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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Formung
und Kennzeichnung von metallischen Behältern, einschließlich Behälterkörper-Stirnseiten-Laschenteilen
und insbesondere auf einen Arbeitsvorgang, der in einer vorgegebenen Zeit,
wie z. B. einer Herstellungsverfahren-Verweilzeit, die gewünschte Kennzeichnungsmenge
schnell ausführt.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zum
Formen und Kennzeichnen von Behälterbauteilen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Als
Teil einer Behälter-Fertigung,
oder in einigen Fällen
von Füll-
oder Verschluss-Arbeitsgängen, können Kennzeichnungen
für eine
Vielzahl von Zwecken, einschließlich
der Identifikation des Inhalts, des Bestimmungsortes, des Herstellungsdatums
oder der Nutzung, der Identifikation des Herstellers des Behälters oder
des Behälterbauteils,
die Bauweise oder das Material des Behälters, das Vorsehen von Handelsnamen,
Reklame, Werbung und dergleichen, auf Behälter aufgebracht werden. In
manchen Fällen werden
Werbeinformationen in Form von Wettspielen, Wettbewerben oder anderen
Wertmarken oder Indicia auf Behälter
oder Behälterbauteilen
platziert oder gekennzeichnet.
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Eine
Vielfalt von Vorrichtungen und Verfahren wurden zur Kennzeichnung
von Behältern
angewendet. In einigen Fällen
wurden Präge-
oder Eindruckverfahren angewendet. Das Prägen oder Eindrücken, z.
B. mittels Stempeln kann einen unerwünscht großen Vorrat an Werkzeugen, z.
B. an unterschiedlichen Beschriftungen oder Symbolen erfordern und
erfordert üblicherweise
den Umstand, ein Fließband
anzuhalten und eine Presse zu zerlegen, wann immer es gewünscht wird,
die Werkzeuge zu wechseln (wie z. B. um die Indicia, die eingedrückt oder
geprägt
werden sollen, oder zu Wartungs- und Reparaturzwecken). Solche Produktionsstillstände sind
besonders störend,
wenn es wünschenswert
ist, die Symbole in relativ hoher Frequenz zu wechseln, wie z. B.
wenn Kennzeichnungen auf Behältern
als Teil eines Wettbewerbs oder Wettspiels beabsichtigt sind, in
denen es vorzugsweise eine relativ große Anzahl von möglichen,
unterschiedlichen Kennzeichnungen oder Indicia (z. B. wenn nur einige
von diesen „Hauptgewinne" sind) gibt. Darüber hinaus
ist es schwierig gewesen, die Tiefe der Prägung oder des Eindrückens exakt
zu steuern/zu regeln und in einigen Fällen hat die zu tiefe Prägung oder
Eindrückung zu
Leckage oder Behälterdefekt
geführt.
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Folglich
wäre es
vorteilhaft, zum Kennzeichnen von Behältern oder Bauteilen etwas
in einer Art und Weise bereit zu stellen, was das Wechseln von Kennzeichnungen
oder Indicia in hoher Frequenz, aber ohne die Notwendigkeit eine
Bandfertigung zu diesem Zweck anzuhalten oder zu verlangsamen, erlaubt.
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Es
wäre ebenfalls
nützlich,
etwas zum Kennzeichnen von Behältern
vorzusehen, um damit die Notwendigkeit der Vorhaltung von relativ
großen Werkzeugbeständen oder
Prägestempeln
und möglichst
um Behälter-Qualitätsprobleme,
wie sie z. B. von Kennzeichnungen auftreten können, die übermäßig tief sind, zu vermeiden.
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Ein
anderes Verfahren, das angewendet wurde, um Kennzeichnungen auf
Behältern
oder deren Bauteilen aufzubringen, bestand aus einem oder mehreren
Druckvorgängen.
Kontakt- oder Pressdrucken ist manchmal zum dekorieren oder platzieren von
Kennzeichnungen auf Behältern
vorteilhaft, wenn es wünschenswert
ist, eine relativ große
Anzahl von identischen Kennzeichnungen auf Behälter aufzubringen. Jedoch wird
Kontaktdrucken für
viele Bauteile, aufgrund ihrer Form und Position (wie z. B. bei
Behälter-Öffnungslaschen),
oder wenn es wünschenswert
ist, Indicia in hoher Frequenz zu wechseln (z. B. für Gewinnspiel-
oder Wettbewerbszwecke), für
unpraktisch gehalten, wegen der Notwendigkeit eine Bandfertigung
anzuhalten und die Kontaktdruckvorrichtungen teilweise auszubauen,
um die Anordnung der auf die Behälter
zu druckenden Elemente auszutauschen.
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In
manchen Situationen können
Behälterbauteile
mit Hilfe eines kontaktlosen Druckverfahrens, wie z. B. einem Tintenstrahlverfahren,
bedruckt werden. Obwohl Tintenstrahle gesteuert/geregelt werden
können,
um einen relativ häufigen
Wechsel von Indicia vorzusehen, haben sich Tintenstrahlverfahren
und -geräte
in der Vergangenheit als relativ unzuverlässig erwiesen, da sie z. B.
eine häufige Wartung
und Reparatur erfordern. Es hat sich ebenso erwiesen, dass es bei
Tintenstrahlverfahren zu unerwünschter
Platzierung oder Positionierung der Tinte kommen kann, die sich
z. B. in einem Tintennebel ergeben, der sich auf den Druckvorgang
störend
auswirkt und unerwünschte
Markierungen auf Dosen oder Gerätestörungen verursacht.
In einigen Fällen hat
sich herausgestellt, dass bis zu 20% oder mehr an möglicher
Produktionszeit, bei Reinigungs-, Wartungs- und/oder Reparaturbedarf,
verloren ging, wenn ein Tintenstrahlverfahren angewendet wurde. Darüber hinaus
hat es sich als schwierig erwiesen, eine zuverlässige Adhäsion der Tinte auf Behältern oder
Behälterbauteilen
zu erreichen. Außerdem
gibt es, wenn ein Tintenstrahl- oder ein anderes Druckverfahren
in Verbindung mit Wettbewerbs-Gewinnspielen oder um andere Wertgutscheine
oder Indicia vorzusehen, angewendet wird, da das Verfahren nur Oberflächenkennzeichnungen
(ohne Beulen z. B. im Behälter
selbst zu formen) vorsieht, ein unerwünscht großes Potential zur Fälschung
oder Abänderung
der Kennzeichnungen, z. B. zu einem Versuch, einen Wettbewerbs-
oder Gewinnspielpreis zu beanspruchen, besteht. Zudem war es schwierig,
Tintenstrahlverfahren bei Höchstgeschwindigkeit
und gleichzeitiger Beibehaltung der Qualität vorzusehen, wie z. B. um
Buchstaben oder Indicia ohne Verzerrung oder dergleichen zu kennzeichnen.
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US-A-5 511 920 beschreibt
eine Vorrichtung zum Formen von Behälterlaschen mit einer Formungs-Station
zur Abänderung
der Laschen. Diese beinhaltet auch eine Antriebseinrichtung zur
Bewegung der Laschen zur Bandfertigung.
WO-A-97/11892 beschreibt
die Kennzeichnung von Behälterteilen
mittels eines Lasers.
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Dementsprechend
wäre es
nützlich,
zur Kennzeichnung von Behältern
oder Behälterbauteilen
mit hoher Qualität
etwas bereitzustellen, um damit Reinigungs-, Wartungs- und Reparaturzeit
in Verbindung mit Tintenstrahl- oder anderen Druckverfahren zu vermeiden,
und um möglichst
einen relativ raschen Wechsel der Indicia zuzulassen.
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Einige
oder alle der oben genannten Schwierigkeiten bei bisherigen Behälter-Kennzeichnungs-Verfahren
sind für
metallische Behälter
oder Behälterbauteile
besonders störend,
wie z. B. bei einem typischen Aluminiumlegierungs-Getränkebehälter (z.
B. der lieferbare Typ von Ball Corporation, Broomfield, Colorado)
oder Laschen oder anderen Bauteilen davon. Im Vergleich zu z. B.
Plastik-Behältern
oder -Behälterbauteilen,
kann es relativ schwierig sein, Metallbehälter zu kennzeichnen, zumindest deshalb,
weil es schwierig sein kann, Tinte auf Metalloberflächen aufgrund
der härteren
Oberfläche
von Metallbehältern,
höherem
Schmelz- oder Erweichungsspunkt und dergleichen, aufzubringen. Folglich
sind Vorrichtungen und Verfahren, die in Verbindung mit einigen
Behältermaterialien
angewandt werden, nicht notwendigerweise auf andere anwendbar. In
den meisten Situationen werden die Funktionen und Zwecke zur Behälterkennzeichnung
kaum die Anwendung von Verfahren, die Kosten erfordern würden, die
wesentlich über
Bedarf von denen liegen, die der gängige Prozess erfordert, rechtfertigen. Dementsprechend
wäre es
nützlich,
für Verfahren und
Vorrichtungen zur Kennzeichnung von Behältern, etwas vorzusehen, das
möglichst
wirtschaftlich, ohne wesentliche, außerordentliche Kosten oder Ausgaben
in Zusammenhang mit der laufenden Behälterproduktion, von Füll- oder Verschlussvorgängen, wirtschaftlich
erreicht werden kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Kennzeichnung und
Formung von Metallbehältern
oder Behälterbauteilen
(einschließlich
z. B. Behälterkörper, Behälterstirnseiten
und Behälter-Stirnseiten-Laschen)
bereit gemäß Anspruch
1. Ein Laser mit Hochgeschwindigkeits-Strahl-Steuerung-/Regelung ist vorgesehen,
um die Kennzeichnung einer relativ großen Anzahl von Zeichen oder Symbolen
(wie z. B. 6 oder mehr, vorzugsweise 9 oder mehr) in einer relativ
kurzen Zeitspanne von weniger als ca. 100 Millisekunden (vorzugsweise
weiniger als eine normale Komponenten-Produktions-Verweilzeit von
z. B. ca. 50 Millisekunden) zu ermöglichen, sodass die gewünschte Kennzeichnung
ohne Anhalten oder Verlangsamen der laufenden Behälter- oder
Behälterkomponenten-Herstellungsprozesse
oder Maschinen erreicht werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zum
Formen und Kennzeichnen von Behälterbauteilen
gemäß Anspruch
6.
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In
einer Ausführungsform
wird die Steuerung des Laserstrahls mit Hochgeschwindigkeit durch
Verminderung der Masse eines oder mehrerer Steuerungsspiegel erreicht.
Die daraus resultierende Einrichtung liefert genug Energiedichte,
um sichtbare Kennzeichnungen auf ein Metallbehälterbauteil (z. B. aus Aluminium)
trotz einer verringerten Strahlgröße oder Blende in Verbindung
mit einer kleineren Spiegelgröße zu formen.
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Vorzugsweise
wird das Laserlicht auf den Behälterbereich
oder das Behälterbauteil
als Serie von Laserimpulsen mit hoher Intensität aufgebracht. Jeder Impuls
formt einen sichtbar abgetragenen Bereich oder einen Punkt und die
Punktstruktur zusammengenommen ergibt das gewünschte Symbol oder Bild. Dementsprechend
muss die Einrichtung, um eine gewünschte Anzahl von Zeichen oder
Symbolen in weniger als einer vorbestimmten Zeitspanne zu erreichen,
in der Lage sein, alle für
die Formung aller gewünschten
Zeichen in der vorbestimmten Zeitspanne benötigten Impulse zu liefern.
In einer Ausführungsform
ist eine Laservorrichtung vorgesehen, die Impulse bei einer Frequenz
von mindestens ca. 12 Kilohertz (kHz) liefert, wobei genug Energie
bereitsteht, damit im Wesentlichen all diese Impulse die gewünschte Punktabtragung
der Metallbehälterbauteile
erzeugen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivische Teilansicht einer Behälterstirnseite mit einer gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gekennzeichneten Lasche;
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2A ist
ein Blockdiagramm, das die Bauteile einer Behälterlaschenvorrats-Kennzeichnungseinrichtung
entsprechend einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2B ist
ein Blockdiagramm der Steuerungskomponenten der Einrichtung von 2A;
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3 ist
eine Teilplanansicht eines teilweise gekennzeichneten Laschenvorrats
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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4 ist
ein Ablaufdiagramm, das einen Kennzeichnungsvorgang gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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DETAILIERTE BESCHREIBUNG DER
BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Obwohl
die vorliegende Erfindung zur Kennzeichnung vieler Teile eines Behälters oder
Behälterbauteils
und vieler Formen und Bauweisen von Behältern benutzt werden kann,
stellt 1 ein Beispiel eines Behälters 112, der eine
Kennzeichnung 114 besitzt, die auf einer Behälter-Öffnungslasche
positioniert ist, dar. In der dargestellten Ausführungsform beinhaltet die Lasche 116 eine
beschichtete Fläche oder
Stegfläche 118 im
zentralen, Ziffern aufnehmenden Teil der Lasche 116 und
in dieser Ausführungsform
ist sie ein Teil der Stegfläche 118,
die die Kennzeichnung 114 enthält. 1 zeigt
eine Anordnung, in der die Lasche 116 in eine vertikale
Position 122 gezogen wurde, wobei sie die Unterseite der
Lasche (die Oberfläche,
sichtbar in 1) aufdeckt und bei diesem Vorgang
eine Öffnung 124 in
der Dosenstirnseite 126 schafft. In der Ausführungsform
von 1 wäre
die Unterseite der Lasche, die in 1 sichtbar ist,
normalerweise vor dem Öffnen
des Behälters nicht
sichtbar und würde
z. B. anliegend an der äußeren Oberfläche der
Behälterstirnseite 126 gehalten werden.
Die obere Fläche
der Lasche ist in der Ansicht von 1 nicht
sichtbar, aber würde
vor dem Öffnen
des Behälters
sichtbar werden. Demgemäß kann die
Ausführungsform
von 1 im Zusammenhang mit dem Aufbringen von Preisen
oder anderen Werbevermerken oder bei anderen Gegebenheiten, in denen
es nicht gewünscht
oder notwendig ist, dass die Markierungen vor dem Öffnen des
Behälters sichtbar
werden, genutzt werden. Die vorliegende Erfindung kann jedoch im
Zusammenhang mit der Markierung anderer Oberflächen des Behälters, einschließlich Teilen
der Unterseite der Lasche, anderen als dem zentralen Steg 118,
Teilen der oberen Fläche der
Lasche, Teilen der inneren und äußeren Oberflächen der
Behälterstirnseite 126 (und/oder
der entgegen gesetzten Stirnseite, die in der Teilansicht von 1 nicht
gezeigt ist) und/oder den inneren und äußeren Oberflächen des
Behälterkörpers 128,
genutzt werden.
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Wenn
es gewünscht
ist, Markierungen auf einem oder mehreren Bereichen einer Behälter-Öffnungslasche 116 vorzusehen,
werden die Markierungen in einer Ausführungsform in Verbindung mit
einem Laschen-Formungsprozess vorgesehen. In vielen Situationen
wird die Laschen-Formung durch Zuführung einer Bahn eines Laschenvorrats
in eine Formungsmaschine vollzogen, die bekannte Metallbearbeitungsvorgänge zur
Formung des im Wesentlichen flachen Laschenvorrats in das gewünschte Laschen-Profilteil ausführt. Beispiele
einiger der Metallbearbeitungsprozesse, die genutzt werden können, beinhalten
das Stanzen, Prägen,
Biegen, Schneiden und dergleichen. Einfach ausgedrückt, sollten
die nachfolgenden Empfehlungen zur Laschenstanzung oder -formung
so verstanden werden, dass sie diese und andere bekannte Laschenformungsprozesse und
-maschinen einschließen.
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Wie
in 3 dargestellt, hat in einer Ausführungsform
der Laschenvorrat 312 eine Breite 314 (z. B. eine
seitliche oder x-Abmessung 314),
die ausreicht, um 3 Laschen von einem vorgegebenen Längsmaß 318a,
b, c, d, e des Laschenvorrats 312 (z. B. einer Länge entlang
der Längs-
oder Y-Ausdehnung 322) zu formen. Obwohl der Laschenvorrat 312 eine
große
Längsausdehnung,
wie z. B. eine Bahn von 3000 Metern oder mehr, haben kann, ist der
Laschenvorrat 312 so bemessen und hat vornehmlich eine
Breite 314, so dass jede vorgegebene Länge 318a, 318e ausreichend
Material enthält,
um eine Vielzahl an Laschen und in der dargestellten Ausführungsform
3 Laschen zu formen. Folglich kann die vorgegebene Länge 318a dazu
eingesetzt werden, um eine Lasche von jeder der 3 seitlich angeordneten Bereiche 324a,
b, c zu formen.
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In
einer Anordnung wird der Laschenvorrat 312 auf periodische
Art und Weise zu einer Laschen-Stanzvorrichtung zugeführt oder
befördert. Entsprechend
einer solchen periodischen Zuführung wird
der Laschenvorrat 312 der Länge nach in einem, den vorgegebenen
Abständen 318a,
b, c, d, e entsprechenden Abstand, innerhalb einer ersten (oder „Vorschub-") Periode zugeführt. Danach
wird der Laschenvorrat 312 für eine zweite (oder „Verweil-") Periode im Wesentlichen
stationär
gehalten, während der
Stanz- oder andere Vorgänge
an einer oder mehreren vorgegeben Längen des Laschenvorrats ausgeführt werden,
um z. B. 3 Laschen zu formen. Somit beinhaltet jeder Zyklus der
Laschen-Stanz-Vorrichtung eine Vorschub- und eine Verweilperiode.
Diese Zyklen werden nacheinander wiederholt, wobei möglichst
eine Vielzahl von Laschen (wie z. B. 3 Laschen) bei jedem Zyklus
oder Takt der Stanzmaschine geformt werden. Es ist so zu verstehen,
dass die Stanzmaschine so konfiguriert werden kann, dass sie eine Vielzahl
von Stationen oder Arbeitsvorgängen
aufweisen kann, so dass z. B. während
jedem Zyklus eine erste vorbestimmte Länge 318 einen ersten
Arbeitsvorgang, wie das Schneiden durchläuft, während die vorausgehenden vorbestimmten
Längen 318b, 318c, 318d andere
Arbeitsschritte durchlaufen, wie das Prägen, Abkanten und dergleichen.
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Vorzugsweise
sind die Laschen-Stanzzyklen relativ kurz, wie zum Beispiel eine
Zykluszeit von weniger als ungefähr
150 Millisekunden, möglichst
weniger als 100 Millisekunden, in zumindest einer Ausführungsform
auf eine Zykluszeit von 87 Millisekunden (entsprechend einer Stanzmaschine
mit 700 Takten pro Minute) festgelegt ist. In einer Ausführungsform
beträgt
die Verweilzeit ungefähr
2/3 der Zykluszeit und dementsprechend kann die Verweilzeit z. B.
ungefähr
100 Millisekunden, möglichst
50 Millisekunden oder weniger betragen.
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In
einer Ausführungsform
werden die gewünschten
Kennzeichnungen auf dem Laschenvorrat vor dem Erreichen der Stanzvorgänge geformt
(z. B. werden die Kennzeichnungen auf jedem vorgegebenen Bereich
des Laschenvorrats geformt, bevor dieser Bereich die Stanzvorrichtung
erreicht). Durch Konfigurieren des Kennzeichnungsvorgangs in Verbindung
mit dem Stanzvorgang wird das Erfassen und Positionieren der Kennzeichnungen
auf dem Laschenvorrat so ermöglicht,
dass diese sich auf dem gewünschten
Bereich der fertigen Lasche befinden.
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Um
eine Verzerrung der Kennzeichnungen zu verhindern, was ansonsten
mit den relativ hohen Beschleunigungskurven während der Vorschubphase des
Zyklus auftreten könnte,
wird es vorgezogen zumindest einige und im Wesentlichen möglichst
alle Kennzeichnungen während
der Stationär-
oder Verweilphase jedes Zyklus zu erreichen. Dementsprechend definiert
in dieser Ausführungsform
die Verweilzeit die verfügbare
Zeitspanne („Fenster"), die zum Aufbringen
der gewünschten
Kennzeichnungen auf jeder festgelegten, vorgegebenen Länge 318a, 318b, 318c, 318d, 318e des
Laschenvorrats 312 zur Verfügung steht. Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden die Kennzeichnungen 326a–f auf dem
Laschenvorrat 312 mit Hilfe von Laserlicht erzeugt. Vorzugsweise
ist das Laserlicht gepulstes Licht, wobei jeder vorhandene Impuls
einen einzelnen Spot oder Punkt formt, so dass die Vielzahl der
Spots, die positioniert werden, zusammen das Aussehen oder Abbild
der gewünschten Zeichen
oder anderer Kennzeichnungen ergeben. Zum Beispiel wird darauf vertraut,
dass für
typische Aluminiumlegierungen, wie sie für Laschenvorräte benutzt
werden, das Abgeben von Laserimpulsen mit einer Energiedichte von
mindestens ca. 4–5
Watt pro mm2 ausreichen wird, um genügend Energie
abzugeben, um die Abtragung von Aluminium, die notwendig ist, sichtbare
Spots zu erzeugen, zu erreichen. In einer Ausführungsform ist der Laschenvorrat
aus einer Legierung, wie sie unter der Handelsbezeichnung 5042,
z. B. der Aluminium Company of America oder Kaiser Aluminium erhältlich ist,
geformt.
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Demgemäß ist die
vorliegende Erfindung konfiguriert, um die Abgabe von Laserimpulsen
zu erreichen, wobei jeder mit ausreichender Energie einen sichtbaren
Punkt herstellt, die in ihrer Anzahl ausreichen, die gewünschte Anzahl
und Größe von Zeichen
(mit der gewünschten
Qualität
oder Auflösung) innerhalb
der verfügbaren
Verweilzeit für
eine solche Kennzeichnung zu formen und jedes Nicht-Auftragen eines
Impulses oder einer Abschaltzeit, wie sie z. B. beim Aufnehmen relativ
größerer Spiegelbewegungen,
wie z. B. Bewegungen zwischen Zeichen oder Zeichensätzen verwendet
werden, zu berücksichtigen.
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In
einer Ausführungsform
liefert die Vorrichtung Impulse bei einer Frequenz von ca. 12 kHz
und stellt mindestens 6, möglichst
mindestens 9 Zeichen der gewünschten
Qualität
mit einer Zeichen- oder Buchstabenhöhe 332 von ca. 0,125
Zoll (ungefähr
3 mm) über
einen Seitenbereich 334 von ca. 1 Zoll (ungefähr 2,5 cm)
her.
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Folglich
ist, um darüber
hinaus eine ausreichende Anzahl an Punkten innerhalb des Zeitfensters
vorzusehen, um die gewünschte
Größe und Qualität der Zeichen
zu formen, die vorliegende Erfindung auch konfiguriert, um diese
Punkte, wie benötigt über einen
Laschenvorrats-Bereich zu positionieren, wobei dieser einen Seitenbereich 334 von
ca. 1 Zoll und eine Längsausdehnung 332 von
0,125 Zoll, z. B. über
einen Fläche
von ca. 0,125 Quadratzoll, hat.
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2 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung,
die dafür
verwendet werden kann, solche Kennzeichnungen innerhalb eines Zeitfensters
von weiniger als ca. 100 Millisekunden, möglichst weiniger als ca. 50
Millisekunden, herzustellen. Ein Teil 212 der Vorrichtung,
wie in 2a gezeigt, wird dazu genutzt,
einen gepulsten Laserstrahl 214 zu erzeugen, der dann durch
einen Teil der Vorrichtung 216 gesteuert wird, um einen
Laserstrahl 218 entlang einer Bahn auszugeben, um so Impulse
des Strahls zum Formen der Kennzeichnungen, wie oben beschrieben,
zu positionieren. Der Laser beinhaltet eine Lichtquelle/ein Pumpenbauteil 222,
das zwischen Spiegeln 224a, b angeordnet ist, um einen
Laserhohlraum zu definieren. Vorzugsweise unterbricht in Sicherheitsventil 226 den
Lichtaustritt, z. B. beim Auftreten eines Fehlers oder eines Behälterbruchs.
Eine getaktete Endstufe liefert das Licht in gepulster oder periodischer
Form. In einer Ausführungsform
liefert ein Nd:YAG-Laser eine Leistung von ca. 40–50 Watt (Betriebsleistung),
wobei ca. 80% dieser Leistung auf das Laschenvorrats-Ziel abgegeben
werden. Vorzugsweise ist der Laser konfiguriert, um Laserlichtimpulse
zu liefern, die in der Hinsicht relativ stabil sind, dass eine relativ
geringe Schwankung von einem zum nächsten Impuls auftritt und
im Wesentlichen möglichst
alle Impulse genug Energie aufweisen, um das Metallziel ausreichend
abzudampfen oder abzutragen, um einen sichtbaren Spot oder eine
Kennzeichnung herzustellen. Laservorrichtungen, die diesbezüglich eingesetzt
werden können,
schließen die
von Lee Laser aus Orlando, Florida lieferbaren ein. Eine Kühleinheit 232 ist
gekoppelt mit dem Lasererzeugungsbereich 212, um die korrekte
Betriebstemperatur der Laser-Erzeugungs-Einheit aufrecht zu halten.
Ein Computer (236), der z. B. ein Arbeitsplatz-Computer,
möglichst
einen Pentium®-
oder PentiumII®-Prozessor
besitzt, gibt Steuer-/Regelsignale 238a, 238b zur
Steuerung/Regelung eines x-steuernden/regelnden
Galvanometers 242a und eines entsprechend y-steuernden/regelnden
Galvanometers 242b aus, wie unten ausführlicher beschrieben. Ein Beispiel
von Galvanometern, die zu diesem Zweck benutzt werden können, beinhalten
lieferbare Galvanometer von Cambridge Technology, Inc. aus Watertown,
MA. Der Laschenvorrat 312 wird im gewünschten Abstand zum Laser und
möglichst
auf eine vibrationsfreie Art und Weise gehalten, wie z. B. durch
Koppelung von Führungs-/Vorschubkomponenten 244 zu
einem relativ vibrationsfreien Lagerbock 246, wie z. B.
einen zementgefüllten
oder anderem Lagerbock mit hoher Masse, einem vibrationsisoliertem
Aufbau oder dergleichen. Auf diese Art und Weise kann ein Teil des
Laschenvorrats 312 während der
Verweilperiode der Kennzeichnung stationär gehalten werden. Wie oben
beschrieben, wird der Laschenvorrat während der Vorschubperiode eines
jeden Zyklus, z. B. mittels Antriebsrollen oder dergleichen, zu
einer Stanzeinheit 248 vorgeschoben, wobei er von einer
Laschenvorrats-Rolle 252 oder einer ähnlichen Bezugsquelle zurückgezogen
wird.
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In
der Ausführungsform
von 2B ist der erste Steuerungs-/Regelungsgalvanometer (z. B. ein y-steuernder/regelnder
Galvanometer 248a an einen beweglichen, z. B. drehbaren
Spiegel 254 gekoppelt. Das Galvanometer 242a ist
so an den Spiegel 254 gekoppelt, dass der Spiegel 254 um
eine Drehachse 258 (senkrecht zur Papierebene in der Ansicht
von 2B) in der Art und Weise gedreht 256 wird,
dass der Spiegel 254, der die Laserimpulse empfängt, die Impulse
(um die ersten, reflektierten Laserlichtimpulse zu liefern) in einem
Winkel, dessen Größe von der gedrehten
Position des Spiegels 254 abhängt, reflektiert. Die ersten
reflektierten Laserlichtimpulse werden durch den zweiten Spiegel 260 empfangen,
der mit einem zweiten Galvanometer 42b (z. B. einem x-steuernden/regelnden
Galvanometer) gekoppelt ist, um so eine wählbare Drehung um eine zweite Drehachse 262 (parallel
zur Papierebene der Ansicht von 2B) zu
ermöglichen,
um den gepulsten Laserstrahl (um die zweiten reflektierten Laserlichtimpulse
zu liefern) auf den gewünschten
Bereich des Laschenvorrats zu reflektieren. In der Ansicht von 2B bestimmt
die Dreh-Position des y-steuernden/regelnden Spiegels 254 die
Position des Strahls (hinsichtlich des Laschenvorrats 312 in
einer Längs- oder
y-Richtung 322, während
die Drehung des x-steuernden/regelnden Spiegels 260 um
die Drehachse 262 die Position der Laserimpulse (hinsichtlich des
Laschenvorrats 312) in der Quer- oder x-Richtung 316 bestimmt.
Um die Laserimpulse wie benötigt über die
ganze Längsausdehnung 334 und
Querausdehnung 332 zu positionieren, um einen Zeichnsatz 326a, 326b, 326c,
wie gewünscht,
innerhalb der Verweilperiode, z. B. innerhalb von ca. 50 Millisekunden,
zu formen, müssen
die Spiegel 254, 260 und insbesondere der x-steuernde
Spiegel 260 (der für die
Positionierung über
den relativ größeren x-Bereich verantwortlich
ist) ziemlich schnell bewegt werden. Es wird angenommen, dass die
bisherigen Steuervorrichtungen zu vernünftigen Kosten nicht in der Lage
waren, eine solch schnelle Spiegelpositionierung bereit zu stellen.
Entsprechend einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird die schnelle Spiegel-Positionierung
durch Verwendung von Spiegeln mit relativ geringer Masse ermöglicht. Die
Spiegel in einer Ausführungsform
sind in einer Leichtbauweise vorgesehen, vor allem durch Verwendung
eines relativ kleinen Oberflächen-
oder Reflektionsbereichs der Spiegel. In einer Ausführungsform
haben die Spiegel eine Nominalgröße oder
einen Durchmesser von ca. 5 mm, wie z. B. einem Quadrat oder Rechteck,
dessen zumindest eine Kantenlänge
eine Länge
von kleiner oder gleich ca. 5 mm aufweist. Die Leichtbauspiegel
besitzen ein geringes Trägheitsmoment,
um schnelle Spiegelbewegungen zu unterstützen. Vorzugsweise besitzt
jeder der Spiegel gegenüber
den entsprechenden Galvanometern ein Trägheitsmoment von kleiner als
ca. 0,2 g/cm2, möglichst kleiner als ca. 0,1
g/cm2 und am allerbesten kleiner oder gleich
ca. 0,08 g/cm2.
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Weil
die Reflexionsoberfläche
der Spiegel reduziert ist, ist die Strahlgröße oder Blende des Laserlichts,
das tatsächlich
auf den Laschenvorrat aufgebracht werden kann, relativ klein.
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In
einer Ausführungsform
beträgt
der Strahldurchmesser, der den Laschenvorrat 312 erreicht,
einen Durchmesser von kleiner ca. 5 mm, möglichst kleiner 3 mm.
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Um
die Laserimpulse, die vorzugsweise mit einer Frequenz von 12 kHz
abgegeben werden, auf die gewünschte
Platzierung zu positionieren, ist es notwendig, x- und y-Steuer-/Regelsignale 238a, 238b bereit
zu stellen, die die Galvanometer 242a, 242b auch
bei einer Frequenz von 12 kHz steuern/regeln. Der Computer 236 ist
vorzugsweise so konfiguriert (programmiert), dass er Steuer-/Regelsignale ausgibt,
um die gewünschte
Positionierung bei dieser Frequenz zu erreichen, als auch zur Steuerung/Regelung,
um die gewünschten
Zeichen oder Indicia 326a–326d aufzurufen,
zu erzeugen oder auszuwählen,
wie sie für
die jeweilige Anwendung (z. B. zufällige oder pseudozufällige Indicia
für bestimmte
Wettbewerbs- oder Werbezwecke) benötigt werden und die Zeichen
oder Indicia-Auswahl schnell genug auszuführen, um einen neuen Auswahlsatz
während
jedem Zyklus der Stanzvorrichtung 248 bereit zu stellen.
Obwohl es zumindest theoretisch möglich ist, den Querbereich 334 oder
Längsbereich 332 der Strahlposition
durch Vergrößern des
Abstands z. B. des Laschenvorrats 312 von einem oder von
beiden Spiegeln zu vergrößern, würde eine
solche Vergrößerung auch
den Effekt der Strahlabweichung und demzufolge die Energiedichte,
die auf den Laschenvorrat aufgebracht wird, in Mitleidenschaft ziehen. Zum
Beispiel durch Verringern der Strahlabweichung um 50% (z. B. durch
näheres
Positionieren des Laschenvorrats) wird die Strahlgröße auf dem
Laschenvorrat auf den halben Spotdurchmesser reduziert, was folglich
die aufgebrachte Energie halbiert, aber, weil die Fläche dem
Quadrat des Radius proportional ist, die Energiedichte verdoppelt.
Jedoch erfordert eine Erhöhung
der der Energiedichte durch Vorsehen einer näheren Positionierung des Laschenvorrats schnellere
Spiegelbewegungen, um die gleiche Kennzeichnungsgeschwindigkeit
beizubehalten (für einen
vorgegebenen Zeichenplatzierungsbereich). Folglich ist in einer
Ausführungsform
der Laschenvorrat 312 so positioniert, dass die Spotgröße der Laserimpulse,
wie sie auf den Laschenvorrat aufgebracht wird, einen Durchmesser
von ca. 3 mm und eine Energiedichte von ca. 4–5 Watt pro mm2 hat.
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Im
Arbeitsablauf, wie in 4 dargestellt, wählt der
Computer 236, während
einem Teil des Stanzzyklus, die nächsten 9 Zeichen, die auf dem
Laschenvorrat 412 gekennzeichnet werden sollen, aus. Wenn
die Verweilperiode des Stanzzyklus erreicht ist, wird der Laschenvorrat
stationär 414 gehalten und
die Laserlichtausgabe aktiviert, während der Computer Steuer-/Regelsignale erzeugt,
um die Laserimpulse auf die gewünschten
x- oder y-Positionen zu platzieren und die gewünschten, sichtbaren Kennzeichnungen 416 zu
erstellen. Nachdem die gewünschten
Kennzeichnungen erstellt wurden, werden die Laserimpulse unterbrochen 418 und
während
dem Vorrücktakt
des Zyklus wird der Laschenvorrat um eine vorbestimmte Längs-Schrittweite
zur Stanzvorrichtung hin vorgerückt.
Danach wird der Zyklus, wie erforderlich, wiederholt 424,
um die gewünschte
Anzahl an gekennzeichneten Laschen oder bis der Laschenvorrat aufgebraucht
ist, bereit zu stellen. Angesichts der hierin bereitgestellten Informationen
kann eine Reihe von Vorteilen gesehen werden. Die vorliegende Erfindung
ist in der Lage, Kennzeichnungen auf Behältern oder Behälterkomponenten
in einer relativ schnellen Frequenz und möglichst ausreichend schnell
ausführen,
um mit anderen Behälter-
oder Behälterkomponenten-Formprozessen
Schritt zu halten, so dass die Kennzeichnung ohne Verlangsamen oder
Störung
bei diesen Prozessen erreicht werden kann. Die vorliegende Erfindung
macht es praktikabel und realisierbar, Kennzeichnungen vorzusehen,
die leicht geändert
oder angepasst werden können,
einschließlich
Kennzeichnungen, die für
jeden Behälter
oder jede Behälterkomponente
in einer Abfolge von Behältern
oder Komponenten unterschiedlich sind. Die vorliegende Erfindung
kann so schnelle Kennzeichnungen, im Wesentlichen ohne Verzerrung
oder Deformation der Kennzeichnungen und ohne den Behälter zu
schwächen,
zu durchbohren oder zu beschädigen,
ausführen.
Die vorliegende Erfindung macht es praktikabel und realisierbar,
sechs oder mehr, möglichst
neun oder mehr, lesbare, 0,125 Zoll hohe oder größere Zeichen über die
Breite des Laschenvorrats in Verbindung mit einem Laschenform-Prozess
innerhalb einer relativ kurzen Zeitperiode, wie z. B. eine Laschenformungs-Verweilzeit, möglichst
innerhalb von 100 Millisekunden und noch besser innerhalb von 50 Millisekunden,
zu erstellen. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, die Positionierung
von Laserimpulsen zu steuern, wobei diese genug Energie zum Kennzeichnen
oder Metallabtragen über
ein Quermaß von
ca. 1 Zoll und einem Längsmaß von ca. 0,125
Zoll innerhalb einer Zeitperiode von weniger als 100 Millisekunden,
möglichst
weniger als 50 Millisekunden, haben. Die vorliegende Erfindung stellt eine
Behälter-
oder Behälterkomponenten-Kennzeichnung
bereit, die weniger wartungsintensiv oder zuverlässiger ist, als andere Kennzeichnungsverfahren
und -vorrichtungen und erlaubt den Wechsel von Kennzeichnungen ohne
die Notwendigkeit, eine Vorrichtung oder einen Prozess zur Behälter- oder
Behälterkomponenten-Herstellung
anzuhalten oder zu verlangsamen. Die vorliegende Erfindung erleichtert die
Einführung
von Wettbewerben/Preisausschreiben, Wettspielen oder andere Werbung,
was zur Folge hat, dass Indicia auf Komponenten oder Behältern möglichst
an der unteren Oberfläche
der an Behältern
gekoppelten Laschen, möglichst
so, dass sie vor dem Öffnen
des Behälters
unsichtbar sind, z. B. zur Vergabe zumindest eines ersten Preises
(aufgebracht auf einem dieser Indicia) an einen Verbraucher, der
das Vorhandensein des Preis-Indiciums darauf, z. B. auf einer Lasche, überprüft, bereitgestellt
werden. Da die Zeichen, Indicia, Symbole und dergleichen, die gekennzeichnet
werden, völlig
(potentiell) softwaremäßig gestaltet
oder erstellt werden können
(z. B. ohne, das hierfür
Prägestempel
oder dergleichen bestellt oder erstellt werden müssen), ist die damit verbundene
Vorbereitungszeit zwischen Gestaltung einer Werbung, eines Spiels
oder dergleichen, bezogen auf eine Bestellung oder einen anderen
Anfangsvorgang und die Zeit, in der die Produktion beginnen kann,
wesentlich verkürzt
gegenüber hardware-abhängigen Verfahren,
wie z. B. das Eindrücken
oder Prägen.
-
Eine
Reihe von Variationen und Modifikationen der Erfindung können eingesetzt
werden. Obwohl die vorliegende Erfindung als eine kosteneffektive
Methode und Vorrichtung vorgesehen ist, die einen Laser beinhalten
kann, der ausreichend leistungsfähige
Impulse bei einer Frequenz von 12 kHz abgibt, ist es ebenso möglich, die
vorliegende Erfindung in Verbindung mit anderen Lasern, einschließlich Lasern,
die eine höhere
Impulsfrequenz oder Energie haben, einzusetzen, wobei möglichst
mit jedem (oder im Wesentlichen jedem) Impuls genügend Energie
zum Abtragen oder Verdampfen von Aluminium oder anderem Metall abgegeben
wird, um eine sichtbare Kennzeichnung bereit zu stellen. Obwohl
eine, auf ein Galvanometer basierende, Strahlsteuerungsmethode und
Vorrichtung beschrieben wurde, können
andere Steuerungen, einschließlich
akustisch-optischen Steuerungen anstelle oder zusätzlich zu
auf Galvanometer basierenden Steuerungen eingesetzt werden, was
ein Potential zur Steuerung ermöglicht,
das zumindest teilweise von der Spiegelmasse oder anderen Komponenten
unabhängig
und folglich potentiell schneller ist.
-
Obwohl
ein Computer in Verbindung mit der Bereitstellung einer Steuerung/Regelung
oder von Steuer-/Regelsignalen für
die Lasersteuerung beschrieben wurde, können andere Methoden und Vorrichtungen
zur Bereitstellung von Steuer-/Regelsignalen, einschließlich digitalen
Signalprozessoren (DSP) eingesetzt werden, von denen angenommen wird,
dass sie das Potential zur Erzeugung von Steuer-/Regelsignalen bei
einer relativ hohen Frequenz, zumindest wegen der Eliminierung oder
Verringerung der Frequenzabhängigkeit,
basierend auf der Bus-Geschwindigkeit
oder dergleichen, besitzen.
-
Obwohl
Ausführungsformen
hinsichtlich der Kennzeichnung von aus einem Vorrat zu formenden Laschen
beschrieben wurden, kann die vorliegende Erfindung in Verbindung
mit der Kennzeichnung von anderen Teilen von Metallbehältern, wie
z. B. Stirnseiten oder Deckelkappen, Körper oder Seitenwandteilen,
Behälterbodenteilen
und dergleichen, genutzt werden.
-
Obwohl
ein einzelnes Behälterstirnseiten-Formteil,
in 1 dargestellt wurde, kann die vorliegende Erfindung
in Verbindung mit einer Vielfalt von Metallbehältern, einschließlich Getränkebehältern, Lebensmittelbehältern, Spraydosen
und dergleichen genutzt werden. Obwohl die vorliegende Erfindung
in Verbindung mit der Kennzeichnung von Aluminiumbehältern oder
Behälterkomponenten
beschrieben wurde, kann die vorliegende Erfindung auch in Verbindung
mit der Kennzeichnung von anderen Typen von Metallbehältern, wie
z. B. Stahlbehältern
genutzt werden. Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit
dem Abtragen oder Verdampfen von Teilen des Metalls von einem Metallbehälter beschrieben
wurde, ist es auch möglich,
die vorliegende Erfindung in Verbindung mit dem Abtragen oder Verdampfen
einiger oder aller Teile von angebrachten Beschichtungen auf einem
Metallbehälter
zu nutzen, um Kennzeichnungen, die durch eine Kontrastfarbe oder
Struktur sichtbar sind, vorzusehen. Zum Beispiel ist es möglich, einen
Metallbehälter
oder eine Behälterkomponente,
die mit einer Farbbeschichtung versehen wurde (z. B. durch Aufdruck
oder Lackierung), vorzusehen und die vorliegende Erfindung zu nutzen,
um Teile dieser Beschichtung selektiv zu entfernen oder zu verdampfen,
um zumindest einige der Metallteile (oder eine andere Beschichtung)
darunter frei zu legen. Hierbei ist es möglich, einen geringer leistungsfähigen Laser, wie
z. B. einen CO2-Laser einzusetzen.
-
Obwohl
die Ausführungsform
von 1 eine Lasche, die einen Steg im Fingergriffbereich
hat, darstellt, ist es auch möglich,
die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einer Lasche, in der
ein Fingerloch im Fingergriffbereich vorgesehen ist und bei der Kennzeichnungen
auf anderen Teilen der Lasche positioniert werden, zu nutzen.
-
Obwohl
die vorliegende Erfindung in Verbindung mit bestimmtem Kennzeichnungen
beschrieben wurde, die üblicherweise
für Verbraucher
zu sehen oder sichtbar sind, wie z. B. für Werbe- oder Wettbewerbskennzeichnungen, Werbung,
Firmenzeichen usw., ist es darüber
hinaus möglich,
die vorliegende Erfindung in Verbindung mit Kennzeichnungen, die üblicherweise
unter einem Falz der Lasche oder einem anderen Behälterbauteil
verborgen werden, zu nutzen. In einem Beispiel können verborgene Kennzeichnungen
zu Sicherheits- oder Überprüfungszwecken,
wie z. B. um zu überprüfen, ob
eine Preisangabekennzeichnung original oder gefälscht ist, genutzt werden.
-
Obwohl
die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einer Strahlsteuerung,
die 2 separate Spiegel besitzt, beschrieben wurde, ist es möglich, zur Strahlsteuerung
einen einzelnen Spiegel vorzusehen (z. B. der hinsichtlich der 2
unabhängig
steuerbaren/regelbaren Achsen drehbar ist und/oder der ablenkbar
oder deformierbar ist). Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung
mit einem Prozess, der einen einzelnen Laser zum Beschriften aller
gewünschten
Kennzeichnungen während
einem vorgegebenen Zyklus beschrieben wurde (es wird angenommen,
dass das besonders nützlich
ist, wenn es gewünscht
wird, Kennzeichnungen auf kostengünstige Art und Weise vorzusehen),
ist es nichts desto trotz auch möglich,
die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einem System zu nutzen,
das 2 oder mehr Laser, wie z. B. zum Schreiben unterschiedlicher
Zeichen oder unterschiedlichen Teilen von Zeichen, aufweist, um
so eine größere Anzahl
von Zeichen in einem vorgegebenen Zeitumfang zu erhalten. Obwohl
die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einem Verfahren, das
mindestens 6 lesbare Zeichen, möglichst
9 lesbare Zeichen pro Zyklus, vorsieht, kann die vorliegende Erfindung
auch in Verbindung mit Einrichtungen oder Verfahren, die mehr oder
weniger Zeichen herstellen, genutzt werden.
-
Im
Allgemeinen ist es möglich,
einige Aspekte der Erfindung ohne die anderen zu nutzen. Zum Beispiel
ist es möglich,
zur schnellen Kennzeichnung von Zeichen oder anderen Indicia etwas
vorzusehen, ohne hierfür
wahllos oder sonst wie die Indicia mit jedem Zyklus zu wechseln.
Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung, mit Hinblick auf die
Eignung, die Eigenschaft der vorgesehenen Indicia oder Kennzeichnungen
schnell zu wechseln oder zu modifizieren, genutzt werden, um Kennzeichnungen,
die Zeit und/oder Herstellungsdatum, Füllung, Versiegelung und dergleichen
angeben, vorzusehen.
-
Obwohl
die vorliegende Erfindung in Verbindung mit der Platzierung von
Kennzeichnungen auf einem Laschenvorrat, bevor der Laschenvorrat
geformt, geschnitten oder auf Behältern oder Behälterstirnseiten
befestigt wird, beschrieben wurde, ist es möglich, die Arbeitsschritte
in anderer Reihenfolge, wie z. B. die Laschen nach dem Biegen aber
vor dem Schneiden, nach dem Schneiden, aber vor dem Befestigen an
Behältern
oder nach dem Befestigen an Behältern,
zu kennzeichnen.
-
Die
vorausgegangene Erörterung
der Erfindung wurde dargelegt zum Zwecke der Veranschaulichung und
Beschreibung. Das Vorausgehende beabsichtigt nicht, die Erfindung
auf Formen oder hier offenbarte Ausführungsformen zu beschränken. Obwohl
die Beschreibung der Erfindung die Beschreibung von einer oder mehreren
Ausführungsformen und
bestimmte Variationen und Modifikationen enthalten hat, liegen andere
Variationen und Modifikationen, wie in den anliegenden Ansprüchen festgelegt, innerhalb
des Geltungsbereichs der Erfindung.