Лазерный маркер

Полезная модель является технологическим оборудованием для создания на промышленной продукции индивидуальных надписей - даты и времени изготовления, заводского номера и т.п., которые необходимы на этапах ее производства, продажи и гарантийного обслуживания.

Задача предлагаемой полезной модели получить высокую производительность, простоту конструкции и возможность создавать изображения любых размеров.

Лазерный маркер содержит последовательно расположенные по ходу луча и оптически связанные лазер, коллиматор, пьезокерамический дефлектор света и объектив, сфокусированный на маркируемом изделии, установленным в коробке, расположенной на координатном столе, и компьютер, входы и выходы которого соединены с выходами и входами пьезокерамического дефлектора света и координатного стола; дополнительно установлен модулятор, который расположен между лазером и коллиматором, вход которого соединен с выходом компьютера, и второй пьезокерамический дефлектор света, установленный за первым, вход и выход которого соединены с соответствующими выходом и входом компьютера, причем плоскости сканирования пьезокерамических дефлекторов света взаимно перпендикулярны.

Важным преимуществом предлагаемого технического решения перед прототипом является возможность создавать изображения практически любых размеров, которые ограничены только зоной перемещений координатного стола. Поэтому предлагаемая полезная модель универсальна - она отвечает требованиям достаточно широкого круга потенциальных заказчиков.

Полезная модель является технологическим оборудованием для создания на промышленной продукции индивидуальных надписей - даты и времени изготовления, заводского номера и т.п., которые необходимы на этапах ее производства, продажи и гарантийного обслуживания.

В настоящее время наиболее широко используются лазерные маркеры, содержащие последовательно установленные и оптически связанные лазер, модулятор, коллиматор, два дефлектора света с подвижным якорем, плоскости сканирования которых взаимно перпендикулярны, и объектив, сфокусированный на маркируемых изделиях, расположенных на неподвижном столе. А также компьютер со специализированным программным обеспечением, один из входов которого является входом маркера, другие входы соединены с выходами дефлекторов, а выхода с входами модулятора и дефлекторов [1].

Достоинства данного лазерного маркера - простота конструкции, относительно низкая стоимость и возможность создавать изображения практически любых размеров.

Недостаток - чрезвычайно низкая производительность в связи с использованием самого инерционного из известных дефлекторов света. На маркировку одного изделия необходимо до 10 секунд, а это время превышает время изготовления некоторых видов промышленной продукции.

Наиболее близким к предлагаемой модели является лазерный маркер, содержащий последовательно установленные по ходу лазерного луча и оптически связанные лазер коллиматор, акустооптический и пьезокерамические дефлекторы, дефлектор с подвижным якорем и объектив, сфокусированный на изделиях, расположенных в коробке, установленной на подвижной части координатного стола, а другие входы и выходы соединены с соответствующими выходами и входами дефлекторов света и привода координатного стола [2].

Достоинство такого маркера состоит в том, что он реализует энергетический предел скорости маркировки, определяемый мощностью лазера и чувствительностью маркируемого изделия, что позволяет маркировать несколько изделий в секунду, более 10 тысяч изделий в смену и несколько миллионов изделий в год.

Недостаток прототипа - он устраняет недостаток аналогов ценой потери их достоинства - простоты конструкции, относительно низкой стоимости и возможности создавать изображения любых размеров, так в его состав входит много сложных узлов, а размер маркируемых изображений ограничен небольшими углами сканирования акустооптического и пьезокерамического дефлекторов света.

Задача предлагаемой полезной модели получить высокую производительность, простоту конструкции и возможность создавать изображения любых размеров.

Лазерный маркер содержит последовательно расположенные по ходу луча и оптически связанные лазер, коллиматор, пьезокерамический дефлектор света и объектив, сфокусированный на маркируемом изделии, установленным в коробке, расположенной на координатном столе, и компьютер, входы и выходы которого соединены с выходами и входами пьезокерамического дефлектора света и координатного стола; дополнительно установлен модулятор, который расположен между лазером и коллиматором, вход которого соединен с выходом компьютера, и второй пьезокерамический дефлектор света, установленный за первым, вход и выход которого соединены с соответствующими выходом и входом компьютера, причем плоскости сканирования пьезокерамических дефлекторов света взаимно перпендикулярны.

Сущность предлагаемого технического решения - изменение состава лазерного маркера путем замены дефлекторов света трех разных типов, которые используются в прототипе (акустооптического, пьезокерамического и с подвижным якорем), двумя пьезокерамическими дефлекторами света и модулятором.

На фиг.1 представлена функциональная схема предложенной полезной модели.

1 - лазер;

2 - модулятор;

3 - коллиматор;

4 и 5 - пьезокерамический дефлектор света;

6 - объектив;

7 - маркируемое изделие;

8 - коробка;

9 - двухкоординатный стол;

10 - компьютер.

На фиг.2 представлена функциональная схема пьезокерамических дефлекторов света 4 и 5, где:

11 - цифроаналоговый преобразователь;

12 - усилитель;

13 - пьезопривод;

14 - зеркало;

15 - датчик положения зеркала;

16 - аналого-цифровой преобразователь.

Лазерный маркер состоит из установленных последовательно и оптически связанных лазера 1, модулятора 2, коллиматора 3, пьезокерамических дефлекторов света 4 и 5, плоскости сканирования которых взаимно перпендикулярны, и объектива 6, сфокусированного на маркируемых изделиях 7, которые установлены в углублениях коробки 8, расположенной на координатном столе 9, и компьютера 10 со специализированным программным обеспечением, один из входов которого является входом лазерного маркера, один выход соединен с входом модулятора, а другие входы и выходы соединены с выходами и входами пьезокерамических дефлекторов света.

В состав пьезокерамических дефлекторов света входят цифроаналоговый преобразователь 11, вход которого соединен с компьютером, а выход через усилитель 12 с входом пьезопривода 13 [4, 5], зеркало 14, установленное на оси пьезопривода и размещенное на пути лазерного пучка, и датчик положения зеркала 15, выход которого соединен с отрицательным входом усилителя 12 и через аналого-цифровой преобразователь 16 с входом компьютера 10.

Предлагаемый лазерный маркер работает следующим образом.

Маркируемые изделия 7 устанавливают в углублениях коробки 8, которая размещена в углублении подвижной части координатного стола 9, который под управлением компьютера 10 установлен в положении, при котором в рабочее поле оптической системы лазерного маркера, образуемое пьезокерамическими дефлекторами света 4 и 5 и объективом 6, попадает одно или несколько маркируемых изделий 7 или фрагмент маркируемого изображения одного изделия.

Ось лазерного пучка при выключенном модуляторе 2 устанавливается в начало одной из линий маркируемого изображения в пределах рабочего поля с использованием пьезокерамических дефлекторов света 4 и 5. При этом управляющий сигнал формируется компьютером 10, поступает на вход цифроаналогово преобразователя 11 и далее через усилитель 12 на пьезопривод 13, который поворачивает зеркало 14 и отклоняет лазерный пучок. Датчик положения зеркала 15 позволяет контролировать положение зеркала и лазерного пучка. Сигнал датчика, поступающий на отрицательный вход усилителя 12, позволяет повысить точность управления лазерным пучком. Сигнал датчика, поступающий через аналого-цифровой преобразователь 16 в компьютер 10, позволяет определить момент завершения формирования линии изображения. Модулятор 2 включается, и лазерный луч, управляемый так же, как описано выше, с постоянной скоростью перемещается до конца этой линии. Далее модулятор выключается, ось лазерного пучка устанавливается в начало следующей линии и так далее, пока не сформируется все изображение в пределах рабочего поля оптической системы.

Далее, используя координатный стол 9, компьютер 10 устанавливает в рабочее поле оптической системы другие маркируемые изделия или другой фрагмент маркируемого изображения и производит новый цикл маркировки с использованием пьезокерамических дефлекторов света 4 и 5.

Перемещая координатный стол и формируя изображение в пределах рабочего поля объектива, лазерный маркер маркирует все изделия 7 в коробке 8. После этого коробка снимается с координатного стола и устанавливается коробка с новой партией изделий.

Проведенные расчеты и эксперименты с использованием аналогов показали, что предельная скорость движения луча по линии маркируемого изображения, измеренная числом точек изображения, примерно равна полосе рабочих частот дефлектора.

Предельная полоса рабочих частот современных пьезокерамических дефлекторов света - несколько десятков килогерц [5], что позволяет создать один знак изображения (букву, цифру), состоящий из 100 точек, за несколько миллисекунд. Маркировка одного изделия надписью из нескольких десятков знаков может быть произведена примерно за 0,1 с.

Предложенная полезная модель содержит абсолютный минимум компонентов - лазер, систему формирования лазерного пучка, состоящую из коллиматора и объектива, и систему управления положением лазерного пучка, в состав которой входят пьезокерамические дефлекторы света одного типа. Конструкция прототипа существенно сложнее, так как она содержит 3 разных типа дефлекторов - акустооптического, пьезокерамического и с подвижным якорем.

Организовать серийное производство предлагаемой полезной модели проще благодаря тому, что координатные столы и модуляторы уже производятся серийно, а пьезокерамический дефлектор света относительно прост по конструкции.

Важным преимуществом предлагаемого технического решения перед прототипом является возможность создавать изображения практически любых размеров, которые ограничены только зоной перемещений координатного стола. Поэтому предлагаемая полезная модель универсальна - она отвечает требованиям достаточно широкого круга потенциальных заказчиков.

Литература

1. Патент RU 2322334.

2. Патент BY 7292, 2011 г. (прототип).

3. Айхлер Ю., Айхлер Г. Лазеры. Исполнение, управление, применение. М.: Техносфера. 2008. 440 с.

4. Патент BY 7637, 2011 г.

5. Леонов A.M. Пьезокерамический дефлектор света // Оптический журнал. - 2010. 10. С.61-64.

Лазерный маркер, содержащий последовательно расположенные по ходу луча и оптически связанные лазер, коллиматор, первый пьезокерамический дефлектор света и объектив, сфокусированный на маркируемом изделии, установленным в коробке, расположенной на координатном столе, и компьютер, вход и выход которого соединены с выходом и входом первого пьезокерамического дефлектора света и координатного стола, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен вторым пьезокерамический дефлектором света и модулятором, причем модулятор установлен между лазером и коллиматором, вход которого соединен с выходом компьютера, а второй пьезокерамический дефлектор света установлен за первым, при этом вход и выход его соединены с соответствующими выходом и входом компьютера, а плоскости сканирования пьезокерамических дефлекторов света взаимно перпендикулярны.