UA26144C2 - Спосіб маркуваhhя матеріальhого тіла, яке рухається, та пристрій для його здійсhеhhя - Google Patents

Abstract

Запропоновано спосіб маркування рухомого матеріального тіла, при якому направляють пучок з високою щільністю енергії на тіло, що маркується, концентрують пучок для одержання освітленої плями на ділянці, розташованій на рухомому тілі або всередині нього. Переміщують цю пляму і керують її пересуванням відповідно до результуючої двох складових руху, перша з яких дорівнює швидкості руху тіла, а друга відповідає знаку маркування заданої форми. Додатково визначають наявність тіла, що маркується, на наперед заданій ділянці на даній траєкторії до напряму пучка з високою щільністю енергії на тіло, а керування переміщенням плями у відповідь на наявність тіла на заданій ділянці і керований рух плями починають у момент падіння його на тіло на заданій ділянці.

Description

движением по меньшей мере одного подвижного зеркала, причем по меньшей мере одно подвижное зеркало вьіполнено гальванометрическим.

Средство перемещения пятна в соответствии со второй из двух составляющих движения вьіполнено с возможностью перемещения пятна в соответствии с первой из двух составляющих.

Кроме того, средство перемещения пятна содержит дополнительно средство для перемещения пятна в соответствии с первой из двух составляющих движения, которое содержит по крайней мере одно установленное с возможностью вращения зеркало и средство регулирования скорости вращения зеркала в соответствии со скоростью движения тела, причем зеркало установлено с возможностью вращения и вьіполнено многогранньм.

Средство перемещения пятна в соответствии с первой из двух составляющих движения содержит по меньшей мере одно подвижное зеркало и средство передвижения зтого по меньшей мере одного зеркала со скоростью движения тела.

Средство перемещения пятна в соответствии с первой из двух составляющих движения содержит по меньшей мере один акустооптический или злектрооптический кристалл.

Устройство, кроме того, дополнительно снабжено средством определения скорости движения тела, которое вьшполнено с возможностью непосредственного измерения скорости движения тела, при зтом средство определения скорости движения тела вьшолнено с возможностью определения времени прохождения движущимся телом расстояния между двумя оптическими детекторами, расположенньіми на заданном расстояний друг от друга.

Средство наведения пучка с вьсокой плотностью знергии содержит средство для обеспечения пересечения траектории генерированного пучка с вьісокой плотностью знергии с траекторией движения тела, и средство управления перемещением пятна содержит средство генерирования пучка с вьсокой плотностью знергии в заданньій момент времени после прохождения телом заданной точки, отстоящей на заданном расстояний от точки пересечения.

Средство концентрации пучка содержит линзовьйй злемент с переменньім фокусньмм расстоянием по его ширине, а также линзу с изменяющимся фокусньіїм расстоянием и рассеивающую линзу.

Средство генерирования пучка с вьісокой плотностью знергии вьіполнено в виде СОг-лазера с пиковой плотностью знергии в фокусе не менее 10Дж/м?, либо в виде лазера с плотностью знергии в фокусе не менее 107Вт/смг и с возможностью работьї в импульсном режиме с длительностью импульса не менеє 106сек., кроме того, зто средство может бьіть вьиіполнено в виде Ма-УХАСі-лазера.

Устройство также снабжено вспомогательньм источником видимого лазерного излучения для юстировки пучка с вьісокой плотностью знергии, а также конвейерной лентой для транспортировки маркируемого тела и средством для управления поперечньм положением маркируемого тела относительно конвейерной ленть!.

Далее будет на примерах описан ряд возможньїх воплощений настоящего изобретения с отсьІлкой к соответствующим рисункам, где: фиг.1 представляет собой схематический вид сверху на лазерную маркировочную станцию в соответствии со вторьм аспектом настоящего изобретения, на котором маркировочное устройство и детектирующий модуль показаньі как расположеннье рядом с непрерьвно движущейся конвейерной лентой; фиг.2 представляет собой схему детектирующего модуля с фиг.1; фиг.З - схему маркировочного устройства с фиг.1; фиг.4 - схему распределения злектрической знергии в маркировочном устройстве с фиг.1; фиг.5 - блок-схему обьединенной последовательности операций маркировочного устройства и детектирующего модуля с фиг.1; фиг.б6 - схему маркировочного устройства в соответствии со вторьім воплощением; фиг.7 - схему маркировочного устройства в соответствий с третьим воплощением; фиг.8 - схему маркировочного устройства в соответствий с четвертьїм воплощением.

Лазерная маркировочная станция, изображенная на фиг.1, включаєет в себя маркировочное устройство 1 и детектирующий модуль 2, причем оба они заключеньі в защитньй кожух 3, которьй накрьіваєт непрерьівно движущуюся конвейерную ленту 4.

Конвейерная лента 4, вообще говоря, имеет ширину, достаточную для того, чтобьї транспортировать к лазерной маркировочной станции материальное тело, которое должно бьть промаркировано, и определяемую движущимся полотном 5 и двумя вертикально вьиіступающими боковьми бортиками 6 и 7.

Обьічно первьй из двух боковьїх бортиков 6 неподвижен относительно движущегося полотна 5, тогда как другой боковой бортик 7 может смещаться относительно зтого полотна при помощи регулировочного винта 8. После затягивания регулировочного винта 8 расстояние между двумя боковьіми бортиками 6 и 7 уменьшаєется, тем самьм сужая зффективную ширину конвейерной ленть! 4.

Материальное тело, которое должно бьіть промаркировано, изображенное в прилагаємьх рисунках в виде стеклянной бутьілки 9, транспортируется к лазерной маркировочной станции при помощи конвейерной лентьі 4 и входит в защитньй кожух З через первое отверстие 10. После зтого тело 9 проходит мимо детектирующего модуля 2 и маркировочного устройства 1, прежде чем вьійти из защитного кожуха З через второе отверстие 11. Из соображений безопасности расстояние между маркировочньім устройством 1 и либо первьм отверстием 10, либо вторьм отверстием 171 таково, что обеспечиваєт невозможность случайного попадания оператора внутрь защитного кожуха З и помещения его руки перед маркировочньім устройством 1.

Детектирующий модуль 2 более подробно изображен на фиг.2 и состоит из парьї оптических детекторов 12 и 13, расположенньхх бок о бок рядом с конвейерной лентой 4. Каждьй из оптических детекторов 12 и 13 включаєт в себя источник света 14 и подходящий детектор 15 и настроен соответственно на одну из пар обратньїх отражателей 16 или 17, расположенньїх на противоположной стороне конвейерной ленть! 4. Свет исходит из источника света 14 по направлению к связанному с ним обратному отражателю, от которого отражаєтся обратно по направлению к оптическому детектору и затем детектируется детектором 15. Таким образом, когда между оптическим детектором и соответствующим ему обратньм отражателем ничего нет, как показано в отношений оптического детектора 13 на фиг.2, количество света, детектируемое детектором 15, максимально. Однако, когда оптический путь между оптическим детектором и соответствующим ему обратньмм отражателем затемнен, например, вследствие прохождения тела, которое должно бьть промаркировано вдоль конвейерной ленть! 4, как показано на фиг2 в отношений оптического детектора 12, то количество света, отраженного соответствующим обратньм отражателем, в данном случає обратньмм отражателем 16, и детектируемого детектором 15, падает ниже заранее установленного порогового значения, и генерируется соответствующий сигнал.

Чтобь! повьісить чувствительность каждого из оптических детекторов 12 и 13, источник света 14 вьібирается таким образом, чтобьії он испускал свет в видимом или ближнем инфракрасном диапазоне злектромагнитного спектра, хотя детектор 15 вьбираєтся не только из соображений селективной чувствительности к данному конкретному частотному диапазону, но также так, чтобьі он реагировал только на свет, имеющий поляризационнье характеристики источника 14. Таким образом, детектор 15 является нечувствительньім к свету, испускаемому иньїми источниками, отличньмми от источника 14, или к свету, отраженному от поверхностей, иньїх, чем связанньй с ним обратньй отражатель, таких, например, как поверхность маркируемого тела, поскольку такие отражения, как правило, обладают другими поляризационньїми характеристиками.

Маркировочное устройство более детально изображено на фиг.З и состоит из источника (или средства герметизации пучка) 18 лазерного излучения 19, которое направлено так, чтобьї оно пересекало траекторию движущегося тела 9.

В первом воплощении маркировочное устройство предназначено для обеспечения поверхностной маркировки движущегося тела 9. С зтой целью лазерное излучение с достаточной плотностью знергии направляется на тело 9, заставляя области поверхности, на которье оно падает, плавиться и перетекать, в результате чего возникает маркировка. В конкретном воплощениий, проиллюстрированном на фиг.3, источник 18 представляєт собой квазинепрерьвньй СОго-лазер с ВЧ-накачкой, испускающий пучок лазерного излучения 19, которьій имеет длину волнь 10,6мкм и, следовательно, невидим невооруженньім глазом. Испущенньй СОго-лазером пучок 18 лазерного излучения 19 падаєт на первую отражающую поверхность (или средство наведения пучка) 20, которая направляєт пучок 19 через расширитель пучка 21 и устройство сведения пучков (или средство концентрации пучка) 22 на вторую отражающую поверхность 23. Второй источник лазерного излучения в виде низкознергетичного Не-Ме (гелий-неон) лазера 24 расположен рядом с СОго-лазером 18 и испускает вспомогательньйй пучок видимого лазерного излучения 25 с длиной волньї б38нм. Вспомогательньй пучок 25 падаєт на устройство сведения пучков 22, где отражаєтся по направлению ко второй отражающей поверхности 23, совпадая с пучком лазерного излучения 19 от СОг-лазера 18. Таким образом, необходимье свойства устройства сведения пучка 22 таковьі, что оно должно пропускать злектромагнитное излучение с длиной волньі 10,б6мкм, отражая при зтом злектромагнитное излучение с длиной волньі 638нм. Таким образом пучок гелий-неонового лазера 25 снабжает сведенньїй пучок от СОго-лазера и Не-Ме пучков 19, 25 видимой компонентой, которая облегчаєт оптическую юстировку.

После сведения два совпадающих пучка 19, 25 отражаются от второй отражающей поверхности 23 в направлений третьей отражающей поверхности 26 и от третьей отражающей поверхности 26 отражаются далее по направлению к четвертой отражающей поверхности 27. От четвертой отражающей поверхности 27 сведенньій пучок 19, 25 отражаєтся снова по направлению к узлу лазерной головки 28, от которой сведенньій пучок 19, 25, наконец, направляєтся так, чтобьї пересечь траекторию движения движущегося тела 9. Чтобьї облегчить маркировку на различньїх вьісотах от основания тела 9, третья и четвертая отражающие поверхности 26 и 27 монтируются как одно целое вместе с узлом головки 28 так, чтобь! бьла возможность их юстировки в вертикальной плоскости под воздействием шагового двигателя (не показан).

Внутри узла головки 28 сведенньій пучок от СО2- и Не-Ме пучки 19, 25 последовательно падают на два подвижньїх зеркала (или средство перемещения пятна) 29 и 30. Первое из зтих двух зеркал 29 расположено наклонно к сведенньім пучкам 19, 25, которне падают на него в результате отражения от четвертой отражающей поверхности 27, и может двигаться таким образом, чтобь вьізьівать отраженного от него пучка в вертикальной плоскости. Второе из двух зеркал 30 наклонено таким же образом, на зтот раз к пучкам 19, 25, которне падают на него в результате отражения от первого зеркала 29, и может двигаться таким образом, чтобьі заставить отраженньюе пучки 19, 25 двигаться в горизонтальной плоскости.

Следовательно, специалистам в зтой области будет ясно, что пучок 19, 25, вніХОДЯЩИЙ ИЗ узла головки 28, может двигаться в любом желаемом направлений в результате одновременного движения первого и второго зеркал 29 и 30. Чтобьї обеспечить зто движение, два подвижньїх зеркала 29 и 30 смонтировань соответственно на первом и втором гальванометрах 31 и 32. Хотя признано, что для управления движением двух зтих зеркал 29 и 30 может использоваться любое подходящее средство, например, отдельньй серводвигатель или ручной джойстик, принятьій подход обеспечиваєт сочетание скорости отклика с олегкостью управления, что представляеєт собой значительное преимущество над альтернативньми средствами управления.

Вьїходя из узла головки 28, сведенньсе пучки 19, 25 фокусируются при прохожденийи через набор линз 33, которьій может включать один или более линзовьїх злементов. Первьйй линзовьй злемент 34 способен сфокусировать пучки 19, 25 в вьібранной точке на поверхности маркируемого тела. Как хорошо известно, максимальная плотность мощности пучков 19, 25 обратно пропорциональна квадрату радиуса пучков 19, 25 в его фокусе, которьій, в свою очередь, обратно пропорционален радиусу пучков 19, 25, падающих на фокусирующую линзу 34. Таким образом, для пучков 19, 25 злектромагнитного излучения с длиной волнь; 7. и радиусом АВ, падающих на линзу с фокусньім расстоянием Її, плотность мощности в фокусе Е в первом приближений определяется формулой:

Е - РР2Л2АРІВт/м3), где Р - мощность лазера. Из зтого вьіражения очевидньі значение и роль расширителя пучка 21, так как увеличение радиуса пучка А приводит к увеличению плотности знергии Е в фокусе. Кроме того, линзовьй злемент 34 обьічно представляет собой короткофокусную линзу с фокусньім расстоянием в диапазоне от 70 до 80мм, так что типичнье плотности мощности в фокусе пучков 19, 25 обьічно превьиішают 300Вт/см".

При плотностях знергии такого порядка тепловье взаймодействия происходят на поверхности маркируемого тела, в котором падающее излучение 19, 25 поглощается в виде тепла. Зтот локальньй нагрев приводит к тому, что поверхность тела 9 плавится и перетекаєт, оставляя остаточную маркировку, сделанную на поверхности. Перемещая фокус пучков 19, 25 с использованием зеркал 29 и 30, можно сделать маркировку заранее определенного вида, в частности, состоящую из одной или более цифр, букв или символов, либо их комбинации, которая, в свою очередь, может представлять собой идентификационную метку, торговую марку, машинно-читаємьй код или любой другой желаемьій знак.

Плотность мощности, необходимая для стимулирования тепловьїх взаимодействий на поверхности тела, будет, конечно, зависеть от материала тела и скорости сканирования пучков 19, 25. Такие материаль, как перспекс, могут маркироваться с использованием пучков 19, 25 с плотностью мощности всего 50Вт/см?, тогда как для маркировки некоторьїх металлов пучки 19, 25 должньї иметь плотность мощности около 1МВт/см2. Предметь! из стекла попадают в промежуток между двумя зтими зкстремальньми случаями и могут маркироваться с использованиєм пучков 19, 25 с плотностью мощности, превьішающей 300Вт/см, и скоростью сканирования Зм/с.

В интересах безопасности два лазера 18, 24 и соответственно их пучки 19 и 25 заключень!і внутри камерь! безопасности 35, такой, как показанная на фиг.4, причем сведенньюе пучки 19, 25 вьіходят из камерь! безопасности 35 только после прохождения набора линз 33. Доступ к двум лазерам 18 и 24 и различньм оптическим злементам, расположенньм на пути соответствующих пучков 19, 25, обеспечиваеєтся через дверцу 36, которая соединена с блокировочньм устройством 37, делающим невозможной работу СОг-лазера 18 при открьтой дверце 36. Следует отметить, что Не-Ме лазер 24 необязательно соединять с блокировочньіїм устройством таким же образом, поскольку он работает только с очень малой мощностью и не представляєт значительной опасности для опьітного оператора.

Однофазное сетевоеє злектрическое напряжениеє 2408 подаєтся через блокировочное устройство дверцьї 37 к сетевому распределительному устройству 38, которое расположено внизу, и изолировано от камерьі безопасности 35 для предотвращения злектрических помех работе лазеров 18 и 24. Из распределительного устройства 38 злектрическое питание от сети подводится к СОг-лазеру 18 и Не-Ме лазеру 24, а также к блоку охлаждения 39, которьій служит для охлаждения СОг-лазера 18. Кроме того, сетевое злектрическое питание подаєтся также на шаговьй двигатель 40 и компьютер 41. Три преобразователя переменного тока в постоянньій и соответствующие регуляторь напряжения обеспечивают регулируемое постоянное напряжение 98, 128 и 158, подаваємое соответственно на Не-Ме лазер 24 для обеспечения механизма накачки, на еще одно блокировочное устройство 42, предотвращающее преждевременньй запуск СОг-лазера 18, и на узел головки 28 и, в частности, на первьй и второй гальванометрь 31 и 32 для создания заранее заданного движения первого и второго зеркал 29 и 30.

Обьединенная последовательность операций маркировочного устройства 1 и детектирующего модуля 2 схематически показана на фиг.5 и начинаєтся с компьютера (или средства управления) 41, вьчисляющего или вьполняющего просмотр с целью идентификации следующей маркировки, которая должна бьть нанесена. Таким образом, если лазерная маркировочная станция используется для маркировки целого ряда предметов, каждьй из которьїх имеет свой серийньйй номер, компьютер 41 может вьчислить следующую маркировку путем добавления необходимого приращения к опорному номеру, составляющему предьдущую маркировку. И наоборот, в начале партии или в процессе более сложной последовательности операций маркировки, компьютер 41 может идентифицировать следующую маркировку из заранеє запрограммированного перечня маркировок, содержащегося в соответствующем запоминающем устройстве. Когда следующая маркировка идентифицирована, она может бьтть вьіведена на дисплей пульта оператора вместе с иной информацией, такой, как количество маркируемьх предметов в конкретной партии, средняя линейная скорость предметов, проходящих мимо детектирующего модуля 2, а также любой другой желательной информацией.

Идентифицировав маркировку, которая должна бьіть нанесена на движущееся тело 9, компьютер 41 вьчисляет векторьї, необходимье для вьічерчивания маркировки в предположении, что тело 9 будет неподвижньм в момент маркировки. Зти векторьї трансформируются в злектрический сигнал, которьй, если используется для модулирования постоянного напряжения 158, поступая на первьй и второй гальванометрьі 31 и 32, произведет серию движений первого и второго зеркал 29 и 30, способньх перемещать фокус возбужденного лазерного пучка таким образом, чтобь! виічертить желаемую маркировку.

Поскольку маркируемое тело транспортируется к лазерной маркировочной станциийи с помощью конвейерной лентьі 4, положение движущегося тела 9 относительно неподвижного бокового бортика 6 может бьть изменено с помощью регулировочного винта 8. Как правило, регулировочньій винт 8 используется для сужения зффективной шириньі конвейерной ленть! 4 рядом с первьім отверстием 10 в защитном кожухе 3. Таким образом зффективная ширина конвейерной лентьі 4 становится не намного шире, чем само движущееся тело 9, тем самьм обеспечивая некоторую степень контроля за поперечньм расстоянием между маркируемьм телом и разумньми компонентами детектирующего модуля 2 и маркировочной установки 1.

В течение всего зтого времени детектирующий модуль используется для детектирования приближения маркируемого тела. Как только тело 9 достигает оптического детектора 12, его ведущая кромка затемняет оптический путь между источником света 14, обратньім отражателем 16 и детектором 15, приводя к тому, что количество детектируемого света падает ниже установленного порогового значения. В результате генерируется соответствующий сигнал, которьій посьлается на компьютер 41, запуская его часовой механизм. Зтот часовой механизм не останавливаєтся до момента времени іх, когда ведущая кромка движущегося тела 9 детектируется таким же образом вторьім оптическим детектором 13. Поскольку два оптических детектора 12 и 13 расположень на известном расстоянии 9і друг от друга, скорость У маркируемого тела можно легко вьічислить путем деления известного расстояния ді на время і, измеренное часовьм механизмом. Таким образом

М Й.

Чтобьі создать компактную установку, способную маркировать тела, движущиеся с относительно большой линейной скоростью, расстояние йї между двумя оптическими детекторами 12 и 13 предпочтительно делать как можно меньше. В предельном случає оптический детектор 12 устанавливают впритьік к оптическому детектору 13, что позволяет снизить ді до 1їмм. Даже при таких маленьких расстояниях генератор, составляющий основу часового механизма, способен провести свьише 5 циклов в течение типичного временного интервала її, так что уменьшение а: не оказьявает заметного влияния на точность, с которой может бьіть измерена скорость У.

Пройдя мимо второго оптического детектора 13, маркируемое тело продолжаеєт двигаться на конвейерной ленте 4 до тех пор, пока в момент времени є не окажется рядом с маркировочной установкой 1. Поскольку второй оптический детектор 13 и маркировочная установка 1 находятся также на известном расстояний д2 друг от друга, время ї2 может бьіть виічислено путем деления расстояния д2 на скорость У движущегося тела 9. Таким образом, ії» - йг/м, или іо - до/ді х |.

С другой сторонь, чтобьі! обеспечить компактность установки, расстояния ді может бьіть уменьшено до минимума ограниченного мощностью компьютера 41, но, как правило, оно составляет величину порядка 5мМм.

Используя приведенное вьше уравнение, компьютер 41 вьмчисляєт расчетное время прибьтия іо маркируемого тела к маркировочной установке 1. Зтот временной интервал, однако представляет собой время, когда ведущая кромка тела 9 находится рядом с маркировочной установкой 1, и, таким образом, если желаеємая маркировка должна бьть нанесена не на ведущую кромку, к временному интервалу іо добавляется дополнительная временная задержка бї, чтобь! получить время із, когда маркируемая часть тела 9 будет находиться рядом с маркировочной установкой 1.

В момент времени із после того, как сигнал генерирован вторьім оптическим детектором 13, СОг-лазер 18 начинаєт работать, и сведенньй пучок СО» и Не-Ме пучки 19 и 25 фокусируются вьічисленную точку на поверхности тела 9. В зтот же самьй момент генерируется злектрический сигнал для модуляции постоянного напряжения 158, приложенного к первому и второму гальванометрам 31 и 32; зтот сигнал не только воспроизводит векторь, необходимье для вьчерчивания желательной маркировки, но также включаєт в себя наложенную компоненту, компенсирующую движение тела 9 со скоростью У.

Модулированное постоянное напряжение 158 производит серию движений первого и второго зеркал 29 и 30, которне направляют фокус сведенного пучка СОг и Не-Ме пучков 19, 25 так, чтобь! он вьічерчивал желательную маркировку, в то же самое время перемещая вьчерчиваемую маркировку со скоростью У, что позволяет осуществлять динамическое сканирование в масштабе реального времени.

После того, как тело 9 промаркировано, оно продолжаеєет перемещаться с помощью конвейерной ленть! 4, вніХодит из защитного кожуха З и уходит из лазерной маркировочной станции через второе отверстие 11.

Промаркированное тело 9 может после зтого бить перемещено к следующей обрабатьввающей станции, если зто требуется, в то время как компьютер 41 вниічисляет следующую маркировку, которая должна бьть нанесена, и вся последовательность операций начинаеєется снова.

Специалистам будет ясно, что когда тело 9 движется мимо маркировочной установки 1, расстояние между набором линз 33 и той частью поверхности тела 9, которая должна маркироваться, непрерьівно изменяется. Даже если тело 9 бьло бьї неподвижньі!м при маркировке, если желательная маркировка бьіла бьї достаточно большого размера, любая кривизна тела 9 также приводила бьї к различньім расстояниям между набором линз 33 и различньми точками на поверхности. Сверх зтого, следующие друг за другом маркируемье тела могут располагаться на конвейерной ленте 4 на различньх расстояниях от неподвижного бокового бортика 6, несмотря на сужение зффективной ширинь!ї конвейерной ленть! 4 перед лазерной маркировочной станцией. Если, как зто бьіло описано, первьій линзовьій злемент 34 имеет фиксированное фокусное расстояние, каждьй из указанньїх вьише факторов будет способствовать тому, что части наносимой на тело маркировки будут ближе или дальше от фокуса. Однако, тщательно вьібирая фокусное расстояние линзового злемента 34, можно свести зту проблему к минимуму.

Как уже бьіло ранее сказано, фокусное расстояние первого линзового злемента 34 обьічно составляет от 70 до 8О0мм, и зтот злемент способен фокусировать сведенньй пучок СО» и Не-Ме пучки 19, 25 так, чтобь! получить в фокусе плотность мощности, как правило, свьше 300Вт/см". Однако, при всем зтом для линзового злемента с фокусньім расстоянием в зтих пределах плотность мощности на малом расстояниий 6 х от фокуса все еще недостаточна, чтобьї привести к тепловьім взаймодействиям внутри маркируемого тела. В предпочтительном варианте воплощения линзовьйй злемент 34 имеет фокусное расстояние 75мМм, что позволяет получить для стекла 5 х, больше 5мм, хотя величина 5 х, конечно, зависит от материала, из которого сделано тело 9. Однако, с использованием такой линзьї описанная установка может зффективно маркировать движущиеся тела, поверхности которьїх лежат в узком диапазоне вокруг оптимального расстояния от набора линз 33.

И наоборот, или в дополнение к зтому, второй линзовьй злемент 42 может бьть помещен последовательно с первьім линзовьім злементом 34, чтобьї компенсировать один или более описанньх вьіше дефокусирующих зффектов. Такой линзовьій злемент 42 может обладать фокусньім расстоянием, которое меняеєтся по его ширине и может, например, представлять собой плоский обьектив, компенсирующий любую кривизну поверхности маркируемого тела.

В еще одной из установок набор линз 33 может включать в себя третий линзовьйй злемент 43 в виде линзьї с переменньм фокусньм расстоянием, фокусное расстояние которой может меняться, когда маркируемое тело проходит мимо маркировочной установки 1, тем самьпм удерживая фокус сведенного пучка СО: и Не-Ме пучков 19, 25 в нужной точке на поверхности тела 9, несмотря на описаннье вьіше дефокусирующие зффекть!.

Еще в одной из установок вместо второго линзового злемента 42 или третьего линзового злемента 43 может бьіть помещен четвертьїй линзовьій злемент (не показан) в виде рассеивающей линзьї. Четвертьй линзовьій злемент с фокусньм расстоянием предпочтительно располагаєтся на расстоянии ї2 перед фокусом, которьй бьіл бьі создан первьім линзовьім злементом 34. Таким образом четверть!й линзовьй злемент даєт узкий параллельньйй пучок излучения с вьісокой плотностью знергии, которьій может бьть направлен на движущееся тело 9 для получения освещенного пятна на его поверхности. Если узкий пучок имеет достаточную плотность мощности, он может бьть использован для обеспечения маркировки поверхности движущегося тела 9, в то же самое время не имея тенденции к любому из описанньїх вьіше дефокусирующих зффектов.

Во втором воплощении, изображенном на фиг.6, маркировочная установка 1 также предназначена для обеспечения маркировки движущегося материального тела 9, за исключением того, что вместо наложения составляющей, которая компенсирует зто движение, на уже и без того сложное движение первого и второго зеркал 29 и 30, движение тела 9 полностью компенсируется пятой отражающей поверхностью 44.

Пятая отражающая поверхность 44 закреплена на оси 45 так, что может вращаться вокруг нее, и расположена так, чтобьї направлять на движущееся тело 9 сведенньій пучок СО и Не-Ме пучки 19, 25, которне падают на неєе в результате отражения от второго зеркала 30. Когда маркируемое тело проходит мимо маркировочной установки 1, пятая отражающая поверхность 44 поворачивается вокруг оси 45 таким образом, чтобьї удержать сведенньй пучок СО» и Не-Ме пучки 19, 25 направленньсе на движущееся тело 9.

Пятая отражающая поверхность 44 предпочтительно состоит из зеркала третьего гальванометра (не показано). Таким образом может бьіть обеспечено движение пятой отражающей поверхности 44 с той же самой скоростью отклика и легкостью управления, что и в случає первого и второго зеркал 29 и 30. При таких обстоятельствах, когда СОго-лазер 18 введен в действиєе и постоянное напряжение 158, приложенное к первому и второе гальванометрам 31 и 32, модулируется для создания заранее определенного движения первого и второго зеркал 29 и 30, к третьему гальванометру 46 может бьть приложено отдельное постоянное напряжение 158, которое модулируеєется в соответствии с предварительно измеренной скоростной характеристикой движущегося тела 9. Как и раньше, суммарньій зффект движения зеркал трех гальванометров 31, 32 и 46 должен позволять производить динамическое сканирование движущегося тела 9 в масштабе реального времени сведенньім пучком СО» и Не-Ме пучками 19, 25.

На фиг.б показана пятая отражающая поверхность 44, расположенная между вторьм зеркалом 30 и набором линз 33, хотя специалистам будет ясно, что пятая отражающая поверхность 44 может с тем же успехом располагаться в других точках вдоль оптического пути сведенного пучка СО» и Не-Ме пучков 19, 25, например, непосредственно после набора линза 33.

В третьем воплощений, которое аналогично второму в том, что компенсация движения тела 9 осуществляєтся отдельно от генерации самой маркировки, пятая отражающая поверхность 44 заменена многогранньїм зеркалом 47, как показано на фиг.7. Как и пятая отражающая поверхность 44, многогранное зеркало 47 укреплено на оси 48 так, что может вращаться вокруг нее, и расположено так, что направляєт на движущееся тело сведенньй пучок СОг и Не-Ме пучки 19, 25, которье падают на него в результате отражения от второго зеркала 30. Когда маркируемое тело проходит мимо маркировочной установки 1, многогранное зеркало 47 поворачиваєтся вокруг оси 48 таким образом, чтобьї удерживать сведенньй пучок

СО» и Не-Ме пучки 19, 25 направленньїм на движущееся тело 9.

Преимуществом зтого третьего воплощения в отличие от второго воплощения, описанного вьіше, является то, что после того, как движущееся тело 9 промаркировано, многогранное зеркало 47, в отличие от пятой отражающей поверхности 44 из второго воплощения, не должно бьістро вращаться вокруг оси 47 в каком-либо направлений, чтобь! соответствующим образом настроиться на следующее маркируемое тело.

Вместо зтого многогранное зеркало 47 может продолжать вращаться в том же самом направлений и с той же скоростью, чтобьї удержать сведенньій пучок СО» и Не-Ме пучки 19, 25 направленньмми на следующеєе маркируемое тело посредством отражения от другой поверхности многогранного зеркала 47. Форма многогранного зеркала 47 налагаєт, однако, определеннье требования на его собственную скорость вращения, которая должна бьть такой, чтобь! гарантировать, что оно не повернется на угол, большим чем угол, стягиваемьй рабочей гранью, в течение времени, необходимого для маркировки движущегося тела 9.

Вращением многогранного зеркала 47 можно управлять с помощью компьютера 41, если скорость движущегося тела 9 уже измерена и количество векторов, необходимьїх для вьичерчивания желательной маркировки, известно, поскольку последнее позволяет предсказать необходимое время маркировки, тогда как первая позволяеєт вьічислить расстояниеє, на которое тело 9 будет перемещено в процессе маркировки.

На фиг.7 многогранное зеркало 47 показано расположенньм между вторьмм зеркалом 30 и набором линз 33, хотя специалистам будет ясно, что многогранное зеркало 47 с тем же успехом может располагаться в других точках вдоль оптического пути сведенного пучка СО и Не-Ме пучков 19, 25, например, непосредственно после набора линз 33.

В четвертом примере воплощений маркировочной установки 1, показанном на фиг.8, движение тела 9 компенсируєтся поперечньм смещением всего узла головки 28 и набора линз 33. После измерения скорости маркируемого тела узел головки 28 и набор линз 33 движутся в направлений, параллельном движущемуся телу 9, под воздействием двигателя (не показан). Если перемещать узел головки 28 и набор линз 33 с той же самой скоростью, что и у движущегося тела 9, относительную скорость между ними можно снизить до нуля, пока желаємая маркировка не будет нанесена. Когда движущееся тело промаркировано, узел головки 28 и набор линз 33 бьстро возвращаются в исходнье положений снова под действием двигателя (не показан), так, чтобь! бить готовьіми промаркировать следующее тело.

При обеспечений распространения сведенного пучка СО» и Не-Ме пучков 19, 25, которне отражаются от первого зеркала 29, в направлений, параллельном конвейерной ленте 4, до отражения в направлений движущегося тела 9 вторьм зеркалом 30, специалистам будет ясно, что для достижения желаемого зффекта только второе зеркало 30 и набор линз 33 должньії приводиться в движение двигателем (не показан). Действительно, если набор линз 33 бьлл бьі расположен на оптическом пути сведенного пучка СО2 и Не-Ме пучков 19, 25 между четвертой отражающей поверхностью 26 и первьїм зеркалом 29, тогда только второе зеркало 30 бьіло бьї необходимо приводить в движениєе двигателем.

В пятом воплощениий один или более акустооптических или злектрооптических кристаллов (не показань) могут бьїть расположеньі на пути пучков 19, 25, чтобьї компенсировать движение тела 9.

Кристалль! зтих типов обладают свойством отклонять падающий пучок на различньсєе угль! в зависимости от значения приложенного к ним напряжения. Позтому, прилагая меняющееся соответствующим образом напряжение к кристаллам (не показань), можно продолжать направлять сведенньй пучок СО» и Не-Ме пучки 19, 25 на движущееся тело 9, когда оно проходит мимо маркировочной установки 1.

Описание фиг.5: 49 - запуск, 50 - вьічисление или отьіскание следующей маркировки, 51 - вьідача данньх на дисплей, 52 - вьиічисление векторов для стационарной маркировки, 53 - детектирование изделия на входе, 54 - вьічисление скорости изделия, 55 - внічисление оценочного времени прибьтия изделия, 56 - временная задержка (для ожидания прибьтия изделия), 57 - наложение информации о скорости на векторь! знаков, 58 - маркировка изделия, 59 - сигнал скорости, 60 - динамическое сканирование в масштабе реального времени.

Специалистам будет также ясно, что установка, описанная в связи с любьм из предьдущих воплощений, может бьть также использована для осуществления подповерхностной маркировки движущегося материального тела без существенньїх изменений.

В прошлом, чтобь! создать несмьіваемую маркировку, производители почти исключительно прибегали к поверхностной маркировке. Однако, одна из основньїх трудностей с маркировкой зтого типа состоит в том, что она может бьіть либо разрушена при удалений части поверхности, на которую нанесена маркировка, либо имитирована путем нанесения идентичной маркировки на подделку. С использованием установки, аналогичной уже описанной, движущееся материальное тело может бьіть снабжено подповерхностной маркировкой путем направления на поверхности тела сфокусированного пучка лазерного излучения с вьісокой плотностью знергии, для которого данньійй материал прозрачен. Пучок фокусируется в точке, расположенной на некотором расстоянии от поверхности внутри тела, так, чтобь! вьізвать локальную ионизацию материала и создать маркировку в виде области повьшенной непрозрачности к злектромагнитному излучению, причем, что существенно, без заметньїх изменений на поверхности.

Во избежание неоднозначности трактовки следует отметить, что термин "прозрачньй", так, как он используется вьіше по отношению к маркируемому материалу, относится к материалу, в котором пучок с вьісокой плотностью знергии может проникнуть по меньшей мере до глубиньі желаємой маркировки, и, как таковой, включаєт в себя полупрозрачнье материаль! и такие материаль,, как цветнье или задьмленнье стекла, в которьїх характеристики пропускания злектромагнитного излучения на длинах волн видимого диапазона хотя и снижень), но пропускание все же не исключено полностью. Термин "прозрачньйнй" включаеєт также в себя материаль!, которне непрозрачнь! для злектромагнитного излучения с длинами волн видимого диапазона, но, по меньшей мере, способньі! пропускать злектромагнитное излучение с длинами волн в том же самом диапазоне злектромагнитного спектра, что и длина волнь пучка с вьісокой плотностью знергии.

Возможнье типьї взаимодействия между лазерньм излучением и материальньм телом могут бьть разделень на три категории в зависимости от плотности мощности лазерного излучения, о котором идет речь. В порядке увеличения плотности мощности зти категории таковь!: 1) фотохимические взаймодействия, включая фотоиндукцию и фотоактивацию; 2) тепловне взаймодействия, в которьїх падающее излучение поглощается в виде тепла, и 3) ионизирующие взаймодействия, которье включают в себя цнетепловое фоторасщепление облученного материала.

Разница между порогами зтих трех типов взайимодействия четко демонстрируется путем сравнения типичной плотности мощности 103Вт/см7, необходимой для возникновения фотохимического взаймодействия, с плотностью мощности 10'2Вт/см?, типичной для ионизирующих взаймодействий, таких, как фотоабляция и фоторазрушение.

Для того, чтобьі произошла локальная йионизация, пучок с вьісокой плотностью знергиий должен обладать знергией, достаточной для расщепления молекулярньїх связей и создания плазмь! в фокальной точке. Когда пучок убирают, плазма охлаждаєтся, формируя локальную область повреждения или разрушения, которая рассеиваєт падающее на нее злектромагнитное излучение, в результате чего зта зона проявляєт себя как область повьішенной непрозрачности.

В настоящеє время единственньми предлагающимися на рьнке лазерами, способньми вьізвать ионизационнье взаймодействия, являются импульсньюе лазерь, имеющие пиковую знергию, которая при фокусирований достаточна для создания плазмь! внутри материала, о котором идет речь. Позтому, чтобь осуществить подповерхностную маркировку движущегося тела, источник 20 лазерного излучения 21 предпочтительно заменить лазером, имеющим плотность мощности в фокусе не менеє 10"Вт/сме и длительность импульса не более 109 секунд. Таким образом, плотность знергии в каждом импульсе составляєт не менеє 10Дж/см? и достаточна для того, чтобь! вьізвать локальную ионизацию материала в фокусе пучка.

Если подповерхностная маркировка должна бьіть видимой невооруженньїм глазом, маркируемое тело должно бьть прозрачньм для злектромагнитного излучение с длинами волн видимого диапазона.

Например, такое тело может бьть изготовлено из стекла или пластика. Однако, такие ограничения не являются обязательньми для маркируеємьмх тел, они могут также изготавливаться из материала, непрозрачного для злектромагнитного излучения с длинами волн видимого диапазона. При зтом получающаяся подповерхностная маркировка скрьта для невооруженного глаза, но может бьїіть "видна" с помощью оптических инструментов, работающих на соответствующей длине волньії в пределах злектромагнитного спектра, совпадающей с длиной волнь! пучка с вьісокой плотностью знергии. Хотя такая маркировка не способна вьіполнять многие из функций ее видимьїх аналогов, она представляет собой действительно несмьіваемую скрьтую маркировку.

В предположенийи, что вероятная подповерхностная маркировка предназначена для того, чтобь бьть видимой невооруженньм глазом, и что позтому движущееся тело 9 изготовлено из такого материала, как стекло или пластик, которье прозрачньі для злектромагнитного излучения в видимом диапазоне спектра, источник 20, в дополнение к ограничениям, указанньм вьше, должен также вьібираться так, чтобь материал, из которого изготовлено тело 9, бьил прозрачен для лазерного излучения 21, которое зтот источник генерирует. При зтом источник 20 предпочтительно представляет собой Ма-уАс лазер (лазер на иттриево-алюминиевом гранате с неодимом), генерирующий на длине волнь! 1,0бмкм.

Остальная часть описанного устройства не нуждаєтся в существенньх изменениях, чтобь осуществлять подповерхностную маркировку, хотя вьібор источника 16 будет, конечно, влиять на вьібор оптических злементов, используемьїх для направления и фокусирования получающегося лазерного излучения 21, поскольку не все зти злементь! будут работать с одинаковой зффективностью при различньх длинах волн в пределах злектромагнитного спектра. Считаєтся, однако, что соответствующий вьбор злементов нетруден для специалиста.

При использованиий для осуществления подповерхностной маркировки движущегося тела набор линз 33 может включать в себя третий линзовьй злемент 43 в виде линзьі с переменньм фокусньім расстоянием, так что маркировки могут вьіполняться на различньїх глубинах внутри движущегося тела 9, что создает возможность получения трехмерной маркировки.

Специалистам будет ясно, что, хотя описанное устройство включает средства для определения скорости движущегося тела 9, зто необязательно, поскольку в установку может бьть интегрирована механическая связь, которая придаєт сведенному пучку СО и Не-Ме пучкам 19, 25 составляющую движения, равную скорости движущегося тела 9, даже без определения величинь зтой скорости. г ар ее чщттоатйх пийнійнійй; зББМфННе шеший» вий; звавам 77 - : / С -- «мин. ' і

Фиг. 1 ся 7» 16

ІЗ | БЕ 6 ра ра 5 7

Фиг. 2

21 99

М с 23

ІЗ 25

ЗА - птн 24 ЗІ 32 п/2 ау У

Ів І роде ша са ш (129130) вон їй | 9 ов 5 з? 33 7

Фиг. З ж7 ЗИГ.3 і

І ча 9 Д й пе фе пише рай рй А жі

ІВ. 1 С пишний

І і р уаг ХГ 41 Що // а нт т

А тчиту 1 /дийле рент 5 ше о и

Фиг. 4 пнницинни -ямУк. 50 сеиЬе- о пи ши

РАССЧИТАТЬ/ПРОСМОТРЕТЬ ЗІ

СЗЕДУЮЩУЮ МАРКНРОВКУ

ОНОВИТЬ ВИЗУАЛЬНОЇ

НЗОВРАЖЕНИХ вичислить ВЕКТОРМ 53

СТАЦИОКАРКНОЙ МАРКИРОВКИ пасе ВВЕСТИ ОБНАРУЖЕННОЮ шення СИГ 59 чено МАТЕРИАЛЬНОК ТЕЛО. НАХ скоРОсти і я і і | вВУЧчиСслиТь СКОРОоСТЬь 55

МАТЕРНАЛЬНОГО ТЕЛА - вичИсЛИТЬ РАСЧЕТНОЄ ВРЕМЯ що

ПОСТУПЛЕКИЯ МАТЕР.ТЕЛА

ГСзАДЕРАКА (ОХИДАНИК

ПОСТУЛЛЕНИЯ МАТЕР. З? ! | ТЕЛА о ан т у вв о фнадожЖить ХнеоРМАЦИЮ 0 СКОРОСТИ | МНАРКИРОВКА МАТЕР

Її МА ВЕКТОРИ ЗНАКОВ | ТЕХА ї вини " І ен откотонтетонкент спон їі ЖИНАМИЧЕСКОЄ СКАНИРОВАНИЄ В РЕА ши

Фиг, 5

21 22

ІЗ 25. лимони: 24 -

ІВ! за і! о ше я

І у 42 ро 4 43 го 1 30 (к.. тт, ШЩ 26 Ал | 9 45

Фиг. 6 21, 22 | 23 ї я-Р

ІЗ 25 биття 24 І ів Ц ІЗ ш

І

Фе зі м 42 (29 Кт 43 чо чн роли 26 | Й 27 9 47 оч 48

Фиг. 7 і у 23 о лишили !

ІЗ рот 28. І а

І к----3-45 4243. 24 | (3 я

ІВ | ши | І рі Са и.

І 29 й 30 | ' ІС,

Іо --4 33 19 26 27 '

Фиг. 8