone (20) de marquage de chaque récipient (2) pour marquer ladite zone (20), ladite tête optique (30) étant reliée à un appareil (40) de traitement laser via un canal (600) optique,
    - des moyens de commande (4) reliés aux stations (3) de marquage et comprenant ledit appareil (40) de traitement laser et des moyens d’alimentation (41) des stations (3) de marquage laser,
    ladite installation (100) étant caractérisée en ce qu’elle comprend des moyens pour générer des bulles (200) et des particules (201) de matière dégradée dans tout ou partie de l’épaisseur de la paroi (25) dudit récipient (2) au niveau de ladite zone de marquage (20), lesdits moyens consistant en une tête optique paramétrée pour émettre ledit faisceau laser (31) à une longueur d’onde fixe, ladite longueur d’onde fixe présentant une absorption inférieure ou égale à 5% pour une épaisseur de la matière thermoplastique de 0,25 millimètres (mm).   .
  11. Installation (100) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les moyens pour générer des bulles (200) et des particules (201) de matière dégradée dans tout ou partie de l’épaisseur de la paroi (25) dudit récipient (2) au niveau de ladite zone de marquage (20) génèrent au niveau ladite zone de marquage (20):
    - une première couche s’étendant depuis la peau externe (250) en direction de la peau interne (251) dudit récipient (2), ladite première couche comprenant à la fois lesdites bulles (200) et lesdites particules (201) de matière dégradée et
    - une deuxième couche située s’étendant depuis ladite première couche et en direction de ladite peau interne (251), ladite deuxième couche comprenant lesdites particules (201) de matière dégradée.
  12. Installation (100) selon la revendication 10 ou 11, caractérisée en ce que les moyens pour générer des bulles (200) et des particules (201) de carbone dans tout ou partie de l’épaisseur de la paroi (25) dudit récipient (2) au niveau de ladite zone de marquage (20) consistent en une tête optique (30) paramétrée pour générer un faisceau laser (31) d’une durée d’impulsion fixe comprise en 10 et 200 nanosecondes.
  13. Installation (100) selon l’une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisée en ce que les moyens pour générer des bulles (200) et des particules (201) de carbone dans tout ou partie de l’épaisseur de la paroi (25) dudit récipient (2) au niveau de ladite zone de marquage (20) consistent en une tête optique (30) paramétrée pour émettre un faisceau laser (31) à une longueur d’onde fixe, ladite longueur d’onde présentant une absorption inférieure ou égale à 5% pour une épaisseur de la matière thermoplastique de 0,25 millimètres (mm).
  14. Installation (100) selon l’une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisée en ce que les moyens pour générer des bulles (200) et des particules (201) de matière dégradée dans tout ou partie de l’épaisseur de la paroi (25) dudit récipient (2) au niveau de ladite zone de marquage (20) consistent en une tête optique (30) paramétrée pour émettre un faisceau laser (31) à une longueur d’onde fixe comprise entre 700 et 1600 nanomètres.
  15. Récipient (2) comportant au moins un corps , une épaule dans le prolongement dudit corps à une extrémité supérieure de celui-ci, un col dans le prolongement de l’épaule, une paroi (25), ladite paroi (25) comprenant une zone de marquage (20), une peau externe (250) et une peau interne (251), et un fond à l’extrémité inférieure dudit corps , récipient (2) caractérisé en ce que ladite paroi (25) dudit récipient (2) comprend :
    - une première couche s’étendant depuis la peau externe (250) en direction de la peau interne (251) dudit récipient (2), ladite première couche comprenant à la fois lesdites bulles (200) et lesdites particules (201) de matière dégradée et
    - une deuxième couche située s’étendant depuis ladite première couche et en direction de ladite peau interne (251), ladite deuxième couche comprenant lesdites particules (201) de matière dégradée.
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