Способ маркировки движущегося материального тела и устройство для его осуществления

Способ маркировки движущегося материального тела и устройство для его осуществления

Реферат

 

Изобретение относится к области лазерной обработки, в частности к способу и устройству для маркировки материального движущегося тела, и может найти применение в различных отраслях машиностроения. Сущность изобретения. Способ включает в себя стадии наведения на движущееся тело 26 пучка с высокой плотностью энергии 46, 58, концентрирование пучка с целью получения освещенного пятна в некоторой точке на поверхности или внутри движущегося тела 26 и перемещения этого пятна в соответствии с результирующей двух составляющих движения, причем первая из составляющих равна скорости движущегося тела 26, а вторая связана с движущимся телом 26, для создания маркировки заранее определенного вида. Установка включает, по меньшей мере, одно подвижное гальванометрическое зеркало 68, способное перемещать пятно в соответствии с результирующей двух составляющих. 2 с. и 31 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к способу и устройству для маркировки движущегося материального тела с использованием пучка с высокой плотностью энергии.

Множество изделий производится или обрабатывается на производственных линиях, причем изделие, о котором идет речь, непрерывно движется от одного обрабатывающего участка до другого до тех пор, пока все стадии изготовления или обработки не будут завершены. Часто маркировка изделия интегрирована в производственную линию, так что возникает необходимость в устройстве, способном маркировать изделие, не создавая помех для непрерывного движения производственной линии.

Предшествующий уровень техники.

Одним из таких устройств, используемых в настоящее время, является чернильный струйный маркер, который способен направить управляемую струю чернил на движущийся пакет с целью создания нужного знака. Такие устройства способны маркировать до 1000 предметом в минуту, но требуют постоянного внимания и частот тщательного осмотра с целью предотвращения засорения чернильного сопла. Такой осмотр может потребовать остановки производственной линии с вытекающими отсюда потерями рабочего времени. Кроме того, устройства этого типа потребляют большое количество таких материалов, как чернила и растворитель, что влечет за собой довольно значительные эксплуатационные затраты. Возникли также вопросы и относительно несмываемости получающейся маркировки.

Лазерная маркировка, с другой стороны, предлагает чистую и элегантную альтернативу чернильной струйной маркировке и снабжает предмет действительно несмываемой маркировкой.

Вообще говоря, существующие промышленные способы лазерной маркировки попадают в одну из двух категорий. В первой из этих категорий пучок несфокусированного лазерного излучения проходит сквозь маску так, чтобы создать нужный рисунок, в то время как второй пучок лазерного излучения сканирует предмет, о котором идет речь, вычерчивая нужный рисунок.

Патент США N 4758703 дает пример метода маркировки, попадающего в первую категорию, и описывает способ скрытого кодирования рисунка, различимого только под микроскопом, на поверхности движущегося предмета. В описанном способе присутствие движущегося предмета детектируется, а скорость его приближения измеряется, так что в соответствующий момент, когда предмет проходит мимо лазерной головки, пучок несфокусированного лазерного излучения направляется на предмет через маску. Именно маска ответственна за создание рисунка маркировки, эта маска состоит из маскирующей пластины с площадью поперечного сечения, большей площади поперечного сечения пучка, и включает в себя матрицу отверстий, которые могут быть затемнены или не затемнены. Пройдя сквозь маску, пучок фокусируется, чтобы уменьшить размер рисунка, получаемого на поверхности пакета, а также увеличить интенсивность пучка. В конкретном описанном способе интенсивностью пучка тщательно управляют, так что окончательный рисунок едва протравливается на поверхности и остается невидимым невооруженному глазу.

Заявка на патент Великобритании N 9117521.6 дает пример сканирующего способа лазерной маркировки и относится к способу и установке для снабжения материального тела подповерхностной маркировкой в виде области повышенной непрозрачности для электромагнитного излучения. Этот способ включает в себя стадии направления на поверхность тела пучка с высокой плотностью энергии, для которого материал прозрачен, и фокусирования этого пучка в точке, находящейся на некотором расстоянии от поверхности внутри тела, с целью вызвать локальную ионизацию материала. Заявка на патент Великобритании N 9117521.6 относится дополнительно к маркируемому телу в соответствии с упомянутым способом или при использовании упомянутой установки.

Хотя сканирующий способ лазерной маркировки имеет то преимущество, что он более гибок, а именно форма желаемой маркировки может быть изменена путем внешнего вмешательства без прерывания работы лазера для смены маскирующего элемента, этот способ пока не используется в промышленности для маркировки движущихся тел из-за опасений, что полученная маркировка будет расплываться или же "растягиваться" в направлении движения тела. Это опасение до сих пор ограничивало применение способа сканирующей лазерной маркировки теми случаями, где тело, которое должно быть промаркировано, стационарно относительно остальных движущихся тел, которые должны быть промаркированы с использованием способа маскируемого пучка, хотя четкость маркировки, получаемой с использованием этого способа, также сильно ограничена скоростью движения движущегося тела.

Раскрытие изобретения.

В основу данного изобретения положена задача устранить вышеуказанные недостатки.

Поставленная задача решается тем, что в способе маркировки движущегося материального тела, согласно изобретению, направляют на движущееся тело пучок с высокой плотностью энергии, осуществляют концентрирование этого пучка для получения освещенного пятна в точке на поверхности или внутри движущегося тела и перемещают указанное пятно в соответствии с результирующей двух составляющих движения, причем первая из них равна скорости движущегося тела, а вторая связана с движущимся телом, для создания маркировки заранее определенного вида.

Предпочтительно включить дополнительную стадию определения скорости движущегося тела. Хотя признано, что скорость движущегося тела может быть определена путем мониторирования скорости движения средства, используемого для транспортировки тела, предпочтительно скорость движущегося тела определяется путем непосредственного измерения.

Преимущественно, пучок с высокой плотностью энергии направляется на движущееся тело путем обеспечения пересечения траектории движущегося тела с траекторией генерируемого пучка с высокой плотностью энергии и генерации пучка с высокой плотностью энергии в заранее определенный момент времени после того, как движущееся тело проходит положение, находящееся на известном расстоянии от точки пересечения, причем это время зависит от скорости движущегося тела.

В конкретном примере воплощении, в котором маркировка включает в себя подповерхностную маркировку, пучок с высокой плотностью энергии предпочтительно фокусируется в точке внутри движущегося тела, так чтобы вызвать локальную ионизацию материала и создание маркировки в виде области повышенной непрозрачности для электромагнитного излучения. В таком воплощении движущееся материальное тело может быть прозрачным для электромагнитного излучения на длинах волн видимого диапазона, в связи с чем маркировка становится видимой невооруженным глазом. Например, этим материалом может быть стекло или пластик. И наоборот, движущееся материальное тело может быть непрозрачным для электромагнитного излучения на длинах волн видимого диапазона, так что эта маркировка может быть "видна" только с помощью оптических инструментов, работающих на соответствующей длине волны электромагнитного спектра. Хотя такая маркировка не способна выполнять многие из функций ее видимых аналогов, она представляет собой действительно несмываемую скрытую маркировку.

В данном или любом другом примере воплощении маркировка может состоять из одной или более цифр, букв или символов либо их комбинации, которая, в свою очередь, может представлять собой идентификационную метку, торговую марку, машинно-читаемый код или любой другой желаемый знак. Кроме того, маркировка может быть трехмерной.

Поставленная задача решается тем, что согласно настоящему изобретению устройство для маркировки движущегося материального тела, включающая в себя средства для создания пучка с высокой плотностью энергии и направления этого пучка на движущееся тело, средство для концентрирования пучка для получения освещенного пятна в точке на поверхности или внутри движущегося тела и средства для перемещения указанного пятна в соответствии с результирующей двух составляющих движения, причем первая из них равна скорости движущегося тела, а вторая связана с движущимся телом, так что создается маркировка заранее определенного вида.

Преимущественно, средство для перемещения пятна в соответствии с результирующей двух компонент включает в себя средства для перемещения упомянутого пятна в соответствии с упомянутой второй из двух составляющих, причем это средство предпочтительно включает, по меньшей мере, одно подвижное зеркало, размещенное на пути пучка. Движением зеркала можно управлять в соответствии с компьютерной программой, позволяющей легко манипулировать окончательным видом маркировки, в то время как само подвижное зеркало может представлять собой гальванометрическое зеркало. Хотя признано, что для перемещения зеркала может использоваться любое подходящее средство, например серводвигатель или ручной джойстик, свойства гальванометрического зеркала обеспечивают скорость отклика и легкость управления, предоставляющее значительные преимущества над альтернативными средствами управления.

В предпочтительном варианте воплощении средство для перемещения пятна в соответствии с упомянутой второй из двух составляющих способно также перемещать пятно в соответствии с упомянутой первой из двух составляющих.

В другом примере средство для перемещения упомянутого пятна в соответствии с результирующей двух составляющих включает в себя дополнительное средство для перемещения пятна в соответствии с упомянутой первой из двух составляющих, причем это средство предпочтительно включает в себя, по меньшей мере, одно зеркало, смонтированное так, что оно может вращаться, причем скорость вращения этого зеркала меняется в соответствии со скоростью движущегося тела.

Еще в одном примере зеркало из предыдущего примера, смонтированное так, что оно может вращаться, является многогранным.

Еще в одном из примеров средство для перемещения пятна в соответствии с упомянутой первой из двух составляющих включает в себя, по меньшей мере, одно зеркало, которое может двигаться с той же скоростью, что и движущееся тело.

Еще в одном из примеров средство для перемещения пятна в соответствии с упомянутой первой из двух составляющих включает в себя, по меньшей мере, один акустооптический или электрооптический кристалл.

В предпочтительном воплощении предусмотрено также средство для определения скорости движущегося тела. Хотя признано, что скорость движущегося тела может быть определена путем мониторирования скорости движения средства, используемого для транспортировки тела, скорость движущегося тела предпочтительно определяется путем непосредственного измерения. Например, в конкретной установке скорость движущегося тела может определяться путем измерения времени, которое необходимо телу, чтобы пройти путь между двумя оптическими детекторами, расположенными на известном расстоянии друг от друга.

Преимущественно, пучок с высокой плотностью энергии направляется на движущееся тело путем обеспечения пересечения траектории движущегося тела с траекторией пучка с высокой плотностью энергии, когда пучок генерирован, и обеспечения средства для генерации пучка с высокой плотностью энергии в заранее определенный момент времени после того, как движущееся тело пройдет положение, находящееся на известном расстоянии от точки пересечения, причем это время зависит от скорости движущегося тела.

Средство для концентрации пучка может включать в себя линзовый элемент с фокусным расстоянием, которое меняется по его ширине так, чтобы компенсировать определенный дефокусирующий эффект. И наоборот или в дополнении к этому, средство для концентрации пучка может включать линзу с переменным фокусным расстоянием, предназначенную либо также для компенсации определенного дефокусирующего эффекта, либо для обеспечения возможности получения маркировки на различных глубинах внутри тела и, таким образом, обеспечения создания трехмерной маркировки. В конкретной установке средство для концентрации пучка может включать в себя рассеивающую линзу.

В конкретном воплощении, в котором маркировка представляет собой поверхностную маркировку, средство для создания пучка с высокой плотностью энергии предпочтительно представляет собой СО₂-лазер.

В воплощении, в котором маркировка состоит из подповерхностной маркировки, средство для создания пучка с высокой плотностью энергии предпочтительно представляет собой лазер, который фокусируется так, чтобы пиковая плотность энергии в фокусе составляла не менее 10 Дж/см². Эта пиковая плотность энергии достигается предпочтительно с помощью лазера, который фокусируется так, чтобы плотность его мощности в фокусе составляла, по меньшей мере, 10⁷ Вт/см², и работает в импульсном режиме с длительностью импульса, по меньшей мере, 10^-6 с. Если в таких обстоятельствах материальное тело, которое должно быть промаркировано, прозрачно для электромагнитного излучения на длинах волн видимого диапазона, то средство для создания требуемого пучка с высокой плотностью энергии представляет собой предпочтительно Nd-YAG лазер (лазер на иттриево-алюминиевом гранате с неодимом), генерирующий на длине волны 1,06 мкм.

Преимущественно, для того, чтобы облегчить юстировку пучка с высокой плотностью энергии, может быть предусмотрен вспомогательный источник видимого лазерного излучения.

Для транспортировки движущегося тела предпочтительно использовать конвейерную ленту, в таких обстоятельствах конвейерная лента может быть снабжена средством для управления поперечным положением движущегося тела относительно этой ленты.

Далее будет на примерах описан ряд возможных воплощений настоящего изобретения с отсылкой к соответствующим рисункам.

На фиг. 1 представлен схематический вид сверху на лазерную маркировочную станцию в соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения, на котором маркировочное устройство и детектирующий модуль показаны как расположенные рядом с непрерывно движущейся конвейерной лентой; на фиг. 2 схема детектирующего модуля фиг. 1; на фиг. 3 схема маркировочного устройства фиг. 1; на фиг. 4 схема распределения электрической энергии в маркировочном устройстве фиг. 1; на фиг. 5 блок-схема объединенной последовательности операций маркировочного устройства и детектирующего модуля фиг. 1; на фиг. 6 - схема маркировочного устройства в соответствии с вторым воплощением; на фиг. 7 схема маркировочного устройства в соответствии с третьим воплощением; на фиг. 8 схема маркировочного устройства в соответствии с четвертым воплощением.

Лазерная маркировочная станция, изображенная на фиг. 1, включает в себя маркировочное устройство 10 и детектирующий модуль 12, причем оба они заключены в защитный кожух 14, который накрывает непрерывно движущуюся конвейерную ленту 16. Конвейерная лента 16 имеет ширину, достаточную для того, чтобы транспортировать к лазерной маркировочной станции материальное тело, которое должно быть промаркировано, и определяемую движущимся полотном 18 и двумя вертикально выступающими боковыми бортиками 20 и 22. Обычно первый из двух боковых бортиков 20 неподвижен относительно движущегося полотна 18, тогда как другой боковой бортик 22 может смещаться относительно этого полотна при помощи регулировочного винта 24. После затягивания регулировочного винта 24 расстояние между двумя боковыми бортиками 20 и 22 уменьшается, тем самым сужая эффективную ширину конвейерной ленты 16.

Материальное тело, которое должно быть промаркировано, изображенное в прилагаемых рисунках в виде стеклянной бутылки 26, транспортируется к лазерной маркировочной станции при помощи конвейерной ленты 16 и входит в защитный кожух 14 через первое отверстие 28. После этого тело 26 проходит мимо детектирующего модуля 12 и маркировочного устройства 10, прежде чем выйти из защитного кожуха 14 через второе отверстие 30. Из соображений безопасности расстояние между маркировочным устройством 10 и либо первым отверстием 28, либо вторым отверстием 30 таково, что обеспечивает невозможность случайного попадания оператора внутрь защитного кожуха 14 и помещения его руки перед маркировочным устройством 10.

Детектирующий модуль 12 более подробно изображен на фиг.2 и состоит из пары оптических детекторов 32 и 34, расположенных бок о бок рядом с конвейерной лентой 16. Каждый из оптических детекторов 32 и 34 включает в себя источник света 36 и подходящий детектор 38 и настроен соответственно на одну из пар обратных отражателей 40 и 42, расположенных на противоположной стороне конвейерной ленты 16. Свет исходит из источника света 36 по направлению к связанному с ним обратному отражателю, от которого отражается обратно по направлению к оптическому детектору и затем детектируется детектором 38. Таким образом, когда между оптическим детектором и соответствующим ему обратным отражателем ничего нет, как показано в отношении оптического детектора 34 на фиг. 2, количество света, детектируемое детектором 38, максимально. Однако, когда оптический путь между оптическим детектором и соответствующим ему обратным отражателем затемнен, например, вследствие прохождения тела, которое должно быть промаркировано, вдоль конвейерной ленты 16, как показано на фиг. 2 в отношении оптического детектора 32, то количество света, отраженного соответствующим обратным отражателем, в данном случае обратным отражателем 40, и детектируемого детектором 38, падает ниже заранее установленного порогового значения, и генерируется соответствующий сигнал.

Чтобы повысить чувствительность каждого из оптических детекторов 32 и 34, источник света 36 выбирается таким образом, чтобы он испускал свет в видимом или ближнем инфракрасном диапазоне электромагнитного спектра, хотя детектор 38 выбирается не только из соображений селективной чувствительности к данному конкретному частотному диапазону, но также так, чтобы он реагировал только на свет, имеющий поляризационные характеристики источника 36. Таким образом, детектор 38 является не чувствительным к свету, испускаемому иными источниками, отличными от источника 36, или к свету, отраженному от поверхностей, иных чем связанный с ним обратный отражатель, таких, например, как поверхность маркируемого тела, поскольку такие отражения, как правило, обладают другими поляризационными характеристиками.

Маркировочное устройство 19 более детально изображено на фиг. 3 и состоит из источника 44 лазерного излучения 46, которое направлено так, чтобы оно пересекало траекторию движущегося тела 26.

В первом воплощении маркировочное устройство 10 предназначено для обеспечения поверхностной маркировки движущегося тела 26. С этой целью лазерное излучение с достаточной плотностью энергии направляется на тело 26, заставляя области поверхности, на которые оно падает, плавиться и перетекать, в результате чего возникает маркировка. В конкретном воплощении, проиллюстрированном на фиг. 3, источник 44 представляет собой квазинепрерывный СО₂-лазер с ВЧ-накачкой, испускающий пучок лазерного излучения 46, который имеет длину волны 10,6 мкм и, следовательно, невидим невооруженным глазом. Испущенный СО₂-лазером пучок 44 лазерного излучения 46 падает на первую отражающую поверхность 48, которая направляет пучок 46 через расширитель пучка 30 и устройство сведения пучков 52 на вторую отражающую поверхность 54. Второй источник лазерного излучения в виде низкоэнергетичного Не-Ne (гелий-неон) лазера 56 расположен рядом с СО₂ -лазером 44 и испускает вспомогательный пучок видимого лазерного излучения 58 с длиной волны 638 км. Вспомогательный пучок 58 падает на устройство сведения пучков 52, где отражается по направлению к второй отражающей поверхности 54, совпадая с пучком лазерного излучения 46 от СО₂ -лазера 44. Таким образом, необходимые свойства устройства сведения пучка 52 таковы, что оно должно пропускать электромагнитное излучение с длиной волны 10,6 мкм, отражая при этом электромагнитное излучение с длиной волны 638 нм. Таким образом пучок гелий-неонового лазера 58 снабжает сведенный пучок от СО₂ -лазера и Не-Ne лазера 46, 58 видимой компонентой, которая облегчает оптическую юстировку.

После сведения два совпадающих пучка 46, 58 отражаются от второй отражающей поверхности 54 в направлении третьей отражающей поверхности 60 и от третьей отражающей поверхности 60 отражаются далее по направлению к четвертой отражающей поверхности 62. От четвертой отражающей поверхности 62 сведенный пучок 46, 58 отражается снова по направлению к узлу лазерной головки 64, от которой сведенный пучок 46, 58, наконец, направляется так, чтобы пересечь траекторию движения движущегося тела 26. Чтобы облегчить маркировку на различных высотах от основания тела 26, третья и четвертая отражающие поверхности 60 и 62 монтируются как одно целое, вместе с узлом головки 64, так чтобы была возможность их юстировки в вертикальной плоскости под воздействием шагового двигателя 66 (не показан).

Внутри узла головки 64 сведенный пучок от СО₂ и Не-Ne лазеров 46,58 последовательно падает на два подвижных зеркала 68 и 70. Первое из этих двух зеркал 68 расположено наклонно к сведенному пучку 46, 58, который падает на него в результате отражения от четвертой отражающей поверхности 62, и может двигаться таким образом, чтобы вызывать движение отраженного от него пуска в вертикальной плоскости. Второе из двух зеркал 70 наклонено таким же образом, на этот раз к пучку 46, 58, который падает на него в результате отражения от первого зеркала 68, и может двигаться таким образом, чтобы заставить отраженный пучок 46, 58 двигаться в горизонтальной плоскости. Следовательно, специалистам в этой области будет ясно, что пучок 46, 58, выходящий из узла головки 64, может двигаться в любом желаемом направлении в результате одновременного движения первого и второго зеркал 68 и 70. Чтобы обеспечить это движение, два подвижных зеркала 68 и 70 смонтированы соответственно на первом и втором гальванометрах 72 и 74. Хотя признано, что для управления движения двух этих зеркал 68 и 70 может использоваться любое подходящее средство, например отдельный серводвигатель или ручной джойстик, принятый подход обеспечивает сочетание скорости отклика с легкостью управления, что представляет собой значительное преимущество над альтернативными средствами управления.

Выходя из узла головки 64, сведенный пучок 46, 58 фокусируется при прохождении через набор линз 76, который может включать один или более линзовых элементов. Первый линзовый элемент 78 способен сфокусировать пучок 46, 58 в выбранной точке на поверхности маркируемого тела. Как хорошо известно, максимальная плотность мощности пучка 46, 58 обратно пропорциональна квадрату радиуса пучка 46, 58 в его фокусе, который, в свою очередь, обратно пропорционален радиусу пучка 46, 58, падающего на фокусирующую линзу 78. Таким образом, для пучка 46, 58 электромагнитного излучения с длиной волны и радиусом R, подающего на линзу с фокусным расстоянием, плотность модности в фокусе Е в первом приближении определяется формулой: E = PP²²f²[Вт/м²] где Р мощность лазера. Из этого выражения очевидны значение и роль расширителя пучка 50, так как увеличение радиуса пучка R приводит к увеличению плотности энергии Е в фокусе. Кроме того, линзовый элемент 78 обычно представляет собой короткофокусную линзу с фокусным расстоянием в диапазоне от 70 до 80 мм, так что типичные плотности мощности в фокусе пучка 46, 58 обычно превышают 300 Вт/см². При плотностях энергии такого порядка тепловые взаимодействия происходят на поверхности маркируемого тела, в котором падающее излучение 46, 58 поглощается в виде тепла. Этот локальный нагрев приводит к тому, что поверхность тела 26 плавится и перетекает, оставляя остаточную маркировку, сделанную на поверхности. Перемещая фокус пучка 46, 58 c использованием зеркал 68 и 70, можно сделать маркировку заранее определенного вида, в частности, состоящую из одной или более цифр, букв или символов либо их комбинации, которая, в свою очередь, может представить собой идентификационную метку, торговую марку, машинно-читаемый код или любой другой желаемый знак.

Плотность мощности, необходимая для стимулирования тепловых взаимодействий на поверхности тела, будет, конечно, зависеть от материала тела и скорости сканирования пучка 46, 58. Такие материалы, как перспекс, могут маркироваться с использованием пучка 46, 58 с плотностью мощности всего 58 Вт/см², тогда как для маркировки некоторых металлов пучок 46, 58 должен иметь плотность мощности около 1 МВт/см². Предметы из стекла попадают в промежуток между двумя этими экстремальными случаями и могут маркироваться с использованием пучка 46, 58 с плотностью мощности, превышающей 300 Вт/см², и скоростью сканирования 3 м/с.

В интересах безопасности два лазера 44, 56 и соответственно их пучки 46 и 58 заключены внутри камеры безопасности 80, такой как показанна на фиг. 4, причем сведенный пучок 46, 58 выходит из камеры безопасности 80 только после прохождения набора линз 76. Доступ к двум лазерам 44 и 56 и различным оптическим элементам, расположенным на пути соответствующих пучков 46, 58, обеспечивается через дверцу 82, которая соединена с блокировочным устройством 84, делающим невозможной работу СО₂ -лазера 44 при открытой дверце 82. Следует отметить, что Не-Nе лазер 56 необязательно соединять с блокировочным устройством таким же образом, поскольку он работает только с очень малой мощностью и не представляет значительной опасности для опытного оператора.

Однофазное сетевое электрическое напряжение 240 В подается через блокировочное устройство дверцы 84 к сетевому распределительному устройству 86, которое расположено внизу, и изолировано от камеры безопасности 80 для предотвращения электрических помех работе лазеров 44 и 56. Из распределительного устройства 86 электрическое питание от сети подводится к СО₂ -лазеру 44 и Не-Nе лазеру 56, а также к блоку охлаждения 83, который служит для охлаждения СО₂ -лазера 44. Кроме того, сетевое электрическое питание подается также на шаговый двигатель 66 и компьютер 90. Три преобразователя переменного тока в постоянный и соответствующие регуляторы напряжения обеспечивают регулируемое постоянное напряжение 9 В, 12 В и 15 В, подаваемое соответственно на Не-Nе лазер 56 для обеспечения механизма накачки, на еще одно блокировочное устройство 92, предотвращающее преждевременный запуск СО₂-лазера 44, на узел головки 64 и, в частности, на первый и второй гальванометры 72 и 74 для создания заранее заданного движения первого и второго зеркал 68 и 70.

Объединенная последовательность операций маркировочного устройства 10 и детектирующего модуля 12 схематически показана на фиг. 5 и начинается с компьютера 90, вычисляющего или выпоняющего просмотр с целью идентификации следующей маркировки, которая должна быть нанесена. Таким образом, если лазерная маркировочная станция используется для маркировки целого ряда предметов, каждый из которых имеет свой серийный номер, компьютер 90 может вычислить следующую маркировку путем добавления необходимого приращения к опорному номеру, составляющему предыдущую маркировку. И наоборот, в начале партии или в процессе более сложной последовательности операций маркировки компьютер 90 может идентифицировать следующую маркировку из заранее запрограммированного перечня маркировок, содержащегося в соответствующем запоминающем устройстве. Когда следующая маркировка идентифицирована, она может быть выведена на дисплей пульта оператора вместе с иной информацией, такой как количество маркируемых предметов в конкретной партии, средняя линейная скорость предметов, проходящих мимо детектирующего модуля 12, а также любой другой желательной информацией.

Идентифицировав маркировку, которая должна быть нанесена на движущееся тело 26, компьютер 90 вычисляет векторы, необходимые для вычерчивания маркировки в предположении, что тело 26 будет неподвижным в момент маркировки. Эти векторы трансформируются в электрический сигнал, который, если используется для модулирования постоянного напряжения 15 В, поступая на первый и второй гальванометры 72 и 74, произведет серию движений первого и второго зеркал 68 и 70, способных перемещать фокус возбужденного лазерного пучка таким образом, чтобы вычертить желаемую маркировку.

Поскольку маркируемое тело транспортируется к лазерной маркировочной станции с помощью конвейерной ленты 16, положение движущегося тела 26 относительно неподвижного бокового бортика 20 может быть изменено с помощью регулировочного винта 24. Как правило, регулировочный винт 24 используется для сужения эффективной ширины конвейерной ленты 16 рядом с первым отверстием 28 в защитном кожухе 14. Таким образом, эффективная ширина конвейерной ленты 16 становится ненамного шире, чем само движущееся тело 26, тем самым обеспечивая некоторую степень контроля за поперечным расстоянием между маркируемым телом и различными компонентами детектирующего модуля 12 и маркировочной установки 10.

В течение всего этого времени детектирующий модуль используется для детектирования приближения маркируемого тела. Как только тело 26 достигает оптического детектора 32, его ведущая кромка затемняет оптический путь между источником света 36, обратным отражателем 40 и детектором 38, приводя к тому, что количество детектируемого света падает ниже установленного порогового значения. В результате генерируется соответствующий сигнал, который посылается на компьютер 90, запуская его часовой механизм. Этот часовой механизм не останавливается до момента времени t₁, когда ведущая кромка движущегося тела 26 детектируется таким же образом вторым оптическим детектором 34. Поскольку два оптических детектора 32 и 34 расположены на известном расстоянии d₁ друг от друга, скорость V маркируемого тела можно легко вычислить путем деления известного расстояния d₁ на время t₁, измеренное часовым механизмом. Таким образом V d₁/t₁ Чтобы создать компактную установку, способную маркировать тела, движущиеся с относительно большой линейной скоростью, расстояние d₁ между двумя оптическими детекторами 32 и 34 предпочтительно делать как можно меньше. В предельном случае оптический детектор 34 устанавливают впритык к оптическому детектору 34, что позволяет снизить d₁ до 1 мм. Даже при таких маленьких расстояниях генератор, составляющий основу часового механизма, способен провести свыше 5 циклов в течение типичного временного интервала t₁, так что уменьшение d₁ не оказывает заметного влияния на точность, с которой может быть измерена скорость V.

Пройдя мимо второго оптического детектора 34, маркируемое тело продолжает двигаться на конвейерной ленте 16 до тех пор, пока в момент времени t₂ не окажется рядом с маркировочной установкой 10. Поскольку второй оптический детектор 34 и маркировочная установка 10 находятся также на известном расстоянии d₂ друг от друга, время t₂ может быть вычислено путем деления расстояния d₂ на скорость V движущегося тела 26. Таким образом, t₂ d₂/V или t₂ d₂/d₁t₁ С другой стороны, чтобы обеспечить компактность установки, расстояние d₁ может быть уменьшено до минимума, ограниченного мощностью компьютера 90, но, как правило, оно составляет величину порядка 5 мм.

Используя приведенное выше уравнение, компьютер 90 вычисляет расчетное время прибытия t₂ маркируемого тела к маркировочной установке 10. Этот временной интервал, однако, представляет собой время, когда ведущая кромка тела 26 находится рядом с маркировочной установкой 10, и если желаемая маркировка должна быть нанесена не на ведущую кромку, к временному интервалу t₂ добавляется дополнительная временная задержка t чтобы получить время t₃, когда маркируемая часть тела 26 будет находиться рядом с маркировочной установкой 10.

В момент времени t₃после того как сигнал генерирован вторым оптическим детектором 34, СО₂-лазер 44 начинает работать, и сведенный пучок СО₂ и Не-Nе лазеров 46 и 58 фокусируется в вычисленную точку на поверхности тела 26. В этот же самый момент генерируется электрический сигнал для модуляции постоянного напряжения 15 В, приложенного к первому и второму гальванометрам 72 и 74; этот сигнал не только воспроизводит векторы, необходимые для вычерчивания желательной маркировки, но также включает в себя наложенную компоненту, компенсирующую движение тела 26 со скоростью V. Модулированное постоянное напряжение 15 В производит серию движений первого и второго зеркал 68 и 70, которые направляют фокус сведенного пучка СО₂ и Не-Nе лазеров 46, 58 так, чтобы он вычерчивал желательную маркировку, в то же самое время перемещая вычерчиваемую маркировку со скоростью V, что позволяет осуществлять динамическое сканирование в масштабе реального времени.

После того как тело 26 промаркировано, оно продолжает перемещаться с помощью конвейерной ленты 16, выходит из защитного кожуха 14 и уходит из лазерной маркировочной станции через второе отверстие 30. Промаркированное тело 26 может после этого быть перемещено к следующей обрабатывающей станции, если это требуется, в то время как компьютер 90 вычисляет следующую маркировку, которая должна быть нанесена, и вся последовательность операций начинается снова.

Специалистам будет ясно, что когда тело 26 движется мимо маркировочной установки 10, расстояние между набором линз 76 и той частью поверхности тела 26, которая должна маркироваться, непрерывно изменяется. Даже если тело 26 было бы неподвижным при маркировке, если желательная маркировка была бы достаточно большого размера, любая кривизна тела 26 также приводила бы к различным расстояниям между набором линз 76 и различными точками на поверхности. Сверх этого, следующие друг за другом маркируемые тела могут располагаться на конвейерной ленте 16 на различных расстояниях от неподвижного бокового бортика 20, несмотря на сужение эффективной ширины конвейерной ленты 16 перед лазерной маркировочной станцией. Если, как это было описано, первый линзовый элемент 78 имеет фиксированное фокусное расстояние, каждый из указанных выше факторов будет способствовать тому, что части наносимой на тело маркировки будут ближе или дальше от фокуса. Однако тщательно выбирая фокусное расстояние линзового элемента 78, можно свести эту проблему к минимуму.

Как уже было ранее сказано, фокусное расстояние первого линзового элемента 78 обычно составляет от 70 до 80 мм, и этот элемент способен фокусировать сведенный пучок СО₂ и Не-Nе лазеров 46, 58 так, чтобы получить в фокусе плотность мощности, как правило, свыше 300 Вт/см². Однако, при всем этом, для линзового элемента с фокусным расстоянием в этих пределах плотность мощности на малом расстоянии x от фокуса все еще недостаточна, чтобы привести к тепловым взаимодействиям внутри маркируемого тела. В предпочтительном варианте линзовый элемент 78 имеет фокусное расстояние 75 мм, что позволяет получить для стекла x больше 5 мм, хотя величина x конечно, зависит от материала, из которого сделано тело 26. Однако с использованием такой линз