DE10034166A1 - Marking moving objects with focused light involves expanding focused light onto variable projection template whose image on object forms pulsed image - Google Patents
Marking moving objects with focused light involves expanding focused light onto variable projection template whose image on object forms pulsed imageInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Markierung von be wegten Gegenständen mittels gebündeltem Licht nach dem Ober begriff des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durch führung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentan spruchs 6.The invention relates to a method for marking be moved objects to the waiter with bundled light Concept of claim 1 and a device for through implementation of the method according to the preamble of the patent Proverbs 6
Für die Markierung von Kabeln ist es bekannt, gebündeltes Licht, insbesondere Laserstrahlen, einzusetzen. Die Laser strahlung wird hierbei auf das Kabel fokussiert, wobei die Absorption der Laserstrahlung zu einer örtlichen Erhitzung und Abtragung des Materials führt.It is known for the marking of cables, bundled Use light, especially laser beams. The lasers radiation is focused on the cable, with the Absorption of the laser radiation for local heating and removal of the material.
Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise in der US 5,130,721 beschrieben. Ein elektrisch leitender Draht ist hierbei durch eine Ummantelung umgeben. Eine Vielzahl von La sern ist um den Draht angeordnet, wobei jeder Laser einen La serstrahl mit ausreichender Energie zur Abtragung eines punktförmigen Bereiches auf der Ummantelung aufweist. Die von den verschiedenen Lasern emittierten Lichtpulse werden je weils so mit der Bewegung des Drahtes synchronisiert, daß sie eine Matrix aus Punkten erzeugen, die so ein alphanumerisches Zeichen ergeben.Such a device is, for example, in US Pat. No. 5,130,721 described. An electrically conductive wire is surrounded by a jacket. A variety of La is arranged around the wire, with each laser having a La jet with sufficient energy to remove a point-shaped area on the casing. The of The light pulses emitted by the different lasers are different because so synchronized with the movement of the wire that it create a matrix of dots that is alphanumeric Characters.
Diese Vorrichtung hat jedoch verschiedene Nachteile. So ist die beschriebene Anordnung der Laser zum einen aufwendig und damit kostspielig. Weiterhin ist sie nicht ohne weiteres zu modifizieren, so daß eine Variation der Markierung sehr auf wendig ist. Schließlich kann wegen der Zusammensetzung der Markierung aus verschiedenen Punkten, die durch die verschie denen Laser erzeugt werden, die Markierung nicht beliebig verkleinert werden. Für verschiedene Anwendungen kann es aber wünschenswert sein, die Markierung in so geringer Größe vor zusehen, daß sie nicht mit bloßem Auge sichtbar ist. Dieses kann bei unmittelbarer Verwendung des markierten Materials, z. B. von markierten Goldfäden für Schmuckstücke, erstrebens wert sein.However, this device has several disadvantages. So is the described arrangement of the laser on the one hand and so expensive. Furthermore, it is not easily closed modify, so that a variation in the marking very much is agile. Finally, because of the composition of the Marking from different points, which are different through the which lasers are generated, the marking is not arbitrary be made smaller. But it can be used for different applications be desirable to mark up in such a small size make sure that it is not visible to the naked eye. This can directly use the marked material, z. B. of marked gold threads for jewelry be worth.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Markierung von bewegten Gegenständen mittels gebündeltem Licht anzugeben, welches mit einer einzigen Lichtquelle aus kommt und die vorgenannten Nachteile vermeidet. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben.The invention has for its object a method for Marking of moving objects using a bundled Specify light which is made with a single light source comes and avoids the aforementioned disadvantages. Farther the invention has for its object a device to specify to perform this procedure.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im Kennzeichen angegebenen Merkmale gelöst. Weiterhin wird die Aufgabe bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6 durch die im Kennzeichen die ses Anspruchs angegebenen Merkmale gelöst.This task is carried out in a method according to the generic term of claim 1 by the features specified in the license plate solved. Furthermore, the task with a device the preamble of claim 6 by the in the indicator resolved ses claim specified features.
Im Gegensatz zu dem oben beschriebenen Verfahren, bei dem die Markierung durch einzelne Punkte unterschiedlicher Lichtquel len erzeugt wird, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Projektionsschablone mit nur einer Lichtquelle verwen det. Hierfür wird das gebündelte Licht, insbesondere in Form eines Laserstrahls, zunächst aufgeweitet. In der Objektebene des so divergierten Lichtstrahls wird dann die Projektions schablone eingebracht und auf den bewegten Gegenstand abgebildet, wobei eine Fokussierung des Strahles erfolgt. Es wird dann ein gepulstes Abbild erzeugt.In contrast to the method described above, in which the Marking by individual points of different light sources len is generated in the inventive method use a projection template with only one light source det. For this, the bundled light, especially in form of a laser beam, initially widened. In the object level the light beam thus diverged becomes the projection template inserted and mapped onto the moving object, focusing the beam. It will then creates a pulsed image.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem gebündelten Licht um La serstrahlung, da diese sich besonders gut auf den bewegten Gegenstand fokussieren läßt.The bundled light is preferably La radiation, as this affects the moving people particularly well Lets object focus.
Die Erfindung ermöglicht auf einfache Weise, die Markierung auf dem bewegten Gegenstand zu verändern. Dieses kann vor teilhaft durch elektromechanisch änderbare oder wechselbare Projektionsschablonen erfolgen und zeichnet sich durch einen preisgünstigen Aufbau aus. Ebenso kann jedoch auch eine e lektrooptisch änderbare Projektionsschablone, beispielsweise in Form eines LCD-Bildschirmes verwendet werden. Dieses er möglicht, auch bei einem lang andauernden Betrieb einen me chanischen Verschleiß zu verhindern.The invention enables the marking in a simple manner to change on the moving object. This can happen partly through electromechanically changeable or changeable Projection templates are made and characterized by a inexpensive construction. However, an e projection template that can be changed optically, for example can be used in the form of an LCD screen. This he possible, even with a long-term operation a me to prevent mechanical wear.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich neben Mitteln zur Erzeugung von gebündeltem Licht und Mitteln zur Fokussie rung des gebündelten Lichtes auf eine Wirkfläche dadurch aus, daß Mittel zur Strahlaufweitung und eine Projektionsschablone vorgesehen sind, wobei die Projektionsschablone im Strahlen gang flach der Strahlaufweitung angeordnet ist.A device according to the invention is characterized in addition to means to generate bundled light and means for focusing the bundled light on an active surface that means for beam expansion and a projection template are provided, the projection template in the rays is arranged flat the beam expansion.
Vorzugsweise wird zur Erzeugung des gebündelten Lichtes ein Laser, insbesondere ein gepulster Laser, verwendet, da so die erforderliche Lichtintensität einfach zu erzielen ist.A is preferably used to generate the bundled light Lasers, especially a pulsed laser, are used, since so the required light intensity is easy to achieve.
Besonders vorteilhaft ist es, einen Festkörperlaser oder ei nen Diodenlaser zu verwenden, da diese Laser einerseits kos tengünstig sind und andererseits durch die geringe Größe eine Begrenzung der Ausmaße des Gesamtsystems ermöglichen.It is particularly advantageous to use a solid-state laser or egg NEN diode laser to use, because these lasers on the one hand kos are inexpensive and, on the other hand, due to their small size Allow limitation of the dimensions of the overall system.
Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, die Projektionsschab lone in Form eine LCD-Bildschirms auszubilden. Dieses hat den Vorteil, eine Veränderung der Projektionsschablone zu ermög lichen, ohne daß mechanisch bewegliche Teile erforderlich sind.Furthermore, it is particularly advantageous to use the projection scraper lone in the form of an LCD screen. This has that The advantage of being able to change the projection template Lichen without mechanically moving parts required are.
Ebenso kann es jedoch auch von Vorteil sein, elektromecha nisch veränderbare oder wechselbare Projektionsschablonen zu verwenden. So ermöglicht dieses, auch Laser einzusetzen, die Licht mit einer Wellenlänge emittieren, für die keine LCD- Anzeigen mit ausreichender Transparenz vorliegen.However, it can also be advantageous to use electromecha nically changeable or changeable projection templates use. This enables lasers to be used that Emit light with a wavelength for which no LCD Ads with sufficient transparency are available.
Schließlich ist vorteilhaft eine Steuereinheit vorgesehen, die eine Veränderung von Laserparametern und/oder der Projek tionsschablone ermöglicht.Finally, a control unit is advantageously provided which is a change in laser parameters and / or the project tion template enables.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der weiteren Beschreibung und der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.Further advantageous embodiments of the invention result itself from the claims, the further description and the Drawing showing an embodiment of the invention.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung erläu tert. Die Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Markierung bewegter Gegens tände, hier eines Metallfadens.The invention is explained below with reference to a drawing tert. The drawing shows a schematic representation of a Device according to the invention for marking moving opposites a metal thread.
Zur Erzeugung der Laserstrahlung ist eine Laserquelle 1 vor gesehen. Hierbei kann es sich z. B. um einen CO2- oder Nd:YAG-Laser oder andere ähnlich leistungsstarke Laser han deln. Bei Nd:YAG-Lasern kann die Anregung z. B. durch Blitz lampen oder durch optisches Pumpen mit Diodenlasern erfolgen. Die Verwendung von Diodenlasern liefert hierbei beträchtliche Vorteile in Bezug auf die Effizienz der Anregung, die Lebens dauer, die geometrischen Abmessungen des Lasers sowie die An ordnung im Gesamtsystem. Das von der Laserquelle 1 emittierte Laserlicht wird einer Strahlaufweitungsoptik 2 zugeführt. Diese kann beispielsweise aus Linsenkombinationen in Form ei nes Objektives oder einer geeigneten Kombination von gekrümm ten Spiegeln bestehen. In das durch die Strahlaufweitungsmit tel erzeugte parallele Lichtbündel ist eine Projektionsschab lone 3 eingebracht, die in verschiedener Weise ausgestaltet sein kann. So ist ein blendenförmiger Aufbau möglich, der e lektromechanisch verändert werden kann. Ebenso können eine Vielzahl von unveränderbaren Projektionsschablonen vorgesehen werden, die sich in einem Magazin befinden und bedarfsgemäß ausgewählt werden.To generate the laser radiation, a laser source 1 is seen before. This can be, for. B. a CO 2 - or Nd: YAG laser or other similarly powerful lasers. With Nd: YAG lasers, the excitation can e.g. B. by flash lamps or by optical pumping with diode lasers. The use of diode lasers provides considerable advantages in terms of the efficiency of the excitation, the service life, the geometric dimensions of the laser and the arrangement in the overall system. The laser light emitted by the laser source 1 is fed to a beam expansion optics 2 . This can consist, for example, of lens combinations in the form of an objective or a suitable combination of curved mirrors. In the parallel beam generated by the beam expansion means a projection screen 3 is introduced, which can be designed in various ways. This enables a diaphragm-like structure that can be changed electromechanically. A large number of unchangeable projection templates can also be provided, which are located in a magazine and are selected as required.
Besonders vorteilhaft ist jedoch die Verwendung einer Flüs sigkristallanzeige, wie sie z. B. ähnlich von der Verwendung für Digitalarmbanduhren bekannt ist. Solche Flüssigkristall anzeigen bestehen üblicherweise aus einer Vielzahl von Zel len, die aus planparallelen Platten mit geringem Abstand be stehen und mit einem elektrisch leitenden, lichtdurchlässigen Raster versehen sind. Beim Anlegen einer Spannung an gegenüberliegende Rasterpunkte ändert sich dann im damit verbunde nen elektrischen Feld die Transparenz des Flüssigkristalls in der Zelle, so daß sich diese eintrübt. Auf diese Weise lassen sich durch entsprechende Ansteuerung von Rasterpunkten nahezu beliebige Projektionsschablonen formen, wobei eine Verände rung der Projektionsschablone in kurzer Zeit möglich ist.However, the use of a river is particularly advantageous sig crystal display, as z. B. similar in use is known for digital wristwatches. Such liquid crystal Ads usually consist of a variety of Zel len, which consist of plane-parallel plates with a small distance stand and with an electrically conductive, translucent Grid are provided. When applying voltage to opposite Raster dots then change in connection with it NEN electric field the transparency of the liquid crystal in the cell so that it becomes cloudy. Let it this way almost by appropriate control of grid points shape any projection templates, with a change the projection template is possible in a short time.
Die Projektionsschablone 3 wird dann durch eine Fokussie rungsoptik 4 auf die Wirkfläche 5 des Metallfadens abgebil det, der durch geeignete mechanische Mittel an der Vorrich tung vorbeigeführt wird. Auch hierfür können wieder Linsen kombinationen in Form eines Objektivs, eine Spiegelanordnung oder ähnliche optische Elemente dienen. Schließlich ist eine Steuereinheit 6 vorgesehen. Diese dient einerseits zur An steuerung der Laserquelle 1 und ermöglicht verschiedene Para meter wie die Taktrate und die Laserausgangsleistung einzu stellen. Weiterhin kann durch die Steuereinheit 6 die Projek tionsschablone 3 angesteuert und verändert werden.The projection template 3 is then through a focusing optic 4 on the active surface 5 of the metal thread, which is guided by suitable mechanical means past the device. Again, lens combinations in the form of an objective, a mirror arrangement or similar optical elements can be used for this. Finally, a control unit 6 is provided. On the one hand, this serves to control the laser source 1 and enables various parameters such as the clock rate and the laser output power to be set. Furthermore, the projection template 3 can be controlled and changed by the control unit 6 .
Insbesondere bei einer LCD-Projektionsschablone kann es er forderlich sein, eine Kühlung vorzusehen, um durch Absorption erzeugte Wärmeenergie abzuführen. In particular with an LCD projection template, it can be required to provide cooling to by absorption dissipate generated thermal energy.
Weiterhin können Mittel vorgesehen sein, welche die Position des erzeugten Musters auf der Wirkfläche überprüfen. Dieses kann durch geeignete Bildverarbeitungsmittel, die Auswertung von Rückreflexen oder Streulicht oder ähnliches erfolgen. Ab weichungen der Position können dann durch eine geeignete Op tik, die Teil der Fokussierungsoptik 4 sein kann, korrigiert werden. Ebenso kann die Fokussierung durch die Detektion der Punktgröße auf der Wirkfläche kontrolliert und durch Verstel len der Fokussierungsoptik 4 korrigiert werden. Weiterhin kann die Geschwindigkeit des Metallfadens detektiert werden, z. B. durch Verwendung eines Laserdoppleranemometers, und bei Schwankungen der Geschwindigkeit eine entsprechende Anpassung der Taktrate erfolgen, um so eine Beschriftung in gleichmäßi gem Abstand zu gewährleisten.Means can also be provided which check the position of the generated pattern on the active surface. This can be done by means of suitable image processing means, the evaluation of back reflections or scattered light or the like. Deviations in the position can then be corrected by suitable optics, which can be part of the focusing optics 4 . Likewise, the focusing can be checked by detecting the spot size on the active surface and corrected by adjusting the focusing optics 4 . Furthermore, the speed of the metal thread can be detected, e.g. B. by using a laser Doppler anemometer, and in the event of fluctuations in speed, a corresponding adjustment of the clock rate is carried out, so as to ensure labeling at a uniform distance.
Zur Verbesserung der Abbildungseigenschaften kann der Laser strahl noch vor der Strahlaufweitungseinheit 2 durch eine Lochblende fokussiert werden. Weiterhin kann auch eine Ein heit zur Strahlenanalyse und -überwachung vorgesehen sein. To improve the imaging properties, the laser beam can be focused in front of the beam expansion unit 2 through a pinhole. Furthermore, a unit for radiation analysis and monitoring can also be provided.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere zur Hoch geschwindigkeitsmikrobeschriftung von bewegten Gegenständen, Drähten, Kabeln und ähnlichem verwendet werden.The device according to the invention can be used in particular for high speed micro labeling of moving objects, Wires, cables and the like can be used.
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