DE10034166A1 - Verfahren zur Markierung von bewegten Gegenständen mittels gebündeltem Licht und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Markierung von bewegten Gegenständen mittels gebündeltem Licht beschrieben. DOLLAR A Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird gebündeltes Licht, insbesondere Laserstrahlung, zunächst aufgeweitet, in den aufgeweiteten Lichtstrahl wird dann eine Projektionsschablone eingebracht, die auf die Wirkfläche abgebildet wird, wobei eine Fokussierung des Lichtstrahls vorgenommen wird. Die Projektionsschablone ist veränderbar ausgestaltet und kann elektromechanisch verändert oder ausgewechselt oder elektrooptisch, insbesondere durch Verwendung einer Flüssigkristallanzeige, verändert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Markierung von be­ wegten Gegenständen mittels gebündeltem Licht nach dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durch­ führung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 6.

Für die Markierung von Kabeln ist es bekannt, gebündeltes Licht, insbesondere Laserstrahlen, einzusetzen. Die Laser­ strahlung wird hierbei auf das Kabel fokussiert, wobei die Absorption der Laserstrahlung zu einer örtlichen Erhitzung und Abtragung des Materials führt.

Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise in der US 5,130,721 beschrieben. Ein elektrisch leitender Draht ist hierbei durch eine Ummantelung umgeben. Eine Vielzahl von La­ sern ist um den Draht angeordnet, wobei jeder Laser einen La­ serstrahl mit ausreichender Energie zur Abtragung eines punktförmigen Bereiches auf der Ummantelung aufweist. Die von den verschiedenen Lasern emittierten Lichtpulse werden je­ weils so mit der Bewegung des Drahtes synchronisiert, daß sie eine Matrix aus Punkten erzeugen, die so ein alphanumerisches Zeichen ergeben.

Diese Vorrichtung hat jedoch verschiedene Nachteile. So ist die beschriebene Anordnung der Laser zum einen aufwendig und damit kostspielig. Weiterhin ist sie nicht ohne weiteres zu modifizieren, so daß eine Variation der Markierung sehr auf­ wendig ist. Schließlich kann wegen der Zusammensetzung der Markierung aus verschiedenen Punkten, die durch die verschie­ denen Laser erzeugt werden, die Markierung nicht beliebig verkleinert werden. Für verschiedene Anwendungen kann es aber wünschenswert sein, die Markierung in so geringer Größe vor­ zusehen, daß sie nicht mit bloßem Auge sichtbar ist. Dieses kann bei unmittelbarer Verwendung des markierten Materials, z. B. von markierten Goldfäden für Schmuckstücke, erstrebens­ wert sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Markierung von bewegten Gegenständen mittels gebündeltem Licht anzugeben, welches mit einer einzigen Lichtquelle aus­ kommt und die vorgenannten Nachteile vermeidet. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im Kennzeichen angegebenen Merkmale gelöst. Weiterhin wird die Aufgabe bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6 durch die im Kennzeichen die­ ses Anspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Im Gegensatz zu dem oben beschriebenen Verfahren, bei dem die Markierung durch einzelne Punkte unterschiedlicher Lichtquel­ len erzeugt wird, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Projektionsschablone mit nur einer Lichtquelle verwen­ det. Hierfür wird das gebündelte Licht, insbesondere in Form eines Laserstrahls, zunächst aufgeweitet. In der Objektebene des so divergierten Lichtstrahls wird dann die Projektions­ schablone eingebracht und auf den bewegten Gegenstand abgebildet, wobei eine Fokussierung des Strahles erfolgt. Es wird dann ein gepulstes Abbild erzeugt.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem gebündelten Licht um La­ serstrahlung, da diese sich besonders gut auf den bewegten Gegenstand fokussieren läßt.

Die Erfindung ermöglicht auf einfache Weise, die Markierung auf dem bewegten Gegenstand zu verändern. Dieses kann vor­ teilhaft durch elektromechanisch änderbare oder wechselbare Projektionsschablonen erfolgen und zeichnet sich durch einen preisgünstigen Aufbau aus. Ebenso kann jedoch auch eine e­ lektrooptisch änderbare Projektionsschablone, beispielsweise in Form eines LCD-Bildschirmes verwendet werden. Dieses er­ möglicht, auch bei einem lang andauernden Betrieb einen me­ chanischen Verschleiß zu verhindern.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich neben Mitteln zur Erzeugung von gebündeltem Licht und Mitteln zur Fokussie­ rung des gebündelten Lichtes auf eine Wirkfläche dadurch aus, daß Mittel zur Strahlaufweitung und eine Projektionsschablone vorgesehen sind, wobei die Projektionsschablone im Strahlen­ gang flach der Strahlaufweitung angeordnet ist.

Vorzugsweise wird zur Erzeugung des gebündelten Lichtes ein Laser, insbesondere ein gepulster Laser, verwendet, da so die erforderliche Lichtintensität einfach zu erzielen ist.

Besonders vorteilhaft ist es, einen Festkörperlaser oder ei­ nen Diodenlaser zu verwenden, da diese Laser einerseits kos­ tengünstig sind und andererseits durch die geringe Größe eine Begrenzung der Ausmaße des Gesamtsystems ermöglichen.

Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, die Projektionsschab­ lone in Form eine LCD-Bildschirms auszubilden. Dieses hat den Vorteil, eine Veränderung der Projektionsschablone zu ermög­ lichen, ohne daß mechanisch bewegliche Teile erforderlich sind.

Ebenso kann es jedoch auch von Vorteil sein, elektromecha­ nisch veränderbare oder wechselbare Projektionsschablonen zu verwenden. So ermöglicht dieses, auch Laser einzusetzen, die Licht mit einer Wellenlänge emittieren, für die keine LCD- Anzeigen mit ausreichender Transparenz vorliegen.

Schließlich ist vorteilhaft eine Steuereinheit vorgesehen, die eine Veränderung von Laserparametern und/oder der Projek­ tionsschablone ermöglicht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der weiteren Beschreibung und der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung erläu­ tert. Die Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Markierung bewegter Gegens­ tände, hier eines Metallfadens.

Zur Erzeugung der Laserstrahlung ist eine Laserquelle 1 vor­ gesehen. Hierbei kann es sich z. B. um einen CO₂- oder Nd:YAG-Laser oder andere ähnlich leistungsstarke Laser han­ deln. Bei Nd:YAG-Lasern kann die Anregung z. B. durch Blitz­ lampen oder durch optisches Pumpen mit Diodenlasern erfolgen. Die Verwendung von Diodenlasern liefert hierbei beträchtliche Vorteile in Bezug auf die Effizienz der Anregung, die Lebens­ dauer, die geometrischen Abmessungen des Lasers sowie die An­ ordnung im Gesamtsystem. Das von der Laserquelle 1 emittierte Laserlicht wird einer Strahlaufweitungsoptik 2 zugeführt. Diese kann beispielsweise aus Linsenkombinationen in Form ei­ nes Objektives oder einer geeigneten Kombination von gekrümm­ ten Spiegeln bestehen. In das durch die Strahlaufweitungsmit­ tel erzeugte parallele Lichtbündel ist eine Projektionsschab­ lone 3 eingebracht, die in verschiedener Weise ausgestaltet sein kann. So ist ein blendenförmiger Aufbau möglich, der e­ lektromechanisch verändert werden kann. Ebenso können eine Vielzahl von unveränderbaren Projektionsschablonen vorgesehen werden, die sich in einem Magazin befinden und bedarfsgemäß ausgewählt werden.

Besonders vorteilhaft ist jedoch die Verwendung einer Flüs­ sigkristallanzeige, wie sie z. B. ähnlich von der Verwendung für Digitalarmbanduhren bekannt ist. Solche Flüssigkristall­ anzeigen bestehen üblicherweise aus einer Vielzahl von Zel­ len, die aus planparallelen Platten mit geringem Abstand be­ stehen und mit einem elektrisch leitenden, lichtdurchlässigen Raster versehen sind. Beim Anlegen einer Spannung an gegenüberliegende Rasterpunkte ändert sich dann im damit verbunde­ nen elektrischen Feld die Transparenz des Flüssigkristalls in der Zelle, so daß sich diese eintrübt. Auf diese Weise lassen sich durch entsprechende Ansteuerung von Rasterpunkten nahezu beliebige Projektionsschablonen formen, wobei eine Verände­ rung der Projektionsschablone in kurzer Zeit möglich ist.

Die Projektionsschablone 3 wird dann durch eine Fokussie­ rungsoptik 4 auf die Wirkfläche 5 des Metallfadens abgebil­ det, der durch geeignete mechanische Mittel an der Vorrich­ tung vorbeigeführt wird. Auch hierfür können wieder Linsen­ kombinationen in Form eines Objektivs, eine Spiegelanordnung oder ähnliche optische Elemente dienen. Schließlich ist eine Steuereinheit 6 vorgesehen. Diese dient einerseits zur An­ steuerung der Laserquelle 1 und ermöglicht verschiedene Para­ meter wie die Taktrate und die Laserausgangsleistung einzu­ stellen. Weiterhin kann durch die Steuereinheit 6 die Projek­ tionsschablone 3 angesteuert und verändert werden.

Insbesondere bei einer LCD-Projektionsschablone kann es er­ forderlich sein, eine Kühlung vorzusehen, um durch Absorption erzeugte Wärmeenergie abzuführen.

Weiterhin können Mittel vorgesehen sein, welche die Position des erzeugten Musters auf der Wirkfläche überprüfen. Dieses kann durch geeignete Bildverarbeitungsmittel, die Auswertung von Rückreflexen oder Streulicht oder ähnliches erfolgen. Ab­ weichungen der Position können dann durch eine geeignete Op­ tik, die Teil der Fokussierungsoptik 4 sein kann, korrigiert werden. Ebenso kann die Fokussierung durch die Detektion der Punktgröße auf der Wirkfläche kontrolliert und durch Verstel­ len der Fokussierungsoptik 4 korrigiert werden. Weiterhin kann die Geschwindigkeit des Metallfadens detektiert werden, z. B. durch Verwendung eines Laserdoppleranemometers, und bei Schwankungen der Geschwindigkeit eine entsprechende Anpassung der Taktrate erfolgen, um so eine Beschriftung in gleichmäßi­ gem Abstand zu gewährleisten.

Zur Verbesserung der Abbildungseigenschaften kann der Laser­ strahl noch vor der Strahlaufweitungseinheit 2 durch eine Lochblende fokussiert werden. Weiterhin kann auch eine Ein­ heit zur Strahlenanalyse und -überwachung vorgesehen sein.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere zur Hoch­ geschwindigkeitsmikrobeschriftung von bewegten Gegenständen, Drähten, Kabeln und ähnlichem verwendet werden.

Claims (12)

1. Verfahren zur Markierung von bewegten Gegenständen mit­ tels gebündeltem Licht, wobei das gebündelte Licht auf den zu markierenden Gegenstand fokussiert wird und zu einer örtli­ chen Abtragung der Oberfläche des Materials des Gegenstands führt, dadurch gekennzeichnet, daß das gebündelte Licht zu­ nächst aufgeweitet wird und der aufgeweitete Lichtstrahl auf eine Projektionsschablone trifft, die auf den Gegenstand ab­ gebildet wird und dort ein gepulstes Abbild erzeugt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gebündelte Licht gepulste Laserstrahlung ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Projektionsschablone veränderbar ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Projektionsschablone elektromechanisch veränderbar oder auswechselbar ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Projektionsschablone elektrooptisch veränderbar ist.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1 mit Mitteln (1) zur Erzeugung von gebündeltem Licht und Mitteln (4) zur Fokussierung des gebündelten Lichtes auf eine Wirkfläche (5), dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (2) zur Aufweitung des gebündelten Lichtes, eine Projektions­ schablone (3) sowie Mittel zur Erzeugung eines gepulsten Ab­ bildes vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (1) zur Erzeugung des gebündelten Lichtes in Form einer Laserquelle ausgestaltet sind und die Mittel zur Erzeu­ gung eines gepulsten Abbildes durch einen gepulsten Laser o­ der durch eine öffne- und schließbare Blende oder durch eine lichtdurchlässig und lichtundurchlässig schaltbare Projektionsschablone (3) gebildet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserquelle ein Festkörperlaser oder ein Diodenlaser ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsschablone (3) in Form ei­ ner veränderbaren Blende ausgestaltet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene Projektionsschablonen (3) vorgesehen sind, die elektromechanisch auswechselbar sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsschablone (3) in Form ei­ ner Flüssigkristallanzeige ausgestaltet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinheit vorgesehen ist, die eine Veränderung von Laserparametern und/oder der Projekti­ onsschablone ermöglicht.