DE3208626A1 - Laser inscription device - Google Patents
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Abstract
Description
Laser-BeschriftungseinrichtungLaser marking device
Die Erfindung betrifft eine Laser-3eschriftungseinrichtung für Impulsbetrieb mit einer Ablenkeinheit für einen Laserstrahl und einem vor einem Beschriftungsfeld liegenden Objektiv zur Bündelung des Laserstrahls.The invention relates to a laser 3 writing device for pulse operation with a deflection unit for a laser beam and one in front of a labeling field lens to focus the laser beam.
Zur Beschriftung verschiedener Teile, insbesondere von Metallteilen, werden anstelle üblicher Prägevorrichtungen zunehmend Laser-Beschriftungseinrichtungen verwendet, die den Vorteil hoher Automatisierbarkeit und der kräftefreien Aufbringung der Schriftzeichen haben. Wenn beispielsweise für die fälschungssichere Beschriftung von Kraftfahrzeugteilen eine größere Einbrenntiefe erreicht werden soll, so arbeitet der Laser meist im Impulsbetrieb. Der Laserstrahl wird in eine Ablenkeinheit über zwei drehbare Spiegel umgelenkt und von einem Objektiv zu einem Punkt auf der zu beschriftenden Fläche fokussiert. Durch geeignete Steuerung der Ablenkeinheit kann der Laserstrahl so positioniert werden, daß er auf dem Beschriftungsfeld die gewünschben Schriftzeichen hinterläßt. Die Steuerung der Ablenkeinheit geschieht mit Regelschaltungen, die ihrerseits von einem elektronischen Rechner angesteuert werden.For labeling various parts, especially metal parts, Instead of the usual embossing devices, laser marking devices are increasingly being used used, which has the advantage of high automation and force-free application the characters have. If, for example, for forgery-proof labeling a greater burn-in depth is to be achieved by motor vehicle parts, so works the laser mostly in pulse mode. The laser beam is passed into a deflection unit two rotatable mirrors deflected and from a lens to a point on the too focused on the labeling surface. By suitable control of the deflection unit can the laser beam can be positioned in such a way that it reaches the desired position on the labeling field Leaves characters. The deflection unit is controlled with control circuits, which in turn are controlled by an electronic computer.
Die Schriftzeichen werden gewöhnlich nicht als kontinuierliche Schriftzüge, sondern in Form einzelner Punkte dargestellt. Um beispielsweise Fälschungssicherheit zu erreichen, müssen die Zeichen mindestens 0,5 mm tief in Metall eingebrannt sein oder das Metall ganz durchdringen.The characters are usually not used as continuous characters, but represented in the form of individual points. For example, to protect against counterfeiting To achieve this, the characters must be burnt into metal at least 0.5 mm deep or penetrate the metal completely.
Dazu sind sehr hohe Energiekonzentrationen im Brennpunkt notwendig. Um die hohe Energiekonzentration zu erreichen, müssen Objektive verhältnismäßig geringer Brennweite (ca. 100 mm) verwendet werden. Der Abstand zwischen Objektiv-Austrittsfläche bzw. einer vorgeschalteten Schutzscheibe und dem Beschriftungsfeld muß folglich verhältnismäßig gering sein. Beim Einbrennen der Beschriftungspunkte verspritzt glühendes Metall, das das in geringem Abstand befindliche Objektiv bzw. dessen Schutzscheibe sehr leicht beschädigen bzw. verschmutzen kann.This requires very high energy concentrations in the focal point. To achieve the high energy concentration, need lenses relatively small focal length (approx. 100 mm) can be used. The distance between Lens exit surface or an upstream protective screen and the labeling field must therefore be relatively small. When burning in the inscription points splattered glowing metal, which could damage the close-up lens or lens. whose protective screen can easily be damaged or soiled.
Der Durchmesser des benötigten Objektivs hängt von der Länge des herzustellenden Schriftzuges ab. Typische Abmessungen für einen herzustellenden Schriftzug von beispielsweise 16 - 18 Schriftzeichen von 8 - 10 mm Höhe sind z.B. 10 x 80 mm. Für einen derartigen Schriftzug muß das Objektiv ca. 100 - 200 mm Durchmesser haben. Ein derartig großes Objektiv bildet jedoch eine große Angriffsfläche für die erwähnten Materialspritzer und ist sehr teuer.The diameter of the lens required depends on the length of the lens to be manufactured Lettering. Typical dimensions for a lettering to be produced, for example 16 - 18 characters with a height of 8 - 10 mm are e.g. 10 x 80 mm. For such a one The lens must have a diameter of approx. 100 - 200 mm. Such a big one Objectively, however, forms a large target area for the aforementioned splashes of material and is very expensive.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Laser-Beschriftungseinrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die Gefahr einer Beschädigung bzw. Verschmutzung des Objektivs durch Materialspritzer zumindest erheblich verringert wird.The object of the invention is to provide a laser marking device of the type mentioned so that there is a risk of damage or soiling of the lens by material splashes is at least considerably reduced will.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen Beschriftungsfeld und Objektiv eine Blende angeordnet ist, die den Strahlenweg für den Laserstrahl mindestens für die Dauer eines Laserimpulses freigibt.According to the invention, this object is achieved in that between the inscription field and lens a diaphragm is arranged, which the beam path for the laser beam releases at least for the duration of a laser pulse.
Das Objektiv ist daher während der ganzen Zeit, in der die Blende geschlossen ist, gegen Materialspritzer geschützt. Das Objektiv ist lediglich während der kurzen Öffnungszeit der Blende, in der ein Laserimpuls abgegeben wird, nicht abgedeckt. Die durch einen Laserimpuls ausgelösten Materialspritzer sind jedoch, zumindest was größere Partikel betrifft, so langsam, daß die Blende bereits wieder geschlossen ist, bevor diese durch die Blendenöffnung treten könnten. Besonders die größeren Partikel sind jedoch, vor allem wegen ihres verhältnismäßig großen Energieinhalts, besonders gefährlich in Bezug auf eine Beschädigung bzw. Verschmutzung des Objektivs.The lens is therefore the entire time that the aperture is closed, protected against material splashes. The lens is only during The short opening time of the shutter, in which a laser pulse is emitted, does not covered. The material splashes triggered by a laser pulse are, however, at least what larger particles affects so slowly that the aperture is already closed again before they could pass through the aperture. However, the larger particles in particular are proportionate, largely because of their size high energy content, particularly dangerous in terms of damage or Soiling of the lens.
Vorteilhafterweise wird die Blende als rotierende Scheibe mit einer an die Form des Beschriftungsfeldes angepaßten Blendenöffnung ausgeführt. Eine derartige Blende ist besonders einfach zu realisieren und hat außerdem den Vorteil, daß auf die Scheibe treffende Materialteilchen von der Fliehkraft fortgeschleudert oder von dem in der Nähe der Blende vorhandenen Luftstrom abgelenkt werden. Der Luftstrom und damit die Ablenkung der Materialteilchen kann noch verstärkt werden, wenn die Scheibe Rippen aufweist.Advantageously, the diaphragm is a rotating disk with a executed to the shape of the inscription field adapted aperture. Such a one Aperture is particularly easy to implement and also has the advantage that on Material particles hitting the disc are thrown away by centrifugal force or be deflected by the airflow near the bezel. The airflow and thus the deflection of the material particles can be increased when the Has washer ribs.
Vorteilhafterweise wird mit der Blende eine Triggereinrichtung gesteuert, die den Laserimpuls auslöst, sobald die Blendenöffnung den Strahlenweg freigibt. Damit wird auf einfache Weise eine Synchronisierung zwischen Laser impuls und Blendenöffnung erreicht. Die Blendenöffnung muß in diesem Fall so groß sein, daß das gesamte Beschriftungsfeld freigegeben wird.A trigger device is advantageously controlled with the diaphragm, which triggers the laser pulse as soon as the aperture opens the beam path. This enables synchronization between the laser pulse and the aperture in a simple manner achieved. In this case, the aperture must be large enough to accommodate the entire labeling field is released.
Die Blendenöffnung kann verkleinert werden, wenn die Triggereinrichtung mehrere Auslösepunkte in Abhängigkeit vom gerade eingestellten Strahlweg aufweist. In diesem Fall muß die Blendenöffnung lediglich einen Teilbereich des Beschriftungsfeldes erfassen. Der Laser-Impuls wird dann getriggert, wenn der durch die Ablenkeinheit vorgegebene Strahlweg in dem durch die Blendenöffnung freigegebenen Bereich liegt. Durch die verkleinerte Blendenöffnung wird die Gefahr einer Beschädigung bzw. Verschmutzung des Objektivs weiter verringert.The aperture can be reduced if the trigger device has several trigger points depending on the beam path that has just been set. In this case, the aperture only needs to be part of the labeling field capture. The laser pulse is triggered when the deflection unit predetermined beam path lies in the area released by the aperture. The reduced aperture opening increases the risk of damage or contamination of the lens is further reduced.
Zwischen Objektiv und Beschriftungsfeld kann eine zweite Scheibe mit einer Blendenöffnung angeordnet sein, die entgegengesetzt zur ersten Scheibe mit derselben Drehachse rotiert. Damit wird die Blendenöffnung schneller geschlossen. Die Rotationsgeschwindigkeit einer einzelnen Scheibe könnte nämlich nur mit sehr großem technischen Aufwand so hoch gewählt werden, daß der Strahlenweg tatsächlich nur für die sehr kurze Dauer eines Laserimpulses freigegeben wird. Durch zwei gegensinnig rotierende Scheiben kann die Öffnungszeit beispielsweise bei gleicher Drehzahl halbiert werden.A second pane can be placed between the lens and the labeling field a diaphragm opening, which is opposite to the first disc with same axis of rotation rotates. This closes the aperture more quickly. The speed of rotation of a single disk could only be very high great technical effort so high that the beam path actually is only released for the very short duration of a laser pulse. By two in opposite directions rotating disks can cut the opening time in half at the same speed, for example will.
Die beiden Scheiben können eine unterschiedliche Rotationsgeschwindigkeit aufweisen. Damit wird der Strahlenweg erst nach mehreren Umläufen jeder Scheibe freigegeben. Dies kommt der Tatsache entgegen, daß die Impulsfrequenz des Laserstrahls im allgemeinen deutlich unter der Drehfrquenz einer Scheibe liegt, die aus den bereits genannten Gründen möglichst hoch gewählt wird. Damit wird also verhindert, daß das Objektiv freigegeben wird, wenn kein Laserimpuls erzeugt wird. Die Beschädigungs- bzw. Verschmutzungsgefahr für das Objektiv wird damit weiter verringert.The two disks can rotate at different speeds exhibit. This means that the path of the rays only becomes apparent after several revolutions of each disk Approved. This is contrary to the fact that the pulse frequency of the laser beam is generally well below the speed of rotation of a disc that is made up of the mentioned reasons is chosen as high as possible. This prevents the Lens is released when no laser pulse is generated. The damage This further reduces the risk of contamination for the lens.
Die Ablenkeinheit mit dem Objektiv kann in Längsrichtung des Beschriftungsfeldes verschiebbar sein. Da das Objektiv in diesem Fall nur einen kleineren Bereich erfassen muß, kann es entsprechend kleiner gewählt werden. Damit wird auch die Verschmutzungsgefahr für das Objektiv verringert.The deflection unit with the objective can be in the longitudinal direction of the labeling field be movable. Because the lens can only capture a smaller area in this case it can be chosen correspondingly smaller. This also increases the risk of pollution for the lens decreased.
Die Ablenkeinheit für eine Achse kann ganz entfallen, wenn der Laserstrahl nur in der Querrichtung des Beschriftungsfeldes durch einen Ablenkspiegel der Ablenkeinheit, in der Längsrichtung des Beschriftungsfeldes dagegen durch Verschiebung der gesamten Ablenkeinheit mit dem Objektiv ein- gestellt wird. Das Objektiv muß in diesem Fall nicht mehr auf die Länge, sondern nur noch auf die Breite des Beschriftungsfeldes ausgelegt werden, so daß es unter Erzielung der bereits genannten Vorteile kleiner sein kann.The deflection unit for an axis can be omitted entirely if the laser beam only in the transverse direction of the labeling field through a deflecting mirror of the deflection unit, in the longitudinal direction of the labeling field, however, by shifting the entire Deflection unit with the lens is provided. The objective in this case no longer has to be adjusted to the length, but only to the width of the Labeling field are designed so that it is achieved with the aforementioned Benefits can be smaller.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 7 erläutert.Embodiments of the invention are described below with reference to the figures 1 to 7 explained.
Figur 1 zeigt das Prinzip einer bekannten Laser-Beschriftungseinrichtung. Ein Laserstrahl 7 wird durch eine Ablenkeinheit 1 und ein Objektiv 2 auf ein Beschriftungsfeld 3 gleitet. Der Auftreffpunkt des Laserstrahls 7 auf dem Beschriftungsfeld 3 ist durch die Ablenkeinheit 1 in X- und Y-Richtung einstellbar. Er trifft zunächst auf einen mit dem Ablenker 1a einstellbaren Spiegel Ib, mit dem die X-Richtung des Laserstrahls einstellbar ist. Durch den Spiegel Ib wird er auf einen durch einen Ablenker 1c einstellbaren Spiegel 1d geleitet, mit dem seine Y-Lage einstellbar ist. Anschließend wird er, gebündelt durch das Objektiv 2, auf einen Punkt des Beschriftungsfeldes 3 gelenkt. Die beiden Ablenker 1a und 1c mit ihren Spiegeln 1b und 1d sind zusammen mit dem Objektiv 2 und dessen Stütze 1f starr zu einer Einheit gekoppelt, was durch den Winkel 1e angedeutet ist. Diese Einheit wird nachstehend als Schreibkopf bezeichnet.Figure 1 shows the principle of a known laser marking device. A laser beam 7 is directed through a deflection unit 1 and an objective 2 onto a labeling field 3 slides. The point of impact of the laser beam 7 on the inscription field 3 is adjustable by the deflection unit 1 in the X and Y directions. He hits first an adjustable with the deflector 1a mirror Ib, with which the X direction of the laser beam is adjustable. Through the mirror Ib it is directed to a deflector 1c adjustable mirror 1d, with which its Y-position can be adjusted. Afterward it is bundled by the lens 2 on a point of the labeling field 3 steered. The two deflectors 1a and 1c with their mirrors 1b and 1d are together with the lens 2 and its support 1f rigidly coupled to form a unit, what by the angle 1e is indicated. This unit is hereinafter referred to as the write head.
Jedes Zeichen auf dem Beschriftungsfeld wird aus einzelnen Punkten zusammengesetzt, wie in Figur 2 verdeutlicht ist. Dabei wird jeder Punkt mit einem Laser-Impuls durch Einbrennen in das Beschriftungsfeld erzeugt.Each character on the labeling field is made up of individual points composed, as illustrated in Figure 2. Each point is marked with a Laser pulse generated by burning into the labeling field.
Wenn der Schreibkopf feststehend ist, so muß mit dem Objektiv 2 das gesamte Beschriftungsfeld erfaßt werden, das in X-Richtung eine wesentliche größere Ausdehnung als in Y-Richtung hat. Das Objektiv 2 muß daher recht groß sein.If the write head is stationary, then the lens 2 must entire labeling field can be covered, the one in the X-direction a much larger one Has extension than in the Y-direction. The lens 2 must therefore be quite large.
Wie bereits erwähnt, treten beim Einbrennen von Punkten auf dem Beschriftungsfeld Spritzer aus dem geschmolzenen Material auf, insbesondere wenn es sich dabei um Metall handelt. Diese Spritzer können das Objektiv 2 beschädigen bzw. verschmutzen. Um diese Gefahr zu beseitigen bzw.As already mentioned, when dots are burned in, this occurs on the labeling field Splashes of the molten material, especially if it is Metal trades. These splashes can damage or contaminate the lens 2. In order to eliminate or
zumindest zu verringern, wird erfindungsgemäß, wie in Figur 3 dargestellt, zwischen Objektiv 2 und Beschriftungsfeld 3 eine Blende 4 angeordnet. Vom Objektiv 2 ist in diesem Fall nur die vorgesetzte, durch die Metallspritzer gefährdete Schutzscheibe 2a dargestellt. Die Blende 4 besteht im Ausführungsbeispiel aus einer kreisförmigen Scheibe, die um eine außerhalb der Objektiv fläche liegende Achse 4b rotiert. Die Scheibe 4 weist eine Blendenöffnung 4a auf, deren Form in der Draufsicht nach Figur 4 deutlich sichtbar ist. Die in Figur 3 eingezeichnete Scheibe 5 soll bei den nachfolgenden Betrachtungen zunächst noch außer Betracht bleiben.at least to reduce, according to the invention, as shown in Figure 3, A diaphragm 4 is arranged between the lens 2 and the inscription field 3. From the lens 2 in this case is only the protective screen in front of it, which is endangered by metal splashes 2a shown. In the exemplary embodiment, the diaphragm 4 consists of a circular one Disc which rotates about an axis 4b lying outside the lens area. the Disk 4 has a diaphragm opening 4a, the shape of which in the plan view according to FIG 4 is clearly visible. The disk 5 shown in FIG. 3 is intended for the following Considerations are initially left out of consideration.
Durch die Scheibe 4 wird also das Objektiv 2 mit Ausnahme der kurzen Zeit, in der der Strahlenweg des Laserstrahls durch die Blendenöffnung 4a geöffnet ist, abgedeckt und somit vor Metallspritzern geschützt. Durch eine nachfolgend noch zu erläuternde Triggereinrichtung muß dafür gesorgt werden, daß der Laserimpuls immer dann ausgelöst wird, wenn das Beschriftungsfeld durch die Blendenöffnung 4a freigegeben ist. Die vom Beschriftungsfeld 3 austretenden Metallspritzer haben sehr unterschiedliche Geschwindigkeiten, die im wesentlichen von der Größe des einzelnen Metallpartikels abhängen. Die Anordnung sollte so ausgelegt sein, daß das Objektiv möglichst kurze Zeit nach Auftreten des Laserimpulses wieder abgedeckt wird.Damit wird erreicht, daß die durch den Laserimpuls hochgeschleuderten geschmolzenen Metallteile die Blende 4 erst erreichen, wenn die Blendenöffnung 4a wieder außerhalb des Bereichs des Objektivs 2 liegt.Through the disk 4 is the lens 2 with the exception of the short Time in which the path of the laser beam is opened through the aperture 4a is, covered and thus protected from metal splashes. By one of the following to be explained trigger device must be ensured that the laser pulse is always triggered when the labeling field through the aperture 4a is released. The metal splashes emerging from the labeling field 3 have a lot different speeds, depending essentially on the size of the individual Metal particle. The arrangement should be designed so that the lens covered again as soon as possible after the occurrence of the laser pulse it is achieved that the molten metal parts thrown up by the laser pulse reach the diaphragm 4 only when the diaphragm opening 4a is out of range again of lens 2 lies.
Bei einem gepulsten Laser beträgt die Dauer der Strahlungsemission nur ca. 0,5 bis 4 ms, so daß die Zeit, in der der Strahlenweg freigegeben werden muß, nur sehr kurz ist. Um eine kurze Öffnungszeit der Blende 4 zu erzielen, kann man entweder die Ausdehnung der Blendenöffnung 4a in Umfangsrichtung möglichst klein halten oder eine hohe Drehzahl der Scheibe 4 wählen. Die Blendenöffnung ist jedoch, wenn man nicht nachfolgend zu erläuternde Maßnahmen ergreift, durch das Beschriftungsfeld 3 vorgegeben. Die Drehzahl einer einzelnen Scheibe 4 liegt am günstigsten bei 3000 Upm, da sich diese Drehzahl günstig ohne Getriebe realisieren läßt. Damit wird jedoch die Öffnungszeit der Blende bei größerer Blendenöffnung 4a deutlich länger als die Pulsdauer des Laserstrahls. Um zu einer kürzeren Öffnungszeit zu kommen, kann man entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 parallel zur Scheibe 4 eine zweite Scheibe 5 anordnen, die um diesselbe Drehachse, jedoch mit entgegengesetzter Drehrichtung rotiert. Die zweite Scheibe 5 weist ebenfalls eine Blendenöffnung 5a auf, deren Form mit der Blendenöffnung 4a übereinstimmt. Wenn man beispielsweise die zweite Blende 5 mit derselben Drehzahl wie die Blende 4 rotieren läßt, so erreicht man eine Halbierung der Öffnungszeit der Blende gegenüber nur einer Scheibe 4.In the case of a pulsed laser, the duration of the radiation emission is only approx. 0.5 to 4 ms, so that the time in which the beam path is released must, is only very brief. In order to achieve a short opening time of the diaphragm 4, can either the extent of the aperture 4a in the circumferential direction is as small as possible hold or select a high speed of the disc 4. However, the aperture is if you do not take measures to be explained below, through the labeling field 3 specified. The speed of a single disk 4 is most favorable at 3000 Rpm, since this speed can be achieved inexpensively without a gearbox. With that, however the opening time of the diaphragm with a larger diaphragm opening 4a is significantly longer than that Pulse duration of the laser beam. To get a shorter opening time, you can according to the embodiment of Figure 3 parallel to the disk 4 a second Arrange disk 5 around the same axis of rotation, but with opposite direction of rotation rotates. The second disk 5 also has an aperture 5a, whose Shape coincides with the aperture 4a. For example, if you have the second Aperture 5 rotates at the same speed as the aperture 4, so one reaches halving the opening time of the aperture compared to only one pane 4.
Günstig ist es jedoch, die Drehzahlen der Scheiben 4 und 5 etwas unterschiedlich zu wählen. Wenn nämlich der Strahlenweg bei jedem Umlauf einer Blende 4 bzw. 5 freigegeben wird, was sowohl bei einer einzelnen Blende als auch bei zwei mit derselben Geschwindigkeit rotierenden Blenden der Fall ist, so hätte man 50 Blendenöffnungen pro Sekunde. Die Impulsfolge von gepulsten Lasern liegt jedoch typischerweise zwischen 2 pro Sekunde und 10 pro Sekunde. Bei einer Impulsfolge von 10 pro Sekunde wird also der Strahlengang zwischen zwei Impulsen noch viermal freigegeben. Damit besteht jedoch eine erhöhte Wahrscheinlichkeit, daß umher- fliegende Materialspritzer zum Objektiv 2 gelangen. Läßt man jedoch die beiden gegenläufigen Scheiben 4 und 5 mit einem Drehzahlverhältnis von z.B. 5 : 4 umlaufen, so wird der Strahlengang nur bei jedem 5. Umlauf der einen bzw. jedem 4. Umlauf der anderen Scheibe freigegeben. Damit wird also erreicht, daß der Strahlengang nur freigegeben wird, wenn tatsächlich ein Laserimpuls auftritt, wobei der bereits erläuterte Vorteil des schnelleren Schließens der Blende weitgehend erhalten bleibt.It is beneficial, however, for the speeds of the disks 4 and 5 to be somewhat different to choose. That is, if the beam path is released with each revolution of a diaphragm 4 or 5 becomes what both a single aperture and two at the same speed rotating apertures is the case, one would have 50 apertures per second. However, the pulse train of pulsed lasers is typically between 2 per Second and 10 per second. With a pulse train of 10 per second, the Beam path released four more times between two pulses. With that, however, there is an increased likelihood that flying splashes of material get to lens 2. However, if you leave the two opposing disks 4 and 5 rotate at a speed ratio of e.g. 5: 4, the beam path becomes only released for every 5th cycle of one or every 4th cycle of the other disc. This means that the beam path is only released when actually a laser pulse occurs, with the already explained advantage of faster closing the aperture is largely retained.
Die Wahrscheinlichkeit, mit der Materialspritzer durch die Blendenöffnung 4a bzw. 5a hindurchdringen, ist auch von der Größe der Blendenöffnung 4a bzw. 5a abhängig.The likelihood of material splashing through the aperture 4a or 5a penetrate is also the size of the aperture 4a or 5a addicted.
Diese Blendenöffnungen müssen wie bereits erwähnt an die Größe des Beschriftungsfeldes 3 angepaßt werden. Außerdem hängt die Größe der Blenenöffnung auch vom Abstand der Scheiben 4 bzw. 5 vom Beschriftungsfeld 3 ab. Wie Figur 3 zeigt, verengt sich nämlich der Strahlkegel zum Beschriftungsfeld 3 hin. Bei größerem Abstand der Blendenöffnungen 4a und 5a zum Beschriftungsfeld 3 wird daher die erforderliche Blendenöffnung größer. Andererseits wird der Weg der Materialspritzer dann länger, d.h. die Spritzer benötigen bis zum Erreichen der Blende mehr Zeit, in der die Blendenöffnung schon geschlossen sein kann. Im Einzelfall läßt sich ein Optimum für den Abstand der Blenden 4, 5 vom Beschriftungsfeld 3 finden, wenn die Absolutgeschwindigkeit der Blenden 4, 5 und der Materialspritzer bekannt sind.As already mentioned, these apertures must match the size of the Labeling field 3 can be adjusted. It also depends on the size of the aperture also depends on the distance between the panes 4 and 5 and the labeling field 3. As Figure 3 shows, namely, the cone of the jet narrows towards the inscription field 3. At a greater distance the aperture openings 4a and 5a to the inscription field 3 is therefore the required Aperture larger. On the other hand, the path of the material splash becomes longer, i.e. the splashes need more time to reach the aperture in which the aperture is opened can already be closed. An optimum for the distance can be found in the individual case of the apertures 4, 5 from the labeling field 3, if the absolute speed the diaphragms 4, 5 and the splash of material are known.
Darüber hinaus können zwei Maßnahmen ergriffen werden, die Größe der Blendenöffnung zu verkleinern. Zum einen ist es möglich, den Schreibkopf 1 mit den Objektiv 2 längs des Beschriftungsfeldes 3 verschiebbar zu machen. In diesem Fall muß in jeder Stellung des Schreibkopfes jeweils nur ein Teil der Länge des gesamten Beschriftungsfeldes 3 erfaßt werden. Das Beschriftungsfeld 3 kann beispielsweise, wie in Figur 1 dargestellt, in vier Teilbereiche 3a bis 3d unterteilt werden, die jeweils einer Stellung des Schreibkopfes entsprechen. Mit der Verkleinerung des jeweils in einer Position zu erfassenden Beschriftungsfeldes 3 kann auch die Blendenöffnung 4a bzw. 5a der Scheibe 4 bzw. 5 verkleinert werden. Außerdem kann auch ein kleineres Objektiv 2 gewählt werden.In addition, two measures can be taken, the size of the To reduce the aperture. On the one hand, it is possible to use the write head 1 with the To make lens 2 along the labeling field 3 displaceable. In this case must in each position of the write head only a part of the length of the entire Labeling field 3 are detected. The labeling field 3 can, for example, as shown in Figure 1, in four sub-areas 3a to 3d divided which each correspond to a position of the write head. With the downsizing of the inscription field 3 to be detected in each position can also be the Aperture opening 4a or 5a of the disc 4 or 5 are reduced. Also can a smaller lens 2 can also be selected.
Wenn man den Schreibkopf 1 mit dem Objektiv 2 in Stufen verschiebt, die etwa den Abstand A x benachbarter Punkte in X-Richtung entsprechen, wie er in Figur 2 eingezeichnet ist, so kann die Ablenkeinrichtung für den Laserstrahl in X-Richtung ganz entfallen. In diesem Fall kann nämlich die Positionierung des Laserstrahls in X-Richtung durch alleiniges Verschieben des Schreibkopfes 1 mit dem Objektiv 2 erfolgen und der Spiegel 1b kann fest montiert werden. Das hat zusätzlich den Vorteil, daß der Abstand der Spiegel 1b und 1d in Y-Richtung erheblich vergrößert werden kann, um eine gewisse seitliche Versetzung des Beschriftungsfeldes 3 gegenüber der Laserstrahlachse zu erzielen, was bei schlecht zugänglichem Beschriftungsfeld 3 von Vorteil sein kann. Wenn beide Spiegel Ib und 1d verstellbar sind, muß deren Abstand dagegen möglichst klein gehalten werden, um Abbildungsverzerrungen zu vermeiden.If you move the print head 1 with the lens 2 in steps, which roughly correspond to the distance A x between adjacent points in the X direction, as shown in Figure 2 is shown, the deflection device for the laser beam in X-direction completely omitted. In this case, the positioning of the laser beam in the X direction by simply moving the write head 1 with the lens 2 and the mirror 1b can be permanently mounted. That also has the The advantage is that the distance between the mirrors 1b and 1d in the Y direction is increased considerably can be compared to a certain lateral offset of the labeling field 3 to achieve the laser beam axis, which is when the labeling field is difficult to access 3 can be beneficial. If both mirrors Ib and 1d are adjustable, their must Distance, however, must be kept as small as possible in order to avoid image distortion.
Durch die Aufteilung des Beschriftungsfeldes 3 bezüglich der Längsrichtung in mehrere, jeweils mit einer Schreibkopfposition zu beschriftende Teilbereiche wird also in jedem Fall eine Verkleinerung des Objektivs 2 und der Blendenöffnung 4a bzw. 5a erreicht. Damit kann die Beschädigungs- bzw. Verschmutzungsgefahr für das Objektiv 2 erheblich verringert werden.By dividing the labeling field 3 with respect to the longitudinal direction into several sub-areas, each to be labeled with a write head position In any case, the objective 2 and the aperture will be reduced in size 4a or 5a reached. This can reduce the risk of damage or contamination for the lens 2 can be reduced considerably.
Man kann die Blendenöffnung 4a bzw. 5a aber auch verkleineren, wenn diese Blendenöffnungen nicht die gesamte Länge des Beschriftungsfeldes umfassen. Wenn nämlich der Laserstrahl durch die Ablenkeinheit 1 auf einen bestimmten Punkt des Beschriftungsfeldes 3 eingestellt ist, so muß durch die Blendenöffnungen 4a bzw. 5a an sich nur dieser Punkt freigegeben werden. Dies setzt jedoch voraus, daß man den Laserstrahl auch genau dann triggert, wenn die Blendenöffnungen 4a, 5a gerade diesen Beschriftungspunkt freigeben.Eine derartige Triggerung wäre jedoch verhältnismäßigschwierig zu realisieren. Um den Aufwand für die Triggerung gering zu halten kann man aber die Blenden öffnungen 4a bzw. 5a auch so bemessen, daß jeweils ein Teilbereich bezüglich der Länge des Beschriftungsfeldes 3 freigegeben wird.Die Blendenöffnungen 4a, 5a sollen sich in Längsrichtung des Beschriftungsfeldes 3 bewegen. Der Laserimpuls wird dann getriggert, wenn er auf den durch die Blendenöffnungen 4a und 5a freigegebenen Teilbereich fällt. Es ist also in diesem Fall eine Triggereinheit mit mehreren Ansprechpunkten erforderlich.You can also reduce the aperture 4a or 5a, if these apertures do not cover the entire length of the labeling field. Namely, when the laser beam by the deflection unit 1 on a certain Point of the inscription field 3 is set, so must through the aperture 4a or 5a in itself only this point can be released. However, this assumes that the laser beam is triggered exactly when the aperture openings 4a, 5a are straight release this marking point. Such triggering would, however, be relatively difficult to realize. In order to keep the effort for the triggering low you can the diaphragm openings 4a and 5a also dimensioned so that in each case a partial area with respect to the length of the labeling field 3 is released. The aperture openings 4a, 5a should move in the longitudinal direction of the labeling field 3. The laser pulse is triggered when it clicks through the aperture openings 4a and 5a Partial area falls. In this case it is a trigger unit with several response points necessary.
Eine derartige Triggereinheit ist in den Figuren 3 und 4 schematisch dargestellt. Jede Triggereinheit besteht aus einer Lichtschranke 8 mit einem Lichtsender 8a und einem Empfänger 8b. Diese Lichtschranke 8 ist gegenüber dem Schreibkopf 2 versetzt angeordnet. Bei einer mehrstufigen Triggereinrichtung ist für jeden Teilbereich des Beschriftungsfeldes 3 eine gesonderte Lichtschranke 8, 8', 8 " , 8 " ' vorgesehen. Die einzelnen Lichtschranken sind in Umfangsrichtung versetzt.Such a trigger unit is shown schematically in FIGS shown. Each trigger unit consists of a light barrier 8 with a light transmitter 8a and a receiver 8b. This light barrier 8 is opposite the write head 2 staggered. In the case of a multi-stage trigger device, is for each sub-area of the inscription field 3 a separate light barrier 8, 8 ', 8 ", 8"' is provided. The individual light barriers are offset in the circumferential direction.
Die Scheiben 4 und 5 weisen jeweils einen Durchbruch 4c bzw. 5c auf. Diese Durchbrüche 4c bzw. 5c sind so angeordnet, daß der Lichtweg für die Lichtschranke 8 freigegeben wird, wenn die Blendenöffnungen 4a und 5a den ersten Teilbereich des Beschriftungsfeldes 3 freigeben, daß der Lichtweg für die zweite Lichtschranke 8' freigegeben wird, wenn die;Blendenöffnungen 4a und 5a den zweiten Teilbereich des Beschriftungsfeldes 3 freigeben usw.The disks 4 and 5 each have an opening 4c and 5c, respectively. These openings 4c and 5c are arranged so that the light path for the light barrier 8 is released when the aperture openings 4a and 5a cover the first portion of the Release the labeling field 3 so that the light path for the second light barrier 8 ' is released when the; aperture openings 4a and 5a the second portion of the Release the labeling field 3, etc.
Wenn der Laserstrahl auf den ersten Teilbereich des Beschriftungsfeldes 3 eingestellt ist, wenn also z.B. das erste Zeichen geschrieben werden soll, so wird er durch die erste Lichtschranke 8 ausgelöst, sobald durch die Blendenanordnung das erste Beschriftungsfeld freigegeben wird. Ist dagegen der Laserstrahl auf den zweiten Buchstaben eingestellt, so wird er erst getriggert, wenn die Blendenanordnung den zweiten Teilbereich des Beschriftungsfeldes 3 freigibt.When the laser beam hits the first part of the labeling field 3 is set, so if, for example, the first character is to be written, so it is triggered by the first light barrier 8 as soon as through the diaphragm arrangement the first labeling field is released. If, on the other hand, the laser beam hits the second letter is set, it is only triggered when the aperture arrangement the second part of the labeling field 3 releases.
Das Beschriftungsfeld 3 kann also in eine der Anzahl der Triggereinrichtungen 8 entsprechenden Anzahl von Teilbereichen eingeteilt werden. Die Blendenöffnungen 4a und 5a müssen dann jeweils nur einen Teilbereich erfassen und können dadurch entsprechend kleiner gewählt werden, so daß die Beschädigungs- bzw. Verschmutzungsgefahr für das Objektiv 2 verringert wird.The inscription field 3 can therefore be in one of the number of trigger devices 8 can be divided into a corresponding number of sub-areas. The aperture openings 4a and 5a then only have to cover a partial area and can thereby be chosen correspondingly smaller, so that the risk of damage or contamination for lens 2 is decreased.
Denselben Erfolg kann man aber auch erreichen, wenn man nur eine Lichtschranke 8 vorsieht und den Triggerimpuls für den Laserstrahl gegenüber dem Ansprechen der Lichtschranke 8 in Abhängigkeit vom angewählten Teilbereich des Beschriftungsfeldes solange verzögert, bis die angewählte Teilfläche durch die Blendenanordnung freigegeben ist. Figur 5 zeigt ein Prinzipschaltbild für eine derartige Anordnung. Eine Lichtschranke 8 ist in diesem Fall so angeordnet, daß sie ein Signal abgibt, wenn der erste Teilbereich des Beschriftungsfeldes 3 freigegeben ist.But you can also achieve the same success if you only have one light barrier 8 provides and the trigger pulse for the laser beam compared to the response of the Light barrier 8 depending on the selected part of the labeling field delayed until the selected partial area is released by the diaphragm arrangement is. FIG. 5 shows a basic circuit diagram for such an arrangement. A light barrier 8 is arranged in this case so that it emits a signal when the first sub-area of the labeling field 3 is released.
Dieses Signal wird über ein programmierbares Verzögerungsglied 11 einer Auslöseeinrichtung 9 für den Laserimpuls zugeführt. Das programmierbare Verzögerungsglied 11 wird von einer Steuereinrichtung 10 für die Ablenkeinheit 1 programmiert. Soll ein Zeichen im ersten Teilbereich des Beschriftungsfeldes 3 geschrieben werden, so wird die Verzögerung auf Null eingestellt, d.h. der Laserimpuls zugleich mit Ansprechen der Lichtschranke 8 ausgelöst.This signal is generated via a programmable delay element 11 a triggering device 9 for the laser pulse. The programmable delay element 11 is programmed by a control device 10 for the deflection unit 1. Intended to a character can be written in the first part of the labeling field 3, so the delay is set to zero, i.e. the laser pulse at the same time Activation of the light barrier 8 triggered.
Wenn ein Zeichen im zweiten Teilbereich des Beschriftungsfeldes 3 geschrieben werden soll, so wird das Verzögerungsglied 11 auf die Zeit eingestellt, nach der die Blendenanordnung den zweiten Teilbereich freigibt usw.If a character in the second part of the labeling field 3 is to be written, the delay element 11 is set to the time after which the diaphragm arrangement releases the second sub-area, etc.
Auch mit einem derartigen programmierbaren Zeitglied 11, das in die Steuerung für die Ablenkeinheit 1 integriert sein kann, kann man also erreichen, daß der Laserimpuls immer dann ausgelöst wird, wenn die Blendenanordnung den angewählten Teilbereich des Beschriftungsfeldes 3 freigibt.Also with such a programmable timer 11, which is in the Control for the deflection unit 1 can be integrated, so one can achieve that the laser pulse is always triggered when the aperture arrangement the selected Releases part of the labeling field 3.
Wenn man die X-Richtung des Laserimpulses nur durch Verschieben des Schreibkopfes einstellt, so kann man die Bewegungsrichtung der Blenden 4, 5 statt in X-Richtung auch in Y-Richtung wählen. Wenn man dann für jeden Schreibpunkt einen eigenen Triggerpunkt für den Laser impuls versieht, so muß die Blendenöffnung lediglich einen Schreibpunkt freigeben und wird daher sehr klein.If you can change the X direction of the laser pulse only by moving the Adjusts the write head, so you can change the direction of movement of the diaphragms 4, 5 instead in the X direction also select in the Y direction. If you then have one for each writing point Provides its own trigger point for the laser pulse, the aperture only needs to be release a writing point and therefore becomes very small.
Es wurde bereits erwähnt, daß Materialspritzer auch durch den in der Nähe der Scheiben 4 bzw. 5 befindlichen Luftstrom abgelenkt werden. Diese Wirkung kann verstärkt werden, wenn man entsprechend Figur 3 die Scheiben 4 und 5 mit Rippen 4b bzw. 5b versieht, die eine Intensivierung des Luftstroms bewirken.It has already been mentioned that splashes of material can also be caused by the Near the discs 4 or 5 located air flow are deflected. This effect can be reinforced if, as shown in FIG. 3, the disks 4 and 5 with ribs 4b or 5b provides, which cause an intensification of the air flow.
In den Figuren 6 und 7 ist schließlich noch ein kompletter,verschiebbarer Schreibkopf mit der beschriebenen Blende 4 dargestellt. Dabei zeigen die Figuren 6 und 7 Schnittzeichnungen aus zwei verschiedenen Richtungen.Finally, in FIGS. 6 and 7, there is a complete, displaceable one Write head shown with the diaphragm 4 described. The figures show 6 and 7 sectional drawings from two different directions.
Der gesamte Schreibkopf mit den Ablenkspiegeln 1b und Id sowie den in den Figuren 6 und 7 der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellten Ablenkern 1a und 1c ist in ein Gehäuse 12 eingebaut. Das Objektiv 2 sowie ein Antriebsmotor 6 für die Scheibe 4 sind in Öffnungen im Boden des Gehäuses 12 montiert. Das Gehäuse 12 ist verschiebbar an einem weiteren Gehäuse 13 befestigt, das den eigentlichen, nicht dargestellten Laser enthält. Das Gehäuse 13 weist einen rohrförmigen Ansatz 13a auf, in dem ein ebenfalls rohrförmiger Ansatz des Gehäuses 12 teleskopartig gleitet.The entire print head with the deflection mirrors 1b and Id as well as the In FIGS. 6 and 7, for the sake of clarity, deflectors are not shown 1a and 1c are built into a housing 12. The lens 2 and a drive motor 6 for the disc 4 are in openings in the bottom of the Housing 12 assembled. The housing 12 is slidably attached to a further housing 13, which contains the actual laser, not shown. The housing 13 has a tubular extension 13a, in which a likewise tubular extension of the housing 12 slides telescopically.
Das Gehäuse 12 mit dem Schreibkopf ist also bezüglich des Gehäuses 13 verschiebbar, so daß der Laserstrahl beispielsweise in X-Richtung eines Beschriftungsfeldes 3 eingestellt werden kann. Zur Verschiebung des Gehäuses 12 mit dem eingebauten Schreibkopf ist im Gehäuse 13 ein Motor 13b vorgesehen, der über eine Gewinde-Spindel 13c und einen Block 12b mit Innengewinde die Einstellung des Schreibkopfes ermöglicht. Die Gleitflächen zwischen den rohrförmigen Ansätzen der Gehäuse 12 und13 sind durch einen Balgen 13d gegen Verschmutzung geschützt.The housing 12 with the write head is therefore with respect to the housing 13 displaceable so that the laser beam, for example, in the X direction of a labeling field 3 can be set. To move the housing 12 with the built-in Writing head is provided in the housing 13, a motor 13b, which has a threaded spindle 13c and a block 12b with an internal thread enables the adjustment of the writing head. The sliding surfaces between the tubular lugs of the housings 12 and 13 are through a bellows 13d protected against contamination.
Zum Schutz der rotierenden Scheibe 4 ist eine Verkleidung 12c vorgesehen. Diese weist an ihrem unteren Ende einen Austrittsschacht 12d für den Laserstrahl auf. Zwischen Austrittsschacht 12d und Beschriftungsfeld 3 ist ein Balgen 12e mit einem auf dem Beschriftungsfeld aufliegenden Dichtring 12f angeordnet. Der Dichtring 12f kann dem Profil des zu beschriftenden Werkstücks angepaßt sein und aus magnetischem Material bestehen, damit er an dem Werkstück haftet. Die Verkleidung 12c mit dem Strahl-Austrittsschacht 12d und dem Balgen 12e verhindert das Austreten von Laserstrahlung und Materialspritzern, dämpft das beim Schreibvorgang entstehende Geräusch und schützt das Bedienungspersonal gegen unbeabsichtigtes Berühren der rotierenden Scheibe 4.A cladding 12c is provided to protect the rotating disk 4. This has an exit shaft 12d for the laser beam at its lower end on. Between the outlet shaft 12d and the labeling field 3 there is a bellows 12e a sealing ring 12f resting on the inscription field. The sealing ring 12f can be adapted to the profile of the workpiece to be marked and made of magnetic material Material exist so that it adheres to the workpiece. The panel 12c with the Beam exit shaft 12d and the bellows 12e prevent the escape of laser radiation and material splashes, dampens the noise generated during the writing process and protects the operating personnel against unintentional contact with the rotating disk 4.
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Claims (9)
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ID=6157836
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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