WO2024251670A1 - Verfahren und vorrichtung zum lasermarkieren von behältern - Google Patents

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WO2024251670A1
WO2024251670A1 PCT/EP2024/065215 EP2024065215W WO2024251670A1 WO 2024251670 A1 WO2024251670 A1 WO 2024251670A1 EP 2024065215 W EP2024065215 W EP 2024065215W WO 2024251670 A1 WO2024251670 A1 WO 2024251670A1
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containers
laser
laser marking
marking
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Andreas Kraus
Florian Lauterbach
Josef Mayer
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Krones AG
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    • 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
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B41M—PRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M5/00—Duplicating or marking methods; Sheet materials for use therein
    • B41M5/26—Thermography ; Marking by high energetic means, e.g. laser otherwise than by burning, and characterised by the material used

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a device with a container conveyor and a laser marking system.
  • the invention also relates to a device for laser marking containers.
  • containers are mostly equipped with labels.
  • Typical variants are paper or plastic labels, which are processed with hot or cold glue or self-adhesive and applied to the containers.
  • Labels can be problematic in the recycling process, e.g. because of the printing ink used, waterproof paper, glue, etc.
  • various features inherent in the technology can be seen as disadvantageous. These include in particular the use of plastics for container decoration, a poor CO2 footprint in label production (especially plastics) through logistics to application (especially shrink sleeves) and limited recyclability in the usual waste streams. Analogous points can also be mentioned for direct printing processes.
  • Required information could, for example, be marked or written directly onto the containers using a laser marking system.
  • a laser marking system Such technology is already used, for example, to laser mark a production number or a best-before date.
  • the laser beam and the heat generated on the surface of the container can cause a physical change to the surface of the container (e.g. stress whitening in PET containers), so that the desired characters can be laser marked onto the surface.
  • One aspect of the present disclosure relates to a method for operating a device with a container conveyor and a laser marking system having one or more marking heads for laser marking containers.
  • the method comprises specifying a plurality of parameters comprising a depth of field of the laser marking system, a writing speed of the laser marking system and a container distance between two consecutive containers transported by the container conveyor (e.g. by means of an input device from a user).
  • the method further comprises determining at least one target operating parameter for the container conveyor depending on the plurality of predetermined parameters (e.g. by means of a processing device).
  • the method further comprises operating the device for laser marking the containers by means of the laser marking system, wherein the container conveyor is operated depending on the at least one determined target operating parameter (e.g. by means of a control device).
  • the method advantageously enables laser marking of containers with optimized performance and quality.
  • the present method also takes the depth of field of the laser marking system into account as a particularly relevant parameter. This makes it possible, for example, to determine the size of a working field of the laser marking system, which is variable depending on the operation of the container conveyor (e.g. container transport speed and container rotation speed).
  • the quality of the laser marking e.g. sharpness and readability, especially of fine, for example Asian writing
  • the method can be used particularly advantageously for containers whose area to be marked / labeled deviates from a flat surface and is instead, for example, single or multiply curved.
  • the process can thus enable the design of attractive decorations without the use of additional packaging material in performance ranges that correspond to or at least come close to current decoration processes.
  • the depth of field can indicate a distance between the closest and the furthest point that is imaged or achieved with acceptable sharpness of the laser beam generated by the laser marking system.
  • the depth of field can also be referred to as depth of focus.
  • the depth of field can be specified in mm, for example.
  • the writing speed can be specified, for example, as a character writing speed (e.g. specified as characters per s) or as a feed speed/line writing speed (e.g. specified in mm per s).
  • the writing speed can depend on a configuration of the at least one marking head.
  • the writing speed can depend, for example, on a dynamic and speed of the drives of the at least one marking head.
  • the container spacing can indicate a distance between the container longitudinal axes/container vertical axes of directly consecutive/adjacent containers or between container peripheral surfaces of directly consecutive/adjacent containers that are transported by the container conveyor.
  • the container spacing can correspond to a pitch or a pitch distance of the container conveyor.
  • the container spacing can be a constant.
  • the container spacing can be specified, for example, in mm or as a mm range.
  • the container spacing can be, for example, between approx. 80 mm and approx. 400 mm.
  • the container spacing can be less than or equal to a maximum width of a marking field of the laser marking system.
  • the method may be a computer-aided method.
  • the at least one operating parameter can be determined in such a way or the container conveyor can be operated in dependence on the at least one determined operating parameter in such a way that the surface elements or surface sections of the respective container to be laser-marked are preferably positioned perpendicularly or with a maximum of +/-20 0 perpendicular deviation to the laser beam during a respective marking time when passing the laser marking system and the surface elements or surface sections are within the
  • the at least one target operating parameter has a target container transport speed or a target container transport speed profile (e.g. a speed profile including acceleration(s) and/or deceleration(s), e.g. time-dependent or path-dependent). This can advantageously be used to determine a maximum target container transport speed for the specified parameters, with which the greatest possible output and the desired quality of the laser markings can be achieved.
  • a target container transport speed or a target container transport speed profile e.g. a speed profile including acceleration(s) and/or deceleration(s), e.g. time-dependent or path-dependent.
  • the container conveyor is designed to rotate the containers during transport about a respective vertical axis of the containers, preferably by means of container holders, particularly preferably turntables, of the container conveyor. This can advantageously make it possible to enlarge the working window by appropriately rotating the containers.
  • the plurality of parameters further comprise a maximum container rotation speed or a maximum container rotation speed profile (e.g. course of a maximum rotation speed including acceleration(s) and/or deceleration(s), e.g. time-dependent or path-dependent) of the containers by means of the container conveyor, and/or the at least one target operating parameter comprises a target container rotation speed or a target container rotation speed profile (e.g. course of a rotation speed including acceleration(s) and/or deceleration(s), e.g. time-dependent or path-dependent) for rotating the containers about a respective vertical axis of the containers.
  • a target container rotation speed or a target container rotation speed profile e.g. course of a rotation speed including acceleration(s) and/or deceleration(s), e.g. time-dependent or path-dependent
  • a machine model (e.g. simulated and/or empirically determined) representing the device is used when determining the at least one target operating parameter.
  • the machine model can depict a kinematics of the container conveyor and a relative arrangement between the one or more marking heads of the laser marking system and the container conveyor.
  • the machine model for determining the target operating parameter can make it possible to determine or take into account a change (e.g. dependent on the container transport speed and optionally dependent on the container rotation speed) in the size of a working window that lies in a marking field of the laser marking system and within which a container marking is actually possible when the respective container moves past the marking field due to a geometry of the container, preferably to enable the working window to be maximized.
  • the target operating parameters for the container conveyor are determined on the basis of a mathematical model that contains, for example, all relevant data on the kinematics of the device, the geometric/structural situation, the laser's operating mode, the container topology and/or print image information.
  • Complex kinematics with superimposed movements of the containers e.g. feed and rotation around the vertical axis
  • topological details of the containers can also be taken into account.
  • the laser marking system has an adjustable focal length
  • the method further comprises determining a target focal length or a target focal length profile for the laser marking system depending on the multiple parameters, wherein the laser marking system is preferably operated depending on the determined target focal length or the determined target focal length profile when operating the device.
  • the possibility of adaptively adjusting the focal length advantageously opens up the possibility of using an additional factor to optimize the speed of the container conveyor or the device itself. For example, the (adaptive) change in the focal length can increase the working window and thus significantly increase the output without any loss of quality and the marking quality.
  • the machine model is used to determine the target focal length or the target focal length profile.
  • the plurality of parameters further comprise a dimension and/or a number of characters of a laser marking to be applied to the containers by the laser marking system, and/or the plurality of parameters further comprise information (e.g. direction, number and/or distance from one another) relating to at least one writing vector of the marking head(s) for a laser marking to be applied to the containers.
  • the mode of operation of the laser marking system can thus advantageously be taken into account when determining the target operating parameters.
  • the plurality of parameters further comprise a number of the plurality of marking heads, and/or the plurality of parameters further comprise a division of a laser marking to be applied to the containers by the laser marking system into a plurality of sections (e.g. horizontal sections, vertical sections or grid sections), wherein preferably each section is assigned to one of the plurality of marking heads.
  • a plurality of sections e.g. horizontal sections, vertical sections or grid sections
  • each section is assigned to one of the plurality of marking heads.
  • the plurality of parameters further comprise a pitch circle diameter of the container conveyor designed as a rotary conveyor, and/or the plurality of parameters further comprise information about a course of the container conveyor (e.g. information about a straight course or angle of curvature or pitch circle diameter).
  • a kinematics of the container conveyor can thus be mapped very precisely and taken into account when determining the target operating parameters, even if this kinematics is comparatively complex, such as in rotary conveyors with rotating container plates.
  • the plurality of parameters further comprise a position of the marking head or positions of the marking heads, preferably relative to the container conveyor.
  • the plurality of parameters further comprise a distance between the marking head and the containers transported by the container conveyor transversely to a container transport direction or distances between the plurality of marking heads and the containers transported by the container conveyor transversely to a container transport direction. This advantageously also allows the structural conditions to be mapped and taken into account.
  • the multiple parameters also include a container diameter, a container shape and/or a container contour of the container. This advantageously makes it possible to achieve quality and output-optimized results adapted to the container topology when determining the target operating parameter(s). Taking the container topology into account can also advantageously reduce losses in the quality of the laser marking and thus above all increase readability even on more complex container geometries.
  • the container conveyor has several independently movable movement devices for transporting the containers, preferably driven by a long stator linear motor drive or a planar motor drive.
  • the at least one target operating parameter has a target container transport speed profile. This also advantageously makes it possible to exploit the potential of independent mobility of the containers for performance and quality optimization.
  • the plurality of parameters further comprise at least one parameter detected during operation of the device by means of a preferably camera-based detection device and/or by means of the laser marking system, namely preferably a, preferably three-dimensional, container surface position of a container to be laser-marked; and/or a, preferably three-dimensional, container orientation of a container to be laser-marked; and/or a distance of a location to be laser-marked of a container to be laser-marked from a lens of the laser marking system.
  • the determination of the target operating parameters can therefore be advantageously adjusted in real time or carried out on the fly. This means that, for example, container-specific tolerances can be taken into account and dynamic laser markings - i.e. different contents from container to container - can also be made possible.
  • a further aspect relates to a device for laser marking (laser coding) containers.
  • the device has a container conveyor for transporting the containers and a laser marking system with at least one marking head which is arranged for laser marking the containers transported by the container conveyor.
  • the device also has a computer system (e.g. with an input device, a processing device and/or a control device) which is configured to carry out a method according to one of the preceding claims.
  • the device can achieve the same advantages as have already been described with reference to the method.
  • the device can be included in a container treatment plant for producing, cleaning, coating, testing, filling, closing, equipping and/or packaging containers for liquid media, preferably beverages or liquid foodstuffs.
  • a container treatment plant for producing, cleaning, coating, testing, filling, closing, equipping and/or packaging containers for liquid media, preferably beverages or liquid foodstuffs.
  • the containers can be designed as bottles, cans, canisters, cartons, flacons, etc.
  • control device and “processing device” can refer to electronics (e.g. designed as a driver circuit or with microprocessor(s) and data memory) which, depending on the design, can take on control tasks and/or regulation tasks and/or processing tasks. Even if the term “control” is used here, it can also appropriately include or mean “regulation” or “control with feedback” and/or “processing”.
  • control device and “processing device” can refer to electronics (e.g. designed as a driver circuit or with microprocessor(s) and data memory) which, depending on the design, can take on control tasks and/or regulation tasks and/or processing tasks. Even if the term “control” is used here, it can also appropriately include or mean “regulation” or “control with feedback” and/or “processing”.
  • Figure 1 is a schematic representation of an exemplary laser marking system
  • Figure 2 is a perspective view of an exemplary laser marking process
  • Figure 3 is a schematic representation of a method for operating a device for laser marking containers
  • Figure 4 shows a section of a visualization of an exemplary machine model
  • Figure 5 shows a section of a visualization of an exemplary machine model
  • Figure 6 shows a section of a visualization of an exemplary machine model
  • Figure 7 shows a section of a visualization (side view) of an exemplary machine model
  • Figure 8 shows a section of a visualization (top view) of an exemplary machine model.
  • Figure 1 shows a laser marking system 10 for laser marking containers 12.
  • the laser marking system 10 can also be referred to as a laser marking system, laser coding system or laser inscription system.
  • the laser marking system 10 can preferably be a CO2 laser marking system, a fiber laser marking system or a UV laser marking system.
  • the laser marking system 10 may comprise a laser source 14 and a marking head 16.
  • the laser source 14 can be designed as a laser tube, for example.
  • the laser tube can be sealed.
  • the laser tube can be filled with a gas, e.g. containing CO2, or a gas mixture, e.g. CO2-N2-He gas mixture.
  • Electrodes can also be arranged in the laser tube.
  • a supply unit can be connected to the electrodes (not shown in Figure 1).
  • the supply unit can supply the laser source 14 with electrical energy.
  • molecules, e.g. CO2 molecules in the laser tube can be excited to oscillate and thus to emit a laser beam.
  • the laser source 14 can also be referred to as an oscillator.
  • the laser beam generated by the laser source 14 can be guided or directed to the marking head 16 directly or via mirrors. It is possible that, for example, a so-called telescope for expanding the laser beam is arranged between the laser source 14 and the marking head 16.
  • the marking head 16 can preferably have two movable mirrors 18 and 22 and two drives 20 and 24.
  • the marking head 16 can also have a focusing lens 26.
  • the marking head 16 can also be referred to as a coding head, identification head or writing head.
  • the first drive 20 can rotate the first mirror 18 about a first axis (e.g. x-axis).
  • the first mirror 18 can also be referred to as a movable scanner mirror, e.g. X-scanner mirror.
  • the second drive 24 can rotate the second mirror 22 about a second axis (e.g. y-axis).
  • the second mirror 22 can also be referred to as a movable scanner mirror, e.g. Y-scanner mirror.
  • the first axis and the second axis can preferably run perpendicular to one another.
  • the mirrors 18, 22 moved by the drives 20, 24 can direct the laser beam according to the desired laser marking.
  • the laser beam can thus, for example, write over the surface of the container 12.
  • the laser beam can move over the surface of the container 12 within the marking field 32 (see Figure 2) which is assigned to the respective marking head 16.
  • the focusing lens 26 can also be referred to as a condenser lens.
  • the focusing lens 26 can be an F-Theta lens, for example.
  • the focusing lens 26 can be arranged inside or outside the marking head 16.
  • the laser marking system 10 can have a plurality of marking heads 16.
  • the plurality of marking heads 16 can, for example, be arranged side by side and/or one above the other. For example, two, three or more marking heads 16 can be included.
  • Each marking head 16 can be connected to its own laser source 14, which can emit a laser beam to the respective marking head 16. Accordingly, the laser marking system 10 can have multiple laser sources 14.
  • a beam distributor can be arranged between the laser source 14 and several marking heads 16.
  • the beam distributor can, for example, split a laser beam received from the laser source 14 into several laser beams and guide them to the several marking heads 16.
  • laser sources 14 can be of identical construction, for example. However, it is also possible for the laser sources 14 to be at least partially designed differently in order to be able to produce different effects (e.g. color effects) when laser marking the containers 12.
  • Figure 2 shows a purely schematic and exemplary device 28 for laser marking.
  • the part of the device 28 shown has a marking head 16.
  • the laser marking system 10 can also have several marking heads 16, etc.
  • the part of the device 28 shown also has a container conveyor 34.
  • the arrangement and design of the focusing lens 26 can define a so-called focusing field or lens field 30.
  • the lens field 30 can be two-dimensional.
  • the lens field 30 has a circular shape.
  • the lens field 30 can lie in a vertical plane.
  • the laser marking system 10 can be designed for laser marking within at least one so-called marking field 32.
  • the marking field 32 can be a section of the lens field 30.
  • the section or the marking field 32 can include all positions that the laser beam can reach through the movable mirror(s) of the marking head 16.
  • the laser marking system 10 can laser mark the area.
  • the laser marking system 10 can no longer laser mark the area.
  • a shape and a dimension of the marking field 32 depend on the mirrors 18, 22 and their mobility caused by the drives 20, 24 (see Figure 1).
  • the marking field 32 can be two-dimensional.
  • the marking field 32 can have a rectangular shape, preferably a square shape.
  • the marking field 32 can preferably lie in a vertical plane.
  • Each marking head 16 can form or define its own marking field 32 within the respective lens field 30.
  • Multiple marking fields 32 can be at least partially spaced apart from one another and/or at least partially adjacent to one another or overlap one another.
  • the laser marking system 10 can have an adjustable focal length.
  • the at least one focusing lens 26 and optionally the at least one marking head 16 can be adjustable by means of a preferably motorized adjustment device (not shown separately in Figure 2) in a horizontal plane in a direction perpendicular to a path of the container conveyor 34 and/or perpendicular to the transport direction T in order to adjust a focal length of the laser marking system 10. If there are several focusing lenses 26, these and optionally the associated marking heads 16 can be adjusted, for example, jointly or independently of one another by means of the adjustment device.
  • the container conveyor 34 is designed to transport containers 12.
  • the container conveyor 34 can transport the containers 12 in a transport direction T. Depending on the configuration of the container conveyor 34, it can transport the containers on a desired transport path.
  • the transport path can be, for example, a linear transport path or a curved or arched transport path.
  • the container conveyor 34 can be a rotary container conveyor (container conveyor carousel).
  • the laser marking system 10 can, for example, be arranged inside or outside the rotary container conveyor. It is also possible for the laser marking system 10 to be arranged partially inside and partially outside the rotary container conveyor.
  • the at least one laser source 14 can be arranged inside the rotary container conveyor and the at least one marking head 16 can be arranged outside the rotary container conveyor.
  • the container conveyor 34 can be a linear container conveyor, for example.
  • the laser marking system 10 can be arranged to the side of the linear container conveyor, for example.
  • the linear container conveyor can have, for example, a preferably rotating conveyor element for transporting the containers 12.
  • the linear container conveyor can be, for example, a belt, strap, chain or plate conveyor. It is also possible for the linear container conveyor to be designed as a long stator linear motor container conveyor or (magnetic) planar motor drive container conveyor, which can move the containers 12 independently of one another by means of movement devices (mover, shuttle).
  • the container conveyor 34 can support the containers 12 during transport, preferably on the bottom side, the circumference side and/or the mouth side.
  • the container conveyor 34 can have container holders 36 (only indicated schematically in Figure 2) for supporting the containers 12.
  • the container holders 36 can hold the containers 12 preferably in base handling or neck handling.
  • the container conveyor 34 does not have any separate container holders 36 and, for example, the containers 12 are simply supported on a preferably rotating conveyor element (e.g. belt, strap, chains or plates) of the container conveyor 34.
  • a preferably rotating conveyor element e.g. belt, strap, chains or plates
  • the container holders 36 can each support a container 12.
  • the container holders 36 can, for example, each have a container plate, a centering bell, a container clamp and/or an inflation device.
  • the container conveyor 34 can be designed to rotate the transported containers 12 about their own vertical axis.
  • the container holders 36 can be rotatable for rotating the containers 12 about their respective vertical axis.
  • the device 28 may further comprise a detection device 38.
  • the detection device 38 can be directed at the container conveyor 34 or at the containers 12 transported by the container conveyor 34.
  • the detection device 38 can be arranged upstream of the laser marking system 10 with respect to the transport direction T of the container conveyor 34 or can be integrated into the laser marking system 10.
  • the detection device 38 can, for example, have a camera device, an LED detection device or a laser detection device.
  • the detection device 38 can, for example, have a, preferably three-dimensional, container surface position, a, preferably three-dimensional, container orientation and/or a distance of a location to be laser-marked on a container 12 to be laser-marked from the focusing lens 26 of the laser marking system 10.
  • Figure 3 shows a purely schematic method for operating the device 28.
  • the method can be used, for example, when putting the device 28 into operation, when the device 28 is in operation and/or when the device 28 is converted (e.g. due to a change in container format).
  • various parameters can be specified.
  • the parameters can be specified using a user input device. It is also possible, for example, for the parameters to be received using a communication interface, e.g. from a server.
  • step S10 Particularly relevant parameters specified in step S10 are a depth of field of the laser marking system 10, a writing speed of the laser marking system 10 and a container distance between two consecutive containers 12 transported by the container conveyor 34.
  • further parameters can preferably be specified if desired.
  • the further parameters can, for example, include at least one of: a maximum container rotation speed or a maximum rotation speed profile of the containers 12 (for rotation about their own vertical axis) by means of the container conveyor 34 or the rotatable container holders 36; a maximum container transport speed of the container conveyor 34; a dimension and/or a number of characters of a laser marking to be applied to the containers 12 by the laser marking system 10 (e.g. laser inscription and/or laser decoration);
  • Information(s) about writing vectors of the marking head(s) 16 for a laser marking to be applied to the containers 12 e.g. laser inscription and/or laser decoration
  • a number of the multiple marking heads 16 a division of a laser marking to be applied to the containers 12 by the laser marking system 10 into a plurality of sections, wherein each section is preferably assigned to one of the multiple marking heads 16; a position of the marking head 16 or positions of the marking heads 16, preferably relative to the container conveyor 34; a container diameter, a container shape and/or a container contour of the containers 12; a, preferably three-dimensional, container surface position of a container 12 to be laser marked; a, preferably three-dimensional, container orientation of a container 12 to be laser marked; a distance of a point to be laser marked of a container 12 to be laser marked to a focusing lens 26 of the laser marking system 10; a desired angle of incidence at which a laser beam emitted by the laser marking system 10 is to strike a surface of the container 12.
  • the predetermined parameters can be processed to determine at least one target operating parameter for the device 28.
  • the at least one target operating parameter can have a target container transport speed or a target container transport speed profile/progression for the container conveyor 34 for transporting the containers 12 and/or a target container rotation speed or target container rotation speed profile for the container conveyor 34 for rotating the containers 12 about their respective vertical axis (e.g. by means of the container holders 36).
  • the at least one target operating parameter can also have, for example, a target focal length for the laser marking system 10.
  • the step S12 can be carried out, for example, by means of a computer-aided processing device, e.g. remotely or on-site in a container treatment plant with the device 28.
  • step S12 for example, predetermined algorithms, lookup tables, characteristic maps, characteristic curves, etc. can be used, which were determined, for example, empirically through tests and/or simulations.
  • a machine model of the device 28 or a machine model representing the device 28 can be used to determine the at least one target operating parameter.
  • the machine model is preferably a mathematical machine model.
  • the machine model can take into account a kinematics of the container conveyor 34 and a relative arrangement between the one or more marking heads 16 of the laser marking system 10 and the container conveyor 34.
  • the machine model can be a simulation model.
  • the machine model can contain all relevant data on the kinematics of the device 28, the geometric/structural situation of the device 28, the method of operation of the laser marking system 10, the container topology of the containers 12 and laser marking image information(s).
  • the machine model can be determined empirically through tests and/or simulations.
  • the machine model can be a Kl machine model that has, for example, an artificial neural network.
  • the Kl machine model can be supplied with training data for the initial training of the Kl machine model.
  • the training data can have several parameter sets with different values for the specified parameters as well as a suitable value, an optimal value and/or an unsuitable value for the at least one target operating parameter for the respective parameter set.
  • This training data for the initial training of the Kl machine model can be determined, e.g. read out, in tests, simulations and/or from historical operating data of other devices with container conveyors and laser marking systems. It is also possible for certain dependencies of the specified parameters on one another and/or certain basic conditions to be specified as training data.
  • the Kl machine model can also be self-learning during operation of the device 28, so that, for example, an entered user feedback or a manual or automatic evaluation of the quality of the laser markings on the containers based on recordings of the laser markings on the containers 12 is taken into account in connection with the stored, associated at least one target or actual operating parameter for the container conveyor 34 and/or the laser marking system 10.
  • the device 28 for laser marking the containers 12 can be operated by means of the laser marking system 10.
  • the container conveyor 34 can be operated depending on the determined target container transport speed or the determined target container transport speed profile and, if applicable, on the target container rotation speed or the determined target container transport speed profile determined in step S12.
  • the laser marking system 10 can, if applicable, be operated depending on the determined target focal length.
  • Figures 4ff show exemplary sections and visualizations of the machine model.
  • Figures 4 and 5 show a machine model with a representation of the laser marking system (marked with the reference numeral 10'), with representations of the containers (marked with the reference numeral 12'), a representation of the container conveyor (marked with the reference numeral 34') and, by way of example only in Figure 5, a representation of the container holders (marked with the reference numeral 36').
  • a depth of field DOF, a distance d between successive containers 12' and a writing speed of the laser marking system 10' can be specified in the machine model.
  • a pitch circle diameter t (see Figure 5) and/or a maximum container rotation speed of the container holders 36' (also see Figure 5) can also be specified in the machine model.
  • a target container transport speed can be determined from the specified parameters using the machine model. If the containers 12' can be moved independently of one another in the transport direction, e.g. by using a long stator linear motor drive or a planar motor drive, a target container transport speed profile can preferably be determined.
  • the target container transport speed profile can indicate a transport speed profile of the container in the transport direction as it moves past the laser marking system 10.
  • a target container rotation speed or a target container rotation speed profile for the rotatable container holders 36' can also be determined using the machine model.
  • the machine model can in particular enable a change in the size of a working window A (see Figures 4 and 5) that lies in a marking field 32 (see Figure 2) of the laser marking system 10 and within which a container marking is actually possible when the respective container 12 moves past the marking field 32 to be determined.
  • the change in size depends on the container transport speed and optionally depends on the container rotation speed.
  • Complex kinematics can also be taken into account in the machine model, e.g. if the containers 12' are modeled as being rotatable about their own vertical axis and the container conveyor 34' is modeled as a rotary conveyor.
  • the machine model can take into account the superposition between transport movement/feed movement, e.g. linear or on a circular path, and rotary movement of the containers 12'.
  • the laser marking system 10 has a (given) marking field 32 in which the laser beam can be moved via mirrors 18, 22.
  • the actual working window A of the laser marking system 10' is, however, smaller than this marking field 32 and can result from the writing speed of the laser marking system 10' and the available depth of field DOF.
  • a clever coordination of the (target) container transport speed and, if applicable, the (target) container rotation speed can lead to the laser marking system 10' being given more time within its marking field 32 and thus generating the largest possible working window A.
  • the working window A corresponds to the marking field 32. It is preferably to ensure that the working point of the laser marking system 10' remains in the depth of field.
  • the distance (e.g. machine pitch) d can also be selected such that the laser beam, after reaching the end of the working field, jumps as seamlessly as possible to the beginning of the working field of the next container 12 to be written on.
  • this distance d it is possible for this distance d to be variable, e.g. by using flexibly movable movement devices for moving the containers 12.
  • the machine model enables, by means of mathematical procedures, maximum values or maximum profiles for the target container transport speed or the target container transport port speed profile and, if applicable, the target container rotation speed or the target container rotation speed profile, taking into account the specified parameters, with which the desired laser marking is made possible.
  • the machine model can enable individual predefined parameters to be changed in order to determine their influence on the determination of the target container transport speed or the target container transport speed profile and, if applicable, the target container rotation speed or the target container rotation speed profile.
  • Figure 6 shows by way of example that the machine model can enable a modeling of a distribution of a laser marking L to be applied to the containers 12 between several marking heads 16.
  • the laser marking L can be divided into several (e.g. two or three) sections LI, L2 and L3.
  • the first section LI can be assigned to a first marking head 16 of the laser marking system 10.
  • the second section L2 can be assigned to a second marking head 16 of the laser marking system 10, etc.
  • the multiple sections LI, L2, L3 can be arranged one above the other or in rows.
  • the multiple sections LI, L2, L3 can extend parallel.
  • longitudinal axes of the multiple sections LI, L2, L3 can extend horizontally.
  • the multiple sections LI, L2, L3 can be arranged side by side or in columns (not shown in Figure 6).
  • the longitudinal axes of the multiple sections LI, L2, L3 can extend vertically, preferably parallel.
  • the multiple sections LI, L2, L3 are arranged in a grid, e.g. row-wise and column-wise, e.g. checkerboard-like (not shown in Figure 6).
  • the plurality of sections LI, L2, L3 can be formed such that no graphic characters or elements are separated at a boundary between two sections.
  • Figures 7 and 8 show by way of example that the machine model can also make it possible to take into account an adjustable focal length of the laser marking system 10.
  • Laser marking systems usually work with a flat field optics that enables a planar, non-curved focal plane at a defined distance from the laser marking system.
  • the distance between the laser marking system and this focal plane is the focal length.
  • the machine model can make it possible to take into account an adjustable focal length of the laser marking system 10.
  • the laser marking system 10 can preferably make it possible to dynamically change the focal length and thus the distance of the focal plane (or the focal field 30 - see Figure 2) similar to a zoom lens.
  • a target focal length can be determined in order to adapt the laser marking with the specified depth of field DOF (see Figures 4 and 5) to a topology of the containers 12.
  • the machine model can be used to output a target focal length depending on the distance of a specific point on the container surface from the laser marking system 10, with which the focus point can be controlled or regulated depending on, among other things, the container geometry and information about writing vectors (e.g. path of the writing process, direction, number, etc.) of the laser marking system.
  • This relationship can be applied to the entire working window A (see Figures 4 and 5), i.e. on a 2-dimensional plane.
  • a target focal length profile can also be determined, which can have different target focal lengths for laser marking that can be set one after the other (e.g. time- or path-dependent).
  • the determination of the target focal length or the target focal length profile and their application in the operation of the device 28 can be based, for example, on theoretical data (target container data) and/or data measured during operation (actual container data).
  • target container data data measured during operation
  • actual container data data measured during operation
  • geometry data relating to the container 12 to be laser-marked can be recorded in real time using the recording device 38 and/or the laser marking system 10 itself.
  • a distance to the surface of the container 12 to be written on can be recorded and the (optimal) target focal length or the (optimal) target focal length profile can then be automatically determined using the machine model and then adjusted during operation.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft u.a. ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung (28) mit einem Behälterförderer (34) und einem Lasermarkierungssystem (10) zum Lasermarkieren von Behältern (12). Das Verfahren weist ein Vorgeben mehrerer Parameter aufweisend eine Schärfentiefe (DOF) des Lasermarkierungssystems (10), eine Schreibgeschwindigkeit des Lasermarkierungssystems (10) und einen Behälterabstand (d) zwischen zwei aufeinanderfolgenden, von dem Behälterförderer (34) transportierten Behältern (12) auf. Das Verfahren weist ferner ein Ermitteln mindestens eines Soll-Betriebsparameters für den Behälterförderer (34) in Abhängigkeit von den mehreren vorgegebenen Parametern und ein Betreiben der Vorrichtung (28) zum Lasermarkieren der Behälter (12) mittels des Lasermarkierungssystems (10), wobei der Behälterförderer (34) in Abhängigkeit von dem mindestens einen ermittelten Soll-Betriebsparameter betrieben wird, auf.

Description

BESCHREIBUNG
Verfahren und Vorrichtung zum Lasermarkieren von Behältern
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung mit einem Behälterförderer und einem Lasermarkierungssystem. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Lasermarkieren von Behältern.
Technischer Hintergrund
Herkömmlich werden Behälter mehrheitlich mit Etiketten ausgestattet. Typische Varianten sind Papier- oder Kunststoffetiketten, welche mit Heiß- oder Kaltleim oder auch selbstklebend verarbeitet und auf die Behälter aufgebracht werden.
Etiketten können im Recyclingprozess problematisch sein, z. B. wegen der verwendeten Drucktinte, wasserfeste Papiere, Leim usw. Im Rahmen der weltweit zunehmenden Nachhaltigkeitsdiskussionen können hierbei verschiedene Technologie-inhärente Merkmale als nachteilig angesehen werden. Dazu können insbesondere die Verwendung von Kunststoffen zur Behälterdekoration, ein schlechter CO2- Footprint bei der Etikettenherstellung (v.a. Kunststoffe) über Logistik bis hin zur Applikation (v.a. Schrumpfsleeves) und eine eingeschränkte Recyclebarkeit in den üblichen Abfallströmen zählen. Analoge Punkte lassen sich auch bei den Direktbedruckungsverfahren nennen.
Im Prinzip ist es daher wünschenswert, komplett auf Etiketten zu verzichten. Erforderliche Informationen könnten bspw. direkt über ein Lasermarkierungssystem auf die Behälter markiert bzw. geschrieben werden. Eine solche Technik wird bspw. bereits zum Lasermarkieren einer Produktionsnummer oder eines Mindesthaltbarkeitsdatums genutzt. Beim Lasermarkieren kann durch den Laserstrahl und die damit auf der Oberfläche des Behälters entstehende Wärme eine physikalische Veränderung der Oberfläche des Behälters bewirkt werden (z. B. Weißbruch bei PET-Behältern), sodass gewünschte Zeichen auf die Oberfläche lasermarkiert werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Technik zum Lasermarkieren von Behältern zu schaffen, mit der sich vorzugsweise eine Qualität der Lasermarkierungen verbessern und eine Ausstoßleistung (=lasermarkierte Behälter pro h) vergrößern lässt.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung angegeben.
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung mit einem Behälterförderer und einem Lasermarkierungssystem aufweisend einen oder mehrere Markierköpfe zum Lasermarkieren von Behältern. Das Verfahren weist ein Vorgeben mehrerer Parameter aufweisend eine Schärfentiefe des Lasermarkierungssystems, eine Schreibgeschwindigkeit des Lasermarkierungssystems und einen Behälterabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden, von dem Behälterförderer transportierten Behältern (z. B. mittels einer Eingabeeinrichtung von einem Benutzer) auf. Das Verfahren weist ferner ein Ermitteln mindestens eines Soll-Betriebsparameters für den Behälterförderer in Abhängigkeit von den mehreren vorgegebenen Parametern (z. B. mittels einer Verarbeitungseinrichtung) auf. Das Verfahren weist ferner ein Betreiben der Vorrichtung zum Lasermarkieren der Behälter mittels des Lasermarkierungssystems, wobei der Behälterförderer in Abhängigkeit von dem mindestens einen ermittelten Soll-Betriebsparameter betrieben wird (z. B. mittels einer Steuereinrichtung), auf.
Vorteilhaft ermöglicht das Verfahren eine leistungs- und qualitätsoptimierte Lasermarkierung von Behältern. Im Gegensatz zu einer Einstellung des Behälterförderers, die lediglich von einer Schreibgeschwindigkeit und einem Behälterabstand abhängig ist, wird mit dem vorliegenden Verfahren zusätzlich die Schärfentiefe des Lasermarkierungssystems als besonders relevanter Parameter berücksichtigt. Dadurch kann beispielsweise eine Größe eines Arbeitsfeldes des Lasermarkierungssystems ermittelt werden, das abhängig von einem Betrieb des Behälterförderers (z. B. Behältertransportgeschwindigkeit und Behälterdrehgeschwindigkeit) veränderlich ist. Daneben kann auch die Qualität der Lasermarkierung (z. B. Schärfe und Lesbarkeit v.a. von feinen, beispielsweise asiatischen Schriften) vor allem bei komplexeren Behältergeometrien berücksichtigt werden, da die begrenzte Schärfentiefe des Lasermarkierungssystems berücksichtigt wird. Das Verfahren kann in diesem Zusammenhang besonders vorteilhaft bei Behältern angewendet werden, deren zu markierender / zu beschriftender Bereich von einer planen Fläche abweichend und stattdessen bspw. einfach oder mehrfach gekrümmt ist. Insgesamt kann das Verfahren damit die Gestaltung ansprechender Dekorationen ohne die Verwendung von zusätzlichem Verpackungsmaterial in Leistungsbereichen, die aktuellen Dekorationsverfahren entsprechen bzw. diesen zumindest nahekommen, ermöglichen. Vorzugsweise kann die Schärfentiefe (engl. DOF - depth of field) einen Abstand zwischen dem nächstgelegenen und dem am weitesten entfernten Punkt, die/der in akzeptabler Schärfe abgebildet bzw. erreicht wird, des vom Lasermarkierungssystem erzeugten Laserstrahls angeben. Die Schärfentiefe kann auch als Tiefenschärfe bezeichnet werden. Die Schärfentiefe kann bspw. in mm angegeben sein.
Bevorzugt kann die Schreibgeschwindigkeit beispielsweise als Zeichenschreibgeschwindigkeit (z. B. angegeben als Zeichen pro s) oder als Vorschubgeschwindigkeit/Linienschreibgeschwindigkeit (z. B. angegeben in mm pro s) angegeben sein. Die Schreibgeschwindigkeit kann abhängig von einer Konfiguration des mindestens einen Markierkopfes sein. Die Schreibgeschwindigkeit kann beispielsweise von einer Dynamik und Geschwindigkeit der Antriebe des mindestens einen Markierkopfes abhängen.
Beispielsweise kann der Behälterabstand einen Abstand zwischen den Behälterlängsachsen/Behälter- hochachsen von direkt aufeinanderfolgenden / benachbarten Behältern oder zwischen Behälterumfangsflächen von direkt aufeinanderfolgenden / benachbarten Behältern, die von dem Behälterförderer transportiert werden, angeben. Der Behälterabstand kann einer Teilung bzw. einem Teilungsabstand des Behälterförderers entsprechen. Bevorzugt kann der Behälterabstand eine Konstante sein. Es ist jedoch auch möglich, dass der Behälterabstand variabel ist, da die Behälter bspw. von Bewegungsvorrichtungen eines Langstator-Linearmotorantriebs oder eines (magnetischen) Planarmotorantriebs transportiert werden. Der Behälterabstand kann bspw. in mm oder als ein mm-Bereich angegeben sein. Der Behälterabstand kann bspw. zwischen rd. 80 mm und rd. 400 mm betragen.
Vorzugsweise kann der Behälterabstand kleiner oder gleich einer Maximalbreite eines Markierungsfeldes des Lasermarkierungssystems sein.
Vorzugsweise kann das Verfahren ein computergestütztes Verfahren sein.
Bevorzugt kann der mindestens eine Betriebsparameter derart ermittelt werden oder der Behälterförderer in Abhängigkeit von dem mindestens einen ermittelten Betriebsparameter derart betrieben werden, dass die zu lasermarkierenden Flächenelemente oder Flächenteilabschnitte des jeweiligen Behälters während einer jeweiligen Markierzeit bei einem Passierens des Lasermarkierungssystems vorzugsweise lotrecht oder mit maximal +/-200 lotrechter Abweichung zum Laserstrahl positioniert sind und sich die Flächenelemente oder Flächenteilabschnitte während des Lasermarkierens innerhalb der
Schärfentiefe befinden. In einem Ausführungsbeispiel weist der mindestens eine Soll-Betriebsparameter eine Soll-Behälter- transportgeschwindigkeit oder ein Soll-Behältertransportgeschwindigkeitsprofil (z. B. Verlauf einer Geschwindigkeit inkl. Beschleunigung(en) und/oder Verzögerung(en), z. B. zeitabhängig oder wegabhängig) auf. Vorteilhaft kann damit für die vorgegebenen Parameter eine maximale Soll-Behältertrans- portgeschwindigkeit ermittelt werden, mit der eine möglichst große Ausstoßleistung und die gewünschte Qualität der Lasermarkierungen erreicht werden kann.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Behälterförderer dazu ausgebildet, die Behälter während des Transports um eine jeweilige Hochachse der Behälter zu drehen, vorzugsweise mittels Behälterhalterungen, besonders bevorzugt Drehtellern, des Behälterförderers. Vorteilhaft kann dies ermöglichen, das Arbeitsfenster durch eine geeignete Drehung der Behälter zu vergrößern.
In einer Ausführungsform weisen die mehreren Parameter ferner eine Maximal-Behälterdrehge- schwindigkeit oder ein Maximal-Behälterdrehgeschwindigkeitsprofil (z. B. Verlauf einer Maximaldreh- geschwindigkeit inkl. Beschleunigung(en) und/oder Verzögerung(en), z. B. zeitabhängig oder wegabhängig) der Behälter mittels des Behälterförderers auf, und/oder der mindestens eine Soll-Betriebsparameter weist eine Soll-Behälterdrehgeschwindigkeit oder ein Soll-Behälterdrehgeschwindigkeitsprofil (z. B. Verlauf einer Drehgeschwindigkeit inkl. Beschleunigung(en) und/oder Verzögerung(en), z. B. zeitabhängig oder wegabhängig) zum Drehen der Behälter um eine jeweilige Hochachse der Behälter auf. Vorteilhaft kann damit eine Berücksichtigung der Behälterdrehung erfolgen, nämlich derart, dass unter deren Einbeziehung eine möglichst große Ausstoßleistung und die gewünschte Qualität der Lasermarkierungen erreicht werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform wird bei dem Ermitteln des mindestens einen Soll-Betriebsparameters ein (z. B. simulatives und/oder empirisch ermitteltes) die Vorrichtung repräsentierendes Ma- schinenmodell verwendet. Vorzugsweise kann das Maschinenmodell eine Kinematik des Behälterförderers und eine Relativanordnung zwischen dem einen oder den mehreren Markierköpfen des Lasermarkierungssystems und dem Behälterförderer abbilden. Alternativ oder zusätzlich kann das Maschi- nenmodell zum Ermitteln des Soll-Betriebsparameters ermöglichen, eine (z. B. behältertransportgeschwindigkeitsabhängige und optional behälterdrehgeschwindigkeitsabhängige) Veränderung einer Größe eines Arbeitsfensters, das in einem Markierfeld des Lasermarkierungssystems liegt und innerhalb dessen eine Behältermarkierung beim Vorbeibewegen des jeweiligen Behälters an dem Markierfeld aufgrund einer Geometrie der Behälter tatsächlich möglich ist, zu ermitteln oder zu berücksichtigen, vorzugsweise zum Ermöglichen eines Maximierens des Arbeitsfensters. Vorteilhaft kann somit auf Basis einer mathematischen Modellierung, die z. B. alle relevanten Daten zur Kinematik der Vorrichtung, zur geometrischen/baulichen Situation, zur Verfahrensweise des Lasers, zur Behältertopologie und/oder Druckbildinformation enthält, der Soll-Betriebsparameter für den Behälterförderer ermittelt werden. Hierbei können auch eine komplexe Kinematik mit überlagerten Bewegungen der Behälter (z. B. Vorschub und Drehung um Hochachse) sowie bspw. topologische Details der Behälter berücksichtigt werden.
In einer Ausführungsvariante weist das Lasermarkierungssystem eine anpassbare Brennweite auf, und das Verfahren weist ferner ein Ermitteln einer Soll-Brennweite oder eines Soll-Brennweitenprofils für das Lasermarkierungssystem in Abhängigkeit von den mehreren Parametern auf, wobei vorzugsweise bei dem Betreiben der Vorrichtung das Lasermarkierungssystem in Abhängigkeit von der ermittelten Soll-Brennweite oder des ermittelten Soll-Brennweitenprofils betrieben wird. Vorteilhaft eröffnet die Möglichkeit zur adaptiven Anpassung der Brennweite neben der Berücksichtigung der Behältertopologie beim Lasermarkieren zusätzlich die Möglichkeit, einen zusätzlichen Faktor zur Geschwindigkeitsoptimierung des Behälterförderers bzw. der Vorrichtung an sich zu nutzen. Beispielsweise kann durch die (adaptive) Veränderung der Brennweite das Arbeitsfenster vergrößert und damit die Ausstoßleistung ohne Qualitätseinbußen sowie die Markierungsqualität deutlich gesteigert werden.
In einer weiteren Ausführungsvariante wird beim Ermitteln der Soll-Brennweite oder des Soll-Brenn- weitenprofils das Maschinenmodell verwendet.
In einem Ausführungsbeispiel weisen die mehreren Parameter ferner eine Abmessung und/oder eine Zeichenanzahl einer von dem Lasermarkierungssystem auf die Behälter aufzubringenden Lasermarkierung auf, und/oder die mehreren Parameter weisen ferner eine Information (z. B. Richtung, Anzahl und/oder Abstand zueinander) bezüglich mindestens eines Schreibvektors des oder der Markierköpfe für eine auf die Behälter aufzubringende Lasermarkierung auf. Vorteilhaft kann somit die Betriebsweise des Lasermarkierungssystems beim Ermitteln der Soll-Betriebsparameter berücksichtigt werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel weisen die mehreren Parameter ferner eine Anzahl der mehreren Markierköpfe auf, und/oder die mehreren Parameter weisen ferner eine Unterteilung einer von dem Lasermarkierungssystem auf die Behälter aufzubringenden Lasermarkierung in mehrere Abschnitte (z. B. Horizontalabschnitte, Vertikalabschnitte oder Rasterabschnitte) auf, wobei vorzugsweise jeder Abschnitt jeweils einem der mehreren Markierköpfe zugeordnet ist. Vorteilhaft kann damit die Ausstoßleistung erheblich gesteigert werden, wobei die Ermittlung der Soll-Betriebsparameter vorteilhaft die Skalierbarkeit des Lasermarkierungssystems berücksichtigen kann.
In einer Ausführungsform weisen die mehreren Parameter ferner einen Teilkreisdurchmesser des als Rundläufer ausgeführten Behälterförderers auf, und/oder die mehreren Parameter weisen ferner eine Angabe über einen Verlauf des Behälterförderers auf (z. B. Angabe eines geradlinigen Verlaufs oder Krümmungswinkel oderTeilkreisdurchmesser). Vorteilhaft kann damit eine Kinematik des Behälterförderers sehr genau abgebildet und bei der Ermittlung der Soll-Betriebsparameter berücksichtigt werden, selbst wenn diese Kinematik vergleichsweise komplex ist, wie bspw. bei Rundläufern mit drehbaren Behältertellern.
In einer weiteren Ausführungsform weisen die mehreren Parameter ferner eine Position des Markierkopfes oder Positionen der Markierköpfe, vorzugsweise relativ zu dem Behälterförderer, auf. Alternativ oder zusätzlich weisen die mehreren Parameter ferner einen Abstand zwischen dem Markierkopf und den von dem Behälterförderer transportierten Behältern quer zu einer Behältertransportrichtung oder Abstände zwischen den mehreren Markierköpfen und den von dem Behälterförderer transportierten Behältern quer zu einer Behältertransportrichtung auf. Vorteilhaft können damit auch die baulichen Bedingungen abgebildet und berücksichtigt werden.
In einer Ausführungsvariante weisen die mehreren Parameter ferner einen Behälterdurchmesser, eine Behälterform und/oder eine Behälterkontur der Behälter auf. Vorteilhaft lassen sich somit an die Behältertopologie angepasste qualitäts- und ausstoßleistungsoptimierte Ergebnisse beim Ermitteln des oder der Soll-Betriebsparameter erzielen. Die Berücksichtigung der Behältertopologie kann zusätzlich vorteilhaft Einbußen bei der Qualität der Lasermarkierung reduzieren und damit v.a. die Lesbarkeit auch auf komplexeren Behältergeometrien erhöhen.
In einer Ausführungsvariante weist der Behälterförderer mehrere unabhängig voneinander bewegbare Bewegungsvorrichtungen zum Transportieren der Behälter auf, vorzugsweise angetrieben mittels eines Langstator-Linearmotorantriebs oder eines Planarmotorantriebs. Vorzugsweise weist der mindestens eine Soll-Betriebsparameter einen Soll-Behältertransportgeschwindigkeitsverlauf auf. Vorteilhaft können damit auch die Potenziale einer unabhängigen Bewegbarkeit der Behälter zur Leistungs- und Qualitätsoptimierung ausgeschöpft werden.
In einer weiteren Ausführungsvariante weisen die mehreren Parameter ferner mindestens einen während des Betriebs der Vorrichtung mittels einer, vorzugsweise kameragestützten, Erfassungseinrichtung und/oder mittels des Lasermarkierungssystems erfassten Parameter auf, nämlich vorzugsweise eine, bevorzugt dreidimensionale, Behälteroberflächenposition eines zu lasermarkierenden Behälters; und/oder eine, bevorzugt dreidimensionale, Behälterorientierung eines zu lasermarkierenden Behälters; und/oder einen Abstand einer zu lasermarkierenden Stelle eines zu lasermarkierenden Behälters zu einer Linse des Lasermarkierungssystems.
Vorteilhaft kann die Ermittlung der Soll-Betriebsparameter somit in Echtzeit anpassbar sein bzw. on- the-fly erfolgen. Dadurch können bspw. auch behälterindividuelle Toleranzen berücksichtigt und bspw. auch dynamische Lasermarkierungen - also z. B. von Behälter zu Behälter unterschiedliche Inhalte - ermöglicht werden.
Ein weiterer Aspekt betrifft eine Vorrichtung zum Lasermarkieren (Lasercodieren) von Behältern. Die Vorrichtung weist einen Behälterförderer zum Transportieren der Behälter und ein Lasermarkierungssystem mit mindestens einem Markierkopf, der zum Lasermarkieren der von dem Behälterförderer transportierten Behälter angeordnet ist, auf. Die Vorrichtung weist ferner ein Computersystem (z. B. mit einer Eingabeeinrichtung, einer Verarbeitungseinrichtung und/oder einer Steuereinrichtung) auf, das dazu konfiguriert ist, ein Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche auszuführen. Vorteilhaft können mit der Vorrichtung die gleichen Vorteile erzielt werden, die bereits unter Bezugnahme auf das Verfahren beschrieben wurden.
Vorzugsweise kann die Vorrichtung in einer Behälterbehandlungsanlage zum Herstellen, Reinigen, Beschichten, Prüfen, Abfüllen, Verschließen, Ausstatten und/oder Verpacken von Behältern für flüssige Medien, vorzugsweise Getränke oder flüssige Nahrungsmittel, umfasst sein.
Beispielsweise können die Behälter als Flaschen, Dosen, Kanister, Kartons, Flakons usw. ausgeführt sein.
Vorzugsweise können sich die Begriffe „Steuereinrichtung" und „Verarbeitungseinrichtung" auf eine Elektronik (z. B. ausgeführt als eine Treiberschaltung oder mit Mikroprozessor(en) und Datenspeicher) beziehen, die je nach Ausbildung Steuerungsaufgaben und/oder Regelungsaufgaben und/oder Verarbeitungsaufgaben übernehmen kann. Auch wenn hierin der Begriff „Steuern" verwendet wird, kann damit gleichsam zweckmäßig auch „Regeln" bzw. „Steuern mit Rückkopplung" und/oder „Verarbeiten" umfasst bzw. gemeint sein. Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar.
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der Figuren
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Lasermarkierungssystems;
Figur 2 eine perspektivische Darstellung eines beispielhaften Lasermarkiervorgangs;
Figur 3 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Betreiben einer Vorrichtung zum Lasermarkieren von Behältern;
Figur 4 einen Ausschnitt aus einer Visualisierung eines beispielhaften Maschinenmodells;
Figur 5 einen Ausschnitt aus einer Visualisierung eines beispielhaften Maschinenmodells;
Figur 6 einen Ausschnitt aus einer Visualisierung eines beispielhaften Maschinenmodells;
Figur 7 einen Ausschnitt aus einer Visualisierung (Seitenansicht) eines beispielhaften Maschinenmodells; und
Figur 8 einen Ausschnitt aus einer Visualisierung (Draufsicht) eines beispielhaften Maschinenmodells.
Die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen stimmen zumindest teilweise überein, so dass ähnliche oder identische Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und zu deren Erläuterung auch auf die Beschreibung der anderen Ausführungsformen bzw. Figuren verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden. Detaillierte
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en
Die Figur 1 zeigt ein Lasermarkierungssystem 10 zum Lasermarkieren von Behältern 12. Das Lasermarkierungssystem 10 kann auch als Laserkennzeichnungssystem, Lasercodiersystem oder Laserbeschriftungssystem bezeichnet werden. Bevorzugt kann das Lasermarkierungssystem 10 ein CO2-Lasermar- kierungssystem, ein Faser-Lasermarkierungssystem oder ein UV-Lasermarkierungssystem sein.
Bevorzugt kann das Lasermarkierungssystem 10 eine Laserquelle 14 und einen Markierkopf 16 aufweisen.
Die Laserquelle 14 kann beispielsweise als eine Laserröhre ausgeführt sein. Die Laserröhre kann versiegelt sein. Die Laserröhre kann mit einem Gas, z. B. aufweisend CO2, oder Gasgemisch, z. B. CO2-N2- He-Gasgemisch, gefüllt sein. In der Laserröhre können ebenfalls Elektroden angeordnet sein. An die Elektroden kann eine Versorgungseinheit angeschlossen sein (nicht dargestellt in Figur 1). Die Versorgungseinheit kann die Laserquelle 14 mit elektrischer Energie versorgen. Mittels einer bspw. Hochfrequenten Spannung können Moleküle, z. B. CO2-Moleküle, in der Laserröhre zum Schwingen und damit zum Aussenden eines Laserstrahls angeregt werden. Die Laserquelle 14 kann auch als Oszillator bezeichnet werden.
Der von der Laserquelle 14 erzeugte Laserstrahl kann direkt oder über Spiegel zu dem Markierkopf 16 geleitet oder gelenkt werden. Es ist möglich, dass zwischen der Laserquelle 14 und dem Markierkopf 16 beispielsweise ein sogenanntes Teleskop zum Aufweiten des Laserstrahls angeordnet ist.
Der Markierkopf 16 kann vorzugsweise zwei bewegbare Spiegel 18 und 22 sowie zwei Antriebe 20 und 24 aufweisen. Der Markierkopf 16 kann ferner eine Fokussierlinse 26 aufweisen. Der Markierkopf 16 kann auch als Codierkopf, Kennzeichnungskopf oder Schreibkopf bezeichnet werden.
Der erste Antrieb 20 kann den ersten Spiegel 18 um eine erste Achse (z. B. x-Achse) drehen. Der erste Spiegel 18 kann bspw. auch als beweglicher Scanner-Spiegel, z. B. X-Scanner-Spiegel, bezeichnet werden. Der zweite Antrieb 24 kann den zweiten Spiegel 22 um eine zweite Achse (z. B. y-Achse) drehen. Der zweite Spiegel 22 kann bspw. auch als beweglicher Scanner-Spiegel, z. B. Y-Scanner-Spiegel, bezeichnet werden. Die erste Achse und die zweite Achse können bevorzugt senkrecht zueinander verlaufen.
Die durch die Antriebe 20, 24 bewegten Spiegel 18, 22 können den Laserstrahl, entsprechend der gewünschten Lasermarkierung lenken. Der Laserstrahl kann sich dadurch bspw. schreibend über die Oberfläche des Behälters 12 bewegen. Bevorzugt kann sich der Laserstrahl innerhalb des Markierungsfeldes 32 (siehe Figur 2), das dem jeweiligen Markierkopf 16 zugeordnet ist, über die Oberfläche des Behälters 12 bewegen.
Bevor der Laserstrahl auf die Oberfläche des Behälters 12 trifft, kann er noch mittels der Fokussierlinse 26 fokussiert werden. Die Fokussierlinse 26 kann auch als Kondensorlinse bezeichnet werden. Die Fokussierlinse 26 kann beispielsweise eine F-Theta-Linse sein. Je nach Konfiguration kann die Fokussierlinse 26 innerhalb oder außerhalb des Markierkopfes 16 angeordnet sein.
Es ist möglich, dass das Lasermarkierungssystem 10 mehrere Markierköpfe 16 aufweist. Die mehreren Markierköpfe 16 können bspw. seitlich nebeneinander und/oder übereinander angeordnet sein. Beispielsweise können zwei, drei oder mehr Markierköpfe 16 umfasst sein.
Jeder Markierkopf 16 kann mit einer eigenen Laserquelle 14 verbunden sein, die einen Laserstrahl zu dem jeweiligen Markierkopf 16 aussenden kann. Entsprechend kann das Lasermarkierungssystem 10 mehrere Laserquellen 14 aufweisen.
Es ist auch möglich, dass mehrere Markierköpfe 16 ihren jeweiligen Laserstrahl von derselben Laserquelle 14 empfangen. Beispielsweise kann ein Strahlverteiler zwischen der Laserquelle 14 und mehreren Markierköpfen 16 angeordnet sein. Der Strahlverteiler kann beispielsweise einen von der Laserquelle 14 empfangenen Laserstrahl in mehrere Laserstrahlen teilen und diese zu den mehreren Markierköpfen 16 leiten.
Sofern mehrere Laserquellen 14 umfasst sind, können diese bspw. baugleich ausgeführt sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die Laserquellen 14 zumindest teilweise unterschiedlich ausgeführt sind, um unterschiedliche Effekte (z. B. Farbeffekte) beim Lasermarkieren der Behälter 12 bewirken zu können.
Die Figur 2 zeigt rein schematisch und beispielhaft eine Vorrichtung 28 zum Lasermarkieren. Der dargestellte Teil der Vorrichtung 28 weist einen Markierkopf 16 auf. Wie bereits erwähnt, kann das Lasermarkierungssystem 10 auch mehrere Markierköpfe 16 usw. aufweisen. Der dargestellte Teil der Vorrichtung 28 weist ferner einen Behälterförderer 34 auf.
Die Anordnung und Ausbildung der Fokussierlinse 26 kann ein sogenanntes Fokussierfeld oder Linsenfeld (engl. lens field) 30 vorgeben. Das Linsenfeld 30 kann zweidimensional sein. Beispielsweise kann das Linsenfeld 30 eine Kreisform aufweisen. Bevorzugt kann das Linsenfeld 30 in einer Vertikalebene liegen.
Das Lasermarkierungssystem 10 kann zum Lasermarkieren innerhalb mindestens eines sogenannten Markierungsfeldes (engl. marking field) 32 ausgebildet sein.
Das Markierungsfeld 32 kann ein Abschnitt des Linsenfeldes 30 sein. Der Abschnitt bzw. das Markie- rungsfeld 32 kann alle Positionen umfassen, die der Laserstrahl durch den oder die bewegbaren Spiegel des Markierkopfes 16 erreichen kann. Bei Eintritt eines Bereichs des Behälters 12 in das Markierungsfeld 32 kann das Lasermarkierungssystem 10 den Bereich lasermarkieren. Bei Austritt des Bereichs des Behälters 12 aus dem Markierungsfeld 32 kann das Lasermarkierungssystem 10 den Bereich nicht mehr lasermarkieren.
Eine Form und eine Abmessung des Markierungsfeldes 32 ist abhängig von den Spiegeln 18, 22 und deren durch die Antriebe 20, 24 bewirkten Bewegbarkeit (siehe Figur 1). Das Markierungsfeld 32 kann zweidimensional sein. Beispielsweise kann das Markierungsfeld 32 eine Rechteckform, vorzugsweise eine Quadratform, aufweisen. Bevorzugt kann das Markierungsfeld 32 in einer Vertikalebene liegen.
Jeder Markierkopf 16 kann sein eigenes Markierungsfeld 32 innerhalb des jeweiligen Linsenfeldes 30 bilden bzw. definieren. Mehrere Markierungsfelder 32 können zumindest teilweise beabstandet voneinander sein und/oder zumindest teilweise aneinander angrenzen oder einander überlappen.
Es ist möglich, dass das Lasermarkierungssystem 10 eine anpassbare Brennweite aufweist. Beispielsweise kann die mindestens eine Fokussierlinse 26 und optional der mindestens eine Markierkopf 16 mittels einer, vorzugsweise motorischen, Verstelleinrichtung (nicht gesondert in Figur 2 dargestellt) in einer Horizontalebene in einer Richtung senkrecht zu einem Verlauf des Behälterförderers 34 und/oder senkrecht zu der Transportrichtung T verstellbar sein, um eine Brennweite des Lasermarkierungssystems 10 anzupassen. Bei mehreren Fokussierlinsen 26 sind diese und optional die zugeordneten Markierköpfe 16 beispielsweise gemeinsam oder unabhängig voneinander mittels der Verstelleinrichtung verstellbar.
Es ist auch möglich, dass in dem Lasermarkierungssystem 10 zusätzlich eine Laserabtastfunktionalität integriert ist, mit der sich eine Behältertopologie der Behälter 12 erfassen lässt. Der Behälterförderer 34 ist zum Transportieren von Behältern 12 ausgeführt. Der Behälterförderer 34 kann die Behälter 12 in einer Transportrichtung T transportieren. Je nach Konfiguration des Behälterförderers 34 kann dieser die Behälter auf einer gewünschten Transportbahn transportieren. Die Transportbahn kann beispielsweise eine lineare Transportbahn oder eine gekrümmte oder bogenförmige Transportbahn sein.
Beispielsweise kann der Behälterförderer 34 ein Rundläufer-Behälterförderer (Behälterfördererkarussell) sein. Das Lasermarkierungssystem 10 kann beispielsweise innenliegend oder außenliegend von dem Rundläufer-Behälterförderer angeordnet sein. Es ist auch möglich, dass das Lasermarkierungssystem 10 teilweise innenliegend und teilweise außenliegend von dem Rundläufer-Behälterförderer angeordnet ist. Beispielsweise kann die mindestens eine Laserquelle 14 innenliegend von dem Rundläufer-Behälterförderer angeordnet sein, und der mindestens eine Markierkopf 16 kann außenliegend von dem Rundläufer-Behälterförderer angeordnet sein.
Alternativ kann der Behälterförderer 34 beispielsweise ein Linear-Behälterförderer sein. Das Lasermarkierungssystem 10 kann beispielsweise seitlich neben dem Linear-Behälterförderer angeordnet sein. Der Linear-Behälterförderer kann beispielsweise ein, vorzugsweise umlaufendes, Förderelement zum Transportieren der Behälter 12 aufweisen. Der Linear-Behälterförderer kann beispielsweise ein Band-, Gurt-, Riemen-, Ketten- oder Plattenförderer sein. Es ist auch möglich, dass der Linear-Behälterförderer als ein Langstator-Linearmotor-Behälterförderer oder (magnetischer) Planarmotor-Antrieb-Behäl- terförderer ausgeführt ist, der die Behälter 12 mittels Bewegungsvorrichtungen (mover, shuttle) unabhängig voneinander bewegen kann.
Der Behälterförderer 34 kann die Behälter 12 beim Transportieren, vorzugsweise bodenseitig, umfangsseitig und/oder mündungsseitig, abstützen. Der Behälterförderer 34 kann Behälterhalterungen 36 (nur schematisch in Figur 2 angedeutet) zum Abstützen der Behälter 12 aufweisen. Die Behälterhalterungen 36 können die Behälter 12 vorzugsweise im Basehandling oder Neckhandling halten.
Es ist möglich, dass der Behälterförderer 34 keine gesonderten Behälterhalterungen 36 aufweist und bspw. die Behälter 12 einfach auf einem, vorzugsweise umlaufenden, Förderelement (z. B. Band, Gurt, Riemen, Ketten oder Platten) des Behälterförderers 34 abgestützt sind.
Beispielsweise können die Behälterhalterungen 36 jeweils einen Behälter 12 abstützen. Die Behälterhalterungen 36 können beispielsweise jeweils einen Behälterteller, eine Zentrierglocke, eine Behälterklammer und/oder eine Aufblasvorrichtung aufweisen. Bevorzugt kann der Behälterförderer 34 dazu ausgebildet sein, die transportierten Behälter 12 jeweils um eine eigene Hochachse zu drehen. Vorzugsweise können die Behälterhalterungen 36 zum Drehen der Behälter 12 um deren jeweilige Hochachse drehbar sein.
Optional kann die Vorrichtung 28 ferner eine Erfassungseinrichtung 38 aufweisen.
Die Erfassungseinrichtung 38 kann auf den Behälterförderer 34 bzw. auf die von dem Behälterförderer 34 transportierten Behälter 12 gerichtet sein. Die Erfassungseinrichtung 38 kann bezüglich der Transportrichtung T des Behälterförderers 34 stromaufwärts von dem Lasermarkierungssystem 10 angeordnet sein oder in dem Lasermarkierungssystem 10 integriert sein. Die Erfassungseinrichtung 38 kann bspw. eine Kameravorrichtung, eine LED-Erfassungsvorrichtung oder eine Lasererfassungsvorrichtung aufweisen.
Die Erfassungseinrichtung 38 kann beispielsweise eine, bevorzugt dreidimensionale, Behälteroberflächenposition, eine, bevorzugt dreidimensionale, Behälterorientierung und/oder einen Abstand einer zu lasermarkierenden Stelle eines zu lasermarkierenden Behälters 12 zu der Fokussierlinse 26 des Lasermarkierungssystems 10 aufweisen.
Die Figur 3 zeigt rein schematisch ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung 28. Das Verfahren kann beispielsweise bei einer Inbetriebnahme der Vorrichtung 28, im Betrieb der Vorrichtung 28 und/oder bei einer (z. B. behälterformatbedingten) Umrüstung der Vorrichtung 28 angewendet werden.
In einem Schritt S10 können verschiedene Parameter vorgegeben werden. Bevorzugt können die Parameter mittels einer Benutzereingabevorrichtung vorgegeben werden. Es ist beispielsweise auch möglich, dass die Parameter mittels einer Kommunikationsschnittstelle, z. B. von einem Server, empfangen werden.
Als besonders relevante Parameter werden im Schritt S10 eine Schärfentiefe des Lasermarkierungssystems 10, eine Schreibgeschwindigkeit des Lasermarkierungssystems 10 und ein Behälterabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden, von dem Behälterförderer 34 transportierten Behältern 12 vorgegeben.
Abhängig von einer Ausführung des Behälterförderers 34 und des Lasermarkierungssystems 10 können vorzugsweise weitere Parameter vorgegeben werden, wenn gewünscht. Die weiteren Parameter können beispielsweise mindestens eines aufweisen von: eine Maximal-Behälterdrehgeschwindigkeit oder ein Maximaldrehgeschwindigkeitsprofil der Behälter 12 (zum Drehen um die jeweils eigene Hochachse) mittels des Behälterförderers 34 bzw. der drehbaren Behälterhalterungen 36; eine Maximai-Behältertransportgeschwindigkeit des Behälterförderers 34; eine Abmessung und/oder eine Zeichenanzahl einer von dem Lasermarkierungssystem 10 auf die Behälter 12 aufzubringenden Lasermarkierung (z. B. Laserbeschriftung und/oder Laserdekorierung);
Information(en) über Schreibvektoren des oder der Markierköpfe 16 für eine auf die Behälter 12 aufzubringende Lasermarkierung (z. B. Laserbeschriftung und/oder Laserdekorierung); eine Anzahl der mehreren Markierköpfe 16; eine Unterteilung einer von dem Lasermarkierungssystem 10 auf die Behälter 12 aufzubringenden Lasermarkierung in mehrere Abschnitte, wobei vorzugsweise jeder Abschnitt jeweils einem der mehreren Markierköpfe 16 zugeordnet ist; eine Position des Markierkopfes 16 oder Positionen der Markierköpfe 16, vorzugsweise relativ zu dem Behälterförderer 34; einen Behälterdurchmesser, eine Behälterform und/oder eine Behälterkontur der Behälter 12; eine, bevorzugt dreidimensionale, Behälteroberflächenposition eines zu lasermarkierenden Behälters 12; eine, bevorzugt dreidimensionale, Behälterorientierung eines zu lasermarkierenden Behälters 12; einen Abstand einer zu lasermarkierenden Stelle eines zu lasermarkierenden Behälters 12 zu einer Fokussierlinse 26 des Lasermarkierungssystems 10; ein Soll-Einfallwinkel, mit dem ein von dem Lasermarkierungssystem 10 ausgestrahlter Laserstrahl auf eine Oberfläche des Behälters 12 treffen soll.
In einem Schritt S12 können die vorgegebenen Parameter zum Ermitteln mindestens eines Soll-Betriebsparameters für die Vorrichtung 28 verarbeitet werden. Beispielsweise kann der mindestens eine Soll-Betriebsparameter eine Soll-Behältertransportgeschwindigkeit oder einen Soll-Behältertransport- geschwindigkeitsprofil/-verlauf für den Behälterförderer 34 zum Transportieren der Behälter 12 und/oder eine Soll-Behälterdrehgeschwindigkeit oder Soll-Behälterdrehgeschwindigkeitsprofil für den Behälterförderer 34 zum Drehen der Behälter 12 um deren jeweilige Hochachse (z. B. mittels der Behälterhalterungen 36) aufweisen. Der mindestens eine Soll-Betriebsparameter kann bspw. auch eine Soll-Brennweite für das Lasermarkierungssystem 10 aufweisen. Der Schritt S12 kann beispielsweise mittels einer computergestützten Verarbeitungseinrichtung durchgeführt ferner, z. B. Remote oder vor Ort in einer Behälterbehandlungsanlage mit der Vorrichtung 28.
Zum Ermitteln des mindestens einen Soll-Betriebsparameters im Schritt S12 können bspw. vorgegebene Algorithmen, Nachschlagetabellen, Kennfelder, Kennlinien usw. verwendet werden, die bspw. empirisch durch Versuche und/oder simulativ ermittelt wurden.
Besonders bevorzugt kann in dem Schritt S12 ein Maschinenmodell der Vorrichtung 28 bzw. ein die Vorrichtung 28 repräsentierendes Maschinenmodell zum Ermitteln des mindestens einen Soll-Betriebsparameters verwendet werden.
Das Maschinenmodell ist vorzugsweise ein mathematisches Maschinenmodell. Das Maschinenmodell kann eine Kinematik des Behälterförderers 34 und eine Relativanordnung zwischen dem einen oder den mehreren Markierköpfen 16 des Lasermarkierungssystems 10 und dem Behälterförderer 34 berücksichtigen. Das Maschinenmodell kann ein Simulationsmodell sein. Bevorzugt kann das Maschinenmodell alle relevanten Daten zur Kinematik der Vorrichtung 28, zur geometrischen/baulichen Situation der Vorrichtung 28, zur Verfahrensweise des Lasermarkierungssystems 10, zur Behältertopologie der Behälter 12 und Lasermarkierbildinformation(en) enthalten.
Vorzugsweise kann das Maschinenmodell empirisch durch Versuche und/oder simulativ ermittelt werden.
Es ist auch möglich, dass das Maschinenmodell ein Kl-Maschinenmodell ist, das bspw. ein künstliches neuronales Netz aufweist. Das Kl-Maschinenmodell kann mit Trainingsdaten zum initialen Trainieren des Kl-Maschinenmodells versorgt werden. Die Trainingsdaten können mehrere Parametersätze mit unterschiedlichen Werten für die vorgegebenen Parameter sowie einen geeigneten Wert, einen optimalen Wert und/oder einen ungeeigneten Wert für den mindestens einen Soll-Betriebsparameter für den jeweiligen Parametersatz aufweisen. Diese Trainingsdaten zum initialen Trainieren des Kl-Maschi- nenmodells können beispielsweise in Versuchen, Simulationen und/oder aus historischen Betriebsdaten anderer Vorrichtungen mit Behälterförderer und Lasermarkierungssystem ermittelt, z. B. ausgelesen, werden. Es ist auch möglich, dass als Trainingsdaten bestimmte Abhängigkeiten der vorgegebenen Parameter untereinander und/oder bestimmte Grundbedingungen vorgegeben werden. Das Kl- Maschinenmodell kann auch im Betrieb der Vorrichtung 28 selbstlernend sein, sodass bspw. ein eingegebenes Nutzerfeedback oder eine manuelle oder automatische Auswertung einer Qualität der Lasermarkierungen auf den Behältern auf Basis von Aufnahmen der Lasermarkierungen auf den Behältern 12 in Zusammenhang mit dem gespeicherten, zugehörigen mindestens einen Soll- bzw. Ist-Betriebspa- rameter für den Behälterförderer 34 und/oder das Lasermarkierungssystem 10 berücksichtigt wird.
In einem Schritt S14 kann die Vorrichtung 28 zum Lasermarkieren der Behälter 12 mittels des Lasermarkierungssystems 10 betrieben werden. Der Behälterförderer 34 kann in Abhängigkeit von der ermittelten Soll-Behältertransportgeschwindigkeit oder dem ermittelten Soll-Behältertransportge- schwindigkeitsprofil und ggf. von der im Schritt S12 ermittelten Soll-Behälterdrehgeschwindigkeit oder dem ermittelten Soll-Behältertransportgeschwindigkeitsprofil betrieben werden. Das Lasermarkierungssystem 10 kann ggf. in Abhängigkeit von der ermittelten Soll-Brennweite betrieben werden.
Für das besonders bevorzugte Ausführungsbeispiel mit der Verwendung des Maschinenmodells im Schritt S12 zeigen die Figuren 4ff beispielhaft Ausschnitte und Visualisierungen des Maschinenmodells.
Die Figuren 4 und 5 zeigen ein Maschinenmodell mit einer Repräsentation des Lasermarkierungssystems (gekennzeichnet mit dem Bezugszeichen 10'), mit Repräsentationen der Behälter (gekennzeichnet mit dem Bezugszeichen 12'), einer Repräsentation des Behälterförderers (gekennzeichnet mit dem Bezugszeichen 34') und, beispielhaft nur in Figur 5, einer Repräsentation der Behälterhalterungen (gekennzeichnet mit den Bezugszeichen 36').
Im Maschinenmodell können eine Schärfentiefe DOF, ein Abstand d zwischen einander nachfolgenden Behältern 12' sowie eine Schreibgeschwindigkeit des Lasermarkierungssystems 10' vorgegeben werden. Vorzugsweise kann im Maschinenmodell noch ein Teilkreisdurchmesser t (siehe Figur 5) und/oder eine Maximalbehälterdrehgeschwindigkeit der Behälterhalterungen 36' (siehe ebenfalls Figur 5) vorgegebenen werden.
Aus den vorgegebenen Parametern kann mit dem Maschinenmodell eine Soll-Behältertransportge- schwindigkeit ermittelt werden. Sofern die Behälter 12' unabhängig voneinander in der Transportrichtung bewegbar sind, z. B. durch Verwendung eines Langstator-Linearmotorantriebs oder eines Planarmotorantriebs, kann vorzugweise ein Soll-Behältertransportgeschwindigkeitsprofil ermittelt werden. Der Soll-Behältertransportgeschwindigkeitsverlauf kann einen Transportgeschwindigkeitsverlauf des Behälters in der Transportrichtung beim Vorbeibewegen an dem Lasermarkierungssystem 10 angeben. Bevorzugt kann mit dem Maschinenmodell ebenfalls eine Soll-Behälterdrehgeschwindigkeit oder ein Soll-Behälterdrehgeschwindigkeitsprofil für die drehbaren Behälterhalterungen 36' ermittelt werden. Beim Ermitteln der Soll-Behältertransportgeschwindigkeit kann das Maschinenmodell insbesondere ermöglichen, dass eine Größenveränderung eines Arbeitsfensters A (siehe Figuren 4 und 5), das in einem Markierfeld 32 (siehe Figur 2) des Lasermarkierungssystems 10 liegt und innerhalb dessen eine Behältermarkierung beim Vorbeibewegen des jeweiligen Behälters 12 an dem Markierfeld 32 tatsächlich möglich ist, ermittelt wird. Die Größenveränderung ist behältertransportgeschwindigkeitsabhängig und optional behälterdrehgeschwindigkeitsabhängig.
Im Maschinenmodell kann auch eine komplexe Kinematik berücksichtigt werden, z. B. wenn die Behälter 12' als drehbar um deren jeweils eigene Hochachse modelliert werden und der Behälterförderer 34' als Rundläufer modelliert wird. Das Maschinenmodell kann die Überlagerung zwischen Transport- bewegung/Vorschubbewegung, z. B. linear oder auf einer Kreisbahn, und Drehbewegung der Behälter 12' berücksichtigen.
Wie bereits unter Bezugnahme auf Figur 2 erläutert, weist das Lasermarkierungssystem 10 ein (gegebenes) Markierfeld 32 auf, in dem der Laserstrahl über Spiegel 18, 22 bewegt werden kann. Das tatsächliche Arbeitsfenster A des Lasermarkierungssystems 10' ist jedoch kleiner als dieses Markierungsfeld 32 und kann sich aus der Schreibgeschwindigkeit des Lasermarkierungssystems 10' und der verfügbaren Schärfentiefe DOF ergeben. Eine geschickte Abstimmung der (Soll-) Behältertransportgeschwindigkeit und ggf. der (Soll-) Behälterdrehgeschwindigkeit kann dazu führen, dem Lasermarkierungssystem 10' mehr Zeit innerhalb seines Markierungsfeldes 32 zu geben und damit ein größtmögliches Arbeitsfenster A zu generieren. In der Folge kann bei gleicher Schreibgeschwindigkeit eine (Aus- stoß-)Leistung (=lasermarkierte Behälter pro Stunde) der Vorrichtung 28 erhöht werden. Vorzugsweise entspricht durch die geschickte Bewegungsabstimmung das Arbeitsfenster A dem Markierungsfeld 32. Dabei ist vorzugsweise sicherzustellen, dass der Arbeitspunkt des Lasermarkierungssystem 10' im Schärfentiefe-Feld bleibt.
Vorzugsweise kann zudem der Abstand (z. B. Maschinenteilung) d so gewählt sein, dass der Laserstrahl nach Erreichen des Arbeitsfeld-Endes möglichst nahtlos zum Arbeitsfeld-Anfang des nächsten zu beschreibenden Behälters 12 springt. Wie erwähnt, ist es möglich, dass dieser Abstand d variabel, z. B. durch den Einsatz von flexibel bewegbaren Bewegungsvorrichtungen zum Bewegen der Behälter 12.
Es ist möglich, dass das Maschinenmodell mittels mathematischer Verfahren ermöglicht, Maximalwerte bzw. Maximalprofile für die Soll-Behältertransportgeschwindigkeit oder das Soll-Behältertrans- portgeschwindigkeitsprofil und ggf. die Soll-Behälterdrehgeschwindigkeit oder das Soll-Behälterdreh- geschwindigkeitsprofil unter Berücksichtigung der vorgegebenen Parameter zu ermitteln, mit denen das gewünschte Lasermarkieren ermöglicht wird.
Es ist auch möglich, dass das Maschinenmodell ermöglicht, einzelne der vorgegebenen Parameter zu verändern, um deren Einfluss auf die Ermittlung der Soll-Behältertransportgeschwindigkeit oder des Soll-Behältertransportgeschwindigkeitsprofils und ggf. der Soll-Behälterdrehgeschwindigkeit oder des Soll-Behälterdrehgeschwindigkeitsprofils zu ermitteln.
Die Figur 6 zeigt beispielhaft, dass das Maschinenmodell eine Modellierung einer Aufteilung einer auf die Behälter 12 aufzubringenden Lasermarkierung L auf mehrere Markierköpfe 16 ermöglichen kann.
Beispielsweise kann die Lasermarkierung L in mehrere (z. B. zwei oder drei) Abschnitte LI, L2 und L3 aufgeteilt werden. Der erste Abschnitt LI kann einem ersten Markierkopf 16 des Lasermarkierungssystems 10 zugeordnet sein. Der zweite Abschnitt L2 kann einem zweiten Markierkopf 16 des Lasermarkierungssystems 10 zugeordnet sein, usw.
Bevorzugt können die mehreren Abschnitte LI, L2, L3 übereinander bzw. zeilenweise angeordnet sein. Vorzugsweise können die mehreren Abschnitte LI, L2, L3 sich parallel erstrecken. Beispielsweise können sich Längsachsen der mehreren Abschnitte LI, L2, L3 horizontal erstrecken.
Es ist möglich, dass die mehreren Abschnitte LI, L2, L3 seitlich nebeneinander bzw. spaltenweise angeordnet sind (nicht in Figur 6 dargestellt). Beispielsweise können sich, vorzugsweise parallele, Längsachsen der mehreren Abschnitte LI, L2, L3 vertikal erstrecken.
Es ist auch möglich, das die mehreren Abschnitte LI, L2, L3 in einem Raster, z. B. zeilen- und spaltenweise, angeordnet sind, z. B. schachbrettartig (nicht in Figur 6 dargestellt).
Bevorzugt können die mehreren Abschnitte LI, L2, L3 so gebildet sein, dass an einer Grenze zwischen jeweils zwei Abschnitten keine grafischen Zeichen oder Elemente getrennt werden.
Die Figuren 7 und 8 zeigen beispielhaft, dass das Maschinenmodell ebenfalls ermöglichen kann, eine anpassbare Brennweite des Lasermarkierungssystems 10 zu berücksichtigen.
Üblicherweise arbeiten Lasermarkierungssysteme mit einer Planfeld-Optik, die eine planare, nicht gekrümmte Fokusebene bei definiertem Abstand vom Lasermarkierungssystem ermöglicht. Der Abstand zwischen Lasermarkierungssystem und dieser Fokusebene ist die Brennweite. Das Maschinenmodell kann ermöglichen, dass eine anpassbare Brennweite des Lasermarkierungssystems 10 berücksichtigt werden kann. Das Lasermarkierungssystem 10 kann nämlich vorzugsweise ermöglichen, die Brennweite und damit den Abstand der Fokusebene (bzw. des Fokusfeldes 30 - siehe Figur 2) ähnlich einem Zoomobjektiv dynamisch zu ändern. Mittels des Maschinenmodells kann eine Soll-Brennweite ermittelt werden, um das Lasermarkieren mit der vorgegebenen Schärfentiefe DOF (siehe Figuren 4 und 5) an eine Topologie der Behälter 12 anzupassen.
Beispielsweise kann mittels des Maschinenmodells abhängig vom Abstand eines konkreten Punktes der Behälteroberfläche zum Lasermarkierungssystem 10 eine Soll-Brennweite ausgeben, mit dem sich der Fokuspunkt abhängig von u.a. der Behältergeometrie und Informationen über Schreibvektoren (z. B. Pfad des Schreibvorgangs, Richtung, Anzahl usw.) des Lasermarkierungssystems steuern oder regeln lässt. Dieser Zusammenhang kann auf das gesamte Arbeitsfenster A (siehe Figuren 4 und 5) angewendet werden, also auf einer 2-dimensionalen Ebene. Es kann auch ein Soll-Brennweitenprofil ermittelt werden, das verschiedene, (z. B. zeit- oder wegabhängig) nacheinander einzustellende Soll-Brennweiten für das Lasermarkieren aufweisen kann.
In den Figuren 7 und 8 ist dies im Maschinenmodell beispielhaft für eine erste Fokusebene Fl in einer ersten Brennweite bl und für eine zweite Fokusebene F2 in einer zweiten Brennweite b2 visualisiert.
Die Ermittlung der Soll-Brennweite oder des Soll-Brennweitenprofils und deren Anwendung im Betrieb der Vorrichtung 28 kann beispielsweise auf theoretischen Daten (Soll-Behälterdaten) und/oder im Betrieb gemessenen Daten (Ist-Behälterdaten) basieren. Beispielsweise kann im Betrieb in Echtzeit mittels der Erfassungseinrichtung 38 und/oder mittels des Lasermarkierungssystems 10 selbst Geometriedaten bezüglich des zu lasermarkierenden Behälters 12 erfasst werden. Beispielsweise kann ein Abstand zur zu beschreibenden Fläche des Behälters 12 erfasst werden und mittels des Maschinenmodells dann automatisch die (optimale) Soll-Brennweite oder das (optimale) Soll-Brennweitenprofil ermittelt und dann im Betrieb eingestellt werden.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen. Insbesondere sind die einzelnen Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 jeweils unabhängig voneinander offenbart. Zusätzlich sind auch die Merk- male der Unteransprüche unabhängig von sämtlichen Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 offenbart. Alle Bereichsangaben hierin sind derart offenbart zu verstehen, dass gleichsam alle in den jeweiligen Bereich fallenden Werte einzeln offenbart sind, z. B. auch als jeweils bevorzugte engere Außengrenzen des jeweiligen Bereichs.
Bezugszeichenliste
10 Lasermarkierungssystem
12 Behälter
14 Laserquelle
16 Markierkopf
18 erster Spiegel
20 erster Antrieb
22 zweiter Spiegel
24 zweiter Antrieb
26 Fokussierlinse
28 Vorrichtung zum Lasermarkieren 30 Linsenfeld
32 Markierungsfeld
34 Behälterförderer 36 Behälterhalterung
38 Erfassungseinrichtung
A Arbeitsfeld bl, b2 Brennweite
Fl, F2 Fokusebene
DOF Schärfentiefe L Lasermarkierung
L1-L3 Abschnitte der Lasermarkierung
S10-S14 Verfahrensschritte t Teilkreisdurchmesser T Transportrichtung

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung (28) mit einem Behälterförderer (34) und einem Lasermarkierungssystem (10) aufweisend einen oder mehrere Markierköpfe (16) zum Lasermarkieren von Behältern (12), wobei das Verfahren aufweist:
Vorgeben mehrerer Parameter aufweisend eine Schärfentiefe (DOF) des Lasermarkierungssystems (10), eine Schreibgeschwindigkeit des Lasermarkierungssystems (10) und einen Behälterabstand (d) zwischen zwei aufeinanderfolgenden, von dem Behälterförderer (34) transportierten Behältern (12);
Ermitteln mindestens eines Soll-Betriebsparameters für den Behälterförderer (34) in Abhängigkeit von den mehreren vorgegebenen Parametern; und
Betreiben der Vorrichtung (28) zum Lasermarkieren der Behälter (12) mittels des Lasermarkierungssystems (10), wobei der Behälterförderer (34) in Abhängigkeit von dem mindestens einen ermittelten Soll-Betriebsparameter betrieben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei: der mindestens eine Soll-Betriebsparameter eine Soll-Behältertransportgeschwindig- keit oder ein Soll- Behältertransportgeschwindigkeitsprofil aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei: der Behälterförderer (34) dazu ausgebildet ist, die Behälter (12) während des Transports um eine jeweilige Hochachse der Behälter (12) zu drehen, vorzugsweise mittels Behälterhalterungen (36), besonders bevorzugt Drehtellern, des Behälterförderers (34).
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: die mehreren Parameter ferner eine Maximal-Behälterdrehgeschwindigkeit oder ein Maximal-Behälterdrehgeschwindigkeitsprofil der Behälter (12) mittels des Behälterförderers (34) aufweisen; und/oder der mindestens eine Soll-Betriebsparameter eine Soll-Behälterdrehgeschwindigkeit o- der ein Soll-Behälterdrehgeschwindigkeitsprofil zum Drehen der Behälter (12) um eine jeweilige Hochachse der Behälter (12) aufweist.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: bei dem Ermitteln des mindestens einen Soll-Betriebsparameters ein die Vorrichtung (28) repräsentierendes Maschinenmodell verwendet wird, wobei vorzugweise: das Maschinenmodell eine Kinematik des Behälterförderers (34) und eine Relativanordnung zwischen dem einen oder den mehreren Markierköpfen (16) des Lasermarkierungssystems (10) und dem Behälterförderer (34) abbildet; und/oder das Maschinenmodell zum Ermitteln des Soll-Betriebsparameters ermöglicht, eine Veränderung einer Größe eines Arbeitsfensters (A), das in einem Markierfeld (32) des Lasermarkierungssystems (10) liegt und innerhalb dessen eine Behältermarkierung beim Vorbeibewegen des jeweiligen Behälters (12) an dem Markierfeld (32) aufgrund einer Geometrie der Behälter (12) tatsächlich möglich ist, zu ermitteln oder zu berücksichtigen, vorzugsweise zum Ermöglichen eines Maximierens des Arbeitsfensters (A).
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Lasermarkierungssystem (10) eine anpassbare Brennweite aufweist und das Verfahren ferner aufweist
Ermitteln einer Soll-Brennweite oder eines Soll-Brennweitenprofils für das Lasermarkierungssystem (10) in Abhängigkeit von den mehreren Parametern, wobei bei dem Betreiben der Vorrichtung (28) das Lasermarkierungssystem (10) in Abhängigkeit von der ermittelten Soll-Brennweite oder des ermittelten Soll-Brennweitenprofils betrieben wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 und Anspruch 6, wobei: beim Ermitteln der Soll-Brennweite oder des Soll-Brennweitenprofils das Maschinenmodell verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: die mehreren Parameter ferner eine Abmessung und/oder eine Zeichenanzahl einer von dem Lasermarkierungssystem (10) auf die Behälter (12) aufzubringenden Lasermarkierung (L) aufweist; und/oder die mehreren Parameter ferner eine Information bezüglich mindestens eines Schreibvektors des oder der Markierköpfe (16) für eine auf die Behälter (12) aufzubringende Lasermarkierung (L) aufweisen.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: die mehreren Parameter ferner eine Anzahl der mehreren Markierköpfe (16) aufweist; und/oder die mehreren Parameter ferner eine Unterteilung einer von dem Lasermarkierungssystem (10) auf die Behälter (12) aufzubringenden Lasermarkierung (L) in mehrere Abschnitte (LI, L2, L3) aufweist, wobei vorzugsweise jeder Abschnitt jeweils einem der mehreren Markierköpfe (16) zugeordnet ist.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: die mehreren Parameter ferner einen Teilkreisdurchmesser (t) des als Rundläufer ausgeführten Behälterförderers (34) aufweisen; und/oder die mehreren Parameter ferner eine Angabe über einen Verlauf des Behälterförderers (34) aufweisen.
11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: die mehreren Parameter ferner eine Position des Markierkopfes (16) oder Positionen der Markierköpfe (16), vorzugsweise relativ zu dem Behälterförderer (34), aufweisen; und/oder die mehreren Parameter ferner einen Abstand zwischen dem Markierkopf (16) und den von dem Behälterförderer (34) transportierten Behältern (12) quer zu einer Behältertransportrichtung (T) oder Abstände zwischen den mehreren Markierköpfen (16) und den von dem Behälterförderer (34) transportierten Behältern (12) quer zu einer Behältertransportrichtung (T) aufweisen.
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: die mehreren Parameter ferner einen Behälterdurchmesser, eine Behälterform und/oder eine Behälterkontur der Behälter (12) aufweisen.
13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: der Behälterförderer (34) mehrere unabhängig voneinander bewegbare Bewegungsvorrichtungen zum Transportieren der Behälter (12) aufweist, vorzugsweise angetrieben mittels eines Langstator-Linearmotorantriebs oder eines Planarmotorantriebs; und der mindestens eine Soll-Betriebsparameter einen Soll-Behältertransportgeschwindig- keitsprofil aufweist.
14. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: die mehreren Parameter ferner mindestens einen während des Betriebs der Vorrichtung (28) mittels einer, vorzugsweise kameragestützten, Erfassungseinrichtung (38) und/oder mittels des Lasermarkierungssystems (10) erfassten Parameter aufweist, nämlich vorzugsweise: eine, bevorzugt dreidimensionale, Behälteroberflächenposition eines zu lasermarkierenden Behälters (12); und/oder eine, bevorzugt dreidimensionale, Behälterorientierung eines zu lasermarkierenden Behälters (12); und/oder - einen Abstand einer zu lasermarkierenden Stelle eines zu lasermarkierenden Behälters (12) zu einer Linse (26) des Lasermarkierungssystems (10).
15. Vorrichtung (28) zum Lasermarkieren von Behältern (12), wobei die Vorrichtung (28) aufweist: einen Behälterförderer (34) zum Transportieren der Behälter (12); ein Lasermarkierungssystem (10) mit mindestens einem Markierkopf (16), der zum La- sermarkieren der von dem Behälterförderer (34) transportierten Behälter (12) angeordnet ist; und ein Computersystem, das dazu konfiguriert ist, ein Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche auszuführen.
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