DE29514319U1

DE29514319U1 - Vorrichtung zum Beschriften von Gegenständen

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Publication number: DE29514319U1
Application number: DE29514319U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Sator Laser GmbH
Priority date: 1995-09-07
Filing date: 1995-09-07
Publication date: 1997-01-16
Anticipated expiration: 2005-09-08
Also published as: GB2304641A; GB2304641B; DE19633510A1; GB9618559D0

Description

Vorrichtung zum Beschriften von Gegenständen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Beschriften von Gegenständen, insbesondere aus Glas oder dergleichen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei der Herstellung von Gegenständen oder ihrer Verarbeitung tritt häufig die Notwendigkeit auf, die Gegenstände zu markieren bzw. zu beschriften, um sie identifizierbar zu machen. Ein solches Erfordernis tritt zum Beispiel bei Flaschen auf, die mit Flüssigkeiten oder festen Gegenständen gefüllt werden, beispielsweise mit Getränken, Pharmazeutika oder dergleichen.

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Es ist bekannt, Glasgegenstände mit Hilfe eines Lasers über eine Maske zu beschriften. Ein derartiges Verfahren ist aufwendig und störanfällig. Es hat darüber hinaus den Nachteil, daß für jeden einzelnen Beschriftungssatz eine separate Maske eingesetzt werden muß. So wird die Verwendung eines derartgen Beschriftungssystems nur dann in Betracht gezogen, wenn es keine Alternativen gibt, wie z.B. bei Glas und ähnlich schwer mit Tinte zu beschriftendem Material. Muß zusätzlich die Beschriftung auch noch von Gegenstand zu Gegenstand oder in kleineren Chargen geändert werden, gibt es bisher keine Möglichkeit, Glas sicher, eindeutig und unveränderbar zu beschriften, da das Auswechseln der Masken zwischen jedem Beschriftungsvorgang zu zeitaufwendig ist.

Es ist ferner bekannt, Materialien mit Hilfe eines Tintenstrahldruckers zu beschriften. Der Tintenstrahldrucker ist theoretisch in der Lage, die Beschriftung im Materialtakt zu ändern. Die Nachteile des Impuls lasers sind bei dem Tintenstrahlbeschrifter nicht zu finden. Allerdi/ngs ist zu beachten, daß die Tinte ein Verbrauchsmaterial darstellt, welches teuer und schwer zu handhaben ist und in vielen Fällen zusätzlich stark toxisch ist. In der Lebensmittelindustrie unterliegt die Tinte daher besonderen Handhabungsvorschriften. Aufgrund dieser Umstände können

die wesentlichen Vorteile der Laserbeschriftung nicht übernommen werden: keine Sekundärkosten durch Verbrauchsmaterialien, kein Kontaminierung des Beschriftungsguts mit toxischen Materalien. Unter bestimmten Umständen ist das Beschriften von Glas mittels Tinte durch einen Tintenstrahldrucker möglich bzw. unumgänglich (bei materialtaktgemäßer Änderung des Beschriftungssatzes), allerdings sind die Beschriftungsergebnisse grundsätzlich nicht abriebfest.

Der Stand der Technik wurde beispielhaft anhand von Glasflaschen diskutiert. Es versteht sich, daß Ähnliches gilt für Gegenstände aus Metall, Kunststoff oder auch Pappe oder dergleichen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Beschriften von Gegenständen zu schaffen, die bei geringerem apparativen und Betriebsaufwand wenig störanfällig ist und die Vorteile der Laserimpulsbechriftung mit der Tintenstrahlbeschriftung vereinen und ausbauen kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2 gelöst.

Bei dem Tintenstrahldrucker sind die auf dem zu beschrif-

tenden Gegenstand aufgebrachten Zeichen, beispielsweise Buchstaben und Zahlen, aus Punkten gebildet, die Bestandteil einer aus Punktzeilen und Punktspalten bestehenden Matrix sind. Bei der erfindungsgemäßen Lösung nach Anspruch 1 sind mehrere von einer Steuervorrichtung taktweise ansteuerbare Strahlungsquellen vorgesehen. Die Strahlung ist geeignet, mit dem Material des zu beschriftenden Gegenstands in Wechselwirkung zu treten. So kann zum Beispiel die Materialfarbe umschlagen, eine Materialverdampfung oder eine -absprengung oder ein ähnlicher Effekt auftreten. Besonders geeignet ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung eine Laservorrichtung als Strahlungsquelle, vorzugsweise ein Festkörperlaser mit Diodenlaser als Pumpenergiequelle.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ferner eine optische Anordnung auf, die aus dem Strahl einer Strahlungsquelle mindestens einen Punktstrahl erzeugt. Im einfachsten Fall wird der Strahl eines Lasers verwendet, wobei die Punktstrahlen in eine Ebene gelenkt werden, die senkrecht zur Vorschubrichtung der Gegenstände verläuft. In diesem Fall entspricht die Anzahl der Laserlichtquellen bzw. der Punktstrahlen der Anzahl der Punkte in der Spalte der Matrix.

Die Beschriftung erfolgt daher bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung im laufenden Matrixverfahren. Das zu beschriftende Objekt wird in einer horizontalen Ebene mit zu erfassender oder fest definierter Geschwindigkeit durch die Beschriftungsebene geführt. Durch eine entsprechende Taktung der Strahlungsquellen, welche sich aus der Beziehung zwischen der Horizontalgeschwindigkeit und der gewünschten Punktdichte in der Horizontalebene ergibt, wird von den Strahlungsquellen eine Matrix von einer bestimmten Anzahl von Spalten und Zeilen erzeugt. Wie erwähnt, ist die Matrixgröße in der vertikalen Ebene, d.h. in der Ebene der Punktstrahlen bestimmt durch die Anzahl der Punktstrahlen, während die Größe in der horizontalen Ebene allein durch die gewünschte Punktdichte und die maximale Taktrate des Lasers bestimmt ist.

Es ist auch möglich, den Strahl einer Strahlungsquelle mit Hilfe eines Strahlteilers in beliebig viele Strahlen aufzuspalten. Die entstehenden Einzelstrahlen werden jeweils separat durch eine entsprechende Vorrichtung moduliert. Sie können daher optisch als eigenständige Strahlquellen bezeichnet werden und es wird im weiteren wie oben beschrieben verfahren.

Bei der Vorrichtung nach Anspruch 2 ist eine einzige von

einer Steuervorrichtung taktweise ansteuerbare Strahlungsquelle vorgesehen, vorzugsweise ein Laser. Auch seine Strahlung ist mit dem Material des zu beschriftenden Gegenstandes in Wechselwirkung bringbar, so daß eine optisch erkennbare Änderung eintritt, wie oben erläutert. Eine optische Anordnung erzeugt aus dem Strahl der Strahlungsquelle mindestens einen Punktstrahl. Es können jedoch mit Hilfe eines Strahlungsteilers auch mehrere Punktstrahlen erzeugt werden. Der Punktstrahl wird auf eine Ablenkvorrichtung gerichtet, die den Punktstrahl in einer Ebene senkrecht zur Vorschubrichtung der Gegenstände schrittweise so ablenkt, daß die auf der Auftref ff lache des Gegenstands zwischen den Ablenkschritten erzeugten Punkte einen Abstand haben, der dem Punktabstand einer Matrixspalte entspricht.

Auch bei dieser Vorrichtung nach der Erfindung erfolgt die Beschriftung in der Beschriftungsebene im laufenden Matrixverfahren. Das zu beschriftende Objekt wird wieder in der horizontalen Ebene mit zu erfassender oder fest definierter Geschwindigkeit durch die Beschriftungsebene geführt. Mit der entsprechenden Taktung der Strahlungsquelle, welche sich aus der Beziehung zwischen der horizontalen Geschwindigkeit und der gewünschten Punktdichte ergibt, wird eine Matrix von LxN Punkten erzeugt. Die Matrixgröße L

(vertikale Ebene) wird hierbei durch die getakteten und selektierten, durch die Ablenkvorrichtung separierten Strahlen bestimmt. Die Größe N (horizontale Ebene) wird allein durch die gewünschte Punktdichte bestimmt. Die maximale darstellbare Gesamtpunktanzahl pro Sekunde in der Beschriftung wird durch die maximale Taktrate der Strahlungsquelle bestimmt.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann bei den Vorrichtungen nach der Erfindung eine optische Anordnung zur Fokussierung der Punktstrahlen in der Spaltenebene der Matrix vorgesehen werden. Der Anstieg der Intensität der Strahlung wird verbessert und damit ein günstigerer Materialeffekt erhalten.

Bei der Vorrichtung nach Anspruch 1 kann nach einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen werden, daß die Punktstrahlen der Strahlungsquellen auf einen Segment-Sammelspiegel gerichtet werden, der in einer vertikalen Ebene mindestens so viel Spiegelflächen hat wie die Matrix Spaltenpunkte aufweist, wobei die Spiegelflächen die Punktstrahlen in einer Ebene ausrichten, ggf. in einem vorgegebenen Winkel zueinander. Der Sammelspiegel dient zum Ausrichten einzelner Strahlen in der einzigen vertikalen Achse und zum Ausrichten der Strahlen zueinander, wenn

sie einen bestimmten Winkel zueinander (Winkelversatz) aufweisen sollen. Der Winkelversatz ergibt die gewünschte Beschriftungsgröße. Auch bei dieser Vorrichtung ist vorzugsweise eine Linse oder dergleichen vorzusehen, um eine Fokussierung in der Beschriftungsebene zu erhalten. Sie erhöht die Intensität der Strahlung in der Beschriftungsebene .

Bei der Vorrichtung nach Anspruch 2 ist eine geeignete Ablenkvorrichtung vorzusehen. Diese kann zum Beispiel in einem Ablenkspiegel bestehen, der von einem Galvanometer betätigt wird. Alternativ kann ein rotierend antreibbarer Polygonspiegel als Ablenkspiegel vorgesehen werden. Schließlich kann auch eine akusto-optische Deflektionszelle vorgesehen werden.

Mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen besteht die Möglichkeit, Beschriftungen auf allen Materialien verbrauchsmittelfrei, flexibel, unverfälschlich und untoxisch mit einfachen technischen Mitteln zu realisieren.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform der

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Vorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 2 zeigt schematisch die zweite Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine Anordnung 10 aus acht Lasern 12 dargestellt derart, daß in der obersten Reihe drei Laser nebeneinander, in der mittleren Reihe zwei und der unteren Reihe wiederum drei Laser nebeneinander angeordnet sind. Es handelt sich um Festkörperlaser an sich bekannter Bauart, deren Pumpquellen von Diodenlasern gebildet sind. Jeder Laser 12 erzeugt einen Punktstrahl 14, der auf einen Umlenkspiegel 16 gerichtet ist. Der von den Umlenkspiegeln kommende Strahl 18 gelangt auf einen Sammelspiegel 20. Der Sammelspiegel 20 weist in der vertikalen Ebene acht Spiegelflächen auf in Form von Spiegelsegmenten, die dazu dienen, die von den Umlenkspiegeln 16 kommenden Strahlen in einer vertikalen Ebene auszurichten. Die in der Ebene liegenden acht Punktstrahlen 22 können gegenüber der Mittenachse einen mehr oder weniger großen Winkel aufweisen. Sie gelangen auf eine Linse 24, welche die Strahlen in der vertikalen Ebene fokussiert. Sie gelangen auf eine Beschriftungsebene 26, die nicht dargestellt ist. Sie ist zum Beispiel die Fläche eines Glasbehälters, beispielsweise einer Flasche.

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Der Beschriftungsvorgang mit der Vorrichtung nach Fig. 1 ist wie folgt. Die Beschriftung erfolgt im laufenden Matrixverfahren. Daher wird das zu beschriftende Objekt in der horizontalen Ebene, d.h. senkrecht zur Ebene der Strahlen 22 mit zu erfassender oder fest definierter Geschwindigkeit durch die Beschriftungsebene geführt. Durch die entsprechende Ansteuerung der Laser 12, welche sich aus der Beziehung zwischen der Horizontalgeschwindigkeit und der gewünschten Punktdichte in der Horizontalebene ergibt, wird eine Matrix von LxN Punkten erzeugt (wobei L die Anzahl der Spalten und N die Anzahl der Zeilen ist). Die Matrixgröße L (vertikale Ebene) wird bestimmt durch die Anzahl der Strahlen in der Vertikalebene, die im vorliegenden Fall acht beträgt. Die Größe N (horizontale Ebene) wird durch die gewünschte Punktdichte und die maximale Taktrate der Laser 12 bestimmt.

Es ist auch möglich, die Zahl der Laser 12 zu reduzieren und die Laserstrahlen mit Hilfe nicht gezeigter Strahlteiler in eine Anzahl von Strahlen aufzuteilen, die über Spiegel ebenfalls in die vertikale Ebene gerichtet werden können. Durch entsprechende Ansteuerung von Modulatoren läßt sich jeder Punktstrahl in der vertikalen Ebene aktivieren bzw. ausschalten.

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Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist ein einziger Laser 30 vorgesehen, der einen Punktstrahl 32 erzeugt, der auf einen Umlenkspiegel 34 gelenkt wird. Der Umlenkspiegel 34 lenkt den Strahl auf einen Ablenkspiegel 36, der von einem Galvanometer 38 betätigt wird. Durch Betätigung des Ablenkspiegels 36 erfolgt die sequentielle Erzeugung von sieben Punktstrahlen 40 in einer vertikalen Ebene, die auf eine Linse 42 gegeben werden, welche die Strahlen 40 in der vertikalen Ebene in Richtung einer Beschriftungsebene 44 (nicht im einzelnen gezeigt) fokussiert.

Der Beschriftungsvorgang mit der Vorrichtung nach Fig. 2 ist wie folgt. Er findet im laufenden Matrixverfahren statt. Das zu beschriftende Objekt (nicht gezeigt) wird in der horizontalen Ebene mit vorgegebener Geschwindigkeit durch die Beschriftungsebene geführt. Mit entsprechender taktweiser Ansteuerung des Lasers 30, welche sich aus der Beziehung zwischen der Horizontalgeschwindigkeit und der gewünschten Punktdichte ergibt, wird eine Matrix von LxN Punkten erzeugt. Die Matrixgröße L (vertikale Ebene) wird hierbei durch die getakteten und selektierten, durch den Ablenkspiegel 36 separierten Strahlen bestimmt. Die Größe N (horizontale Ebene) wird allein durch die gewünschte Punktdichte bestimmt. Die maximal darstellbare Gesamt-

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punktanzahl pro Sekunde in der Beschriftung wird durch die maximale Taktrate der Strahlenquelle bestimmt.

Nachstehend zwei Beispiele für die wesentlichen Daten:

<a) Größe der gewünschten

Beschriftung: 7.5 Punkte/3 mm.2 mm

Anzahl der Beschriftungszeichen pro Sekunde: 1000 Zeichen/sec.

Erforderliche Taktrate

des Lasers: 7.5.1000 = 35 kHz Taktrate

Auslenkfrequenz der Ablenkeinheit 36: 5 kHz bei unidirektionaler

Nutzung

Erforderliche Materialgeschwindigkeit bei einzeiliger Beschriftung: mindestens 20 cm/sec.

(b) Größe der gewünschten

Beschriftung: 24.10 Punkte/6 mm.4 mm

Anzahl der Zeichen

pro Sekunde: 500 Zeichen/sec.

Erforderliche Taktrate

des Lasers: 24.10.5000 =1.2 NHz

Auslenkfrequenz der

Ablenkeinheit: 50 kHz bei unidirektionaler

Nutzung

Erforderliche Materialgeschwindigkeit bei einzeiliger Beschriftung: mindesten 200 cm/sec.

Die Beschriftung selbst erfolgt durch die Wechselwirkung

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der Strahlung mit dem Material. Je nach Material und Strahlungsintensität erfolgt ein Umschlagen der Materialfarbe, eine Materialabsprengung, eine Materialverdampfung oder ein ähnlicher Effekt.

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Claims

- 14 Ansprüche ;

1. Vorrichtung zum Beschriften von Gegenständen, insbesondere aus Glas, wobei die anzubringenden Zeichen aus Punkten einer aus Punktzeilen und Punktspalten bestehenden Matrix gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere von einer Steuervorrichtung taktweise ansteuerbare Strahlungsquellen (12) vorgesehen sind, deren Strahlung mit dem Material des zu beschriftenden Gegenstands so in Wechselwirkung tritt, daß eine optisch erkennbare oder anderweitig zu erfassende Änderung bewirkt wird und eine optische Anordnung (16, 20) aus den Strahlen jeder Strahlungsquelle (10) mindestens einen Punktstrahl (22) bildet, wobei alle Punktstrahlen (22) in einer Ebene liegen, die senkrecht zur Vorschubrichtung der Gegenstände verläuft und im Abstand auf den Gegenstand auftreffen, der dem Punktabstand einer Matrixspalte entspricht.

2. Vorrichtung zum Beschriften von Gegenständen, insbesondere aus Glas, wobei die anzubringenden Zeichen aus Punkten einer aus Punktzeilen und Punktspalten bestehenden Matrix gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine von einer Steuervorrichtung taktweise ansteuer-

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bare Strahlungsquelle (30) vorgesehen ist, deren Strahlung mit dem Material des zu beschriftenden Gegenstands so in Wechselwirkung tritt, daß eine optisch erkennbare oder anderweitig zu erfassende Änderung bewirkt wird, eine optische Anordnung aus den Strahlen der Strahlungsquelle (30) mindestens einen Punktstrahl (32) erzeugt, eine Ablenkvorrichtung (38, 36) vorgesehen ist, die den Punktstrahl (32) in einer Ebene senkrecht zur Vorschubrichtung der Gegenstände schrittweise so ablenkt, daß die auf der Auftrefffläche des Gegenstands zwischen den Ablenkschritten erzeugten Punkte einen Abstand haben, der dem Punktabstand einer Matrixspalte entspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Strahlungsquelle (12, 30) von einem Laser gebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Festkörperlaser mit Diodenlaser als Punktquelle vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine optische Anordnung (24, 42) zur Fokussierung der Punktstrahlen in der Spaltenebene der Matrix vorgesehen ist.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Punktstrahlen (18) der Strahlungsquellen (12) auf einen Segment-Sammelspiegel (20) gerichtet werden, der in einer vertikalen Ebene mindestens so viel Spiegelflächen wie die Matrix Spaltenpunkte aufweist, wobei die Spiegelflächen die Punktstrahlen in einer Ebene ausrichten, ggf. in einem vorgegebenen Winkel relativ zueinander.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Punktstrahlen (22) über Umlenkspiegel (16) auf den Sammelspiegel (20) gelenkt werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sammelspiegel (20) eine Sammellinse (24) nachgeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein von einem Galvanometer (38) betätigbarer Umlenkspiegel (36) vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Ablenkspiegel ein rotierend antreibbarer Polygonspiegel vorgesehen ist.

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11. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine akusto-optische Deflektionszelle vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Punktstrahlen von einer realen Strahlungsquelle kommen und durch Strahlenteilung gebildet sind.