Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 7292
(13) U
(46) 2011.06.30
(51) МПК
B 23K 26/04
B 44B 3/00
(2006.01)
(2006.01)
(54) УСТАНОВКА ЛАЗЕРНОЙ МАРКИРОВКИ
(21) Номер заявки: u 20100962
(22) 2010.11.22
(71) Заявитель: Государственное науч-
ное учреждение "Институт физики
имени Б.И.Степанова Националь-
ной академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Чумаков Александр Никитич;
Леонов Александр Михайлович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт физи-
ки имени Б.И.Степанова Националь-
ной академии наук Беларуси" (BY)
(57)
1. Установка лазерной маркировки содержит последовательно расположенные по ходу
луча и оптически связанные лазер, коллиматор, акустооптический и пьезокерамический
дефлекторы, объектив, направленный на маркируемое изделие, координатный стол, состоя-
щий из подвижной части и привода, а также компьютер, один из входов которого является
входом установки, другие входы соединены с выходами пьезокерамического дефлектора и
привода координатного стола, а выходы соединены с входами акустооптического и пьезо-
керамического дефлекторов и координатного стола, отличающаяся тем, что между пье-
зокерамическим дефлектором и объективом установлен электромагнитный дефлектор,
вход и выход которого соединен с соответствующим входом и выходом компьютера, на
подвижной части координатного стола зафиксирована коробка с маркируемыми изделия-
ми, расположенными в фокальной плоскости объектива, коробка содержит углубления,
размер которых соответствует размерам маркируемых изделий.
2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что использован однокоординатный привод
стола.
BY7292U2011.06.30

2. BY 7292 U 2011.06.30
2
(56)
1. Патент RU 2322334.
2. Патент BY 6103 (прототип).
3. Айхлер Ю., Айхлер Г.-И. Лазеры. Исполнение, управление, применение. - М: Тех-
носфера, 2008. - 440 с.
4. Леонов A.M. Пьезокерамический дефлектор света // Оптический журнал. - 2010. -
Т. 77. - № 10. - С. 61-64.
5. Brosens P.J. Scanning speed and accuracy of moving magnet optical scanners // Opt. Eng.
1995. - V.34. - № 1. - P. 200-206.
Полезная модель является лазерным технологическим оборудованием, предназначен-
ным для маркировки промышленной продукции.
Известна установка лазерной маркировки, в состав которой входят лазер, коллиматор,
два электромагнитных дефлектора, объектив, группа маркируемых изделий, расположен-
ных на столе в пределах рабочей зоны, определяемой параметрами дефлекторов и объек-
тива, а также компьютер, один из входов которого является входом установки, два другие
соединены с выходами дефлекторов, а выходы соединены с входами последних [1].
Достоинство этой установки по отношению к не лазерному оборудованию - возмож-
ность создания хорошо различимого и сохраняемого изображения на изделиях любых
размеров и из любых материалов. Это изображение может быть графическим, полутоно-
вым, трехмерным (внутри прозрачных материалов) и нести любую индивидуальную ин-
формацию. Мировой объем производства таких установок составляет несколько тысяч
штук в год, и они используются для маркировки наиболее элитной продукции.
Основной недостаток данных установок, который препятствует их использованию для
маркировки продукции массового производства, - большое время нанесения изображения:
T≥Nτ∼10с,
где N - число пикселей (точек изображения), которое определяет качество изображения,
τ - постоянная времени электромеханических дефлекторов, которая измеряется сотнями
микросекунд. За один час такая установка может отмаркировать только несколько сотен
изделий.
Наиболее близкой к предложенной является лазерная установка, состоящая из после-
довательно расположенных по ходу лазерного луча и оптически связанных лазера, аку-
стооптического и пьезокерамического дефлектора, объектива, группы маркируемых
изделий, размещенных на двухкоординатном столе таким образом, что маркируемая по-
верхность одного изделия находится в пределах рабочей зоны объектива, а маркируемые
поверхности других изделий могут быть введены в эту зону перемещением координатного
стола, а также компьютер, один из входов которого является входом установки, три дру-
гие соединены с выходами датчиков положения дефлекторов и координатного стола, а
выходы соединены с входами дефлекторов и координатного стола [2].
Данная установка отличается от аналога использованием акустооптического и пьезо-
керамического дефлекторов света, малый угол отклонения которых позволяет формировать
рабочее поле, в котором помещается только одно изделие. Второе отличие -использование
двухкоординатного стола, что усложняет установку, но обеспечивает возможность отно-
сительно оперативно менять изделия в рабочей зоне.
Достоинство данной установки по сравнению с аналогом - существенно меньшее вре-
мя маркировки одного изделия - порядка одной секунды, что позволяет маркировать око-
ло 3 тысяч изделий в час и расширяет круг потенциальных потребителей.
Медленная смена маркируемых изделий в рабочей зоне с использованием двухкоор-
динатного стола, на что затрачивается значительно большая часть времени, чем на нане-

3. BY 7292 U 2011.06.30
3
сение маркируемого изображения с помощью акустооптического и пьезокерамического
дефлекторов, кроме того, высокая стоимость двухкоординатного стола увеличивает стои-
мость установки. Производительность и стоимость такой установки не удовлетворяют по-
требителей и создают препятствие для организации ее массового производства.
Задача предлагаемой полезной модели - приблизить производительность установки
лазерной маркировки к энергетическому пределу, определяемому мощностью лазера, раз-
мером светового пучка в фокусе объектива и чувствительностью маркируемой поверхно-
сти, кардинально уменьшив время установки изделий в рабочую зону.
Поставленная техническая задача достигается тем, что в установку лазерной марки-
ровки, которая содержит последовательно расположенные по ходу луча и оптически свя-
занные лазер, коллиматор, акустооптический и пьезокерамический дефлекторы, объектив,
направленный на маркируемое изделие, координатный стол, состоящий из подвижной ча-
сти и привода, компьютер, один из входов которого является входом установки, другие
входы соединены с выходами пьезокерамического дефлектора и координатного стола, а
выходы соединены с входами акустооптического и пьезокерамического дефлекторов и
координатного стола, между пьезокерамическим дефлектором и объективом установлен
электромагнитный дефлектор, вход и выход которого соединен с соответствующим вхо-
дом и выходом компьютера, а на подвижной части координатного стола зафиксирована
коробка с маркируемыми изделиями, расположенными в фокальной плоскости объектива,
коробка содержит углубления, размер которых соответствует размерам маркируемых из-
делий. Кроме того, в установке использован однокоординатный привод стола.
Сущность предложенного технического решения в том, что операция перемещения
рабочей зоны установки от одного изделия к другому, которая в прототипе выполняется с
помощью двухкоординатного стола, в данной установке выполняется с помощью элек-
тромагнитного дефлектора и однокоординатного привода стола, что позволяет заменить
примерно 90 % перемещений стола на перемещения зеркала электромагнитного дефлек-
тора и кардинально сократить затраты времени на смену положения рабочей зоны. Кроме
того, предложенная полезная модель позволяет сократить затраты времени на установку
изделий в рабочей зоне благодаря использованию коробки, в которой фиксируются мар-
кируемые изделия, так как это упрощает смену одной партии изделий другой. В результа-
те решается задача приблизить производительность установки лазерной маркировки к
пределу, определяемому энергетикой процесса лазерной записи.
Предложенное техническое решение позволяет разрабатывать установки лазерной
маркировки практически с любой производительностью, необходимой конкретному поль-
зователю (до нескольких изделий в секунду), варьируя мощность лазера и размер сфоку-
сированного пучка.
Предложенная полезная модель поясняется чертежом.
На фиг. 1 представлена компоновочная схема установки лазерной маркировки, где:
1 - лазер
2 - коллиматор
3 - акустооптический дефлектор
4 - пьезокерамический дефлектор
5 - электромагнитный дефлектор
6 - объектив
7 - маркируемое изделие
8 - коробка
9 - подвижная часть координатного стола
10 - однокоординатный привод стола
11 - компьютер.

4. BY 7292 U 2011.06.30
4
Установка лазерной маркировки состоит из оптически связанных лазера 1, коллимато-
ра 2, акустооптического дефлектора 3, пьезокерамического дефлектора 4 и электромаг-
нитного дефлектора 5, объектива 6 и маркируемых изделий 7, размещенных в коробке 8,
которая зафиксирована на подвижной части координатного стола 9, механически связан-
ной с однокоординатным приводом стола 10, а также содержит компьютер 11, один из
входов которого является входом установки, три другие соединены с выходами пьезоке-
рамического дефлектора 4 и электромагнитного дефлектора 5 и однокоординатного при-
вода стола 10, а выходы соединены с входами всех дефлекторов и однокоординатного
привода стола.
Конструкция коробки 8 обеспечивает расположение маркируемых изделий 7 в фикси-
рованных положениях, например, содержит углубления, размер которых соответствует
размерам изделий. Конструкция подвижной части координатного стола 9 обеспечивает
установку коробки 8 в фиксированном положении, например, содержит углубление, размер
которого соответствует размеру коробки 8, причем размеры коробки и указанных углублений
обеспечивают расположение маркируемых изделий 7 в фокальной плоскости объектива 6.
Плоскости сканирования пьезокерамического дефлектора 4 и электромагнитного дефлек-
тора 5 перпендикулярны друг другу, а изображение плоскости сканирования акустоопти-
ческого дефлектора 3, создаваемое зеркалом (позиция не указана) пьезокерамического
дефлектора 4, совпадает с плоскостью сканирования электромагнитного дефлектора 5, то
есть акустооптический дефлектор 3 и электромагнитный дефлектор 5 сканируют излуче-
ние в одной плоскости.
Конструкции акустооптического, пьезокерамического и электромагнитного дефлекто-
ров описаны соответственно в работах [3-5].
Установка лазерной маркировки работает следующим образом.
Партию маркируемых изделий 7 загружают и фиксируют в коробке 8, устанавливают
и фиксируют эту коробку на подвижной части координатного стола 9, через вход установки в
компьютер 11 вводят программу записи изображения и подают команду начала маркиров-
ки. Все последующие процессы происходят под управлением указанного компьютера.
Излучение лазера 1 преобразуется коллиматором 2 в параллельный пучок, который
проходит акустооптический дефлектор 3, пьезокерамический дефлектор 4, электромаг-
нитный дефлектор 5 и фокусируется объективом 6 в поле маркировки одного из маркиру-
емых изделий 7.
Акустооптический дефлектор 3 формирует фрагмент изображения, состоящий из то-
чек на отрезке прямой, а пьезокерамический дефлектор 4 после этого перемещает лазер-
ный пучок на один шаг координатной сетки в перпендикулярном направлении. Чередуя
эти действия, акустооптический дефлектор 3 и пьезокерамический дефлектор 4 маркиру-
ют изделие 7.
Далее электромагнитный дефлектор 5 перемещает излучение лазера 1 в поле марки-
ровки следующего изделия, и процесс повторяется. Чередование процессов формирования
изображения и смены полей маркировки позволяет промаркировать ряд изделий, распо-
ложенных в плоскости сканирования электромагнитного дефлектора 5.
После нанесения изображений в пределах одного ряда маркируемых изделий 7 одно-
координатный привод стола 10 перемещает подвижную часть координатного стола 9 на
расстояние между рядами в коробке 8, что позволяет произвести маркировку всей партии
изделий, размещенных в коробке. Последним этапом является снятие коробки с коорди-
натного стола.
Особенность данной установки лазерной маркировки в том, что затраты времени на
процессы, не связанные с взаимодействием лазерного излучения с маркируемым издели-
ем, составляют малую часть длительности ее работы. Поэтому ее максимальная произво-
дительность - несколько изделий в секунду, несколько тысяч изделий в час и около
миллиона изделий в год.

5. BY 7292 U 2011.06.30
5
Предлагаемая установка позволяет маркировать любые промышленные изделия, со-
здавая высококачественные, хорошо сохраняемые графические, полутоновые, цветные и
объемные изображения. Небольшое количество таких установок могут обеспечить марки-
ровку всех изделий самого высокопроизводительного промышленного предприятия или
нескольких предприятий.
Относительно низкая стоимость маркировки одного изделия, определяемая отношени-
ем стоимости данной установки и ее эксплуатации к числу маркируемых изделий за срок
службы, позволяет расширить область применения данной установки.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.