Установка лазерной маркировки

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Чумаков Александр Никитич Леонов Александр Михайлович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Установка лазерной маркировки содержит последовательно расположенные по ходу луча и оптически связанные лазер, коллиматор, акустооптический и пьезокерамический дефлекторы, объектив, направленный на маркируемое изделие, координатный стол, состоящий из подвижной части и привода, а также компьютер, один из входов которого является входом установки, другие входы соединены с выходами пьезокерамического дефлектора и привода координатного стола, а выходы соединены с входами акустооптического и пьезокерамического дефлекторов и координатного стола, отличающаяся тем, что между пьезокерамическим дефлектором и объективом установлен электромагнитный дефлектор,вход и выход которого соединен с соответствующим входом и выходом компьютера, на подвижной части координатного стола зафиксирована коробка с маркируемыми изделиями, расположенными в фокальной плоскости объектива, коробка содержит углубления,размер которых соответствует размерам маркируемых изделий. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что использован однокоординатный привод стола.(56) 1. Патент 2322334. 2. Патент 6103 (прототип). 3. Айхлер Ю., Айхлер Г.-И. Лазеры. Исполнение, управление, применение. - М Техносфера, 2008. - 440 с. 4. Леонов Пьезокерамический дефлектор света // Оптический журнал. - 2010. Т. 77. -10. - С. 61-64. 5.// . . 1995. - .34. -1. - . 200-206. Полезная модель является лазерным технологическим оборудованием, предназначенным для маркировки промышленной продукции. Известна установка лазерной маркировки, в состав которой входят лазер, коллиматор,два электромагнитных дефлектора, объектив, группа маркируемых изделий, расположенных на столе в пределах рабочей зоны, определяемой параметрами дефлекторов и объектива, а также компьютер, один из входов которого является входом установки, два другие соединены с выходами дефлекторов, а выходы соединены с входами последних 1. Достоинство этой установки по отношению к не лазерному оборудованию - возможность создания хорошо различимого и сохраняемого изображения на изделиях любых размеров и из любых материалов. Это изображение может быть графическим, полутоновым, трехмерным (внутри прозрачных материалов) и нести любую индивидуальную информацию. Мировой объем производства таких установок составляет несколько тысяч штук в год, и они используются для маркировки наиболее элитной продукции. Основной недостаток данных установок, который препятствует их использованию для маркировки продукции массового производства, - большое время нанесения изображения 10 с,где- число пикселей (точек изображения), которое определяет качество изображения, - постоянная времени электромеханических дефлекторов, которая измеряется сотнями микросекунд. За один час такая установка может отмаркировать только несколько сотен изделий. Наиболее близкой к предложенной является лазерная установка, состоящая из последовательно расположенных по ходу лазерного луча и оптически связанных лазера, акустооптического и пьезокерамического дефлектора, объектива, группы маркируемых изделий, размещенных на двухкоординатном столе таким образом, что маркируемая поверхность одного изделия находится в пределах рабочей зоны объектива, а маркируемые поверхности других изделий могут быть введены в эту зону перемещением координатного стола, а также компьютер, один из входов которого является входом установки, три другие соединены с выходами датчиков положения дефлекторов и координатного стола, а выходы соединены с входами дефлекторов и координатного стола 2. Данная установка отличается от аналога использованием акустооптического и пьезокерамического дефлекторов света, малый угол отклонения которых позволяет формировать рабочее поле, в котором помещается только одно изделие. Второе отличие -использование двухкоординатного стола, что усложняет установку, но обеспечивает возможность относительно оперативно менять изделия в рабочей зоне. Достоинство данной установки по сравнению с аналогом - существенно меньшее время маркировки одного изделия - порядка одной секунды, что позволяет маркировать около 3 тысяч изделий в час и расширяет круг потенциальных потребителей. Медленная смена маркируемых изделий в рабочей зоне с использованием двухкоординатного стола, на что затрачивается значительно большая часть времени, чем на нане 2 72922011.06.30 сение маркируемого изображения с помощью акустооптического и пьезокерамического дефлекторов, кроме того, высокая стоимость двухкоординатного стола увеличивает стоимость установки. Производительность и стоимость такой установки не удовлетворяют потребителей и создают препятствие для организации ее массового производства. Задача предлагаемой полезной модели - приблизить производительность установки лазерной маркировки к энергетическому пределу, определяемому мощностью лазера, размером светового пучка в фокусе объектива и чувствительностью маркируемой поверхности, кардинально уменьшив время установки изделий в рабочую зону. Поставленная техническая задача достигается тем, что в установку лазерной маркировки, которая содержит последовательно расположенные по ходу луча и оптически связанные лазер, коллиматор, акустооптический и пьезокерамический дефлекторы, объектив,направленный на маркируемое изделие, координатный стол, состоящий из подвижной части и привода, компьютер, один из входов которого является входом установки, другие входы соединены с выходами пьезокерамического дефлектора и координатного стола, а выходы соединены с входами акустооптического и пьезокерамического дефлекторов и координатного стола, между пьезокерамическим дефлектором и объективом установлен электромагнитный дефлектор, вход и выход которого соединен с соответствующим входом и выходом компьютера, а на подвижной части координатного стола зафиксирована коробка с маркируемыми изделиями, расположенными в фокальной плоскости объектива,коробка содержит углубления, размер которых соответствует размерам маркируемых изделий. Кроме того, в установке использован однокоординатный привод стола. Сущность предложенного технического решения в том, что операция перемещения рабочей зоны установки от одного изделия к другому, которая в прототипе выполняется с помощью двухкоординатного стола, в данной установке выполняется с помощью электромагнитного дефлектора и однокоординатного привода стола, что позволяет заменить примерно 90 перемещений стола на перемещения зеркала электромагнитного дефлектора и кардинально сократить затраты времени на смену положения рабочей зоны. Кроме того, предложенная полезная модель позволяет сократить затраты времени на установку изделий в рабочей зоне благодаря использованию коробки, в которой фиксируются маркируемые изделия, так как это упрощает смену одной партии изделий другой. В результате решается задача приблизить производительность установки лазерной маркировки к пределу, определяемому энергетикой процесса лазерной записи. Предложенное техническое решение позволяет разрабатывать установки лазерной маркировки практически с любой производительностью, необходимой конкретному пользователю (до нескольких изделий в секунду), варьируя мощность лазера и размер сфокусированного пучка. Предложенная полезная модель поясняется чертежом. На фиг. 1 представлена компоновочная схема установки лазерной маркировки, где 1 - лазер 2 - коллиматор 3 - акустооптический дефлектор 4 - пьезокерамический дефлектор 5 - электромагнитный дефлектор 6 - объектив 7 - маркируемое изделие 8 - коробка 9 - подвижная часть координатного стола 10 - однокоординатный привод стола 11 - компьютер. 72922011.06.30 Установка лазерной маркировки состоит из оптически связанных лазера 1, коллиматора 2, акустооптического дефлектора 3, пьезокерамического дефлектора 4 и электромагнитного дефлектора 5, объектива 6 и маркируемых изделий 7, размещенных в коробке 8,которая зафиксирована на подвижной части координатного стола 9, механически связанной с однокоординатным приводом стола 10, а также содержит компьютер 11, один из входов которого является входом установки, три другие соединены с выходами пьезокерамического дефлектора 4 и электромагнитного дефлектора 5 и однокоординатного привода стола 10, а выходы соединены с входами всех дефлекторов и однокоординатного привода стола. Конструкция коробки 8 обеспечивает расположение маркируемых изделий 7 в фиксированных положениях, например, содержит углубления, размер которых соответствует размерам изделий. Конструкция подвижной части координатного стола 9 обеспечивает установку коробки 8 в фиксированном положении, например, содержит углубление, размер которого соответствует размеру коробки 8, причем размеры коробки и указанных углублений обеспечивают расположение маркируемых изделий 7 в фокальной плоскости объектива 6. Плоскости сканирования пьезокерамического дефлектора 4 и электромагнитного дефлектора 5 перпендикулярны друг другу, а изображение плоскости сканирования акустооптического дефлектора 3, создаваемое зеркалом (позиция не указана) пьезокерамического дефлектора 4, совпадает с плоскостью сканирования электромагнитного дефлектора 5, то есть акустооптический дефлектор 3 и электромагнитный дефлектор 5 сканируют излучение в одной плоскости. Конструкции акустооптического, пьезокерамического и электромагнитного дефлекторов описаны соответственно в работах 3-5. Установка лазерной маркировки работает следующим образом. Партию маркируемых изделий 7 загружают и фиксируют в коробке 8, устанавливают и фиксируют эту коробку на подвижной части координатного стола 9, через вход установки в компьютер 11 вводят программу записи изображения и подают команду начала маркировки. Все последующие процессы происходят под управлением указанного компьютера. Излучение лазера 1 преобразуется коллиматором 2 в параллельный пучок, который проходит акустооптический дефлектор 3, пьезокерамический дефлектор 4, электромагнитный дефлектор 5 и фокусируется объективом 6 в поле маркировки одного из маркируемых изделий 7. Акустооптический дефлектор 3 формирует фрагмент изображения, состоящий из точек на отрезке прямой, а пьезокерамический дефлектор 4 после этого перемещает лазерный пучок на один шаг координатной сетки в перпендикулярном направлении. Чередуя эти действия, акустооптический дефлектор 3 и пьезокерамический дефлектор 4 маркируют изделие 7. Далее электромагнитный дефлектор 5 перемещает излучение лазера 1 в поле маркировки следующего изделия, и процесс повторяется. Чередование процессов формирования изображения и смены полей маркировки позволяет промаркировать ряд изделий, расположенных в плоскости сканирования электромагнитного дефлектора 5. После нанесения изображений в пределах одного ряда маркируемых изделий 7 однокоординатный привод стола 10 перемещает подвижную часть координатного стола 9 на расстояние между рядами в коробке 8, что позволяет произвести маркировку всей партии изделий, размещенных в коробке. Последним этапом является снятие коробки с координатного стола. Особенность данной установки лазерной маркировки в том, что затраты времени на процессы, не связанные с взаимодействием лазерного излучения с маркируемым изделием, составляют малую часть длительности ее работы. Поэтому ее максимальная производительность - несколько изделий в секунду, несколько тысяч изделий в час и около миллиона изделий в год. 4 72922011.06.30 Предлагаемая установка позволяет маркировать любые промышленные изделия, создавая высококачественные, хорошо сохраняемые графические, полутоновые, цветные и объемные изображения. Небольшое количество таких установок могут обеспечить маркировку всех изделий самого высокопроизводительного промышленного предприятия или нескольких предприятий. Относительно низкая стоимость маркировки одного изделия, определяемая отношением стоимости данной установки и ее эксплуатации к числу маркируемых изделий за срок службы, позволяет расширить область применения данной установки. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5